JP3519173B2 - Lateral semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電力変換機器等に用い
られる半導体装置、特にスイッチング用半導体素子、制
御、保護回路などを同一チップ内に集積することが容易
である横型半導体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device used in power conversion equipment and the like, and more particularly to a lateral semiconductor device in which a switching semiconductor element, a control circuit, a protection circuit and the like can be easily integrated in the same chip.
【0002】[0002]
【従来の技術】電力変換機器や電力制御機器などに用い
る電力用半導体装置には、電力損失を極力減少させるた
めにオン時の電圧降下が少ないことが要求されるので、
特に高耐圧が要求される応用分野では伝導度変調作用を
有するサイリスタや絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
(以下IGBTと記す)などが適している。図8(a)
は、IGBTの構成および動作を説明するための基本的
な構造の断面図であって、実際の半導体装置としてはこ
のような構造を単位として複数個平面的に展開、並列な
どして用いる。IGBTを集積回路の出力側に組み込む
には、図8に示したような、半導体結晶の一方の面に主
電極を有する横型構造が適している。2. Description of the Related Art A power semiconductor device used for power conversion equipment, power control equipment, etc. is required to have a small voltage drop when turned on in order to reduce power loss as much as possible.
Particularly in an application field where a high breakdown voltage is required, a thyristor or an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as an IGBT) having a conductivity modulation function is suitable. Figure 8 (a)
FIG. 3 is a cross-sectional view of a basic structure for explaining the configuration and operation of the IGBT. In an actual semiconductor device, a plurality of such structures are used as a unit in a plane and used in parallel. In order to incorporate the IGBT into the output side of the integrated circuit, a lateral structure having a main electrode on one surface of the semiconductor crystal as shown in FIG. 8 is suitable.
【0003】図8(a)において、IGBTはp型シリ
コンのp基板1の表面層の一部に、例えば拡散によりn
型で高比抵抗のnドリフト領域2が形成され、そのnド
リフト領域2の表面層の一部に表面からの不純物拡散に
よりp型のpベース領域5が形成され、更にその表面層
の一部にやはりn型不純物の拡散によりnエミッタ領域
6が形成されている。nドリフト領域2とnエミッタ領
域6とに挟まれた部分のpベース領域5の表面上にゲー
ト酸化膜8を介してゲート端子Gに接続されたポリシリ
コンからなるゲート電極9が設けられる。また、pベー
ス領域5の表面層に形成された高不純物濃度のp+ コン
タクト領域7とnエミッタ領域6との表面に共通に第二
主端子T2に接続されたエミッタ電極10が接触してい
る。一方図の右部分には、オフ時のパンチスルーを防止
したり、少数キャリアの注入効率を低下させたり、素子
のスイッチング速度を速くしたりするなどの目的のた
め、同様に表面からの不純物拡散により、n+ バッファ
領域11が形成され、そのn + バッファ領域11の表面
層に形成されたpコレクタ領域12の表面に第一主端子
T1に接続されたコレクタ電極13が接触している。In FIG. 8A, the IGBT is a p-type silicon.
N on a part of the surface layer of the p substrate 1 by, for example, diffusion.
N type drift region 2 of high resistivity is formed, and
Diffusion of impurities from the surface in part of the surface layer of the lift region 2
A more p-type p base region 5 is formed, and further its surface layer
The n-type impurity is diffused in a part of the
6 is formed. n drift region 2 and n emitter region
A gate is formed on the surface of the p base region 5 between the region 6 and the region.
Polysilicon connected to the gate terminal G through the oxide film 8
A gate electrode 9 made of a capacitor is provided. In addition, p base
Of the high impurity concentration formed on the surface layer of the region 5+Con
The tact region 7 and the n-emitter region 6 have a common second surface.
The emitter electrode 10 connected to the main terminal T2 is in contact
It On the other hand, the right part of the figure prevents punch-through when off.
Or reduce the injection efficiency of minority carriers,
For the purpose of increasing the switching speed of
In the same way, by diffusion of impurities from the surface,+buffer
Region 11 is formed, n +Surface of buffer area 11
The first main terminal on the surface of the p collector region 12 formed in the layer.
The collector electrode 13 connected to T1 is in contact.
【0004】以下に本素子の動作を簡単に説明する。図
8(a)において、第二主端子T2に負の電位、第一主
端子T1に正の電位を印加した状態でゲート端子Gに第
二主端子T2に対し正極性の、pベース領域5の表面濃
度およびゲート酸化膜8の厚さ等によって決定されるし
きい値以上の電圧を印加すると、pベース領域5の表面
には反転層が形成され、電子がこの反転層を通ってnエ
ミッタ領域6からnドリフト領域2に注入される。この
注入された電子は、コレクタの正電位に引かれ、n+ バ
ッファ領域11を通ってpコレクタ領域12に到達する
が、この電子電流はpベース領域5、nドリフト領域2
およびpコレクタ領域12により構成されるpnpトラ
ンジスタのベース電流となり、逆にpコレクタ領域12
から大量の正孔がnバッファ領域11 を経由してnドリ
フト領域2に注入される。このため、nドリフト領域2
内の電子密度は電荷の中性条件を満足するため増加し、
電子および正孔の両方の濃度が増加するいわゆる伝導度
変調が発生し、コレクタ電極13、エミッタ電極10間
の抵抗は、pコレクタ領域をもたず、伝導度変調作用の
無い通常のMOSFETに比較して大幅に低下する。一
方、ゲート端子Gにしきい値電圧以下の電圧を印加した
場合には、反転層を生じないため電子の注入が起きず、
従って正孔の注入も行われないため、第一主端子T1−
第二主端子T2間には電流は流れず、このIGBTはオ
フ状態となる。The operation of this device will be briefly described below. In FIG. 8A, the p base region 5 having a positive polarity with respect to the second main terminal T2 is applied to the gate terminal G with a negative potential applied to the second main terminal T2 and a positive potential applied to the first main terminal T1. When a voltage equal to or higher than a threshold value determined by the surface concentration of the p-type gate oxide film 8 and the thickness of the gate oxide film 8 is applied, an inversion layer is formed on the surface of the p-base region 5, and electrons pass through this inversion layer to produce an n-emitter. It is injected from the region 6 into the n drift region 2. The injected electrons are drawn to the positive potential of the collector and reach the p collector region 12 through the n + buffer region 11, but this electron current is generated in the p base region 5 and the n drift region 2
And becomes the base current of the pnp transistor constituted by the p collector region 12 and conversely the p collector region 12
A large amount of holes are injected into the n drift region 2 via the n buffer region 11 from. Therefore, the n drift region 2
The electron density inside is increased to satisfy the neutral condition of charge,
The so-called conductivity modulation in which the concentration of both electrons and holes is increased occurs, and the resistance between the collector electrode 13 and the emitter electrode 10 does not have a p collector region and is compared to a normal MOSFET having no conductivity modulation effect. And then drops significantly. On the other hand, when a voltage equal to or lower than the threshold voltage is applied to the gate terminal G, an inversion layer is not generated, so that electron injection does not occur,
Therefore, since holes are not injected, the first main terminal T1-
No current flows between the second main terminals T2, and this IGBT is turned off.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記のようにIGBT
などの伝導度変調作用を利用したいわゆるバイポーラ素
子は、MOSFETなどの伝導度変調作用を利用しない
いわゆるユニポーラ素子に比較して導通時のオン電圧を
低減できる長所を有する。しかしながら、スイッチング
時、特にターンオフ時には伝導度変調作用により発生し
た過剰キャリアによりスイッチング速度が低下し、スイ
ッチング損失が増大するため、高い周波数への適用に問
題が生じる。特に横型半導体装置の場合に、この問題は
大きい。As described above, the IGBT is used.
The so-called bipolar element using the conductivity modulation effect such as has an advantage that the on-voltage during conduction can be reduced as compared with the so-called unipolar element that does not use the conductivity modulation effect such as MOSFET. However, at the time of switching, especially at turn-off, excess carriers generated by the conductivity modulation effect reduce the switching speed and increase the switching loss, which causes a problem in application to high frequencies. This problem is particularly serious in the case of a lateral semiconductor device.
【0006】以下に、図8を用いて、この原因を説明す
る。図8(a)の矢印は電流の経路を示している。MO
SFETなどのユニポーラ素子では、電流の経路はnド
リフト領域2内のみであるが、IGBTなどのバイポー
ラ素子では伝導度変調作用によるnドリフト領域2内の
過剰キャリアがp基板1にも拡散し、p基板1内にも電
流経路ができている。このp基板1内にできた電流経路
は、素子のオン電圧の低下には貢献するが、スイッチン
グ損失の増加の原因にもなる。なぜなら、図8(b)の
ように、端を点線で示した空乏層32がターンオフ時に
広がるに従い、p基板1内の電子33は空乏層内に落ち
込み、pコレクタ領域12に流入する。この電流が前述
のpnpトランジスタのベース電流となるため、ゲート
をオフし、電子の注入を停止した後においても引き続き
正孔34の注入が発生し、スイッチング損失が増大す
る。特に、p基板1の深い部分では図8(a)に示すよ
うに電流経路が長くなるため、オン電圧の低下には殆ど
貢献せず、スイッチング損失の増大のみを引き起こす。
縦型半導体装置の場合は、伝導度変調作用により、スイ
ッチング速度の低下が発生するが、伝導度変調作用の発
生する場所がオン電圧の低減に貢献する部分であるのに
対し、横型半導体装置の場合は、上記のようにオン電圧
の低減に殆ど貢献せずスイッチング速度低下の原因にな
る部分が存在することが異なっている。このようなスイ
ッチング損失の増大を防止する手段として、半導体全体
のキャリアのライフタイムを、重金属の拡散や電子線照
射などにより低減し、電子と正孔の再結合速度を速める
ことにより、スイッチング損失を低減することがしばし
ば行われる。しかしながらこれらの方法では、同時にオ
ン電圧が上昇する結果となり、好ましくない。The cause will be described below with reference to FIG. The arrow in FIG. 8A indicates a current path. MO
In a unipolar element such as an SFET, the current path is only in the n drift region 2, but in a bipolar element such as an IGBT, excess carriers in the n drift region 2 due to the conductivity modulation effect diffuse into the p substrate 1 as well. A current path is also formed in the substrate 1. The current path formed in the p-substrate 1 contributes to the reduction of the on-voltage of the element, but also causes the increase of switching loss. This is because, as shown in FIG. 8B, as the depletion layer 32 whose end is shown by a dotted line spreads at the time of turn-off, the electrons 33 in the p substrate 1 drop into the depletion layer and flow into the p collector region 12. This current becomes the base current of the above-mentioned pnp transistor, so that holes 34 are continuously injected even after the gate is turned off and the injection of electrons is stopped, and the switching loss increases. In particular, in the deep portion of the p substrate 1, the current path becomes long as shown in FIG. 8 (a), so that it hardly contributes to the decrease of the on-state voltage and causes only the increase of the switching loss.
In the case of a vertical semiconductor device, the conductivity modulation action causes a decrease in switching speed, but the place where the conductivity modulation action occurs is a portion that contributes to the reduction of the on-state voltage. In this case, as described above, there is a portion that hardly contributes to the reduction of the ON voltage and causes the switching speed to decrease. As a means for preventing such an increase in switching loss, the lifetime of carriers in the entire semiconductor is reduced by diffusion of heavy metals, electron beam irradiation, etc., and the recombination speed of electrons and holes is increased to reduce switching loss. Reduction is often done. However, these methods are not preferable because the on-voltage simultaneously increases.
【0007】以上の問題に鑑みて、本発明の目的は、オ
ン電圧の低減に寄与せず、スイッチング速度を悪化させ
スイッチング損失を増大させるような基板深部からのキ
ャリア放出を少なくすることによって、結果としてスイ
ッチング損失の小さな横型半導体装置を提供することに
ある。In view of the above problems, the object of the present invention is to reduce the carrier emission from the deep portion of the substrate which does not contribute to the reduction of the on-voltage but deteriorates the switching speed and increases the switching loss. Another object is to provide a lateral semiconductor device with a small switching loss.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の課題解決のため、
本発明は、第一導電型半導体領域上の第二導電型ドリフ
ト領域に、その第二導電型ドリフト領域の表面に少なく
とも二つの主電極を有する横型の半導体素子が形成さ
れ、それらの主電極間の第二導電型ドリフト領域に主電
流が流れる横型半導体装置において、前記第一導電型半
導体領域と第二導電型ドリフト領域が接する部分の第一
導電型半導体領域側のキャリヤのライフタイムが第二導
電型ドリフト領域側よりも短いように、前記第一導電型
半導体領域が第二導電型ドリフト領域に接する部分の第
一導電型半導体領域側に第二導電型ドリフト領域側より
多いライフタイムキラーを有するライフタイムキラー導
入領域を形成するものとする。[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems,
The present invention provides a second conductivity type drift on a first conductivity type semiconductor region.
Doo area, lateral semiconductor element having at least two main electrodes are formed on the surface of the second conductivity type drift region, the second conductivity type drift region mains <br/> flow between their main electrode In a flowing lateral semiconductor device, the first conductive type semiconductor region and the first conductive type first drift region are in contact with each other .
The first conductivity type semiconductor region is in contact with the second conductivity type drift region so that the carrier lifetime on the conductivity type semiconductor region side is shorter than that on the second conductivity type drift region side .
A lifetime killer introduction region having more lifetime killer than the second conductivity type drift region side is formed on the one conductivity type semiconductor region side .
【0009】そして、前記ライフタイムキラー導入領域
の厚さを、前記半導体素子がオフ時に第一導電型半導体
領域中で空乏層が広がる部分とする。半導体素子として
は、ダイオード、バイポーラトランジスタ、サイリス
タ、IGBT、SITH、MCT、デユアルゲートIG
BT、デユアルゲートMCT或いは第一導電型半導体領
域と第二導電型ドリフト領域による寄生ダイオードを通
じて第二導電型ドリフト領域に正孔が注入されるMOS
FETのいずれかに適用したものとする。[0009] Then, the thickness of the lifetime killer introduction region, wherein the semiconductor element is a portion where the depletion layer expands in the first conductivity type semiconductor region during the OFF state. Semiconductor elements include diodes, bipolar transistors, thyristors, IGBTs, SITH, MCTs, dual gate IGs.
A MOS in which holes are injected into the second conductivity type drift region through a parasitic diode formed by the BT, the dual gate MCT or the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type drift region.
It shall be applied to any of the FETs.
【0010】上記のような横型半導体装置の製造方法と
しては、第一導電型半導体領域にプロトンまたはヘリウ
ムイオンを照射するものとする。特に、プロトンまたは
ヘリウムイオンの照射を電極の形成されない面側から行
うことがよい。In the method of manufacturing the lateral semiconductor device as described above, the first conductivity type semiconductor region is irradiated with protons or helium ions. In particular, it is preferable to irradiate protons or helium ions from the surface side on which the electrode is not formed.
【0011】[0011]
【作用】上記の手段により、前記第一導電型半導体領域
と第二導電型ドリフト領域が接する部分の第一導電型半
導体領域側のキャリヤのライフタイムが第二導電型ドリ
フト領域側よりも短いように、前記第一導電型半導体領
域が第二導電型ドリフト領域に接する部分の第一導電型
半導体領域側に第二導電型ドリフト領域側より多いライ
フタイムキラーを有するものとすることにより、第二導
電型ドリフト領域の伝導度変調作用を十分に行う一方
で、オン電圧の低減にあまり貢献しない第一導電型半導
体領域の伝導度変調作用を少なくすることが可能とな
る。By the above means, the first conductivity type semiconductor region is formed.
And the second conductivity type drift region are in contact with the first conductivity type half
Lifetime of the conductor region side carrier a second conductivity type Dori
The first conductivity type semiconductor region so that it is shorter than the shift region side.
Region of the first conductivity type where the region contacts the second conductivity type drift region
By providing the semiconductor region side with more lifetime killer than the second conductivity type drift region side , the conductivity modulation action of the second conductivity type drift region is sufficiently performed, but it does not contribute much to the reduction of the on-voltage. First conductivity type semiconductor
It is possible to reduce the conductivity modulation effect in the body region .
【0012】そして、ターンオフ時に空乏層の広がりと
ともに掃き出されるキャリアが問題であり、キャリアの
ライフタイムが短い領域の厚さは、少なくとも第一導電
型半導体領域に空乏層が広がる部分とすれば十分であ
る。半導体素子は、ダイオード、バイポーラトランジス
タ、サイリスタ、IGBT、SITH、MCT、デユア
ルゲートIGBT或いはデユアルゲートMCTのいずれ
としても、伝導度変調作用を利用したものであり、スイ
ッチング速度には少数キャリアのライフタイムが最も大
きな影響をもつ。Carriers swept out along with the expansion of the depletion layer at turn-off are a problem, and the thickness of the region where the carrier lifetime is short is sufficient if the depletion layer spreads at least in the first conductivity type semiconductor region. Is. The semiconductor element uses the conductivity modulation function as any of a diode, a bipolar transistor, a thyristor, an IGBT, a SITH, an MCT, a dual gate IGBT or a dual gate MCT, and the switching speed is a minority carrier lifetime. Have the greatest impact.
【0013】上記のような横型半導体装置の製造方法と
しては、第一導電型半導体領域にプロトンまたはヘリウ
ムイオンを照射し、その照射損傷をライフタイムキラー
として活用するためであり、特に、従来行われていた電
子線では、半導体装置をほぼ貫通しライフタイムキラー
が半導体装置全体に生起されていたのに対し、プロトン
またはヘリウムイオンの照射によれば、ライフタイムキ
ラーの局在化が可能である。The method for manufacturing the lateral semiconductor device as described above is for irradiating the first conductivity type semiconductor region with protons or helium ions and utilizing the irradiation damage as a lifetime killer, and in particular, it is carried out conventionally. With the electron beam that has been used, the lifetime killer is generated almost all through the semiconductor device, but the lifetime killer can be localized by irradiation with protons or helium ions.
【0014】プロトンまたはヘリウムイオンの照射を電
極の形成されていない面から行えば、表面近傍の欠陥の
多い領域の影響が避けられ、またライフタイムキラーの
第一導電型半導体領域への局在化が容易である。When the irradiation of protons or helium ions is performed from the surface on which the electrode is not formed, the influence of the defect-rich region near the surface can be avoided, and the lifetime killer is localized in the first conductivity type semiconductor region. Is easy.
【0015】[0015]
【実施例】以下に図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。図1は本発明第一の実施例の横型IG
BTの断面図を示す。本実施例は、図8と同様のIGB
Tに適用した例である。但し本実施例では図8のIGB
Tと違って、ドリフト領域が拡散で形成された拡散領域
ではなく、厚さ300μmのp基板1上にエピタキシャ
ル成長により形成したnドリフト層2(厚さ10μm)
となっている例であり、また、IGBTのラッチアップ
を防止し、耐圧特性を改善するなどの目的により、p+
埋め込み領域3が形成されているが本質的な相違は無
い。nドリフト層2の表面層の一部にpベース領域5が
形成され、その表面層の一部にnエミッタ領域6が形成
されている。nドリフト層2とnエミッタ領域6とに挟
まれたpベース領域5の表面上にゲート酸化膜8を介し
てゲート端子Gに接続された多結晶シリコンからなるゲ
ート電極9が設けられている。またpベース領域5の表
面層に形成された高不純物濃度のp+ コンタクト領域7
とnエミッタ領域6の表面に共通に第二主端子T2に接
続されたエミッタ電極10が接触している。一方図の右
側部分には、n+ バッファ領域11が形成され、その内
部に形成されたpコレクタ領域12の表面に第一主端子
T1に接続されたコレクタ電極13が接触している。本
実施例では、p基板1の裏面側からのプロトン照射およ
び熱処理により、ライフタイムキラーの多いキラー導入
領域20がnドリフト層2の直下に形成されており、過
剰キャリアが基板内深くに進入することを防止してい
る。照射条件は、例えば30μmのAl箔でマスクして
6MeVで、1×1011cm-2行い、300℃でアニー
ルした。キラー導入領域の深さを制御するには、プロト
ンの加速電圧を変えるか、或いは適当な厚さの金属薄膜
で減速する方法などがある。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a lateral IG according to a first embodiment of the present invention.
A sectional view of BT is shown. This embodiment is similar to the IGB shown in FIG.
This is an example applied to T. However IGB in FIG. 8 in this embodiment
Unlike T, the drift region is not a diffusion region formed by diffusion, but an n drift layer 2 (thickness 10 μm) formed by epitaxial growth on a p substrate 1 having a thickness of 300 μm.
In addition, for the purpose of preventing the latch up of the IGBT and improving the withstand voltage characteristic, p +
Although the buried region 3 is formed, there is no essential difference. The p base region 5 is formed in a part of the surface layer of the n drift layer 2, and the n emitter region 6 is formed in a part of the surface layer thereof. On the surface of p base region 5 sandwiched between n drift layer 2 and n emitter region 6, a gate electrode 9 made of polycrystalline silicon and connected to gate terminal G via gate oxide film 8 is provided. Further, a high impurity concentration p + contact region 7 formed in the surface layer of the p base region 5
The emitter electrode 10 connected to the second main terminal T2 is in common contact with the surface of the n emitter region 6. On the other hand, on the right side of the figure, an n + buffer region 11 is formed, and the collector electrode 13 connected to the first main terminal T1 is in contact with the surface of the p collector region 12 formed therein. In the present embodiment, the killer introduction region 20 with many lifetime killer is formed immediately below the n drift layer 2 by the proton irradiation and heat treatment from the back surface side of the p substrate 1, and excess carriers penetrate deep into the substrate. To prevent that. The irradiation conditions are, for example, masking with 30 μm Al foil, 6 MeV, 1 × 10 11 cm −2 , and annealing at 300 ° C. In order to control the depth of the killer introduction region, there is a method of changing the acceleration voltage of protons or decelerating with a metal thin film having an appropriate thickness.
【0016】このようにして、nドリフト層2の直下に
形成されたキラー導入領域20によって、IGBTのオ
ン時に、p基板1の深いところまで電流経路ができるこ
とは無くなる。従って、オフ時に従来の素子のように深
い所の電流経路からキャリヤが掃き出されて、ターンオ
フ時間が長くなることはない。従来、数μs程度のパル
ス状の電流を流した場合に、パルス幅が長い程、その後
のフォール時間が長くなっていた。これは、深いところ
まで電流経路ができ、多量のキャリアが蓄積されていた
ためであったが、パルス幅の長い電流後でもそのような
ことがなくなり、フォール時間が約3分の1に短縮され
た。その結果、スイッチング損失が大幅に低減できた。In this way, the killer introduction region 20 formed immediately below the n drift layer 2 eliminates the possibility of forming a current path deep in the p substrate 1 when the IGBT is turned on. Therefore, at the time of turning off, carriers are not swept out from a deep current path as in the conventional device, and the turn-off time does not become long. Conventionally, when a pulsed current of about several μs is passed, the longer the pulse width, the longer the fall time thereafter. This was because a current path was formed deeply and a large amount of carriers were accumulated, but even after a current with a long pulse width, such a situation disappeared, and the fall time was shortened to about 1/3. . As a result, switching loss could be significantly reduced.
【0017】このキラー導入領域20の厚さはこの領域
の存在を考慮した場合のキャリアの拡散長以上あればよ
い。本実施例ではキラー導入領域20はnドリフト層2
直下の接合近傍に設けられているが、nドリフト層2の
厚さがドリフト領域長(カソード領域とアノード領域間
の距離)に比較して小さい場合には、オン電圧の低減を
図るためnドリフト層2直下のpn接合近傍の領域の伝
導度変調を大きくし、pn接合より大分深い部分までキ
ラー導入領域20を設けることも可能である。The thickness of the killer introduction region 20 may be equal to or more than the diffusion length of carriers in consideration of the existence of this region. In this embodiment, the killer introduction region 20 is the n drift layer 2
Although provided near the junction immediately below, if the thickness of the n drift layer 2 is smaller than the drift region length (distance between the cathode region and the anode region), the n drift is reduced in order to reduce the on-voltage. It is also possible to increase the conductivity modulation in a region near the pn junction directly under the layer 2 and provide the killer introduction region 20 to a portion much deeper than the pn junction.
【0018】図2に本発明の第二の実施例における横型
半導体装置の断面図を示す。本実施例は、図8と同様に
拡散により、nドリフト領域2を形成した例であるが、
IGBTではなくデュアルゲートIGBTの一種に適用
した例である。本実施例の素子では、n+ バッファ領域
11の表面層にpコレクタ領域12が形成され、その表
面にコレクタ電極13が設けられている点はIGBTと
同じであるが、異なつている点は、n+ バッファ領域1
1の表面層にその他にpドレイン領域14およびn+ コ
ンタクト領域15が形成され、両者はフローティングコ
ンタクト18により電気的に接続されている点である。
さらに、pコレクタ領域12およびpドレイン領域14
に挟まれたn+ バッファ領域11の表面にはゲート酸化
膜16を介して多結晶シリコンからなる第二ゲート電極
17が形成されていて、G2端子に接続されている。本
素子では、第二ゲート電極17がオフ状態の場合には通
常のIGBTとして動作するが、第二ゲート電極17に
信号を与えた場合には、n + コンタクト領域15に流入
した電子がフローティングコンタクト18により正孔に
変換され、第二ゲート電極17直下の反転層を通じてp
コレクタ領域12にバイパスされるため、pコレクタ領
域12からの正孔の注入を停止し、通常のMOSFET
として動作させることができる。この実施例でもp基板
1の裏面側からのプロトン照射および熱処理により、ラ
イフタイムキラーの多いキラー導入領域20がnドリフ
ト層2の直下に形成されており、過剰キャリアが基板内
深くに進入することを防止している。照射条件は、第一
の実施例と略同じである。FIG. 2 shows a horizontal type according to the second embodiment of the present invention.
A sectional view of a semiconductor device is shown. This embodiment is similar to FIG.
In this example, the n drift region 2 is formed by diffusion.
Applied to a type of dual-gate IGBT instead of IGBT
It is an example. In the element of this example, n+Buffer area
The p collector region 12 is formed on the surface layer 11 of the
The point where the collector electrode 13 is provided on the surface is
The same but different point is that n+Buffer area 1
P drain region 14 and n+Ko
Contact region 15 is formed, and both are floating contacts.
It is a point electrically connected by the contact 18.
Further, p collector region 12 and p drain region 14
N sandwiched between+Gate oxidation on the surface of the buffer region 11
Second gate electrode made of polycrystalline silicon via the film 16
17 is formed and is connected to the G2 terminal. Book
In the device, when the second gate electrode 17 is off,
Operates as a normal IGBT, but on the second gate electrode 17
When a signal is given, n +Flow into contact area 15
The generated electrons become holes by the floating contact 18.
P is converted to p through the inversion layer directly below the second gate electrode 17.
Bypassed to the collector region 12, the p collector area
The injection of holes from the area 12 is stopped, and a normal MOSFET is
Can be operated as. Also in this embodiment, the p substrate
By the proton irradiation and heat treatment from the back side of 1
Killer introduction area 20 with many if-time killers is n-drift
Is formed immediately below the substrate layer 2 and excess carriers in the substrate
It prevents you from going deep. The irradiation condition is the first
Is substantially the same as that of the embodiment.
【0019】すなわち、本素子では、オン状態では低オ
ン電圧のIGBTとして動作させ、ターンオフ直前にM
OSFETモードに切り換えることにより高速スイッチ
ングを行うことが可能となる。本素子の場合は、過剰キ
ャリアが、p基板内深く進入するとIGBTモードから
MOSFETモードへの遷移時間が長くなり、IGBT
モードを短くする必要があるため損失が増大する。この
ような場合にもキラー導入領域20を形成することによ
りIGBTモードのオン電圧を大幅に上昇させることな
しに遷移時間を短縮し、損失を低減することができる。That is, in the present element, in the ON state, it operates as an IGBT having a low ON voltage, and M
High-speed switching can be performed by switching to the OSFET mode. In the case of this element, when excess carriers penetrate deep into the p substrate, the transition time from the IGBT mode to the MOSFET mode becomes long, and
Losses increase because the mode needs to be shortened. Even in such a case, by forming the killer introduction region 20, the transition time can be shortened and the loss can be reduced without significantly increasing the on-state voltage of the IGBT mode.
【0020】図3に示すのは、オフ動作もMOSゲート
によって制御できる横型MOS制御サイリスタ(以下M
CTと記す)に適用した本発明第三の実施例の断面図で
ある。p基板1の上に、例えばエピタキシャル法でn型
高比抵抗のnドリフト層2を積層し、そのnドリフト層
2の表面層の一部に、nドリフト層2の表面からの不純
物拡散によりp型のpベース領域5を形成し、そのpベ
ース領域5の表面層の一部にやはり不純物拡散によりn
型のnベース領域21を形成し、そのnベース領域21
の表面層の一部に、さらにpベース領域5より不純物濃
度の高いpカソード領域22を形成する。そして、第二
主端子T2に接続されたカソード電極24をpカソード
領域22およびnベース領域21に共通に接触して設け
る。ゲート電極9はnドリフト層2とpカソード領域2
2との間に挟まれたnベース領域21およびpベース領
域5の両方の表面上にゲート酸化膜8を介して設ける。
図の右部分には、同様に表面からの不純物拡散により、
n+ バッファ領域11とpアノード領域23が形成さ
れ、そのpアノード領域23に第一主端子T1に接続さ
れたアノード電極25が接触している。FIG. 3 shows a lateral MOS control thyristor (hereinafter referred to as “M”) whose off operation can be controlled by a MOS gate.
It is sectional drawing of the 3rd Example of this invention applied to CT). An n drift layer 2 having an n-type high specific resistance is stacked on the p substrate 1 by, for example, an epitaxial method, and a portion of the surface layer of the n drift layer 2 is diffused from the surface of the n drift layer 2 by p diffusion. A p-type p-type base region 5 is formed, and n is also formed in a part of the surface layer of the p-type base region 5 by impurity diffusion.
Forming an n base region 21 of the mold and
A p cathode region 22 having an impurity concentration higher than that of the p base region 5 is formed in a part of the surface layer of. Then, the cathode electrode 24 connected to the second main terminal T2 is provided in common contact with the p cathode region 22 and the n base region 21. The gate electrode 9 is composed of the n drift layer 2 and the p cathode region 2
The gate oxide film 8 is provided on the surfaces of both the n base region 21 and the p base region 5 sandwiched between the two.
Similarly, in the right part of the figure, due to impurity diffusion from the surface,
The n + buffer region 11 and the p anode region 23 are formed, and the p anode region 23 is in contact with the anode electrode 25 connected to the first main terminal T1.
【0021】このMCTを、オンさせるには主端子T1
にT2に対して正の電圧を与えた状態で、ゲート端子G
に接続されたゲート電極9に正の電圧を印加する。そう
するとゲート電極9の直下のpベース領域5の表面に反
転層が形成され、その反転層を介してnベース領域21
からnドリフト層2に電子が流入し、pアノード領域2
3に流れる。この電流は、pベース領域5、nドリフト
層2およびpアノード領域23をそれぞれコレクタ、ベ
ースおよびエミッタとするpnpトランジスタのベース
電流にあたるので、このpnpトランジスタがオンし、
コレクタ電流がエミッタからコレクタへ流れる。すなわ
ちpアノード領域23からpベース領域5へと流れ、主
端子T1、T2間が導通する。pアノード領域23から
nドリフト層2へ、少数キャリアの正孔が注入されて、
それによる伝導度変調作用により、導通時のオン電圧を
低減出来ることは前述の図8におけるIGBTの場合と
同様である。オフ動作のときは、ゲート電極9に負の電
圧を印加する。それによってpベース領域5の表面の反
転層が消滅し、同時にゲート電極9の直下のnベース領
域21の表面に反転層が形成されるため、pベース領域
5がpカソード領域22を介してカソード電極24と短
絡され、nベース領域21からnドリフト層2への電子
の流入が停止してMCTがオフする。To turn on this MCT, the main terminal T1
Gate terminal G with a positive voltage applied to T2
A positive voltage is applied to the gate electrode 9 connected to. Then, an inversion layer is formed on the surface of the p base region 5 immediately below the gate electrode 9, and the n base region 21 is formed through the inversion layer.
Electrons flow from the n-type drift layer 2 to the p-anode region 2
Flow to 3. Since this current corresponds to the base current of a pnp transistor having the p base region 5, the n drift layer 2 and the p anode region 23 as the collector, the base and the emitter, respectively, the pnp transistor is turned on,
Collector current flows from the emitter to the collector. That is, the current flows from the p anode region 23 to the p base region 5, and the main terminals T1 and T2 are electrically connected. The holes of minority carriers are injected from the p anode region 23 to the n drift layer 2,
It is similar to the case of the IGBT in FIG. 8 described above that the ON voltage at the time of conduction can be reduced by the conductivity modulation action by that. In the off operation, a negative voltage is applied to the gate electrode 9. As a result, the inversion layer on the surface of the p base region 5 disappears, and at the same time, an inversion layer is formed on the surface of the n base region 21 immediately below the gate electrode 9, so that the p base region 5 is connected to the cathode via the p cathode region 22. It is short-circuited with the electrode 24, the flow of electrons from the n base region 21 to the n drift layer 2 is stopped, and the MCT is turned off.
【0022】本実施例では、p基板1の裏面側からのプ
ロトン照射および熱処理により、ライフタイムキラーの
多いキラー導入領域20がnドリフト層2の直下に形成
されており、過剰キャリアが基板内深くに進入すること
を防止している。これにより、MCTのオン時に、p基
板1の深いところまで電流経路ができることは無くな
る。従って、オフ時に従来の素子のように深い所の電流
経路からキャリヤが掃き出されて、ターンオフ時間が長
くなることはない。In the present embodiment, the killer introduction region 20 with a large lifetime killer is formed immediately below the n drift layer 2 by the proton irradiation and heat treatment from the back surface side of the p substrate 1, and excess carriers are deep inside the substrate. Are prevented from entering. As a result, when the MCT is turned on, no current path is formed deep in the p substrate 1. Therefore, at the time of turning off, carriers are not swept out from a deep current path as in the conventional device, and the turn-off time does not become long.
【0023】更に、図4に示すのは、デュアルゲートM
CTに適用した本発明第四の実施例の断面図である。本
実施例の素子では、T2端子側の構造は図3のMCTと
同じであるが、T1端子側では、n+ バッファ領域11
の表面層のpアノード領域23の内部にさらにnドレイ
ン領域27が形成され、両者はアノード電極25に接続
されている点が異なっている。さらに、n+ バッファ領
域11とnドレイン領域27に挟まれたpアノード領域
23の表面上にはゲート酸化膜16を介して多結晶シリ
コンからなる第二ゲート電極17が形成されていて、G
2端子に接続されている。本素子では、第二ゲート端子
G2にオフ信号が与えられた場合には図3のMCTとし
て動作するが、第二ゲート端子G2にオン信号を与える
と、第二ゲート電極17直下に反転層を生じ、n+ バッ
ファ領域11に流入した電子が、その反転層を通じてn
ドレイン領域27にバイパスされるため、pアノード領
域23からの正孔の注入を停止し、通常のMOSFET
として動作させることができる。この実施例でもp基板
1の裏面側からのプロトン照射および熱処理により、ラ
イフタイムキラーの多いキラー導入領域20がnドリフ
ト層2の直下に形成されており、過剰キャリアが基板内
深くに進入することを防止している。照射条件は、第一
の実施例とほぼ同じである。Further, FIG. 4 shows a dual gate M
It is sectional drawing of the 4th Example of this invention applied to CT. In the element of this example, the structure on the T2 terminal side is the same as that of the MCT of FIG. 3, but on the T1 terminal side, the n + buffer region 11 is formed.
The n-drain region 27 is further formed inside the p-anode region 23 of the surface layer, and both are connected to the anode electrode 25. Further, a second gate electrode 17 made of polycrystalline silicon is formed on the surface of the p anode region 23 sandwiched between the n + buffer region 11 and the n drain region 27 with the gate oxide film 16 interposed therebetween.
It is connected to two terminals. In this element, when an off signal is applied to the second gate terminal G2, it operates as the MCT in FIG. 3, but when an on signal is applied to the second gate terminal G2, an inversion layer is formed immediately below the second gate electrode 17. The electrons generated and flowing into the n + buffer region 11 are n
Since it is bypassed by the drain region 27, the injection of holes from the p anode region 23 is stopped, and a normal MOSFET is formed.
Can be operated as. Also in this embodiment, the killer-introduced region 20 with many lifetime killer is formed immediately below the n drift layer 2 by the proton irradiation and heat treatment from the back surface side of the p-substrate 1, so that excess carriers penetrate deep into the substrate. Is being prevented. The irradiation conditions are almost the same as in the first embodiment.
【0024】これにより、オン状態では低オン電圧のM
CTとして動作させ、ターンオフ直前にMOSFETモ
ードに切り換えることにより高速スイッチングを行うこ
とが可能となる。本素子の場合は、過剰キャリアが、p
基板内深く進入するとMCTモードからMOSFETモ
ードへの遷移時間が長くなり損失が増大する。このよう
な場合にもキラー導入領域20を形成することによりM
CTモードのオン電圧を大幅に上昇させることなしに遷
移時間を短縮し、損失を低減することができる。As a result, in the on state, the low on voltage M
High-speed switching can be performed by operating as CT and switching to the MOSFET mode immediately before turn-off. In the case of this element, the excess carriers are p
If it goes deep into the substrate, the transition time from the MCT mode to the MOSFET mode becomes long and the loss increases. Even in such a case, by forming the killer introduction region 20, M
The transition time can be shortened and the loss can be reduced without significantly increasing the ON voltage in the CT mode.
【0025】図5に示すのは、横型静電誘導サイリスタ
(以下SITHと記す)に適用した本発明第五の実施例
の断面図である。p基板1の上に、例えばエピタキシャ
ル法でn型高比抵抗のnドリフト層2を積層し、そのn
ドリフト層2の表面層の一部に、nドリフト層2の表面
からの不純物拡散により近接したp型のpベース領域5
を形成し、そのpベース領域5の間の表面層の一部にや
はり不純物拡散によりn型のnカソード領域26を形成
する。そして、第二主端子T2に接続されたカソード電
極24をnカソード領域26に接触して設ける。ゲート
電極9はpベース領域5上に設ける。この場合は、pベ
ース領域5に接触して設ける電極なので、Al合金等の
金属電極でもよい。図の右部分には、同様に表面からの
不純物拡散により、n+ バッファ領域11とpアノード
領域23が形成され、そのpアノード領域23に第一主
端子T1に接続されたアノード電極25が接触してい
る。FIG. 5 is a sectional view of a fifth embodiment of the present invention applied to a lateral electrostatic induction thyristor (hereinafter referred to as SITH). An n-type high resistivity n drift layer 2 is laminated on the p substrate 1 by, for example, an epitaxial method, and the n
A p-type p base region 5 which is close to a part of the surface layer of the drift layer 2 due to impurity diffusion from the surface of the n drift layer 2.
And an n-type n cathode region 26 is formed in a part of the surface layer between the p base regions 5 by impurity diffusion. Then, the cathode electrode 24 connected to the second main terminal T2 is provided in contact with the n cathode region 26. The gate electrode 9 is provided on the p base region 5. In this case, since the electrode is provided in contact with the p base region 5, a metal electrode such as an Al alloy may be used. In the right part of the figure, similarly, the n + buffer region 11 and the p anode region 23 are formed by impurity diffusion from the surface, and the p anode region 23 is in contact with the anode electrode 25 connected to the first main terminal T1. is doing.
【0026】このSITHを、オンさせるには主端子T
1にT2に対して正の電圧を与え、ゲート端子Gには信
号を与えない。そうするとpアノード領域23からnド
リフト層2に正孔が注入されて、伝導度変調作用が起
き、導通時のオン電圧を低減出来る。オフ動作のとき
は、ゲート電極9に負の電圧を印加する。それによって
pベース領域5から空乏層が広がり、隣のpベース領域
5からひろがる空乏層とつながって、電流経路を閉じて
しまい、SITHがオフする。To turn on this SITH, the main terminal T
1 is given a positive voltage with respect to T2, and no signal is given to the gate terminal G. Then, holes are injected from the p anode region 23 into the n drift layer 2, and a conductivity modulation action occurs, so that the on-voltage during conduction can be reduced. In the off operation, a negative voltage is applied to the gate electrode 9. As a result, the depletion layer spreads from the p base region 5, connects with the depletion layer extending from the adjacent p base region 5, closes the current path, and turns off SITH.
【0027】本実施例では、p基板1の裏面側からのプ
ロトン照射および熱処理により、ライフタイムキラーの
多いキラー導入領域20がnドリフト層2の直下に形成
されており、過剰キャリアが基板内深くに進入すること
を防止している。すなわち、SITHのオン時に、p基
板1の深いところまで電流経路ができることは無くな
る。従って、オフ時に従来の素子のように深い所の電流
経路からキャリヤが掃き出されて、ターンオフ時間が長
くなることはない。この場合もキラー導入領域20の厚
さはこの領域の存在を考慮した場合のキャリアの拡散長
以上あればよい。本実施例ではキラー導入領域20はn
ドリフト層2直下の接合近傍に設けられているが、nド
リフト層2の厚さがドリフト領域長(カソード領域とア
ノード領域間の距離)に比較して小さい場合には、nド
リフト層2直下のpn接合近傍の領域の伝導度変調を大
きくし、オン電圧の低減を図るためより深い部分にキラ
ー導入領域20を設けることも可能である。In the present embodiment, the killer introduction region 20 with a large lifetime killer is formed immediately below the n drift layer 2 by the proton irradiation and heat treatment from the back surface side of the p substrate 1, and excess carriers are deep inside the substrate. Are prevented from entering. That is, when SITH is turned on, a current path is not formed deep in the p substrate 1. Therefore, at the time of turning off, carriers are not swept out from a deep current path as in the conventional device, and the turn-off time does not become long. Also in this case, the thickness of the killer introduction region 20 may be equal to or more than the diffusion length of carriers in consideration of the existence of this region. In this embodiment, the killer introduction area 20 is n
It is provided in the vicinity of the junction immediately below the drift layer 2, but when the thickness of the n drift layer 2 is smaller than the drift region length (distance between the cathode region and the anode region), it is provided directly below the n drift layer 2. It is also possible to provide the killer introduction region 20 in a deeper portion in order to increase the conductivity modulation in the region near the pn junction and reduce the ON voltage.
【0028】以上IGBT、デュアルゲートIGBT、
MCT、デュアルゲートMCTおよびSITHに適用し
た例を示したが、この他にも、バイポーラモードで動作
するバイポーラトランジスタやサイリスタなどの全ての
横型バイポーラ素子に適用可能であり、スイッチング速
度を速め、損失を低減するのに有効であることはいうま
でもない。また、本実施例では、nチャネル型の素子に
ついて説明したが、pチャネル型の素子にも適用できる
ことは勿論である。The above IGBT, dual gate IGBT,
Although the example applied to the MCT, the dual gate MCT and the SITH has been shown, in addition to this, it can be applied to all lateral bipolar devices such as bipolar transistors and thyristors operating in the bipolar mode to accelerate the switching speed and reduce the loss. It goes without saying that it is effective in reducing the amount. In addition, although an n-channel type element has been described in the present embodiment, it is needless to say that it can be applied to a p-channel type element.
【0029】図6に示すのは、通常のダイオードに適用
した本発明第六の実施例の断面図である。p基板1の上
のnドリフト層2の表面層の一部に、nドリフト層2の
表面からの不純物拡散によりp型のpアノード領域23
とn+ カソード領域26が形成され、それぞれ第一主端
子T1に接続されたアノード電極25、第二主端子T2
に接続されたカソード電極24が設けられている。FIG. 6 is a sectional view of a sixth embodiment of the present invention applied to an ordinary diode. In a part of the surface layer of the n drift layer 2 on the p substrate 1, the p type p anode region 23 is formed by impurity diffusion from the surface of the n drift layer 2.
And the n + cathode region 26 are formed, and the anode electrode 25 and the second main terminal T2 are connected to the first main terminal T1 respectively.
A cathode electrode 24 connected to the.
【0030】主端子T1にT2に対して正の電圧を与え
れば、pアノード領域23からnドリフト層2に正孔が
注入されて、伝導度変調が起き、導通時のオン電圧を低
減出来る。正の電圧を取り去れば、電流は止まるが、更
に逆バイアスを印加した場合、蓄積されたキャリアのた
めに逆回復電流が流れる。本実施例では、p基板1の裏
面側からのプロトン照射および熱処理により、ライフタ
イムキラーの多いキラー導入領域20がnドリフト層2
の直下に形成されており、過剰キャリアが基板内深くに
進入することを防止しているので、ダイオードのオン時
に、p基板1の深いところまで電流経路ができることは
無くなる。従って、オフ時に従来の素子のように深い所
の電流経路からキャリヤが掃き出されて、逆回復電流が
大きく流れることがない。従って、横型ダイオードにお
いてもオン電圧の低減と逆回復電流の減少とを両立させ
るために本発明が適用できる。If a positive voltage is applied to the main terminal T1 with respect to T2, holes are injected from the p anode region 23 into the n drift layer 2 to cause conductivity modulation, and the on-voltage during conduction can be reduced. When the positive voltage is removed, the current stops, but when a reverse bias is further applied, a reverse recovery current flows due to the accumulated carriers. In the present embodiment, the killer introduction region 20 with many lifetime killer is converted into the n drift layer 2 by the proton irradiation and heat treatment from the back surface side of the p substrate 1.
Since it is formed immediately below, it prevents excess carriers from penetrating deep into the substrate. Therefore , when the diode is turned on, a current path is not formed deep in the p substrate 1. Therefore, at the time of off, carriers are not swept out from a deep current path unlike a conventional element, and a large reverse recovery current does not flow. Therefore, the present invention can be applied to the lateral diode in order to achieve both reduction of the on-voltage and reduction of the reverse recovery current.
【0031】図7に示すのは、MOSFETに適用した
本発明第七の実施例の断面図である。p基板1の上のn
ドリフト層2の表面層の一部に、nドリフト層2の表面
からの不純物拡散によりp型のpベース領域5が、その
表面層の一部にnソース領域28が形成されている。ま
たnドリフト層2の表面層の一部にnドレイン領域29
が形成され、それぞれ第一主端子T1に接続されたドレ
イン電極31、第二主端子T2に接続されたソース電極
30が設けられている。FIG. 7 is a sectional view of a seventh embodiment of the present invention applied to a MOSFET. n on p board 1
A p-type p base region 5 is formed in a part of the surface layer of the drift layer 2 by impurity diffusion from the surface of the n drift layer 2, and an n source region 28 is formed in a part of the surface layer. Further, the n drain region 29 is formed in a part of the surface layer of the n drift layer 2.
Are provided, and a drain electrode 31 connected to the first main terminal T1 and a source electrode 30 connected to the second main terminal T2 are provided.
【0032】主端子T1にT2に対して正の電圧を与え
て、ゲート端子Gにある値以上の正の電圧を与えれば、
ゲート電極9の直下のpベース領域5の表面層に反転層
を生じ、その反転層を通じて、主端子T1とT2間が導
通する。この場合、電流は電子によるものだけであり、
伝導度変調は起きず、電流がp基板1におよぶことはな
い。しかし、p基板1とnドリフト層2間に寄生ダイオ
ードがあり、このダイオードを通じてnドリフト層2に
正孔が注入されることがある。If a positive voltage with respect to T2 is applied to the main terminal T1 and a positive voltage above a certain value is applied to the gate terminal G,
An inversion layer is formed in the surface layer of the p base region 5 immediately below the gate electrode 9, and conduction is established between the main terminals T1 and T2 through the inversion layer. In this case, the current is only due to electrons,
The conductivity modulation does not occur, and the current does not reach the p substrate 1. However, there is a parasitic diode between the p substrate 1 and the n drift layer 2, and holes may be injected into the n drift layer 2 through this diode.
【0033】本実施例では、p基板1の裏面側からのプ
ロトン照射および熱処理により、ライフタイムキラーの
多いキラー導入領域20がnドリフト層2の直下に形成
されており、nドリフト層2に近いp基板1内のキャリ
アライフタイムは短いため、p基板1からの正孔の注入
を抑えることができる。このように、本発明はMOSF
ETにも適用でき、その寄生ダイオードの影響を抑制す
ることができる。In this embodiment, the killer introduction region 20 with a large lifetime killer is formed immediately below the n drift layer 2 by the proton irradiation and heat treatment from the back surface side of the p substrate 1 and is close to the n drift layer 2. Since the carrier lifetime in the p substrate 1 is short, the injection of holes from the p substrate 1 can be suppressed. Thus, the present invention is a MOSF
It can also be applied to ET, and the influence of the parasitic diode can be suppressed.
【0034】以上の例では、プロトンを照射したが、ヘ
リウムイオンの照射によっても同様の効果が得られる。
さらに、素子のスイッチング速度を向上させるためドリ
フト領域にも低いレベルのライフタイムキラーを導入し
たり、アノードショート型の素子にしたりするなどの通
常の高速化の手法と組み合わせることも可能である。な
お、従来プロトンやヘリウムイオン等によるライフタイ
ム制御を行った例はあるが、いずれも半導体結晶の両主
面に電極を有する縦型半導体装置に適用したものであっ
た(例えば秋山他;電気学会電子デバイス研究会資料E
DD−89−40、1989年10月25日)。In the above example, proton irradiation was performed, but the same effect can be obtained by irradiation with helium ions.
Further, in order to improve the switching speed of the device, it is possible to introduce a low level lifetime killer into the drift region, or to combine it with a usual high-speed method such as an anode short type device. Although there have been examples of performing lifetime control with protons or helium ions, they were all applied to a vertical semiconductor device having electrodes on both main surfaces of a semiconductor crystal (eg Akiyama et al .; The Institute of Electrical Engineers of Japan). Electronic Device Study Group Material E
DD-89-40, October 25, 1989).
【0035】[0035]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の横型半導
体装置は、プロトン照射等により半導体素子の形成され
る第二導電型ドリフト領域の下の第一導電型半導体領域
のキャリアライフタイムを短くすることによって、オン
電圧の低減に寄与せず、ターンオフ時間を長引かせるよ
うな第一導電型半導体領域の深くに進入する過剰キャリ
アを低減できるため、オン電圧の低減とスイッチング速
度の低減或いは遷移時間の短縮、逆回復電流の低減など
を両立することが可能となり、低損失の横型半導体装置
を得ることができる。As described above, according to the lateral semiconductor device of the present invention, the carrier lifetime of the first conductivity type semiconductor region below the second conductivity type drift region in which the semiconductor element is formed by proton irradiation or the like is shortened. By doing so, it is possible to reduce excess carriers penetrating deep into the first conductivity type semiconductor region that does not contribute to the reduction of the on-voltage but prolongs the turn-off time. It is possible to achieve both shortening of time, reduction of reverse recovery current, and the like, and a low-loss lateral semiconductor device can be obtained.
【図1】本発明の第一の実施例のIGBTの断面図FIG. 1 is a sectional view of an IGBT according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第二の実施例のデュアルゲートIGB
Tの素子断面図FIG. 2 is a dual gate IGBT according to a second embodiment of the present invention.
Element cross section of T
【図3】本発明の第三の実施例のMCTの断面図FIG. 3 is a sectional view of an MCT of a third embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第四の実施例のデュアルゲートMCT
の素子断面図FIG. 4 is a dual gate MCT according to a fourth embodiment of the present invention.
Element cross section
【図5】本発明の第五の実施例のSITHの断面図FIG. 5 is a sectional view of SITH according to a fifth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第六の実施例のダイオードの断面図FIG. 6 is a sectional view of a diode according to a sixth embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第七の実施例のMOSFETの断面図FIG. 7 is a sectional view of a MOSFET according to a seventh embodiment of the present invention.
【図8】(a)は従来のIGBTの断面図とその内部で
の電流経路を説明するための図、(b)はターンオフ時
の電子の移動とこれによる正孔の注入を説明するための
図FIG. 8A is a cross-sectional view of a conventional IGBT and a diagram for explaining a current path therein, and FIG. 8B is a diagram for explaining movement of electrons at turn-off and injection of holes by the movement. Figure
1 p基板 2 nドリフト層又はnドリフト領域 3 p+ 埋め込み領域 4 p+ アイソレーション 5 pベース領域 6 nエミッタ領域 7 p+ コンタクト領域 8 ゲート酸化膜 9 ゲート電極 10 エミッタ電極 11 n+ バッファ領域 12 pコレクタ領域 13 コレクタ電極 14 pドレイン領域 15 n+ コンタクト領域 16 ゲート酸化膜 17 第二ゲート電極 18 フローティングコンタクト 20 ライフタイムキラー導入領域 21 nベース領域 22 pカソード領域 23 pアノード領域 24 カソード電極 25 アノード電極 26 nカソード領域 27 nドレイン領域 28 nソース領域 29 nドレイン領域 30 ソース電極 31 ドレイン電極 32 空乏層 33 電子 34 正孔1 p substrate 2 n drift layer or n drift region 3 p + buried region 4 p + isolation 5 p base region 6 n emitter region 7 p + contact region 8 gate oxide film 9 gate electrode 10 emitter electrode 11 n + buffer region 12 p collector region 13 collector electrode 14 p drain region 15 n + contact region 16 gate oxide film 17 second gate electrode 18 floating contact 20 lifetime killer introduction region 21 n base region 22 p cathode region 23 p anode region 24 cathode electrode 25 anode Electrode 26 n cathode region 27 n drain region 28 n source region 29 n drain region 30 source electrode 31 drain electrode 32 depletion layer 33 electron 34 hole
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/861 H01L 29/91 J C (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/06 H01L 21/331 H01L 29/68 H01L 29/73 - 29/737 H01L 29/74 H01L 29/78 H01L 29/861 Front page continuation (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 29/861 H01L 29/91 J C (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/06 H01L 21/331 H01L 29/68 H01L 29/73-29/737 H01L 29/74 H01L 29/78 H01L 29/861
Claims (5)
フト領域に、その第二導電型ドリフト領域の表面に少な
くとも二つの主電極を有する横型の半導体素子が形成さ
れ、それらの主電極間の第二導電型ドリフト領域に主電
流が流れる横型半導体装置において、前記第一導電型半
導体領域と第二導電型ドリフト領域が接する部分の第一
導電型半導体領域側のキャリヤのライフタイムが第二導
電型ドリフト領域側よりも短いように、前記第一導電型
半導体領域が第二導電型ドリフト領域に接する部分の第
一導電型半導体領域側に第二導電型ドリフト領域側より
多いライフタイムキラーを有するライフタイムキラー導
入領域を形成することを特徴とする横型半導体装置。1. A second-conductivity-type drain on a first-conductivity-type semiconductor region.
A shift area, in at least lateral semiconductor element having two main electrodes are formed, lateral semiconductor device main current flows in the second-conductivity-type drift region between these main electrodes on the surface of the second conductivity type drift region , A first part of a portion where the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type drift region are in contact with each other
The first conductivity type semiconductor region is in contact with the second conductivity type drift region so that the carrier lifetime on the conductivity type semiconductor region side is shorter than that on the second conductivity type drift region side .
A lateral semiconductor device, wherein a lifetime killer introduction region having more lifetime killer than that of the second conductivity type drift region side is formed on the one conductivity type semiconductor region side .
を、前記半導体素子がオフ時に第一導電型半導体領域中
で空乏層が広がる部分とすることを特徴とする請求項1
に記載の横型半導体装置。2. The lifetime killer introduction areathickness
A semiconductor region of the first conductivity type when the semiconductor element is off.During ~
so2. A portion where the depletion layer spreads out.
The lateral semiconductor device according to.
ンジスタ、サイリスタ、IGBT、SITH、MCT、
デユアルゲートIGBT、デユアルゲートMCT或いは
第一導電型半導体領域と第二導電型ドリフト領域による
寄生ダイオードを通じて第二導電型ドリフト領域に正孔
が注入されるMOSFETのいずれかであることを特徴
とする請求項1または2に記載の横型半導体装置。3. A semiconductor element is a diode, a bipolar transistor, a thyristor, an IGBT, a SITH, an MCT,
A dual gate IGBT, a dual gate MCT, or a MOSFET in which holes are injected into a second conductivity type drift region through a parasitic diode formed by a first conductivity type semiconductor region and a second conductivity type drift region. Item 3. The lateral semiconductor device according to item 1 or 2.
フト領域に、その第二導電型ドリフト領域の表面に少な
くとも二つの主電極を有する横型の半導体素子が形成さ
れ、それらの主電極間の第二導電型ドリフト領域に主電
流が流れる横型半導体装置の製造方法において、前記第
一導電型半導体領域と第二導電型ドリフト領域が接する
部分の第一導電型半導体領域側のキャリヤのライフタイ
ムが第二導電型ドリフト領域側よりも短いように、前記
第一導電型半導体領域が第二導電型ドリフト領域に接す
る部分の第一導電型半導体領域側に第二導電型ドリフト
領域側より多いライフタイムキラーを有するライフタイ
ムキラー導入領域をプロトンまたはヘリウムイオンを照
射して形成することを特徴とする横型半導体装置の製造
方法。4. A second conductivity type drain on a first conductivity type semiconductor region.
The shift area of the lateral semiconductor element having at least two main electrodes are formed on the surface of the second conductive type drift region, lateral semiconductor device main current flows in the second-conductivity-type drift region between these main electrodes In the manufacturing method, the lifetime of the carrier on the first conductivity type semiconductor region side of the portion where the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type drift region are in contact is shorter than that on the second conductivity type drift region side. The first conductivity type semiconductor region is in contact with the second conductivity type drift region
And forming by irradiating the protons or helium ions lifetime killers introduction region having more lifetime killer than the second conductivity type drift <br/> region side to the first conductivity type semiconductor region side portions that Method for manufacturing a lateral semiconductor device.
電極の形成されない面側から行うことを特徴とする請求
項4に記載の横型半導体装置の製造方法。5. Irradiation with protons or helium ions,
The method for manufacturing a lateral semiconductor device according to claim 4, wherein the process is performed from the side where the electrode is not formed.
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- 1995-06-14 JP JP14703895A patent/JP3519173B2/en not_active Expired - Fee Related
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