[發明專利]絕緣柵晶體管

無效

• 申請號: 00101998.8
• 申請日: 2000-02-04
• 公開（公告）號: CN1263360A
• 公開（公告）日: 2000-08-16
• 發明（設計）人: 內海智之;大關正一;須田晃一
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所;日立原町電子工業株式會社
• 主分類號: H01L29/70
• 分類號: H01L29/70;H01L29/78
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 杜日新

本發明涉及絕緣柵晶體管，特別是涉及在避免晶體管的閂鎖現象或電流聚集方面有優勢的絕緣柵晶體管。

目前，具有快速操作和低導通電阻的絕緣柵雙極晶體管(在下文簡稱為IGBT)被用作功率開關器件。IGBT具有一種結構，在結構中：在n型半導體襯底主表面的起漂移作用的一側上形成從主表面延伸到其內部的P型基區和從基區延伸到其內部的n型發射區；在半導體襯底主表面的另一側上形成與基區分開的P型集電區；發射極裝在發射區和基區上；以及集電極裝在集電區上。IGBT具有下列特點。在把使集電極具有比發射極正的電位的電壓施加于集電極，并且把正電壓施加于柵極時，在發射區中的電子通過溝道和漂移區到達集電區。到達集電區的電子從集電區增加正空穴的注入。因此，具有高電阻的漂移區被電導調制成低電阻區，并且在結構大致與MOSFET一樣的情況下獲得比使集電區變成不具有注入正空穴功能的n型漏區的MOSFET低的導通電阻。

在通過把IGBT和其他電路元件聚集獲得IC時，為了便于電極之間連接，最理想的是在半導體襯底的同一表面上設置發射極、集電極和柵極的橫向結構。例如在JP-A-5-29614(1933)中公開這種結構。

另一方面，根據IGBT，能夠通過由一對集電極-發射極組成的元件的電流受到限制。所以，通過使大量的元件IGBT在半導體襯底內集成化獲得最理想的電流量。

在JP-A-5-29614(1993)中公開的IGBT具有發射區、基區和集電區分別為梳狀的結構而且發射區和基區的相應的齒狀部分與集成區互相嚙合。在基區、基區附近的漂移區和發射區上經由絕緣薄膜設置柵極。在相應的發射區和基區上分別設置發射極和集電極。發射極和集電極分別為梳狀，并且發射極和集電極的齒狀部分互相嚙合。

按常規，用多晶硅作柵極材料。然而，根據具有通常結構的橫向IGBT，由于柵極的縱向電阻造成柵電阻的不均勻性并且在關斷操作中在具有大的柵電阻的部分上使關斷動作延遲。

變換器件的大部分負載通常是電感負載。因此，在那個時候，除了維持大電流流動的操作外在電感延遲關斷動作的部分上產生電流聚集。結果，在那部分上發生閂鎖現象。因此，就有IGBT能控制的電流被限制在低于預定值的強度的問題。

為了在元件中減少操作時間的延遲，在JP-A-10-173176(1998)等等中公開了減小柵極電阻的技術。然而，該技術涉及縱向IGBT的結構，并且沒有考慮為構成集成電路而使IGBT和驅動電路集成化的主意。

本發明的目的是通過減小柵極電阻而提供具有改進閂鎖防止性能的絕緣柵晶體管。

為了達到上述的目的，本發明的絕緣柵晶體管的特點在于在發射極上經由絕緣層形成金屬布線層；在第一主電極中形成與第一主電極絕緣的多個區域；以及金屬布線層通過與第一主電極絕緣的多個區域與柵極電連接。

圖1是本發明實施例中的橫向絕緣柵雙極晶體管的示意部分平面圖，

圖2是沿圖1中的A-A′線切取的橫截面圖，

圖3是沿圖1中的B-B′線切取的橫截面圖，

圖4是本發明另一實施例中的橫向絕緣柵雙極晶體管的示意部分平面圖，和

圖5是本發明另一實施例中的縱向絕緣柵雙極晶體管的示意橫截面圖。

最佳實施例的詳細描述

在下文，參考圖1、圖2和圖3說明本發明實施例的詳細情況。

圖1是本發明實施例中的橫向絕緣柵雙極晶體管的示意部分平面圖，而圖2是沿圖1中的A-A′線切取的橫截面面圖。根據圖2，標號1表示包括靠近主表面平面2的n導電類型漂移區3(第一半導體區)的半導體襯底；從主表面平面2延伸到漂移區3并且互相分離地形成含有比漂移區3高的雜質濃度的P導電類型基區4(第二半導體區)和P導電類型集電區5(第三半導體區)；以及從主表面平面2延伸到基區4含有比基區4高的雜質濃度的n導電類型發射區6(第四半導體區)。