[發明專利]半導體裝置

有效

• 申請號: 201210441210.5
• 申請日: 2009-01-28
• 公開（公告）號: CN103022115A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 百田圣自;阿部和;椎木崇;藤井岳志;吉川功;今川鐵太郎;小山雅紀;淺井誠
• 申請（專利權）人: 富士電機株式會社;株式會社電裝
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/78
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉建

本申請為專利申請案(申請日2009年7月29日，申請號200980103495.8，發明名稱為“半導體裝置”)的分案申請。

技術領域

本發明涉及具有電流檢測功能的半導體裝置。

背景技術

以往，作為眾所周知的技術，在MOSFET(Metal?Oxide?SemiconductorField?Effect?Transistor：電場效應晶體管)，IGBT(Insulated?Gate?BipolarTransistor：絕緣柵型雙極晶體管)等的絕緣柵型半導體裝置中，在1個半導體芯片內，設置主絕緣柵型半導體元件(以下稱為“主元件”)，以及從該主元件分割的、柵極和漏極與主元件共用，并且尺寸小的電流檢測用絕緣柵型半導體元件(以下稱為“電流檢測元件”)，將電流檢測用的電阻與該電流檢測元件的源極連接，利用由于該電阻而引起的電壓降低，檢測與流過主元件的電流成比例的微小電流(例如，參照專利文獻1、下列專利文獻2、下列專利文獻3)。根據具備這種電流檢測功能的絕緣柵型半導體裝置(以下，稱為帶有電流檢測功能的半導體裝置)，通過利用上述電阻來檢測作為與主元件成比例的電流的流過電流檢測元件的電流，當在絕緣柵型半導體裝置中流過過電流的情況下，可發出警報、或啟動保護電路。因此，能防止元件被破壞。

圖35是表示帶有電流檢測功能的半導體裝置的一個例子的平面圖；圖36是示意性地表示圖35的切線A-A’的構成的剖面圖。如這些圖中所示，一般情況下，電流檢測元件1的電流感應電極2在與主元件4的源電極5相同的金屬層中，與源電極5分開設置。在電流感應電極2和源電極5之間連接電流檢測用的上述電阻10。

另外，在與主元件4的柵極絕緣膜(省略圖示)以及柵電極6相同的層上，分別共同地設置電流檢測元件1的柵極絕緣膜(省略圖示)以及柵電極3。電流檢測元件1和主元件4具有共同的漂移層7以及漏電極8。電流檢測元件1的柵電極3和主元件4的柵電極6與柵電極焊盤9電連接。在圖36中省略了主體區域以及源極區域。

圖37是表示以往的帶電流檢測功能的半導體裝置的構成的剖面圖。如圖37所示，在以往的平面柵型的帶電流檢測功能的半導體裝置中，主元件4的主體區域12和電流檢測元件1的主體區域11的雜質濃度和擴散深度相同，其端部的曲率也相同。另外，主元件4的相鄰的主體區域12的間隔和電流檢測元件1的相鄰的主體區域11的間隔相同。

圖38是表示以往的帶電流檢測功能的半導體裝置的其他構成的剖面圖。如圖38所示，在以往的溝槽柵型的帶電流檢測功能的半導體裝置中，主元件4的溝槽14和電流檢測元件1的溝槽13的深度相同，且寬度也相同。另外，主元件4的相鄰的溝槽14的間隔和電流檢測元件1的相鄰的溝槽13的間隔相同。而且，主元件4的主體區域12的擴散深度和電流檢測元件1的主體區域11的擴散深度相同。

另外，主元件4的主體區域12和電流檢測元件1的主體區域11的雜質濃度相同。另外，在主元件4的主體區域12和電流檢測元件1的主體區域11中，當各自的一部分不與源電極5連接而呈電浮起的情況下，在主元件4的主體區域12中與源電極5相接的部分的比率和在電流檢測元件1的主體區域11中與電流感應電極2相接的部分的比率相同。

在此，在能夠控制大功率的IGBT等元件中具有以下的問題，即，在高電壓、高電流時，柵極電壓變得不穩定，產生不均勻的電流或振蕩等，當流過過大的電流時，元件被破壞。另外，在具有電流檢測功能的IGBT中具有以下問題，即，由于從大電流的檢測開始到柵極電壓的降低為止的反饋回路長，因此，容易產生保護延遲或不穩定的振蕩等問題。

為了解決上述問題，有的發明提出了虛擬溝槽柵型IGBT結構的方案，即，在將柵電極埋入溝槽的溝槽柵型IGBT結構中，設置與溝槽柵電極結構相同的埋入電極，將該埋入電極與發射電極電連接(例如，參照下列專利文獻4)。根據該虛擬溝槽型IGBT結構，埋入電極成為與發射電位相同的電位。因此，可以將無效的柵電極(埋入電極)中生成的負電荷排出，所以，能阻止負電荷的影響。因此，即使在高電壓、高電流時，柵極電壓也能穩定，可阻止電流不均勻或振蕩等問題，因此，在流過過大的電流時，可防止元件被破壞。