[發明專利]半導體裝置

有效

• 申請號: 201480007030.3
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104981903B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 內藤達也
• 申請（專利權）人: 富士電機株式會社
• 主分類號: H01L27/04
• 分類號: H01L27/04;H01L21/336;H01L21/822;H01L29/06;H01L29/739;H01L29/78
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 萬捷

技術領域

本發明涉及半導體裝置。

背景技術

對于絕緣柵型雙極晶體管(IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor)等功率半導體元件，有時會施加外來的浪涌電壓、噪音電壓、以及因功率半導體元件的動作而產生的電磁噪音等的浪涌電壓。用保護用二極管來對該外來的浪涌電壓、噪音電壓以及電磁噪音等的浪涌電壓等過大的電壓進行箝位，以防止對功率半導體元件施加過大的電壓，由此在形成有功率半導體元件的半導體裝置中實現較高的破壞耐量。

形成有功率半導體元件的半導體裝置例如搭載于內燃機用點火裝置。對內燃機用點火裝置的主要部分的電路結構進行說明。圖9是表示內燃機用點火裝置600的主要部分的電路結構的電路圖。圖9的矩形框Q所包圍的部分是將作為功率半導體元件的IGBT503、以及用于控制IGBT503的周邊電路形成于同一半導體基板601而得的半導體裝置500。半導體裝置500例如起到對流向點火線圈的初級線圈505的低壓電流進行控制的點火器的作用。IGBT503構成使流過初級線圈505的低壓電流通斷的開關。

在圖9中，在從柵極驅動電路501輸入導通信號的情況下，導通信號經由柵極電阻502輸入至IGBT503的柵極。由此，IGBT503的柵極電位上升，IGBT503導通。IGBT503導通從而使電流從電池504流向初級線圈505。另一方面，在從柵極驅動電路501輸入截止信號的情況下，IGBT503截止從而使集電極C的電位上升，流向初級線圈505的電流被切斷，初級線圈505的電壓上升。由此，在次級線圈506中產生與匝數比相對應的高電壓，火花塞507的間隙產生放電，從而發動機點火。

連接于IGBT503的集電極C-柵極G間的保護用二極管508具有以下作用：在IGBT503截止時，對施加于IGBT503的集電極C的高電壓進行箝位，以防止對IGBT503施加過電壓。

另外，在保護用二極管508達到箝位電壓的情況下，保護用二極管508中流過箝位電流Icl。該箝位電流Icl經由柵極電阻502和齊納二極管(Zener Diode)509流向接地GND，使IGBT503的柵極電位上升。在IGBT503的柵極電位上升的情況下，IGBT503導通，流向初級線圈505的箝位電流Icl轉流向IGBT503從而流向接地GND。由此，使流向初級線圈505的電流流向接地GND，從而使得累積于初級、次級線圈505、506的較大的能量得以發散。

接著，對半導體裝置500的結構進行說明。圖10是表示現有的半導體裝置500的結構的說明圖。圖10(a)是現有的半導體裝置500的主要部分俯視圖，圖10(b)是表示在圖10(a)的Y-Y線處進行切斷而得的剖面結構的主要部分剖視圖。該半導體裝置500具有p型集電區52、配置于該p型集電區52上的n型緩沖區53、以及配置于n型緩沖區53的與p型集電區52側相反側的表面上的n型漂移區54(n-型區)。

在n型漂移區54的與n型緩沖區53側相反側的表面層上，選擇性地配置有p基極區(在圖10中，示出了與p型基極區的比有源區71要向外側(芯片外周側)延伸的部分(以下稱為外延部)相連的p型阱區55)。而且，在n型漂移區54的與n型緩沖區53側相反側的表面層上，在p型基區55的外側，包圍有源區71而呈環狀地配置有1個p型保護環區56。形成于半導體裝置500的IGBT及保護用二極管60分別相當于圖9的電路圖中的IGBT503和保護用二極管508。

在p型基極區的內部，設有n型發射區(在圖10中，示出了與n型發射區的外延部相連的n型層57)。在n型漂移區54的芯片表面側，配置有由未圖示的p型基極區、n型發射區、柵極絕緣膜及柵電極所構成的MOS柵極(由金屬-氧化膜-半導體所構成的絕緣柵)結構。發射電極58與p型基極區(p型阱區55)及n型發射區(n型層57)進行電連接。在半導體裝置500的背面，設有與p型集電區52進行電連接的集電電極52a。

此外，在半導體裝置500的表面上，設有配置于p型保護環區56上的氧化膜59、以及隔著氧化膜59進行配置的保護用二極管60。保護用二極管60設置于氧化膜59中的、p型保護環區56上的形成得較厚的部分即場氧化膜59a上。保護用二極管60的一端側與經由n+型層72而反映出集電極電位的截斷電極(stopper electrode)61相連接。保護用二極管60的另一端側經由n+型層72與柵極布線63相連接。柵極布線63是與未圖示的由多晶硅(poly-Si)所形成的柵電極和由金屬膜所形成的柵極焊盤電極62相連的金屬布線。