[发明专利]半导体装置

说明书

提供同时实现低导通损失和低开关损失的IGBT和应用其的电力变换装置。特征在于具备：半导体基板；第1导电类型的半导体层；第2导电类型的阱区域；第1栅电极及第2栅电极，隔着栅极绝缘膜而与所述半导体层及所述阱区域相接，夹着所述阱区域相互相邻地形成；第1导电类型的发射极区域；第2导电类型的供电区域；发射极电极；第2导电类型的集电极层；以及集电极电极，其中，所述第1栅电极及所述第2栅电极的间隔比与和各自相邻的其它栅电极之间的间隔窄，所述第1栅电极及所述第2栅电极各自与开关栅极布线或载流子控制栅极布线中的某一方电连接，与所述载流子控制栅极布线连接的栅电极的数量比与所述开关栅极布线连接的栅电极的数量多。

技术领域

本发明涉及半导体装置以及使用该半导体装置的电力变换装置，特别是涉及对于IGBT的电力损失降低和电力变换装置的高效化有效的技术。

背景技术

全球变暖成为全世界共同的重要的紧急课题，作为其对策之一，功率电子技术的贡献期待度提高。特别是，面向承担电力变换功能的逆变器的高效化，要求以构成逆变器的起到功率开关功能的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)以及起到整流功能的二极管为主的功率半导体设备的低功耗化。

图20示出以往的逆变器的部分电路图。对于具有绝缘栅端子71的IGBT70，与IGBT70反并联地连接有二极管72。逆变器构成为从直流电压源69被供给电力，对IGBT70的绝缘栅71施加电压而高速地重复接通(TURN ON)、截止(TURN OFF)，从而控制对所连接的感应性负载68供给的电力。此外，感应性负载68是例如马达(电动机)。

IGBT70和二极管72在导通时发生导通损失，在开关时发生开关损失，所以为了使逆变器小型化、高效化，需要降低IGBT70和二极管72的导通损失和开关损失。在此，开关损失包括从IGBT发生的接通损失和截止损失、在接通时从二极管发生的恢复损失。

作为降低IGBT的导通损失和截止损失的技术，例如已知专利文献1以及专利文献2所记载那样的与“具有2个能够进行独立的控制的栅极的IGBT构造”有关的技术。

图21是专利文献1记载的IGBT的剖面图。栅极G1和G2都具有沟槽形状，针对发射极电极7，在对栅极G1的栅电极91和栅极G2的栅电极92施加高电压时，在p型阱层2的栅电极界面生成作为反转层的电子层。由此，如果对集电极电极8与发射极电极7之间施加正向电压，则从发射极电极7经由形成于G1和G2的表面的电子层，向n-型漂移层1注入电子载流子，从p型集电极层4引出空穴载流子，在n-型漂移层1的内部发生电导率调制，IGBT成为导通状态。

接下来，在截止时，通过对栅极施加比在p型阱层2的栅电极界面不形成反转层的阈值电压小的电压从而对电导率调制作出贡献的载流子被排出到发射极电极7和集电极电极8而转移到非导通状态，由于此时所产生的电流和施加于发射极电极7及集电极电极8的反向电压，产生被称为截止损失的电力损失。

在此，在具有2个能够进行独立的控制的栅极的本构造中，能够在即将截止之前先于G1而对一方的栅极G2施加小于阈值电压的电压，能够临时地形成抑制了电导率调制的漂移区域。由此，能够降低由截止时所排出的载流子引起的电流，另外通过对集电极、发射极之间高速地施加反向电压，能够降低截止损失。即，是如下技术：能够在即将成为导通状态和非导通状态之前动态地控制对G1和G2施加的栅极偏压，能够通过该控制来降低在截止时发生的损失。

图22是专利文献2记载的具有2个能够进行独立的控制的栅极的IGBT的剖面图。在本构造中，针对2个栅电极G1和G2，仅在各自的一侧形成有p型阱层2，在其对置极侧设置有p型的浮置层93。另外，将夹着p型阱层2的栅电极91、92的间隔a配置为比夹着p型浮置层93的间隔b短。这是谋求如下效果的构造：在IGBT的导通状态下，促进电导率调制，降低导通损失。