[发明专利]绝缘栅晶体管

说明书

本发明涉及绝缘栅晶体管，特别是涉及在避免晶体管的闩锁现象或电流聚集方面有优势的绝缘栅晶体管。

目前，具有快速操作和低导通电阻的绝缘栅双极晶体管(在下文简称为IGBT)被用作功率开关器件。IGBT具有一种结构，在结构中：在n型半导体衬底主表面的起漂移作用的一侧上形成从主表面延伸到其内部的P型基区和从基区延伸到其内部的n型发射区；在半导体衬底主表面的另一侧上形成与基区分开的P型集电区；发射极装在发射区和基区上；以及集电极装在集电区上。IGBT具有下列特点。在把使集电极具有比发射极正的电位的电压施加于集电极，并且把正电压施加于栅极时，在发射区中的电子通过沟道和漂移区到达集电区。到达集电区的电子从集电区增加正空穴的注入。因此，具有高电阻的漂移区被电导调制成低电阻区，并且在结构大致与MOSFET一样的情况下获得比使集电区变成不具有注入正空穴功能的n型漏区的MOSFET低的导通电阻。

在通过把IGBT和其他电路元件聚集获得IC时，为了便于电极之间连接，最理想的是在半导体衬底的同一表面上设置发射极、集电极和栅极的横向结构。例如在JP-A-5-29614(1933)中公开这种结构。

另一方面，根据IGBT，能够通过由一对集电极-发射极组成的元件的电流受到限制。所以，通过使大量的元件IGBT在半导体衬底内集成化获得最理想的电流量。

在JP-A-5-29614(1993)中公开的IGBT具有发射区、基区和集电区分别为梳状的结构而且发射区和基区的相应的齿状部分与集成区互相啮合。在基区、基区附近的漂移区和发射区上经由绝缘薄膜设置栅极。在相应的发射区和基区上分别设置发射极和集电极。发射极和集电极分别为梳状，并且发射极和集电极的齿状部分互相啮合。

按常规，用多晶硅作栅极材料。然而，根据具有通常结构的横向IGBT，由于栅极的纵向电阻造成栅电阻的不均匀性并且在关断操作中在具有大的栅电阻的部分上使关断动作延迟。

变换器件的大部分负载通常是电感负载。因此，在那个时候，除了维持大电流流动的操作外在电感延迟关断动作的部分上产生电流聚集。结果，在那部分上发生闩锁现象。因此，就有IGBT能控制的电流被限制在低于预定值的强度的问题。

为了在元件中减少操作时间的延迟，在JP-A-10-173176(1998)等等中公开了减小栅极电阻的技术。然而，该技术涉及纵向IGBT的结构，并且没有考虑为构成集成电路而使IGBT和驱动电路集成化的主意。

本发明的目的是通过减小栅极电阻而提供具有改进闩锁防止性能的绝缘栅晶体管。

为了达到上述的目的，本发明的绝缘栅晶体管的特点在于在发射极上经由绝缘层形成金属布线层；在第一主电极中形成与第一主电极绝缘的多个区域；以及金属布线层通过与第一主电极绝缘的多个区域与栅极电连接。

图1是本发明实施例中的横向绝缘栅双极晶体管的示意部分平面图，

图2是沿图1中的A-A′线切取的横截面图，

图3是沿图1中的B-B′线切取的横截面图，

图4是本发明另一实施例中的横向绝缘栅双极晶体管的示意部分平面图，和

图5是本发明另一实施例中的纵向绝缘栅双极晶体管的示意横截面图。

最佳实施例的详细描述

在下文，参考图1、图2和图3说明本发明实施例的详细情况。

图1是本发明实施例中的横向绝缘栅双极晶体管的示意部分平面图，而图2是沿图1中的A-A′线切取的横截面面图。根据图2，标号1表示包括靠近主表面平面2的n导电类型漂移区3(第一半导体区)的半导体衬底；从主表面平面2延伸到漂移区3并且互相分离地形成含有比漂移区3高的杂质浓度的P导电类型基区4(第二半导体区)和P导电类型集电区5(第三半导体区)；以及从主表面平面2延伸到基区4含有比基区4高的杂质浓度的n导电类型发射区6(第四半导体区)。