射極區180具有第一導電型。層間介電層190,設于第一射極 層110上。射極電極220,與第一射極層110及第二射極區180電連接，其中層間介電層190 設于柵極電極170與射極電極220之間。絕緣柵極雙極性晶體管300還包括重摻雜緩沖層 250,具有第一導電型且設于第一導電型漂移層255與集極層260之間。
[0067] 在一些實施例中，位于溝槽120的第二側S2的第二射極區180直接接觸溝槽120。 此外，在一些實施例中，柵極電極170不延伸至第二側S2的基板100的上表面100A上。再 者，位于溝槽120的第一側S1的第二射極區180與溝槽120間隔有寬度W2。在一些實施例 中，此寬度W2可為第一射極區110的寬度W1的約0.05-0. 2倍。
[0068] 應注意的是，雖然在圖8所示的實施例中，位于溝槽的第二側的第二射極區直接 接觸溝槽，且柵極電極未延伸至第二側的基板的上表面上。然而此技術領域中的技術人員 當可理解位于溝槽的第二側的第二射極區亦可不直接接觸溝槽，且當第二側的第二射極區 未直接接觸溝槽時，柵極電極必須延伸至第二側的基板的上表面上以使裝置的電路可運 作。
[0069] 詳細而言，如圖9所示，位于第二側S2的第二射極區180亦可不直接接觸溝槽 120,此位于溝槽120的第二側S2的第二射極區180與溝槽120間隔有寬度W6。寬度W2大 于寬度W6,而寬度W6大于或等于0,當寬度W6等于0時，即表示位于第二側S2的第二射極 區180直接接觸溝槽120。而當第二側S2的第二射極區180未直接接觸溝槽120時，柵極 電極170需延伸至第二側S2的基板100的上表面100A上。之后，經熱擴散處理后，右側射 極區180將會擴散并直接與溝槽120的第二側S2接觸，以形成垂直的通道。
[0070] 應注意的是，雖然在以上的實施例中，皆以第一導電型為N型，第二導電型為P型 說明，然而，此技術領域中的技術人員當可理解第一導電型亦可為P型，而此時第二導電型 則為N型。
[0073] 表1顯示本發明實施例與比較例的絕緣柵極雙極性晶體管的性能比較，而圖10 是本發明實施例與比較例的絕緣柵極雙極性晶體管的電流密度與電壓分析圖，圖11為圖 10于A部分的局部放大圖。此分析圖由電腦軟件（Technology Computer Aided Design, TCAD)模擬所得。此實施例是以圖8所示的結構作測試，其中W2/W1的比值為約0. 9/6. 0 至約1. 0/5. 9,例如為約0. 95/5. 95,而比較例的溝槽式絕緣柵極雙極性晶體管（比較例的 溝槽式IGBT)與本發明實施例的絕緣柵極雙極性晶體管的差異在于其柵極結構僅具有垂 直柵極130V部分，而不具有水平柵極130P部分，且其第二射極區180直接接觸第一側S1 的垂直柵極130V部分。圖10顯示相較于比較例的溝槽式絕緣柵極雙極性晶體管的電流 密度，本發明實施例的絕緣柵極雙極性晶體管的電流密度減少了約20 % (例如圖10的B 部分）。此外，參見圖1〇、11及表1，本發明實施例的絕緣柵極雙極性晶體管的導通電壓為 2. 68V，而比較例的溝槽式絕緣柵極雙極性晶體管的導通電壓為2. 65V。由此可知，本發明 實施例的絕緣柵極雙極性晶體管在降低裝置的電流密度的同時不會影響其導通電壓（turn on voltage)，且此電流密度的降低可降低絕緣柵極雙極性晶體管發生短路電路測試的失 效機率。
[0074] 圖12是本發明實施例與比較例的絕緣柵極雙極性晶體管的安全操作區域與導通 電壓分析圖。此實施例是以圖8所示的結構作測試，其中W2/W1的比值為約0. 9/6. 0至約 1. 0/5. 9,例如為約0. 95/5. 95,且第二射極區180直接接觸第二側S2的溝槽120 (亦即第二 射極區直接接觸第二側S2的垂直柵極130V部分）的絕緣柵極雙極性晶體管作分析。另外 此分析中的比較例的溝槽式絕緣柵極雙極性晶體管（比較例的溝槽式IGBT)與本發明實施 例的絕緣柵極雙極性晶體管的差異在于其柵極結構僅具有垂直柵極130V部分，而不具有 水平柵極130P部分，且其第二射極區180直接接觸第一側S1的垂直柵極130V部分。而比 較例的水平式絕緣柵極雙極性晶體管（比較例的水平式IGBT)與本發明實施例的絕緣柵極 雙極性晶體管的差異在于其柵極結構僅具有水平柵極130P部分，而不具有垂直柵極130V 部分。
[0075] 圖12顯示比較例的溝槽式絕緣柵極雙極性晶體管雖具有較低的導通電壓（約 2. 65V)，但其安全操作區域較差（約5 μ s)。而比較例的水平式絕緣柵極雙極性晶體管雖具 有較佳的安全操作區域（約7ys)，但其導通電壓較高（約3. 7V)。由此可知，比較例的溝 槽式絕緣柵極雙極性晶體管與比較例的水平式絕緣柵極雙極性晶體管無法同時具有上述 兩個優點。相較之下，本發明實施例的絕緣柵極雙極性晶體管可兼具比較例的溝槽式絕緣 柵極雙極性晶體管與比較例的水平式絕緣柵極雙極性晶體管的優點，亦即，本發明實施例 的絕緣柵極雙極性晶體管同時具有較佳的導通電壓（約2. 68V)以及較佳的安全操作區域 (約7 μ s)。本發明實施例的絕緣柵極雙極性晶體管可同時具有上述兩個優點的原因，是因 為其可在降低裝置的電流密度的同時不會影響其導通電壓，故其導通電壓可幾乎不升高而 與比較例的溝槽式絕緣柵極雙極性晶體管大抵相同。而本發明實施例的絕緣柵極雙極性晶 體管所降低的電流密度可使其具有較佳的安全操作區域，甚至與比較例的水平式絕緣柵極 雙極性晶體管的安全操作區域大抵相同，如圖12所示。
[0076] 圖13是本發明實施例與比較例的絕緣柵極雙極性晶體管的開關性能分析圖，而 圖14為圖13于C部分的局部放大圖。此分析圖是由電腦軟件（TCAD)模擬所得。此實施 例是以圖8所示的結構作測試，其中W2/W1的比值為約0. 9/6. 0至約1. 0/5. 9,例如為約 0. 95/5. 95,而比較例的溝槽式絕緣柵極雙極性晶體管（比較例的溝槽式IGBT)與前述實 施例的比較例的溝槽式IGBT相同。圖13、圖14及表1顯示將本發明實施例的絕緣柵極雙 極性晶體管（實施例1GBT)與比較例的溝槽式絕緣柵極雙極性晶體管（比較例的溝槽式 IGBT)施予相同電壓，并同時關閉電壓時，本發明實施例的絕緣柵極雙極性晶體管的電流的 關閉時間為295ns，而比較例的溝槽式絕緣柵極雙極性晶體管（比較例的溝槽式IGBT)的關 閉時間為435ns。由此可知，本發明實施例的絕緣柵極雙極性晶體管的柵極結構可大幅降低 裝置的關閉時間。
[0077] 圖15是本發明實施例與比較例的絕緣柵極雙極性晶體管的電場分析圖。此圖的 橫軸表示絕緣柵極雙極性晶體管從上表面100A至下表面100B的方向（亦即圖1中的方 向Y)，縱軸表示此絕緣柵極雙極性晶體管于該位置的電場。此實施例是以圖8所示的結構 作測試，其中W2/W1的比值為約0. 9/6. 0至約1. 0/5. 9,例如為約0. 95/5. 95,而比較例的 溝槽式絕緣柵極雙極性晶體管（比較例的溝槽式IGBT)與前述實施例的比較例的溝槽式 IGBT相同。由圖15可知，相較于比較例的溝槽式絕緣柵極雙極性晶體管（比較例的溝槽式 IGBT)，本發明實施例的絕緣柵極雙極性晶體管內部的電場分布均勻許多，且圖15中的A點 至B點的區間的電場較強。由于較強的電場可具有電洞的阻擋效果，降低關閉時間，故本案 具有較強的電場的絕緣柵極雙極性晶體管可大幅降低裝置的關閉時間。
[0078] 圖16是本發明實施例與比較例的絕緣柵極雙極性晶體管在關閉狀態下的擊穿電 壓分析圖。此分析圖是由電腦軟件（TCAD)模擬所得。此實施例是以圖8所示的結構作測 試，且其中W2/W1的比值為約0. 9/6. 0至約1. 0/5. 9,例如為約0. 95/5. 95,而比較例的溝槽 式絕緣柵極雙極性晶體管（比較例的溝槽式IGBT)與前述實施例的比較例的溝槽式IGBT 相同。圖16與表1顯示本發明實施例的絕緣柵極雙極性晶體管的電流的擊穿電壓為1250V， 而比較例的溝槽式絕緣柵極雙極性晶體管（比較例的溝槽式IGBT)的擊穿電壓亦為1250V。 由此可知，本發明實施例的絕緣柵極雙極性晶體管在降低裝置的關閉時間與電流密度的同 時不會影響其擊穿電壓。
[0079] 再者，表1是以圖8所示的結構作