專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及這樣一種半導(dǎo)體器件其中絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)元件區(qū)和二極管元件區(qū)二者形成在同一個(gè)半導(dǎo)體襯底中。
背景技術(shù)：
為了免受由于過(guò)度施加的電流等造成的損壞的目的，半導(dǎo)體器件設(shè)置有電流檢測(cè)區(qū)來(lái)檢測(cè)流過(guò)半導(dǎo)體器件的電流。公開號(hào)為H7-245394的日本專利申請(qǐng)公開了一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件具有其中形成有IGBT的主活躍區(qū)(主單元區(qū))、以及用于檢測(cè)流過(guò)主活躍區(qū)的電流的電流檢測(cè)區(qū)(檢測(cè)器單元區(qū))，其中主活躍區(qū)和電流檢測(cè)區(qū)設(shè)置在同一個(gè)半導(dǎo)體襯底中。與主活躍區(qū)上的IGBT相同的IGBT形成在電流檢測(cè)區(qū)中，并且電流檢測(cè)區(qū)與主活躍區(qū)間隔開100 μ m以上。在這種構(gòu)造中，防止了在電流檢測(cè)區(qū)和主活躍區(qū)之間的界線區(qū)處的載流子干擾，并且流過(guò)主活躍區(qū)的主電流和所檢測(cè)到的流過(guò)電流檢測(cè)區(qū)的電流之間的電流比率保持為基本恒定。

發(fā)明內(nèi)容
借助于IGBT元件區(qū)和二極管元件區(qū)形成在相同的半導(dǎo)體襯底中的反向?qū)щ娦桶雽?dǎo)體器件，第二導(dǎo)電型集電極區(qū)、第一導(dǎo)電型漂移區(qū)和第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在所述 IGBT元件區(qū)中，并且第一導(dǎo)電型陰極區(qū)、第一導(dǎo)電型漂移區(qū)和第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在所述二極管元件區(qū)中。借助于這種類型的半導(dǎo)體器件，在電流檢測(cè)區(qū)也設(shè)置在同一個(gè)半導(dǎo)體襯底中的情況下，如果與IGBT元件區(qū)中的IGBT相同的IGBT形成在電流檢測(cè)區(qū)中，則 IGBT檢測(cè)電流流過(guò)其中，從而能夠檢測(cè)到流過(guò)IGBT元件區(qū)的IGBT主電流。如果與二極管元件區(qū)中的二極管相同的二極管形成在電流檢測(cè)區(qū)中，則二極管檢測(cè)電流流過(guò)其中，從而能夠檢測(cè)到流過(guò)二極管元件區(qū)的二極管主電流。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，借助于這種類型的半導(dǎo)體器件，流過(guò)IGBT的電流(IGBT主電流) 和流過(guò)二極管的電流(二極管主電流)在IGBT和二極管之間的界線部分(即，在集電極區(qū)和陰極區(qū)之間的界線周圍的區(qū)域)中變得不穩(wěn)定。換句話說(shuō)，流過(guò)IGBT的電流將受到相鄰的二極管的影響，而流過(guò)二極管的電流將受到相鄰的IGBT的影響。由于IGBT和二極管之間的界線部分的尺寸相對(duì)于主活躍區(qū)的尺寸相對(duì)較小，即使主活躍區(qū)中在IGBT和二極管之間存在界線部分，對(duì)IGBT主電流和二極管主電流的影響也很小。然而，由于電流檢測(cè)區(qū)與主活躍區(qū)相比明顯地很小，因此電流檢測(cè)區(qū)更有可能受到在IGBT和二極管之間的界線部分處不穩(wěn)定的IGBT電流和二極管電流的影響。借助于其 IGBT元件區(qū)和二極管元件區(qū)形成在同一個(gè)半導(dǎo)體襯底中的反向?qū)щ娦桶雽?dǎo)體器件，必須經(jīng)由仔細(xì)的考慮后設(shè)計(jì)電流檢測(cè)區(qū)的位置和尺寸，以便減小IGBT和二極管之間的界線部分的影響。在此公開了一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括IGBT元件區(qū)、二極管元件區(qū)和第一電流檢測(cè)區(qū)，所述第一電流檢測(cè)區(qū)至少能夠檢測(cè)流過(guò)所述IGBT元件區(qū)的IGBT電流
4(IGBT主電流)。所述IGBT元件區(qū)、所述二極管元件區(qū)和所述第一電流檢測(cè)區(qū)形成在同一個(gè)半導(dǎo)體襯底中。第二導(dǎo)電型集電極區(qū)、第一導(dǎo)電型漂移區(qū)和第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在所述IGBT元件區(qū)中。第二導(dǎo)電型集電極區(qū)、第一導(dǎo)電型漂移區(qū)和第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在所述第一電流檢測(cè)區(qū)的至少一部分中。第一導(dǎo)電型陰極區(qū)、第一導(dǎo)電型漂移區(qū)、和第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在所述二極管元件區(qū)中。所述第一電流檢測(cè)區(qū)與所述IGBT元件區(qū)相鄰布置，并且所述IGBT元件區(qū)的所述集電極區(qū)延伸以與所述第一電流檢測(cè)區(qū)的所述集電極區(qū)連接。借助于這種半導(dǎo)體器件，相鄰于所述IGBT元件區(qū)(即，所述IGBT主電流流過(guò)的區(qū))而布置至少能夠檢測(cè)所述IGBT主電流的所述第一電流檢測(cè)區(qū)，并且所述IGBT元件區(qū)的集電極區(qū)延伸以與所述第一電流檢測(cè)區(qū)的所述集電極區(qū)連接。換句話說(shuō)，所述IGBT元件區(qū)的所述集電極區(qū)朝向所述第一電流檢測(cè)區(qū)延續(xù)，而且在所述第一電流檢測(cè)區(qū)的至少一部分的下部延伸。在該構(gòu)造中，不具有所述IGBT和二極管之間的界線部分的區(qū)將布置在所述 IGBT元件區(qū)和所述第一電流檢測(cè)區(qū)之間。結(jié)果，能夠抑制流過(guò)所述第一電流檢測(cè)區(qū)的IGBT 檢測(cè)電流的不穩(wěn)定性，并且能夠穩(wěn)定所述IGBT主電流和所述IGBT檢測(cè)電流之間的比率。從而，能夠提高對(duì)所述IGBT電流的檢測(cè)精度。借助于該半導(dǎo)體器件，能夠檢測(cè)流過(guò)所述二極管元件區(qū)的二極管電流(二極管主電流)的第二電流檢測(cè)區(qū)也可以形成在所述半導(dǎo)體襯底中。第一導(dǎo)電型陰極區(qū)、第一導(dǎo)電型漂移區(qū)和第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在所述第二電流檢測(cè)區(qū)中。另外，所述第二電流檢測(cè)區(qū)優(yōu)選與所述二極管元件區(qū)相鄰布置，并且優(yōu)選所述二極管元件區(qū)的所述陰極區(qū)延伸以與所述第二電流檢測(cè)區(qū)的所述陰極區(qū)連接。根據(jù)該構(gòu)造，不具有所述IGBT和二極管之間的界線部分的區(qū)將布置在所述二極管元件區(qū)(即，所述二極管主電流流過(guò)的區(qū))和所述第二電流檢測(cè)區(qū)之間。結(jié)果，能夠抑制流過(guò)所述第二電流檢測(cè)區(qū)的二極管檢測(cè)電流的不穩(wěn)定性，并且能夠穩(wěn)定所述二極管主電流和所述二極管檢測(cè)電流之間的比率。因此，能夠提高對(duì)所述二極管電流的檢測(cè)精度。借助于這種半導(dǎo)體器件，所述第二電流檢測(cè)區(qū)可以與所述第一電流檢測(cè)區(qū)相鄰布置。在所述反向?qū)щ娦桶雽?dǎo)體器件中，所述IGBT電流和所述二極管電流不同時(shí)流動(dòng)。 因此，如果所述第一電流檢測(cè)區(qū)和所述第二電流檢測(cè)區(qū)彼此互相相鄰，則即使所述第一電流檢測(cè)區(qū)和所述第二電流檢測(cè)區(qū)與單表面電極(例如，電極極板)相接觸也能夠?yàn)榍笆鲭娏鳙@得各自的檢測(cè)電流。據(jù)此，能夠簡(jiǎn)化檢測(cè)部分的配線。如果所述第二電流檢測(cè)區(qū)與所述第一電流檢測(cè)區(qū)相鄰布置，則不活躍區(qū)可以進(jìn)一步形成在所述第一電流檢測(cè)區(qū)和所述第二電流檢測(cè)區(qū)之間。此外，所述第一電流檢測(cè)區(qū)的所述集電極區(qū)和所述第二電流檢測(cè)區(qū)的所述陰極區(qū)可以分別延伸至所述不活躍區(qū)。由于存在不允許向所述第一電流檢測(cè)區(qū)和所述第二電流檢測(cè)區(qū)的界線部分導(dǎo)電的所述不活躍區(qū)，因此不穩(wěn)定的IGBT電流和二極管電流將不流入所述第一電流檢測(cè)區(qū)和所述第二電流檢測(cè)區(qū)。由此，能夠使得主電流和檢測(cè)電流之間的比率基本恒定，并且能夠以更高度的精度進(jìn)行電流檢測(cè)。即使在除了所述IGBT主電流之外的所述二極管主電流要由所述第一電流檢測(cè)區(qū)檢測(cè)的情況下，在此所公開的技術(shù)也是有效的。在該情況下，第一導(dǎo)電型陰極區(qū)、第一導(dǎo)電型漂移區(qū)和第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在所述第一電流檢測(cè)區(qū)的不形成集電極區(qū)的一部分中。另外，所述第一電流檢測(cè)區(qū)優(yōu)選地與所述二極管元件區(qū)相鄰布置，并且優(yōu)選地所述二極管元件區(qū)的所述陰極區(qū)延伸以與所述第一電流檢測(cè)區(qū)的所述陰極區(qū)連接。根據(jù)上文所述的構(gòu)造，除了所述IGBT電流之外，通過(guò)利用所述第一電流檢測(cè)區(qū)也能以良好的精度檢測(cè)所述二極管電流。與使用兩個(gè)電流檢測(cè)區(qū)來(lái)檢測(cè)所述IGBT電流和所述二極管電流時(shí)相比，能夠減少所述電流檢測(cè)區(qū)所占據(jù)的空間。當(dāng)只有能夠檢測(cè)所述二極管電流的所述二極管電流檢測(cè)區(qū)形成在半導(dǎo)體襯底中時(shí)，在此所公開的技術(shù)也是有效的。在該情況下，與所述二極管元件區(qū)類似，所述第一導(dǎo)電型陰極區(qū)、所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)和所述第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在所述二極管電流檢測(cè)區(qū)中。此外，所述二極管電流檢測(cè)區(qū)與所述二極管元件區(qū)相鄰布置，并且所述二極管元件區(qū)的所述陰極區(qū)延伸以與所述二極管電流檢測(cè)區(qū)的所述陰極區(qū)連接。由此，能夠提高對(duì)所述二極管電流的檢測(cè)精度。


圖1示出了實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的示意性平面圖。圖2示出了沿著圖1的線II-II的示意性截面圖。圖3示出了實(shí)施例2的半導(dǎo)體器件的示意性平面圖。圖4示出了沿著圖3的線IV-IV的示意性截面圖。圖5示出了實(shí)施例3的半導(dǎo)體器件的示意性平面圖。圖6示出了沿著圖5的線VI-VI的示意性截面圖。圖7示出了變型的半導(dǎo)體器件的示意性平面圖。圖8示出了沿著圖7的線VIII-VIII的示意性截面圖。圖9示出了另一變型的半導(dǎo)體器件的示意性平面圖。圖10示出了沿著圖9的線X-X的示意性截面圖。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施例1)將參考

本教導(dǎo)的實(shí)施例1。圖1為半導(dǎo)體器件100的示意性平面圖，其示出了主活躍區(qū)和電流檢測(cè)區(qū)之間的界線部分周圍的區(qū)域。圖2為沿著圖1的線II-II的示意性展開截面圖。如圖1和圖2所示，半導(dǎo)體器件100包括形成在半導(dǎo)體襯底10中的二極管主區(qū)1、 IGBT主區(qū)2、電流檢測(cè)區(qū)3和擴(kuò)散層區(qū)4。半導(dǎo)體襯底10包括第一 N+層11 ；與第一 N+層 11相鄰的第一 P+層12 ；形成在第一 N+層11和第一 P+層12的表面上的N—層13 ；以及形成在 N—層 13 的表面上的 Γ 層 141、142、143 和 P 層 151、152、153。第二 P+層 161、162、163 和第二 N+層171、172、173分別布置在P—層141、142、143的表面上。P層151-153比P-層 141-143在半導(dǎo)體襯底10中形成的位置深。多個(gè)溝道柵18從半導(dǎo)體襯底10的上表面朝向N—層13布置。溝道柵18的深度比Ρ_層141-143深并且比P層151-153淺。溝道柵18包括形成在溝道191內(nèi)側(cè)上的柵極絕緣膜192以及填充溝道191內(nèi)部的柵電極193。第二 N+層171、172、173與溝道柵18相接觸。如圖1和圖2所示，二極管主區(qū)1為第一 N+層11的在其上表面?zhèn)壬系闹骰钴S區(qū)。 第一 N+層11可以用作陰極區(qū)，N—層13和P—層143可以用作導(dǎo)電區(qū)，而第二 P+層163可以用作陽(yáng)極區(qū)。IGBT主區(qū)2為第一 P+層12的在其上表面?zhèn)壬系闹骰钴S區(qū)。第一 P+層12可以用作集電極區(qū)，N—層13可以用作漂移區(qū)，P—層142可以用作主體區(qū)，第二 N+層172可以用作發(fā)射極區(qū)，而第二 P+層162可以用作主體接觸區(qū)。換句話說(shuō)，半導(dǎo)體器件100為反向?qū)щ娦桶雽?dǎo)體器件，其在同一個(gè)半導(dǎo)體襯底中包括IGBT元件區(qū)和二極管元件區(qū)，IGBT元件區(qū)在半導(dǎo)體襯底10的底層上具有集電極區(qū)(第一 P+層12)，二極管元件區(qū)在半導(dǎo)體襯底10的底層上具有陰極區(qū)(第一 N+層11)。二極管主區(qū)1和IGBT主區(qū)2之間的界線為形成在半導(dǎo)體襯底10的下表面?zhèn)戎械牡谝?N+層11和第一 P+層12之間的界線，并且被示為圖1和圖2中的虛線ΑΒ。形成在半導(dǎo)體器件100中的IGBT和二極管之間的界線與集電極區(qū)(第一 P+層12)和陰極區(qū)(第一 N+層11)之間的界線相重合。如圖1和圖2所示，借助于二極管主區(qū)1和IGBT主區(qū)2，半導(dǎo)體襯底10的N—層13和形成在其表面上的各層(在N—層13的表面?zhèn)壬系母鲗?彼此構(gòu)造相同，而僅在N—層13的下表面?zhèn)壬系膶?即，分別為第一 N+層11和第一 P+層1 是在二極管主區(qū)1和IGBT主區(qū)2中不同的。換句話說(shuō)，借助于半導(dǎo)體器件100的主活躍區(qū)，當(dāng)半導(dǎo)體襯底10的下表面?zhèn)壬系膶訛榈谝?N+層11時(shí)，主活躍層可以用作二極管主區(qū)1，而當(dāng)半導(dǎo)體器件10的下表面?zhèn)壬系膶訛榈谝?P+層12時(shí)，主活躍層可以用作IGBT主區(qū)2。與IGBT主區(qū)2類似，在第一 P+層12的上表面?zhèn)壬希娏鳈z測(cè)區(qū)3布置在第一 P+ 層12中。如圖1和圖2所示，電流檢測(cè)區(qū)3與IGBT主區(qū)2相鄰布置，并且IGBT主區(qū)2的集電極區(qū)和電流檢測(cè)區(qū)3的集電極區(qū)一體地形成為一層(第一 P+層12)。電流檢測(cè)區(qū)3的 N_層13的上表面?zhèn)鹊臉?gòu)造與二極管主區(qū)1和IGBT主區(qū)2的構(gòu)造相同。換句話說(shuō)，電流檢測(cè)區(qū)3為IGBT ；而第一 P+層12可以用作集電極區(qū)，N_層13可以用作漂移區(qū)，P_層141可以用作主體區(qū)，第二 N+層171可以用作發(fā)射極區(qū)，并且第二 P+層161可以用作主體接觸區(qū)。電流檢測(cè)區(qū)3由P層152圍繞。第一 P+層12與第一 N+層11之間的界線(虛線 AB)位于在電流檢測(cè)區(qū)3的周邊周圍形成的P層152的外側(cè)并且在二極管主區(qū)1和IGBT主區(qū)2之間。第一 P+層12和第一 N+層11之間的界線(虛線AB)不存在于電流檢測(cè)區(qū)3和 IGBT主區(qū)2之間。擴(kuò)散層區(qū)4位于電流檢測(cè)區(qū)3的周邊的周圍并且包括P層151、152(深擴(kuò)散層)。 P層151、152為無(wú)助于導(dǎo)電的不活躍區(qū)，并且通過(guò)這些不活躍區(qū)能夠抑制載流子在電流檢測(cè)區(qū)3和二極管主區(qū)1以及IGBT主區(qū)2之間的移動(dòng)。第一 N+層11和第一 P+層12連接至下表面電極(未示出)，第二 N+層172、173和第二 P+層162、163連接至主表面電極(未示出)，而第二 N+層171和第二 P+層161連接至檢測(cè)表面電極(未示出)。在IGBT主區(qū)2中，當(dāng)下表面電極的電位Va高于主表面電極的電位Vb和檢測(cè)表面電極的電位Vc (Va > Vb, Vc)并且正電壓(正偏壓)施加到柵電極193上時(shí)，在溝道柵18 附近的區(qū)域中的P_層142 (主體區(qū))中形成通道，并且IGBT主電流I2將從第一 P+層12 (集電極區(qū))流動(dòng)至第二 N+層172(發(fā)射極區(qū))。電流將不流過(guò)二極管主區(qū)1。相反地，在二極管主區(qū)1中，當(dāng)下表面電極的電位Va低于主表面電極的電位Vb和檢測(cè)表面電極的電位Vc (Va < Vb, Vc)時(shí)，二極管主電流I1將經(jīng)由N_層13和P_層143從第二 P+層163(陽(yáng)極區(qū))流動(dòng)至第一 N+層11(陰極區(qū))。電流將不流過(guò)IGBT主區(qū)2。由于電流檢測(cè)區(qū)3以與IGBT主區(qū)2相同的方式在第一 P+層12的上表面?zhèn)壬衔挥诘谝?P+層12中，電流將以與IGBT主區(qū)2相同的方式流過(guò)電流檢測(cè)區(qū)3。當(dāng)Va < Vb, Vc 時(shí)，將幾乎無(wú)電流流過(guò)電流檢測(cè)區(qū)3，但是當(dāng)Va > Vb, Vc時(shí)IGBT檢測(cè)電流I12將從第一 P+ 層12 (集電極區(qū))流動(dòng)至第二 N+層171 (發(fā)射極區(qū))。在本實(shí)施例中，第一 P+層12和第一 N+層11之間的界線(虛線AB)不存在于電流檢測(cè)區(qū)3和IGBT主區(qū)2之間。在該構(gòu)造中， 能夠使得第一 P+層12 (集電極區(qū))和第一 N+層11 (陰極區(qū))之間的界線對(duì)于電流檢測(cè)區(qū) 3的IGBT檢測(cè)電流I12的影響最小化，并且能夠穩(wěn)定IGBT檢測(cè)電流112。如上所述，在本實(shí)施例中，能夠檢測(cè)IGBT電流的第一電流檢測(cè)區(qū)與IGBT主區(qū)相鄰布置，并且IGBT主區(qū)的集電極區(qū)延伸以與第一電流檢測(cè)區(qū)的集電極區(qū)連接。在該構(gòu)造中， 能夠穩(wěn)定流過(guò)第一電流檢測(cè)區(qū)的IGBT檢測(cè)電流。特別是，由于IGBT和二極管之間的界線 (虛線AB)不位于電流檢測(cè)區(qū)的下層上，因此將使得流過(guò)IGBT主區(qū)的IGBT主電流和流過(guò)電流檢測(cè)區(qū)的IGBT檢測(cè)電流之間的比率穩(wěn)定。如果電流檢測(cè)區(qū)用作IGBT電流檢測(cè)區(qū)，則能夠以良好的精度檢測(cè)到IGBT主電流。注意到IGBT檢測(cè)電流I12和IGBT主電流I2之間的比率112/12取決于在襯底的表面上的IGBT主區(qū)2的面積&和電流檢測(cè)區(qū)3的面積S12之間的比率S12/S2。通過(guò)調(diào)節(jié)面積比率S12A2，能夠調(diào)節(jié)IGBT檢測(cè)電流I12和IGBT主電流I2之間的比率I12Zl2.(實(shí)施例2)圖3為根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件200的示意性平面圖，其示出了在半導(dǎo)體襯底上的主活躍區(qū)和電流檢測(cè)區(qū)之間的界線部分周圍的區(qū)域。圖4為沿著圖3的線IV-IV的示意性展開截面圖。借助于半導(dǎo)體器件200，形成在半導(dǎo)體襯底20的下表面?zhèn)戎械牡谝?P+層12和第一 N+層11之間的界線(虛線AB)的位置不同于半導(dǎo)體器件100中的界線的位置。在主活躍區(qū)中，包括第一 N+層11和形成在其表面上的各層的區(qū)成為了二極管主區(qū)1，而包括第一 P+層12和形成在其表面上的各層的區(qū)成為了 IGBT活躍區(qū)2。與二極管主區(qū)1類似，在第一 N+層11的上表面?zhèn)壬想娏鳈z測(cè)區(qū)3布置在第一 N+層11中。由于其它結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體器件100的結(jié)構(gòu)相同，將省略其重復(fù)的說(shuō)明。另外，圖4中的在N—層13的表面?zhèn)壬系膶拥脑敿?xì)構(gòu)造將從圖中省略。在本實(shí)施例中，如圖3和圖4所示，與二極管主區(qū)1類似，在第一 N+層11的上表面?zhèn)壬想娏鳈z測(cè)區(qū)3布置在第一 N+層11中。電流檢測(cè)區(qū)3與二極管主區(qū)1相鄰布置，并且二極管主區(qū)1的陰極區(qū)和電流檢測(cè)區(qū)3的陰極區(qū)一體地形成為一層(第一 N+層11)。在電流檢測(cè)區(qū)3的層13的表面?zhèn)壬系膶拥臉?gòu)造與二極管主區(qū)1的構(gòu)造相同。換句話說(shuō)，電流檢測(cè)區(qū)3為二極管；而第一 N+層11將用作陰極區(qū)，N—層13和P—層141將用作導(dǎo)電區(qū)， 并且第二 P+層161將用作陽(yáng)極區(qū)。第一 P+層12和第一 N+層11之間的界線(虛線AB)位于在電流檢測(cè)區(qū)3的周邊周圍形成的P層152的外側(cè)，并且在二極管主區(qū)1和IGBT主區(qū)2之間。第一 P+層12和第一 N+層11之間的界線(虛線AB)不存在于電流檢測(cè)區(qū)3和二極管主區(qū)1之間。與實(shí)施例 1中類似，借助于半導(dǎo)體200，IGBT和二極管之間的界線與集電極區(qū)(第一 P+層12)和陰極區(qū)(第一 N+層11)之間的界線相重合。與實(shí)施例1中類似，第一 N+層11和第一 P+層12連接至半導(dǎo)體器件200的下表面電極，而二極管主區(qū)1的第二 N+層173和第二 P+層163以及IGBT主區(qū)2的第二 N+層172 和第二 P+層162連接至主表面電極。電流檢測(cè)區(qū)3的第二 N+層171和第二 P+層161連接至檢測(cè)表面電極。當(dāng)下表面電極的電位Va低于主表面電極的電位Vb和檢測(cè)表面電極的電位Vc (Va < Vb, Vc)時(shí)，二極管主電流I1將在二極管主區(qū)1中流動(dòng)，而在IGBT主區(qū)2中將無(wú)電流流動(dòng)。相反地，當(dāng)下表面電極的電位Va高于主表面電極的電位Vb和檢測(cè)表面電極的電位Vc時(shí)，當(dāng)正電壓(正偏壓)施加到柵電極上(Va > Vb, Vc)時(shí)IGBT主電流I2將在IGBT 主區(qū)2中流動(dòng)，而在二極管主區(qū)1中將無(wú)電流流動(dòng)。由于電流檢測(cè)區(qū)3以與二極管主區(qū)1相同的方式在第一 N+層11的上表面?zhèn)壬衔挥诘谝?N+層11中，因此當(dāng)Va <Vb,Vc時(shí)電流I11 ( 二極管檢測(cè)電流)將以與在二極管主區(qū) 1中相同的方式流動(dòng)。當(dāng)Va > Vb，Vc時(shí)將幾乎無(wú)電流流動(dòng)。在本實(shí)施例中，第一 P+層12 和第一 N+層11之間的界線(虛線AB)不存在于電流檢測(cè)區(qū)3和二極管主區(qū)1之間。據(jù)此， 能夠使第一 P+層12 (集電極區(qū))和第一 N+層11 (陰極區(qū))之間的界線對(duì)電流檢測(cè)區(qū)3的二極管檢測(cè)電流I11的影響最小化，并且能夠穩(wěn)定二極管檢測(cè)電流I”如上所述，在本實(shí)施例中，二極管主區(qū)與能夠檢測(cè)二極管電流的電流檢測(cè)區(qū)相鄰布置，并且二極管主區(qū)的陰極區(qū)延伸以與電流檢測(cè)區(qū)的陰極區(qū)連接。以此方式，能夠使流過(guò)電流檢測(cè)區(qū)的二極管檢測(cè)電流穩(wěn)定。特別是，由于IGBT和二極管之間的界線(虛線AB)不位于電流檢測(cè)區(qū)的底層上，因此將使流過(guò)二極管主區(qū)的二極管主電流和流過(guò)電流檢測(cè)區(qū)的二極管檢測(cè)電流之間的比率穩(wěn)定。如果電流檢測(cè)區(qū)用作二極管電流檢測(cè)區(qū)，則能夠以良好的精度檢測(cè)到二極管主電流。注意到二極管檢測(cè)電流I11和二極管主電流I1之間的比率I11A1取決于在襯底的表面上的二極管主區(qū)1的面積S1和電流檢測(cè)區(qū)的面積S11之間的比率Sn/Si。通過(guò)調(diào)節(jié)面積比率S11ZiS1，能夠調(diào)節(jié)二極管檢測(cè)電流I11和二極管主電流I1之間的比率I11A115注意到在上述的實(shí)施例1和2中公開的技術(shù)當(dāng)然可以組合使用。(實(shí)施例3)圖5為根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件300的示意性平面圖，其示出了在半導(dǎo)體襯底上的主活躍區(qū)和電流檢測(cè)區(qū)之間的界線部分周圍的區(qū)域。圖6為沿著圖5的線VI-VI的示意性展開截面圖。如圖5和圖6所示，電流檢測(cè)區(qū)31和電流檢測(cè)區(qū)32位于半導(dǎo)體器件300上。另外，形成在半導(dǎo)體襯底30的下表面?zhèn)戎械牡谝?P+層12和第一 N+層11之間的界線(虛線 AB)位于電流檢測(cè)區(qū)31和電流檢測(cè)區(qū)32之間的不活躍區(qū)上。與實(shí)施例1的電流檢測(cè)區(qū)3 類似，電流檢測(cè)區(qū)31和電流檢測(cè)區(qū)32分別由P層152圍繞。由于其它結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體器件 100相同，因此將省略其重復(fù)的說(shuō)明。另外，圖6中的在層13的表面?zhèn)壬系膶拥脑敿?xì)構(gòu)造將從圖中省略。
在本實(shí)施例中，如圖5和圖6所示，電流檢測(cè)區(qū)31和電流檢測(cè)區(qū)32彼此相鄰定位。 與二極管主區(qū)1類似，電流檢測(cè)區(qū)31位于第一 N+層11的上表面?zhèn)壬?，并且與IGBT主區(qū)2 類似，電流檢測(cè)區(qū)32位于第一 P+層12的上表面?zhèn)壬稀Q句話說(shuō)，二極管形成在電流檢測(cè)區(qū)31中，而IGBT形成在電流檢測(cè)區(qū)32中。第一 P+層12和第一 N+層11之間的界線(虛線AB)的部分位于電流檢測(cè)區(qū)31和電流檢測(cè)區(qū)32之間的區(qū)上。在電流檢測(cè)區(qū)31和電流檢測(cè)區(qū)32之間的區(qū)中，只有N_層13 和P層152設(shè)置在第一 P+層12和第一 N+層11之間的界線部分的上方，從而成為不能導(dǎo)電的不活躍區(qū)。電流檢測(cè)區(qū)31和電流檢測(cè)區(qū)32設(shè)置在對(duì)著第一 P+層12和第一 N+層11之間的界線的位置上。電流檢測(cè)區(qū)31與二極管主區(qū)1相鄰布置，并且二極管主區(qū)1的陰極區(qū)和電流檢測(cè)區(qū)3的陰極區(qū)一體地形成為一層(第一 N+層11)。電流檢測(cè)區(qū)32與IGBT主區(qū) 2相鄰布置，并且IGBT主區(qū)2 (圖6中未示出)的集電極區(qū)和電流檢測(cè)區(qū)3的集電極區(qū)一體地形成為一層(第一 P+層12)。半導(dǎo)體器件300中的IGBT和二極管之間的界線與集電極區(qū)(第一 P+層12)和陰極區(qū)(第一 N+層11)之間的界線相重合。與實(shí)施例1和2類似，第一 N+層11和第一 P+層12連接至半導(dǎo)體器件300的下表面電極，而二極管主區(qū)1的第二 N+層173和第二 P+層163以及IGBT主區(qū)2的第二 N+層172 和第二 P+層162連接至主表面電極。電流檢測(cè)區(qū)31和電流檢測(cè)區(qū)32的第二 N+層171和第二 P+層161連接至檢測(cè)表面電極。由于電流檢測(cè)區(qū)31和電流檢測(cè)區(qū)32彼此相鄰定位， 因此它們例如可通過(guò)一個(gè)電極極板而連接。當(dāng)下表面電極的電位Va低于主表面電極的電位Vb和檢測(cè)表面電極的電位Vc (Va < Vb, Vc)時(shí)，二極管主電流I1將在二極管主區(qū)1中流動(dòng)而在IGBT主區(qū)2中將無(wú)電流流動(dòng)。同樣地，二極管檢測(cè)電流I11將流動(dòng)至電流檢測(cè)區(qū)31，但幾乎無(wú)電流將流動(dòng)至電流檢測(cè)區(qū)32。與實(shí)施例2類似，由于第一 P+層12和第一 N+層之間的界線(虛線AB)不存在于電流檢測(cè)區(qū)31和二極管主區(qū)1之間，因此能夠使流動(dòng)至電流檢測(cè)區(qū)31的二極管檢測(cè)電流I11 穩(wěn)定。相反地，當(dāng)下表面電極的電位Va高于主表面電極的電位Vb和檢測(cè)表面電極的電位Vc (Va > Vb, Vc)并且正電壓(正偏壓)施加到柵電極上時(shí)，IGBT主電流I2將在IGBT主區(qū)2中流動(dòng)而在二極管主區(qū)1中將無(wú)電流流動(dòng)。同樣地，IGBT檢測(cè)電流I12將流動(dòng)至電流檢測(cè)區(qū)32，但幾乎無(wú)電流將流動(dòng)至電流檢測(cè)區(qū)31。與實(shí)施例1類似，第一 P+層12和第一 N+層11之間的界線(虛線AB)不存在于電流檢測(cè)區(qū)32和IGBT主區(qū)2之間。由此，能夠使流過(guò)電流檢測(cè)區(qū)32的IGBT檢測(cè)電流I12穩(wěn)定。在本實(shí)施例中，檢測(cè)二極管主電流的電流檢測(cè)區(qū)31與檢測(cè)IGBT主電流的電流檢測(cè)區(qū)32相鄰定位，并且這兩個(gè)區(qū)都連接至同一個(gè)檢測(cè)表面電極。在該構(gòu)造中，能夠簡(jiǎn)化電流檢測(cè)區(qū)的配線。另外，在本實(shí)施例中，不活躍區(qū)形成在電流檢測(cè)區(qū)31 (即，二極管電流檢測(cè)區(qū))和電流檢測(cè)區(qū)32 (即，IGBT電流檢測(cè)區(qū))之間。換句話說(shuō)，電流檢測(cè)區(qū)32的第一 P+層12 (集電極區(qū))和電流檢測(cè)區(qū)31的第一 N+層11(陰極區(qū))分別延伸到不活躍區(qū)。由于不能導(dǎo)電的不活躍區(qū)位于第一 P+層(集電極區(qū))和第一 N+層(陰極區(qū))之間的界線的上方(在此處IGBT電流和二極管電流變得不穩(wěn)定)，因此能夠進(jìn)一步提高對(duì)IGBT檢測(cè)電流和二極管檢測(cè)電流的檢測(cè)精度。
注意的是，如圖7和圖8所示，P層15 可以形成在電流檢測(cè)區(qū)31和電流檢測(cè)區(qū) 32之間的區(qū)中的N—層13的整個(gè)表面?zhèn)壬稀Ｓ捎陔娏鳈z測(cè)區(qū)31通過(guò)一個(gè)P層與電流檢測(cè)區(qū)32分隔開，因此能夠縮短電流檢測(cè)區(qū)31和電流檢測(cè)區(qū)32之間的距離。在該情況下，第一 P+層12和第一 N+層11之間的界線(虛線AB)優(yōu)選地設(shè)計(jì)為大約位于P層15 的中心處。即使在批量生產(chǎn)過(guò)程中第一 P+層12和第一 N+層11之間的界線的位置發(fā)生變化，但由于第一 P+層12和第一 N+層11之間的界線可以置于P層152a(不活躍區(qū))的下方因而也能夠提高耐用性。另外，在前述實(shí)施例中，檢測(cè)IGBT主電流的電流檢測(cè)區(qū)32遠(yuǎn)離檢測(cè)二極管主電流的電流檢測(cè)區(qū)31而定位。然而，如圖9和圖10所示，檢測(cè)IGBT主電流的IGBT電流檢測(cè)部分和檢測(cè)二極管主電流的二極管電流檢測(cè)部分可以位于相同的電流檢測(cè)區(qū)中。在電流檢測(cè)區(qū)33中，其陰極區(qū)(第一 N+層11)的上層部分為二極管電流檢測(cè)部分331，而其集電極區(qū)(第一 P+層12)的上層部分為IGBT電流檢測(cè)部分332。與使用兩個(gè)電流檢測(cè)區(qū)來(lái)檢測(cè) IGBT電流和二極管電流時(shí)相比，能夠減小由電流檢測(cè)區(qū)所占據(jù)的空間。注意到當(dāng)要通過(guò)一個(gè)單元來(lái)檢測(cè)二極管電流和IGBT電流時(shí)，如圖9和圖10中所示例的，在電流檢測(cè)區(qū)33中的IGBT和二極管之間的界線部分的尺寸優(yōu)選地被設(shè)定為小于電流檢測(cè)區(qū)的尺寸。IGBT和二極管之間的界線部分的尺寸相對(duì)于電流檢測(cè)區(qū)的尺寸越小越優(yōu)選。在該構(gòu)造中，能夠減小IGBT和二極管之間的界線部分對(duì)IGBT檢測(cè)電流和二極管檢測(cè)電流的影響。根據(jù)本教導(dǎo)的實(shí)施例1-3，在IGBT元件區(qū)和二極管元件區(qū)包括在同一個(gè)半導(dǎo)體襯底中的半導(dǎo)體器件中，能夠提高由電流檢測(cè)區(qū)檢測(cè)到的IGBT檢測(cè)電流和二極管檢測(cè)電流所具有的精度。注意到可以通過(guò)應(yīng)用在半導(dǎo)體制造工藝中使用的常規(guī)技術(shù)來(lái)制造實(shí)施例1-3中公開的半導(dǎo)體器件。由于可以在不對(duì)常規(guī)的半導(dǎo)體制造工藝進(jìn)行顯著改變的情況下制造半導(dǎo)體器件，因此可以在不顯著地增加制造工藝中涉及到的人力、成本和時(shí)間的情況下來(lái)制造半導(dǎo)體器件。上文描述了本教導(dǎo)的具體實(shí)施例，但這些實(shí)施例僅為闡釋性的并且不限制權(quán)利要求。在權(quán)利要求中闡述的技術(shù)包括了上文闡述的具體示例的變型和改進(jìn)。在本說(shuō)明書或附圖中描述的技術(shù)部件單獨(dú)地或以各種組合展示了技術(shù)可用性并且在應(yīng)用時(shí)不限于在權(quán)利要求中所公開的組合。此外，在此所公開的技術(shù)可用于同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)或?qū)崿F(xiàn)這些目標(biāo)中的一個(gè)。
1權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括 IGBT元件區(qū)；二極管元件區(qū)；以及第一電流檢測(cè)區(qū)，其配置為至少能夠檢測(cè)流過(guò)所述IGBT元件區(qū)的IGBT電流， 其中，所述IGBT元件區(qū)、所述二極管元件區(qū)和所述第一電流檢測(cè)區(qū)形成在同一個(gè)半導(dǎo)體襯底中，第二導(dǎo)電型集電極區(qū)、第一導(dǎo)電型漂移區(qū)和第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在所述IGBT 元件區(qū)中，第二導(dǎo)電型集電極區(qū)、第一導(dǎo)電型漂移區(qū)和第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在所述第一電流檢測(cè)區(qū)的至少一部分中，第一導(dǎo)電型陰極區(qū)、第一導(dǎo)電型漂移區(qū)和第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在所述二極管元件區(qū)中，所述第一電流檢測(cè)區(qū)與所述IGBT元件區(qū)相鄰布置，并且所述IGBT元件區(qū)的所述集電極區(qū)延伸以與所述第一電流檢測(cè)區(qū)的所述集電極區(qū)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述IGBT元件區(qū)的所述集電極區(qū)和所述二極管元件區(qū)的所述陰極區(qū)之間的界線不存在于所述IGBT元件區(qū)和所述第一電流檢測(cè)區(qū)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二導(dǎo)電型集電極區(qū)、所述第一導(dǎo)電型漂移區(qū)和所述第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在整個(gè)的所述第一電流檢測(cè)區(qū)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的半導(dǎo)體器件，其中所述IGBT元件區(qū)的所述集電極區(qū)和所述第一電流檢測(cè)區(qū)的所述集電極區(qū)一體地形成為一層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一電流檢測(cè)區(qū)由不活躍區(qū)圍繞。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括第二電流檢測(cè)區(qū)，其形成在所述同一個(gè)半導(dǎo)體襯底中并且配置為能夠檢測(cè)流過(guò)所述二極管元件區(qū)的二極管電流，其中，第一導(dǎo)電型陰極區(qū)、第一導(dǎo)電型漂移區(qū)和第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在所述第二電流檢測(cè)區(qū)中，所述第二電流檢測(cè)區(qū)與所述二極管元件區(qū)相鄰布置，并且所述二極管元件區(qū)的所述陰極區(qū)延伸以與所述第二電流檢測(cè)區(qū)的所述陰極區(qū)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中所述IGBT元件區(qū)的所述集電極區(qū)和所述二極管元件區(qū)的所述陰極區(qū)之間的界線不存在于所述二極管元件區(qū)和所述第二電流檢測(cè)區(qū)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的半導(dǎo)體器件，其中所述二極管元件區(qū)的所述陰極區(qū)和所述第二電流檢測(cè)區(qū)的所述陰極區(qū)一體地形成為一層。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二電流檢測(cè)區(qū)與所述第一電流檢測(cè)區(qū)相鄰布置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括不活躍區(qū)，其形成在所述第一電流檢測(cè)區(qū)和所述第二電流檢測(cè)區(qū)之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一電流檢測(cè)區(qū)的所述集電極區(qū)和所述第二電流檢測(cè)區(qū)的所述陰極區(qū)分別延伸至所述不活躍區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一電流檢測(cè)區(qū)進(jìn)一步配置為能夠檢測(cè)流過(guò)所述二極管元件區(qū)的二極管電流， 第一導(dǎo)電型陰極區(qū)、第一導(dǎo)電型漂移區(qū)和第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在所述第一電流檢測(cè)區(qū)的不形成集電極區(qū)的一部分中，所述第一電流檢測(cè)區(qū)與所述二極管元件區(qū)相鄰布置，并且所述二極管元件區(qū)的所述陰極區(qū)延伸以與所述第一電流檢測(cè)區(qū)的所述陰極區(qū)連接。
13.一種半導(dǎo)體器件，包括 IGBT元件區(qū)；二極管元件區(qū)；以及二極管電流檢測(cè)區(qū)，其配置為能夠檢測(cè)流過(guò)所述二極管元件區(qū)的二極管電流， 其中，所述IGBT元件區(qū)、所述二極管元件區(qū)和所述二極管電流檢測(cè)區(qū)形成在同一個(gè)半導(dǎo)體襯底中，第二導(dǎo)電型集電極區(qū)、第一導(dǎo)電型漂移區(qū)和第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在所述IGBT 元件區(qū)中，第一導(dǎo)電型陰極區(qū)、第一導(dǎo)電型漂移區(qū)和第二導(dǎo)電型主體區(qū)依次層疊在所述二極管元件區(qū)和所述二極管電流檢測(cè)區(qū)中，所述二極管電流檢測(cè)區(qū)與所述二極管元件區(qū)相鄰布置，并且所述二極管元件區(qū)的所述陰極區(qū)延伸以與所述二極管電流檢測(cè)區(qū)的所述陰極區(qū)連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有在同一個(gè)半導(dǎo)體襯底中的IGBT元件區(qū)和二極管元件區(qū)的反向?qū)щ娦桶雽?dǎo)體器件。電流檢測(cè)區(qū)與所述IGBT元件區(qū)相鄰布置，并且所述IGBT元件區(qū)的集電極區(qū)延伸以與電流檢測(cè)區(qū)的集電極區(qū)連接。能夠抑制由IGBT和二極管之間的界線部分所引起的IGBT檢測(cè)電流中的不穩(wěn)定性。以相同的方式，電流檢測(cè)區(qū)與所述二極管元件區(qū)相鄰布置，并且二極管元件區(qū)的陰極區(qū)延伸以與所述電流檢測(cè)區(qū)的陰極區(qū)連接。能夠抑制由IGBT和二極管之間的界線部分所引起的二極管檢測(cè)電流中的不穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01L29/08GK102318072SQ20108000820
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月17日
發(fā)明者添野明高 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社