半导体装置制造方法及图纸

提供一种作为在与主半导体元件同一半导体基板具备电流感测部的半导体装置而能提高寄生二极管的反向恢复耐量的半导体装置。OC焊盘(22)的正下方的一部分区域是配置有电流感测部(12)的单位单元的感测有效区(12a)。在OC焊盘(22)的正下方，包围感测有效区(12a)的周围的区域是未配置电流感测部(12)的单位单元的感测无效区(12b)。在感测无效区(12b)中，设置于半导体基板的正面的表面区域的浮置的p型基区(34b’)通过包围感测有效区(12a)的周围的n

【技术实现步骤摘要】
半导体装置
本专利技术涉及半导体装置。
技术介绍
以往，作为控制高电压、大电流的功率半导体装置的构成材料，使用了硅(Si)。功率半导体装置有双极晶体管、IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor：具备包含金属-氧化膜-半导体这3层结构的绝缘栅的MOS型场效应晶体管)等多种，这些可以根据用途区分使用。例如，双极晶体管、IGBT与MOSFET相比电流密度高且能够大电流化，但是无法高速开关。具体而言，双极晶体管在数kHz程度的开关频率下的使用是极限，IGBT在数十kHz程度的开关频率下的使用是极限。另一方面，功率MOSFET虽然与双极晶体管、IGBT相比电流密度低且难以大电流化，但是能够进行达到数MHz程度的高速开关动作。另外，MOSFET与IGBT不同，可以将由p型基区与n-型漂移区的pn结形成的寄生二极管作为用于保护该MOSFET的续流二极管使用。因此，在将MOSFET用作逆变器用设备的情况下，由于能够在不向MOSFET追加连接外置的续流二极管的情况下使用，所以在经济性方面也备受关注。市面上对于兼具大电流和高速性的功率半导体装置的要求强烈，对IGBT、功率MOSFET的改良倾注全力，目前已经开发到几乎接近于材料极限。因此，从功率半导体装置的观点考虑，研究了代替硅的半导体材料，作为能够制作(制造)低导通电压、高速特性、高温特性优异的下一代功率半导体装置的半导体材料，碳化硅(SiC)备受关注。另外，碳化硅是化学上非常稳定的半导体材料，带隙宽至3eV，即使在高温下也能够作为半导体而极其稳定地使用。另外，由于碳化硅的最大电场强度比硅大1个数量级以上，所以作为能够充分减小通态电阻的半导体材料备受期待。这样的碳化硅的特长是还具有带隙比其他的硅的带隙宽的半导体(以下称为宽带隙半导体)。以使用碳化硅(SiC)的n沟道型MOSFET作为宽带隙半导体为例，对现有的半导体装置的结构进行说明。图13是表示从半导体基板的正面侧观察现有的半导体装置而得的布局的俯视图。在图13中，用不同的阴影表示感测有效区112a的p型基区134b和主无效区101b的p型基区134b’。图14、图15是表示图13的有源区的截面结构的截面图。在图14中示出主有效区101a和电流感测部112的截面结构(切割线X101-X102-X103-X104-X105处的截面结构)。在图15中示出主有效区101a、感测有效区112a和温度感测部113的截面结构(切割线X101-X102、切割线X104-X105和切割线Y101-Y102处的截面结构)。图13～图15所示的现有的半导体装置120在包含碳化硅的同一半导体基板110的有源区101具有主半导体元件111和用于保护、控制该主半导体元件111的1个以上的电路部。主半导体元件111为垂直型MOSFET，并由在有源区101的有效区(以下称为主有效区)101a相互邻接地配置的多个单位单元(功能单位：未图示)构成。主半导体元件111的源极焊盘121a在主有效区101a中设置于半导体基板110的正面上。用于保护、控制主半导体元件111的电路部配置在有源区101中的除了主有效区101a以外的区域(以下称为主无效区)101b。在主无效区101b不配置主半导体元件111的单位单元。主无效区101b的表面积比不具备用于保护、控制主半导体元件111的电路部的半导体装置(在主无效区仅配置有栅极焊盘的半导体装置)的主无效区大。作为用于保护、控制主半导体元件111的电路部，例如可举出电流感测部112、温度感测部113、过电压保护部(未图示)和运算电路部(未图示)等高功能部。电流感测部112是以比主半导体元件111的单位单元(元件的功能单位)的个数少的个数具备与主半导体元件111相同构成的单位单元的垂直型MOSFET。电流感测部112与主半导体元件111分离地配置。电流感测部112在与主半导体元件111相同的条件下动作，检测流到主半导体元件111的过电流(OC：OverCurrent)。电流感测部112的单位单元配置于电流感测部112的电极焊盘(以下称为OC焊盘)122的正下方的一部分区域(以下称为感测有效区)112a。OC焊盘122的正下方的除了感测有效区112a以外的区域(以下称为感测无效区)112b是未配置电流感测部112的单位单元的区域，不作为电流感测部112发挥功能。在感测无效区112b的几乎整个区域，在半导体基板110的表面区域设置有p型基区134b’。在p型基区134b’与n-型漂移区132之间设置有p+型区域162b’。感测无效区112b的p型基区134b’和p+型区域162b’通过半导体基板110的表面区域的n-型区域132b而与感测有效区112a分离。感测无效区112b的p型基区134b’与主半导体元件111的p型基区134a连结，并被固定于主半导体元件111的源极电位。另外，感测无效区112b的p型基区134b’和p+型区域162b’向主无效区101b的除了感测有效区112a以外的整个区域延伸，并配置于除了源极焊盘121a以外的电极焊盘正下方。除了源极焊盘121a以外的电极焊盘在主无效区101b中设置于半导体基板110的正面上。在图13中，对源极焊盘121a、栅极焊盘121b、OC焊盘122和温度感测部113的电极焊盘(阳极焊盘123a和阴极焊盘123b)分别标注S、G、OC、A和K。符号102是边缘终端区。符号133a～150a、161a、162a是构成主半导体元件111的沟槽栅型MOSFET的各部分。符号133b～150b、161b、162b是构成电流感测部112的沟槽栅型MOSFET的各部分。符号131、132、151分别是主半导体元件111和电流感测部112共用的n+型漏极区、n-型漂移区和漏电极。符号180a～180c是场绝缘膜。另外，伴随着大电流化，与沿着半导体基板的正面形成沟道的平面栅极结构相比，沿着沟槽的侧壁在与半导体基板的正面正交的方向上形成沟道(反转层)的沟槽栅极结构在成本方面有利。其理由是由于沟槽栅极结构能够增加每单位面积的单位单元(元件的结构单元)密度，所以能够增加每单位面积的电流密度。与增加了设备的电流密度的单位单元的占有体积对应的温度上升率变高，所以为了实现放电效率的提高和可靠性的稳定化而需要双面冷却结构。此外，考虑到可靠性，需要具有在与作为主半导体元件的垂直型MOSFET同一半导体基板配置了电流感测部、温度感测部和过电压保护部等高功能部作为用于保护、控制主半导体元件的电路部的高功能结构。作为现有的半导体装置，提出了在与平面栅极结构的主半导体元件同一半导体基板设置配置了电流感测部、温度感测部和过电压保护部等高功能部的主无效区的装置(例如参照下述专利文献1、2)。在下述专利文献1、2中，公开了在半导体基板的1边集中配置了除了源极焊盘和OC焊盘以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其特征在于，具备：/n半导体基板，其包含带隙比硅的带隙宽的半导体；/n第一个第一导电型区，其设置于所述半导体基板的内部；/n第一个第二导电型区，其设置在所述半导体基板的第一主面与所述第一个第一导电型区之间；/n第一绝缘栅型场效应晶体管，其将所述第一个第一导电型区作为漂移区，将所述第一个第二导电型区作为基区；/n所述第一绝缘栅型场效应晶体管的第一源极焊盘，其设置于所述半导体基板的第一主面上，且电连接到所述第一个第二导电型区；/n第二个第二导电型区，其设置在所述半导体基板的第一主面与所述第一个第一导电型区之间的与所述第一个第二导电型区不同的区域；/n第二绝缘栅型场效应晶体管，其将所述第一个第一导电型区作为漂移区，将所述第二个第二导电型区作为基区，且具有个数比所述第一绝缘栅型场效应晶体管的单元的个数少且单元结构与所述第一绝缘栅型场效应晶体管的单元结构相同的多个单元；/n所述第二绝缘栅型场效应晶体管的第二源极焊盘，其以与所述第一源极焊盘分离的方式设置于所述半导体基板的第一主面上，且电连接到所述第二个第二导电型区；/n浮置的第三个第二导电型区，其在除了配置有所述第一绝缘栅型场效应晶体管的单元的第一有效区和配置有所述第二绝缘栅型场效应晶体管的单元的第二有效区以外的无效区中，以与所述第一有效区和所述第二有效区分离的方式设置在所述半导体基板的第一主面与所述第一个第一导电型区之间，且包围所述第二有效区的周围；以及/n漏电极，其电连接到所述半导体基板的第二主面，且被所述第一绝缘栅型场效应晶体管和所述第二绝缘栅型场效应晶体管共用。/n...

【技术特征摘要】
20190415 JP 2019-0773301.一种半导体装置，其特征在于，具备：
半导体基板，其包含带隙比硅的带隙宽的半导体；
第一个第一导电型区，其设置于所述半导体基板的内部；
第一个第二导电型区，其设置在所述半导体基板的第一主面与所述第一个第一导电型区之间；
第一绝缘栅型场效应晶体管，其将所述第一个第一导电型区作为漂移区，将所述第一个第二导电型区作为基区；
所述第一绝缘栅型场效应晶体管的第一源极焊盘，其设置于所述半导体基板的第一主面上，且电连接到所述第一个第二导电型区；
第二个第二导电型区，其设置在所述半导体基板的第一主面与所述第一个第一导电型区之间的与所述第一个第二导电型区不同的区域；
第二绝缘栅型场效应晶体管，其将所述第一个第一导电型区作为漂移区，将所述第二个第二导电型区作为基区，且具有个数比所述第一绝缘栅型场效应晶体管的单元的个数少且单元结构与所述第一绝缘栅型场效应晶体管的单元结构相同的多个单元；
所述第二绝缘栅型场效应晶体管的第二源极焊盘，其以与所述第一源极焊盘分离的方式设置于所述半导体基板的第一主面上，且电连接到所述第二个第二导电型区；
浮置的第三个第二导电型区，其在除了配置有所述第一绝缘栅型场效应晶体管的单元的第一有效区和配置有所述第二绝缘栅型场效应晶体管的单元的第二有效区以外的无效区中，以与所述第一有效区和所述第二有效区分离的方式设置在所述半导体基板的第一主面与所述第一个第一导电型区之间，且包围所述第二有效区的周围；以及
漏电极，其电连接到所述半导体基板的第二主面，且被所述第一绝缘栅型场效应晶体管和所述第二绝缘栅型场效应晶体管共用。


2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述半导体装置还具备第二个第一导电型区...

【专利技术属性】
技术研发人员：星保幸，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP