電力用半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專利摘要】半導(dǎo)體襯底(SB)具有第1以及第2面(S1、S2)。柵極電極(22)以及電容器電極(23)分別具有埋入至第1以及第2溝槽(TG、TD)的部分。層間絕緣膜(12)設(shè)置在第2面(S2)之上，具有第1以及第2接觸孔(12T、12D)。第1主電極(3)設(shè)置在第1面(S1)。第2主電極(13)經(jīng)由第1接觸孔(12T)而與第2面(S2)接觸，經(jīng)由第2接觸孔(12D)而與電容器電極(23)接觸。第1以及第2溝槽(TG、TD)橫穿第2面(S2)的第1范圍(A1)。第1以及第2接觸孔(12T、12D)分別僅位于第2面(S2)的第1以及第2范圍(A1、A2)。
【專利說明】
電力用半導(dǎo)體裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種電力用半導(dǎo)體裝置，特別是涉及溝槽柵型電力用半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]關(guān)于處理例如大于或等于600V左右的高電壓的功率模塊，作為其代表性的主要部 件，存在IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極晶體管）。特別是夠槽柵 型IGBT具有低的導(dǎo)通電壓，因此能夠抑制損耗。另一方面，對于夠槽柵型IGBT，由于在產(chǎn)生 了負(fù)載被短路的異常的情況下的飽和電流密度通常較大，因此易于產(chǎn)生因短路時的溫度上 升引起的破壞。因此，期望抑制導(dǎo)通電壓(換言之，導(dǎo)通電阻)并減小飽和電流。
[0003]在國際公開第02/058160號（專利文獻(xiàn)1)中公開了以這一點(diǎn)為目的之一的技術(shù)。根 據(jù)該文獻(xiàn)，公開了一種溝槽柵型IGBT，該溝槽柵型IGBT具有:柵極電極，其埋入于柵極用溝 槽；以及"發(fā)射極用導(dǎo)電層"，其埋入于發(fā)射極用溝槽。關(guān)于該IGBT，不僅半導(dǎo)體襯底中的發(fā) 射極區(qū)域，對"發(fā)射極用導(dǎo)電層"也施加發(fā)射極電位。為了施加電位而在層間絕緣膜設(shè)置的 孔(接觸孔）由發(fā)射極區(qū)域和"發(fā)射極用導(dǎo)電層"共用。
[0004] 專利文獻(xiàn)1:國際公開第02/058160號
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 根據(jù)上述文獻(xiàn)的技術(shù)，能夠在一定程度上抑制導(dǎo)通電壓并減小飽和電流密度。然 而，由于導(dǎo)通電壓是直接影響電力損耗的重要特性，因此謀求更進(jìn)一步的改善。
[0006] 本發(fā)明就是為了解決如上所述課題而提出的，其目的是提供能夠抑制導(dǎo)通電壓并 減小飽和電流密度的電力用半導(dǎo)體裝置。
[0007] 本發(fā)明的電力用半導(dǎo)體裝置具有半導(dǎo)體襯底、第1主電極、溝槽絕緣膜、柵極電極、 電容器電極、層間絕緣膜和第2主電極。半導(dǎo)體襯底具有第1面和與第1面相反的第2面。半導(dǎo) 體襯底包含:第1區(qū)域，其具有第1導(dǎo)電型；第2區(qū)域，其設(shè)置在第1區(qū)域之上，具有與第1導(dǎo)電 型不同的第2導(dǎo)電型；以及第3區(qū)域，其設(shè)置在第2區(qū)域之上，配置在第2面，具有第1導(dǎo)電型。 在第2面設(shè)置有多個第1溝槽以及多個第2溝槽。第1溝槽面對第1~第3區(qū)域。第1主電極設(shè)置 在半導(dǎo)體襯底的第1面。溝槽絕緣膜將半導(dǎo)體襯底的第1以及第2溝槽覆蓋。柵極電極具有隔 著溝槽絕緣膜而埋入至第1溝槽的部分。電容器電極具有隔著溝槽絕緣膜而埋入至第2溝槽 的部分。層間絕緣膜設(shè)置在第2面之上，具有第1接觸孔以及第2接觸孔。第2主電極設(shè)置在層 間絕緣膜之上。第2主電極經(jīng)由第1接觸孔而與第3區(qū)域接觸，經(jīng)由第2接觸孔而與電容器電 極接觸。半導(dǎo)體襯底的第2面具有:第2面之上的在一個方向上的第1范圍；以及朝向一個方 向而從第1范圍離開的第2范圍。第1以及第2溝槽分別沿一個方向橫穿第1范圍。在第1以及 第2范圍，第1接觸孔僅位于第1范圍，第2接觸孔僅位于第2范圍。
[0008] 發(fā)明的效果
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的電力用半導(dǎo)體裝置，用于向電容器電極施加電位的第2接觸孔配置 在與設(shè)置有有效的柵極構(gòu)造的范圍相當(dāng)?shù)牡?范圍之外。由此，能夠抑制導(dǎo)通電壓且減小飽 和電流密度。
[0010]本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)通過下面詳細(xì)的說明和附圖將變得更清楚。
【附圖說明】
[0011]圖1是概略性地表示本發(fā)明的一個實(shí)施方式的電力用半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的俯視 圖。
[0012]圖2A是概略性地表示圖1的虛線部II的局部俯視圖。
[0013]圖2B是概略性地表示圖2A的下部構(gòu)造的局部俯視圖。
[0014]圖2C是概略性地表示圖2B的下部構(gòu)造的局部俯視圖。
[0015]圖2D是概略性地表示圖2C的下部構(gòu)造的局部俯視圖。
[0016]圖2E是概略性地表示圖2B的接觸孔的位置的局部俯視圖。
[0017]圖3是沿圖2A~圖2D的線III 一 III的概略局部剖視圖。
[0018]圖4是沿圖2A~圖2D的線IV-IV的概略局部剖視圖。
[0019]圖5A是針對與圖3的虛線部V相對應(yīng)的區(qū)域而示出對比例1的導(dǎo)通狀態(tài)下的電流勢 的模擬結(jié)果的圖。
[0020] 圖5B是針對圖3的虛線部V而示出實(shí)施例的導(dǎo)通狀態(tài)下的電流勢的模擬結(jié)果的一 個例子的圖。
[0021] 圖6是針對實(shí)施例的圖3的方向D、對比例1的與圖3的方向D相對應(yīng)的方向以及對比 例2的方向E (圖11 )，示出導(dǎo)通狀態(tài)下的電子以及空穴的載流子濃度和摻雜濃度的分布圖。
[0022] 圖7是針對實(shí)施例（實(shí)線）、上述對比例2(點(diǎn)劃線）以及對比例3(虛線），示出集電 極-發(fā)射極電壓Vce與集電極電流密度Jc之間的關(guān)系的曲線圖。
[0023]圖8是表示實(shí)施例的飽和電流密度Jc(Sat)、導(dǎo)通電壓VCE(sat)、最大斷開柵極電壓 脈沖寬度tw以及最大斷開能量密度Esc各自與阻尼溝槽(damping trench)電容器比之間的 關(guān)系的曲線圖。
[0024]圖9是表示實(shí)施例的導(dǎo)通電壓VCE(Sat)與溝槽間距Wtp之間的關(guān)系的曲線圖。
[0025] 圖10是表示實(shí)施例(實(shí)線）以及對比例2(虛線）的導(dǎo)通電壓VCE(sat)與截止損耗Eoff 之間的關(guān)系的曲線圖。
[0026] 圖11是表示對比例2的電力用半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。
【具體實(shí)施方式】 [0027](結(jié)構(gòu)）
[0028]下面，基于附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在附圖中對相同或相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo) 注相同的參考標(biāo)號，不重復(fù)進(jìn)行其說明。
[0029]圖1是概略性地表示本實(shí)施方式的溝槽柵型IGBT 800(電力用半導(dǎo)體裝置）的結(jié)構(gòu) 的俯視圖。圖2A表示圖1的虛線部II。圖2B~圖2D概略性地表示其下部構(gòu)造。圖2E表示在圖 2A~圖2D的視野中層間絕緣膜的接觸孔的位置。圖3以及圖4分別是沿圖2A~圖2D的線 III 一 III以及線IV - IV的概略局部剖視圖。
[0030] IGBT 800具有襯底SB(半導(dǎo)體襯底）、集電極電極4(第1主電極）、溝槽絕緣膜10、柵 極電極22、電容器電極23、層間絕緣膜12、發(fā)射極電極13(第2主電極）、表面柵極配線部28 (柵極配線部）、柵極焊盤29和鈍化層15。襯底SB(圖3以及圖4)具有背面SI(第1面)和上表面 S2(與第1面相反的第2面）。在上表面S2(圖2D)設(shè)置有多個柵極溝槽TG(第1溝槽）以及多個 阻尼溝槽TD(第2溝槽）。包含柵極溝槽TG以及阻尼溝槽TD這兩者的溝槽組也可以在間距方 向（圖2D的與方向DX正交的方向）以相等的間距Wtp(圖3)配置。
[0031]襯底SB具有ιΓ漂移層1(第1區(qū)域）、p基極層8、n+發(fā)射極層5、n緩沖層2、p集電極層 3、P+層6和η層24(第1區(qū)域）。在本實(shí)施方式中，襯底SB是由硅(Si)制作的。
[0032] ιΓ漂移層1呈η型(第1導(dǎo)電型），具有例如I X IO12~I X IO15CnT3左右的雜質(zhì)濃度。ιΓ 漂移層1可以通過由懸浮區(qū)熔(FZ)法制造出的FZ晶片而準(zhǔn)備。在該情況下，襯底SB之中除ιΓ 漂移層1以外的部分可以通過離子注入以及退火技術(shù)而形成。η層24設(shè)置于ιΓ漂移層1以及ρ 基極層8之間。η層24呈η型，具有比ιΓ漂移層1的雜質(zhì)濃度大的雜質(zhì)峰值濃度，具有例如IX IO15~I X IO17CnT3左右的雜質(zhì)峰值濃度。η層24所到達(dá)的從襯底SB的上表面S2算起的深度位 置比P基極層8深，例如深0.5~Ι.Ομπι左右。ιΓ漂移層1以及η層24構(gòu)成呈η型的區(qū)域（第1區(qū) 域)。
[0033] ρ基極層8(第2區(qū)域)設(shè)置在具有ιΓ漂移層1以及η層24的區(qū)域(第1區(qū)域)之上，在本 實(shí)施方式中設(shè)置在η層24的正上方。ρ基極層8所到達(dá)的從襯底SB的上表面S2算起的深度位 置比n+發(fā)射極層5深而比η層24淺。ρ基極層8呈ρ型（與第1導(dǎo)電型不同的第2導(dǎo)電型），具有例 如雜質(zhì)峰值濃度I X 1〇16~IX IO18CnT3左右。
[0034] η+發(fā)射極層5(第3區(qū)域)設(shè)置在ρ基極層8之上，配置在上表面S2。!!+發(fā)射極層5具有 例如0.2~1 .Ομπι左右的深度。η+發(fā)射極層5呈η型，具有例如I X IO18~I X IO21CnT3左右的雜 質(zhì)峰值濃度。
[0035] P+層6設(shè)置在ρ基極層8之上，配置在上表面S2。？+層6具有例如表面雜質(zhì)濃度IX IO18~I X IO21CnT3左右。優(yōu)選P+層6所到達(dá)的從襯底SB的上表面S2算起的深度位置與η +發(fā)射 極層5相同，或者比η+發(fā)射極層5深。
[0036] η緩沖層2設(shè)置在ιΓ漂移層1以及ρ集電極層3之間。η緩沖層2具有例如I X IO15~I X IO17CnT3左右的雜質(zhì)峰值濃度。η緩沖層2所到達(dá)的從襯底SB的背面Sl算起的深度位置為例 如1 · 5~50μηι左右。
[0037] ρ集電極層3設(shè)置在襯底SB的背面Sl之上。ρ集電極層3呈ρ型，具有例如IX IO16~1 X IO2t3CnT3左右的表面雜質(zhì)濃度。ρ集電極層3的從襯底SB的背面Sl算起的深度為例如0.3~ Ι.Ομπι 左右。
[0038]柵極溝槽TG(第1溝槽）的側(cè)壁如圖3所示，分別面對ιΓ漂移層1以及η層24(第1區(qū) 域）、Ρ基極層8和η+發(fā)射極層5。阻尼溝槽TD(第2溝槽)的側(cè)壁在本實(shí)施方式中，分別面對ιΓ 漂移層1、η層24和ρ基極層8。溝槽絕緣膜10將襯底SB的柵極溝槽TG以及阻尼溝槽TD覆蓋。 [0039]柵極電極22(圖3)具有隔著溝槽絕緣膜10而埋入至柵極溝槽TG的部分，該柵極電 極22隔著溝槽絕緣膜10而與n +發(fā)射極層5以及η層24(第1區(qū)域)之間的ρ基極層8相對。電容 器電極23具有隔著溝槽絕緣膜10而埋入至阻尼溝槽TD的部分。通過設(shè)置電容器電極23,由 此抑制IGBT 800的飽和電流密度，且抑制IGBT 800的負(fù)載被短路的情況下的柵極電壓的振 蕩現(xiàn)象。
[0040]柵極電極22具有柵極連接部23G(圖2C)，該柵極連接部23G將柵極電極22的埋入至 柵極溝槽TG之中彼此相鄰的至少2個溝槽處的部分彼此連接。優(yōu)選柵極電極22中的埋入至 柵極溝槽TG的部分、和柵極連接部23G以相同材料一體地制作。
[0041 ]電容器電極23(圖2C)具有電容器連接部23D(圖2C)，該電容器連接部23D將電容器 電極23的埋入至阻尼溝槽TD(圖2D)之中彼此相鄰的至少2個溝槽處的部分彼此連接。由此， 能夠?qū)⒊蚨鄠€阻尼溝槽TD的電氣路徑匯總。優(yōu)選電容器電極23中的埋入至阻尼溝槽TD的 部分、和電容器連接部23D以相同材料一體地制作。
[0042]襯底SB的上表面S2如圖2A~圖2E所示，具有上表面S2之上的在方向DX(-個方向） 上的范圍Al (第1范圍）、朝方向DX從范圍Al離開的范圍A2(第2范圍）、和朝方向DX從范圍A2 離開的范圍A3(第3范圍）。柵極溝槽TG以及阻尼溝槽TD分別如圖2D以及圖2E所示，沿方向DX 而橫穿范圍A1。柵極溝槽TG從范圍Al經(jīng)由范圍A2而到達(dá)范圍A3。
[0043]阻尼溝槽TD(圖2D)在范圍A2內(nèi)具有端部。由此，避免埋入至阻尼溝槽TD的電容器 電極23(圖2C)與柵極連接部22G接觸。因而，避免電容器電極23和柵極電極22短路。
[0044]層間絕緣膜12(圖3以及圖4)設(shè)置在上表面S2之上。發(fā)射極電極13以及表面柵極配 線部28(圖1)設(shè)置在層間絕緣膜12之上。層間絕緣膜12(圖2B)具有MOS部接觸孔12T(第1接 觸孔）、阻尼溝槽部接觸孔12D(第2接觸孔)和柵極接觸孔12G(第3接觸孔）。發(fā)射極電極13經(jīng) 由MOS部接觸孔12T而與n +發(fā)射極層5以及P+層6接觸，且經(jīng)由阻尼溝槽部接觸孔12D而與電容 器電極23的電容器連接部23D接觸。MOS部接觸孔12T和阻尼溝槽部接觸孔12D彼此分離。 [0045]表面柵極配線部28(圖2A)經(jīng)由位于范圍A3的柵極接觸孔12G而與柵極電極22的柵 極連接部22G(圖2B)接觸。由此，能夠避開位于范圍Al以及A2的阻尼溝槽TD而設(shè)置向柵極電 極22的接觸部。
[0046] MOS部接觸孔12T(圖2B)沿柵極溝槽TG( 即，沿方向DX)而延伸。MOS部接觸孔12T設(shè) 置在n+發(fā)射極層5以及P+層6之上。在MOS部接觸孔12T內(nèi)埋入有發(fā)射極電極13的MOS部接觸部 13T(圖2E以及圖3)。觀5部接觸部131'與11 +發(fā)射極層5以及?+層6分別接觸。
[0047]阻尼溝槽部接觸孔12D優(yōu)選如圖2B所示，沿與方向DX交叉的方向延伸，更優(yōu)選沿與 方向DX正交的方向延伸。阻尼溝槽部接觸孔12D配置在電容器連接部23D之上。在阻尼溝槽 部接觸孔12D內(nèi)埋入有發(fā)射極電極13的阻尼接觸部13D (圖2E以及圖4)。阻尼接觸部13D與電 容器連接部23D接觸。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠使用阻尼溝槽部接觸孔12D而集中進(jìn)行向分別埋入 至多個阻尼溝槽TD (圖2D)的電容器電極23的連接。
[0048]柵極接觸孔12G(圖2B)優(yōu)選沿與方向DX交叉的方向延伸，更優(yōu)選沿與方向DX正交 的方向延伸。柵極接觸孔12G配置在柵極連接部22G之上。在柵極接觸孔12G內(nèi)埋入有表面柵 極配線部28(圖2A)的柵極接觸部28G(圖2E)。柵極接觸部28G與柵極連接部22G接觸。
[0049]如圖2E等所示，在范圍Al以及A2，M0S部接觸孔12T僅位于范圍A1，且阻尼溝槽部接 觸孔12D僅位于范圍A2。因而，MOS部接觸孔12T和阻尼溝槽部接觸孔12D在方向DX上的位置 不重疊。柵極接觸孔12G位于范圍A3。
[0050] 集電極電極4(圖3以及圖4)設(shè)置在襯底SB的背面Sl。集電極電極4與p集電極層接 觸。
[0051] (效果）
[0052]根據(jù)本實(shí)施方式，用于向電容器電極23(圖2C)施加電位的阻尼溝槽部接觸孔12D (圖2E)配置在范圍Al之外。其結(jié)果，電容器電極23能夠在范圍A2處的阻尼溝槽部接觸孔12D 正下方具有與發(fā)射極電極13(圖2A)相同的電位，但在與設(shè)置有有效的柵極構(gòu)造的范圍相當(dāng) 的范圍Al(圖2C)具有不同的電位。由此，能夠減小導(dǎo)通電壓且提高截止動作的斷開能力。在 下面說明為了驗證其效果而進(jìn)行的研究。
[0053] 圖5A針對與虛線部V(圖3)相對應(yīng)的區(qū)域而示出對比例1的導(dǎo)通狀態(tài)下的電流勢的 模擬結(jié)果。這里，對比例1是指，與本實(shí)施方式不同，在方向DX(圖2B)與MOS部接觸孔12T相同 的位置設(shè)置有阻尼溝槽部接觸孔12D的IGBT。具體而言，是MOS部接觸孔12T以及阻尼溝槽部 接觸孔12D這兩者成為一體而設(shè)置于范圍Al的IGBT。圖5B針對虛線部V(圖3)而示出實(shí)施例 的導(dǎo)通狀態(tài)下的電流勢的模擬結(jié)果的一個例子。與對比例1(圖5A)相比，實(shí)施例（圖5B)的柵 極溝槽TG與阻尼溝槽TD之間的電流路徑更密。本現(xiàn)象被認(rèn)為是由阻尼溝槽部接觸孔12D的 配置引起的。在對比例1中，阻尼溝槽部接觸孔12D配置在與設(shè)置有有效的柵極構(gòu)造的范圍 相當(dāng)?shù)姆秶鶤l。（例如，國際公開第02/058160號的圖14以及圖15所示的構(gòu)造與對比例1相對 應(yīng)。）因此，形成載流子經(jīng)過彼此相鄰的阻尼溝槽TD之間而泄漏向上述接觸孔的路徑。與此 相對，在實(shí)施例中，阻尼溝槽部接觸孔12D未配置在范圍Al，因此未形成載流子經(jīng)過彼此相 鄰的阻尼溝槽TD之間而泄漏的路徑。因而，載流子泄漏的路徑僅存在于柵極溝槽TG和阻尼 溝槽TD之間，因此柵極溝槽TG與阻尼溝槽TD之間的電流路徑更密。
[0054] 圖6針對實(shí)施例的方向D(圖3 )、上述對比例1的與方向D(圖3)相對應(yīng)的方向、和對 比例2的方向E各自上的深度X，示出導(dǎo)通狀態(tài)下的電子以及空穴的載流子濃度和摻雜濃度。 這里，對比例2不是溝槽型而是平面型的IGBT 800Z(圖11)。根據(jù)該載流子濃度分布可知，實(shí) 施例與對比例1以及2相比，在較淺側(cè)（圖中大致左半部分)所示的從n+發(fā)射極層5至ιΓ漂移 層1為止的區(qū)域，載流子濃度提高。
[0055] 根據(jù)上述結(jié)果，可以認(rèn)為根據(jù)實(shí)施例，導(dǎo)通狀態(tài)下的IT漂移層1的雜質(zhì)濃度提高， 由此能夠減小IGBT的導(dǎo)通電壓。
[0056] 圖7針對實(shí)施例(實(shí)線）、上述對比例2(點(diǎn)劃線）以及對比例3(虛線），示出集電極_ 發(fā)射極電壓Vce和集電極電流密度J c之間的關(guān)系。這里，對比例3是未設(shè)置阻尼溝槽TD(圖3)、 將以溝槽間距Wtp排列的所有溝槽設(shè)為柵極溝槽TG的IGBT。在實(shí)施例(實(shí)線）中，通過參照圖5 以及圖6而說明的上述機(jī)理，導(dǎo)通電壓(額定電流密度j c(rated)下的飽和電壓VCE(sat))得 到抑制。并且，在實(shí)施例中，與設(shè)置阻尼溝槽TD相對應(yīng)地，柵極溝槽TG的數(shù)量比對比例3少， 因此俯視觀察時（圖2D的視野)的每單位面積的有效柵極寬度減小。
[0057] IGBT的導(dǎo)通狀態(tài)的等價電路能夠以pn二極管和MISFET(Metal insulator Semiconductor Field Effect Transistor)的串聯(lián)連接狀態(tài)表現(xiàn)。因此，IGBT的輸出特性 的飽和區(qū)域(圖7的曲線圖的右側(cè)區(qū)域）由表示MISFET的飽和電流1咖下述式來表現(xiàn)，即，
[0058] [算式 1]
[0059]
[0060]其中，W:柵極寬度 [0061 ] L:溝道長度 [0062] yeff:有效迀移率 [0063] Cox:柵極絕緣膜電容 [0064] Vge:柵極-發(fā)射極電壓 [0065] VGE(th):閾值電壓。
[0066] 如果柵極寬度W減小，則飽和電流Ic也減小。
[0067] 本實(shí)施例如上所述，與對比例3相比有效的柵極寬度小，其結(jié)果，IGBT的短路狀態(tài) 下的飽和電流密度Jc(sat)也減小。因而，實(shí)施例是具有低導(dǎo)通電壓V CE(sat)、和低飽和電流 密度Jc(sat)這兩者的電力用半導(dǎo)體裝置。
[0068] 下面接著對本實(shí)施方式的其他有效性進(jìn)行說明。圖8示出在耐壓4500V等級的實(shí)施 例中，飽和電流密度Jc(sat)、導(dǎo)通電壓V CE(sat)、以及短路狀態(tài)下的最大斷開柵極電壓脈沖 寬度U和最大斷開能量密度Esc各自與阻尼溝槽電容器比之間的關(guān)系。最大斷開能量密度Esc 是飽和電流密度Jc(sat)以及集電極-發(fā)射極電壓Vce的積在斷開動作期間的時間積分。阻尼 溝槽電容器比是阻尼溝槽TD的數(shù)量相對于占據(jù)在單位單元(unit cell)內(nèi)的柵極溝槽TG以 及阻尼溝槽TD的總數(shù)的比例。例如，在圖2D的情況下，1個柵極溝槽TG和7個阻尼溝槽TD構(gòu)成 1個單位單元，因此阻尼溝槽電容器比為{7/( 1+7)} X 100 = 87.5( % )。最大斷開柵極電壓脈 沖寬度U以及最大斷開能量密度Esc是IGBT的短路狀態(tài)下的性能指標(biāo)。
[0069] 在本實(shí)施例中，能夠以阻尼溝槽電容器比對設(shè)備的每單位面積的有效柵極寬度進(jìn) 行調(diào)整。即，通過增大該比例，從而每單位面積的有效柵極寬度減小。兼顧低V CE(sat)和低Jc (sat)的特征依賴于阻尼溝槽電容器比，其結(jié)果，IGBT的短路狀態(tài)下的性能指標(biāo)也依賴于阻 尼溝槽電容器比。示出阻尼溝槽電容器比越大IGBT的短路狀態(tài)下的性能指標(biāo)越高的傾向。 另外，如果阻尼溝槽電容器比增大，則導(dǎo)通電壓V CE(sat)減小。這是因為，根據(jù)圖5以及圖6， 如果阻尼溝槽電容器比增大，則IGBT 800的從n+發(fā)射極層5朝向ιΓ漂移層1的區(qū)域（圖6的曲 線圖的大致左半部分）的載流子濃度上升。由此，根據(jù)本實(shí)施方式，通過確定恰當(dāng)?shù)淖枘釡?槽電容器比而得到兼顧低V CE(sat)和低Jc(sat)的電力用半導(dǎo)體裝置。
[0070] 參照圖9，通過減小溝槽間距Wtp (圖3)也能夠減小導(dǎo)通電壓Vce (sat)。如果Wtp減小 貝lJVCE(sat)減小，這是因為如圖6所示，發(fā)射極側(cè)（圖6的左側(cè))的載流子濃度變高。
[0071] 圖10表示實(shí)施例(實(shí)線）和圖11所示的對比例2(虛線）的導(dǎo)通電壓Vce( sat)和截止 損耗Eqff之間的折衷(trade off)關(guān)系。IGBT動作時的總損耗依賴于導(dǎo)通電壓Vce(sat)和截 止損耗Eqff這兩者，它們的值越小，總損耗越小。通過圖可知，根據(jù)實(shí)施例，相比于平面型的 IGBT即對比例2，上述折衷關(guān)系明顯得到改善。
[0072] 概括而言，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠如圖10所說明的那樣，改善導(dǎo)通電壓VCE(sat)和 截止損耗E qff之間的折衷關(guān)系，從而降低總損耗，并且能夠如圖8所說明的那樣，提高IGBT的 短路狀態(tài)下的性能指標(biāo)。
[0073]此外，在上述的本實(shí)施方式中，也可以省略柵極連接部23G(圖2C)，在該情況下，也 可以是在多個柵極溝槽TG(圖2D)分別設(shè)置的多個柵極電極22(圖2C)通過表面柵極配線部 28的柵極接觸部28G(圖2E)而彼此連接。也可以省略電容器連接部23D(圖2C)，在該情況下， 也可以是在多個阻尼溝槽TD(圖2D)分別設(shè)置的多個電容器電極23(圖2C)通過阻尼接觸部 13D (圖2E)而彼此連接。
[0074]另外，也可以從具有ιΓ漂移層1以及η層24(圖3以及圖4)的"第1區(qū)域"省略η層24。 在該情況下，可以在ιΓ漂移層1之上直接設(shè)置ρ基極層8。
[0075]另外，發(fā)射極電極13(圖3以及圖4)也可以具有多層構(gòu)造，例如也可以在面對襯底 SB側(cè)設(shè)置阻擋金屬層或者歐姆接觸層。
[0076]另外，本實(shí)施方式的IGBT 800特別適合于3300~6500V左右的高耐壓等級，但電力 用半導(dǎo)體裝置的耐壓的大小并不特別限定。
[0077] 另外，襯底SB的半導(dǎo)體材料并不限定于娃(Si)，例如也可以為碳化娃(SiC)或氮化 鎵(GaN)等寬帶隙材料。另外，作為第1以及第2導(dǎo)電型的η型以及p型也可以彼此調(diào)換。
[0078] 本發(fā)明能夠在其發(fā)明的范圍內(nèi)對實(shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)變形、省略。雖然對本發(fā)明進(jìn) 行了詳細(xì)說明，但上述的說明中的所有方案都是例示，且本發(fā)明并不限定于此。可以理解為 在不脫離本發(fā)明的范圍的條件下能夠設(shè)想出沒有例示的無數(shù)變形例。
[0079] 標(biāo)號的說明
[0080] IrT漂移層(第1區(qū)域）、2η緩沖層、3ρ集電極層、4集電極電極(第1主電極）、5η+發(fā)射 極層(第3區(qū)域）、6ρ +層、8ρ基極層(第2區(qū)域）、10溝槽絕緣膜、12層間絕緣膜、12D阻尼溝槽部 接觸孔(第2接觸孔）、12G柵極接觸孔(第3接觸孔）、12Τ MOS部接觸孔(第1接觸孔）、13發(fā)射 極電極(第2主電極）、13D阻尼接觸部、13Τ MOS部接觸部、15鈍化層、22柵極電極、22G柵極連 接部、23電容器電極、23D電容器連接部、23G柵極連接部、24η層(第1區(qū)域）、28表面柵極配線 部、28G柵極接觸部、29柵極焊盤、800IGBT(電力用半導(dǎo)體裝置）、Α1~A3范圍（第1~第3范 圍）、DX方向（一個方向）、S1背面(第1面）、S2上表面(第2面）、SB襯底(半導(dǎo)體襯底）、TD阻尼 溝槽(第2溝槽）、TG柵極溝槽(第1溝槽）。
【主權(quán)項】
1. 一種電力用半導(dǎo)體裝置(800)，其具有半導(dǎo)體襯底(SB)，該半導(dǎo)體襯底(SB)具有第I 面(SI)以及與所述第1面相反的第2面(S2)，所述半導(dǎo)體襯底包含:第1區(qū)域（1、24)，其具有 第1導(dǎo)電型;第2區(qū)域(8)，其設(shè)置在所述第1區(qū)域之上，具有與所述第1導(dǎo)電型不同的第2導(dǎo)電 型；以及第3區(qū)域(5)，其設(shè)置在所述第2區(qū)域之上，配置在所述第2面，具有所述第1導(dǎo)電型， 在所述第2面設(shè)置多個第1溝槽(TG)以及多個第2溝槽(TD)，所述第1溝槽面對所述第1~第3 區(qū)域， 該電力用半導(dǎo)體裝置(800)還具有： 第1主電極(4)，其設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底的所述第1面； 溝槽絕緣膜(10)，其將所述半導(dǎo)體襯底的所述第1以及第2溝槽覆蓋； 柵極電極(22)，其具有隔著所述溝槽絕緣膜而埋入至所述第1溝槽的部分； 電容器電極(23)，其具有隔著所述溝槽絕緣膜而埋入至所述第2溝槽的部分； 層間絕緣膜（12)，其設(shè)置在所述第2面之上，具有第1接觸孔（12T)以及第2接觸孔 (12D);以及 第2主電極（13)，其設(shè)置在所述層間絕緣膜之上，經(jīng)由所述第1接觸孔而與所述第3區(qū)域 接觸，經(jīng)由所述第2接觸孔而與所述電容器電極接觸， 所述半導(dǎo)體襯底的所述第2面具有：所述第2面之上的在一個方向（DX)上的第1范圍 (Al);以及朝向所述一個方向從所述第1范圍離開的第2范圍(A2)，所述第1以及第2溝槽分 別沿所述一個方向而橫穿所述第1范圍，在所述第1以及第2范圍，所述第1接觸孔僅位于所 述第1范圍，所述第2接觸孔僅位于所述第2范圍。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力用半導(dǎo)體裝置，其中， 所述半導(dǎo)體襯底的所述第2面具有朝向所述一個方向而從所述第2范圍離開的第3范圍 (A3)，所述第1溝槽從所述第1范圍經(jīng)由所述第2范圍而到達(dá)所述第3范圍，所述第2溝槽在所 述第2范圍內(nèi)具有端部。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力用半導(dǎo)體裝置，其中， 所述層間絕緣膜具有位于所述第3范圍的第3接觸孔(12G)， 所述電力用半導(dǎo)體裝置還具有柵極配線部，該柵極配線部設(shè)置在所述層間絕緣膜之 上，經(jīng)由所述第3接觸孔而與所述柵極電極接觸。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力用半導(dǎo)體裝置，其中， 所述電容器電極具有電容器連接部(23D)，該電容器連接部（23D)將所述電容器電極的 埋入至所述第2溝槽之中彼此相鄰的至少2個溝槽處的部分彼此連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力用半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第2接觸孔配置在所述電容器連接部之上。
【文檔編號】H01L29/78GK105917469SQ201480073229
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2014年1月14日
【發(fā)明人】中村勝光
【申請人】三菱電機(jī)株式會社