[发明专利]半导体器件有效

专利信息
申请号: 200810109479.7 申请日: 2008-06-12
公开(公告)号: CN101325198A 公开(公告)日: 2008-12-17
发明(设计)人: 户仓规仁;曾根弘树;天野伸治;加藤久登 申请(专利权)人: 株式会社电装
主分类号: H01L27/06 分类号: H01L27/06
代理公司: 永新专利商标代理有限公司 代理人: 陈松涛;王英
地址: 日本*** 国省代码: 日本;JP
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摘要:
搜索关键词: 半导体器件
【说明书】:

发明涉及一种包含均形成于同一半导体衬底中的间隔沟道绝缘栅双极晶体管和反并联二极管的半导体器件。

众所周知,逆变器电路将直流(DC)电压转换成交流(AC)电压并向诸如感应电动机的感性负载(即,电感L)供给AC电压。例如,利用图23A中所示的半导体器件100构造这种类型的逆变器电路。半导体器件100包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)100i和与IGBT 100i反并联连接的反并联二极管100d。

利用六个半导体器件100构造成用于产生三相AC电压的逆变器电路。如图23B中所示,利用在DC电源与接地电势之间串联连接的两个半导体器件100产生每一个相。IGBT 100i用作开关元件。反并联二极管100d用作飞轮二极管。当关闭IGBT 100i时,流经连接于输出的电感(没有示出)的负载电流会流经二极管100d。因此,能够防止负载电流的突然改变。这种二极管100d被称作飞轮二极管(FWD)。

可以如此实现半导体器件100以便于在分离的半导体衬底(芯片)中形成IGBT 100i和二极管100d。然而,为了减小半导体器件100的尺寸,优选在同一半导体衬底中形成IGBT 100i和二极管100d。

图24示出在相应于JP-A-2005-101514的US 7,154,145中公开的半导体器件91。在该半导体器件91中,在同一半导体衬底中形成IGBT和反并联二极管。具体地,对于每一个IGBT单元,p型基极层(阱)2形成于N-型半导体衬底1的第一侧上。N+型阴极层4和P+型集电极层5形成于半导体衬底1的第二侧上且位于基极层2的正下方。每一个IGBT单元的p型基极层2包括第一和第二侧扩散区域2SDR1、2SDR2和位于第一和第二侧扩散区域2SDR1、2SDR2之间的平坦区域2FR。平坦区域2FR具有发射极区域3和被绝缘栅沟槽6穿透的底部表面。第一侧扩散区域2SDR1位于N+型阴极层4的正上方。N+型阴极层4与P+型集电极层5相邻。利用N-型半导体衬底1、p型基极层2以及N+型阴极层4构造二极管单元。将IGBT单元的发射电极10与二极管单元的阳极电极集成,且将IGBT的集电极11与二极管单元的阴极电极集成。因此,二极管单元与IGBT单元反并联连接。

半导体器件91中的IGBT单元是沟槽栅极IGBT。在沟槽栅极IGBT中,在绝缘栅沟槽两侧形成沟道以便于能够增加沟道密度。因此,与平面栅极IGBT相比较,沟槽栅极IGBT能够具有低的导通电压。

图25示出在相应于JP-A-2001-308327的US 6,737,705中公开的沟槽栅极IGBT 92。将该IGBT 92设计成不仅实现低的导通电压还获得低的开关损耗,由此减小总的损耗。如图25中所示,IGBT 92包括硅衬底21、轻掺杂N型漂移层22、P型基极层23、N+型源极区24、布置在穿透p型基极层23的沟槽中的栅氧化膜25、通过该栅氧化膜25布置在沟槽中的栅电极26、层间绝缘膜27、连接于N+型源极区24的发射电极28、以及连接于硅衬底21的相对表面的集电极29。沟槽将p型基极层23划分成体区域23a和浮置区域23b。体区域23a连接于发射电极28且具有相邻于沟槽定位的N+型源区24。因此,体区域23a用作沟道区。浮置区域23b不连接到发射电极28且不具有N+型源区24。浮置区域23b用作存储载流子的载流子存储区域。

如上所述,IGBT 92i具有一种结构,在该结构中,通过载流子存储区域(即,浮置区域23b)将沟道区域(即,体区域23a)互相分隔开。因此,如同IGBT 92i的IGBT在下文中被称作“间隔沟道IGBT”。根据US 6,737,705,当体区域23a的宽度与浮置区域23b的宽度的比率从1∶2到1∶7时,IGBT92i具有低的导通电压和低的开关损耗,以至于可以减少总的损耗。

当将如同IGBT 92i的间隔沟道IGBT应用于用于逆变器电路的半导体器件时,优选在同一半导体衬底中形成间隔沟道IGBT和反并联二极管。在这种方法中,像图24示出的半导体器件91那样,能够减小半导体器件的尺寸。然而,当在同一半导体衬底中形成间隔沟道IGBT和反并联二极管时,在间隔沟道IGBT与反并联二极管之间会存在相互干扰。

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