半导体装置的制作方法

1.本发明涉及半导体装置。


背景技术：

2.作为电力用半导体装置的功率器件在家电产品、电动汽车以及铁路这样的领域乃至作为可再生能源的发电而备受瞩目的太阳能发电以及风力发电的领域被广泛地使用。在这些领域中，大多通过由功率器件构建的逆变器电路，对感应电动机等电感性负载进行驱动。在对电感性负载进行驱动的结构中，具有续流二极管(以下记作“fwd”)，该续流二极管用于使通过电感性负载的反电动势产生的电流回流。此外，通常的逆变器电路由多个绝缘栅型双极晶体管(以下记作“igbt”)和多个fwd构成。
3.然而，通常，在半导体晶片的制造完成之后，在晶片状态下检查其性能，但例如在对igbt、fwd的正向电压降进行测定的情况下，由于测定技术的原因，有时对能够流过的电流有限制。此时，正向电压降的测定在较低的电流下进行，变成对额定电流的正向电压降进行预测，测定精度下降。
4.另外，fwd的正向电压降与性能深刻相关，因此掌握晶片状态下的性能而向制造工序进行反馈是非常重要的。在将多个元件并联连接的情况下，优选尽可能使正向电压降均一，所以，也可以说在晶片状态下掌握性能是重要的。对此，提出了通过低电流实现正向电压降特性的良好测定精度的半导体装置(例如，参照专利文献1)。
5.专利文献1：日本特开2002
‑
359377号公报
6.有时进行第1导电型的阴极区域与第2导电型的阳极区域之间的irrm漏电测定。在这种情况下，存在以下问题，即，在为了确保耐压特性而设置于外周区域的沟道截断电极与设置于比外周区域更靠外侧的终端区域处的监视电极之间，由于某种异常而产生电位差，产生放电。


技术实现要素：

7.本发明就是为了解决上述这样的课题而提出的，其目的在于得到能够抑制放电的半导体装置。
8.本发明涉及的半导体装置的特征在于，具有：第1导电型的半导体基板，其具有设置有半导体元件的元件区域；第2导电型的扩散层，其在所述元件区域的外周处设置于所述半导体基板的表层；第1导电型的第1耗尽化抑制区域，其在所述元件区域的外周处设置于所述半导体基板的表层，在与所述扩散层相比更靠所述半导体基板的内侧处远离所述扩散层而配置；沟道截断电极，其与所述第1耗尽化抑制区域电连接；监视电极，其与所述扩散层电连接，远离所述沟道截断电极；以及绝缘膜，其将所述沟道截断电极的外端部和所述监视电极的内端部覆盖，所述监视电极的所述内端部位于所述扩散层与所述第1耗尽化抑制区域之间，所述沟道截断电极的所述外端部与所述监视电极的所述内端部的间隔为第1距离，所述扩散层与所述第1耗尽化抑制区域的间隔为第2距离，以所述沟道截断电极与所述监视
电极之间的放电电压比所述扩散层与所述半导体基板的pn结部的雪崩击穿电压大的方式，设定所述第1距离以及所述第2距离。
9.发明的效果
10.在本发明中，以沟道截断电极与监视电极之间的放电电压比扩散层与半导体基板的pn结部的雪崩击穿电压大的方式，设定第1距离以及第2距离。由此，能够抑制放电。
附图说明
11.图1是表示实施方式1涉及的半导体装置的俯视图。
12.图2是将vf监视区域的周边放大后的俯视图。
13.图3是沿图2的a
‑
a
′
的剖视图。
14.图4将图3的一部分放大后的剖视图。
15.图5是表示对比例涉及的半导体装置的剖视图。
16.图6是表示实施方式2涉及的半导体装置的剖视图。
具体实施方式
17.参照附图，对实施方式涉及的半导体装置进行说明。对相同或者相应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复说明。
18.实施方式1.
19.图1是表示实施方式1涉及的半导体装置的俯视图。在元件区域1设置有二极管。在元件区域1的外周设置有终端区域2和vf监视区域3。vf监视区域3设置于长方形的半导体装置的四角。图2是将vf监视区域的周边放大后的俯视图。此外，在图1中仅示出了1个半导体装置，但多个半导体装置设置于晶片之上，通过切割线4而彼此区分。
20.图3是沿图2的a
‑
a
′
的剖视图。图4是将图3的一部分放大后的剖视图。在第1导电型的半导体基板5的表层设置有第2导电型的扩散层6、第1导电型的第1耗尽化抑制区域7以及第1导电型的第2耗尽化抑制区域8。例如，第1导电型是n型，第2导电型是p型。扩散层6与元件区域1的半导体元件的阳极层同时形成于vf监视区域3，杂质浓度以及深度与该阳极层相同。
21.第1耗尽化抑制区域7配置于与扩散层6相比更靠半导体基板5的内侧处的终端区域2，以距离d2而远离扩散层6。第2耗尽化抑制区域8配置于与扩散层6相比更靠半导体基板5的外侧处的切割线4，以距离d3而远离扩散层6。第1耗尽化抑制区域7以及第2耗尽化抑制区域8的杂质浓度比半导体基板5大。
22.在半导体基板5的表面之上设置有氧化硅等层间膜13。在层间膜13设置有使第1耗尽化抑制区域7以及第2耗尽化抑制区域8的一部分露出的开口。
23.监视电极9设置于层间膜13之上，经由层间膜13的开口而与扩散层6电连接。沟道截断电极11设置于层间膜13之上，经由层间膜13的开口而与第1耗尽化抑制区域7电连接。沟道截断电极11以及第1耗尽化抑制区域7是抑制耗尽层从终端区域2朝向外侧扩展的沟道截断部，该终端区域2配置于与第1耗尽化抑制区域相比更靠内侧处。背面电极12形成于半导体基板5的背面，与半导体基板5电连接。
24.监视电极9与沟道截断电极11在层间膜13之上最为接近。监视电极9的内端部10与
沟道截断电极11的外端部的距离为d1。例如由sinsin构成的厚度t的绝缘膜14将监视电极9的内端部10和沟道截断电极11的外端部覆盖。
25.使探针15与监视电极9接触而在监视电极9与背面电极12之间施加电压，在晶片状态下对反向耐压或者二极管的静态特性进行测试。此时，需要在保持了某种程度的耐压的基础上将监视电极9与沟道截断电极11电分离。因此，在沿着半导体基板5的表面的横向上，将监视电极9的内端部10配置于扩散层6与第1耗尽化抑制区域7之间。同样地，将监视电极9的外端部配置于扩散层6与第2耗尽化抑制区域8之间。
26.根据施加的电压的大小，耗尽层从扩散层6朝向第1耗尽化抑制区域7以及第2耗尽化抑制区域8而扩展。第1耗尽化抑制区域7以及第2耗尽化抑制区域8与背面电极12同电位。如果从扩散层6扩展的耗尽层到达第1耗尽化抑制区域7或者第2耗尽化抑制区域8，则在电压a下，产生扩散层6与半导体基板5的pn结部的雪崩击穿。如果产生雪崩击穿，则电荷从监视电极9或者背面电极12排出。
27.图5是表示对比例涉及的半导体装置的剖视图。在对比例中不是产生雪崩击穿这样的设计。因此，如果在被绝缘膜14覆盖的监视电极9与沟道截断电极11之间施加电压，则有时产生放电18。
28.如果耗尽层所保持的扩散层6与半导体基板5的pn结部的雪崩击穿电压a比沟道截断电极11与监视电极9之间的放电电压b小，则施加于沟道截断电极11与监视电极9之间的电压达不到放电电压b。因此，在本实施方式中，以放电电压b比雪崩击穿电压a大的方式设定距离d1、d2、d3。这样，能够通过降低监视器的耐压特性而抑制放电。由此，即使就额定电流高的芯片而言，也能够主要通过低电流实现正向电压降特性的良好测定精度。
29.距离d1、d2、d3的关系能够通过将以下的数学式1和数学式2进行组合而定义。数学式1是半导体基板5内部的雪崩击穿电压的式子。数学式2是两电极间的放电产生电压的式子。
30.v
sub
＝ec
sub
×
w
···
(数学式1)
31.v＝ec
×
d
···
(数学式2)
32.这里，v
sub
是半导体基板5内部的雪崩击穿电压，ec
sub
是半导体基板5的绝缘破坏电场强度，w是耗尽层的宽度。数学式2的v是放电电压，ec是在两电极间存在的空气等物体的绝缘破坏电场强度，d是两电极间的距离。
33.此外，在功率器件所使用的600v耐压的igbt或者二极管(diode)的情况下，在数学式2中成为600v＜0.03mv/cm
×
d1，为了防止放电，需要大于或等于200μm的距离d1。在1200v耐压时，需要成倍即大于或等于400μm的距离d1。因此，如果在不使用雪崩击穿的状态下防止放电，则必须将距离d1设定得相当大，妨碍装置的小型化。
34.将数学式1的耗尽层的宽度w设为距离d2、d3，将数学式2的两电极间的距离d设为d1
‑
2t，以下的数学式3和数学式4是表示雪崩击穿电压小于两电极间的放电开始电压的关系式。
35.d2＜(ec
ins
/ec
sub
)
×
2t (ec
bet
/ec
sub
)
×
(d1
‑
2t)
···
(数学式3)
36.d3＜(ec
ins
/ec
sub
)
×
2t (ec
bet
/ec
sub
)
×
(d1
‑
2t)
···
(数学式4)
37.这里，ec
bet
是在监视电极9的内端部与沟道截断电极11的外端部之间存在的绝缘膜14以外的物质的绝缘破坏电场强度，ec
ins
是绝缘膜14的绝缘破坏电场强度，t是绝缘膜14
的厚度。
38.在满足该关系式的情况下，以比在监视电极9与沟道截断电极11之间产生放电的电压低的值，在半导体基板5内部达到雪崩击穿，因此，能够抑制两电极间的放电。
39.例如，将半导体基板5设为si，将si的绝缘破坏电场强度设为0.3mv/cm，将绝缘膜14设为绝缘破坏强度为8mv/cm的氮化膜，将监视电极9与沟道截断电极11之间的距离设为20μm，设为两电极间充满绝缘破坏强度0.03mv/cm的空气，绝缘膜14的厚度t为500nm。在这种情况下，根据数学式3可知，只要距离d2大致小于或等于28μm，则能够抑制放电。此外，即使半导体基板5是sic等宽带隙半导体，也可以同样地求出能够抑制放电的距离d2。另外，空气的绝缘破坏电场强度比绝缘膜14低2个数量级左右，因此，在充满两电极间的物体为空气的情况下，也可以忽略数学式3以及数学式4的第2项。显然，放电开始电压以及距离d2、d3根据绝缘膜14的材料、配置的位置、配置的有无而发生变化。
40.此外，只要能够在第1耗尽化抑制区域7和第2耗尽化抑制区域8的某一者处实现比放电电压b低的雪崩击穿电压a即可。因此，也可以省略第2耗尽化抑制区域8。
41.另外，在本实施方式中，优选扩散层6的杂质浓度比半导体基板5的杂质浓度低。在这种情况下，耗尽层也向朝向扩散层6的内部的方向扩展。因此，在比由耗尽化抑制区域的距离d2、d3定义的雪崩击穿电压a低的电压下发生雪崩击穿，因此，能够进一步抑制放电。此外，即使将在元件区域1设置的二极管置换为igbt或者mosfet等其它半导体元件，也得到同样的效果。
42.实施方式2.
43.图6是表示实施方式2涉及的半导体装置的剖视图。在本实施方式中，取代实施方式1的第1耗尽化抑制区域7以及第2耗尽化抑制区域8，设置有第1沟槽16以及第2沟槽17。
44.第1沟槽16配置于与扩散层6相比更靠半导体基板5的内侧处，以距离d2而远离扩散层6。第2沟槽17配置于与扩散层6相比更靠半导体基板5的外侧处，以距离d3而远离扩散层6。第1沟槽16以及第2沟槽17是与在元件区域形成的igbt的沟槽栅极相同的构造，例如是在槽内隔着栅极绝缘膜而填埋有多晶硅的构造。但是，该多晶硅未与栅极连接，因此，第1沟槽16以及第2沟槽17是伪沟槽栅极。沟道截断电极11与第1沟槽16的多晶硅电连接。
45.从扩散层6扩展的耗尽层的延伸被第1沟槽16以及第2沟槽17物理地阻止，不进一步扩展。如数学式1所示，能够通过限制耗尽层的宽度w而降低雪崩击穿电压v
sub
。因此，与实施方式1同样地，以沟道截断电极11与监视电极9之间的放电电压b比扩散层6与半导体基板5的pn结部的雪崩击穿电压a大的方式设定距离d1、d2、d3。由此，能够抑制放电。
46.另外，第1耗尽化抑制区域7以及第2耗尽化抑制区域8通过杂质注入等而形成，因此，必须考虑杂质的扩散对配置的场所进行设计。与此相对，第1沟槽16以及第2沟槽17的配置根据图案(pattern)而唯一地确定，因此，容易设计。
47.此外，半导体基板5不限于由硅形成，也可以由与硅相比带隙大的宽带隙半导体形成。宽带隙半导体例如是碳化硅、氮化镓类材料或者金刚石。由这样的宽带隙半导体形成的半导体装置由于耐电压性、容许电流密度高，因此能够小型化。通过使用该小型化的半导体装置，从而组装了该半导体装置的半导体模块也能够小型化、高集成化。另外，半导体装置的耐热性高，因此，能够使散热器的散热鳍片小型化，使水冷部空冷化，因而，能够使半导体模块进一步小型化。另外，半导体装置的电力损耗低且高效，因此，能够使半导体模块高效
化。
48.标号的说明
49.1元件区域，5半导体基板，6扩散层，7第1耗尽化抑制区域，11沟道截断电极，9监视电极，14绝缘膜，10内端部，8第2耗尽化抑制区域，16第1沟槽，17第2沟槽