專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件，特別是絕緣柵極型雙極晶體管
(IGBT)或功率MOSFET(絕緣柵極型場效應(yīng)晶體管)等的半導(dǎo)體裝置。 更具體地說，本發(fā)明涉及用以改善功率器件的驅(qū)動(dòng)電流量及抗閉鎖 性及斷開特性的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
功率器件被用于進(jìn)行功率變換及控制的區(qū)域。該功率器件中， 有通過在絕緣柵極施加電壓來進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的MOS柵極器件。作為 該MOS柵極器件，有IGBT(絕緣柵極型雙極晶體管)及MOSFET(絕緣 柵極型場效應(yīng)晶體管)。對(duì)于這樣的功率器件的半導(dǎo)體開關(guān)的特性要 求，除了高速動(dòng)作(高速開關(guān)動(dòng)作)之外，還要求大電流驅(qū)動(dòng)及高耐壓 性。
文獻(xiàn)1(特開平07 - 058320號(hào)公報(bào))公開了以縮短IGBT的斷開時(shí) 間、提高動(dòng)作頻率為目的的下述結(jié)構(gòu)。即，該文獻(xiàn)1中，作為傳統(tǒng)構(gòu) 造公開了下述結(jié)構(gòu)。即，以將n型發(fā)射極層包圍的方式設(shè)置p型基極 接觸層，并使該p型基極接觸層與p型基極層接觸。該p型基極接觸層 及n型發(fā)射極層均與發(fā)射極電極連接。p型基極接觸層在斷開時(shí)將少 數(shù)載流子(空穴)發(fā)送給發(fā)射極電極。另一方面，在p型集電極層下部 形成n型緩沖層。斷開時(shí)，多數(shù)栽流子從集電極層發(fā)送到集電極端子 時(shí)，通過該緩沖層防止少數(shù)栽流子被發(fā)送至n-型漂移層。利用該n
型緩沖層時(shí)緩沖效果增強(qiáng)，導(dǎo)通時(shí)的少數(shù)載流子向漂移層的注入效 率就降低，傳導(dǎo)率調(diào)制作用降低，導(dǎo)通電阻變高，導(dǎo)通電壓相應(yīng)地 提高。作為避免這種情況的結(jié)構(gòu)之一，文獻(xiàn)l公開了集電極短路結(jié)構(gòu)。
該集電極短路結(jié)構(gòu)中，以將p型集電極層周邊包圍的方式設(shè)置n型集 電極短路層。p型集電極層和n型集電極短路層共同連接在集電極電 極上。該集電極短路結(jié)構(gòu)中，在斷開時(shí)多數(shù)載流子流入集電極短路 層，但是少數(shù)載流子由集電極短路層吸收，少數(shù)載流子難以發(fā)生， 斷開時(shí)間縮短。
另外，IGBT中一般形成有p型集電極層、n型緩沖層、n-型漂 移層、p型基極層及n型發(fā)射極層。寄生閘流管由該叩n結(jié)構(gòu)形成。IGBT 基極區(qū)域的電壓降可能導(dǎo)致寄生閘流管導(dǎo)通的閉鎖現(xiàn)象。以改善抗 閉鎖性為目的的結(jié)構(gòu)，在文獻(xiàn)2(特表平09 - 503626號(hào)公報(bào):圖際公開 WO95/24055)中作了揭示。
該文獻(xiàn)2中，在n-型漂移層中形成的p型基極區(qū)域中，n +型源 極層下部設(shè)置高濃度p +型區(qū)域。該高濃度p +型區(qū)域可降低p型基極 區(qū)域的電阻值，并減少源極/基極區(qū)域之間的接合部的電壓降，改善
抗閉鎖性。
另外，以使導(dǎo)通電流增加且改善抗閉鎖性為目的的結(jié)構(gòu)，在文 獻(xiàn)3(特開2000-286416號(hào)公報(bào))中作了揭示。該文獻(xiàn)3中，集電極層、 發(fā)射極層及柵極電極環(huán)狀地形成。發(fā)射極層(源極層)具有凸部和凹部 的齒輪的形狀，并具有配置成相互分離的島狀。將發(fā)射^L區(qū)域下部 的基極電阻設(shè)置得較小，并將空穴電流從在中心部形成的集電極層 放射狀地發(fā)出，使其電流密度小，以改善抗閉鎖性。文獻(xiàn)1指出了將集電極短路結(jié)構(gòu)用于橫式IGBT結(jié)構(gòu)的場 合產(chǎn)生的以下問題。即，斷開時(shí)多數(shù)載流子通過p型集電極層下部沐
入n型集電極短路層，多數(shù)載流子也流入p型集電極層。相應(yīng)地，少 數(shù)載流子向n型漂移層的注入增大。為了消除該橫式IGBT結(jié)構(gòu)中的集 電極短路結(jié)構(gòu)的問題，文獻(xiàn)l的方案中，配置了在p型集電極層內(nèi)有 副柵極的MOS晶體管(絕緣柵極型場效應(yīng)晶體管)，經(jīng)由該副柵極MOS
晶體管將集電極層與集電極電荷抽出層連接。電荷抽出層與集電極 端子連接。該副柵極結(jié)構(gòu)中，MOSFET的n型源極層配置成與p型集電 極層相鄰接，它們用電極連接，將n型源極層的n型栽流子變換成p型 集電極層的p型載流子。斷開時(shí)，副柵極結(jié)構(gòu)的MOS晶體管設(shè)為截止 狀態(tài)，該副柵極中的p型集電極層設(shè)為浮置狀態(tài)，將p型集電極層和 電荷抽出層分離。多數(shù)載流子(電子)經(jīng)由電荷抽出層抽出到集電極端 子。另一方面，p型集電極層及下部的p阱區(qū)域(p基極)為浮置狀態(tài)， 阱區(qū)域和漂移層之間的pn結(jié)被維持在反向偏置狀態(tài)(內(nèi)建電壓以下)，
抑制少數(shù)載流子的注入。
但是，在該文獻(xiàn)l所示的結(jié)構(gòu)中，需要將副柵極的電位與IGBT 的柵極(主柵極)分開控制的電路，控制電路的規(guī)模增大。另外，IGBT 元件中分別設(shè)置副柵極及主柵極端子，布局面積增大。另外，在該 文獻(xiàn)l所示的結(jié)構(gòu)中，多數(shù)載流子(電子)經(jīng)過p型基極層下部而被電荷 抽出層吸收。但是，完全沒有考慮該p型集電極層和下部所設(shè)的p阱 區(qū)域、n型漂移層、n型發(fā)射極層之間的寄生閘流管導(dǎo)致的閉鎖現(xiàn)象。
文獻(xiàn)3所示的結(jié)構(gòu)中，發(fā)射極區(qū)域齒輪狀或島狀地形成，試圖蜂免閉鎖，但是還有在增加驅(qū)動(dòng)電流并縮短斷開時(shí)間方面進(jìn)行改善的 余地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供能夠增大驅(qū)動(dòng)電流量、縮短斷開時(shí)間并 改善對(duì)寄生閘流管的抗閉鎖性的半導(dǎo)體裝置。
本發(fā)明的第l方面的半導(dǎo)體裝置設(shè)有半導(dǎo)體襯底；在該半導(dǎo)體 襯底上形成的半導(dǎo)體區(qū)域；設(shè)于該半導(dǎo)體區(qū)域表面并與第l電極連接 的第l半導(dǎo)體層區(qū)域；在該半導(dǎo)體區(qū)域上與第l半導(dǎo)體層區(qū)域分離并 將該第l半導(dǎo)體層區(qū)域包圍而配置的環(huán)形的、與半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電型 不同的第2半導(dǎo)體層區(qū)域；設(shè)于該第2半導(dǎo)體層區(qū)域的、包含具有環(huán) 形的連續(xù)形狀的本體部以及與該本體部鄰接、從第1皋導(dǎo)—H區(qū)域向 遠(yuǎn)離方向延伸而與第2電極連接，并以規(guī)定的間隔配置并設(shè)有各自具 有小于該規(guī)定間隔的寬度的多個(gè)凸部區(qū)域的、與第2半導(dǎo)體層區(qū)域的 導(dǎo)電型不同的第3半導(dǎo)體層區(qū)域；在該第2半導(dǎo)體層區(qū)域內(nèi)配置在第3 半導(dǎo)體層區(qū)域的至少下方的、具有高于第2半導(dǎo)體層區(qū)域的濃度且與 第2半導(dǎo)體層區(qū)域?yàn)橄嗤瑢?dǎo)電型的高濃度半導(dǎo)體層區(qū)域；以及在該第 2半導(dǎo)體層區(qū)域表面上形成用以在第1半導(dǎo)體層區(qū)域和第3半導(dǎo)體層區(qū) 域之間轉(zhuǎn)送電荷的溝道的柵極電極層。本發(fā)明第1方面的半導(dǎo)體裝置的 一 實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于發(fā)射 極層區(qū)域的笫3半導(dǎo)體層區(qū)域形成為齒輪狀，其凹部區(qū)域中第3半導(dǎo) 體層區(qū)域的寬度變窄。因而，能夠?qū)⒂砂雽?dǎo)體區(qū)域(漂移層)/笫2半導(dǎo) 體層區(qū)域(一 實(shí)施例中為基極區(qū)域)/第3半導(dǎo)體層區(qū)域(一 實(shí)施例中為發(fā) 射極層)形成的寄生雙極晶體管中的第3半導(dǎo)體層區(qū)域正下方的第2半 導(dǎo)體層區(qū)域的寬度設(shè)為狹窄，能夠相應(yīng)地降低第2半導(dǎo)體層區(qū)域的電 阻。從而，能夠抑制寄生雙極晶體管動(dòng)作，并能夠相應(yīng)地抑制寄生 閘流管的閉鎖。另外，高濃度半導(dǎo)體層區(qū)域配置在笫3半導(dǎo)體層區(qū)域 下方，同樣，能夠降低該第3半導(dǎo)體層區(qū)域正下方的第2半導(dǎo)體層區(qū) 域的電阻，能夠抑制寄生雙極晶體管動(dòng)作，改善抗閉鎖性。另外，連續(xù)形成本體部， 一實(shí)施例中，在不降低相對(duì)于發(fā) 射極即第3半導(dǎo)體層區(qū)域形成的溝道寬度而施加一定的柵極-發(fā)射極 間或柵極-源極間電壓(VGE或VGS)的狀態(tài)下，施加了集電極-發(fā)射 極間電壓或源極-漏極間電壓時(shí)的集電極-發(fā)射極電流(ICE)特性或 源極/漏極電流特性不惡化。另外，通過環(huán)狀地形成溝道區(qū)域，能夠
設(shè)置大的溝道區(qū)域，從而能夠流過大的電流。
另外，凸部的間距設(shè)置成比凸部的寬度大，能夠容易將柵極電
極布線取出。
本發(fā)明第2方面的半導(dǎo)體裝置中的一實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于發(fā)射極層 區(qū)域的第3半導(dǎo)體層區(qū)域由島狀地相互分離而配置的單位區(qū)域構(gòu)成， 在單位區(qū)域下方配置高濃度半導(dǎo)體層區(qū)域。詞而，能夠降低由半導(dǎo)
體區(qū)域(漂移層)/第2半導(dǎo)體層區(qū)域(一 實(shí)施例中為基極區(qū)域)/第3半導(dǎo) 體層區(qū)域(一實(shí)施例中為發(fā)射極層)形成的寄生雙極晶體管中的第3半 導(dǎo)體層區(qū)域正下方的笫2半導(dǎo)體層區(qū)域的電阻。從而，能夠抑制寄生
雙極晶體管動(dòng)作，并相應(yīng)地抑制寄生閘流管的閉鎖。
另外，在單位區(qū)域之間的區(qū)域中，高濃度半導(dǎo)體層區(qū)域能夠讓 少數(shù)栽流子流動(dòng)，并高效地將少數(shù)載流子吸收，從而能夠縮短斷開 時(shí)間。另外，高濃度半導(dǎo)體層區(qū)域配置在第3半導(dǎo)體層區(qū)域下方，同 樣，能夠降低該第3半導(dǎo)體層區(qū)域正下方的第2半導(dǎo)體層區(qū)域的電阻，
能夠抑制寄生雙極晶體管動(dòng)作，改善抗閉鎖性。
另外， 一實(shí)施例中，雖然發(fā)射極即笫3半導(dǎo)體層區(qū)域中單位區(qū)域 分離地配置，但是單位區(qū)域的寬度設(shè)成比單位區(qū)域間的距離小，在 對(duì)于該第3半導(dǎo)體層區(qū)域全體形成的溝道寬度不降低、施加了一定 的柵極-發(fā)射極間或柵極-源極間電壓(VGE或VGS)的狀態(tài)下，施加 了集電極-發(fā)射極間電壓或源極-漏極間電壓時(shí)的集電極-發(fā)射極 電流(ICE)特性或源板/漏極電流特性不會(huì)惡化。
本發(fā)明的上述及其他目的、特征、形態(tài)及優(yōu)點(diǎn)，從參照附圖理 解的本發(fā)明以下的詳細(xì)說明中可清晰了解。



圖l概略表示本發(fā)明實(shí)施例1的橫式IGBT的表面布局。 圖2概略表示沿圖1所示的線L2-L2的截面結(jié)構(gòu)。 圖3概略表示沿圖1所示的線L3-L3的截面結(jié)構(gòu)。 圖4概略表示沿圖1所示的線L4 - L4的截面結(jié)構(gòu)。 圖5表示圖1 ~ 4所示的橫式IGBT的寄生閘流管的電氣等效電路。
圖6A放大表示發(fā)射極層和發(fā)射極接觸區(qū)域的形狀，圖6B進(jìn)一步 放大表示該發(fā)射極層的結(jié)構(gòu)。
圖7是將圖6A所示的發(fā)射極層的結(jié)構(gòu)中的柵極電極取出來表示一 例布線配置的圖。
圖8是將圖7所示的柵極電極取出來概略表示布線和各電極的平 面布局的圖。
圖9概略表示本發(fā)明的實(shí)施例1之變更例1的橫式IGBT的平面布局。
圖IO概略表示沿圖9所示的線L10 - L10的截面結(jié)構(gòu)。 圖11概略表示沿圖9所示的線L11 -Lll的截面結(jié)構(gòu)。 圖12概略表示本發(fā)明實(shí)施例1之變更例2的橫式IGBT的截面結(jié)構(gòu)。
圖13概略表示本發(fā)明實(shí)施例1之變更例2的橫式IGBT的發(fā)射極區(qū) 域部分的截面結(jié)構(gòu)。
圖14概略表示本發(fā)明實(shí)施例1之變更例3的橫式IGBT的發(fā)射極區(qū) 域的截面結(jié)構(gòu)。
圖15概略表示本發(fā)明實(shí)施例1之變更例3的橫式IGBT的發(fā)射極區(qū) 域部分的截面結(jié)構(gòu)。
圖16概略表示本發(fā)明實(shí)施例2的橫式IGBT的表面的布局。
圖17概略表示沿圖16所示的線L17 - L17的截面結(jié)構(gòu)。
圖18概略表示沿圖16所示的線L18 - L18的截面結(jié)構(gòu)。
圖19概略表示本發(fā)明實(shí)施例2之變更例1的橫式IGBT的發(fā)射極區(qū)
域部分的截面結(jié)構(gòu)。
圖20概略表示本發(fā)明實(shí)施例2之變更例1的橫式IGBT的發(fā)射極區(qū)
域部分的截面結(jié)構(gòu)。
圖21概略表示本發(fā)明實(shí)施例2之變更例2的橫式IGBT的發(fā)射極區(qū)
域部分的截面結(jié)構(gòu)。
圖22概略表示本發(fā)明實(shí)施例2之變更例2的發(fā)射極區(qū)域部分的截
面結(jié)構(gòu)。
圖23概略表示本發(fā)明實(shí)施例2之變更例3的橫式IGBT的發(fā)射極區(qū) 域部分的截面結(jié)構(gòu)。
圖24概略表示本發(fā)明實(shí)施例2之變更例3的發(fā)射極區(qū)域部分的截 面結(jié)構(gòu)。
圖25概略表示本發(fā)明實(shí)施例3的橫式IGBT的表面的布局。
圖26概略表示沿圖25所示的線L26 - L26的截面結(jié)構(gòu)。
圖27概略表示沿圖25所示的線L27 - L27的截面結(jié)構(gòu)。
圖28概略表示本發(fā)明實(shí)施例3之變更例1的橫式IGBT的發(fā)射極區(qū)
域部分的截面結(jié)構(gòu)。
圖29概略表示本發(fā)明實(shí)施例3之變更例1中的橫式IGBT的發(fā)射極
區(qū)域部分的截面結(jié)構(gòu)。
圖30概略表示本發(fā)明實(shí)施例3之變更例2的橫式IGBT的發(fā)射極區(qū)
域部分的截面結(jié)構(gòu)。
圖31概略表示本發(fā)明實(shí)施例3之變更例2的橫式IGBT的發(fā)射極區(qū)
域部的截面結(jié)構(gòu)。
圖32概略表示本發(fā)明實(shí)施例3之變更例3的橫式IGBT的發(fā)射極區(qū)
域部分的截面結(jié)構(gòu)。
圖33概略表示本發(fā)明實(shí)施例3之變更例3的發(fā)射極區(qū)域部分的截
面結(jié)構(gòu)。
圖34概略表示本發(fā)明實(shí)施例4的橫式IGBT的表面的布局。 圖35概略表示沿圖34所示的線L35-L35的截面結(jié)構(gòu)。 圖36概略表示沿圖25所示的線L36-L36的截面結(jié)構(gòu)。 圖37概略表示本發(fā)明實(shí)施例4之變更例1的橫式IGBT的發(fā)射極區(qū) 域部分的截面結(jié)構(gòu)。
圖38概略表示本發(fā)明實(shí)施例4之變更例1的橫式IGBT的發(fā)射極區(qū)
域部分的截面結(jié)構(gòu)。
圖39概略表示本發(fā)明實(shí)施例4之變更例2的橫式IGBT的發(fā)射極區(qū)
域部分的截面結(jié)構(gòu)。
圖40概略表示本發(fā)明實(shí)施例4之變更例2的橫式IGBT的截面結(jié)構(gòu)。
圖41概略表示本發(fā)明實(shí)施例4之變更例3的橫式IGBT的發(fā)射極區(qū) i或部分的截面結(jié)構(gòu)。
圖42概略表示本發(fā)明實(shí)施例4之變更例3的橫式IGBT的截面結(jié)構(gòu)。
圖43概略表示本發(fā)明實(shí)施例5的橫式MOSFET的表面的布局。 圖44概略表示沿圖43所示的線L44-L44的截面結(jié)構(gòu)。 圖45表示一例本發(fā)明實(shí)施例6的IGBT單元的配置。 圖46表示另 一例本發(fā)明實(shí)施例6的IGBT單元的配置。 圖47概略表示作為比較基準(zhǔn)的傳統(tǒng)的橢圓結(jié)構(gòu)橫式IGBT的表面 的布局。
圖48—并表示本發(fā)明實(shí)施例6的IGBT的溝道長和圖47所示的IG ET的溝道區(qū)域。
圖49表示圖47所示的IGBT的開關(guān)特性。 圖50表示圖46所示的IGBT的開關(guān)特性。 圖51概略表示本發(fā)明實(shí)施例7的橫式IGBT的截面結(jié)構(gòu)。 圖52表示圖51所示的橫式IGBT及圖2所示的橫式IGBT的開關(guān)特性。
圖53表示圖2所示的橫式IGBT的空穴、電子分布及耗盡層區(qū)域 分界線。
圖54表示結(jié)隔離結(jié)構(gòu)橫式IGBT(圖2)的空穴分布。 圖55表示圖2所示的結(jié)隔離結(jié)構(gòu)橫式IGBT的電子、空穴及平衡
狀態(tài)的濃度分布。
圖56表示圖51所示的介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)橫式IGBT的電流、電位分布 和耗盡層區(qū)域分界部分。
圖57表示圖51所示的介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)橫式IGBT的空穴分布。 、
圖58表示圖51所示的介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)橫式IGBT中的集電極-發(fā)射 極間的電子、空穴分布及平衡狀態(tài)的空穴/電子濃度分布。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1
圖l是概略表示本發(fā)明實(shí)施例1的橫式n溝道IGBT的平面布局的 示圖。圖l中未示出絕緣膜、布線及電極等，并且也沒示出本發(fā)明的 特征之一的高濃度半導(dǎo)體區(qū)域。
圖1中，IGBT1包含在中央部圓形狀地形成的p型集電極層(第l 半導(dǎo)體層區(qū)域)2;將該集電極層2包圍而形成的n型緩沖層(半導(dǎo)體區(qū) 域)3;在緩沖層3外部環(huán)狀地形成的n-型漂移層(半導(dǎo)體區(qū)域)4;在 該n-型漂移層4外部環(huán)狀地形成的p型基極層(第2半導(dǎo)體區(qū)域)5;以 及在該p型基極層5內(nèi)形成的n+發(fā)射極層(第3半導(dǎo)體區(qū)域)6。
發(fā)射極層6包含環(huán)狀地連續(xù)形成的本體部6a和以規(guī)定間隔配置且 與該本體部6a連接、并從集電極層2向遠(yuǎn)離方向突出的凸部6b。通過 設(shè)置凸部區(qū)域使該n +發(fā)射極層6的半徑方向的長度部分地加長，從 而縮短p型基極層5中的發(fā)射極層下部的長度來降低基極電阻。
在該p型基極層5中的發(fā)射極層6和n -漂移層4之間，設(shè)置通過柵 極電極的電壓形成溝道的溝道形成區(qū)域8 (未圖示)。發(fā)射極層6的 區(qū)域中，在p型基極層5的中央部環(huán)狀地設(shè)置發(fā)射極電極接觸區(qū)域7 。 該發(fā)射極電極接觸區(qū)域7中，設(shè)置與發(fā)射極層6的凸部6b電氣連接的
發(fā)射極電極。
因而，發(fā)射極層6中，由于本體部6連續(xù)地環(huán)狀地形成，溝道形 成區(qū)域8中溝道也環(huán)狀地連續(xù)形成。 -
另外，包圍p型集電極層2而形成的n型層(緩沖層)3，吸收來自p 型集電板層2的少數(shù)栽流子。
圖2是概略表示沿圖1所示的線L2 - L2的IGBT1的截面結(jié)構(gòu)的示 圖。圖2中，IGBTl具有在p型半導(dǎo)體襯底(半導(dǎo)體襯底)10表面上形成 的n -型漂移層4。在n -層(漂移層)4表面的中央部(圖2中左端)形成n 型層(阱區(qū)域)3,在n型(緩沖器)層3表面形成p型集電極層2。該p型集 電極層2與集電極電極13電氣連接。集電極電極13通過集電極電極布 線14與集電極端子(未圖示)連接。
在集電極電極布線14下部及n-層4表面形成第l絕緣膜ll,在第 1絕緣膜11上設(shè)置具有保護(hù)膜功能的第2絕緣膜12。在集電極電極13 和n緩沖層3之間設(shè)有層間絕緣膜。
另一方面，圖2的右側(cè)所示的發(fā)射極部中，在第l絕緣膜ll上形 成柵極布線16。該柵極布線16在n -層4上包含隔著柵極絕緣膜15形 成的柵極電極布線部16a。該柵極布線16與柵極電極17電氣連接。柵 極布線16中，通過環(huán)狀地形成柵極電極布線層16a，橫跨p型基極層5 表面的溝道形成區(qū)域8全體，按照施加在柵極電極17上的電壓而形成 溝道。在p型基極層5的表面比發(fā)射極層6更深處，形成濃度高于 p型基極層5的p+層20。在該p +層20上，形成n+發(fā)射極層6。形成發(fā) 射極電極21，與p +層20和n+發(fā)射極層6這兩者接觸。在柵極電極17 和發(fā)射極電極21之間設(shè)置層間絕緣膜19而相互分離。在n+發(fā)射極層6底部設(shè)置高濃度的p +層20,因此，n+發(fā)
射極層6底部的基極層的電阻值減少，電壓降變小。
圖3是概略表示沿圖1所示的線L3-L3的IGBT1的截面結(jié)構(gòu)的示 圖。圖3所示的IGBT1的截面結(jié)構(gòu)中，與圖2所示的IGBT的發(fā)射極區(qū) 域附近的截面結(jié)構(gòu)相同，對(duì)應(yīng)的部分附上相同的附圖標(biāo)記，其詳細(xì) 說明省略。但是，圖3中，對(duì)圖2所示的第1及第2絕緣膜11及12沒有
特別加上附圖標(biāo)記。
如圖3所示，n +發(fā)射極層6從溝道形成區(qū)域8延伸到發(fā)射極電極21 下部(凸部與發(fā)射極電極21連接)。發(fā)射極電極21另外與在n+發(fā)射極 層6的底部形成的p +層20連接。因而，與將p型基極層5直接連接于 發(fā)射極電極21的情況相比，能夠降低發(fā)射極電極21和基極層之間的 接觸電阻。斷開時(shí)或正常狀態(tài)下，空穴(hole)HL從p基極層5經(jīng)由p+層 20流向發(fā)射極電極21。這時(shí)，p +層20中的電阻值小，n+發(fā)射極層6 下部的p型基極層5的電壓降也小。因此，能夠防止p型基極層5和n十 發(fā)射極層6凈皮正向偏置，并能夠防止寄生npn雙極晶體管成為導(dǎo)通狀 態(tài)。即，通過設(shè)置p +層20，空穴HL不在n+發(fā)射極層6正下方停滯地 流向發(fā)射極電極21，能夠高速地發(fā)出少數(shù)載流子空穴。換言之，通 過降低基極層5(p +層20)對(duì)發(fā)射極電極21的接觸電阻，間接地降低了 n +發(fā)射極層6正下方的p基極區(qū)域的基極電阻。
圖4是概略表示沿圖1所示的線L4-L4的IGBT1的截面結(jié)構(gòu)的示
圖。圖4所示的IGBTl的區(qū)域的n +發(fā)射極層6中設(shè)有本體部6a，沒有
設(shè)凸部6b。因而，發(fā)射極電極21只與p +層20接觸。該圖4所示的截
面結(jié)構(gòu)的其他結(jié)構(gòu)與圖3所示的截面結(jié)構(gòu)的構(gòu)成要素相同，其對(duì)應(yīng)部
分加有相同的附圖標(biāo)記，其詳細(xì)說明省略。 〖0034]
如圖4所示，在n +發(fā)射極層6的未設(shè)凸部6b的區(qū)域，本體部6a的 長度短。因而，在該區(qū)域中，n+發(fā)射極層6下部的基極電阻較小，空 穴HL經(jīng)由低電阻的p +層20無停滯地向發(fā)射極電極21發(fā)出。從而，能
夠更有效果地抑制寄生npn雙極晶體管動(dòng)作，相應(yīng)地，能夠改善IGBT1
的斷開時(shí)及正常狀態(tài)的導(dǎo)通時(shí)抗寄生閘流管閉鎖能力。
圖5表示圖1 ~ 4所示的橫式IGBT1的寄生閘流管的電氣等效電 路。圖5中，寄生閘流管包含p叩雙極晶體管TRl和npn雙極晶體管 TR2。 pnp雙極晶體管TRl的發(fā)射極由p型集電極層2形成，基極由n十 層3及n-層4形成，其集電極由p基極層5及p +層20形成。另一方面， npn雙極晶體管TR2具有由n +層3及n -層4形成的集電極、由n+發(fā)射 極層6形成的發(fā)射極和由p基極層5及p +層20形成的基極。該雙極晶 體管TR2的基極層中存在基極電阻R。
寄生雙極晶體管TR1的發(fā)射極與集電極電極13連接，寄生雙極晶 體管TR2的發(fā)射極M極與發(fā)射極電極21連接。
通過設(shè)置p +層20并將n +發(fā)射極層6的半徑方向的長度縮短，能 夠減小基極電阻R。相應(yīng)地，能夠使寄生雙極晶體管TR2的基極-發(fā) 射極間的電壓超出內(nèi)建電壓的情況得到抑制，防止該寄生雙極晶體 管TR2成為導(dǎo)通狀態(tài)。從而，能夠改善抗寄生閘流管閉鎖能力。
另外，雖然發(fā)射極層6的外周形成為具有凹部和凸部的齒輪狀， 但其內(nèi)周部分的本體部6a連續(xù)形成，溝道形成區(qū)域8連續(xù)形成。由于 發(fā)射極區(qū)域6的本體部6a環(huán)狀地形成，溝道沿發(fā)射極層6的圓周方向連 續(xù)形成，能夠使溝道寬度充分大。因而，在施加一定的柵極-發(fā)射 極間電壓VGE的狀態(tài)下，能夠抑制施加了集電極-發(fā)射極間電壓VC 時(shí)的集電極-發(fā)射極電流ICE特性的劣化，從而能夠驅(qū)動(dòng)大電流。
圖6A是具體表示圖l所示的平面布局中對(duì)n +發(fā)射極層6的發(fā)射極 接觸區(qū)域的示圖。該n+發(fā)射極層6包含環(huán)狀地連續(xù)形成的本體部6a和
以規(guī)定的間隔配置的凸部6b。凸部6b與本體部6a連接。沿該本體部6a 外周，與凸部6b部分重疊地形成發(fā)射極接觸區(qū)域25。該發(fā)射極電極 接觸區(qū)域7中，形成與下部形成的凸部6b及p +層20(圖6A中未示出)電 氣連接的發(fā)射極電極(21)。
因而，發(fā)射極電極接觸區(qū)域7中，將凸部6b作為取得對(duì)n+發(fā)射極
層6的電氣連接的區(qū)域使用，能夠減少n+發(fā)射極層6的下部的p型基極
層的長度。
圖6B是將該圖6A所示的n +發(fā)射極層6的 一部分結(jié)構(gòu)擴(kuò)大后的示 圖。在n +發(fā)射極層6的本體部6a的外周，沿圓周方向以規(guī)定的間距W1 形成寬度W2的凸部6b。凸部6b配置的間距(間隔)Wl比凸部6b的寬度 W2充分大(W1〉W2)。通過將該n+發(fā)射極層的凸部6b分開足夠的間隔 進(jìn)行配置，能夠充分抑制n +發(fā)射極層6的半徑方向的寬度的增大， 并降低基極電阻。另外，將該間距Wl設(shè)置成比凸部6b的寬度W2充分
大具有以下的優(yōu)點(diǎn)。
圖7是n +發(fā)射極層、發(fā)射極電極和柵極電極引出布線的平面布 局的放大示圖。如該圖7所示，n +發(fā)射極層6包含環(huán)狀地連續(xù)形成的 本體部6a和與該本體部6a鄰接的以規(guī)定的間距(W1)配置的凸部6b 。 對(duì)著該凸部6b,取得與發(fā)射極電極30(21)之間的電氣接觸。該發(fā)射極 電極30對(duì)應(yīng)于圖2所示的發(fā)射極電極21 ，沿圖1所示的發(fā)射極電極接 觸區(qū)域7環(huán)狀地設(shè)置。在凸部6b之間設(shè)置柵極電極引出布線32。
凸部6b之間的柵極電極引出布線32的配置區(qū)域中，發(fā)射極電極30 被分離。因而，在該柵極電極引出布線32下部，使n +發(fā)射極層6的 本體部6a連續(xù)延伸地配置，并能夠使發(fā)射極電極21(30)經(jīng)由凸部6b與 n +發(fā)射極層6電氣接觸。從而，柵極電極引出布線32的設(shè)置區(qū)域中，
不需要分離發(fā)射極層6。通過使該n +發(fā)射極層本體部6a連續(xù)地延伸， 能夠使溝道形成區(qū)域連續(xù)地延伸，并能夠防止IGBT的溝道寬度的降 低。
圖8是概略表示IGBT 1的發(fā)射極電極及柵極電極的平面布局的示 圖。如圖8所示，IGBT中，在p基極層5的內(nèi)周部設(shè)有溝道形成區(qū)域8。 在該溝道形成區(qū)域8的內(nèi)側(cè)，環(huán)狀地形成柵極電極(包含柵極電極布線 16、 19的柵極布線)17。柵極電極17配置成將在內(nèi)部形成的n緩沖層3 及p集電極層2包圍。
在該溝道形成區(qū)域8的外部，設(shè)置具有環(huán)狀地連續(xù)形成的本體部 6a及與該本體部6a連接的凸部6b的n +發(fā)射極層6。與發(fā)射極層6的凸 部6b部分重疊地，在p基極層5表面設(shè)置發(fā)射極電極30(發(fā)射極電極接 觸區(qū)域7)。發(fā)射極電極30的一部分在凸部6b之間的區(qū)域中分離。該發(fā) 射極電極30的分離區(qū)域中設(shè)置柵極電極引出布線32,在內(nèi)部與環(huán)狀 地形成的溝道柵極電極17連接。
因而，如圖8所示，n +發(fā)射極層6連續(xù)形成并與發(fā)射極電極30電 氣連接。因而，能夠在溝道形成區(qū)域8中將溝道在n +發(fā)射極層6內(nèi)部
連續(xù)地形成，并能夠抑制溝道寬度的降低。
另外，圖8中，發(fā)射極電極30在1個(gè)位置處被切斷而分離，該分 離區(qū)域中配置柵極電極取出布線32。但是，該發(fā)射極電極30也可配 置成在多個(gè)位置被切斷并在各切斷區(qū)域設(shè)置柵極電極取出布線32。 各分割發(fā)射極電極30可各自共同連接在發(fā)射極電極引出布線(發(fā)射極 端子)上。
如上所述，通過將該凸部6b沿圓周方向的寬度(W1)設(shè)為比凸部6b
沿圓周方向的間距(W2)小，能夠足夠?qū)捲５嘏渲脰艠O電極取出布線 32。從而，在施加了柵極-發(fā)射極間電壓VGE的狀態(tài)下，能夠防止 在施加了集電極-發(fā)射極間電壓VC時(shí)的集電極-發(fā)射極電流ICE特 性的惡化。
上述說明中描述了n溝道IGBT。但是，采用橫式p溝道IGBT也能
夠取得同樣的效果。
若將各區(qū)域的導(dǎo)電型設(shè)成相反，則可獲得橫式p溝道IGBT,在n
基極層中，使高濃度的半導(dǎo)體區(qū)域與p發(fā)射極區(qū)域鄰接，并使該區(qū)域
形成得比發(fā)射極層深。
如圖9~圖11所示，在p基極層5中n+發(fā)射極層6下部設(shè)置p +層
35，在未設(shè)置凸部6b的發(fā)射極層的凹部區(qū)域中發(fā)射極電極21與高濃
度的n+區(qū)域電氣連接，能夠降低p基極層5的電阻，并能夠改善抗寄
生閘流管閉鎖能力。另外，由于本體部6a溝道連續(xù)環(huán)狀地形成，溝道
寬度能夠充分地寬，從而抑制集電極-發(fā)射極電流ICE特性的惡化。
另外，p +層35與發(fā)射極電極21電氣連接，能夠降低發(fā)射極電極21對(duì)
基極層5的接觸電阻，并能夠相應(yīng)地降低基極電阻，進(jìn)一步改善抗寄
生閘流管閉鎖能力。
圖12及圖13是概略表示本發(fā)明的實(shí)施例1之變更例2的IGBT的發(fā) 射極區(qū)域部分的截面結(jié)構(gòu)的示圖。圖12所示的截面結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于圖9所 示的沿線L10-L10的截面結(jié)構(gòu)。圖12所示的IGBT中，n +發(fā)射^L層6 與前面所述的一樣，包含圓形地形成的本體部6a和從集電極層向遠(yuǎn)離 方向突出的凸部6b。在該n +發(fā)射極層6的下部以大致相同的尺寸設(shè) 置p +層40。該圖12所示的截面結(jié)構(gòu)中，其余的結(jié)構(gòu)與圖10所示的截
面結(jié)構(gòu)相同，對(duì)應(yīng)部分附上相同的附圖標(biāo)記，其詳細(xì)說明省略。
圖13所示的截面結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于沿圖9所示的線L11 - Lll的截面結(jié) 構(gòu)。圖13中設(shè)有本體部6a,但沒有設(shè)置n+發(fā)射極層的凸部(6b)。將該
11 +發(fā)射極層6的本體部6&包圍地形成？ +層40, p +層40與發(fā)射極電 極21電氣連接。
該圖13所示截面結(jié)構(gòu)的其他結(jié)構(gòu)與圖11所示的截面結(jié)構(gòu)相同，
對(duì)應(yīng)部分附上相同的附圖標(biāo)記，其詳細(xì)說明省略。
如上所迷，依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例l，具有凹部及凸部的齒輪狀(具 有本體部和凸部的形狀)地在橫式IGBT中形成發(fā)射極層，在比該發(fā)射 極層深的部分，形成高濃度半導(dǎo)體層。因此，能夠降低基極電阻，
并能夠改善抗寄生閘流管閉鎖能力。另外，能夠?qū)系缹挾热〉贸?分寬，在施加了一定的柵極-發(fā)射極間電壓(VGE)的狀態(tài)下，能夠抑 制施加了集電極-發(fā)射極間電壓(VC)時(shí)的集電極-發(fā)射極電流(ICE) 特性的劣化。另外，柵極電極取出布線的配置能夠不影響發(fā)射極電 極和發(fā)射極層的接觸地配置，并能夠充分確保溝道寬度，從而能夠
驅(qū)動(dòng)大電流。
[實(shí)施例2J
圖16是概略表示本發(fā)明實(shí)施例2的IGBT的平面布局的示圖。該 圖16中，為了簡化圖面，沒有示出絕緣膜、電極布線及基極層內(nèi)的
高濃度p型層。
該圖16所示平面布局在以下這點(diǎn)與圖1所示的實(shí)施例1的IG ET的 平面布局結(jié)構(gòu)不同。即，作為p型基極層5內(nèi)配置的n +發(fā)射極層，相 互分離配置的單位發(fā)射極層(單位區(qū)域)60，在該p型基極層5內(nèi)沿圓周 方向隔著規(guī)定的間隔配置。該圖16所示的IGBT的平面布局的其他結(jié) 構(gòu)與圖l所示的平面布局的結(jié)構(gòu)相同，對(duì)應(yīng)的部分附上相同的附圖標(biāo) 記，其詳細(xì)"i兌明省略。
單位發(fā)射極層60的沿圓周方向的寬度a設(shè)成比單位區(qū)域的間隔b
大。單位發(fā)射極層60的形狀可以是具有4邊的矩形形狀。寬度及間隔
是沿圓周方向的長度。
圖17是概略表示沿圖16所示的線L17 - L17的截面結(jié)構(gòu)的示圖。 如圖17所示，在p基極層5表面，高濃度的p型半導(dǎo)體層(p+層)62在單 位發(fā)射極層60下部形成。發(fā)射極電極21與圖16所示的發(fā)射極層接觸 區(qū)域7中的單位發(fā)射極層60及p +層62電氣連接。溝道形成區(qū)域8與單 位發(fā)射極層鄰接，在p基極層5表面上形成。該溝道形成區(qū)域8上隔著 柵極絕緣膜15設(shè)置柵極布線16a。柵極布線16a由連續(xù)地延伸的片冊(cè)極布
線構(gòu)成，成為柵極電極17的一部分。
在該n-層4表面的p基極層5內(nèi)形成單位發(fā)射極層60，在其比該 單位發(fā)射極層深的下部設(shè)置高濃度的p +層62。
圖18是概略表示沿圖16所示的線L18 - L18的截面結(jié)構(gòu)的示圖。 單位發(fā)射極層60島狀地形成，在圖18所示的區(qū)域中，不設(shè)置單位發(fā) 射極層60, p +層62與溝道形成區(qū)域8鄰接地延伸，在p基極層5表面 形成。p +層62與發(fā)射極電極21連接。
該溝道形成區(qū)域8中，通過在上部的柵極布線16a上施加電壓來 形成溝道。單位發(fā)射極層60不在圖18所示的區(qū)域中設(shè)置。因而，斷 開時(shí)或正常狀態(tài)的導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的空穴，不是經(jīng)由n+發(fā)射^l層60的正 下方的區(qū)域而是經(jīng)由設(shè)于單位發(fā)射極層60之間的p基極層或p +層62 流向發(fā)射極電極21,其流動(dòng)傾向變得很強(qiáng)。流入發(fā)射極層面正下方 的空穴數(shù)降低，從而由n-層4/p基極層5/n+發(fā)射極層62形成的寄生npn 雙極晶體管的動(dòng)作得到抑制。相應(yīng)地，能夠抑制由p集電極層2/n緩沖 層3 、 n -漂移層4/p基極層5/n+發(fā)射極層60形成的寄生閘流管的閉鎖。
另外，單位發(fā)射極層60下部的基極電阻通過p +層62降低，與實(shí) 施例1一樣，能夠抑制寄生閘流管的閉鎖。
再有，如圖16所示，單位發(fā)射極層60的平面布局形狀，可以為 扇形、梯形或長方形的形狀等任一種形狀，也可用具有4邊的封閉的 島狀區(qū)域來形成單位發(fā)射極層60,這里，將這些長方形、梯形或扇 形的具有4邊的形狀M^定為"矩形狀，，。
另外，該單位發(fā)射極層60的間距b,可以設(shè)定成在該溝道形成區(qū) 域8中形成足夠?qū)挾鹊臏系赖拇笮　Ｒ蚨?，作為該單位發(fā)射極層60的 形狀，可以設(shè)置成外周部狹窄，朝向溝道形成區(qū)域8的部分寬闊的形狀。
另外，與圖8所示的結(jié)構(gòu)相同，柵極電極布線引出布線可以配置
在該島狀區(qū)域之間的區(qū)域。
圖19及圖20是概略表示本發(fā)明的實(shí)施例2之變更例1的IGBT的發(fā) 射極區(qū)域部的截面結(jié)構(gòu)的示圖。圖19所示的截面結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于沿圖16
所示的線L17 - L17的截面結(jié)構(gòu)，圖20所示的截面結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于沿圖16 所示的線L18-L18的截面結(jié)構(gòu)。圖19所示的結(jié)構(gòu)中，在單位n+發(fā)射 極層60下部形成p +層62。該p +層62在半徑方向的長度比單位發(fā)射 極層60短，其外周部與單位發(fā)射極層60的外周部對(duì)準(zhǔn)地配置。因此， 該區(qū)域中，發(fā)射極電極21與單位發(fā)射極層60及p型基極層5電氣連接。
另一方面，在未設(shè)單位發(fā)射極層60的區(qū)域，如圖20所示，p +層
62在該p基極層5表面連續(xù)形成。該p +層62在p基極層5中與溝道形成
區(qū)域8鄰接，在其一部分區(qū)域中形成。在該區(qū)域中，發(fā)射極電極21與
p +層62及p型基極層5電氣連接。在圖19及圖20所示的截面結(jié)構(gòu)中，
其他結(jié)構(gòu)與圖17和圖18所示的截面結(jié)構(gòu)相同，對(duì)應(yīng)的部分附加相同
的附圖標(biāo)記，其詳細(xì)說明省略。
在圖19及圖20所示的結(jié)構(gòu)中，只是沿p +層62的半徑方向的長度 縮短，溝道形成區(qū)域8延伸到p基極層5中發(fā)射極電極21下部而形成，
能夠取得與圖17及圖18所示的結(jié)構(gòu)同樣的效果。
[變更例2]
圖21及圖22是概略表示本發(fā)明實(shí)施例2之變更例2的IGBT的發(fā)射 極區(qū)域的截面結(jié)構(gòu)。圖21及圖22所示的變更例2的結(jié)構(gòu)中，其平面布 局與圖16所示的IGBT的平面布局相同，單位發(fā)射極層60相互間隔沿
圓周方向以規(guī)定的間距配置。 〖0082]
圖21所示的截面結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于圖16所示的沿線L17 - L17的截面結(jié) 構(gòu)，圖22與圖16所示的沿線L18-L18的截面結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)。如圖21所示， p +層62以與單位n +發(fā)射極層60的半徑方向的寬度大致相同地形 成，與溝道形成區(qū)域8相接，延伸到柵極布線16a下部。p +層62與單 位發(fā)射極層60的外周部和內(nèi)周部對(duì)準(zhǔn)而配置。發(fā)射極電極21與單位n十
發(fā)射極層60及p型基極層5電氣連接。
如圖22所示，在不設(shè)置單位n+發(fā)射極層60的區(qū)域配置p +層62, 鄰接溝道形成區(qū)域8并延伸到柵極電極布線16a下部，并與發(fā)射極電極 21電氣連接。
在圖21及圖22所示結(jié)構(gòu)中，p基極層5中設(shè)有高濃度的p +層62, 形成得比單位n+發(fā)射極層60深，能夠高效地吸收并對(duì)發(fā)射極電極21 發(fā)出空穴，能夠取得與圖17及圖18所示的結(jié)構(gòu)相同的作用與效果。 特別是與溝道形成區(qū)域8相接地形成p +層62，能夠?qū)挝话l(fā)射極層62 下部的基極電阻更加降低，另外，能夠高效地從溝道形成區(qū)域8中形 成的溝道吸收空穴并向發(fā)射極電極21發(fā)出。
再有，本實(shí)施例2中，IGBT可采用橫式p溝道IGBT。作為少數(shù)載 流子的電子從高濃度n +層發(fā)出。
[變更例3]
圖23及圖24是概略表示本發(fā)明的實(shí)施例2之變更例3的IGBT的發(fā) 射極區(qū)域附近的截面結(jié)構(gòu)的示圖。圖23及圖24所示的變更例3的IGBT 的平面布局與前面圖16所示的結(jié)構(gòu)相同，作為發(fā)射極層，單位n +發(fā) 射極層60在IGBT的p基極層5內(nèi)中分離地配置。
圖23所示的截面結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于沿圖16所示的線L17-L17的截面結(jié) 構(gòu)，圖24所示的截面結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于沿圖16所示的線L18 - L18的截面結(jié)構(gòu)。
如圖23及圖24所示，該變更例3中，p +層64作為埋入層在p基極 層5內(nèi)，在比單位n+發(fā)射極層深的區(qū)域且與單位n+發(fā)射極層62分離地 形成。該p +層64與溝道形成區(qū)域8鄰接，且在p基極層5內(nèi)延伸剖發(fā)
射極電極21的下部地配置。圖23及圖24所示的IGBT的其他結(jié)構(gòu)與圖 17 ~圖22所示的截面結(jié)構(gòu)相同，對(duì)應(yīng)的部分附加相同的附圖標(biāo)記， 其詳細(xì)說明省略。
在圖23及圖24所示的結(jié)構(gòu)中，通過將p +層64在p基M5的深區(qū) 域形成，能夠降低單位n+發(fā)射極層60底部的基極電阻。另外，在不 形成單位n+發(fā)射極層60的區(qū)域(參照?qǐng)D24)， p +層64能夠高效地吸收 空穴并向發(fā)射極電極21傳送。因而，如圖23及圖24所示，在單位n十 發(fā)射極層60分離地配置的結(jié)構(gòu)中，p基極層5內(nèi)中，埋入p +層64在比 單位n+發(fā)射極層深的區(qū)域中環(huán)狀地連續(xù)形成，能夠改善抗寄生閘流 管閉鎖能力。另外，由于溝道寬度取得充分寬(單位n+發(fā)射極層的沿 圓周方向的寬度設(shè)置成比間距充分大)，能夠充分地確保流過大的集
電極-發(fā)射極電流。
另外，該埋入p +層64的半徑方向的寬度與單位n+發(fā)射極層的半 徑方向的寬度相同，埋入p +層64和單位n+發(fā)射極層62可對(duì)準(zhǔn)配置。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2，單位發(fā)射極在發(fā)射極區(qū)域中 島狀地采用矩形的形狀以規(guī)定的間距配置，另外，該單位發(fā)射極層 的沿半徑方向的寬度設(shè)置成比島區(qū)域的配置間距充分寬，在溝道寬 度充分寬的狀態(tài)下，能夠經(jīng)由高濃度雜質(zhì)層將少數(shù)栽流子向發(fā)射極 電極發(fā)出，能夠改善抗寄生閘流管閉鎖能力并增加驅(qū)動(dòng)電流。另外，
能夠縮短斷開時(shí)間。
[實(shí)施例3
圖25是概略表示本發(fā)明的實(shí)施例3的IGBT的平面布局的示圖。 圖25所示的平面布局中，為了簡化圖面，未示出絕緣膜、電極及布
線。 v
即，由n -層4/p基極層72/n +發(fā)射極層6形成的寄生叩n雙極晶體 管中，n +發(fā)射極層6(6a)正下方的p基極區(qū)域的寬度狹窄，能夠降低 基極電阻，并抑制寄生叩n雙極晶體管動(dòng)作。相應(yīng)地，能夠抑制寄生
閘流管的閉鎖，與實(shí)施例l一樣，能夠改善抗寄生閘流管閉鎖能力。
另外，由于p +層74基極電阻變小，經(jīng)由該基極電阻空穴HL流 過p +層74。這時(shí)，存在p +層74底部的曲率部AR2的電場強(qiáng)度比p基 極層72的曲率部ARl的電場強(qiáng)度高的情況(因?yàn)閜+層74比p基極層72雜 質(zhì)濃度高)。因而，這時(shí)，空穴電流(空穴HL的流向)從p +層74的底部 的曲率部AR2流入，流向n+發(fā)射極層6(6a)正下方的空穴電流的長度 縮短。因而，n+發(fā)射極層6(6a)正下方的基極電阻的長度縮短，相應(yīng) 地，能夠降低基極電阻，能夠抑制寄生雙極晶體管的動(dòng)作，并能夠
抑制寄生閘流管的閉鎖。
n+發(fā)射極層6包含環(huán)狀地連續(xù)延伸的本體部6a和在從集電 極層遠(yuǎn)離方向上突出的突出部6b。該圖28中，基極層區(qū)域70包含在11+ 發(fā)射極層6(6a， 6b)下部形成的高濃度的p +層75和在該p +層75的兩 側(cè)配置的p基極層72及76。 n+發(fā)射極層6及p基極層76與發(fā)射極電極21 連接。p基極層72在溝道形成區(qū)域8和發(fā)射極層本體部6a下部比發(fā)射極
層6深地形成。
另一方面，如圖29所示，在發(fā)射極層6中未設(shè)凸部6b的區(qū)域，從
發(fā)射極層本體部6a下部到發(fā)射極電極21下部，p +層75比p基極層72及 79更深地形成。
該圖28及圖29所示的截面結(jié)構(gòu)的其他結(jié)構(gòu)與圖26及圖27分別示
出的截面結(jié)構(gòu)的構(gòu)成要素相同，對(duì)應(yīng)的部分附上相同的附圖標(biāo)記，
其詳細(xì)說明省略。
該變更例l的結(jié)構(gòu)中，p +層75比p基極層72及76更深的在n+發(fā) 射極層6下部形成。因而，與前述的實(shí)施例l相同，能夠降低發(fā)射極 層下部的p基極層的基極電阻，能夠降低寄生叩n雙極晶體管的基極 電阻，并能夠改善抗寄生閘流管閉鎖能力。另外，與圖26及圖27所 示的結(jié)構(gòu)相同，能夠高效地通過p +層75吸收少數(shù)載流子空穴HL，向 發(fā)射極電極21發(fā)出。并且，能夠取得與實(shí)施例l所示的結(jié)構(gòu)相同的效 果。 [變更例2]
圖30及圖31是概略表示本發(fā)明實(shí)施例3之變更例2的IGBT的發(fā)射 極區(qū)域部的截面結(jié)構(gòu)的示圖。該變更例2的結(jié)構(gòu)中，n+發(fā)射極層6與 圖25所示的平面布局相同，包含本體部6a和凸部6b。圖30所示的截面 結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于沿圖25所示的L26-L26的截面結(jié)構(gòu)，圖31所示的結(jié)構(gòu)對(duì) 應(yīng)于沿圖25所示的線L27-L27的截面結(jié)構(gòu)。
圖30及圖31所示的截面結(jié)構(gòu)，在以下這點(diǎn)上與圖28及圖2 9所示 的截面結(jié)構(gòu)不同。即，比p基極層72及76更深地在n+發(fā)射極層6(6a， 6b) 下部形成的p +層75B的內(nèi)周部與n+發(fā)射極層6的內(nèi)周部對(duì)準(zhǔn)地配置， 另外，其外周部與n+發(fā)射極層6的凸部(6b)的外周部對(duì)準(zhǔn)地配置。
圖30及圖31所示的截面結(jié)構(gòu)的其他結(jié)構(gòu)要素與圖28及圖29所示的結(jié)構(gòu)要素相同，對(duì)應(yīng)的部分附上相同的附圖標(biāo)記，其詳細(xì)說明省略。
在圖30及圖31所示截面結(jié)構(gòu)中，p +層75B的內(nèi)周部與n+發(fā)射極 層6的內(nèi)周部對(duì)準(zhǔn)地形成。因而，能夠進(jìn)一步降低n +發(fā)射極層6的下 部的基極電阻，能夠高效地抑制寄生雙極晶體管動(dòng)作。并且，能夠 取得與前述的圖26~圖29所示的結(jié)構(gòu)相同的作用和效果。
圖32及圖33是概略表示本發(fā)明實(shí)施例3之變更例3的IGBT的發(fā)射 極區(qū)域部的截面結(jié)構(gòu)的示圖。圖32所示的截面結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于沿圖25所 示的平面布局的線L26-L26的截面結(jié)構(gòu)，圖33所示的截面結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng) 于沿圖25所示的線L27-L27的截面結(jié)構(gòu)。
該變更例3的結(jié)構(gòu)中，如圖32及圖33所示，p +層75C埋入p基極 層內(nèi)，且比p基極層72、 76更深地形成。該p +層75C與n+發(fā)射極層 6(6a、 6b)分離地配置。因而，在該p +層75C的兩側(cè)形成的p基;f及層72 和76在該n+發(fā)射極層6底部連接。
該圖32及圖33所示的截面結(jié)構(gòu)的其他結(jié)構(gòu)與前述的圖28~圖31
所示的截面結(jié)構(gòu)相同，對(duì)應(yīng)的部分附加相同的附圖標(biāo)記，其詳細(xì)^兌
明省略。
如圖32及圖33所示，通過將p +層75(:在11+發(fā)射極層6的下方與11+ 發(fā)射極層分離地更深地形成，同樣，能夠?qū)⒃搉+發(fā)射極層6的基極區(qū) 域?qū)又械膶挾仍O(shè)定為比其本體部6a短，能夠降《緣極電阻。另外，由
于p+層75C，能夠與前述的圖26及圖27所示的結(jié)構(gòu)相同高效地吸收空 穴HL,并向發(fā)射極電極21傳送。即，能夠?qū) +層75C的曲率部的電
場強(qiáng)度設(shè)置成大于p基極層72的曲率部，能夠由p +層75C高效地吸收 空穴，能夠降低n+發(fā)射極層6的下部的空穴電流流經(jīng)通路的電阻值。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3，將發(fā)射極層區(qū)域齒輪狀地由 本體部和與本體部以規(guī)定間隔連接的凸部構(gòu)成，且比基極層更深地 形成高濃度雜質(zhì)區(qū)域，能夠高效地吸收少數(shù)載流子。從而，能夠降 低發(fā)射極層下部的基極電阻，抑制寄生雙極晶體管動(dòng)作，并能夠改 善抗寄生閘流管閉鎖能力。另外，溝道環(huán)狀地連續(xù)形成，能夠?qū)?道"i殳置成大寬度，以流過充分大的集電極-發(fā)射極電流。
再有，本實(shí)施例3中，發(fā)射極區(qū)域齒輪狀地形成，通過適當(dāng)設(shè)定 該發(fā)射極層區(qū)域的凸部寬度及間距條件，能夠?qū)艠O電極引出布線 配置在凸部之間的區(qū)域，取得與前述的實(shí)施例l相同的效果。
實(shí)施例4
圖34是概略表示本發(fā)明的實(shí)施例4的IGBT的平面布局的示圖。 該圖34中也未示出電極及布線及絕緣層。該圖34所示的平面布局與 圖16所示平面布局在以下這點(diǎn)上結(jié)構(gòu)不同。即，在n-層4的周邊部 形成的基極層區(qū)域80中，高濃度的p +層比p基極層更深地形成。發(fā) 射極層用相互分離的單位發(fā)射極層60實(shí)現(xiàn)。該單位發(fā)射極層60的寬 度a和間距b滿足與前述的實(shí)施例2所示的IGBT時(shí)相同的關(guān)系。
圖35是概略表示沿圖34所示的線L3S-L35的截面結(jié)構(gòu)的示圖。 如圖35所示，在單位n +發(fā)射極層60下部比p型基極層82更深地形成 比p型基極層80更高濃度的p +層84。 p型基極層82配置成延伸到溝道 形成區(qū)域8及n+發(fā)射極層60下部的一部分。發(fā)射極電極21與單位n+發(fā) 射極層60及p +層84電氣連接。
圖36是概略表示沿圖34所示的線L36 - L36的截面結(jié)構(gòu)的示圖。
在圖36所示的區(qū)域中，p +層84表面不設(shè)置發(fā)射極層。p +層84與p型
基極層82相連。發(fā)射極電極21與高濃度p +層84電氣連接。圖35及圖
36所示的截面結(jié)構(gòu)的其他結(jié)構(gòu)與圖17及圖18所示的結(jié)構(gòu)相同，對(duì)應(yīng)
的部分附以相同的附圖標(biāo)記，其詳細(xì)說明省略。
如圖37及圖38所示，高濃度的深層的p +層85A,在溝道形成區(qū) 域8形成的p基極層82和在基極區(qū)域80的外周部形成于發(fā)射極電極21 下部的p基極層86之間形成。在該p +層85A的表面形成單位n+發(fā)射極 層60。圖37中，發(fā)射極電極21與單位發(fā)射極層60和p型基極層86連接。 在圖38所示的區(qū)域中，由于未設(shè)單位發(fā)射極層60，發(fā)射極電極21在p +層85八和？型基極層86之間電氣連接。圖37及圖38所示結(jié)構(gòu)的其他 結(jié)構(gòu)要素與圖35及圖36所示的結(jié)構(gòu)要素相同，對(duì)應(yīng)的部分附以相同 的附圖標(biāo)記，其詳細(xì)i兌明省略。
在圖37及圖38所示的結(jié)構(gòu)中，通過設(shè)置p +層85A，在單位n+發(fā) 射極層60相互分離地配置的場合，能夠經(jīng)由該單位n+發(fā)射極層間的 區(qū)域(參照?qǐng)D38)的p+層85A而高效地向發(fā)射極電極21傳送空穴。另夕卜， 通過深層的高濃度p +層85A并借助于高電場，能夠比p基極層82更高 效地吸收空穴并向發(fā)射極電極21傳送。另外，發(fā)射極電極21與高濃 度p +型層85A電氣連接，能夠降低基極層和發(fā)射極電極間的接觸電 阻，相應(yīng)地，能夠降^J^極電阻。
在圖39及圖40所示的結(jié)構(gòu)中，高濃度的p +層85B與單位n+發(fā)射
極層60對(duì)準(zhǔn)地且比基極層82及86更深地形成。因而，能夠更有效果 地降低單位n+發(fā)射極層60正下部的基極電阻，并能夠降低基極-發(fā) 射極間的電壓差。另外，該p +層85B比前述的圖37及圖38所示的結(jié) 構(gòu)更長地形成，能夠進(jìn)一步降低基極電阻，除了圖37及圖38所示的 結(jié)構(gòu)的效果之外，還能降低基極電阻并改善抗寄生閘流管閉鎖能力。
C變更例3]
圖41及圖42概略表示本發(fā)明實(shí)施例4的IGBT之變更例3的發(fā)射極 區(qū)域部的截面結(jié)構(gòu)。圖41及圖42所示的截面結(jié)構(gòu)在以下這點(diǎn)上與圖 37~圖40所示的截面結(jié)構(gòu)不同。即，比p基極層82及86更深地形成的 高濃度p +層85C與單位n+發(fā)射極層60分離地形成，作為該p型基極層 82、 86內(nèi)的埋入層，比p型基極層82、 86更深地形成。因而，在p基 極層區(qū)域80中，p基極層82及86在該p +層85C的表面部連接。特別是 在未形成單位n+發(fā)射極層60的區(qū)域(參照?qǐng)D42),只是在p基極層82、 86下部，設(shè)置p +層85C作為埋入雜質(zhì)區(qū)域。發(fā)射極電極在該區(qū)域中 與p型基極層82、 86電氣連接。
因而，即使形成該p +層85C作為埋入?yún)^(qū)域，也能夠由p +層85C 確定單位n+發(fā)射極層60下部的空穴流經(jīng)通路，從而降低基極電阻。 另外，比p基極層82、 86更深地形成p +層85C，因高電場從p基極層 下部流入的空穴能夠由p +層85C高效地吸收并傳送到發(fā)射極電極 21。
另外，本實(shí)施例4中，單位n+發(fā)射極層60的沿半徑方向的寬度a 也比其配置間距b大。但是，在能夠充分確保溝道寬度時(shí)，該單位n +發(fā)射極層60的沿半徑方向的寬度a也可設(shè)置成比配置間距b小。 [實(shí)施例5
圖43是概略表示本發(fā)明實(shí)施例5的橫式MOSFET的平面布局的示 圖。為了簡化圖面，圖43中未示出電極、絕緣膜及電極布線。
圖43中，橫式n溝道MOS晶體管包含在中央部形成的高濃度n +型漏極層(第1半導(dǎo)體層區(qū)域)102、將該n+漏極層102包圍而形成的 n-漂移層(半導(dǎo)體區(qū)域)104以及將n-漂移層104包圍而形成的p基極 層(第2半導(dǎo)體層區(qū)域)105。該p基極層105包含與n-漂移層14鄰接 而"&的溝道形成區(qū)域108和沿該溝道形成區(qū)^U08外周齒輪形狀地形 成的11+源極層106。11+源極層106包含連續(xù)地一體形成的本體部106a 和沿著遠(yuǎn)離漏極層102的半徑方向突出的凸部106b。在該凸部106b的 上部及p基極層105外周部設(shè)置源極電極接觸區(qū)域107。
圖44是概略表示沿圖43所示的線L44 - L44的截面結(jié)構(gòu)的示圖。 圖44中，橫式n溝道MOSFET在形成于p型襯底110表面的n -層(n -漂 移層)104表面上形成。在n-漂移層104表面上形成n+漏極層102， n + 漏極層102與漏極電極113電氣連接。該漏極電極113與在第1及第2絕 緣膜l 1 l及l(fā) 12上形成的漏極電極取出布線l 14電氣連接。
比n+源極層106更深地且以比p基極層105更高濃度地設(shè)置p +層
120。該n +源極層106和p型基極層105共同連接于源極電極121。在
圖44所示的截面結(jié)構(gòu)中，n +源極層106包含本體部106a和凸部106b。
僅配置該橫式MOSFET的源極層106的本體部106a的區(qū)域中，源 極區(qū)域附近的截面結(jié)構(gòu)與圖4所示的截面結(jié)構(gòu)相同。取代發(fā)射極層6， 配置了源極層106。
從圖44所示的截面結(jié)構(gòu)顯見，在橫式n溝道IGBT的結(jié)構(gòu)中，除
了橫式n溝道MOSFET的漂移層和漏極層為同 一導(dǎo)電型且漏極層102未
設(shè)緩沖層之外，IGBT和MOSFET的結(jié)構(gòu)在源極區(qū)域及發(fā)射極區(qū)域中
均相同。
因而，與前面的實(shí)施例1 4所說明的IGBT的發(fā)射極區(qū)域中少數(shù) 載流子的發(fā)出相同，在橫式MOSFET中也能通過將高濃度p +層120比 n+源極層106更深地設(shè)置在p基極層105，可向源極電極121高效地傳 送空穴。另外，能夠降低在源極電極121的下部由11+源極層106/p+層 120、 p基極層105/n-層104形成的寄生npn雙極晶體管的基極電阻，
并能夠改善抗寄生閘流管閉鎖能力。因此，能夠取得與前面的實(shí)施 例l 4中說明的橫式IGBT相同的效果。
另外，作為其源極區(qū)域部的截面結(jié)構(gòu)，與前述的橫式IGBT的截 面結(jié)構(gòu)相同，因而，作為n+源極層106的形狀，單位n+源極層可島 狀地相互分離地配置，能夠采用與前文就IGBT說明的實(shí)施例1 ~4相
同的n+源極層106的形狀。
另外，關(guān)于高濃度的p +層120，也與實(shí)施例1~4相同，可在n十 源極層106下部設(shè)置比p基^L層105更高濃度的p +層120，也可將該p 十層120比p基極層100更深地設(shè)置。關(guān)于這些，由于圖面的截面結(jié)構(gòu) 相同，因此未示出截面結(jié)構(gòu)以免復(fù)雜化；關(guān)于高濃度p +層120的結(jié) 構(gòu)，可釆用實(shí)施例l 4中說明的結(jié)構(gòu)，同樣，能夠改善寄生閘流管 耐量。另外，溝道形成區(qū)域108中，圓形地連續(xù)形成溝道，從而能夠 驅(qū)動(dòng)大的漏極-源極電流。另外，通過高效地發(fā)出少數(shù)載流子，能 夠縮短斷開時(shí)間。
另外，不論是橫式MOSFET,還是柵極結(jié)構(gòu)為具有溝型結(jié)構(gòu)的 溝槽柵極MOSFET等其他結(jié)構(gòu)，均可采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。另外，對(duì)于 p溝道MOSFET也同樣，可通過改變導(dǎo)電型而采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
l實(shí)施例6
圖45是概略表示本發(fā)明實(shí)施例6的IGBT的平面布局的示圖。IGBT 中，為了驅(qū)動(dòng)大電流，多個(gè)單元排列配置。圖45中代表性地示出IGBT 單元150a-150c。這些單元lS0a 150c均為圓形形狀，各自包含在 中央部形成的p +集電極層2;包圍該集電極層2而形成的n緩沖層3; 包圍11緩沖層3而形成的11-漂移層4;以及沿著該n -漂移層4的外周
而形成的p基極層5。在該p基極層5區(qū)域內(nèi)形成n+發(fā)射極層6。在圖45 所示的布局中，該n+發(fā)射極層6包舍凸部6b和連續(xù)形成的圓形的本體 部6a。在該本體部6a的內(nèi)周部的p基極層區(qū)域5中，形成溝道形成區(qū)域 8。 p基極層5配置成在單元150a-150c之間相鄰接。再有，在圖45所 示的平面布局中，與前述的實(shí)施例l ~5—樣，沒有示出電極布線、 絕緣膜以及設(shè)于基極層的高濃度p +層。該高濃度的p +層，與從前 述的實(shí)施例1開始相同，可以在n+發(fā)射極層6下方以比p基極層5更高 濃度地形成，也可比p基極層5更深地形成。
另外，發(fā)射極層6也可與實(shí)施例2相同，分割為單位發(fā)射極層。
再有，在圖45所示的結(jié)構(gòu)中，通過取代p十集電極層而設(shè)置11 + 漏極層并省略n緩沖層3，可用同樣的配置實(shí)現(xiàn)橫式n溝道MOSFET。
通過配置這些單元150a - 150c，與后文說明的利用橢圓結(jié)構(gòu)的IG
BT單元的結(jié)構(gòu)相比，能夠?qū)系缹挾仍龃?，以?qū)動(dòng)大電流。
[變更例]
圖46是表示本發(fā)明實(shí)施例6的IGBT的平面布局之變更例的示 圖。圖46所示的平面布局與圖45所示的平面布局在以下這點(diǎn)上結(jié)構(gòu) 不同。即，單元150d-150f成排列地配置，各p基極層區(qū)域5在鄰接單 元間;故相互共有。因而，圖45所示的平面布局的配置面積能夠比單 元150d- 150f的配置面積更為降低。
圖46所示的IGBT的其他結(jié)構(gòu)與圖45所示的IGBT的平面布局的結(jié) 構(gòu)相同，對(duì)應(yīng)的部分附以相同的附圖標(biāo)記，其詳細(xì)說明省略。
圖46所示的平面布局中，高濃度p +層可以配置在發(fā)射極層6的 下方，也可以比p基極層更淺地形成，并且，也可形成得比該p基極
層還深。另外，高濃度p +層也可采用埋入結(jié)構(gòu)。另外，發(fā)射極層6 也可采用單位發(fā)射極層配置成分離的結(jié)構(gòu)，取代具有本體部6a和凸部
6b的連續(xù)結(jié)構(gòu)。
如圖45和圖46所示，通過將單元150a-1500或單元150(1- 150f形
成為圓形進(jìn)行配置，如以下說明的那樣，與利用l個(gè)橢圓結(jié)構(gòu)的單元
相比能夠?qū)系缹挾仍O(shè)置得更長，從而能夠驅(qū)動(dòng)大電流。
現(xiàn)在來看圖47,考慮橢圓結(jié)構(gòu)的IGBT200。該IGBT200包含在 中央部形成為橢圓形狀的p +集電極層204;包圍該集電極層204而形 成為橢圓形狀的n緩沖層203;包圍n緩沖層203而形成為橢圓形狀的n -漂移層204;以及包圍n-漂移層204而形成為橢圓形狀的p基極層 205。該p基極層205內(nèi)設(shè)有n +發(fā)射極層206，該n +發(fā)射極層206內(nèi)設(shè) 有溝道形成區(qū)域208。
該圖47所示的橢圓形狀的IGBT，具有直線部分和圓周部分的軌 道形狀。該軌道形狀(橢圓形狀)的直線部分中的截面結(jié)構(gòu)與本發(fā)明的 實(shí)施例1等中所示的截面結(jié)構(gòu)相同(p+發(fā)射極層可設(shè)置也可不設(shè)置)。 考慮用與圖47所示的橢圓結(jié)構(gòu)的IGBT相同的布局面積來配置例如圖 46所示的圓形形狀的單元。這時(shí)，如圖48所示，配置了單元150d-150f 的場合，單元150d及150f的溝道形成區(qū)域8的圓周部分成為與圖47所 示的橢圓形狀的IGBT的溝道形成區(qū)域的圓周部分相同?，F(xiàn)在，將鄰 接單元的p+集電極層2的中央部之間的距離設(shè)為CL。另外，在各單 元150a-150f中，將從p十集電極層2的中央部到溝道形成區(qū)域8的中 央部的距離設(shè)為r。與橢圓形狀的IGBT的溝道長度CL對(duì)應(yīng)的單元150d
及150e的溝道區(qū)域的合計(jì)長度由下式表示。
CL<3 r< Ti r
上述的關(guān)系式，通過將鄰接單元的溝道形成區(qū)域之間的距離設(shè) 置成比r小來實(shí)現(xiàn)。溝道形成區(qū)域在單元外周部的基極層區(qū)域形成，
容易使該條件得到滿足。
因而，與圖47所示的橢圓形狀的IGBT相比，通過配置單元150d
-150f(或150a - 150c)，能夠增加溝道形成區(qū)域8的沿圓周部的長度，
相應(yīng)地，能夠增加對(duì)應(yīng)于從？+集電極層向發(fā)射極層流入的電流的溝
道寬度，從而能夠驅(qū)動(dòng)更大的電流。
圖49表示在圖47所示的橢圓結(jié)構(gòu)的IGBT上施加一定的柵極-發(fā) 射極電壓VGE的狀態(tài)下，施加了集電極-發(fā)射極電壓VCE時(shí)的集電 極-發(fā)射極電流ICE的特性。橫軸的單位為V，表示集電極-發(fā)射極 電壓VCE，縱軸的單位為A，表示集電極-發(fā)射極間電流ICE。測定 溫度為室溫。但是，橢圓結(jié)構(gòu)的IGBT的基極層內(nèi)沒有設(shè)高濃度的半 導(dǎo)體層(p+層)。
如圖49所示，橢圓結(jié)構(gòu)的IGBT的場合，集電極-發(fā)射極電壓VCE 逐漸增大時(shí)，集電極-發(fā)射極電流ICE也相應(yīng)地上升。但是，該集電 極-發(fā)射極電壓VCE到大致6V附近、該集電極-發(fā)射極電流ICE達(dá)到 約0.2A時(shí)，即便從該區(qū)域使集電極-發(fā)射極電壓VCE上升，集電極 -發(fā)射極電流ICE也已大體成為飽和狀態(tài)，即使集電極-發(fā)射極電壓 VCE增大，集電極-發(fā)射極電流ICE也不能充分增大。另外，該集電 極-發(fā)射極電壓VCE從0V上升到6V的區(qū)域，集電極-發(fā)射極電流ICE 緩慢上升，導(dǎo)通電阻(VCE/ICE)變高。這是由于在橢圓結(jié)構(gòu)的基極
層內(nèi)沒有設(shè)P +層(p +發(fā)射極層)。
圖50表示在本發(fā)明的圓結(jié)構(gòu)的IGBT (參照?qǐng)D48或圖46)結(jié)構(gòu)中 在施加了 一定的柵極-發(fā)射極電壓VGE的狀態(tài)下，施加了集電極-發(fā)射極電壓VCE時(shí)的集電極-發(fā)射極電流ICE特性。在圖50中，橫軸 表示集電極-發(fā)射極電壓VCE (單位V),縱軸表示集電極-發(fā)射極 電流ICE(單位A)。測定溫度為室溫。
如圖50所示，配置了圓形結(jié)構(gòu)的單元的情況下慢慢增大集電極 -發(fā)射極電壓VCE時(shí)，在電壓6.0附近集電極-發(fā)射極電流成為0.4A, 從這附近開始集電極-發(fā)射極電流呈現(xiàn)飽和傾向。但是，此時(shí)，集 電極-發(fā)射極電流ICE與圖47所示的橢圓結(jié)構(gòu)的IGBT相比成為約2倍 大的值。并且，集電極-發(fā)射極間電壓VCE在從0V上升到6V的區(qū)域 中，其上升斜率增大，導(dǎo)通電阻(VCE-ICE)也能夠降低。這是由
于總溝道長度增加和基極電阻降低的緣故。并且，即使其電流量增 大，也能夠通過將p +層設(shè)置在發(fā)射極層的下方，防止該發(fā)射極區(qū)域 的寄生電容雙極晶體管的導(dǎo)通，從而能夠改善抗寄生閘流管閉鎖能 力。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例6，設(shè)置多個(gè)圓形的IGBT單元， 與采用1個(gè)橢圓形的IGBT的結(jié)構(gòu)相比，能夠增加溝道區(qū)域的長度，從 而能夠增加集電極-發(fā)射極電流。并且，能夠取得與前述的實(shí)施例1-4相同的效果。
實(shí)施例71
圖51是概略表示本發(fā)明實(shí)施例7的半導(dǎo)體裝置(橫式n溝道 IGBT)的截面結(jié)構(gòu)的示圖。圖51所示的IGBT的平面(表面)布局與 圖1所示的IGBT的平面布局基本相同。圖51所示的IGBT中，n-層4
和半導(dǎo)體襯底300之間設(shè)有埋入絕緣膜310。該半導(dǎo)體襯底300與n -層4分離，因此可以是p型和n型中的任一種導(dǎo)電型。
圖51所示的IGBT的其他結(jié)構(gòu)，與圖2所示的IGBT的結(jié)構(gòu)相同， 對(duì)應(yīng)的部分附上相同的附圖標(biāo)記，其詳細(xì)說明省略。
在該半導(dǎo)體襯底300表面設(shè)置埋入絕緣膜310并在埋入絕緣膜310
上形成晶體管的結(jié)構(gòu)， 一般稱為SOI(SiliconOnlnsulator)結(jié)構(gòu)，另外，
也稱為介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)。另一方面，如圖2所示，未設(shè)置埋入絕緣膜310,
n-層4和p型半導(dǎo)體村底(10)由它們之間形成的PN結(jié)隔離的結(jié)構(gòu)稱為
結(jié)隔離結(jié)構(gòu)。通過利用埋入絕緣膜310，與結(jié)隔離結(jié)構(gòu)相比，能夠更
可靠地將n -層4與村底300電氣隔離，能夠讓耗盡層僅在n -層內(nèi)生
成，從而能夠高速地動(dòng)作。
圖51所示的IGBT的其他結(jié)構(gòu)與圖2所示的IGBT的結(jié)構(gòu)相同，對(duì)
應(yīng)部分附上相同的附圖標(biāo)記，其詳細(xì)說明省略。
因此顯見，采用介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)比采用結(jié)隔離結(jié)構(gòu)更能夠高速進(jìn)
行開關(guān)動(dòng)作。
但是，結(jié)隔離中，在其開關(guān)期間斷開時(shí)集電極-發(fā)射極電壓VCE 急劇上升而向斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)移(曲線II),另外，集電極-發(fā)射極電流 ICE急劇地下降(曲線IV)。因此，即使在結(jié)隔離結(jié)構(gòu)中，通過利用
p +層并將發(fā)射極層形成為環(huán)狀，從特性曲線n和iv可明顯看出，與
采用傳統(tǒng)的橢圓結(jié)構(gòu)IGBT、不用p +層而僅利用p基極層、n發(fā)射極層
形成為環(huán)狀的結(jié)構(gòu)相比能夠提高速度(采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，斷開時(shí)間 如圖52中箭頭所示)。
圖53是表示前述實(shí)施例1中結(jié)隔離結(jié)構(gòu)橫式IGBT的阻抗負(fù)栽開 關(guān)斷開時(shí)U0.6ius)的電流分布、電壓分布和耗盡層區(qū)域分界的示 圖。電流分布用實(shí)線表示，電壓分布用虛線表示，耗盡層區(qū)域分界 線用點(diǎn)劃線表示。
如圖53所示，結(jié)隔離結(jié)構(gòu)橫式IGBT的場合，從發(fā)射極側(cè)擴(kuò)展的 耗盡層，不僅對(duì)著集電極側(cè)(p型集電極層2附近的區(qū)域)，還在p型 襯底10內(nèi)分布。因此，電位分布(用虛線表示)和電流分布(用實(shí) 線表示)均在p型襯底10的區(qū)域內(nèi)存在。因此，對(duì)集電極側(cè)的耗盡化 得到抑制，集電極-發(fā)射極電壓VCE較平緩地上升。結(jié)果，斷開時(shí) 集電極-發(fā)射極電流ICE減少而成為較為緩慢，相應(yīng)地下降時(shí)間tf推 遲。
圖54在截面結(jié)構(gòu)圖中表示本發(fā)明實(shí)施例l的結(jié)隔離結(jié)構(gòu)橫式
IGBT的電阻負(fù)栽開關(guān)斷開時(shí)(10.6ms)的空穴分布。在該結(jié)隔離結(jié)
構(gòu)橫式IGBT中，如圖53所示，由于從發(fā)射極側(cè)向集電極側(cè)的耗盡化
得到抑制，n-層4和p型襯底10內(nèi)分布有大量的空穴。即，由于n-
層4和p型襯底10內(nèi)分布了大量空穴，這意味著即使設(shè)有p +層、至'Jn
-層4和p型襯底10內(nèi)分布的空穴消失也需要時(shí)間，下降時(shí)間tf變得較
為遲緩。
圖55表示結(jié)隔離結(jié)構(gòu)橫式IGBT的電阻負(fù)栽開關(guān)斷開時(shí)(10.6 |i s)的空穴(hole)分布、電子分布和平衡狀態(tài)下的空穴/電子濃度分 布，也就是n _層4中從集電極側(cè)到發(fā)射極側(cè)一定深度處的各載流子 分布。圖55中，曲線V表示空穴分布，曲線VI表示電子分布，曲線VII 表示平衡狀態(tài)時(shí)的電子/空穴濃度的分布。
如前述的圖53所示，結(jié)隔離結(jié)構(gòu)橫式IGBT中，從發(fā)射極側(cè)向集 電極側(cè)的耗盡化得到抑制。因此，在耗盡層未擴(kuò)展的n-層內(nèi)分布有 平衡狀態(tài)的濃度以上的過?？昭ê瓦^剩電子。因此，這些過剩空穴 和過剩電子在n-層內(nèi)大量分布，從而這些過?？昭ê瓦^剩電子從n -層4消失的時(shí)間變長。因此，下降時(shí)間tf的縮短上存在限度。
圖56表示介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)橫式IGBT的電阻負(fù)載開關(guān)斷開時(shí)(10.6 His)的電位分布、電流分布和耗盡層區(qū)域分界線，對(duì)應(yīng)于圖51所示 的截面圖。圖56中，實(shí)線表示電流分布，虛線表示電位分布，點(diǎn)劃
線表示耗盡層區(qū)域分界線。
如圖56所示，在介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)橫式IGBT的場合，存在n-層4和 p型襯底300之間的埋入絕緣膜310。因此，埋入絕緣膜310中電位分
布沿其表面平行地存在，但是從發(fā)射極側(cè)擴(kuò)展的耗盡層并不擴(kuò)展到p
型襯底300，而是擴(kuò)展到n-層4內(nèi)的集電極側(cè)(絕緣膜對(duì)應(yīng)于原來的 耗盡層區(qū)域)。因此，p型襯底300中不存在電流分布(實(shí)線表示) 和電位分布(虛線表示)。因此，由于耗盡化向集電極側(cè)推進(jìn)，集 電極-發(fā)射極電壓急劇上升，對(duì)應(yīng)的集電極-發(fā)射極電流也急劇上 升，下降時(shí)間tf縮短。
圖57表示介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)橫式IGBT的電阻負(fù)載開關(guān)斷開時(shí)(10.6 jus)的空穴分布(實(shí)線表示)。其截面結(jié)構(gòu)與圖51所示的截面結(jié)構(gòu) 相對(duì)應(yīng)。如圖57所示，在介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)橫式IGBT中，如圖56所示， 從發(fā)射極側(cè)向集電極側(cè)的耗盡化得到促進(jìn)，因此，n-層4中分布的 空穴少。因此，到n-層4內(nèi)分布的空穴消失為止的時(shí)間縮短，下降 時(shí)間tf也縮4豆。
圖58表示介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)橫式IGBT的電阻負(fù)載開關(guān)斷開時(shí)(10.6 Hs)的空穴分布、電子分布和平衡狀態(tài)下的空穴/電子濃度分布。橫 軸表示距離，縱軸表示濃度。圖58中，示出了n-層4內(nèi)一定的深度 處從集電極側(cè)到發(fā)射極側(cè)的各個(gè)分布。曲線X表示空穴分布，曲線XI 表示電子分布，曲線XII表示平衡狀態(tài)的電子/濃度分布。
〖0176]
如圖56所示，在介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)橫式IGBT中，由于從發(fā)射極側(cè)向 集電極側(cè)的耗盡化得到促進(jìn)，n -層4中耗盡層未擴(kuò)展的區(qū)域減少。 因此，如圖58所示，n-層4中，平衡狀態(tài)的濃度以上的空穴和/或電 子(過剩空穴、過剩電子)的量減少。因此，由于n-層4中過?？?穴和過剩電子的減少，到過剩空穴和過剩電子消失為止的時(shí)間變短，
結(jié)果，能夠使下降時(shí)間縮短。 -
因此，通過采用本發(fā)明實(shí)施例7的介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)，除了改善前述
的實(shí)施例l等中說明的IGBT和MOSFET中的集電極-發(fā)射極電流ICE 特性之外，還能實(shí)現(xiàn)下降時(shí)間tf的縮短。
再有，本實(shí)施例7的介質(zhì)隔離結(jié)構(gòu)也可用于前述的實(shí)施例5中的 橫式MOS，并且也適用于p溝道IGBT和p溝道橫式MOSFET。另外， 橫式MOSFET的結(jié)構(gòu)也可同樣適用于例如溝槽柵極結(jié)構(gòu)的MOSFET。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例7，將晶體管元件構(gòu)成為介質(zhì)隔 離結(jié)構(gòu)，除了前述的實(shí)施例1~6的效果之外，還能夠縮短下降時(shí)間、
實(shí)現(xiàn)高速的開關(guān)動(dòng)作。
本發(fā)明可適用于進(jìn)行功率變換/控制的功率開關(guān)元件。作為這種 功率開關(guān)元件，可以單獨(dú)設(shè)置，也可以作為智能功率元件與其他控 制器等一體化構(gòu)成。
以上就本發(fā)明作了詳細(xì)說明，但是上述說明只是例示性的描述， 并不構(gòu)成限定，本發(fā)明的精神和范圍僅由后附的權(quán)利要求書加以規(guī)定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其中設(shè)有半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底表面上形成的半導(dǎo)體區(qū)域；設(shè)于所述半導(dǎo)體區(qū)域表面的、與第1電極連接的第1半導(dǎo)體層區(qū)域；在所述半導(dǎo)體區(qū)域上從所述第1半導(dǎo)體層區(qū)域分離并包圍所述第1半導(dǎo)體層區(qū)域而配置的、其導(dǎo)電型與所述半導(dǎo)體區(qū)域不同的環(huán)狀的第2半導(dǎo)體層區(qū)域；設(shè)于所述第2半導(dǎo)體層區(qū)域內(nèi)的、其導(dǎo)電型與所述第2半導(dǎo)體層區(qū)域不同的第3半導(dǎo)體層區(qū)域，含有具有環(huán)狀的形狀的本體部，以及與所述本體部鄰接并與向遠(yuǎn)離所述第1半導(dǎo)體層區(qū)域的方向延伸的第2電極連接的、同時(shí)以預(yù)定的間隔配置的、各自具有比所述預(yù)定的間隔小的寬度的多個(gè)凸部區(qū)域；在所述第2半導(dǎo)體層區(qū)域中配置在所述第3半導(dǎo)體層區(qū)域的至少下方、具有比所述第2半導(dǎo)體層區(qū)域更高濃度的與所述第2半導(dǎo)體層區(qū)域同一導(dǎo)電型的高濃度半導(dǎo)體層；以及在所述第2半導(dǎo)體層區(qū)域表面形成用以在所述第1半導(dǎo)體層區(qū)域和所述第3半導(dǎo)體層區(qū)域之間傳送電荷的溝道的柵極電極層。
2. 權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述高濃度半導(dǎo)體層的 深度比所述第2半導(dǎo)體層區(qū)域深。
3. 權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還設(shè)有在所述半導(dǎo)體區(qū)域和所述半導(dǎo)體襯底之間形成的絕緣層。
4. 一種半導(dǎo)體裝置，其中設(shè)有半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底表面上形成的半導(dǎo)體區(qū)域； 設(shè)于所述半導(dǎo)體區(qū)域表面的、與笫1電極連接的第1半導(dǎo)體層區(qū) 域；在所述半導(dǎo)體區(qū)域上從所述第i半導(dǎo)體層區(qū)域分離并包圍所述 第i半導(dǎo)體層區(qū)域而配置的、其導(dǎo)電型與所述半導(dǎo)體區(qū)域不同的環(huán)狀的第2半導(dǎo)體層區(qū)域；在所述第2半導(dǎo)體層區(qū)域內(nèi)相互分離地以預(yù)定的間隔配置的、其 導(dǎo)電型與所述第2半導(dǎo)體層區(qū)域不同的第3半導(dǎo)體層區(qū)域，含有各自 具有比所述預(yù)定的間隔大的寬度的多個(gè)矩形狀的單位區(qū)域；配置在所述第2半導(dǎo)體層區(qū)域的所述第3半導(dǎo)體層區(qū)域的至少下 方、具有比所述第2半導(dǎo)體層區(qū)域更高濃度的與所述第2半導(dǎo)體層區(qū) 域同一導(dǎo)電型的高濃度半導(dǎo)體層；以及在所述第2半導(dǎo)體層區(qū)域表面形成用以在所述第1半導(dǎo)體層區(qū)域 和所述第3半導(dǎo)體層區(qū)域之間傳送電荷的溝道的柵極電極層。
5. 權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中所迷高濃度半導(dǎo)體層的 深度比所述第2半導(dǎo)體層區(qū)域深。
6. 權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，還設(shè)有在所述半導(dǎo)體區(qū)域和 所述半導(dǎo)體襯底之間形成的絕緣層。
全文摘要
設(shè)于發(fā)射極電極(21)下部的n+發(fā)射極層(6)由以預(yù)定間隔配置的凸部(6b)和將這些凸部連接的本體部(6a)構(gòu)成。在凸部區(qū)域中，與發(fā)射極電極相接觸并以高于p基極層(5)的高濃度至少在發(fā)射極層的下方設(shè)置p+層(20)。能夠改善橫式結(jié)構(gòu)的功率晶體管中抗寄生閘流管閉鎖的能力，并能夠縮短斷開時(shí)間。
文檔編號(hào)H01L29/78GK101101923SQ20071000634
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者幡手一成 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社