[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置。

背景技术

在功率变换装置的低耗电化发展过程中，对在功率变换装置中起核心作用的功率器件的低耗电化的期望很高。在该功率器件中，能够根据电导率调制效应实现低导通电压，且能够根据对绝缘栅施加电压容易地控制电流的电压驱动型的绝缘栅双极型晶体管(IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor)的使用趋于稳定。作为该IGBT，众所周知有平面栅型IGBT和沟槽栅型IGBT。

平面栅型IGBT具有由设置在基板正面上的栅电极构成的MOS栅(由金属-氧化膜-半导体构成的绝缘栅)结构。沟槽栅型IGBT具有在设置于基板正面侧的沟槽的内部埋入作为控制电极起作用的栅电极(以下，称为沟槽栅)而形成的MOS栅结构。就沟槽栅型IGBT而言，由于沿沟槽的两侧壁形成有沟道，所以沟道密度比沿基板正面形成有沟道的平面栅型IGBT大，导通电压低。因此，近年来，沟槽栅型IGBT的应用领域不断增多。

对于通常的沟槽栅型IGBT的构成，将以在与沟槽排列方向(以下称为宽度方向)垂直的方向(附图的深度方向，以下称为长度方向)延伸的带状的平面布局配置沟槽栅的n沟道型IGBT作为示例进行说明。图7是表示通常的沟槽栅型IGBT的结构的剖面图。图7中示出将通常的沟槽栅型IGBT的沟槽栅沿宽度方向横剖的剖面。如图7所示，在成为p⁺集电区101的p⁺半导体基板的正面上层积n^-漂移层102而构成的硅基板(半导体芯片)的正面侧(n^-漂移层102侧)设置有p层103。

在p层103的内部选择性地设置有n⁺发射区104。还设置有始于n⁺发射区104的表面，沿深度方向贯穿n⁺发射区104和p层103而到达n^-漂移层102的沟槽105。在沟槽105的内部隔着栅绝缘膜106而设置有栅电极107。栅电极107通过覆盖栅电极107的上部的层间绝缘膜108而与发射电极109电绝缘。发射电极109借由设置在层间绝缘膜108的接触孔与后述的p基区111和n⁺发射区104进行导电接触。

p层103通过多个沟槽105被分割为设置n⁺发射区104的p区(p基区)111和未设置n⁺发射区104的浮置电位的p区(以下称为浮置p区)112。浮置p区112通过覆盖p层103的表面的层间绝缘膜108与发射电极109电绝缘。此外，浮置p区112通过与n^-漂移层102之间的pn结而与n^-漂移层102电绝缘，并且，通过栅绝缘膜106与栅电极107绝缘。在p⁺半导体基板的背面设置有集电极110。

以下，对沟槽栅型IGBT从截止状态转变为导通状态的导通时的动作进行说明。通常，发射电极109处于接地状态或者施加有负电压的状态。集电极110处于施加有正电压的状态。这样，即使在对集电极110施加了比发射电极109高的电压的状态下，当从栅极驱动电路(未图示)经由栅极电阻施加于栅电极107的电压比阈值低时，p基区111与n^-漂移层102之间的pn结被反向偏置，因此在发射极-集电极间没有电流流通。即，IGBT维持截止状态。

另一方面，在从栅极驱动电路经由栅极电阻对栅电极107施加了超过阈值的电压的情况下，在开始在栅电极107积累电荷的同时，p基区111的隔着栅绝缘膜106与栅电极107相对的区域反转为n型而形成沟道区。由此，从发射电极109发出的电子通过由n⁺发射区104和沟道区构成的n型区而注入n^-漂移层102。通过将电子注入到n^-漂移层102，从而p⁺集电区101与n^-漂移层102之间的pn结被正向偏置，并从集电极110向n^-漂移层102注入空穴(hole)，因此，在发射极-集电极间有电流流通。即，IGBT处于导通状态。在该导通状态的发射电极109与集电极110之间的电压降为导通电压。