本发明专利技术提供一种半导体器件，其具备：第一导电型的第一半导体层(1)，第一导电型的第二半导体层(2)，第二导电型的第三半导体层(3)，第一导电型的第四半导体层(4)，栅极绝缘膜(6)，栅极电极(7)，层间绝缘膜(8)，第二导电型的第五半导体层(9)，第二导电型的第六半导体层10，绝缘性的电流狭窄体(11)，第一电极(12)，以及第二电极(13)。第六半导体层(10)具有比第五半导体层(9)的第二导电型杂质浓度高的浓度的第二导电型杂质。电流狭窄体(11)设置在第五半导体层内(9)，具有与第五半导体层(9)的表面平行的平面和设置在该平面内的间隙(11A)。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术的实施方式涉及用于电力设备的电力半导体器件。
技术介绍
对于逆变器等电力设备内的开关元件中使用的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)及 IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)等(以下，IGBT 等))的电力半导体器件，要求降低导通状态下的耗电和关断损失。关断损失是在关断时蓄积在基极层中的载流子排出时所消耗的电力。减少向基极层注入的载流子的量对于减少关断损失是较有效的。减少P+型集电极层的P型杂质浓度对于减少向基极层注入的载流子的量是较有效的。但是，P+型集电极层的P型杂质浓度的减少会使集电极层的电阻(或导通电压)增大，并使导通状态下的耗电增大。因此，导通状态下的耗电减少和关断损失的减少处于折中关系。希望向基极层注入的载流子为低注入型、且导通电阻(集电极层的电阻)较低的IGBT 等。
技术实现思路
本专利技术提供一种导通电阻较小、关断损失较少的电力半导体器件。本专利技术实施方式的半导体器件具备第一导电型的第一半导体层，第一导电型的第二半导体层，第二导电型的第三半导体层，第一导电型的第四半导体层，栅极绝缘膜，栅极电极，层间绝缘膜，第二导电型的第五半导体层，第二导电型的第六半导体层，绝缘性电流狭窄体，第一电极，第二电极。第二半导体层设在第一半导体层之上，并具有比第一半导体层的第一导电型杂质浓度低的浓度的第一导电型杂质。第三半导体层形成在第二半导体层的与第一半导体层相反侧的表面。第四半导体层形成在第三半导体层的与第一半导体层相反侧的表面，并具有比第二半导体层的第一导电型杂质浓度高的浓度的第一导电型杂质。栅极绝缘膜与第二半导体层、第三半导体层及第四半导体层相接地设置。栅极电极隔着栅极绝缘膜与第二半导体层、第三半导体层及第四半导体层对置地设置。层间绝缘膜设在栅极电极上，与栅极绝缘膜一起覆盖栅极电极。第五半导体层设在第一半导体层的与第二半导体层相反侧的表面上。第六半导体层设在第五半导体层的与第一半导体层相反侧的表面上，并具有比第五半导体层的第二导电型杂质浓度高的浓度的第二导电型杂质。电流狭窄体设在第五半导体层内，具有与第五半导体层的表面平行的平面和设在该平面内的间隙。第一电极与第六半导体电连接。第二电极与第三半导体层和第四半导体层电连接。根据本专利技术的实施方式，能够提供一种导通电阻小且关断损失小的电力半导体器件。附图说明图I是第一实施方式的半导体器件的主要部分截面图。图2是第二实施方式的半导体器件的主要部分截面图。具体实施例方式下面，参照附图，对本专利技术的实施方式进行说明。在实施例中的说明中使用的图是为便于说明而采用的示意性的图，图中的各要素的形状、尺寸、大小关系等，在实际实施时不一定限于图中所示，能够在得到本专利技术的效果的范围内适当进行变更。半导体材料则以硅作为一例进行了说明。关于第一导电型及第二导电型，则分别说明n型及p型的情况。在使用n_型、n型及n+形的情况下，其杂质浓度具有n_ < n < n+的关系。关于p_型、p型 及P+形也同样。此外，例如，单指的P型杂质的浓度表示半导体层中所含的实际的P型杂质的浓度，所谓有效P型杂质的浓度是指与半导体层中所含的n型杂质补偿后的浓度。关于n型杂质的浓度和有效n型杂质的浓度也同样。在各实施方式中，作为电力半导体器件，以IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极晶体管))为例进行了说明，但是这些实施方式同样能够应用于IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor (注入增强栅晶体管))等的半导体器件中。(第一实施方式)关于第一实施方式，用图I进行说明。图I是第一实施方式的电力半导体器件即IGBT100的主要部分截面图。如图I所示，本实施方式的IGBT100具备n+形(第一导电型)缓冲层(第一半导体层)1，n_型基极层(第二半导体层)2，p型(第二导电型)基极层(第三半导体层)3，n+型集电极层(第四半导体层)4，栅极绝缘膜6，栅极电极7，层间绝缘膜8，p—型第一集电极层(第五半导体层)9，P+型第二集电极层(第六半导体层)10，绝缘性的电流狭窄体11，集电极电极(第一电极)12，以及发射极电极(第二电极)13。关于n+型缓冲层l、n_型基极层2、p型基极层3、n+型集电极层4、p_型第一集电极层，及P+型第二集电极层(第六半导体层)，以为硅的情况为例进行说明。例如，n+型缓冲层I的膜厚为约10 ii m,n型杂质浓度为IO15 1016cm_3。n_型基极层2设置在n+型缓冲层I之上，具有比n+型缓冲层I的n型杂质的浓度低的浓度的n型杂质。例如，n_型基极层2的膜厚为约30 ii m, n型杂质浓度为IO13 1014cm_3。p型基极层3形成在n_型基极层2的与n+型缓冲层I相反侧的表面上。p型基极层3的膜厚为数y m，p型杂质的浓度为IO16 1017cm_3。n+型集电极层4形成在p型基极层的与n+型缓冲层I相反侧的表面上，具有比n_型基极层2的n型杂质的浓度高的浓度的n型杂质。n+型集电极层2的膜厚为约I ii m, n型杂质的浓度为IO19 102°cm_3。沟槽5设置成与n+型集电极层4相邻、且从n+型集电极层4的表面贯通p型基极层而到达n_型基极层2中。栅极绝缘膜6设置成覆盖沟槽5的整个内面(侧壁及整个底面)。例如，栅极绝缘膜6可以设为通过热氧化形成的氧化硅膜，但是也可以设为通过CVD等形成的氧化硅膜。此外，也可以代替氧化硅膜，而使用氮化硅膜或其他电介质材料。栅极电极7隔着栅极绝缘膜6设置在沟槽5内。栅极电极7也可以设为掺杂成n型的多晶硅。层间绝缘膜8设成与覆盖栅极电极7的上端部的栅极绝缘膜6连接。层间绝缘膜8与栅极绝缘膜同样，能够设成由热氧化或CVD形成的氧化硅膜。栅极电极7除了从设置在层间绝缘膜8上的未图示的开口部引出到沟槽5外部的栅极布线层的部分之外，被栅极绝缘膜6及层间绝缘膜8包围，由此与沟槽的外部绝缘。p_型第一集电极层9设置在n+型缓冲层I的与n_型基极层2相反侧的表面上，具有比P型基极层3的p型杂质的浓度低的p型杂质。例如，p_型第一集电极层9的膜厚为数U m，p型杂质的浓度为IO15 1016cm_3。在此，优选将p_型第一集电极层9的有效p型杂质浓度设定为比n+型缓冲层I的有效n型杂质浓度高。若如上设定p—型第一集电极层的杂质浓度，则容易从关断时的P—型第一集电极层9向n+型缓冲层I排出空穴，从而能够降低关断损失。P+型第二集电极层10设置在p_型第一集电极层9的与n+型缓冲层I相反侧的表面上，具有比p_型第一集电极层9的p型杂质浓度高的浓度的p型杂质。P+型第二集电极层10的p型杂质浓度例如为IO19 102°cnT3。电流狭窄体11设置在p—型第一集电极层9内，具有与p—型第一集电极层9的上述表面平行的平面及设置在该平面内的间隙11A。电流狭窄体11具有能够不在与p_型第一集电极层9的上述表面垂直的方向(层叠方向)上通过电流的充分的绝缘性。例如，电流狭窄体11能够设为氧化硅膜或氮化硅膜等绝缘膜。在电流狭窄体11的间隙IlA中填充P—型第一集电极层9。电流狭窄体1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2011.03.24 JP 065314/20111.一种电カ半导体器件，其特征在于，具有 第一导电型的第一半导体层； 第一导电型的第二半导体层，设置在上述第一半导体层之上，并具有比上述第一半导体层的第一导电型杂质浓度低的浓度的第一导电型杂质； 第二导电型的第三半导体层，形成在上述第二半导体层的与上述第一半导体层相反侧的表面；第一导电型的第四半导体层，形成在上述第三半导体层的与上述第一半导体层相反侧的表面，并具有比上述第二半导体层的第一导电型杂质浓度高的浓度的第一导电型杂质；栅极绝缘膜，与上述第二半导体层、上述第三半导体层及上述第四半导体层相接地设置； 栅极电极，隔着上述栅极绝缘膜与上述第二半导体层、上述三半导体层及上述第四半导体层对置地设置； 层间绝缘膜，设置在上述栅极电极上，与上述栅极绝缘膜一起覆盖上述栅极电扱； 第二导电型的第五半导体层，设置在上述第一半导体层的与上述第二半导体层相反侧的表面上； 第二导电型的第六半导体层，设置在上述第五半导体层的与上述第一半导体层相反侧的表面上，并具有比上述第五半导体层的第二导电型杂质浓度高的浓度的第二导电型杂质； 绝缘性的电流狭窄体，设置在上述第五半导体层内，具有与上述第五半导体层的上述表面平行的平面和设置在该平面内的间隙； 第一电极，与上述第六半导体电连接；以及 第二电极，与上述第三半导体层和上述第四半导体层电连接。2.根据权利要求I所述的电力半导体器件，其特征在干， 在上述电流狭窄体的上述间隙填充了上述第五半导体层，经由上述间隙，上述第五半导体层和上述第六半导体层电连接。3.根据权利要求I所述的电力半导体器件，其特征在干， 上述电流狭窄体与上述第六半导体层相邻。4.根据权利要求I所述的电力半导体器件，其特征在干， 上述电流狭窄体隔着上述第五半导体层而与上述第六半导体层分离。5.根据权利要求I所述的电...
【专利技术属性】
技术研发人员：下条亮平，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：
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