[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置，特别是涉及具备用于在半导体基板的彼此对向的主面之间流过主电流的至少2个绝缘栅型场效晶体管部的半导体装置。

背景技术

在对超过数百V的电压进行控制的高耐压半导体装置的领域，由于所处理的电流也很大，因此要求有能够抑制发热即损失的元件特性。另外，作为对这些电压·电流进行控制的栅极的驱动方式，希望是驱动电路规模小、相应的损失小的电压驱动元件。

由于上述原因，目前在该领域，作为能够使用电压驱动且损失小的元件，绝缘栅双极型晶体管即IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)成为了主流。该IGBT的结构是既能够降低MOS(Metal 0xide Semiconductor：金属氧化物半导体)晶体管的漏极的杂质浓度从而确保耐压，又能够将漏极侧当做二极管使用从而降低漏极阻抗的结构。

在这种IGBT中，二极管会执行双极型动作，因此，在本说明书中将IGBT的MOS晶体管的源极称为发射极，将漏极侧称为集电极侧。

在作为电压驱动元件的IGBT中，一般来说，在集电极和发射极之间施加有数百V的电压，该电压由±数V～数十V的栅电压进行控制。IGBT常被用作逆变器中的开关元件。当IGBT处于导通状态时，集电极·发射极之间产生大电流，集电极·发射极之间的电压降低。当IGBT处于截止状态时，集电极·发射极之间几乎不流过电流，集电极·发射极之间的电压升高。

通常，IGBT的动作按照上述方式执行，因此，IGBT中的损失划分为导通状态下的电流·电压乘积构成的恒定损失以及导通状态和截止状态发生切换的过渡时的开关损失。截止状态下的泄漏电流·电压乘积非常小，因而可以忽略不计。

另一方面，即使在例如负载发生了短路等的异常状态下也要防止元件的破坏，这也是很重要的。在这种情况下，集电极·发射极之间保持施加数百V的电源电压，栅极变为导通，流过大电流。

在具有将MOS晶体管和二极管串联连接的结构的IGBT中，最大电流受到MOS晶体管的饱和电流的限制。因此，即使如上所述发生了短路时，电流限制也会发生作用，如果在一定时间内，则能够防止因发热而导致的元件的破坏。

近年来的IGBT为了进一步减小损失，采用了在元件表面形成沟槽并在沟槽中填埋栅极电极而形成的沟槽栅极的沟槽栅型IGBT逐渐成为主流(例如，参照日本特开平9-331063号公报、日本特开平8-167711号公报、日本特开平11-330466号公报、日本特开2010-10556号公报、日本特开2002-16252号公报、日本特开2001-244325号公报)。沟槽栅型IGBT是一种将MOS晶体管部分作了微细化处理的元件，因此栅极电容增大。另外，当发生短路时饱和电流变得非常大，因此存在着发热大、在短时间内就会破坏的倾向。

进而，近年来，例如文献(例如Proceeding of 1998International Symposium on Power Semiconductor Devices & ICs，p.89)中所记载，已经得知IGBT的反馈电容导致在发生短路时栅极电压、栅极电流、集电极·发射极电压和集电极电流会出现振荡，进而引发错误动作的现象。这种由反馈电容引起的振荡现象成为诸如沟槽栅型IGBT之类的栅极电容大的元件的深刻问题。

针对这些问题，人们提出了一种使用与栅极电极不产生电气连接的沟槽、即哑沟槽(dummy trench)，从而抑制栅极电容的结构。另外，在国际公开第02/058160(即WO02/058160)中提出了一种能够抑制短路时的振荡的结构。

在上述的以往例中，沟槽栅型IGBT等高耐压半导体装置中以抑制发生短路时的振荡为目的，如果逐渐增加哑沟槽(以下也称为稳定板或稳定板用沟槽)的比例，则导通电压(Vce(sat))和恒定损失就会增加，因此存在着无法充分增加哑沟槽的问题。

发明内容

本发明是借鉴了上述问题而提出的，其目的是提供一种即使在为了抑制短路时的振荡而增加了稳定板用沟槽的比例的情况下，仍然能够降低导通电压并且易于提高短路耐受性的半导体装置。