[发明专利]绝缘栅双极晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是广泛用作功率器件的半导体元件之一。特别地，横向IGBT在耐压方面是优秀的，并且此外，可以与另一半导体元件单片集成。因此，横向IGBT近年来倍受关注。

如JP 10-200102A中所公开的，在使用IGBT的情况下，为了确保反向导通状态期间的电流路径，通常与IGBT并联地连接二极管。通常对IGBT施加偏置使得IGBT的集电极处的电压高于IGBT的发射极处的电压，结果是电流从集电极流向发射极。然而，根据IGBT的操作状态，发射极处的电压可以高于集电极处的电压。在这种情况下，二极管提供允许电流从发射极流向集电极的路径。

图1是示出其中横向IGBT和二极管被单片集成的半导体器件100的典型结构的横截面图。在下面的描述中，“n⁺型”表示以高得足以使半导体简并的浓度掺杂n型杂质，并且“p⁺型”表示以高得足以使半导体简并的浓度掺杂p型杂质。另一方面，“n型”或“p型”表示以低浓度(足够低不使半导体简并的浓度)掺杂n型杂质或p型杂质。

如图1所示，绝缘层2形成在半导体衬底1上，并且用作衬底区域的n型半导体层3被形成在绝缘层2上。横向IGBT 4和二极管5形成在n型半导体层3的表面部分中。

横向IGBT 4的结构如下所示。p型阱区域11形成在n型半导体层3的表面部分中。n⁺型源极区域12和p⁺型接触区域13形成在p型阱区域11中。p型阱区域11、n⁺型源极区域12以及p⁺型接触区域13用作IGBT 4的发射极部。此外，n型缓冲区域14被形成为与p型阱区域11分离。p⁺型集电极区域15形成在n型缓冲区域14中。n型缓冲区域14和p⁺型集电极区域15用作IGBT 4的集电极部。栅极绝缘膜16形成在n⁺型源极区域12和n型缓冲区域14之间的n型半导体层3的一部分上。栅极电极17形成在栅极绝缘膜16上。栅极绝缘膜16和栅极电极17被形成为覆盖p型阱区域11的一部分。

另一方面，横向二极管5的结构如下所示。n型扩散区域21形成在n型半导体层3的表面部分中。n⁺型阴极区域22形成在n型扩散区域21的表面部分中。n型扩散区域21和n⁺型阴极区域22用作横向二极管5的阴极。另外，p型扩散区域23被形成为与n型扩散区域21分离。p⁺型阳极区域24被形成在p型扩散区域23的表面部分中。p型扩散区域23和p⁺型阳极区域24用作横向二极管5的阳极。

图2是图1的半导体器件100的等效电路图。在图1的结构中，横向二极管5的阳极连接到IGBT 4的发射极，并且横向二极管5的阴极连接到IGBT 4的集电极。当IGBT 4的发射极处的电压变得高于IGBT 4的集电极处的电压时，电流开始从横向二极管5的阳极流向横向二极管5的阴极。

上述JP 10-200102A还公开了一种与金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)集成的横向IGBT来代替二极管。寄生二极管形成在MOSFET中，并且因而形成的寄生二极管可以用作反向导通状态期间的电流路径。

图3是示出这种半导体器件100A的典型结构的横截面图。在图3的半导体器件100A中，形成横向MOSFET 6来代替图1的半导体器件100的横向二极管5。横向MOSFET 6的结构如下所示。p型阱区域31形成在n型半导体层3的表面部分中。n⁺型源极区域32和p⁺型接触区域33形成在p型阱区域31中。n型缓冲区域34被形成为与p型阱区域31分离。n⁺型漏极区域35形成在n型缓冲区域34中。栅极绝缘膜36形成在n⁺型源极区域32和n型缓冲区域34之间的n型半导体层3的一部分上。栅极电极37形成在栅极绝缘膜36上。栅极绝缘膜36和栅极电极37被形成为覆盖p型阱区域31的一部分。在上述结构中，p⁺型接触区域33、p型阱区域31、n型半导体层3、n型缓冲区域34以及n⁺型漏极区域35形成寄生二极管7。