公开了一种半导体器件，其中W3≥((k2·(Dτ)1/2)2-L12)^(1/2)；W2≥L1/K1/2（其中K≥2.5）；并且W2-W1≥10μm，其中L1是漂移层（1）的厚度，D是载流子扩散系数；τ是寿命，k1是基于IGBT（100）和FWD（200）的第一参数；k2是基于阱层（13）的第二参数；并且K是通过将k1乘以骤回电压与所述阱层和所述漂移层之间的内建电势的比而得到的值。W1是从所述阱层的外围端部投影在所述漂移层的背面上的位置到阴极区域（3）与集电极区域（2）之间的边界的距离；W2是从基极区域（4）之中的IGBT与FWD之间的边界到所述阱层的外围端部的距离；并且W3是从所述阱层与所述基极区域之间的边界投影在所述背面上的位置到所述阴极区域与所述集电极区域之间的边界的距离。从而随着当阱层是阳极时来自阱层的空穴注入增大，有可能减轻FWD的耐量的恶化，同时还通过使来自与阱层内的单元区域的边界邻近的区域的空穴到达来减轻本质上起阳极作用的区域的减小。
【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半导体器件，其具有集成为一块芯片的用作开关元件的绝缘栅双极型晶体管(以下简称为IGBT)和续流二极管(以下简称为FWD)。
技术介绍
在过去，具有集成为一块芯片的用作开关元件的IGBT和FWD的半导体器件用于执行直流-交流电流转换的逆变器电路等。通过导通和关断IGBT来执行直流-交流电流转换。此外，当IGBT关断时,流入负载(例如，电机)的电流通过FWD环流(circulate)。在用于这种半导体器件中的FWD中，正向电流If相对于正向电压Vf的特性(以下简称为Vf-If特性)在IGBT保持关断时是线性的。然而，由于骤回(snapback)电压效应，Vf-If特性在IGBT导通时具有非线性域。图6是示出FWD的Vf-If特性的示意图。如图6中所示，与IGBT关断时相比，当IGBT导通时，正向电压Vf产生波动。此外，存成产生骤回电压的域。因此，没有达到线性度。具体而言，假设半导体器件具有形成在一块芯片中的IGBT和FWD，如图7中所示，可以示出当IGBT导通时所获得的等效电路。S卩，IGBT100的沟道电阻器Ra和从沟道到FWD200的pn结(P型深阱层13的下部)的内部电阻器Rb与FWD200并联连接，FWD200的pn结由P型深阱层13和η—型漂移层I构成。另外，P型深阱层13的下部中的η—型漂移层I的内部电阻器Re和场停止(field stop,以下简称为FS)层Ia的内部电阻器Rd与沟道电阻器Ra和内部电阻器Rb串联连接。在这种类型的电路中，当IGBT100导通时，由于内部电阻器Rb较小，所以电流流到IGBT100的沟道侧而不是二极管侧。因此，未出现电导率调制，从而正向电压Vf可以增大。因此，在包括IGBT100和FWD200的半导体器件中，执行栅极控制以使得在FWD200的操作期间栅极电压不施加到IGBT100。为了确定FWD200的操作，执行二极管感测。为了准确的感测，需要线性的Vf-If特性。因此，需要通过避免易受骤回电压影响的非线性域来执行二极管感测。即，感测仅可以应用于正向电压Vf较大的域。专利文献I提出了一种通过增大不具有栅极结构的P型基极区域4的宽度来减小Vf的增大的方法。现有技术文献专利文献专利文献I JP-A-2008-53648
技术实现思路
然而，当作为FWD200的区域被加宽时，IGBT100的区域减小。这导致了 IGBT100的导通损耗增大的问题。鉴于上述问题，本专利技术的一个 目的是提供一种用于减小IGBT100的导通损耗同时提高FWD的Vf-If特性的线性度的半导体器件。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，距离W1、距离W2和距离W3设定为满足 W3 彡((k2 · (D t)1/2)2-L12)~(1/2),W2 彡 Ll/K1/2，其中 K 彡 2. 5，且 W2-W1 彡 10 μ m。距离Wl表示从阴极区域与集电极区域之间的边界到深阱层的外围区域侧端部投影在漂移层的背面上的位置的距离。距离W2表示从基极区域中的绝缘栅双极型晶体管与续流二极管(200)之间的边界到深阱层的外围区域侧端部的距离。距离W3表示从阴极区域与集电极区域之间的边界到基极区域与深阱层之间的边界投影在漂移层的背面上的位置的距离。LI表示漂移层的厚度。D表示漂移层中的载流子扩散系数。τ表示载流子寿命。kl表示取决于绝缘栅双极型晶体管和续流二极管的结构的第一参数。k2表示取决于深阱层的结构的第二参数。K表示通过将第一参数kl乘以骤回电压(VSB)与在深阱层和漂移层之间的内建电势(VAK(th))的比而计算的值。如上所述，距离W1、距离W2和距离W3设定为满足上述三个公式。在这种方案中，在由于当深阱层作为阳极时发生的从P型深阱层13注入的空穴量增大所致的FWD的耐量(tolerance)降低被减小的时候，从单元区域的外边缘附近的深阱层的一部分注入的空穴可以到达。因此，可以减小实质上用作阳极的面积减小。根据本实施例的另一方面，优选的是，距离Wl至W3设定为满足W3= ((k2 · (D τ )1/2) 2-Ll2) ~ (1/2)，W2=L1/K1/2,并且 W2-ffl=10 μ m。在本专利技术的又一方面中，本专利技术可以应用于半导体器件，在该半导体器件中，杂质浓度高于漂移层的第一导电类型的场停止层设置在单元区域和外围区域中的第一导电类型的漂移层的背面上，并且集电极区域和阴极区域形成在场停止层中的表层(superficial)部分上。在本专利技术的又一方面中，优选地，本专利技术应用于具有沟槽栅极结构的半导体器件，其中包括多个沟槽，每个沟槽均具有纵向方向、穿透基极区域并以预定间距设置，并且栅极绝缘膜和栅极电极形成在每个沟槽中。在本专利技术的又一方面中，即使在纵向方向上的栅极结构的端部处，距离W1、距离W2 和距离 W3 设定为满足 W3 彡((k2 · (Dt)1/2)2-L12)~(1/2),W2 彡 Ll/K1/2，其中 K 彡 2.5，且 W2-W1 ^ 10 μ mo在这种方案中，即使在纵向方向上的栅极结构的端部处，在由于当深阱层作为阳极时发生的从P型深阱层13注入的空穴量增大所致的FWD的耐量降低被减小的时候，从单元区域的外边缘附近的深阱层的一部分注入的空穴可以到达。因此，可以减小实质上用作阳极的面积的减小。在本专利技术的又一方面中，栅极结构包括多个栅极结构。发射极区域未形成在栅极结构之间的至少一个区域中以定义第一区域和第二区域。发射极区域形成在第一区域中，以使得第一区域作为IGBT。发射极区域未形成在第二区域中，以使得第二区域作为FWD。围绕IGBT的部分定义为作为FWD的第三区域。第一区域和第二区域中的每一个的纵向方向平行于栅极结构的纵向方向。如上所述，由于第二区域作为FWD，所以增大了施加栅极电压的作为FWD的面积，使得可以减小骤回电压。在本专利技术的又一方面中，优选的是第二区域的宽度为20 μ m或以上。当第二区域的宽度为20 μ m或以上时，可以减小FWD的导通电压。在本专利技术的又一方面中，阴极区域的纵向方向平行于第一区域的纵向方向，并且阴极区域在纵向方向上延伸超过第一区域的端部。阴极区域在纵向方向上被分割。在这种结构中，允许由所分割的阴极区域之间的集电极区域形成的IGBT执行IGBT动作，使得电流流过且电流密度上升。因此，允许其它部分中的IGBT执行IGBT动作。这使得能够减小IGBT的骤回电压。因此，可以同时实现由于FWD的面积增大所致的骤回电压减小以及IGBT动作简易化(facilitation)所致的骤回电 压减小。在本专利技术的又一方面中，第一区域在纵向方向上被分割。在这种情况下，所分割的第一区域之间的区域可以填充有基极区域以作为FWD。在这种方案中，图12(c)中所示FWD的面积的宽度W4增大，并且该区域可以对第三区域起辅助作用。最终，可以减小骤回电压。在本专利技术的又一方面中，阴极区域的纵向方向平行于第一区域的纵向方向，并且第一区域在纵向方向上延伸超过阴极区域的端部。当阴极区域的纵向方向平行于第一区域的纵向方向且第一区域在纵向方向上被分割时，会出现对在所分割的区域中骤回电压可能会增大的关注。然而，当第一区域在纵向方向上延伸超过阴极区域的端部时，IGBT形成在该区域中。因此，I本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：田边广光，河野宪司，都筑幸夫，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：
国别省市：
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