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JPH1050724A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JPH1050724A
JPH1050724A JP20032196A JP20032196A JPH1050724A JP H1050724 A JPH1050724 A JP H1050724A JP 20032196 A JP20032196 A JP 20032196A JP 20032196 A JP20032196 A JP 20032196A JP H1050724 A JPH1050724 A JP H1050724A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
layer
semiconductor device
base layer
type
Prior art date
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Granted
Application number
JP20032196A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3413021B2 (en
Inventor
Tadashi Matsuda
正 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP20032196A priority Critical patent/JP3413021B2/en
Publication of JPH1050724A publication Critical patent/JPH1050724A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3413021B2 publication Critical patent/JP3413021B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1015Shape
    • H01L2924/10155Shape being other than a cuboid
    • H01L2924/10158Shape being other than a cuboid at the passive surface

Landscapes

  • Thyristors (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the tail current at a lower power voltage of an insulated gate bipolar transistor IGBT improved to provide a low lifetime region by the ion beam irradiation, without increasing the withstand voltage deterioration, leakage current and ON-voltage. SOLUTION: An n<-> type base layer 11 is formed so that the width of a non-depletion region is 40μm or more. A first irradiation of Hu2+ forms a first low lifetime layer 21 having a deeper recombination level in the base layer 10 at about 20μm off from a p type collector layer 18 and second irradiation of H<2+> forms a second low lifetime layer 22 having a shallower recombination level at about 60μm off from the p type collector layer 18. Thus approximately the entire excessively remaining nondepleted region 11a is converted into a low lifetime one.

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】この発明は、たとえば伝導度
変調型の半導体装置に関するもので、特に、IGBT
(Insulated Gate Bipolar Transistor )と称される絶
縁ゲート型バイポーラトランジスタに用いられるもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a conductivity modulation type semiconductor device, and more particularly, to an IGBT.
(Insulated Gate Bipolar Transistor) is used for an insulated gate bipolar transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、IGBTは、MOS−FET
とBJTとが複合化した構造として把えることができ、
当該構造および基本動作についてはよく知られている
(たとえば、特開昭57−120369号公報参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, IGBTs have been MOS-FETs.
And BJT can be understood as a composite structure,
The structure and basic operation are well known (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-120369).

【0003】図6は、Nチャネル型を例にIGBTの概
略構成を示すものである。たとえば、P型コレクタ層1
01上に、低不純物濃度の高抵抗N- 型ベース層102
が形成されている。このN- 型ベース層102の表面に
はDSA(DoubleDiffusion Self Align )法によりP
型ベース層103が、また、このP型ベース層103の
表面にはN+ 型エミッタ層104が、それぞれ選択的に
形成されている。
FIG. 6 shows a schematic configuration of an IGBT taking an N-channel type as an example. For example, P-type collector layer 1
01, a high resistance N -type base layer 102 having a low impurity concentration.
Are formed. The surface of the N -type base layer 102 is formed with a P
A type base layer 103 and an N + type emitter layer 104 are selectively formed on the surface of the P type base layer 103.

【0004】そして、上記N- 型ベース層102および
上記P型ベース層103の表面には、薄い絶縁膜105
を介して、ポリシリコンゲート電極106が設けられて
いる。また、上記N+ 型エミッタ層104および上記P
型ベース層103の表面には、それぞれを短絡するよう
に金属エミッタ電極107が設けられている。
A thin insulating film 105 is formed on the surfaces of the N type base layer 102 and the P type base layer 103.
, A polysilicon gate electrode 106 is provided. Further, the N + -type emitter layer 104 and the P +
On the surface of the mold base layer 103, a metal emitter electrode 107 is provided so as to short-circuit each other.

【0005】さらに、上記ポリシリコンゲート電極10
6に接続されて金属ゲート電極108が、また、P型コ
レクタ層101に接続されて金属コレクタ電極109
が、それぞれ設けられている。
Further, the polysilicon gate electrode 10
6 and the metal collector electrode 109 connected to the P-type collector layer 101.
Are provided respectively.

【0006】次に、上記Nチャネル型IGBTの一般的
な製造方法について説明する。まず、P型コレクタ層1
01をP+ 型基板として、その上に、N- 型ベース層1
02を気相成長させてP+ −N- ウェーハを形成する。
Next, a general method for manufacturing the above-described N-channel type IGBT will be described. First, the P-type collector layer 1
01 as a P + type substrate, and an N type base layer 1 thereon.
02 is vapor-phase grown to form a P + -N - wafer.

【0007】その後、N- 型ベース層102の表面に絶
縁膜105を形成し、さらに、その上にポリシリコンゲ
ート電極106を形成する。次に、ポリシリコンゲート
電極106を部分的に開孔し、これをマスクとしてP型
ベース層103を形成する。また、P型ベース層103
上の絶縁膜105を部分的に開孔し、ポリシリコンゲー
ト電極106と絶縁膜105とをマスクとして、N+
エミッタ層104を形成する。
After that, an insulating film 105 is formed on the surface of the N type base layer 102, and a polysilicon gate electrode 106 is formed thereon. Next, the polysilicon gate electrode 106 is partially opened, and the P-type base layer 103 is formed using the opening as a mask. Also, the P-type base layer 103
The upper insulating film 105 is partially opened, and an N + -type emitter layer 104 is formed using the polysilicon gate electrode 106 and the insulating film 105 as a mask.

【0008】そして、ポリシリコンゲート電極106お
よびP型ベース層103上に、再度、絶縁膜105を形
成し、それを部分的に除去した後、ポリシリコンゲート
電極106およびN+ 型エミッタ層104を含むP型ベ
ース層103の露出部に金属を堆積させて、金属ゲート
電極108および金属エミッタ電極107をそれぞれ形
成する。
Then, an insulating film 105 is formed again on the polysilicon gate electrode 106 and the P-type base layer 103, and after the insulating film 105 is partially removed, the polysilicon gate electrode 106 and the N + -type emitter layer 104 are removed. A metal is deposited on an exposed portion of the P-type base layer 103 including the metal gate electrode 108 and the metal emitter electrode 107.

【0009】この後、P+ 型コレクタ層101の下に金
属コレクタ電極109を形成して、図6に示したIGB
Tが得られる。なお、N- 型ベース層102をN- 型基
板とし、不純物拡散によりP型コレクタ層101を設け
てなるP+ −N- ウェーハを用いても、同様に、IGB
Tは得られる。
[0009] Thereafter, a metal collector electrode 109 is formed under the P + type collector layer 101, and the IGB shown in FIG.
T is obtained. It should be noted that, even when a P + -N - wafer in which the N - type base layer 102 is an N - type substrate and the P-type collector layer 101 is provided by impurity diffusion is used, the IGB
T is obtained.

【0010】次に、上記したNチャネル型IGBTの動
作原理について説明する。IGBTのターンオンは、金
属エミッタ電極107が接地され、金属コレクタ電極1
09に正電圧が印加された状態で、金属ゲート電極10
8に金属エミッタ電極107に対して正の電圧を印加す
ることにより実現される。
Next, the operation principle of the above-described N-channel type IGBT will be described. When the IGBT is turned on, the metal emitter electrode 107 is grounded and the metal collector electrode 1 is turned on.
09 with the positive voltage applied to the metal gate electrode 10
8 is realized by applying a positive voltage to the metal emitter electrode 107.

【0011】すなわち、金属ゲート電極108に正電圧
が印加されると、MOS−FETと同様、P型ベース層
103の表面に反転チャネルが形成され、この反転チャ
ネルを通して、N+ 型エミッタ層104からN- 型ベー
ス層102内にエレクトロンが流入される。
[0011] That is, when a positive voltage is applied to the metal gate electrode 108, similarly to the MOS-FET, an inversion channel is formed on the surface of the P-type base layer 103, through the inversion channel from the N + -type emitter layer 104 Electrons flow into the N type base layer 102.

【0012】これに対して、P型コレクタ層101から
- 型ベース層102内に電荷中性条件を満たすように
ホールの注入が起こり、P型コレクタ層101とN-
ベース層102とのPN接合が順バイアス状態となる。
これにより、N- 型ベース層102が伝導度変調を起こ
し、素子を導通状態へと導く。
[0012] In contrast, the P-type collector layer 101 N - injection of holes so as to satisfy the charge neutrality condition type base layer 102 takes place, P type collector layer 101 and the N - the mold base layer 102 The PN junction is in a forward bias state.
As a result, the conductivity of the N type base layer 102 is modulated, and the element is brought into a conductive state.

【0013】IGBTのオン状態は、以上のように、高
抵抗であるN- 型ベース層102が伝導度変調により、
その抵抗成分が極めて小さくなる。このため、N- 型ベ
ース層102の濃度が低く、かつ、厚い高耐圧素子にお
いても、オン抵抗の極めて小さい特性が得られる。
As described above, the ON state of the IGBT is caused by the fact that the high resistance N -type base layer 102 is modulated by conductivity modulation.
The resistance component becomes extremely small. For this reason, even in a high-breakdown-voltage element having a low concentration of the N -type base layer 102 and a high withstand voltage, an extremely low ON resistance can be obtained.

【0014】一方、IGBTのターンオフは、金属ゲー
ト電極108に、金属エミッタ電極107に対して負の
電圧を印加することによって実現される。すなわち、金
属ゲート電極108に負電圧が印加されると、反転チャ
ネルは消滅し、N+ 型エミッタ層104からのエレクト
ロンの流入は止まる。しかし、N- 型ベース層102内
には、依然として、エレクトロンが存在する。
On the other hand, the turn-off of the IGBT is realized by applying a negative voltage to the metal gate electrode 108 and to the metal emitter electrode 107. That is, when a negative voltage is applied to the metal gate electrode 108, the inversion channel disappears and the flow of electrons from the N + -type emitter layer 104 stops. However, electrons still exist in the N -type base layer 102.

【0015】N- 型ベース層102内に蓄積したホール
の大部分は、P型ベース層103を通って金属エミッタ
電極107へ流出するが、一部は、N- 型ベース層10
2内に存在するエレクトロンと再結合して消滅する。
Most of the holes accumulated in the N type base layer 102 flow out to the metal emitter electrode 107 through the P type base layer 103, but part of the holes accumulate in the N type base layer 10.
Recombine with the electrons present in 2 and disappear.

【0016】N- 型ベース層102内に蓄積したホール
がすべて消滅した時点で素子は阻止状態となり、ターン
オフが完了する。さて、IGBTは、高耐圧素子の中で
も、極めて低いオン抵抗を示す優れた素子であるが、少
数キャリア素子であるため、ターンオフ時間がMOS−
FETなどのユニポーラ素子に比べて長い。
When all the holes accumulated in the N - type base layer 102 have disappeared, the device enters a blocking state and the turn-off is completed. The IGBT is an excellent element showing an extremely low on-resistance among the high withstand voltage elements. However, since it is a minority carrier element, the IGBT has a turn-off time of MOS-
It is longer than unipolar elements such as FETs.

【0017】そこで、IGBTのターンオフ時間の高速
化のため、従来は、たとえば図7に示すように、Auや
Ptなどの重金属拡散、もしくは、中性子線、ガンマ
線、電子線などの放射線照射により、N- 型ベース層1
02内全域に再結合中心となる欠陥110を発生させる
ことによって、キャリアライフタイムを小さくする方法
が取られている。
In order to shorten the turn-off time of the IGBT, conventionally, as shown in FIG. 7, for example, as shown in FIG. 7, diffusion of heavy metals such as Au or Pt, or irradiation of neutrons, gamma rays, electron beams, or the like, has been carried out. - type base layer 1
A method of reducing the carrier lifetime by generating a defect 110 serving as a recombination center in the entire region of 02 is adopted.

【0018】しかしながら、この方法では、ターンオフ
時間は改善されるが、同時に、N-型ベース層102内
全域のキャリアライフタイムが短縮化されてしまうた
め、N- 型ベース層102内全域での伝導度変調の度合
いも低下してしまい、IGBTの最大の利点である低オ
ン抵抗特性を悪化させるという不具合があった。
However, in this method, the turn-off time is improved, but at the same time, the carrier lifetime in the entire area of the N type base layer 102 is shortened, so that the conduction in the entire area of the N type base layer 102 is reduced. The degree of degree modulation also decreases, and there is a problem that the low on-resistance characteristic which is the greatest advantage of the IGBT is deteriorated.

【0019】近年、上記の重金属拡散もしくは放射線照
射によるライフタイムコントロール法に代わり、たとえ
ば図8に示すように、He3+やH2+などのイオン種を照
射することにより、N- 型ベース層102内の深さ方向
において、局所的にライフタイムを短縮化することが試
みられている。
In recent years, instead of the above-described lifetime control method by heavy metal diffusion or radiation irradiation, for example, as shown in FIG. 8, by irradiating ionic species such as He 3+ and H 2+ , the N type base layer is formed. Attempts have been made to locally shorten the lifetime in the depth direction within 102.

【0020】He3+やH2+などのイオン種は、照射時の
加速電圧を変えるか、または、加速電圧一定で、Al薄
膜をアブソーバとして照射することにより、N- 型ベー
ス層102内の任意の深さに再結合中心となる欠陥11
0を局所的に発生させることができる。
Ion species such as He 3+ and H 2+ can be changed in the N type base layer 102 by changing the acceleration voltage at the time of irradiation or by irradiating an Al thin film as an absorber with a constant acceleration voltage. Defect 11 that becomes a recombination center at an arbitrary depth
0 can be generated locally.

【0021】このイオン線照射によるライフタイムコン
トロール法の場合、N- 型ベース層102内の深さ方向
に対して任意に局在化した欠陥110を形成できるの
で、N- 型ベース層102中のホール分布を最適にコン
トロールする(つまり、伝導度変調の度合いを最適化す
る)ことができ、放射線照射などによるライフタイムコ
ントロール法の場合よりも、オン抵抗の増大を招くこと
なく、高速化できる。
[0021] When the life time control method according to the ion beam irradiation, N - since -type base layer 102 defects 110 optionally localized in the depth direction of the can forming, N - type base layer 102 in The hole distribution can be optimally controlled (that is, the degree of conductivity modulation can be optimized), and the speed can be increased without increasing the on-resistance as compared with the case of the lifetime control method by irradiation of radiation or the like.

【0022】しかしながら、上記したイオン線照射によ
るライフタイムコントロール法においても、依然とし
て、次のような問題点がある。IGBTの阻止耐圧は、
IGBT内に寄生しているPNP−Trのベース開放降
伏電圧VCBO により実質的に決定されている。このた
め、阻止状態では、たとえば図9に示すように、空乏層
111が成長して寄生PNP−Trのベース層(N-
ベース層102)が空乏化されていく。
However, the above-described lifetime control method by ion beam irradiation still has the following problems. The blocking voltage of the IGBT is
It is substantially determined by the base open breakdown voltage V CBO of the PNP-Tr parasitic in the IGBT. Therefore, in the blocking state, for example, as shown in FIG. 9, the depletion layer 111 grows and the base layer (N type base layer 102) of the parasitic PNP-Tr is depleted.

【0023】このとき、PNP−Trはアーリ効果が生
じ、実効ベース幅WB が変調(短縮)する。実効ベース
幅WB が短くなることにより、寄生PNP−Trのエミ
ッタ接地電流利得βo は、下式の数2にもとづいて増加
する。
[0023] In this case, PNP-Tr is cause Early effect, the effective base width W B is modulated (shortening). By effective base width W B becomes shorter, common emitter current gain beta o of the parasitic PNP-Tr is increased based on the two numbers of the following formula.

【0024】[0024]

【数2】 (Equation 2)

【0025】ただし、LP はホールの拡散長、WB は実
効ベース幅、NE ,NB はそれぞれエミッタ濃度,ベー
ス濃度である。ところで、PNP−Trのベース開放降
伏電圧VCBO およびその漏れ電流ICB O と、エミッタ開
放降伏電圧VCEO およびその漏れ電流ICEO には、下式
の数3,数4のような関係がある。
[0025] However, L P is diffusion length of the holes, W B is the effective base width, N E, N B is the emitter concentration respectively, a base density. Meanwhile, related to the open-base breakdown voltage V CBO and its leakage current I CB O of PNP-Tr, the emitter opening breakdown voltage V CEO and its leakage current I CEO, number of the following formula 3, such as the number 4 .

【0026】[0026]

【数3】 (Equation 3)

【0027】[0027]

【数4】 (Equation 4)

【0028】ここで、上記実効ベース幅WB の変調にと
もなう寄生PNP−Trのエミッタ接地電流利得βo
増加は、エミッタ開放降伏電圧VCEO の低下およびその
漏れ電流ICEO の増大、つまり、IGBTのVCES の低
下およびICES の増大を招くことを示唆しており、信頼
性の面で不安定である。
[0028] Here, an increase in the common emitter current gain beta o of the parasitic PNP-Tr due to modulation of the effective base width W B, the increase of the reduction and the leakage current I CEO emitter opening breakdown voltage V CEO, i.e., This suggests that the IGBT causes a decrease in V CES and an increase in I CES , and is unstable in reliability.

【0029】先に述べたように、電子線の照射などによ
ってN- 型ベース層102内全域を低ライフタイム化し
た場合、空乏化が進み、実効ベース幅WB が小さくなっ
ても、非空乏化領域でのホールの拡散長LP が十二分に
低いため、寄生PNP−Trのエミッタ接地電流利得β
o はほとんど増加しない。
[0029] As previously mentioned, such as by irradiation with an electron beam N - when the type base layer 102 in the entire region and the low lifetime reduction, depletion proceeds, even if the effective base width W B becomes smaller, non-depleted Since the hole diffusion length L P in the activated region is sufficiently low, the grounded emitter current gain β of the parasitic PNP-Tr
o hardly increases.

【0030】これに対し、イオン線照射によりN- 型ベ
ース層102内に局在化した低ライフタイム層(欠陥1
10)を形成した場合では、局在化した低ライフタイム
層が空乏層111内に取り込まれてしまうと、急激に寄
生PNP−Trのエミッタ接地電流利得βo が増加す
る。これが、VCES の低下およびICES の増大を引き起
こし、素子を熱暴走させたり、時には、熱破壊にいたら
せる。次に、スイッチング動作時における問題点につい
て説明する。IGBTのコレクタ電流IC は、下式の数
5により示される。
On the other hand, a low lifetime layer (defect 1) localized in the N -type base layer 102 by ion beam irradiation.
In the case of forming a 10), the low lifetime layer localized will be incorporated into the depletion layer 111, suddenly grounded emitter current gain beta o of the parasitic PNP-Tr increases. This causes a decrease in V CES and an increase in I CES , causing thermal runaway and sometimes thermal destruction of the device. Next, problems during the switching operation will be described. The collector current I C of the IGBT is represented by the following equation (5).

【0031】[0031]

【数5】 (Equation 5)

【0032】ただし、Zはチャネル周囲長、Lはチャネ
ル長、μnは移動度、Co はゲート絶縁膜容量、VG
ゲート電圧、VT はしきい値電圧、VC はコレクタ電圧
である。
[0032] However, Z is the channel perimeter, L is the channel length, .mu.n is the mobility, C o is a gate insulating film capacitance, V G is the gate voltage, V T is the threshold voltage, V C is the collector voltage .

【0033】このスイッチング動作時においても、上記
の場合と同様に、スイッチングターンオフ時に局在化し
た低ライフタイム層が空乏層111内に取り込まれる
と、寄生PNP−Trのエミッタ接地電流利得βo の増
加にともなって、IGBTのコレクタ電流IC が変曲し
てしまい、スイッチングオフ時の電流・電圧積である、
スイッチングターンオフロスが増大してしまうという不
具合があった(図10参照)。
[0033] Also during this switching operation, as in the case described above, when the low lifetime layer localized at the switching turn-off is taken into the depletion layer 111, the parasitic PNP-Tr grounded emitter current gain beta o With the increase, the collector current I C of the IGBT is bent, which is a current-voltage product at the time of switching off.
There is a problem that the switching turn-off loss increases (see FIG. 10).

【0034】これらの問題に関しては、たとえば、N-
型ベース層102の厚さおよび濃度を、下式の数6を満
足するように設計することによって、ある程度は解決で
きる。
Regarding these problems, for example, N
The problem can be solved to some extent by designing the thickness and concentration of the mold base layer 102 so as to satisfy the following equation (6).

【0035】[0035]

【数6】 (Equation 6)

【0036】ただし、WB は実効ベース幅、εS ,εO
はそれぞれシリコンの誘電率および真空誘電率、Vbiは
P型ベース層103とN- 型ベース層102とのPN接
合の内部電圧、Vはコレクタ電圧((所望の耐圧値)逆
バイアスの場合は負の値を取る)、NB はベース濃度、
qは電荷量である。
[0036] However, W B is the effective base width, ε S, ε O
Is the dielectric constant and vacuum dielectric constant of silicon, Vbi is the internal voltage of the PN junction between the P-type base layer 103 and the N -type base layer 102, and V is the collector voltage ((desired withstand voltage)). , N B is the base concentration,
q is the amount of charge.

【0037】また、上記数6の式の第1項は、ある印加
電圧における空乏層111の幅を示すものであり、第2
項は、イオン線照射によって形成される欠陥110の分
布幅である。
The first term of the above equation (6) indicates the width of the depletion layer 111 at a certain applied voltage.
The term is the distribution width of the defect 110 formed by ion beam irradiation.

【0038】シリコン中への、He3+,H2+などのイオ
ン種を照射した場合の欠陥分布幅は、たとえば図11に
示すように、SR(Spreding Resistance )法によると
40μm程度であり、イオン種のドーズ量や基板濃度の
依存をほとんど受けない。
The defect distribution width when silicon is irradiated with ion species such as He 3+ and H 2+ is, for example, about 40 μm according to the SR (Spreding Resistance) method as shown in FIG. It hardly depends on the dose of the ion species or the substrate concentration.

【0039】よって、上記の数6の式を満足させるよう
に、実効ベース幅WB を所望の耐圧になるように設定し
てやれば、イオン線の照射によって形成された、局在化
した低ライフタイム層はブレークダウンしても非空乏化
領域内におさまるため、十二分に低いエミッタ接地電流
利得βo を維持する。
[0039] Therefore, to satisfy the equation above having 6, do it with the effective base width W B to set to a desired withstand voltage, which is formed by irradiation of the ion beam, low lifetime localized layer since fall within the non-depleted region to break down, to maintain more than enough low common emitter current gain beta o.

【0040】すなわち、実効ベース幅WB を40μm以
上に設定すれば、寄生PNP−Trのエミッタ接地電流
利得βo の変調(増加)を抑えることができ、耐圧の劣
化や漏れ電流の増大、および、スイッチングターンオフ
ロスの増大といった問題を回避できる。
[0040] That is, by setting the effective base width W B to the above 40 [mu] m, the parasitic PNP-Tr modulation grounded emitter current gain beta o of (increase) can be suppressed, increase in the breakdown voltage deterioration and leakage current, and In addition, problems such as an increase in switching turn-off loss can be avoided.

【0041】しかし、上記した数6の式の条件を満足す
るようにした場合にも、なお、次のような問題を有して
いた。すなわち、IGBTのターンオフは、前述したよ
うに、大半はキャリアライフタイムにより律速されてい
るが、BJTなどの他のバイポーラ素子と同様に、ター
ンオフ時にP型ベース層103とN- 型ベース層102
とのPN接合が逆バイアスされることによって形成され
る空乏層により、N- 型ベース層102内の少数キャリ
ア(ホール)が強制的に掃き出されることにも大きく左
右される。
However, even when the condition of the above equation (6) is satisfied, the following problem still remains. That is, as described above, the turn-off of the IGBT is mostly determined by the carrier lifetime, but like other bipolar elements such as BJT, the P-type base layer 103 and the N -type base layer 102 are turned off at the time of turn-off.
The minority carriers (holes) in the N -type base layer 102 are forcibly swept out by the depletion layer formed by reverse biasing the PN junction with the PN junction.

【0042】このため、電源電圧が素子耐圧以下(通常
は、規格の約半分程度で使用されることが多い)の場
合、たとえば図12に示すように、低ライフタイム化さ
れていない非空乏化領域が過多に残り、過剰少数キャリ
アが多く残存することにより、テール電流が増大する。
For this reason, when the power supply voltage is equal to or lower than the element breakdown voltage (usually, it is often used at about half of the standard), for example, as shown in FIG. The tail current increases due to the excessive area remaining and the excessive minority carrier remaining.

【0043】この問題は、単純にイオン線照射の際のド
ーズ量を増やすことで解決できるが、当然の如く、オン
電圧が急激に悪化する。なお、従来においては、たとえ
ば図13に示すように、P型コレクタ層101とN-
ベース層102との間にN+ 型バッファ層120を設け
た構成(P+ −N+ −N- ウェーハ)のIGBTも実用
化されているが、このIGBTにおいても、上記IGB
Tと同様の問題があった。
This problem can be solved by simply increasing the dose at the time of ion beam irradiation. However, as a matter of course, the on-state voltage rapidly deteriorates. Conventionally, for example, as shown in FIG. 13, a structure in which an N + type buffer layer 120 is provided between a P type collector layer 101 and an N type base layer 102 (P + -N + -N - wafer) ) Is also in practical use, but in this IGBT as well,
There was the same problem as T.

【0044】[0044]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、耐圧の劣化や漏れ電流の増大、および、ス
イッチングターンオフロスの増大を、実効ベース幅WB
の耐圧の設定により回避するようにした場合、電源電圧
が低いとテール電流が増大するという問題があった。
As described above [0008] In the prior art, increase of the breakdown voltage deterioration and leakage current, and the increase of the switching turn-off losses, the effective base width W B
However, when the power supply voltage is low, the tail current is increased.

【0045】そこで、この発明は、耐圧の劣化や漏れ電
流の増大を招くことなく、高信頼性で、かつ、電源電圧
が比較的低い場合にもテール電流が小さく、しかも、オ
ン電圧およびターンオフ時間のトレードオフを改善する
ことが可能な半導体装置を提供することを目的としてい
る。
Therefore, the present invention is highly reliable, has a small tail current even when the power supply voltage is relatively low, does not cause deterioration of the breakdown voltage or increases the leakage current, and has a small on-voltage and turn-off time. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of improving the trade-off of the semiconductor device.

【0046】[0046]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体装置にあっては、第1導電型の
半導体層からなる第1の領域と、この第1の領域の一主
面に選択的に形成された第2導電型の半導体層からなる
第2の領域と、この第2の領域の一主面に選択的に形成
された第1導電型の半導体層からなる第3の領域と、前
記第1の領域の他主面に形成された第2導電型の半導体
層からなる第4の領域と、前記第2の領域上の少なくと
も一部を含んで、前記第1の領域上に絶縁膜を介して形
成された制御電極と、前記第3の領域上の少なくとも一
部を含んで、前記第2の領域上に形成された第1電極
と、前記第4の領域上に形成された第2の電極と、前記
第1の領域内に局在化して配置された複数の再結合中心
格子欠陥とから構成されている。
In order to achieve the above object, in a semiconductor device according to the present invention, a first region composed of a semiconductor layer of a first conductivity type and one of the first region are formed. A second region formed of a second conductivity type semiconductor layer selectively formed on the main surface; and a second region formed of a first conductivity type semiconductor layer selectively formed on one main surface of the second region. The first region including a third region, a fourth region formed of a second conductivity type semiconductor layer formed on the other main surface of the first region, and at least a part of the second region. A control electrode formed on the second region via an insulating film, a first electrode formed on the second region including at least a part on the third region, and a fourth electrode formed on the second region. Consisting of a second electrode formed thereon and a plurality of recombination center lattice defects localized in the first region. It has been.

【0047】この発明の半導体装置によれば、非空乏化
領域のほぼ全域を実質的に低ライフタイム化できるよう
になる。これにより、外部電源電圧が比較的低く、非空
乏化領域が過多に残る場合にも、非空乏化領域内の過剰
少数キャリアを減らすことが可能となるものである。
According to the semiconductor device of the present invention, almost the entire non-depleted region can be substantially reduced in lifetime. Thereby, even when the external power supply voltage is relatively low and the non-depleted region remains excessively, it is possible to reduce the excess minority carriers in the non-depleted region.

【0048】[0048]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の
一形態にかかる、伝導度変調型の半導体装置、いわゆ
る、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor )
の概略構成を示すものである。なお、ここでは、Nチャ
ネル型を例に、1200V系のIGBTについて説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a conductivity modulation type semiconductor device according to an embodiment of the present invention, so-called IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
FIG. Here, an N-channel type IGBT will be described as an example.

【0049】たとえば、低不純物濃度の高抵抗N- 型ベ
ース層(第1の領域)11の表面には、P型ベース層
(第2の領域)12が選択的に形成されている。このP
型ベース層12の表面には、N+ 型エミッタ層(第3の
領域)13が選択的に形成されている。
For example, a P-type base layer (second region) 12 is selectively formed on the surface of a high-resistance N -type base layer (first region) 11 having a low impurity concentration. This P
On the surface of the mold base layer 12, an N + -type emitter layer (third region) 13 is selectively formed.

【0050】そして、上記N- 型ベース層11、およ
び、このN- 型ベース層11に隣接する上記P型ベース
層12の表面には、薄い絶縁膜14を介して、ポリシリ
コンゲート電極(制御電極)15が設けられている。
[0050] Then, the N - type base layer 11 and, the the N - adjacent to the mold base layer 11 above the P type base layer 12 surface through the thin insulating film 14, a polysilicon gate electrode (control An electrode 15 is provided.

【0051】また、上記N+ 型エミッタ層13、およ
び、このN+ 型エミッタ層13に挟まれた上記P型ベー
ス層12の表面には、それぞれを短絡するようにして、
金属エミッタ電極(第1電極)16が設けられている。
The surface of the N + -type emitter layer 13 and the surface of the P-type base layer 12 sandwiched between the N + -type emitter layers 13 are short-circuited to each other.
A metal emitter electrode (first electrode) 16 is provided.

【0052】さらに、上記ポリシリコンゲート電極15
上には、これに接続されて、金属ゲート電極17が設け
られている。一方、上記N- 型ベース層11の裏面に
は、P型コレクタ層(第4の領域)18が形成されてい
るとともに、これに接続されて、金属コレクタ電極(第
2電極)19が設けられている。
Further, the polysilicon gate electrode 15
A metal gate electrode 17 is provided above and connected thereto. On the other hand, a P-type collector layer (fourth region) 18 is formed on the back surface of the N -type base layer 11, and a metal collector electrode (second electrode) 19 is provided so as to be connected thereto. ing.

【0053】そして、上記N- 型ベース層11内には、
たとえば、上記P型コレクタ層18との接面より20μ
mほどのところに欠陥ピークを有する第1の低ライフタ
イム層(再結合中心格子欠陥)21と、上記P型コレク
タ層18との接面より60μmほどのところに欠陥ピー
クを有する第2の低ライフタイム層22とが、それぞれ
配置されている。
Then, in the N type base layer 11,
For example, 20 μm from the contact surface with the P-type collector layer 18.
m and a second low lifetime layer (recombination center lattice defect) 21 having a defect peak at about 60 m, and a second low lifetime layer having a defect peak at about 60 μm from the contact surface with the P-type collector layer 18. And a lifetime layer 22.

【0054】上記第1,第2の低ライフタイム層21,
22の形成は、たとえば、金属コレクタ電極19側よ
り、厚さの異なるAl薄膜をアブソーバとして、H2+
イオン種をそれぞれ照射することによって行われる。
The first and second low lifetime layers 21,
The formation of 22 is performed, for example, by irradiating each of H 2+ ion species from the metal collector electrode 19 side using Al thin films having different thicknesses as absorbers.

【0055】次に、上記したNチャネル型IGBTの製
造方法について説明する。まず、たとえば、シリコンに
リンなどの不純物をドーピングし、不純物濃度が低く
て、比抵抗が70Ω・cmとされた、280μm厚の基
板(N- 型ベース層11)を用意する。
Next, a method for manufacturing the above-described N-channel type IGBT will be described. First, for example, a 280-μm-thick substrate (N -type base layer 11) is prepared by doping silicon with an impurity such as phosphorus and having a low impurity concentration and a specific resistance of 70 Ω · cm.

【0056】そして、その基板の裏面にBSG膜をCV
D(Chemical Vapor Deposition )法により形成した
後、これを拡散源として、P型コレクタ層18を80μ
mの厚さで拡散形成する。
Then, a BSG film is formed on the back surface of the substrate by CV.
After being formed by the D (Chemical Vapor Deposition) method, a P-type collector layer 18 is formed by using this as a diffusion source to a thickness of 80 μm.
The diffusion is formed with a thickness of m.

【0057】BSG膜を除去した後、N- 型ベース層1
1の表面を酸化して絶縁膜14を1000オングストロ
ーム程度の膜厚で形成し、その上に、約5000オング
ストロームの厚さでポリシリコンを形成する。
After removing the BSG film, the N type base layer 1 is removed.
1 is oxidized to form an insulating film 14 having a thickness of about 1000 angstroms, and polysilicon is formed thereon to a thickness of about 5000 angstroms.

【0058】この後、ポリシリコンを部分的に開孔して
ポリシリコンゲート電極15を形成するとともに、この
ポリシリコンゲート電極15をマスクにボロンを8μm
程度の厚さで拡散してP型ベース層12を形成する。
Thereafter, the polysilicon is partially opened to form a polysilicon gate electrode 15, and boron is applied to the polysilicon gate electrode 15 as a mask to a thickness of 8 μm.
The P-type base layer 12 is formed by being diffused with a thickness of the order of magnitude.

【0059】次いで、ポリシリコンゲート電極15間の
絶縁膜14を部分的に開孔し、それをエミッタ形成用の
マスクとし、ドーズ量5×1015cm-2程度の条件に
て、Asのイオン注入を行い、熱処理して、P型ベース
層12内にN+ 型エミッタ層13を形成する。
Next, the insulating film 14 between the polysilicon gate electrodes 15 is partially opened, and this is used as a mask for forming an emitter, and under the condition of a dose amount of about 5 × 10 15 cm −2 , ions of As Implantation and heat treatment are performed to form an N + -type emitter layer 13 in the P-type base layer 12.

【0060】再度、表面にCVD法により絶縁膜14を
15000オングストローム程度の厚さで形成した後、
この絶縁膜14を選択的に除去し、上記ポリシリコンゲ
ート電極15上、上記P型ベース層12および上記N+
型エミッタ層13上の一部がそれぞれ露出するように開
孔する。
After the insulating film 14 is formed on the surface again by the CVD method to a thickness of about 15,000 angstroms,
The insulating film 14 is selectively removed, and the P-type base layer 12 and the N +
A hole is formed so that a part on the mold emitter layer 13 is exposed.

【0061】そして、その開孔内を埋め込むように表面
上にAlなどの金属膜を形成し、それをパターニングし
て、上記金属エミッタ電極16および上記金属ゲート電
極17をそれぞれ形成する。
Then, a metal film such as Al is formed on the surface so as to fill the opening, and the metal film is patterned to form the metal emitter electrode 16 and the metal gate electrode 17, respectively.

【0062】一方、N- 型ベース層11の裏面に形成さ
れた、上記P型コレクタ層18の表面にはVまたはAu
などの金属膜を形成し、これを、金属コレクタ電極19
とする。
On the other hand, V or Au is formed on the surface of the P-type collector layer 18 formed on the back surface of the N -type base layer 11.
A metal film such as a metal collector electrode 19 is formed.
And

【0063】また、金属コレクタ電極19上に、75μ
m程度の厚さのAl薄膜をアブソーバとして形成して素
子の裏面を保護するとともに、この裏面から、加速電圧
4.5MeV、ドーズ量1×1010〜1×1012cm-2
の条件にて、1回目のH2+の照射を行って、N- 型ベー
ス層11内に第1の低ライフタイム層21を形成する。
このとき、第1の低ライフタイム層21は、P型コレク
タ層18より20μm付近のところに欠陥ピークが形成
され、そのピーク位置に対して±20μmの分布幅をと
る。
On the metal collector electrode 19, 75 μm
An Al thin film having a thickness of about m is formed as an absorber to protect the back surface of the device, and from this back surface, an acceleration voltage of 4.5 MeV and a dose amount of 1 × 10 10 to 1 × 10 12 cm −2.
The first irradiation of H 2+ is performed under the conditions described above to form the first low lifetime layer 21 in the N type base layer 11.
At this time, a defect peak is formed in the first low lifetime layer 21 at a position near 20 μm from the P-type collector layer 18, and has a distribution width of ± 20 μm with respect to the peak position.

【0064】続いて、35μm程度の厚さのAl薄膜を
アブソーバとして素子の裏面を保護し、この裏面から、
加速電圧4.5MeV、ドーズ量1×109 〜1×10
11-2の条件にて、2回目のH2+の照射を行って、N-
型ベース層11内に第2の低ライフタイム層22を形成
する。このとき、第2の低ライフタイム層22は、P型
コレクタ層18より60μm付近のところに欠陥ピーク
が形成され、そのピーク位置に対して±20μmの分布
幅をとる。
Subsequently, the back surface of the device was protected by using an Al thin film having a thickness of about 35 μm as an absorber.
Accelerating voltage 4.5 MeV, dose 1 × 10 9 -1 × 10
11 under conditions of m -2, performs irradiation of the second H 2+, N -
A second low lifetime layer 22 is formed in the mold base layer 11. At this time, a defect peak is formed in the second low lifetime layer 22 at a position near 60 μm from the P-type collector layer 18 and has a distribution width of ± 20 μm with respect to the peak position.

【0065】以上のようにして、図1に示した構造の、
Nチャネル型のIGBTが完成される。図2は、上記し
たNチャネル型のIGBTにおける、低ライフタイム層
21,22の形成にともなう、N- 型ベース層11中で
のホールの分布の状態を示すものである。
As described above, the structure shown in FIG.
An N-channel IGBT is completed. FIG. 2 shows a state of hole distribution in the N -type base layer 11 due to the formation of the low lifetime layers 21 and 22 in the above-described N-channel type IGBT.

【0066】このような構成によれば、電源電圧が比較
的低く、非空乏化領域11aが過多に残ったとしても、
非空乏化領域11aは1回目および2回目のH2+の照射
により実質的にほぼ全域が低ライフタイム化されている
ため、非空乏化領域11a内での過剰少数キャリアが少
なく、テール電流を効率的に低減できる。
According to such a configuration, even if the power supply voltage is relatively low and the non-depleted region 11a remains excessively,
Since the entire region of the non-depleted region 11a is substantially reduced in lifetime by the first and second irradiations of H 2+ , the number of excess minority carriers in the non-depleted region 11a is small, and the tail current is reduced. It can be reduced efficiently.

【0067】すなわち、このIGBTの場合、実効ベー
ス幅WB が約190μmになるように、N- 型ベース層
11の厚さが上記数6の式の条件を満足する280μm
に設定されている。これにより、たとえば電源電圧が6
00Vのとき、空乏層11bの延び幅は約110μmと
なり、非空乏化領域11aの残り幅が約80μmとなる
が、60μm付近には局在化した第2の低ライフタイム
層22が存在するため、非空乏化領域11a内全域が完
全に低ライフタイム化される。
[0067] That is, in this IGBT, as the effective base width W B of about 190 .mu.m, N - 280 .mu.m thickness -type base layer 11 satisfies the equation of the above conditions 6
Is set to Thereby, for example, when the power supply voltage is
At 00 V, the extension width of the depletion layer 11b is about 110 μm, and the remaining width of the non-depletion region 11a is about 80 μm. However, the localized second low lifetime layer 22 exists near 60 μm. In addition, the entire area in the non-depleted region 11a is completely reduced in life time.

【0068】また、2回目のH2+の照射量は1回目より
も1オーダ低い、つまり、2回目のイオン線照射による
低ライフタイム層22は、1回目のイオン線照射による
低ライフタイム層21の再結合順位よりも浅いため、オ
ン電圧の極端な増大を招くこともない。
The second dose of H 2+ is one order of magnitude lower than the first dose, that is, the low lifetime layer 22 due to the second ion beam irradiation is a low lifetime layer 22 due to the first ion beam irradiation. Since it is shallower than the recombination order of No. 21, no extreme increase in on-voltage is caused.

【0069】しかも、1回目のH2+の照射によって局在
化して形成された低ライフタイム層21により、寄生P
NP−Trのエミッタ接地電流利得βo は律速されるた
め、電源電圧が上り、2回目のH2+の照射により局在化
して形成された低ライフタイム層22が空乏層11b内
に取り込まれたとしても、エミッタ接地電流利得βo
変調は無視でき、耐圧の低下やICES およびスイッチン
グターンオフロスの増大を招くこともない。
In addition, the low lifetime layer 21 formed by localization by the first irradiation of H 2+ causes parasitic P
Since the emitter ground current gain β o of the NP-Tr is rate-limiting, the power supply voltage rises, and the low lifetime layer 22 formed by localization by the second irradiation of H 2+ is taken into the depletion layer 11b. Even so, the modulation of the common emitter current gain β o can be ignored, and there is no reduction in breakdown voltage and no increase in I CES and switching turn-off loss.

【0070】図3は、上記した構造のIGBT(本発明
素子)におけるトレードオフカーブを、従来素子と比較
して示すものである。なお、ここでは、1回のイオン線
照射により局在化した低ライフタイム層を形成してなる
IGBTを従来素子として示している。
FIG. 3 shows a trade-off curve of the IGBT (element of the present invention) having the above-described structure in comparison with a conventional element. Here, an IGBT formed by forming a localized low lifetime layer by one ion beam irradiation is shown as a conventional element.

【0071】この図からも明らかなように、本発明素子
によれば、電源電圧が素子耐圧以下(600V)の場合
においても、フォールタイム(スイッチング特性)tf
に対するコレクタ〜エミッタ間飽和電圧VCE(オン電圧
特性)が従来素子よりも小さくなって、トレードオフが
改善されていることが分かる。
As is clear from this figure, according to the element of the present invention, even when the power supply voltage is equal to or lower than the element withstand voltage (600 V), the fall time (switching characteristic) tf is obtained.
It can be seen that the collector-emitter saturation voltage V CE (on-voltage characteristic) is smaller than that of the conventional device, and the trade-off is improved.

【0072】上記したように、N- 型ベース層中の非空
乏化領域内のほぼ全域を実質的に低ライフタイム化でき
るようにしている。すなわち、N- 型ベース層内のP型
コレクタ層より20μm付近のところと60μm付近の
ところとに、それぞれ局在化した低ライフタイム層を形
成するようにしている。これにより、外部電源電圧が比
較的低く、非空乏化領域が過多に残る場合にも、非空乏
化領域内全域を完全に低ライフタイム化できるようにな
る。したがって、非空乏化領域内の過剰少数キャリアを
減らすことが可能となり、テール電流を効率的に低減で
きるようになるものである。
As described above, almost the entire non-depleted region in the N -type base layer can be substantially reduced in life time. That is, the localized low lifetime layers are formed at a position near 20 μm and a position near 60 μm from the P-type collector layer in the N -type base layer. Thereby, even when the external power supply voltage is relatively low and the non-depleted region remains excessively, the entire region in the non-depleted region can be completely reduced in lifetime. Therefore, excess minority carriers in the non-depleted region can be reduced, and the tail current can be reduced efficiently.

【0073】しかも、60μm付近のところに局在化し
て形成される低ライフタイム層は、20μm付近のとこ
ろに局在化して形成される低ライフタイム層の再結合順
位よりも浅いため、オン電圧の極端な増大を招くことも
ない。
Further, since the low lifetime layer formed locally at about 60 μm is shallower than the recombination order of the low lifetime layer formed locally at about 20 μm, the on-state voltage is reduced. Does not cause an extreme increase in

【0074】さらに、20μm付近のところに局在化し
て形成された低ライフタイム層が空乏層内に取り込まれ
ることがないように設計されているため、耐圧の低下や
漏れ電流の増大、および、スイッチングターンオフロス
の増大を招くこともない。
Further, since the low lifetime layer formed locally at about 20 μm is designed so as not to be taken into the depletion layer, the breakdown voltage is reduced, the leakage current is increased, and There is no increase in switching turn-off loss.

【0075】なお、上記した本発明の実施の一形態にお
いては、低ライフタイム層の形成にH2+を照射するよう
にした場合について説明したが、これに限らず、たとえ
ばHe3+や重陽子(Deuteron)などを照射することによ
っても同様に実施できる。
In the above-described embodiment of the present invention, the case where H 2+ is irradiated to form the low lifetime layer has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, He 3+ or heavy Irradiation with protons (Deuteron) or the like can be similarly performed.

【0076】また、2回のイオン線照射によらず、必要
に応じて、飛程の異なる複数回のイオン線照射を施すよ
うにしても良い。また、イオン線照射のみに限らず、軽
度の電子線照射を組み合わせるようにすることも可能で
ある。
Instead of two ion beam irradiations, a plurality of ion beam irradiations with different ranges may be performed as necessary. In addition, not only ion beam irradiation but also light electron beam irradiation can be combined.

【0077】また、図4に示すように、凹凸形状を有し
てP型コレクタ層18´を形成するようにしても良い。
この場合、実効ベース幅WB をP型コレクタ層18´の
凸状部分によって決定するようにすれば、図1に示した
構造のIGBTとほぼ同等の効果が期待できる。
Further, as shown in FIG. 4, a P-type collector layer 18 'having an uneven shape may be formed.
In this case, if the effective base width W B to determine the projected portions of the P-type collector layer 18 'can be expected substantially the same effects as IGBT having the structure shown in FIG.

【0078】しかも、凹状部分については、実効ベース
幅WB が長くなる分、この領域でのエミッタ接地電流利
得βo が大きくなり、耐圧の劣化や漏れ電流に関しては
図1に示した構造のIGBTよりも有利である。
[0078] Moreover, for the concave portion, amount that is effective base width W B becomes longer, the area common emitter current gain beta o increases in, for withstand voltage deterioration and leakage current of the structure shown in FIG. 1 IGBT More advantageous than

【0079】また、図5に示すように、N- 型ベース層
11とP型コレクタ層18との間にN+ 型バッファ層3
0を設けてなる構成のIGBTにも適用可能である。さ
らに、1200V系のNチャネル型IGBTに限らず、
たとえばPチャネル型のIGBTにも同様に適用できる
ことはいうまでもなく、また、1200V系以外のIG
BTにも同様に適用可能である。その他、この発明の要
旨を変えない範囲において、種々変形実施可能なことは
勿論である。
As shown in FIG. 5, an N + type buffer layer 3 is provided between N type base layer 11 and P type collector layer 18.
The present invention is also applicable to an IGBT having a configuration in which 0 is provided. Furthermore, it is not limited to the N-channel IGBT of the 1200 V system,
For example, it goes without saying that the present invention can be similarly applied to a P-channel type IGBT.
The same applies to BT. Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、耐圧の劣化や漏れ電流の増大を招くことなく、高信
頼性で、かつ、電源電圧が比較的低い場合にもテール電
流が小さく、しかも、オン電圧およびターンオフ時間の
トレードオフを改善することが可能な半導体装置を提供
できる。
As described in detail above, according to the present invention, the tail current can be increased with high reliability without causing the deterioration of the breakdown voltage and the increase of the leakage current even when the power supply voltage is relatively low. A semiconductor device which is small and can improve a trade-off between on-voltage and turn-off time can be provided.

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

【図1】この発明の実施の一形態にかかる、Nチャネル
型のIGBTの概略構成を示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an N-channel IGBT according to an embodiment of the present invention.

【図2】同じく、Nチャネル型のIGBTにおける、N
- 型ベース層中でのホールの分布の状態を示す概略図。
FIG. 2 is a diagram showing an N-channel type IGBT,
- schematic diagram showing the state of distribution of holes in the mold base layer.

【図3】同じく、Nチャネル型のIGBTにおけるトレ
ードオフカーブを、従来素子と比較して示す概略図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a trade-off curve of an N-channel IGBT in comparison with a conventional device.

【図4】この発明の実施の他の形態にかかる、Nチャネ
ル型のIGBTの概略断面図。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an N-channel IGBT according to another embodiment of the present invention.

【図5】この発明の実施のさらに他の形態にかかる、N
チャネル型のIGBTの概略断面図。
FIG. 5 shows N according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a channel type IGBT.

【図6】従来技術とその問題点を説明するために示す、
Nチャネル型のIGBTの概略断面図。
FIG. 6 is shown to explain the prior art and its problems;
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an N-channel IGBT.

【図7】同じく、電子線の照射による、低キャリアライ
フタイム法について説明するために示す概略図。
FIG. 7 is a schematic view similarly illustrating a low carrier lifetime method by irradiation with an electron beam.

【図8】同じく、イオン線の照射による、低キャリアラ
イフタイム法について説明するために示す概略図。
FIG. 8 is a schematic view similarly illustrating a low carrier lifetime method by ion beam irradiation.

【図9】同じく、IGBTの阻止状態における空乏層の
成長とその等価回路について示す概略図。
FIG. 9 is a schematic diagram showing the growth of a depletion layer in an IGBT blocking state and its equivalent circuit.

【図10】同じく、IGBTのターンオフ波形を示す概
略図。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a turn-off waveform of the IGBT.

【図11】同じく、イオン線照射による欠陥分布プロフ
ァイルの、ドーズ量の依存性を説明するために示す概略
図。
FIG. 11 is a schematic view similarly illustrating the dependency of the dose distribution on the defect distribution profile due to ion beam irradiation.

【図12】同じく、テール電流の電源電圧に対する依存
性を説明するために示す概略図。
FIG. 12 is a schematic diagram similarly illustrating the dependency of a tail current on a power supply voltage.

【図13】同じく、Nチャネル型のIGBTの他の構成
を示す概略断面図。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing another configuration of the N-channel IGBT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…N- 型ベース層 11a…非空乏化領域 11b…空乏層 12…P型ベース層 13…N+ 型エミッタ層 14…絶縁膜 15…ポリシリコンゲート電極 16…金属エミッタ電極 17…金属ゲート電極 18…P型コレクタ層 19…金属コレクタ電極 21…第1の低ライフタイム層 22…第2の低ライフタイム層DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... N - type base layer 11a ... Depletion region 11b ... Depletion layer 12 ... P type base layer 13 ... N + type emitter layer 14 ... Insulating film 15 ... Polysilicon gate electrode 16 ... Metal emitter electrode 17 ... Metal gate electrode 18 P-type collector layer 19 Metal collector electrode 21 First low-lifetime layer 22 Second low-lifetime layer

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体層からなる第1の領
域と、 この第1の領域の一主面に選択的に形成された第2導電
型の半導体層からなる第2の領域と、 この第2の領域の一主面に選択的に形成された第1導電
型の半導体層からなる第3の領域と、 前記第1の領域の他主面に形成された第2導電型の半導
体層からなる第4の領域と、 前記第2の領域上の少なくとも一部を含んで、前記第1
の領域上に絶縁膜を介して形成された制御電極と、 前記第3の領域上の少なくとも一部を含んで、前記第2
の領域上に形成された第1電極と、 前記第4の領域上に形成された第2の電極と、 前記第1の領域内に局在化して配置された複数の再結合
中心格子欠陥とを具備したことを特徴とする半導体装
置。
A first region formed of a semiconductor layer of a first conductivity type; and a second region formed of a semiconductor layer of a second conductivity type selectively formed on one main surface of the first region. A third region formed of a semiconductor layer of the first conductivity type selectively formed on one main surface of the second region, and a second region of the second conductivity type formed on the other main surface of the first region. A fourth region made of a semiconductor layer, and at least a part on the second region;
A control electrode formed on a region of the second region via an insulating film;
A first electrode formed on the region, a second electrode formed on the fourth region, and a plurality of recombination center lattice defects localized in the first region. A semiconductor device comprising:
【請求項2】 前記各再結合中心格子欠陥は、前記第4
の領域に近いほど、深い再結合順位を有することを特徴
とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The method according to claim 2, wherein each of the recombination center lattice defects is the fourth recombination center lattice defect.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the closer to the region, the deeper the recombination order.
【請求項3】 前記各再結合中心格子欠陥のうち、最も
深い再結合順位を有する再結合中心格子欠陥は、その再
結合中心のピーク値が、非空乏化領域の幅が少なくとも
40μm以上とされた前記第1の領域の、他主面から2
0μm付近のところにあることを特徴とする請求項1に
記載の半導体装置。
3. The recombination center lattice defect having the deepest recombination order among the recombination center lattice defects has a peak value of the recombination center whose width of the non-depleted region is at least 40 μm or more. 2 from the other main surface of the first area
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is located near 0 μm.
【請求項4】 前記各再結合中心格子欠陥は、He3+
2+、重陽子などのイオン種の照射により形成されるこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
4. Each of the recombination center lattice defects is He 3+ ,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed by irradiation of ion species such as H2 + and deuteron.
【請求項5】 前記第1の領域は、その非空乏化領域の
ほぼ全面が、実質的に低ライフタイム化されていること
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first region has a substantially reduced lifetime over substantially the entire non-depleted region.
【請求項6】 前記第1の領域の実効幅(WB )とその
濃度(NB )およびブレークダウン電圧(V)が次式の
数1 【数1】 を実質的に満足することを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置。
6. The effective width (W B ), its concentration (N B ), and breakdown voltage (V) of the first region are expressed by the following equation (1). 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the following is substantially satisfied.
【請求項7】 前記第4の領域は、前記第1の領域との
接面が凹凸を有して形成されていることを特徴とする請
求項1に記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the fourth region has a surface in contact with the first region having irregularities.
【請求項8】 前記第1の領域と前記第4の領域との間
には、さらに、第1導電型の半導体層からなる第5の領
域が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein a fifth region made of a semiconductor layer of a first conductivity type is further formed between the first region and the fourth region. 3. The semiconductor device according to claim 1.
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