(57)【要約】【課題】  温度変化による電流センス比の変化を抑制する技術を提供する。【解決手段】  センス素子領域の面積がメイン素子領域の面積よりも狭い半導体基板と、メイン素子領域内とセンス素子領域内において半導体基板の上面に設けられたトレンチと、ゲート絶縁膜と、ゲート電極、を備えている。メイン素子領域とセンス素子領域のそれぞれが、ソース領域と、ボディ領域と、ドリフト領域、を備えている。センス素子領域内のゲート絶縁膜に接する範囲におけるソース領域の下端が、メイン素子領域内のゲート絶縁膜に接する範囲におけるソース領域の下端よりも下側に位置している。センス素子領域のゲート絶縁膜とボディ領域との界面に沿って計測されるソース領域とドリフト領域の間の距離が、メイン素子領域のゲート絶縁膜とボディ領域との界面に沿って計測されるソース領域とドリフト領域の間の距離よりも短い。【選択図】  図３
2018088463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン素子領域とセンス素子領域を有し、上面側から見たときに前記センス素子領域の面積が前記メイン素子領域の面積よりも狭い半導体基板と、
前記メイン素子領域内と前記センス素子領域内において前記半導体基板の上面に設けられたトレンチと、
前記メイン素子領域内と前記センス素子領域内の前記トレンチの内面を覆うゲート絶縁膜と、
前記メイン素子領域内と前記センス素子領域内の前記トレンチ内に配置されており、前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されているゲート電極、
を備えており、
前記メイン素子領域と前記センス素子領域のそれぞれが、
前記ゲート絶縁膜に接しているｎ型のソース領域と、
前記ソース領域の下側で前記ゲート絶縁膜に接しているｐ型のボディ領域と、
前記ボディ領域の下側で前記ゲート絶縁膜に接しており、前記ボディ領域によって前記ソース領域から分離されているｎ型のドリフト領域、
を備えており、
前記センス素子領域内の前記ゲート絶縁膜に接する範囲における前記ソース領域の下端が、前記メイン素子領域内の前記ゲート絶縁膜に接する範囲における前記ソース領域の下端よりも下側に位置しており、
前記センス素子領域の前記ゲート絶縁膜と前記ボディ領域との界面に沿って計測される前記ソース領域と前記ドリフト領域の間の距離が、前記メイン素子領域の前記ゲート絶縁膜と前記ボディ領域との界面に沿って計測される前記ソース領域と前記ドリフト領域の間の距離よりも短い、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、半導体装置を開示する。
【背景技術】
【０００２】
電流センシング機能を備える半導体装置が知られている。この種の半導体装置は、メイン素子領域とセンス素子領域を有する半導体基板を備える。メイン素子領域には複数のスイッチング素子（以下、メイン素子という。）が形成され、センス素子領域には複数のスイッチング素子（以下、センス素子という。）が形成される。半導体装置に流れる電流は、メイン素子領域を流れるメイン電流と、センス素子領域を流れるセンス電流に分流される。メイン電流値はメイン素子領域の面積に対応した値となり、センス電流はセンス素子領域の面積に対応した値となるため、メイン電流値とセンス電流値の比（以下、電流センス比という）は略一定となる。したがって、センス素子領域を流れるセンス電流値を測定すれば、その測定したセンス電流値と電流センス比からメイン電流値を算出することができる。特許文献１には、このような電流センシング機能を有する半導体装置の一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５４１７４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の半導体装置では、メイン素子領域とセンス素子領域のそれぞれは、複数の半導体領域が積層された構造を備えている。すなわち、メイン素子領域とセンス素子領域のそれぞれは、ｎ型のソース領域と、ｐ型のボディ領域と、ｎ型のドリフト領域が積層された構造を備えている。半導体装置がオンするときには、メイン素子領域とセンス素子領域それぞれのボディ領域にチャネルが形成され、半導体基板の厚み方向に電流が流れる。このため、メイン素子領域の電気抵抗とセンス素子領域の電気抵抗は、各半導体領域（チャネルとその他の半導体領域）の電気抵抗によって決まる。
【０００５】
半導体装置の上面側から見たときに、センス素子領域の面積はメイン素子領域の面積よりも狭い。メイン素子領域の周縁部ではメイン素子領域外からメイン素子領域のチャネルに電流が流れ込み、センス素子領域の周縁部ではセンス素子領域外からセンス素子領域のチャネルに電流が流れ込む。センス素子領域は、メイン素子領域と比較して狭いため、センス素子領域では、メイン素子領域と比較して領域外から流れ込む電流の影響が大きくなる。その結果、センス素子領域とメイン素子領域とで、電流経路の全電気抵抗に対する各半導体領域（チャネルとその他の半導体領域）の電気抵抗の比率が異なる。
【０００６】
半導体装置に電流が流れると、半導体基板の温度が変化する。半導体基板の温度が変化すると、各半導体領域（チャネルとその他の半導体領域）の電気抵抗が変化する。このため、センス素子領域の電気抵抗とメイン素子領域の電気抵抗が変化する。このとき、各半導体領域の温度に対する電気抵抗の変化率は、互いに異なる。また、上述したように、センス素子領域とメイン素子領域とで、電流経路の全電気抵抗に対する各半導体領域の電気抵抗の比率が異なる。このため、センス素子領域の電気抵抗（電流経路の全電気抵抗）がメイン素子領域の電気抵抗（電流経路の全電気抵抗）とは異なる変化率で変化する。したがって、メイン素子領域とセンス素子領域の各半導体領域が同じ様に温度変化しても、メイン素子領域とセンス素子領域の電気抵抗は同じ様には変化せず、電流センス比が変化することとなる。
【０００７】
特許文献１では、半導体領域の厚み等をメイン素子領域とセンス素子領域で異ならせることによって、温度変化による電流センス比の変化を抑制する技術が開示されている。本明細書では、特許文献１とは異なる構成により、温度変化による電流センス比の変化を抑制する技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、センス素子領域では、メイン素子領域よりも、電流経路の全電気抵抗に対するチャネルの抵抗比率が大きいことを発見した。
【０００９】
本明細書が開示する半導体装置は、メイン素子領域とセンス素子領域を有し、上面側から見たときにセンス素子領域の面積がメイン素子領域の面積よりも狭い半導体基板と、メイン素子領域内とセンス素子領域内において半導体基板の上面に設けられたトレンチと、メイン素子領域内とセンス素子領域内のトレンチの内面を覆うゲート絶縁膜と、メイン素子領域内とセンス素子領域内のトレンチ内に配置されており、ゲート絶縁膜によって半導体基板から絶縁されているゲート電極、を備えている。メイン素子領域とセンス素子領域のそれぞれが、ゲート絶縁膜に接しているｎ型のソース領域と、ソース領域の下側でゲート絶縁膜に接しているｐ型のボディ領域と、ボディ領域の下側でゲート絶縁膜に接しており、ボディ領域によってソース領域から分離されているｎ型のドリフト領域、を備えている。センス素子領域内のゲート絶縁膜に接する範囲におけるソース領域の下端が、メイン素子領域内のゲート絶縁膜に接する範囲におけるソース領域の下端よりも下側に位置している。センス素子領域のゲート絶縁膜とボディ領域との界面に沿って計測されるソース領域とドリフト領域の間の距離が、メイン素子領域のゲート絶縁膜とボディ領域との界面に沿って計測されるソース領域とドリフト領域の間の距離よりも短い。
【００１０】
上記の半導体装置では、センス素子領域のゲート絶縁膜とボディ領域との界面に沿って計測されるソース領域とドリフト領域の間の距離が、メイン素子領域のゲート絶縁膜とボディ領域との界面に沿って計測されるソース領域とドリフト領域の間の距離よりも短い。すなわち、この半導体装置がオンしたときには、センス素子領域内に形成されるチャネル長が、メイン素子領域内に形成されるチャネル長よりも短い。このため、センス素子領域の全電気抵抗に対するチャネルの抵抗比率とメイン素子領域の全電気抵抗に対するチャネルの抵抗比率の差が小さくなる。その結果、半導体基板の温度変化時に、メイン素子領域全体の抵抗変化率と、センス素子領域全体の抵抗変化率の差を小さくすることができる。したがって、半導体装置の温度変化による電流センス比の変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例の半導体装置の回路図の概略を示す図。
【図２】実施例の半導体装置を模式的に示す平面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に対応する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、実施形態に係る半導体装置１の回路図の概略を示す。半導体装置１は、メイン素子ＳＷ１を構成するＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、センス素子ＳＷ２を構成するＭＯＳＦＥＴ、メインソース電極７０、センスソース電極７２、ドレイン電極７４及びゲートパッド７６を有する。メインソース電極７０は、外部電極７８に接続されている。センスソース電極７２は、センス抵抗Ｒ１を介して外部電極７８に接続されている。
【００１３】
図２に示すように、半導体装置１は、半導体基板１２を有する。半導体基板１２は、例えば、ＳｉＣ（炭化シリコン）により構成されている。半導体基板１２の上面には、複数のメインソース電極７０、センスソース電極７２及びゲートパッド７６が形成されている。メインソース電極７０の周囲、さらに、隣接するメインソース電極７０の間には、ゲートパッド７６に電気的に接続するゲート配線（不図示）が配設されている。半導体基板１２の裏面には、ドレイン電極７４が形成されている。メインソース電極７０が形成されている範囲がメイン素子領域１２Ａに対応し、センスソース電極７２が形成されている範囲がセンス素子領域１２Ｂに対応する。このように、メイン素子領域１２Ａとセンス素子領域１２Ｂは、同一基板に形成されており、半導体基板１２を上面側から見ると、センス素子領域１２Ｂの面積は、メイン素子領域１２Ａの面積よりも狭い。
【００１４】
図３に示すように、メイン素子領域１２Ａに対応する範囲の半導体基板１２にメイン素子ＳＷ１が形成されており、センス素子領域１２Ｂに対応する範囲の半導体基板１２にセンス素子ＳＷ２が形成されている。メイン素子領域１２Ａとセンス素子領域１２Ｂの間には、スイッチング素子が形成されていない分離領域１２Ｃが存在する。
【００１５】
メイン素子ＳＷ１とセンス素子ＳＷ２の構造について説明する。以下では、メイン素子ＳＷ１とセンス素子ＳＷ２に共通する構成要素については共通の符号を付して説明する。
【００１６】
半導体基板１２の上面１２ａには、複数のトレンチ２２が設けられている。トレンチ２２は、メイン素子領域１２Ａ内とセンス素子領域１２Ｂ内のそれぞれに設けられている。各トレンチ２２は、図３の紙面に対して垂直な方向に長く伸びている。各トレンチ２２の内面は、ゲート絶縁膜２４によって覆われている。各トレンチ２２内には、ゲート電極２６が配置されている。各ゲート電極２６は、ゲート絶縁膜２４によって半導体基板１２から絶縁されている。各ゲート電極２６の上面は、層間絶縁膜２８によって覆われている。各ゲート電極２６は、上述したゲート配線（不図示）によりゲートパッド７６に接続されている。
【００１７】
メイン素子領域１２Ａ内の半導体基板１２の上面１２ａには、メインソース電極７０が形成されている。メインソース電極７０は、層間絶縁膜２８が設けられていない部分で半導体基板１２の上面１２ａに接している。センス素子領域１２Ｂ内の半導体基板１２の上面１２ａには、センスソース電極７２が形成されている。センスソース電極７２は、層間絶縁膜２８が設けられていない部分で半導体基板１２の上面１２ａに接している。
【００１８】
半導体基板１２の下面１２ｂには、ドレイン電極７４が形成されている。ドレイン電極７４は、メイン素子領域１２Ａ内とセンス素子領域１２Ｂ内に跨る範囲で半導体基板１２の下面１２ｂに接続されている。
【００１９】
メイン素子領域１２Ａとセンス素子領域１２Ｂのそれぞれにおいて、半導体基板１２の内部には、複数のソース領域３０、ボディ領域３２、ドリフト領域３４、ドレイン領域３６が設けられている。以下では、メイン素子領域１２Ａ内に配置されるソース領域３０をメインソース領域３０ａといい、センス素子領域１２Ｂ内に配置されるソース領域３０をセンスソース領域３０ｂということがある。
【００２０】
各メインソース領域３０ａは、ｎ型領域である。各メインソース領域３０ａは、メイン素子領域１２Ａ内の半導体基板１２の上面１２ａに露出する位置に配置されている。各メインソース領域３０ａは、メインソース電極７０にオーミック接触している。各メインソース領域３０ａは、トレンチ２２の上端部においてゲート絶縁膜２４に接している。
【００２１】
各センスソース領域３０ｂは、ｎ型領域である。各センスソース領域３０ｂは、センス素子領域１２Ｂ内の半導体基板１２の上面１２ａに露出する位置に配置されている。各センスソース領域３０ｂは、センスソース電極７２にオーミック接触している。各センスソース領域３０ｂは、トレンチ２２の上端部においてゲート絶縁膜２４に接している。センス素子領域１２Ｂ内のゲート絶縁膜２４に接する範囲におけるソース領域３０（すなわち、センスソース領域３０ｂ）の下端は、メイン素子領域１２Ａ内のゲート絶縁膜２４に接する範囲におけるソース領域３０（すなわち、メインソース領域３０ａ）の下端よりも下側に位置している。
【００２２】
ボディ領域３２は、ｐ型領域である。メイン素子領域１２Ａ内とセンス素子領域１２Ｂ内のそれぞれに、ボディ領域３２が設けられている。ボディ領域３２は、各ソース領域３０に接している。ボディ領域３２は、２つのソース領域３０に挟まれた範囲から各ソース領域３０の下側まで伸びている。ボディ領域３２は、高濃度領域３２ａと低濃度領域３２ｂを有している。高濃度領域３２ａは、低濃度領域３２ｂよりも高いｐ型不純物濃度を有している。高濃度領域３２ａは、２つのソース領域３０に挟まれた範囲に配置されている。高濃度領域３２ａは、半導体基板１２の上面１２ａに露出する位置に配置されている。メイン素子領域１２Ａの高濃度領域３２ａは、メインソース電極７０にオーミック接触している。センス素子領域１２Ｂの高濃度領域３２ａは、センスソース電極７２にオーミック接触している。低濃度領域３２ｂは、ソース領域３０の下側でゲート絶縁膜２４に接している。センス素子領域１２Ｂ内のゲート絶縁膜２４に接する範囲におけるボディ領域３２の下端は、メイン素子領域１２Ａ内のゲート絶縁膜２４に接する範囲におけるボディ領域３２の下端と略同じ深さに位置している。
【００２３】
ドリフト領域３４は、ｎ型領域である。ドリフト領域３４は、メイン素子領域１２Ａ内とセンス素子領域１２Ｂ内に跨るように設けられている。ドリフト領域３４は、メイン素子領域１２Ａ内とセンス素子領域１２Ｂ内のそれぞれで、ボディ領域３２の下側に配置されている。ドリフト領域３４は、メイン素子領域１２Ａ内のボディ領域３２によって各メインソース領域３０ａから分離されており、センス素子領域１２Ｂ内のボディ領域３２によって各センスソース領域３０ｂから分離されている。ドリフト領域３４は、ゲート絶縁膜２４に接している。すなわち、ドリフト領域３４は、ボディ領域３２の下側でゲート絶縁膜２４に接している。
【００２４】
ドレイン領域３６は、ｎ型領域である。ドレイン領域３６は、ドリフト領域３４よりも高いｎ型不純物濃度を有している。ドレイン領域３６は、メイン素子領域１２Ａ内とセンス素子領域１２Ｂ内に跨るように設けられている。ドレイン領域３６は、ドリフト領域３４の下側に配置されている。ドレイン領域３６は、半導体基板１２の下面１２ｂに露出している。ドレイン領域３６は、ドレイン電極７４にオーミック接触している。
【００２５】
図３に示すように、センス素子領域１２Ｂのゲート絶縁膜２４とボディ領域３２との界面に沿って計測されるソース領域３０（すなわち、センスソース領域３０ｂ）とドリフト領域３４の間の距離Ｌ２は、メイン素子領域１２Ａのゲート絶縁膜２４とボディ領域３２との界面に沿って計測されるソース領域３０（すなわち、メインソース領域３０ａ）とドリフト領域３４の間の距離Ｌ１よりも短い。なお、距離Ｌ１、Ｌ２は、ＭＯＳＦＥＴのチャネル長に相当する。
【００２６】
次に、半導体装置１の動作について説明する。ゲートパッド７６の電位（すなわち、各ゲート電極２６の電位）をゲート閾値より高い電位まで上昇させると、メイン素子領域１２Ａとセンス素子領域１２Ｂそれぞれのボディ領域３２に、ソース領域３０とドリフト領域３４を接続するチャネルが形成され、メイン素子ＳＷ１とセンス素子ＳＷ２が同時にオンする。このため、ドレイン電極７４から外部電極７８（図１参照）に向かって電流が流れる。電流の大部分は、メイン素子ＳＷ１（すなわち、メインソース電極７０）を経由して流れる。電流の一部は、センス素子ＳＷ２（すなわち、センスソース電極７２）を経由して流れる。センス素子ＳＷ２に流れるセンス電流は、センス抵抗Ｒ１の両端の電位差によって測定することができる。
【００２７】
センス素子領域の面積がメイン素子領域の面積よりも小さいので、センス素子領域とメイン素子領域の面積が等しい場合には、センス素子領域のチャネルの抵抗比率がメイン素子領域のチャネルの抵抗比率よりも大きくなる。しかしながら、本実施形態の半導体装置１では、センス素子領域１２Ｂにおけるチャネル長Ｌ２が、メイン素子領域１２Ａにおけるチャネル長Ｌ１よりも短い。これによって、センス素子領域１２Ｂにおけるチャネルの抵抗比率とメイン素子領域１２Ａにおけるチャネルの抵抗比率との差が小さくなっている。例えば、センス素子領域１２Ｂにおけるチャネルの抵抗比率を、メイン素子領域１２Ａにおけるチャネルの抵抗比率と略等しくすることができる。
【００２８】
半導体装置１が動作すると、半導体基板１２の温度が変化する。すると、温度変化に伴って、各半導体領域（すなわち、チャネルとその他の半導体領域）の電気抵抗が変化する。チャネルとチャネル以外の半導体領域の温度に対する電気抵抗の変化率は、互いに異なる。しかしながら、本実施形態では、メイン素子領域１２Ａとセンス素子領域１２Ｂとで、チャネルの抵抗比率が略等しい。このため、メイン素子領域１２Ａの電気抵抗とセンス素子領域１２Ｂの電気抵抗が、略同じ割合で変化する。したがって、温度変化時に、メイン素子領域１２Ａとセンス素子領域１２Ｂとの間の電流の比率（すなわち、電流センス比）の変化を抑制することができる。
【００２９】
以上に説明した通り、この半導体装置１では、温度変化による電流センス比の変化を抑制することができる。電流センス比は、メイン素子領域１２Ａの面積とセンス素子領域１２Ｂの面積の比と略等しい。したがって、センス電流値を測定することで、メイン電流値を精度良く算出することができる。
【００３０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００３１】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３２】
１：半導体装置
１２：半導体基板
１２Ａ：メイン素子領域
１２Ｂ：センス素子領域
１２Ｃ：分離領域
１２ａ：上面
１２ｂ：下面
２２：トレンチ
２４：ゲート絶縁膜
２６：ゲート電極
２８：層間絶縁膜
３０：ソース領域
３２：ボディ領域
３４：ドリフト領域
３６：ドレイン領域
７０：メインソース電極
７２：センスソース電極
７４：ドレイン電極
７６：ゲートパッド
７８：外部電極
Ｒ１：センス抵抗
ＳＷ１：メイン素子
ＳＷ２：センス素子
【図１】
2018088463.tif 000003
【図２】
2018088463.tif 000004
【図３】
2018088463.tif 000005