噪聲增加的同時，IGBT的導(dǎo)通損耗也增加。因此，在本發(fā)明的實施方式中，通過利用多個絕緣塊13a、13b、...13d、..?來抑制集電極電流峰值的激增，從而能夠使導(dǎo)通損耗下降。
[0034]此外，在IGBT截止時，溝道消失，來自第2導(dǎo)電型集電極區(qū)域6的空穴的注入停止。載流子蓄積區(qū)域20a、20b、...20d、...中所蓄積的空穴在第1導(dǎo)電型漂移層1中與電子成對地消失，或者通過第2導(dǎo)電型基極區(qū)域2a?2d、3a?3d向發(fā)射極電極5流出。
接著，使用仿真分析所得到的結(jié)果，結(jié)合比較例對本發(fā)明的實施方式所涉及的IGBT的特性進行說明。仿真所使用的電路中，圖7中用虛線圈出來表示的二極管和IGBT以外的元件的值(直流電源電壓V。。、電感器L、柵極一發(fā)射極間電壓V-柵極電阻&)由外部輸入并進行設(shè)定。
[0035]IGBT的額定電壓為3.3kV，額定電流密度約為50A/cm2。其他的主要參數(shù)如以下(1)?(7)所述。
(1)第1導(dǎo)電型漂移層
厚度:約370 μ m、最高雜質(zhì)濃度:約2X1013/cm3左右，
(2)溝槽
形狀:U字形、深度:約5 μm、開口寬度:約1 μm、溝槽間隔:約4 μπι,
內(nèi)側(cè)的氧化膜的厚度:約0.1 μπι，
(3)第2導(dǎo)電型基極區(qū)域
寬度:約4 μπι、長度:約4 μπι、深度:約3 μπι,
相鄰的第2導(dǎo)電型基極區(qū)域間的間隔:約90μπι，
表面雜質(zhì)濃度:5.5X 1016/cm3左右，
(4)第丨導(dǎo)電型發(fā)射極區(qū)域
寬度:約1.5 μπι、長度:約1.5 μπι、深度:約0.3 μπι,
表面雜質(zhì)濃度:1.0X102°/cm3左右，
(5)絕緣塊
長度(=柵電極間的間隔d) 95 μπι,
(6)第1導(dǎo)電型緩沖層
厚度:約30 μm、最高雜質(zhì)濃度:約1.0X 1015/cm3左右，
(7)第2導(dǎo)電型集電極區(qū)域
厚度:約1 μ m、表面雜質(zhì)濃度:約1.0X1017/cm3左右
[0036]比較例所涉及的IGBT如圖8所示，包含有未附加標(biāo)記的第1導(dǎo)電型發(fā)射極區(qū)域的第2導(dǎo)電型基極區(qū)域為多個，在對IGBT進行俯視時，該第2導(dǎo)電型基極區(qū)域在溝槽10a、10b...10e、..?之間配置為方格紋狀。比較例所涉及的IGBT不具備本發(fā)明的實施方式所涉及的絕緣塊，并且在以下方面與實施方式不同，即:在圖8中所進行例示的溝槽10a、10b...10e、...的內(nèi)側(cè)，經(jīng)由絕緣膜，柵電極41a、41b、...41e、..?在各個溝槽10a、10b...10e、..?的延伸方向上以同樣的方式被埋入。比較例所涉及的IGBT的其他尺寸與實施方式相同，載流子蓄積區(qū)域的大小也與實施方式相同。
[0037]根據(jù)仿真分析的結(jié)果，首先，如圖9中兩根實線所示，實施方式和比較例各自的集電極電流I。的值均從相同時刻起上升，在來到峰值后下降，然后達(dá)到大致恒定的值。比較例的集電極電流I。的峰值在160 [A]以上，與此相對地，實施方式的集電極電流I。的峰值為90 [A]左右。
[0038]在比較例的情況下，由于導(dǎo)通而導(dǎo)致從第2導(dǎo)電型集電極區(qū)域流入的空穴在載流子蓄積區(qū)域進行蓄積，然后位移電流流過與載流子蓄積區(qū)域相接觸的柵電極，從而柵極電壓急劇上升。因此，比較例的集電極電流I。如峰值所示那樣大幅激增。
另一方面，在實施方式的情況下，由于存在于載流子蓄積區(qū)域的附近的柵電極極少，因此，即使空穴流入載流子蓄積區(qū)域，也不會有流向柵電極的位移電流流動，從而柵極電壓的急劇上升得以抑制。因此，實施方式的集電極電流I。的峰值得到很大程度的抑制，從而可以確認(rèn)能夠抑制集電極電流的激增。
[0039]如圖9中虛線示出的那樣，集電極一發(fā)射極間的電壓^也會隨著實施方式和比較例各自的集電極電流I。的值的變化而變化。此外，如圖10所示，即使使柵極電阻R# 10?100(Ω)之間進行變化，與比較例相比，實施方式的情況下集電極電流I。的峰值I也可得到抑制。
如圖11所示，在相同的導(dǎo)通損耗的值的情況下進行比較，實施方式的集電極電流I。的峰值I。?？杀灰种茷楸容^例的集電極電流I。的峰值I。。的2/3左右。圖11中的各標(biāo)定點旁邊用括號標(biāo)注的數(shù)值是進行仿真時的柵極電阻Rg的值。此處，集電極電流I。的峰值I與導(dǎo)通損耗EJ司存在平衡關(guān)系。S卩，可知實施方式在可抑制導(dǎo)通損耗Ε ?的情況下還具有低噪聲特性。此外，在具有相同的峰值Ιερ= 150[Α]的情況下，與比較例相比，本發(fā)明的實施方式的導(dǎo)通損耗E?可下降為大約一半。
[0040]接著，如圖12所示，集電極電流I。的峰值I印為150 [A]時，實施方式的導(dǎo)通電壓V?約為3.38 [V]，比較例的導(dǎo)通電壓V J勺為3.29 [V]。實施方式的導(dǎo)通電壓V Μ與比較例的導(dǎo)通電壓相比，上升了約0.09[V](約3% )。另一方面，實施方式的截止損耗Ε.約為101.5 [mj]，比較例的截止損耗Erff約為104.5 [mj]。實施方式的截止損耗E。?與比較例相比，下降了約0.09[V](約3% )。S卩，在實施方式中，如圖12中的空心箭頭所示那樣，因?qū)妷篤?而產(chǎn)生的劣勢與因截止損耗E m而產(chǎn)生的優(yōu)勢相抵，從而平衡特性大致沒有變化。
[0041]因此，與比較例不同，在溝槽內(nèi)側(cè)設(shè)置有絕緣塊的實施方式所涉及的IGBT中，如圖9?圖12可知，能夠獲得僅使集電極電流I。的峰值I m減小的效果，而不會因柵極電阻&的調(diào)整而導(dǎo)致導(dǎo)通損耗E m下降，并且不會使導(dǎo)通電壓V m和截止損耗E…的平衡特性下降。
[0042](IGBT的制造方法)
接著，參照圖13?圖17對本發(fā)明的實施方式所涉及的IGBT的制造方法進行說明。
(a)首先，準(zhǔn)備例如η型的通過硅的MCZ(磁場施加型切克勞斯基)法來進行拉晶并以規(guī)定的厚度形成的半導(dǎo)體基板，在半導(dǎo)體基板的一個主面上通過離子注入磷(Ρ)等η型雜質(zhì)元素等來以規(guī)定的濃度進行摻雜，從而形成第1導(dǎo)電型漂移層1。接著，如圖13所示，在第1導(dǎo)電型漂移層1的表面層的上表面，使用例如光刻技術(shù)和干法蝕刻技術(shù)等，按相等間隔以相互平行的方式形成等寬度的多個溝槽10a、10b、...10e、...。
[0043](b)接著，如圖14所示，在第1導(dǎo)電型漂移層1的表面層上表面的整個面，利用CVD法等，采用氧化硅等氧化物作為絕緣物預(yù)先進行堆積，從而形成絕緣物層14。此時在溝槽10a、10b、...10θ、..?的整個內(nèi)側(cè)填充絕緣物，并且將絕緣物堆積成使其層疊至比第1導(dǎo)電型漂移層1的上表面s的位置要高的位置，利用絕緣物層14覆蓋第1導(dǎo)電型漂移層1的整個上表面。
[0044](c)接著，使用光刻技術(shù)和干法蝕刻技術(shù)等，選擇性地蝕刻絕緣物層14，如圖15所示，去除所填充的絕緣物的一部分，選擇性地露出第1導(dǎo)電型漂移層1的表面層的一部分、以及溝槽10a、10b、...10e、...的內(nèi)側(cè)的一部分。具體而言，以與溝槽10a、10b、...10e、...的延伸方向正交的方式，將抗蝕劑圖案形成為條狀來進行蝕刻。通過使第1導(dǎo)電型漂移層的表面露出為條狀，從而能夠在后續(xù)工序中高效地形成多個第2導(dǎo)電型基極區(qū)域。
[0045]在蝕刻后，利用第1導(dǎo)電型漂移層1上殘留的絕緣物層14，一體形成絕緣塊13a、13b、...13d、...和壁間層14a、14b、...14d、...。此時，將第1導(dǎo)電型漂移層1上殘留的絕緣物層14在溝槽的延伸方向上的長度圖案形成為所期望的范圍內(nèi)的值。例如，在對絕緣物層14進行蝕刻時，對抗蝕劑圖案的寬度進行調(diào)整。第1導(dǎo)電型漂移層1上殘留的絕緣物層14的長度對應(yīng)于絕緣塊13a、13b、...13d、...的長度，即柵電極間的間隔d。在將例如間隔d以外的尺寸設(shè)定為與圖7所示的仿真中所說明的尺寸相同的情況下，優(yōu)選使用80?100 μπι左右的長度作為間隔d。
[0046](d)接著，使露出的溝槽10a、10b、...10e、...的內(nèi)側(cè)的表面氧化，如圖16所示，在溝槽10a、10b、...10e、...的內(nèi)側(cè)形成成為絕緣膜15a、15b、...15e、...、16a、16b、...16e、...的氧化膜。接著，使用光刻技術(shù)等，圖案形成與氧化膜的寬度相對應(yīng)的抗蝕劑，并使用減壓CVD法等，層疊摻雜多晶硅膜。然后，利用干法蝕刻技術(shù)等進行蝕刻，在溝槽10a、10b、...10e、...的露出的內(nèi)側(cè)形成柵電極lla、llb、...lie、...、12a、12b、...12e、...。
[0047]此時，通過在絕緣物層14的上表面，沿著溝槽10a、10b、...10e、..?對摻雜多晶硅膜進行圖案形成以使其殘留，從而與柵電極lla、llb、...11θ、..*、12a、12b、...12e、..?一體地形成柵極連結(jié)部9a、9b、...9d、...。柵電極11a、lib、...lie、...、12a、12b、...12e、...在各個溝槽 10a、10b、...10e、.??中隔開間隔d進行配置。
[0048](e)接著，使用例如離子注入法等，將砷(As)離子等ρ型的雜質(zhì)元素注入去除了絕緣物層14的第1導(dǎo)電型漂移層1的表面層，如圖17所示那樣，形成第2導(dǎo)電型基極區(qū)域2a、2b、...2d、...、3a、3b、...3d、...。
(f)接著，在所形成的第2導(dǎo)電型基極區(qū)域2a、2b、...2(1、...、3a、3b、...3(1、...各自的表面層，通過離子注入等注入磷(Ρ)離子等η型的雜質(zhì)元素，從而在第2導(dǎo)電型基極區(qū)域2a、2b、...2d、...、3a、3b、...3d、...的內(nèi)部分別形成第1導(dǎo)電型發(fā)射極區(qū)域 4al、4a2、4bl、...4e2、...。
[0049](g)接著，通過CVD法等，在第2導(dǎo)電型基極區(qū)域2a、2b、...2d、...、3a、3b、...3d、..?，第 1 導(dǎo)電型發(fā)射極區(qū)域 4al、4a2、4bl、...4e2、..?，柵電極 11a、lib、