半导体装置具有并列连接的绝缘栅构造的半导体开关元件和续流二极管。半导体开关元件包括：漂移层；基区；基区表层部的元件侧第1杂质区域；元件侧栅极电极，配置于夹在上述第1杂质区域与上述漂移层之间的上述基区中；第2杂质区域，与上述漂移层接触；元件侧第1电极，与元件侧第1杂质区域及上述基区电连接；元件侧第2电极，与上述第2杂质区域电连接。续流二极管包括：第1导电型层；第2导电型层；二极管侧第1电极，与上述第2导电型层连接；二极管侧第2电极，与上述第1导电型层连接；二极管侧第1杂质区域，配置在上述第2导电型层的表层部；二极管侧栅极电极，具有提供过剩载流子注入抑制栅极的第1栅极电极。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及具有并联连接的绝缘栅构造的半导体开关元件(switching element) 和续流二极管的半导体装置及其控制方法。
技术介绍
以往，为了在逆变器(inverter)中使用的MOSFET的构造的简单化，提出了将纵型 MOSFET与FWD —芯片化的构造(例如参照专利文献1)。在这样将纵型MOSFET与FWD —芯片化的半导体装置中，通过由在纵型MOSFET中具备的体层(body layer)和漂移层(drift layer)构成的PN结构成FWD。专利文献1 日本特开2004-22716号公报但是，在上述以往的结构中，虽然由于在逆变器动作时即使不需要外带的FWD也能够实现二极管动作而具有需要部件数较少、能够小型化、低成本化的优点，但是由于在二极管动作时过剩载流子被排出并作为反向恢复电荷Qrr流出，所以有恢复(recovery)损失变大的问题。为了解决该问题，本专利技术者们之前提出了使用MOSFET的驱动用的栅极、在二极管的动作时施加比MOSFET的阈值稍低的正的电压从而形成弱反型层、促进注入的过剩载流子的复合、形成耗尽层而缩小作为二极管使用的面积、来进行过剩载流子的注入抑制的方法(参照日本特愿2010-6M9)。该方法能够得到不使二极管动作时的损失增大而抑制过剩载流子的注入、减少反向恢复电荷Qrr的效果。但是，由于通过同一个栅极担负MOSFET动作和过剩载流子注入抑制动作，所以在过剩载流子注入抑制时，当干扰(noise)进入到栅极中而栅极电压变动的情况下，有可能容易地超过MOSFET的阈值。在此情况下，尽管不期望但会发生MOSFET导通的自开启(self turn on)。另外，这里作为绝缘栅构造的半导体开关元件而以纵型的MOSFET为例进行了说明，但沟槽栅(trench gate)型、平面(planar)型及凹(concave)型的任一种都关于纵型 MOSFET也存在上述问题，对于横型的MOSFET也有同样的问题。此外，关于纵型及横型的 IGBT也有同样的问题。进而，只要是将绝缘栅构造的半导体开关元件与FWD并联连接而得的构造的半导体装置，则这样的问题并不限于将绝缘栅构造的半导体开关元件与FWD —芯片化的结构，对于形成于不同芯片的半导体装置也发生。即，在将半导体开关元件和FWD用不同芯片构成的情况下，也能够进行上述过剩载流子注入抑制，但即使采用该方法，虽然能够进行恢复对策但也会产生自开启的问题。进而，以往作为在用来驱动马达等的电感应负载的逆变器中使用的半导体开关元件，采用了将IGBT与续流二极管(以下称作FWD)形成于不同的芯片、将它们并联连接的构造的系统。并且，以该系统的进一步的小型化为目的，将IGBT替换为纵型M0SFET，使内置在纵型MOSFET中的体二极管(body diode)作为FWD发挥功能。但是，在这样将纵型MOSFET和FWD —芯片化的构造的情况下，为了降低FWD的恢复损失而控制少数载流子寿命等、有意使注入效率变低，但相反地，回流动作时的导通(on) 电压变高，回流损失增大，所以有难以同时实现恢复损失的降低和回流损失的降低的问题。因此，在专利文献2中，公开了以下技术对于形成半导体开关元件的芯片，在注入效率较低的二极管区域形成深度较深的沟槽栅，在回流动作时通过对沟槽栅施加负偏置 (bias)而在接近区域形成累积层，从而提高注入效率，使开启电压降低。专利文献2 日本特开2009-170670号公报但是，如上述专利文献2所示那样，在二极管区域形成深度较深的沟槽栅的构造中，必须形成深度与用来构成半导体开关元件的沟槽栅不同的二极管区域用的沟槽栅。因此，需要用来形成深度不同的沟槽栅的工序，导致制造工序的增加及制造成本的增大。
技术实现思路
本专利技术是鉴于这样的问题而做出的，目的是提供一种具有并联连接的绝缘栅构造的半导体开关元件和续流二极管的半导体装置。本专利技术的目的是提供一种对具有并联连接的绝缘栅构造的半导体开关元件和续流二极管的半导体装置进行控制的方法。半导体装置具有实现恢复损失的降低、并且不易发生干扰带来的自开启的构造。按照本公开的第一技术方案，半导体装置具有绝缘栅构造的半导体开关元件和续流二极管。半导体开关元件由以下部分构成第1导电型的漂移层；第2导电型的基区，配置在上述第1导电型的漂移层上；第1导电型的元件侧第1杂质区域，配置在上述基区的表层部，隔着该基区与上述漂移层分离地配置，且比上述漂移层杂质浓度高；元件侧栅极电极，隔着栅极绝缘膜配置于夹在上述第1杂质区域与上述漂移层之间的上述基区；第1导电型或第2导电型的第2杂质区域，与上述漂移层接触，比该漂移层杂质浓度高，配置为与上述基区分离；元件侧第1电极，与上述元件侧第1杂质区域及上述基区电连接；以及元件侧第2电极，与上述第2杂质区域电连接。半导体开关元件，在上述基区中的、位于隔着上述栅极绝缘膜而与上述栅极电极相反侧的部分中形成反型的沟道。半导体开关元件，通过该沟道在上述元件侧第1电极与上述元件侧第2电极之间流过电流。续流二极管由以下部分构成第1导电型层；第2导电型层，配置在上述第1导电型层上；二极管侧第1电极，连接在上述第2导电型层侧；以及二极管侧第2电极，连接在上述第1导电型层侧。续流二极管提供由上述第1导电型层和上述第2导电型层形成的PN结。续流二极管，在上述二极管侧第1电极与上述二极管侧第2电极之间流过电流。上述半导体开关元件与上述续流二极管并联连接。上述续流二极管还具有第1导电型的二极管侧第1杂质区域，配置在上述第2 导电型层的表层部，比上述第1导电型层杂质浓度高；以及二极管侧栅极电极，隔着栅极绝缘膜配置于夹在该第1杂质区域与上述第1导电型层之间的上述第2导电型层。上述二极管侧栅极电极具有第1栅极电极。第1栅极电极提供过剩载流子注入抑制栅极。当对该二极管侧栅极电极施加栅极电压时，第1栅极电极在上述第2导电型层的一部分中形成沟道。 上述第2导电型层的一部分配置在上述二极管侧第1杂质区域与从上述二极管侧第1杂质区域朝向上述第1导电型层的中途的规定位置之间。上述半导体装置具备第1栅极电极，当施加栅极电压时，通过在第2导电型层中的、从第1杂质区域侧到朝向位于隔着第2导电型层而与第1杂质区域相反侧的第1导电型层的中途位置而形成沟道，能够做成过剩载流子注入抑制栅极。由此，当从使FWD进行二极管动作的定时向使半导体开关元件导通的定时切换时，能够抑制注入过剩载流子而减少存在于第2导电型层内的过剩载流子，能够降低恢复损失。此外，由于通过仅对第1栅极电极施加栅极电压来形成反转层、并对第2栅极电极不施加任何电压，从而能够实现恢复损失的降低，所以即使对第2栅极电极施加由干扰带来的栅极电压，也不易超过使半导体开关元件导通的阈值。因而，能够做成不易发生由干扰带来的自开启的构造的半导体装置。按照本公开的第二技术方案，在上述第一技术方案所述的半导体装置的控制方法中，从使上述续流二极管进行二极管动作的状态向使上述半导体开关元件导通的状态切换；在上述切换时，在使上述半导体开关元件导通之前，对上述第1栅极电极施加栅极电压，在上述第2导电型层中的隔着上述栅极绝缘膜而与上述第1栅极电极对置的部分形成反转层。上述半导体装置的控制方法，在从使FWD进行二极本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种半导体装置，其特征在于，具有绝缘栅构造的半导体开关元件和续流二极管；半导体开关元件由以下部分构成：第１导电型的漂移层（２、５０）；第２导电型的基区（３、５１），配置在上述第１导电型的漂移层（２、５０）上；第１导电型的元件侧第１杂质区、５１、６１）的一部分配置在，上述二极管侧第１杂质区域（４、５２、６４）与从上述二极管侧第１杂质区域（４、５２、６４）朝向上述第１导电型层（２、５０、６０）的中途的规定位置之间。６ａ、５６ｃ、６７）提供过剩载流子注入抑制栅极；当对该二极管侧栅极电极（８、５６、６７）施加栅极电压时，第１栅极电极（８ａ、８ｃ、８ｅ、８ｇ、５６ａ、５６ｃ、６７）在上述第２导电型层（３、５１、６１）的一部分中形成沟道；上述第２导电型层（３（４、５２、６４）与上述第１导电型层（２、５０、６０）之间的上述第２导电型层（３、５１、６１）；上述二极管侧栅极电极（８、５６、６７）具有第１栅极电极（８ａ、８ｃ、８ｅ、８ｇ、５６ａ、５６ｃ、６７）；第１栅极电极（８ａ、８ｃ、８ｅ、８ｇ、５电型的二极管侧第１杂质区域（４、５２、６４），配置在上述第２导电型层（３、５１、６１）的表层部，比上述第１导电型层（２、５０、６０）杂质浓度高；以及二极管侧栅极电极（８、５６、６７），隔着栅极绝缘膜（７、５５、６６）配置于夹在该第１杂质区域０、６０）和上述第２导电型层（３、５１、６１）形成的ＰＮ结；续流二极管，在上述二极管侧第１电极（９、５８、６２）与上述二极管侧第２电极（１０、５９、６３）之间流过电流；上述半导体开关元件与上述续流二极管并联连接；上述续流二极管还具有：第１导第１导电型层（２、５０、６０）上；二极管侧第１电极（９、５８、６２），连接在上述第２导电型层（３、５１、６１）侧；以及二极管侧第２电极（１０、５９、６３），连接在上述第１导电型层（２、５０、６０）侧；续流二极管提供由上述第１导电型层（２、５相反一侧的部分中形成反型的沟道；半导体开关元件，通过该沟道而在上述元件侧第１电极（９、５８）与上述元件侧第２电极（１０、５９）之间流过电流；续流二极管由以下部分构成：第１导电型层（２、５０、６０）；第２导电型层（３、５１、６１），配置在上述侧第１杂质区域（４、５２）及上述基区（３、５１）电连接；以及元件侧第２电极（１０、５９），与上述第２杂质区域（１、５７）电连接；半导体开关元件，在上述基区（３、５１）中的、位于隔着上述栅极绝缘膜（７、５５）而与上述元件侧栅极电极（８、５６））与上述漂移层（２、５０）之间的上述基区（３、５１）；第１导电型或第２导电型的第２杂质区域（１、５７），与上述漂移层（２、５０）接触，比该漂移层（２、５０）杂质浓度高，与上述基区（３、５１）分离地配置；元件侧第１电极（９、５８），与上述元件域（４、５２），配置在上述基区（３、５１）的表层部，隔着该基区（３、５１）而与上述漂移层（２、５０）分离地配置，且比上述漂移层（２、５０）杂质浓度高；元件侧栅极电极（８、５６），隔着栅极绝缘膜（７、５５）配置于夹在上述第１杂质区域（４、５２...
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：西角拓高，山本刚，水野祥司，住友正清，藤井哲夫，榊原纯，山口仁，服部佳晋，田口理惠，桑原诚，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：JP
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