[發(fā)明專利]絕緣柵雙極晶體管

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910179034.0
• 申請日: 2009-10-09
• 公開（公告）號: CN101714573A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伊藤將之
• 申請（專利權(quán)）人: 恩益禧電子股份有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/08
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 孫志湧;穆德駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是廣泛用作功率器件的半導(dǎo)體元件之一。特別地，橫向IGBT在耐壓方面是優(yōu)秀的，并且此外，可以與另一半導(dǎo)體元件單片集成。因此，橫向IGBT近年來倍受關(guān)注。

如JP?10-200102A中所公開的，在使用IGBT的情況下，為了確保反向?qū)顟B(tài)期間的電流路徑，通常與IGBT并聯(lián)地連接二極管。通常對IGBT施加偏置使得IGBT的集電極處的電壓高于IGBT的發(fā)射極處的電壓，結(jié)果是電流從集電極流向發(fā)射極。然而，根據(jù)IGBT的操作狀態(tài)，發(fā)射極處的電壓可以高于集電極處的電壓。在這種情況下，二極管提供允許電流從發(fā)射極流向集電極的路徑。

圖1是示出其中橫向IGBT和二極管被單片集成的半導(dǎo)體器件100的典型結(jié)構(gòu)的橫截面圖。在下面的描述中，“n⁺型”表示以高得足以使半導(dǎo)體簡并的濃度摻雜n型雜質(zhì)，并且“p⁺型”表示以高得足以使半導(dǎo)體簡并的濃度摻雜p型雜質(zhì)。另一方面，“n型”或“p型”表示以低濃度(足夠低不使半導(dǎo)體簡并的濃度)摻雜n型雜質(zhì)或p型雜質(zhì)。

如圖1所示，絕緣層2形成在半導(dǎo)體襯底1上，并且用作襯底區(qū)域的n型半導(dǎo)體層3被形成在絕緣層2上。橫向IGBT?4和二極管5形成在n型半導(dǎo)體層3的表面部分中。

橫向IGBT?4的結(jié)構(gòu)如下所示。p型阱區(qū)域11形成在n型半導(dǎo)體層3的表面部分中。n⁺型源極區(qū)域12和p⁺型接觸區(qū)域13形成在p型阱區(qū)域11中。p型阱區(qū)域11、n⁺型源極區(qū)域12以及p⁺型接觸區(qū)域13用作IGBT?4的發(fā)射極部。此外，n型緩沖區(qū)域14被形成為與p型阱區(qū)域11分離。p⁺型集電極區(qū)域15形成在n型緩沖區(qū)域14中。n型緩沖區(qū)域14和p⁺型集電極區(qū)域15用作IGBT?4的集電極部。柵極絕緣膜16形成在n⁺型源極區(qū)域12和n型緩沖區(qū)域14之間的n型半導(dǎo)體層3的一部分上。柵極電極17形成在柵極絕緣膜16上。柵極絕緣膜16和柵極電極17被形成為覆蓋p型阱區(qū)域11的一部分。

另一方面，橫向二極管5的結(jié)構(gòu)如下所示。n型擴散區(qū)域21形成在n型半導(dǎo)體層3的表面部分中。n⁺型陰極區(qū)域22形成在n型擴散區(qū)域21的表面部分中。n型擴散區(qū)域21和n⁺型陰極區(qū)域22用作橫向二極管5的陰極。另外，p型擴散區(qū)域23被形成為與n型擴散區(qū)域21分離。p⁺型陽極區(qū)域24被形成在p型擴散區(qū)域23的表面部分中。p型擴散區(qū)域23和p⁺型陽極區(qū)域24用作橫向二極管5的陽極。

圖2是圖1的半導(dǎo)體器件100的等效電路圖。在圖1的結(jié)構(gòu)中，橫向二極管5的陽極連接到IGBT?4的發(fā)射極，并且橫向二極管5的陰極連接到IGBT?4的集電極。當(dāng)IGBT?4的發(fā)射極處的電壓變得高于IGBT?4的集電極處的電壓時，電流開始從橫向二極管5的陽極流向橫向二極管5的陰極。

上述JP?10-200102A還公開了一種與金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)集成的橫向IGBT來代替二極管。寄生二極管形成在MOSFET中，并且因而形成的寄生二極管可以用作反向?qū)顟B(tài)期間的電流路徑。

圖3是示出這種半導(dǎo)體器件100A的典型結(jié)構(gòu)的橫截面圖。在圖3的半導(dǎo)體器件100A中，形成橫向MOSFET?6來代替圖1的半導(dǎo)體器件100的橫向二極管5。橫向MOSFET?6的結(jié)構(gòu)如下所示。p型阱區(qū)域31形成在n型半導(dǎo)體層3的表面部分中。n⁺型源極區(qū)域32和p⁺型接觸區(qū)域33形成在p型阱區(qū)域31中。n型緩沖區(qū)域34被形成為與p型阱區(qū)域31分離。n⁺型漏極區(qū)域35形成在n型緩沖區(qū)域34中。柵極絕緣膜36形成在n⁺型源極區(qū)域32和n型緩沖區(qū)域34之間的n型半導(dǎo)體層3的一部分上。柵極電極37形成在柵極絕緣膜36上。柵極絕緣膜36和柵極電極37被形成為覆蓋p型阱區(qū)域31的一部分。在上述結(jié)構(gòu)中，p⁺型接觸區(qū)域33、p型阱區(qū)域31、n型半導(dǎo)體層3、n型緩沖區(qū)域34以及n⁺型漏極區(qū)域35形成寄生二極管7。