[发明专利]半导体装置

说明书

一种半导体装置，具备半导体衬底(50)，该半导体衬底(50)形成有通过发射极层(13)、基极层(11)、漂移层(17)和集电极层(14)而作为IGBT进行动作的IGBT区域(10)，并与IGBT区域邻接地形成有通过阳极层(21)、漂移层和阴极层(22)而作为二极管进行动作的二极管区域(20)。在半导体衬底中，还在将邻接地形成有IGBT区域与二极管区域的元件区域包围的外周区域，在漂移层的表层部形成被施加与阳极层相同电位的电压的第二导电型的保护环(30)。将向与半导体衬底的表面平行的面进行了投影的情况下的阴极层与保护环之间的距离的最小值设为L、并将半导体衬底的厚度设为d时，阴极层与保护环形成在满足L/d≧1.5的位置。

关联申请的相互参照

本申请基于2016年6月14日提出的日本专利申请2016－118218号并在此引用其记载内容。

技术领域

本发明涉及将IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)和二极管(FreeWheeling Diode)形成于共用的半导体衬底而得到的半导体装置。

背景技术

以往，例如，如专利文献1所记载的那样，公知有将IGBT和二极管形成于共用的半导体衬底而得到的半导体装置。在该半导体装置中，IGBT和二极管形成于共用的N型半导体的半导体衬底。

具体而言，以半导体衬底的N型半导体为漂移层，在该漂移层的一个表层部形成P型的基极层，在该基极层选择性地形成发射极层。在漂移层的另一个表层部形成P型的集电极层和N型的阴极层。结果，由集电极层与阴极层的边界划分出IGBT区域和二极管区域。另外，以贯通基极层而到达漂移层的方式形成多个沟槽，在该沟槽内隔着绝缘膜形成栅极电极。

简单地对IGBT区域的动作进行说明。即，通过向形成于沟槽内的栅极电极施加正的偏压，从而作为少数载流子的电子被拉向沟槽附近的基极区域而形成沟道。此时，若以集电极层为正而向集电极层与发射极层之间施加电压，则电子从发射极层经由沟道供给至漂移层，空穴从集电极层供给至漂移层。这样，载流子向漂移层传导，在发射极层与集电极层之间流过集电极电流。

此外，对二极管区域的动作进行说明。即，当二极管正偏时，从阳极层(基极层)供给的空穴和从阴极层供给的电子在漂移层内结合、到达对置的层从而在正向上流过电流。反之，当二极管反偏时，载流子不被供给至漂移层内而不流过电流。

在上述专利文献1所示的半导体装置中，IGBT区域与二极管区域在半导体衬底的表面的一个方向上延伸，在与该延伸方向正交的方向上交替地形成有IGBT区域和二极管区域。即，上述的半导体装置是具有至少一对IGBT区域和二极管区域、且它们形成于同一衬底的所谓RC－IGBT。

进而，将IGBT区域与二极管区域邻接的区域作为元件区域，在该元件区域的外周，形成有至少一个以上的P型半导体的保护环。并且，最内侧的保护环与基极层相接并与基极层电连接。保护环的作用在于：当向IGBT施加高电压时，使从基极层及阳极层扩展的耗尽层在沿衬底表面的方向上延伸，缓和电场强度，从而提高半导体装置的耐压。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2015－185742号公报

发明概要

在二极管区域，如上所述，当二极管正偏而处于流过电流的导通状态时，空穴从阳极层(基极层)向漂移层供给，电子从阴极层向漂移层供给。并且，当从导通状态向施加反偏的反向阻断状态切换时，蓄积于漂移层中的载流子向供给源的基极层、阴极层移动，从而引起反向地产生过大电流(恢复电流)的恢复现象。

在此，当如专利文献1的半导体装置那样将基极层与最内侧的保护环电连接，则当二极管正偏时，保护环成为与基极层相等的电位。因此，空穴也从作为P型半导体的保护环向漂移层供给。即，当二极管正偏时，在漂移层中蓄积从基极层及保护环供给的空穴和从阴极层供给的电子。