CN100456480C - 横向绝缘栅双极型晶体管 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种防止自锁性能优良的横向绝缘栅双极型晶体管。本发明的横向绝缘栅双极型晶体管与半导体基片相互绝缘隔离地横跨相互邻接的多个单晶硅区域形成，形成于上述多个单晶硅区域的各主表面上的条纹状的集电极夹住与该集电极相对配置的条纹状的发射极，配置于单晶硅区域的端部的集电极数是4个或其以上。
Description
技术领域
本发明涉及横向绝缘栅双极型晶体管，尤其是涉及防止自锁性能优良的横向绝缘栅双极型晶体管。
背景技术
近年来，作为电力用的开关元件，使用了同时具有高速性能和低导通电阻的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，以下称为IGBT)。IGBT的构造为：形成从作为漂移区域的n型半导体基片的一个表面延伸到内部的p型的基极区及从基极区的表面延伸到内部的n型的发射区，在半导体基片的另一个表面上形成与基极区远离的p型的集电区，在发射区和基极区设有发射极，在集电区设有集电极。IGBT中，对集电极施加与发射极相比为正电位的电压，当对栅极施加正的电位时，发射区的电子通过通道及漂移区域到达集电区。到达集电区的电子促使正的空隙从集电区注入，借此，对高电阻的漂移区域进行电导率调制而成为低电阻区域，以大致相同的结构，可以实现将集电区改变为没有正孔隙注入功能的p型的漏极区的比MOSFET低的导通电阻。
在与其它电路元件一起集成这样的IGBT实现IC的场合，为了容易地进行相互的连线，希望采用将发射极、集电极及栅极设置在半导体基片的同一表面上的横向结构(lateral结构)。这种结构的IGBT记载在专利文献1-日本特开平5-29614号公报(图1、2、5、9)中。另一方面，由于IGBT在由集电极—发射极对构成的一个单元中可以流过的电流值存在上限，因而，通过在半导体基体内将许多单元的IGBT集成化，便可以实现所要求的电流容量。
专利文献1所记载的IGBT，在其半导体表面上的发射区和基极区及集电区具有梳子形状，两者的齿部为组合后的形状。在基极区及其附近的漂移区域及发射区上，通过绝缘膜设有栅极。在发射区和基极区及集电区上分别设有发射极及集电极，两电极也具有梳子形状，两者的梳齿部分成为组合后的形状。
另外，为了与其它电路一起集成IGBT以实现IC，IGBT和根据需要的其它器件都可以分别利用介质隔离技术与其它器件绝缘隔离。由此，可以将种类不同的器件予以组合而实现具有电路功能的IC。
在具有n型埋入层的介质隔离基片上形成横向IGBT的场合，发射区的电子到达集电极的路径有两条路径，一条是通过通道及漂移区域从邻接的(成对的)集电区向集电极移动的第一路径；另一条是通过漂移区域及n型埋入层从IGBT端部的集电区向集电极移动的第二路径。由于该第二路径的存在，在许多单元IGBT内，在端部的单元IGBT中流过的电流比流过其它单元IGBT的电流更多。这意味着电流向端部的单元IGBT集中，其结果，将在电流集中的部分引起自锁现象。因此，IGBT能够控制的电流便停留在比设计值低的水平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防止自锁性能优良的横向绝缘栅双极型晶体管。
本发明的横向IGBT将形成IGBT的单晶硅区域分割成两个以上，将配置在单晶硅区域的端部的集电极的数目增加到4个以上。
根据本发明，可以减少从发射极经n型埋入层流向单晶硅区域的端部的集电极的电流。
附图说明
图1是实施例1的横向绝缘栅晶体管的断面结构的示意图。
图2是实施例1的横向绝缘栅晶体管的平面结构的示意图。
图3是实施例2的横向绝缘栅晶体管的断面结构的示意图。
图中：
1、2-主表面 3-多晶硅 4-氧化膜 5-n型埋入层
6、6’、6”-单晶硅区域 7、15-p型扩散层 8-绝缘膜
9-n型扩散层 11-栅极 12—栅氧化膜 13-集电极
13’-集电极布线 14-发射极 14’-发射极布线
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例1
参照图1和图2所示说明本实施例。图1是表示本实施例的n型横向IGBT的断面结构的示意图，图2是用于说明横向IGBT的平面图案的示意图。本实施例的n型横向IGBT如图1所示，形成在具有在多晶硅3上用氧化膜4绝缘隔离的n型硅的单晶硅区域6、6’的介质隔离基片上。
首先，说明本实施例的IGBT的制造工序。使用碱各向异性的光刻技术从主表面2对n型硅单晶基片进行蚀刻，形成单晶硅区域6和单晶硅区域6’。其次，对单晶硅区域6和单晶硅区域6’进行离子注入，形成n型埋入层。随后，使隔离单晶硅区域6和单晶硅区域6’的氧化膜4生长。接着，堆积用于支撑单晶硅区域6和单晶硅区域6’的多晶硅3，并对该多晶硅3进行研削使其平坦。最后，对作为元件形成区域的n型硅基片的另一个主表面1进行研削直到呈现出元件隔离用的氧化膜4，从而制作成介质隔离基片。
在已制作的介质隔离基片的单晶硅区域6和单晶硅区域6’的各个上形成横向IGBT。图1所示的标号15是形成IGBT的通道的p型扩散层，标号9是形成发射极的n型扩散层，p型扩散层15和n型扩散层9通过发射极14短路。图1所示的标号11是聚硅的栅极，标号12是栅氧化膜，标号8是绝缘膜。另外，图1所示的标号7是构成集电极的p型扩散层，标号13是集电极。本实施例的IGBT中，这些构成集电极的p型扩散层7和形成发射极的n型扩散层9都相对地配置在主表面1上呈延续的条纹状，p型扩散层7和n型扩散层9的各自的长度大致相等，在最外列如图1所示配置了构成集电极的p型扩散层7。这样，将这些构成集电极的p型扩散层7和形成发射极的n型扩散层9交替地配置成多个梳齿状，进而，在形成通道的条纹状的p型扩散层15上，配置构成栅极的条纹状的栅氧化膜12和聚硅的栅极11，在形成发射极的n型扩散层9的两侧附近配置了形成通道的条纹状的p型扩散层15。
图2表示本实施例的横向IGBT的平面结构。在邻接的两个单晶硅区域6和单晶硅区域6’上分别形成横向IGBT，用发射极布线14’连接各IGBT的发射极14的一端，而用集电极布线13’连接各IGBT的集电极13的一端。进而，用发射极布线14’连接分别形成在邻接的两个单晶硅区域6和单晶硅区域6’上的各横向IGBT的发射极14，用集电极布线13’连接上述的各横向IGBT的集电极13。这样，本实施例就将形成横向IGBT的单晶硅区域分成了两个区域，减少了一个单晶硅区域中的单元IGBT数。换句话说，本实施例由于将形成横向IGBT的单晶硅区域分成了两个区域，因而，就将构成形成于单晶硅区域的最外列的集电极的p型扩散层7从两个条纹增加到了4个条纹。因此，可以缓和电流向配置在单晶硅区域的端部的单元IGBT的集电极集中。
此外，如图1、图2所示，邻接的两个单晶硅区域6和单晶硅区域6’以中间只夹着绝缘层即氧化膜4而不通过多晶硅3的方式在n型硅基片的主表面1上相连接。
在上述的现有技术的横向IGBT的结构中，为得到所要求的电流容量而在一个单晶硅区域中配置了多个单元IGBT，电流从通道经n型埋入层5集中到两端的两个单元IGBT，在该电流集中了的部分有时引起自锁现象。但是，本实施例如图1所示，由于将单晶硅区域分成了两个区域，减少了一个单晶硅区域中的单元IGBT数，因而，缓和了电流向端部的单元IGBT的集中，使自锁现象难于发生。
这样，根据本实施例，由于使用氧化膜4绝缘隔离的一个单晶硅区域的单元IGBT数减少到6个，相反使构成最外列的集电极的p型扩散层7的数目就整个IGBT而言增加到4个，因而，可以减少经n型埋入层5流向IGBT端部的集电极的电流。
实施例2
图3表示本实施例的n型横向IGBT的断面结构。本实施例如图3所示，在三个单晶硅区域6、6’、6”上形成横向IGBT，形成于各单晶硅区域上的IGBT与实施例1同样地进行并联。
本实施例也与实施例1同样，将分别形成在三个单晶硅区域6、6’、6”上的单元IGBT数如图3所示减少到4个，相反，将构成最外列的集电极的p型扩散层7的数目就整个IGBT而言增加到6个。这样，本实施例的n型横向IGBT也可以缓和电流向配置在单晶硅区域的端部的单元IGBT的集电极集中，可以改善防止自锁性能。
此外，用于形成一个横向IGBT而并联的单晶硅区域数不限于两个、三个，只要是多个就能得到同样的效果。本发明的要点在于：在邻接的多个介质隔离的单晶硅区域形成IGBT，通过将单元IGBT并联，则可减少一个单晶硅区域内的单元IGBT数，可以增加构成最外列的集电极的p型扩散层7的数。
实施例3
本实施例是将单晶硅区域6和各扩散层的导电型做成与实施例1和实施例2的n型横向IGBT相反的p型横向IGBT。除此以外的结构则与实施例1、实施例2相同。
本实施例的p型横向IGBT也与实施例1、实施例2的n型横向IGBT同样，在邻接的多个介质隔离的p型单晶硅区域形成IGBT，通过将单元IGBT并联，从而使一个单晶硅区域内的单元IGBT数减少，而使构成最外列的集电极的n型扩散层数增加。因此，可以缓和电流向配置在单晶硅区域的端部的单元IGBT的集电极集中，可以改善防止自锁性能。
Claims (7)
1.一种横向绝缘栅双极型晶体管，形成于具有从半导体基板绝缘隔离后的单晶硅区域的介质隔离基片上，其特征在于：
在各单晶硅区域内分别形成上述横向绝缘栅双极型晶体管，且这些上述横向绝缘栅双极型晶体管彼此不被绝缘隔离，各上述横向绝缘栅双极型晶体管和与之对应的发射极的n型扩散层由发射极短路，且两个相邻的上述单晶硅区域内的各个上述横向绝缘栅双极型晶体管由发射极布线和集电极布线连接。
2.根据权利要求1所述的横向绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：
构成集电极的p型扩散层和构成发射极的n型扩散层均呈在上述单晶硅区域的主表面上延续的条纹形状地相对配置，该构成集电极的p型扩散层的1根和构成发射极的n型扩散层的两根交替地配置多个。
3.根据权利要求2所述的横向绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：
在呈条纹状相对配置在上述单晶硅区域的主表面上的构成上述集电极的p型扩散层和构成上述发射极的n型扩散层之间延续条纹形状的通道。
4.一种横向绝缘栅双极型晶体管，其形成在用氧化膜与半导体基片绝缘隔离的第一导电型的单晶硅区域的介质隔离基片上，其特征在于：
上述第一导电型的单晶硅区域具有与上述氧化膜连接的第一导电型的埋入层，
且在各第一导电型的各单晶硅区域内形成上述横向绝缘栅双极型晶体管，且这些上述横向绝缘栅双极型晶体管彼此不被绝缘隔离，各上述横向绝缘栅双极型晶体管和与其对应的发射极的n型扩散层由发射极短路，且两个相邻的上述第一导电型的单晶硅区域内的各个上述横向绝缘栅双极型晶体管由发射极布线和集电极布线连接。
5.根据权利要求4所述的横向绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：
构成第二导电型集电极的p型扩散层和构成第一导电型发射极的n型扩散层均呈在主表面上延续的条纹形状地相对配置，该构成第二导电型集电极的p型扩散层的1根和构成第一导线型发射极的n型扩散层的两根交替地配置多个。
6.根据权利要求5所述的横向绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：
在呈条纹形状地相对配置在上述第一导电型的单晶硅区域的主表面上的构成第二导电型集电极的p型扩散层和构成上述第一导电型发射极的n型扩散层之间延续条纹状的通道。
7.一种横向绝缘栅双极型晶体管，形成于具有从半导体基板绝缘隔离后的单晶硅区域的介质隔离基片上，其特征在于：
在各单晶硅区域内分别形成上述横向绝缘栅双极型晶体管，且这些上述横向绝缘栅双极型晶体管彼此不被绝缘隔离，各上述横向绝缘栅双极型晶体管和与之对应的发射极的n型扩散层由发射极短路，且两个相邻的上述单晶硅区域内的各上述横向绝缘栅双极型晶体管由发射极布线和集电极布线连接，且构成集电极的p型扩散层和构成发射极的n型扩散层均呈在上述单晶硅区域的主表面上延续的条纹形状地相对配置，该构成集电极的p型扩散层的1根和构成发射极的n型扩散层的两根交替地配置多个的同时，配置在上述单晶硅区域的各主表面的端部的条纹形状的构成上述集电极的p型扩散层为4个以上。
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