[發明專利]半導體裝置

在審

• 申請號: 202010490048.0
• 申請日: 2020-06-02
• 公開（公告）號: CN112054019A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 田畑光晴
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L27/06;H01L29/739;H01L29/861;H02M7/487;H02M7/5387
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 何立波;張天舒

本發明涉及半導體裝置。就RC?IGBT芯片(1)而言，陽極電極膜(21)和發射極電極膜(17)隔開距離地配置。陽極電極膜(21)和發射極電極膜(17)通過具有外部阻抗(27)及外部阻抗(29)的配線導體(41)電連接。外部阻抗(27)及外部阻抗(29)包含配線導體(41)的電阻和配線導體(41)的電感。

技術領域

本發明涉及一種電力用半導體裝置。

背景技術

作為電力用半導體裝置的一個方式，為了實現封裝件的小型化等，存在將絕緣柵型雙極晶體管和二極管形成于一個半導體基板的半導體裝置。該半導體裝置被稱為RC-IGBT(反向導通型IGBT：Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor)。作為公開了這樣的半導體裝置的專利文獻，例如有專利文獻1(國際公開WO2018/225571號)、專利文獻2(日本特開2012-50065號公報)、專利文獻3(日本特開2011-210800號公報)及專利文獻4(日本特開2016-72359號公報)。

就RC-IGBT而言，在IGBT的發射極側配置有二極管的陽極。在IGBT的集電極側配置有二極管的陰極。RC-IGBT主要作為電壓逆變器，廣泛地應用于以2電平逆變器電路(半橋電路)為代表、組合了該半橋電路的多電平逆變器電橋電路等。

在構成電壓逆變器的電路中，由于輸出電流的朝向由負載決定，因此無論在電路流動的輸出電流的朝向如何，都將電路控制為所期望的輸出電位。實現該控制的最簡單的方法是在應該使IGBT接通時，無論電流的流動朝向如何都使IGBT接通的方法。

電流的波形受到與電路連接的負載的電感等影響，具有相對于電壓的波形延遲的性質。因此，在電壓的極性剛剛從負(正)切換為正(負)之后，存在電流與電壓的極性反向地流動的期間。該電流在相對于IGBT反向并聯連接的二極管流動。這樣，即使在電流流過二極管的期間，IGBT也會被接通，在IGBT形成溝道。

就RC-IGBT中的二極管而言，為了在斷開狀態下擴大耗盡層來確保耐壓，采用了包含雜質濃度極低的本征半導體層(Intrinsic Layer)的PIN構造。本征半導體層被夾在p層(陽極)和n層(陰極)之間。

另一方面，為了使二極管接通，通過在p層和n層之間正向地施加電壓，從而向本征半導體層從p層注入空穴，并且從n層注入電子，在本征半導體層蓄積電子和空穴。由此，本征半導體層成為金屬狀態，接通電阻下降。

本征半導體層原本處于幾乎沒有電子和空穴的狀態，該狀態為熱平衡狀態。因此，蓄積電子和空穴而成為金屬狀態的本征半導體層處于熱不平衡狀態。在電流流過二極管的期間，如果在IGBT形成溝道，則在本征半導體層，電子和空穴進行消除熱不平衡狀態的動作。

即，電子從IGBT的發射極起通過溝道而流入本征半導體層，另一方面，對流入的電子的負電荷進行中和，因此產生在本征半導體層蓄積的空穴流入溝道的現象等。因此，在形成有IGBT的IGBT區域與形成有二極管的二極管區域的邊界附近，二極管的接通電阻上升，二極管的接通電壓上升。此外，二極管的接通電壓被稱為正向壓降。

從對二極管的這樣的接通電阻的上升進行抑制的觀點出發，作為IGBT區域與二極管區域的邊界，優選邊界的長度盡可能短。為了縮短邊界的長度，優選不將IGBT區域和二極管區域細分地配置。就半導體裝置而言，IGBT區域與二極管區域大多被配置成條帶狀。為了縮短邊界的長度，例如需要將該條帶的寬度設定得寬。

另外，就RC-IGBT而言，在電流流過IGBT的狀態下，電流沒有流過二極管。在電流流過二極管的狀態下，在IGBT沒有流過電流。因此，在電流流過IGBT而IGBT產生熱量時，沒有流過電流的二極管區域成為該熱量的散熱路徑。在電流流過二極管而二極管產生熱量時，沒有流過電流的IGBT區域成為該熱量的散熱路徑。因此，從提高散熱效果的觀點出發，優選IGBT區域與二極管區域的邊界長。為了使邊界的長度長，例如需要將條帶的寬度設定得窄。