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JP2003303965A - Semiconductor element and its fabricating method - Google Patents

Semiconductor element and its fabricating method

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JP2003303965A
JP2003303965A JP2002105962A JP2002105962A JP2003303965A JP 2003303965 A JP2003303965 A JP 2003303965A JP 2002105962 A JP2002105962 A JP 2002105962A JP 2002105962 A JP2002105962 A JP 2002105962A JP 2003303965 A JP2003303965 A JP 2003303965A
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JP
Japan
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layer
type
conductivity type
conductivity
conductive
Prior art date
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Application number
JP2002105962A
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Japanese (ja)
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Inventor
Shoichi Yamaguchi
正一 山口
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power semiconductor element exhibiting low ON voltage characteristics and a high switching performance simultaneously, especially a power semiconductor element which can be implemented even in a semiconductor element of low or intermediate breakdown voltage. <P>SOLUTION: A stripe base layer arranged alternately and repeatedly with an n-type base layer 21 and a p-type base layer 22 is formed on one surface of an n-type buffer layer 1 and a p-type well layer 3, an n-type emitter layer 4, an emitter electrode 10 and an insulating gate electrode 6 are formed on the base layer. A stripe shape arranged repeatedly with an n-type semiconductor layer 7 and a p-type collector layer 9 is formed on the other surface of the n-type buffer layer 1, an n-type collector short circuit layer 8 is formed on the surface of the n-type semiconductor layer 7, and a collector electrode 11 is formed on the n-type collector short circuit layer 8 and the p-type collector layer 9. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は、パワー半導体装
置に関するもので、特に電力用スイッチング素子として
好適な絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(Insu
lated Gate Bipolar Transi
stor:IGBT)に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power semiconductor device, and particularly to an insulated gate bipolar transistor (Insu) suitable as a power switching element.
gated Gate Bipolar Transi
store: IGBT).

【0002】[0002]

【従来の技術】 近年のパワーエレクトロニクス分野に
おける電源機器の小型化・高性能化への要求を受けて、
パワー半導体素子では、高耐圧・大電流化と共に、低損
失化・高速化・高破壊耐量化に対する性能改善が行われ
ている。特に、低損失化のためには、オン電圧(定常損
失)とターンオフ損失の両方を低減する必要があり、様
々な素子構造が検討されている。
2. Description of the Related Art In response to the recent demand for miniaturization and high performance of power supply equipment in the field of power electronics,
In the power semiconductor device, performance improvement is being made for high breakdown voltage and large current, as well as low loss, high speed, and high breakdown resistance. In particular, in order to reduce the loss, it is necessary to reduce both the on-voltage (steady loss) and the turn-off loss, and various element structures have been studied.

【0003】これらの素子構造の中において、低オン電
圧特性を有し、同時に高速化によりターンオフ損失の低
減を図ったコレクタ短絡型の絶縁ゲート型バイポーラト
ランジスタ(IGBT)がある。
Among these element structures, there is a collector short-circuit type insulated gate bipolar transistor (IGBT) which has a low on-voltage characteristic and at the same time has a reduced turn-off loss due to higher speed.

【0004】図25は、プレーナ型のコレクタ短絡型I
GBTの構成を示す断面図である。このIGBTでは、
高抵抗のn型ベース層102の一方の表面に選択的にp
型ウェル層103が形成され、p型ウェル層103表面
には選択的にn型エミッタ層104が形成されている。
さらに、隣り合うn型エミッタ層104の間のn型ベー
ス層102及びp型ウェル層103表面上にゲート絶縁
膜105を介して絶縁ゲート電極106が配設されてい
る。これらのn型エミッタ層104、p型ウェル層10
3、n型ベース層102及び絶縁ゲート電極106によ
って、絶縁ゲート電極106直下のp型ウェル層103
をチャネル領域とするn型チャネルMOSFET(Me
tal Oxide Semiconductor F
ieldEffect Transistor)が構成
されている。一方、n型ベース層102の他方の表面に
は、選択的にn型コレクタ短絡層108とp型コレクタ
層109が形成されている。そして、n型エミッタ層1
04及びp型ウェル層103上には両層に同時にコンタ
クトするようにエミッタ電極110が設けられ、n型コ
レクタ短絡層108及びp型コレクタ層109上には両
層に同時にコンタクトするようにコレクタ電極111が
設けられている。
FIG. 25 shows a planar collector short-circuit type I.
It is sectional drawing which shows the structure of GBT. In this IGBT,
P is selectively formed on one surface of the high-resistance n-type base layer 102.
A type well layer 103 is formed, and an n type emitter layer 104 is selectively formed on the surface of the p type well layer 103.
Further, an insulated gate electrode 106 is provided on the surfaces of the n-type base layer 102 and the p-type well layer 103 between the adjacent n-type emitter layers 104 with a gate insulating film 105 interposed therebetween. These n-type emitter layer 104 and p-type well layer 10
3, the p-type well layer 103 immediately below the insulated gate electrode 106 by the n-type base layer 102 and the insulated gate electrode 106.
N-channel MOSFET (Me
tal Oxide Semiconductor F
field Effect Transistor). On the other hand, an n-type collector short-circuit layer 108 and a p-type collector layer 109 are selectively formed on the other surface of the n-type base layer 102. Then, the n-type emitter layer 1
04 and the p-type well layer 103, an emitter electrode 110 is provided so as to be in contact with both layers at the same time, and a collector electrode is provided on the n-type collector shorting layer 108 and the p-type collector layer 109 so as to be in contact with both layers at the same time. 111 is provided.

【0005】図25に示すコレクタ短絡型IGBTは、
オン状態においてn型ベース層102中にn型チャンネ
ルを介して電子が注入され、またp型コレクタ層109
から正孔が注入されて伝導度変調を生じ、低オン電圧を
得るものである。その際、コレクタ短絡構造により、電
子電流の一部はp型コレクタ層109に流入せずにn型
コレクタ短絡層108を通ってコレクタ電極111に達
するため、p型コレクタ層109の注入効率(Ih/I
c)が抑えられ、蓄積キャリアが低減されて、ターンオ
フが高速化を図っている。
The collector shorted type IGBT shown in FIG.
In the on state, electrons are injected into the n-type base layer 102 through the n-type channel, and the p-type collector layer 109
The holes are injected from the holes to cause conductivity modulation, and a low on-voltage is obtained. At that time, due to the collector short-circuit structure, a part of the electron current does not flow into the p-type collector layer 109 and reaches the collector electrode 111 through the n-type collector short-circuit layer 108, so that the injection efficiency of the p-type collector layer 109 (Ih / I
c) is suppressed, the accumulated carriers are reduced, and the turn-off is speeded up.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】 しかし、図25に示
すコレクタ短絡型IGBTは、初期通電時にはn型ベー
ス層102とp型コレクタ層109とのpn接合部分は
順バイアスとなっていないため、n型チャンネルを介し
てn型ベース層102に注入された電子はn型コレクタ
短絡層108に流れ込むというMOSFETとしての動
作をしてしまう結果、オン電圧(電圧降下)が高くな
る。n型ベース層102とp型コレクタ層109とのp
n接合が順バイアスされるためには、p型コレクタ層1
09の直上に電子電流を流し、n型ベース層102の点
A’においてpn接合のビルトイン電圧相当の電位まで
上昇させることによって実現することができるが、その
ためにはp型コレクタ層109の横幅を長く設計する必
要がある。その結果、n型ベース層102の層厚(Ln
b)が薄い低中耐圧の素子では、コレクタ短絡率が十分
取れずに高速化を図ることができなくなってしまう。こ
のため、従来ではコレクタ短絡型IGBTは高耐圧の素
子においてのみ有効であった。
However, in the collector-shorted type IGBT shown in FIG. 25, the pn junction between the n-type base layer 102 and the p-type collector layer 109 is not forward biased at the time of initial energization. The electrons injected into the n-type base layer 102 through the n-type channel flow into the n-type collector short-circuit layer 108 to operate as a MOSFET, resulting in a high on-voltage (voltage drop). p of the n-type base layer 102 and the p-type collector layer 109
In order for the n-junction to be forward biased, the p-type collector layer 1
This can be achieved by causing an electron current to flow directly above 09 to raise the potential at the point A ′ of the n-type base layer 102 to a potential equivalent to the built-in voltage of the pn junction. For that purpose, the lateral width of the p-type collector layer 109 can be set. It needs to be designed long. As a result, the layer thickness of the n-type base layer 102 (Ln
In the case of a low-medium breakdown voltage element having a thin thickness of b), the collector short-circuit rate cannot be sufficiently obtained, and the speed cannot be increased. For this reason, the collector short-circuit IGBT has been conventionally effective only in a device having a high breakdown voltage.

【0007】ここで、図26は図25に示すコレクタ短
絡型IGBT中の線分D−D’の断面における電界強度
を示した図である。図26に示す通り線分D2−D3で
p型ウェル層103からn型ベース層102に空乏層を
広げて耐圧を得ている。電界強度Eとn型ベース層10
2の不純物濃度Nnとの間には、dE/dy=Nn/ε
(εは、半導体材料の誘電率を示す。)の関係を有し、
耐圧VbはVb=∫E・dyとして求められる。したが
って、線分D2−D3間の電界強度分布はn型ベース層
102の不純物濃度に比例した傾きをもち、この電界強
度分布の積分がコレクタ電圧になる。耐圧はピーク電界
強度が半導体材料の破壊電界(Siの場合は、Emax
=2×105V/cm)に達した時点でのコレクタ電圧と
考えられるので、耐圧を高くするにはn型ベース層10
2を厚くすると同時に不純物濃度を低減しなくてはなら
なく、上述のMOSFET動作時及びIGBT動作時に
おいて低オン抵抗化を図ることができなかった。
Here, FIG. 26 is a diagram showing the electric field intensity in the cross section of the line segment DD 'in the collector short-circuited IGBT shown in FIG. As shown in FIG. 26, the depletion layer is expanded from the p-type well layer 103 to the n-type base layer 102 along the line segment D2-D3 to obtain the breakdown voltage. Electric field strength E and n-type base layer 10
Between the impurity concentration Nn of 2 and dE / dy = Nn / ε
(Ε represents the dielectric constant of the semiconductor material),
The breakdown voltage Vb is calculated as Vb = ∫E · dy. Therefore, the electric field intensity distribution between the line segments D2 and D3 has a slope proportional to the impurity concentration of the n-type base layer 102, and the integral of this electric field intensity distribution becomes the collector voltage. The breakdown voltage is the breakdown electric field of the semiconductor material whose peak electric field strength is Emax (for Si, Emax
= 2 × 10 5 V / cm), the n-type base layer 10 can be used to increase the breakdown voltage.
Since it is necessary to increase the thickness of 2 and simultaneously reduce the impurity concentration, it is not possible to achieve low on-resistance during the above-described MOSFET operation and IGBT operation.

【0008】そこで本発明は、低オン電圧特性と高速ス
イッチング性能を同時に備えたパワー半導体素子、特に
低中耐圧の半導体素子においても実現可能とするパワー
半導体素子を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a power semiconductor element having a low on-voltage characteristic and a high-speed switching performance at the same time, particularly a power semiconductor element which can be realized even in a semiconductor element having a low and medium breakdown voltage.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】 上記課題を解決するた
めに本発明は、第1導電型ベース層と、第1導電型ベー
ス層の一方の表面に選択的に形成された第2導電型ウェ
ル層と、第2導電型ウェル層表面に選択的に形成された
第1導電型エミッタ層と、第1導電型エミッタ層及び第
2導電型ウェル層上に形成された第1の主電極と、第1
導電型ベース層及び第2導電型ウェル層上にゲート絶縁
膜を介して形成され、且つ隣接する第1導電型エミッタ
の間に形成された絶縁ゲート電極と、第1導電型ベース
層の他方の表面上に選択的に複数形成され、第1導電型
ベース層よりも高い不純物濃度を有する第1導電型半導
体層と、第1導電型半導体層の表面に形成された第1導
電型コレクタ短絡層と、第1導電型ベース層の他方の表
面上、且つ隣り合う第1導電型半導体層及び第1導電型
コレクタ短絡層との間に形成された第2導電型コレクタ
層と、第2導電型コレクタ層及び第1導電型コレクタ短
絡層の表面上に形成された第2の主電極とを有すること
を特徴とする半導体素子を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides a first conductivity type base layer and a second conductivity type well selectively formed on one surface of the first conductivity type base layer. A layer, a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type well layer, and a first main electrode formed on the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type well layer, First
The insulated gate electrode formed on the conductive type base layer and the second conductive type well layer via the gate insulating film and between the adjacent first conductive type emitters, and the other of the first conductive type base layer. A first conductivity type semiconductor layer selectively formed on the surface and having an impurity concentration higher than that of the first conductivity type base layer, and a first conductivity type collector short-circuit layer formed on the surface of the first conductivity type semiconductor layer. A second conductivity type collector layer formed on the other surface of the first conductivity type base layer and between the adjacent first conductivity type semiconductor layer and first conductivity type collector short-circuit layer, and a second conductivity type. A semiconductor device having a collector layer and a second main electrode formed on the surface of a first-conductivity-type collector short-circuit layer.

【0010】上記解決手段によって、第2導電型コレク
タ層が第1導電型半導体層の接するアスペクト比を大き
くすることができ、第2導電型コレクタ層近傍の第1導
電型半導体層に流れる電子電流によって第2導電型コレ
クタ層近傍の電位を上昇することができる。したがっ
て、第2導電型コレクタ層の密度及び第1導電型コレク
タ短絡率を高めることができ、延いては低オン電圧化と
高速化を同時に実現することができる。
By the above means, the aspect ratio of the second conductivity type collector layer in contact with the first conductivity type semiconductor layer can be increased, and the electron current flowing in the first conductivity type semiconductor layer in the vicinity of the second conductivity type collector layer. Thus, the potential in the vicinity of the second conductivity type collector layer can be increased. Therefore, the density of the second-conductivity-type collector layer and the first-conductivity-type collector short-circuit rate can be increased, and as a result, low on-voltage and high speed can be realized at the same time.

【0011】また、上記課題を解決するために本発明
は、第1導電型バッファ層と、第1導電型バッファ層の
一方の表面上に選択的に形成された複数の第1導電型ベ
ース層と、第1導電型バッファ層の一方の表面上で、且
つ隣り合う第1導電型ベース層の間に形成された複数の
第2導電型ベース層と、第2導電型ベース層及び第1導
電型ベース層表面に選択的に形成された第2導電型ウェ
ル層と、第2導電型ウェル層の表面に選択的に形成され
た第1導電型エミッタ層と、第1導電型エミッタ層及び
第2導電型ウェル層上に形成された第1の主電極と、第
1導電型ベース層及び第2導電型ウェル層上にゲート絶
縁膜を介して形成され、且つ隣接する第1導電型エミッ
タ層の間に形成された絶縁ゲート電極と、第1導電型バ
ッファ層の他方の表面上に選択的に形成された複数の第
1導電型半導体層と、第1導電型半導体層の表面に形成
された第1導電型コレクタ短絡層と、第1導電型バッフ
ァ層の他方の表面上、且つ隣り合う第1導電型半導体層
及び第1導電型コレクタ短絡層との間に形成された第2
導電型コレクタ層と、第2導電型コレクタ層及び第1導
電型コレクタ短絡層の表面上に形成された第2の主電極
とを有することを特徴とする半導体素子を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a first conductivity type buffer layer and a plurality of first conductivity type base layers selectively formed on one surface of the first conductivity type buffer layer. A plurality of second conductivity type base layers formed on one surface of the first conductivity type buffer layer and between adjacent first conductivity type base layers, the second conductivity type base layer and the first conductivity type Second conductive type well layer selectively formed on the surface of the type base layer, first conductive type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductive type well layer, first conductive type emitter layer and first conductive type emitter layer A first main electrode formed on the second conductivity type well layer, and a first conductivity type emitter layer formed on the first conductivity type base layer and the second conductivity type well layer via a gate insulating film and adjacent to each other. Between the insulated gate electrode and the other surface of the first conductivity type buffer layer. A plurality of first conductivity type semiconductor layers selectively formed thereon, a first conductivity type collector short-circuit layer formed on the surface of the first conductivity type semiconductor layer, and the other surface of the first conductivity type buffer layer A second conductive layer formed between the first conductive type semiconductor layer and the adjacent first conductive type collector short-circuit layer
There is provided a semiconductor device having a conductive type collector layer and a second main electrode formed on the surfaces of the second conductive type collector layer and the first conductive type collector short-circuit layer.

【0012】上記解決手段によって、第2導電型コレク
タ層が第1導電型半導体層の接するアスペクト比を大き
くすることができ、第2導電型コレクタ層近傍の第1導
電型半導体層に流れる電子電流によって第2導電型コレ
クタ層近傍の電位を上昇することができる。したがっ
て、第2導電型コレクタ層の密度及び第1導電型コレク
タ短絡率を高めることができ、延いては低オン電圧化と
高速化を同時に実現することができる。また、第1導電
型ベース層の不純物濃度を高濃度に設定することができ
るため、高速化を維持したまま更に低オン抵抗化を図る
ことができる。
By the means for solving the above problems, the aspect ratio in which the second conductive type collector layer contacts the first conductive type semiconductor layer can be increased, and the electron current flowing in the first conductive type semiconductor layer near the second conductive type collector layer. Thus, the potential in the vicinity of the second conductivity type collector layer can be increased. Therefore, the density of the second-conductivity-type collector layer and the first-conductivity-type collector short-circuit rate can be increased, and as a result, low on-voltage and high speed can be realized at the same time. Moreover, since the impurity concentration of the first conductivity type base layer can be set to a high concentration, it is possible to further reduce the on-resistance while maintaining the high speed.

【0013】また、上記課題を解決するために本発明
は、第1導電型半導体層の一方に複数の第2導電型コレ
クタ層を形成する工程と、第2導電型コレクタ層が形成
された第1導電型半導体層上に第1導電型バッファ層を
形成する工程と、第1導電型バッファ層上に第1導電型
ベース層を形成する工程と、第1導電型ベース層表面に
選択的に第2導電型ウェル層を形成し、第2導電型ウェ
ル層表面に選択的に第1導電型エミッタ層を形成する工
程と、第1導電型エミッタ層及び第2導電型ウェル層上
に第1の主電極を形成する工程と、隣接する第1導電型
エミッタ層の間の第1導電型ベース層及び第2導電型ウ
ェル層上にゲート絶縁膜を介して絶縁ゲート電極を形成
する工程と、第1導電型半導体層を所定の厚さまで薄膜
化する工程と、第1導電型半導体層の表面に第1導電型
コレクタ短絡層を形成する工程と、第1導電型コレクタ
短絡層及び第2導電型コレクタ層表面上に第2の主電極
を形成する工程とを有することを特徴とする半導体素子
の製造方法又は第1導電型半導体層の一方に複数の第2
導電型コレクタ層を形成する工程と、第2導電型コレク
タ層が形成された第1導電型半導体層上に第1導電型バ
ッファ層を形成する工程と、第1導電型バッファ層上に
第1導電型ベース層を形成する工程と、第1導電型ベー
ス層に複数のトレンチ溝を形成する工程と、複数のトレ
ンチ溝に第2導電型ベース層を埋め込む工程と、第2導
電型ベース層及び第1導電型ベース層の表面に選択的に
第2導電型ウェル層を形成し、第2導電型ウェル層の表
面に選択的に第1導電型エミッタ層を形成する工程と、
第1導電型エミッタ層及び第2導電型ウェル層上に第1
の主電極を形成する工程と、隣接する第1導電型エミッ
タ層の間の第1導電型ベース層及び第2導電型ウェル層
上にゲート絶縁膜を介して絶縁ゲート電極を形成する工
程と、第1導電型半導体層を所定の厚さまで薄膜化する
工程と、第1導電型半導体層の表面上に第1導電型コレ
クタ短絡層を形成する工程と、第1導電型コレクタ短絡
層及び第2導電型コレクタ層表面上に第2の主電極を形
成する工程とを有することを特徴とする半導体素子の製
造方法を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a step of forming a plurality of second conductivity type collector layers on one of the first conductivity type semiconductor layers, and a step of forming the second conductivity type collector layers. Forming a first conductivity type buffer layer on the first conductivity type semiconductor layer; forming a first conductivity type base layer on the first conductivity type buffer layer; and selectively forming a first conductivity type base layer surface. Forming a second conductivity type well layer and selectively forming a first conductivity type emitter layer on the surface of the second conductivity type well layer; and forming a first conductivity type emitter layer and a second conductivity type well layer on the first conductivity type well layer. Forming a main electrode, and forming an insulated gate electrode on the first conductivity type base layer and the second conductivity type well layer between the adjacent first conductivity type emitter layers with a gate insulating film interposed therebetween. A step of thinning the first conductivity type semiconductor layer to a predetermined thickness; And a step of forming a first conductivity type collector short-circuit layer on the surface of the electric conductivity type semiconductor layer, and a step of forming a second main electrode on the surfaces of the first conductivity type collector short-circuit layer and the second conductivity type collector layer. A method of manufacturing a semiconductor device or a plurality of second conductive layers on one of the first conductive type semiconductor layers.
Forming a conductive type collector layer; forming a first conductive type buffer layer on the first conductive type semiconductor layer on which the second conductive type collector layer is formed; and forming a first conductive type buffer layer on the first conductive type buffer layer. A step of forming a conductive type base layer, a step of forming a plurality of trench grooves in the first conductive type base layer, a step of embedding a second conductive type base layer in the plurality of trench grooves, a second conductive type base layer, and A step of selectively forming a second conductivity type well layer on the surface of the first conductivity type base layer and selectively forming a first conductivity type emitter layer on the surface of the second conductivity type well layer;
A first conductive type emitter layer and a second conductive type well layer,
Forming a main electrode, and forming an insulated gate electrode on the first conductivity type base layer and the second conductivity type well layer between the adjacent first conductivity type emitter layers with a gate insulating film interposed therebetween. A step of thinning the first conductivity type semiconductor layer to a predetermined thickness, a step of forming a first conductivity type collector short circuit layer on the surface of the first conductivity type semiconductor layer, a first conductivity type collector short circuit layer and a second And a step of forming a second main electrode on the surface of the conductivity type collector layer.

【0014】上記解決手段によって、第2導電型コレク
タ層が第1導電型半導体層の接するアスペクト比の大き
い、すなわち低オン電圧化と高速化を同時に実現するこ
とができる半導体素子を製造することができる。
By the means for solving the problems described above, it is possible to manufacture a semiconductor element having a large aspect ratio in which the second conductive type collector layer is in contact with the first conductive type semiconductor layer, that is, it is possible to simultaneously realize low on-voltage and high speed. it can.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】 本発明の実施形態について図を
参照して説明する。なお、本実施形態は総て第1導電型
としてn型、第2導電型としてp型であるIGBTを用
いて説明する。したがって、本発明を実施するにあたり
第1導電型としてp型、第2導電型としてn型であるI
GBTであっても当然に可能である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that all of the present embodiments will be described using an n-type IGBT as the first conductivity type and a p-type IGBT as the second conductivity type. Therefore, in practicing the present invention, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type.
Naturally, even GBT is possible.

【0016】[第1の実施形態]図1は本発明の第1の
実施形態に係る縦型のパワー半導体素子の構造を示す断
面図である。この実施形態は縦型のコレクタ短絡型IG
BTに対して本発明を適用した実施形態である。
[First Embodiment] FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a vertical power semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. This embodiment is a vertical collector short-circuit IG.
It is an embodiment in which the present invention is applied to BT.

【0017】図1に示すように、n型バッファ層1の一
方の表面上には高抵抗のn型ベース層2が形成されてい
る。このn型ベース層2の表面に選択的にp型ウェル層
3が形成され、p型ウェル層3表面に選択的にn型エミ
ッタ層4が形成されている。隣り合うn型エミッタ層4
の間をn型ベース層2及びp型ウェル層3表面上にゲー
ト絶縁膜5を介して絶縁ゲート電極6が配設されてい
る。これらn型エミッタ層4、p型ウェル層3、n型ベ
ース層2、絶縁ゲート電極6によって、絶縁ゲート電極
6直下のp型ウェル層3をチャネル領域とするn型チャ
ネルMOSFETが構成されている。また、n型エミッ
タ層4とp型ウェル層3の表面には両層に同時にコンタ
クトするようにエミッタ電極10が設けられている。
As shown in FIG. 1, a high resistance n-type base layer 2 is formed on one surface of the n-type buffer layer 1. A p-type well layer 3 is selectively formed on the surface of the n-type base layer 2, and an n-type emitter layer 4 is selectively formed on the surface of the p-type well layer 3. Adjacent n-type emitter layer 4
An insulated gate electrode 6 is provided on the surfaces of the n-type base layer 2 and the p-type well layer 3 with a gate insulating film 5 interposed therebetween. The n-type emitter layer 4, the p-type well layer 3, the n-type base layer 2 and the insulated gate electrode 6 constitute an n-type channel MOSFET having the p-type well layer 3 immediately below the insulated gate electrode 6 as a channel region. . An emitter electrode 10 is provided on the surfaces of the n-type emitter layer 4 and the p-type well layer 3 so as to contact both layers at the same time.

【0018】一方、n型バッファ層1の他方の表面上に
は選択的にn型半導体層7とp型コレクタ層9が形成さ
れており、n型半導体層7の表面にはn型コレクタ短絡
層8が形成されている。ここで、n型半導体層7の層厚
(Lns)は、p型コレクタ層9の横幅の半分(Wp)
より厚く形成され、またp型コレクタ層9の横幅の半分
(Wp)はn型ベース層2の層厚(Lnb)より十分狭
く形成されている。n型コレクタ短絡層8とp型コレク
タ層9の表面上には両層に同時にコンタクトするように
コレクタ電極11が設けられている。
On the other hand, the n-type semiconductor layer 7 and the p-type collector layer 9 are selectively formed on the other surface of the n-type buffer layer 1, and the n-type collector short circuit is formed on the surface of the n-type semiconductor layer 7. Layer 8 has been formed. Here, the layer thickness (Lns) of the n-type semiconductor layer 7 is half the lateral width (Wp) of the p-type collector layer 9.
The p-type collector layer 9 is formed thicker, and half of the lateral width (Wp) of the p-type collector layer 9 is formed sufficiently smaller than the layer thickness (Lnb) of the n-type base layer 2. A collector electrode 11 is provided on the surfaces of the n-type collector short-circuit layer 8 and the p-type collector layer 9 so as to contact both layers simultaneously.

【0019】次に図1に示す縦型のパワー半導体素子の
構造の製造方法について図2〜図3を用いて説明する。
Next, a method of manufacturing the structure of the vertical power semiconductor device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.

【0020】図2(a)に示すように、低濃度のn型半
導体層7にトレンチ溝7aを形成する。次に図2(b)
に示すように、(a)において形成したトレンチ溝7a
を埋め込むようにp型コレクタ層9を堆積し、余分なp
型コレクタ層をCMP(Chemical Mecha
nical Polish)等により研磨除去する。次
に図2(c)に示すように、n型半導体層7及びp型コ
レクタ層9の表面上にn型バッファ層1、続けてn型バ
ッファ層1上にn型ベース層2をエピタキシャル成長さ
せる。
As shown in FIG. 2A, a trench groove 7a is formed in the low-concentration n-type semiconductor layer 7. Next, FIG. 2 (b)
As shown in, the trench groove 7a formed in (a)
P-type collector layer 9 is deposited so that
The collector layer of CMP (Chemical Mechanical)
Polishing and removing with a nickel polish) or the like. Next, as shown in FIG. 2C, the n-type buffer layer 1 is epitaxially grown on the surfaces of the n-type semiconductor layer 7 and the p-type collector layer 9, and then the n-type base layer 2 is epitaxially grown on the n-type buffer layer 1. .

【0021】次に図3(d)に示すように、n型ベース
層2の表面に選択的にp型ウェル層3を形成する。更に
このp型ウェル層3の表面に選択的にn型エミッタ層4
を形成する。隣り合うn型エミッタ層4の間をn型ベー
ス層2及びp型ウェル層3の表面上にゲート絶縁膜5を
介して絶縁ゲート電極6が配設されている。更にn型エ
ミッタ層4とp型ウェル層3の両層に同時にコンタクト
するようにエミッタ電極10を形成する。また、n型半
導体層7の裏面を選択的に形成されているp型コレクタ
層9が露出するまでCMP等によって研磨除去し、n型
半導体層7及びp型コレクタ層9を所定の層厚にする。
次に図3(e)に示すように、n型半導体層7及びp型
コレクタ層9の全表面に対してn型不純物イオン12を
注入する。この場合、p型コレクタ層9の不純物濃度は
予め5×1019cm-3程度の比較的高濃度とし、注入す
るn型不純物イオン12の濃度をp型コレクタ層9の不
純物濃度より低い、例えば2×1019cm-3を用いれば
よい。また、p型コレクタ層9をレジストによってマス
クをし、n型半導体層7のみにn型不純物イオン12を
注入することによってもn型コレクタ短絡層8を形成す
ることができる。
Next, as shown in FIG. 3D, the p-type well layer 3 is selectively formed on the surface of the n-type base layer 2. Further, the n-type emitter layer 4 is selectively formed on the surface of the p-type well layer 3.
To form. An insulated gate electrode 6 is provided between the adjacent n-type emitter layers 4 on the surfaces of the n-type base layer 2 and the p-type well layer 3 with a gate insulating film 5 interposed therebetween. Further, an emitter electrode 10 is formed so as to contact both the n-type emitter layer 4 and the p-type well layer 3 at the same time. Further, the back surface of the n-type semiconductor layer 7 is polished and removed by CMP or the like until the selectively formed p-type collector layer 9 is exposed, so that the n-type semiconductor layer 7 and the p-type collector layer 9 have a predetermined layer thickness. To do.
Next, as shown in FIG. 3E, n-type impurity ions 12 are implanted into the entire surfaces of the n-type semiconductor layer 7 and the p-type collector layer 9. In this case, the impurity concentration of the p-type collector layer 9 is set to a relatively high concentration of about 5 × 10 19 cm −3 in advance, and the concentration of the n-type impurity ions 12 to be implanted is lower than the impurity concentration of the p-type collector layer 9, for example, 2 × 10 19 cm −3 may be used. The n-type collector short-circuit layer 8 can also be formed by masking the p-type collector layer 9 with a resist and implanting the n-type impurity ions 12 only in the n-type semiconductor layer 7.

【0022】なお、上記製造方法ではn型ベース層2の
表面にn型チャネルMOSFETを形成した後にn型コ
レクタ短絡層8を形成したが、n型コレクタ短絡層8の
形成は上記方法に限定されず、例えばn型バッファ層1
のエピタキシャル成長する前であっても良い。
In the above manufacturing method, the n-type collector short-circuit layer 8 is formed after the n-type channel MOSFET is formed on the surface of the n-type base layer 2, but the formation of the n-type collector short-circuit layer 8 is not limited to the above method. Without, for example, the n-type buffer layer 1
May be before the epitaxial growth.

【0023】図4は図1に示す縦型のパワー半導体素子
の通電初期或いは低電流通電時の電子13の流れを示し
たものであり、図5はオン状態でのキャリアの流れを示
す図である。絶縁ゲート電極6に所定電圧を印加する
と、図4に示すようにn型半導体層7を電子電流が流れ
る。p型コレクタ層9に接するn型半導体層7に流れる
電子電流によって図4に示す点Aの電位が確実に上昇
し、pn接合が順バイアスされた状態となり、図5に示
すようにp型コレクタ層9からn型ベース層2へ正孔1
4が注入される。これは、p型コレクタ層9の横幅の半
分(Wp)に依存するのではなく、p型コレクタ層9と
n型半導体層7との接する距離(Lns)を長くするこ
とによって図1に示す点Aの電位上昇を早めることがで
きることを示している。したがって、p型コレクタ層9
及びn型半導体層7を横方向に微細化することができ
る。すなわち、コレクタ電極11の面積当りのp型コレ
クタ層9の密度及びn型コレクタ短絡率を共に増やすこ
とが可能になり、低オン電圧化と高速化を同時に実現す
ることができるのである。
FIG. 4 shows the flow of electrons 13 at the initial stage of energization of the vertical power semiconductor device shown in FIG. 1 or at the time of energization with a low current, and FIG. 5 is a diagram showing the flow of carriers in the ON state. is there. When a predetermined voltage is applied to the insulated gate electrode 6, an electron current flows through the n-type semiconductor layer 7 as shown in FIG. An electric current flowing through the n-type semiconductor layer 7 in contact with the p-type collector layer 9 surely raises the potential at the point A shown in FIG. 4, and the pn junction is in a forward biased state. As shown in FIG. Holes 1 from layer 9 to n-type base layer 2
4 is injected. This does not depend on the half width (Wp) of the lateral width of the p-type collector layer 9, but by increasing the contact distance (Lns) between the p-type collector layer 9 and the n-type semiconductor layer 7, the point shown in FIG. It shows that the potential increase of A can be accelerated. Therefore, the p-type collector layer 9
Also, the n-type semiconductor layer 7 can be laterally miniaturized. That is, it is possible to increase both the density of the p-type collector layer 9 and the n-type collector short-circuit rate per area of the collector electrode 11, and it is possible to simultaneously realize low on-voltage and high speed.

【0024】また、上記説明した縦型のコレクタ短絡型
IGBTはn型ベース層2とp型コレクタ層9並びにn
型半導体層7との間にn型バッファ層1を介在させてい
るが、図6に示すようにn型バッファ層1を介在させな
くとも本発明の実施は可能である。
The vertical collector short-circuit type IGBT described above has the n-type base layer 2, the p-type collector layer 9 and the n-type base layer 2.
Although the n-type buffer layer 1 is interposed between the n-type buffer layer 1 and the type semiconductor layer 7, the present invention can be implemented without the n-type buffer layer 1 interposed therebetween as shown in FIG.

【0025】ここで、本発明の実施形態を実施するため
の不純物濃度と電子電流が流れる距離との関係を表わせ
ば、n型バッファ層1及びn型半導体層7の不純物濃度
をそれぞれNn1及びNn2と置くと、Lns/Nn2
>Wp/Nn1の関係が成り立つ。なお、上記図6に示
すようなn型バッファ層1を介在させないIGBTは上
述した関係式のNn1はn型ベース層2の不純物濃度に
置きかえることによって発明の実施が可能となる。上述
した関係式は以下において説明する本発明の実施形態に
おいても成り立たなければならない。
Here, to show the relationship between the impurity concentration and the distance through which the electron current flows for carrying out the embodiment of the present invention, the impurity concentrations of the n-type buffer layer 1 and the n-type semiconductor layer 7 are Nn1 and Nn2, respectively. Put, Lns / Nn2
The relationship of> Wp / Nn1 is established. In the IGBT having no n-type buffer layer 1 as shown in FIG. 6, the invention can be implemented by replacing Nn1 in the above-mentioned relational expression with the impurity concentration of the n-type base layer 2. The relational expressions described above must hold in the embodiments of the present invention described below.

【0026】また、絶縁ゲート電極6をn型ベース層2
の表面に形成したが、これに限定されず図7に示すよう
にn型エミッタ層4、p型ウェル層3及びn型ベース層
2にトレンチ溝を形成し、このトレンチ溝にゲート絶縁
膜5を介して絶縁ゲート電極6を埋め込みことも可能で
あり、以下において説明する本発明の実施形態も同様で
ある。
Further, the insulated gate electrode 6 is formed on the n-type base layer 2
Although not limited to this, a trench groove is formed in the n-type emitter layer 4, the p-type well layer 3 and the n-type base layer 2 and the gate insulating film 5 is formed in the trench groove. It is also possible to embed the insulated gate electrode 6 via the same, and the same applies to the embodiments of the present invention described below.

【0027】[第2の実施形態]図8は本発明の第2の
実施形態に係る縦型のパワー半導体素子の構造を示す断
面図である。この実施形態も縦型のコレクタ短絡型IG
BTに対して本発明を適用した実施形態である。
[Second Embodiment] FIG. 8 is a sectional view showing the structure of a vertical power semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. This embodiment is also a vertical collector short-circuit IG
It is an embodiment in which the present invention is applied to BT.

【0028】図8に示すように、n型バッファ層1上に
はn型ベース層21とp型ベース層22が交互に繰返し
配列されたストライプ状のベース層を形成している。す
なわち、隣接するn型ベース層21でp型ベース層22
を挟み込み、また隣接するp型ベース層22でn型ベー
ス層21を挟み込む構成になっている。このn型ベース
層21とp型ベース層22の横幅と濃度の関係は共に、
例えば各ベース層の横幅が5μmの場合で不純物濃度が
およそ4×1015cm-3または横幅が1μmの場合で不
純物濃度がおよび2×1016cm-3に設定するとよい。
As shown in FIG. 8, a striped base layer in which an n-type base layer 21 and a p-type base layer 22 are alternately and repeatedly arranged is formed on the n-type buffer layer 1. That is, the adjacent n-type base layer 21 and the p-type base layer 22
And the n-type base layer 21 is sandwiched between the adjacent p-type base layers 22. The relationship between the lateral width and the concentration of the n-type base layer 21 and the p-type base layer 22 is
For example, when the lateral width of each base layer is 5 μm and the impurity concentration is approximately 4 × 10 15 cm −3, or when the lateral width is 1 μm, the impurity concentration may be set to 2 × 10 16 cm −3 .

【0029】p型ベース層22及びn型ベース層21の
表面に選択的にp型ウェル層3が形成され、このp型ウ
ェル層3の表面に選択的にn型エミッタ層4が形成され
ている。隣り合うn型エミッタ層4の間をn型ベース層
21及びp型ウェル層3の表面上にゲート絶縁膜5を介
して絶縁ゲート電極6が配設されている。これらn型エ
ミッタ層4、p型ウェル層3、n型ベース層21、絶縁
ゲート電極6によって、絶縁ゲート電極6直下のp型ウ
ェル層3をチャネル領域とするn型チャネルMOSFE
Tが構成されている。また、n型エミッタ層4とp型ウ
ェル層3の表面上には両層に同時にコンタクトするよう
にエミッタ電極10が設けられている。
The p-type well layer 3 is selectively formed on the surfaces of the p-type base layer 22 and the n-type base layer 21, and the n-type emitter layer 4 is selectively formed on the surface of the p-type well layer 3. There is. An insulated gate electrode 6 is provided between the adjacent n-type emitter layers 4 on the surfaces of the n-type base layer 21 and the p-type well layer 3 with a gate insulating film 5 interposed therebetween. With these n-type emitter layer 4, p-type well layer 3, n-type base layer 21, and insulated gate electrode 6, an n-type channel MOSFE having the p-type well layer 3 immediately below the insulated gate electrode 6 as a channel region is formed.
T is configured. An emitter electrode 10 is provided on the surfaces of the n-type emitter layer 4 and the p-type well layer 3 so as to contact both layers at the same time.

【0030】一方、n型バッファ層1の表面には選択的
にn型半導体層7とp型コレクタ層9が形成されてお
り、n型半導体層7の表面にはn型コレクタ短絡層8が
形成されている。n型コレクタ短絡層8とp型コレクタ
層9の表面上には両層に同時にコンタクトするようにコ
レクタ電極11が設けられている。
On the other hand, the n-type semiconductor layer 7 and the p-type collector layer 9 are selectively formed on the surface of the n-type buffer layer 1, and the n-type collector short-circuit layer 8 is formed on the surface of the n-type semiconductor layer 7. Has been formed. A collector electrode 11 is provided on the surfaces of the n-type collector short-circuit layer 8 and the p-type collector layer 9 so as to contact both layers simultaneously.

【0031】次に図8の縦型のパワー半導体素子の構造
の製造方法について図9〜図11を用いて説明する。
Next, a method of manufacturing the structure of the vertical power semiconductor device of FIG. 8 will be described with reference to FIGS.

【0032】図9(a)に示すように、低濃度のn型半
導体層7にトレンチ溝7aを形成する。次に図9(b)
に示すように、(a)において形成したトレンチ溝7a
を埋め込むようにp型コレクタ層9を堆積し、余分なp
型コレクタ層をCMP等により研磨除去する。次に図9
(c)に示すように、n型半導体層7及びp型コレクタ
層9の表面上にn型バッファ層1、続けてn型バッファ
層1上に不純物濃度がおよそ2×1015cm-3程度のn
型ベース層21をエピタキシャル成長させる。
As shown in FIG. 9A, a trench groove 7a is formed in the low concentration n-type semiconductor layer 7. Next, FIG. 9 (b)
As shown in, the trench groove 7a formed in (a)
P-type collector layer 9 is deposited so that
The mold collector layer is polished and removed by CMP or the like. Next in FIG.
As shown in (c), the n-type buffer layer 1 is formed on the surfaces of the n-type semiconductor layer 7 and the p-type collector layer 9, and the impurity concentration on the n-type buffer layer 1 is about 2 × 10 15 cm −3. N
The mold base layer 21 is epitaxially grown.

【0033】次に図10(d)に示すように、図9
(c)において形成したn型ベース層21をn型バッフ
ァ層1が露出するまで複数のトレンチ溝21aを形成す
る。次に図10(e)に示すように、(d)において形
成したトレンチ溝21aを埋め込むようにp型ベース層
22を堆積し、余分なp型ベース層をCMP等により研
磨除去する。
Next, as shown in FIG.
A plurality of trench grooves 21a are formed in the n-type base layer 21 formed in (c) until the n-type buffer layer 1 is exposed. Next, as shown in FIG. 10E, the p-type base layer 22 is deposited so as to fill the trench groove 21a formed in (d), and the excess p-type base layer is removed by polishing by CMP or the like.

【0034】次に図11(f)に示すように、p型ベー
ス層22及びn型ベース層21の表面に選択的にp型ウ
ェル層3を形成する。更にこのp型ウェル層3の表面に
選択的にn型エミッタ層4を形成する。このn型ベース
層21を介して隣り合うn型エミッタ層4に接するよう
にp型ウェル層4及びn型ベース層21表面にゲート絶
縁膜5を形成し、このゲート絶縁膜5上に絶縁ゲート電
極6を形成する。更にn型エミッタ層4とp型ウェル層
3の両層に同時にコンタクトするようにエミッタ電極1
0を形成する。また、n型半導体層7の裏面は選択的に
形成されているp型コレクタ層9が露出するまでCMP
等によって研磨除去する。次に図3(e)に示すよう
に、n型半導体層7及びp型コレクタ層9の全表面に対
してn型不純物イオン12を注入する。この場合、p型
コレクタ層9の不純物濃度は予め5×1019cm-3程度
の比較的高濃度とし、注入するn型不純物イオン12の
濃度をp型コレクタ層9の不純物濃度より低い、例えば
2×1019cm-3を用いればよい。また、p型コレクタ
層9をレジストによってマスクをし、n型半導体層7の
みにn型不純物イオン12を注入することによってもn
型コレクタ短絡層8を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 11F, the p-type well layer 3 is selectively formed on the surfaces of the p-type base layer 22 and the n-type base layer 21. Further, the n-type emitter layer 4 is selectively formed on the surface of the p-type well layer 3. A gate insulating film 5 is formed on the surfaces of the p-type well layer 4 and the n-type base layer 21 so as to be in contact with the adjacent n-type emitter layer 4 via the n-type base layer 21, and an insulated gate is formed on the gate insulating film 5. The electrode 6 is formed. Further, the emitter electrode 1 is formed so as to be in contact with both the n-type emitter layer 4 and the p-type well layer 3 at the same time.
Form 0. In addition, the back surface of the n-type semiconductor layer 7 is subjected to CMP until the selectively formed p-type collector layer 9 is exposed.
Etc. to remove by polishing. Next, as shown in FIG. 3E, n-type impurity ions 12 are implanted into the entire surfaces of the n-type semiconductor layer 7 and the p-type collector layer 9. In this case, the impurity concentration of the p-type collector layer 9 is set to a relatively high concentration of about 5 × 10 19 cm −3 in advance, and the concentration of the n-type impurity ions 12 to be implanted is lower than the impurity concentration of the p-type collector layer 9, for example, 2 × 10 19 cm −3 may be used. Also, by masking the p-type collector layer 9 with a resist and implanting the n-type impurity ions 12 only in the n-type semiconductor layer 7,
The type collector short-circuit layer 8 can be formed.

【0035】なお、上記製造方法ではn型ベース層21
及びp型ベース層22の表面にn型チャネルMOSFE
Tを形成した後にn型コレクタ短絡層8を形成したが、
n型コレクタ短絡層8の形成は上記方法に限定されず、
例えばn型バッファ層1のエピタキシャル成長する前で
あっても良い。
In the above manufacturing method, the n-type base layer 21
And n-type channel MOSFE on the surface of the p-type base layer 22.
After forming T, the n-type collector shorting layer 8 was formed,
The formation of the n-type collector short-circuit layer 8 is not limited to the above method,
For example, it may be before the epitaxial growth of the n-type buffer layer 1.

【0036】図12は、図8に示す縦型のパワー半導体
装置のコレクタ・エミッタ間電圧印加(Vce≦50
V)した場合の初期の空乏層15の広がりを示した図で
ある。n型ベース層21とp型ベース層22との境界を
接合面として、図8の矢印方向へ空乏層15が広がり始
まる。
FIG. 12 is a diagram showing the voltage applied between the collector and the emitter of the vertical power semiconductor device shown in FIG. 8 (Vce ≦ 50).
FIG. 5 is a diagram showing the initial spread of the depletion layer 15 in the case of (V). The depletion layer 15 begins to spread in the direction of the arrow in FIG. 8 with the boundary between the n-type base layer 21 and the p-type base layer 22 as the junction surface.

【0037】図13は、図8に示す縦型パワー半導体装
置のオフ状態(阻止状態)での電位分布(等電位線)を
示す図である。また、図14は図13の線分B−B’の
断面における、オフ状態での電界強度分布を示し、図1
5は線分C−C’の断面における電界強度分布を示すも
のである。
FIG. 13 is a diagram showing a potential distribution (equipotential lines) in the off state (blocking state) of the vertical power semiconductor device shown in FIG. Further, FIG. 14 shows an electric field strength distribution in an off state in a cross section taken along the line BB ′ of FIG.
5 shows the electric field strength distribution in the cross section of the line segment CC ′.

【0038】図15からp型ウェル層3とn型バッファ
層1との間のn型ベース層21及びp型ベース層22に
おける電界強度がほぼフラットになっていることがわか
る。これは、図12に示すようにn型ベース層21とp
型ベース層22の接合面に沿って空乏層が広がるため、
C1−C2方向の電界強度がほぼ一定になることによっ
て生じる現象である。したがって、n型ベース層21の
不純物濃度を高濃度に設定してもブレークダウンする前
にn型ベース層21、p型ベース層22が共に完全に空
乏化することによって高耐圧を得ることができる。
It can be seen from FIG. 15 that the electric field strengths in the n-type base layer 21 and the p-type base layer 22 between the p-type well layer 3 and the n-type buffer layer 1 are almost flat. This is because the n-type base layer 21 and p
Since the depletion layer spreads along the junction surface of the mold base layer 22,
This is a phenomenon caused by the electric field strength in the C1-C2 direction becoming substantially constant. Therefore, even if the impurity concentration of the n-type base layer 21 is set to a high concentration, both the n-type base layer 21 and the p-type base layer 22 are completely depleted before breakdown, so that a high breakdown voltage can be obtained. .

【0039】図8に示すコレクタ短絡型IGBTも第1
の実施形態と同様に、通電初期はMOSFETとして動
作するが、p型コレクタ層9の近傍のn型半導体層7を
流れる電子電流により、n型半導体層7の点Aにおける
電位が上昇しpn接合部が順バイアスされp型コレクタ
層9からn型ベース層21に正孔が注入されIGBTと
しての動作を開始する。このpn接合部の順バイアスさ
れるのに必要な電流はp型コレクタ層9とn型半導体層
7との接する距離(Lns)に依存するため、Lnsを
所定の長さに設定することによって順バイアスに必要な
電流を調整することができる。したがって、p型コレク
タ層9及びn型半導体層7を横方向に微細化することが
でき、コレクタ電極11の面積当りのp型コレクタ層9
の密度及びn型コレクタ短絡率を共に増やすことが可能
となり、低オン電圧化と高速化を同時に実現することが
できる。また、本実施形態におけるIGBTのn型ベー
ス層21は通常のIGBTと比較して数倍から1桁以上
高い不純物濃度に設定することができるため、MOSF
ET動作時のオン電圧が著しく低減することができる。
したがって、高速性を維持したまま、更に低オン抵抗化
を図ることができる。
The collector-shorted IGBT shown in FIG. 8 is also the first
Similar to the first embodiment, it operates as a MOSFET in the initial stage of energization, but the potential at the point A of the n-type semiconductor layer 7 rises due to the electron current flowing in the n-type semiconductor layer 7 near the p-type collector layer 9 and the pn junction. The part is forward biased and holes are injected from the p-type collector layer 9 to the n-type base layer 21 to start the operation as an IGBT. The current required to be forward biased in the pn junction depends on the contact distance (Lns) between the p-type collector layer 9 and the n-type semiconductor layer 7. Therefore, by setting Lns to a predetermined length, The current required for bias can be adjusted. Therefore, the p-type collector layer 9 and the n-type semiconductor layer 7 can be miniaturized in the lateral direction, and the p-type collector layer 9 per area of the collector electrode 11 can be miniaturized.
It is possible to increase both the density and the short circuit ratio of the n-type collector, and it is possible to realize low ON voltage and high speed at the same time. In addition, the n-type base layer 21 of the IGBT in the present embodiment can be set to an impurity concentration that is several times higher than that of a normal IGBT by one digit or more.
The on-voltage during the ET operation can be significantly reduced.
Therefore, it is possible to further reduce the ON resistance while maintaining high speed.

【0040】ここで図16は、半導体素子のエミッタ・
コレクタ間電圧(オン電圧)−コレクタ電圧電流密度特
性(Vce−Jc特性)を示した特性図である。点線は
従来のIGBT、一点鎖線は従来のSJ−MOSFET
(Super Junction − MOSFE
T)、太実線は第2の実施形態に係るコレクタ短絡型I
GBT及び細実線は第1の実施形態に係るコレクタ短絡
型IGBTの特性を示している。なお、図16に示す半
導体素子は600V耐圧のSi素子を例示している。図
16より第2の実施形態に係るコレクタ短絡型IGBT
は、低電流密度領域ではSJ−MOSFETと同様の低
オン抵抗を示している。一方、高電流密度領域では、S
J−MOSFETより著しく低オン抵抗化されているこ
とがわかる。
Here, FIG. 16 shows the emitter / element of the semiconductor element.
It is a characteristic view showing collector voltage (on-voltage) -collector voltage current density characteristic (Vce-Jc characteristic). The dotted line is the conventional IGBT, and the alternate long and short dash line is the conventional SJ-MOSFET.
(Super Junction-MOSFE
T) and a thick solid line are collector short-circuit type I according to the second embodiment.
The GBT and the thin solid line show the characteristics of the collector short-circuited IGBT according to the first embodiment. The semiconductor element shown in FIG. 16 is a Si element having a breakdown voltage of 600V. From FIG. 16, a collector short-circuited IGBT according to the second embodiment
Shows a low on-resistance similar to that of the SJ-MOSFET in the low current density region. On the other hand, in the high current density region, S
It can be seen that the on-resistance is significantly lower than that of the J-MOSFET.

【0041】また、従来のIGBTはp型コレクタ層の
横幅の半分(Wp)を狭くするとp型コレクタ層から正
孔が注入されず従来のMOSFETと同様な特性を示
し、逆にWpを広くすると比較的低電流密度領域でp型
コレクタ層から正孔が注入されるがn型コレクタ短絡率
が低くなるため高速性が阻害されてしまう。これに対し
て、第1の実施形態に係るIGBTは、従来のIGBT
と同様な高速性を維持したまま、従来のIGBTと比較
して著しく低オン抵抗化されていることがわかる。さら
に、第2の実施形態に係るIGBTは、MOSFETと
して動作する低電流密度領域においても従来のIGBT
と比較して著しく低オン抵抗化されている。
Further, in the conventional IGBT, when half the width (Wp) of the width of the p-type collector layer is narrowed, holes are not injected from the p-type collector layer and the same characteristics as those of the conventional MOSFET are shown. Conversely, when Wp is widened. In the relatively low current density region, holes are injected from the p-type collector layer, but the n-type collector short circuit rate becomes low, which impairs high speed. On the other hand, the IGBT according to the first embodiment is a conventional IGBT.
It can be seen that the ON resistance is remarkably reduced as compared with the conventional IGBT while maintaining the same high speed. Further, the IGBT according to the second embodiment has a conventional IGBT even in a low current density region operating as a MOSFET.
The on resistance is remarkably lower than that of

【0042】このように低電流から高電流の密度領域に
おいて低オン電圧化を可能とする本発明は、高負荷(高
電流)と低負荷(低電流)とが繰返されるような例えば
電源機器やインバータ装置への利用に有効である。
As described above, the present invention that enables a low on-voltage in a low current to high current density region is provided, for example, in a power supply device or the like in which a high load (high current) and a low load (low current) are repeated. It is effective for use in inverter devices.

【0043】[第3の実施形態]図17は本発明の第3
の実施形態に係る縦型のパワー半導体素子の構造を示す
断面図である。この実施形態も縦型のコレクタ短絡型I
GBTに対して本発明を適用した実施形態である。
[Third Embodiment] FIG. 17 shows a third embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing the structure of a vertical power semiconductor device according to the embodiment of FIG. This embodiment is also a vertical collector short-circuit type I.
It is an embodiment in which the present invention is applied to GBT.

【0044】図17に示すように、n型バッファ層1上
にn型バッファ層1の面に対して垂直方向に凸凹を有し
たn型ベース層21とp型ベース層22が交互に繰返し
配列されたストライプ状のベース層を形成している。す
なわち、隣接するn型ベース層21でp型ベース層22
を挟み込み、また隣接するp型ベース層22でn型ベー
ス層21を挟み込む構成になっている。
As shown in FIG. 17, on the n-type buffer layer 1, an n-type base layer 21 and a p-type base layer 22 having irregularities in the direction perpendicular to the surface of the n-type buffer layer 1 are alternately and repeatedly arranged. To form a striped base layer. That is, the adjacent n-type base layer 21 and the p-type base layer 22
And the n-type base layer 21 is sandwiched between the adjacent p-type base layers 22.

【0045】p型ベース層22及びn型ベース層21の
表面に選択的にp型ウェル層3が形成され、このp型ウ
ェル層3の表面に選択的にn型エミッタ層4が形成され
ている。隣り合うn型エミッタ層4間をn型ベース層2
1及びp型ウェル層3表面にゲート絶縁膜5を介して絶
縁ゲート電極6が配設されている。これらn型エミッタ
層4、p型ウェル層3、n型ベース層21、絶縁ゲート
電極6によって、絶縁ゲート電極6直下のp型ウェル層
3をチャネル領域とするn型チャネルMOSFETが構
成されている。また、n型エミッタ層4とp型ウェル層
3の表面上には両層に同時にコンタクトするようにエミ
ッタ電極10が設けられている。
The p-type well layer 3 is selectively formed on the surfaces of the p-type base layer 22 and the n-type base layer 21, and the n-type emitter layer 4 is selectively formed on the surface of the p-type well layer 3. There is. The n-type base layer 2 is provided between adjacent n-type emitter layers 4.
An insulated gate electrode 6 is provided on the surfaces of the 1 and p-type well layers 3 with a gate insulating film 5 interposed therebetween. These n-type emitter layer 4, p-type well layer 3, n-type base layer 21, and insulated gate electrode 6 constitute an n-type channel MOSFET having the p-type well layer 3 immediately below the insulated gate electrode 6 as a channel region. . An emitter electrode 10 is provided on the surfaces of the n-type emitter layer 4 and the p-type well layer 3 so as to contact both layers at the same time.

【0046】一方、n型バッファ層1の表面には選択的
にn型半導体層7とp型コレクタ層9が形成されてお
り、n型半導体層7の表面にはn型コレクタ短絡層8が形
成されている。n型コレクタ短絡層8とp型コレクタ層
9の表面には両層に同時にコンタクトするようにコレク
タ電極11が設けられている。
On the other hand, the n-type semiconductor layer 7 and the p-type collector layer 9 are selectively formed on the surface of the n-type buffer layer 1, and the n-type collector short-circuit layer 8 is formed on the surface of the n-type semiconductor layer 7. Has been formed. A collector electrode 11 is provided on the surfaces of the n-type collector short-circuit layer 8 and the p-type collector layer 9 so as to contact both layers simultaneously.

【0047】次に図17の縦型のパワー半導体素子の構
造の製造方法について図18〜図19を用いて説明す
る。
Next, a method of manufacturing the structure of the vertical power semiconductor device of FIG. 17 will be described with reference to FIGS.

【0048】図18(a)に示すように、n型半導体層
7の表面に選択的にボロン等のp型不純物16をイオン
注入する。次に図18(b)に示すように、イオン注入
されたn型半導体層7上にn型バッファ層1とn型ベー
ス層21を続けてエピタキシャル成長させ、n型ベース
層21の表面に選択的にボロン等のp型不純物16をイ
オン注入する。次に図18(c)に示すように、更にn
型ベース層21aのエピタキシャル成長させ、新しくエ
ピタキシャル成長されたn型ベース層21aの表面に選
択的にボロン等のp型不純物16をイオン注入する。な
お、本実施形態では、この工程を2回繰返したが、これ
に限定されず3回以上繰返しても良い。次いで、これら
のp型不純物16を熱処理によりドライブイン拡散し
て、p型コレクタ層9及びp型ベース層22を形成す
る。
As shown in FIG. 18A, p-type impurities 16 such as boron are selectively ion-implanted into the surface of the n-type semiconductor layer 7. Next, as shown in FIG. 18B, the n-type buffer layer 1 and the n-type base layer 21 are successively epitaxially grown on the ion-implanted n-type semiconductor layer 7, and the surface of the n-type base layer 21 is selectively grown. Then, a p-type impurity 16 such as boron is ion-implanted. Next, as shown in FIG.
The type base layer 21a is epitaxially grown, and p-type impurities 16 such as boron are selectively ion-implanted into the surface of the newly epitaxially grown n-type base layer 21a. In the present embodiment, this step was repeated twice, but it is not limited to this and may be repeated three times or more. Next, these p-type impurities 16 are drive-in diffused by heat treatment to form the p-type collector layer 9 and the p-type base layer 22.

【0049】なお、上述のようにn型半導体層7及びn
型ベース層21に対しp型不純物16を続けてイオン注
入後、最終的に一括して熱処理によりドライブイン拡散
するのではなく、p型不純物16のイオン注入毎にp型
不純物16を熱処理によりドライブイン拡散してp型コ
レクタ層9若しくはp型ベース層22を形成してもよ
い。
As described above, the n-type semiconductor layers 7 and n
After the p-type impurity 16 is continuously ion-implanted into the type base layer 21, the p-type impurity 16 is not thermally drive-diffused all at once, but the p-type impurity 16 is driven by the heat treatment each time the p-type impurity 16 is ion-implanted. The p-type collector layer 9 or the p-type base layer 22 may be formed by in-diffusion.

【0050】次に図19(d)に示すように、p型ベー
ス層22及びn型ベース層21aの表面に選択的にp型
ウェル層3を形成する。更にこのp型ウェル層3に選択
的にn型エミッタ層4を形成する。隣り合うn型エミッ
タ層4の間をn型ベース層21a及びp型ウェル層3の
表面上にゲート絶縁膜5を介して絶縁ゲート電極6が配
設されている。更にn型エミッタ層4とp型ウェル層3
の両層に同時にコンタクトするようにエミッタ電極10
を形成する。また、n型半導体層7に選択的に形成され
たp型コレクタ層9が露出するまで、CMP等によって
研磨除去する。次に図3(e)に示すように、n型半導
体層7及びp型コレクタ層9の全表面に対してn型不純
物イオン12を注入する。この場合、p型コレクタ層9
の不純物濃度は予め5×1019cm-3程度の比較的高濃
度とし、注入するn型不純物イオン12の濃度をp型コ
レクタ層9の不純物濃度より低い、例えば2×1019
-3を用いればよい。また、p型コレクタ層9をレジス
トによってマスクをし、n型半導体層7のみにn型不純
物イオン12を注入することによってもn型コレクタ短
絡層8を形成することができる。
Next, as shown in FIG.
Of the p-type layer 22 and the n-type base layer 21a
The well layer 3 is formed. Furthermore, this p-type well layer 3 is selected.
Then, the n-type emitter layer 4 is formed. Adjacent n-type Emi
Between the n-type base layer 21a and the p-type well layer 3
An insulated gate electrode 6 is arranged on the surface through a gate insulating film 5.
It is set up. Further, the n-type emitter layer 4 and the p-type well layer 3
Of the emitter electrode 10 so as to simultaneously contact both layers of
To form. In addition, the n-type semiconductor layer 7 is selectively formed.
Until the p-type collector layer 9 is exposed by CMP or the like.
Remove by polishing. Next, as shown in FIG. 3 (e), an n-type semiconductor
N-type impurity on all surfaces of the body layer 7 and the p-type collector layer 9
Material ions 12 are implanted. In this case, the p-type collector layer 9
The impurity concentration of 5 × 1019cm-3Relatively high concentration
And the concentration of implanted n-type impurity ions 12 is p-type.
Lower than the impurity concentration of the collector layer 9, for example, 2 × 1019c
m -3Can be used. In addition, the p-type collector layer 9 is
Masked with the n-type semiconductor layer 7
N-type collector shorting by implanting the product ions 12
The envelope layer 8 can be formed.

【0051】なお、上記製造方法ではn型ベース層21
及びp型ベース層22の表面にn型チャネルMOSFE
Tを形成した後にn型コレクタ短絡層8を形成したが、
n型コレクタ短絡層8の形成は上記方法に限定されず、
例えばn型バッファ層1のエピタキシャル成長する前で
あっても良い。
In the above manufacturing method, the n-type base layer 21
And n-type channel MOSFE on the surface of the p-type base layer 22.
After forming T, the n-type collector shorting layer 8 was formed,
The formation of the n-type collector short-circuit layer 8 is not limited to the above method,
For example, it may be before the epitaxial growth of the n-type buffer layer 1.

【0052】第2の実施形態と同様にn型ベース層2
1,21aとp型ベース層22は交互に繰返し配列され
たストライプ状のベース層を形成しているので、n型ベ
ース層21,21aの不純物濃度を高くすることができ
るので高耐圧を得られ、高速性を維持したまま更に低オ
ン抵抗化の素子を得ることができる。
Similar to the second embodiment, the n-type base layer 2
1, 21a and the p-type base layer 22 form a striped base layer that is alternately and repeatedly arranged, so that the impurity concentration of the n-type base layers 21 and 21a can be increased and a high breakdown voltage can be obtained. Further, it is possible to obtain an element having a lower on-resistance while maintaining high speed.

【0053】[第4の実施形態]図20は本発明の第4
の実施形態に係る縦型のパワー半導体素子の構造を示す
断面図である。この実施形態も縦型のコレクタ短絡型I
GBTに対して本発明を適用した実施形態である。
[Fourth Embodiment] FIG. 20 shows a fourth embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing the structure of a vertical power semiconductor device according to the embodiment of FIG. This embodiment is also a vertical collector short-circuit type I.
It is an embodiment in which the present invention is applied to GBT.

【0054】図20に示す縦型のコレクタ短絡型IGB
Tの製造方法について図21〜図23を用いて説明す
る。
Vertical collector short-circuit IGB shown in FIG.
A method of manufacturing T will be described with reference to FIGS.

【0055】図21(a)に示すように、低濃度のn型
半導体層7にトレンチ溝7aを形成する。次に図21
(b)に示すように、(a)において形成したトレンチ
溝7aを埋め込むようにp型コレクタ層9を堆積し、余
分なp型コレクタ層をCMP等により研磨除去する。次
に図21(c)に示すように、n型半導体層7及びp型
コレクタ層9の表面にn型バッファ層1、続けてn型バ
ッファ層1上に不純物濃度およそ2×1015cm-3程度
のn型ベース層21をエピタキシャル成長させる。
As shown in FIG. 21A, a trench groove 7a is formed in the low concentration n-type semiconductor layer 7. Next, FIG.
As shown in (b), the p-type collector layer 9 is deposited so as to fill the trench groove 7a formed in (a), and the excess p-type collector layer is polished and removed by CMP or the like. Next, as shown in FIG. 21C, the n-type buffer layer 1 is formed on the surfaces of the n-type semiconductor layer 7 and the p-type collector layer 9, and the impurity concentration of the n-type buffer layer 1 is about 2 × 10 15 cm −. The n-type base layer 21 of about 3 is epitaxially grown.

【0056】次に図22(d)に示すように、図21
(c)において形成したn型ベース層21をn型バッフ
ァ層1が露出しない程度に複数のトレンチ溝21bを形
成する。第2の実施形態のようにn型バッファ層1が露
出するまでn型ベース層をエッチングすると、エッチン
グの必要の無いn型バッファ層1までもダメージを受け
る可能性が有るが、本実施形態ではその前でn型ベース
層21のエッチングを停止するためn型バッファ層1に
ダメージをかけることが無く、より良好な半導体素子の
形成が可能となる。次に図22(e)に示すように、
(d)において形成したトレンチ溝21bを埋め込むよ
うにp型ベース層22をを堆積し、余分なp型ベース層
をCMP等により研磨除去する。
Next, as shown in FIG.
A plurality of trench grooves 21b are formed to such an extent that the n-type buffer layer 1 is not exposed in the n-type base layer 21 formed in (c). If the n-type base layer is etched until the n-type buffer layer 1 is exposed as in the second embodiment, even the n-type buffer layer 1 that does not need to be etched may be damaged. Since the etching of the n-type base layer 21 is stopped before that, the n-type buffer layer 1 is not damaged, and a better semiconductor element can be formed. Next, as shown in FIG.
A p-type base layer 22 is deposited so as to fill the trench groove 21b formed in (d), and the excess p-type base layer is polished and removed by CMP or the like.

【0057】次に図23(f)に示すように、p型ベー
ス層22及びn型ベース層21の表面に選択的にp型ウ
ェル層3を形成する。更にこのp型ウェル層3の表面に
選択的にn型エミッタ層4を形成する。隣り合うn型エ
ミッタ層4の間をn型ベース層21a及びp型ウェル層
3の表面上にゲート絶縁膜5を介して絶縁ゲート電極6
が配設されている。更にn型エミッタ層4とp型ウェル
層3の両層に同時にコンタクトするようにエミッタ電極
10を形成する。また、n型半導体層7は選択的に形成
されているp型コレクタ層9が露出するまでCMP等に
よって研磨除去する。次に図3(e)に示すように、n
型半導体層7及びp型コレクタ層9の全表面に対してn
型不純物イオン12を注入する。この場合、p型コレク
タ層9の不純物濃度は予め5×1019cm-3程度の比較
的高濃度とし、注入するn型不純物イオン12の濃度を
p型コレクタ層9の不純物濃度より低い、例えば2×1
19cm-3を用いればよい。また、p型コレクタ層9を
レジストによってマスクをし、n型半導体層7のみにn
型不純物イオン12を注入することによってもn型コレ
クタ短絡層8を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 23 (f), a p-type base is
Of the p-type layer on the surfaces of the n-type base layer 21 and the n-type base layer 21.
The cell layer 3 is formed. Furthermore, on the surface of the p-type well layer 3,
The n-type emitter layer 4 is selectively formed. Adjacent n-type d
The n-type base layer 21a and the p-type well layer are provided between the mitter layers 4.
Insulated gate electrode 6 on the surface of 3 through gate insulating film 5
Is provided. Further, the n-type emitter layer 4 and the p-type well
Emitter electrode so that both layers of layer 3 are simultaneously contacted
Form 10. Further, the n-type semiconductor layer 7 is selectively formed.
CMP or the like until the exposed p-type collector layer 9 is exposed.
Therefore, it is removed by polishing. Next, as shown in FIG.
N with respect to all surfaces of the p-type semiconductor layer 7 and the p-type collector layer 9
Type impurity ions 12 are implanted. In this case, p-type collect
The impurity concentration of the layer 9 is 5 × 10 in advance.19cm-3Comparison of degree
The concentration of the n-type impurity ions 12 to be injected is
Lower than the impurity concentration of the p-type collector layer 9, for example, 2 × 1
0 19cm-3Can be used. In addition, the p-type collector layer 9
Masking with a resist, only n-type semiconductor layer 7
N-type
The contactor short-circuit layer 8 can be formed.

【0058】なお、上記製造方法ではn型ベース層21
及びp型ベース層22の表面にn型チャネルMOSFE
Tを形成した後にn型コレクタ短絡層8を形成したが、
n型コレクタ短絡層8の形成は上記方法に限定されず、
例えばn型バッファ層1のエピタキシャル成長する前で
あっても良い。
In the above manufacturing method, the n-type base layer 21
And n-type channel MOSFE on the surface of the p-type base layer 22.
After forming T, the n-type collector shorting layer 8 was formed,
The formation of the n-type collector short-circuit layer 8 is not limited to the above method,
For example, it may be before the epitaxial growth of the n-type buffer layer 1.

【0059】上述した本発明の第1乃至第4の実施形態
は縦型のコレクタ短絡型IGBTについて説明したが、
図24に示すようにSOI(Silicon On I
nsulator)基板上に本発明に係るコレクタ短絡
型IGBTを形成する横型素子の構成することによって
も本発明を実施することが可能である。図24は上記第
2の実施形態のコレクタ短絡型IGBTの横型半導体素
子であるが、当然に第1、3並びに4の実施形態のコレ
クタ短絡型IGBTを用いた横型半導体素子を構成する
ことも可能である。
Although the first to fourth embodiments of the present invention have been described with respect to the vertical collector short-circuit IGBT,
As shown in FIG. 24, SOI (Silicon On I)
The present invention can also be implemented by configuring a lateral element in which the short-circuited IGBT according to the present invention is formed on a substrate. FIG. 24 shows the lateral semiconductor element of the collector short-circuited IGBT of the second embodiment, but it is of course possible to configure the lateral semiconductor element using the collector short-circuited IGBT of the first, third and fourth embodiments. Is.

【0060】以上説明した実施形態は本発明の一例であ
り、係る実施形態に限定されるものではなく、特許請求
の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可
能である。
The embodiment described above is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.

【0061】[0061]

【発明の効果】 以上詳述したように本発明によると、
低オン電圧特性と高速スイッチング性能を同時に備えた
パワー半導体素子を提供することができる。
As described in detail above, according to the present invention,
It is possible to provide a power semiconductor device having low on-voltage characteristics and high-speed switching performance at the same time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1の実施形態に係る縦型パワー半
導体素子の構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a vertical power semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第1の実施形態に係る縦型パワー半
導体素子の製造方法を示す図である(その1)。
FIG. 2 is a view showing a method of manufacturing a vertical power semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (No. 1).

【図3】 本発明の第1の実施形態に係る縦型パワー半
導体素子の製造方法を示す図である(その2)。
FIG. 3 is a diagram showing a method for manufacturing a vertical power semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (No. 2).

【図4】 図1に示す縦型パワー半導体素子における通
電初期或いは低電流通電時の電子の流れを示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a flow of electrons in the vertical power semiconductor device shown in FIG. 1 at the beginning of energization or when a low current is energized.

【図5】 図1に示す縦型パワー半導体素子におけるオ
ン状態でのキャリアの流れを示す図である。
5 is a diagram showing a flow of carriers in an ON state in the vertical power semiconductor device shown in FIG.

【図6】 本発明の第1の実施形態に係る縦型パワー半
導体素子の変形例の構造を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a modification of the vertical power semiconductor device according to the first embodiment of the invention.

【図7】 本発明の第1の実施形態に係る縦型パワー半
導体素子の変形例の構造を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a structure of a modification of the vertical power semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の第2の実施形態に係る縦型パワー半
導体素子の構造を示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing the structure of a vertical power semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の第2の実施形態に係る縦型パワー半
導体素子の製造方法を示す図である(その1)。
FIG. 9 is a view showing a method of manufacturing a vertical power semiconductor device according to the second embodiment of the present invention (No. 1).

【図10】 本発明の第2の実施形態に係る縦型パワー
半導体素子の製造方法を示す図である(その2)。
FIG. 10 is a view showing a method of manufacturing a vertical power semiconductor device according to the second embodiment of the present invention (No. 2).

【図11】 本発明の第2の実施形態に係る縦型パワー
半導体素子の製造方法を示す図である(その3)。
FIG. 11 is a view (No. 3) showing the method of manufacturing the vertical power semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

【図12】 図8に示す縦型パワー半導体素子における
コレクタ・エミッタ間電圧印加初期の空乏層の広がりを
示す図である。
12 is a diagram showing the spread of a depletion layer at the initial stage of applying a collector-emitter voltage in the vertical power semiconductor device shown in FIG.

【図13】 図8に示す縦型パワー半導体素子における
オフ状態(阻止状態)での電位分布(等電位線)を示す
図である。
13 is a diagram showing a potential distribution (equipotential lines) in the off state (blocking state) in the vertical power semiconductor device shown in FIG.

【図14】 図8に示す縦型パワー半導体素子における
線分B−B’間の電界強度分布を示す図である。
14 is a diagram showing an electric field intensity distribution between line segments BB ′ in the vertical power semiconductor device shown in FIG.

【図15】 図8に示す縦型パワー半導体素子における
線分C−C’間の電界強度分布を示す図である。
15 is a diagram showing an electric field intensity distribution between line segments CC ′ in the vertical power semiconductor device shown in FIG.

【図16】 図1並びに図8に示す縦型パワー半導体素
子、従来のIGBT及び従来のSJ−MOSFETのエ
ミッタ・コレクタ間電圧―コレクタ電流密度特性を表し
た特性図である。
16 is a characteristic diagram showing emitter-collector voltage-collector current density characteristics of the vertical power semiconductor device shown in FIGS. 1 and 8, the conventional IGBT, and the conventional SJ-MOSFET.

【図17】 本発明の第3の実施形態に係る縦型パワー
半導体素子の構造を示す断面図である。
FIG. 17 is a sectional view showing a structure of a vertical power semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図18】 本発明の第3の実施形態に係る縦型パワー
半導体素子の製造方法を示す図である(その1)。
FIG. 18 is a diagram showing a method of manufacturing a vertical power semiconductor device according to the third embodiment of the present invention (No. 1).

【図19】 本発明の第3の実施形態に係る縦型パワー
半導体素子の製造方法を示す図である(その2)。
FIG. 19 is a view showing a method of manufacturing a vertical power semiconductor device according to the third embodiment of the present invention (No. 2).

【図20】 本発明の第4の実施形態に係る縦型パワー
半導体素子の構造を示す断面図である。
FIG. 20 is a sectional view showing a structure of a vertical power semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図21】 本発明の第4の実施形態に係る縦型パワー
半導体素子の製造方法を示す図である(その1)。
FIG. 21 is a diagram showing a method of manufacturing a vertical power semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention (No. 1).

【図22】 本発明の第4の実施形態に係る縦型パワー
半導体素子の製造方法を示す図である(その2)。
FIG. 22 is a diagram showing a manufacturing method for the vertical power semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention (No. 2).

【図23】 本発明の第4の実施形態に係る縦型パワー
半導体素子の製造方法を示す図である(その3)。
FIG. 23 is a view (No. 3) showing the method of manufacturing the vertical power semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図24】 本発明のパワー半導体素子をSOI基板に
形成した横型半導体素子の構成を示した斜視図である。
FIG. 24 is a perspective view showing a configuration of a lateral semiconductor element in which the power semiconductor element of the present invention is formed on an SOI substrate.

【図25】 従来技術に係る縦型パワー半導体素子の構
造を示す断面図である。
FIG. 25 is a sectional view showing a structure of a vertical power semiconductor device according to a conventional technique.

【図26】 図25に示す縦型パワー半導体素子の線分
D−D’間の電界強度分布を示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing an electric field strength distribution between line segments DD ′ of the vertical power semiconductor device shown in FIG. 25.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n型バッファ層、2,21…n型ベース層、22…
p型ベース層、3…p型ウェル層、4…n型エミッタ
層、5…ゲート絶縁膜、6…絶縁ゲート電極、7…n型
半導体層、8…n型コレクタ短絡層、9…p型コレクタ
層、10…エミッタ電極、11…コレクタ電極
1 ... N-type buffer layer, 2, 21 ... N-type base layer, 22 ...
p type base layer, 3 ... p type well layer, 4 ... n type emitter layer, 5 ... gate insulating film, 6 ... insulated gate electrode, 7 ... n type semiconductor layer, 8 ... n type collector shorting layer, 9 ... p type Collector layer, 10 ... Emitter electrode, 11 ... Collector electrode

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型ベース層と、 この第1導電型ベース層の一方の表面に選択的に形成さ
れた第2導電型ウェル層と、 この第2導電型ウェル層表面に選択的に形成された第1
導電型エミッタ層と、 この第1導電型エミッタ層及び前記第2導電型ウェル層
上に形成された第1の主電極と、 前記第1導電型ベース層及び前記第2導電型ウェル層上
にゲート絶縁膜を介して形成され、且つ隣接する前記第
1導電型エミッタの間に形成された絶縁ゲート電極と、 前記第1導電型ベース層の他方の表面上に選択的に複数
形成された第1導電型半導体層と、 これら第1導電型半導体層の表面に形成された第1導電
型コレクタ短絡層と、 前記第1導電型ベース層の他方の表面上、且つ隣り合う
前記第1導電型半導体層及び前記第1導電型コレクタ短
絡層との間に形成された第2導電型コレクタ層と、 この第2導電型コレクタ層及び前記第1導電型コレクタ
短絡層の表面上に形成された第2の主電極とを有するこ
とを特徴とする半導体素子。
1. A first conductivity type base layer, a second conductivity type well layer selectively formed on one surface of the first conductivity type base layer, and a second conductivity type well layer surface selectively formed on the second conductivity type well layer. Formed on the first
A conductive type emitter layer, a first main electrode formed on the first conductive type emitter layer and the second conductive type well layer, and on the first conductive type base layer and the second conductive type well layer. An insulating gate electrode formed via a gate insulating film and formed between the adjacent first conductivity type emitters, and a plurality of selectively formed on the other surface of the first conductivity type base layer. A first conductivity type semiconductor layer, a first conductivity type collector short-circuit layer formed on the surfaces of the first conductivity type semiconductor layers, and the first conductivity type adjacent to the other surface of the first conductivity type base layer. A second conductivity type collector layer formed between the semiconductor layer and the first conductivity type collector short circuit layer; and a second conductivity type collector layer formed on the surface of the second conductivity type collector layer and the first conductivity type collector short circuit layer. Characterized by having two main electrodes Conductive element.
【請求項2】 第1導電型バッファ層と、 この第1導電型バッファ層の一方の表面上に形成され、
前記第1導電型バッファ層よりも低い不純物濃度を有す
る第1導電型ベース層と、 この第1導電型ベース層表面に選択的に形成された第2
導電型ウェル層と、 この第2導電型ウェル層表面に選択的に形成された第1
導電型エミッタ層と、 この第1導電型エミッタ層及び前記第2導電型ウェル層
上に形成された第1の主電極と、 前記第1導電型ベース層及び前記第2導電型ウェル層上
にゲート絶縁膜を介して形成され、且つ隣接する前記第
1導電型エミッタ層の間に形成された絶縁ゲート電極
と、 前記第1導電型バッファ層の他方の表面上に選択的に複
数形成された第1導電型半導体層と、 これら第1導電型半導体層の表面に形成された第1導電
型コレクタ短絡層と、 前記第1導電型バッファ層の他方の表面上、且つ隣り合
う前記第1導電型半導体層及び前記第1導電型コレクタ
短絡層との間に形成された第2導電型コレクタ層と、 この第2導電型コレクタ層及び前記第1導電型コレクタ
短絡層の表面上に形成された第2の主電極とを有するこ
とを特徴とする半導体素子。
2. A first-conductivity-type buffer layer, formed on one surface of the first-conductivity-type buffer layer,
A first conductive type base layer having an impurity concentration lower than that of the first conductive type buffer layer; and a second selectively formed on the surface of the first conductive type base layer.
A conductive type well layer and a first conductive layer selectively formed on the surface of the second conductive type well layer.
A conductive type emitter layer, a first main electrode formed on the first conductive type emitter layer and the second conductive type well layer, and on the first conductive type base layer and the second conductive type well layer. An insulating gate electrode formed via a gate insulating film and formed between the adjacent first conductivity type emitter layers, and a plurality of selectively formed on the other surface of the first conductivity type buffer layer. A first conductive type semiconductor layer, a first conductive type collector short-circuit layer formed on the surfaces of the first conductive type semiconductor layers, and the first conductive layer adjacent to the other surface of the first conductive type buffer layer Second conductivity type collector layer formed between the second conductivity type collector layer and the first conductivity type collector short circuit layer, and formed on the surfaces of the second conductivity type collector layer and the first conductivity type collector short circuit layer. Characterized by having a second main electrode Semiconductor element.
【請求項3】 第1導電型バッファ層と、 この第1導電型バッファ層の一方の表面上に選択的に形
成された複数の第1導電型ベース層と、 前記第1導電型バッファ層の一方の表面上で、且つ隣り
合う前記第1導電型ベース層の間に形成された複数の第
2導電型ベース層と、 これら第2導電型ベース層及び前記第1導電型ベース層
表面に選択的に形成された第2導電型ウェル層と、 この第2導電型ウェル層の表面に選択的に形成された第
1導電型エミッタ層と、 この第1導電型エミッタ層及び前記第2導電型ウェル層
上に形成された第1の主電極と、 前記第1導電型ベース層及び前記第2導電型ウェル層上
にゲート絶縁膜を介して形成され、且つ隣接する前記第
1導電型エミッタ層の間に形成された絶縁ゲート電極
と、 前記第1導電型バッファ層の他方の表面上に選択的に形
成された複数の第1導電型半導体層と、 これら第1導電型半導体層の表面に形成された第1導電
型コレクタ短絡層と、 前記第1導電型バッファ層の他方の表面上、且つ隣り合
う前記第1導電型半導体層及び前記第1導電型コレクタ
短絡層との間に形成された第2導電型コレクタ層と、 この第2導電型コレクタ層及び前記第1導電型コレクタ
短絡層の表面上に形成された第2の主電極とを有するこ
とを特徴とする半導体素子。
3. A first conductivity type buffer layer, a plurality of first conductivity type base layers selectively formed on one surface of the first conductivity type buffer layer, and a plurality of first conductivity type buffer layers. A plurality of second conductivity type base layers formed on one surface and between the adjacent first conductivity type base layers, and selected to the second conductivity type base layer and the first conductivity type base layer surface. Second conductivity type well layer, a first conductivity type emitter layer selectively formed on the surface of the second conductivity type well layer, the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type A first main electrode formed on a well layer, and a first conductive type emitter layer formed on the first conductive type base layer and the second conductive type well layer via a gate insulating film, and adjacent to each other. And an insulated gate electrode formed between the first and second conductive type electrodes. A plurality of first conductivity type semiconductor layers selectively formed on the other surface of the first conductivity type layer, a first conductivity type collector short-circuit layer formed on the surfaces of these first conductivity type semiconductor layers, and the first conductivity type A second conductive type collector layer formed on the other surface of the positive type buffer layer and between the first conductive type semiconductor layer and the first conductive type collector short-circuit layer adjacent to each other, and the second conductive type collector layer. And a second main electrode formed on the surface of the first conductivity type collector short-circuit layer.
【請求項4】 前記第1導電型ベース層の横幅と前記第
1導電型ベース層の不純物濃度との積と、前記第2導電
型ベース層の横幅と前記第2導電型ベース層の不純物濃
度との積とがほぼ等しいことを特徴とする請求項3記載
の半導体素子。
4. The product of the lateral width of the first conductivity type base layer and the impurity concentration of the first conductivity type base layer, the lateral width of the second conductivity type base layer and the impurity concentration of the second conductivity type base layer. 4. The semiconductor element according to claim 3, wherein the product of and is substantially equal.
【請求項5】 第1導電型バッファ層と、 この第1導電型バッファ層の一方の表面上に形成された
第1の第1導電型ベース層と、 この第1の第1導電型ベース層の表面上に選択的に形成
された複数の第2の第1導電型ベース層と、 前記第1の第1導電型ベース層の表面上で、且つ隣り合
う前記第2の第1導電型ベース層の間に形成された複数
の第2導電型ベース層と、 これらの第2導電型ベース層及び前記第2の第1導電型
ベース層の表面に選択的に形成された第2導電型ウェル
層と、 この第2導電型ウェル層表面に選択的に形成された第1
導電型エミッタ層と、 この第1導電型エミッタ層及び前記第2導電型ウェル層
上に形成された第1の主電極と、 前記第2の第1導電型ベース層及び前記第2導電型ウェ
ル層上にゲート絶縁膜を介して形成され、且つ隣接する
前記第1導電型エミッタ層の間に形成された絶縁ゲート
電極と、 前記第1導電型バッファ層の他方の表面上に選択的に形
成された複数の第1導電型半導体層と、 これら第1導電型半導体層の表面に形成された第1導電
型コレクタ短絡層と、 前記第1導電型バッファ層の他方の表面上、且つ隣り合
う前記第1導電型半導体層及び前記第1導電型コレクタ
短絡層との間に形成された第2導電型コレクタ層と、 この第2導電型コレクタ層及び前記第1導電型コレクタ
短絡層の表面上に形成された第2の主電極とを有するこ
とを特徴とする半導体素子。
5. A first conductivity type buffer layer, a first first conductivity type base layer formed on one surface of the first conductivity type buffer layer, and a first first conductivity type base layer. A plurality of second first-conductivity-type base layers selectively formed on the surface of the second first-conductivity-type base, and adjacent second first-conductivity-type bases on the surface of the first first-conductivity-type base layer A plurality of second conductivity type base layers formed between the layers, and second conductivity type wells selectively formed on the surfaces of the second conductivity type base layers and the second first conductivity type base layer Layer, and a first layer selectively formed on the surface of the second conductivity type well layer
A conductive type emitter layer, a first main electrode formed on the first conductive type emitter layer and the second conductive type well layer, the second first conductive type base layer and the second conductive type well An insulating gate electrode formed on a layer via a gate insulating film and formed between adjacent first conductivity type emitter layers, and selectively formed on the other surface of the first conductivity type buffer layer. A plurality of first conductive type semiconductor layers, a first conductive type collector short-circuit layer formed on the surfaces of these first conductive type semiconductor layers, and adjacent to the other surface of the first conductive type buffer layer. A second conductive type collector layer formed between the first conductive type semiconductor layer and the first conductive type collector short circuit layer; and a surface of the second conductive type collector layer and the first conductive type collector short circuit layer. And a second main electrode formed on the The semiconductor device characterized.
【請求項6】 前記第2の第1導電型ベース層の横幅と
前記第2の第1導電型ベース層の不純物濃度との積と、
前記第2導電型ベース層の横幅と前記第2導電型ベース
層の不純物濃度との積とがほぼ等しいことを特徴とする
請求項5記載の半導体素子。
6. The product of the lateral width of the second first conductivity type base layer and the impurity concentration of the second first conductivity type base layer,
The semiconductor device according to claim 5, wherein a product of a lateral width of the second conductive type base layer and an impurity concentration of the second conductive type base layer is substantially equal to each other.
【請求項7】 前記第1導電型半導体層及び前記第2導
電型コレクタ層の前記第2の主電極面と平行の長手方向
と、前記絶縁ゲート電極の前記第2の主電極面と平行の
長手方向とが互いに直交していることを特徴とする請求
項1乃至6記載の半導体素子。
7. A longitudinal direction parallel to the second main electrode surface of the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type collector layer, and parallel to the second main electrode surface of the insulated gate electrode. 7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the longitudinal direction is orthogonal to each other.
【請求項8】 前記第1導電型ベース層及び前記第2導
電型ベース層の前記第2の主電極面と平行の長手方向
と、前記絶縁ゲート電極の前記第2の主電極面と平行の
長手方向とが互いに直交していることを特徴とする請求
項3乃至6記載の半導体素子。
8. A longitudinal direction of the first conductive type base layer and the second conductive type base layer parallel to the second main electrode surface, and a longitudinal direction parallel to the second main electrode surface of the insulated gate electrode. 7. The semiconductor device according to claim 3, wherein the longitudinal direction is orthogonal to each other.
【請求項9】 前記絶縁ゲート電極は、前記ゲート絶縁
膜を介して両側面が前記第1導電型エミッタ層及び前記
第2導電型ウェル層と接し、且つ前記ゲート絶縁膜を介
して底面が前記第1導電型ベース層と接することを特徴
とする請求項1乃至8記載の半導体素子。
9. The insulated gate electrode has both side surfaces in contact with the first conductive type emitter layer and the second conductive type well layer via the gate insulating film, and has a bottom surface via the gate insulating film. 9. The semiconductor device according to claim 1, which is in contact with the first conductivity type base layer.
【請求項10】 前記第1導電型半導体層の層厚を前記
第1導電型半導体層の不純物濃度で除した値は、前記第
2導電型コレクタ層の横幅の半分を前記第1導電型ベー
ス層の不純物濃度で除した値よりも大きいことを特徴と
する請求項1記載の半導体素子。
10. The value obtained by dividing the layer thickness of the first conductive type semiconductor layer by the impurity concentration of the first conductive type semiconductor layer is half the lateral width of the second conductive type collector layer as the first conductive type base. 2. The semiconductor element according to claim 1, wherein the semiconductor element has a value larger than a value obtained by dividing the impurity concentration of the layer.
【請求項11】 前記第1導電型半導体層の層厚を前記
第1導電型半導体層の不純物濃度で除した値は、前記第
2導電型コレクタ層の横幅の半分を前記第1導電型バッ
ファ層の不純物濃度で除した値よりも大きいことを特徴
とする請求項2、3又は5記載の半導体素子。
11. A value obtained by dividing the layer thickness of the first conductive type semiconductor layer by the impurity concentration of the first conductive type semiconductor layer is half the width of the second conductive type collector layer as the first conductive type buffer layer. 6. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device has a value larger than a value obtained by dividing the impurity concentration of the layer.
【請求項12】 前記第1導電型半導体層の層厚が前記
第2導電型コレクタ層の横幅の半分の長さよりも厚いこ
とを特徴とする請求項1乃至11記載の半導体素子。
12. The semiconductor device according to claim 1, wherein the layer thickness of the first conductive type semiconductor layer is thicker than half the lateral width of the second conductive type collector layer.
【請求項13】 第1導電型半導体層の一方に複数の第
2導電型コレクタ層を形成する工程と、 前記第2導電型コレクタ層が形成された第1導電型半導
体層上に第1導電型バッファ層を形成する工程と、 この第1導電型バッファ層上に第1導電型ベース層を形
成する工程と、 この第1導電型ベース層表面に選択的に第2導電型ウェ
ル層を形成し、この第2導電型ウェル層表面に選択的に
第1導電型エミッタ層を形成する工程と、 前記第1導電型エミッタ層及び前記第2導電型ウェル層
上に第1の主電極を形成する工程と、 隣接する前記第1導電型エミッタ層の間の前記第1導電
型ベース層及び前記第2導電型ウェル層上にゲート絶縁
膜を介して絶縁ゲート電極を形成する工程と、 前記第1導電型半導体層を所定の厚さまで薄膜化する工
程と、 前記第1導電型半導体層の表面に第1導電型コレクタ短
絡層を形成する工程と、 この第1導電型コレクタ短絡層及び前記第2導電型コレ
クタ層表面上に第2の主電極を形成する工程とを有する
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
13. A step of forming a plurality of second conductive type collector layers on one of the first conductive type semiconductor layers, and a first conductive layer on the first conductive type semiconductor layer on which the second conductive type collector layers are formed. Forming a type buffer layer, forming a first conductive type base layer on the first conductive type buffer layer, and selectively forming a second conductive type well layer on the surface of the first conductive type base layer And selectively forming a first conductivity type emitter layer on the surface of the second conductivity type well layer, and forming a first main electrode on the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type well layer. And a step of forming an insulated gate electrode on the first conductive type base layer and the second conductive type well layer between the adjacent first conductive type emitter layers with a gate insulating film interposed therebetween. A step of thinning the one-conductivity-type semiconductor layer to a predetermined thickness; Forming a first conductivity type collector short circuit layer on the surface of the first conductivity type semiconductor layer, and forming a second main electrode on the first conductivity type collector short circuit layer and the second conductivity type collector layer surface. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項14】 第1導電型半導体層の一方に複数の第
2導電型コレクタ層を形成する工程と、 前記第2導電型コレクタ層が形成された第1導電型半導
体層上に第1導電型ベース層を形成する工程と、 この第1導電型ベース層表面に選択的に第2導電型ウェ
ル層を形成し、この第2導電型ウェル層表面に選択的に
第1導電型エミッタ層を形成する工程と、 前記第1導電型エミッタ層及び前記第2導電型ウェル層
上に第1の主電極を形成する工程と、 隣接する前記第1導電型エミッタ層の間の前記第1導電
型ベース層及び前記第2導電型ウェル層上にゲート絶縁
膜を介して絶縁ゲート電極を形成する工程と、 前記第1導電型半導体層を所定の厚さまで薄膜化する工
程と、 前記第1導電型半導体層の表面上に第1導電型コレクタ
短絡層を形成する工程と、 この第1導電型コレクタ短絡層及び前記第2導電型コレ
クタ層表面上に第2の主電極を形成する工程とを有する
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
14. A step of forming a plurality of second conductive type collector layers on one of the first conductive type semiconductor layers, and a first conductive layer on the first conductive type semiconductor layer on which the second conductive type collector layers are formed. Forming a base layer of the second conductivity type, selectively forming a well layer of the second conductivity type on the surface of the base layer of the first conductivity type, and selectively forming an emitter layer of the first conductivity type on the surface of the second well layer of the second conductivity type. A step of forming, a step of forming a first main electrode on the first conductive type emitter layer and the second conductive type well layer, and the first conductive type between adjacent first conductive type emitter layers. Forming an insulated gate electrode on the base layer and the second conductivity type well layer via a gate insulating film, thinning the first conductivity type semiconductor layer to a predetermined thickness, and the first conductivity type Forming a first conductivity type collector shorting layer on the surface of the semiconductor layer And a step of forming a second main electrode on the surfaces of the first conductive type collector short-circuit layer and the second conductive type collector layer.
【請求項15】 第1導電型半導体層の一方に複数の第
2導電型コレクタ層を形成する工程と、 前記第2導電型コレクタ層が形成された第1導電型半導
体層上に第1導電型バッファ層を形成する工程と、 この第1導電型バッファ層上に第1導電型ベース層を形
成する工程と、 この第1導電型ベース層に複数のトレンチ溝を形成する
工程と、 これらの複数のトレンチ溝に第2導電型ベース層を埋め
込む工程と、 この第2導電型ベース層及び前記第1導電型ベース層の
表面に選択的に第2導電型ウェル層を形成し、この第2
導電型ウェル層の表面に選択的に第1導電型エミッタ層
を形成する工程と、 前記第1導電型エミッタ層及び前記第2導電型ウェル層
上に第1の主電極を形成する工程と、 隣接する前記第1導電型エミッタ層の間の前記第1導電
型ベース層及び前記第2導電型ウェル層上にゲート絶縁
膜を介して絶縁ゲート電極を形成する工程と、 前記第1導電型半導体層を所定の厚さまで薄膜化する工
程と、 前記第1導電型半導体層の表面上に第1導電型コレクタ
短絡層を形成する工程と、 この第1導電型コレクタ短絡層及び前記第2導電型コレ
クタ層表面上に第2の主電極を形成する工程とを有する
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
15. A step of forming a plurality of second conductive type collector layers on one of the first conductive type semiconductor layers, and a first conductive layer on the first conductive type semiconductor layer on which the second conductive type collector layers are formed. A step of forming a type buffer layer, a step of forming a first conductivity type base layer on the first conductivity type buffer layer, a step of forming a plurality of trench grooves in the first conductivity type base layer, Embedding a second conductivity type base layer in the plurality of trench grooves, and selectively forming a second conductivity type well layer on the surfaces of the second conductivity type base layer and the first conductivity type base layer.
A step of selectively forming a first conductivity type emitter layer on a surface of the conductivity type well layer; a step of forming a first main electrode on the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type well layer; Forming an insulated gate electrode on the first conductive type base layer and the second conductive type well layer between the adjacent first conductive type emitter layers via a gate insulating film; and the first conductive type semiconductor. Thinning the layer to a predetermined thickness, forming a first conductivity type collector short-circuit layer on the surface of the first conductivity type semiconductor layer, the first conductivity-type collector short-circuit layer and the second conductivity type And a step of forming a second main electrode on the surface of the collector layer.
【請求項16】 第1導電型半導体層の一方に複数の第
2導電型コレクタ層を形成する工程と、 この第1導電型半導体層上に第1導電型バッファ層を形
成する工程と、 この第1導電型バッファ層上に第1の第1導電型ベース
層を形成し、この第1の第1導電型ベース層の表面に第
2導電型不純物を選択的にイオン注入する第1のベース
層形成工程と、 前記第1の第1導電型ベース層上に第2の第1導電型ベ
ース層を形成し、この第2の第1導電型ベース層の表面
に第2導電型不純物を選択的にイオン注入する第2のベ
ース層形成工程と、 前記第1の第1導電型ベース層及び前記第2の第1導電
型ベース層に注入した前記第2導電型不純物を熱処理に
より前記第1の第1導電型ベース層及び前記第2の第1
導電型ベース層中にドライブイン拡散して第1の第2導
電型ベース層及び第2の第2導電型ベース層を形成する
工程と、 この第2の第2導電型ベース層及び前記第2の第1導電
型ベース層の表面に選択的に第2導電型ウェル層を形成
し、この第2導電型ウェル層の表面に選択的に第1導電
型エミッタ層を形成する工程と、 前記第1導電型エミッタ層及び前記第2導電型ウェル層
上に第1の主電極を形成する工程と、 隣接する前記第1導電型エミッタ層の間の前記第2の第
1導電型ベース層及び前記第2導電型ウェル層上にゲー
ト絶縁膜を介して絶縁ゲート電極を形成する工程と、 前記第1導電型半導体層を所定の厚さまで薄膜化する工
程と、 前記第1導電型半導体層の表面上に第1導電型コレクタ
短絡層を形成する工程と、 この第1導電型コレクタ短絡層及び前記第2導電型コレ
クタ層表面上に第2の主電極を形成する工程とを有する
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
16. A step of forming a plurality of second conductivity type collector layers on one of the first conductivity type semiconductor layers, and a step of forming a first conductivity type buffer layer on the first conductivity type semiconductor layers, A first base on which a first first-conductivity-type base layer is formed on a first-conductivity-type buffer layer, and a second-conductivity-type impurity is selectively ion-implanted into the surface of the first first-conductivity-type base layer. A layer forming step, and forming a second first conductivity type base layer on the first first conductivity type base layer, and selecting a second conductivity type impurity on the surface of the second first conductivity type base layer. A second base layer forming step of selectively ion-implanting, and the first conductivity type base layer and the second conductivity type impurity implanted in the second first conductivity type base layer are heat-treated to form the first base layer. First conductivity type base layer and the second first type
Drive-in diffusing into the conductive type base layer to form a first second conductive type base layer and a second second conductive type base layer, and the second second conductive type base layer and the second conductive type base layer. Selectively forming a second conductivity type well layer on the surface of the first conductivity type base layer, and selectively forming a first conductivity type emitter layer on the surface of the second conductivity type well layer, Forming a first main electrode on the first-conductivity-type emitter layer and the second-conductivity-type well layer; and forming the second first-conductivity-type base layer and the second main-conductivity-type base layer between the adjacent first-conductivity-type emitter layers Forming an insulated gate electrode on the second conductivity type well layer via a gate insulating film; thinning the first conductivity type semiconductor layer to a predetermined thickness; and a surface of the first conductivity type semiconductor layer. Forming a first conductivity type collector short-circuit layer on the first conductivity type The method of manufacturing a semiconductor device characterized by a step of forming a second main electrode to the collector shorting layer and the second conductivity type collector layer on the surface.
【請求項17】 第1導電型半導体層の一方に複数の第
2導電型コレクタ層を形成する工程と、 この第1導電型半導体層上に第1導電型バッファ層を形
成する工程と、 この第1導電型バッファ層上に第1の第1導電型ベース
層を形成する工程と、 この第1の第1導電型ベース層の表面に第2導電型不純
物を選択的にイオン注入し、この第2導電型不純物を熱
処理により前記第1の第1導電型ベース層中にドライブ
イン拡散して第1の第2導電型ベース層を形成する第1
のベース層形成工程と、 この第1の第1導電型ベース層上に第2の第1導電型ベ
ース層を形成する工程と、 この第2の第1導電型ベース層の表面に第2導電型不純
物を選択的にイオン注入し、この第2導電型不純物を熱
処理により前記第2の第1導電型ベース層中にドライブ
イン拡散して第2の第2導電型ベース層を形成する第2
のベース層形成工程と、 この第2の第2導電型ベース層及び前記第2の第1導電
型ベース層の表面に選択的に第2導電型ウェル層を形成
し、この第2導電型ウェル層の表面に選択的に第1導電
型エミッタ層を形成する工程と、 前記第1導電型エミッタ層及び前記第2導電型ウェル層
上に第1の主電極を形成する工程と、 隣接する前記第1導電型エミッタ層の間の前記第2の第
1導電型ベース層及び前記第2導電型ウェル層上にゲー
ト絶縁膜を介して絶縁ゲート電極を形成する工程と、 前記第1導電型半導体層を所定の厚さまで薄膜化する工
程と、 前記第1導電型半導体層の表面上に第1導電型コレクタ
短絡層を形成する工程と、 この第1導電型コレクタ短絡層及び前記第2導電型コレ
クタ層表面上に第2の主電極を形成する工程とを有する
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
17. A step of forming a plurality of second conductivity type collector layers on one of the first conductivity type semiconductor layers, and a step of forming a first conductivity type buffer layer on the first conductivity type semiconductor layers, Forming a first first-conductivity-type base layer on the first-conductivity-type buffer layer, and selectively ion-implanting a second-conductivity-type impurity into the surface of the first first-conductivity-type base layer, A first conductive type drive layer is drive-in-diffused into the first first conductive type base layer by heat treatment to form a first second conductive type base layer.
And a step of forming a second first-conductivity-type base layer on the first first-conductivity-type base layer, and a step of forming a second conductor on the surface of the second first-conductivity-type base layer. A second impurity is selectively ion-implanted, and the second conductivity type impurity is drive-in-diffused into the second first conductivity type base layer by heat treatment to form a second second conductivity type base layer.
And a second conductive type well layer is selectively formed on the surfaces of the second second conductive type base layer and the second first conductive type base layer, and the second conductive type well is formed. Selectively forming a first conductivity type emitter layer on the surface of the layer, forming a first main electrode on the first conductivity type emitter layer and the second conductivity type well layer, and adjoining the first main electrode Forming an insulated gate electrode on the second first-conductivity-type base layer and the second-conductivity-type well layer between the first-conductivity-type emitter layers via a gate insulating film; and the first-conductivity-type semiconductor Thinning the layer to a predetermined thickness, forming a first conductivity type collector short-circuit layer on the surface of the first conductivity type semiconductor layer, the first conductivity-type collector short-circuit layer and the second conductivity type Forming a second main electrode on the surface of the collector layer The method of manufacturing a semiconductor device characterized by.
【請求項18】 前記第2のベース層形成工程を2回以
上繰返すことによりベース層を形成することを特徴とす
る請求項16又は請求項17記載の半導体素子の製造方
法。
18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the base layer is formed by repeating the second base layer forming step twice or more.
【請求項19】 第1導電型半導体層の一方に複数の第
2導電型コレクタ層を形成する工程は、第1導電型半導
体層の一方に複数のトレンチ溝を形成し、これらのトレ
ンチ溝に第2導電型コレクタ層を埋め込む工程であるこ
とを特徴とする請求項13乃至18記載の半導体素子の
製造方法。
19. The step of forming a plurality of second conductivity type collector layers on one of the first conductivity type semiconductor layers comprises forming a plurality of trench grooves on one of the first conductivity type semiconductor layers, and forming these trench grooves in these trench grooves. 19. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, which is a step of burying the second conductivity type collector layer.
【請求項20】 第1導電型半導体層の一方に複数の第
2導電型コレクタ層を形成する工程は、第1導電型半導
体層の表面に第2導電型不純物を選択的にイオン注入
し、この第2導電型不純物を熱処理により前記第1導電
型半導体層中にドライブイン拡散する工程であることを
特徴とする請求項13乃至18記載の半導体素子の製造
方法。
20. The step of forming a plurality of second-conductivity-type collector layers on one of the first-conductivity-type semiconductor layers comprises selectively ion-implanting a second-conductivity-type impurity into the surface of the first-conductivity-type semiconductor layer, 19. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, which is a step of drive-in diffusing the second conductivity type impurities into the first conductivity type semiconductor layer by heat treatment.
【請求項21】 前記第1導電型コレクタ短絡層を形成
する工程は、前記第2導電型コレクタ層をマスクして、
前記第1導電型半導体層に第1導電型不純物をイオン注
入し、この第1導電型不純物を熱処理により前記第1導
電型半導体層にドライブイン拡散する工程であることを
特徴とする請求項13乃至20記載の半導体素子の製造
方法。
21. In the step of forming the first conductivity type collector short-circuit layer, the second conductivity type collector layer is masked,
14. The step of ion-implanting a first conductivity type impurity into the first conductivity type semiconductor layer and drive-in diffusing the first conductivity type impurity into the first conductivity type semiconductor layer by heat treatment. 21. A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 20 to 20.
【請求項22】 前記第1導電型コレクタ短絡層を形成
する工程は、前記第1導電型半導体層及び前記第2導電
型コレクタ層に第1導電型不純物をイオン注入し、この
第1導電型不純物を熱処理により第1導電型半導体層に
ドライブイン拡散する工程であることを特徴とする請求
項13乃至20記載の半導体素子の製造方法。
22. In the step of forming the first conductivity type collector short-circuit layer, the first conductivity type impurity is ion-implanted into the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type collector layer, and the first conductivity type collector short circuit layer is formed. 21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, which is a step of drive-in diffusing impurities into the first conductive type semiconductor layer by heat treatment.
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