專利名稱：絕緣柵型半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕緣柵型半導(dǎo)體裝置，特別涉及防止由于用于發(fā)光管的電流控制的絕
緣柵型半導(dǎo)體元件的電壓變化率的增大而引起的破壞的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
作為進(jìn)行用于數(shù)字靜像照相機(jī)(Digital still camera)和移動(dòng)電話的照相機(jī)功能的發(fā)光裝置(閃光)的電流控制等的開(kāi)關(guān)元件，使用絕緣柵型雙極晶體管(InsulatedGate Bipolar Transistor :以下稱為IGBT)(例如參照專利文獻(xiàn)1)。 參照?qǐng)D9，表示以往的發(fā)光裝置的一例。圖9是發(fā)光裝置的整體的電路結(jié)構(gòu)圖，以作為發(fā)光管使用氙放電管的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。 參照?qǐng)D9，說(shuō)明電路的主要?jiǎng)幼?，通過(guò)升壓變壓器36將電源電池38升壓至規(guī)定的電壓，并將電荷儲(chǔ)存在主電容器35中。通過(guò)柵極驅(qū)動(dòng)電路37導(dǎo)通開(kāi)關(guān)元件60 ，若從觸發(fā)電路30對(duì)作為發(fā)光管40的氙放電管施加觸發(fā)電壓，則發(fā)光管40開(kāi)始發(fā)光。通過(guò)在規(guī)定的定時(shí)切斷開(kāi)關(guān)元件60，從而發(fā)光管40停止發(fā)光。 開(kāi)關(guān)元件60是主要高精度地控制發(fā)光停止，且大功率且響應(yīng)特性良好的IGBT。開(kāi)關(guān)元件(IGBT)60的柵極G經(jīng)由柵極電阻Rg，連接到柵極驅(qū)動(dòng)電路37，通過(guò)來(lái)自柵極驅(qū)動(dòng)電路37的信號(hào)，控制IGBT60的導(dǎo)通/截止。 圖10是表示IGBT60的芯片的一部分的平面圖。IGBT60(的芯片)上設(shè)有配置晶體管單元(transistor cell)的元件區(qū)域(雙點(diǎn)劃線)60e、以及柵極-發(fā)射極間保護(hù)二極管60d。元件區(qū)域60e包括例如內(nèi)壁被柵極絕緣膜(未圖示)覆蓋的溝槽(trench)63、被溝槽63埋藏的柵極電極64、以及與溝槽63相鄰設(shè)置的發(fā)射極區(qū)域66，被溝槽63圍住的區(qū)域成為晶體管單元。在元件區(qū)域60e上通過(guò)絕緣膜(未圖示)設(shè)有發(fā)射極電極67，發(fā)射極電極67通過(guò)發(fā)射極接觸區(qū)域65進(jìn)行接觸。元件區(qū)域60e外的例如芯片的角部分配置保護(hù)二極管60d。元件區(qū)域60e的柵極電極64經(jīng)由柵極布線部68連接到柵極焊盤69。
圖11是表示IGBT60的開(kāi)啟(turn on)時(shí)以及切斷(turn off)時(shí)的、集電極-發(fā)射極間電壓VCE和集電極電流IC、柵極電壓VG、切斷損失的關(guān)系的圖。
開(kāi)啟區(qū)間(上升(rise)時(shí)間tr)是集電極_發(fā)射極間電壓VCE從90%成為10%的區(qū)間(時(shí)間)，切斷區(qū)間(下降(fall)時(shí)間tf)是集電極電流IC從90X成為10%的區(qū)間(時(shí)間)。開(kāi)啟區(qū)間、切斷區(qū)間的損失(電流X電壓)分別稱為開(kāi)啟損失、切斷損失。在圖11中，切斷區(qū)間的集電極-發(fā)射極間電壓VCE的斜率是dv/dt，圖11的陰影部分是切斷損失的值。 柵極電阻Rg被外接在IGBT60的芯片上(圖9)，通過(guò)其電阻值調(diào)整IGBT60的切斷時(shí)的集電極-發(fā)射極間電壓VCE的電壓變化率(以下，記為dv/dt)。此外，通過(guò)柵極電阻Rg的值，決定IGBT60導(dǎo)通為止的時(shí)間(上升時(shí)間tr)。 IGBT在其特性上，若切斷時(shí)的dv/dt的值大，則晶體管單元進(jìn)行不均勻動(dòng)作，熱量集中在一部分單元中，導(dǎo)致破壞(以下稱為dv/dt破壞)。因此，一般，如圖9所示，采用在
3IGBT60的柵極G上連接?xùn)艠O電阻Rg的電路結(jié)構(gòu)。由于柵極電阻Rg其電阻值越大dv/dt的 值越小，因此能夠防止IGBT60的dv/dt破壞。 但是，若將柵極電阻Rg的電阻值增加到必要以上，S卩，切斷時(shí)的dv/dt的值過(guò)小， 則與此相伴陰影部分的的面積增加，因此導(dǎo)致切斷損失增加(圖ll)。在切斷損失過(guò)大時(shí)， 由于其熱而IGBT60破壞(以下將切斷損失引起的破壞稱為熱破壞)。從而，dv/dt破壞和 熱破壞處于平衡(trade-off)的關(guān)系，柵極電極Rg需要調(diào)整為最佳的值。
圖12是表示開(kāi)關(guān)元件60和與其連接的柵極電阻的其他的電路例子的圖。
圖9是一個(gè)柵極電阻Rg與IGBT60的柵極G連接的結(jié)構(gòu)，開(kāi)啟時(shí)的柵極充電電流 和切斷時(shí)的柵極放電電流都通過(guò)相同柵極電阻Rg。從而，不能單獨(dú)控制切斷時(shí)的特性(例 如dv/dt)和開(kāi)啟時(shí)的特性(例如上升時(shí)間)。 另一方面，圖12(A)至圖12(C)的電路是柵極電阻Rgon和整流二極管70串聯(lián)連 接并連接到IGBT60的柵極G上，且整流二極管70和柵極電阻Rgoff并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。根 據(jù)該結(jié)構(gòu)，開(kāi)啟時(shí)的柵極充電電流經(jīng)由電阻Rgon和整流二極管23流向IGBT60的柵極G，切 斷時(shí)柵極放電電流經(jīng)由電阻Rgoff(和電阻Rgon)流過(guò)。而且由于能夠單獨(dú)設(shè)定電阻Rgon 和電阻Rgoff，因此能夠獨(dú)立控制開(kāi)啟時(shí)的特性和切斷時(shí)的特性。
專利文獻(xiàn)1 :(日本)特開(kāi)2005-302380號(hào) 在如上所述的IGBT中，希望能夠獨(dú)立控制開(kāi)啟時(shí)的特性和切斷時(shí)的特性，如圖12 所示，可設(shè)為在IGBT60的芯片上通過(guò)外置連接?xùn)艠O電阻Rgon、Rgoff以及整流二極管70，開(kāi) 啟時(shí)的柵極充電電流和切斷時(shí)的柵極放電電流流過(guò)不同的柵極電阻Rgon、Rgoff的結(jié)構(gòu)。
特別地，在將IGBT用于發(fā)光裝置的電流控制用的開(kāi)關(guān)元件的情況下，為了防止 IGBT受dv/dt破壞，重要的是IGBT安全動(dòng)作，且適當(dāng)選擇柵極電阻Rgoff，所述柵極電阻 Rgoff具有可得到期望的特性的范圍的電阻值。 因此，在對(duì)用戶提供IGBT的芯片或?qū)⑿酒ㄟ^(guò)樹(shù)脂等來(lái)封裝的組件(package)制 品時(shí)，建議在保證IGBT的動(dòng)作的額定內(nèi)的使用(例如，連接具有dv/dt成為400V/ ii s以下 的電阻值的柵極電阻Rgoff)。 但是，如圖12所示，在IGBT60的芯片上通過(guò)外置連接?xùn)艠O電阻Rgoff的結(jié)構(gòu)(圖 9的柵極電阻Rg也同樣)中，有時(shí)在用戶側(cè)連接dv/dt成為額定之外的電阻值的柵極電阻 Rgoff，存在產(chǎn)生由此引起的IGBT60的dv/dt破壞的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這樣的課題而完成，通過(guò)包括以下結(jié)構(gòu)而解決該課題一導(dǎo)電型半導(dǎo) 體層；反導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，設(shè)置在該一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上；元件區(qū)域，配置在該反導(dǎo)電型半 導(dǎo)體層表面上設(shè)置的絕緣柵型半導(dǎo)體元件的晶體管單元；二極管，設(shè)置在該元件區(qū)域外的 所述反導(dǎo)電型半導(dǎo)體層表面上，陰極連接在所述絕緣柵型半導(dǎo)體元件的柵極電極，陽(yáng)極連 接在與柵極驅(qū)動(dòng)電路的連接端；以及電阻，設(shè)置在所述元件區(qū)域外的所述反導(dǎo)電型半導(dǎo)體 層表面，與所述二極管的兩端并聯(lián)連接。 根據(jù)本發(fā)明，第l，并聯(lián)連接整流二極管和電阻從而集成在與IGBT相同芯片上，將 整流二極管的陰極與IGBT的柵極相連，從而能夠在IGBT的芯片內(nèi)限制切斷時(shí)的dv/dt的 值。即，通過(guò)內(nèi)置具有能夠防止IGBT的破壞的電阻值的電阻(柵極電阻Rgoff)，能夠防止
4在芯片或用樹(shù)脂等封裝了芯片的組件制品的提供目的地(用戶側(cè))的dv/dt的增大引起的 IGBT的破壞。 即使在用戶側(cè)沒(méi)有連接外置電阻的情況下，通過(guò)決定不會(huì)成為導(dǎo)致dv/dt破壞的 dv/dt的值的柵極電阻Rgoff ，能夠防止IGBT的破壞。 第2，通過(guò)在設(shè)備內(nèi)整體(monolithic)形成整流二極管和電阻，從而與在外置連
接相同電阻值的柵極電阻和整流二極管的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)作為開(kāi)關(guān)元件的小型化。 第3，由于整流二極管和電阻配置在IGBT的柵極焊盤(pad)部的下方，因此能夠提
供不會(huì)大幅擴(kuò)大芯片尺寸就避免切斷時(shí)的dv/dt的增大引起的破壞的IGBT。 第4，將柵極-發(fā)射極間的保護(hù)二極管設(shè)置在元件區(qū)域外的柵極布線部，在柵極焊
盤部下方配置二極管和電阻，從而能夠提供維持以往的芯片尺寸，且避免dv/dt的增大引
起的破壞的IGBT。


圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施方式的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置的圖，圖1 (A)是發(fā) 光裝置的電路圖，圖1(B)是絕緣柵型半導(dǎo)體裝置的電路圖。 圖2是用于說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施方式的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置的平面圖。 圖3是用于說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施方式的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置的平面圖。 圖4是用于說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施方式的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置的截面圖。 圖5(A)至圖5(C)是用于說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施方式的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置的截 面圖。 圖6是用于說(shuō)明本發(fā)明的第2實(shí)施方式的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置的平面圖。 圖7是用于說(shuō)明本發(fā)明的第2實(shí)施方式的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置的平面圖。 圖8是用于說(shuō)明本發(fā)明的第2實(shí)施方式的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置的電路圖。 圖9是用于說(shuō)明以往技術(shù)的電路圖。 圖10是用于說(shuō)明以往技術(shù)的平面圖。 圖11是用于說(shuō)明以往技術(shù)的特性圖。 圖12(A)至圖12(C)是用于說(shuō)明以往技術(shù)的電路圖。 標(biāo)號(hào)說(shuō)明 lp++型半導(dǎo)體襯底 2a n+型半導(dǎo)體層 2b n-型半導(dǎo)體層 3溝道層 4溝槽(trench) 5柵極絕緣膜 6柵極電極 7發(fā)射極區(qū)域 8主體區(qū)域 9層間絕緣膜 9'絕緣膜
5
IO發(fā)射極電極 11、60IGBT 11e、60e元^牛區(qū)域 11d、60d保護(hù)二極管 13、70整流二極管 14電阻 15柵極布線部 16柵極焊盤部 60、100絕緣柵型半導(dǎo)體裝置
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1至圖8說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。 首先，參照?qǐng)D1至圖5，說(shuō)明第1實(shí)施方式。圖1是表示在發(fā)光裝置的發(fā)光管的電
流控制用的開(kāi)關(guān)元件部采用第1實(shí)施方式的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置的圖，圖1 (A)是發(fā)光裝置
的電路概要圖，圖1(B)是表示第1實(shí)施方式的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置的電路圖。 參照?qǐng)D1(A)，發(fā)光裝置包括電源電池38、升壓變壓器36、主電容35、觸發(fā)電路30、
發(fā)光管40、開(kāi)關(guān)元件100、柵極驅(qū)動(dòng)電路37等。另外，與圖9的電路概要圖相同的結(jié)構(gòu)要素
由相同符號(hào)來(lái)表示。 該電路的主要?jiǎng)幼魅缦?。升壓變壓?6將電源電池38升壓為幾百伏特程度的高 電壓，并使該電流流過(guò)主電容35從而儲(chǔ)存電荷。 若通過(guò)柵極驅(qū)動(dòng)電路37，開(kāi)關(guān)元件100導(dǎo)通，則通過(guò)觸發(fā)電路30內(nèi)的變壓器31， 發(fā)光管(氙放電管)40的一側(cè)的電壓上升到幾千伏特程度，發(fā)光管(氙放電管)40被激發(fā)。 由此形成主電容35的放電路徑，發(fā)光管40開(kāi)始放電發(fā)光。在調(diào)整發(fā)光量的情況下，通過(guò)在 規(guī)定的定時(shí)關(guān)斷開(kāi)關(guān)元件100，從而發(fā)光管40停止放電發(fā)光。在不調(diào)光的情況下，主電容的 放電結(jié)束的同時(shí)終止發(fā)光。 參照?qǐng)D1 (B)，說(shuō)明成為圖1 (A)的開(kāi)關(guān)元件100的第1實(shí)施方式的絕緣柵型半導(dǎo)體 裝置。 絕緣柵型半導(dǎo)體裝置100具有IGBT11、整流二極管13、電阻14。 IGBT11的集電極C 連接在發(fā)光管40的一端，發(fā)射極E連接在觸發(fā)電路30內(nèi)的變壓器31的一端。二極管13是 整流二極管，陰極CA與IGBT11的柵極G串聯(lián)連接。整流二極管13的陽(yáng)極A連接在與柵極 驅(qū)動(dòng)電路27的連接端。整流二極管13的陰極CA和陽(yáng)極A上并聯(lián)連接電阻14。 IGBT11在 細(xì)節(jié)上，其柵極G和發(fā)射極E之間連接作為雙向齊納二極管的柵極過(guò)電壓保護(hù)二極管(以 下稱為保護(hù)二極管)lld。 參照?qǐng)D2至圖5，說(shuō)明絕緣柵型半導(dǎo)體裝置100的結(jié)構(gòu)。圖2和圖3是表示絕緣 柵型半導(dǎo)體裝置100的芯片的一部分的平面圖，在圖2中表示襯底SB表面的結(jié)構(gòu)，由虛線 表示了電極層。在圖3中，表示了表面的電極層的圖形。圖4是圖2和圖3的a-a線截面 圖，圖5是圖2和圖3的b-b線截面圖(圖5(A)) 、 c-c線截面圖(圖5(B)) 、 d-d線截面圖 (圖5(C))。另外，在圖5(B)、圖5(C)中襯底SB的結(jié)構(gòu)與圖5(A)相同，因此省略圖示。
參照?qǐng)D2，絕緣柵型半導(dǎo)體裝置100是將IGBT11、二極管13、以及電阻14集成在一個(gè)芯片(同一襯底)上的裝置。 IGBT11在襯底SB的一主面上具有配置了 IGBT的多個(gè)晶體管單元的元件區(qū)域 lle(雙點(diǎn)劃線)和保護(hù)二極管lld。另外，這里作為一例表示n溝道型IGBT的情況。
在元件區(qū)域lie的外周，設(shè)有用于連接?xùn)艠O電極6和柵極焊盤16的柵極布線部 15。柵極布線部15由第1柵極布線151和第2柵極布線152構(gòu)成，第1柵極布線151設(shè)置 在襯底表面且由多晶硅層構(gòu)成，第2柵極布線152與第1柵極布線151 —部分重疊而延伸。 第2柵極布線152與元件區(qū)域lie的發(fā)射極電極10、以及柵極焊盤部16是同樣的金屬層 (圖3)。 參照?qǐng)D4，說(shuō)明IGBT11的元件區(qū)域lie的結(jié)構(gòu)。 例如，在襯底SB表面上設(shè)有p型雜質(zhì)區(qū)域即溝道層3，所述襯底SB是在p++型硅 半導(dǎo)體襯底1上層疊了 n+型半導(dǎo)體層2a和n-型半導(dǎo)體層2b而構(gòu)成。設(shè)置貫通溝道層3 的溝槽4，用柵極絕緣膜5覆蓋溝槽4內(nèi)壁。在溝槽4內(nèi)填埋導(dǎo)入了雜質(zhì)的多晶硅層等導(dǎo)電 層，設(shè)置柵極電極6。在與柵極電極6相鄰的溝道層3表面上，設(shè)置n型雜質(zhì)區(qū)域即發(fā)射極 區(qū)域7。在發(fā)射極區(qū)域7之間的溝道層3表面上，設(shè)置主體區(qū)域8。用層間絕緣膜9覆蓋柵 極電極6，在襯底SB表面上設(shè)置發(fā)射極電極10。發(fā)射極電極10是與柵極焊盤部16和第2 柵極布線152同樣的鋁(Al)等金屬層，經(jīng)由層間絕緣膜9間的接觸孔(contact hole)CH， 與發(fā)射極區(qū)域7接觸。由此，被溝槽4包圍的區(qū)域成為晶體管單元，排列多個(gè)該晶體管單元 而構(gòu)成元件區(qū)域lle。另外，在本實(shí)施方式中，為了便于說(shuō)明，將溝道層3的形成區(qū)域設(shè)為元 件區(qū)域lle。 發(fā)射極電極10延伸至元件區(qū)域lie外的保護(hù)二極管lid的上方，與保護(hù)二極管 lld的一端接觸(參照?qǐng)D2、圖3)。 柵極電壓從柵極焊盤部16經(jīng)由電阻14、整流二極管13、以及柵極布線部15，被施 加到IGBT11的柵極電極6。 參照?qǐng)D2和圖5(A)，在元件區(qū)域lie外的例如芯片角部的n_型半導(dǎo)體層2b的表 面上設(shè)有P型雜質(zhì)區(qū)域即護(hù)圈(guard ring)GD，通過(guò)覆蓋其表面的絕緣膜5在襯底SB表面 上設(shè)有電阻13、整流二極管14、以及保護(hù)二極管lld。 電阻13、整流二極管14以及保護(hù)二極管lld由與第1柵極布線151以及柵極電極 6相同的多晶硅層構(gòu)成。電阻13、整流二極管14、以及保護(hù)二極管lld上設(shè)有絕緣膜9'，在 其上設(shè)有連接電阻13、整流二極管14、以及保護(hù)二極管lld的每一個(gè)的一部分而覆蓋的柵 極焊盤部16。 此外，在電阻13、整流二極管14、以及保護(hù)二極管lld的每一個(gè)的其他的一部分 上，通過(guò)絕緣膜9'，延伸有第2柵極布線152。 保護(hù)二極管lld是將在多晶硅層導(dǎo)入了 n型雜質(zhì)的n型雜質(zhì)區(qū)域lldn以及導(dǎo)入
了P型雜質(zhì)的P型半導(dǎo)體區(qū)域lldp例如同心圓狀配置，從而形成了多個(gè)pn結(jié)的雙向齊納二
極管。中心的例如n型半導(dǎo)體區(qū)域lldn通過(guò)在絕緣膜9'上設(shè)置的接觸孔CH與柵極焊盤
部16相連，最外圍的n型半導(dǎo)體區(qū)域lldn通過(guò)連接孔CH與發(fā)射極電極10接觸。從而，防
止由于在IGBT11的柵極-發(fā)射極間從外部施加的電壓而柵極絕緣膜5被破壞的情況。另
外，保護(hù)二極管11 d的pn結(jié)的串聯(lián)連接數(shù)是一例，根據(jù)擊穿電壓而適當(dāng)選擇。 參照?qǐng)D2和圖5(B)，整流二極管13具有在多晶硅層分別導(dǎo)入了 p型雜質(zhì)和n型雜質(zhì)的n型半導(dǎo)體區(qū)域131和p型半導(dǎo)體區(qū)域132。成為陽(yáng)極A的p型半導(dǎo)體區(qū)域132通 過(guò)在絕緣膜9'上設(shè)置的接觸孔CH與柵極焊盤部16接觸，成為陰極CA的n型半導(dǎo)體區(qū)域 131通過(guò)接觸孔CH與第2柵極布線152接觸。 參照?qǐng)D2和圖5(C)，電阻14是在多晶硅層導(dǎo)入了例如n型雜質(zhì)而成，具有片材電 阻6ohm/square 幾十ohm/square的電阻值。電阻14的一端通過(guò)在絕緣膜9'上設(shè)置的 接觸孔CH與柵極焊盤部16接觸，電阻14的另一端通過(guò)接觸孔CH與第2柵極布線152接 觸。 由此，整流二極管13和電阻14并聯(lián)連接，整流二極管13的陰極CA和電阻14的 一端通過(guò)柵極布線部15，與IGBT11的柵極(柵極電極6)連接。整流二極管的陽(yáng)極A和電 阻14的另一端通過(guò)柵極焊盤部16和與其相連的未圖示的外部連接部件(例如結(jié)合引線 (bonding wire)或金屬板等)，連接到與絕緣柵型半導(dǎo)體裝置(IGBT的芯片)100的外部的 柵極驅(qū)動(dòng)電路(參照?qǐng)D1)的連接端。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在IGBT11的開(kāi)啟時(shí)柵極充電電流通過(guò)芯片100內(nèi)的整流二極管13 流過(guò)IGBT11的柵極G。另一方面，切斷時(shí)，柵極放電電流通過(guò)芯片100內(nèi)的電阻14流過(guò)與 柵極驅(qū)動(dòng)電路27的連接端(參照?qǐng)D1 (B))。 從而，可獨(dú)立(不考慮對(duì)開(kāi)啟時(shí)的上升時(shí)間tr的影響)設(shè)定IGBT11的切斷時(shí)的 dv/dt的值。而且，能夠根據(jù)集成在同一芯片上的IGBT11的用途(這里，發(fā)光裝置的開(kāi)關(guān)元 件部)來(lái)選擇電阻14的值，將IGBT11的切斷時(shí)的dv/dt的值限制在期望的值以下。
即，能夠提供具有限制切斷時(shí)的dv/dt的功能的IGBT的芯片100，因此即使在芯片 或用樹(shù)脂等封裝了芯片的組件制品的提供目的地(用戶側(cè))上，例如沒(méi)有外置連接?xùn)艠O電 阻的情況下，也能夠防止由于dv/dt過(guò)大引起的IGBT11的破壞。 具體來(lái)說(shuō)，用于發(fā)光裝置時(shí)的切斷時(shí)的dv/dt的保證值一般為300V/ s 400V/ P s。在本實(shí)施方式中，作為一例，通過(guò)將電阻14的電阻值設(shè)為50Q 100Q ，能夠提供將 dv/dt的值限制在400V/ii s以下的IGBT的芯片100。 在第1實(shí)施方式中，在柵極焊盤部16的下方設(shè)有用于防止IGBT11的切斷時(shí)的dv/ dt過(guò)大的整流二極管13和電阻14。從而，作為IGBT11的芯片100，內(nèi)置用于保護(hù)由于dv/ dt過(guò)大引起的IGBT11的破壞的功能，且與外置柵極電阻作為開(kāi)關(guān)元件來(lái)使用的以往結(jié)構(gòu) (圖12)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型化。 參照?qǐng)D6至圖8，說(shuō)明第2實(shí)施方式。第2實(shí)施方式在IGBT11的柵極布線部15上 設(shè)有保護(hù)二極管lld。圖6和圖7是表示第2實(shí)施方式的平面圖，圖6表示襯底SB表面的 結(jié)構(gòu)，用虛線表示了電極層。圖7表示了表面的電極層的圖形。圖8是表示第2實(shí)施方式 的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置100的電路圖。另外，與第1實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)用相同標(biāo)號(hào)來(lái)表 示。 柵極布線部15的第1柵極布線151例如是導(dǎo)入了 n型雜質(zhì)作為導(dǎo)電體的多晶硅 層，在第2實(shí)施方式中在第l柵極布線151的一部分交互配置n型半導(dǎo)體區(qū)域lldn和p型 半導(dǎo)體區(qū)域lldp而形成雙向齊納二極管，并設(shè)為保護(hù)二極管lld。 在保護(hù)二極管lld的上方，通過(guò)絕緣膜(未圖示)延伸第2柵極布線152。然后， 例如保護(hù)二極管1 ld的兩端的n型半導(dǎo)體區(qū)域1 ldn通過(guò)在絕緣膜上設(shè)置的接觸孔CH，與第 2柵極布線152接觸。此外，保護(hù)二極管lld的中央部的n型半導(dǎo)體區(qū)域lldn通過(guò)在絕緣膜上設(shè)置的接觸孔CH，與IGBTll的發(fā)射極電極10連接。發(fā)射極電極10設(shè)有突起部PM，突
起部PM延伸至保護(hù)二極管lid從而與其接觸。 除此之外的結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施方式相同因此省略其說(shuō)明。 由此，能夠?qū)⒈Ｗo(hù)二極管lid連接在IGBTll的柵極-發(fā)射極間(圖8)。另外，保 護(hù)二極管lid的pn結(jié)的串聯(lián)連接數(shù)、以及第2柵極布線152與發(fā)射極電極10的接觸位置 是一例，根據(jù)擊穿電壓適當(dāng)選擇它們。 通過(guò)在第1柵極布線151的一部分上設(shè)置保護(hù)二極管lld，能夠在柵極焊盤部16 下方僅配置整流二極管13和電阻14。由此，能夠提供維持以往的IGBT60的芯片(參照?qǐng)D 10)的大小以及元件區(qū)域60e的面積，且具有防止由于dv/dt過(guò)大引起的IGBT的破壞的功 能的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置100。 另外，電阻14不限定在圖2和圖6所示的長(zhǎng)條狀的形狀，也可以是彎曲的圖形。通 過(guò)彎曲電阻14而設(shè)為例如L形狀或折回形狀，能夠活用芯片上的空區(qū)域而配置電阻14。
以上，以n溝道型IGBT為 說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但即使是相反的導(dǎo)電型的 p溝道型IGBT也同樣能夠?qū)嵤?br> 權(quán)利要求
一種絕緣柵型半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；反導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，設(shè)置在該一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上；元件區(qū)域，配置在該反導(dǎo)電型半導(dǎo)體層表面上設(shè)置的絕緣柵型半導(dǎo)體元件的晶體管單元；二極管，設(shè)置在該元件區(qū)域外的所述反導(dǎo)電型半導(dǎo)體層表面上，陰極連接在所述絕緣柵型半導(dǎo)體元件的柵極電極，陽(yáng)極連接在與柵極驅(qū)動(dòng)電路的連接端；以及電阻，設(shè)置在所述元件區(qū)域外的所述反導(dǎo)電型半導(dǎo)體層表面，與所述二極管的兩端并聯(lián)連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置，其特征在于，將所述絕緣柵型半導(dǎo)體元件的切斷時(shí)的電壓變化率限制為期望的值以下。
3. 如權(quán)利要求2所述的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有與所述柵極電極連接的柵極焊盤部，在該柵極焊盤部下方配置所述二極管以及所述電阻。
4. 如權(quán)利要求3所述的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在所述元件區(qū)域外的所述反導(dǎo)電型半導(dǎo)體層表面上，設(shè)有用于連接所述柵極電極和所述柵極焊盤部的柵極布線部，在該柵極布線部設(shè)置其他的二極管。
5. 如權(quán)利要求1至4的任一項(xiàng)所述的絕緣柵型半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述絕緣柵型半導(dǎo)體元件是進(jìn)行發(fā)光管的電流控制的IGBT。
全文摘要
提供一種絕緣柵型半導(dǎo)體裝置。為了防止由于IGBT的切斷時(shí)的dv/dt過(guò)大引起的、IGBT的破壞，采用在芯片上外置連接?xùn)艠O電阻的電路。但是在對(duì)用戶提供IGBT的芯片時(shí)，有時(shí)在用戶側(cè)連接dv/dt成為額定值外的電阻值的柵極電阻的情況，存在發(fā)生由此引起的IGBT的破壞的問(wèn)題。通過(guò)將二極管和電阻并聯(lián)連接而與IGBT集成在相同芯片上，并將二極管的陰極連接在IGBT的柵極上，能夠在IGBT的芯片內(nèi)限制dv/dt的值而不會(huì)使導(dǎo)通特性變差。通過(guò)內(nèi)置具有能夠防止IGBT的dv/dt破壞的電阻值的電阻，能夠防止由于在芯片的提供目的地(用戶側(cè))的dv/dt的增大引起的IGBT的破壞。
文檔編號(hào)H01L27/06GK101789427SQ20091026218
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者及川慎, 石田?？? 米田秀司 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社;三洋半導(dǎo)體株式會(huì)社