專利名稱：橫向絕緣柵雙極型晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橫向絕緣柵雙極型晶體管，尤其是涉及防止自鎖性能優(yōu)良的橫向絕緣柵雙極型晶體管。
背景技術(shù)：
近年來，作為電力用的開關(guān)元件，使用了同時(shí)具有高速性能和低導(dǎo)通電阻的絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，以下稱為IGBT)。IGBT的構(gòu)造為形成從作為漂移區(qū)域的n型半導(dǎo)體基片的一個(gè)表面延伸到內(nèi)部的p型的基極區(qū)及從基極區(qū)的表面延伸到內(nèi)部的n型的發(fā)射區(qū)，在半導(dǎo)體基片的另一個(gè)表面上形成與基極區(qū)遠(yuǎn)離的p型的集電區(qū)，在發(fā)射區(qū)和基極區(qū)設(shè)有發(fā)射極，在集電區(qū)設(shè)有集電極。IGBT中，對集電極施加與發(fā)射極相比為正電位的電壓，當(dāng)對柵極施加正的電位時(shí)，發(fā)射區(qū)的電子通過通道及漂移區(qū)域到達(dá)集電區(qū)。到達(dá)集電區(qū)的電子促使正的空隙從集電區(qū)注入，借此，對高電阻的漂移區(qū)域進(jìn)行電導(dǎo)率調(diào)制而成為低電阻區(qū)域，以大致相同的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)將集電區(qū)改變?yōu)闆]有正孔隙注入功能的p型的漏極區(qū)的比MOSFET低的導(dǎo)通電阻。
在與其它電路元件一起集成這樣的IGBT實(shí)現(xiàn)IC的場合，為了容易地進(jìn)行相互的連線，希望采用將發(fā)射極、集電極及柵極設(shè)置在半導(dǎo)體基片的同一表面上的橫向結(jié)構(gòu)(lateral結(jié)構(gòu))。這種結(jié)構(gòu)的IGBT記載在專利文獻(xiàn)1-日本特開平5-29614號公報(bào)(圖1、2、5、9)中。另一方面，由于IGBT在由集電極—發(fā)射極對構(gòu)成的一個(gè)單元中可以流過的電流值存在上限，因而，通過在半導(dǎo)體基體內(nèi)將許多單元的IGBT集成化，便可以實(shí)現(xiàn)所要求的電流容量。
專利文獻(xiàn)1所記載的IGBT，在其半導(dǎo)體表面上的發(fā)射區(qū)和基極區(qū)及集電區(qū)具有梳子形狀，兩者的齒部為組合后的形狀。在基極區(qū)及其附近的漂移區(qū)域及發(fā)射區(qū)上，通過絕緣膜設(shè)有柵極。在發(fā)射區(qū)和基極區(qū)及集電區(qū)上分別設(shè)有發(fā)射極及集電極，兩電極也具有梳子形狀，兩者的梳齒部分成為組合后的形狀。
另外，為了與其它電路一起集成IGBT以實(shí)現(xiàn)IC，IGBT和根據(jù)需要的其它器件都可以分別利用介質(zhì)隔離技術(shù)與其它器件絕緣隔離。由此，可以將種類不同的器件予以組合而實(shí)現(xiàn)具有電路功能的IC。
在具有n型埋入層的介質(zhì)隔離基片上形成橫向IGBT的場合，發(fā)射區(qū)的電子到達(dá)集電極的路徑有兩條路徑，一條是通過通道及漂移區(qū)域從鄰接的(成對的)集電區(qū)向集電極移動(dòng)的第一路徑；另一條是通過漂移區(qū)域及n型埋入層從IGBT端部的集電區(qū)向集電極移動(dòng)的第二路徑。由于該第二路徑的存在，在許多單元IGBT內(nèi)，在端部的單元IGBT中流過的電流比流過其它單元IGBT的電流更多。這意味著電流向端部的單元IGBT集中，其結(jié)果，將在電流集中的部分引起自鎖現(xiàn)象。因此，IGBT能夠控制的電流便停留在比設(shè)計(jì)值低的水平。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種防止自鎖性能優(yōu)良的橫向絕緣柵雙極型晶體管。
本發(fā)明的橫向IGBT將形成IGBT的單晶硅區(qū)域分割成兩個(gè)以上，將配置在單晶硅區(qū)域的端部的集電極的數(shù)目增加到4個(gè)以上。
根據(jù)本發(fā)明，可以減少從發(fā)射極經(jīng)n型埋入層流向單晶硅區(qū)域的端部的集電極的電流。
圖1是實(shí)施例1的橫向絕緣柵晶體管的斷面結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2是實(shí)施例1的橫向絕緣柵晶體管的平面結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖3是實(shí)施例2的橫向絕緣柵晶體管的斷面結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖中1、2-主表面 3-多晶硅 4-氧化膜 5-n型埋入層6、6’、6”-單晶硅區(qū)域 7、15-p型擴(kuò)散層 8-絕緣膜9-n型擴(kuò)散層 11-柵極 12-柵氧化膜 13-集電極13’-集電極布線 14-發(fā)射極14’-發(fā)射極布線
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1參照圖1和圖2所示說明本實(shí)施例。圖1是表示本實(shí)施例的n型橫向IGBT的斷面結(jié)構(gòu)的示意圖，圖2是用于說明橫向IGBT的平面圖案的示意圖。本實(shí)施例的n型橫向IGBT如圖1所示，形成在具有在多晶硅3上用氧化膜4絕緣隔離的n型硅的單晶硅區(qū)域6、6’的介質(zhì)隔離基片上。
首先，說明本實(shí)施例的IGBT的制造工序。使用堿各向異性的光刻技術(shù)從主表面2對n型硅單晶基片進(jìn)行蝕刻，形成單晶硅區(qū)域6和單晶硅區(qū)域6’。其次，對單晶硅區(qū)域6和單晶硅區(qū)域6’進(jìn)行離子注入，形成n型埋入層。隨后，使隔離單晶硅區(qū)域6和單晶硅區(qū)域6’的氧化膜4生長。接著，堆積用于支撐單晶硅區(qū)域6和單晶硅區(qū)域6’的多晶硅3，并對該多晶硅3進(jìn)行研削使其平坦。最后，對作為元件形成區(qū)域的n型硅基片的另一個(gè)主表面1進(jìn)行研削直到呈現(xiàn)出元件隔離用的氧化膜4，從而制作成介質(zhì)隔離基片。
在已制作的介質(zhì)隔離基片的單晶硅區(qū)域6和單晶硅區(qū)域6’的各個(gè)上形成橫向IGBT。圖1所示的標(biāo)號15是形成IGBT的通道的p型擴(kuò)散層，標(biāo)號9是形成發(fā)射極的n型擴(kuò)散層，p型擴(kuò)散層15和n型擴(kuò)散層9通過發(fā)射極14短路。圖1所示的標(biāo)號11是聚硅的柵極，標(biāo)號12是柵氧化膜，標(biāo)號8是絕緣膜。另外，圖1所示的標(biāo)號7是構(gòu)成集電極的p型擴(kuò)散層，標(biāo)號13是集電極。本實(shí)施例的IGBT中，這些構(gòu)成集電極的p型擴(kuò)散層7和形成發(fā)射極的n型擴(kuò)散層9都相對地配置在主表面1上呈延續(xù)的條紋狀，p型擴(kuò)散層7和n型擴(kuò)散層9的各自的長度大致相等，在最外列如圖1所示配置了構(gòu)成集電極的p型擴(kuò)散層7。這樣，將這些構(gòu)成集電極的p型擴(kuò)散層7和形成發(fā)射極的n型擴(kuò)散層9交替地配置成多個(gè)梳齒狀，進(jìn)而，在形成通道的條紋狀的p型擴(kuò)散層15上，配置構(gòu)成柵極的條紋狀的柵氧化膜12和聚硅的柵極11，在形成發(fā)射極的n型擴(kuò)散層9的兩側(cè)附近配置了形成通道的條紋狀的p型擴(kuò)散層15。
圖2表示本實(shí)施例的橫向IGBT的平面結(jié)構(gòu)。在鄰接的兩個(gè)單晶硅區(qū)域6和單晶硅區(qū)域6’上分別形成橫向IGBT，用發(fā)射極布線14’連接各IGBT的發(fā)射極14的一端，而用集電極布線13’連接各IGBT的集電極13的一端。進(jìn)而，用發(fā)射極布線14’連接分別形成在鄰接的兩個(gè)單晶硅區(qū)域6和單晶硅區(qū)域6’上的各橫向IGBT的發(fā)射極14，用集電極布線13’連接上述的各橫向IGBT的集電極13。這樣，本實(shí)施例就將形成橫向IGBT的單晶硅區(qū)域分成了兩個(gè)區(qū)域，減少了一個(gè)單晶硅區(qū)域中的單元IGBT數(shù)。換句話說，本實(shí)施例由于將形成橫向IGBT的單晶硅區(qū)域分成了兩個(gè)區(qū)域，因而，就將構(gòu)成形成于單晶硅區(qū)域的最外列的集電極的p型擴(kuò)散層7從兩個(gè)條紋增加到了4個(gè)條紋。因此，可以緩和電流向配置在單晶硅區(qū)域的端部的單元IGBT的集電極集中。
此外，如圖1、圖2所示，鄰接的兩個(gè)單晶硅區(qū)域6和單晶硅區(qū)域6’以中間只夾著絕緣層即氧化膜4而不通過多晶硅3的方式在n型硅基片的主表面1上相連接。
在上述的現(xiàn)有技術(shù)的橫向IGBT的結(jié)構(gòu)中，為得到所要求的電流容量而在一個(gè)單晶硅區(qū)域中配置了多個(gè)單元IGBT，電流從通道經(jīng)n型埋入層5集中到兩端的兩個(gè)單元IGBT，在該電流集中了的部分有時(shí)引起自鎖現(xiàn)象。但是，本實(shí)施例如圖1所示，由于將單晶硅區(qū)域分成了兩個(gè)區(qū)域，減少了一個(gè)單晶硅區(qū)域中的單元IGBT數(shù)，因而，緩和了電流向端部的單元IGBT的集中，使自鎖現(xiàn)象難于發(fā)生。
這樣，根據(jù)本實(shí)施例，由于使用氧化膜4絕緣隔離的一個(gè)單晶硅區(qū)域的單元IGBT數(shù)減少到6個(gè)，相反使構(gòu)成最外列的集電極的p型擴(kuò)散層7的數(shù)目就整個(gè)IGBT而言增加到4個(gè)，因而，可以減少經(jīng)n型埋入層5流向IGBT端部的集電極的電流。
實(shí)施例2圖3表示本實(shí)施例的n型橫向IGBT的斷面結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例如圖3所示，在三個(gè)單晶硅區(qū)域6、6’、6”上形成橫向IGBT，形成于各單晶硅區(qū)域上的IGBT與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行并聯(lián)。
本實(shí)施例也與實(shí)施例1同樣，將分別形成在三個(gè)單晶硅區(qū)域6、6’、6”上的單元IGBT數(shù)如圖3所示減少到4個(gè)，相反，將構(gòu)成最外列的集電極的p型擴(kuò)散層7的數(shù)目就整個(gè)IGBT而言增加到6個(gè)。這樣，本實(shí)施例的n型橫向IGBT也可以緩和電流向配置在單晶硅區(qū)域的端部的單元IGBT的集電極集中，可以改善防止自鎖性能。
此外，用于形成一個(gè)橫向IGBT而并聯(lián)的單晶硅區(qū)域數(shù)不限于兩個(gè)、三個(gè)，只要是多個(gè)就能得到同樣的效果。本發(fā)明的要點(diǎn)在于在鄰接的多個(gè)介質(zhì)隔離的單晶硅區(qū)域形成IGBT，通過將單元IGBT并聯(lián)，則可減少一個(gè)單晶硅區(qū)域內(nèi)的單元IGBT數(shù)，可以增加構(gòu)成最外列的集電極的p型擴(kuò)散層7的數(shù)。
實(shí)施例3本實(shí)施例是將單晶硅區(qū)域6和各擴(kuò)散層的導(dǎo)電型做成與實(shí)施例1和實(shí)施例2的n型橫向IGBT相反的p型橫向IGBT。除此以外的結(jié)構(gòu)則與實(shí)施例1、
本實(shí)施例的p型橫向IGBT也與實(shí)施例1、實(shí)施例2的n型橫向IGBT同樣，在鄰接的多個(gè)介質(zhì)隔離的p型單晶硅區(qū)域形成IGBT，通過將單元IGBT并聯(lián)，從而使一個(gè)單晶硅區(qū)域內(nèi)的單元IGBT數(shù)減少，而使構(gòu)成最外列的集電極的n型擴(kuò)散層數(shù)增加。因此，可以緩和電流向配置在單晶硅區(qū)域的端部的單元IGBT的集電極集中，可以改善防止自鎖性能。
權(quán)利要求
1.一種橫向絕緣柵雙極型晶體管，其形成于具有與半導(dǎo)體基片絕緣隔離的單晶硅區(qū)域的介質(zhì)隔離基片上，其特征在于該橫向絕緣柵雙極型晶體管相互絕緣隔離地橫跨相互鄰接的多個(gè)單晶硅區(qū)域形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于形成于上述多個(gè)單晶硅區(qū)域的各主表面上的條紋狀的集電極夾住與該集電極相對配置的條紋狀的發(fā)射極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于使條紋狀的通道延續(xù)在形成于上述多個(gè)單晶硅區(qū)域的各主表面上的上述集電極與上述發(fā)射極之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于在上述多個(gè)單晶硅區(qū)域的各主表面上配置多個(gè)條紋狀的集電極和條紋狀的發(fā)射極，配置于上述條紋狀的集電極之上的集電極的一端相互連接，配置于上述條紋狀的發(fā)射極之上的發(fā)射極的一端相互連接，上述相互連接的集電極和發(fā)射極配置成梳齒狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于上述橫向雙極型晶體管相互絕緣隔離地橫跨相互鄰接配置的兩個(gè)單晶硅區(qū)域形成。
6.一種橫向絕緣柵雙極型晶體管，其形成在具有半導(dǎo)體基片和以氧化膜與該半導(dǎo)體基片絕緣隔離的第一導(dǎo)電型的單晶硅區(qū)域的介質(zhì)隔離基片上，其特征在于上述第一導(dǎo)電型的單晶硅區(qū)域具有與上述氧化膜連接的第一導(dǎo)電型的埋入層，上述橫向絕緣柵雙極型晶體管相互絕緣隔離地橫跨相互鄰接的多個(gè)第一導(dǎo)電型的單晶硅區(qū)域形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于形成于上述多個(gè)單晶硅區(qū)域的各主表面上的條紋狀的第二導(dǎo)電型的集電極夾住與該集電極相對配置的條紋狀的第一導(dǎo)電型的發(fā)射極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于使條紋狀的第二導(dǎo)電型的通道延續(xù)在形成于上述多個(gè)單晶硅區(qū)域的各主表面上的上述第二導(dǎo)電型的集電極與上述第一導(dǎo)電型的發(fā)射極之間。
9.一種橫向絕緣柵雙極型晶體管，其形成在具有與半導(dǎo)體基片絕緣隔離的單晶硅區(qū)域的介質(zhì)隔離基片上，其特征在于上述橫向絕緣柵雙極型晶體管相互絕緣隔離地橫跨相互鄰接的多個(gè)單晶硅區(qū)域形成，形成于上述多個(gè)單晶硅區(qū)域的各主表面上的條紋狀的集電極夾住與該集電極相對配置的條紋狀的發(fā)射極，配置于上述多個(gè)單晶硅區(qū)域的各主表面的端部的上述條紋狀的集電極是4個(gè)或其以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的橫向絕緣柵雙極型晶體管，其特征在于在上述多個(gè)單晶硅區(qū)域的各主表面上配置多個(gè)條紋狀的集電極和條紋狀的發(fā)射極，配置于上述條紋狀的集電極之上的集電極的一端相互連接，配置于上述條紋狀的發(fā)射極之上的發(fā)射極的一端相互連接，上述相互連接的集電極和發(fā)射極配置成梳齒狀。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種防止自鎖性能優(yōu)良的橫向絕緣柵雙極型晶體管。本發(fā)明的橫向絕緣柵雙極型晶體管與半導(dǎo)體基片相互絕緣隔離地橫跨相互鄰接的多個(gè)單晶硅區(qū)域形成，形成于上述多個(gè)單晶硅區(qū)域的各主表面上的條紋狀的集電極夾住與該集電極相對配置的條紋狀的發(fā)射極，配置于單晶硅區(qū)域的端部的集電極數(shù)是4個(gè)或其以上。
文檔編號H01L29/739GK1937230SQ200610115938
公開日2007年3月28日 申請日期2006年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月20日
發(fā)明者內(nèi)海智之, 澀谷隆浩, 大關(guān)正一, 長谷川裕之 申請人:株式會(huì)社日立制作所