[发明专利]半导体装置

说明书

本发明涉及半导体装置。就RC‑IGBT芯片(1)而言，阳极电极膜(21)和发射极电极膜(17)隔开距离地配置。阳极电极膜(21)和发射极电极膜(17)通过具有外部阻抗(27)及外部阻抗(29)的配线导体(41)电连接。外部阻抗(27)及外部阻抗(29)包含配线导体(41)的电阻和配线导体(41)的电感。

技术领域

本发明涉及一种电力用半导体装置。

背景技术

作为电力用半导体装置的一个方式，为了实现封装件的小型化等，存在将绝缘栅型双极晶体管和二极管形成于一个半导体基板的半导体装置。该半导体装置被称为RC-IGBT(反向导通型IGBT：Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor)。作为公开了这样的半导体装置的专利文献，例如有专利文献1(国际公开WO2018/225571号)、专利文献2(日本特开2012-50065号公报)、专利文献3(日本特开2011-210800号公报)及专利文献4(日本特开2016-72359号公报)。

就RC-IGBT而言，在IGBT的发射极侧配置有二极管的阳极。在IGBT的集电极侧配置有二极管的阴极。RC-IGBT主要作为电压逆变器，广泛地应用于以2电平逆变器电路(半桥电路)为代表、组合了该半桥电路的多电平逆变器电桥电路等。

在构成电压逆变器的电路中，由于输出电流的朝向由负载决定，因此无论在电路流动的输出电流的朝向如何，都将电路控制为所期望的输出电位。实现该控制的最简单的方法是在应该使IGBT接通时，无论电流的流动朝向如何都使IGBT接通的方法。

电流的波形受到与电路连接的负载的电感等影响，具有相对于电压的波形延迟的性质。因此，在电压的极性刚刚从负(正)切换为正(负)之后，存在电流与电压的极性反向地流动的期间。该电流在相对于IGBT反向并联连接的二极管流动。这样，即使在电流流过二极管的期间，IGBT也会被接通，在IGBT形成沟道。

就RC-IGBT中的二极管而言，为了在断开状态下扩大耗尽层来确保耐压，采用了包含杂质浓度极低的本征半导体层(Intrinsic Layer)的PIN构造。本征半导体层被夹在p层(阳极)和n层(阴极)之间。

另一方面，为了使二极管接通，通过在p层和n层之间正向地施加电压，从而向本征半导体层从p层注入空穴，并且从n层注入电子，在本征半导体层蓄积电子和空穴。由此，本征半导体层成为金属状态，接通电阻下降。

本征半导体层原本处于几乎没有电子和空穴的状态，该状态为热平衡状态。因此，蓄积电子和空穴而成为金属状态的本征半导体层处于热不平衡状态。在电流流过二极管的期间，如果在IGBT形成沟道，则在本征半导体层，电子和空穴进行消除热不平衡状态的动作。

即，电子从IGBT的发射极起通过沟道而流入本征半导体层，另一方面，对流入的电子的负电荷进行中和，因此产生在本征半导体层蓄积的空穴流入沟道的现象等。因此，在形成有IGBT的IGBT区域与形成有二极管的二极管区域的边界附近，二极管的接通电阻上升，二极管的接通电压上升。此外，二极管的接通电压被称为正向压降。

从对二极管的这样的接通电阻的上升进行抑制的观点出发，作为IGBT区域与二极管区域的边界，优选边界的长度尽可能短。为了缩短边界的长度，优选不将IGBT区域和二极管区域细分地配置。就半导体装置而言，IGBT区域与二极管区域大多被配置成条带状。为了缩短边界的长度，例如需要将该条带的宽度设定得宽。

另外，就RC-IGBT而言，在电流流过IGBT的状态下，电流没有流过二极管。在电流流过二极管的状态下，在IGBT没有流过电流。因此，在电流流过IGBT而IGBT产生热量时，没有流过电流的二极管区域成为该热量的散热路径。在电流流过二极管而二极管产生热量时，没有流过电流的IGBT区域成为该热量的散热路径。因此，从提高散热效果的观点出发，优选IGBT区域与二极管区域的边界长。为了使边界的长度长，例如需要将条带的宽度设定得窄。