[發明專利]功率用半導體裝置

有效

• 申請號: 200980161921.3
• 申請日: 2009-10-14
• 公開（公告）號: CN102576728A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 三浦成久;中田修平;大塚健一;渡邊昭裕;日野史郎;古川彰彥
• 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;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: 崔成哲

技術領域

本發明涉及碳化硅半導體裝置等功率用半導體裝置。

背景技術

在專利文獻1記載的由功率用縱型金屬-氧化膜-半導體場效應型晶體管(Metal?Oxide?Semiconductor?Field?Effect?Transistor：MOSFET，金屬氧化物半導體場效應晶體管)和二極管構成的功率用半導體裝置中，如該文獻的圖1以及圖2所示，在MOSFET的單元區域的周緣部、即與柵極焊盤部鄰接的區域中，至少配置了一列的二極管。這樣的各個二極管在MOSFET從ON(導通)狀態切換為OFF(斷開)狀態時，吸收從該文獻的圖2所示的P阱以及P襯底向漏極側的N型半導體層內在正向偏置時注入的空穴。因此，該文獻的上述構造能夠防止在MOSFET從正向偏置切換為逆向偏置時，該文獻的圖3所示的寄生晶體管成為ON。

此處，在該文獻的上述構造中，如該圖2所示，作為MOSFET的P阱的P襯底經由背柵而與源電極電連接。

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。

在使專利文獻1記載的功率用半導體裝置的MOSFET從ON狀態切換為OFF狀態時，MOSFET的漏極電壓、即漏電極的電壓急劇上升，而有時達到幾百V左右。通過該漏極電壓的上升，如果成為OFF狀態時，則經由在P阱與N^-漏極層之間形成的耗盡層電容，在漏電極側和源電極側分別產生移位電流。只要是P阱或者與P阱同樣地在N^-漏極層中設置了P型的區域的部位，則不僅是在MOSFET的P阱而且在二極管中也產生該移位電流。

對于這樣產生的移位電流，在漏電極側產生的電流原樣地流入漏電極，但在源電極側產生的電流經由P阱或者P型的區域而流至源電極。

在專利文獻1所示那樣的功率用半導體裝置的情況下，如該以往例的說明中記載的那樣，源電極和場板電連接，所以例如在圖2(C)所示的剖面中，流入到柵極焊盤下的P阱內的移位電流在柵極焊盤下的P阱內從MOSFET單元方向流向與場板連接的接觸孔，經由場板流入源電極。

此處，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，所以如果移位電流流入到柵極焊盤下的P阱，則由于在面積大的P阱自身以及接觸孔中具有大到某種程度的電阻值的電阻，所以在P阱內產生無法忽略的值的電壓。其結果，在從P阱經由場板而與源電極(通常與地電位連接)電連接的部位(接觸孔)起在平面方向的距離大的P阱內的位置，產生比較大的電位。

移位電流越大，該電位越大，上述漏極電壓V相對時間t的變動dV/dt越大，該電位越大。

此處，重新說明對碳化硅MOSFET進行高速驅動、即以高dV/dt進行驅動的情況。

在作為以往的使用了Si(硅)的單極元件的Si-MOSFET中，作為動作速度，以20V/nsec以上這樣的比較高的速度動作，但如果從1kV前后以其以上的高電壓動作，則導通損失變得非常大，所以其動作電壓限定于幾10至幾100V。因此，從1kV前后在其以上的高電壓區域中，僅利用Si-IGBT(Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，絕緣柵雙極晶體管)。但是，由于IGBT是雙極元件，所以由于少數載流子的影響，而難以得到單極元件那樣的高速開關特性。即，即使使dV/dt增加，也無法大幅減少開關損失，所以無需以高dV/dt驅動，最多以幾V/nsec左右的動作速度使用。

相對于此，在使用了碳化硅的MOSFET中，即使在1kV以上的高電壓區域中也能夠得到低的導通損失，并且，由于是單極元件，所以能夠進行高速動作，能夠通過高速開關降低開關損失，所以能夠進一步降低逆變器動作時的損失。

在這樣的1kV以上的高電壓區域動作中例如10V/nsec以上的高速開關這樣的、以往的Si元件中沒有的動作環境中，之前說明那樣的由于開關時的移位電流而在P阱中產生的電壓變得更顯著。

進而，在使用碳化硅來形成了這樣的MOSFET的情況下，在碳化硅的能帶隙內不存在具有充分淺的p型的雜質水平的元素，所以在室溫附近得不到電阻率低的p型碳化硅，并且，該p型碳化硅與金屬的接觸電阻也變高。因此，在使用碳化硅來構成了MOSFET功率用半導體裝置的情況下，特別由p型碳化硅構成的P阱以及其與金屬的接觸電阻的值變大，由于移位電流而產生的電壓也變大。