[发明专利]半导体装置

说明书

相关申请的交叉引用

本公开基于2011年11月2日提交的日本专利申请No.2011-241220，通过引用的方式将其公开内容并入本文中。

技术领域

本公开内容涉及一种其中形成有具有沟槽栅极结构的绝缘栅双极晶体管(以下称为IGBT)的半导体装置。

背景技术

通常，作为用于功率变换的半导体装置之一，用于诸如工业电动机的电子装置并且其中形成有IGBT的半导体装置是已知的。形成有IGBT的一般半导体装置配置如下。

即，N-型漂移层形成于形成集电极层的P⁺型半导体衬底上方，P型基极层形成于N^-型漂移层的表面部分中，N⁺型发射极层形成于P型基极层的表面部分中。此外，多个穿过P型基极层和N⁺型发射极层以到达N^-型漂移层的沟槽以条纹图案延伸。栅极绝缘膜和栅极电极依次形成于每个沟槽的壁表面上。因此形成了包括沟槽、栅极绝缘膜和栅极电极的沟槽栅极。在P型基极层和N⁺型发射极层上方，通过层间绝缘膜提供发射极电极。P型基极层和N⁺型发射极层通过形成于层间绝缘膜的控制孔与发射极电极电气连接。在集电极层的背表面上提供与集电极层电气连接的集电极。

在半导体装置中，在向栅极电极施加开启电压，即将栅极和发射极之间的电压V_ge增加到高于金属氧化物半导体(MOS)栅极的阈值电压V_th的电压时，具有N型的反型层形成于与沟槽中的栅极绝缘膜接触的P型基极层的部分上。然后，电子通过反型层从N⁺型发射极层流入N^-型漂移层，空穴从集电极层流入N^-型漂移层。因此，由于电导率调制，电阻值减少，并且半导体装置变成导通状态。

上述其中形成了IGBT的半导体装置可以达到低于形成金属-氧化物-半导体-场效应晶体管(MOSFET)的半导体装置的导通电压。不过，近来要求进一步降低导通电压。

因此，例如，专利文献1公开了相邻沟槽的宽度设置得非常窄，即从0.55nm至0.3μm。

在半导体装置中，因为相邻沟槽的宽度窄，所以在开启半导体装置时，未变成反型层的P型基极层中的部分是最小值。于是，大部分已经流入N^-型漂移层的空穴聚集在N^-型漂移层中，并且开启电压可以降低。不过，在专利文献1的半导体装置中，有一个问题是关断时的开关速度降低了，因为在开启时大量空穴聚集在N^-型漂移层中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1JP-A-2007-43123(对应于US2007/0001263A1)

发明内容

本公开内容的目的是提供一种能够提高关断时的开关速度同时降低开启电压的半导体装置。

根据本公开内容一方面的半导体装置包括集电极层、漂移层、基极层、多个沟道、多个栅极绝缘膜、多个电极、多个发射极层、发射极电极、集电极电极、第一栅极焊盘和第二栅极焊盘。

集电极层具有第一导电类型。漂移层具有第二导电类型并形成于集电极层上方。基极层具有第一导电类型并形成于漂移层上方。沟槽穿过基极层并到达漂移层且在预定方向延伸。栅极绝缘膜分别形成于沟槽的壁表面上。栅极电极分别形成于栅极绝缘膜上并包括第一组中的栅极电极和第二组中的栅极电极。发射极层具有第二导电类型，并形成于基极层表面部分中沟槽的侧部。发射极电极与发射极层电气连接。集电极电极与集电极层电气连接。第一栅极焊盘与第一组中的栅极电极连接。第二栅极焊盘与第二组中的栅极电极连接。

在向栅极电极施加会在与栅极绝缘膜接触的基极层部分形成反型层的开启电压时，电流在发射极电极和集电极电极之间流动。可以通过所述第一栅极焊盘和所述第二栅极焊盘彼此独立地控制所述第一组中的栅极电极和所述第二组中的栅极电极。在关断半导体装置时，在将不形成反型层的关断电压施加于所述第二组中的栅极电极之后，将不形成反型层的关断电压施加于所述第一组中的栅极电极。

在关断半导体装置时，即，在向第一组中的栅极电极施加关断电压时，能够缩短用于拉出漂移层中积累的空穴或电子的时间段，并能够提高开关速度。

附图说明

从参考附图做出的以下详细描述，本公开内容的以上和其他目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中：