半導体装置
【課題】横型構造のパワートランジスタにおいて、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を改善するとともに、ターンオフ時間を短縮する。
【解決手段】エミッタ電極（２１）下部に設けられるｎ＋エミッタ層（６）を、所定の間隔で互いに離れて配置される単位領域（６０）で構成する。単位領域においてエミッタ電極とのコンタクトを取るとともに、ｐベース層（５）よりも高濃度でｐ＋層（４５）を少なくともエミッタ層の下方に設ける。
【解決手段】エミッタ電極（２１）下部に設けられるｎ＋エミッタ層（６）を、所定の間隔で互いに離れて配置される単位領域（６０）で構成する。単位領域においてエミッタ電極とのコンタクトを取るとともに、ｐベース層（５）よりも高濃度でｐ＋層（４５）を少なくともエミッタ層の下方に設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はパワーデバイス、特に、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）またはパワーＭＯＳＦＥＴ(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）などの半導体装置に関する。より特定的には、この発明は、パワーデバイスの駆動電流量およびラッチアップ耐性およびターンオフ特性を改善するための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力の変換および制御を行なう分野においては、パワーデバイスが用いられる。このパワーデバイスにおいて、スイッチング動作を絶縁ゲートに印加される電圧で行なうＭＯＳゲートデバイスがある。このＭＯＳゲートデバイスとしては、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）およびＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）がある。このようなパワーデバイスの半導体スイッチに対する特性として、高速動作（高速スイッチング動作）に加えて、大電流駆動および高耐圧が要求される。
【０００３】
特許文献１（特開平７−５８３２０号公報）は、ＩＧＢＴのターンオフ時間を短縮して、動作周波数を高くすることを目的とする以下の構成を開示する。すなわち、この特許文献１においては、従来構造として、以下の構成を開示する。すなわち、ｎ型エミッタ層を取り囲むように、ｐ型ベースコンタクト層が配置され、このｐ型ベースコンタクト層が、ｐ型ベース層とコンタクトされる。このｐ型ベースコンタクト層およびｎ型エミッタ層がともにエミッタ電極に結合される。ｐ型ベースコンタクト層が、ターンオフ時に少数キャリア（ホール）を、エミッタ電極に放出する。一方、ｐ型コレクタ層下部に、ｎ型バッファ層が形成される。ターンオフ時に、多数キャリアが、コレクタ端子にコレクタ層から放出されるとき、少数キャリアが、ｎ−型ドリフト層に放出されるのを、このバッファ層により防止する。このｎ型バッファ層を利用する場合、バッファの効果が強くなると、ターンオン時の少数キャリアのドリフト層への注入効率が低下し、伝導度変調作用が低下し、オン抵抗が高くなり、応じてオン電圧が高くなる。これを回避する構成の１つとして、特許文献１は、コレクタショート構造を開示する。このコレクタショート構造においては、ｐ型コレクタ層周辺を取囲むようにｎ型コレクタショート層が配置される。ｐ型コレクタ層およびｎ型コレクタショート層が共通に、コレクタ電極に結合される。このコレクタショート構造において、ターンオフ時、コレクタショート層に多数キャリアが流入するものの、少数キャリアはコレクタショート層により吸収され、少数キャリアが発生しにくくなり、ターンオフ時間を短縮する。
【０００４】
また、ＩＧＢＴにおいては、一般に、ｐ型コレクタ層、ｎ型バッファ層、ｎ−型ドリフト層、ｐ型ベース層およびｎ型エミッタ層が形成される。このｎｐｎ構造により、寄生サイリスタが形成される。ＩＧＢＴのベース領域における電圧降下により、寄生サイリスタがターンオンするラッチアップ現象が生じる可能性がある。このラッチアップ耐性を向上することを目的とする構成が、特許文献２（特表平９−５０３６２６号公報）に示される。
【０００５】
この特許文献２においては、ｎ−型ドリフト層に形成されるｐ型ベース領域において、ｎ＋型ソース層下部に、高濃度ｐ＋型領域を設ける。この高濃度ｐ＋型領域により、ｐ型ベース領域の抵抗値を低減し、ソース／ベース領域間の接合部の電圧降下を低減して、ラッチアップ耐性を改善することを図る。
【０００６】
また、オン電流を増加させかつラッチアップ耐性を改善することを目的とする構成が、特許文献３（特開２０００−２８６４１６号公報）に示される。この特許文献３においては、コレクタ層、エミッタ層およびゲート電極を、リング状に形成する。エミッタ層（ソース層）は、凸部と凹部を有する歯車状の形状、また互いに分離されて島状に配置される構成を有する。エミッタ領域下部のベース抵抗を小さくするとともに、ホール電流を、中心部に形成されるコレクタ層から放射状に放出して、その電流密度を小さくして、ラッチアップ耐性を改善することを図る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−５８３２０号公報
【特許文献２】特表平９−５０３６２６号公報
【特許文献３】特開２０００−２８６４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１は、コレクタショート構造を横型ＩＧＢＴ構造に適用した場合に生じる以下の問題を指摘する。すなわち、ターンオフ時において、多数キャリアが、ｐ型コレクタ層下部を通過してｎ型コレクタショート層に流入し、ｐ型コレクタ層にも多数キャリアが流入する。応じて、少数キャリアのｎ型ドリフト層への注入が大きくなる。この横型ＩＧＢＴ構造におけるコレクタショート構造の問題点を解消するために、特許文献１は、ｐ型コレクタ層内に副ゲートを有するＭＯＳトランジスタ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）を配置し、この副ゲートＭＯＳトランジスタを介してコレクタ層を、コレクタ電荷抽出層に結合する。電荷抽出層が、コレクタ端子に結合される。この副ゲート構造において、ＭＯＳＦＥＴのｎ型ソース層が、ｐ型コレクタ層と隣接して配置し、これらを電極で結合し、ｎ型ソース層のｎ型キャリアをｐ型コレクタ層のｐ型キャリアに変換する。ターンオフ時において、副ゲート構造のＭＯＳトランジスタをオフ状態とし、この副ゲートにおけるｐ型コレクタ層をフローティング状態として、ｐ型コレクタ層と電荷抽出層とを分離する。多数キャリア（電子）が電荷抽出層を介してコレクタ端子に引き抜かれる。一方、ｐ型コレクタ層および下部のｐウェル（ｐベース）はフローティング状態であり、ウェルとドリフト層の間のｐｎ接合は逆バイアス状態（ビルトイン電圧以下）に維持され、少数キャリアの注入を抑制する。
【０００９】
しかしながら、この特許文献１に示される構成においては、副ゲートの電位を、ＩＧＢＴのゲート（主ゲート）と別個に制御する回路が必要となり、制御回路の規模が増大する。また、ＩＧＢＴ素子においても、副ゲートおよび主ゲート端子がそれぞれ設けられ、レイアウト面積が増大する。また、この特許文献１に示される構造においては、ｐ型ベース層下部を多数キャリア（電子）が伝搬して電荷抽出層に吸収される。しかしながら、このｐ型コレクタ層と下部に設けられるｐウェルとｎ型ドリフト層とｎ型エミッタ層との間の寄生サイリスタによるラッチアップ現象については、何ら考慮していない。
【００１０】
特許文献２に示される構成においては、ｎ型ソース層下部に設けられる高濃度ｐ＋型領域により、ｐ型ベース領域の抵抗値を低減することを図る。しかしながら、特許文献２は、縦型デバイス構造についてのみ議論しており、横型デバイス構造への適用については何ら考慮していない。また、縦型デバイス構造における寄生サイリスタによるラッチアップを回避することを考慮しているものの、駆動電流を大きくするための構成については何ら考慮していない。
【００１１】
特許文献３に示される構成においては、エミッタ領域が歯車状または島状に形成されて、ラッチアップを回避することは図られているものの、まだ、駆動電流を増加するとともにターンオフ時間を短くするための改善を行う余地はある。
【００１２】
それゆえ、この発明の目的は、駆動電流量を大きくし、またターンオフ時間を短縮し、かつ寄生サイリスタのラッチアップ耐性を改善することのできる半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る半導体装置は、半導体基板と、この半導体基板に形成される半導体領域と、この半導体領域に設けられて、第１の電極に結合される第１半導体層領域と、この半導体領域に、第１半導体層領域から離れてかつ第１半導体層領域を囲むように配置されるリング形状の半導体領域と導電型の異なる第２半導体層領域と、この第２半導体層領域に、互いに分離して所定の間隔で配置されかつ各々が所定の間隔よりも大きな幅を有する複数の矩形様の形状を有する単位領域を有する第２半導体層領域と導電型の異なる第３半導体層領域と、この第２半導体層領域の第３半導体層領域の少なくとも下方に配置され、第２半導体層領域よりも高濃度の第２半導体層領域と同一導電型の高濃度半導体層領域と、この第２半導体層領域表面に第１半導体層領域と第３半導体層領域との間での電荷転送のためのチャネルを形成するゲート電極層とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
関連の実施例においてエミッタ層領域に対応する第３半導体層領域が、歯車状に形成され、その凹部領域において第３半導体層領域の幅が狭くなる。したがって、半導体領域（ドリフト層）／第２半導体層領域（一実施例においてベース領域）／第３半導体層領域（一実施例においてエミッタ層）で形成される寄生バイポーラトランジスタにおける第３半導体層領域直下の第２半導体層領域の幅を狭くすることができ、応じて第２半導体層領域の抵抗を低減することができる。これにより、寄生バイポーラトランジスタ動作が抑制され、応じて、寄生サイリスタのラッチアップを抑制することができる。また、高濃度半導体層領域が第３半導体層領域下方に配置されており、同様、この第３半導体層領域直下の第２半導体層領域の抵抗を低減でき、寄生バイポーラトランジスタ動作を抑制でき、ラッチアップ耐性を改善することができる。
【００１５】
また、連続的に本体部が形成されており、一実施例においてエミッタである第３半導体層領域に対して形成されるチャネル幅は低減されず、一定のゲート−エミッタ間またはゲート−ソース間電圧（ＶＧＥまたはＶＧＳ）を印加した状態で、コレクタ−エミッタ間電圧またはソース−ドレイン間電圧を印加したときのコレクタ電流−エミッタ電流（ＩＣＥ）特性またはソース／ドレイン電流特性は劣化しない。また、リング状にチャネル領域が形成されており、チャネル領域を大きくすることができ、大きな電流を流すことができる。
【００１６】
また、凸部の配置のピッチが、凸部の幅よりも大きくされており、ゲート電極配線を容易に取り出すことができる。
【００１７】
この発明に係る半導体装置においては、一実施例においてエミッタ層領域に対応する第３半導体層領域が、島状に互いに分離して配置される単位領域で構成され、単位領域下方に高濃度半導体層領域が配置される。したがって、半導体領域（ドリフト層）／第２半導体層領域（一実施例においてベース領域）／第３半導体層領域（一実施例においてエミッタ層）で形成される寄生バイポーラトランジスタにおける第３半導体層領域直下の第２半導体層領域の抵抗を低減することができる。これにより、寄生バイポーラトランジスタ動作が抑制され、応じて、寄生サイリスタのラッチアップを抑制することができる。
【００１８】
また、単位領域の間の領域においては高濃度半導体層領域により少数キャリアが流れ、効率的に少数キャリアを吸収することができ、ターンオフ時間を短縮することができる。また、高濃度半導体層領域が第３半導体層領域下方に配置されており、同様、この第３半導体層領域直下の第２半導体層領域の抵抗を低減でき、寄生バイポーラトランジスタ動作を抑制でき、ラッチアップ耐性を改善することができる。
【００１９】
また、一実施例において、エミッタである第３半導体層領域において単位領域が分離して配置されるものの、単位領域の幅は、単位領域間の距離よりも小さくされており、この第３半導体層領域全体に対して形成されるチャネル幅はそれほど低減されず、一定のゲート−エミッタ間またはゲート−ソース間電圧（ＶＧＥまたはＶＧＳ）を印加した状態で、コレクタ−エミッタ間電圧またはソース−ドレイン間電圧を印加したときのコレクタ電流−エミッタ電流（ＩＣＥ）特性またはソース／ドレイン電流特性は劣化しない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１に従う横型ＩＧＢＴの表面レイアウトを概略的に示す図である。
【図２】図１に示す線Ｌ２−Ｌ２に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図３】図１に示す線Ｌ３−Ｌ３に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図４】図１に示す線Ｌ４−Ｌ４に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図５】図１から４に示す横型ＩＧＢＴの寄生サイリスタの電気的等価回路を示す図である。
【図６】（Ａ）は、エミッタ層とエミッタコンタクト領域の形状を拡大して示す図であり、（Ｂ）は、このエミッタ層の構造をより拡大して示す図である。
【図７】図６（Ａ）に示すエミッタ層の構造におけるゲート電極取出し配線の配置の一例を示す図である。
【図８】図７に示すゲート電極取出し配線と各電極の平面レイアウトを概略的に示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１の変更例１の横型ＩＧＢＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。
【図１０】図９に示す線Ｌ１０−Ｌ１０に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図１１】図９に示す線Ｌ１１−Ｌ１１に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態１の変更例２の横型ＩＧＢＴの断面構造を概略的に示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態１の変更例２の横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態１の変更例３に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域の断面構造を概略的に示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態１の変更例３の横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態２に従う横型ＩＧＢＴの表面のレイアウトを概略的に示す図である。
【図１７】図１６に示す線Ｌ１７−Ｌ１７に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図１８】図１６に示す線Ｌ１８−Ｌ１８に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態２の変更例１の横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態２の変更例１の横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態２の変更例２に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図２２】この発明の実施の形態２の変更例２のエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図２３】この発明の実施の形態２の変更例３に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図２４】この発明の実施の形態２の変更例３のエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図２５】この発明の実施の形態３に従う横型ＩＧＢＴの表面のレイアウトを概略的に示す図である。
【図２６】図２５に示す線Ｌ２６−Ｌ２６に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図２７】図２５に示す線Ｌ２７−Ｌ２７に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図２８】この発明の実施の形態３の変更例１の横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図２９】この発明の実施の形態３の変更例１における横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図３０】この発明の実施の形態３の変更例２の横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図３１】この発明の実施の形態３の変更例２に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図３２】この発明の実施の形態３の変更例３の横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図３３】この発明の実施の形態３の変更例３のエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図３４】この発明の実施の形態４に従う横型ＩＧＢＴの表面のレイアウトを概略的に示す図である。
【図３５】図３４に示す線Ｌ３５−Ｌ３５に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図３６】図２５に示す線Ｌ３６−Ｌ３６に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図３７】この発明の実施の形態４の変更例１に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図３８】この発明の実施の形態４の変更例１に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図３９】この発明の実施の形態４の変更例２に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図４０】この発明の実施の形態４の変更例２に従う横型ＩＧＢＴの断面構造を概略的に示す図である。
【図４１】この発明の実施の形態４の変更例３に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図４２】この発明の実施の形態４の変更例３に従う横型ＩＧＢＴの断面構造を概略的に示す図である。
【図４３】この発明の実施の形態５に従う横型ＭＯＳＦＥＴの表面のレイアウトを概略的に示す図である。
【図４４】図４３に示す線Ｌ４４−Ｌ４４に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図４５】この発明の実施の形態６に従うＩＧＢＴのセルの配置の一例を示す図である。
【図４６】この発明の実施の形態６のＩＧＢＴのセルの配置の他の例を示す図である。
【図４７】比較基準としての従来の楕円構造横型ＩＧＢＴの表面のレイアウトを概略的に示す図である。
【図４８】この発明の実施の形態６に従うＩＧＢＴのチャネル長と図４７に示すＩＧＢＴのチャネル領域を併せて示す図である。
【図４９】図４７に示すＩＧＢＴのスイッチング特性を示す図である。
【図５０】図４６に示すＩＧＢＴのスイッチング特性を示す図である。
【図５１】この発明の実施の形態７に従う横型ＩＧＢＴの断面構造を概略的に示す図である。
【図５２】図５１に示す横型ＩＧＢＴおよび図２に示す横型ＩＧＢＴのスイッチング特性を示す図である。
【図５３】図２に示す横型ＩＧＢＴのホール、電子分布および空乏層領域境界線を示す図である。
【図５４】接合分離構造横型ＩＧＢＴ（図２）のホールの分布を示す図である。
【図５５】図２に示す接合分離構造横型ＩＧＢＴの電子、ホールおよび平衡状態の濃度分布を示す図である。
【図５６】図５１に示す誘電体分離構造横型ＩＧＢＴの電流、電位分布を空乏層領域境界部を示す図である。
【図５７】図５１に示す誘電体分離構造横型ＩＧＢＴのホールの分布を示す図である。
【図５８】図５１に示す誘電体分離構造横型ＩＧＢＴにおけるコレクタ−エミッタ間の電子、ホール分布および平衡状態のホール／電子濃度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う横型ｎチャネルＩＧＢＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。図１においては、絶縁膜、配線および電極等は示さず、また、この発明の特徴の１つである高濃度半導体領域も示していない。
【００２２】
図１において、ＩＧＢＴ１は、中央部に円形状に形成されるｐ型コレクタ層(第１半導体層領域)２と、このコレクタ層２を取り囲むように形成されるｎ型バッファ層(半導体領域)３と、バッファ層３外部にリング状に形成されるｎ−型ドリフト層(半導体領域)４と、このｎ−型ドリフト層４外部にリング状に形成されるｐ型ベース層（第２半導体領域）５と、このｐ型ベース層５内に形成されるｎ＋エミッタ層（第３半導体領域）６を含む。
【００２３】
エミッタ層６は、リング状に連続的に形成される本体部６ａと、所定間隔で配置されかつこの本体部６ａに結合されるともにコレクタ層２から遠ざかる方向に突出する凸部６ｂを含む。このｎ＋エミッタ層６を、凸部領域を設けて、その半径方向の長さを部分的に長くすることにより、ｐ型ベース層５におけるエミッタ層下部の長さを短くしてベース抵抗を低減する。
【００２４】
このｐ型ベース層５においては、エミッタ層６とｎ−ドリフト層４の間に、図示しないゲート電極の電圧によりチャネルが形成されるチャネル形成領域８が設けられる。エミッタ層６の領域においては、ｐ型ベース層５の中央部にリング状にエミッタ電極コンタクト領域７が設けられる。このエミッタ電極コンタクト領域７において、エミッタ層６の凸部６ｂと電気的に結合するエミッタ電極が設けられる。
【００２５】
したがって、エミッタ層６において、本体部６は連続的にリング状に形成されているため、チャネル形成領域８においてチャネルは、リング状に連続的に形成される。
【００２６】
また、ｐ型コレクタ層２を取り囲むように形成されるｎ型層（バッファ層）３は、ｐ型コレクタ層２からの少数キャリアを吸収する。
【００２７】
図２は、図１に示す線Ｌ２−Ｌ２に沿ったＩＧＢＴ１の断面構造を概略的に示す図である。図２において、ＩＧＢＴ１は、ｐ型半導体基板（半導体基板）１０表面上に形成されるｎ−型ドリフト層４を有する。ｎ−層（ドリフト層）４表面の中央部（図２においては左端）に、ｎ型層（ウェル領域）３が形成され、ｎ型（バッファ）層３表面に、ｐ型コレクタ層２が形成される。このｐ型コレクタ層２は、コレクタ電極１３に電気的に接続される。コレクタ電極１３は、コレクタ電極配線１４によりコレクタ端子（図示せず）に結合される。
【００２８】
コレクタ電極配線１４下部およびｎ−層４表面には、第１絶縁膜１１が形成され、第１絶縁膜１１上に、保護膜として機能する第２絶縁膜１２が設けられる。コレクタ電極１３とｎバッファ層３の間には、層間絶縁膜が設けられる。
【００２９】
一方、図２の右側に示すエミッタ部においては、第１絶縁膜１１上にゲート配線１６が形成される。このゲート配線１６は、ｎ−層４上に、ゲート絶縁膜１５を介して形成されるゲート電極配線部１６ａを含む。このゲート配線１６は、ゲート電極１７に電気的に接続される。ゲート配線１６において、ゲート電極配線部１６ａを、リング状に形成することにより、ｐ型ベース層５表面のチャネル形成領域８全体にわたって、ゲート電極１７に印加される電圧に応じてチャネルを形成する。
【００３０】
ｐ型ベース層５の表面に、ｐ型ベース層５よりも高濃度のｐ＋層２０がエミッタ層６よりも深く形成される。このｐ＋層２０上に、ｎ＋エミッタ層６が形成される。ｐ＋層２０およびｎ＋エミッタ層６両者に接触するようにエミッタ電極２１が形成される。ゲート電極１７とエミッタ電極２１の間には層間絶縁膜１９が設けられ、互いに分離される。
【００３１】
ｎ＋エミッタ層６底部に、高濃度のｐ＋層２０が設けられており、したがって、ｎ＋エミッタ層６底部のベース層の抵抗値が小さくされ、電圧降下が低減される。
【００３２】
図３は、図１に示す線Ｌ３−Ｌ３に沿ったＩＧＢＴ１の断面構造を概略的に示す図である。この図３に示すＩＧＢＴ１の断面構造においては、図２に示すＩＧＢＴのエミッタ領域近傍の断面構造とその構成は同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。ただし、図３においては、図２に示す第１および第２絶縁膜１１および１２については特に参照番号は付していない。
【００３３】
図３に示すように、ｎ＋エミッタ層６は、チャネル形成領域８からエミッタ電極２１下部にまで延在する（凸部がエミッタ電極２１に結合される）。エミッタ電極２１は、また、ｎ＋エミッタ層６の底部に形成されるｐ＋層２０に結合される。したがって、ｐ型ベース層５を直接エミッタ電極２１に結合する場合に比べて、エミッタ電極２１とベース層の間の接触抵抗を低減することができる。ターンオフ時または定常状態において、正孔（ホール）ＨＬが、ｐベース層５からｐ＋層２０を介してエミッタ電極２１に流れ込む。この場合、ｐ＋層２０における抵抗値は小さく、ｎ＋エミッタ層６下部におけるｐ型ベース層５の電圧降下は小さい。従って、ｐ型ベース層５とｎ＋エミッタ層６が順方向にバイアスされるのを防止することができ、寄生ｎｐｎバイポーラトランジスタがオン状態となるのを防止することができる。すなわち、ｐ＋層２０を設けることにより、ｎ＋エミッタ層６直下を、停滞することなくホールＨＬがエミッタ電極２１に流れ込み、高速で少数キャリアのホールを放出することができる。言い換えると、エミッタ電極２１に対するベース層５（ｐ＋層２０）のコンタクト抵抗の低減により、間接的に、ｎ＋エミッタ層６直下のｐベース領域のベース抵抗が低減されている。
【００３４】
図４は、図１に示す線Ｌ４−Ｌ４に沿ったＩＧＢＴ１の断面構造を概略的に示す図である。図４に示すＩＧＢＴ１の領域においては、ｎ＋エミッタ層６において、本体部６ａが設けられ、凸部６ｂは設けられていない。したがって、エミッタ電極２１が、ｐ＋層２０にのみ接触される。この図４に示す断面構造の他の構成は、図３に示す断面構造の構成要素と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００３５】
図４に示すように、ｎ＋エミッタ層６において、凸部６ｂが設けられていない領域においては、本体部６ａの長さは短い。したがって、この領域において、ｎ＋エミッタ層６下部のベース抵抗はより小さく、ホールＨＬは、エミッタ電極２１へ、低抵抗のｐ＋層２０を介して停滞することなく放出される。これにより、より効果的に寄生ｎｐｎバイポーラトランジスタ動作を抑制することができ、応じて、ＩＧＢＴ１のターンオフ時および定常状態のオン時における寄生サイリスタのラッチアップ耐性を改善することができる。
【００３６】
図５は、図１から４に示す横型ＩＧＢＴ１の寄生サイリスタの電気的等価回路を示す図である。図５において、寄生サイリスタは、ｐｎｐバイポーラトランジスタＴＲ１と、ｎｐｎバイポーラトランジスタＴＲ２とを含む。ｐｎｐバイポーラトランジスタＴＲ１は、そのエミッタがｐ型コレクタ層２により形成され、ベースがｎ＋層３およびｎ−層４により形成され、そのコレクタが、ｐベース層５およびｐ＋層２０により形成される。一方、ｎｐｎバイポーラトランジスタＴＲ２は、ｎ＋層３およびｎ−層４で形成されるコレクタと、ｎ＋エミッタ層６で形成されるエミッタと、ｐベース層５およびｐ＋層２０で形成されるベースを有する。このバイポーラトランジスタＴＲ２のベース層においてベース抵抗Ｒが存在する。
【００３７】
寄生バイポーラトランジスタＴＲ１のエミッタが、コレクタ電極１３に結合され、寄生バイポーラトランジスタＴＲ２のエミッタおよびベースが、エミッタ電極２１に結合される。
【００３８】
ｐ＋層２０を設け、またｎ＋エミッタ層６の半径方向の長さを短くすることにより、ベース抵抗Ｒを小さくすることができる。応じて、寄生バイポーラトランジスタＴＲ２のベース−エミッタ間の電圧が、ビルトイン電圧を超えるのを抑制でき、この寄生バイポーラトランジスタＴＲ２がオン状態となるのを防止する。これにより、寄生サイリスタのラッチアップ耐性を改善することができる。
【００３９】
また、エミッタ層６は、凹部と凸部とを有する歯車状にその外周が形成されているものの、内周部においては、本体部６ａが連続的に形成されており、チャネル形成領域８は、連続的に形成される。エミッタ領域６の本体部６ａをリング状に形成しているため、エミッタ層６の円周方向に沿ってチャネルが連続的に形成され、チャネル幅を充分に大きくすることができる。したがって、一定のゲート−エミッタ間電圧ＶＧＥを印加した状態で、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣを印加したときのコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥ特性の劣化は抑制され、大電流を駆動することができる。
【００４０】
図６（Ａ）は、図１に示す平面レイアウトのｎ＋エミッタ層６に対するエミッタコンタクト領域をより具体的に示す図である。このｎ＋エミッタ層６は、リング状に連続して形成される本体部６ａと、所定の間隔で配置される凸部６ｂを含む。凸部６ｂは、本体部６ａに連結される。この本体部６ａ外周に沿って、凸部６ｂと一部が重なり合うように、エミッタコンタクト領域２５が形成される。このエミッタ電極コンタクト領域７においては、下部に形成される凸部６ｂおよびｐ＋層２０（図６（Ａ）には示さず）と電気的に接続されるエミッタ電極（２１）が形成される。
【００４１】
したがって、エミッタ電極コンタクト領域７において、凸部６ｂをｎ＋エミッタ層６に対して電気的接続を取る領域として用いることにより、ｎ＋エミッタ層６の下部のｐ型ベース層の長さを低減することができる。
【００４２】
図６（Ｂ）は、この図６（Ａ）に示すｎ＋エミッタ層６の一部の構成を拡大して示す図である。ｎ＋エミッタ層６において、本体部６ａの外周に、円周方向に沿って、所定のピッチＷ１で、幅Ｗ２の凸部６ｂが形成される。凸部６ｂの配置のピッチＷ１は、凸部６ｂの幅Ｗ２よりも十分大きくされる（Ｗ１＞Ｗ２）。このｎ＋エミッタ層の凸部６ｂを、十分間隔を開けて配置することにより、ｎ＋エミッタ層６の半径方向の幅の増大を十分に抑制して、ベース抵抗を低減することができる。また、このピッチＷ１が、凸部６ｂの幅Ｗ２よりも十分大きくされると、以下の利点が得られる。
【００４３】
図７は、ｎ＋エミッタ層とエミッタ電極とゲート電極引出し配線の平面レイアウトを拡大して示す図である。この図７に示すように、ｎ＋エミッタ層６は、リング状に連続して形成される本体部６ａと、この本体部６ａに隣接して所定のピッチ（Ｗ１）で配置される凸部６ｂを含む。この凸部６ｂに対して、エミッタ電極３０（２１）との間の電気的にコンタクトが取られる。このエミッタ電極３０は、図２に示すエミッタ電極２１に対応し、図１に示すエミッタ電極コンタクト領域７に沿って、リング状に配設される。凸部６ｂの間に、ゲート電極引出し配線３２が配設される。
【００４４】
凸部６ｂの間のゲート電極取り出し配線３２を配置する領域において、エミッタ電極３０は分離される。したがって、このゲート電極引出し配線３２下部において、ｎ＋エミッタ層６の本体部６ａを連続的に延在して配置させるとともに、エミッタ電極２１（３０）を凸部６ｂを介してｎ＋エミッタ層６に電気的に接触させることができる。これにより、ゲート電極引出し配線３２の配設領域においてエミッタ層６を分離する必要がなくなる。このｎ＋エミッタ層本体部６ａを連続的に延在させることにより、チャネル形成領域を連続的に延在させることができ、ＩＧＢＴのチャネル幅が低減されるのを防止することができる。
【００４５】
図８は、ＩＧＢＴ１のエミッタ電極およびゲート電極の平面レイアウトを概略的に示す図である。この図８に示すように、ＩＧＢＴにおいて、ｐベース層５の内周部に、チャネル形成領域８が設けられる。このチャネル形成領域８の内側に、ゲート電極（ゲート電極配線１６，１９を含むゲート配線）１７がリング状に形成される。ゲート電極１７は、内部に形成されるｎバッファ層３およびｐコレクタ層２を取り囲むように配置される。
【００４６】
このチャネル形成領域８外部に、リング状に連続的に形成される本体部６ａおよびこの本体部６ａに連結する凸部６ｂを有するｎ＋エミッタ層６が設けられる。エミッタ層６の凸部６ｂと一部が重なるように、ｐベース層５表面に、エミッタ電極３０（エミッタ電極コンタクト領域７）が設けられる。エミッタ電極３０は、その一部が、凸部６ｂの間の領域において分離される。このエミッタ電極３０の分離領域においてゲート電極引出し配線３２が配設され、内部でリング状に形成されるチャネルゲート電極１７と結合される。
【００４７】
したがって、この図８に示すように、ｎ＋エミッタ層６は連続的に形成され、かつエミッタ電極３０と電気的に接続される。したがって、チャネル形成領域８においてチャネルを、ｎ＋エミッタ層６内部に連続的に形成することができ、チャネル幅が低減されるのを抑制することができる。
【００４８】
また、図８においては、エミッタ電極３０は、１箇所において切断されて分離され、この分離領域においてゲート電極取出し配線３２が配設される。しかしながら、このエミッタ電極３０は、複数箇所において切断されて、各切断領域においてゲート電極取出し配線３２が配設されてもよい。各分割エミッタ電極３０が、それぞれ共通にエミッタ電極引出し配線（エミッタ端子）に結合されればよい。
【００４９】
以上のように、この凸部６ｂの円周方向に沿っての幅（Ｗ１）を、凸部６ｂの円周方向に沿ったピッチ（Ｗ２）よりも小さくすることにより、ゲート電極取出し配線３２は、十分余裕をもって配設することができる。これにより、ゲート−エミッタ間電圧ＶＧＥを印加した状態で、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣを印加したときのコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥ特性が悪化するのが防止される。
【００５０】
上述の説明においては、ｎチャネルＩＧＢＴが示される。しかしながら、横型ｐチャネルＩＧＢＴを用いても、同様の効果を得ることができる。
【００５１】
各領域の導電型が逆にされれば、横型ｐチャネルＩＧＢＴが得られ、ｎベース層において、高濃度の半導体領域をｐエミッタ領域に隣接して、かつエミッタ層よりも深く形成する。
【００５２】
［変更例１］
図９は、この発明の実施の形態１の変更例１のＩＧＢＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。図９においても、絶縁膜、電極および配線は記載していない。この図９に示す平面レイアウトは、図１に示すＩＧＢＴ１の平面レイアウトと、以下の点でその構成が異なる。すなわち、ｐ型ベース層５内に、ｎ＋エミッタ層６下部に、高濃度のｐ＋層３５がリング状に、エミッタ層６の凸部６ｂの先端部と外周が整列するように設けられる。この図９に示す平面レイアウトの他の構成は、図１に示す平面レイアウトと同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００５３】
図１０は、図９に示す線Ｌ１０−Ｌ１０に沿った断面構造を概略的に示す図である。図１０において、ｎ＋エミッタ層６（６ａ，６ｂ）下部に、ｐ＋層３５がｐベース層５内に、ｎ＋エミッタ層と端部が整列するように形成される。図１０に示す断面構造の他の構造は、図３に示す断面構造と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。従って、この領域においては、エミッタ電極２１は、ｐ型ベース層５とｎ＋エミッタ層６とに電気的に結合される。
【００５４】
図１１は、図９に示す線Ｌ１１−Ｌ１１に沿った断面構造を概略的に示す図である。この図１１に示す断面構造において、ｎ＋エミッタ層６は、本体部６ａが形成され、凸部（６ｂ）は形成されない。この領域においては、高濃度のｐ＋層３５がエミッタ電極２１に結合される。
【００５５】
これらの図９から図１１に示すように、ｐベース層５においてｎ＋エミッタ層６下部に、ｐ＋層３５が設けられており、凸部６ｂが設けられていないエミッタ層の凹部領域においてエミッタ電極２１が高濃度のｎ＋領域に電気的に接続されており、ｐベース層５の抵抗を低減することができ、寄生サイリスタのラッチアップ耐性を改善することができる。また、本体部６ａによりチャネルが連続的にリンク状に形成されており、チャネル幅は充分に広くすることができ、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥ特性の劣化が抑制される。また、ｐ＋層３５がエミッタ電極２１に電気的に結合され、ベース層５に対するエミッタ電極２１の接触抵抗を低減でき、応じて、ベース抵抗を低減することができ、寄生サイリスタのラッチアップ耐量をより一層改善することができる。
【００５６】
また、ｎ＋エミッタ層６において、凸部６ｂの幅が、凸部６ｂのピッチよりも狭くされており、先の図７に示す構成と同様、ゲート電極取出し配線を余裕をもって配置することができる。
【００５７】
［変更例２］
図１２および図１３は、この発明の実施の形態１の変更例２に従うＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。図１２に示す断面構造は、図９に示す線Ｌ１０−Ｌ１０に沿った断面構造に対応する。図１２に示すＩＧＢＴにおいては、ｎ＋エミッタ層６は、これまでと同様、円形状に形成される本体部６ａと、コレクタ層から遠ざかる方向に突出する凸部６ｂとを含む。このｎ＋エミッタ層６下部に、ほぼ同じ大きさで、ｐ＋層４０が設けられる。この図１２に示す断面構造は、図１０に示す断面構造と他の構成は同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００５８】
図１３に示す断面構造は、図９に示す線Ｌ１１−Ｌ１１に沿った断面構造に対応する。図１３においては、ｎ＋エミッタ層の凸部（６ｂ）が設けられず、本体部６ａが配置される。このｎ＋エミッタ層６の本体部６ａを囲むように、ｐ＋層４０が形成されて、ｐ＋層４０がエミッタ電極２１と電気的に結合される。
【００５９】
この図１３に示す断面構造の他の構成は、図１１に示す断面構造と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００６０】
図１２および図１３に示すように、ｐベース層５内に、ｎ＋エミッタ層６（６ａ，６ｂ）下部と、このｎ＋エミッタ層６よりも深くｐ＋層４０を形成することにより、ｐベース層５のベース抵抗を低減することができ、またｐベース層５に対する接触抵抗も低減することができ、これまでの図１から図４に示す構成と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
［変更例３］
図１４および図１５は、この発明の実施の形態１の変更例３に従うＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。図１４に示す断面構造は、図９に示す平面レイアウトの線Ｌ１０−Ｌ１０に沿った断面構造に相当し、図１５に示す断面構造は、図９に示す平面レイアウトの線Ｌ１１−Ｌ１１に沿った断面構造に対応する。
【００６２】
この図１４に示すように、ｎ＋エミッタ層６（本体部６ａ，凸部６ｂ）下部に、ｐベース層５内に、高濃度ｐ＋層４５が設けられる。このｐ＋層４５は、ｐベース層５内に埋込まれており、エミッタ層６と分離される。エミッタ電極２１は、ｎ＋エミッタ層６およびｐベース層５に電気的に結合される。一方、図１５に示すように、ｎ＋エミッタ層６において、本体部６ａが設けられており、凸部６ｂが設けられていない領域においては、ｐ＋層４５が、ｐベース層５内において、エミッタ電極２１下部にまで延在して形成される。
【００６３】
図１４および図１５に示す断面構造の他の構成は、図１２および図１３に示す断面構造と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
図１４および図１５に示すように、ｐベース層５内に、ｎ＋エミッタ層６と離れて、ｐ＋層４５を配置する場合においても、ｎ＋エミッタ層６下部のベース抵抗は、ｐ＋層４５により低減することができ、ラッチアップ耐性を改善することができる。また、チャネル形成領域８、連続的に形成されており、コレクタ−エミッタ電流ＩＣ特性の悪化は十分に抑制することができる。また、エミッタ層６の形状は、先の図１から４および変更例１から２において説明したものと同じであり、本体部６ａおよび凸部６ｂを有しており、ゲート電極取出し配線も十分余裕をもって配置することができ、これまで説明した実施の形態１および変更例１および２と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
以上のように、この発明の実施の形態１に従えば、横型ＩＧＢＴにおいてエミッタ層を、凹部および凸部を有する歯車形状（本体部と凸部を有する形状）に形成し、このエミッタ層よりも深い部分に、高濃度半導体層を形成している。従って、ベース抵抗を低減でき、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を改善することができる。また、チャネル幅を十分広く取ることができ、一定のゲート−エミッタ間電圧（ＶＧＥ）を印加した状態において、コレクタ−エミッタ間電圧（ＶＣ）を印加したときのコレクタ−エミッタ電流（ＩＣＥ）特性の劣化を抑制することができる。また、ゲート電極取出し配線も、エミッタ電極とエミッタ層との接触に影響を及ぼすことなく配置することができ、チャネル幅を十分に確保することができ、大電流を駆動することができる。
【００６６】
［実施の形態２］
図１６は、この発明の実施の形態２に従うＩＧＢＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。この図１６においても、図面を簡略化するために、絶縁膜、電極配線およびベース層内の高濃度ｐ型層は示していない。
【００６７】
この図１６に示す平面レイアウトは、以下の点で、図１に示す実施の形態１に従うＩＧＢＴの平面レイアウトとその構成が異なる。すなわち、ｐ型ベース層５内に配置されるｎ＋エミッタ層として、互いに分離して配置される単位エミッタ層（単位領域）６０が、このｐ型ベース層５内において円周方向に沿って所定の間隔を置いて配置される。この図１６に示すＩＧＢＴの平面レイアウトの他の構成は、図１に示す平面レイアウトの構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００６８】
単位エミッタ層６０の円周方向に沿った幅ａは、単位領域の間隔ｂよりも大きくされる。単位エミッタ層６０の形状は、４辺を有する矩形形状であればよい。幅および間隔は円周方向に沿った長さである。
【００６９】
図１７は、図１６に示す線Ｌ１７−Ｌ１７に沿った断面構造を概略的に示す図である。この図１７に示すように、ｐベース層５表面に、高濃度のｐ型半導体層（ｐ＋層）６２が単位エミッタ層６０下部に形成される。エミッタ電極２１が、図１６に示すエミッタ層コンタクト領域７において単位エミッタ層６０およびｐ＋層６２に電気的に接続される。単位エミッタ層に隣接してチャネル形成領域８がｐベース層５表面に形成される。このチャネル形成領域８上には、ゲート絶縁膜１５を介して、ゲート配線１６ａが設けられる。ゲート配線１６ａは、連続的に延在するゲート配線により構成され、ゲート電極１７の一部を構成する。
【００７０】
このｎ−層４表面のｐベース層５内において、単位エミッタ層６０が形成され、この単位エミッタ層よりも深くその下部に、高濃度のｐ＋層６２が設けられる。
【００７１】
図１８は、図１６に示す線Ｌ１８−Ｌ１８に沿った断面構造を概略的に示す図である。単位エミッタ層６０は、島状に形成されており、図１８に示す領域においては、単位エミッタ層６０は設けられず、ｐ＋層６２が、チャネル形成領域８に隣接するように延在して、ｐベース層５表面に形成される。ｐ＋層６２がエミッタ電極２１に結合される。
【００７２】
このチャネル形成領域８においては、上部のゲート配線１６ａに印加される電圧により、チャネルが形成される。単位エミッタ層６０は、図１８に示す領域においては設けられていない。したがって、ターンオフ時または定常状態のオン状態時におけるホールは、ｎ＋エミッタ層６０の直下の領域ではなく、単位エミッタ層６０の間に設けられるｐベース層またはｐ＋層６２を介して、エミッタ電極２１へ流れる傾向が強くなる。エミッタ層直下に流れ込むホールの数は低減され、ｎ−層４／ｐベース層５／ｎ＋エミッタ層６２で形成される寄生ｎｐｎバイポーラトランジスタ動作が抑制される。応じて、ｐコレクタ層２／ｎバッファ層３，ｎ−ドリフト層４／ｐベース層５／ｎ＋エミッタ層６０で形成される寄生サイリスタのラッチアップを抑制することができる。
【００７３】
また、ｐ＋層６２により、単位エミッタ層６０下部のベース抵抗は低減され、実施の形態１と同様、寄生サイリスタのラッチアップを抑制することができる。
【００７４】
また、エミッタ電極２１が、ｐ＋層６２に直接接続される領域が存在し、このエミッタ電極２１とｐベース層５の間の接触抵抗を低減でき、円滑に、ｐベース層５（ｐ＋層６２）とエミッタ電極２１との接触領域を介してホールが流れ、単位エミッタ層６０およびｐ＋層６２の寄生サイリスタのラッチアップ耐量をより一層向上させることができる。
【００７５】
また、図１６に示すように、この単位エミッタ層の円周方向に沿った幅ａは、単位エミッタ層６０のピッチｂよりも十分広くされる。したがって、単位エミッタ層６０と対向するチャネル形成領域８においてチャネル幅を十分大きくすることができ、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥ特性を向上することが可能となる。
【００７６】
なお、図１６に示すように単位エミッタ層６０の平面レイアウトの形状は、扇形の形状または台形形状または短冊型の形状などのいずれの形状であってもよく、４辺を有する閉領域を形成する島状領域で単位エミッタ層６０が形成されればよく、ここでは、これらの短冊状、台形または扇形の４辺を有する形状を、「矩形様」の形状と規定する。
【００７７】
また、この単位エミッタ層６０のピッチｂは、このチャネル形成領域８において十分な幅のチャネルが形成される大きさに設定されればよい。したがって、この単位エミッタ層６０の形状として、外周部が狭く、チャネル形成領域８に対向する部分が広い形状が設けられてもよい。
【００７８】
また、図８に示す構造と同様、ゲート電極配線取り出し配線が、この島状領域の間の領域に配置されてもよい。
【００７９】
［変更例１］
図１９および図２０は、この発明の実施の形態２の変更例１に従うＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。図１９に示す断面構造は、図１６に示す線Ｌ１７−Ｌ１７に沿った断面構造に対応し、図２０に示す断面構造は、図１６に示す線Ｌ１８−Ｌ１８に沿った断面構造に対応する。図１９に示す構造において、単位ｎ＋エミッタ層６０下部に、ｐ＋層６２が形成される。このｐ＋層６２は、単位エミッタ層６０よりも半径方向の長さが短くされ、外周部が単位エミッタ層６０の外周部に整列して配置される。従って、この領域においては、エミッタ電極２１は、単位エミッタ層６０およびｐ型ベース層５に電気的に接続される。
【００８０】
一方、単位エミッタ層６０が設けられていない領域においては、図２０に示すように、ｐ＋層６２が、このｐベース層５表面に、連続的に形成される。このｐ＋層６２は、ｐベース層５においてチャネル形成領域８に隣接してその一部の領域に形成される。この領域においては、エミッタ電極２１は、ｐ＋層６２およびｐが他ベース層５とに電気的に接続される。これらの図１９および図２０に示す断面構造において、他の構成は、図１７および図１８に示す断面構造と同様であり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００８１】
この図１９および図２０に示す構成においても、単に、ｐ＋層６２の半径方向に沿った長さが短くされ、ｐベース層５においてエミッタ電極２１下部にまでチャネル形成領域８が延在して形成されるだけであり、図１７および図１８に示す構成と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
［変更例２］
図２１および図２２は、この発明の実施の形態２の変更例２のＩＧＢＴのエミッタ領域の断面構造を概略的に示す図である。図２１および図２２に示す変更例２の構成においても、その平面レイアウトは、図１６に示すＩＧＢＴの平面レイアウトと同じであり、単位エミッタ層６０が、互いに間をおいて円周方向に沿って所定のピッチで配置される。
【００８３】
図２１に示す断面構造は、図１６に示す線Ｌ１７−Ｌ１７に沿った断面構造に対応し、図２２は、図１６に示す線Ｌ１８−Ｌ１８に沿った断面構造に対応する。この図２１に示すように、ｐ＋層６２は、単位ｎ＋エミッタ層６０と半径方向の幅がほぼ同じに形成され、チャネル形成領域８に接するように、ゲート配線１６ａ下部にまで延在して形成される。単位エミッタ層６０の外周部および内周部と整列してｐ＋層６２が配置される。エミッタ電極２１が、単位ｎ＋エミッタ層６０およびｐ型ベース層５とに電気的に接続される。
【００８４】
図２２に示すように、単位ｎ＋エミッタ層６０が設けられていない領域において、ｐ＋層６２は、チャネル形成領域８に隣接して、ゲート電極配線１６ａ下部にまで延在して配置され、また、エミッタ電極２１に電気的に結合される。
【００８５】
これらの図２１および図２２に示す構成においても、ｐベース層５において、高濃度のｐ＋層６２が設けられ、単位ｎ＋エミッタ層６０よりも深く形成されており、効率的に、ホールを吸収して、エミッタ電極２１へ放出することができ、図１７および図１８に示す構成と同様の作用効果を得ることができる。特に、チャネル形成領域８に接して、ｐ＋層６２が形成されており、単位エミッタ層６２下部のベース抵抗を寄り低減することができ、また、効率的にチャネル形成領域８に形成されるチャネルからのホールを吸収してエミッタ電極２１へ放出することができる。
【００８６】
なお、この実施の形態２においても、ＩＧＢＴとしては、横型ｐチャネルＩＧＢＴが用いられてもよい。少数キャリアとして電子が高濃度ｎ＋層により放出される。
【００８７】
［変更例３］
図２３および図２４は、この発明の実施の形態２の変更例３に従うＩＧＢＴのエミッタ領域近傍の断面構造を概略的に示す図である。この図２３および図２４に示す変更例３のＩＧＢＴの平面レイアウトは、先の図１６に示す構成と同じであり、エミッタ層として、単位ｎ＋エミッタ層６０が、ＩＧＢＴのｐベース層５内において分離して配置される。
【００８８】
図２３に示す断面構造は、図１６に示す線Ｌ１７−Ｌ１７に沿った断面構造に対応し、図２４に示す断面構造は、図１６に示す線Ｌ１８−Ｌ１８に沿った断面構造に対応する。
【００８９】
この図２３および図２４に示すように、この変更例３においては、ｐベース層５内に、単位ｎ＋エミッタ層よりも深い領域に、単位ｎ＋エミッタ層６２と分離して、ｐ＋層６４が埋込み層として形成される。このｐ＋層６４は、チャネル形成領域８に隣接し、かつｐベース層５内においてエミッタ電極２１の下部まで延在するように配置される。この図２３および図２４に示すＩＧＢＴの他の構成は、図１７から図２２に示す断面構造の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００９０】
これらの図２３および図２４に示す構成においても、ｐベース層５において、深い領域に、ｐ＋層６４を形成することにより、単位ｎ＋エミッタ層６０底部におけるベース抵抗を低減することができる。また、単位ｎ＋エミッタ層６０が形成されていない領域（図２４参照）において、ｐ＋層６４が効率的に、ホールを吸収して、エミッタ電極２１へ転送することができる。したがって、この図２３および図２４に示すように、単位ｎ＋エミッタ層６０が、分離して配置される構成において、ｐベース層５内において、単位ｎ＋エミッタ層よりも深い領域に埋込みｐ＋層６４を連続的に、リング状に形成することにより、寄生サイリスタのラッチアップ耐量の向上を実現することができる。また、チャネル幅は十分に取られるため（単位ｎ＋エミッタ層の円周方向に沿った幅が、ピッチよりも十分大きくされる）、十分に確保することができ、大きなコレクタ−エミッタ電流を流すことができる。
【００９１】
なお、この埋め込みｐ＋層６４の半径方向の幅が、単位ｎ＋エミッタ層の半径方向の幅と同一であって、埋め込みｐ＋層６４および単位ｎ＋エミッタ層６２が整列して配置されてもよい。
【００９２】
以上のように、この発明の実施の形態２に従えば、エミッタ領域において、単位エミッタを島状に矩形様の形状でかつ所定のピッチで配置しており、また、この単位エミッタ層の半径方向に沿った幅を、島領域の配置ピッチよりも十分広くすることにより、チャネル幅が十分広くした状態で、高濃度不純物層を介して少数キャリアをエミッタ電極へ放出することができ、寄生サイリスタのラッチアップ耐量の改善および駆動電流の増加を実現することができる。また、ターンオフ時間を短縮することができる。
【００９３】
［実施の形態３］
図２５は、この発明の実施の形態３に従うＩＧＢＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。この図２５に示す平面レイアウトにおいても、図面を簡略化するため、絶縁膜、電極および配線は示していない。
【００９４】
この図２５に示す平面レイアウトは、図１に示す実施の形態１に従うＩＧＢＴの平面レイアウトとその構成は同じである。この図２５に示すＩＧＢＴにおいて、その断面構造は、以下に詳細に説明するように、ｐベース層５よりも深くｐ＋層を形成する。ｎ＋エミッタ層６は、リング状に連続的に形成される本体部６ａと、半径方向に突出する突出部６ｂとを含む。この図２５に示すＩＧＢＴの平面レイアウトの他の構成は、図１に示すＩＧＢＴの平面レイアウトと同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００９５】
図２６は、図２５に示す線Ｌ２６−Ｌ２６に沿った断面構造を概略的に示す図である。この図２６において、ベース層領域７０は、ｎ＋エミッタ層６よりも深くチャネル形成領域８に形成されるｐベース層７２と、ｎ＋エミッタ層６下方に、ｐベース層７０よりも深く形成されるｐ＋層７４を含む。ｎ＋エミッタ層６およびｐ＋層７４が、エミッタ電極２１に結合される。チャネル形成領域８上には、ゲート絶縁膜１５を介してゲート配線１６ａ（１６）が設けられる。このゲート配線１６がゲート電極１７に結合される。ベース領域７０は、ｎ−ドリフト層４表面に形成される。
【００９６】
図２７は、図２５に示す線Ｌ２７−Ｌ２７に沿った断面構造を概略的に示す図である。この図２７に示す断面構造において、ｎ＋エミッタ層６においては、本体部６ａが配置され、凸部６ｂは設けられない。したがって、ｐ＋層７４が、ｐベース層７２に隣接してかつそれより深く形成され、エミッタ電極２１に全面的に結合される。この図２７に示す断面構造の他の構成は、図２６に示す断面構造の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００９７】
ｐ＋層７４が、ｐベース層７２よりも深くｎ＋エミッタ層６（６ａ）下方に形成される。したがって、先の実施の形態１において説明した効果に加えて、さらに以下の効果を得ることができる。
【００９８】
すなわち、ｎ−層４／ｐベース層７２／ｎ＋エミッタ層６で形成される寄生ｎｐｎバイポーラトランジスタにおいて、ｎ＋エミッタ層６（６ａ）直下のｐベース領域の幅が狭く、ベース抵抗を低減することができ、寄生ｎｐｎバイポーラトランジスタ動作を抑制できる。応じて、寄生サイリスタのラッチアップを抑制することができ、実施の形態１と同様、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を向上することができる。
【００９９】
また、ｐ＋層７４によりベース抵抗が小さく、このベース抵抗を介してホールＨＬがｐ＋層７４を介して流れる。この場合、ｐベース層７２に曲率部ＡＲ１の電界強度よりも、ｐ＋層７４底部の曲率部ＡＲ２の電界強度のほうが高くなる場合がある（ｐ＋層７４のほうが、ｐベース層７２よりも不純物濃度が高いため）。したがって、この場合、ホール電流（ホールＨＬの流れ）は、ｐ＋層７４の底部の曲率部ＡＲ２から流入するため、ｎ＋エミッタ層６（６ａ）直下を流れるホール電流の長さが短くなる。したがって、ｎ＋エミッタ層６（６ａ）直下のベース抵抗の長さが短く、応じて、ベース抵抗を低減することができ、寄生バイポーラトランジスタ動作を抑制でき、寄生サイリスタのラッチアップを抑制することができる。
【０１００】
また、このｐベース層７２の半径方向の幅が短くされており、ベース抵抗をさらに低減することができる。
【０１０１】
［変更例１］
図２８および図２９は、本発明の実施の形態３の変更例１に従うＩＧＢＴのエミッタ領域部分の断面構造を概略的に示す図である。この実施の形態３の変更例１のＩＧＢＴの平面レイアウトは、図２５に示す構成と同様である。図２８に示す断面構造は、図２５に示す線Ｌ２６−Ｌ２６に沿った断面構造に対応し、図２９に示す断面構造は、図２５に示す線Ｌ２７−Ｌ２７に沿った断面構造に対応する。
【０１０２】
ｎ＋エミッタ層６は、リング状に連続的に延在する本体部６ａと、コレクタ層から遠ざかる方向に突出する突出部６ｂを含む。この図２８において、ベース層領域７０は、ｎ＋エミッタ層６（６ａ，６ｂ）下部に形成される高濃度のｐ＋層７５と、このｐ＋層７５の両側に配置されるｐベース層７２および７６を含む。ｎ＋エミッタ層６およびｐベース層７６がエミッタ電極２１に結合される。ｐベース層７２は、チャネル形成領域８とエミッタ層本体部６ａ下部にエミッタ層６よりも深く形成される。
【０１０３】
一方、図２９に示すように、エミッタ層６において凸部６ｂが設けられていない領域においては、エミッタ層本体部６ａ下部からエミッタ電極２１下部に、ｐ＋層７５がｐベース層７２および７９よりも深く形成される。
【０１０４】
この図２８および図２９に示す断面構造の他の構成は、図２６および図２７にそれぞれ示す断面構造の構成要素と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１０５】
この変更例１の構成においても、ｐ＋層７５が、ｐベース層７２および７６よりも深くｎ＋エミッタ層６下部に形成される。したがって、先の実施の形態１と同様、エミッタ層下部のｐベース層のベース抵抗を低減することができ、寄生ｎｐｎバイポーラトランジスタのベース抵抗を低減でき、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を改善することができる。また、図２６および図２７に示す構成と同様、効率的に、ｐ＋層７５により少数キャリアのホールＨＬを吸収して、エミッタ電極２１へ放出することができる。また、実施の形態１に示す構成と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
［変更例２］
図３０および図３１は、この発明の実施の形態３の変更例２に従うＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。この変更例２の構成においても、ｎ＋エミッタ層６は、図２５に示す平面レイアウトと同様、本体部６ａと、凸部６ｂを含む。図３０に示す断面構造は、図２５に示すＬ２６−Ｌ２６に沿った断面構造に対応し、図３１に示す構造は、図２５に示す線Ｌ２７−Ｌ２７に沿った断面構造に対応する。
【０１０７】
これらの図３０および図３１に示す断面構造は、以下の点において、図２８および図２９に示す断面構造と、その構成が異なる。すなわち、ｐベース層７２および７６よりも深くｎ＋エミッタ層６（６ａ，６ｂ）下部に形成されるｐ＋層７５Ｂは、ｎ＋エミッタ層６の内周部と整列してその内周部が配置され、また、その外周部も、ｎ＋エミッタ層６の凸部（６ｂ）の外周部に整列して配置される。
【０１０８】
この図３０および図３１に示す断面構造の他の構成要素は、図２８および図２９に示す構成要素と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１０９】
これらの図３０および図３１に示す断面構造において、ｐ＋層７５Ｂが、ｎ＋エミッタ層６の内周部と整列して、その内周部が形成される。したがって、ｎ＋エミッタ層６の下部のベース抵抗をより低減することができ、寄生バイポーラトランジスタ動作を効率的に抑制することができる。また、先の図２６から図２９に示す構成と同様の作用効果を得ることができる。
【０１１０】
［変更例３］
図３２および図３３は、この発明の実施の形態３の変更例３に従うＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。この図３２に示す断面構造は、図２５に示す平面レイアウトの線Ｌ２６−Ｌ２６に沿った断面構造に対応し、図３３に示す断面構造は、図２５に示す線Ｌ２７−Ｌ２７に沿った断面構造に対応する。
【０１１１】
この変更例３の構成においては、図３２および図３３に示すように、ｐ＋層７５Ｃが、ｐベース層内に埋込まれ、かつｐベース層７２、７６よりも深く形成される。このｐ＋層７５Ｃは、ｎ＋エミッタ層６（６ａ，６ｂ）と分離して配置される。したがって、このｐ＋層７５Ｃの両側に形成されるｐベース層７２および７６は、このｎ＋エミッタ層６底部において連接される。
【０１１２】
この図３２および図３３に示す断面構造の他の構成は、先の図２８から図３１に示す断面構造の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１１３】
これらの図３２および図３３に示すように、ｎ＋エミッタ層６の下方に、ｎ＋エミッタ層と離れて、ｐ＋層７５Ｃを深く形成することにより、同様、このｎ＋エミッタ層６のベース領域層における幅を、その本体部６ａにより短くすることができ、ベース抵抗を低減できる。また、ｐ＋層７５Ｃにより、効率的に、先の図２６および図２７に示す構成と同様、効率的にホールＨＬを吸収して、エミッタ電極２１へ伝達することができる。すなわち、ｐベース層７２の曲率部よりも、ｐ＋層７５Ｃの曲率部の電界強度を大きくすることができ、効率的に、ｐ＋層７５Ｃによりホールを吸収することができ、ｎ＋エミッタ層６の下部におけるホール電流が流れる経路の抵抗値を低減することができる。
【０１１４】
また、本体部６ａにより、このホール電流が流れる経路の長さを短くすることができる。したがって、先の図２６から図３１に示す構成と同様、寄生バイポーラトランジスタの動作を抑制して、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を向上させることができる。また、チャネル形成領域８は、連続的に形成されており、チャネル幅は充分に大きくすることができ、十分な大きさのコレクタ−エミッタ電流を駆動することができる。
【０１１５】
以上のように、この発明の実施の形態３に従えば、エミッタ層領域を、歯車状に、本体部と本体部に所定間隔で連接する凸部とで構成し、かつベース層よりも深く高濃度不純物領域を形成しており、効率的に少数キャリアを吸収できる。これにより、エミッタ層下部におけるベース抵抗を低減でき、寄生バイポーラトランジスタ動作を抑制して、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を向上させることができる。また、チャネルは、リング状に連続的に形成されており、チャネル幅を大きくされ、充分な大きさのコレクタ−エミッタ電流を流すことができる。
【０１１６】
なお、この実施の形態３においても、エミッタ領域が、歯車状に形成されており、このエミッタ層領域の凸部の幅およびピッチ条件を適切に設定することにより、凸部の間の領域においてゲート電極取り出し配線を配置することができ、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１１７】
［実施の形態４］
図３４は、この発明の実施の形態４に従うＩＧＢＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。この図３４においても、電極および配線および絶縁層は示していない。この図３４に示す平面レイアウトは、図１６に示す平面レイアウトと以下の点でその構成が異なる。すなわち、ｎ−層４の周辺部に形成されるベース層領域８０において、高濃度のｐ＋層が、ｐベース層よりも深く形成される。エミッタ層は、互いに分離される単位エミッタ層６０により実現される。この単位エミッタ層６０の幅ａとピッチｂは、先の実施の形態２に示すＩＧＢＴの場合と同様の関係を満たす。
【０１１８】
図３５は、図３４に示す線Ｌ３５−Ｌ３５に沿った断面構造を概略的に示す図である。この図３５に示すように、単位ｎ＋エミッタ層６０下部に、ｐ型ベース層８２よりも深く、ｐ型ベース層８０より高濃度のｐ＋層８４が形成される。ｐ型ベース層８２は、チャネル形成領域８およびｎ＋エミッタ層６０下部の一部にまで延在するように配置される。エミッタ電極２１が単位ｎ＋エミッタ層６０およびｐ＋層８４に電気的に接続される。
【０１１９】
図３６は、図３４に示す線Ｌ３６−Ｌ３６に沿った断面構造を概略的に示す図である。この図３６に示す領域においては、ｐ＋層８４表面には、エミッタ層が設けられない。ｐ＋層８４が、ｐ型ベース層８２と連結される。エミッタ電極２１が、高濃度ｐ＋層８４に電気的に接続される。この図３５および図３６に示す断面構造の他の構成は、図１７および図１８に示す構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１２０】
すなわち、これらの図３５および図３６に示すように、単位エミッタ層６０が、互いに分離して、このエミッタ電極コンタクト領域に円周方向に沿って配置される場合において、高濃度のｐ＋層８４をｐベース層８２よりも深く形成する。図３５に示すｐベース層８２の曲率部ＡＲ１よりも、ｐ＋層８４の下部の曲率部ＡＲ２の電界強度を高くすることができ、効率的に、ホールＨＬをｐ＋層８４を介してエミッタ電極２１へ伝達することができる。特に、図３６に示すように、ｎ＋エミッタ層６０が設けられていない場合、低抵抗で、エミッタ電極２１へホールＨＬを伝達することができる。また、ｎ＋エミッタ層下部にｐ＋層８４が設けられており、このｎ＋エミッタ層６０直下部における抵抗値は小さく、このｐ＋層とｎ＋エミッタ層６０の間のＰＮ接合は、ビルトイン電圧以下となり、少数キャリアの注入は抑制される。したがって、実施の形態２に示す構成に加えて、さらに、効率的に、深いｐ＋層８４に、ホールＨＬを吸収してエミッタ電極２１へ伝達することができる。
【０１２１】
［変更例１］
図３７および図３８は、この発明の実施の形態４に従うＩＧＢＴの変更例１のエミッタ領域の断面構造を概略的に示す図である。図３７に示す断面構造は、図３４に示す線Ｌ３５−Ｌ３５に沿った断面構造に対応し、図３８に示す断面構造は、図３４に示す線Ｌ３６−Ｌ３６に沿った断面構造に対応する。
【０１２２】
図３７および図３８に示すように、高濃度の深いｐ＋層８５Ａは、チャネル形成領域８に形成されるｐベース層８２と、ベース領域８０の外周部にエミッタ電極２１下部に形成されるｐベース層８６との間に形成される。このｐ＋層８５Ａの表面に単位ｎ＋エミッタ層６０が形成される。図３７において、エミッタ電極２１が、単位エミッタ層６０とｐ型ベース層８６とに接続される。図３８に示す領域においては、単位エミッタ層６０が設けられていないため、エミッタ電極２１が、ｐ＋層８５Ａとｐ型ベース層８６とに電気的に接続される。この図３７および図３８に示す構造の他の構成要素は、図３５および図３６に示す構成要素と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１２３】
これらの図３７および図３８に示す構成においても、ｐ＋層８５Ａを設けることにより、単位ｎ＋エミッタ層６０が互いに分離して配置される場合において、このｎ＋エミッタ層間の間の領域（図３８参照）のｐ＋層８５Ａを介して効率的にエミッタ電極２１へホールを伝達することができる。また、深い高濃度ｐ＋層８５Ａにより、高電界により、ｐベース層８２よりも、より効率的にホールを吸収してエミッタ電極２１へ伝達することができる。また、エミッタ電極２１が、高濃度ｐ＋型層８５Ａに電気的に接続されており、ベース層とエミッタ電極間の接触抵抗を低減することができ、応じて、ベース抵抗を低減することができる。
【０１２４】
［変更例２］
図３９および図４０は、この発明の実施の形態４に従うＩＧＢＴの変更例２のエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。この図３９および図４０は、図３７および図３８に示す断面構造と、以下の点でその構成が異なる。すなわち、ｐ＋層８５Ｂが、単位ｎ＋エミッタ層６０とその半径方向において幅がほぼ同じに形成されて、図３９に示す領域においてそれらの内周部および外周部が整列して配置される。これらの図３９および図４０に示す構造の他の構成要素は、図３７および図３８に示す構造の構成要素と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１２５】
これらの図３９および図４０に示す構成においては、単位ｎ＋エミッタ層６０と整列して高濃度のｐ＋層８５Ｂがベース層８２および８６よりも深く形成される。したがって、より効果的に、単位ｎ＋エミッタ層６０直下部のベース抵抗を低減することができ、ベース−エミッタ間電圧差を低減できる。また、このｐ＋層８５Ｂは、先の図３７および図３８に示す構成よりもより長く形成されており、よりベース抵抗を低減することができ、図３７および図３８に示す構成の効果に加えて、さらに、ベース抵抗を低減することができ、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を改善することができる。
【０１２６】
［変更例３］
図４１および図４２は、この発明の実施の形態４に従うＩＧＢＴの変更例３のエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。これらの図４１および図４２に示す断面構造は、以下の点で、図３７から図４０に示す断面構造とその構成が異なる。すなわちｐベース層ｐベース層８２およびよりも深く形成される高濃度ｐ＋層８５Ｃは、単位ｎ＋エミッタ層６０と離れて形成され、このｐ型ベース層８２、８６内の埋込層としてかつｐ型ベース層８２、８６よりも深く形成される。したがって、ｐベース層領域８０においてｐベース層８２および８６が、このｐ＋層８５Ｃの表面部において連結される。特に、単位ｎ＋エミッタ層６０が形成されていない領域（図４２参照）においては、単に、ｐベース層８２、８６下部に、ｐ＋層８５Ｃが埋込不純物領域として設けられる。エミッタ電極がこの領域においてｐ型ベース層８２、８６と電気的に接続される。
【０１２７】
したがって、このｐ＋層８５Ｃを埋込領域として形成しても、単位ｎ＋エミッタ層６０下部のホールが流れる経路はｐ＋層８５Ｃにより決定され、ベース抵抗を低減することができる。また、ｐベース層８２，８６よりも深くｐ＋層８５Ｃを形成しており、高電界によりｐベース層下部から流れ込むホールを、効率的に、ｐ＋層８５Ｃにより吸収してエミッタ電極２１に伝達することができる。
【０１２８】
なお、この実施の形態４においては、単位ｎ＋エミッタ層６０の半径方向に沿った幅ａは、その配置ピッチｂよりも広くされる。しかしながら、チャネル幅が十分に確保することができる場合、この単位ｎ＋エミッタ層６０の半径方向に沿った幅ａは、配置ピッチｂよりも小さくされてもよい。
【０１２９】
以上のように、この発明の実施の形態４に従えば、エミッタ層において、単位エミッタ層を互いに分離して配置される島状領域で構成し、かつベース層において高濃度不純物領域を、ベース層よりも深く形成しており、効率的に少数キャリアを吸収して、エミッタ層下部のベース抵抗を低減して、少数キャリアを吸収することができ、ラッチアップ耐量を改善することができる。また、ターンオフ時間を短縮することができる。さらに、島状に（矩形様形状）の単位エミッタ層を配置しており、チャネル幅は充分に確保することができ、十分なコレクタ−エミッタ電流を駆動することができる。
【０１３０】
［実施の形態５］
図４３は、この発明の実施の形態５に従う横型ＭＯＳＦＥＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。この図４３においても、図面を簡略化するために、電極、絶縁膜および電極配線は示していない。
【０１３１】
図４３において、横型ｎチャネルＭＯＳトランジスタは、中央部に形成される高濃度ｎ＋型ドレイン層（第１半導体層領域）１０２と、このｎ＋ドレイン層１０２を囲むように形成されるｎ−ドリフト層（半導体領域）１０４と、ｎ−ドリフト層１０４を囲むように形成されるｐベース層（第２半導体層領域）１０５を含む。このｐベース層１０５は、ｎ−ドリフト層１４に隣接して設けられるチャネル形成領域１０８と、このチャネル形成領域１０８外周に沿って歯車形状に形成されるｎ＋ソース層１０６を含む。ｎ＋ソース層１０６は、連続的に一体的に形成される本体部１０６ａと、ドレイン層１０２から遠ざかる方向の半径方向に沿って突出する凸部１０６ｂを含む。この凸部１０６ｂ上部およびｐベース層１０５外周部に、ソース電極コンタクト領域１０７が設けられる。
【０１３２】
図４４は、図４３に示す線Ｌ４４−Ｌ４４に沿った断面構造を概略的に示す図である。図４４において、横型ｎチャネルＭＯＳＦＥＴは、ｐ型基板１１０表面に形成されるｎ−層（ｎ−ドリフト層）１０４表面に形成される。ｎ−ドリフト層１０４表面に、ｎ＋ドレイン層１０２が形成され、ｎ＋ドレイン層１０２が、ドレイン電極１１３に電気的に接続される。このドレイン電極１１３は、第１および第２絶縁膜１１１および１１２に形成されるドレイン電極取出配線１１４に電気的に接続される。
【０１３３】
ソース領域近傍においては、ｎ−ドリフト層１０４表面にｐベース層１０５が形成され、このｐベース層１０５表面に、ｎ＋ソース層１０６が形成される。このｎ＋ソース層に隣接して、ｐベース層１０５表面の内周部にチャネル形成領域１０８が設けられる。このチャネル形成領域１０８上に、ゲート絶縁膜１１５を介してゲート配線１１６ａが形成され、このゲート配線１１６ａが、第１絶縁膜１１１上に形成される部分の導電層と連結されてゲート配線１１６の一部を構成する。ゲート配線１１６は、第２絶縁膜１１２を貫通するゲート電極１１７に電気的に接続される。
【０１３４】
ｎ＋ソース層１０６よりも深くかつｐベース層１０５よりも高濃度にｐ＋層１２０が設けられる。このｎ＋ソース層１０６およびｐ型ベース層１０５が、ソース電極１２１に共通に結合される。この図４４に示す断面構造においては、ｎ＋ソース層１０６は、本体部１０６ａと凸部１０６ｂを含む。
【０１３５】
この横型ＭＯＳＦＥＴのソース層１０６の本体部１０６ａのみが配置される領域においては、ソース領域近傍の断面構造は、図４に示す断面構造と同じである。エミッタ層６に代えてソース層１０６が配置される。
【０１３６】
この図４４に示す断面構造から明らかなように、横型ｎチャネルＭＯＳＦＥＴは、横型ｎチャネルＩＧＢＴの構造において、ドリフト層とドレイン層とが同一導電型であり、また、ドレイン層１０２にバッファ層が設けられていない点を除いて、これらのＩＧＢＴおよびＭＯＳＦＥＴの構造は、ソース領域およびエミッタ領域において同じである。
【０１３７】
したがって、これまでの実施の形態１から４において説明したように、ＩＧＢＴのエミッタ領域における少数キャリアの放出と同様、横型ＭＯＳＦＥＴにおいても、高濃度ｐ＋層１２０をｎ＋ソース層１０６よりも深くｐベース層１０５に設けることにより、ソース電極１２１へ効率的にホールを転送することができる。また、ソース電極１２１下部に、ｎ＋ソース層１０６／ｐ＋層１２０、ｐベース層１０５／ｎ−層１０４で形成される寄生ｎｐｎバイポーラトランジスタのベース抵抗を低減することができ、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を向上させることができる。従って、これまでの実施の形態１から４において説明した横型ＩＧＢＴと同様の効果を得ることができる。
【０１３８】
なお、このソース領域部の断面構造としては、先の横型ＩＧＢＴの断面構造と同じであり、したがって、ｎ＋ソース層１０６の形状として、単位ｎ＋ソース層が島状に互いに分離して配置されてもよく、先のＩＧＢＴについて説明した実施の形態１から４と同様のｎ＋ソース層１０６の形状を適用することができる。
【０１３９】
また、高濃度のｐ＋層１２０についても、実施の形態１から４と同様、ｎ＋ソース層１０６下部に、ｐベース層１０５よりも高濃度にｐ＋層１２０が設けられていればよく、このｐ＋層１２０がｐベース層１００よりも深く設けられていてもよい。これらについては、図面が同じ断面構造の図面となるため、煩雑化を防止するためにその断面構造は示さないが、高濃度ｐ＋層１２０の構造については、実施の形態１から４において説明した構成を適用することができ、同様、寄生サイリスタ耐量の向上を行なうことができる。また、チャネル形成領域１０８において、円形状にチャネルが連続的に形成され、大きなドレイン−ソース電流を駆動することができる。また、少数キャリアの効率的な放出により、ターンオフ時間を短縮することができる。
【０１４０】
また、横型ＭＯＳＦＥＴについても、ゲート構造が溝型構造を有するトレンチゲートＭＯＳＦＥＴなどの他の構成についても、本発明の構成を適用することができる。また、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴに対しても、同様に、導電型を変更することにより、本発明の構成を適用することができる。
【０１４１】
以上のように、この発明の実施の形態５に従えば、横型ｎチャネルＭＯＳＦＥＴにおいて、ソース領域において、ｎ＋ソース層下部に、ｐベース層１０５よりも高濃度にｐ＋層１２０を設けており、ホールを効率的にソース電極１２１へ放出することができ、またｎ＋ソース層下部のベース抵抗を低減でき、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を向上させることができ、また、ターンオフ時間を短縮することができる。また、チャネル形成領域においてチャネルが円周に沿って形成され、大きなドレイン−ソース電流を駆動することができる。
【０１４２】
［実施の形態６］
図４５は、この発明の実施の形態６に従うＩＧＢＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。ＩＧＢＴにおいては、大電流を駆動するために、複数のセルが整列して配置される。図４５においては、ＩＧＢＴセル１５０ａ−１５０ｃを代表的に示す。これらのセル１５０ａ１５０ｃは各々、円形形状を有し、中央部に形成されるｐ＋コレクタ層２と、このコレクタ層２を囲むように刑されるｎバッファ層３と、ｎバッファ層３を囲むようにされるｎ−ドリフト層４と、このｎ−ドリフト層４の外周に沿って形成されるｐベース層５を含む。このｐベース層５領域内に、ｎ＋エミッタ層６が形成される。このｎ＋エミッタ層６は、図４５に示すレイアウトにおいては、凸部６ｂと、連続的に円形状に形成される本体部６ａを含む。この本体部６ａの内周部のｐベース層領域５においてチャネル形成領域８が形成される。ｐベース層５を、これらのセル１５０ａ−１５０ｃそれぞれにおいて隣接して配置する。なお、この図４５に示す平面レイアウトにおいて、先の実施の形態１から５と同様、電極配線、絶縁膜およびベース層に配置される高濃度ｐ＋層は示していない。この高濃度のｐ＋層は、先の実施の形態１からと同様、ｎ＋エミッタ層６下方にｐベース層５よりも高濃度に形成されてもよく、ｐベース層５よりも深く形成されてもよい。
【０１４３】
また、エミッタ層６としては、実施の形態２と同様、単位エミッタ層に分割されてもよい。
【０１４４】
なお、この図４５に示す構成において、ｐ＋コレクタ層に代えて、ｎ＋ドレイン層を設け、ｎバッファ層３を省略することにより、横型ｎチャネルＭＯＳＦＥＴが実現され、同様の配置が用いられる。
【０１４５】
これらのセル１５０ａ−１５０ｃを配置することにより、後に説明する楕円構造のＩＧＢＴセルを利用する構成に比べて、チャネル幅を広くすることができ、大電流を駆動することができる。
【０１４６】
［変更例］
図４６は、この発明の実施の形態６に従ったＩＧＢＴの平面レイアウトの変更例を示す図である。図４６に示す平面レイアウトは、図４５に示す平面レイアウトと以下の点でその構成が異なる。すなわち、単位セル１５０ｄ−１５０ｆが整列して配置され、それぞれのｐベース層領域５が隣接セル間で互いに共有される。したがって、図４５に示す平面レイアウトの配置面積よりも、これらのセル１５０ｄ−１５０ｆの配置面積をより低減することができる。
【０１４７】
この図４６に示すＩＧＢＴの他の構成は、図４５に示すＩＧＢＴの平面レイアウトの構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１４８】
この図４６に示す平面レイアウトにおいても、高濃度ｐ＋層は、エミッタ層６の下方に配置されればよく、ｐベース層よりも浅く形成されてもよく、また、このｐベース層よりも深く形成されてもよい。また、高濃度ｐ＋層が埋め込み構造とされてもよい。また、エミッタ層６は、本体部６ａおよび凸部６ｂを有する連続構造に代えて、単位エミッタ層が分離して配置される構成が用いられてもよい。
【０１４９】
これらの図４５および図４６に示すように、セル１５０ａ−１５０ｃまたは１５０ｄ−１５０ｆを円形形状に形成して配置することにより、以下に説明するように、１つの楕円構造のセルを利用する場合に比べて、チャネル幅をより長くすることができ、大電流を駆動することができる。
【０１５０】
いま、図４７に示すように、楕円構造のＩＧＢＴ２００を考える。このＩＧＢＴ２００は、中央部に楕円形状に形成されるｐ＋コレクタ層２０４と、このコレクタ層２０４を囲むように楕円形状に形成されるｎバッファ層２０３と、ｎバッファ層２０３を囲むように楕円形状に形成されるｎ−ドリフト層２０４と、このドリフト層２０４を囲むように楕円形状に形成されるｐベース層２０５を含む。このｐベース層２０５内に、ｎ＋エミッタ層２０６が設けられ、このｎ＋エミッタ層２０６内部に、チャネル形成領域２０８が設けられる。
【０１５１】
この図４７に示す楕円形状のＩＧＢＴの場合、直線部分と、円周部分とのトラック形状を有する。このトラック形状（楕円形状）の直線部分における断面構造は、この発明の実施の形態１等において示した断面構造と同様である（ｐ＋エミッタ層は設けられていてもいなくても良い）。この図４７に示す楕円構造のＩＧＢＴと同じレイアウト面積で、たとえば図４６に示す円形形状のセルを配置することを考える。この場合、図４８に示すように、セル１５０ｄ−１５０ｆを配置した場合、セル１５０ｄおよび１５０ｆのチャネル形成領域８の円周部分は、図４７に示す楕円形状のＩＧＢＴのチャネル形成領域の円周部分と同じとなる。今、隣接セルのｐ＋コレクタ層２の中央部の間の距離をＣＬとする。また、セル１５０ａ−１５０ｆ各々において、ｐ＋コレクタ層２の中央部からチャネル形成領域８の中央部までの距離をｒとする。楕円形状のＩＧＢＴのチャネル長さＣＬに対応する、セル１５０ｄおよび１５０ｅのチャネル領域の合計の長さは、次式で示される。
【０１５２】
２・π・ｒ・（１／４）・２＝π・ｒ
したがって、この隣接セル（１５０ｄおよび１５０ｅ）のｐ＋コレクタ層２の中心間の距離が、３・ｒよりも小さければ、次の関係式が得られる。
【０１５３】
ＣＬ＜３・ｒ＜π・ｒ
上述の関係式は、隣接セルのチャネル形成領域間の距離を、ｒよりも小さくすることにより、実現される。チャネル形成領域は、セル外周部のベース層領域に形成されており、この条件は、容易に満たされる。
【０１５４】
したがって、図４７に示す楕円形状のＩＧＢＴに比べて、単位セル１５０ｄ−１５０ｆ（または１５０ａ−１５０ｃ）を配置することにより、チャネル形成領域８の円周部に沿った長さを長くすることができ、応じて、ｐ＋コレクタ層からエミッタ層に対して流れる電流に対するチャネル幅を長くすることができ、より大電流を駆動することができる。
【０１５５】
図４９は、図４７に示す楕円構造のＩＧＢＴに一定のゲート−エミッタ間電圧ＶＧＥを印加した状態で、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを印加したときの、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥの特性を示す図である。横軸は、単位Ｖで、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを示し、縦軸に、単位Ａで、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥを示す。測定温度は、室温である。ただし、楕円構造のＩＧＢＴにおいてベース層内に高濃度の半導体層（ｐ＋層）は、設けられていない。
【０１５６】
この図４９に示すように、楕円構造のＩＧＢＴの場合、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを次第に大きくした場合、コレクタ−エミッタ間電流ＩＣＥも応じて上昇する。しかしながら、このコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥが、ほぼ６Ｖ近傍となると、このコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥが、約０．２Ａに到達すると、この領域からコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを上昇させても、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥはほぼ飽和状態となり、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを大きくしても、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥは十分に大きくならない。また、このコレクタ−エミッタ電圧ＶＣＥが０Ｖから６Ｖに上昇する間のの領域においても、コレクタ−エミッタ間電流ＩＣＥは緩やかに上昇しており、オン抵抗（ＶＣＥ／ＩＣＥ）は高くなる。楕円構造において、ベース層内にｐ＋層（ｐ＋エミッタ層）を設けていないためである。
【０１５７】
図５０は、この発明に従う円構造のＩＧＢＴ（図４８または図４６参照）の構成において、一定のゲート−エミッタ間電圧ＶＧＥを印加した状態で、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを印加したときの、コレクタ−エミッタ間電流ＩＣＥ特性を示す。この図５０において、横軸に、コレクタ−エミッタＶＣＥを示し（単位Ｖ）、縦軸に、コレクタ−エミッタ間電流ＩＣＥを示す（単位Ａ）。測定温度は室温である。
【０１５８】
この図５０に示すように、円形構造のセルを配置した場合、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを徐々に大きくした場合、電圧６．０Ｖ近傍で、コレクタ−エミッタ間電流は約０．４Ａとなり、このあたりから、コレクタ−エミッタ電流は飽和傾向を示す。しかしながら、この場合、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥは、図４７に示す楕円構造のＩＧＢＴに比べて、約２倍程度の大きな値となっている。また、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥが、０Ｖから６Ｖに上昇するまでの領域においても、その立上がりの勾配を大きく、オン抵抗（ＶＣＥ−ＩＣＥ）を低減することができる。これらは総チャネル幅が長くなったことおよびベース抵抗が低減されたことに起因する。また、その電流量が増大しても、ｐ＋層を、エミッタ層の下方に設けており、このエミッタ領域における寄生バイポーラトランジスタが導通するのを防止することができ、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を向上させるができる。
【０１５９】
以上のように、この発明の実施の形態６に従えば、円形形状のＩＧＢＴをセルとして複数個設けており、１つの楕円形状のＩＧＢＴを利用する構成に比べて、チャネル領域の長さを長くすることができ、応じてチャネル幅を長くすることができ、コレクタ−エミッタ電流を多く流すことができる。また、先の実施の形態１から４と同様の効果を得ることができる。
【０１６０】
［実施の形態７］
図５１は、この発明の実施の形態７に従う半導体装置（横型ｎチャネルＩＧＢＴ）の断面構造を概略的に示す図である。この図５１に示すＩＧＢＴの平面（表面）レイアウトは、図１に示すＩＧＢＴの平面レイアウトと実質的に同じである。この図５１に示すＩＧＢＴにおいては、ｎ−層４と半導体基板３００の間に、埋込絶縁膜３１０が設けられる。この半導体基板３００は、ｎ−層４と分離されているため、ｐ型およびｎ型のいずれの導電型であってもよい。
【０１６１】
この図５１に示すＩＧＢＴの他の構成は、図２に示すＩＧＢＴの構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１６２】
この半導体基板３００表面に埋込絶縁膜３１０を設け、埋込絶縁膜３１０上にトランジスタを形成する構造は、一般にＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）構造と呼ばれ、また、誘電体分離構造としても呼ばれる。一方、図２に示すように、埋込絶縁膜３１０が設けられず、ｎ−層４とｐ型半導体基板（１０）とが、その間に形成されるＰＮ接合により分離される構造は、接合分離構造と呼ばれる。埋込絶縁膜３１０を利用することにより、接合分離構造に比べて、より確実に、ｎ−層４と基板３００とを電気的に分離することができ、空乏層をｎ−層内においてのみ生成することができ、高速に動作することができる。
【０１６３】
この図５１に示すＩＧＢＴの他の構成は、図２に示すＩＧＢＴの構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１６４】
図５２は、ＩＧＢＴの抵抗負荷スイッチング動作時のターンオフ波形を示す図である。この図５２において、横軸に、ターンオフ時間（単位秒）を示し、縦軸に、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥ（単位×１００Ｖ）およびコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥ（単位Ａ）を示す。曲線Ｉは、誘電体分離構造（図５１）のＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間電圧を示し、曲線ＩＩは、比較例として、たとえば図２に示す接合分離型ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを示し、曲線ＩＩＩは、誘電体分離構造におけるコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥを示し、曲線ＩＶは、接合分離構造ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ電流を示す。
【０１６５】
図５２に示すように、接合分離型ＩＧＢＴの下降時間ｔｆ（コレクタ−エミッタ電流ＩＧＥが最大値の９０％から１０％にまで低下するのに必要な時間）は、１μｓ近く、したがってスイッチング速度が遅く、応じてスイッチング損失が比較的大きくなる。一方、誘電体分離構造の場合、下降時間ｔｆは、０．５μｓを超えた程度であり、スイッチング速度が速く、応じてスイッチング速度損失をより低減することができる。また、抵抗負荷スイッチング動作時のターンオフ波形において、ＶＣＥ波形（曲線Ｉ）の上昇率絶対値は、そのコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥを示す波形（曲線ＩＩＩ）の減少率絶対値とほぼ同一であり、高速でスイッチング動作が行なわれているのが明らかに見られる。
【０１６６】
したがって、接合分離構造を利用するより誘電体分離構造を利用するほうが、高速でスイッチング動作を行なうことが明らかに見られる。
【０１６７】
ただし、接合分離においても、このスイッチング期間において、ターンオフ時、急激に、そのコレクタ−エミッタ電圧ＶＣＥが上昇してオフ状態へ移行し（曲線ＩＩ）、また、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥも急激に低下しているのを見ることができる（曲線ＩＶ）。したがって、接合分離構造においても、ｐ＋層を利用し、またエミッタ層をリング状に形成することにより、曲線ＩＩおよびＩＶの特性から明らかなように、従来の楕円構造ＩＧＢＴを利用して、ｐ＋層を用いずに単にｐベース層を利用し、また、ｎエミッタ層がリング状に形成される構成に比べて、速くすることができる（従来構造の場合、ターンオフ時間は、図５２において矢印で示す）。
【０１６８】
図５３は、先の実施の形態１における接合分離構造横型ＩＧＢＴの抵抗負荷スイッチングターンオフ時（１０．６μｓ）の電流分布、電圧分布および空乏層領域境界を示す図である。電流分布を、実線で示し、電圧分布を破線で示し、空乏層領域境界線は、一点鎖線で示す。
【０１６９】
この図５３に示すように、接合分離構造横型ＩＧＢＴの場合、エミッタ側から広がる空乏層が、コレクタ側（ｐ型コレクタ層２近傍領域）に対してのみならず、ｐ型基板１０内においても分布している。このため、電位分布（破線で示す）および電流分布（実線で示す）もともに、ｐ型基板１０領域内に分布する。したがって、コレクタ側に対する空乏化が抑制され、コレクタ−エミッタ電圧ＶＣＥが、比較的緩やかに上昇する。この結果、ターンオフ時、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥの減少も、比較的緩やかなものとなり、応じて下降時間ｔｆが遅くなる。
【０１７０】
図５４は、この発明の実施の形態１の接合分離構造横型ＩＧＢＴの抵抗負荷スイッチングターンオフ時（１０．６μｓ）のホール分布を断面構造図において示したものである。この接合分離構造横型ＩＧＢＴにおいては、図５３に示すように、エミッタ側からコレクタ側への空乏かが抑制されるため、ｎ−層４およびｐ型基板１０内に多くのホールが分布する。すなわち、ｎ−層４およびｐ型基板１０内に多くのホールが分布しているため、たとえｐ＋層を設けても、ｎ−層４およびｐ型基板１０内に分布しているホールが消失するまでに時間を要することを意味し、下降時間ｔｆが比較的遅くなる。
【０１７１】
図５５は、接合分離構造横型ＩＧＢＴの抵抗負荷スイッチングターンオフ時（１０．６μｓ）のホール（正孔）分布、電子分布、および平衡状態でのホール／電子濃度分布を示す図であり、ｎ−層４における一定の深さでのコレクタ側からエミッタ側までの各キャリアの分布を示す。図５５において、曲線Ｖが、ホールの分布を示し、曲線ＶＩが、電子の分布を示し、曲線ＶＩＩが平衡状態における電子／ホール濃度の分布を示す。
【０１７２】
先の図５３に示すように、接合分離構造横型ＩＧＢＴにおいては、エミッタ側からコレクタ側への空乏化が抑制される。したがって、空乏層が広がっていないｎ−層内において、平衡状態での濃度以上の過剰ホールおよび過剰電子が分布する。したがって、これらの過剰ホールおよび過剰電子が、ｎ−層内に多く分布することにより、これらの過剰ホールおよび過剰電子がｎ−層４から消失するまでの時間が長くなる。このため、下降時間ｔｆが、短縮するのにも限度がある。
【０１７３】
図５６は、誘電体分離構造横型ＩＧＢＴの抵抗負荷スイッチングターンオフ時（１０．６μｓ）の電位分布、電流分布および空乏層領域境界線を示す図であり、図５１に示す断面図に対応する。図５６において、実線が電流分布を示し、破線が電位分布を示し、一点鎖線が空乏層領域境界線を示す。
【０１７４】
この図５６に示すように、誘電体分離構造横型ＩＧＢＴの場合、ｎ−層４とｐ型基板３００の間の埋込絶縁膜３１０が存在する。したがって、埋込絶縁膜３１０において、電位分布がその表面に沿って平行に存在するものの、エミッタ側から広がる空乏層は、ｐ型基板３００にまでは広がらないで、ｎ−層４内においてコレクタ側に広がる（絶縁膜は元々空乏層領域に対応する）。したがって、ｐ型基板３００においては、電流分布（実線で示す）および電位分布（破線で示す）は、存在しない。このため、コレクタ側への空乏化が進むため、コレクタ−エミッタ電圧も急峻に上昇し、対応するコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥも急峻に上昇し、下降時間ｔｆが短くなる。
【０１７５】
図５７は、この誘電体分離構造横型ＩＧＢＴの抵抗負荷スイッチングターンオフ時（１０．６μｓ）のホールの分布（実線で示す）を示す図である。断面構造は、図５１に示す断面構造に対応する。この図５７に示すように、誘電体分離構造横型ＩＧＢＴにおいては、エミッタ側からコレクタ側への空乏化が図５６に示すように促進されるため、ｎ−層４に分布するホールは少ない。したがって、ｎ−層４内に分布するホールが消失するまでの時間が短くなり、下降時間ｔｆが短くなる。
【０１７６】
図５８は、この誘電体分離構造横型ＩＧＢＴにおける抵抗負荷スイッチングターンオフ時（１０．６μｓ）のホール分布、電子分布および平衡状態におけるホール／電子濃度分布を示す図である。横軸に距離を示し、縦軸に濃度を示す。この図５８においては、ｎ−層４内における一定の深さでのコレクタ側からエミッタ側までの各分布を示す。曲線Ｘが、ホールの分布を示し、曲線ＸＩが、電子の分布を示し、曲線ＸＩＩが、平衡状態における電子／ホールの濃度分布を示す。
【０１７７】
図５６に示すように、誘電体分離構造横型ＩＧＢＴにおいては、エミッタ側からコレクタ側への空乏化が促進されるため、ｎ−層４において空乏層が広がっていない領域は少ない。このため、図５８に示す様に、ｎ−層４において、平衡状態での濃度以上のホールおよび／または電子（過剰ホール、過剰電子）の量は少ない。したがって、ｎ−層４における過剰ホールおよび過剰電子の量が少ないため、過剰ホールおよび過剰電子が消失するまでの時間が短くなり、結果として、下降時間ｔｆを短くすることができる。
【０１７８】
したがって、この発明の実施の形態７における誘電体分離構造を利用することにより、先の実施の形態１等において説明したＩＧＢＴおよびＭＯＳＦＥＴにおけるコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥの特性向上に加えて、下降時間ｔｆの短縮をも実現することができる。
【０１７９】
なお、この実施の形態７における誘電体分離構造は、先の実施の形態５における横型ＭＯＳに適用することもでき、またｐチャネルＩＧＢＴおよびｐチャネル横型ＭＯＳＦＥＴも適用することができる。また、横型ＭＯＳＦＥＴの構造としては、たとえばトレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴに対しても同様に適用することができる。
【０１８０】
以上のように、この発明の実施の形態７に従えば、トランジスタ素子を、誘電分離構造に構成しており、先の実施の形態１から６の効果に加えて、さらに、下降時間を短縮することができ、高速のスイッチング動作を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８１】
この発明は、電力変換／制御を行なうパワースイッチング素子に適用することができる。このパワートランジスタとして、単体として設けられてもよく、インテリジェントパワーデバイスとして、他のコントローラなどと一体化されてもよい。
【符号の説明】
【０１８２】
１ 横型ＩＧＢＴ、２ ｐコレクタ層、３ ｎバッファ層、４ ｎ−層、５ ｐベース層、６ ｎ＋エミッタ層、６ａ 本体部、６ｂ 凸部、７ エミッタコンタクト領域、２０ ｐ＋層、３２ ゲート電極取出し配線、１７ ゲート電極、１６，１６ａ ゲート電極配線、３５，４０，４５ ｐ＋層、６０ 単位エミッタ層、６２ ｐ＋層、６４ ｐ＋層、７０ ベース層領域、７４ ｐ＋層、７２ ｐベース層、７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ ｐ＋層、７６ ｐベース層、８４ ｐ＋層、８２ ｐベース層、８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃ ｐ＋層、１００ 横型ＭＯＳＦＥＴ、１０２ ｎ＋ドレイン層、１０４ ｎ−層、１０６ ｎ＋ソース層、１０６ａ 本体部、１０６ｂ 凸部、１０８ チャネル形成領域、１０５ ｐベース層、１０７ ソース電極コンタクト領域、１２０ ｐ＋層、１０，１１０ ｐ型基板、１５０ａ−１５０ｆ セル、３００ 半導体基板、３１０ 埋込絶縁膜。
【技術分野】
【０００１】
この発明はパワーデバイス、特に、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）またはパワーＭＯＳＦＥＴ(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）などの半導体装置に関する。より特定的には、この発明は、パワーデバイスの駆動電流量およびラッチアップ耐性およびターンオフ特性を改善するための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力の変換および制御を行なう分野においては、パワーデバイスが用いられる。このパワーデバイスにおいて、スイッチング動作を絶縁ゲートに印加される電圧で行なうＭＯＳゲートデバイスがある。このＭＯＳゲートデバイスとしては、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）およびＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）がある。このようなパワーデバイスの半導体スイッチに対する特性として、高速動作（高速スイッチング動作）に加えて、大電流駆動および高耐圧が要求される。
【０００３】
特許文献１（特開平７−５８３２０号公報）は、ＩＧＢＴのターンオフ時間を短縮して、動作周波数を高くすることを目的とする以下の構成を開示する。すなわち、この特許文献１においては、従来構造として、以下の構成を開示する。すなわち、ｎ型エミッタ層を取り囲むように、ｐ型ベースコンタクト層が配置され、このｐ型ベースコンタクト層が、ｐ型ベース層とコンタクトされる。このｐ型ベースコンタクト層およびｎ型エミッタ層がともにエミッタ電極に結合される。ｐ型ベースコンタクト層が、ターンオフ時に少数キャリア（ホール）を、エミッタ電極に放出する。一方、ｐ型コレクタ層下部に、ｎ型バッファ層が形成される。ターンオフ時に、多数キャリアが、コレクタ端子にコレクタ層から放出されるとき、少数キャリアが、ｎ−型ドリフト層に放出されるのを、このバッファ層により防止する。このｎ型バッファ層を利用する場合、バッファの効果が強くなると、ターンオン時の少数キャリアのドリフト層への注入効率が低下し、伝導度変調作用が低下し、オン抵抗が高くなり、応じてオン電圧が高くなる。これを回避する構成の１つとして、特許文献１は、コレクタショート構造を開示する。このコレクタショート構造においては、ｐ型コレクタ層周辺を取囲むようにｎ型コレクタショート層が配置される。ｐ型コレクタ層およびｎ型コレクタショート層が共通に、コレクタ電極に結合される。このコレクタショート構造において、ターンオフ時、コレクタショート層に多数キャリアが流入するものの、少数キャリアはコレクタショート層により吸収され、少数キャリアが発生しにくくなり、ターンオフ時間を短縮する。
【０００４】
また、ＩＧＢＴにおいては、一般に、ｐ型コレクタ層、ｎ型バッファ層、ｎ−型ドリフト層、ｐ型ベース層およびｎ型エミッタ層が形成される。このｎｐｎ構造により、寄生サイリスタが形成される。ＩＧＢＴのベース領域における電圧降下により、寄生サイリスタがターンオンするラッチアップ現象が生じる可能性がある。このラッチアップ耐性を向上することを目的とする構成が、特許文献２（特表平９−５０３６２６号公報）に示される。
【０００５】
この特許文献２においては、ｎ−型ドリフト層に形成されるｐ型ベース領域において、ｎ＋型ソース層下部に、高濃度ｐ＋型領域を設ける。この高濃度ｐ＋型領域により、ｐ型ベース領域の抵抗値を低減し、ソース／ベース領域間の接合部の電圧降下を低減して、ラッチアップ耐性を改善することを図る。
【０００６】
また、オン電流を増加させかつラッチアップ耐性を改善することを目的とする構成が、特許文献３（特開２０００−２８６４１６号公報）に示される。この特許文献３においては、コレクタ層、エミッタ層およびゲート電極を、リング状に形成する。エミッタ層（ソース層）は、凸部と凹部を有する歯車状の形状、また互いに分離されて島状に配置される構成を有する。エミッタ領域下部のベース抵抗を小さくするとともに、ホール電流を、中心部に形成されるコレクタ層から放射状に放出して、その電流密度を小さくして、ラッチアップ耐性を改善することを図る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−５８３２０号公報
【特許文献２】特表平９−５０３６２６号公報
【特許文献３】特開２０００−２８６４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１は、コレクタショート構造を横型ＩＧＢＴ構造に適用した場合に生じる以下の問題を指摘する。すなわち、ターンオフ時において、多数キャリアが、ｐ型コレクタ層下部を通過してｎ型コレクタショート層に流入し、ｐ型コレクタ層にも多数キャリアが流入する。応じて、少数キャリアのｎ型ドリフト層への注入が大きくなる。この横型ＩＧＢＴ構造におけるコレクタショート構造の問題点を解消するために、特許文献１は、ｐ型コレクタ層内に副ゲートを有するＭＯＳトランジスタ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）を配置し、この副ゲートＭＯＳトランジスタを介してコレクタ層を、コレクタ電荷抽出層に結合する。電荷抽出層が、コレクタ端子に結合される。この副ゲート構造において、ＭＯＳＦＥＴのｎ型ソース層が、ｐ型コレクタ層と隣接して配置し、これらを電極で結合し、ｎ型ソース層のｎ型キャリアをｐ型コレクタ層のｐ型キャリアに変換する。ターンオフ時において、副ゲート構造のＭＯＳトランジスタをオフ状態とし、この副ゲートにおけるｐ型コレクタ層をフローティング状態として、ｐ型コレクタ層と電荷抽出層とを分離する。多数キャリア（電子）が電荷抽出層を介してコレクタ端子に引き抜かれる。一方、ｐ型コレクタ層および下部のｐウェル（ｐベース）はフローティング状態であり、ウェルとドリフト層の間のｐｎ接合は逆バイアス状態（ビルトイン電圧以下）に維持され、少数キャリアの注入を抑制する。
【０００９】
しかしながら、この特許文献１に示される構成においては、副ゲートの電位を、ＩＧＢＴのゲート（主ゲート）と別個に制御する回路が必要となり、制御回路の規模が増大する。また、ＩＧＢＴ素子においても、副ゲートおよび主ゲート端子がそれぞれ設けられ、レイアウト面積が増大する。また、この特許文献１に示される構造においては、ｐ型ベース層下部を多数キャリア（電子）が伝搬して電荷抽出層に吸収される。しかしながら、このｐ型コレクタ層と下部に設けられるｐウェルとｎ型ドリフト層とｎ型エミッタ層との間の寄生サイリスタによるラッチアップ現象については、何ら考慮していない。
【００１０】
特許文献２に示される構成においては、ｎ型ソース層下部に設けられる高濃度ｐ＋型領域により、ｐ型ベース領域の抵抗値を低減することを図る。しかしながら、特許文献２は、縦型デバイス構造についてのみ議論しており、横型デバイス構造への適用については何ら考慮していない。また、縦型デバイス構造における寄生サイリスタによるラッチアップを回避することを考慮しているものの、駆動電流を大きくするための構成については何ら考慮していない。
【００１１】
特許文献３に示される構成においては、エミッタ領域が歯車状または島状に形成されて、ラッチアップを回避することは図られているものの、まだ、駆動電流を増加するとともにターンオフ時間を短くするための改善を行う余地はある。
【００１２】
それゆえ、この発明の目的は、駆動電流量を大きくし、またターンオフ時間を短縮し、かつ寄生サイリスタのラッチアップ耐性を改善することのできる半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る半導体装置は、半導体基板と、この半導体基板に形成される半導体領域と、この半導体領域に設けられて、第１の電極に結合される第１半導体層領域と、この半導体領域に、第１半導体層領域から離れてかつ第１半導体層領域を囲むように配置されるリング形状の半導体領域と導電型の異なる第２半導体層領域と、この第２半導体層領域に、互いに分離して所定の間隔で配置されかつ各々が所定の間隔よりも大きな幅を有する複数の矩形様の形状を有する単位領域を有する第２半導体層領域と導電型の異なる第３半導体層領域と、この第２半導体層領域の第３半導体層領域の少なくとも下方に配置され、第２半導体層領域よりも高濃度の第２半導体層領域と同一導電型の高濃度半導体層領域と、この第２半導体層領域表面に第１半導体層領域と第３半導体層領域との間での電荷転送のためのチャネルを形成するゲート電極層とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
関連の実施例においてエミッタ層領域に対応する第３半導体層領域が、歯車状に形成され、その凹部領域において第３半導体層領域の幅が狭くなる。したがって、半導体領域（ドリフト層）／第２半導体層領域（一実施例においてベース領域）／第３半導体層領域（一実施例においてエミッタ層）で形成される寄生バイポーラトランジスタにおける第３半導体層領域直下の第２半導体層領域の幅を狭くすることができ、応じて第２半導体層領域の抵抗を低減することができる。これにより、寄生バイポーラトランジスタ動作が抑制され、応じて、寄生サイリスタのラッチアップを抑制することができる。また、高濃度半導体層領域が第３半導体層領域下方に配置されており、同様、この第３半導体層領域直下の第２半導体層領域の抵抗を低減でき、寄生バイポーラトランジスタ動作を抑制でき、ラッチアップ耐性を改善することができる。
【００１５】
また、連続的に本体部が形成されており、一実施例においてエミッタである第３半導体層領域に対して形成されるチャネル幅は低減されず、一定のゲート−エミッタ間またはゲート−ソース間電圧（ＶＧＥまたはＶＧＳ）を印加した状態で、コレクタ−エミッタ間電圧またはソース−ドレイン間電圧を印加したときのコレクタ電流−エミッタ電流（ＩＣＥ）特性またはソース／ドレイン電流特性は劣化しない。また、リング状にチャネル領域が形成されており、チャネル領域を大きくすることができ、大きな電流を流すことができる。
【００１６】
また、凸部の配置のピッチが、凸部の幅よりも大きくされており、ゲート電極配線を容易に取り出すことができる。
【００１７】
この発明に係る半導体装置においては、一実施例においてエミッタ層領域に対応する第３半導体層領域が、島状に互いに分離して配置される単位領域で構成され、単位領域下方に高濃度半導体層領域が配置される。したがって、半導体領域（ドリフト層）／第２半導体層領域（一実施例においてベース領域）／第３半導体層領域（一実施例においてエミッタ層）で形成される寄生バイポーラトランジスタにおける第３半導体層領域直下の第２半導体層領域の抵抗を低減することができる。これにより、寄生バイポーラトランジスタ動作が抑制され、応じて、寄生サイリスタのラッチアップを抑制することができる。
【００１８】
また、単位領域の間の領域においては高濃度半導体層領域により少数キャリアが流れ、効率的に少数キャリアを吸収することができ、ターンオフ時間を短縮することができる。また、高濃度半導体層領域が第３半導体層領域下方に配置されており、同様、この第３半導体層領域直下の第２半導体層領域の抵抗を低減でき、寄生バイポーラトランジスタ動作を抑制でき、ラッチアップ耐性を改善することができる。
【００１９】
また、一実施例において、エミッタである第３半導体層領域において単位領域が分離して配置されるものの、単位領域の幅は、単位領域間の距離よりも小さくされており、この第３半導体層領域全体に対して形成されるチャネル幅はそれほど低減されず、一定のゲート−エミッタ間またはゲート−ソース間電圧（ＶＧＥまたはＶＧＳ）を印加した状態で、コレクタ−エミッタ間電圧またはソース−ドレイン間電圧を印加したときのコレクタ電流−エミッタ電流（ＩＣＥ）特性またはソース／ドレイン電流特性は劣化しない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１に従う横型ＩＧＢＴの表面レイアウトを概略的に示す図である。
【図２】図１に示す線Ｌ２−Ｌ２に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図３】図１に示す線Ｌ３−Ｌ３に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図４】図１に示す線Ｌ４−Ｌ４に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図５】図１から４に示す横型ＩＧＢＴの寄生サイリスタの電気的等価回路を示す図である。
【図６】（Ａ）は、エミッタ層とエミッタコンタクト領域の形状を拡大して示す図であり、（Ｂ）は、このエミッタ層の構造をより拡大して示す図である。
【図７】図６（Ａ）に示すエミッタ層の構造におけるゲート電極取出し配線の配置の一例を示す図である。
【図８】図７に示すゲート電極取出し配線と各電極の平面レイアウトを概略的に示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１の変更例１の横型ＩＧＢＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。
【図１０】図９に示す線Ｌ１０−Ｌ１０に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図１１】図９に示す線Ｌ１１−Ｌ１１に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態１の変更例２の横型ＩＧＢＴの断面構造を概略的に示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態１の変更例２の横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態１の変更例３に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域の断面構造を概略的に示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態１の変更例３の横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態２に従う横型ＩＧＢＴの表面のレイアウトを概略的に示す図である。
【図１７】図１６に示す線Ｌ１７−Ｌ１７に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図１８】図１６に示す線Ｌ１８−Ｌ１８に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態２の変更例１の横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態２の変更例１の横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態２の変更例２に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図２２】この発明の実施の形態２の変更例２のエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図２３】この発明の実施の形態２の変更例３に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図２４】この発明の実施の形態２の変更例３のエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図２５】この発明の実施の形態３に従う横型ＩＧＢＴの表面のレイアウトを概略的に示す図である。
【図２６】図２５に示す線Ｌ２６−Ｌ２６に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図２７】図２５に示す線Ｌ２７−Ｌ２７に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図２８】この発明の実施の形態３の変更例１の横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図２９】この発明の実施の形態３の変更例１における横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図３０】この発明の実施の形態３の変更例２の横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図３１】この発明の実施の形態３の変更例２に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図３２】この発明の実施の形態３の変更例３の横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図３３】この発明の実施の形態３の変更例３のエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図３４】この発明の実施の形態４に従う横型ＩＧＢＴの表面のレイアウトを概略的に示す図である。
【図３５】図３４に示す線Ｌ３５−Ｌ３５に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図３６】図２５に示す線Ｌ３６−Ｌ３６に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図３７】この発明の実施の形態４の変更例１に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図３８】この発明の実施の形態４の変更例１に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図３９】この発明の実施の形態４の変更例２に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図４０】この発明の実施の形態４の変更例２に従う横型ＩＧＢＴの断面構造を概略的に示す図である。
【図４１】この発明の実施の形態４の変更例３に従う横型ＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。
【図４２】この発明の実施の形態４の変更例３に従う横型ＩＧＢＴの断面構造を概略的に示す図である。
【図４３】この発明の実施の形態５に従う横型ＭＯＳＦＥＴの表面のレイアウトを概略的に示す図である。
【図４４】図４３に示す線Ｌ４４−Ｌ４４に沿った断面構造を概略的に示す図である。
【図４５】この発明の実施の形態６に従うＩＧＢＴのセルの配置の一例を示す図である。
【図４６】この発明の実施の形態６のＩＧＢＴのセルの配置の他の例を示す図である。
【図４７】比較基準としての従来の楕円構造横型ＩＧＢＴの表面のレイアウトを概略的に示す図である。
【図４８】この発明の実施の形態６に従うＩＧＢＴのチャネル長と図４７に示すＩＧＢＴのチャネル領域を併せて示す図である。
【図４９】図４７に示すＩＧＢＴのスイッチング特性を示す図である。
【図５０】図４６に示すＩＧＢＴのスイッチング特性を示す図である。
【図５１】この発明の実施の形態７に従う横型ＩＧＢＴの断面構造を概略的に示す図である。
【図５２】図５１に示す横型ＩＧＢＴおよび図２に示す横型ＩＧＢＴのスイッチング特性を示す図である。
【図５３】図２に示す横型ＩＧＢＴのホール、電子分布および空乏層領域境界線を示す図である。
【図５４】接合分離構造横型ＩＧＢＴ（図２）のホールの分布を示す図である。
【図５５】図２に示す接合分離構造横型ＩＧＢＴの電子、ホールおよび平衡状態の濃度分布を示す図である。
【図５６】図５１に示す誘電体分離構造横型ＩＧＢＴの電流、電位分布を空乏層領域境界部を示す図である。
【図５７】図５１に示す誘電体分離構造横型ＩＧＢＴのホールの分布を示す図である。
【図５８】図５１に示す誘電体分離構造横型ＩＧＢＴにおけるコレクタ−エミッタ間の電子、ホール分布および平衡状態のホール／電子濃度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う横型ｎチャネルＩＧＢＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。図１においては、絶縁膜、配線および電極等は示さず、また、この発明の特徴の１つである高濃度半導体領域も示していない。
【００２２】
図１において、ＩＧＢＴ１は、中央部に円形状に形成されるｐ型コレクタ層(第１半導体層領域)２と、このコレクタ層２を取り囲むように形成されるｎ型バッファ層(半導体領域)３と、バッファ層３外部にリング状に形成されるｎ−型ドリフト層(半導体領域)４と、このｎ−型ドリフト層４外部にリング状に形成されるｐ型ベース層（第２半導体領域）５と、このｐ型ベース層５内に形成されるｎ＋エミッタ層（第３半導体領域）６を含む。
【００２３】
エミッタ層６は、リング状に連続的に形成される本体部６ａと、所定間隔で配置されかつこの本体部６ａに結合されるともにコレクタ層２から遠ざかる方向に突出する凸部６ｂを含む。このｎ＋エミッタ層６を、凸部領域を設けて、その半径方向の長さを部分的に長くすることにより、ｐ型ベース層５におけるエミッタ層下部の長さを短くしてベース抵抗を低減する。
【００２４】
このｐ型ベース層５においては、エミッタ層６とｎ−ドリフト層４の間に、図示しないゲート電極の電圧によりチャネルが形成されるチャネル形成領域８が設けられる。エミッタ層６の領域においては、ｐ型ベース層５の中央部にリング状にエミッタ電極コンタクト領域７が設けられる。このエミッタ電極コンタクト領域７において、エミッタ層６の凸部６ｂと電気的に結合するエミッタ電極が設けられる。
【００２５】
したがって、エミッタ層６において、本体部６は連続的にリング状に形成されているため、チャネル形成領域８においてチャネルは、リング状に連続的に形成される。
【００２６】
また、ｐ型コレクタ層２を取り囲むように形成されるｎ型層（バッファ層）３は、ｐ型コレクタ層２からの少数キャリアを吸収する。
【００２７】
図２は、図１に示す線Ｌ２−Ｌ２に沿ったＩＧＢＴ１の断面構造を概略的に示す図である。図２において、ＩＧＢＴ１は、ｐ型半導体基板（半導体基板）１０表面上に形成されるｎ−型ドリフト層４を有する。ｎ−層（ドリフト層）４表面の中央部（図２においては左端）に、ｎ型層（ウェル領域）３が形成され、ｎ型（バッファ）層３表面に、ｐ型コレクタ層２が形成される。このｐ型コレクタ層２は、コレクタ電極１３に電気的に接続される。コレクタ電極１３は、コレクタ電極配線１４によりコレクタ端子（図示せず）に結合される。
【００２８】
コレクタ電極配線１４下部およびｎ−層４表面には、第１絶縁膜１１が形成され、第１絶縁膜１１上に、保護膜として機能する第２絶縁膜１２が設けられる。コレクタ電極１３とｎバッファ層３の間には、層間絶縁膜が設けられる。
【００２９】
一方、図２の右側に示すエミッタ部においては、第１絶縁膜１１上にゲート配線１６が形成される。このゲート配線１６は、ｎ−層４上に、ゲート絶縁膜１５を介して形成されるゲート電極配線部１６ａを含む。このゲート配線１６は、ゲート電極１７に電気的に接続される。ゲート配線１６において、ゲート電極配線部１６ａを、リング状に形成することにより、ｐ型ベース層５表面のチャネル形成領域８全体にわたって、ゲート電極１７に印加される電圧に応じてチャネルを形成する。
【００３０】
ｐ型ベース層５の表面に、ｐ型ベース層５よりも高濃度のｐ＋層２０がエミッタ層６よりも深く形成される。このｐ＋層２０上に、ｎ＋エミッタ層６が形成される。ｐ＋層２０およびｎ＋エミッタ層６両者に接触するようにエミッタ電極２１が形成される。ゲート電極１７とエミッタ電極２１の間には層間絶縁膜１９が設けられ、互いに分離される。
【００３１】
ｎ＋エミッタ層６底部に、高濃度のｐ＋層２０が設けられており、したがって、ｎ＋エミッタ層６底部のベース層の抵抗値が小さくされ、電圧降下が低減される。
【００３２】
図３は、図１に示す線Ｌ３−Ｌ３に沿ったＩＧＢＴ１の断面構造を概略的に示す図である。この図３に示すＩＧＢＴ１の断面構造においては、図２に示すＩＧＢＴのエミッタ領域近傍の断面構造とその構成は同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。ただし、図３においては、図２に示す第１および第２絶縁膜１１および１２については特に参照番号は付していない。
【００３３】
図３に示すように、ｎ＋エミッタ層６は、チャネル形成領域８からエミッタ電極２１下部にまで延在する（凸部がエミッタ電極２１に結合される）。エミッタ電極２１は、また、ｎ＋エミッタ層６の底部に形成されるｐ＋層２０に結合される。したがって、ｐ型ベース層５を直接エミッタ電極２１に結合する場合に比べて、エミッタ電極２１とベース層の間の接触抵抗を低減することができる。ターンオフ時または定常状態において、正孔（ホール）ＨＬが、ｐベース層５からｐ＋層２０を介してエミッタ電極２１に流れ込む。この場合、ｐ＋層２０における抵抗値は小さく、ｎ＋エミッタ層６下部におけるｐ型ベース層５の電圧降下は小さい。従って、ｐ型ベース層５とｎ＋エミッタ層６が順方向にバイアスされるのを防止することができ、寄生ｎｐｎバイポーラトランジスタがオン状態となるのを防止することができる。すなわち、ｐ＋層２０を設けることにより、ｎ＋エミッタ層６直下を、停滞することなくホールＨＬがエミッタ電極２１に流れ込み、高速で少数キャリアのホールを放出することができる。言い換えると、エミッタ電極２１に対するベース層５（ｐ＋層２０）のコンタクト抵抗の低減により、間接的に、ｎ＋エミッタ層６直下のｐベース領域のベース抵抗が低減されている。
【００３４】
図４は、図１に示す線Ｌ４−Ｌ４に沿ったＩＧＢＴ１の断面構造を概略的に示す図である。図４に示すＩＧＢＴ１の領域においては、ｎ＋エミッタ層６において、本体部６ａが設けられ、凸部６ｂは設けられていない。したがって、エミッタ電極２１が、ｐ＋層２０にのみ接触される。この図４に示す断面構造の他の構成は、図３に示す断面構造の構成要素と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００３５】
図４に示すように、ｎ＋エミッタ層６において、凸部６ｂが設けられていない領域においては、本体部６ａの長さは短い。したがって、この領域において、ｎ＋エミッタ層６下部のベース抵抗はより小さく、ホールＨＬは、エミッタ電極２１へ、低抵抗のｐ＋層２０を介して停滞することなく放出される。これにより、より効果的に寄生ｎｐｎバイポーラトランジスタ動作を抑制することができ、応じて、ＩＧＢＴ１のターンオフ時および定常状態のオン時における寄生サイリスタのラッチアップ耐性を改善することができる。
【００３６】
図５は、図１から４に示す横型ＩＧＢＴ１の寄生サイリスタの電気的等価回路を示す図である。図５において、寄生サイリスタは、ｐｎｐバイポーラトランジスタＴＲ１と、ｎｐｎバイポーラトランジスタＴＲ２とを含む。ｐｎｐバイポーラトランジスタＴＲ１は、そのエミッタがｐ型コレクタ層２により形成され、ベースがｎ＋層３およびｎ−層４により形成され、そのコレクタが、ｐベース層５およびｐ＋層２０により形成される。一方、ｎｐｎバイポーラトランジスタＴＲ２は、ｎ＋層３およびｎ−層４で形成されるコレクタと、ｎ＋エミッタ層６で形成されるエミッタと、ｐベース層５およびｐ＋層２０で形成されるベースを有する。このバイポーラトランジスタＴＲ２のベース層においてベース抵抗Ｒが存在する。
【００３７】
寄生バイポーラトランジスタＴＲ１のエミッタが、コレクタ電極１３に結合され、寄生バイポーラトランジスタＴＲ２のエミッタおよびベースが、エミッタ電極２１に結合される。
【００３８】
ｐ＋層２０を設け、またｎ＋エミッタ層６の半径方向の長さを短くすることにより、ベース抵抗Ｒを小さくすることができる。応じて、寄生バイポーラトランジスタＴＲ２のベース−エミッタ間の電圧が、ビルトイン電圧を超えるのを抑制でき、この寄生バイポーラトランジスタＴＲ２がオン状態となるのを防止する。これにより、寄生サイリスタのラッチアップ耐性を改善することができる。
【００３９】
また、エミッタ層６は、凹部と凸部とを有する歯車状にその外周が形成されているものの、内周部においては、本体部６ａが連続的に形成されており、チャネル形成領域８は、連続的に形成される。エミッタ領域６の本体部６ａをリング状に形成しているため、エミッタ層６の円周方向に沿ってチャネルが連続的に形成され、チャネル幅を充分に大きくすることができる。したがって、一定のゲート−エミッタ間電圧ＶＧＥを印加した状態で、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣを印加したときのコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥ特性の劣化は抑制され、大電流を駆動することができる。
【００４０】
図６（Ａ）は、図１に示す平面レイアウトのｎ＋エミッタ層６に対するエミッタコンタクト領域をより具体的に示す図である。このｎ＋エミッタ層６は、リング状に連続して形成される本体部６ａと、所定の間隔で配置される凸部６ｂを含む。凸部６ｂは、本体部６ａに連結される。この本体部６ａ外周に沿って、凸部６ｂと一部が重なり合うように、エミッタコンタクト領域２５が形成される。このエミッタ電極コンタクト領域７においては、下部に形成される凸部６ｂおよびｐ＋層２０（図６（Ａ）には示さず）と電気的に接続されるエミッタ電極（２１）が形成される。
【００４１】
したがって、エミッタ電極コンタクト領域７において、凸部６ｂをｎ＋エミッタ層６に対して電気的接続を取る領域として用いることにより、ｎ＋エミッタ層６の下部のｐ型ベース層の長さを低減することができる。
【００４２】
図６（Ｂ）は、この図６（Ａ）に示すｎ＋エミッタ層６の一部の構成を拡大して示す図である。ｎ＋エミッタ層６において、本体部６ａの外周に、円周方向に沿って、所定のピッチＷ１で、幅Ｗ２の凸部６ｂが形成される。凸部６ｂの配置のピッチＷ１は、凸部６ｂの幅Ｗ２よりも十分大きくされる（Ｗ１＞Ｗ２）。このｎ＋エミッタ層の凸部６ｂを、十分間隔を開けて配置することにより、ｎ＋エミッタ層６の半径方向の幅の増大を十分に抑制して、ベース抵抗を低減することができる。また、このピッチＷ１が、凸部６ｂの幅Ｗ２よりも十分大きくされると、以下の利点が得られる。
【００４３】
図７は、ｎ＋エミッタ層とエミッタ電極とゲート電極引出し配線の平面レイアウトを拡大して示す図である。この図７に示すように、ｎ＋エミッタ層６は、リング状に連続して形成される本体部６ａと、この本体部６ａに隣接して所定のピッチ（Ｗ１）で配置される凸部６ｂを含む。この凸部６ｂに対して、エミッタ電極３０（２１）との間の電気的にコンタクトが取られる。このエミッタ電極３０は、図２に示すエミッタ電極２１に対応し、図１に示すエミッタ電極コンタクト領域７に沿って、リング状に配設される。凸部６ｂの間に、ゲート電極引出し配線３２が配設される。
【００４４】
凸部６ｂの間のゲート電極取り出し配線３２を配置する領域において、エミッタ電極３０は分離される。したがって、このゲート電極引出し配線３２下部において、ｎ＋エミッタ層６の本体部６ａを連続的に延在して配置させるとともに、エミッタ電極２１（３０）を凸部６ｂを介してｎ＋エミッタ層６に電気的に接触させることができる。これにより、ゲート電極引出し配線３２の配設領域においてエミッタ層６を分離する必要がなくなる。このｎ＋エミッタ層本体部６ａを連続的に延在させることにより、チャネル形成領域を連続的に延在させることができ、ＩＧＢＴのチャネル幅が低減されるのを防止することができる。
【００４５】
図８は、ＩＧＢＴ１のエミッタ電極およびゲート電極の平面レイアウトを概略的に示す図である。この図８に示すように、ＩＧＢＴにおいて、ｐベース層５の内周部に、チャネル形成領域８が設けられる。このチャネル形成領域８の内側に、ゲート電極（ゲート電極配線１６，１９を含むゲート配線）１７がリング状に形成される。ゲート電極１７は、内部に形成されるｎバッファ層３およびｐコレクタ層２を取り囲むように配置される。
【００４６】
このチャネル形成領域８外部に、リング状に連続的に形成される本体部６ａおよびこの本体部６ａに連結する凸部６ｂを有するｎ＋エミッタ層６が設けられる。エミッタ層６の凸部６ｂと一部が重なるように、ｐベース層５表面に、エミッタ電極３０（エミッタ電極コンタクト領域７）が設けられる。エミッタ電極３０は、その一部が、凸部６ｂの間の領域において分離される。このエミッタ電極３０の分離領域においてゲート電極引出し配線３２が配設され、内部でリング状に形成されるチャネルゲート電極１７と結合される。
【００４７】
したがって、この図８に示すように、ｎ＋エミッタ層６は連続的に形成され、かつエミッタ電極３０と電気的に接続される。したがって、チャネル形成領域８においてチャネルを、ｎ＋エミッタ層６内部に連続的に形成することができ、チャネル幅が低減されるのを抑制することができる。
【００４８】
また、図８においては、エミッタ電極３０は、１箇所において切断されて分離され、この分離領域においてゲート電極取出し配線３２が配設される。しかしながら、このエミッタ電極３０は、複数箇所において切断されて、各切断領域においてゲート電極取出し配線３２が配設されてもよい。各分割エミッタ電極３０が、それぞれ共通にエミッタ電極引出し配線（エミッタ端子）に結合されればよい。
【００４９】
以上のように、この凸部６ｂの円周方向に沿っての幅（Ｗ１）を、凸部６ｂの円周方向に沿ったピッチ（Ｗ２）よりも小さくすることにより、ゲート電極取出し配線３２は、十分余裕をもって配設することができる。これにより、ゲート−エミッタ間電圧ＶＧＥを印加した状態で、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣを印加したときのコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥ特性が悪化するのが防止される。
【００５０】
上述の説明においては、ｎチャネルＩＧＢＴが示される。しかしながら、横型ｐチャネルＩＧＢＴを用いても、同様の効果を得ることができる。
【００５１】
各領域の導電型が逆にされれば、横型ｐチャネルＩＧＢＴが得られ、ｎベース層において、高濃度の半導体領域をｐエミッタ領域に隣接して、かつエミッタ層よりも深く形成する。
【００５２】
［変更例１］
図９は、この発明の実施の形態１の変更例１のＩＧＢＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。図９においても、絶縁膜、電極および配線は記載していない。この図９に示す平面レイアウトは、図１に示すＩＧＢＴ１の平面レイアウトと、以下の点でその構成が異なる。すなわち、ｐ型ベース層５内に、ｎ＋エミッタ層６下部に、高濃度のｐ＋層３５がリング状に、エミッタ層６の凸部６ｂの先端部と外周が整列するように設けられる。この図９に示す平面レイアウトの他の構成は、図１に示す平面レイアウトと同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００５３】
図１０は、図９に示す線Ｌ１０−Ｌ１０に沿った断面構造を概略的に示す図である。図１０において、ｎ＋エミッタ層６（６ａ，６ｂ）下部に、ｐ＋層３５がｐベース層５内に、ｎ＋エミッタ層と端部が整列するように形成される。図１０に示す断面構造の他の構造は、図３に示す断面構造と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。従って、この領域においては、エミッタ電極２１は、ｐ型ベース層５とｎ＋エミッタ層６とに電気的に結合される。
【００５４】
図１１は、図９に示す線Ｌ１１−Ｌ１１に沿った断面構造を概略的に示す図である。この図１１に示す断面構造において、ｎ＋エミッタ層６は、本体部６ａが形成され、凸部（６ｂ）は形成されない。この領域においては、高濃度のｐ＋層３５がエミッタ電極２１に結合される。
【００５５】
これらの図９から図１１に示すように、ｐベース層５においてｎ＋エミッタ層６下部に、ｐ＋層３５が設けられており、凸部６ｂが設けられていないエミッタ層の凹部領域においてエミッタ電極２１が高濃度のｎ＋領域に電気的に接続されており、ｐベース層５の抵抗を低減することができ、寄生サイリスタのラッチアップ耐性を改善することができる。また、本体部６ａによりチャネルが連続的にリンク状に形成されており、チャネル幅は充分に広くすることができ、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥ特性の劣化が抑制される。また、ｐ＋層３５がエミッタ電極２１に電気的に結合され、ベース層５に対するエミッタ電極２１の接触抵抗を低減でき、応じて、ベース抵抗を低減することができ、寄生サイリスタのラッチアップ耐量をより一層改善することができる。
【００５６】
また、ｎ＋エミッタ層６において、凸部６ｂの幅が、凸部６ｂのピッチよりも狭くされており、先の図７に示す構成と同様、ゲート電極取出し配線を余裕をもって配置することができる。
【００５７】
［変更例２］
図１２および図１３は、この発明の実施の形態１の変更例２に従うＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。図１２に示す断面構造は、図９に示す線Ｌ１０−Ｌ１０に沿った断面構造に対応する。図１２に示すＩＧＢＴにおいては、ｎ＋エミッタ層６は、これまでと同様、円形状に形成される本体部６ａと、コレクタ層から遠ざかる方向に突出する凸部６ｂとを含む。このｎ＋エミッタ層６下部に、ほぼ同じ大きさで、ｐ＋層４０が設けられる。この図１２に示す断面構造は、図１０に示す断面構造と他の構成は同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００５８】
図１３に示す断面構造は、図９に示す線Ｌ１１−Ｌ１１に沿った断面構造に対応する。図１３においては、ｎ＋エミッタ層の凸部（６ｂ）が設けられず、本体部６ａが配置される。このｎ＋エミッタ層６の本体部６ａを囲むように、ｐ＋層４０が形成されて、ｐ＋層４０がエミッタ電極２１と電気的に結合される。
【００５９】
この図１３に示す断面構造の他の構成は、図１１に示す断面構造と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００６０】
図１２および図１３に示すように、ｐベース層５内に、ｎ＋エミッタ層６（６ａ，６ｂ）下部と、このｎ＋エミッタ層６よりも深くｐ＋層４０を形成することにより、ｐベース層５のベース抵抗を低減することができ、またｐベース層５に対する接触抵抗も低減することができ、これまでの図１から図４に示す構成と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
［変更例３］
図１４および図１５は、この発明の実施の形態１の変更例３に従うＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。図１４に示す断面構造は、図９に示す平面レイアウトの線Ｌ１０−Ｌ１０に沿った断面構造に相当し、図１５に示す断面構造は、図９に示す平面レイアウトの線Ｌ１１−Ｌ１１に沿った断面構造に対応する。
【００６２】
この図１４に示すように、ｎ＋エミッタ層６（本体部６ａ，凸部６ｂ）下部に、ｐベース層５内に、高濃度ｐ＋層４５が設けられる。このｐ＋層４５は、ｐベース層５内に埋込まれており、エミッタ層６と分離される。エミッタ電極２１は、ｎ＋エミッタ層６およびｐベース層５に電気的に結合される。一方、図１５に示すように、ｎ＋エミッタ層６において、本体部６ａが設けられており、凸部６ｂが設けられていない領域においては、ｐ＋層４５が、ｐベース層５内において、エミッタ電極２１下部にまで延在して形成される。
【００６３】
図１４および図１５に示す断面構造の他の構成は、図１２および図１３に示す断面構造と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
図１４および図１５に示すように、ｐベース層５内に、ｎ＋エミッタ層６と離れて、ｐ＋層４５を配置する場合においても、ｎ＋エミッタ層６下部のベース抵抗は、ｐ＋層４５により低減することができ、ラッチアップ耐性を改善することができる。また、チャネル形成領域８、連続的に形成されており、コレクタ−エミッタ電流ＩＣ特性の悪化は十分に抑制することができる。また、エミッタ層６の形状は、先の図１から４および変更例１から２において説明したものと同じであり、本体部６ａおよび凸部６ｂを有しており、ゲート電極取出し配線も十分余裕をもって配置することができ、これまで説明した実施の形態１および変更例１および２と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
以上のように、この発明の実施の形態１に従えば、横型ＩＧＢＴにおいてエミッタ層を、凹部および凸部を有する歯車形状（本体部と凸部を有する形状）に形成し、このエミッタ層よりも深い部分に、高濃度半導体層を形成している。従って、ベース抵抗を低減でき、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を改善することができる。また、チャネル幅を十分広く取ることができ、一定のゲート−エミッタ間電圧（ＶＧＥ）を印加した状態において、コレクタ−エミッタ間電圧（ＶＣ）を印加したときのコレクタ−エミッタ電流（ＩＣＥ）特性の劣化を抑制することができる。また、ゲート電極取出し配線も、エミッタ電極とエミッタ層との接触に影響を及ぼすことなく配置することができ、チャネル幅を十分に確保することができ、大電流を駆動することができる。
【００６６】
［実施の形態２］
図１６は、この発明の実施の形態２に従うＩＧＢＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。この図１６においても、図面を簡略化するために、絶縁膜、電極配線およびベース層内の高濃度ｐ型層は示していない。
【００６７】
この図１６に示す平面レイアウトは、以下の点で、図１に示す実施の形態１に従うＩＧＢＴの平面レイアウトとその構成が異なる。すなわち、ｐ型ベース層５内に配置されるｎ＋エミッタ層として、互いに分離して配置される単位エミッタ層（単位領域）６０が、このｐ型ベース層５内において円周方向に沿って所定の間隔を置いて配置される。この図１６に示すＩＧＢＴの平面レイアウトの他の構成は、図１に示す平面レイアウトの構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００６８】
単位エミッタ層６０の円周方向に沿った幅ａは、単位領域の間隔ｂよりも大きくされる。単位エミッタ層６０の形状は、４辺を有する矩形形状であればよい。幅および間隔は円周方向に沿った長さである。
【００６９】
図１７は、図１６に示す線Ｌ１７−Ｌ１７に沿った断面構造を概略的に示す図である。この図１７に示すように、ｐベース層５表面に、高濃度のｐ型半導体層（ｐ＋層）６２が単位エミッタ層６０下部に形成される。エミッタ電極２１が、図１６に示すエミッタ層コンタクト領域７において単位エミッタ層６０およびｐ＋層６２に電気的に接続される。単位エミッタ層に隣接してチャネル形成領域８がｐベース層５表面に形成される。このチャネル形成領域８上には、ゲート絶縁膜１５を介して、ゲート配線１６ａが設けられる。ゲート配線１６ａは、連続的に延在するゲート配線により構成され、ゲート電極１７の一部を構成する。
【００７０】
このｎ−層４表面のｐベース層５内において、単位エミッタ層６０が形成され、この単位エミッタ層よりも深くその下部に、高濃度のｐ＋層６２が設けられる。
【００７１】
図１８は、図１６に示す線Ｌ１８−Ｌ１８に沿った断面構造を概略的に示す図である。単位エミッタ層６０は、島状に形成されており、図１８に示す領域においては、単位エミッタ層６０は設けられず、ｐ＋層６２が、チャネル形成領域８に隣接するように延在して、ｐベース層５表面に形成される。ｐ＋層６２がエミッタ電極２１に結合される。
【００７２】
このチャネル形成領域８においては、上部のゲート配線１６ａに印加される電圧により、チャネルが形成される。単位エミッタ層６０は、図１８に示す領域においては設けられていない。したがって、ターンオフ時または定常状態のオン状態時におけるホールは、ｎ＋エミッタ層６０の直下の領域ではなく、単位エミッタ層６０の間に設けられるｐベース層またはｐ＋層６２を介して、エミッタ電極２１へ流れる傾向が強くなる。エミッタ層直下に流れ込むホールの数は低減され、ｎ−層４／ｐベース層５／ｎ＋エミッタ層６２で形成される寄生ｎｐｎバイポーラトランジスタ動作が抑制される。応じて、ｐコレクタ層２／ｎバッファ層３，ｎ−ドリフト層４／ｐベース層５／ｎ＋エミッタ層６０で形成される寄生サイリスタのラッチアップを抑制することができる。
【００７３】
また、ｐ＋層６２により、単位エミッタ層６０下部のベース抵抗は低減され、実施の形態１と同様、寄生サイリスタのラッチアップを抑制することができる。
【００７４】
また、エミッタ電極２１が、ｐ＋層６２に直接接続される領域が存在し、このエミッタ電極２１とｐベース層５の間の接触抵抗を低減でき、円滑に、ｐベース層５（ｐ＋層６２）とエミッタ電極２１との接触領域を介してホールが流れ、単位エミッタ層６０およびｐ＋層６２の寄生サイリスタのラッチアップ耐量をより一層向上させることができる。
【００７５】
また、図１６に示すように、この単位エミッタ層の円周方向に沿った幅ａは、単位エミッタ層６０のピッチｂよりも十分広くされる。したがって、単位エミッタ層６０と対向するチャネル形成領域８においてチャネル幅を十分大きくすることができ、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥ特性を向上することが可能となる。
【００７６】
なお、図１６に示すように単位エミッタ層６０の平面レイアウトの形状は、扇形の形状または台形形状または短冊型の形状などのいずれの形状であってもよく、４辺を有する閉領域を形成する島状領域で単位エミッタ層６０が形成されればよく、ここでは、これらの短冊状、台形または扇形の４辺を有する形状を、「矩形様」の形状と規定する。
【００７７】
また、この単位エミッタ層６０のピッチｂは、このチャネル形成領域８において十分な幅のチャネルが形成される大きさに設定されればよい。したがって、この単位エミッタ層６０の形状として、外周部が狭く、チャネル形成領域８に対向する部分が広い形状が設けられてもよい。
【００７８】
また、図８に示す構造と同様、ゲート電極配線取り出し配線が、この島状領域の間の領域に配置されてもよい。
【００７９】
［変更例１］
図１９および図２０は、この発明の実施の形態２の変更例１に従うＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。図１９に示す断面構造は、図１６に示す線Ｌ１７−Ｌ１７に沿った断面構造に対応し、図２０に示す断面構造は、図１６に示す線Ｌ１８−Ｌ１８に沿った断面構造に対応する。図１９に示す構造において、単位ｎ＋エミッタ層６０下部に、ｐ＋層６２が形成される。このｐ＋層６２は、単位エミッタ層６０よりも半径方向の長さが短くされ、外周部が単位エミッタ層６０の外周部に整列して配置される。従って、この領域においては、エミッタ電極２１は、単位エミッタ層６０およびｐ型ベース層５に電気的に接続される。
【００８０】
一方、単位エミッタ層６０が設けられていない領域においては、図２０に示すように、ｐ＋層６２が、このｐベース層５表面に、連続的に形成される。このｐ＋層６２は、ｐベース層５においてチャネル形成領域８に隣接してその一部の領域に形成される。この領域においては、エミッタ電極２１は、ｐ＋層６２およびｐが他ベース層５とに電気的に接続される。これらの図１９および図２０に示す断面構造において、他の構成は、図１７および図１８に示す断面構造と同様であり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００８１】
この図１９および図２０に示す構成においても、単に、ｐ＋層６２の半径方向に沿った長さが短くされ、ｐベース層５においてエミッタ電極２１下部にまでチャネル形成領域８が延在して形成されるだけであり、図１７および図１８に示す構成と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
［変更例２］
図２１および図２２は、この発明の実施の形態２の変更例２のＩＧＢＴのエミッタ領域の断面構造を概略的に示す図である。図２１および図２２に示す変更例２の構成においても、その平面レイアウトは、図１６に示すＩＧＢＴの平面レイアウトと同じであり、単位エミッタ層６０が、互いに間をおいて円周方向に沿って所定のピッチで配置される。
【００８３】
図２１に示す断面構造は、図１６に示す線Ｌ１７−Ｌ１７に沿った断面構造に対応し、図２２は、図１６に示す線Ｌ１８−Ｌ１８に沿った断面構造に対応する。この図２１に示すように、ｐ＋層６２は、単位ｎ＋エミッタ層６０と半径方向の幅がほぼ同じに形成され、チャネル形成領域８に接するように、ゲート配線１６ａ下部にまで延在して形成される。単位エミッタ層６０の外周部および内周部と整列してｐ＋層６２が配置される。エミッタ電極２１が、単位ｎ＋エミッタ層６０およびｐ型ベース層５とに電気的に接続される。
【００８４】
図２２に示すように、単位ｎ＋エミッタ層６０が設けられていない領域において、ｐ＋層６２は、チャネル形成領域８に隣接して、ゲート電極配線１６ａ下部にまで延在して配置され、また、エミッタ電極２１に電気的に結合される。
【００８５】
これらの図２１および図２２に示す構成においても、ｐベース層５において、高濃度のｐ＋層６２が設けられ、単位ｎ＋エミッタ層６０よりも深く形成されており、効率的に、ホールを吸収して、エミッタ電極２１へ放出することができ、図１７および図１８に示す構成と同様の作用効果を得ることができる。特に、チャネル形成領域８に接して、ｐ＋層６２が形成されており、単位エミッタ層６２下部のベース抵抗を寄り低減することができ、また、効率的にチャネル形成領域８に形成されるチャネルからのホールを吸収してエミッタ電極２１へ放出することができる。
【００８６】
なお、この実施の形態２においても、ＩＧＢＴとしては、横型ｐチャネルＩＧＢＴが用いられてもよい。少数キャリアとして電子が高濃度ｎ＋層により放出される。
【００８７】
［変更例３］
図２３および図２４は、この発明の実施の形態２の変更例３に従うＩＧＢＴのエミッタ領域近傍の断面構造を概略的に示す図である。この図２３および図２４に示す変更例３のＩＧＢＴの平面レイアウトは、先の図１６に示す構成と同じであり、エミッタ層として、単位ｎ＋エミッタ層６０が、ＩＧＢＴのｐベース層５内において分離して配置される。
【００８８】
図２３に示す断面構造は、図１６に示す線Ｌ１７−Ｌ１７に沿った断面構造に対応し、図２４に示す断面構造は、図１６に示す線Ｌ１８−Ｌ１８に沿った断面構造に対応する。
【００８９】
この図２３および図２４に示すように、この変更例３においては、ｐベース層５内に、単位ｎ＋エミッタ層よりも深い領域に、単位ｎ＋エミッタ層６２と分離して、ｐ＋層６４が埋込み層として形成される。このｐ＋層６４は、チャネル形成領域８に隣接し、かつｐベース層５内においてエミッタ電極２１の下部まで延在するように配置される。この図２３および図２４に示すＩＧＢＴの他の構成は、図１７から図２２に示す断面構造の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００９０】
これらの図２３および図２４に示す構成においても、ｐベース層５において、深い領域に、ｐ＋層６４を形成することにより、単位ｎ＋エミッタ層６０底部におけるベース抵抗を低減することができる。また、単位ｎ＋エミッタ層６０が形成されていない領域（図２４参照）において、ｐ＋層６４が効率的に、ホールを吸収して、エミッタ電極２１へ転送することができる。したがって、この図２３および図２４に示すように、単位ｎ＋エミッタ層６０が、分離して配置される構成において、ｐベース層５内において、単位ｎ＋エミッタ層よりも深い領域に埋込みｐ＋層６４を連続的に、リング状に形成することにより、寄生サイリスタのラッチアップ耐量の向上を実現することができる。また、チャネル幅は十分に取られるため（単位ｎ＋エミッタ層の円周方向に沿った幅が、ピッチよりも十分大きくされる）、十分に確保することができ、大きなコレクタ−エミッタ電流を流すことができる。
【００９１】
なお、この埋め込みｐ＋層６４の半径方向の幅が、単位ｎ＋エミッタ層の半径方向の幅と同一であって、埋め込みｐ＋層６４および単位ｎ＋エミッタ層６２が整列して配置されてもよい。
【００９２】
以上のように、この発明の実施の形態２に従えば、エミッタ領域において、単位エミッタを島状に矩形様の形状でかつ所定のピッチで配置しており、また、この単位エミッタ層の半径方向に沿った幅を、島領域の配置ピッチよりも十分広くすることにより、チャネル幅が十分広くした状態で、高濃度不純物層を介して少数キャリアをエミッタ電極へ放出することができ、寄生サイリスタのラッチアップ耐量の改善および駆動電流の増加を実現することができる。また、ターンオフ時間を短縮することができる。
【００９３】
［実施の形態３］
図２５は、この発明の実施の形態３に従うＩＧＢＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。この図２５に示す平面レイアウトにおいても、図面を簡略化するため、絶縁膜、電極および配線は示していない。
【００９４】
この図２５に示す平面レイアウトは、図１に示す実施の形態１に従うＩＧＢＴの平面レイアウトとその構成は同じである。この図２５に示すＩＧＢＴにおいて、その断面構造は、以下に詳細に説明するように、ｐベース層５よりも深くｐ＋層を形成する。ｎ＋エミッタ層６は、リング状に連続的に形成される本体部６ａと、半径方向に突出する突出部６ｂとを含む。この図２５に示すＩＧＢＴの平面レイアウトの他の構成は、図１に示すＩＧＢＴの平面レイアウトと同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００９５】
図２６は、図２５に示す線Ｌ２６−Ｌ２６に沿った断面構造を概略的に示す図である。この図２６において、ベース層領域７０は、ｎ＋エミッタ層６よりも深くチャネル形成領域８に形成されるｐベース層７２と、ｎ＋エミッタ層６下方に、ｐベース層７０よりも深く形成されるｐ＋層７４を含む。ｎ＋エミッタ層６およびｐ＋層７４が、エミッタ電極２１に結合される。チャネル形成領域８上には、ゲート絶縁膜１５を介してゲート配線１６ａ（１６）が設けられる。このゲート配線１６がゲート電極１７に結合される。ベース領域７０は、ｎ−ドリフト層４表面に形成される。
【００９６】
図２７は、図２５に示す線Ｌ２７−Ｌ２７に沿った断面構造を概略的に示す図である。この図２７に示す断面構造において、ｎ＋エミッタ層６においては、本体部６ａが配置され、凸部６ｂは設けられない。したがって、ｐ＋層７４が、ｐベース層７２に隣接してかつそれより深く形成され、エミッタ電極２１に全面的に結合される。この図２７に示す断面構造の他の構成は、図２６に示す断面構造の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００９７】
ｐ＋層７４が、ｐベース層７２よりも深くｎ＋エミッタ層６（６ａ）下方に形成される。したがって、先の実施の形態１において説明した効果に加えて、さらに以下の効果を得ることができる。
【００９８】
すなわち、ｎ−層４／ｐベース層７２／ｎ＋エミッタ層６で形成される寄生ｎｐｎバイポーラトランジスタにおいて、ｎ＋エミッタ層６（６ａ）直下のｐベース領域の幅が狭く、ベース抵抗を低減することができ、寄生ｎｐｎバイポーラトランジスタ動作を抑制できる。応じて、寄生サイリスタのラッチアップを抑制することができ、実施の形態１と同様、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を向上することができる。
【００９９】
また、ｐ＋層７４によりベース抵抗が小さく、このベース抵抗を介してホールＨＬがｐ＋層７４を介して流れる。この場合、ｐベース層７２に曲率部ＡＲ１の電界強度よりも、ｐ＋層７４底部の曲率部ＡＲ２の電界強度のほうが高くなる場合がある（ｐ＋層７４のほうが、ｐベース層７２よりも不純物濃度が高いため）。したがって、この場合、ホール電流（ホールＨＬの流れ）は、ｐ＋層７４の底部の曲率部ＡＲ２から流入するため、ｎ＋エミッタ層６（６ａ）直下を流れるホール電流の長さが短くなる。したがって、ｎ＋エミッタ層６（６ａ）直下のベース抵抗の長さが短く、応じて、ベース抵抗を低減することができ、寄生バイポーラトランジスタ動作を抑制でき、寄生サイリスタのラッチアップを抑制することができる。
【０１００】
また、このｐベース層７２の半径方向の幅が短くされており、ベース抵抗をさらに低減することができる。
【０１０１】
［変更例１］
図２８および図２９は、本発明の実施の形態３の変更例１に従うＩＧＢＴのエミッタ領域部分の断面構造を概略的に示す図である。この実施の形態３の変更例１のＩＧＢＴの平面レイアウトは、図２５に示す構成と同様である。図２８に示す断面構造は、図２５に示す線Ｌ２６−Ｌ２６に沿った断面構造に対応し、図２９に示す断面構造は、図２５に示す線Ｌ２７−Ｌ２７に沿った断面構造に対応する。
【０１０２】
ｎ＋エミッタ層６は、リング状に連続的に延在する本体部６ａと、コレクタ層から遠ざかる方向に突出する突出部６ｂを含む。この図２８において、ベース層領域７０は、ｎ＋エミッタ層６（６ａ，６ｂ）下部に形成される高濃度のｐ＋層７５と、このｐ＋層７５の両側に配置されるｐベース層７２および７６を含む。ｎ＋エミッタ層６およびｐベース層７６がエミッタ電極２１に結合される。ｐベース層７２は、チャネル形成領域８とエミッタ層本体部６ａ下部にエミッタ層６よりも深く形成される。
【０１０３】
一方、図２９に示すように、エミッタ層６において凸部６ｂが設けられていない領域においては、エミッタ層本体部６ａ下部からエミッタ電極２１下部に、ｐ＋層７５がｐベース層７２および７９よりも深く形成される。
【０１０４】
この図２８および図２９に示す断面構造の他の構成は、図２６および図２７にそれぞれ示す断面構造の構成要素と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１０５】
この変更例１の構成においても、ｐ＋層７５が、ｐベース層７２および７６よりも深くｎ＋エミッタ層６下部に形成される。したがって、先の実施の形態１と同様、エミッタ層下部のｐベース層のベース抵抗を低減することができ、寄生ｎｐｎバイポーラトランジスタのベース抵抗を低減でき、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を改善することができる。また、図２６および図２７に示す構成と同様、効率的に、ｐ＋層７５により少数キャリアのホールＨＬを吸収して、エミッタ電極２１へ放出することができる。また、実施の形態１に示す構成と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
［変更例２］
図３０および図３１は、この発明の実施の形態３の変更例２に従うＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。この変更例２の構成においても、ｎ＋エミッタ層６は、図２５に示す平面レイアウトと同様、本体部６ａと、凸部６ｂを含む。図３０に示す断面構造は、図２５に示すＬ２６−Ｌ２６に沿った断面構造に対応し、図３１に示す構造は、図２５に示す線Ｌ２７−Ｌ２７に沿った断面構造に対応する。
【０１０７】
これらの図３０および図３１に示す断面構造は、以下の点において、図２８および図２９に示す断面構造と、その構成が異なる。すなわち、ｐベース層７２および７６よりも深くｎ＋エミッタ層６（６ａ，６ｂ）下部に形成されるｐ＋層７５Ｂは、ｎ＋エミッタ層６の内周部と整列してその内周部が配置され、また、その外周部も、ｎ＋エミッタ層６の凸部（６ｂ）の外周部に整列して配置される。
【０１０８】
この図３０および図３１に示す断面構造の他の構成要素は、図２８および図２９に示す構成要素と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１０９】
これらの図３０および図３１に示す断面構造において、ｐ＋層７５Ｂが、ｎ＋エミッタ層６の内周部と整列して、その内周部が形成される。したがって、ｎ＋エミッタ層６の下部のベース抵抗をより低減することができ、寄生バイポーラトランジスタ動作を効率的に抑制することができる。また、先の図２６から図２９に示す構成と同様の作用効果を得ることができる。
【０１１０】
［変更例３］
図３２および図３３は、この発明の実施の形態３の変更例３に従うＩＧＢＴのエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。この図３２に示す断面構造は、図２５に示す平面レイアウトの線Ｌ２６−Ｌ２６に沿った断面構造に対応し、図３３に示す断面構造は、図２５に示す線Ｌ２７−Ｌ２７に沿った断面構造に対応する。
【０１１１】
この変更例３の構成においては、図３２および図３３に示すように、ｐ＋層７５Ｃが、ｐベース層内に埋込まれ、かつｐベース層７２、７６よりも深く形成される。このｐ＋層７５Ｃは、ｎ＋エミッタ層６（６ａ，６ｂ）と分離して配置される。したがって、このｐ＋層７５Ｃの両側に形成されるｐベース層７２および７６は、このｎ＋エミッタ層６底部において連接される。
【０１１２】
この図３２および図３３に示す断面構造の他の構成は、先の図２８から図３１に示す断面構造の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１１３】
これらの図３２および図３３に示すように、ｎ＋エミッタ層６の下方に、ｎ＋エミッタ層と離れて、ｐ＋層７５Ｃを深く形成することにより、同様、このｎ＋エミッタ層６のベース領域層における幅を、その本体部６ａにより短くすることができ、ベース抵抗を低減できる。また、ｐ＋層７５Ｃにより、効率的に、先の図２６および図２７に示す構成と同様、効率的にホールＨＬを吸収して、エミッタ電極２１へ伝達することができる。すなわち、ｐベース層７２の曲率部よりも、ｐ＋層７５Ｃの曲率部の電界強度を大きくすることができ、効率的に、ｐ＋層７５Ｃによりホールを吸収することができ、ｎ＋エミッタ層６の下部におけるホール電流が流れる経路の抵抗値を低減することができる。
【０１１４】
また、本体部６ａにより、このホール電流が流れる経路の長さを短くすることができる。したがって、先の図２６から図３１に示す構成と同様、寄生バイポーラトランジスタの動作を抑制して、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を向上させることができる。また、チャネル形成領域８は、連続的に形成されており、チャネル幅は充分に大きくすることができ、十分な大きさのコレクタ−エミッタ電流を駆動することができる。
【０１１５】
以上のように、この発明の実施の形態３に従えば、エミッタ層領域を、歯車状に、本体部と本体部に所定間隔で連接する凸部とで構成し、かつベース層よりも深く高濃度不純物領域を形成しており、効率的に少数キャリアを吸収できる。これにより、エミッタ層下部におけるベース抵抗を低減でき、寄生バイポーラトランジスタ動作を抑制して、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を向上させることができる。また、チャネルは、リング状に連続的に形成されており、チャネル幅を大きくされ、充分な大きさのコレクタ−エミッタ電流を流すことができる。
【０１１６】
なお、この実施の形態３においても、エミッタ領域が、歯車状に形成されており、このエミッタ層領域の凸部の幅およびピッチ条件を適切に設定することにより、凸部の間の領域においてゲート電極取り出し配線を配置することができ、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１１７】
［実施の形態４］
図３４は、この発明の実施の形態４に従うＩＧＢＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。この図３４においても、電極および配線および絶縁層は示していない。この図３４に示す平面レイアウトは、図１６に示す平面レイアウトと以下の点でその構成が異なる。すなわち、ｎ−層４の周辺部に形成されるベース層領域８０において、高濃度のｐ＋層が、ｐベース層よりも深く形成される。エミッタ層は、互いに分離される単位エミッタ層６０により実現される。この単位エミッタ層６０の幅ａとピッチｂは、先の実施の形態２に示すＩＧＢＴの場合と同様の関係を満たす。
【０１１８】
図３５は、図３４に示す線Ｌ３５−Ｌ３５に沿った断面構造を概略的に示す図である。この図３５に示すように、単位ｎ＋エミッタ層６０下部に、ｐ型ベース層８２よりも深く、ｐ型ベース層８０より高濃度のｐ＋層８４が形成される。ｐ型ベース層８２は、チャネル形成領域８およびｎ＋エミッタ層６０下部の一部にまで延在するように配置される。エミッタ電極２１が単位ｎ＋エミッタ層６０およびｐ＋層８４に電気的に接続される。
【０１１９】
図３６は、図３４に示す線Ｌ３６−Ｌ３６に沿った断面構造を概略的に示す図である。この図３６に示す領域においては、ｐ＋層８４表面には、エミッタ層が設けられない。ｐ＋層８４が、ｐ型ベース層８２と連結される。エミッタ電極２１が、高濃度ｐ＋層８４に電気的に接続される。この図３５および図３６に示す断面構造の他の構成は、図１７および図１８に示す構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１２０】
すなわち、これらの図３５および図３６に示すように、単位エミッタ層６０が、互いに分離して、このエミッタ電極コンタクト領域に円周方向に沿って配置される場合において、高濃度のｐ＋層８４をｐベース層８２よりも深く形成する。図３５に示すｐベース層８２の曲率部ＡＲ１よりも、ｐ＋層８４の下部の曲率部ＡＲ２の電界強度を高くすることができ、効率的に、ホールＨＬをｐ＋層８４を介してエミッタ電極２１へ伝達することができる。特に、図３６に示すように、ｎ＋エミッタ層６０が設けられていない場合、低抵抗で、エミッタ電極２１へホールＨＬを伝達することができる。また、ｎ＋エミッタ層下部にｐ＋層８４が設けられており、このｎ＋エミッタ層６０直下部における抵抗値は小さく、このｐ＋層とｎ＋エミッタ層６０の間のＰＮ接合は、ビルトイン電圧以下となり、少数キャリアの注入は抑制される。したがって、実施の形態２に示す構成に加えて、さらに、効率的に、深いｐ＋層８４に、ホールＨＬを吸収してエミッタ電極２１へ伝達することができる。
【０１２１】
［変更例１］
図３７および図３８は、この発明の実施の形態４に従うＩＧＢＴの変更例１のエミッタ領域の断面構造を概略的に示す図である。図３７に示す断面構造は、図３４に示す線Ｌ３５−Ｌ３５に沿った断面構造に対応し、図３８に示す断面構造は、図３４に示す線Ｌ３６−Ｌ３６に沿った断面構造に対応する。
【０１２２】
図３７および図３８に示すように、高濃度の深いｐ＋層８５Ａは、チャネル形成領域８に形成されるｐベース層８２と、ベース領域８０の外周部にエミッタ電極２１下部に形成されるｐベース層８６との間に形成される。このｐ＋層８５Ａの表面に単位ｎ＋エミッタ層６０が形成される。図３７において、エミッタ電極２１が、単位エミッタ層６０とｐ型ベース層８６とに接続される。図３８に示す領域においては、単位エミッタ層６０が設けられていないため、エミッタ電極２１が、ｐ＋層８５Ａとｐ型ベース層８６とに電気的に接続される。この図３７および図３８に示す構造の他の構成要素は、図３５および図３６に示す構成要素と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１２３】
これらの図３７および図３８に示す構成においても、ｐ＋層８５Ａを設けることにより、単位ｎ＋エミッタ層６０が互いに分離して配置される場合において、このｎ＋エミッタ層間の間の領域（図３８参照）のｐ＋層８５Ａを介して効率的にエミッタ電極２１へホールを伝達することができる。また、深い高濃度ｐ＋層８５Ａにより、高電界により、ｐベース層８２よりも、より効率的にホールを吸収してエミッタ電極２１へ伝達することができる。また、エミッタ電極２１が、高濃度ｐ＋型層８５Ａに電気的に接続されており、ベース層とエミッタ電極間の接触抵抗を低減することができ、応じて、ベース抵抗を低減することができる。
【０１２４】
［変更例２］
図３９および図４０は、この発明の実施の形態４に従うＩＧＢＴの変更例２のエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。この図３９および図４０は、図３７および図３８に示す断面構造と、以下の点でその構成が異なる。すなわち、ｐ＋層８５Ｂが、単位ｎ＋エミッタ層６０とその半径方向において幅がほぼ同じに形成されて、図３９に示す領域においてそれらの内周部および外周部が整列して配置される。これらの図３９および図４０に示す構造の他の構成要素は、図３７および図３８に示す構造の構成要素と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１２５】
これらの図３９および図４０に示す構成においては、単位ｎ＋エミッタ層６０と整列して高濃度のｐ＋層８５Ｂがベース層８２および８６よりも深く形成される。したがって、より効果的に、単位ｎ＋エミッタ層６０直下部のベース抵抗を低減することができ、ベース−エミッタ間電圧差を低減できる。また、このｐ＋層８５Ｂは、先の図３７および図３８に示す構成よりもより長く形成されており、よりベース抵抗を低減することができ、図３７および図３８に示す構成の効果に加えて、さらに、ベース抵抗を低減することができ、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を改善することができる。
【０１２６】
［変更例３］
図４１および図４２は、この発明の実施の形態４に従うＩＧＢＴの変更例３のエミッタ領域部の断面構造を概略的に示す図である。これらの図４１および図４２に示す断面構造は、以下の点で、図３７から図４０に示す断面構造とその構成が異なる。すなわちｐベース層ｐベース層８２およびよりも深く形成される高濃度ｐ＋層８５Ｃは、単位ｎ＋エミッタ層６０と離れて形成され、このｐ型ベース層８２、８６内の埋込層としてかつｐ型ベース層８２、８６よりも深く形成される。したがって、ｐベース層領域８０においてｐベース層８２および８６が、このｐ＋層８５Ｃの表面部において連結される。特に、単位ｎ＋エミッタ層６０が形成されていない領域（図４２参照）においては、単に、ｐベース層８２、８６下部に、ｐ＋層８５Ｃが埋込不純物領域として設けられる。エミッタ電極がこの領域においてｐ型ベース層８２、８６と電気的に接続される。
【０１２７】
したがって、このｐ＋層８５Ｃを埋込領域として形成しても、単位ｎ＋エミッタ層６０下部のホールが流れる経路はｐ＋層８５Ｃにより決定され、ベース抵抗を低減することができる。また、ｐベース層８２，８６よりも深くｐ＋層８５Ｃを形成しており、高電界によりｐベース層下部から流れ込むホールを、効率的に、ｐ＋層８５Ｃにより吸収してエミッタ電極２１に伝達することができる。
【０１２８】
なお、この実施の形態４においては、単位ｎ＋エミッタ層６０の半径方向に沿った幅ａは、その配置ピッチｂよりも広くされる。しかしながら、チャネル幅が十分に確保することができる場合、この単位ｎ＋エミッタ層６０の半径方向に沿った幅ａは、配置ピッチｂよりも小さくされてもよい。
【０１２９】
以上のように、この発明の実施の形態４に従えば、エミッタ層において、単位エミッタ層を互いに分離して配置される島状領域で構成し、かつベース層において高濃度不純物領域を、ベース層よりも深く形成しており、効率的に少数キャリアを吸収して、エミッタ層下部のベース抵抗を低減して、少数キャリアを吸収することができ、ラッチアップ耐量を改善することができる。また、ターンオフ時間を短縮することができる。さらに、島状に（矩形様形状）の単位エミッタ層を配置しており、チャネル幅は充分に確保することができ、十分なコレクタ−エミッタ電流を駆動することができる。
【０１３０】
［実施の形態５］
図４３は、この発明の実施の形態５に従う横型ＭＯＳＦＥＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。この図４３においても、図面を簡略化するために、電極、絶縁膜および電極配線は示していない。
【０１３１】
図４３において、横型ｎチャネルＭＯＳトランジスタは、中央部に形成される高濃度ｎ＋型ドレイン層（第１半導体層領域）１０２と、このｎ＋ドレイン層１０２を囲むように形成されるｎ−ドリフト層（半導体領域）１０４と、ｎ−ドリフト層１０４を囲むように形成されるｐベース層（第２半導体層領域）１０５を含む。このｐベース層１０５は、ｎ−ドリフト層１４に隣接して設けられるチャネル形成領域１０８と、このチャネル形成領域１０８外周に沿って歯車形状に形成されるｎ＋ソース層１０６を含む。ｎ＋ソース層１０６は、連続的に一体的に形成される本体部１０６ａと、ドレイン層１０２から遠ざかる方向の半径方向に沿って突出する凸部１０６ｂを含む。この凸部１０６ｂ上部およびｐベース層１０５外周部に、ソース電極コンタクト領域１０７が設けられる。
【０１３２】
図４４は、図４３に示す線Ｌ４４−Ｌ４４に沿った断面構造を概略的に示す図である。図４４において、横型ｎチャネルＭＯＳＦＥＴは、ｐ型基板１１０表面に形成されるｎ−層（ｎ−ドリフト層）１０４表面に形成される。ｎ−ドリフト層１０４表面に、ｎ＋ドレイン層１０２が形成され、ｎ＋ドレイン層１０２が、ドレイン電極１１３に電気的に接続される。このドレイン電極１１３は、第１および第２絶縁膜１１１および１１２に形成されるドレイン電極取出配線１１４に電気的に接続される。
【０１３３】
ソース領域近傍においては、ｎ−ドリフト層１０４表面にｐベース層１０５が形成され、このｐベース層１０５表面に、ｎ＋ソース層１０６が形成される。このｎ＋ソース層に隣接して、ｐベース層１０５表面の内周部にチャネル形成領域１０８が設けられる。このチャネル形成領域１０８上に、ゲート絶縁膜１１５を介してゲート配線１１６ａが形成され、このゲート配線１１６ａが、第１絶縁膜１１１上に形成される部分の導電層と連結されてゲート配線１１６の一部を構成する。ゲート配線１１６は、第２絶縁膜１１２を貫通するゲート電極１１７に電気的に接続される。
【０１３４】
ｎ＋ソース層１０６よりも深くかつｐベース層１０５よりも高濃度にｐ＋層１２０が設けられる。このｎ＋ソース層１０６およびｐ型ベース層１０５が、ソース電極１２１に共通に結合される。この図４４に示す断面構造においては、ｎ＋ソース層１０６は、本体部１０６ａと凸部１０６ｂを含む。
【０１３５】
この横型ＭＯＳＦＥＴのソース層１０６の本体部１０６ａのみが配置される領域においては、ソース領域近傍の断面構造は、図４に示す断面構造と同じである。エミッタ層６に代えてソース層１０６が配置される。
【０１３６】
この図４４に示す断面構造から明らかなように、横型ｎチャネルＭＯＳＦＥＴは、横型ｎチャネルＩＧＢＴの構造において、ドリフト層とドレイン層とが同一導電型であり、また、ドレイン層１０２にバッファ層が設けられていない点を除いて、これらのＩＧＢＴおよびＭＯＳＦＥＴの構造は、ソース領域およびエミッタ領域において同じである。
【０１３７】
したがって、これまでの実施の形態１から４において説明したように、ＩＧＢＴのエミッタ領域における少数キャリアの放出と同様、横型ＭＯＳＦＥＴにおいても、高濃度ｐ＋層１２０をｎ＋ソース層１０６よりも深くｐベース層１０５に設けることにより、ソース電極１２１へ効率的にホールを転送することができる。また、ソース電極１２１下部に、ｎ＋ソース層１０６／ｐ＋層１２０、ｐベース層１０５／ｎ−層１０４で形成される寄生ｎｐｎバイポーラトランジスタのベース抵抗を低減することができ、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を向上させることができる。従って、これまでの実施の形態１から４において説明した横型ＩＧＢＴと同様の効果を得ることができる。
【０１３８】
なお、このソース領域部の断面構造としては、先の横型ＩＧＢＴの断面構造と同じであり、したがって、ｎ＋ソース層１０６の形状として、単位ｎ＋ソース層が島状に互いに分離して配置されてもよく、先のＩＧＢＴについて説明した実施の形態１から４と同様のｎ＋ソース層１０６の形状を適用することができる。
【０１３９】
また、高濃度のｐ＋層１２０についても、実施の形態１から４と同様、ｎ＋ソース層１０６下部に、ｐベース層１０５よりも高濃度にｐ＋層１２０が設けられていればよく、このｐ＋層１２０がｐベース層１００よりも深く設けられていてもよい。これらについては、図面が同じ断面構造の図面となるため、煩雑化を防止するためにその断面構造は示さないが、高濃度ｐ＋層１２０の構造については、実施の形態１から４において説明した構成を適用することができ、同様、寄生サイリスタ耐量の向上を行なうことができる。また、チャネル形成領域１０８において、円形状にチャネルが連続的に形成され、大きなドレイン−ソース電流を駆動することができる。また、少数キャリアの効率的な放出により、ターンオフ時間を短縮することができる。
【０１４０】
また、横型ＭＯＳＦＥＴについても、ゲート構造が溝型構造を有するトレンチゲートＭＯＳＦＥＴなどの他の構成についても、本発明の構成を適用することができる。また、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴに対しても、同様に、導電型を変更することにより、本発明の構成を適用することができる。
【０１４１】
以上のように、この発明の実施の形態５に従えば、横型ｎチャネルＭＯＳＦＥＴにおいて、ソース領域において、ｎ＋ソース層下部に、ｐベース層１０５よりも高濃度にｐ＋層１２０を設けており、ホールを効率的にソース電極１２１へ放出することができ、またｎ＋ソース層下部のベース抵抗を低減でき、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を向上させることができ、また、ターンオフ時間を短縮することができる。また、チャネル形成領域においてチャネルが円周に沿って形成され、大きなドレイン−ソース電流を駆動することができる。
【０１４２】
［実施の形態６］
図４５は、この発明の実施の形態６に従うＩＧＢＴの平面レイアウトを概略的に示す図である。ＩＧＢＴにおいては、大電流を駆動するために、複数のセルが整列して配置される。図４５においては、ＩＧＢＴセル１５０ａ−１５０ｃを代表的に示す。これらのセル１５０ａ１５０ｃは各々、円形形状を有し、中央部に形成されるｐ＋コレクタ層２と、このコレクタ層２を囲むように刑されるｎバッファ層３と、ｎバッファ層３を囲むようにされるｎ−ドリフト層４と、このｎ−ドリフト層４の外周に沿って形成されるｐベース層５を含む。このｐベース層５領域内に、ｎ＋エミッタ層６が形成される。このｎ＋エミッタ層６は、図４５に示すレイアウトにおいては、凸部６ｂと、連続的に円形状に形成される本体部６ａを含む。この本体部６ａの内周部のｐベース層領域５においてチャネル形成領域８が形成される。ｐベース層５を、これらのセル１５０ａ−１５０ｃそれぞれにおいて隣接して配置する。なお、この図４５に示す平面レイアウトにおいて、先の実施の形態１から５と同様、電極配線、絶縁膜およびベース層に配置される高濃度ｐ＋層は示していない。この高濃度のｐ＋層は、先の実施の形態１からと同様、ｎ＋エミッタ層６下方にｐベース層５よりも高濃度に形成されてもよく、ｐベース層５よりも深く形成されてもよい。
【０１４３】
また、エミッタ層６としては、実施の形態２と同様、単位エミッタ層に分割されてもよい。
【０１４４】
なお、この図４５に示す構成において、ｐ＋コレクタ層に代えて、ｎ＋ドレイン層を設け、ｎバッファ層３を省略することにより、横型ｎチャネルＭＯＳＦＥＴが実現され、同様の配置が用いられる。
【０１４５】
これらのセル１５０ａ−１５０ｃを配置することにより、後に説明する楕円構造のＩＧＢＴセルを利用する構成に比べて、チャネル幅を広くすることができ、大電流を駆動することができる。
【０１４６】
［変更例］
図４６は、この発明の実施の形態６に従ったＩＧＢＴの平面レイアウトの変更例を示す図である。図４６に示す平面レイアウトは、図４５に示す平面レイアウトと以下の点でその構成が異なる。すなわち、単位セル１５０ｄ−１５０ｆが整列して配置され、それぞれのｐベース層領域５が隣接セル間で互いに共有される。したがって、図４５に示す平面レイアウトの配置面積よりも、これらのセル１５０ｄ−１５０ｆの配置面積をより低減することができる。
【０１４７】
この図４６に示すＩＧＢＴの他の構成は、図４５に示すＩＧＢＴの平面レイアウトの構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１４８】
この図４６に示す平面レイアウトにおいても、高濃度ｐ＋層は、エミッタ層６の下方に配置されればよく、ｐベース層よりも浅く形成されてもよく、また、このｐベース層よりも深く形成されてもよい。また、高濃度ｐ＋層が埋め込み構造とされてもよい。また、エミッタ層６は、本体部６ａおよび凸部６ｂを有する連続構造に代えて、単位エミッタ層が分離して配置される構成が用いられてもよい。
【０１４９】
これらの図４５および図４６に示すように、セル１５０ａ−１５０ｃまたは１５０ｄ−１５０ｆを円形形状に形成して配置することにより、以下に説明するように、１つの楕円構造のセルを利用する場合に比べて、チャネル幅をより長くすることができ、大電流を駆動することができる。
【０１５０】
いま、図４７に示すように、楕円構造のＩＧＢＴ２００を考える。このＩＧＢＴ２００は、中央部に楕円形状に形成されるｐ＋コレクタ層２０４と、このコレクタ層２０４を囲むように楕円形状に形成されるｎバッファ層２０３と、ｎバッファ層２０３を囲むように楕円形状に形成されるｎ−ドリフト層２０４と、このドリフト層２０４を囲むように楕円形状に形成されるｐベース層２０５を含む。このｐベース層２０５内に、ｎ＋エミッタ層２０６が設けられ、このｎ＋エミッタ層２０６内部に、チャネル形成領域２０８が設けられる。
【０１５１】
この図４７に示す楕円形状のＩＧＢＴの場合、直線部分と、円周部分とのトラック形状を有する。このトラック形状（楕円形状）の直線部分における断面構造は、この発明の実施の形態１等において示した断面構造と同様である（ｐ＋エミッタ層は設けられていてもいなくても良い）。この図４７に示す楕円構造のＩＧＢＴと同じレイアウト面積で、たとえば図４６に示す円形形状のセルを配置することを考える。この場合、図４８に示すように、セル１５０ｄ−１５０ｆを配置した場合、セル１５０ｄおよび１５０ｆのチャネル形成領域８の円周部分は、図４７に示す楕円形状のＩＧＢＴのチャネル形成領域の円周部分と同じとなる。今、隣接セルのｐ＋コレクタ層２の中央部の間の距離をＣＬとする。また、セル１５０ａ−１５０ｆ各々において、ｐ＋コレクタ層２の中央部からチャネル形成領域８の中央部までの距離をｒとする。楕円形状のＩＧＢＴのチャネル長さＣＬに対応する、セル１５０ｄおよび１５０ｅのチャネル領域の合計の長さは、次式で示される。
【０１５２】
２・π・ｒ・（１／４）・２＝π・ｒ
したがって、この隣接セル（１５０ｄおよび１５０ｅ）のｐ＋コレクタ層２の中心間の距離が、３・ｒよりも小さければ、次の関係式が得られる。
【０１５３】
ＣＬ＜３・ｒ＜π・ｒ
上述の関係式は、隣接セルのチャネル形成領域間の距離を、ｒよりも小さくすることにより、実現される。チャネル形成領域は、セル外周部のベース層領域に形成されており、この条件は、容易に満たされる。
【０１５４】
したがって、図４７に示す楕円形状のＩＧＢＴに比べて、単位セル１５０ｄ−１５０ｆ（または１５０ａ−１５０ｃ）を配置することにより、チャネル形成領域８の円周部に沿った長さを長くすることができ、応じて、ｐ＋コレクタ層からエミッタ層に対して流れる電流に対するチャネル幅を長くすることができ、より大電流を駆動することができる。
【０１５５】
図４９は、図４７に示す楕円構造のＩＧＢＴに一定のゲート−エミッタ間電圧ＶＧＥを印加した状態で、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを印加したときの、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥの特性を示す図である。横軸は、単位Ｖで、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを示し、縦軸に、単位Ａで、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥを示す。測定温度は、室温である。ただし、楕円構造のＩＧＢＴにおいてベース層内に高濃度の半導体層（ｐ＋層）は、設けられていない。
【０１５６】
この図４９に示すように、楕円構造のＩＧＢＴの場合、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを次第に大きくした場合、コレクタ−エミッタ間電流ＩＣＥも応じて上昇する。しかしながら、このコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥが、ほぼ６Ｖ近傍となると、このコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥが、約０．２Ａに到達すると、この領域からコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを上昇させても、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥはほぼ飽和状態となり、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを大きくしても、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥは十分に大きくならない。また、このコレクタ−エミッタ電圧ＶＣＥが０Ｖから６Ｖに上昇する間のの領域においても、コレクタ−エミッタ間電流ＩＣＥは緩やかに上昇しており、オン抵抗（ＶＣＥ／ＩＣＥ）は高くなる。楕円構造において、ベース層内にｐ＋層（ｐ＋エミッタ層）を設けていないためである。
【０１５７】
図５０は、この発明に従う円構造のＩＧＢＴ（図４８または図４６参照）の構成において、一定のゲート−エミッタ間電圧ＶＧＥを印加した状態で、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを印加したときの、コレクタ−エミッタ間電流ＩＣＥ特性を示す。この図５０において、横軸に、コレクタ−エミッタＶＣＥを示し（単位Ｖ）、縦軸に、コレクタ−エミッタ間電流ＩＣＥを示す（単位Ａ）。測定温度は室温である。
【０１５８】
この図５０に示すように、円形構造のセルを配置した場合、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを徐々に大きくした場合、電圧６．０Ｖ近傍で、コレクタ−エミッタ間電流は約０．４Ａとなり、このあたりから、コレクタ−エミッタ電流は飽和傾向を示す。しかしながら、この場合、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥは、図４７に示す楕円構造のＩＧＢＴに比べて、約２倍程度の大きな値となっている。また、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥが、０Ｖから６Ｖに上昇するまでの領域においても、その立上がりの勾配を大きく、オン抵抗（ＶＣＥ−ＩＣＥ）を低減することができる。これらは総チャネル幅が長くなったことおよびベース抵抗が低減されたことに起因する。また、その電流量が増大しても、ｐ＋層を、エミッタ層の下方に設けており、このエミッタ領域における寄生バイポーラトランジスタが導通するのを防止することができ、寄生サイリスタのラッチアップ耐量を向上させるができる。
【０１５９】
以上のように、この発明の実施の形態６に従えば、円形形状のＩＧＢＴをセルとして複数個設けており、１つの楕円形状のＩＧＢＴを利用する構成に比べて、チャネル領域の長さを長くすることができ、応じてチャネル幅を長くすることができ、コレクタ−エミッタ電流を多く流すことができる。また、先の実施の形態１から４と同様の効果を得ることができる。
【０１６０】
［実施の形態７］
図５１は、この発明の実施の形態７に従う半導体装置（横型ｎチャネルＩＧＢＴ）の断面構造を概略的に示す図である。この図５１に示すＩＧＢＴの平面（表面）レイアウトは、図１に示すＩＧＢＴの平面レイアウトと実質的に同じである。この図５１に示すＩＧＢＴにおいては、ｎ−層４と半導体基板３００の間に、埋込絶縁膜３１０が設けられる。この半導体基板３００は、ｎ−層４と分離されているため、ｐ型およびｎ型のいずれの導電型であってもよい。
【０１６１】
この図５１に示すＩＧＢＴの他の構成は、図２に示すＩＧＢＴの構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１６２】
この半導体基板３００表面に埋込絶縁膜３１０を設け、埋込絶縁膜３１０上にトランジスタを形成する構造は、一般にＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）構造と呼ばれ、また、誘電体分離構造としても呼ばれる。一方、図２に示すように、埋込絶縁膜３１０が設けられず、ｎ−層４とｐ型半導体基板（１０）とが、その間に形成されるＰＮ接合により分離される構造は、接合分離構造と呼ばれる。埋込絶縁膜３１０を利用することにより、接合分離構造に比べて、より確実に、ｎ−層４と基板３００とを電気的に分離することができ、空乏層をｎ−層内においてのみ生成することができ、高速に動作することができる。
【０１６３】
この図５１に示すＩＧＢＴの他の構成は、図２に示すＩＧＢＴの構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１６４】
図５２は、ＩＧＢＴの抵抗負荷スイッチング動作時のターンオフ波形を示す図である。この図５２において、横軸に、ターンオフ時間（単位秒）を示し、縦軸に、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥ（単位×１００Ｖ）およびコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥ（単位Ａ）を示す。曲線Ｉは、誘電体分離構造（図５１）のＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間電圧を示し、曲線ＩＩは、比較例として、たとえば図２に示す接合分離型ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを示し、曲線ＩＩＩは、誘電体分離構造におけるコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥを示し、曲線ＩＶは、接合分離構造ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ電流を示す。
【０１６５】
図５２に示すように、接合分離型ＩＧＢＴの下降時間ｔｆ（コレクタ−エミッタ電流ＩＧＥが最大値の９０％から１０％にまで低下するのに必要な時間）は、１μｓ近く、したがってスイッチング速度が遅く、応じてスイッチング損失が比較的大きくなる。一方、誘電体分離構造の場合、下降時間ｔｆは、０．５μｓを超えた程度であり、スイッチング速度が速く、応じてスイッチング速度損失をより低減することができる。また、抵抗負荷スイッチング動作時のターンオフ波形において、ＶＣＥ波形（曲線Ｉ）の上昇率絶対値は、そのコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥを示す波形（曲線ＩＩＩ）の減少率絶対値とほぼ同一であり、高速でスイッチング動作が行なわれているのが明らかに見られる。
【０１６６】
したがって、接合分離構造を利用するより誘電体分離構造を利用するほうが、高速でスイッチング動作を行なうことが明らかに見られる。
【０１６７】
ただし、接合分離においても、このスイッチング期間において、ターンオフ時、急激に、そのコレクタ−エミッタ電圧ＶＣＥが上昇してオフ状態へ移行し（曲線ＩＩ）、また、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥも急激に低下しているのを見ることができる（曲線ＩＶ）。したがって、接合分離構造においても、ｐ＋層を利用し、またエミッタ層をリング状に形成することにより、曲線ＩＩおよびＩＶの特性から明らかなように、従来の楕円構造ＩＧＢＴを利用して、ｐ＋層を用いずに単にｐベース層を利用し、また、ｎエミッタ層がリング状に形成される構成に比べて、速くすることができる（従来構造の場合、ターンオフ時間は、図５２において矢印で示す）。
【０１６８】
図５３は、先の実施の形態１における接合分離構造横型ＩＧＢＴの抵抗負荷スイッチングターンオフ時（１０．６μｓ）の電流分布、電圧分布および空乏層領域境界を示す図である。電流分布を、実線で示し、電圧分布を破線で示し、空乏層領域境界線は、一点鎖線で示す。
【０１６９】
この図５３に示すように、接合分離構造横型ＩＧＢＴの場合、エミッタ側から広がる空乏層が、コレクタ側（ｐ型コレクタ層２近傍領域）に対してのみならず、ｐ型基板１０内においても分布している。このため、電位分布（破線で示す）および電流分布（実線で示す）もともに、ｐ型基板１０領域内に分布する。したがって、コレクタ側に対する空乏化が抑制され、コレクタ−エミッタ電圧ＶＣＥが、比較的緩やかに上昇する。この結果、ターンオフ時、コレクタ−エミッタ電流ＩＣＥの減少も、比較的緩やかなものとなり、応じて下降時間ｔｆが遅くなる。
【０１７０】
図５４は、この発明の実施の形態１の接合分離構造横型ＩＧＢＴの抵抗負荷スイッチングターンオフ時（１０．６μｓ）のホール分布を断面構造図において示したものである。この接合分離構造横型ＩＧＢＴにおいては、図５３に示すように、エミッタ側からコレクタ側への空乏かが抑制されるため、ｎ−層４およびｐ型基板１０内に多くのホールが分布する。すなわち、ｎ−層４およびｐ型基板１０内に多くのホールが分布しているため、たとえｐ＋層を設けても、ｎ−層４およびｐ型基板１０内に分布しているホールが消失するまでに時間を要することを意味し、下降時間ｔｆが比較的遅くなる。
【０１７１】
図５５は、接合分離構造横型ＩＧＢＴの抵抗負荷スイッチングターンオフ時（１０．６μｓ）のホール（正孔）分布、電子分布、および平衡状態でのホール／電子濃度分布を示す図であり、ｎ−層４における一定の深さでのコレクタ側からエミッタ側までの各キャリアの分布を示す。図５５において、曲線Ｖが、ホールの分布を示し、曲線ＶＩが、電子の分布を示し、曲線ＶＩＩが平衡状態における電子／ホール濃度の分布を示す。
【０１７２】
先の図５３に示すように、接合分離構造横型ＩＧＢＴにおいては、エミッタ側からコレクタ側への空乏化が抑制される。したがって、空乏層が広がっていないｎ−層内において、平衡状態での濃度以上の過剰ホールおよび過剰電子が分布する。したがって、これらの過剰ホールおよび過剰電子が、ｎ−層内に多く分布することにより、これらの過剰ホールおよび過剰電子がｎ−層４から消失するまでの時間が長くなる。このため、下降時間ｔｆが、短縮するのにも限度がある。
【０１７３】
図５６は、誘電体分離構造横型ＩＧＢＴの抵抗負荷スイッチングターンオフ時（１０．６μｓ）の電位分布、電流分布および空乏層領域境界線を示す図であり、図５１に示す断面図に対応する。図５６において、実線が電流分布を示し、破線が電位分布を示し、一点鎖線が空乏層領域境界線を示す。
【０１７４】
この図５６に示すように、誘電体分離構造横型ＩＧＢＴの場合、ｎ−層４とｐ型基板３００の間の埋込絶縁膜３１０が存在する。したがって、埋込絶縁膜３１０において、電位分布がその表面に沿って平行に存在するものの、エミッタ側から広がる空乏層は、ｐ型基板３００にまでは広がらないで、ｎ−層４内においてコレクタ側に広がる（絶縁膜は元々空乏層領域に対応する）。したがって、ｐ型基板３００においては、電流分布（実線で示す）および電位分布（破線で示す）は、存在しない。このため、コレクタ側への空乏化が進むため、コレクタ−エミッタ電圧も急峻に上昇し、対応するコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥも急峻に上昇し、下降時間ｔｆが短くなる。
【０１７５】
図５７は、この誘電体分離構造横型ＩＧＢＴの抵抗負荷スイッチングターンオフ時（１０．６μｓ）のホールの分布（実線で示す）を示す図である。断面構造は、図５１に示す断面構造に対応する。この図５７に示すように、誘電体分離構造横型ＩＧＢＴにおいては、エミッタ側からコレクタ側への空乏化が図５６に示すように促進されるため、ｎ−層４に分布するホールは少ない。したがって、ｎ−層４内に分布するホールが消失するまでの時間が短くなり、下降時間ｔｆが短くなる。
【０１７６】
図５８は、この誘電体分離構造横型ＩＧＢＴにおける抵抗負荷スイッチングターンオフ時（１０．６μｓ）のホール分布、電子分布および平衡状態におけるホール／電子濃度分布を示す図である。横軸に距離を示し、縦軸に濃度を示す。この図５８においては、ｎ−層４内における一定の深さでのコレクタ側からエミッタ側までの各分布を示す。曲線Ｘが、ホールの分布を示し、曲線ＸＩが、電子の分布を示し、曲線ＸＩＩが、平衡状態における電子／ホールの濃度分布を示す。
【０１７７】
図５６に示すように、誘電体分離構造横型ＩＧＢＴにおいては、エミッタ側からコレクタ側への空乏化が促進されるため、ｎ−層４において空乏層が広がっていない領域は少ない。このため、図５８に示す様に、ｎ−層４において、平衡状態での濃度以上のホールおよび／または電子（過剰ホール、過剰電子）の量は少ない。したがって、ｎ−層４における過剰ホールおよび過剰電子の量が少ないため、過剰ホールおよび過剰電子が消失するまでの時間が短くなり、結果として、下降時間ｔｆを短くすることができる。
【０１７８】
したがって、この発明の実施の形態７における誘電体分離構造を利用することにより、先の実施の形態１等において説明したＩＧＢＴおよびＭＯＳＦＥＴにおけるコレクタ−エミッタ電流ＩＣＥの特性向上に加えて、下降時間ｔｆの短縮をも実現することができる。
【０１７９】
なお、この実施の形態７における誘電体分離構造は、先の実施の形態５における横型ＭＯＳに適用することもでき、またｐチャネルＩＧＢＴおよびｐチャネル横型ＭＯＳＦＥＴも適用することができる。また、横型ＭＯＳＦＥＴの構造としては、たとえばトレンチゲート構造のＭＯＳＦＥＴに対しても同様に適用することができる。
【０１８０】
以上のように、この発明の実施の形態７に従えば、トランジスタ素子を、誘電分離構造に構成しており、先の実施の形態１から６の効果に加えて、さらに、下降時間を短縮することができ、高速のスイッチング動作を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８１】
この発明は、電力変換／制御を行なうパワースイッチング素子に適用することができる。このパワートランジスタとして、単体として設けられてもよく、インテリジェントパワーデバイスとして、他のコントローラなどと一体化されてもよい。
【符号の説明】
【０１８２】
１ 横型ＩＧＢＴ、２ ｐコレクタ層、３ ｎバッファ層、４ ｎ−層、５ ｐベース層、６ ｎ＋エミッタ層、６ａ 本体部、６ｂ 凸部、７ エミッタコンタクト領域、２０ ｐ＋層、３２ ゲート電極取出し配線、１７ ゲート電極、１６，１６ａ ゲート電極配線、３５，４０，４５ ｐ＋層、６０ 単位エミッタ層、６２ ｐ＋層、６４ ｐ＋層、７０ ベース層領域、７４ ｐ＋層、７２ ｐベース層、７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ ｐ＋層、７６ ｐベース層、８４ ｐ＋層、８２ ｐベース層、８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃ ｐ＋層、１００ 横型ＭＯＳＦＥＴ、１０２ ｎ＋ドレイン層、１０４ ｎ−層、１０６ ｎ＋ソース層、１０６ａ 本体部、１０６ｂ 凸部、１０８ チャネル形成領域、１０５ ｐベース層、１０７ ソース電極コンタクト領域、１２０ ｐ＋層、１０，１１０ ｐ型基板、１５０ａ−１５０ｆ セル、３００ 半導体基板、３１０ 埋込絶縁膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板表面上に形成される半導体領域と、
前記半導体領域表面に設けられて、第１の電極に結合される第１の半導体層領域と、
前記半導体領域に前記第１の半導体層領域から離れてかつ前記第１の半導体層領域を囲むように配置されるリング形状の前記第１半導体層領域と異なる導電型の第２の半導体層領域と、
前記第２の半導体層領域内に互いに分離して所定の間隔で配置され、各々が所定の間隔よりも大きな幅を有する複数の矩形様形状を有する単位領域を有する前記第２の半導体層領域と導電型の異なる第３の半導体層領域と、
前記第２の半導体層領域の前記第３の半導体層領域の少なくとも下方に配置され、前記第２の半導体層領域よりも高濃度の前記第２の半導体層領域と同一導電型の高濃度半導体層と、
前記第２半導体層領域表面に前記第１の半導体層領域と前記第３の半導体層領域との間での電荷転送のためのチャネルを形成するゲート電極層とを備える、半導体装置。
【請求項２】
前記高濃度半導体層は、前記第２の半導体層領域よりも深さが深い、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体領域と前記半導体基板との間に形成される絶縁層をさらに備える、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板表面上に形成される半導体領域と、
前記半導体領域表面に設けられて、第１の電極に結合される第１の半導体層領域と、
前記半導体領域に前記第１の半導体層領域から離れてかつ前記第１の半導体層領域を囲むように配置されるリング形状の前記第１半導体層領域と異なる導電型の第２の半導体層領域と、
前記第２の半導体層領域内に互いに分離して所定の間隔で配置され、各々が所定の間隔よりも大きな幅を有する複数の矩形様形状を有する単位領域を有する前記第２の半導体層領域と導電型の異なる第３の半導体層領域と、
前記第２の半導体層領域の前記第３の半導体層領域の少なくとも下方に配置され、前記第２の半導体層領域よりも高濃度の前記第２の半導体層領域と同一導電型の高濃度半導体層と、
前記第２半導体層領域表面に前記第１の半導体層領域と前記第３の半導体層領域との間での電荷転送のためのチャネルを形成するゲート電極層とを備える、半導体装置。
【請求項２】
前記高濃度半導体層は、前記第２の半導体層領域よりも深さが深い、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体領域と前記半導体基板との間に形成される絶縁層をさらに備える、請求項１または２に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【公開番号】特開２０１２−１８６５０３（Ｐ２０１２−１８６５０３Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２５７８４（Ｐ２０１２−１２５７８４）
【出願日】平成２４年６月１日（２０１２．６．１）
【分割の表示】特願２００６−１８８３３９（Ｐ２００６−１８８３３９）の分割
【原出願日】平成１８年７月７日（２００６．７．７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月１日（２０１２．６．１）
【分割の表示】特願２００６−１８８３３９（Ｐ２００６−１８８３３９）の分割
【原出願日】平成１８年７月７日（２００６．７．７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]