半导体装置及使用其的逆变器制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体装置及使用其的逆变器。半导体装置具备：栅极焊盘、相互绝缘的第1源极焊盘以及第2源极焊盘、漏极焊盘、主区域、和用于对正向电流以及反向电流进行检测的感测区域。主区域以及感测区域分别包含并联连接的多个单位单元，感测区域中所含的单位单元的数量小于主区域中所含的单位单元的数量。分别地，主区域内的单位单元的源极电极与第1源极焊盘连接，感测区域内的单位单元的源极电极与第2源极焊盘连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及具有碳化硅半导体层的半导体装置、以及使用该半导体装置的逆变器。
技术介绍
近年，利用碳化硅半导体的功率器件的开发盛行。碳化硅(SiC)是与硅(Si)相比带隙更大的高硬度的半导体材料。碳化硅具备比硅高1位的绝缘击穿电场强度。故而，通过使用碳化硅，较之于使用硅的情况，能制造具有相同的耐压且体积更小的半导体装置。通过使用碳化硅，较之于使用硅的情况，能使作为电阻分量的构成更小，因此能降低半导体装置的导通电阻，降低电力损耗。另外，碳化硅半导体装置较之于硅，具有能以更高温进行动作的优点。碳化硅半导体装置例如被用作构成开关电路的开关元件。在开关电路中，还尝试了通过开关元件的动作的控制来实现损耗降低(例如参照专利文献1)。在专利文献1中，公开了如下技术：通过在由使用了金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor：MOSFET)来作为开关元件的半桥电路构成的开关电路中，设置对低边MOSFET中流动的电流进行检测的晶体管电流检测单元、以及对作为续流二极管发挥作用的低边MOSFET的体二极管中流动的电流进行检测的二极管电流检测单元，从而在抑制贯通电流的同时降低恢复损耗。具体而言，根据专利文献1，在纵型MOSFET中，按照不与源极区域接触且与体区域进行欧姆接触的方式来设置二极管电极，将二极管电极以与源极电极电绝缘的状态进行配置。如此，能通过检测源极电极-漏极电极间流动的电流来检测MOSFET中流动的电流，并能通过检测二极管电极-漏极电极间流动的电流来检测体二极管中流动的电流。对多个单位单元当中的一部分的单位单元中的源极电极-漏极电极间电流进行检测的单元以及对二极管电极-漏极电极间电流进行检测的单元分别作为晶体管电流检测单元以及二极管电流检测单元发挥作用。为此，在专利文献1中记载了：通过设定死区时间以使由晶体管电流检测单元检测的贯通电流以及由二极管电流检测单元检测的恢复电流的检测均变小，能在抑制贯通电流的同时降低恢复损耗。另外，在专利文献2中，公开了如下内容：将对电动机进行驱动那样的逆变器构成为包含由多个晶体管组成的晶体管桥电路、以及由作为续流二极管的多个二极管组成的二极管桥电路，并具备被配置为跨晶体管桥电路与二极管桥电路之间的正极侧线路以及负极侧线路的第1电流检测器、以及配置于晶体管桥电路以及二极管桥电路与直流电源之间的第2电流检测器。在专利文献2中记载了：由于能使用第1电流检测器以及第2电流检测器来检测在通常的驱动时流动的驱动电流、在回流动作时流动的回流电流、和在再生动作时流动的再生电流，因此能检测在各动作时产生的过电流。先行技术文献专利文献专利文献1：JP特开2007-014059号公报专利文献2：JP特开平6-14561号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题然而，在专利文献1公开的技术中，为了检测续流二极管中流动的电流，需要相对于晶体管电流检测单元而单独地设置二极管电流检测单元，因此构成变得复杂。另外，在专利文献2公开的技术中，桥电路成为了被划分为二极管桥电路和晶体管桥电路这2个的构成，因此布线长，构成复杂。另外，需要昂贵且大型的大电流检测用的电流检测器。为此，本说明书中所公开的技术提供通过简易的构成而能将晶体管中流动的电流以及续流二极管中流动的电流均进行检测的半导体装置、以及利用该半导体装置的逆变器。用于解决课题的手段本说明书中所公开的半导体装置包含：第1导电型的半导体基板，其包含主区域以及感测区域；多个单位单元，其分别设置于所述第1导电型的半导体基板的所述主区域以及所述感测区域，具有金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，且所述感测区域中所含的单位单元的数量小于所述主区域中所含的单位单元的数量，在所述主区域以及所述感测区域的各区域中，所述金属-绝缘体-半导体场效应晶体管被并联连接；栅极焊盘，其配置于所述半导体基板的主面侧；相互绝缘的第1源极焊盘以及第2源极焊盘；以及漏极焊盘，其配置于所述半导体基板的背面侧，各金属-绝缘体-半导体场效应晶体管包含：第1导电型的第1碳化硅半导体层，其位于所述半导体基板的主面上；第2导电型的体区域，其与所述第1碳化硅半导体层相接；第1导电型的源极区域，其与所述体区域相接；第2碳化硅半导体层，其配置在所述第1碳化硅半导体层上且与所述体区域以及所述源极区域的至少一部分相接；所述第2碳化硅半导体层上的栅极绝缘膜；所述栅极绝缘膜上的栅极电极；源极电极，其与所述源极区域接触；以及漏极电极，其配置于所述半导体基板的背面侧，若将以所述源极电极的电位为基准的所述漏极电极的电位设为Vds、将以所述源极电极的电位为基准的所述栅极电极的电位设为Vgs、且将所述金属-绝缘体-半导体场效应晶体管的栅极阈值电压设为Vth，则在所述Vds为正的情况下，在所述Vgs为所述Vth以上时，所述金属-绝缘体-半导体场效应晶体管作为从所述漏极电极向所述源极电极流动电流的二极管发挥作用，在所述Vds为负的情况下，在所述Vgs小于Vth时，所述金属-绝缘体-半导体场效应晶体管作为从所述源极电极向所述漏极电极流动电流的二极管发挥作用，所述二极管的启动电压的绝对值小于由所述体区域和所述第1碳化硅半导体层构成的体二极管的启动电压的绝对值，所述主区域中所含的所述单位单元中的所述栅极电极以及所述感测区域中所含的所述单位单元中的所述栅极电极与所述栅极焊盘电连接，所述主区域中所含的所述单位单元中的所述漏极电极以及所述感测区域中所含的所述单位单元中的所述漏极电极与所述漏极焊盘电连接，所述主区域中所含的所述单位单元中的所述源极电极与所述第1源极焊盘电连接，所述感测区域中所含的所述单位单元中的所述源极电极与所述第2源极焊盘电连接。另外，本说明书中所公开的逆变器具备：支路(leg)，其由上臂以及下臂构成，且所述上臂以及下臂当中至少一者是本说明书中所公开的半导体装置；电流电压变换部，其与所述半导体装置的所述第2源极焊盘连接，并输出与在所述漏极焊盘和所述第2源极焊盘之间流动的电流的值对应的值的电压；以及栅极电压控制部，其基于从所述电流电压变换部输出的所述电压，来对施加至所述半导体装置的所述栅极焊盘的电压进行控制。专利技术效果本说明书中所公开的半导体装置通过简易的构成，能将晶体管中流动的电流以及续流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包含：第1导电型的半导体基板，其包含主区域以及感测区域；多个单位单元，分别设置于所述第1导电型的半导体基板的所述主区域以及所述感测区域，具有金属‑绝缘体‑半导体场效应晶体管，且所述感测区域中所含的单位单元的数量小于所述主区域中所含的单位单元的数量，在所述主区域以及所述感测区域的各区域中，所述金属‑绝缘体‑半导体场效应晶体管被并联连接；栅极焊盘，其配置于所述半导体基板的主面侧；相互绝缘的第1源极焊盘以及第2源极焊盘；以及漏极焊盘，其配置于所述半导体基板的背面侧，各金属‑绝缘体‑半导体场效应晶体管包含：第1导电型的第1碳化硅半导体层，其位于所述半导体基板的主面上；第2导电型的体区域，其与所述第1碳化硅半导体层相接；第1导电型的源极区域，其与所述体区域相接；第2碳化硅半导体层，其配置在所述第1碳化硅半导体层上且与所述体区域以及所述源极区域的至少一部分相接；所述第2碳化硅半导体层上的栅极绝缘膜；所述栅极绝缘膜上的栅极电极；源极电极，其与所述源极区域接触；以及漏极电极，其配置于所述半导体基板的背面侧，若将以所述源极电极的电位为基准的所述漏极电极的电位设为Vds、将以所述源极电极的电位为基准的所述栅极电极的电位设为Vgs、且将所述金属‑绝缘体‑半导体场效应晶体管的栅极阈值电压设为Vth，则在所述Vds为正的情况下，在所述Vgs为所述Vth以上时，所述金属‑绝缘体‑半导体场效应晶体管作为从所述漏极电极向所述源极电极流动电流的二极管发挥作用，在所述Vds为负的情况下，在所述Vgs小于Vth时，所述金属‑绝缘体‑半导体场效应晶体管作为从所述源极电极向所述漏极电极流动电流的二极管发挥作用，所述二极管的启动电压的绝对值小于由所述体区域和所述第1碳化硅半导体层构成的体二极管的启动电压的绝对值，所述主区域中所含的所述单位单元中的所述栅极电极以及所述感测区域中所含的所述单位单元中的所述栅极电极与所述栅极焊盘电连接，所述主区域中所含的所述单位单元中的所述漏极电极以及所述感测区域中所含的所述单位单元中的所述漏极电极与所述漏极焊盘电连接，所述主区域中所含的所述单位单元中的所述源极电极与所述第1源极焊盘电连接，所述感测区域中所含的所述单位单元中的所述源极电极与所述第2源极焊盘电连接。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.10 JP 2013-1442451.一种半导体装置，包含：
第1导电型的半导体基板，其包含主区域以及感测区域；
多个单位单元，分别设置于所述第1导电型的半导体基板的所述主区
域以及所述感测区域，具有金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，且所述
感测区域中所含的单位单元的数量小于所述主区域中所含的单位单元的
数量，在所述主区域以及所述感测区域的各区域中，所述金属-绝缘体-
半导体场效应晶体管被并联连接；
栅极焊盘，其配置于所述半导体基板的主面侧；
相互绝缘的第1源极焊盘以及第2源极焊盘；以及
漏极焊盘，其配置于所述半导体基板的背面侧，
各金属-绝缘体-半导体场效应晶体管包含：
第1导电型的第1碳化硅半导体层，其位于所述半导体基板的主面上；
第2导电型的体区域，其与所述第1碳化硅半导体层相接；
第1导电型的源极区域，其与所述体区域相接；
第2碳化硅半导体层，其配置在所述第1碳化硅半导体层上且与所述
体区域以及所述源极区域的至少一部分相接；
所述第2碳化硅半导体层上的栅极绝缘膜；
所述栅极绝缘膜上的栅极电极；
源极电极，其与所述源极区域接触；以及
漏极电极，其配置于所述半导体基板的背面侧，
若将以所述源极电极的电位为基准的所述漏极电极的电位设为Vds、
将以所述源极电极的电位为基准的所述栅极电极的电位设为Vgs、且将所
述金属-绝缘体-半导体场效应晶体管的栅极阈值电压设为Vth，
则在所述Vds为正的情况下，在所述Vgs为所述Vth以上时，所述金
属-绝缘体-半导体场效应晶体管作为从所述漏极电极向所述源极电极
流动电流的二极管发挥作用，
在所述Vds为负的情况下，在所述Vgs小于Vth时，所述金属-绝缘
体-半导体场效应晶体管作为从所述源极电极向所述漏极电极流动电流

\t的二极管发挥作用，
所述二极管的启动电压的绝对值小于由所述体区域和所述第1碳化硅
半导体层构成的体二极管的启动电压的绝对值，
所述主区域中所含的所述单位单元中的所述栅极电极以及所述感测
区域中所含的所述单位单元中的所述栅极电极与所述栅极焊盘电连接，
所述主区域中所含的所述单位单元中的所述漏极电极以及所述感测
区域中所含的所述单位单元中的所述漏极电极与所述漏极焊盘电连接，
所述主区域中所含的所述单位单元中的所述源极电极与所述第1源极
焊盘电连接，
所述感测区域中所含的所述单位单元中的所述源极电极与所述第2源
极焊盘电连接。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述体区域中的至少与所述第2碳化硅半导体层相接的区域的杂质浓
度为1×1018cm-3以上，
所述第2碳化硅半导体层的杂质浓度为1×1017cm-3以上且4×1018cm-3以下，
所述第2碳化硅半导体层的厚度为20nm以上且70nm以下。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，还具备：
第1导电型的所述第1碳化硅半导体层，其位于所述主区域与所述感
测区域的交界，并位于所述半导体基板上；以及
第2导电型的元件分离区域，其设置于所述第1碳化硅半导体层，
在所述元件分离区域上未配置第2碳化硅半导体层。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体装置，其中，
所述半导体装置还具备沟槽，该沟槽贯通所述体区域以及所述源极区
域，并到达所述第1碳化硅半导体层。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体装置，其中，
所述感测区域中流动的电流为100mA以下。
6.一种逆变器，具备：
支路，其由上臂以及下臂构成，且所述上臂以及下臂当中至少一者是
权利要求1至5中任一项所述的半导体装置；
电流电压变换部，其与所述半导体装置的所述第2源极焊盘连接，并
输出与在所述漏极焊盘和所述第2源极焊盘之间流动的电流的值对应的值
的电压；以及
栅极电压控制部，其基于从所述电流电压变换部输出的所述电压，来
对施加至所述半导体装置的所述栅极焊盘的电压进行控制。
7.根据权利要求6所述的逆变器，其中，
所述电流电压变换部包含：
运算放大器，其具有反相输入端子、非反相输入端子以及输出端子；
以及
电...

【专利技术属性】
技术研发人员：楠本修，中田秀树，赤松庆治，内田正雄，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP