反向导通半导体元件的驱动方法和半导体装置以及供电装置制造方法及图纸

阅读:135 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
提供一种在IGBT元件区与二极管元件区利用具有共同杂质浓度的体区的反向导通半导体元件中,能够调节二极管元件区的空穴或者电子的注入效率的技术。当在利用NPNP型的IGBT的反向导通半导体元件(20)中流有回流电流(110)时,向二极管元件区(24)的第2沟槽栅电极(46)施加高于发射极(32)的电压的第2电压。在第2沟槽栅电极(46)的周围形成有n型的反转层(56),从而电子(58)流过作为相同的n型杂质区的第1体接触区(35)和漂移区(38)。回流电流(110)中的电子(58)的注入效率增加,而空穴(54)的注入效率降低。由此,能够防止反向恢复电流增大,并能够减少在二极管元件区(24)中所产生的开关损耗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请要求2008年2月14日申请的日本专利申请第2008-33003号的优先权。在 本说明书中以参照的方式引用该申请的全部内容。本专利技术涉及一种反向导通半导体元件的驱动方法。本专利技术还涉及一种具有反向导 通半导体元件以及用于控制该反向导通半导体元件的电路的半导体装置。而且,本专利技术还 涉及一种对由多个反向导通半导体元件组合而构成的供电装置进行驱动的方法。
技术介绍
已知一种反向导通半导体元件,该反向导通半导体元件具有,IGBT元件区与二极 管元件区并存于同一半导体基板内的结构。图1例示了具有NPNP型的IGBT元件区与二极 管元件区的反向导通半导体元件20的边界部分。下文中,虽然使用具有NPNP型的IGBT元 件区的反向导通半导体元件20进行说明,但是对具有将导电型置为反向的PNPN型的IGBT 元件区的反向导通半导体元件也是相同的。在反向导通半导体元件20的IGBT元件区22中,层叠有ρ型的体区36、η_型的漂 移区38以及ρ型的集电区44。在体区36的表面上形成有η+型的发射区30。在形成有发 射区30的范围内,形成有贯穿体区36并延伸的第1沟槽栅电极26,其中,所述体区36将发 射区30和漂移区38隔开。而且,在二极管元件区24中,层叠有ρ型的体区36、η_型的漂移区38、以及η型 的漂移接触区40。二极管元件区24的体区36和漂移区38以与IGBT元件区22的体区36 和漂移区38相同的区域构成。在体区36的表面上形成有η+型的第1体接触区35以及ρ+ 型的第2体接触区34。在形成有第1体接触区35的范围内,形成有贯穿体区36并延伸的 第2沟槽栅电极46,其中,所述体区36将第1体接触区35和漂移区38隔开。在反向导通半导体元件20中,当向集电区44施加高于发射区30的正电压的状态 下,向第1沟槽栅电极26施加正电压时,电流将从集电区44流向发射区30。另一方面,当 向第2体接触区34施加高于漂移接触区40的正电压时,电流将从第2体接触区34流向漂 移接触区40。当采用反向导通半导体元件,例如构成反转电路时,则无需分别采用作为IGBT发 挥功能的半导体元件和作为二极管发挥功能的半导体元件。在上文中,对NPNP型的IGBT元件区的情况进行了说明。此时,第2体接触区34与 体区36作为阳极,漂移区38与漂移接触区40作为阴极。在使用PNPN型的IGBT元件时, 第2体接触区34与体区36作为阴极,漂移区38与漂移接触区40作为阳极。在日本特开2000-245137号公报和日本特开2003-60208号公报中,公开了 IGBT 元件区与二极管元件区并存于同一半导体基板内的反向导通半导体元件。
技术实现思路
在IGBT元件区与二极管元件区并存的情况下,将二极管元件区的体区与IGBT元 件区的体区在同一工序中以同一条件进行制造是有利的,其中,所述二极管元件区的体区 在IGBT为NPNP型时作为阳极,而在IGBT为PNPN型时作为阴极。此时,将体区的杂质浓度调节成可实现IGBT元件区所需的特性时的杂质浓度的 情况较多。即,很多情况下,无法将二极管元件区的体区的杂质浓度调节成,可实现二极管 元件区最佳特性的杂质浓度。因此,很多情况下,无法调节在二极管元件区中流动的电子与 空穴的注入效率。当空穴的注入效率(空穴电流/(空穴电流+电子电流))过高时,二极 管的开关损耗将增加。因此,如果能够自由地调节二极管元件区的体区中的杂质浓度,则能 够调节成可降低二极管的开关损耗的空穴的注入效率。但是,当该浓度根据IGBT元件区的 情况所决定时,则无法调节成获得二极管元件区的特性所需要的浓度。例如图1中的反向导通半导体元件20的情况,有时为了实现IGBT元件区22所需 特性而需要的体区36的ρ型杂质浓度高于,为了降低二极管元件区24的开关损耗而需要 的体区36的ρ型杂质浓度。在该情况下,当在二极管元件区24中流有回流电流时,大量的 空穴从P型杂质浓度较高的体区36流入漂移区38中。也就是说,空穴的注入效率增高了。 其结果为,当回流电流结束在二极管元件区24中流动时,将在漂移区38中积累大量的空 穴。被积累在漂移区38中的空穴在回流电流结束流动之后,从漂移区38返回至体区36而 产生反向恢复电流。体区36的ρ型杂质浓度越大,则空穴的注入效率越高,从而反向恢复 电流越大。当较大的反向恢复电流流动时,在二极管元件区24中产生的开关损耗将增加。 而且,反向恢复电流的变化速度也将增大,从而产生较大的浪涌电压。当浪涌电压过大时, 有可能损坏反向导通半导体元件20。即使是IGBT元件区22和二极管元件区24利用具有 共同的杂质浓度的体区36的反向导通半导体元件,也需要能够对在二极管元件区中流动 的空穴的注入效率进行调节的技术。本专利技术用于解决上述的课题。即,本专利技术的目的在于,提供一种在IGBT元件区与 二极管元件区利用具有共同的杂质浓度的体区的反向导通半导体元件中,能够对二极管元 件区中的空穴或电子的注入效率进行调节的驱动方法。并且,本专利技术的目的在于,提供一种 具有以此种方式对反向导通半导体元件进行控制的电路的半导体装置。本专利技术涉及一种对IGBT元件区与二极管元件区并存于同一半导体基板内的反向 导通半导体元件进行驱动的方法。特别是,涉及一种对IGBT元件区与二极管元件区利用具 有共同的杂质浓度的体区的反向导通半导体元件进行驱动的方法。在反向导通半导体元件的IGBT元件区中,层叠有第2导电型的体区、第1导电型 的漂移区和第2导电型的集电区。在体区的表面上形成有第1导电型的发射区。在形成有 发射区的范围内,形成有贯穿体区并延伸的沟槽栅电极,其中,所述体区将发射区与漂移区 隔开。在反向导通半导体元件的二极管元件区中,层叠有第2导电型的体区、第1导电型 的漂移区和第1导电型的漂移接触区。在体区的表面一侧上形成有第1导电型的第1体接 触区和第2导电型的第2体接触区。在形成有第1体接触区的范围内,形成有贯穿体区并延 伸的第2沟槽栅电极,其中,所述体区将第1体接触区与漂移区隔开。在二极管元件区中, 体区作为阳极区或者阴极区而发挥功能,而漂移区作为与其相反的区域而发挥功能。在体区为阳极区时,则漂移区为阴极区,在体区为阴极区时,则漂移区为阳极区。IGBT元件区的体区与二极管元件区的体区,具有相同的杂质浓度。同样,IGBT元 件区的漂移区与二极管元件区的漂移区也具有相同的杂质浓度。在本专利技术的半导体元件的驱动方法中,在将IGBT元件区控制为导通状态的期间, 至少向第1沟槽栅电极施加第1电压。此时,可以向第2沟槽栅电极施加电压,也可以不施 加电压。而且,也不限定所施加的电压的极性。另外,在本专利技术的半导体元件的驱动方法中,在二极管元件区中流有回流电流的 期间,至少向第2沟槽栅电极施加第2电压。此时,可以向第1沟槽栅电极施加电压,也可 以不施加电压。而且,也不限定所施加的电压的极性。在本专利技术的半导体元件的驱动方法中,当第1电压高于体区的电压时,第2电压也 高于体区的电压,而当第1电压低于体区的电压时,第2电压也低于体区的电压。在本专利技术的半导体元件的驱动方法中,在将IGBT元件区控制为导通状态的期间, 向第1沟槽栅电极施加第1电压。为了将IGBT元件区置为导通状本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种反向导通半导体元件的驱动方法,该反向导通半导体元件中,IGBT元件区与二极管元件区并存于同一半导体基板上,其中,在所述IGBT元件区中层叠有第2导电型的体区、第1导电型的漂移区和第2导电型的集电区,并在所述体区的表面上形成有第1导电型的发射区,且形成有贯穿所述体区并延伸的第1沟槽栅电极,其中,所述体区将所述发射区与所述漂移区隔开,在所述二极管元件区中层叠有第2导电型的体区、第1导电型的漂移区和第1导电型的漂移接触区,并在所述体区的表面上形成有第1导电型的第1体接触区和第2导电型的第2体接触区,且形成有贯穿所述体区并延伸的第2沟槽栅电极,其中,所述体区将所述第1体接触区与所述漂移区隔开,所述驱动方法的特征在于,具有:在将所述IGBT元件区控制为导通状态的期间,至少向所述第1沟槽栅电极施加第1电压的工序;在所述二极管元件区中流有回流电流的期间,至少向所述第2沟槽栅电极施加第2电压的工序,当所述第1电压高于所述体区的电压时,所述第2电压也高于所述体区的电压,而当所述第1电压低于所述体区的电压时,所述第2电压也低于所述体区的电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:添野明高斋藤顺
申请(专利权)人:丰田自动车株式会社
类型:发明
编号:200980104979
国别省市:JP[日本]

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