二极管及半导体装置制造方法及图纸

二极管具有：第一导电型的势垒区(76a)，形成于漂移区(74a)与第二杂质区(77a)之间，杂质浓度比漂移区高；及第二导电型的电场扩展防止区(75a)，形成于势垒区与漂移区之间。另外，二极管具有沟槽栅极，该沟槽栅极从半导体基板的第二主面贯穿第二杂质区以及势垒区而形成至电场扩展防止区，且具有用于施加栅极电压的沟槽电极。并且，作为栅极电压，向栅电极施加与第二电极的电位差的绝对值被设为寄生晶体管的阈值电压以上的寄生栅极电压，所述寄生晶体管由第二杂质区、势垒区和电场扩展防止区形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二极管及半导体装置关联申请的相互参照本申请基于在2016年2月3日提出的日本申请编号2016－19253号，在这里援引其记载内容。
本专利技术涉及具有沟槽构造的二极管及半导体装置。
技术介绍
在专利文献1中，公开了一种在阳极电极和阴极电极之外具备沟槽电极的二极管。在所公开的二极管中，作为杂质区，在p导电型的阳极区与n导电型的漂移区之间具备n导电型的势垒区。并且，具备电连接到与阳极区相接而形成的阳极电极、并且贯通阳极区而到达势垒区的柱区。由于具备势垒区或者柱区，从而在专利文献1所记载的二极管中，能够抑制空穴从阳极区注入到漂移区，实现恢复特性的改善以及动作的高速化。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2013－48230号公报
技术实现思路
然而，作为针对改善恢复特性的折衷选择，与以往的二极管相比，存在正向电压VF变大的趋势，存在二极管进行动作时的损失变大的顾虑。本专利技术的目的在于，提供恢复特性提高和正向电压降低这两者兼顾的二极管以及半导体装置。根据本专利技术的一个方式，二极管具有：第一电极，形成于半导体基板的第一主面；第一导电型的第一杂质区，是第一主面的表层，且层叠于第一电极上；第一导电型的漂移区，层叠于第一杂质区上，杂质浓度比第一杂质区低；第二导电型的第二杂质区，层叠于漂移区上；及第二电极，形成于第二杂质区上，且形成于半导体基板的与第一主面相反的第二主面。二极管还具有：第一导电型的势垒区，形成于漂移区与第二杂质区之间，杂质浓度比漂移区高；第二导电型的电场扩展防止区，形成于势垒区与漂移区之间；及沟槽栅极，从第二主面贯穿第二杂质区以及势垒区而形成至电场扩展防止区，具有用于施加栅极电压的栅电极。并且，作为栅极电压，对栅电极施加与第二电极的电位差的绝对值被设为寄生晶体管的阈值电压以上的寄生栅极电压，所述寄生晶体管由第二杂质区、势垒区和电场扩展防止区形成。据此，寄生栅极电压为由第二杂质区、势垒区和电场扩展防止区形成的寄生晶体管的阈值电压以上，所以，能够缓和形成于势垒层的障壁的高度。即，在向栅电极施加寄生栅极电压时，在构成寄生晶体管的势垒层中形成沟道。因此，能够使电荷从第二杂质区向漂移区的注入量增加，能够降低正向电压VF。即，如果施加寄生栅极电压作为栅极电压，则对于损失方面是有利的，所以，能够通过是否施加寄生栅极电压来兼顾恢复特性提高和正向电压降低这两者。根据本专利技术的其他方式，半导体装置具备：二极管与开关元件并联地形成于同一半导体基板的反向导通开关元件、向反向导通开关元件施加栅极电压的驱动部及判定以正向导通模式和反向导通模式中的哪一种模式进行驱动的模式判定部，所述正向导通模式中电流主要流过开关元件，所述反向导通模式中电流主要流过二极管。二极管具有：第一电极，形成于半导体基板的第一主面；第一导电型的第一杂质区，是第一主面的表层，且层叠于第一电极上；第一导电型的第一漂移区，层叠于第一杂质区上，杂质浓度比第一杂质区低；第二导电型的第二杂质区，层叠于第一漂移区上；第二电极，形成于第二杂质区上，且形成于半导体基板的与第一主面相反的第二主面；第一导电型的第一势垒区，形成于第一漂移区与第二杂质区之间，杂质浓度比第一漂移区高；及第二导电型的第一电场扩展防止区，形成于第一势垒区与第一漂移区之间。开关元件具有：第二漂移区，与第一漂移区连续地形成；体区，与第二杂质区连续地形成；第一导电型的第三杂质区，形成于半导体基板的第二主面的表层，且被体区包围；及第二势垒区，与第一势垒区连续地形成。二极管以及开关元件具有沟槽栅极，该沟槽栅极从第二主面贯穿第二杂质区以及第一势垒区而形成至第一漂移区，并具有用于施加栅极电压的沟槽电极，驱动部在反向导通模式下，施加与第二电极的电位差的绝对值被设为寄生晶体管的阈值电压以上的寄生栅极电压作为栅极电压，所述寄生晶体管由第二杂质区、势垒区和电场扩展防止区形成。据此，在电流主要流过开关元件的正向导通模式下，能够实现与由正向电压VF的上升导致的损失增大相比而使恢复特性的改善优先的动作，并且，在电流主要流过二极管的反向导通模式下，能够抑制正向电压VF的增加。即，如果施加寄生栅极电压作为栅极电压，则对于损失反面是有利的，所以，能够通过是否施加寄生栅极电压来兼顾恢复特性的提高和正向电压的降低这两者。附图说明关于本专利技术的上述目的以及其他目的、特征、优点，通过参照附图进行以下的详细叙述而变得更明确。图1是示出第一实施方式的半导体装置的概略结构的电路图。图2是示出反向导通开关元件的详细构造的剖视图。图3是示出驱动部的动作的时间图。图4是示出变形例1的半导体装置的概略结构的电路图。图5是示出驱动部的动作的时间图。图6是示出变形例2的驱动部的动作的时间图。图7是示出变形例3的反向导通开关元件的构造的电路图。图8是示出正向电压VF－恢复损失Err的特性的图。图9是示出变形例4的反向导通开关元件及其外围电路的构造的电路图。图10是示出第二实施方式的半导体装置的概略结构的电路图。图11是示出驱动部的动作的时间图。图12是示出半导体装置的动作的流程图。图13是示出流过与升压转换器的输出端子连接的负载的电抗器电流的变动的图。图14是示出变形例5的半导体装置的动作的流程图。图15是示出变形例6的半导体装置的动作的流程图。图16是示出第三实施方式的反向导通开关元件的详细构造的剖视图。具体实施方式下面，基于附图来说明本专利技术的实施方式。此外，在以下的各图相互之间，对相互相同或者等同的部分赋予相同的符号。(第一实施方式)最先，参照图1，说明本实施方式的二极管以及包括二极管的半导体装置的概略结构。在本实施方式中，说明将二极管以及包括二极管的半导体装置应用于逆变器的方式。如图1所示，逆变器100具备2个反向导通绝缘栅双极型晶体管10、20、用于向各反向导通绝缘栅双极型晶体管10、20的栅电极施加栅极电压的驱动部30、40以及判定各反向导通绝缘栅双极型晶体管10、20的驱动状态的模式判定部50。如图1所示，逆变器100是将2个反向导通绝缘栅双极型晶体管10、20串联连接于电源电压VCC与大地GND之间而构成的。将负载200连接到2个反向导通绝缘栅双极型晶体管10、20的连接点。在以下的记载中，在2个反向导通绝缘栅双极型晶体管10、20中，将相对于负载200处于电源电压VCC侧的晶体管称为第一元件10，将处于地GND侧的晶体管称为第二元件20。即，第一元件10构成逆变器100中的上支路，第二元件20构成下支路。第一元件10以及第二元件20相当于反向导通开关元件。作为反向导通绝缘栅双极型晶体管的第一元件10具有相当于开关元件的IGBT部11以及二极管部12。二极管部12是所谓的续流二极管，以从IGBT部11中的发射极向集电极的方向为正向的方式而与IGBT部11并联连接。第二元件20与第一元件10等价，具有IGBT部21和二极管部22。二极管部22以从IGBT部21中的发射极向集电极的方向为正向的方式而与IGBT部21并联连接。关于第一元件10以及第二元件20的详细的元件构造，与图2一起在后面进行详细叙述。驱动部具有对向第一元件10的栅极电压施加进行控制的第一驱动部30以及对向第二元件20的栅极电压施加进行控制的第二驱动部40。第一驱动部30以及第二驱动部40本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二极管，具有：第一电极(71)，形成于半导体基板(70)的第一主面(70a)；第一导电型的第一杂质区(72a)，是所述第一主面的表层，且层叠于所述第一电极上；第一导电型的漂移区(74a)，层叠于所述第一杂质区上，杂质浓度比所述第一杂质区低；第二导电型的第二杂质区(77a)，层叠于所述漂移区上；及第二电极(79)，形成于所述第二杂质区上，且形成于所述半导体基板的与第一主面相反的第二主面，所述二极管具有：第一导电型的势垒区(76a)，形成于所述漂移区与所述第二杂质区之间，杂质浓度比所述漂移区高；第二导电型的电场扩展防止区(75a)，形成于所述势垒区与所述漂移区之间；及沟槽栅极(80)，从所述第二主面贯穿所述第二杂质区以及所述势垒区而形成至所述电场扩展防止区，具有用于施加栅极电压的栅电极(82)，作为所述栅极电压，向所述栅电极施加与所述第二电极的电位差的绝对值被设为寄生晶体管的阈值电压以上的寄生栅极电压，所述寄生晶体管由所述第二杂质区、所述势垒区和所述电场扩展防止区形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.03 JP 2016-0192531.一种二极管，具有：第一电极(71)，形成于半导体基板(70)的第一主面(70a)；第一导电型的第一杂质区(72a)，是所述第一主面的表层，且层叠于所述第一电极上；第一导电型的漂移区(74a)，层叠于所述第一杂质区上，杂质浓度比所述第一杂质区低；第二导电型的第二杂质区(77a)，层叠于所述漂移区上；及第二电极(79)，形成于所述第二杂质区上，且形成于所述半导体基板的与第一主面相反的第二主面，所述二极管具有：第一导电型的势垒区(76a)，形成于所述漂移区与所述第二杂质区之间，杂质浓度比所述漂移区高；第二导电型的电场扩展防止区(75a)，形成于所述势垒区与所述漂移区之间；及沟槽栅极(80)，从所述第二主面贯穿所述第二杂质区以及所述势垒区而形成至所述电场扩展防止区，具有用于施加栅极电压的栅电极(82)，作为所述栅极电压，向所述栅电极施加与所述第二电极的电位差的绝对值被设为寄生晶体管的阈值电压以上的寄生栅极电压，所述寄生晶体管由所述第二杂质区、所述势垒区和所述电场扩展防止区形成。2.根据权利要求1所述的二极管，其中，所述二极管具有以将所述第二电极与所述势垒区连接的方式贯穿所述第二杂质区而形成的第一导电型的柱区(83)。3.一种半导体装置，具备：二极管(12)与开关元件(11)并联地形成于同一半导体基板的反向导通开关元件(10、20)；向所述反向导通开关元件施加栅极电压的驱动部(30、40)；及判定以正向导通模式和反向导通模式中的哪一种模式进行驱动的模式判定部(50)，所述正向导通模式中电流主要流过所述开关元件，所述反向导通模式中电流主要流过所述二极管，所述二极管具有：第一电极(71)，形成于半导体基板(70)的第一主面(70a)；第一导电型的第一杂质区(72a)，是所述第一主面的表层，且层叠于所述第一电极上；第一导电型的第一漂移区(74a)，层叠于所述第一杂质区上，杂质浓度比所述第一杂质区低；第二导电型的第二杂质区(77a)，层叠于所述第一漂移区上；第二电极(79)，形成于所述第二杂质区上，且形成于所述半导体基板的与第一主面相反的第二主面；第一导电型的第一势垒区(76a)，形成于所述第一漂移区与所述第二杂质区之间，杂质浓度比所述第一漂移区高；及第二导电型的第一电场扩展防止区(75a)，形成于所述第一势垒区与所述第一漂移区之间，所述开关元件具有：第一导电型的第二漂移区(74b)；第二导电型的体区(77b)，形成于所述第二主面的表层；及第一导电型的第三杂质区(78)，形成于所述半导体基板的第二主面的表层且被所述体区包围，所述二极管以及所述开关元件具有：沟槽栅极(80)，从所述第二主面贯穿所述第二杂质区以及所述第一势垒区而形成至所述第一漂移区，并具有用于施加所述栅极电压的沟槽电极(82)，所述驱动部在所述反向导通模式下施加与所述第二电极的电位差的绝对值被设为寄生晶体管的阈值电压以上的寄生栅极电压作为所述栅极电压，所述寄生晶体管由所述第二杂质区、所述第一势垒区和所述第一电场扩展防止区形成。4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，所述半导体装置具有以将所述第二电极与所述第一势垒区连接的方式贯穿所述第二杂质区而形成的第一导电型的柱区(83)。5.根据权利要求3或4所述的半导体装置，其中，所述驱动部在所述反向导通模式下向所述沟槽栅极施加至少具有高电平和低电平这两个值并且被进行了PWM控制的所述栅极电压，所述低电平是所述寄生栅极电压。6.根据权利要求3～5中任一项所述的半导体装置，其中，所述半导体装置还具备二极管电流检测部(13)，该二极管电流检测部(13)检测在所述反向导通模式时流过所述第二电极与所述第一电极之间的二极管电流的电流值，所述驱动部以由所述二极管电流检测部检测出的所述二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：杮本规行，妹尾贤，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP