[發明專利]半導體裝置

在審

• 申請號: 202010720748.4
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN112466922A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 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;H01L29/423;H01L27/088
• 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

提供能抑制邊緣終端區處的破壞的半導體裝置(600)，具備有源區(150)；包圍有源區的周圍的柵極環區(160)；包圍柵極環區的周圍的源極環區(170)。有源區具有第一導電型的半導體基板；第一導電型的第一半導體層；第二導電型的第二半導體層(6)；第一導電型的第一半導體區(7)；柵極絕緣膜(9)；第一柵電極(10a)；層間絕緣膜(11)；第一個第一電極(12a)；第二電極(13)。源極環區具有半導體基板；第一半導體層；第二半導體層(6)；第三半導體區(3)；第二個第一電極(12b)。在源極環區中，在與第二個第一電極對置的位置的、第三半導體區的底面設置有第一或第二導電型的第二半導體區(30、31)。

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：金屬氧化物半導體場效應晶體管)等多個種類，這些種類根據用途而區分使用。

例如，雙極晶體管、IGBT與MOSFET相比，電流密度高且能夠大電流化，但是無法高速地進行開關。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，但是能夠進行直到數MHz程度的高速開關動作。

然而，市場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，針對IGBT、功率MOSFET的改良傾注全力，目前開發已經進行到幾乎接近于材料極限的地步。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。

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也比硅大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而備受期待。這樣的碳化硅的特長也適用于其他帶隙比硅的帶隙更寬的寬帶隙半導體、例如氮化鎵(GaN)。因此，通過使用寬帶隙半導體，能夠實現半導體裝置的高耐壓化。

以垂直型MOSFET為例對現有的碳化硅半導體裝置的結構進行說明。圖22是表示現有的碳化硅半導體裝置的結構的俯視圖。如圖22所示，半導體芯片(垂直型MOSFET)1600，在供主電流流通的有源區1150的外周部設置有包圍有源區1150的周圍且保持耐壓的邊緣終端區1168。在有源區1150，設置有與柵電極電連接的柵電極焊盤1100以及與源電極電連接的源電極焊盤1104。另外，在有源區1150與邊緣終端區1168之間設置有柵極環區1160，所述柵極環區1160形成有用于將柵電極與柵電極焊盤1100連接的布線。

為了進一步提高碳化硅半導體裝置的可靠性，提出了在與半導體芯片1600同一半導體基板配置有電流感測部、溫度感測部(未圖示)和過電壓保護部(未圖示)等高功能區1400的半導體裝置。在采用高功能結構的情況下，為了穩定地形成高功能區1400，與主半導體元件的單位單元分離且與邊緣終端區1168相鄰地在有源區1150設置僅配置有高功能區1400的區域。有源區1150是在主半導體元件導通時有主電流流通的區域。邊緣終端區1168是用于緩和半導體基板的正面側的電場而保持耐壓(耐電壓)的區域。耐壓是指不會引起元件誤動作或破壞的極限的電壓。

在電流感測部設置有與有源區1150相同結構的電流感測部的有源區1230和電流檢測用的電流感測部焊盤1202。溫度感測部具有利用二極管的溫度特性檢測半導體芯片的溫度的功能。