CN102884625B - 半导体装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体装置。在二极管和IGBT被形成在同一半导体基板的主区域内的半导体装置中，为了得到稳定且足够大的检测IGBT电流，检测区域具有第一区域，所述第一区域在俯视观察半导体基板时距主阴极区的检测区域侧的端部的距离在615μm以上。此外，为了得到稳定且足够大的检测二极管电流，检测区域具有第二区域，所述第二区域在俯视观察半导体基板时距主阴极区的距离在298μm以下。检测区域可以同时具有第一区域和第二区域。

Description

半导体装置

技术领域

本说明书所记载的技术涉及一种二极管和IGBT(绝缘栅双极性晶体管)被形成在同一半导体基板上的半导体装置。

背景技术

在半导体装置中，以防止由过电流所导致的破坏的目的，而设置有用于对在半导体装置中流通的电流进行检测的检测区域。在日本专利公开公报平7-245394号(专利文献1)中，公开了一种如下的半导体装置，其在同一半导体基板上具备主区域和检测区域，其中，在所述主区域内形成有IGBT，所述检测区域用于对在主区域中流通的电流进行检测。在检测区域内形成有与主区域相同的IGBT，并且检测区域与主区域以分隔100μm以上的方式而配置。由此，防止在检测区域和主区域的边界区域内的载流子的干涉，从而将在主区域中流通的主电流、和在检测区域中流通的检测电流之间的电流比例保持为大致固定。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-245394号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在二极管和IGBT被形成在同一半导体基板上的半导体装置中，二极管具有：第一导电型的阳极区、第二导电型的二极管漂移区以及第二导电型的阴极区。IGBT具有：第一导电型的集电区、第二导电型的漂移区、第一导电型的体区、第二导电型的发射区、以及绝缘栅电极。由于在同一半导体基板上邻接配置有二极管和IGBT，因此在半导体基板的背面侧，第二导电型的阴极区和第一导电侧的集电区邻接形成。

本申请发明人发现了如下情况，即，在这种半导体装置的同一半导体基板内还设置有检测区域时，根据检测区域和半导体基板的背面的阴极区之间的距离，而存在检测区域对主区域内的二极管电流进行检测的情况、和对主区域内的IGBT电流进行检测的情况。

用于解决课题的方法

本说明书所公开的第一半导体装置为一种如下的半导体装置，其具备半导体基板，所述半导体基板包括主区域和检测区域，并且在俯视观察半导体基板时，检测区域小于主区域。在该半导体装置中，主区域包括主二极管和主IGBT，所述主二极管具有：第一导电型的主阳极区，其被形成在半导体基板的表面上；第二导电型的主二极管漂移区，其被形成在主阳极区的下侧；第二导电型的主阴极区，其被形成在主二极管漂移区的下侧且半导体基板的背面上，所述主IGBT具有：第一导电型的主集电区，其被形成在半导体基板的背面上；第二导电型的主漂移区，其被形成在主集电区的上侧；第一导电型的主体区，其被形成在主漂移区的上侧的、半导体基板的表面上；第二导电型的主发射区，其被形成在主体区的表面的一部分上；主绝缘栅电极，其从主发射区的表面起被形成至主体区与主漂移区相接的深度处。检测区域具有：第一导电型的检测集电区，其被形成在半导体基板的背面的至少一部分上；第二导电型的检测漂移区，其被形成在检测集电区的上侧；第一导电型的检测体区，其被形成在检测漂移区的上侧的、半导体基板的表面上；第二导电型的检测发射区，其被形成在检测体区的表面的一部分上；检测绝缘栅电极，其从检测发射区的表面起被形成至检测体区与检测漂移区相接的深度处，并且具有第一区域，在所述第一区域中，在俯视观察半导体基板时检测发射区距主阴极区的距离在615μm以上。

根据第一半导体装置，由于具有第一区域，在所述第一区域中，在俯视观察半导体基板时检测区域的检测发射区距主阴极区的距离在615μm以上，因此能够通过检测区域而高精度地对在主区域的IGBT中流通的IGBT电流进行检测。

还可以采用如下方式，即，检测区域还具有第二区域，在所述第二区域中，在俯视观察半导体基板时检测发射区距主阴极区的距离在298μm以下。从而也能够通过检测区域而高精度地对在主区域的二极管中流通的二极管电流进行检测。

还可以采用如下方式，即，在俯视观察半导体基板时，检测漂移区、检测体区、检测发射区以及检测绝缘栅电极从第一区域起被连续形成至第二区域。

还可以采用如下方式，即，在第一区域和第二区域之间的至少一部分中，形成有从半导体基板的表面起在深度方向上延伸的扩散层。

还可以采用如下方式，即，在俯视观察半导体基板时，扩散层被形成在距主阴极区的距离大于298μm且小于615μm的区域内。

本说明书所公开的第二半导体装置为一种如下的半导体装置，其具备半导体基板，所述半导体基板包括主区域和检测区域，并且在俯视观察半导体基板时，检测区域小于主区域。在该半导体装置中，主区域包括主二极管和主IGBT，所述主二极管具有：第一导电型的主阳极区，其被形成在半导体基板的表面上；第二导电型的主二极管漂移区，其被形成在主阳极区的下侧；第二导电型的主阴极区，其被形成在主二极管漂移区的下侧且半导体基板的背面上，所述主IGBT具有：第一导电型的主集电区，其被形成在半导体基板的背面上；第二导电型的主漂移区，其被形成在主集电区的上侧；第一导电型的主体区，其被形成在主漂移区的上侧的、半导体基板的表面上；第二导电型的主发射区，其被形成在主体区的表面的一部分上；主绝缘栅电极，其从主发射区的表面起被形成至主体区与主漂移区相接的深度处。检测区域具有：第一导电型的检测集电区，其被形成在半导体基板的背面的至少一部分上；第二导电型的检测漂移区，其被形成在检测集电区的上侧；第一导电型的检测体区，其被形成在检测漂移区的上侧的、半导体基板的表面上；第二导电型的检测发射区，其被形成在检测体区的表面的一部分上；检测绝缘栅电极，其从检测发射区的表面起被形成至检测体区与检测漂移区相接的深度处，并且具有第二区域，在所述第二区域中，在俯视观察半导体基板时检测发射区距主阴极区的距离在298μm以下。

根据第二半导体装置，由于具有第二区域，在所述第二区域中，在俯视观察半导体基板时检测区域的检测发射区距主阴极区的距离在298μm以下，因此能够通过检测区域而高精度地对在主区域的IGBT中流通的IGBT电流进行检测。

附图说明

图1为实施例的半导体装置的俯视图。

图2为将图1的半导体装置的俯视图中，主区域和检测区域的边界部分附近放大了的图，且图示了实施例1所涉及的半导体装置。

图3为沿图2中的III-III线的剖视图。

图4为表示检测区域所检测出的检测IGBT电流的图。

图5为表示检测区域所检测出的检测二极管电流的图。

图6为对检测区域所检测出的电流进行测量的测量电路图。

图7为实施例2的半导体装置的俯视图，且为将主区域和检测区域的边界部分附近放大了的图。

图8为沿图7中的VIII-VIII线的剖视图。

图9为实施例3的半导体装置的俯视图，且为将主区域和检测区域的边界部分附近放大了的图。

图10为沿图9中的X-X线的剖视图。

图11为改变例的半导体装置的俯视图，且为将主区域和检测区域的边界部分附近放大了的图。

图12为沿图11中的XII-XII线的剖视图。

图13为实施例4的半导体装置的俯视图，且为将主区域和检测区域的边界部分附近放大了的图。

图14为沿图13中的XIV-XIV线的剖视图。

具体实施方式

[实施例1]

以下，参照附图，对本发明的实施例1进行说明。图1为半导体装置100的俯视图。如图1所示，半导体装置100具备：被形成在半导体基板10上的、主区域5、检测区域3以及包围主区域5和检测区域3的外围耐压区域7。检测区域3与主区域5相比较小。

图2为表示图1所示的半导体装置100的、主区域5和检测区域3的边界部分附近的放大图，图3为将沿图2中的III－III线的截面放大了的图。

如图2以及图3所示，主区域5具备主二极管区1和主IGBT区2。半导体基板10具备：第一N⁺层11；与第一N⁺层11邻接的第一P⁺层12；被形成在第一N⁺层11和第一P⁺层12的表面上的N^－层13；被形成在N^－层13的表面上的P^－层141a、141c、142a、142c、143a、143c和P层151、152、153。在P－层141a、141c的表面上，设置有第二P⁺层161a、161c和第二N⁺层171a～171d。在P^－层142a、142c的表面上，设置有第二P⁺层162a、162c和第二N⁺层172a～172d。在P^－层143a、143c的表面上，设置有第二P⁺层163a、163c和第二N⁺层173a～173d。另外，P^－层141a、141c、142a、142c、143a、143c为相同的结构。第二P⁺层161a、161c、162a、162c、163a、163c为相同的结构。第二N⁺层171a～171d、172a～172d、173a～173d为相同的结构。对主二极管区1内所包含的层标记了参照符号141、161、171。对主IGBT区2内所包含的层标记了参照符号142、162、172。对检测区域3内所包含的层标记了参照符号143、163、173。P层151、152、153与P^－层141a、141c、142a、142c、143a、143c相比，被形成至半导体基板10的较深的位置处。P层151、152、153为无用于导电的扩散层。检测区域3被P层152所包围，主区域5被P层153所包围。通过P层152、153，从而抑制了载流子在检测区域3和主区域5之间进行移动的情况。即，P层152、153为元件隔离层。

从半导体基板10的上表面起朝向N^－层13而设置有多个沟槽栅18。沟槽栅18的深度深于P^－层141a、141c、142a、142c、143a、143c，且浅于P层151、152、153。沟槽栅18具备：被形成在沟槽191内的栅绝缘膜192、和被填充在该栅绝缘膜192的内部的栅电极193。第二N⁺层171a～171d、172a～172d、173a～173d分别与沟槽栅18相接。沟槽栅18的长度方向与图2中所示的x轴方向平行。

如图2以及图3所示，主二极管区1为，主区域5中的、在半导体基板10背面侧形成有第一N⁺层11的区域。主二极管区1具有：作为主阴极区的第一N⁺层11；作为主二极管漂移区的N^－层13；作为主阳极区的P^－层141a、141c和第二P⁺层161a、161c。

主IGBT区2为，主区域5中的、在半导体基板10的背面侧形成有第一P⁺层12的区域。主IGBT区2具有：作为主集电区的第一P⁺层12；作为主IGBT漂移区的N^－层13；作为主IGBT体区的P^－层142a、142c；作为主发射区的第二N⁺层172a～172d；作为主体接触区的第二P⁺层162a、162c；作为主绝缘栅的沟槽栅18。

在本实施例中，主二极管区1和主IGBT区2的边界为，被形成在半导体基板10的背面侧的第一N⁺层11和第一P⁺层12的边界。第一N⁺层11和第一P⁺层12的边界在图2、图3中图示为线段AB。第一N⁺层11和第一P⁺层12的边界(线段AB)与沟槽栅18的长度方向平行。即，与图2所示的x轴平行。如图2、图3所示，在主二极管区1和主IGBT区2中，半导体基板10的N^－层13和被形成在该N^－层13的表面上的层(与N^－层13相比靠表面侧的层)均采用相同的结构，仅N^－层13的背面侧的层(第一N⁺层11或第一P⁺层12)有所不同。即，在半导体装置100的主区域5中，当将半导体基板10的背面侧的层形成为第一N⁺层11时，则成为主二极管区1，而当将半导体基板10的背面侧的层形成为第一P⁺层12时，则成为主IGBT区2。

与主IGBT区2相同地，检测区域3被配置在第一P⁺层12的上表面侧。如图2所示，检测区域3在x轴方向上较长，而在ｙ轴方向上较短。如图2、图3所示，检测区域3以与主IGBT区2邻接的方式而配置。主IGBT区2的主集电区、和检测区域3的检测集电区作为同一层(第一P⁺层12)而被形成。检测区域3的与N^－层13相比靠表面侧的层的结构，与主二极管区1和主IGBT区2相同。即，在检测区域3中，将第一P⁺层12作为检测集电区，将N^－层13作为检测漂移区，将P层143a、143c作为检测体区，将第二N⁺层173a～173d作为检测发射区，将第二P⁺层163a、163c作为检测体接触区，将沟槽栅18作为检测绝缘栅而进行利用。

第一P⁺层12和第一N⁺层11的边界(线段AB)存在于被形成在检测区域3的周围的P层152的外部，且主二极管区1和主IGBT区2之间。在检测区域3和主IGBT区2之间，不存在第一P⁺层12和第一N⁺层11的边界(线段AB)。图3所示的、从线段AB起到作为检测发射区的第二N⁺层173d的主区域5侧的端部为止的距离D₁₁为，D₁₁≥615μm。距离D₁₁相当于从主阴极区(第一N⁺层11)的检测区域3侧的端部起到作为检测发射区的第二N⁺层173d的主区域5侧的端部为止的距离。

扩散层区域4与检测区域3邻接，并被配置在半导体基板的边缘侧。扩散层区域4具备较深的扩散层、即P层151。P层151为无用于导电的扩散层。

半导体装置100的第一N⁺层11和第一P⁺层12，与背面电极(未图示)连接。第二N⁺层171a～172d、172a～172d和第二P⁺层161a、161c、162a、162c，与主表面电极(未图示)连接。第二N⁺层173a～173d和第二P⁺层163a、163c，与检测表面电极(未图示)连接。

当使背面电极的电位Va高于主表面电极的电位Vb、和检测表面电极的电位Vc(Va＞Vb、Vc)，并向栅电极193施加正电压(正偏压)时，在主IGBT区2内，将于沟槽栅18附近的P^－层142a、142c(主体区)中形成沟道。由此，主IGBT电流I₂从第一P⁺层12(主集电区)向第二N⁺层172a～172d(主发射区)流通。在主二极管区1中未流通有电流。

另一方面，当使背面电极的电位Va低于主表面电极的电位Vb、和检测表面电极的电位Vc(Va＜Vb、Vc)时，在主二极管区1内，主二极管电流I₁将从第二P⁺层161a、161c和P^－层141a、141c(主阳极区)起经由N^－层13而向第一N⁺层11(主阴极区)流通。在主IGBT区2中未流通有电流。

本申请发明人发现了如下情况，即，根据检测区域和半导体基板的背面的主阴极区之间的距离，而存在检测区域对主二极管电流I₁进行检测的情况、和检测区域对主IGBT电流I₂进行检测的情况。

图4、图5图示了，对如下情况进行调查结果，即，根据检测区域3和半导体基板10的背面的主阴极区(第一N⁺层11)之间的距离，在检测区域3中流通的电流是如何变化的。如图6所示，通过将半导体装置100m连接于测量电路，从而对在检测区域3中流通的电流进行测量。半导体装置100m中，半导体基板10m的背面侧的第一N⁺层11和第一P⁺层12的图案形成与半导体装置100有所不同。由于半导体装置100m的其他结构与半导体装置100相同，因此省略重复说明。

通过使半导体基板10m的背面侧的、主阴极区的检测区域侧的端部的位置(在本实施例中，与第一N⁺层11和第一P⁺层12的边界(线段AB)的位置相一致)向与沟槽的长度方向平行的方向(图2所示的y轴方向)进行平行移动，从而制造出使检测区域3与半导体基板10的背面的主阴极区(第一N⁺层11)之间的距离D发生变化的半导体装置100m。另外，半导体基板10m的厚度被设定为160μm。相对于使主阴极区的检测区域侧的端部的位置发生变化的各个半导体装置100m，形成了电极91、93、95。即，在检测区域3的表面侧形成了检测表面电极93，在主区域5的表面形成了主表面电极95、在背面侧形成了背面电极91。将形成有电极91、93、95的半导体装置100m连接于图6所示的测量电路90。即，测量装置92的检测发射端子SE与检测表面电极93连接，主发射端子ME与主表面电极95连接，主集电端子MC及检测集电端子SC与背面电极91连接，栅端子G与沟槽栅电极连接。而且，在检测发射端子SE与检测集电端子SC之间连接有分流电阻R。分别使用5Ω、10Ω、15Ω的分流电阻R。检测发射端子SE和主发射端子ME接地，将主集电端子MC和检测集电端子SC的电位设为共通，并设定为使集电电流成为额定电流的电位。对于栅端子G而言，在施加栅电压时，施加15V的电压。对于使主阴极区的检测区域侧的端部的位置发生变化的各个半导体装置100m，使用测量电路90来对在检测区域内流通的电流值进行测量。对5Ω、10Ω、15Ω的分流电阻R的两端的电压降进行测量从而求出在分流电阻中流通的电流值，而且，将分流电阻R的电阻值设为x轴，将在分流电阻中流通的电流设为y轴，并在xy坐标系中进行标绘。通过直线对所标绘出的电流值的数据进行外推，从而求出y轴截距的值(分流电阻值为零时的电流值)，并将该y轴截距的值用作检测电流值。

图4为，图示了在Va＞Vb、Vc且向栅电极施加正偏压时(流通有主IGBT电流I₂时)，通过测量电路90而被测量出的、在检测区域3内流通的检测电流值(即检测IGBT电流)。图5为，图示了在Va＜Vb、Vc时(流通有主二极管电流I₁时)，通过测量电路90而被测量出的、在检测区域3内流通的检测电流值(即检测二极管电流)。图4、图5中的实验点为对下述的表1中所记载的实验数据进行图示的点，曲线为表示基于表1所示的实验数据的回归式的曲线。图4中的曲线通过下述的式(1)来表示，图5中的曲线通过下述的式(2)来表示。

【表1】

距离D[μm]	检测IGBT电流[mA]	检测二极管电流[mA]
			1324.5	25.7	9.63
626.5	23.9	9.35
			87.0	2.6	74.2
-195.0	1.3	64.5

【数学式1】

$f_1\left(D\right)=13.5+12.5\×\frac{\exp \left(\frac{D-400}{200}\right)-\exp (-\frac{D-400}{200})}{\exp \left(\frac{D-400}{200}\right)+\exp (-\frac{D-400}{200})}......\left(1\right)$

$f_2\left(D\right)=40+30\×\frac{\exp (-\frac{D-400}{100})-\exp \left(\frac{D-400}{100}\right)}{\exp (-\frac{D-400}{100})+\exp \left(\frac{D-400}{100}\right)}......\left(2\right)$

如图4所示，在距离D≤132μm的情况下，在检测区域3内几乎未流通有检测IGBT电流，且为大致固定的值，但是当距离D超过132μm时，随着距离D增大，检测IGBT电流将增大。当距离D达到D≥615μm时，相对于距离D的、检测IGBT电流的变化量将减小，并且检测IGBT电流将再次收敛为固定值(26mA)。该固定值为通过检测区域3所能够检测出的检测IGBT电流的最大值。如果能够对检测IGBT电流的最大值(26mA)的90％以上(23.4mA以上)的大小的检测IGBT电流进行检测，则能够通过检测IGBT电流的测量值，而高精度地对主IGBT电流进行检测。根据式(1)，能够在距离D≥615μm的情况下，对检测IGBT电流的最大值的90％以上的大小的检测IGBT电流进行检测。

另一方面，关于在检测区域3内流通的检测二极管电流，如图5所示，在距离D≥605μm的情况下，在检测区域3内几乎未流通有检测二极管电流，且为大致固定的值，但是当距离D小于605μm时，随着距离D的减小，检测二极管电流将增大。当距离D达到D≤298μm时，相对于距离D的、检测二极管电流的变化量将减小，并且检测二极管电流将再次收敛为固定的值(70mA)。该固定值为通过检测区域3所能够检测出的检测二极管电流的最大值。如果能够对检测二极管电流的最大值(70mA)的90％以上(63mA以上)的大小的检测二极管电流进行检测，则能够通过检测二极管电流的测量值，而高精度地对主二极管电流进行检测。根据式(2)，能够在距离D≤298μm的情况下，对检测二极管电流的最大值的90％以上的大小的检测二极管电流进行检测。

在图4、图5中，横轴D图示了在俯视观察半导体基板10时的、从主阴极区的检测区域侧的端部起到检测发射区的主区域侧的端部为止的距离。例如，在图2、图3中，从主阴极区(第一N⁺层11)的检测区域3侧的端部、即从作为第一P⁺层12和第一N⁺层11的边界的线段AB起，到作为检测发射区的N⁺层173d的主区域5侧的端部为止的距离D₁₁，相当于图4、图5中的作为横轴D而表示的距离。

在半导体装置100中，检测区域3与主IGBT区2相同地，被设置在第一P⁺层12的上表面侧，由于从主阴极区(第一N⁺层11)的检测区域3侧的端部(即线段AB)起，到作为检测发射区的第二N⁺层173d的主区域5侧的端部为止的距离D₁₁在615μm以上，因此成为如下的第一区域，即，检测区域3内的、成为检测发射区的第二N⁺层173a～173d中的任意一个，在俯视观察半导体基板时距主阴极区的检测区域侧的端部的距离均在615μm以上的区域，从而检测区域3满足作为第一区域的条件。因此，在检测区域3内，以与主IGBT区2相同的方式流通有电流。即，在Va＜Vb、Vc时，于检测区域3内几乎未流通有电流。另一方面，在Va＞Vb、Vc且向栅电极施加正偏压时，从第一P⁺层12(检测集电区)向第二N⁺层173a～173d(检测发射区)流通有检测IGBT电流I₁₂，该检测IGBT电流的大小在检测IGBT电流的最大值的90％以上。由于根据半导体装置100，能够得到稳定且足够大的检测IGBT电流I₁₂，因此能够提高通过检测区域3而进行的对主IGBT电流的检测精度。

如上文所述，在本实施例中，具有第一区域(即，在俯视观察半导体基板时，检测发射区距主阴极区的距离在615μm以上的区域)。由此，由于在检测区域3内流通有稳定且足够大的检测IGBT电流I₁₂(检测IGBT电流的最大值的90％以上的电流)，因此在主IGBT区内流通的主IGBT电流与在检测区域内流通的检测IGBT电流之比变得足够大且稳定化。因此，能够利用检测区域，而高精度地对主IGBT电流进行检测。

另外，检测IGBT电流I₁₂与主IGBT电流I₂之比I₁₂/I₂，依赖于基板的表面上的、主IGBT区2的面积S₂与检测区域3的第一区域的面积S₁₂之比S₁₂/S₂。通过对面积比S₁₂/S₂进行调节，从而能够对检测IGBT电流I₁₂与主IGBT电流I₂之比I₁₂/I₂进行调节。当比I₁₂/I₂为已知时，则能够通过对检测IGBT电流值I₁₂进行检测，从而检测出主IGBT电流I₂。例如，通过预先将分流电阻(电阻值R)串联连接在流通有检测IGBT电流的电路中，并对该分流电阻的两端的电压降RI₁₂进行计测，从而能够检测出检测IGBT电流值I₁₂。通过所检测出的检测IGBT电流值I₁₂和比I₁₂/I₂，从而能够检测出主IGBT电流I₂。

[实施例2]

图7为本实施例所涉及的半导体装置200的俯视图，且为表示半导体基板20的、主区域5和检测区域3的边界部分附近的图。图8为将沿图7中的VIII－VIII线的截面放大了的图。另外，表示半导体装置200的整体的俯视图与图1所示的半导体装置100相同，在半导体装置200中，检测区域3与主区域5相比也较小。

在半导体装置200中，被形成在半导体基板20的背面侧的第一P⁺层12和第一N⁺层11的边界(线段AB)的位置不同于半导体装置100。在半导体装置200中，第一P⁺层12和第一N⁺层11的边界(线段AB)也平行于图7所示的x轴方向。在主区域5中，形成有第一N⁺层11的区域成为主二极管区1，而形成有第一P⁺层12的区域成为IGBT区2。与主二极管区1相同地，检测区域3具备形成有第一N⁺层11的区域、和形成有第一P⁺层12的区域。由于其他的结构为与半导体装置100相同的结构，因此通过对相同的结构标记相同的参照符号，从而省略重复说明。另外，虽然在图8所示的截面中，未图示主区域5内的第一P⁺层12和第一N⁺层11的边界(线段AB)，但与实施例1相同地，在半导体装置200的主区域5内，存在第一N⁺层11和第一P⁺层12的边界，并且主二极管区1和主IGBT区2的边界与第一N⁺层11(主阴极区)和第一P⁺层12(主集电区)的边界相一致。

在本实施例中，如图7和图8所示，第一P⁺层12和第一N⁺层11的边界(线段AB)位于检测区域3的下方。从主阴极区(第一N⁺层11)的检测区域3侧的端部(即线段AB)起，到作为检测发射区的第二N⁺层173a的主区域5侧的端部为止的距离D₂₁为，D₂₁≤298μm。与主二极管区1的第二N⁺层171a同样地被设置在第一N⁺层11的上表面侧的第二N⁺层173c、173d，距主阴极区的检测区域3侧的端部的距离小于零。即，检测区域3内的、成为检测发射区的第二N⁺层173a～173d中的任意一个，在俯视观察半导体基板时距主阴极区的检测区域侧的端部的距离均在298μm以下，因而在本实施例中，检测区域3满足了作为第二区域的条件。

与实施例1相同地，半导体装置200的第一N⁺层11和第一P⁺层12，与背面电极(未图示)连接，第二N⁺层171a～172d、172a～172d以及第二P⁺层161a、161c、162a、162c与主表面电极(未图示)连接，第二N⁺层173a～173d以及第二P⁺层163a、163c，与检测表面电极(未图示)连接。

当使背面电极的电位Va低于主表面电极的电位Vb、和检测表面电极的电位Vc(Va＜Vb、Vc)时，在主二极管区1中将流通有主二极管电流I₁，而在主IGBT区2中不会流通有电流。另一方面，当使背面电极的电位Va高于主表面电极的电位Vb、和检测表面电极的电位Vc，并向栅电极施加正电压(正偏压)时(Va＞Vb、Vc)，在主IGBT区2中将流通有主IGBT电流I₂，而在主二极管区1中不会流通有电流。

由于检测区域3内的、成为检测发射区的第二N⁺层173a～173d中的任意一个，在俯视观察半导体基板时距主阴极区的检测区域侧的端部的距离均在298μm以下，从而检测区域3成为第二区域，因此如图4、图5所示，在Va＜Vb、Vc时，与主二极管区1同样地流通有电流I₁₁(检测二极管电流)，该检测二极管电流的大小在检测二极管电流的最大值的90％以上。另一方面，在Va＞Vb、Vc且向栅电极施加正偏压时，在检测区域3中几乎未流通有电流。在本实施例中，由于在检测区域3中流通有稳定且足够大的检测二极管电流I₁₁，因此能够提高通过检测区域3而进行的对主二极管电流的检测精度。

如上文所述，在本实施例中，具有第二区域(在俯视观察半导体基板时，检测发射区距主阴极区的距离在298μm以下的区域)。由此，由于能够得到稳定且足够大的检测二极管电流I₁₁(检测二极管电流的最大值的90％以上的电流)，因此在主二极管区中流通的主二极管电流与在检测区域中流通的检测二极管电流之比变得足够大且稳定化。因此，能够利用检测区域3，而高精度地对主二极管电流进行检测。

另外，检测二极管电流I₁₁与主二极管电流I₁之比I₁₁/I₁，依赖于基板的表面上的、主二极管区1的面积S₁与检测区域的第二区域的面积S₁₁之比S₁₁/S₁。通过对面积比S₁₁/S₁进行调节，从而能够对检测二极管电流I₁₁与主二极管电流I₁之比I₁₁/I₁进行调节。当比I₁₁/I₁为已知时，则能够通过对检测二极管电流值I₁₁进行检测，从而检测出主二极管电流I₁。例如，通过预先将分流电阻(电阻值R)串联连接在流通有检测二极管电流的电路中，并对该分流电阻的两端的电压降RI₁₁进行计测，从而能够检测出检测二极管电流值I₁₁。通过所检测出的检测二极管电流值I₁₁和比I₁₁/I₁，从而能够检测出主二极管电流I₁。

另外，上述的实施例1和实施例2当然也能够组合使用。例如可以采用如下方式，即，存在两个检测区域，一方为具有第一区域的检测区域，而另一方为具有第二区域的检测区域。

[实施例3]

图9为本实施例所涉及的半导体装置300的俯视图，且为表示半导体基板30的、主区域5和检测区域3的边界部分附近的图。图10为将沿图9中的X－X线的截面放大了的图。另外，表示半导体装置300的整体的俯视图，与图1所示的半导体装置100相同，在半导体装置300中，检测区域3与主区域5相比也较小。

如图9、图10所示，在半导体装置300中，被形成在半导体基板30的背面侧的第一P⁺层12和第一N⁺层11的边界(线段AB)的位置不同于半导体装置100。在半导体装置300中，第一P⁺层12和第一N⁺层11的边界(线段AB)也平行于图9所示的x轴方向。在主区域5中，形成有第一N⁺层11的区域成为主二极管区1，而形成有第一P⁺层12的区域成为IGBT区2。此外，在半导体装置300中，检测区域3包括检测区域31和检测区域32。检测区域31和检测区域32，与主IGBT区2(在图10中未图示)同样地被设置在第一P⁺层12的上表面侧。由于其他的结构为与半导体装置100相同的结构，因此通过对相同的结构标记相同的参照符号，从而省略重复说明。另外，虽然在图10所示的截面中，未图示主区域5内的第一P⁺层12和第一N⁺层11的边界(线段AB)，但与实施例1、2相同地，在半导体装置300的主区域5内存在第一N⁺层11和第一P⁺层12的边界，并且主二极管区1和主IGBT区2的边界，与第一N⁺层11(主阴极区)和第一P⁺层12(主集电区)的边界相一致。

在本实施例中，如图9和图10所示，检测区域31和检测区域32以相互邻接的方式而设置。检测区域31、检测区域32，与实施例1中的检测区域3相同地，分别被作为扩散层的P层152所包围。主IGBT区2的主集电区、和检测区域31以及检测区域32的检测集电区，作为同一层(第一P⁺层12)而被形成。

检测区域31与主二极管区1邻接配置，检测区域32被配置在，与检测区域31相比距主二极管区1较远的位置处。第一P⁺层12和第一N⁺层11的边界(线段AB)的一部分，位于检测区域31与主二极管区1之间的区域内。在检测区域31与检测区域32之间的区域内，于第一P⁺层12的上方，仅设置有N^－层13和P层152，从而成为无用于导电的区域。

检测区域31内的成为检测发射区的第二N⁺层173e，在俯视观察半导体基板时距作为主阴极区的第一N⁺层11的检测区域侧的端部的距离D₃₁在298μm以下。即，检测区域31内的第二N⁺层173e～173h中的任意一个，在俯视观察半导体基板时距主阴极区(第一N⁺层11)的检测区域侧的端部的距离均在298μm以下，因而检测区域31满足了作为第二区域的条件。检测区域32内的成为检测发射区的第二N⁺层173d，在俯视观察半导体基板时距主阴极区(第一N⁺层11)的检测区域侧的端部的距离D₃₂在615μm以上。即，检测区域32内的第二N⁺层173a～173d中的任意一个，在俯视观察半导体基板时距主阴极区(第一N⁺层11)的检测区域侧的端部的距离均在615μm以上，因而检测区域32满足了作为第一区域的条件。

与实施例1、2相同地，半导体装置300的第一N⁺层11、第一P⁺层12，与背面电极连接，主二极管区1、主IGBT区2内的第二N⁺层171a～171d、172a～172d、第二P⁺层161a、161c、162a、162c(在图10中未图示)，与主表面电极连接，检测区域31、检测区域32内的第二N⁺层173a～173h、第二P⁺层161a、161c、161e、161g与检测表面电极连接。由于检测区域31、32相互邻接配置，因此例如能够通过一个电极衬垫来进行连接。

当使背面电极的电位Va低于主表面电极的电位Vb、和检测表面电极的电位Vc时(Va＜Vb、Vc)，在主二极管区1中将流通有主二极管电流I₁，而在主IGBT区2中不会流通有电流。

由于检测区域31满足作为第二区域的条件，因此如图4、图5所示，在Va＜Vb、Vc时，与主二极管区1相同地流通有检测二极管电流I₁₁。该检测二极管电流I₁₁的大小在检测二极管电流的最大值的90％以上。另一方面，在Va＞Vb、Vc且向栅电极施加正偏压时，在检测区域31中几乎未流通有电流。

由于检测区域32满足作为第一区域的条件，因此如图4、图5所示，在Va＜Vb、Vc时，在检测区域32中几乎未流通有电流。另一方面，在Va＞Vb、Vc且向栅电极施加正偏压时，与主IGBT区2同样地，在检测区域32中流通有检测IGBT电流I₁₂。该检测IGBT电流I₁₂的大小在检测IGBT电流的最大值的90％以上。

在本实施例中，通过使用检测区域31、检测区域32，从而当在主区域5中流通有主二极管电流I₁时，能够得到稳定且足够大的检测二极管电流I₁₁。当在主区域中流通有主IGBT电流I₂时，能够得到稳定且足够大的检测IGBT电流I₂₁。因此，能够提高对主二极管电流和主IGBT电流双方的检测精度。

在本实施例中，以与对主IGBT电流进行检测的检测区域32邻接的方式来配置对主二极管电流进行检测的检测区域31，并且使检测区域31、32与一个检测表面电极连接。由此，能够使检测区域的配线等简化。

此外，在本实施例中，在检测区域31(用于对主二极管电流进行检测的检测区域)和检测区域32(用于对主IGBT电流进行检测的检测区域)之间，形成有无用于导电的区域。当如图9、图10这样将检测区域31和检测区域32邻接配置时，检测区域31和检测区域32之间的区域距主阴极区的距离，成为如图4、图5所示这样的、使检测二极管电流和检测IGBT电流变得不稳定的距离。通过将检测二极管电流和检测IGBT电流变得不稳定的区域设为无用于导电的区域，从而进一步提高了对检测二极管电流和检测IGBT电流的测量精度。

另外，还可以采用如下方式，即，如图11、图12所示的半导体装置400这样，在检测区域31和检测区域32之间的区域内的、N^－层13的整个表面侧形成作为扩散层的P层152a。P层152a为元件隔离层。半导体装置400为半导体装置300的改变例，在检测区域31和检测区域32之间的区域内的、N^－层13的整个表面侧形成P层152a这一点不同于半导体装置300，由于其他的结构与半导体装置300相同，因此通过对相同的结构标记相同的参照符号从而省略重复说明。由于在半导体装置400中，通过一个P层152a而使检测区域31与检测区域32分隔，因此能够缩短检测区域31与检测区域32之间的距离。具体而言，能够使图11所示的检测区域31和检测区域32在ｙ轴方向上的距离，短于图9所示的检测区域31和检测区域32在ｙ轴方向上的距离。在这种情况下，优选设计为，如图4、图5所示这样的、距主阴极区的距离成为使检测二极管电流和检测IGBT电流变得不稳定的距离的区域，收纳于P层152a的下方。由此，进一步提高了对检测二极管电流和检测IGBT电流的测量精度。

[实施例4]

图13为本实施例所涉及的半导体装置500的俯视图，且为表示半导体基板50的、主区域5和检测区域3的边界部分附近的图。图14为将沿图13中的XIV－XIV线的截面放大了的图。另外，表示半导体装置500的整体的俯视图与图1所示的半导体装置100相同，在半导体装置500中，检测区域3与主区域5相比也较小。

在半导体装置500中，被形成在半导体基板50的背面侧的第一P⁺层12和第一N⁺层11的边界(线段AB)的位置不同于半导体装置100。在半导体装置500中，第一P⁺层12和第一N⁺层11的边界(线段AB)也平行于图13所示的x轴方向。在主区域5中，形成有第一N⁺层11的区域成为主二极管区1，而形成有第一P⁺层12的区域成为主IGBT区2。与主二极管区1相同地，检测区域3具备形成有第一N⁺层11的区域、和形成有第一P⁺层12的区域。俯视观察检测区域3时的形状在图13所示的x轴方向上较短，而在y轴方向上较长，这一点也不同于半导体装置100。即，检测区域3在与主阴极区的检测区域侧的端部平行的方向(x轴方向)上较短，而在与主阴极区的检测区域侧的端部垂直的方向(y轴方向)上较长。由于其他的结构为与半导体装置100相同的结构，因此通过标记相同的参照符号，从而省略重复说明。另外，虽然在图14所示的截面中，未图示主区域5的剖面结构，但与实施例1相同地，在半导体装置500的主区域5内存在第一N⁺层11和第一P⁺层12的边界，并且主二极管区1和主IGBT区2的边界与第一N⁺层11(主阴极区)和第一P⁺层12(主集电区)的边界相一致。此外，沟槽栅18的长度方向与半导体装置100相同，为与x轴方向平行的方向。

在图13、图14中，检测区域3中的区域331内的第二N⁺层173g距主阴极区(第一N⁺层11)的检测区域3侧的端部(即线段AB)的距离D₅₁在298μm以下。即，区域331内的第二N⁺层173g～173l中的任意一个，在俯视观察半导体基板时距主阴极区的检测区域3侧的端部的距离均在298μm以下，因而区域331满足了作为第二区域的条件。区域332内的第二N⁺层173d在俯视观察半导体基板时距主阴极区的检测区域3侧的端部的距离D₅₃在615μm以上。即，区域332内的第二N⁺层173a～173d中的任意一个，在俯视观察半导体基板时距主阴极区的检测区域侧的端部的距离均在615μm以上，因而区域332满足了作为第一区域的条件。区域333内的第二N⁺层173e、173f中的任意一个，在俯视观察半导体基板时距主阴极区的检测区域侧的端部的距离D₅₂均为，298μm＜D₅₂＜615μm。即，区域333的第二N⁺层173e、173f既不满足作为第一区域的条件，也不满足作为第二区域的条件。区域333与区域331以及区域332相比，元件面积(俯视观察半导体基板时的面积)较小。

由于检测区域3具有区域331，因此在主区域中流通有主二极管电流I₁时，能够得到稳定且足够大的检测二极管电流I₁₁。此外，由于检测区域3具有区域332，因此在主区域中流通有主IGBT电流I₂时，能够得到稳定且足够大的检测IGBT电流I₂₁。虽然区域333为，检测二极管电流I₁₁、检测IGBT电流I₂₁变得不稳定的区域，但由于与区域331以及区域332相比，区域333的元件面积较小，因此能够充分地确保通过区域331而进行的对主二极管电流的检测精度、和通过区域332而进行的对主IGBT电流的检测精度。与如实施例3那样使用两个检测区域来对主二极管电流和主IGBT电流进行检测的情况相比，在本实施例中能够缩小检测区域的设置空间。

此外，半导体装置500所涉及的检测区域3被设计为，俯视观察检测区域3时的形状在与主阴极区的检测区域侧的端缘平行的方向(与沟槽栅18平行的方向)上较短，而在与主阴极区的检测区域侧的端缘垂直的方向(与沟槽栅18垂直的方向)上较长。因此，相对于检测区域3的元件面积，距主阴极区的检测区域3侧的端部的距离D₅₂为298μm＜D₅₂＜615μm的区域333的元件面积的比例减小。通过使区域333的元件面积与区域331以及区域332的元件面积相比而减小，从而能够提高对主二极管电流和主IGBT电流的检测精度。

根据上述的本发明所涉及的实施例以及改变例，由于能够在二极管和IGBT被形成在同一半导体基板的主区域内的半导体装置中，将在检测区域中流通的检测二极管电流、检测IGBT电流作为稳定化且足够大的电流而获得，因此能够提高通过检测区域而进行的对主IGBT电流、主二极管电流的检测精度。另外，虽然在上述的实施例以及改变例中，在主区域中，主阴极区和主集电区邻接，但也可以在主阴极区和主集电区之间形成其他的半导体层。

另外，上述的实施例以及改变例中所记载的半导体装置可以应用现有的半导体装置的制造工序中所使用的技术来进行制造。由于能够在不对现有的半导体装置的制造工序进行大幅变更的条件下进行制造，因此能够在不使制造工序中的劳力和工时、成本、以及时间大幅增大的条件下进行制造。

以上，虽然对本发明的实施例进行了详细说明，但这些仅为示例，并不对专利权利要求的范围进行限定。在专利权利要求的范围所记载的技术中，也包括对以上所例示的具体示例进行各种各样的改变、变更的内容。

本说明书或者附图中所说明的技术要素为，以单独的方式或者通过各种组合而发挥技术方面的有用性的要素，并且不限定于申请时的权利要求中所记载的组合。此外，本说明书或者附图中所例示的技术为，能够同时达成多个目的的技术，并且达成其中一个目的本身也具有技术方面的有用性。

Claims (6)

1.一种半导体装置，具备半导体基板，所述半导体基板包括主区域和检测区域，并且在俯视观察半导体基板时，检测区域小于主区域，其中，

主区域包括主二极管和主绝缘栅双极性晶体管，

所述主二极管具有：

第一导电型的主阳极区，其被形成在半导体基板的表面上；

第二导电型的主二极管漂移区，其被形成在主阳极区的下侧；

第二导电型的主阴极区，其被形成在主二极管漂移区的下侧且半导体基板的背面上，

所述主绝缘栅双极性晶体管具有：

第一导电型的主集电区，其被形成在半导体基板的背面上；

第二导电型的主漂移区，其被形成在主集电区的上侧；

第一导电型的主体区，其被形成在主漂移区的上侧的、半导体基板的表面上；

第二导电型的主发射区，其被形成在主体区的表面的一部分上；

主绝缘栅电极，其从主发射区的表面起被形成至主体区与主漂移区相接的深度处，

检测区域具有：

第一导电型的检测集电区，其被形成在半导体基板的背面的至少一部分上；

第二导电型的检测漂移区，其被形成在检测集电区的上侧；

第一导电型的检测体区，其被形成在检测漂移区的上侧的、半导体基板的表面上；

第二导电型的检测发射区，其被形成在检测体区的表面的一部分上；

检测绝缘栅电极，其从检测发射区的表面起被形成至检测体区与检测漂移区相接的深度处，

检测区域具有第一区域，在俯视观察半导体基板时，第一区域中的检测发射区距主阴极区的距离在615μm以上。

2.如权利要求1所述的半导体装置，其中，

检测区域还具有第二区域，在俯视观察半导体基板时，第二区域中的检测发射区距主阴极区的距离在298μm以下。

3.如权利要求2所述的半导体装置，其中，

在俯视观察半导体基板时，检测漂移区、检测体区、检测发射区以及检测绝缘栅电极从第一区域起被连续形成至第二区域。

4.如权利要求2所述的半导体装置，其中，

在第一区域和第二区域之间的至少一部分中，形成有从半导体基板的表面起在深度方向上延伸的扩散层。

5.如权利要求4所述的半导体装置，其中，

在俯视观察半导体基板时，扩散层被形成在距主阴极区的距离大于298μm且小于615μm的区域内。

6.一种半导体装置，其具备半导体基板，所述半导体基板包括主区域和检测区域，并且在俯视观察半导体基板时，检测区域小于主区域，其中，

主区域包括主二极管和主绝缘栅双极性晶体管，

所述主二极管具有：

第一导电型的主阳极区，其被形成在半导体基板的表面上；

第二导电型的主二极管漂移区，其被形成在主阳极区的下侧；

第二导电型的主阴极区，其被形成在主二极管漂移区的下侧且半导体基板的背面上，

所述主绝缘栅双极性晶体管具有：

第一导电型的主集电区，其被形成在半导体基板的背面上；

第二导电型的主漂移区，其被形成在主集电区的上侧；

第一导电型的主体区，其被形成在主漂移区的上侧的、半导体基板的表面上；

第二导电型的主发射区，其被形成在主体区的表面的一部分上；

主绝缘栅电极，其从主发射区的表面起被形成至主体区与主漂移区相接的深度处，

检测区域具有：

第一导电型的检测集电区，其被形成在半导体基板的背面的至少一部分上；

第二导电型的检测漂移区，其被形成在检测集电区的上侧；

第一导电型的检测体区，其被形成在检测漂移区的上侧的、半导体基板的表面上；

第二导电型的检测发射区，其被形成在检测体区的表面的一部分上；

检测绝缘栅电极，其从检测发射区的表面起被形成至检测体区与检测漂移区相接的深度处，

检测区域具有第二区域，在俯视观察半导体基板时，第二区域中的检测发射区距主阴极区的距离在298μm以下。