[发明专利]绝缘栅型双极晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种反向导通型的绝缘栅型双极晶体管，尤其涉及一种对导通电压和反向导通时的二极管的正向压降进行改善的绝缘栅型双极晶体管。

背景技术

近些年，在家电制品、工业用功率装置等领域中使用逆变器装置。使用商用电源(交流电源)的逆变器装置由以下部分构成：将交流电源正变换为直流的变换器部分、平滑电路部分、将直流电压逆变换为交流的逆变器部分。在逆变器部分的主功率元件中，主要使用能够高速通断的绝缘栅型双极晶体管(以下，也称为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor))。

在功率控制用的逆变器装置中，晶体管每一个芯片的电流额定值以及电压额定值分别大约为数A～数百A、数百V～数千V的范围。因此，在使用电阻负载而使IGBT的栅极电压连续地变化而进行动作的电路中，由于电流和电压的乘积，即功率在IGBT内部以热量的形式产生，因此需要较大的散热器，功率的变换效率变差。并且，由于动作电压和动作电流的组合，导致晶体管本身温度升高而发生热破坏，因此不太使用电阻负载电路。

逆变器装置的负载大多是电动感应机(感应性负载的电动机)，因此通常IGBT作为开关而动作，通过重复截止状态和导通状态而控制电能。在利用感应性负载使逆变器电路通断的情况下，能够想到从晶体管的导通状态向截止状态的关闭过程和从截止状态向导通状态的打开过程和晶体管的导通状态。

感应性负载与上下桥臂的中间电位点连接，流向感应性负载的电流的方向成为正和负两个方向。由于将流向负载的电流从负载连接端返回高电位的电源侧，或者流向接地侧，因此需要使流向感应性负载的大电流在负载和桥臂的闭合电路间回流的用途的续流二极管。将现有的使用IGBT和续流二极管的逆变器电路(全桥电路)表示在图6中。有时在小容量的逆变器装置中，取代IGBT，而使用MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)。

作为使IGBT的导通电压减小的构造，提出有沟槽栅极型IGBT(参照专利文献1)、载流子积蓄型沟槽栅极IGBT等。此外，提出有将续流二极管的功能内置于1个芯片中的反向导通型IGBT(RC－IGBT)(参照非专利文献1、2)。

专利文献1：日本特开2004－158868号公报

非专利文献1：Hideki Takahashi et al.,1200V Reverse Conducting IGBT,ISPSD2004

非专利文献2：M.Antoniou et al.,A new way to alleviate the RC IGBT snapback phenomenon:The SuperJunction Solution,ISPSD2010

发明内容

在专利文献1中记载的沟槽栅极型IGBT中，为了保持耐压，需要具有一定程度的厚度的N－基极层，但如果使N－基极层变厚，则存在导通电压变高这样的问题。

因此，本发明鉴于上述的问题，其目的在于提供一种沟槽栅极型的IGBT及其制造方法，该沟槽栅极型的IGBT兼顾耐压的保持和低导通电压化，并且进行单极动作的电流密度范围较大。

本发明的第1绝缘栅型双极晶体管具有：第1导电型的缓冲层；第1漂移层，其形成在缓冲层的第1主面上；第1导电型的第2漂移层，其形成在第1漂移层上；第2导电型的基极层，其形成在第2漂移层上；第1导电型的发射极层，其选择性地形成在基极层表面；栅极电极，其从发射极层的表面向第2漂移层中贯穿，并隔着绝缘栅膜而嵌入形成；发射极电极，其与发射极层导通；集电极层，其形成在缓冲层的第2主面上；以及集电极电极，其形成在集电极层上，该绝缘栅型双极晶体管的特征在于，第1漂移层是第1导电型的第1层和第2导电型的第2层沿水平方向重复而得到的构造，集电极层是第2导电型的第1集电极层和第1导电型的第2集电极层沿水平方向重复而得到的构造，第1漂移层的杂质浓度大于或等于1×10¹⁵atms/cm³而小于2×10¹⁶atms/cm³，并且厚度大于或等于10μm而小于50μm，缓冲层的杂质浓度大于或等于1×10¹⁵atms/cm³而小于2×10¹⁶atms/cm³，并且厚度大于或等于2μm而小于15μm。