[发明专利]半导体元件、半导体装置

说明书

本发明的目的在于提供能够使Cgc/Cge的比值变大的半导体元件和半导体装置。特征在于，具有：发射极电极，其形成于半导体基板之上；栅极电极，其形成于该半导体基板之上；第1导电型的漂移层，其形成于该半导体基板之中；第1导电型的源极层，其形成于该半导体基板的上表面侧；第2导电型的基极层，其形成于该半导体基板的上表面侧；集电极电极，其形成于该半导体基板之下；以及2层哑有源沟槽，其在该半导体基板的沟槽的内部，在上层具有不与该栅极电极连接的上层哑部，在下层具有与该栅极电极连接、被绝缘膜覆盖的下层有源部，该下层有源部的长度方向长度比该下层有源部的宽度大。

技术领域

本发明涉及半导体元件和半导体装置。

背景技术

在专利文献1中公开了以下情况，即，在沟槽内部，在上层具有与栅极电位连接的栅极导电部，在下层具有与发射极电位连接的栅极分离部。在专利文献1中记载了以下情况，即，导通di/dt变低，在以相同的导通di/dt进行比较的情况下，能够降低导通损耗。

专利文献1：日本特开2017-147431号公报

有时将p侧半导体元件的发射极与n侧半导体元件的集电极连接，该p侧半导体元件的集电极与电源的高电位侧(p侧)连接，该n侧半导体元件的发射极与电源的低电位侧(n侧)连接。在p侧半导体元件与n侧半导体元件的连接点连接负载。向p侧半导体元件和n侧半导体元件各连接1个续流二极管。将与p侧半导体元件逆并联地连接的续流二极管称为p侧二极管，将与n侧半导体元件逆并联地连接的续流二极管称为n侧二极管。

在续流电流流过n侧二极管的状态下，如果将p侧半导体元件导通，则在n侧二极管流过恢复电流。例如，n侧二极管的恢复dV/dt根据p侧半导体元件的集电极电流而变化。具体地说，p侧IGBT的低电流下的导通损耗时的n侧二极管的恢复dV/dt比p侧IGBT的额定电流时的恢复dV/dt大。这里，“低电流侧”意味着p侧半导体元件的集电极电流小，“额定电流侧”意味着p侧半导体元件的集电极电流大。在p侧半导体元件的集电极电流小时n侧二极管的恢复dV/dt大，与此相对，在p侧半导体元件的集电极电流大时n侧二极管的恢复dV/dt小。

这样，如果二极管的恢复dV/dt存在电流依赖性，则产生以下问题。即，有时以使得大的恢复dV/dt成为规定的值的方式设定半导体元件的栅极电阻。因此，例如，在以使得低电流侧的恢复dV/dt为20kV/μs的方式决定了栅极电阻时，(对导通损耗进行评价的)额定电流侧的dV/dt为10kV/μs左右。其结果，半导体元件的通断时间变长，导通时的导通损耗(导通损耗)增大。即，如果二极管的恢复dV/dt存在电流依赖性，则导通损耗增大。

本申请发明人发现：为了抑制续流二极管的恢复dV/dt依赖于半导体元件的集电极电流这一情况，增大将半导体元件的栅极电极-集电极电极间电容(Cgc)除以栅极电极-发射极电极间电容(Cge)而得到的值(Cgc/Cge)是有效的。更具体而言，能够通过使半导体元件的Cgc变大而抑制低电流时的恢复dV/dt的增加。另外，能够通过减小半导体元件的Cge而使大电流时(额定电流时)的恢复dV/dt增加。能够通过使Cgc/Cge的值增大而缩短通断时间、降低导通损耗。

现有技术是在沟槽内部多晶硅被上下地分为2层的2层栅极构造，具体地说，具有由与栅极电极连接的下层有源部、下层与发射极电极连接的上层哑部构成的结构，因而Cgc减小，Cgc/Cge的比值减小，因此，在以使得大的恢复dV/dt成为规定的值的方式设定了半导体元件的栅极电阻的情况下，存在导通损耗增加的问题。

发明内容

本发明就是为了解决上述这样的课题而提出的，其目的在于，提供能够使Cgc/Cge的比值变大，抑制续流二极管的恢复dV/dt依赖于半导体元件的集电极电流这一情况，降低导通损耗的半导体元件和半导体装置。