一种半导体装置，包括：具有第一半导体层（１１）和形成于第一表面（１１ａ）上的第二半导体层（１２）的半导体衬底（１０）；具有第一电极（２０）和第二电极（２１）的二极管（３０）；控制焊盘（４２）；与所述控制焊盘（４２）电耦合的控制电极（４１）；以及绝缘构件（４４，４６）。在所述第一半导体层（１１）的第二表面（１１ｂ）上形成所述第一电极（２０）。在第一表面（１１ａ）上形成第二电极（２１）。电流在第一电极（２０）和第二电极（２１）之间流动。控制焊盘（４２）布置于第一表面（１１ａ）上，使得所述焊盘（４２）输入控制信号，用于控制注入所述第一半导体层中的载流子的量。所述绝缘构件（４４，４６）在所述控制电极（４１）和所述第二电极（２１）之间以及在所述控制电极（４１）和所述半导体衬底（１０）之间绝缘。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有二极管的半导体装置。具体而言，本专利技术涉及一种绝缘栅型半导体装置，例如具有沟槽栅极结构的绝缘栅型晶体管(例如IGBT)。
技术介绍
常规地，例如，如JP-A-2003-318412中所述，公开了一种具有二极管的半导体装置，二极管用于使电流在阳极层和阴极层之间流动。按照下述顺序堆叠阳极层、杂质浓度低于阳极层的漂移层以及杂质浓度高于漂移层的阴极层。在这里，对二极管要求的一般性能之一是功率损耗低。二极管的功率损耗表现为固定损耗和开关损耗之和。在正向电流流动时产生固定损耗，在反向电流流动时产生开关损耗。固定损耗的特征在于在少数载流子注入漂移层的量变大时固定损耗减少。开关损耗的特征在于在少数载流子注入漂移层的量变小时开关损耗减少。因此，固定损耗和开关损耗之间的关系是此消彼长的关系。另一方面，在常规技术中，通过控制阳极层和漂移层的杂质浓度分布和/或通过对阳极层构图来调节少数载流子的注入量，从而调节固定损耗和开关损耗。不过，由于以上调节方法中的每种是在二极管(即半导体装置)的制造过程期间执行的，所以在制造半导体装置之后不能灵活地调节少数载流子的注入量和累积量。于是会发生问题，使得固定损耗和开关损耗失去控制。二极管的固定损耗和开关损耗根据半导体装置的使用环境变化。于是，需要根据使用环境控制它们。在这里，用于控制固定损耗和开关损耗的另一种方法是一种在漂移层上辐照电子束以便调节少数载流子寿命的方法。不过，这种调节方法也是在半导体装置的制造过程中执行的。于是，在制造半导体装置之后，不能灵活调节固定损耗和开关损耗。此外，诸如沟槽栅型IGBT等高击穿电压绝缘栅型半导体装置的损耗包括固定损耗和开关损耗。这些损耗特性取决于从集电极注入的少数载流子的量。图30示出了常规N沟道型IGBT的截面图。如这幅图所示，隔着场停止层(即FS 层)302a在P+型衬底301的表面上形成N-型漂移层302。衬底301提供集电极区，FS层 30 充当缓冲层。在N-型漂移层302的表面部分中形成沟槽栅极结构。具体而言，在N-型漂移层302的表面部分中形成P型基极区303。此外，形成沟槽304，穿透ρ型基极区303。 沟槽304将P型基极区303分成多个部分。在区域303各部分的一部分中形成N+型发射极区305，从而形成沟道P层303a。在区域303各部分的其他部分中不形成N+型发射极区 305，从而形成浮置层303b。此外，隔着栅极绝缘膜306在沟槽304中形成栅电极307。与沟道P层303a接触的栅电极307提供了用于施加栅极电压的栅电极307a。与沟道P层303a 不接触的栅电极307提供了用于伪电极的伪栅电极307b。在上述IGBT中，当在接通状态下来自作为集电极区的P+型衬底301的空穴的注入量大时，利用FS层30 累积了很多空穴。于是，大大促进了电导率的变化。于是，固定损耗减小。另一方面，在IGBT中，当在接通状态下空穴的累积量大时，断开情况下移除空穴的时间段变大。于是，断开损耗增加。因此，需要根据要使用的驱动频率控制和设计固定损耗和开关损耗之间的平衡， 使固定损耗和开关损耗的总损耗最小化。因此，常规地，在利用电子束辐照的寿命控制技术中，如图30所示，提出了 FS型 IGBT,将提供集电极区的P+型衬底301抛光致薄，在P+型衬底301和N-型漂移层302之间形成N+型FS层30加。例如，在JP-2003-101020中公开了这种技术。在寿命控制技术中，在装置上辐照电子束等，然后，在装置的制造过程中对装置退火，从而在漂移层中产生复合中心。于是，调节了少数载流子的寿命。因此，调节了少数载流子的输运效率，优化了损耗设计。在FS型IGBT中，在装置的制造过程中控制用于在后侧提供集电极区的P+型衬底301中浓度和N+型FS层302a中浓度之间的差异，从而调节空穴(即少数载流子)的注入量。于是，优化了损耗的设计。利用这些技术，根据装置的应用优化了少数载流子的注入或调节了输运效率。不过，以上技术是用于在装置制造过程中定制装置的。于是，这些技术缺少装置的一般通用性。此外，即使在装置的一种应用中，诸如温度的环境条件和诸如驱动频率的工作条件也是变化的。因此，技术不能与条件变化匹配。
技术实现思路
考虑到上述困难，本公开的目的是提供一种即使在制成半导体装置后也能够调节固定损耗和开关损耗的半导体装置。此外，考虑到上述困难，本公开的目的是提供一种能够在装置制造过程结束后优化固定损耗和开关损耗的半导体装置。根据本公开的第一方面，一种半导体装置包括半导体衬底，包括具有第一导电类型的第一半导体层，以及至少一个具有第二导电类型且形成于所述第一半导体层的第一表面的表面部分中的第二半导体层；包括第一电极和第二电极的二极管；控制焊盘；与所述控制焊盘电耦合的控制电极；以及绝缘构件。在第一半导体层的第二表面上形成第一电极。 在所述第一半导体层的第一表面上形成第二电极。电流在第一电极和第二电极之间流动。 控制焊盘布置于所述第一半导体层的第一表面上，所述焊盘输入控制信号，用于控制注入所述第一半导体层中的载流子的量。绝缘构件在控制电极和第二电极之间以及控制电极和半导体衬底之间绝缘。在以上装置中，即使在形成半导体装置之后，半导体装置也能够通过控制控制信号来灵活地调节固定损耗和开关损耗。根据本公开的第二方面，一种半导体装置包括具有第一导电类型的集电极层； 具有第二导电类型且布置于集电极层上的漂移层；具有第一导电类型且形成于单元区域中的漂移层上的基极区；沿着作为纵向的一个方向延伸并被形成为穿透基极区以到达漂移区的第一沟槽，从而将基极区分成多个部分；具有第二导电类型且形成于基极区的所分成的多个部分的至少一部分以接触基极区中第一沟槽侧壁的发射极区；形成于第一沟槽内表面上的栅极绝缘膜；形成于第一沟槽中的栅极绝缘膜上的栅电极；与发射极区电耦合的发射极电极，以及形成于集电极层后侧上的集电极电极；形成于集电极层与漂移层相反的后侧上的第二沟槽；形成于第二沟槽内表面上的栅极绝缘膜；以及形成于第二沟槽中的栅极绝缘膜上的控制栅电极。集电极层、漂移层、基极区、沟槽、发射极区、栅极绝缘膜、栅电极和集电极电极提供了绝缘栅型半导体装置。于是，在布置绝缘栅型半导体装置的单元区域中设置用于调节集电极层中载流子量的控制栅电极。因此，在完成装置的制造过程之后，半导体装置也能适当调节固定损耗和开关损耗。附图说明从参考附图给出的以下详细描述，本专利技术的以上和其他方面、特征和优点将变得更加显而易见。在附图中图1是示出了根据第一实施例的半导体装置的构造的截面图；图2是示出了根据第一实施例的变型的半导体装置的截面图；图3是示出了根据第一实施例的变型的半导体装置的截面图；图4是示出了根据第一实施例的变型的半导体装置的截面图；图5是示出了根据第一实施例的变型的半导体装置的截面图；图6是示出了根据第一实施例的变型的半导体装置的截面图；图7是示出了根据第二实施例的半导体装置的构造的截面图；图8是示出了根据第三实施例的半导体装置的构造的截面图；图9是示出了 IGBT的接通状态和断开状态的时序图；图10是示出了根据第三实施例的变型的半导体装置的截面图；图11是示出了根据第三实施例的变型的半导体装置的截面图；图12是示出了根据第本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种半导体装置，包括：半导体衬底（１０），包括具有第一导电类型的第一半导体层（１１）、以及至少一个具有第二导电类型且形成于所述第一半导体层（１１）的第一表面（１１ａ）的表面部分中的第二半导体层（１２）；包括第一电极（２０）和第二电极（２１）的二极管（３０）；控制焊盘（４２）；与所述控制焊盘（４２）电耦合的控制电极（４１）；以及绝缘构件（４４，４６），其中在所述第一半导体层（１１）的第二表面（１１ｂ）上形成所述第一电极（２０），其中在所述第一半导体层（１１）的所述第一表面（１１ａ）上形成所述第二电极（２１），其中电流在所述第一电极（２０）和所述第二电极（２１）之间流动，其中所述控制焊盘（４２）布置于所述第一半导体层（１１）的所述第一表面（１１ａ）上，且所述控制焊盘（４２）输入控制信号，用于控制注入所述第一半导体层（１１）中的载流子的注入量，并且其中所述绝缘构件（４４，４６）使得所述控制电极（４１）和所述第二电极（２１）之间绝缘并且使得所述控制电极（４１）和所述半导体衬底（１０）之间绝缘。
【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：小山雅纪，
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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