半导体装置及使用其的逆变器的制造方法
【技术领域】
[0001] 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。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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)。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 先行技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献I :JP特开2007-014059号公报 [0010] 专利文献2 : JP特开平6-14561号公报
【发明内容】
[0011] 发明要解决的课题
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 用于解决课题的手段
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 发明效果
[0018] 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 续流二极管中流动的电流均进行检测。
【附图说明】
[0019] 图I (a)是表示本公开的第1实施方式所涉及的半导体装置的概要的俯视图，（b) 是表示（a)中的A-A'部分的概要的剖视图，（c)是表示该半导体装置中的单位单元的概要 的剖视图，（d)是（b)所示的元件分离区域110附近的放大剖视图。
[0020] 图2是表示本公开的第1实施方式所涉及的半导体装置的制造方法的一部分的剖 视图。
[0021] 图3是表示本公开的第1实施方式所涉及的半导体装置的制造方法的一部分的剖 视图。
[0022] 图4是表示本公开的第1实施方式所涉及的半导体装置的制造方法的一部分的剖 视图。
[0023] 图5是表示本公开的第1实施方式所涉及的半导体装置的正向的Is-Vgs曲线的 曲线图。
[0024] 图6是表示本公开的第1实施方式所涉及的半导体装置的反向的Is-Vds曲线的 曲线图。
[0025] 图7是表示用于评价本公开的第1实施方式所涉及的半导体装置的正向电流的测 量系统的电路构成的图。
[0026] 图8是表示在气氛温度25°C时评价本公开的第1实施方式所涉及的半导体装置的 正向电流的结果的曲线图。
[0027] 图9是表示在气氛温度为-40°C、25°C、85°C以及150°C时评价本公开的第1实施 方式所涉及的半导体装置的正向电流的结果的曲线图。
[0028] 图10是表示用于评价本公开的第1实施方式所涉及的半导体装置的反向电流的 测量系统的电路构成的图。
[0029] 图11是表示在气氛温度25°C时评