[发明专利]功率用半导体装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年3月23日提交的在先日本国专利申请第2011-064667号的优先权并以其为基础，其全部内容在此通过引用被并入。

技术领域

本发明的实施方式涉及一种绝缘栅型的功率用半导体装置。

背景技术

作为对汽车、铁路车辆、其它产业用马达等进行驱动的电源设备的开关元件，使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor：注入增强栅晶体管)等(下面称作IGBT等)。在这些功率用半导体装置中，要求高耐压化、大电流化、低损耗化，因此使用提高沟道密度来实现导通电阻的降低的沟槽栅结构。在这种电源设备中，在作为负载的马达中发生短路事故时，施加于负载的大电压全部施加到IGBT等，在IGBT等中流过大电流的负载短路电流。直到IGBT等破坏为止负载短路电流流动的时间被称作负载短路容量。在马达驱动用的电源设备中，具备当发生了负载短路时通过传感器来检测负载短路并保护IGBT等的功能，但是发生负载短路到其保护功能进行工作为止需要10μ秒左右的处理时间。因而，在IGBT等中要求充分超过10μ秒的负载短路容量。然而，在IGBT等中，提高沟道密度来实现导通电阻的降低。导通电阻越降低，负载短路电流越大，因此存在负载短路容量下降这样的折衷的问题。希望得到降低导通电阻的同时提高负载短路容量的IGBT或者IEGT。

发明内容

本发明的实施方式提供负载短路容量高、导通电阻低的功率用半导体装置。

实施方式中的功率用半导体装置具备p型集电极层、n型基极层、p型基极层、n型源极层、栅电极、层间绝缘膜、集电极以及发射极。n型基极层形成在p型集电极层上。p型基极层形成在n型基极层上。n型源极层具有比n型基极层高的n型杂质浓度，并选择性地形成于p型基极层的表面。沟槽形成为从n型源极层的表面贯通n型源极层以及p型基极层而到达至n型基极层中。栅电极隔着栅极绝缘膜而形成于沟槽内。层间绝缘膜形成在栅电极上。集电极电连接到p型集电极层的与n型源极层相反侧的表面。发射极隔着设置于层间绝缘膜的开口部而电连接到n型源极层和p型接触层。关于p型基极层的杂质浓度，在层叠方向上，在与源极层邻接的上端部具有最大值，并从p型基极层的上端部朝向n型基极层而单调减少。栅电极具有：第1部分，隔着栅极绝缘膜的第1部分而与n型基极层和p型基极层的底端部相对；以及第2部分，与栅电极的第1部分的上部连续，并隔着栅极绝缘膜的第2部分而与p型基极层的上端部和n型源极层相对。特征在于，以使在栅极绝缘膜的第1部分与p型基极层的底端部之间形成粒子数反转层的阈值大于等于在栅极绝缘膜的第2部分与p型基极层的上端部之间形成粒子数反转层的阈值的方式，形成有栅电极。

根据本发明的实施方式，能够提供负载短路容量高、导通电阻低的功率用半导体装置。

附图说明

图1是与第1实施方式有关的功率用半导体装置的主要部分截面图。

图2是表示沿着图1的C-C线的杂质浓度分布的曲线图。

图3是表示沿着与第1实施方式有关的功率用半导体装置的栅极绝缘膜厚的沟槽深度方向的变化的曲线图。

图4是与比较例有关的功率用半导体装置的主要部分截面图。

图5是表示沿着与比较例有关的功率用半导体装置的栅极绝缘膜厚的沟槽深度方向的变化的曲线图。

图6是用于说明与比较例有关的功率用半导体装置的动作的主要部分截面图。

图7是表示与比较例有关的功率用半导体装置的p型基极层的p型杂质浓度的分布与阈值的深度方向的变化的曲线图。

图8是表示与比较例有关的功率用半导体装置的栅极-基极间电压与集电极-发射极间电流的关系的曲线图。

图9是表示与第1实施方式有关的功率用半导体装置的p型基极层的p型杂质浓度的分布与阈值的深度方向的变化的曲线图。

图10是表示与第1实施方式有关的功率用半导体装置的栅极-基极间电压与集电极-发射极间电流的关系的曲线图。

图11是与第1实施方式的变形例有关的功率用半导体装置的主要部分截面图。

图12是表示沿着与第1实施方式的变形例有关的功率用半导体装置的栅极绝缘膜厚的沟槽深度方向的变化的曲线图。