[發明專利]功率用半導體裝置

有效

• 申請號: 200980152025.0
• 申請日: 2009-06-30
• 公開（公告）號: CN102265404A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 中田修平;渡邊昭裕;大塚健一;三浦成久
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L27/04;H01L29/12
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 許海蘭

技術領域

本發明涉及功率用半導體裝置的構造。

背景技術

專利文獻1記載的功率用縱型MOSFET(MOS場效應晶體管)如該文獻的圖1以及圖2所示，在與MOSFET的單元(cell)區域的周緣部(包括柵極焊盤部(gate?pad?portion))鄰接的MOSFET的單元區域側的區域內，沿著該周緣部，至少配置有一列的微小的二極管。在這樣的柵極焊盤部與MOSFET的單元區域之間的區域內配置成一列的各個二極管，在MOSFET從導通(ON)狀態切換到截止(OFF)狀態時，吸收專利文獻1的圖2所示的從P阱(P-well)以及P基極向漏極側的N型半導體層內在正向偏置時注入的空穴。因此，專利文獻1的上述構造可以防止該文獻的圖3所示的寄生晶體管在MOSFET從正向偏置切換為逆向偏置時導通。

此處，在專利文獻1的上述構造中，如該圖2所示，MOSFET的P阱即P基極經由背柵(back?gate)而電連接到源電極。

專利文獻1：日本特開平5-198816號公報(圖1～圖3)

發明內容

以下，根據專利文獻1的圖2，說明本發明應解決的問題點。

當前，在作為開關元件的MOSFET單元從導通狀態切換到截止狀態的情況下，MOSFET單元的漏極電壓、即漏電極的電壓急劇上升，從大致0V變化為幾百V。于是，經由存在于P阱與N-漏極層之間的寄生電容，位移電流流入P阱內。該位移電流如以下所說明那樣流向源電極，在MOSFET單元的P阱、二極管單元的P阱、柵極焊盤下的P阱中，都是同樣的。

此處，應留意的點是，相對于MOSFET單元的P阱和二極管單元的P阱的面積，柵極焊盤下的P阱的面積非常大。

在專利文獻1中，如該以往例的說明所記載那樣，源電極和場板(field?plate)被電連接，所以例如在圖2的(C)部分所示的剖面中，在柵極焊盤下的P阱中向內流入的位移電流，在柵極焊盤下的P阱內從MOSFET單元方向朝向與場板連接的接觸孔流過，經由場板而流入到源電極。

如上所述，柵極焊盤下的P阱的面積非常大，但由于P阱自身以及接觸孔存在電阻，所以如果位移電流流過面積大的P阱，則在P阱內會產生無法忽略的值的電位下降。其結果，在從經由P阱的場板而與源電極電連接的部位(接觸孔)起的水平方向的距離大的部位處，具有比較大的電位。另外，上述漏極電壓V相對時間t的變動dV/dt越大，該電位越大。

其結果，如專利文獻1的圖2的(C)部分所示，如果在柵極焊盤下的P阱中在從接觸孔離開的部位處隔著柵極絕緣膜而設置有柵電極，則緊接在MOSFET單元從導通狀態切換到截止狀態之后，會對接近0V的電壓的柵電極、與從接觸孔離開的部位柵極焊盤下的P阱之間的柵極絕緣膜施加大的電場，柵極絕緣膜的絕緣有時被破壞。

另外，近來，期待將SiC(炭化硅)用作基板材料的開關元件作為低功耗的開關元件。期待通過將這樣的SiC器件、例如MOSFET或者IGBT(insulated?gate?bipolar?transistor，絕緣柵雙極型晶體管)用作逆變器(Inverter)的開關元件，由此降低逆變器的損耗。

并且，為了進一步降低損耗，需要實現開關元件的進一步的高速驅動(使漏極電壓V相對時間t的變動dV/dt進一步變快)。但是，在將SiC用作基板材料的開關元件中，與將以往廣泛使用的硅作為基板材料的開關元件相比，SiC材料的帶隙(band?gap)更大，所以難以實現半導體層的足夠的低電阻化，存在寄生電阻變大的傾向，該寄生電阻的大小有時使在P阱中產生的電位變大。

本發明是根據這種問題點的發現以及該問題點的產生處的認識而完成的，其主要目的在于，在具有具備MOS構造的開關元件的半導體裝置中，可以抑制在開關時(turn-off(斷開)時)在柵電極與源電極間產生絕緣破壞。