[发明专利]具有绝缘栅半导体元件的半导体器件和绝缘栅双极晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有绝缘栅半导体元件的半导体器件和一种绝缘栅双极晶体管。 

背景技术

诸如沟槽栅极型晶体管和IGBT的绝缘栅半导体器件充当着具有沟槽栅极结构的高击穿电压绝缘栅半导体器件。图17和18示出了JP-A-2006-49455中公开的IGBT。每个IGBT包括在P型基极区102中选择性地形成的用于接触发射极电极的N⁺型发射极区101。在除发射极区101之外的区域中形成虚设(dummy)沟槽103。从而，均匀地形成多个沟槽。具体而言，发射极区101不是形成于整个基极区102中而是形成于基极区102的一部分中。沟槽105形成于基极区102的一部分中。在沟槽105中形成栅电极104，从而将栅极电压施加到栅电极104。在基极区102的另一部分中不形成发射极区102。不过，在基极区102的另一部分中形成虚设沟槽103。在虚设沟槽103中形成虚设栅电极106。 

因此，在基极区102中选择性地形成发射极区101，从而促进基极区102中的电导率调制。这里，基极区102具有高电阻。因此，大大减少了供电损耗。由于形成了虚设沟槽103，因此提高了击穿电压。供电损耗和击穿电压都得到改善。在该IGBT中，为了稳定虚设栅电极106的电势，如图17所示，将虚设栅电极106连接到发射极电极E。或者，如图18所示，虚设栅电极106可以连接到栅电极104。 

然而，当虚设沟槽103中的虚设栅电极106连接到发射极电极E或栅电极104时，出现了以下难题。 

当虚设栅电极106连接到栅电极104时，栅极G和集电极C之间的电容变大，使得开关损耗变大。此外，当虚设栅电极106连接到发射极电极E时，栅极G和发射极E之间的电容增大，使得开关浪涌电压变大。 

此外，功率半导体器件中的沟槽栅极IGBT利用MOS栅极驱动方法工作，使得器件的可控制性非常高。此外，在IGBT中进行双极操作，由此饱和电压相对较低。因此，IGBT用于很多种应用。由于该功率器件被用作非接触开关，因此其优选具有小的生成损耗。IGBT需要具有小的饱和电压和低开关损耗。IGBT的饱和电压和IGBT的开关损耗，即截止损耗之间的关系是平衡(trade-off)的关系。通常，这种平衡关系表示一种平衡的特性，其展示了功率器件中生成的损耗的指标。于是，需要改善这种平衡特性。此外，器件还需要降低电磁噪声。为了减小电磁噪声，必需要降低截止时的电压下降速度(即dV/dt)和电流增大的加速度(即dIc/dt)。然而，当dV/dt和dIc/dt减小时，开关损耗增大。因此难以既降低电磁噪声又降低开关损耗。通常，导通损耗和电磁噪声具有一种平衡的关系。这里，为了减小电磁噪声，重要的是在导通器件时从硬开关变为软开关而不增加导通损耗。即，dIc/dt的波形从大变到小。 

关于IGBT导通时的电磁噪声，众所周知，在以等于额定电流十分之一的小电流导通IGBT的情况下，器件特性对电磁噪声影响很大。具体而言，产生频率在等于或大于30MHz范围的电磁噪声的原因可能涉及到具有高频分量的高电压下降速度。因此，为了在不产生电磁噪声的阈值之内进行切换时维持dV/dt，要控制栅极电阻，从而使导通时的主电流增大速率(即dIc/dt)是有限的。 

在仅有栅极电阻增大时，IGBT导通时，IGBT的导通损耗会增大。于是，在栅极电阻增大时，导通时电流增大速率降低，电压拖尾也增大。于是开关损耗增大。因此，在沟槽型IGBT的特性中，优选栅极电阻相对较小，且dIc/dt充分小。