半导体装置的制作方法

1.本发明涉及半导体装置。


背景技术：

2.就igbt而言，在表面设置有发射极电极(阴极)，在背面设置有集电极(collector)电极(electrode)(阳极)。提出了在表面设置有第一栅极电极，在背面也设置有第二栅极电极的双面栅极构造igbt(例如，参照专利文献1)。
3.在截止时向第二栅极电极施加信号，在第二栅极电极附近形成将n基极层和n集电极层连接的沟道。另外，p基极层和n基极层作为pn二极管起作用。由此，形成由发射极电极、p基极层、n基极层、背面侧沟道区域、n集电极层、集电极电极构成的从发射极电极至集电极电极为止的电流路径。由于经由该路径将积蓄于n基极层的过剩电子排出，因此能够在不牺牲接通电压的状态下大幅度地降低截止通断损耗。
4.如果使内置于该双面栅极构造igbt的寄生二极管具有充分的通电功能，则与和igbt反向并联连接的续流二极管相同地起作用。因此，能够将续流二极管设为小容量的续流二极管或省略续流二极管。
5.专利文献1：日本特开平01-057674号公报
6.但是，现有的双面栅极构造igbt着眼于降低igbt的截止损耗，并没有着眼于使寄生二极管的功能充分地发挥。因此，寄生二极管的通电能力没有提高。另外，耐压越高则需要将n基极层的厚度设得越厚。例如，在1000v等级的igbt的情况下将n基极层的厚度设为120微米左右，在3000v等级的igbt的情况下设为350微米左右，在6000v等级的igbt的情况下设为650微米左右。因此，耐压越高则电流路径变得越长，所以二极管的通电性能越差。因此，既无法将与igbt反向并联连接的续流二极管设为小容量的续流二极管，也无法省略该续流二极管。


技术实现要素：

7.本发明就是为了解决上述那样的课题而提出的，其目的在于得到能够提高寄生二极管的通电性能的半导体装置。
8.本发明涉及的半导体装置的特征在于，具有：半导体基板，其具有彼此相对的第一及第二主面；第一导电型的第一半导体层，其设置于所述半导体基板的所述第一主面和所述第二主面之间；第二导电型的第二半导体层，其设置于所述第一半导体层和所述第一主面之间；第一导电型的多个第三半导体层，它们选择性地设置于所述第二半导体层的表面；第二导电型的第四半导体层，其设置于所述第一半导体层和所述第二主面之间；第一导电型的多个第五半导体层，它们选择性地设置于所述第四半导体层的表面；第一主电极，其设置于所述第一主面之上，与所述第二及第三半导体层连接；第二主电极，其设置于所述第二主面之上，与所述第四及第五半导体层连接；多个第一控制电极，它们与电信号对应地分别对所述第一半导体层和所述多个第三半导体层之间的导通和非导通进行切换；以及第二控
制电极，其与电信号对应地分别对所述第一半导体层和所述多个第五半导体层之间的导通和非导通进行切换，所述多个第一控制电极在俯视观察时为在第一方向上延伸的条带状，所述多个第二控制电极在俯视观察时为在第二方向上延伸的条带状，将与所述多个第一控制电极相对的所述半导体基板的表面处的所述第二半导体层和所述多个第三半导体层之间的边界线的所述第一方向上的长度的总和设为第一栅极总宽度，将与所述多个第二控制电极相对的所述半导体基板的表面处的所述第四半导体层和所述多个第五半导体层之间的边界线的所述第二方向上的长度的总和设为第二栅极总宽度，将所述第二栅极总宽度除以所述第一栅极总宽度而得到的栅极宽度比大于或等于1.0。
9.发明的效果
10.在本发明中，多个第一控制电极在俯视观察时在第一方向上延伸，多个第二控制电极在俯视观察时在第二方向上延伸。将与多个第一控制电极相对的半导体基板的表面处的第二半导体层和多个第三半导体层之间的边界线的第一方向上的长度的总和设为第一栅极总宽度。将与多个第二控制电极相对的半导体基板的表面处的第四半导体层和多个第五半导体层之间的边界线的第二方向上的长度的总和设为第二栅极总宽度。将第二栅极总宽度除以第一栅极总宽度而得到的栅极宽度比大于或等于1.0。由此，能够提高寄生二极管的通电性能。
附图说明
11.图1是表示实施方式1涉及的半导体装置的剖视图。
12.图2是从发射极侧观察实施方式1涉及的半导体装置的平面图。
13.图3是从集电极侧观察实施方式1涉及的半导体装置的平面图。
14.图4是将图2的由虚线包围的区域放大后的平面图。
15.图5是沿图4的i-i
′
的发射极层周边的剖视图。
16.图6是将图3的由虚线包围的区域放大后的平面图。
17.图7是将图6的由虚线包围的区域放大后的平面图。
18.图8是表示耐压为1kv等级的双面栅极构造igbt的栅极宽度比和寄生二极管的正向电压降之间的关系的模拟结果的图。
19.图9是表示耐压为3kv等级的双面栅极构造igbt的栅极宽度比和寄生二极管的正向电压降之间的关系的模拟结果的图。
20.图10是表示作为电感(l)负载应用的代表的电动机控制用逆变器的图。
21.图11是表示表面侧和背面侧为沟槽栅极构造且耐压为3kv等级的双面栅极构造igbt的接通电压的模拟结果的图。
22.图12是表示实施方式2涉及的半导体装置的剖视图。
23.图13是从发射极侧观察实施方式2涉及的半导体装置的一部分的平面图。
24.图14是从集电极侧观察实施方式2涉及的半导体装置的一部分的平面图。
25.图15是沿图14的ii-ii
′
的集电极层周边的剖视图。
26.图16是从集电极侧观察实施方式3涉及的半导体装置的一部分的平面图。
27.图17是沿图16的i-i’的集电极层周边的剖视图。
具体实施方式
28.参照附图对实施方式涉及的半导体装置进行说明。对相同或对应的结构要素标注相同标号，有时省略重复说明。
29.实施方式1.
30.图1是表示实施方式1涉及的半导体装置的剖视图。该半导体装置是表面侧为沟槽栅极构造，背面侧为平面栅极构造的双面栅极构造igbt。为了了解各结构的位置关系，将图1的横向设为x方向，将纵向设为y方向。
31.半导体基板1具有彼此相对的表面和背面。n基极层2设置于半导体基板1的表面和背面之间。p基极层3设置于n基极层2和半导体基板1的表面之间。多个n发射极层4选择性地设置于p基极层3的表面。多个p集电极层5设置于n基极层2和半导体基板1的背面之间。多个n集电极层6选择性地设置于p集电极层5的表面。
32.多个沟槽7以将n发射极层4和p基极层3贯穿而达到n基极层2的方式形成于半导体基板1的表面侧。表面侧栅极电极8隔着表面侧栅极绝缘膜9而形成于多个沟槽7的内部。表面侧层间膜10将表面侧栅极电极8覆盖。背面侧栅极电极11以与n基极层2、p集电极层5、及n集电极层6相对的方式，隔着背面侧栅极绝缘膜12而形成于半导体基板1的背面。背面侧层间膜13将背面侧栅极电极11覆盖。
33.发射极电极14设置于半导体基板1的表面之上，与p基极层3及n发射极层4连接。集电极电极15设置于半导体基板1的背面之上，与p集电极层5及n集电极层6连接。
34.半导体基板1的表面侧的区域被多个表面侧栅极电极8的沟槽7分割为多个台面部。多个台面部具有：单元部，其包含与发射极电极14连接的n发射极层4；以及哑单元部，其不包含与发射极电极14连接的n发射极层4或不包含n发射极层4。单元部与哑单元部形成发射极侧igbt区域。将相邻的单元部的间隔称为单元间距cp。从p基极层3至p集电极层5为止的最短距离即n基极层2的厚度tn决定耐压性能。
35.如果向表面侧栅极电极8施加电信号，则在隔着表面侧栅极绝缘膜9与表面侧栅极电极8相对的p基极层3的区域形成表面侧栅极沟道16。通过表面侧栅极沟道16，n发射极层4和n基极层2导通。因此，多个表面侧栅极电极8与电信号对应地分别对n基极层2和多个n发射极层4之间的导通和非导通进行切换。
36.如果向背面侧栅极电极11施加电信号，则在隔着背面侧栅极绝缘膜12与背面侧栅极电极11相对的p集电极层5的区域形成背面侧栅极沟道17。通过背面侧栅极沟道17，n集电极层6和n基极层2导通。因此，背面侧栅极电极11与电信号对应地分别对n基极层2和多个n集电极层6之间的导通和非导通进行切换。
37.图2是从发射极侧观察实施方式1涉及的半导体装置的平面图。在图2中将表面侧栅极电极8的延伸方向设为z方向。多个表面侧栅极电极8在与半导体基板1的表面垂直的俯视观察时为在z方向上延伸的条带状，彼此平行地排列。表面侧栅极配线18与表面侧栅极电极8连接。表面侧栅极配线18与表面侧栅极电极焊盘19连接。在发射极侧igbt区域的外周，为了保持耐压特性而设置有包含外周电极20和n

层21的外周区域。外周区域被外周保护膜覆盖。
38.图3是从集电极侧观察实施方式1涉及的半导体装置的平面图。多个背面侧栅极电极11在与半导体基板1的背面垂直的俯视观察时为在z方向上延伸的条带状，彼此平行地排
列。背面侧栅极配线22与背面侧栅极电极11连接。背面侧栅极配线22与背面侧栅极电极焊盘23连接。背面侧栅极配线22及背面侧栅极电极焊盘23的一部分被保护膜24覆盖。
39.表面侧栅极绝缘膜9及背面侧栅极绝缘膜12通常由sio2等氧化膜构成。表面侧栅极电极8及背面侧栅极电极11由掺杂了n型杂质的多晶硅构成。表面侧层间膜10及背面侧层间膜13由含有硼和磷的硅酸盐玻璃(bpsg)构成。发射极电极14、集电极电极15、表面侧栅极配线18、表面侧栅极电极焊盘19、集电极电极15、背面侧栅极配线22及背面侧栅极电极焊盘23由含有硅的铝构成。
40.图4是将图2的由虚线包围的区域放大后的平面图。图5是沿图4的i-i
′
的发射极层周边的剖视图。省略了发射极电极14和表面侧层间膜10。与表面侧栅极电极8相对的半导体基板1的表面(y-z面)处的p基极层3和n发射极层4之间的边界线的z方向上的长度g1w为表面侧栅极沟道16的宽度。将多个n发射极层4的长度g1w的总和设为第一栅极总宽度σg1w。
41.图6是将图3的由虚线包围的区域放大后的平面图。图7是将图6的由虚线包围的区域放大后的平面图。图1与沿图4及图6的ii-ii
′
的剖视图对应。省略了背面侧栅极电极11、背面侧栅极绝缘膜12、背面侧层间膜13、集电极电极15。与背面侧栅极电极11相对的半导体基板1的表面(x-z面)处的p集电极层5和n集电极层6之间的边界线的z方向上的长度g2w为背面侧栅极沟道17的宽度。将多个n集电极层6的长度g2w的总和设为第二栅极总宽度σg2w。
42.在本实施方式中，设计为使得将第二栅极总宽度σg2w除以第一栅极总宽度σg1w而得到的栅极宽度比(σg2w/σg1w)大于或等于1.0。此外，栅极宽度比(σg2w/σg1w)的上限为10左右。
43.表面侧及背面侧的栅极的额定耐压与缩放因子(k)为3的缩放(scaling)igbt的栅极的额定耐压相同，为
±
7v。表面侧及背面侧的栅极的阈值电压也与缩放igbt的阈值电压相同，为 1.7v左右。为了使栅极沟道为低电阻而稳定地进行动作，向表面侧及背面侧的栅极施加的栅极电压也与缩放igbt的栅极电压相同地为阈值电压的约3倍即 5v。
44.在表1中示出这样的双面栅极构造igbt的动作的电压阻止、电流通电的状态。施加相对于发射极电极14的接地电位为正或负的集电极电压。向表面侧栅极电极8施加相对于发射极电极14的接地电位为正的栅极电压。向背面侧栅极电极11施加相对于集电极电极15的电位为正的栅极电压。动作的状态是电压阻止、正向电流通电、反向电流通电中的任意者，不包含漏电流的状态和结的击穿状态。在电压阻止的情况下，没有从集电极电极15向发射极电极14流动电流。在正向电流通电的情况下，电流从集电极电极15向发射极电极14流动。在反向电流通电的情况下，电流从发射极电极14向集电极电极15流动。
45.[表1]
[0046][0047]
接下来，对通断动作进行说明。首先，对通过低的集电极电压v
ce
从集电极电极15向发射极电极14流动大的电流的接通状态(表1的动作模式2)进行说明。向发射极电极14和集电极电极15之间施加规定的集电极电压v
ce
。不向集电极电极15和背面侧栅极电极11之间施加栅极电压，或向背面侧栅极电极11施加相对于集电极电极15为负的电压(反向偏置)。向表面侧栅极电极8施加相对于发射极电极14为正的电压(正向偏置)v
g1e
。在该情况下，p基极层3的表面侧栅极电极8附近的区域反转为n型而形成第一表面侧栅极沟道16。在n发射极层4、表面侧栅极沟道16、n基极层2形成电流路径。通过该路径将具有负电荷的电子从发射极电极14注入至n基极层2。由于该注入的电子，n基极层2以负极性带电，由p集电极层5和n基极层2构成的pn结被正向偏置。由此，具有正电荷的空穴从集电极电极15通过p集电极层5而注入至n基极层2。其结果，存在于n基极层2的空穴的密度增加，引起传导率调制，n基极层2的电阻成分大幅度减少。因此，通过低的集电极电压v
ce
，也从集电极电极15向发射极电极14流动大的集电极电流。此时的双面栅极构造igbt的集电极-发射极间的电压降为接通电压v
cesat
。
[0048]
接着，对双面栅极构造igbt从接通状态转移到断开状态的截止通断动作进行说明。向表面侧栅极电极8施加零电位或负电位，停止施加相对于发射极电极14为正的电压。由此，p基极层3的反转为n型的处于表面侧栅极电极8附近的区域恢复为p型。由于第一n沟道消失，因此从n发射极层4向n基极层2的电子的流动路径消失。因此，从发射极电极14向n基极层2的电子注入停止，消除由p集电极层5和n基极层2构成的pn结的正向偏置，从集电极电极15经由p集电极层5的向n基极层2的空穴的注入停止。消除了n基极层2的传导率调制，n基极层2的电阻恢复为引起传导率调制前的状态。由p基极层3和n基极层2构成的pn结被耗尽层化而示出电压阻止特性。其结果，转变为从集电极电极15向发射极电极14不流动电流的断开状态(电压阻止)。
[0049]
在截止通断动作中，在即将停止向表面侧栅极电极8施加相对于发射极电极14为正的电压之前或大致同时地，向背面侧栅极电极11施加相对于集电极电极15为正的电压v
g2c
。由此，背面侧栅极电极11附近的区域反转为n型而形成背面侧栅极沟道17。形成由n基极层2、背面侧栅极沟道17、n集电极层6构成的电流路径。通过该路径，电子从n基极层2向集电极电极15排出，由此n基极层2的电子的密度开始降低。该电子密度的降低使由p集电极层5和n基极层2构成的pn结的正向偏置减弱，使从p集电极层5向n基极层2的空穴注入减少。在该状况下，如果将施加于表面侧栅极电极8的正的栅极电压v
g1e
切换为零伏或反向偏置，则反转为n型的表面侧栅极沟道16恢复为p型，来自发射极电极14的电子注入停止。在n基极层
2积蓄的电子通过背面侧栅极沟道17和n集电极层6向集电极电极15排出。在n基极层2积蓄的空穴通过p基极层3向发射极电极14排出。通过由于由p基极层3和n基极层2构成的pn结被耗尽层化而产生的耗尽层电场，在n基极层2积蓄的电子快速地向集电极电极15排出，空穴快速地向发射极电极14排出。
[0050]
在即将停止向表面侧栅极电极8施加相对于发射极电极14为正的电压之前，向背面侧栅极电极11施加相对于集电极电极15为正的电压v
g2c
。由此，向n基极层2的电子积蓄减少，空穴的密度也减少以满足电荷中性。因此，至在n基极层2积蓄的过剩电荷消失为止的时间缩短，截止通断的损耗也变得更小。
[0051]
图8是表示耐压为1kv等级的双面栅极构造igbt的栅极宽度比和寄生二极管的正向电压降之间的关系的模拟结果的图。横轴为栅极宽度比(σg2w/σg1w)。纵轴为寄生二极管的正向电压降@150a/cm2的相对值。对表面侧栅极构造应用了缩放设计技术。将从p集电极层5至p基极层3为止的距离即n基极层2的厚度设为115微米。将单元间距cp设为12微米。将表面侧沟槽7的深度设为2.5微米。将表面侧栅极及背面侧栅极的栅极额定电压设为
±
7v，将阈值电压设为1.6v至1.8v。对表面侧栅极电极8施加0v，对背面侧栅极电极11施加5v。温度为通常的igbt的额定温度即150℃。流动的电流被换算为电流密度，排除了双面栅极构造igbt的尺寸的原因。
[0052]
可知如果栅极宽度比(σg2w/σg1w)小于1.0，则寄生二极管的正向电压降超过误差的水平而大幅上升，作为二极管的通电能力降低。这里，如果栅极宽度比小，则成为电流通路的背面侧栅极电极11的栅极宽度g2w变窄，背面侧栅极沟道17变窄。因此，背面侧栅极沟道17的电阻增大，寄生二极管的正向电压降急剧增大。
[0053]
图9是表示耐压为3kv等级的双面栅极构造igbt的栅极宽度比和寄生二极管的正向电压降之间的关系的模拟结果的图。横轴为栅极宽度比(σg2w/σg1w)。纵轴为寄生二极管的正向电压降@50a/cm2的相对值。将从p集电极层5至p基极层3为止的距离即n基极层2的厚度设为350微米。将单元间距cp设为12微米。将表面侧沟槽7的深度设为6微米。将表面侧栅极绝缘膜9及背面侧栅极绝缘膜12的厚度设得厚，将表面侧栅极及背面侧栅极的栅极额定电压设为
±
20v，将阈值电压设为 5v至 6v。用于驱动的施加电压为 15v。对表面侧栅极电极8施加0v，对背面侧栅极电极11施加15v。温度为通常的igbt的额定温度即150℃。流动的电流被换算为电流密度，排除了双面栅极构造igbt的尺寸的原因。
[0054]
可知如果栅极宽度比(σg2w/σg1w)小于1.0，则与1kv等级的双面栅极构造igbt相同地，寄生二极管的正向电压降超过误差的水平而大幅上升，作为二极管的通电能力降低。因此，确认出即使在额定值及特性不同的双面栅极构造igbt中，也能够通过将栅极宽度比(σg2w/σg1w)设为大于或等于1.0而提高寄生二极管的通电能力。
[0055]
如以上说明所述，本实施方式是如下双面栅极构造igbt，即，维持用于实现igbt的低导通电压的发射极侧igbt区域的构造设计，并且为了截止通断损耗的降低而设置有背面侧栅极电极11。而且，通过将表面侧的第一栅极总宽度σg1w设为与现有的双面栅极构造igbt相同并且对背面侧的第二栅极总宽度σg2w进行调整，从而设计为栅极宽度比(σg2w/σg1w)大于或等于1.0。由此，能够提高igbt所内置的逆向寄生二极管的通电能力。
[0056]
图10是表示作为电感(l)负载应用的代表的电动机控制用逆变器的图。在对电动机25进行驱动的dc-ac逆变器的3相的每一者中串联连接两个igbt单元26而形成桥臂。各
igbt单元26具有igbt 27、与igbt 27反向并联连接的续流二极管28(fwd:free wheeling diode)。
[0057]
从igbt单元26的串联连接部向电动机25供给驱动电力。将阴极与串联连接部连接的igbt 27称为p侧(高电位侧)igbt。将阳极与串联连接部连接的igbt 27称为n侧(低电位侧)igbt。对串联连接而构成桥臂的p侧igbt和n侧igbt以不会同时变为接通状态(桥臂短路)的方式进行控制。就构成桥臂的igbt 27而言，一边对on/off时间宽度进行调整控制一边重复on/off，向电动机供给驱动电力。由于通过igbt 27而流过的电流在l负载积存能量。在igbt 27截止时，fwd流过反向电流(在igbt 27中为反向电流但在fwd中为正向电流)而消耗能量。
[0058]
该逆变器的igbt 27应用本实施方式涉及的双面栅极构造igbt。就双面栅极构造igbt而言，通过使背面侧栅极接通，从而能够使n基极层2和集电极电极15导通，n基极层2和集电极电极15的导通能够使p基极层3和n基极层2所形成的pn结作为二极管起作用。通过使背面侧栅极接通，并且使表面侧栅极接通而使n基极层2和发射极电极14导通，从而能够使发射极电极14和集电极电极15导通而流过反向电流。因此，通过背面侧栅极的控制，也能够使双面栅极构造igbt具有内置有fwd的功能。因此，能够将续流二极管28设为小容量的续流二极管或省略续流二极管。其结果，能够实现逆变器的大幅度小型化。
[0059]
另外，在本实施方式中，背面侧栅极电极11为平面栅极构造。因此，能够节省沟槽形成工序，因此制造变得容易，生产率提高。
[0060]
另外，在缩放igbt中n基极层2的厚度tn和单元间距cp具有最佳的关系。图11是表示表面侧和背面侧为沟槽栅极构造且耐压为3kv等级的双面栅极构造igbt的接通电压的模拟结果的图。横轴为单元间距cp与tn的比cp/tn。纵轴为将最小值设为1而标准化后的接通电压。将栅极宽度比(σg2w/σg1w)设为1.0。将表面侧栅极及背面侧栅极的额定栅极电压设为
±
20v，将阈值电压设为5v至6v。对表面侧栅极电极8施加15v，对背面侧栅极电极11施加0v。温度为通常的igbt的额定温度即150℃。模拟的结果是，可知在cp/tn为1/40至1/20的区域，接通电压的变化小，收敛于误差水平的正1.0％以内。因此，在本实施方式中，在1/40至1/20的范围内对cp/tn进行设计。这样，能够通过以n基极层2的厚度来规定表面侧的单元间距而降低igbt的接通电压。
[0061]
实施方式2.
[0062]
图12是表示实施方式2涉及的半导体装置的剖视图。图13是从发射极侧观察实施方式2涉及的半导体装置的一部分的平面图。省略了发射极电极14和表面侧层间膜10。图14是从集电极侧观察实施方式2涉及的半导体装置的一部分的平面图。省略了集电极电极15和背面侧层间膜13。此外，图12与沿图13及图14的i-i
′
的剖视图对应。图15是沿图14的ii-ii
′
的集电极层周边的剖视图。
[0063]
本实施方式的发射极侧的构造与实施方式1相同，集电极侧的构造不同。多个沟槽29以将n集电极层6和p集电极层5贯穿而达到n基极层2的方式形成于半导体基板1的背面。背面侧栅极电极11隔着背面侧栅极绝缘膜12形成于多个沟槽29的内部。背面侧层间膜13将背面侧栅极电极11覆盖。
[0064]
这样，由于背面侧栅极电极11为沟槽栅极构造，因此能够将背面侧栅极电极11的间距设计为6微米左右。由此，与间距为12微米左右的平面栅极构造相比，能够将背面侧栅
极电极11的间隔设计得窄而将背面侧栅极电极11高密度地配置。
[0065]
另外，为了改善igbt的接通电压，通常使用电子注入促进(injection enhancement)效果。因此，表面侧栅极电极8使用沟槽构造也无法减小单元间距。就沟槽7而言，由于要求以尽可能均匀的间隔形成，因此设置不具有n发射极层4、不与发射极电极14连接的哑单元部，增大单元间距。另一方面，由于对背面侧栅极电极11没有这样的限制，因此能够在沟槽29间的所有台面部都配置n集电极层6。
[0066]
因此，由于背面侧栅极电极11为沟槽栅极构造，从而能够将背面侧的第二栅极总宽度σg2w设得大。因此，容易使栅极宽度比(σg2w/σg1w)大于或等于1.0。因此，能够提高寄生二极管的通电性能，减小寄生二极管的正向电压降。
[0067]
实施方式3.
[0068]
图16是从集电极侧观察实施方式3涉及的半导体装置的一部分的平面图。省略了集电极电极15和背面侧层间膜13。图17是沿图16的i-i’的集电极层周边的剖视图。本实施方式的发射极侧的构造与实施方式1相同，表面侧栅极电极8的长度方向为z轴方向。另一方面，背面侧栅极电极11的长度方向为x轴方向，与表面侧栅极电极8的长度方向不同。
[0069]
这里，在表面侧栅极电极8为沟槽栅极构造的情况下，在从n发射极层4至n基极层2为止的电子的注入路径中没有jfet电阻区域。注入路径的电阻降低，与此相应地，向n基极层2的电子注入增加。由此，在n基极层2积蓄的电子的量增加并且电子的量变得不均匀。另外，由于注入电子的表面侧栅极电极8和排出电子的背面侧栅极电极11相重叠的部分和不相重叠的部分是局部出现的，因此有时在截止通断的瞬态动作中，n基极层2中的电子的分布会产生不均匀的增长而出现电流集中、破损。
[0070]
相对于此，在本实施方式中，背面侧栅极电极11的延伸方向与表面侧栅极电极8的延伸方向不同。由此，消除了被从表面侧栅极电极8注入电子而容易积蓄电子的部分与远离背面侧栅极电极11而电子的排出较慢的部分局部地重复这一情况。因此，能够在通断等瞬态动作中提高动作的均匀性。另外，优选背面侧栅极电极11的延伸方向与表面侧栅极电极8的延伸方向正交。由此，igbt单元区域的性能的面内波动变得更小。
[0071]
此外，半导体基板1并不限于通过硅形成，也可以由带隙比硅大的宽带隙半导体形成。宽带隙半导体例如是碳化硅、氮化镓类材料、或金刚石。就由这样的宽带隙半导体形成的半导体装置而言，由于耐压性、允许电流密度高，因此能够小型化。通过使用该被小型化后的半导体装置，组装有该半导体装置的半导体模块也能够被小型化、高集成化。另外，由于半导体装置的耐热性高，因此能够将散热器的散热鳍片小型化，能够将水冷部空冷化，因此能够进一步将半导体模块小型化。另外，由于半导体装置的电力损耗低且高效，因此能够使半导体模块高效化。
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本发明的技术构思并不限于上述实施方式，不言而喻，在不脱离其主旨的范围内，能够变更为表面侧栅极构造为平面栅极构造的双面栅极构造igbt、发挥与igbt等同的功能的cigbt(clustered igbt)等。
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标号的说明
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1半导体基板，2n基极层(第一半导体层)，3p基极层(第二半导体层)，4n发射极层(第三半导体层)，5p集电极层(第四半导体层)，6n集电极层(第五半导体层)，8表面侧栅极电极(第一控制电极)，11背面侧栅极电极(第二控制电极)，14发射极电极(第一主电极)，15
集电极电极(第二主电极)。