TW202339187A - 半導體裝置及電力轉換裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明之課題在於提供一種減少RC-IGBT之二極體部之p主體層面積並抑制電洞注入，可提高恢復特性之半導體裝置及電力轉換裝置。
本發明之半導體裝置100(RC-IGBT)具有第1主體層、第2主體層5、設置於第1主體層及第2主體層之間之第1溝槽13、於第1主體層側之側壁介隔閘極絕緣膜形成之第1閘極電極7、及於第2主體層側之側壁介隔閘極絕緣膜形成之第2閘極電極16，且第1閘極電極與上述第2閘極電極間至少介隔第1絕緣膜14a而分離。二極體具有第1導電型之第3主體層及第4主體層5、與設置於第3主體層及第4主體層之間之第2溝槽13，第2溝槽13具有於第3主體層側之側壁介隔絕緣膜形成之第1電極10、與於第4主體層側之側壁介隔絕緣膜形成之第2電極17，且第1電極與第2電極間至少介隔第2絕緣膜14a而分離。
Description
本發明係關於一種半導體裝置及電力轉換裝置。
於同一晶片內內置有IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣閘極雙極性電晶體)與二極體之反向導通IGBT(以下稱為「RC-IGBT(Reverse Conducting-IGBT)」)，有(1)因可將IGBT與二極體之終端區域共通化而降低晶片尺寸、及(2)因於IGBT區域或二極體區域產生之損失於晶片整體散熱而降低熱阻等之優勢。另一方面，因將IGBT與二極體製作於同一晶片內，故各個晶片之同時最佳化較難，尤其二極體部之壽命控制困難，二極體之低注入化或恢復損失降低為課題。
作為將RC-IGBT之二極體部之低注入化設為課題之技術，例如有專利文獻1。於專利文獻1揭示有一種半導體裝置之構成，其於區域A(IGBT區域)設置複數個第1槽6，該等槽以第1間隔等間隔設置，於區域B(二極體區域)中設置複數個第2槽10，該等槽以第2間隔等間隔設置，且使上述第2間隔小於上述第1間隔。根據專利文獻1之構成，因於區域B(二極體區域)設置有更多之槽，故於二極體導通時作為二極體之陽極貢獻之P基極層2之面積相對減少，因此可抑制自P基極層2之電洞之注入，第1主面附近之載子密度減少，且降低恢復動作時之峰值電流，可改善二極體之恢復特性。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2008-53648號公報
[發明所欲解決之問題]
於上述專利文獻1中，雖為藉由減少RC-IGBT之二極體部之P基極層2(p主體層)之面積而抑制電洞注入者，但於上述專利文獻1之方法中，因藉由減小溝槽間隔而使p主體層面積減少，故於溝槽之加工之界限下，於p主體層面積之減少有界限。
本發明鑑於上述情況，提供一種減少RC-IGBT之二極體部之p主體層面積並抑制電洞注入，可提高恢復特性之半導體裝置及電力轉換裝置。
[解決問題之技術手段]
解決上述課題之本發明之一態樣為半導體裝置，該半導體裝置係於1個晶片內具有IGBT部與二極體部之RC-IGBT，且特徵在於：IGBT部具有第1導電型之第1主體層及第2主體層、與設置於第1主體層及第2主體層之間之第1溝槽，第1溝槽具有：第1閘極電極，其於第1主體層側之側壁介隔閘極絕緣膜形成；及第2閘極電極，其於第2主體層側之側壁介隔閘極絕緣膜形成；且第1閘極電極與第2閘極電極間至少介隔第1絕緣膜分離；二極體部具有第1導電型之第3主體層及第4主體層、與設置於第3主體層及第4主體層之間之第2溝槽，第2溝槽具有：第1電極，其於第3主體層側之側壁介隔絕緣膜形成；及第2電極，其於第4主體層側之側壁介隔絕緣膜形成；且第1電極與第2電極間至少介隔第2絕緣膜分離。
又，用於解決上述課題之本發明之其他態樣為電力轉換裝置，該電力轉換裝置之特徵在於，其係具有以下構件者：一對直流端子；與交流輸出之相數為相同數量之交流端子；與交流輸出之相數為相同數量之開關引線，其連接於一對直流端子間，串聯連接有2個由開關元件、與反向並聯連接於開關元件之二極體構成之並聯電路；及閘極電路，其控制開關元件；且二極體及開關元件係上述半導體裝置。
本發明之更具體之構成記載於申請專利範圍。
[發明之效果]
根據本發明，可提供一種減少RC-IGBT之二極體部之p主體層面積並抑制電洞注入，可提高恢復特性之半導體裝置及電力轉換裝置。
另，對上述以外之課題、構成及效果，藉由下述實施例之說明而明確。
以下，一面參照圖式，一面詳細說明本發明。
[半導體裝置]
圖1係模式性顯示本發明之半導體裝置之第1例之剖視圖。如圖1所示，本發明之半導體裝置(RC-IGBT)100具有IGBT部與Diode(二極體)部。具有自背面側朝向正面側積層集極電極層/陰極電極層1、集極層/陰極層2、緩衝層3、漂移層4及主體層5、絕緣層14及射極/陽極電極層6之構造。另，圖1中之導電型「p」及「n」亦可反轉。
正面側之構造於IGBT部、Diode部均具有2個主體層5、與夾於主體層5間之溝槽13。將IGBT部側之主體層設為第1主體層及第2主體層，將Diode部側之主體層設為第3主體層及第4主體層。又，將設置於第1主體層及第2主體層之間之溝槽設為第1溝槽，將設置於第3主體層及第4主體層之間之溝槽設為第2溝槽。
IGBT部之溝槽13(第1溝槽)於第1主體層5側之側壁，介隔閘極絕緣膜12形成有多晶矽之閘極電極(第1閘極電極)7。於第2主體層5側之側壁，介隔閘極絕緣膜12形成有多晶矽之閘極電極(第2閘極電極)16。且，2個閘極電極7、16之間介隔與絕緣膜14連接之絕緣膜14a而分離，又於2個閘極電極7、16之間，形成有介隔絕緣膜14a而分離，且連接於射極/陽極電極層6之多晶矽之射極電極8。
Diode部之溝槽13(第2溝槽)於第3主體層5側之側壁，介隔絕緣膜15形成多晶矽之電極(第1電極)10，於第4主體層5側之側壁，介隔絕緣膜15形成有多晶矽之電極(第2電極)17。且，2個電極10、17之間介隔絕緣膜14a而分離，又於2個閘極電極10、17之間，形成有介隔絕緣膜14a而分離，且連接於射極/陽極電極層6之多晶矽之陽極電極11。
IGBT部與Diode部之邊界部之溝槽13(第3溝槽)於第2主體層5側之側壁，介隔絕緣膜15形成多晶矽之電極(第3電極)19，於第3主體層5側之側壁，介隔絕緣膜15形成有多晶矽之電極(第4電極)20。且，2個電極19、20之間介隔絕緣膜14a而分離，又於2個閘極電極19、20之間，形成有介隔絕緣膜14a而分離，且連接於射極/陽極電極層6之多晶矽之射極/陽極電極18。
又，於IGBT部之第1主體層及第2主體層內設置n+層，於Diode部之第3主體層及第4主體層內未設置n+層。
圖1所示之半導體裝置100之特徵點在於，於Diode部中，溝槽13之寬度W_DT較主體層5之寬度W_Dp寬。藉此，可減少Diode部之主體層面積，可抑制於Diode部之電洞注入。
又，因IGBT部之主體層側之相反側由較厚之絕緣膜14a覆蓋，故可減小閘極電容。
圖2係模式性顯示本發明之半導體裝置之第2例之剖視圖。圖2所示之半導體裝置200之特徵點在於，Diode部中之溝槽13之寬度W_Dt與IGBT部之溝槽13之寬度W_IT不同。藉由如此改變二極體部之溝槽13之寬度W_Dt，主體層5之面積變化，可控制電洞注入，因此即使不進行壽命控制等亦可調整正向電壓與恢復損失之折衷，可與IGBT部獨立地控制Diode部之特性。
另，於圖2中，雖設為W_Dt＞W_IT，但亦可為W_IT＞W_Dt。
圖3係模式性顯示本發明之半導體裝置之第3例之剖視圖。圖3所示之半導體裝置300之特徵點在於，設置於IGBT部與Diode部之邊界之溝槽13之寬度W_BT，較IGBT部之溝槽13之寬度W_IT寬。
於RC-IGBT中，於Diode部之恢復時，電洞流入至與Diode部之邊界之IGBT部，有元件於邊界部破壞之虞。因此，於圖3所示之半導體裝置300中，藉由擴大設置於Diode部與IGBT部之邊界之溝槽13之寬度W_BT，可擴大Diode部與IGBT部之間之距離，可抑制如上述之電洞向與Diode部之邊界之IGBT部流入，抑制裝置之破壞。
[電力轉換裝置]
圖4係顯示本發明之電力轉換裝置之概略構成之電路圖。圖4顯示本實施形態之電力轉換裝置500之電路構成之一例、及直流電源與三相交流馬達(交流負荷)之連接之關係。
於本實施形態之電力轉換裝置500中，將本發明之半導體裝置作為元件501～506及521～526使用。
如圖4所示，本實施形態之電力轉換裝置500具備一對直流端子即P端子531、N端子532、與交流輸出之相數為相同數量之交流端子即U端子533、V端子534、W端子535。
又，具備包含一對電力開關元件501及502之串聯連接、且將連接於該串聯連接點之U端子533設為輸出之開關引線。又，具備包含與其為相同構成之電力開關元件503及504之串聯連接、且將連接於該串聯連接點之V端子534設為輸出之開關引線。又，具備包含與其為相同構成之電力開關元件505及506之串聯連接、且將連接於該串聯連接點之W端子535設為輸出之開關引線。
包含電力開關元件501～506之3相量之開關引線連接於P端子531、N端子532之直流端子間，且自未圖示之直流電源供給直流電力。電力轉換裝置500之3相之交流端子即U端子533、V端子534、W端子535作為三相交流電源連接於未圖示之三相交流馬達。
於電力開關元件501～506，分別反向並聯地連接有二極體521～526。例如於包含IGBT之電力開關元件501～506之各個閘極之輸入端子，連接有閘極電路511～516，藉由閘極電路511～516分別控制電力開關元件501～506。另，閘極電路511～516藉由統括控制電路(未圖示)統括性地控制。
藉由閘極電路511～516，統括性地適當控制電力開關元件501～506，將直流電源Vcc之直流電力轉換為三相交流電力，自U端子533、V端子534、W端子535輸出。
藉由將本發明之半導體裝置(RC-IGBT)應用於電力轉換裝置500，可將電力開關元件501～506及二極體521～526匯集為1個，可謀求裝置之小型化。又，如上所述，藉由使用本發明之半導體裝置，可提供一種提高二極體部之恢復特性之電力轉換裝置。
以上，根據本發明，揭示可提供一種減少RC-IGBT之二極體部之p主體層面積並抑制電洞注入，可提高恢復特性之半導體裝置及電力轉換裝置。
另，本發明並非限定於上述實施例者，包含各種變化例。例如，上述之實施例係為容易理解地說明本發明而具體說明者，未必限定於具有說明之全部構成者。
1:集極電極層/陰極電極層
2:集極電極層/陰極層
3:緩衝層
4:漂移層
5:主體層
6:射極/陽極電極層
7:閘極電極(第1閘極電極)
8:多晶矽之射極電極
10:多晶矽之電極(第1電極)
11:多晶矽之陽極電極
12:閘極絕緣膜
13:溝槽
14:絕緣層
14a,15:絕緣膜
16:閘極電極(第2閘極電極)
17:多晶矽之電極(第2電極)
18:多晶矽之射極/陽極電極
19:多晶矽之電極(第3電極)
20:多晶矽之電極(第4電極)
100,200,300:半導體裝置
500:電力轉換裝置
501～506:電力開關元件
511～516:閘極電路
521～526:二極體
531:P端子
532:N端子
533:U端子
534:V端子
535:W端子
W_BT,W_Dp,W_Dt,W_DT,W_IT:寬度
圖1係模式性顯示本發明之半導體裝置之第1例之剖視圖。
圖2係模式性顯示本發明之半導體裝置之第2例之剖視圖。
圖3係模式性顯示本發明之半導體裝置之第3例之剖視圖。
圖4係顯示本發明之電力轉換裝置之概略構成之電路圖。
1:集極電極層/陰極電極層
2:集極電極層/陰極層
3:緩衝層
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8:多晶矽之射極電極
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12:閘極絕緣膜
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16:閘極電極(第2閘極電極)
17:多晶矽之電極(第2電極)
18:多晶矽之射極/陽極電極
19:多晶矽之電極(第3電極)
20:多晶矽之電極(第4電極)
100:半導體裝置
W_DT,W_Dp:寬度
Claims (5)
- 一種半導體裝置，其係於1個晶片內具有IGBT部與二極體部之RC-IGBT，且特徵在於： 上述IGBT部具有第1導電型之第1主體層及第2主體層、與設置於上述第1主體層及上述第2主體層之間之第1溝槽； 上述第1溝槽具有：第1閘極電極，其於上述第1主體層側之側壁介隔閘極絕緣膜而形成；及第2閘極電極，其於上述第2主體層側之側壁介隔閘極絕緣膜而形成；且上述第1閘極電極與上述第2閘極電極間至少介隔第1絕緣膜而分離； 上述二極體部具有上述第1導電型之第3主體層及第4主體層、與設置於上述第3主體層及上述第4主體層之間之第2溝槽；且 上述第2溝槽具有：第1電極，其於上述第3主體層側之側壁介隔絕緣膜而形成；及第2電極，其於上述第4主體層側之側壁介隔絕緣膜而形成；且上述第1電極與上述第2電極間至少介隔第2絕緣膜而分離。
- 如請求項1之半導體裝置，其中 上述第2溝槽之寬度較上述第3主體層及上述第4主體層之寬度大。
- 如請求項1之半導體裝置，其中 上述第1溝槽之寬度與上述第2溝槽之寬度不同。
- 如請求項1至3中任一項之半導體裝置，其中 於上述IGBT部與上述二極體部之邊界具有第3溝槽，上述第3溝槽之寬度大於上述第1溝槽之寬度。
- 一種電力轉換裝置，其特徵在於，其係具有以下構件者： 一對直流端子； 與交流輸出之相數為相同數量之交流端子； 與交流輸出之相數為相同數量之開關引線，其連接於上述一對直流端子間，串聯連接有2個由開關元件、與反向並聯連接於上述開關元件之二極體構成之並聯電路；及 閘極電路，其控制上述開關元件；且 上述二極體及上述開關元件係如請求項1之半導體裝置。
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Also Published As
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