JPS62113477A - 絶縁ゲ−ト形半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的に半導体装置に関し、特に、絶縁ゲー
ト形半導体装置の構造に関する。

発明の背景 典型的な絶縁ゲート形半導体装置（ＩＧＤ）は、ゲート
電極に印加される低いバイアス電圧により大きい順方向
電流を制御することができる絶縁ゲート形トランジスタ
（ＩＧＴ）である。このようなゲート制御特性によりＩ
ＧＴは電力制御および電流スイッチング用途に特に有益
である。

典型的なＩＧＴは半導体基板またはウェーハ内に形成さ
れた複数の小さな並列に接続されたセルで構成される。

各セルは導電型が交互に相異なる直列に隣接するコレク
タ、ドリフト、ベースおよびエミッタ領域を有する。ゲ
ート電極が半導体基板から絶縁領域によって絶縁されて
隔たるように配設され、絶縁領域にはｍ数の接触窓が設
けられる。各接触窓は１つのセルの上に設けられて、隣
接するエミッタおよびベース領域の表面を露出させる。

エミッタおよびコレクタ電極は各セルの両端部にそれぞ
れ接続されて、順方向電流をセルに流れさす。順方向電
流の大きさはゲート電極に印加されるバイアス電圧の大
きさによって制御される。典型的なコレクタ電極は、ウ
ェーハ内の複数のセルによって共有される単一の分布し
たコレクタ領域と連続的にオーミック接触する導電層で
構成される。これに対して、典型的なエミッタ電極は、
各セル毎に各接触窓内に露出しているエミッタおよびベ
ース領域の表面とオーミック接触する導電層で構成され
る。

本技術分野に専門知識を有する者には周知であるように
、典型的なＩＧＴセルではエミッタ、ベースおよびドリ
フト領域が第１の固有のバイポーラ・トランジスタを形
成し、またベース、ドリフトおよびコレクタ領域が第２
の固有のバイポーラ・トランジスタを形成する。これら
の第１および第２の固有のバイポーラ・トランジスタは
、それぞれ順方向電流利得α１およびα２ををし、また
この構造の性質に′より、上記順方向電流利得の和が１
に等しいかまたは１より大きい時（即ち、α１＋α≧１
）にオン状態にラッチし易い寄生サイリスタを形成する
ように再生的に結合されている。複数のセルの内のいづ
れか１つの寄生サイリスタがオン状態にラッチすると、
ＩＧＴは順方向電流のゲート制御を失い、転流のような
外部動作によってのみターンオフされ得る。

本技術分野に専門知識を有する者にとって周知であるよ
うに、寄生サイリスクがセル内でオン状態にラッチする
１つの原因は、ドリフト領域からエミッタ電極へベース
領域を通って、第１の固有のバイポーラ・トランジスタ
のエミッタ・ベース接合部に沿って流れる、ベース領域
の多数キャリアであるキャリアの逆方向電流の流れであ
る。この逆方向電流は、例えばＰ導電型ベース領域を有
するＩＧＴでは正孔キャリアの流れである。この逆方向
電流の流れはエミッタ・ベース接合部に沿って電圧降下
を発生する。この電圧降下がしきい値電圧を超えると、
この接合部が順方向にバイアスされて、第１のバイポー
ラ・トランジスタの順方向電流利得が実質的に増大する
。この結果、第１および第２の固有のバイポーラ−トラ
ンジスタの順方向電流利得が１を超える可能性が実質的
に増大し、上述の寄生サイリスタのラッチ動作が生じる
。

セルのエミッタ・ベース接合部に沿って生じる電圧降下
は、寄生電流とこの接合部に隣接するベース領域の抵抗
との積として表わすことができ、このベース領域の抵抗
は通常「ウェル抵抗」と称される。逆方向電流の大きさ
は装置の順方向導通動作モードの際には順方向の主電流
の大きさに比例して変化するが、装置のターンオフの際
には典型的にはかなり大きな増大を示す。金属のエミッ
タ電極は接触窓内の露出した半導体ベース領域の表面と
接触することによってセルのウェル抵抗を低減し、これ
によって逆方向電流の大きさが増大し、従って固有のサ
イリスタをオン状態にラッチさせることなくＩＧＴがタ
ーンオフし得る順方向の主電流の大きさが増大する。

従来の装置は典型的には複数の小さな正方形または円形
の接触窓を有するように構成されている。

この接触窓の各々はその周囲に沿って連続的に配置され
ているセル・エミッタ領域を有する同様な大きさおよび
形状のセルを露出させている。これらの小さな接触窓は
エミッタ電極とセルの露出したベース領域の表面との間
の接触面積を制限し、これにより金属エミッタ電極と半
導体ベース領域の露出した表面との間の接触によって得
られるウェル抵抗の低下を制限するということがわかっ
た。

更に、電極・ベース領域間の接触面積が制限されている
ことにより、ベース領域を流れる高密度の逆方向電流が
生じる。これは接触窓の形状が正方形である場合に特に
そうなることがわかった。この場合、逆方向電流の流れ
はエミッタ・ベース接合部の角部（コーナー）に集まる
傾向がある。このように比較的高いウェル抵抗と高い逆
方向電流密度とが組み合わさると、その効果は所与の大
きさの逆方向電流に対してエミッタ・ベース接合部に沿
う電圧降下を増大するように作用する。逆方向電流の大
きさが順方向電流の関数であるので、ＩＧＴは確実にゲ
ート制御でき且つターンオフの際に遮断できる順方向電
流の大、きさが不当に制限されることになる。

ＩＧＴ内の各セルのウェル抵抗を低減させる１つの周知
の方法は、エミッタ・ベース接合部の下の各セルのベー
ス傾城の中に深く高濃度の多数キャリアを堆積させるこ
とである。この堆積により逆方向電流の流れに対して低
抵抗路が形成される。

しかしながら、この堆積は実質的に多数の付加的な処理
行程を必要とし、またＩＧＴの動作特性をかなり改善す
るのに十分なウェル抵抗の低減を行なわない。更に、こ
の方法は逆方向電流がエミッタ・ベース接合部に隣接し
て集中するという問題を解決していない。

発明の目的 本発明の主目的は、従来の装置に比べて比較的大きな順
方向電流を確実に制御できる改良された新規な絶縁ゲー
ト形半導体装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、順方向電流を導通ずる複数のセル
の各々のエミッタ電極とベース領域の表面との間に比較
的大きなオーミック接触面積を有する絶縁ゲート形半導
体装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、エミッタ・ベース接合部から
隔たるように、各セルのベース領域を通ってドリフト領
域からエミッタ電極へ流れる逆方向電流用の少なくとも
１つの電流路を設定する絶縁ゲート形半導体装置を提供
することにある。

本発明の別の目的は、エミッタ・ベース接合部に隣接す
るセルのベース領域の電気抵抗を低減した絶縁ゲート形
半導体装置を提供することにある。

本発明の更に特定の目的は、低いウェル抵抗を有し、セ
ルのエミッタ・ベース接合部に接近して集中する逆方向
電流を低減し、典型的な従来の絶縁ゲート形トランジス
タよりも大きい順方向電流を確実に制御できる改良され
た新規な絶縁ゲート形トランジスタを提供することにあ
る。

発明の概要 本発明の上記およびその他の目的は、各々ウェル抵抗が
低く且つエミッタ・ベース接合部に沿って集中する逆方
向電流が少ない複数のセルを含む絶縁ゲート形トランジ
スタ（ＩＧＴ）のような改良された新規な絶縁ゲート形
半導体装置（ＩＧＤ）によって達成される。これらの特
性は別々にまたは組合せてＩＧＴが確実にゲート制御し
ターンオフすることができる順方向電流の大きさを増大
するように作用する。

本発明の好適実施例によれば、ＩＧＴは単一の半導体チ
ップ上に形成されて、従来の典型的なセルよりも大きく
且つ比較的少ない数の長方形のセルを有する。大きな各
セルはその上にゲート構造中に形成された対応する大き
さの接触窓が設けられ、この接触窓内にそれぞれ露出す
るベース６ｒ１域の表面とエミッタ領域の表面の面積比
が従来のものよりも大きくなるように構成されている。

各セルは更に各接触窓の端部に近接したベース領域の端
部分を含み、この端部分の表面は各接触窓の端部に隣接
する。上記のようにエミッタ電極と接触する露出したベ
ース領域の表面の面積の割合を増大したことと大きな接
触窓との組合せにより、各セルのウェル抵抗を実質的に
低減するように作用する。また、接触窓の端部に隣接し
てエミッタ電極との接触面を形成するようにベース領域
の端部分を位置付けることにより、各セル内にエミッタ
・ベース接合部から十分に隔たった逆方向電流路を形成
するように作用して、エミッタ・ベース接合部に望まし
くない順方向バイアスが形成される可能性を低減する。

エミッタおよびベース領域の大きさおよび形状、接触窓
内に露出する両領域の表面の大きさおよび形状、ならび
に各セルの接触窓の大きさおよび形状は、ＩＧＴの選ば
れた動作特性を高めるように選択される。更に、本発明
をＩＧＴに関して説明しているが、本発明はＩＧＴに限
定されるものではない。例えば、本発明は金属・酸化物
・半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳ　Ｆ　ＥＴ）の
動作特性を向上させるために使用することができる。

新規と考えられる本発明の特徴は特許請求の範囲に記載
されているが、本発明は図面を参照した以下の説明から
一層よく理解されよう。

発明の詳細な説明 図面の第１図はシリコン半導体基板またはつ工−ハ１２
に形成された従来のＩＧＴＩＯの一部を示している。こ
のウェーハ１２は対向する主面１４および１６を有する
と共に、全体的に１８．２０および２２でそれぞれ示す
３つの実質的に同じセルを含む。セル１８．２０および
２２の各々は主面１４に対して直交するように配置構成
されて、直列に、Ｐ＋（ニーで「＋」および「−」は相
対的なドーパント濃度を表す）コレクタ領域２４の一部
分と、Ｎドリフト領域２６の一部分と、主面１４からド
リフト領域２６の中まで延在してドリフト領域と共にベ
ース・ドリフト接合部２７を形成するＰベース領域２８
と、主面１４からベース領域２８の中まで延在して、ベ
ース領域と共にエミッタ・ベース接合部２９を形成する
Ｎ十エミッタ領域３０を含んでいる。各セルのベース領
域はドリフト領域２６の中に深く延在する中央のＰ＋領
域２８ａを含む。

コレクタ電極３１が好ましくは金属で構成されて、主面
１６においてコレクタ領域２４とオーミック接触する。

ゲート構造３２がウェーハの主面１４上に設けられてい
て、ゲート電極を含む。ゲート電極は主面１４の上に分
布した導電層の形に設けられ、それを取り囲む絶縁領域
によって主面１４から絶縁されて隔たっている。第１図
において、このゲート電極の各部分が３４ａ乃至３４ｄ
で示され、絶縁領域の各部分が３６ａ乃至３６ｄで示さ
れている。ゲート電極は好ましくはポリシリコン材料で
形成され、絶縁領域は好ましくは二酸化シリコンで形成
される。更に、ゲート構造３２は隣り合う絶縁領域部分
の縁の間に複数の接触窓を限定するように形成されてい
る。接触窓はセル１８．２０および２２の各々の上に１
つずつ設けられている。すなわち、接触窓３８は絶縁領
域部分３６ｂおよび３６ｃの垂直な縁の間に限定されて
、セル２０の上に位置し、エミッタ領域３０の表面３０
ａおよびベース領域２８の表面２８ｂを露出させる。同
様に、接触窓４０および４２はそれぞれセル１８および
２０の上に位置し、これらのセルの対応する表面を露出
させる。

セル１８．２０および２２のようなセルを形成するには
、典型的にはＩＧＴの製造の際に先ず、ドリフト領域２
６およびコレクタ領域２４をあらかじめ形成したウェー
ハ１２の主面１４上にゲート構造３２を形成し、次に、
ベース領域２８をそれぞれの接触窓を介して主面１４内
に形成して、主面からドリフト領域の中まで延在させる
。更に、ベース領域の形成後、適当なマスクを使用して
、接触窓を介して主面１４内へエミッタ領域３０を形成
し、これらのエミッタ領域を主面１４からベース領域２
８の中まで延在させる。最後に、適当なマスクを使用し
て、主面１４を介しベースおよびドリフト領域内へ深い
Ｐ＋領域２８ａを形成する。この製造工程から理解され
るように、セルのベースおよびエミッタ領域の大きさお
よび形状、ならびに接触窓により露出している両領域の
表面の大きさおよび形状は、この製造工程中に選択し制
御することができる。

分布したエミッタ電極４４は、好ましくは金属層で構成
され、絶縁領域部分３６ａ乃至３６ｄ上に設けられて、
各接触窓内の露出した特定のセルのエミッタおよびベー
ス領域の表面とオーミック接触する。例えば、セル２０
においては、エミッタ電極４４は接触窓３８を充填して
、露出したエミッタ領域の表面３０ａおよび露出したベ
ース領域の表面２８ｂとオーミック接触する。同様の接
触がエミッタ電極４４とセル１８．２２の露出したベー
スおよびエミッタ領域の表面との間に作られる。

ＩＧＴＩＯの動作は第１図のセル２０を考慮することに
より理解することができる。全ての典型的なセルは同様
に動作する。順方向導通動作モードを開始するには、適
当なバイアス電圧を図示しない手段により分布したゲー
ト電極に印加する＝このバイアス電圧がしきい値レベル
を超えると、ベース領域２８内に設定された電界により
、Ｎ導電型チャンネルがベース領域内に形成される。こ
のチャンネルの２つの部分が２８ｃおよび２８ｄで示さ
れている。これらのチャンネル部分は主面１４に隣接し
てゲート電極部分３４ｂおよび３４Ｃの下方にそれぞれ
形成される。コレクタ電極３１がエミッタ電極４４に対
して正電位にバイアスされており、製置の主電流用の電
子電流路がチャンネル部分２８ｃおよび２８ｄを介して
矢印４６ａおよび４６ｂで示す電流路に沿ってこれらの
電極間に形成される。前に述べたように、順方向の電子
電流の大きさに比例する逆方向の正孔電流が同時に５０
ａおよび５０ｂで示す電流路に沿って設定される。これ
らの逆方向の正孔電流路はエミッタ・ベース接合部２９
に隣接して位置していて、エミッタ電極４４で終端する
が、エミッタ領域３０内には入らない。

第２図はＩＧＴＩＯのセル２０の平面図である。

この図においては主面１４の所におけるセル２０の詳細
を図示するためにエミッタ電極４４およびゲート構造３
２は取り除かれている。ベース領域２８はベース・ドリ
フト接合部２７によって境界を定められ、ドリフト領域
２６によって取り囲まれているほぼ正方形の表面を有す
ることがわかる。

エミッタ領域３０は、その露出した表面の形状を示すた
めに斜線が施されており、ベース・エミッタ接合部２９
の内側の縁によって限定される中央の開口部を有するほ
ぼ正方形の表面を有する。この開口部によりベース領域
２８の小さな正方形の表面部分２８ｂが露出している。

更に、エミッタ領域３０はエミッタ・ベース接合部２９
の外側の縁によって境界を定められ、ベース領域２８に
よって取り囲まれている。四方形の接触窓３８は、四角
の点線で示されており、第１図に示すようにエミッタ電
極４４との接触のためにベース領域の表面２８ｂおよび
エミッタ領域の表面３０ａを露出させる。

第１図および第２図の従来の構造の欠点および以下に説
明する本発明の特徴および利点は、第３図を参照するこ
とによりよく理解されるであろう。

第３図はＩＧＴＩＯ（第１図および第２図）のセル２０
をバイポーラ・トランジスタ構成の電気回路６０で示し
ている。セル２０の構造を回路６０の構成要素と関連付
けると、コレクタ領域２４、ドリフト領域２６およびベ
ース領域２８がＰＮＰバイポーラ・トランジスタ６２を
形成し、同様に、ドリフト領域２６、ベース領域２８お
よびエミッタ領域３０がＮＰＮバイポーラ・トランジス
タ６４を形成する。ゲート構造３２は金属・酸化物・半
導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）６６を構成
する。コレクタ電極３１、エミッタ電極４４およびゲー
ト電極部分３４ｂ、３４ｃがそれぞれ端子６８．７０お
よび７２を構成している。

トランジスタ６２および６４はそれぞれα２およびα１
の順方向電流利得を有し、寄生サイリスタ７３を形成す
るように再生的に結合されている。

抵抗Ｒはエミッタ・ベース接合部２９に隣接したベース
領域２８のウェル領域を表わし、電流■はこの抵抗を流
れる逆方向電流を表わす。逆方向電流■の大きさが増加
するにつれて、トランジスタ６４のエミッタ・ベース接
合部の順方向バイアスが大きくなる。しきい値電圧ＶＴ
Ｒに達して接合部が導通すると、α１が増加して、α１
＋α２≧１という関係が満たされ、寄生サイリスタ７３
がオン状態にラッチされる。しきい値電圧ＶＴＨは、主
に（１）ＩＧＴＩＯの温度、（２）少数キャリアの寿命
の長さ、および（３）トランジスタ６４の利得によって
決定される。エミッタ電極４４を構成する金属はベース
領域２８を構成する半導体材料よりも低い抵抗を有する
ので、ウェル抵抗Ｒは主にエミッタ電極とオーミック接
触する半導体ベース領域の表面の面積によって決定され
る。

第１図および第２図の従来のセル２０を調べると、接触
窓３８内に露出しているベース領域表面２８ｂは小さく
且つほぼ正方形であることがわかる。このようなセル構
造は露出したベース領域の表面２８ｂとエミッタ電極４
４（第１図）との間の有効接触面積を不当に制限し、こ
のため不必要に高いウェル抵抗を形成することがわかっ
た。更に、この高抵抗の有害な影響は、「電流集中（ｃ
ｕｒｒｅｎｔ　ｃｒｏｗｄｌｎｇ）　Ｊとして知られて
いる現象によって、３８で示すような四方形の接触窓内
にあるセルのベース・エミッタ接合部の角部（コーナー
）において増大される。第２図に５０ｃ乃至５０ｆで表
わした逆方向電流路によって示すように、この逆方向電
流はエミッタ・ベース接合部に隣接するベース領域を流
れる際に、ベース領域表面２８ｂとオーミック接触する
エミッタ電極に至る途中の四方形の接合部の角部の下で
集中する傾向がある。従って、この寄生電流の流れによ
って生ずる電圧降下はこの角部において高くなり、セル
の残りの部分の全体にわたって位置するエミッタ・ベー
ス接合部の所におけるよりも早くこの角部に隣接するエ
ミッタ・ベース接合部のしきい値電圧ｖ、１１を超える
傾向がある。

本発明によれば、第１図乃至第３図に示した従来例と比
較して第４図乃至第４Ｂ図を参照することからよく理解
されるように、ウェル抵抗Ｒの大きさおよび逆電流集中
の有害な影響が各セルのベースおよびエミッタ領域の構
造を変更することによって低減される。このようにウェ
ル抵抗を低減することにより、しきい値電圧ｖＴＨを超
えて寄生サイリスタ７３がラッチされる前にＩＧＴが対
処し得る逆電流■の大きさを増大する。

第４図は、本発明により改良された新規なＩＧＴ８０の
セル８８の表面の詳細を示すもので、つ工−ハ８２上に
設けられる全ての要素を除いた状態の平面図である。長
方形の点線は、絶縁領域（図示せず）内にの開口部によ
って限定されたセル８８上の接触窓１０４の縁を表わし
、一対の長い縦方向に対向する側部１０４ａ、１０４ｂ
および一対の横方向に対向する端部１０４ｃ、１０４ｄ
を有する。セル８８は、ベース・ドリフト接合部９３に
よって限定されて、ドリフト領域９０によって取り囲ま
れているほぼ長方形の表面を有するベース領域９２を含
む。説明のために、ベース領域９２は接触窓の端部１０
４ｃおよび１０４ｄにそれぞれ近接して位置する端部分
９２ａおよび９２ｂおよび両者を相互接続する中央部分
９２ｃを有するものとして示されている。長方形の表面
を有するエミッタ領域９４が接触窓の側部１０４ａに近
接するベース領域の中央部分９２ｃ内に設けられていて
、接触窓内に位置し且つ接触窓の側部１０４ａと接する
長方形の表面部分９４ａを含む。また、長方形の表面を
有する別のエミッタ領域９５が接触窓の側部１０４ｂに
近接するベース領域の中央部分９２ｃ内に設けられてい
て、接触窓内に位置し且つ側部１０　ｊｂと接する長方
形の表面部分９５ａを含む。ベース領域の端部分９２ａ
は、接触窓１０４内に位置し且つ接触窓の端部１０４ｃ
と同じ広がりを持つ長方形の表面部分９２ｄを含む。ベ
ース領域の端部分９２ｂもまた、接触窓１０４内に位置
し且つ接触窓の端部１０４ｄと同じ広がりを持つ長方形
の表面部分９２ｅを含む。ベース領域の中央部分９２ｃ
は、エミッタ領域の表面部分９４ａおよび９５ｅ間で接
触窓１０４内に縦方向に延在する表面９２ｇを含み、こ
の表面はベース領域の端部分の表面部分９２ｄおよび９
２ｅを接続している。ＩＧＴ８０の種々の領域の導電型
はＩＧＴＩＯ（第１図および第２図）の対応する領域の
導電型と同じである。

第４Ａ図は一対の対向する主面８４および８６を有する
ウェーハ８２を示している。セル８８は主面８４に対し
て直交するように配置構成され、ベース領域９２が主面
８４からドリフト領域９０の中に延在し、エミッタ領域
９４が主面８４からベース領域の中央部分９２ｃの中に
延在している。

分布したコレクタ領域８９がドリフト領域９０に隣接し
て配置されている。コレクタ電極９６が、好ましくは金
属層で構成されており、主面８６の所でコレクタ領域８
９とオーミック接触して配置されている。ゲート構造９
８がウェーハの主面８４上に設けられ、ゲート構造は主
面８４上に設けられた絶縁領域によって取り囲まれて主
面から絶縁されて隔たる分布した導電層の形のゲート電
極を含む。このゲート電極の一部分が１００ａおよび１
００ｂで示され、絶縁領域の一部分が１０２ａおよび１
０２ｂで示されている。ゲート電極は好ましくはポリシ
リコン材料で構成され、絶縁領域は好ましくは二酸化シ
リコンで構成される。更に、ゲート構造９８は絶縁領域
部分１０２ａおよび１０２ｂの垂直な縁の間に接触窓１
０４を含み、これは第４図で説明したようにベースおよ
びエミッタ領域表面を露出させる。好ましくは低抵抗金
属で構成されたエミッタ電極９５が、絶縁領域の上に設
けられると共に、露出したベースおよびエミッタ領域表
面とオーミック接触するように配置される。

第４Ｂ図は、第１図について説明したのと同様にゲート
電極部分１００Ｃおよび１００ｄに電位を印加した時に
ベース領域９２に形成される別々のチャンネル部分９２
ｈおよび９２ｊを示す。

セル８８のウェル抵抗（即ち、第３図のＲ）を十分低く
するように動作する本発明の特徴は、接触窓１０４内に
露出するベース領域表面の面積を増大したことである。

第４図と第２図（従来例）とを比較すればわかるように
、第４図の接触窓１０４内に露出した３つの長方形の表
面部分９２ｄ。

９２ｅ、９２ｇからなるベース領域の表面の全面積は、
第２図の露出した小さな正方形のベース領域表面２８ｂ
の場合よりも一層大きな全面積を有し、また露出したベ
ース領域の表面とエミッタ領域の表面との面積比も第２
図の場合よりも一層大きい。このように金属のエミッタ
電極９５とオーミック接触をするベース領域の表面を増
大したことにより本発明によって構成されるセルのウェ
ル抵抗は低下する。実験によると、セルの接触窓内に露
出したベース領域の表面とエミッタ領域の表面との面積
比が１／３以上となるように選択したとき、セルのウェ
ル抵抗はかなり低下するということが示された。これは
、第２図で示すような従来の装置の対応する露出した表
面の面積比が典型的には１／１５である場合と対照的で
ある。また、実験によると、第４図乃至第４Ｂ図に示す
細長い長方形の接触窓の構造に対して現在の製造技術を
使用した場合、１／３以上のベース／エミッタ領域表面
の面積比は長さ７幅のアスペクト比が２０以上の接触窓
を介してセルを形成することによって最も効率よく得ら
れることがわかった。

逆方向電流の集中による有害な影響を低減するための本
発明の特徴は、ベース領域９２の端部分９２ａおよび９
２ｂを配置したこと、すなわちこれらの対応する表面部
分９２ｄおよび９２ｅを接触窓の端部１０４Ｃおよび１
０４ｄとそれぞれ同じ広がりを持つように位置付けした
ことである。

これらのベース領域の端部分は、逆方向電流の集中が最
も著しいセルの角部からベース・エミッタ接合部を取り
除くことによって前述した逆方向電流の集中現象の影響
を低減するように作用する。

この結果、この高密度の電流に対する電流路がドリフト
領域９０からエミッタ電極９５へ端部分９２ａ、９２ｂ
を介して形成され、この電流路はベース・エミッタ接合
部から実効的に十分に隔たっている。第４Ａ図は逆方向
電流路１０６ａおよび１０６ｂを示し、第４図は逆方向
電流路１０６ａ乃至１０６ｄを示している。本発明によ
ると、電流路１０６ａ乃至１０６ｄは、ベース領域の表
面部分９２ｄおよび９２ｅとオーミック接触しているエ
ミッタ電極の部分で終端する。したがって、電流路１０
６ａ乃至１０６ｄに沿って流れる高密度の逆方向電流は
セルのエミッタ・ベース接合部に沿って流れず、逆方向
電流の集中の結果として生じる高い電圧は第２図につい
て説明したようにエミッタ・ベース接合部の角部を順方
向にバイアスする有害な作用を持たない。従って、本発
明によって形成されるＩＧＴ８０は従来のＩＧＴよりも
大きな主電流を確実にゲート制御し、ターンオフするこ
とができる。

第５図はＩＧＴＩＩＯの一部の平面図を示す。

このＩＧＴはエミッタ領域１１２ａ乃至１１２ｄおよび
１１４ａ乃至１１４ｄの（１４造を除いてＩＧＴ８０（
第４図乃至第４Ｂ図）のセル８８と構造が同じであるセ
ル１１１を有する。すなわち、ＩＧＴｌｌｏはベース領
域１１７およびそれを取り囲むドリフト領域１１６を含
む。ベース領域１１７は中央部分１１７ａを含む。長方
形の接触窓１１８が点線で示されており、この接触窓は
縦方向の対向する側部１１８ａ、１１８ｂおよび横方向
の対向する端部１１８ｃ、１１８ｄを有し、ベースおよ
びエミッタ領域の表面の一部分を露出させる。この別の
実施例においては、接触窓の側部１１８ａに近接するエ
ミッタ領域は、４つの縦方向に間隔をおいて配置された
セグメント１１２ａ乃至１１２ｄを有する。これらのセ
グメントの各々は接触窓１１８内に位置し且つ接触窓の
側部１１８ａに隣接する対応する長方形の表面部分１１
２ｅ乃至１１２ｈををする。同様に、接触窓の側部１１
８ｂに近接して設けられているエミッタ領域はまた、４
つの縦方向に間隔をおいて配置されたセグメント１１４
ａ乃至１１４ｄを有する。これらのセグメントはそれぞ
れ接触窓の側部１１８ｂに隣接して且つエミッタ領域の
セグメント１１２ｅ乃至１１２ｈに対して横方向に対向
する長方形の表面部分１１４ｅ乃至１１４ｈを有する。

ベース領域の中央部分１１７ａは、縦方向に隣り合う対
のエミッタ領域のセグメント間に位置する別々の横方向
延長部１１７ｂ乃至１１７ｇを含む。延長部１１７ｅ乃
至１１７ｇはそれぞれ接触窓１１８内に露出した長方形
の表面部分１１７ｈ乃至１１７ｍを有し、これらはエミ
ッタ領域のセグメントの表面部分間に位置し且つ中央部
分１１７ａの表面に接続されている。

第５Ａ図は、第４Ａ図乃至第４Ｂ図のＩＧＴ８８の対応
する部分と同じように配設されたウェーハ１２０１ゲー
ト構造１２２、エミッタ電極１２４およびコレクタ電極
１２６を含むＩＧＴＩＩＯの断面図を示す。エミッタ領
域のセグメント１１２ａ乃至１１２ｄはウニ　／’１２
０の主面１２８からベース領域の中央部分１１７ａの中
に延在し、ベース領域の中央部分の延長部１１７ｂ乃至
１１７ｄによって隔たてられている。第５Ａ図に示す断
面図から、ＩＧＴＩＩＯはそのエミッタ領域に不連続の
部分があることを除いて第４Ａ図に示したものとほぼ同
じ構造を有することが理解されよう。

動作においては、第５図のセル１１１と第４図のセル８
８との比較から理解されるように、第５図のセル１１１
は対応する接触窓によって露出したベース／エミッタ領
域表面の面積比が一層大きくなっている。この面積比の
増大はベース領域の延長部１１７ｅ乃至１１７ｇの露出
した表面部分１１７ｈ乃至１１７ｍが付加的に設けられ
ているためである。従って、上述した理由から、ＩＧＴ
ｌｌｏはＩＧＴ８８よりも低いウェル抵抗を有する。し
かしながら、このようにベース領域の表面の面積を増大
すると、通常ｒＭＯｓＦＥＴ周囲部」と呼ばれる、チャ
ンネルの断面積が減少する。ベース領域の体積が増大す
るとエミッタ領域の体積が減少し、エミッタ領域の体積
が減少すると装置のチャンネル（即ち、第４Ｃ図のチャ
ンネル９２ｈおよび９２ｊ）の断面積が減少することに
なることが理解されよう。従って、本発明のこの別の実
施例を使用する時には、ウェル抵抗の減少とＭＯ５ＦＥ
Ｔ周囲部の増大との兼合いを考えなければならない。

第６図は本発明の更に別の実施例のＩＧＴ１３０を示し
ている。このＩＧＴ１３０は、ベース領域１３８内に設
けられ且つ離間したエミッタ領域の側部分１３４ｂおよ
び１３４Ｃを接続するエミッタ領域のブリッジ部分１３
４ａが追加されていることを除いて、第４図乃至第４Ｂ
図に示されているセル８０と同様なセル１３２を含む。

このブリッジ部分１３４ａはエミッタ領域の側部分１３
４ｂおよび１３４ａ間で、点線で示す接触窓１３６を横
切るように横方向に延在して、ベース領域１３８の表面
を中断する表面を有する。ブリッジ部分１３４ａの機能
は接触窓１３６の斜線部分１４０を考慮することによっ
て理解されよう。この斜線部分は、整合していないエミ
ッタ電極が露出したセルの表面とオーミック接触する面
積を表わす。このような不整合は、エミッタ電極部分が
接触窓を完全に充填していない場合であって＼通常の装
置の製造工程の際のマスクの位置合せ不良によって生じ
るものである。第４Ｂ図を考慮することにより、このよ
うな不整合によってエミッタ電極と接触しないエミッタ
領域の側部分を含むセルの一部が不活性になることが理
解されるであろう。

ブリッジ部分１３４ａは離間したエミッタ領域の側部分
１３４ｂおよび１３４Ｃを電気的に接続するように機能
し、これによりエミッタ電極が整合していない場合にお
いてもセル全体が有効に作用するように保証する。

第７図は本発明の更に別の実施例のＩＧＴ１４２を示し
ている。このＩＧＴ１４２は１４６ａ乃至１４６ｄでそ
れぞれ示す４つのエミッタ領域のブリッジ部分が追加さ
れている以外は第５図および第５Ａ図のセル１１０と同
様なセル１４４を含む。ブリッジ部分の各々は一対の横
方向に対向しているエミッタ領域の側部セグメントを接
続する。

例えば、エミッタ領域のブリッジ部分１４６ａは離間し
たエミッタ領域の側部セグメント１４８および１５０を
相互接続する。これらのブリッジ部分１４６ａ乃至１４
６ｄは第６図のブリッジ部分１３４ａと同じ機能を有す
る。

これまで本発明をＩＧＴについて説明したが、本発明は
また電力用ＭＯ３ＦＥＴのような他の絶縁ゲート形半導
体装置にも適用される。典型的な電力用ＭＯＳＦＥＴで
は第１図のＰ＋コレクタ領域２４がＮ＋アノード領域と
置き換えられる以外は第１図のＩＧＴＩＯと同じである
。本技術分野に専門知識を有する者にとって明らかであ
るように、電力用ＭＯＳＦＥＴのソース、本体（基板）
およびドレイン領域はそれぞれＩＧＴのエミッタ、ベー
スおよびドレイン領域に対応する。同様に、ＭＯＳＦＥ
Ｔのソース、ゲートおよびドレイン電極はＩＧＴのエミ
ッタ、ゲートおよびコレクタ電極に対応する。

電力用ＭＯＳＦＥＴの動作は典型的には、キャリアが本
体領域からドレイン領域に注入されるモード、およびこ
の蓄積されたキャリアがＩＧＴの逆方向電流に類似する
逆方向電流を構成するように本体・ソース接合部に沿っ
てソース領域を通ってソース電極へ流出する別のモード
を有する。逆方向電流のこの流出の間、ＭＯ５ＦＥＴ構
造に固有の単一のバイポーラ拳トランジスタがソース・
本体接合部に隣接するＭＯＳＦＥＴのウェル内に形成さ
れる横方向電圧によってターンオンしやすい。このよう
なターンオン動作はＭＯＳＦＥＴ故障を生じさせる。本
発明に従ってＭＯＳＦＥＴセルを構成することにより、
ウェル抵抗は低下し、逆方向電流のを害な影響は最小と
なり、これにより電力用ＭＯ３ＦＥＴが安全かつ確実に
制御できる順方向電流の大きさを増大することができる
のである。

要約すると、本発明は、典型的な従来のＩＣＤの物理的
構造を変更することによって、ウェル抵抗を低減し、逆
方向電流の集中による影響を少なくしたセルを有する改
良した新規な装置を提供する。これらの特性は、各セル
したがってＩＧＤがオン状態にラッチされて動作を制御
できない状態に至るまでの逆方向電流の大きさを増大さ
せるという正味の効果を有する。逆方向電流は装置の主
電流の関数として部分的に変化し、且つ装置のターンオ
フの際にはかなりの大きさになるので、本発明はＩＧＤ
が確実にゲート制御し且つターンオフできる装置の主電
流の大きさを増大させるという正味の効果を有する。

本発明の実施例を細長い長方形の接触窓およびセルを有
するものとして図示し説明してきたが、本技術分野に専
門知識を有する者には、エミッタ電極とオーミック接触
するベースおよびエミッタ領域の表面の面積比を増大す
ることによって得られる利点が他の構造を有する接触窓
およびセルによっても達成し得るものであることが理解
されよう。即ち、ベースおよびエミッタ領域の表面の面
積比が１／３以上である限り、装置のウェル抵抗は実質
的に低減される。更に、ここに説明した全ての実施例で
示されているように、ベース領域の端部分の表面が長方
形のセルの接触窓の端部と同じ広がりを持つようにベー
ス領域の端部分を位置付けするという特徴は、エミッタ
およびベース領域の表面の面積比に関係なく、どのよう
な長方形の接触窓の場合でも実施することができる。こ
の特徴は逆方向電流の集中による影響を減らし、ここに
説明したようにＩＧＴの特性を改良する。

本発明の実施例を特定の導電型を有する種々の領域を含
む装置について説明したが、本発明が導電型すなわちＰ
とＮの導電型を逆にし、その結果の正孔と電子の流れが
逆になるようにした領域を有する装置にも同様に適用で
きことは本技術分野に専門知識を有する者にとっては明
らかなことであろう。更に、上述したように、ＩＧＴを
説明するために使用された用語は電力用ＭＯ３ＦＥＴに
用いられる用語に対応する。従って、ＩＧＴについての
用語で記載されている特許請求の範囲の用語はＭＯＳＦ
ＥＴと等価なものを含んでいるものである。

本発明を好適実施例について図示し説明してきたが、本
技術分野に専門知識を有する者にとっては本発明の精神
および範囲から逸脱することなく種々の変更、変形、置
換え等が可能であることが理解されよう。従って、本発
明は特許請求の範囲によって限定されるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の構成の絶縁ゲート形トランジスタ（ＩＧ
Ｔ）の断面図である。 第２図は第１図のＩＧＴの一部を示す平面図である。 第３図はＩＧＴの概略電気回路図である。 第４図は本発明に従って構成されたＩＧＴの一部を示す
平面図である。 第４Ａ図は第４図の線４Ａ−４Ａに沿った断面図である
。 第４Ｂ図は第４図の線４Ｂ−４Ｂに沿った断面図である
。 第５図は本発明の別の実施例のＩＧＴの一部を示す平面
図である。 第５Ａ図は第５図の線５Ａ−５Ａに沿う断面図である。 第６図は本発明の更に別の実施例のＩＧＴの一部を示す
平面図である。 第７図は本発明の別の実施例のＩＧＴの一部を示す平面
図である。 （主な符号の説明） ８０・・・絶縁ゲート形トランジスタ、８２・・・つ工
−ハ、８４．８６・・・主面、８８・・・セル、９０・
・・ドリフト領域、９２・・・ベース領域、９２ａ、９
２ｂ・・・ベース領域の端部分、９２ｃ・・・ベース領
域の中央部分、９３・・・ベース・ドリフト接合部、９
４・・・エミッタ領域、１００ａ、１００ｂ・・・ゲー
ト電極、１０２ａ、１０２ｂ−・・絶縁領域、１．０４
−・・接触窓、１０４ａ、１０４ｂ−・・接触窓の側部
、１０４　ｃ。 １０４ｄ・・・接触窓の端部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の導電型のドリフト領域および該ドリフト領域
   の上にある主面を有する半導体ウェーハと、前記主面か
   ら絶縁領域によって絶縁されて隔たるゲート電極と、前
   記絶縁領域に設けられてその下側のセルの一部を露出す
   る少なくとも１つの接触窓とを有し、前記セルは前記主
   面から前記ドリフト領域の中まで延在する第２の導電型
   のベース領域、および前記主面から前記ベース領域の中
   まで延在して該ベース領域と共にエミッタ・ベース接合
   部を形成する第１の導電型のエミッタ領域を含み、前記
   接触窓は前記主面上の互に隣接するベースおよびエミッ
   タ領域の表面を露出させており、エミッタ電極が前記ゲ
   ート電極から絶縁されていると共に前記接触窓内の露出
   した前記ベースおよびエミッタ領域の表面とオーミック
   接触するように配置されている半導体装置において、前
   記接触窓が一対の縦方向の対向する側部と一対の横方向
   の対向する端部とを有するほぼ長方形の形状を有し、 前記ベース領域が前記接触窓の端部の各々にそれぞれ近
   接して位置する端部分を含み、該端部分の各々が前記接
   触窓の端部に隣接して配置された露出した表面を有し、 前記エミッタ・ベース接合部から隔たる逆方向電流路が
   前記ドリフト領域と前記エミッタ電極との間に前記ベー
   ス領域の端部分を介して設定されている半導体装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の半導体装置において、
   前記ベース領域の端部分の各々の前記露出した表面がそ
   れに隣接した接触窓の端部と同じ広がりを有するように
   配置されている半導体装置。 ３、特許請求の範囲第２項記載の半導体装置において、
   前記ベース領域の端部分の各々の前記露出した表面がほ
   ぼ長方形の形状である半導体装置。 ４、特許請求の範囲第２項記載の半導体装置において、
   前記エミッタ領域が前記接触窓の側部の各々に近接して
   それぞれ配置された側部分を含み、該側部分の各々がそ
   れに近接する接触窓の側部に接して配置された露出した
   表面を有しており、前記ベース領域が更に両方の前記端
   部分の間を接続する中央部分を含み、該中央部分が両方
   の前記端部分の前記露出した表面の間を接続する露出し
   た表面を有し、該中央部分の露出した表面が前記エミッ
   タ領域の両方の側部分の前記露出した表面の間に配置さ
   れている半導体装置。 ５、特許請求の範囲第４項記載の半導体装置において、
   前記ベース領域の端部分および中央部分の露出した表面
   の各々がほぼ長方形の形状であり、前記エミッタ領域の
   側部分の前記露出した表面の各々がほぼ長方形の形状で
   ある半導体装置。 ６、特許請求の範囲第４項記載の半導体装置において、
   前記ベース領域の端部分および中央部分の露出した表面
   の全面積と前記エミッタ領域の側部分の露出した表面の
   面積との比が１／３以上である半導体装置。 ７、特許請求の範囲第６項記載の半導体装置において、
   前記接触窓が細長い長方形であって、その長さ／幅のア
   スペクト比が２０以上である半導体装置。 ８、特許請求の範囲第７項記載の半導体装置において、
   該装置が前記ドリフト領域に隣接して配置された第２の
   導電型のコレクタ領域を含む絶縁ゲート形トランジスタ
   である半導体装置。 ９、特許請求の範囲第４項記載の半導体装置において、
   前記エミッタ領域が更に前記側部分を相互接続する少な
   くとも１つのブリッジ部分を含み、該ブリッジ部分が前
   記ベース領域の中央部分の前記露出した表面を中断する
   露出した表面を有する半導体装置。 １０、特許請求の範囲第９項記載の半導体装置において
   、該装置が前記ドリフト領域に隣接して配置された第２
   の導電型のコレクタ領域を含む絶縁ゲート形トランジス
   タである半導体装置。 １１、特許請求の範囲第４項記載の半導体装置において
   、前記エミッタ領域の側部分の各々が複数の縦方向に間
   隔をおいて配置されたセグメントから形成され、各セグ
   メントはそれに近接した接触窓の側部に隣接して配置さ
   れている露出した表面を有しており、前記ベース領域の
   中央部が更に前記エミッタ領域の側部分の縦方向に隣り
   合う各対のセグメントの間に配置された横方向延長部を
   有し、該横方向延長部が前記エミッタ領域の側部分のセ
   グメントの露出した表面の間に位置し且つ前記ベース領
   域の前記中央部分の露出した表面に接続されている露出
   した表面を有している半導体装置。 １２、特許請求の範囲第１１項記載の半導体装置におい
   て、前記ベース領域の端部分および中央部分の前記露出
   した表面の各々がほぼ長方形の形状であり、前記エミッ
   タ領域のセグメントの前記露出した表面の各々がほぼ長
   方形の形状である半導体装置。 １３、特許請求の範囲第１１項記載の半導体装置におい
   て、前記ベース領域の端部分および中央部分の露出した
   表面の全面積と前記エミッタ領域のセグメントの露出し
   た表面の面積との比が１／３以上である半導体装置。 １４、特許請求の範囲第１３項記載の半導体装置におい
   て、前記接触窓が細長い長方形であり、その長さ／幅の
   アスペクト比が２０以上である半導体装置。 １５、特許請求の範囲第１４項記載の半導体装置におい
   て、該装置が前記ドリフト領域に隣接して配置された第
   ２の導電型のコレクタ領域を含む絶縁ゲート形トランジ
   スタである半導体装置。 １６、特許請求の範囲第１１項記載の半導体装置におい
   て、前記エミッタ領域が更に、前記接触窓の対向する側
   部にそれぞれ近接して配置されている前記エミッタ領域
   の少なくとも１対のセグメントを接続する少なくとも１
   つのブリッジ部分を含み、該ブリッジ部分が前記ベース
   領域の中央部分の露出した表面を中断する露出した表面
   を有する半導体装置。 １７、特許請求の範囲第１６項記載の半導体装置におい
   て、該装置が前記ドリフト領域に隣接して配置された第
   ２の導電型のコレクタ領域を有する絶縁ゲート形トラン
   ジスタである半導体装置。 １８、第１の導電型のドリフト領域および該ドリフト領
   域の上にある主面を有する半導体ウェーハと、前記主面
   から絶縁領域によって絶縁されて隔たるゲート電極と、
   該絶縁領域に設けられてその下側のセルの一部を露出す
   る少なくとも１つの接触窓とを有し、前記セルは前記主
   面から前記ドリフト領域の中に延在する第２の導電型の
   ベース領域および前記主面から前記ベース領域の中に延
   在してベース領域と共にエミッタ・ベース接合部を形成
   する第１の導電型のエミッタ領域を含み、前記接触窓は
   前記主面上の互に隣接するベースおよびエミッタ領域の
   表面を露出させており、エミッタ電極が前記ゲート電極
   から絶縁されていると共に前記接触窓内の露出した前記
   ベースおよびエミッタ領域の表面にオーミック接触する
   ように配置されている半導体装置において、 前記接触窓内のそれぞれ露出した前記ベース領域の表面
   と前記エミッタ領域の表面との面積比が１／３以上であ
   る半導体装置。 １９、特許請求の範囲第１８項記載の半導体装置におい
   て、前記接触窓がほぼ長方形の形状であり、その長さ／
   幅のアスペクト比が２０以上である半導体装置。 ２０、特許請求の範囲第１８項記載の半導体装置におい
   て、該装置が前記ドリフト領域に隣接して配置された第
   ２の導電型のコレクタ領域を含む絶縁ゲート形トランジ
   スタである半導体装置。 ２１、特許請求の範囲第１９項記載の半導体装置におい
   て、前記接触窓が一対の横方向の対向する端部および一
   対の縦方向の対向する側部を有し、前記ベース領域が前
   記接触窓の端部の各々に近接してそれぞれ配置されてい
   る端部分を含み、該端部分の各々はそれに近接する接触
   窓の端部に隣接して配置された露出した表面を有し、前
   記エミッタ領域が前記接触窓の側部の各々に近接してそ
   れぞれ配置されている側部分を含み、前記エミッタ領域
   の側部分の各々はそれに近接する接触窓の側部に隣接し
   て配置された露出した表面を有し、前記ベース領域が更
   に両方の前記端部分を接続すると共に露出した表面を有
   する中央部分を含み、この露出した表面は両方の前記端
   部分の露出した表面を接続すると共に前記エミッタ領域
   の両方の側部分の露出した表面の間に位置している半導
   体装置。 ２２、特許請求の範囲第２１項記載の半導体装置におい
   て、前記ベース領域の端部分の露出した表面の各々がそ
   れに隣接する接触窓の端部と同じ広がりを持つように配
   置されている半導体装置。 ２３、特許請求の範囲第２２項記載の半導体装置におい
   て、該装置が前記ドリフト領域に隣接して配置された第
   ２の導電型のコレクタ領域を含む絶縁ゲート形トランジ
   スタである半導体装置。