[發明專利]半導體裝置

在審

• 申請號: 202010122418.5
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111834441A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 星保幸
• 申請（專利權）人: 富士電機株式會社
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/16;H01L29/10;H01L29/423;H01L27/02;H01L27/06;H01L23/544
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 張欣;金玉蘭

提供作為在與主半導體元件同一半導體基板具備電流感測部的半導體裝置而能夠提高寄生二極管的反向恢復耐量的半導體裝置。電流感測部(12)的單位單元配置于主無效區(1b)的感測有效區(12a)。在主無效區(1b)的除了感測有效區(12a)以外的感測無效區(12b)中，在半導體基板的正面的表面區域設置有包圍感測有效區的周圍的n^?型區域(32b)。在主無效區中設置于半導體基板的正面的表面區域的p型基區(34c)隔著n^?型區域而與感測有效區(12a)對置。p型基區固定在主半導體元件(11)的源極電位。半導體基板(10)的正面上的場絕緣膜在覆蓋n^?型區域的部分(80b)中比剩余的部分(80a、80c)厚。

技術領域

本發明涉及半導體裝置。

背景技術

以往，作為控制高電壓、大電流的功率半導體裝置的構成材料，使用了硅(Si)。功率半導體裝置有雙極晶體管、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：絕緣柵雙極型晶體管)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：具備包含金屬-氧化膜-半導體這3層結構的絕緣柵的MOS型場效應晶體管)等多種，這些可以根據用途區分使用。

例如，雙極晶體管、IGBT與MOSFET相比電流密度高且能夠大電流化，但是無法高速開關。具體而言，雙極晶體管在數kHz程度的開關頻率下的使用是極限，IGBT在數十kHz程度的開關頻率下的使用是極限。另一方面，功率MOSFET雖然與雙極晶體管、IGBT相比電流密度低且難以大電流化，但是能夠進行達到數MHz程度的高速開關動作。

另外，MOSFET與IGBT不同，可以將由p型基區與n^-型漂移區的pn結形成的寄生二極管作為用于保護該MOSFET的續流二極管使用。因此，在將MOSFET用作逆變器用設備的情況下，由于能夠在不向MOSFET追加連接外置的續流二極管的情況下使用，所以在經濟性方面也備受關注。

市面上對于兼具大電流和高速性的功率半導體裝置的要求強烈，對IGBT、功率MOSFET的改良傾注全力，目前已經開發到幾乎接近于材料極限。因此，從功率半導體裝置的觀點考慮，研究了代替硅的半導體材料，作為能夠制作(制造)低導通電壓、高速特性、高溫特性優異的下一代功率半導體裝置的半導體材料，碳化硅(SiC)備受關注。

另外，碳化硅是化學上非常穩定的半導體材料，帶隙寬至3eV，即使在高溫下也能夠作為半導體而極其穩定地使用。另外，由于碳化硅的最大電場強度比硅大1個數量級以上，所以作為能夠充分減小通態電阻的半導體材料備受期待。這樣的碳化硅的特長是還具有帶隙比其他的硅的帶隙寬的半導體(以下稱為寬帶隙半導體)。

以使用碳化硅(SiC)的n溝道型MOSFET作為寬帶隙半導體為例，對現有的半導體裝置的結構進行說明。圖16是表示從半導體基板的正面側觀察現有的半導體裝置而得的布局的俯視圖。在圖16中，用不同的陰影表示感測有效區112a的p型基區134b和主無效區101b的p型基區134b’。圖17、圖18是表示圖16的有源區的截面結構的截面圖。

在圖17中示出主有效區101a和電流感測部112的截面結構(切割線X101-X102-X103-X104-X105處的截面結構)。在圖18中示出主有效區101a、感測有效區112a和溫度感測部113的截面結構(切割線X101-X102、切割線X104-X105和切割線Y101-Y102處的截面結構)。

圖16～圖18所示的現有的半導體裝置120在包含碳化硅的同一半導體基板110的有源區101具有主半導體元件111和用于保護、控制該主半導體元件111的1個以上的電路部。主半導體元件111為垂直型MOSFET，并由在有源區101的有效區(以下稱為主有效區)101a相互鄰接地配置的多個單位單元(功能單位：未圖示)構成。