本发明专利技术的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。本发明专利技术的IGBT是漂移层由超级结构造形成，且在背面具有IGBT区域和FWD区域的SJ－RC－IGBT，其特征在于，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。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】绝缘栅型双极晶体管
本专利技术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。
技术介绍
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(InsulatedGateBipolarTransistor))。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(MetalOxideSiliconFieldEffectTransistor)。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：HidekiTakahashietal.,"1200VReverseConductingIGBT",ISPSD2004非专利文献2：M.Antoniouetal.,"AnewwaytoalleviatetheRCIGBTsnapbackphenomenon:TheSuperJunctionSolution",ISPSD2010
技术实现思路
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，本专利技术鉴于上述的问题，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。本专利技术的第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。本专利技术的第2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漂移层是沿水平方向按照第1导电型的第1层、绝缘层、以及第2导电型的第2层的顺序重复该第1导电型的第1层、绝缘层、以及第2导电型的第2层而得到的构造，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层以及第2层的杂质浓度大于或等于1×1015atms/cm3而小于2×1016atms/cm3，第1漂移层的厚度大于或等于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。专利技术的效果本专利技术的第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。由此，能够直至正向导通时的额定电流密度的1/10～1/2左右这样的电流密度较高的区域为止，进行MOSFET动作(单极动作)。因此，能够使RC－IGBT的压降特性接近导通电阻较小的MOSFET，快速恢复电压也成为较小的值。此外，对于反向导通动作的二极管的压降，也能够通过使基极层的厚度减小而减小该压降。本专利技术的第2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，该绝缘栅型双本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种绝缘栅型双极晶体管，其具有：第1导电型的缓冲层(11)；第1漂移层(1、2)，其形成在所述缓冲层(11)的第1主面上；第1导电型的第2漂移层(3)，其形成在所述第1漂移层(1、2)上；第2导电型的基极层(4)，其形成在所述第2漂移层(3)上；第1导电型的发射极层(5)，其选择性地形成在所述基极层(4)表面；栅极电极(8)，其从所述发射极层(5)的表面向所述第2漂移层(3)中贯穿，并隔着绝缘栅膜(7)而嵌入形成；发射极电极(10)，其与所述发射极层(5)导通；集电极层(12、13)，其形成在所述缓冲层(11)的第2主面上；以及集电极电极(14)，其形成在所述集电极层(12、13)上，所述绝缘栅型双极晶体管的特征在于，所述第1漂移层(1、2)是第1导电型的第1层(1)和第2导电型的第2层(2)沿水平方向重复而得到的构造，所述集电极层(12、13)是第2导电型的第1集电极层(12)和第1导电型的第2集电极层(13)沿水平方向重复而得到的构造，所述第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，所述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。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种绝缘栅型双极晶体管，其具有：第1导电型的缓冲层；第1漂移层，其形成在所述缓冲层的第1主面上；第1导电型的第2漂移层，其形成在所述第1漂移层上；第2导电型的基极层，其形成在所述第2漂移层上；第1导电型的发射极层，其选择性地形成在所述基极层表面；栅极电极，其从所述发射极层的表面向所述第2漂移层中贯穿，并隔着绝缘栅膜而嵌入形成；发射极电极，其与所述发射极层导通；集电极层，其形成在所述缓冲层的第2主面上；以及集电极电极，其形成在所述集电极层上，所述绝缘栅型双极晶体管的特征在于，所述第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，所述集电极层是第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，所述第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，所述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，所述集电极层的重复间距大于或等于所述第1漂移层的重复间距的5倍而小于20000倍。2.根据权利要求1所述的绝缘栅型双极晶体管，其中，在所述第1层和所述第2层之间形成有适当绝缘层。3.根据权利要求1所述的绝缘栅型双极晶体管，其中，在所述第2漂移层和所述基极层之间还具有第1导电型的载流子积蓄层，该第1导电型的载流子积蓄层与所述基极层接触，且杂质浓度高于所述第2漂移层。4.根据权利要求1所述的绝缘栅型双极晶体管，其中，以在快速恢复峰值电压时的电流密度中，使所述缓冲层在所述第1集电极层的中间点和所述第2集电极层之间产生大于或等于0.5V而小于0.7V的压降的方式，决定所述第2导电型的集电极层的宽度...
【专利技术属性】
技术研发人员：青野真司，凑忠玄，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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