栅电极18的上表面的层间绝缘膜，其使沟槽栅电极18与发射极24绝缘。层间绝缘膜4也覆盖内侧半导体区域6的上表面，并使内侧半导体区域6与发射极24绝缘。内侧半导体区域6通过层间绝缘膜4而与发射极24绝缘，并通过栅绝缘膜16而与沟槽栅电极18绝缘，并且在IGBT30断开时通过ρη结而与集电极26绝缘。在IGBT30断开的期间内，内侧半导体区域6处于浮置状态。参照编号4a表示被形成在层间绝缘膜4上的开孔。发射区10和体接触区8通过开孔4a而与发射极24导通。
[0045]假想线所示的层40为η型层，并被形成在ρ型的体区12的中间深度处。体区12通过η型层40而被二分割为上部区域和下部区域。η型层40能够被省略。
[0046]如图1所示，在与沟槽栅电极14相邻的位置处形成有发射区10和内侧半导体区域6。它们均为η型，从而即使杂质注入范围存在偏差，给实际效果上的杂质浓度带来的影响也较小。虽然体接触区8与沟槽栅电极14为不同的导电型，但两者通过体区12而分离，从而无需向相邻的两个区域注入不同的导电型的杂质。图1的结构无需向相邻的两个区域注入不同的导电型的杂质便能够制造出。虽然沟槽栅电极14与体区12相邻，但是体区12的杂质注入浓度较低，从而作为相反导电型的沟槽栅电极14与体区12相邻的情况不会对半导体装置的性能产生较大的影响。
[0047]图2中的⑴的箭头标记A表示关断时的空穴的移动路径。由于处于η型的内侧半导体区域6与ρ型的体区12之间的ηρ壁障，空穴会在避开内侧半导体区域6的路径上进行移动。
[0048]图2中的⑵表示未形成有η型的内侧半导体区域6的情况，在关断时，空穴会沿着移动路径B而进行移动。即，空穴沿着栅电极18而进行移动，并沿着表面2a而在半导体基板2的表面2a的附近移动，到达至体接触区8。
[0049]如果对图2中的(I)和(2)进行比较则可明确，箭头标记A的距离较短，而箭头标记B的距离较长。S卩，当不形成η型的内侧半导体区域6时，空穴在杂质浓度较低从而电阻较高的体区12中移动的距离较长，与此相对，当形成η型的内侧半导体区域6时，空穴在体区12中移动的距离将变短。当形成η型的内侧半导体区域6时，在关断时空穴易于逃向体接触区8，从而不易发生闩锁现象。
[0050]IGBT30以使接触电极26与正电压连接，并使发射极24接地的方式而使用。
[0051]当未向沟槽栅电极18施加正电压时，η型的发射区10与η型的漂移区20之间通过P型的体区12而被分离，从而IGBT30断开。
[0052]当向沟槽栅电极18施加正电压时，将η型的发射区10与η型的漂移区20分离的体区12中的、隔着栅绝缘膜16而与沟槽栅电极18对置的范围会反转为η型，从而形成沟道。其结果为，电子从发射极24经由发射区10与沟道而向漂移区20移动，空穴从集电极26经由集电区22而向漂移区20移动。在漂移区20中产生电导率调制现象，从而IGBT30导通。在IGBT30中，沟槽栅电极18弯曲。位于弯曲部的内侧的漂移区中的空穴密度上升，从而电导率调制现象活化。通过使沟槽栅电极18弯曲，从而使IGBT30的通态电压降低。
[0053]当再次使IGBT30断开时，停止对沟槽栅电极18施加正电压。在本说明书中，将从导通变化为断开状态的动作称为关断。绝缘栅双极性晶体管具备闸流晶体管结构，从而容易发生即使停止向沟槽栅电极施加正电压，电流也继续在发射极与集电极之间流通的闩锁现象。在IGBT30中，如参照图2中的(1)、⑵所说明的那样，以在关断时空穴易于经由体接触区8而逃向发射极24，从而不会发生闩锁现象的方式而进行了设计。
[0054](第二实施例)
[0055]以下仅对与第一实施例的不同点进行说明，并省略重复说明。在第三实施例以后也相同。
[0056]如图3所示，在第二实施例中，发射区10通过体接触区8而被分隔为两个区域10b、10c。在该情况下，也能够通过形成内侧半导体区域6而防止闩锁现象的发生。
[0057](第三实施例)
[0058]如图5所示，在第三实施例中，发射区10通过体接触区8而被分隔为四个区域1dUOeUOfUOg0在本实施例中，形成有四处与沟槽栅电极18对置并向沟道供给电子的发射区，从而通态电压较低。虽然更加容易发生闩锁现象，但是在该情况下也能够通过形成内侧半导体区域6而防止闩锁现象的发生。
[0059](弯曲的沟槽栅电极的示例)
[0060]图6至图14图示了弯曲的沟槽栅电极的示例。圆形标记所示的位置表示位于弯曲部的内侧的范围。通过在圆形标记所示的角部处形成内侧半导体区域6从而能够防止闩锁现象的发生。图13、14的参照编号18a为虚设沟槽。在此所谓的虚设沟槽指的是，虽然具备与沟槽栅电极18相同的结构，但未与栅电压调节回路连接而处于浮置状态的沟槽。如图13所示，也可以在位于虚设沟槽18a的弯曲部的内侧的范围内形成内侧半导体区域6。或者也可以不相对于虚设沟槽18a而形成内侧半导体区域6。虽然在上述内容中对体区与接触区为P型的情况进行了说明，但是也可以为相反导电型。
[0061]在上述实施例中，发射区10与内侧半导体区域6通过同一组成而被形成为同一深度。从而能够同时形成发射区10与内侧半导体区域6。此外，将沟槽栅电极18与发射极22绝缘的层间绝缘膜4使内侧半导体区域6与发射极22绝缘。从而无需追加使内侧半导体区域6与发射极22绝缘的新的绝缘层。由于这些因素，而使实施例的IGBT易于制造。
[0062]虽然在以上对本实施例进行了详细说明，但是这些只不过是示例，并不对权利要求书进行限定。在权利要求书中所记载的技术中包含将以上所例示的具体示例进行了改变、变更的内容。
[0063]在本说明书或者附图中所说明的技术要素通过单独或者各种组合的形式而发挥技术上的有用性，并不限定于申请时权利要求所记载的组合。此外，在本说明书或者附图中所例示的技术同时达成多个目的，达成其中一个目的本身便具有技术上的有用性。
[0064]符号说明
[0065]2:半导体基板；
[0066]2a:表面；
[0067]2b:背面；
[0068]4:层间绝缘膜；
[0069]4a:开孔；
[0070]6:内侧半导体区域(η型)；
[0071]8:体接触区(？型)；
[0072]10:发射区(η 型)；
[0073]1a:与沟槽栅电极18对置的范围；
[0074]1bUOc:通过体接触区而被分隔的发射区；
[0075]10d, 1e, 1f、1g:通过体接触区而被分隔的发射区；
[0076]12:体区(基区)(ρ型)；
[0077]14:沟槽；
[0078]14a、14b、14c、14d、14e、14f:沟槽的部分；
[0079]16:栅绝缘膜；
[0080]18:沟槽栅电极；
[0081]20:漂移区(块体区)(η型);
[0082]22:集电区(ρ 型)；
[0083]24:发射极；
[0084]26:集电极；
[0085]30:1GBT ;
[0086]32、34、36、38:位于弯曲的沟槽的内侧的范围；
[0087]A、B:空穴的移动路径；
[0088]圆形标记:弯曲的沟槽的内侧的位置。
【主权项】
1.一种绝缘栅双极性晶体管，其特征在于，具备: 半导体基板； 发射极，其被形成在所述半导体基板的表面上； 集电极，其被形成在所述半导体基板的背面上， 所述半导体基板具备: 发射区，其面对所述半导体基板的表面； 集电区，其面对所述半导体基板的背面； 体区，其与所述发射区相接且到达至与所述发射区相比较深的部位； 漂移区，其将所述体区与所述集电区分离； 体接触区，其面对所述半导体基板的表面， 在所述半导体基板上形成有: 沟槽，其从所述半导体基板的表面起到达至所述漂移区； 栅绝缘膜，其覆盖所述沟槽的壁； 沟槽栅电极，其填充所述沟槽的内部， 所述沟槽栅电极隔着所述栅绝缘膜而依次与所述发射区、所述体区、所述漂移区对置， 所述发射区和所述体接触区与所述发射极导通， 所述沟槽栅电极与所述发射极绝缘， 所述集电区与所述集电极导通， 在对所述半导体基板进行俯视观察时，所述沟槽栅电极弯曲， 在位于所述沟槽栅电极的弯曲部的内侧且面对所述半导体基板的表面的位置处，形成有与所述发射区为同一导电型的内侧半导体区域， 所述内侧半导体区域不与所述发射极导通。2.如权利要求1所述的绝缘栅双极性晶体管，其特征在于， 所述内侧半导体区域与所述发射区为同一组成。3.如权利要求1所述的绝缘栅双极性晶体管，其特征在于， 形成有覆盖所述内侧半导体区域的表面和所述沟槽栅电极的表面的层间绝缘膜，通过所述层间绝缘膜，从而所述内侧半导体区域与所述发射极绝缘，并且所述沟槽栅电极与所述发射极绝缘。4.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 在对所述半导体基板进行俯视观察时，所述沟槽栅电极提供T字形状相连的图案。5.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 在对所述半导体基板进行俯视观察时，所述体接触区通过所述体区而与所述内侧半导体区域分离。6.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 在对所述半导体基板进行俯视观察时，所述体接触区通过所述体区而与所述栅绝缘膜分离。
【专利摘要】一种IGBT，在对半导体基板进行俯视观察时沟槽栅电极弯曲，并且在位于沟槽栅电极的弯曲部的内侧且面对半导体基板的表面的位置处，形成有与发射区为同一导电型的内侧半导体区域。由于沟槽栅电极弯曲，因此导通时的空穴密度上升从而电导率调制现象活化，由此通态电压降低。在关断时，内侧半导体区域影响空穴的移动路径，空穴在体区中移动的距离被缩短。从而在关断时空穴易于逃向体接触区。从而同时达成导通时的电流密度的提高与闩锁现象的防止。
【IPC分类】H01L29/78, H01L29/739
【公开号】CN105074931
【申请号】CN201380075334
【发明人】大河原淳
【申请人】丰田自动车株式会社
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2013年4月2日
【公告号】DE112013006905T5, WO2014162498A1