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JP2001077357A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JP2001077357A
JP2001077357A JP24657499A JP24657499A JP2001077357A JP 2001077357 A JP2001077357 A JP 2001077357A JP 24657499 A JP24657499 A JP 24657499A JP 24657499 A JP24657499 A JP 24657499A JP 2001077357 A JP2001077357 A JP 2001077357A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor region
type
layer
region
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP24657499A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroki Muraoka
宏記 村岡
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 JP24657499A priority Critical patent/JP2001077357A/en
Publication of JP2001077357A publication Critical patent/JP2001077357A/en
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor device which is excellent in performance such as operation loss, breakdown strength, and an EMC level and high in reliability. SOLUTION: A lightly doped n--type semiconductor layer 19 is provided between a p+-type semiconductor substrate 10 and an n+-type semiconductor layer 11 in a conventional PT-type IGBT structure, and furthermore a low life time layer 20 is provided inside the N--type semiconductor layer 19. By this structure, a depletion layer between the layer 19 and the substrate 10 gets wider, the device of this constitution can be improved on an ECM level as highly as a device of NPT type. As a parasitic PNP transistor is enlarged in base width, the device can be more enhanced in breakdown strength than a device of conventional PT type. The base layer of this device is much smaller in substantial thickness than that of a device of NPT-type and nearly equal to than of device of PT-type, and the low life time layer 20 is provided, so that a semiconductor device having a low ON-state voltage and a low tail current can be realized.

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、半導体装置に関
し、特に、低損失、高信頼性、低ノイズを要求される電
力用半導体装置の構造に係る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a structure of a power semiconductor device which requires low loss, high reliability and low noise.

【0002】[0002]

【従来の技術】パワーデバイスにおいては、ポリシリコ
ンをゲート電極材料として用いた縦型パワーMOSFE
Tの登場により、その特性改善が著しく進展した。しか
し、高耐圧化をしようとすると、高耐圧設計に必要な空
乏層遅延領域の膜厚を大きくしなければならず、オン抵
抗が増加してしまうという大きな欠点があった。IGB
Tはこのオン電圧特性の低下を少なくする構造を持つと
共に、パワーMOSFETと同等の電圧駆動で、かつ高
速スイッチング特性を併せ持つ理想的な高耐圧トランジ
スタとして有望であり、活発に研究が進められている。
2. Description of the Related Art In a power device, a vertical power MOSFET using polysilicon as a gate electrode material is used.
With the advent of T, its properties have been remarkably improved. However, in order to increase the withstand voltage, the thickness of the depletion layer delay region required for the high withstand voltage design must be increased, and there is a serious disadvantage that the on-resistance increases. IGB
T has a structure that reduces the decrease in the on-voltage characteristics, and is promising as an ideal high-voltage transistor having the same voltage drive as the power MOSFET and high-speed switching characteristics, and is being actively researched. .

【0003】従来、一般的に用いられてきたIGBTに
ついて、まずPT(Punch−Through)タイ
プを例に挙げて説明する。図7は、PTタイプIGBT
の断面図である。p型半導体基板10上に、n型半
導体層11がバッファ層として設けられ、このn型半
導体層11上にn型半導体層12がベース層として設
けられている。n型半導体層12内の表面領域にはp
型不純物拡散層13が設けられ、さらにこのp型不
純物拡散層13内にはn型不純物拡散層14がエミッ
タ層として設けられている。そして、ゲート絶縁膜1
5、ゲート電極16を設けることで、n型不純物拡散
層14をソース領域、n型半導体層12をドレイン領
域、p型不純物拡散層13の表面近傍をチャネル領域
とするMOSFETが形成されている。そして、このゲ
ート電極16を取り囲むように絶縁膜22が設けられ、
素子の主表面上にエミッタ電極17を、半導体基板10
の裏面にはコレクタ電極18をそれぞれ設けることでI
GBTが形成されている。
Conventionally, generally used IGBTs will first be described by taking a PT (Punch-Through) type as an example. FIG. 7 shows a PT type IGBT
FIG. An n + -type semiconductor layer 11 is provided as a buffer layer on the p + -type semiconductor substrate 10, and an n -type semiconductor layer 12 is provided as a base layer on the n + -type semiconductor layer 11. The surface region in the n type semiconductor layer 12 has p
A + type impurity diffusion layer 13 is provided, and an n + type impurity diffusion layer 14 is provided as an emitter layer in the p + type impurity diffusion layer 13. And the gate insulating film 1
5. By providing the gate electrode 16, a MOSFET is formed in which the n + -type impurity diffusion layer 14 is a source region, the n -type semiconductor layer 12 is a drain region, and the vicinity of the surface of the p + -type impurity diffusion layer 13 is a channel region. ing. Then, an insulating film 22 is provided so as to surround the gate electrode 16,
An emitter electrode 17 is provided on the main surface of the device,
The collector electrode 18 is provided on the back surface of
GBT is formed.

【0004】例えば、1200V耐圧のPTタイプIG
BTを設計する場合の、各層の膜厚と不純物濃度の一例
を挙げると、p型半導体基板10の厚さが約100μ
m、不純物濃度が1×1019cm−3、n型半導体
層11の膜厚が約10μm、不純物濃度が5×1017
cm−3、n型半導体層12の膜厚が約110μm、
不純物濃度が5×1013cm−3程度になる。
For example, a PT type IG with a withstand voltage of 1200 V
To give an example of the thickness and impurity concentration of each layer when designing a BT, the thickness of the p + type semiconductor substrate 10 is about 100 μm.
m, the impurity concentration is 1 × 10 19 cm −3 , the thickness of the n + type semiconductor layer 11 is about 10 μm, and the impurity concentration is 5 × 10 17
cm −3 , the thickness of the n type semiconductor layer 12 is about 110 μm,
The impurity concentration becomes about 5 × 10 13 cm −3 .

【0005】ところで、このPTタイプIGBTに逆バ
イアスが印加された場合、即ちオフ状態でのn型半導
体層12とp型不純物拡散層13のpn接合に生じる
空乏層は、両者の不純物濃度差によりそのほとんどがn
型半導体層12中に形成される。この空乏層はn
半導体層12全域に拡がっても、その拡がりは高濃度に
不純物が添加されたn型半導体層11で抑制されるた
め、p型不純物拡散層13とp型半導体基板10と
のパンチスルーを回避できる。そのため、ベース層であ
るn型半導体層12は耐圧を得るための必要最小限の
膜厚にすることが出来る。これによって、順バイアスを
印加した場合、即ちオン状態でのn型半導体層12に
おける電圧降下を最小限にすることが出来、低オン電圧
特性が得られる。また、ターンオフ時においては、n
型半導体層12に残っている残留キャリアが空乏層によ
り排出されるためテール電流を小さくすることもでき、
PTタイプIGBTは低損失化に優れた構造と言える。
When a reverse bias is applied to the PT-type IGBT, that is, a depletion layer formed at a pn junction between the n -type semiconductor layer 12 and the p + -type impurity diffusion layer 13 in the off state, the impurity concentration of both of them is reduced. Most of them are n
- is formed in the type semiconductor layer 12. Even if the depletion layer spreads over the entire region of the n type semiconductor layer 12, the expansion is suppressed by the n + type semiconductor layer 11 to which the impurity is added at a high concentration, so that the p + type impurity diffusion layer 13 and the p + type Punch through with the semiconductor substrate 10 can be avoided. Therefore, the n type semiconductor layer 12 as the base layer can have a minimum necessary thickness for obtaining a withstand voltage. Thereby, when a forward bias is applied, that is, the voltage drop in the n type semiconductor layer 12 in the ON state can be minimized, and a low ON voltage characteristic can be obtained. At the time of turn-off, n
Residual carriers remaining in the type semiconductor layer 12 are discharged by the depletion layer, so that the tail current can be reduced.
It can be said that the PT type IGBT has a structure excellent in low loss.

【0006】しかし、このPTタイプIGBTでは、ベ
ース層12の全域が空乏化した時点で、p型半導体基
板10、n型半導体層11とn型半導体層12、及
びp 型不純物拡散層13のpnp接合で構成される寄
生pnpトランジスタのベース領域は、実質的にn
半導体層11のみとなり、この寄生pnpトランジスタ
の電流増幅率αpnpが大きくなるため、ラッチアップ
耐量や短絡耐量などの破壊耐量に劣るという性質を持っ
ている。また、高い不純物濃度を有するp型半導体基
板10と、同じく高い不純物濃度を有するn型半導体
層11が接合されるため、これらの境界に生じる空乏層
は狭く、容量が大きくなり、コレクタ−エミッタ間電圧
の比較的低い領域での帰還容量Cres(=Cgc)が
大きくなり、EMC(Electromagnetic Compatibilit
y;電磁両立性)レベルを悪化させることになる。
However, in this PT type IGBT, the
When the entire region of the source layer 12 is depleted, p+Type semiconductor base
Plate 10, n+Type semiconductor layer 11 and nType semiconductor layer 12, and
And p +Of the pnp junction of the p-type impurity diffusion layer 13
The base region of a raw pnp transistor is substantially n+Type
Only the semiconductor layer 11 is provided, and this parasitic pnp transistor
Current amplification factor αpnpLatch-up
It has the property of being inferior to the breakdown strength such as the withstand capacity and short-circuit strength.
ing. In addition, p having a high impurity concentration+Type semiconductor base
Plate 10 and n having the same high impurity concentration.+Type semiconductor
Since the layer 11 is joined, a depletion layer formed at these boundaries
Is narrow, the capacitance is large, and the collector-emitter voltage
Feedback capacitance C in the relatively low region ofres(= Cgc)But
Become larger, EMC (Electromagnetic Compatibilit
y: electromagnetic compatibility) level.

【0007】次に、NPT(Non−Punch−Th
rough)タイプIGBTについて説明する。図8は
NPTタイプIGBTの断面図である。図示するよう
に、NPTタイプは先に述べたPTタイプ構造におい
て、n型半導体層11を取り除いた構造となってい
る。
Next, NPT (Non-Punch-Th)
(rough) type IGBT will be described. FIG. 8 is a sectional view of the NPT type IGBT. As shown, the NPT type has a structure in which the n + type semiconductor layer 11 is removed from the above-described PT type structure.

【0008】前述のPTタイプ同様、1200V耐圧の
NPTタイプIGBTを設計する場合の各層の膜厚と不
純物濃度の一例を挙げると、p型半導体基板10の厚
さは用いる基板とライフタイムコントロールの関係上、
約0.1〜100μm、不純物濃度は1014〜10
19cm−3程度で設計され、n型半導体層12の膜
厚はPTタイプのそれに比べ十分厚い約170μm、不
純物濃度が7×1013cm−3程度になる。
Similar to the above-mentioned PT type, when designing an NPT type IGBT with a withstand voltage of 1200 V, an example of the film thickness and impurity concentration of each layer is as follows. The thickness of the p + type semiconductor substrate 10 depends on the substrate used and the lifetime control. In relation to
About 0.1 to 100 μm, impurity concentration is 10 14 to 10
It is designed to be about 19 cm −3 , the thickness of the n type semiconductor layer 12 is about 170 μm, which is sufficiently thicker than that of the PT type, and the impurity concentration is about 7 × 10 13 cm −3 .

【0009】NPTタイプIGBTは、n型半導体層
12が充分に厚いため、オフ状態での寄生pnpトラン
ジスタの電流増幅率αpnpはPTタイプのそれに比べ
小さく、ラッチアップ耐量や短絡耐量などの破壊耐量に
優れている。また、p型半導体基板10とn型半導
体層12のpn接合部に生じる空乏領域は比較的広いた
め容量も小さく、EMCレベルは比較的良好である。
In the NPT type IGBT, since the n type semiconductor layer 12 is sufficiently thick, the current amplification rate α pnp of the parasitic pnp transistor in the off state is smaller than that of the PT type, and destruction such as latch-up resistance and short-circuit resistance is performed. Excellent withstand capacity. Further, since the depletion region generated at the pn junction between the p + type semiconductor substrate 10 and the n type semiconductor layer 12 is relatively large, the capacitance is small and the EMC level is relatively good.

【0010】しかしながらNPTタイプでは、空乏層の
拡がりを抑制する層がないため、ベース層であるn
半導体層12は耐圧を得るために必要な膜厚よりも余計
に厚くする必要があり、一般にPTタイプに比べオン電
圧が大きくなってしまう。さらに、ターンオフ時におい
て空乏層により排出されない電子がベース層12の底部
に残るため、p型半導体基板10からホールの再注入
が生じ、これらがテール電流となって損失が大きくなる
という問題がある。
However, in the NPT type, since there is no layer that suppresses the expansion of the depletion layer, the n type semiconductor layer 12 as the base layer needs to be made extra thicker than the film thickness required to obtain the breakdown voltage. In general, the ON voltage is higher than that of the PT type. Furthermore, since electrons that are not discharged by the depletion layer at the time of turn-off remain at the bottom of the base layer 12, holes are re-injected from the p + -type semiconductor substrate 10, and these become tail currents, resulting in a large loss. .

【0011】以上述べたように、従来は、オン電圧、タ
ーンオフロスに優れるPTタイプと、破壊耐量、そして
EMCレベルに優れるNPTタイプのIGBTが、それ
ぞれ必要とされる特性に応じて使い分けられてきた。両
者の利点を両立すべく、それぞれの構造においてセルの
微細化、トレンチ化、局所ライフタイムコントロール等
の検討が行われてきたが、未だ実現に至ってはいない。
As described above, conventionally, a PT type IGBT excellent in on-voltage and turn-off loss and an NPT type IGBT excellent in breakdown strength and EMC level have been selectively used according to required characteristics. . In order to achieve both advantages, studies have been made on miniaturization, trenching, local lifetime control, and the like in each structure, but they have not been realized yet.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】IGBTを例に挙げて
説明したように、従来の半導体装置、特に高耐圧型半導
体装置は、オン電圧、ターンオフロスに優れる構造で
は、破壊耐量、EMCレベルが悪化し、逆に破壊耐量、
EMCレベルに優れる構造では、オン電圧、ターンオフ
ロスに劣るという問題があった。
As described with reference to an IGBT as an example, a conventional semiconductor device, particularly a high breakdown voltage type semiconductor device, has a structure in which the on-voltage and the turn-off loss are excellent, the breakdown strength and the EMC level are deteriorated. And conversely,
A structure having an excellent EMC level has a problem that the on-voltage and the turn-off loss are inferior.

【0013】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、その目的は、損失、破壊耐量、EMCレベルの点
で優れる高性能、且つ高信頼性の半導体装置を提供する
ことにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-performance and highly-reliable semiconductor device which is excellent in loss, breakdown strength and EMC level.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に記
載した半導体装置は、第1導電型で高不純物濃度の第1
の半導体領域と、前記第1の半導体領域上に設けられ、
第2導電型で低不純物濃度の第2の半導体領域と、前記
第2の半導体領域上に設けられ、第2導電型で高不純物
濃度の第3の半導体領域と、前記第3の半導体領域上に
設けられ、第2導電型で低不純物濃度の第4の半導体領
域と、前記第4の半導体領域内の表面領域の一部に設け
られ、第1導電型で高不純物濃度の第5の半導体領域と
を具備し、前記第1の半導体領域はコレクタ領域として
機能し、前記第3の半導体領域は、前記第4の半導体領
域と前記第5の半導体領域との接合により、前記第4の
半導体領域内に形成される空乏層の拡大を抑制するバッ
ファ層として機能し、前記第4、第5の半導体領域はベ
ース領域として機能することを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a first conductivity type and a high impurity concentration.
A semiconductor region, and the first semiconductor region,
A second semiconductor region of a second conductivity type with a low impurity concentration, a third semiconductor region of a second conductivity type with a high impurity concentration provided on the second semiconductor region, and a third semiconductor region of a second conductivity type with a high impurity concentration; A fourth semiconductor region of a second conductivity type and a low impurity concentration, and a fifth semiconductor of a first conductivity type and a high impurity concentration provided in a part of a surface region in the fourth semiconductor region. And the first semiconductor region functions as a collector region, and the third semiconductor region is formed by joining the fourth semiconductor region and the fifth semiconductor region to form the fourth semiconductor region. The semiconductor device is characterized in that it functions as a buffer layer that suppresses expansion of a depletion layer formed in the region, and that the fourth and fifth semiconductor regions function as base regions.

【0015】請求項2に記載したように、請求項1記載
の半導体装置において、前記第1の半導体領域と前記第
2の半導体領域との間に介在され、第1導電型で低不純
物濃度の第6の半導体領域を更に備えることを特徴とし
ている。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the semiconductor device is interposed between the first semiconductor region and the second semiconductor region and has a first conductivity type and a low impurity concentration. A sixth semiconductor region is further provided.

【0016】請求項3に記載したように、請求項1また
は2記載の半導体装置において、前記第2の半導体領域
は、低キャリアライフタイム層を備えることを特徴とし
ている。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first or second aspect, the second semiconductor region includes a low carrier lifetime layer.

【0017】請求項4に記載したように、請求項1乃至
3いずれか1項記載の半導体装置において、前記第3の
半導体領域は、低キャリアライフタイム層を備えること
を特徴としている。
According to a fourth aspect, in the semiconductor device according to any one of the first to third aspects, the third semiconductor region is provided with a low carrier lifetime layer.

【0018】また、この発明の請求項5に記載した半導
体装置は、第1導電型で低不純物濃度の第1の半導体領
域と、前記第1の半導体領域上に設けられ、第2導電型
で低不純物濃度の第2の半導体領域と、前記第2の半導
体領域上に設けられ、第2導電型で高不純物濃度の第3
の半導体領域と、前記第3の半導体領域上に設けられ、
第2導電型で低不純物濃度の第4の半導体領域と、前記
第4の半導体領域内の表面領域の一部に設けられ、第1
導電型で高不純物濃度の第5の半導体領域とを具備し、
前記第1の半導体領域はコレクタ領域として機能し、前
記第3の半導体領域は、前記第4の半導体領域と前記第
5の半導体領域との接合により、前記第4の半導体領域
内に形成される空乏層の拡大を抑制するバッファ層とし
て機能し、前記第4、第5の半導体領域はベース領域と
して機能することを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device, comprising: a first semiconductor region having a first conductivity type and a low impurity concentration; and a first semiconductor region provided on the first semiconductor region and having a second conductivity type. A second semiconductor region having a low impurity concentration, and a third semiconductor region provided on the second semiconductor region and having a second conductivity type and a high impurity concentration.
A semiconductor region, and a third semiconductor region,
A fourth semiconductor region of a second conductivity type having a low impurity concentration and a part of a surface region in the fourth semiconductor region;
A fifth semiconductor region having a conductivity type and a high impurity concentration;
The first semiconductor region functions as a collector region, and the third semiconductor region is formed in the fourth semiconductor region by joining the fourth semiconductor region and the fifth semiconductor region. The semiconductor device is characterized in that it functions as a buffer layer that suppresses expansion of a depletion layer, and that the fourth and fifth semiconductor regions function as base regions.

【0019】請求項6に記載したように、請求項5記載
の半導体装置において、前記第1の半導体領域は、1μ
m以下の膜厚を有することを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the fifth aspect, the first semiconductor region is 1 μm.
m or less.

【0020】更に、請求項7に記載したように、請求項
1乃至6いずれか1項記載の半導体装置において、前記
第5の半導体領域内の表面領域の一部に、前記第4の半
導体領域と隔離して設けられた第2導電型の不純物拡散
層と、少なくとも前記第4の半導体領域と前記不純物拡
散層の間の前記第5の半導体領域の表面上に設けられた
ゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲー
ト電極とを更に備え、前記不純物拡散層をソース領域、
前記第4の半導体領域と前記不純物拡散層の間の前記第
5の半導体領域の表面領域をチャネル領域、前記第4の
半導体領域をドレイン領域とするMOSトランジスタを
形成してなることを特徴としている。
Further, as described in claim 7, in the semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, the fourth semiconductor region is partially formed in a surface region in the fifth semiconductor region. A second conductivity type impurity diffusion layer provided in isolation with the gate insulating film provided on at least a surface of the fifth semiconductor region between the fourth semiconductor region and the impurity diffusion layer; A gate electrode provided on the gate insulating film, wherein the impurity diffusion layer is a source region;
A MOS transistor having a surface region of the fifth semiconductor region between the fourth semiconductor region and the impurity diffusion layer as a channel region and a drain region as the fourth semiconductor region is formed. .

【0021】請求項1のような構成によれば、第4の半
導体領域と第5の半導体領域の間に逆バイアスを印加し
た際に、第4の半導体領域内に形成される空乏層の拡が
りを、第3の半導体領域(バッファ層)により止めるこ
とが出来るため、第4の半導体領域と第5の半導体領域
とのパンチスルーを回避することが出来、ベース層の膜
厚を耐圧を得るのに必要最小限にすることが出来る。こ
れにより順バイアス印加時のベース層での電圧降下を最
小限に出来、低オン電圧動作が可能となる。また、第2
の半導体領域を設けたことにより、実質的にベース層の
膜厚が増加し、破壊耐量を向上できる。更には第2の半
導体領域は低不純物濃度であるため、第1の半導体領域
(コレクタ領域)との間に形成される空乏層幅が拡がる
ことで容量が小さくなり、EMCレベルを改善すること
が出来る。
According to the first aspect, when a reverse bias is applied between the fourth semiconductor region and the fifth semiconductor region, the depletion layer formed in the fourth semiconductor region expands. Can be stopped by the third semiconductor region (buffer layer), so that punch-through between the fourth semiconductor region and the fifth semiconductor region can be avoided, and the thickness of the base layer can be reduced with a withstand voltage. Can be minimized. As a result, a voltage drop in the base layer when a forward bias is applied can be minimized, and a low on-voltage operation can be performed. Also, the second
By providing the semiconductor region described above, the thickness of the base layer is substantially increased, and the breakdown strength can be improved. Furthermore, since the second semiconductor region has a low impurity concentration, the width of the depletion layer formed between the second semiconductor region and the first semiconductor region (collector region) is increased, so that the capacitance is reduced and the EMC level can be improved. I can do it.

【0022】請求項2に示すように、コレクタ領域上に
低不純物濃度の第6の半導体領域を設けることにより、
低不純物濃度である第2の半導体領域との間の空乏層幅
を更に広げることが出来、EMCレベルを向上すること
が出来る。
According to a second aspect of the present invention, by providing the sixth semiconductor region having a low impurity concentration on the collector region,
The width of the depletion layer with the second semiconductor region having a low impurity concentration can be further increased, and the EMC level can be improved.

【0023】請求項3、4に示すように、第2の半導体
領域、第3の半導体領域、またはこれら2層に低ライフ
タイム層を設けることで、半導体装置のターンオフ時に
おけるテール電流を小さくすることが出来る。
According to the third and fourth aspects of the present invention, by providing a low lifetime layer in the second semiconductor region, the third semiconductor region, or these two layers, the tail current at the time of turning off the semiconductor device is reduced. I can do it.

【0024】また、請求項5のような構成によれば、第
4の半導体領域と第5の半導体領域の間に逆バイアスを
印加した際に、第4の半導体領域内に形成される空乏層
の拡がりをバッファ層である第3の半導体領域(バッフ
ァ層)により止めることが出来るため、第4の半導体領
域と第5の半導体領域とのパンチスルーを回避すること
が出来、ベース層の膜厚を耐圧を得るのに必要最小限に
することが出来る。これにより順バイアス印加時のベー
ス層での電圧降下を最小限に出来、低オン電圧動作が可
能となる。また、第2の半導体領域を設けたことによ
り、実質的にベース層の膜厚が増加し、破壊耐量を向上
できる。更には第2の半導体領域は低不純物濃度である
ため、第1の半導体領域(コレクタ領域)との間に形成
される空乏層幅が拡がることで容量が小さくなり、EM
Cレベルを改善することが出来る。そして、コレクタ領
域の不純物濃度を低くしたことにより、コレクタ領域か
らのキャリアの注入を抑制し、半導体装置のターンオフ
時におけるテール電流を小さくすることが出来る。
According to the fifth aspect, when a reverse bias is applied between the fourth semiconductor region and the fifth semiconductor region, the depletion layer formed in the fourth semiconductor region. Can be stopped by the third semiconductor region (buffer layer), which is a buffer layer, so that punch-through between the fourth semiconductor region and the fifth semiconductor region can be avoided, and the thickness of the base layer can be reduced. Can be minimized to obtain a withstand voltage. As a result, a voltage drop in the base layer when a forward bias is applied can be minimized, and a low on-voltage operation can be performed. In addition, by providing the second semiconductor region, the thickness of the base layer is substantially increased, and the breakdown strength can be improved. Furthermore, since the second semiconductor region has a low impurity concentration, the width of a depletion layer formed between the second semiconductor region and the first semiconductor region (collector region) is increased, so that the capacitance is reduced.
C level can be improved. And, by lowering the impurity concentration of the collector region, injection of carriers from the collector region can be suppressed, and the tail current at the time of turning off the semiconductor device can be reduced.

【0025】請求項6のように、コレクタ領域の膜厚を
1μm以下に薄膜化する事によっても、コレクタ領域か
らのキャリアの注入を抑制し、半導体装置のターンオフ
時におけるテール電流を小さくすることが出来る。
By reducing the thickness of the collector region to 1 μm or less, the injection of carriers from the collector region can be suppressed and the tail current at the time of turning off the semiconductor device can be reduced. I can do it.

【0026】請求項7に記載したように、第5の半導体
領域中にMOSトランジスタを形成することにより、本
発明をIGBTに適用することが出来る。
As described in claim 7, the present invention can be applied to an IGBT by forming a MOS transistor in the fifth semiconductor region.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、
共通する部分には共通する参照符号を付す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. For this explanation,
Common parts are denoted by common reference symbols.

【0028】図1は本発明の第1の実施形態に係る半導
体装置について説明するためのもので、(a)図はIG
BTの断面図、(b)図は(a)図におけるA−A’線
に対応する平面図(ストライプパターン)である。この
構造は従来のPTタイプIGBTにおいて、p型半導
体基板10とn型半導体層11との間に、低濃度に不
純物が添加されたn型半導体層19を介在させた構造
である。
FIGS. 1A and 1B are views for explaining a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG.
A cross-sectional view of the BT, and (b) is a plan view (stripe pattern) corresponding to line AA ′ in (a). This structure is a conventional PT type IGBT in which an n -type semiconductor layer 19 to which an impurity is added at a low concentration is interposed between a p + -type semiconductor substrate 10 and an n + -type semiconductor layer 11.

【0029】すなわち、p型半導体基板10上に、n
型半導体層19が設けられ、このn型半導体層19
上にn型半導体層11がバッファ層として設けられ、
このバッファ層11上にn型半導体層12がベース層
として設けられている。このベース層12内の表面領域
にはp型不純物拡散層13が設けられ、さらにこのp
型不純物拡散層13内には、エミッタ層としてn
不純物拡散層14が設けられている。そして、ゲート絶
縁膜15、ゲート電極16を設けることで、n 型不純
物拡散層14をソース領域、n型半導体層12をドレ
イン領域、p型不純物拡散層13の表面近傍をチャネ
ル領域とするMOSFETが形成されている。そして、
このゲート電極16を取り囲むように絶縁膜22が設け
られ、素子の主表面上にエミッタ電極17を、半導体基
板10の裏面にはコレクタ電極18をそれぞれ設けるこ
とでIGBTが形成されている。
That is, p+N on the type semiconductor substrate 10
Type semiconductor layer 19 is provided.Type semiconductor layer 19
N on+Type semiconductor layer 11 is provided as a buffer layer,
On this buffer layer 11, nType semiconductor layer 12 is a base layer
It is provided as. Surface area in this base layer 12
Has p+Type impurity diffusion layer 13 is provided.
+N-type impurity diffusion layer 13 has n+Type
An impurity diffusion layer 14 is provided. And the gate
By providing the edge film 15 and the gate electrode 16, n +Mold impurity
The material diffusion layer 14 as a source region, nDrain the semiconductor layer 12
In region, p+Channel near the surface of the impurity diffusion layer 13
A MOSFET is formed as a control region. And
An insulating film 22 is provided so as to surround the gate electrode 16.
And an emitter electrode 17 is provided on the main surface of the device.
A collector electrode 18 is provided on the back of the plate 10.
Thus, the IGBT is formed.

【0030】本実施例により耐圧1200VのIGBT
を設計する場合の各層の膜厚、不純物濃度の一例を挙げ
ると、p型半導体基板10、n型半導体層11、n
型半導体層12の設計値は従来のPTタイプIGBT
と同様、すなわち、各層の膜厚はそれぞれ約100μ
m、10μm、110μmで、不純物濃度もそれぞれ1
19cm−3、5×1017cm−3、5×1013
cm−3である。そして、p型半導体基板10とn
型半導体層11の間に設けたn型半導体層19の膜厚
はほぼ10μm程度で、これ以下でも良い。不純物濃度
は7×1013cm−3程度の値で設計される。
According to this embodiment, an IGBT with a withstand voltage of 1200 V is used.
Examples of the film thickness and impurity concentration of each layer when designing the p + type semiconductor substrate 10, n + type semiconductor layer 11, n +
- the design value type semiconductor layer 12 is conventional PT type IGBT
That is, each layer has a thickness of about 100 μm.
m, 10 μm, and 110 μm, and the impurity concentration is 1
0 19 cm −3 , 5 × 10 17 cm −3 , 5 × 10 13
cm −3 . Then, the p + type semiconductor substrate 10 and n +
The thickness of the n type semiconductor layer 19 provided between the type semiconductor layers 11 is about 10 μm, and may be smaller than about 10 μm. The impurity concentration is designed at a value of about 7 × 10 13 cm −3 .

【0031】この構造によれば、p型半導体基板10
とn型半導体層11との間にn型半導体層19を設
けたことにより、このn型半導体層19とp型半導
体基板10との間に発生する空乏層は広く、そして容量
も小さいため、EMCレベルをNPTタイプ並に改善す
ることが出来る。
According to this structure, the p + type semiconductor substrate 10
By providing the n type semiconductor layer 19 between the n + type semiconductor layer 11 and the n + type semiconductor layer 11, the depletion layer generated between the n type semiconductor layer 19 and the p + type semiconductor substrate 10 is wide, and the capacitance is , The EMC level can be improved to the level of the NPT type.

【0032】また寄生pnpトランジスタのベース幅
も、このn型半導体層19の分だけ拡大するために、
寄生トランジスタの電流増幅率が減少し、従来のPTタ
イプに比べて、ラッチアップ耐量や短絡耐量などの破壊
耐量を向上させることが出来る。
In order to increase the base width of the parasitic pnp transistor by the amount of the n type semiconductor layer 19,
The current amplification factor of the parasitic transistor is reduced, and the breakdown strength such as the latch-up withstand capacity and the short-circuit withstand capacity can be improved as compared with the conventional PT type.

【0033】更に、寄生pnpトランジスタのベース層
の膜厚はNPTタイプに比べ十分薄くPT並であるた
め、PTタイプの利点である低オン電圧特性も維持でき
る。
Further, since the thickness of the base layer of the parasitic pnp transistor is sufficiently thinner than that of the NPT type and is comparable to that of the PT, the low on-voltage characteristic which is an advantage of the PT type can be maintained.

【0034】破壊耐量を更に上げるためには、このn
型半導体層19の膜厚を大きくする事で対応できるが、
あまりにこの膜厚を大きくすれば寄生pnpトランジス
タのベース層が大きくなることにより、PTタイプの利
点である低オン電圧特性の悪化に繋がることにもなるた
め、所望の破壊耐量とオン電圧に応じて、このn型半
導体層の膜厚の設計することが重要となる。
In order to further increase the breakdown strength, this n
Can be dealt with by increasing the thickness of the semiconductor layer 19,
If the film thickness is too large, the base layer of the parasitic pnp transistor becomes large, which may lead to deterioration of the low on-voltage characteristic which is an advantage of the PT type. It is important to design the thickness of the n type semiconductor layer.

【0035】勿論、NPTタイプの構造におけるn
半導体層12内に、高濃度に不純物が添加されたn
半導体層を形成しても良い。
Of course, an n + -type semiconductor layer to which an impurity is added at a high concentration may be formed in the n -type semiconductor layer 12 in the NPT type structure.

【0036】この構造での耐圧1200VのIGBTに
おける、各層の膜厚、不純物濃度の一例を挙げれば、p
型半導体基板10、n型半導体層19、n型半導
体層11、n型半導体層12の各膜厚は、それぞれ
0.1〜100μm、100μm程度またはそれ以下、
10μm程度またはそれ以下、100〜200μm程度
の範囲で、不純物濃度もそれぞれ1014〜1019
−3、7×1013cm−3、5×1017
−3、7×1013cm−3程度で設計される。
In the IGBT of this structure having a withstand voltage of 1200 V, an example of the film thickness and impurity concentration of each layer is as follows.
Each film thickness of the + type semiconductor substrate 10, the n type semiconductor layer 19, the n + type semiconductor layer 11, and the n type semiconductor layer 12 is about 0.1 to 100 μm, about 100 μm or less, respectively.
In the range of about 10 μm or less and about 100 to 200 μm, the impurity concentration is also 10 14 to 10 19 c, respectively.
m −3 , 7 × 10 13 cm −3 , 5 × 10 17 c
m −3 , designed to be about 7 × 10 13 cm −3 .

【0037】この場合は寄生pnpトランジスタのベー
ス幅(n型半導体層12、n型半導体層11、n
型半導体層19の各膜厚の和)自体は変化しないため、
型半導体層19だけでなく他の各層についても膜
厚、不純物濃度の設計が更に重要となるが、n型半導
体層12の膜厚は、従来のNPTタイプにおけるそれよ
りも小さく設計できるため、従来のNPTタイプに比べ
て低オン電圧特性に優れたIGBTが実現できる。
In this case, the base width of the parasitic pnp transistor (n type semiconductor layer 12, n + type semiconductor layer 11, n
The sum of the film thicknesses of the semiconductor layer 19 does not change.
In addition to the n type semiconductor layer 19, the design of the film thickness and the impurity concentration becomes more important for each of the other layers, but the thickness of the n type semiconductor layer 12 can be designed to be smaller than that of the conventional NPT type. Therefore, an IGBT excellent in low on-voltage characteristics as compared with the conventional NPT type can be realized.

【0038】しかしどちらかと言えば、NPTタイプI
GBTにこの構造を適用するよりはPTタイプに適用す
る方が効果は大きく、望ましい構造であると言える。
However, if anything, NPT type I
It is more preferable to apply this structure to the PT type than to apply this structure to the GBT, and it can be said that this is a desirable structure.

【0039】図2には変形例として、図1の構造を有す
るIGBTに、更に低ライフタイム層を設けたIGBT
の断面図を示している。この構造は図1の構造における
型半導体層19中に低ライフタイム層20を設けた
ものである。
FIG. 2 shows, as a modification, an IGBT having the structure shown in FIG.
FIG. This structure is such that a low lifetime layer 20 is provided in the n type semiconductor layer 19 in the structure of FIG.

【0040】この低ライフタイム層20はn型半導体
層19中へのプロトン照射により、n型半導体層19
中の一部領域にのみ結晶欠陥が形成されるように行われ
る。この工程は、電子線によって行っても良いが、この
場合半導体層全域に欠陥を形成してしまうことがあるた
め、プロトン照射により行うことが望ましい。
Proton irradiation into type semiconductor layer 19, n - - [0040] The low lifetime layer 20 is n -type semiconductor layer 19
This is performed so that a crystal defect is formed only in a part of the region. This step may be performed by an electron beam. However, in this case, a defect may be formed in the entire semiconductor layer.

【0041】低ライフタイム層20は図2に示したよう
なn型半導体層19に形成するに限らず、n型半導
体層11に形成しても良いし、n型半導体層19、n
型半導体層11の両方に形成しても良い。
The low lifetime layer 20 is n as shown in FIG. 2 - is not limited to the form type semiconductor layer 19 may be formed on the n + -type semiconductor layer 11, n - -type semiconductor layer 19, n
It may be formed on both of the + type semiconductor layers 11.

【0042】このように、更に低ライフタイム層20を
設ければ、p型半導体基板10より注入されたホール
の寿命を短くすることが出来るため、PTタイプの利点
である低テール電流特性を備えることが出来る。
As described above, if the low lifetime layer 20 is further provided, the lifetime of the holes injected from the p + type semiconductor substrate 10 can be shortened. We can prepare.

【0043】図3はトレンチ型IGBTの表面のMOS
トランジスタ領域を示しており、(a)図は断面図、
(b)図は(a)図におけるA−A’線に対応した平面
図(ストライプパターン)である。トレンチ型IGBT
の表面のMOSトランジスタ領域は、n型半導体層1
2とn型半導体層12上のp型不純物拡散層13に
形成されたトレンチ内壁に沿って、p型不純物拡散層
14上の一部に渡ってゲート絶縁膜15が形成されてお
り、このゲート絶縁膜15上に、トレンチを埋め込むよ
うにゲート電極16が形成されている。そして、このゲ
ート電極16上及びp型不純物拡散層14上のゲート
絶縁膜15上に絶縁膜22が形成され、素子全域にエミ
ッタ電極17としての表面電極が形成されている。
FIG. 3 shows a MOS on the surface of a trench type IGBT.
3A shows a transistor region, and FIG.
(B) is a plan view (stripe pattern) corresponding to line AA ′ in (a). Trench type IGBT
MOS transistor region on the surface of n - type semiconductor layer 1
2 and the n - along the p + -type impurity trench inner wall formed in the diffusion layer 13 on the type semiconductor layer 12 is formed with a gate insulating film 15 over a part of the p + -type impurity diffusion layer 14 A gate electrode 16 is formed on gate insulating film 15 so as to fill the trench. Then, an insulating film 22 is formed on the gate electrode 16 and on the gate insulating film 15 on the p + -type impurity diffusion layer 14, and a surface electrode as the emitter electrode 17 is formed over the entire device.

【0044】本実施形態の構造は、ここまで述べてきた
プレーナ型IGBTだけでなく、別の変形例としてこの
トレンチ型IGBTにも適用でき、同様の効果を得るこ
とが出来る。
The structure of this embodiment can be applied not only to the planar IGBT described above but also to this trench IGBT as another modified example, and similar effects can be obtained.

【0045】上記のような構成によれば、従来のPTタ
イプIGBTの構造において、p型半導体基板とn
型半導体層の間にn型半導体層を設けることにより、
EMCレベルをNPTタイプIGBT並に向上すること
が出来る。また、寄生pnpトランジスタのベース層の
膜厚の増加により、電流増幅率を減少させ破壊耐量を増
加させると共に、NPTタイプよりベース層の膜厚は小
さくて済むためPTタイプIGBT並の低オン電圧特性
も同時に維持することが出来る。更に、このn 型半導
体層中に低ライフタイム層を設ければ、低テール電流特
性も併せ持つことが出来、損失、破壊耐量、そしてEM
Cレベルと、PTタイプながら、NPTタイプの利点も
有する優れたIGBTを実現することが出来る。また、
NPTタイプIGBTにおいても、n型半導体層内に
型半導体層を設けることにより、同様の効果を得る
ことが出来る。
According to the above configuration, the conventional PT
In the structure of the ip IGBT, p+Type semiconductor substrate and n+
N between the semiconductor layersBy providing a mold semiconductor layer,
Improve EMC level to NPT type IGBT
Can be done. In addition, the base layer of the parasitic pnp transistor
Increased film thickness reduces current amplification and increases breakdown strength
And the thickness of the base layer is smaller than that of the NPT type.
Low on-voltage characteristics comparable to PT-type IGBTs
Can also be maintained at the same time. Furthermore, this n Mold semiconductive
If a low lifetime layer is provided in the body layer,
, Loss, breakdown strength, and EM
The C level and the advantages of the NPT type despite the PT type
It is possible to realize an excellent IGBT. Also,
Even in NPT type IGBT, nType semiconductor layer
n+Similar effects can be obtained by providing a mold semiconductor layer.
I can do it.

【0046】図4は、本発明の第2の実施形態に係る半
導体装置について説明するためのもので、IGBTの断
面図である。この構造は、第1の実施形態の構造におけ
るp 型半導体基板10とn型半導体層19との間
に、低濃度に不純物を添加したp型半導体層21を更
に設けたものである。
FIG. 4 is a schematic view showing a half of the second embodiment of the present invention.
This is for explaining the conductor device, and is used to cut the IGBT.
FIG. This structure is similar to the structure of the first embodiment.
P +Type semiconductor substrate 10 and nBetween the semiconductor layer 19
And p with a low concentration of impuritiesType semiconductor layer 21
It is provided in.

【0047】この構造における耐圧1200VのIGB
Tの設計は、PTタイプ、NPTタイプどちらに適用す
る場合も、それぞれ第1の実施形態と同様の条件でかま
わないが、p型半導体層21については、例えば、膜
厚は10μm、不純物濃度は7×1013cm−3程度
で設計される。
IGB with a withstand voltage of 1200 V in this structure
The design of T may be the same as that of the first embodiment regardless of whether it is applied to the PT type or the NPT type. However, for the p type semiconductor layer 21, for example, the film thickness is 10 μm and the impurity concentration is 10 μm. Is designed to be about 7 × 10 13 cm −3 .

【0048】本実施形態よれば、第1の実施形態と同様
に高破壊耐量と低オン電圧を同時に実現することが出来
ると共に、高濃度に不純物を添加された層によるpn接
合が存在しないため、EMCレベルをNPTタイプ以上
に向上させることが出来る。
According to the present embodiment, a high breakdown voltage and a low on-state voltage can be realized at the same time as in the first embodiment, and there is no pn junction formed by a layer doped with a high concentration of impurities. EMC level can be improved more than NPT type.

【0049】図5は変形例として、図4の構造を有する
IGBTに更に低ライフタイム層を設けたIGBTの断
面図である。この構造は図4の構造におけるn型半導
体層中19に、プロトン照射等により低ライフタイム層
20を設けたものである。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a IGBT in which a low lifetime layer is further provided on the IGBT having the structure of FIG. 4 as a modification. In this structure, a low lifetime layer 20 is provided in the n type semiconductor layer 19 in the structure of FIG.

【0050】第1の実施形態同様、この低ライフタイム
層は図5に示したようにn型半導体層19ではなく、
型半導体層11に形成しても良いし、n型半導体
層19、n型半導体層11の両方に形成しても良い。
As in the first embodiment, the low lifetime layer is not the n type semiconductor layer 19 as shown in FIG.
may be formed on the n + -type semiconductor layer 11, n - -type semiconductor layer 19, n + -type semiconductor layer 11 may be formed on both.

【0051】このように更に低ライフタイム層を設けれ
ば、p型半導体基板より注入されたホールの寿命を短
くすることが出来るため、PTタイプの利点であった低
テール電流特性を備えることが出来る。
If the low lifetime layer is further provided as described above, the life of holes injected from the p type semiconductor substrate can be shortened, so that a low tail current characteristic which is an advantage of the PT type is provided. Can be done.

【0052】本実施形態によっても、第1の実施形態と
同様の効果を得られる上、第1の実施形態による構造よ
りもEMCレベルを向上できる。
According to this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the EMC level can be improved as compared with the structure according to the first embodiment.

【0053】勿論、本実施形態の構造は第1の実施形態
同様、別の変形例としてトレンチ型IGBTにも適用で
きる。
As a matter of course, the structure of the present embodiment can be applied to a trench type IGBT as another modification as in the first embodiment.

【0054】図6は本発明の第3の実施形態に係る半導
体装置について説明するためのもので、IGBTの断面
図である。この構造は、第1の実施形態の構造における
最下層のp型領域の厚さを薄くし、不純物濃度を低く
した構造となっている。
FIG. 6 is a sectional view of an IGBT for describing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. This structure has a structure in which the thickness of the lowermost p + -type region in the structure of the first embodiment is reduced and the impurity concentration is reduced.

【0055】すなわち、n型半導体基板23の表面領
域にp型不純物拡散層13が設けられ、このp型不
純物拡散層13内に、エミッタ層としてn型不純物拡
散層14が設けられている。そして、ゲート絶縁膜1
5、ゲート電極16を設けることで、n型不純物拡散
層14をソース領域、n型半導体層12をドレイン領
域、p型不純物拡散層13の表面近傍をチャネル領域
とするMOSFETが形成されている。そして、このゲ
ート電極16を取り囲むように絶縁膜22が形成され、
素子の主面上にエミッタ電極17が設けられている。更
にn型半導体基板23の裏表面にはバッファ層として
のn型半導体層11が不純物拡散により設けられ、こ
のn型半導体層11の裏面にはn型半導体層19が
設けられている。n型半導体層19の裏面には更に、
コレクタ層としてのp型半導体層24が設けられ、こ
のp型半導体層24の裏面にコレクタ電極18を設け
ることでIGBTが形成されている。
That is, the p + -type impurity diffusion layer 13 is provided in the surface region of the n -type semiconductor substrate 23, and the n + -type impurity diffusion layer 14 is provided in the p + -type impurity diffusion layer 13 as an emitter layer. ing. And the gate insulating film 1
5. By providing the gate electrode 16, a MOSFET is formed in which the n + -type impurity diffusion layer 14 is a source region, the n -type semiconductor layer 12 is a drain region, and the vicinity of the surface of the p + -type impurity diffusion layer 13 is a channel region. ing. Then, an insulating film 22 is formed so as to surround the gate electrode 16,
An emitter electrode 17 is provided on the main surface of the device. Further, an n + type semiconductor layer 11 as a buffer layer is provided on the back surface of the n type semiconductor substrate 23 by impurity diffusion, and an n type semiconductor layer 19 is provided on the back surface of the n + type semiconductor layer 11. I have. Further on the back surface of the n type semiconductor layer 19,
A p type semiconductor layer 24 is provided as a collector layer, and an IGBT is formed by providing a collector electrode 18 on the back surface of the p type semiconductor layer 24.

【0056】この構造における耐圧1200VのIGB
Tの設計も、PTタイプ、NPTタイプ共に、第1の実
施形態と同様の条件でかまわないが、p型半導体層2
4の膜厚は1μm若しくはそれ以下、不純物濃度は1×
1017cm−3程度に設計される。
IGB with a withstand voltage of 1200 V in this structure
T designs also, PT type, the NPT type both but may under the same conditions as in the first embodiment, p - -type semiconductor layer 2
4 has a film thickness of 1 μm or less and an impurity concentration of 1 ×
It is designed to be about 10 17 cm −3 .

【0057】本実施形態によれば、第1の実施形態で述
べた図1の構造に利点に加えて、第1の実施形態のコレ
クタ層に相当するp型半導体層の膜厚が薄く、さらに
不純物濃度を低くしているため、n型半導体層へのホ
ールの注入を低く抑えることが出来る。それにより、低
ライフタイム層によりキャリアのライフタイムコントロ
ールを必要とすることなく低テール電流特性を得ること
が出来る。
According to this embodiment, in addition to the advantages of the structure of FIG. 1 described in the first embodiment, the p - type semiconductor layer corresponding to the collector layer of the first embodiment has a small thickness. Further, since the impurity concentration is low, injection of holes into the n -type semiconductor layer can be suppressed low. Thereby, low tail current characteristics can be obtained by the low lifetime layer without requiring carrier lifetime control.

【0058】勿論、本実施形態の構造も第1の実施形態
同様、変形例としてトレンチ型IGBTにも適用でき
る。
As a matter of course, the structure of the present embodiment can be applied to a trench type IGBT as a modification, similarly to the first embodiment.

【0059】上記のように第1乃至第3の実施の形態に
よれば、NPTタイプ、PTタイプIGBTにおいて、
損失、破壊耐量、そしてEMCレベルと、両者の利点を
併せ持つ、優れたIGBTを実現することが出来る。ま
た、本発明の構造はIGBTに限るものではなく、他の
半導体装置、特に高耐圧型の半導体素子にも適用可能で
あり、高性能、且つ高信頼性の半導体装置を提供するこ
とが出来る。勿論、本実施形態で挙げた膜厚や不純物濃
度の値は、所望の耐圧、オン電圧等の設計により様々に
変わるものであって、本発明の主旨を逸脱しない範囲で
適宜変形して実施することが出来る。
According to the first to third embodiments as described above, in the NPT type and the PT type IGBT,
It is possible to realize an excellent IGBT having both advantages of loss, breakdown strength, and EMC level. Further, the structure of the present invention is not limited to the IGBT, but can be applied to other semiconductor devices, in particular, a high breakdown voltage type semiconductor element, and can provide a high-performance and highly reliable semiconductor device. Of course, the values of the film thickness and the impurity concentration mentioned in the present embodiment are variously changed depending on the design of a desired withstand voltage, on-voltage and the like, and are appropriately modified without departing from the gist of the present invention. I can do it.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、損失、破壊耐量、EMCレベルの点で優れる高性
能、且つ高信頼性の半導体装置を提供できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a high-performance and high-reliability semiconductor device which is excellent in terms of loss, breakdown strength and EMC level.

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

【図1】この発明の第1の実施形態に係る半導体装置に
ついて説明するためのもので、(a)図はIGBTの断
面図、(b)図は(a)図におけるA−A’線に対応す
る平面図。
FIGS. 1A and 1B are views for explaining a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view of an IGBT, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. The corresponding plan view.

【図2】この発明の第1の実施形態に係る半導体装置の
変形例について説明するためのもので、低ライフタイム
層を設けたIGBTの断面図。
FIG. 2 is a sectional view of an IGBT provided with a low lifetime layer for describing a modification of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;

【図3】この発明の第1の実施形態に係る半導体装置別
の変形例について説明するためのもので、(a)図はト
レンチ型IGBTの表面MOSトランジスタ領域の断面
図、(b)図は(a)図におけるA−A’線に対応する
平面図。
FIGS. 3A and 3B are views for explaining another modification example of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a cross-sectional view of a surface MOS transistor region of a trench IGBT, and FIG. (A) The top view corresponding to the AA 'line in a figure.

【図4】この発明の第2の実施形態に係る半導体装置に
ついて説明するためのもので、IGBTの断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view of an IGBT for describing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】この発明の第2の実施形態に係る半導体装置の
変形例について説明するためのもので、低ライフタイム
層を設けたIGBTの断面図。
FIG. 5 is a sectional view of an IGBT provided with a low lifetime layer for describing a modification of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

【図6】この発明の第3の実施形態に係る半導体装置に
ついて説明するためのもので、IGBTの断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an IGBT for describing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図7】従来の半導体装置について説明するためのもの
で、PTタイプIGBTの断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a PT type IGBT for describing a conventional semiconductor device.

【図8】従来の半導体装置について説明するためのもの
で、NPTタイプIGBTの断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view of an NPT type IGBT for describing a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…p型半導体基板(第1の半導体領域) 11…n型半導体層(第3の半導体領域) 12…n型半導体層(第4の半導体領域) 13…p型不純物拡散層(第5の半導体領域) 14…n型不純物拡散層 15…ゲート絶縁膜 16…ゲート電極 17…エミッタ電極 18…コレクタ電極 19…n型半導体層(第2の半導体領域) 20…低キャリアライフタイム層 21…p型半導体層(第6の半導体領域) 22…絶縁膜 23…n型半導体基板(第4の半導体領域) 24…p型半導体層(第1の半導体領域)10 ... p + type semiconductor substrate (first semiconductor region) 11 ... n + type semiconductor layer (third semiconductor region) 12 ... n type semiconductor layer (fourth semiconductor region) 13 ... p + type impurity diffusion layer (Fifth semiconductor region) 14 n + type impurity diffusion layer 15 gate insulating film 16 gate electrode 17 emitter electrode 18 collector electrode 19 n - type semiconductor layer (second semiconductor region) 20 low carrier Lifetime layer 21 p - type semiconductor layer (sixth semiconductor region) 22 insulating film 23 n - type semiconductor substrate (fourth semiconductor region) 24 p - type semiconductor layer (first semiconductor region)

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型で高不純物濃度の第1の半導
体領域と、 前記第1の半導体領域上に設けられ、第2導電型で低不
純物濃度の第2の半導体領域と、 前記第2の半導体領域上に設けられ、第2導電型で高不
純物濃度の第3の半導体領域と、 前記第3の半導体領域上に設けられ、第2導電型で低不
純物濃度の第4の半導体領域と、 前記第4の半導体領域内の表面領域の一部に設けられ、
第1導電型で高不純物濃度の第5の半導体領域とを具備
し、 前記第1の半導体領域はコレクタ領域として機能し、 前記第3の半導体領域は、前記第4の半導体領域と前記
第5の半導体領域との接合により、前記第4の半導体領
域内に形成される空乏層の拡大を抑制するバッファ層と
して機能し、 前記第4、第5の半導体領域はベース領域として機能す
ることを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor region having a first conductivity type and a high impurity concentration; a second semiconductor region provided on the first semiconductor region and having a second conductivity type and a low impurity concentration; A third semiconductor region provided on the second semiconductor region and having a second conductivity type and a high impurity concentration; and a fourth semiconductor region provided on the third semiconductor region and having a second conductivity type and a low impurity concentration. A portion of the surface region in the fourth semiconductor region;
A fifth semiconductor region having a first conductivity type and a high impurity concentration, wherein the first semiconductor region functions as a collector region, and the third semiconductor region includes the fourth semiconductor region and the fifth semiconductor region. The semiconductor region functions as a buffer layer that suppresses expansion of a depletion layer formed in the fourth semiconductor region, and the fourth and fifth semiconductor regions function as base regions. Semiconductor device.
【請求項2】 前記第1の半導体領域と前記第2の半導
体領域との間に介在され、第1導電型で低不純物濃度の
第6の半導体領域を更に備えることを特徴とする請求項
1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a sixth semiconductor region having a first conductivity type and a low impurity concentration, interposed between said first semiconductor region and said second semiconductor region. 13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項3】 前記第2の半導体領域は、低キャリアラ
イフタイム層を備えることを特徴とする請求項1または
2記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor region includes a low carrier lifetime layer.
【請求項4】 前記第3の半導体領域は、低キャリアラ
イフタイム層を備えることを特徴とする請求項1乃至3
いずれか1項記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the third semiconductor region includes a low carrier lifetime layer.
The semiconductor device according to claim 1.
【請求項5】 第1導電型で低不純物濃度の第1の半導
体領域と、 前記第1の半導体領域上に設けられ、第2導電型で低不
純物濃度の第2の半導体領域と、 前記第2の半導体領域上に設けられ、第2導電型で高不
純物濃度の第3の半導体領域と、 前記第3の半導体領域上に設けられ、第2導電型で低不
純物濃度の第4の半導体領域と、 前記第4の半導体領域内の表面領域の一部に設けられ、
第1導電型で高不純物濃度の第5の半導体領域とを具備
し、 前記第1の半導体領域はコレクタ領域として機能し、 前記第3の半導体領域は、前記第4の半導体領域と前記
第5の半導体領域との接合により、前記第4の半導体領
域内に形成される空乏層の拡大を抑制するバッファ層と
して機能し、 前記第4、第5の半導体領域はベース領域として機能す
ることを特徴とする半導体装置。
5. A first semiconductor region having a first conductivity type and a low impurity concentration; a second semiconductor region provided on the first semiconductor region and having a second conductivity type and a low impurity concentration; A third semiconductor region provided on the second semiconductor region and having a second conductivity type and a high impurity concentration; and a fourth semiconductor region provided on the third semiconductor region and having a second conductivity type and a low impurity concentration. A portion of the surface region in the fourth semiconductor region;
A fifth semiconductor region having a first conductivity type and a high impurity concentration, wherein the first semiconductor region functions as a collector region, and the third semiconductor region includes the fourth semiconductor region and the fifth semiconductor region. The semiconductor region functions as a buffer layer that suppresses expansion of a depletion layer formed in the fourth semiconductor region, and the fourth and fifth semiconductor regions function as base regions. Semiconductor device.
【請求項6】 前記第1の半導体領域は、1μm以下の
膜厚を有することを特徴とする請求項5記載の半導体装
置。
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein said first semiconductor region has a thickness of 1 μm or less.
【請求項7】 前記第5の半導体領域内の表面領域の一
部に、前記第4の半導体領域と隔離して設けられた第2
導電型の不純物拡散層と、 少なくとも前記第4の半導体領域と前記不純物拡散層の
間の前記第5の半導体領域の表面上に設けられたゲート
絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極とを更に備
え、 前記不純物拡散層をソース領域、前記第4の半導体領域
と前記不純物拡散層の間の前記第5の半導体領域の表面
領域をチャネル領域、前記第4の半導体領域をドレイン
領域とするMOSトランジスタを形成してなることを特
徴とする請求項1乃至6いずれか1項記載の半導体装
置。
7. A second semiconductor device provided in a part of a surface region in the fifth semiconductor region and separated from the fourth semiconductor region.
A conductive type impurity diffusion layer; a gate insulating film provided on at least a surface of the fifth semiconductor region between the fourth semiconductor region and the impurity diffusion layer; and a gate insulating film provided on the gate insulating film. A gate electrode, wherein the impurity diffusion layer is a source region, a surface region of the fifth semiconductor region between the fourth semiconductor region and the impurity diffusion layer is a channel region, and the fourth semiconductor region is a drain. 7. The semiconductor device according to claim 1, wherein a MOS transistor as a region is formed.
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