[发明专利]半导体装置

说明书

本发明的目的在于，就在1个半导体衬底同时设置了晶体管区域和二极管区域的半导体装置而言，提供能够在二极管动作时实现良好的电气特性的半导体装置。半导体装置的特征在于，具备在具有正面和背面的半导体衬底设置的IGBT区域和二极管区域，该IGBT区域具备：第2导电型的基极层，其形成于该正面侧；以及第1沟槽部，其贯通该基极层而设置，该第1沟槽部具有：第1栅极电极，其下端与该基极层的下端相比位于上方；第2栅极电极，其设置于该第1栅极电极的正下方；以及绝缘膜，其设置于该第1栅极电极的侧面、该第1栅极电极和该第2栅极电极之间以及与该第2栅极电极接触的位置。

技术领域

本发明涉及半导体装置。

背景技术

在家电产品、电动汽车、或铁路等广泛的领域中使用的逆变器装置大多是对感应电动机等电感性负载进行驱动。逆变器装置能够使用多个半导体装置而构成，该半导体装置例如是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)或MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等开关元件、以及续流二极管(以下，有时简称为二极管)等。逆变器装置谋求高效率且省电，因此市场上要求半导体装置的高性能化和低成本化。

为了电力用半导体装置的高性能化和低成本化，开发了沟槽MOS栅极构造、半导体衬底的薄板化、以及反向导通型IGBT(RC-IGBT：Reverse Conducting IGBT)等。RC-IGBT是将IGBT和二极管内置于同一半导体衬底而一体化得到的。

在专利文献1中公开了具有沟槽栅极构造的半导体装置。该半导体装置具备：第1导电型的半导体衬底；第1导电型的积蓄层，其形成于该半导体衬底的正面侧，杂质浓度比该半导体衬底的杂质浓度高；以及沟槽部，其形成于该半导体衬底的正面。该沟槽部具有：第1导电部；第2导电部，其位于该第1导电部的下方，与该积蓄层的深度方向的中心位置相比形成于下方；以及绝缘膜，其将该第1导电部的侧面以及该第2导电部的周围覆盖，该沟槽部具有以下两种构造中的至少一者，即，该绝缘膜将该第1导电部与该第2导电部之间绝缘的分隔构造，或者，与该第1导电部的侧面相比在该第2导电部的侧面该绝缘膜形成得更厚的厚膜构造。

专利文献1：日本特开2017-147431号公报

能够在RC-IGBT的IGBT区域，在半导体衬底的正面侧设置沟槽栅极、栅极电极、p⁺型扩散层、p型基极层、n⁺型发射极层以及发射极电极。并且，能够在半导体衬底的背面侧设置n型缓冲层、p型集电极层以及集电极(collector)电极(electrode)。

能够在RC-IGBT的二极管区域，在半导体衬底的正面侧设置杂质浓度低的p^-型阳极层和阳极电极。阳极电极能够与发射极电极是共通的。并且，能够在半导体衬底的背面侧设置n型缓冲层、n⁺型阴极层以及阴极电极。阴极电极能够与集电极电极是共通的。在IGBT区域和二极管区域，在正面侧的结构和背面侧的结构之间存在n^-型漂移层。

就RC-IGBT而言，IGBT和二极管配置于同一衬底，因此相邻的IGBT和二极管相互影响。例如，在使二极管动作时，如果向IGBT的栅极电极施加正的偏置电压，则在p型基极层之中形成反转层即n型沟道层。由此，n⁺型阴极层、n型缓冲层、n^-型漂移层、n型沟道层以及n⁺型发射极层电连接，进行MOSFET动作。如此，在二极管动作时，电子载流子不在漂移层积蓄而是流入IGBT区域。由此，不会正常地进行双极动作而是引起骤回，因此二极管的输出特性劣化，或导通电压恶化。

就例如专利文献1所提出的构造而言，在二极管动作时，在向第1导电部施加了正偏置的情况下，电子载流子通过IGBT的沟道路径而被排出，有可能不会正常地进行双极动作。

发明内容