半導(dǎo)體裝置以及絕緣柵極型雙極晶體管的制作方法
【專利說明】半導(dǎo)體裝置以及絕緣柵極型雙極晶體管
[0001][相關(guān)申請]
[0002]本申請享有以日本專利申請2014-50813號(申請日:2014年3月13日)為基礎(chǔ)申請的優(yōu)先權(quán)。本申請是通過參照該基礎(chǔ)申請而包含基礎(chǔ)申請的全部內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的實施方式涉及一種半導(dǎo)體裝置以及絕緣柵極型雙極晶體管。
【背景技術(shù)】
[0004]IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵極型雙極晶體管)等半導(dǎo)體裝置在有大電流流過時有可能會被破壞。因此，為了檢測電流值以謀求保護半導(dǎo)體裝置免受破壞，理想的是監(jiān)視流動著的電流。因此，已知有與主電流流動的主區(qū)域分開設(shè)置傳感電流流動的傳感區(qū)域的構(gòu)成。在主電流與傳感電流成比例的情況下，通過擷取傳感電流，可以掌握主電流。
[0005]然而，如果主區(qū)域與傳感區(qū)域的分離不充分，那么主電流不與傳感電流成比例。結(jié)果，有難以精度良好地檢測流動的主電流的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種可以精度良好地檢測電流量的半導(dǎo)體裝置以及絕緣柵極型雙極晶體管。
[0007]根據(jù)實施方式，提供一種絕緣柵極型雙極晶體管，其特征在于包括:主區(qū)域；傳感區(qū)域；以及半導(dǎo)體層，其在所述主區(qū)域與所述傳感區(qū)域之間，與設(shè)置在所述主區(qū)域以及所述傳感區(qū)域的集極層接觸，雜質(zhì)濃度低于所述集極層。
【附圖說明】
[0008]圖1是第一實施方式的半導(dǎo)體裝置100的等效電路圖。
[0009]圖2是第一實施方式的半導(dǎo)體裝置100的剖視圖。
[0010]圖3(a)、圖3(b)是說明半導(dǎo)體裝置100中的電流的流動的概念圖。
[0011]圖4是表示傳感比Im/Is、與主電流Im的關(guān)系的計算例的曲線圖。
[0012]圖5是作為半導(dǎo)體裝置100的第一變化例的半導(dǎo)體裝置1001的剖視圖。
[0013]圖6是作為半導(dǎo)體裝置100的第二變化例的半導(dǎo)體裝置1002的剖視圖。
[0014]圖7是作為半導(dǎo)體裝置100的第三變化例的半導(dǎo)體裝置1003的剖視圖。
[0015]圖8是作為半導(dǎo)體裝置100的第四變化例的半導(dǎo)體裝置1004的剖視圖。
[0016]圖9是第二實施方式的半導(dǎo)體裝置100的剖視圖。
[0017]圖10是第三實施方式的半導(dǎo)體裝置100的剖視圖。
[0018]圖11是第四實施方式的半導(dǎo)體裝置100的剖視圖。
【具體實施方式】
[0019]以下，針對實施方式，一邊參照附圖，一邊進行具體說明。
[0020](第一實施方式)
[0021]圖1是第一實施方式的半導(dǎo)體裝置100的等效電路圖。半導(dǎo)體裝置100包括形成在主區(qū)域的主IGBT、以及形成在傳感區(qū)域的傳感IGBT。而且，在主區(qū)域與傳感區(qū)域之間，設(shè)置分離區(qū)域(在圖1中未圖示)。
[0022]主IGBT以及傳感IGBT的集電極I相互連接。同樣，主IGBT以及傳感IGBT的柵極電極8相互連接。另一方面，傳感IGBT的發(fā)射電極12在半導(dǎo)體裝置100內(nèi)部與主IGBT的發(fā)射電極11電分離。而且，主IGBT的發(fā)射電極11是被直接供給IGBT整體的發(fā)射極電位E，傳感IGBT的發(fā)射電極12是經(jīng)由傳感電阻Rs被供給IGBT整體的發(fā)射極電位E。
[0023]在主區(qū)域，流動有主電流Im。在傳感區(qū)域，流動有與主電流Im相應(yīng)的傳感電流Is。而且，根據(jù)傳感電阻Rs中的電壓下降，可以推定傳感電流Is。
[0024]這里，只要主電流Im與傳感電流Is成比例，便可以根據(jù)傳感電流Is準(zhǔn)確地檢測主電流Im。然而，假如利用分離區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的主區(qū)域與傳感區(qū)域的分離不充分，那么電流會從主區(qū)域以及傳感區(qū)域流入分離區(qū)域。結(jié)果，傳感電流Is不與主電流Im成比例。這樣的話，將難以準(zhǔn)確地檢測流動在半導(dǎo)體裝置100的主電流Im。
[0025]因此，本實施方式中，謀求抑制電流流動在分離區(qū)域以提高主區(qū)域與傳感區(qū)域的分離性。
[0026]圖2是第一實施方式的半導(dǎo)體裝置100的剖視圖。半導(dǎo)體裝置100包含主區(qū)域(第一區(qū)域)100a、傳感區(qū)域(第二區(qū)域)10b以及分離區(qū)域(第三區(qū)域)100c。主區(qū)域10a是與傳感區(qū)域10b分隔設(shè)置。而且，分離區(qū)域10c是設(shè)置在主區(qū)域10a與傳感區(qū)域10b之間，分離主區(qū)域10a與傳感區(qū)域100b。
[0027]首先，對半導(dǎo)體裝置100的主區(qū)域10a進行說明。在主區(qū)域100a，設(shè)置著由多個單位組件所形成的IGBT元件。主區(qū)域10a包括:集電極(第一電極)1、ρ+型(第一導(dǎo)電型)半導(dǎo)體層(第一半導(dǎo)體層)2、n型(第二導(dǎo)電型)半導(dǎo)體層3、n_型半導(dǎo)體層(第二半導(dǎo)體層)4、ρ型半導(dǎo)體層(第三半導(dǎo)體層)6、柵極絕緣膜(絕緣膜)7、柵極電極(第二電極)8、n+型半導(dǎo)體層(第四半導(dǎo)體層)9、p+型半導(dǎo)體層10、以及發(fā)射電極(第三電極)11。
[0028]p+型半導(dǎo)體層2是設(shè)置在鋁等的集電極I上的集極層。η型半導(dǎo)體層3是設(shè)置在P+型半導(dǎo)體層2上的緩沖層，在IGBT的動作上并非不可欠缺，但理想的是設(shè)置該η型半導(dǎo)體層3以提高性能。η—型半導(dǎo)體層4是設(shè)置在半導(dǎo)體層3上的基底層。η—型半導(dǎo)體層4也可以是硅等的半導(dǎo)體基板。P型半導(dǎo)體層6是設(shè)置在η_型半導(dǎo)體層4上的基底層。
[0029]貫通ρ型半導(dǎo)體層6到達η_型半導(dǎo)體層4的多個溝槽TR相互隔開間隔而形成。在該溝槽TR的內(nèi)側(cè)，設(shè)置有氧化硅膜等柵極絕緣膜7。也就是說，多個柵極絕緣膜7在η_型半導(dǎo)體層4上隔開間隔設(shè)置。而且，在多個柵極絕緣膜7各自之間，在η_型半導(dǎo)體層4上設(shè)置著P型半導(dǎo)體層6。
[0030]在該柵極絕緣膜7的內(nèi)側(cè)設(shè)置有柵極電極8。換句話說，柵極電極8是隔著絕緣膜7設(shè)置在η—型半導(dǎo)體層4上。因此，柵極電極8的側(cè)面是隔著柵極絕緣膜7與ρ型半導(dǎo)體層6相向。而且，柵極電極8的底面是隔著柵極絕緣膜7與η—型半導(dǎo)體層4相向。另外，在柵極電極8上也設(shè)置有柵極絕緣膜7。
[0031]n+型半導(dǎo)體層9是ρ型半導(dǎo)體層6上的一部分，且是設(shè)置在與柵極絕緣膜7鄰接的位置的發(fā)射極層。也就是說，n+型半導(dǎo)體層9是接觸絕緣膜7設(shè)置在ρ型半導(dǎo)體層6。p+型半導(dǎo)體層10是ρ型半導(dǎo)體層6上的一部分，且是設(shè)置在n+型半導(dǎo)體層9之間的接觸層，在IGBT的動作上并非不可欠缺，但理想的是設(shè)置該ρ+型半導(dǎo)體層10以降低ρ型半導(dǎo)體層6與發(fā)射電極11間的接觸電阻。發(fā)射電極11為鋁等，且設(shè)置在柵極絕緣膜7、n+型半導(dǎo)體層9以及ρ+型半導(dǎo)體層10上。換句話說，發(fā)射電極11是接觸絕緣膜7以及n+型半導(dǎo)體層9設(shè)置。而且，下述絕緣體層23從分離區(qū)域10c延伸到端部的柵極絕緣膜7上，發(fā)射電極11的一部分設(shè)置在絕緣體層23上。另外，通過柵極絕緣膜7，柵極電極8與發(fā)射電極11絕緣。
[0032]接著，對半導(dǎo)體裝置100的傳感區(qū)域10b進行說明。傳感區(qū)域10b設(shè)置在與主區(qū)域10a隔開的位置。在傳感區(qū)域10b也設(shè)置有由多個單位組件所形成的IGBT元件。然而，傳感區(qū)域10b的面積小于主區(qū)域10a的面積。而且，設(shè)置在傳感區(qū)域10b的IGBT元件的數(shù)量少于設(shè)置在主區(qū)域10a的IGBT元件的數(shù)量。因此，傳感電流Is小于主電流Im。
[0033]傳感區(qū)域10b的器件構(gòu)造與主區(qū)域10a大致相同。但是，傳感區(qū)域10b中的發(fā)射電極(第四電極)12未與主區(qū)域10a中的發(fā)射電極11連接。因此，發(fā)射電極12并非成為與發(fā)射電極11相同的電位，動作時可能會像下文所敘述的那樣，成為互不相同的電位。
[0034]接下來，對半導(dǎo)體裝置100的分離區(qū)域10c進行說明。分離區(qū)域10c包括:集電極1、P型半導(dǎo)體層2'、η型半導(dǎo)體層3、η—型半導(dǎo)體層4、ρ型半導(dǎo)體層22、以及絕緣體層23。
[0035]集電極1、η型半導(dǎo)體層3以及η—型半導(dǎo)體層4與主區(qū)域10a以及傳感區(qū)域10b共通。P型半導(dǎo)體層22是設(shè)置在η_型半導(dǎo)體層4上且與主區(qū)域10a鄰接的位置以及與傳感區(qū)域10b鄰接的位置。而且，P型半導(dǎo)體層22覆蓋位于主區(qū)域10a以及傳感區(qū)域10b的最靠分離區(qū)域10c側(cè)的溝槽TR的底部(換句話說，是絕緣膜7的底部)的角部。通過設(shè)置這種P型半導(dǎo)體層22，可以提高發(fā)射電極11以及發(fā)射電極12與集電極I間的耐壓。其原因在于，如果沒有P型半導(dǎo)體層22，那么電場會集中在主區(qū)域10a以及傳感區(qū)域10b的IGBT的分離區(qū)域10c側(cè)的溝槽的角部，而使耐壓劣化。另外，本實施方式的實現(xiàn)耐壓的構(gòu)造是一個示例，當(dāng)然也可以使用其他方法來實現(xiàn)耐壓。
[0036]而且