DE102015224428A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine aktive Zone 21, eine Stromerfassungszone 22 und eine Diodenzone 24 sind auf demselben Halbleitersubstrat bereitgestellt. Eine Vielzahl aktiver Zellen, die das Hauptelement bilden, sind in der aktiven Zone 21 angeordnet. Stromerfassungszellen, die ein Stromerfassungselement zum Erfassen eines Stroms, der in das Hauptelement fließt, bilden, sind in der Stromerfassungszone 22 angeordnet. Die Diodenzone 24 umgibt die Stromerfassungszone 22. Diodenzellen, die antiparallel mit den Stromerfassungszellen verbunden sind, sind in der Diodenzone 24 angeordnet. Die aktiven Zellen und die Stromerfassungszellen weisen Grabengatestrukturen auf. Eine Breite w21 eines Grabens 3b, der die Grabengatestruktur jeder Stromerfassungszelle bildet, ist schmaler als eine Breite w11 eines Grabens 3a, der die Grabengatestruktur jeder aktiven Zelle bildet. Somit ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, bei der die Stromerfassungsgenauigkeit aufrechterhalten werden kann, während die Robustheit einer Stromerfassungszone verbessert werden kann.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung.
  • 2. Beschreibung der bisherigen Technik
  • Eine Verbesserung einer Schutzfunktion, die zum Verhindern eines Versagens einer Halbleitervorrichtung bereitgestellt wird, eine Verbesserung einer Stromerkennungsfunktion (Stromrichtung) zum Erfassen eines Stroms, der in der Halbleitervorrichtung fließt usw. sowie die Erhöhung des Stroms und Verringerung des Einschaltwiderstands (geringe Einschaltspannung) wurden in der bisherigen Technik bei der Halbleitervorrichtung verlangt. Ein Stromerfassungshalbleiterelement (im Folgenden als Stromerfassungselement) ist ein Element zum Erfassen eines Stroms, der in ein Halbleitersubstrat fließt (Halbleiterchip). Aufgrund der Eigenschaften des Stromerfassungselements ist das Stromerfassungselement deshalb als Hauptelement auf demselben Halbleitersubstrat so angeordnet wie ein Hauptelement in einer inaktiven Zone. Das Stromerfassungselement hat eine ähnliche Zellenstruktur wie die Zellen (die Funktionseinheiten des Elements), die das Hauptelement bilden. Die aktive Zone ist eine Zone, in der ein Hauptstrom in einer Einschaltzeit fließt.
  • Eine Fläche, die durch eine Zone belegt ist, in der das Stromerfassungselement bildende Zellen angeordnet sind (im Folgenden als Stromerfassungszone bezeichnet) wird auf der Grundlage eines Stromerfassungsverhältnisses festgelegt und so verringert, dass sie kleiner ist als diejenige, die von der aktiven Zone belegt ist. Das Stromerfassungsverhältnis ist ein Umrechnungsverhältnis zum Berechnen eines Stroms, der tatsächlich in die aktive Zone fließt, auf der Grundlage eines Stroms, der vom das Stromerfassungselement erfasst wird. Wie oben beschrieben, haben die Zellen, die das Stromerfassungselement bilden (im Folgenden als Stromerfassungszellen bezeichnet) und in der Stromerfassungszone angeordnet sind, dieselbe Struktur wie die Zellen (im Folgenden als aktive Zellen bezeichnet), die das Hauptelement bilden und in der aktiven Zone angeordnet sind. Deshalb wird die Anzahl der Stromerfassungszellen, die in der Stromerfassungszone angeordnet sind, auf der Grundlage des Stromerfassungsverhältnisses festgelegt.
  • Betreffend die Struktur der Halbleitervorrichtung in bisheriger Technik mit Stromerfassungselement, das auf demselben Halbleitersubstrat wie das Hauptelement angeordnet ist, wird ein MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) beispielhaft beschrieben. 10 ist eine Draufsicht, die ein planares Layout der Halbleitervorrichtung in bisheriger Technik veranschaulicht. 11 ist eine Schnittansicht, die eine Schnittstruktur entlang einer Linie AA-AA' der Schnittebene von 10 zeigt. Ein planares Layout einer aktiven Zone 121, eine Stromerfassungszone 122 und entsprechende Elektrodenkontaktstellen sind in 10 gezeigt (dieselbe Regel gilt auch für 12). Die Schnittstruktur entlang einer Linie AA-AA' der Schnittebene, die durch die aktive Zone 121 und die Stromerfassungszelle 122 verläuft, ist in 11 gezeigt.
  • Wie in 10 gezeigt, weist die Halbleitervorrichtung in bisheriger Technik (im Folgenden als Beispiel 1 bisheriger Technik bezeichnet) die aktive Zone 121, die Stromerfassungszone 122 und einen Abschlussstrukturabschnitt 123 auf, die auf demselben Halbleitersubstrat bereitgestellt sind. Die aktive Zone 121 umgibt die Stromerfassungszone 122. Der Abschlussstrukturabschnitt 123 umgibt die aktive Zone 121. Eine Grenze zwischen der aktiven Zone 121 und der Stromerfassungszone 122 und eine Grenze zwischen der aktiven Zone 121 und dem Abschlussstrukturabschnitt 123 sind nicht dargestellt. In der aktiven Zone 121 sind eine Sourceelektroden-Kontaktstelle 111, eine Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 112 und eine Gateelektroden-Kontaktstelle 113 voneinander getrennt auf einer Vorderfläche des Halbleitersubstrat bereitgestellt.
  • In der Stromerfassungszone 122 wird eine Stromerfassungselektrode 110 auf der Vorderfläche des Halbleitersubstrats bereitgestellt und bedeckt im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der Stromerfassungszone 122. Die Stromerfassungselektrode 110 ist zwischen der Sourceelektroden-Kontaktstelle 111 und der Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 112 angeordnet. Die Stromerfassungselektrode 110 ist eine Vorderflächenelektrode, die alle Stromerfassungszellen gemeinsam nutzen. Die Sourceelektroden-Kontaktstelle 111 ist im Wesentlichen auf der gesamten Oberfläche der aktiven Zone 121 bereitgestellt. Die Sourceelektroden-Kontaktstelle 111 liegt einem Teil der Stromerfassungselektrode 110, einem Teil der Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 112 und einem Teil der Gateelektroden-Kontaktstelle 113 gegenüber. Die Sourceelektroden-Kontaktstelle 111 ist eine Vorderflächenelektrode (Sourceelektrode), die von allen aktiven Zellen gemeinsam genutzt wird.
  • Die Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 112 und die Gateelektroden-Kontaktstelle 113 sind so in der aktiven Zone 121 angeordnet, dass sie sich nah an der Grenze mit dem Abschlussstrukturabschnitt 123 und entlang eines inneren Umfangs des Abschlussstrukturabschnitts 123 erstrecken. Die Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 112 ist näher am äußeren Umfangsabschnitt des Chips angeordnet als die Stromerfassungselektrode 110 und liegt der Stromerfassungselektrode 110 gegenüber. Die Stromerfassungselektrode 110 ist mit der Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 112 elektrisch verbunden. Gateelektroden der jeweiligen aktiven Zellen sind über nicht dargestellte Gateverteiler mit der Gateelektroden-Kontaktstelle 113 verbunden. Der Abschlussstrukturabschnitt 123 ist eine Zone, in der ein elektrisches Feld auf der Vorderflächenseite einer N–-Driftschicht aus dem Halbleitersubstrat entspannt wird, um eine Durchbruchspannung zu halten.
  • Wie in 11 gezeigt, ist auf der Vorderflächenseite des Halbleitersubstrats, die als N–-Driftschicht 101 dient, eine Vielzahl von Zellen mit derselben Zellenstruktur bereitgestellt, die sich von der aktiven Zone 121 bis zur Stromerfassungszone 122 erstrecken. Das heißt, die Stromerfassungszellen mit derselben Zellenstruktur wie die aktiven Zellen, die in der aktiven Zone 121 angeordnet sind, sind in der Stromerfassungszone 122 kontinuierlich für die aktiven Zellen bereitgestellt. Jede dieser Zellen ist mit einer allgemeinen Grabengatestruktur versehen. Die Grabengatestruktur beinhaltet eine P-Basiszone 102, einen Graben 103, eine Gateisolationsschicht 104, eine Gateelektrode 105, eine N+-Sourcezone 106 und eine P+-Kontaktzone 107. Im Graben 103 ist die Gateisolationsschicht 104 entlang einer Innenwand des Grabens 103 angeordnet, und die Gateelektrode 105 ist eingebettet.
  • Eine Vorderflächenelektrode (Sourceelektrode), die auch als Sourceelektroden-Kontaktstelle 111 dient, stellt den Kontakt mit den N+-Sourcezonen 106 und den P+-Kontaktzonen 107 der aktiven Zellen her. Die Stromerfassungselektrode 110, die als Vorderflächenelektrode dient, stellt den Kontakt mit den N+-Sourcezonen 106 und den P+-Kontaktzonen 107 der Stromerfassungszellen her. Die Stromerfassungselektrode 110 und die Sourceelektroden-Kontaktstelle 111 sind durch eine Isolationszwischenschicht 109 gegen die Gateelektoden 105 elektrisch isoliert. Das Symbol 108 bezeichnet eine Schicht aus Hochtemperaturoxid (HTO). Eine N+-Drainschicht und eine Drainelektrode, die nicht dargestellt sind, sind auf der Rückflächenseite des Halbleitersubstrats bereitgestellt. Das Symbol w101 bezeichnet eine Breite einer Mesazone zwischen benachbarten Gräben 103. Das Symbol w102 ist ein Grabenraster.
  • Die Struktur eines weiteren Beispiels der Halbleitervorrichtung nach bisheriger Technik (im Folgenden als Beispiel 2 bisheriger Technik bezeichnet) mit Stromerfassungselement, das auf demselben Halbleitersubstrat wie das Hauptelement angeordnet ist, wird beschrieben. 12 ist eine Draufsicht, die ein planares Layout des anderen Beispiels bisheriger Technik veranschaulicht. 13A und 13B sind Schnittansichten, die Schnittstrukturen entlang einer Linie BB-BB' der Schnittebene bzw. entlang einer Linie CC-CC' der Schnittebene von 12 zeigen. Die Schnittstruktur entlang der Linie BB-BB' der Schnittebene ist in 13A gezeigt. Die Schnittstruktur entlang der Linie CC-CC' der Schnittebene ist in 13B gezeigt. Beispiel 2 bisheriger Technik unterscheidet sich von Beispiel 1 bisheriger Technik (siehe 10 und 11) darin, dass eine Stromerfassungszelle 124 direkt unter einer (Drainseite der) Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 114 angeordnet ist. Das heißt, die Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 114 dient auch als Stromerfassungselektrode auf einer Vorderfläche eines Halbleitersubstrats.
  • Im Allgemeinen weist die Stromerfassungszelle 124 eine solche Struktur auf, dass sie von einer Diodenzone 125 umgeben ist. Das heißt, die Diodenzone 125 ist zwischen einer aktiven Zone 121 und der Stromerfassungszelle 124 angeordnet. Eine Grenze zwischen der aktiven Zone 121 und der Diodenzone 125 ist nicht dargestellt. Die Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 114 wird so bereitgestellt, dass sie sich so von der Stromerfassungszelle 124 zur Diodenzone 125 erstreckt und die Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 114 nicht nur die Substratvorderfläche in der Stromerfassungszelle 124 vollständig bedecken kann, sondern auch die Substratvorderfläche in der Diodenzone 125 bedecken kann. In der Diodenzone 125 sind Diodenzellen angeordnet. Jede der Diodenzellen hat eine P-Basiszone 102 als Anode und eine N–-Driftschicht 101 und eine N+-Drainschicht (nicht dargestellt) als Kathode. Die Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 114 dient auch als Anodenelektrode. Eine Drainelektrode (nicht dargestellt) dient auch als Kathodenelektrode.
  • Im Beispiel 1 bisheriger Technik (siehe 10 und 11) wird ein Teil der Zellen der aktiven Zone 121 als Stromerfassungszellen der Stromerfassungszone 122 genutzt. Deshalb müssen die Sourceelektroden-Kontaktstelle 111 und die Stromerfassungselektrode 110 voneinander getrennt werden. Entsprechend ist es schwierig, die Elektroden in den neueren mikrominiaturisierten Zellen zu trennen. Außerdem ist es auch nötig, die Dicke jeder Elektrode zu verringern, um die Zellen zu mikrominiaturisieren. Wenn jedoch die Dicke der Elektrode in der aktiven Zone 121 verringert wird, erhöht sich der Einschaltwiderstand oder die Zuverlässigkeit während der Herstellung verschlechtert sich. Entsprechend kann das Beispiel 1 bisheriger Technik nur auf eine Zellenstruktur mit großem Zellenraster angewandt werden. Um das Beispiel 1 bisheriger Technik auf eine mikrominiaturisierte Zellenstruktur anzuwenden, ist es nötig, einen mehrstufigen Metallschritt hinzuzufügen, um die Zellenstruktur zu einer mehrstufigen Metallstruktur auszubilden. Der mehrstufige Metallschritt bedeutet einen Schritt des Laminierens einer Vielzahl von Metallschichten verschiedener metallischer Materialien, wodurch sich die Anzahl der Schritte erhöht. Ferner sind im Beispiel 1 bisheriger Technik die Stromerfassungszellen kontinuierlich an den aktiven Zellen angeordnet. Deshalb gibt es im Beispiel 1 bisheriger Technik ein Problem, dass ein Strom von der aktiven Zone 121 in die Stromerfassungszellen fließt und eine Verschlechterung der Stromerfassungsgenauigkeit verursacht.
  • Im Beispiel 2 bisheriger Technik (siehe 12 und 13A und 13B) ist die Diodenzone 125 zwischen der aktiven Zone 121 und der Stromerfassungszone 124 angeordnet. Entsprechend ist es möglich, einen Strom, der von der aktiven Zone 121 in die Stromerfassungszone 125 fließt, zu unterdrücken. Jedoch ist die Stromdichte in einer Einschaltzeit bei einer Grabengate-MOS-Halbleitervorrichtung normalerweise erhöht. Deshalb wird zur Verbesserung der Robustheit gegen Lawinendurchbruch, Überspannung usw. die Durchbruchspannung der aktiven Zone 121 mit großer Belegungsfläche im Verhältnis zur Oberfläche des Halbleitersubstrats verringert, und ein Strom wird von den aktiven Zellen in gleichem Maße genutzt. Da jede Stromerfassungszelle dieselbe Zellenstruktur wie jede aktive Zelle aufweist, wird die Durchbruchspannung der Stromerfassungszone 124 so niedrig wie die Durchbruchspannung der aktiven Zone 121.
  • Da außerdem die aktive Zelle und die Stromerfassungszelle dieselbe Zellenstruktur aufweisen, findet der Lawinendurchbruch in der aktiven Zone 121 und der Stromerfassungszone 124 gleichzeitig statt. Dabei findet der Lawinendurchbruch an PN-Übergangsflächen zwischen den P-Basiszonen 102 und der N–-Driftschicht 101 in der Stromerfassungszone 124 und der Diodenzone 125 statt, da ein Bereich, der die Stromerfassungszone 124 und einen Teil der Diodenzone 125 umfasst, mit der Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 114 bedeckt ist. Deshalb fließt ein Strom, der aufgrund des Lawinendurchbruchs plötzlich ansteigt (im Folgenden als Lawinenstrom bezeichnet) nicht nur aus der Stromerfassungszone 124, sondern auch von der Diodenzone 125 in die Stromerfassungszone 124.
  • Normalerweise ist die Fläche, die von der Stromerfassungszone 124 belegt wird, im Vergleich zur Oberfläche des Halbleitersubstrats klein, aber die Fläche, die von der Diodenzone 125 um die Stromerfassungszone 124 herum belegt wird, ist groß. Deshalb fließt ein größerer Lawinenstrom in die Stromerfassungszellen, die in der Stromerfassungszone 124 angeordnet sind, statt in die normalen aktiven Zellen, entsprechend dem Lawinenstrom, der aus der Diodenzone 125 fließt. Somit wird die Robustheit gegen einen Lawinendurchbruch der Stromerfassungszone 124 geringer als die Robustheit der aktiven Zone. Entsprechend ist es nötig, das Stromerfassungselement vor Lawinendurchbruch, Überspannung usw. zu schützen, um eine Abnahme der Robustheit der Stromerfassungszone 124 zu unterdrücken.
  • Im Allgemeinen wird bei der bisherigen Technik ein Widerstand mit dem Stromerfassungselement verbunden (im Folgenden als erste Struktur bisheriger Technik bezeichnet) oder ein Schutzschaltkreis wie etwa ein Widerstand, eine Zenerdiode usw. ist in einem Steuerschaltkreis (nicht dargestellt), der mit dem Stromerfassungselement verbunden ist (in Folgenden als zweite Struktur bisheriger Technik bezeichnet) bereitgestellt, um eine Abnahme der die Robustheit der Stromerfassungszone zu unterdrücken. Bei der ersten Struktur bisheriger Technik wird ein Strom, der aufgrund einer Überspannung usw. erzeugt wird, unterdrückt, so dass er nicht in das Stromerfassungselement fließt. Bei der zweiten Struktur bisheriger Technik ist, da der Steuerschaltkreis vor Überspannung usw. geschützt ist, die Robustheit des Stromerfassungselements verbessert. Da jedoch der Schutz, der auf das Stromerfassungselement angewandt wird, in größerem Maße verstärkt ist, ist es schwieriger für einen Strom, in das Stromerfassungselement zu fließen, was zu einer Abnahme des Stroms, der in das Stromerfassungselement fließt, oder aufgrund einer parasitären Wirkung des Elements oder des Stromkreises zu einer Zunahme des Stroms, der in das Stromerfassungselement fließt, führt. Deshalb besteht die Befürchtung, dass sich die Stromerfassungsgenauigkeit verschlechtern kann.
  • Die folgende Vorrichtung wurde als Vorrichtung vorgeschlagen, bei der eine Stromerfassungsgenauigkeit verbessert ist. Die Vorrichtung ist eine Grabengate-Halbleitervorrichtung, bei der alle Detektorzellen, aktiven Zellen und inaktiven Zellen mit Dummy-Gateelektroden bereitgestellt sind. Eine Dummy-Gateelektrode ist am Boden jedes Grabens durch eine Isolationsschicht angeordnet, und eine Gateelektrode ist durch eine Isolationsschicht auf der Dummy-Gateelektrode gebildet. Die Tiefe des Grabens ist entsprechend der Dummy-Gateelektrode, die am Boden des Grabens bereitgestellt ist, vergrößert (z. B. siehe JP-A-2009-182113 (Abschnitt [0102] und [0103], 19)). In JP-A-2009-182113 ist die Dummy-Gateelektrode bereitgestellt oder der Graben ist tief ausgebildet. Auf diese Weise wird ein Strom, der aus einer die Stromerfassungszelle umgebenden Zone in jede Stromerfassungszelle (Detektorzelle) fließt, unterdrückt und eine Schwankung eines Stromerfassungsverhältnisses wird unterdrückt, so dass die Stromerfassungsgenauigkeit verbessert werden kann.
  • Die folgende Vorrichtung wurde als Vorrichtung vorgeschlagen, bei der verhindert wird, dass ein Durchschlag in einem Stromerfassungselement auftritt. Ein Stromerfassungswiderstand ist zwischen einer Sourceelektrode eines Hauptelements und einer Stromerfassungselektrode eines Stromerfassungselements angeschlossen. Eine dielektrische Durchbruchspannung einer Gateisolationsschicht ist größer als das Produkt aus einem maximalen Strom, der in das Stromerfassungselement fließen kann, wenn eine Sperrvorspannung angelegt wird, und dem Widerstandswert des Widerstands (z. B. siehe JP-A-2012-253391 (Abschnitt [0047] und [0048], 3 und 4)). In JP-A-2012-253391 ist ein Graben jeder aktiven Zelle (Hauptelement) tiefer als ein Graben jeder Stromerfassungszelle (jedes Stromerfassungselements) ausgelegt oder ein Abstand zwischen benachbarten Gräben der aktiven Zellen ist breiter ausgelegt als ein Abstand zwischen benachbarten Gräben der Stromerfassungszellen. Somit wird die Durchbruchspannung jeder Stromerfassungszelle höher als die Durchbruchspannung jeder aktiven Zelle gemacht, wenn eine Sperrvorspannung angelegt wird.
  • Bei der ersten oder zweiten Struktur bisheriger Technik nimmt jedoch die Anzahl der Schritte zu, weil die Schutzeinheit gegen Lawinendurchbruch, Überspannung usw. bereitgestellt ist. Die Kosten erhöhen sich, weil es nötig ist, auf demselben Halbleitersubstrat, auf dem das Stromerfassungselement angeordnet ist, eine Fläche zum Bilden der Schutzeinheit sicherzustellen. Außerdem besteht bei der ersten oder zweiten Struktur bisheriger Technik eine Befürchtung, dass sich die Stromerfassungsgenauigkeit in dem Maße verschlechtern kann, wie das Stromerfassungselement verstärkt wird, wie oben beschrieben. Da in JP-A-2009-182113 die Dummy-Gateelektroden bereitgestellt sind oder die Gräben tief ausgebildet sind, nimmt die Durchbruchspannung der Stromerfassungszone ab, so dass die Robustheit tendenziell abnimmt.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Um die oben genannten Probleme zu lösen, die den bisherigen Techniken eigen sind, besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, bei der eine Stromerfassungsgenauigkeit aufrechterhalten werden kann, während die Robustheit einer Stromerfassungszone verbessert werden kann.
  • Um die oben genannten Probleme zu lösen und die Aufgabe der Erfindung zu erfüllen, handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung um eine Halbleitervorrichtung mit einem Hauptelement und einem Stromerfassungselement, die auf demselben Halbleitersubstrat bereitgestellt sind, wobei das Hauptelement eine erste Grabengatestruktur aufweist, das Stromerfassungselement eine zweite Grabengatestruktur aufweist und einen Strom erfasst, der in das Halbleitersubstrat fließt, wenn das Hauptelement in Betrieb ist. Die Halbleitervorrichtung hat die folgenden Eigenschaften. Die erste Grabengatestruktur ist mit einem ersten Graben, einer Gateisolationsschicht und einer Gateelektrode bereitgestellt, wobei der erste Graben auf einer ersten Hauptflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, die Gateisolationsschicht entlang einer Innenwand des ersten Grabens angeordnet ist, wobei die Gateelektrode im ersten Graben angeordnet ist. Die zweite Grabengatestruktur ist mit einem zweiten Graben, der Gateisolationsschicht und der Gateelektrode bereitgestellt, wobei der zweite Graben auf der ersten Hauptflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, die Gateisolationsschicht entlang einer Innenwand des zweiten Grabens angeordnet ist, wobei die Gateelektrode im zweiten Graben angeordnet ist. Der zweite Graben, der die zweite Grabengatestruktur des Stromerfassungselements bildet, ist in der Breite schmaler als der erste Graben, der die erste Grabengatestruktur des Hauptelements bildet.
  • Um die oben genannten Probleme zu lösen und die Aufgabe der Erfindung zu erfüllen, handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung um eine Halbleitervorrichtung mit einem Hauptelement und einen Stromerfassungselement, die auf demselben Halbleitersubstrat bereitgestellt sind, wobei das Hauptelement eine erste Grabengatestruktur aufweist, das Stromerfassungselement eine zweite Grabengatestruktur aufweist und einen Strom erfasst, der in das Halbleitersubstrat fließt, wenn das Hauptelement in Betrieb ist. Die Halbleitervorrichtung hat die folgenden Eigenschaften. Die erste Grabengatestruktur ist mit einem ersten Graben, einer Gateisolationsschicht und einer Gateelektrode bereitgestellt, wobei der erste Graben auf einer ersten Hauptflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, die Gateisolationsschicht entlang einer Innenwand des ersten Grabens angeordnet ist, die Gateelektrode im ersten Graben angeordnet ist. Die zweite Grabengatestruktur ist mit einem zweiten Graben, der Gateisolationsschicht und der Gateelektrode bereitgestellt, wobei der zweite Graben auf der ersten Hauptflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, die Gateisolationsschicht entlang einer Innenwand des zweiten Grabens angeordnet ist, die Gateelektrode im zweiten Graben angeordnet ist. Ein am Boden des zweiten Grabens bereitgestellter Abschnitt der Gateisolationsschicht, die entlang der Innenwand des zweiten Grabens, der die zweite Grabengatestruktur des Stromerfassungselements bildet, bereitgestellt ist, ist in der Dicke dicker ist als ein am Boden des ersten Grabens bereitgestellter Abschnitt der Gateisolationsschicht, die entlang der Innenwand des ersten Grabens, der die erste Grabengatestruktur des Hauptelements bildet, bereitgestellt ist.
  • Außerdem ist gemäß der Erfindung eine Halbleitervorrichtung in der oben genannten Konfiguration bereitgestellt, wobei der zweite Graben in der Breite schmaler ist als der erste Graben.
  • Außerdem ist gemäß der Erfindung eine Halbleitervorrichtung in der oben genannten Konfiguration bereitgestellt, wobei das Hauptelement eine Vielzahl erster Zellen enthält, so dass der erste Graben zwischen benachbarten der ersten Zellen gelegt ist; das Stromerfassungselement eine Vielzahl zweiter Zellen enthält, so dass der zweite Graben zwischen benachbarten der zweiten Zellen gelegt ist; und jede der zweiten Zellen in der Breite schmaler ist als jede der ersten Zellen.
  • Außerdem ist gemäß der Erfindung eine Halbleitervorrichtung in der oben genannten Konfiguration bereitgestellt, wobei der zweite Graben in der Tiefe flacher ist als der erste Graben.
  • Außerdem wird erfindungsgemäß eine Halbleitervorrichtung in der oben genannten Konfiguration bereitgestellt, ferner umfassend: eine aktive Zone, eine Stromerfassungszone und eine Diodenzone, die auf dem Halbleitersubstrat bereitgestellt sind, wobei das Hauptelement in der aktiven Zone bereitgestellt ist, das Stromerfassungselement in der Stromerfassungszone bereitgestellt ist, die Diodenzone die Stromerfassungszone umgibt, wobei eine Diode, die antiparallel mit dem Stromerfassungselement verbunden ist, in der Diodenzone angeordnet ist.
  • Außerdem ist erfindungsgemäß eine Halbleitervorrichtung in der oben genannten Konfiguration bereitgestellt, wobei die Durchbruchspannung der Diode höher als die Durchbruchspannung des Hauptelements, aber niedriger als die Durchbruchspannung des Stromerfassungselements ist.
  • Außerdem ist erfindungsgemäß eine Halbleitervorrichtung in der oben genannten Konfiguration bereitgestellt, wobei die Gateisolationsschicht als Oxidschicht ausgebildet ist.
  • Außerdem ist erfindungsgemäß eine Halbleitervorrichtung in der oben genannten Konfiguration bereitgestellt, wobei die Gateelektrode als Polysiliziumschicht ausgebildet ist.
  • Gemäß der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung ist es möglich, die Durchbruchspannung einer Stromerfassungszone (Stromdetektorzone) höher als die Durchbruchspannung einer aktiven Zone auszulegen, ohne eine Schutzeinheit gegen Lawinendurchbruch, Überspannung usw. bereitzustellen. Somit ist es möglich, eine Wirkung zu erzielen, dass die Stromerfassungsgenauigkeit aufrechterhalten werden kann, während die Robustheit der Stromerfassungszone verbessert werden kann.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Draufsicht, die ein planares Layout einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht;
  • 2A und 2B sind Schnittansichten, die Schnittstrukturen entlang einer Linie A-A' der Schnittebene bzw. entlang einer Linie B-B' der Schnittebene von 1 zeigen;
  • 3 ist eine Schnittansicht, die eine Schnittstruktur in einer Stromerfassungszone einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 veranschaulicht;
  • 4 ist eine Schnittansicht, die eine Schnittstruktur in einer Stromerfassungszone einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 veranschaulicht;
  • 5 ist eine Schnittansicht, die eine Schnittstruktur in einer Stromerfassungszone einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 veranschaulicht;
  • 6A und 6B sind Schnittansichten, die Zustände zeigen, in denen die Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 hergestellt wird;
  • 7A und 7B sind Schnittansichten, die Zustände zeigen, in denen die Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 hergestellt wird;
  • 8A und 8B sind Schnittansichten, die Zustände zeigen, in denen die Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 hergestellt wird;
  • 9 ist eine Schnittansicht, die eine Schnittstruktur in einer Stromerfassungszone einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 6 veranschaulicht;
  • 10 ist eine Draufsicht, die ein planares Layout einer Halbleitervorrichtung in bisheriger Technik veranschaulicht;
  • 11 ist eine Schnittansicht, die eine Schnittstruktur entlang einer Linie AA-AA' der Schnittebene von 10 zeigt;
  • 12 ist eine Draufsicht, die ein planares Layout des weiteren Beispiels der Halbleitervorrichtung in bisheriger Technik veranschaulicht.
  • 13A und 13B sind Schnittansichten, die Schnittstrukturen entlang einer Linie BB-BB' der Schnittebene bzw. entlang einer Linie CC-CC' der Schnittebene von 12 zeigen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung werden nachstehend unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnung detailliert beschrieben. In der Beschreibung der Erfindung und den beigefügten Zeichnungen bedeutet eine Schicht oder Zone mit vorangestelltem N oder P, dass Elektronen oder Löcher Mehrheitsladungsträger in der Schicht oder Zone sind. Außerdem bedeuten Schichten oder Zonen, bei denen der Bezeichnung N oder P ein + und – nachgestellt ist, eine höhere Fremdstoffkonzentration bzw. eine geringere Fremdstoffkonzentration als bei Schichten oder Zonen, die mit N oder P ohne nachgestelltes + oder – bezeichnet sind. Übrigens werden in der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen und den begleitenden Zeichnungen ähnliche Bestandteile jeweils mit denselben Symbolen bezeichnet, und eine entsprechende und doppelte Beschreibung davon entfällt.
  • Ausführungsform 1
  • Hinsichtlich der Struktur einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 wird ein MOSFET mit Grabengatestrukturen, die sich jeweils streifenförmig in horizontaler Richtung (im Folgenden als erste Richtung (Richtung senkrecht zu einer Linie A-A' der Schnittebene und einer Linie B-B' der Schnittebene)) zu einer Substratvorderfläche erstrecken, beispielhaft beschrieben. 1 ist eine Draufsicht, die ein planares Layout der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht. 2A und 2B sind Schnittansichten, die Schnittstrukturen entlang einer Linie A-A' der Schnittebene bzw. entlang einer Linie B-B' der Schnittebene von 1 zeigen. Ein planares Layout einer aktiven Zone 21, eine Stromerfassungszelle 22 und entsprechende Elektrodenkontaktstellen sind in 1 gezeigt.
  • Die Schnittstruktur entlang der Linie A-A' der Schnittebene, entlang der Gräben 3 in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung in die aktive Zone 21 eingeschnitten sind, ist in 2A gezeigt. Die Schnittstruktur entlang der Linie B-B' der Schnittebene, entlang der Gräben 3 ein einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung in die Stromerfassungszone 22 eingeschnitten sind, ist in 2B gezeigt.
  • Wie in 1 gezeigt, ist bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 ein Halbleiterelement (Stromerfassungselement (Stromdetektorelement)) zum Erfassen eines Stroms, der in das Hauptelement fließt, auf demselben Halbleitersubstrat (Halbleiterchip) wie das Hauptelement bereitgestellt. Das heißt, das Stromerfassungselement erfasst den Strom, der in das Halbleitersubstrat fließt, wo das Hauptelement angeordnet ist. Insbesondere sind die aktive Zone 21, die Stromerfassungszone 22, ein Abschlussstrukturabschnitt 23 und eine Diodenzone 24 auf demselben Halbleitersubstrat bereitgestellt. Die aktive Zone 21 ist in einem mittleren Abschnitt des Chips und seinem Nachbarbereich bereitgestellt. Die aktive Zone 21 belegt einen Großteil einer Oberfläche der Substratvorderfläche. Eine Vielzahl von Zellen (aktiven Zellen (zweiten Zellen): nicht dargestellt), die das Hauptelement bilden, sind in der aktiven Zone 21 angeordnet. Die Stromerfassungszone 22 ist zwischen der aktiven Zone 21 und dem Abschlussstrukturabschnitt 23 angeordnet. Eine Vielzahl von Zellen (Stromerfassungszellen (ersten Zellen): nicht dargestellt), die das Stromerfassungselement bilden, sind in der Stromerfassungszone 22 angeordnet.
  • Die Diodenzone 24 umgibt die Stromerfassungszone 22. Das heißt, die Diodenzone 24 ist zwischen der aktiven Zone 21 und der Stromerfassungszone 22 angeordnet. Eine Vielzahl von Zellen (im Folgenden als Diodenzellen bezeichnet), die eine Zellenstruktur einer Diode bilden, sind in der Diodenzone 24 angeordnet. Die Diodenzellen sind antiparallel mit den Stromerfassungszellen verbunden. Wenn die Stromerfassungszellen mit Durchlassspannung beaufschlagt werden, werden die Diodenzellen mit Sperrspannung beaufschlagt. Das heißt, die Diodenzellen sind nicht in Betrieb, wenn die Stromerfassungszellen in Betrieb sind. Die Diodenzellen haben eine Funktion, den Strom, der von der aktiven Zone 21 in die Stromerfassungszone 22 fließt, zu unterdrücken. Die Durchbruchspannung jeder Diodenzelle ist höher als die Durchbruchspannung jeder aktiven Zelle, aber geringer als die Durchbruchspannung jeder Stromerfassungszelle. Der Abschlussstrukturabschnitt 23 umgibt die aktive Zone 21. Eine Grenze zwischen der aktiven Zone 21 und der Stromerfassungszone 22, eine Grenze zwischen der aktiven Zone 21 und der Diodenzone 24 und eine Grenze zwischen der aktiven Zone 21 und dem Abschlussstrukturabschnitt 23 sind nicht dargestellt.
  • In der aktiven Zone 21 sind eine Sourceelektroden-Kontaktstelle 11 und eine Gateelektroden-Kontaktstelle 13 voneinander getrennt auf der Vorderfläche des Halbleitersubstrats bereitgestellt. Die Sourceelektroden-Kontaktstelle 11 ist im Wesentlichen auf der gesamten Oberfläche der aktiven Zone 21 bereitgestellt. Insbesondere ist die Sourceelektroden-Kontaktstelle 11 beispielsweise so angeordnet, dass sie drei Seiten einer im Wesentlichen rechteckigen Zone der Vorderfläche des Halbleitersubstrats umgibt. In der im Wesentlichen rechteckigen Zone sind eine Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 12 und eine Gateelektroden-Kontaktstelle 13 bereitgestellt. Die Sourceelektroden-Kontaktstelle 11 liegt einem Teil der Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 12 und einem Teil der Gateelektroden-Kontaktstelle 13 gegenüber. Die Sourceelektroden-Kontaktstelle 11 ist eine Vorderflächenelektrode (Sourceelektrode), die von allen aktiven Zellen gemeinsam genutzt wird. Die Gateelektroden-Kontaktstelle 13 ist in der Nachbarschaft der Grenze zwischen der aktiven Zone 21 und dem Abschlussstrukturabschnitt 23 angeordnet. Gateelektroden der jeweiligen aktiven Zellen sind über nicht dargestellte Gateverteiler mit der Gateelektroden-Kontaktstelle 13 verbunden.
  • In der Stromerfassungszone 22 ist eine Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 12 auf der Vorderfläche des Halbleitersubstrats und getrennt von der Sourceelektroden-Kontaktstelle 11 und der Gateelektroden-Kontaktstelle 13 bereitgestellt. Die Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 12 ist so bereitgestellt, dass sie sich von der Stromerfassungszone 22 zur Diodenzone 24 erstreckt, so dass die Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 12 die gesamte Substratvorderfläche in der Stromerfassungszone 22 und die Substratvorderfläche in der Diodenzone 24 bedecken kann. Außerdem ist das Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 12 auf einer weiter innen gelegenen Seite als der Abschlussstrukturabschnitt 23 und Seite an Seite mit der Gateelektroden-Kontaktstelle 13 entlang eines inneren Umfangs des Abschlussstrukturabschnitts 23 angeordnet. Die Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 12 dient auch als Vorderflächenelektrode (Stromerfassungselektrode), die alle Stromerfassungszellen gemeinsam nutzen. Beispielsweise ist eine Durchbruchspannungsstruktur (nicht dargestellt), bestehend aus einem Wächterring, einer Feldplatte, einem RESURF (Reduced Surface Field, Feld mit reduzierter Oberfläche) oder eine Kombination davon in dem Abschlussstrukturabschnitt 23 bereitgestellt.
  • Wie in 2A und 2B gezeigt, ist eine Vielzahl von Zellen an der Vorderflächenseite des Halbleitersubstrats (Halbleiterchips) bereitgestellt und erstreckt sich von der aktiven Zone 21 zur Stromerfassungszone 22. Das Halbleitersubstrat dient als N–-Driftschicht 1. Die aktiven Zellen (in der aktiven Zone 21 angeordnete Zellen) und die Stromerfassungszellen (in der Stromerfassungszone 22 angeordnete Zellen) weisen Grabengatestrukturen auf (erste und zweite Grabegatestrukturen). Jede Grabengatestruktur beinhaltet eine P-Basiszone 2, einen Graben 3, eine Gateisolationsschicht 4, eine Gateelektrode 5, eine N+-Sourcezonen 6 und eine P+-Kontaktzone 7. Die Zellen (Diodenzellen), in denen jeweils die P-Basiszone 2 als Anode dient, die N–-Driftschift 1 und eine N+-Drainschicht (nicht dargestellt), die nachstehend beschrieben werden, dienen als Kathode und sind in der Diodenzone 24 angeordnet. In jedem der Gräben 3 ist die Gateisolationsschicht 4 entlang einer Innenwand des Grabens 3 angeordnet und die Gateelektrode 5 ist eingebettet. Übrigens kann die Gateisolationsschicht 4 als Oxidschicht und die Gateelektrode 5 als Polysiliziumschicht ausgebildet sein.
  • Insbesondere sind die P-Basiszonen 2 in einer vorderen Schicht der Vorderfläche des Halbleitersubstrats bereitgestellt und erstrecken sich von der aktiven Zone 21 zur Stromerfassungszone 22. Jeder der Gräben 3 (3a und 3b), der in einer Tiefenrichtung durch die P-Basiszone 2 dringt und die N–-Driftschicht 1 erreicht, ist bereitgestellt. Beispielsweise weist jeder der Gräben 3 ein planares Layout auf, das wie ein Streifen, der sich in die erste Richtung erstreckt, ausgebildet ist. Die Gräben 3 sind so angeordnet, dass sie sich von der aktiven Zone 21 bis zur Stromerfassungszone 22 erstrecken. Eine Zelle (Funktionseinheit des Elements) besteht aus einem Abschnitt (Mesazone), der zwischen benachbarten der Gräben 3 in jeder der aktiven Zone 21, der Stromerfassungszone 22 und der Diodenzone 24 gelegt ist.
  • Eine in der zweiten Richtung verlaufende Breite w22 jeder Mesazone (Mesabreite jeder Stromerfassungszelle) zwischen benachbarten Gräben (zweite Gräben) 3b in der Stromerfassungszone 22 ist gleich einer in der zweiten Richtung verlaufenden Breite w12 jeder Mesaregion (Mesabreite jeder aktiven Zelle) zwischen benachbarten Gräben (erste Gräben) 3a in der aktiven Zone 21 (w22 = w12). Eine in der zweiten Richtung (Richtung, in der die Gräben 3 Seite an Seite angeordnet sind) verlaufende Breite w21 (im Folgenden einfach als Breite bezeichnet) jedes Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 ist schmaler als eine Breite w11 jedes Grabens 3a in der aktiven Zone 21 (w21 < w11). Eine Tiefe d21 jedes Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 kann gleich einer Tiefe d11 jedes Grabens 3a in der aktiven Zone 21 (d21 = d11) sein oder kann flacher als eine Tiefe d11 jedes Grabens 3a in der aktiven Zone 21 sein (d21 < d11).
  • Wenn die Tiefe d21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 gleich der Tiefe d11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21 ist, können beispielsweise der Graben 3a in der aktiven Zone 21 und der Graben 3b in der Stromerfassungszone 22 durch verschiedene Ätzschritte ausgebildet werden. Wenn andererseits die Tiefe d21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 flacher ist als die Tiefe d11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21, können beispielsweise der Graben 3a in der aktiven Zone 21 und der Graben 3b in der Stromerfassungszone 22 durch denselben Ätzschritt ausgebildet werden. Deshalb kann die Tiefe des Grabens mit zunehmender Breite des Grabens flacher gestaltet werden. Der Fall, in dem die Tiefe d21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 flacher als die Tiefe d11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21 gestaltet wird, wird in Ausführungsform 6 beschrieben, die weiter unten beschrieben wird.
  • Vorzugsweise wird die Krümmung eines Bodeneckenabschnitts 33b des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 möglichst klein gestaltet. Der Grund ist folgender. Im Allgemeinen ist der Krümmungszustand des Bodeneckenabschnitts umso sanfter, je kleiner die Krümmung des Bodeneckenabschnitts des Grabens ist. Deshalb kann eine Stromkonzentration im Bodeneckenabschnitt unterdrückt werden. In diesem Fall kann die Durchbruchspannung der Zelle umso mehr verbessert werden, je schmaler die Breite des Grabens ausgelegt wird. Deshalb sei angenommen, dass die Krümmung des Bodeneckenabschnitts 33b des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 beispielsweise im Wesentlichen gleich der Krümmung eines Bodeneckenabschnitts 33a des Grabens 3a in der aktiven Zone 21 ist. In diesem Fall ist die Breite w21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 schmaler als die Breite w11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21, wie oben beschrieben. Deshalb kann die Durchbruchspannung der Stromerfassungszone 22 höher als die Durchbruchspannung der aktiven Zone 21 ausgelegt werden.
  • Im Graben 3 (3a, 3b) ist die Gateisolationsschicht 4 entlang einer Innenwand des Grabens 3 und die Gateelektrode 5 an einer Innenseite der Gateisolationsschicht 4 bereitgestellt. In jeder Mesazone zwischen benachbarten Gräben 3 in jeder der aktiven Zone 21 und der Stromerfassungszone 22 sind die N+-Sourcezonen 6 und die P+-Kontaktzone 7 selektiv in der P-Basiszone 2 bereitgestellt. In jedem der Gräben 3, die über dazwischenliegende Mesazone benachbart sind, liegen die N+-Sourcezonen 6 der Gateelektrode 5 durch die Gateisolationsschicht 4, die an der Seitenwand des Grabens 3 bereitgestellt ist, gegenüber. Das heißt, die Grabengates als Ganzes (die Gateisolationsschicht 4 ist entlang den Innenwänden der Gräben 3 angeordnet und die Gateelektroden 5 sind in die Gräben 3 eingebettet) zusammen mit den aktiven Stromerfassungszellen funktionieren als MOSFET.
  • Außerdem ist keine N+-Sourcezone 6 in der Diodenzone 24 bereitgestellt. Deshalb funktioniert in der Diodenzone 24 jede P-Basiszone 2 als Anodenzone. Jede P+-Kontaktzone 7 ist beispielsweise in der Mitte der Mesazone und ihrer Nachbarschaft und getrennt von der Gateisolationsschicht 4 bereitgestellt, die an der Seitenwand des Grabens 3 bereitgestellt ist. Die P+-Kontaktzone 7 stellt den Kontakt mit den N+-Sourcezonen 6, die in derselben Mesazone in der aktiven Zone 21 bereitgestellt ist, und der Stromerfassungszone 22 her. Die P+-Kontaktzone 7 kann nicht in der Diodenzone 24 bereitgestellt sein. Eine Schicht aus Hochtemperaturoxid (HTO) 8 und eine Zwischenschicht-Isolationsschicht 9 sind sequenziell an der Gateelektrode 5 so bereitgestellt, dass sie die Gateelektrode 5 bedecken.
  • In Kontaktlöchern, die die Schicht aus Hochtemperaturoxid 8 und die Isolationszwischenschicht 9 in Tiefenrichtung durchdringen, liegen die N+-Sourcezonen 6 und die P+-Kontaktzonen 7 in der aktiven Zone 21 und in der Stromerfassungszone 22 frei, und die P-Basiszonen 2 liegen in der Diodenzone 24 frei. Eine Vorderflächenelektrode (Sourceelektrode), die auch als Sourceelektroden-Kontaktstelle 11 dient, und eine Vorderflächenelektrode (Stromerfassungselektrode), die auch als Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 12 dient, sind auf der Isolationszwischenschicht 9 bereitgestellt. Die Sourceelektroden-Kontaktstelle 11 stellt den Kontakt zwischen den N+-Sourcezonen 6 und den P+-Kontaktzonen 7 der aktiven Zellen durch die Kontaktlöcher der aktiven Zone 21 her.
  • Die Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 12 stellt den Kontakt zwischen den N+-Sourcezonen 6 und den P+-Kontaktzonen 7 der Stromerfassungszellen durch die Kontaktlöcher der Stromerfassungszone 22 her. Außerdem stellt die Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 12 den Kontakt mit den P-Basiszonen 2 der Diodenzellen durch die Kontaktlöcher der Diodenzone 24 her. Die Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 12 funktioniert als Anodenelektroden der Diodenzellen. Die Sourceelektroden-Kontaktstelle 11 und die Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 12 sind durch eine Isolationszwischenschicht 9 gegen die Gateelektroden 5 elektrisch isoliert. Eine N+-Drainschicht und eine Drainelektrode, die nicht dargestellt sind, aber von den aktiven Zellen und den Stromerfassungszellen gemeinsam genutzt werden, sind auf der gesamten Substratrückfläche auf einer Substratrückseite des Halbleitersubstrats verteilt. Die Drainelektrode dient auch als Kathodenelektroden der Diodenzellen.
  • Die oben genannte Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 kann beispielsweise durch allgemeine MOSFET-Fertigungsschritte produziert (gefertigt) werden. Dabei können Abschnitte, in denen die Mesabreiten w12 und w22 der Zellen und die Breiten w11 und w21 der Gräben 3a und 3b verschieden sind, durch Verwendung derselben Maske mit Öffnungen einer vorbestimmten Struktur gebildet werden. Deshalb ist kein Zusatzschritt erforderlich. Wenn die N+-Sourcezonen 6 in der aktiven Zone 21 und der Stromerfassungszone 22 unter der Bedingung gebildet werden, dass die Diodenzone 24 mit einer Maske zum Bilden der N+-Sourcezonen 6 abgedeckt wird, können außerdem die P-Basiszonen 2, die als Anodenzonen funktionieren, gebildet werden. Außerdem wird im Fall, in dem ein Grabenraster (Intervall, in dem die Gräben 3 angeordnet sind) eng gestaltet wird und die Mesabreiten w12 und w22 der Zellen fein gestaltet werden, die Anzahl der Schritte erhöht. Jedoch kann ein mehrstufiger Metallschritt zum Laminieren einer Vielzahl von Metallschichten verschiedener metallischer Materialien hinzugefügt werden. Bei der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 ist die Stromerfassungszone 22 innerhalb der Stromerfassungselektroden-Kontaktstelle 12 angeordnet, die von der aktiven Zone 21 getrennt ist. Entsprechend ist es auch bei der mikrominiaturisierten Zellenstruktur nicht nötig, die mehrstufige Metallstruktur zu nutzen.
  • Wie oben gemäß Ausführungsform 1 beschrieben, kann sich eine Sperrschicht leicht ausbreiten, wenn die Breite des Grabens schmal ausgelegt ist. Wenn die Breite des Grabens in der Stromerfassungszone schmaler ausgelegt ist als die Breite des Grabens in der aktiven Zone, breitet sich entsprechend die Sperrschicht in der Stromerfassungszone weiter aus als die Sperrschicht in der aktiven Zone. Da die Stromkonzentration in der Stromerfassungszone aufgrund von Lawinendurchbruch, Überspannung usw. in größerem Maß unterdrückt werden kann als die Stromkonzentration in der aktiven Zone aufgrund von Lawinendurchbruch, Überspannung usw., kann auf diese Weise die Spannung der Stromerfassungszone höher ausgelegt werden als die Durchbruchspannung der aktiven Zone. Da ein Lawinendurchbruch usw. leichter in der aktiven Zone als in der Stromerfassungszone stattfindet, kann die Robustheit der Stromerfassungszone verbessert werden. Entsprechend kann die Stromerfassungszone vor Lawinendurchbruch, Überspannung usw. geschützt werden. Da es gemäß Ausführungsform 1 nicht nötig ist, eine Schutzeinheit gegen Lawinendurchbruch, Überspannung usw. bereitzustellen wie in der ersten oder zweiten Struktur bisheriger Technik, ist es außerdem möglich, eine Verschlechterung der Stromerfassungsgenauigkeit zu vermeiden. Es ist somit möglich, die Stromerfassungsgenauigkeit aufrechtzuerhalten, und es ist möglich, die Robustheit der Stromerfassungszone zu verbessern. Da es gemäß Ausführungsform 1 nicht nötig ist, eine Schutzeinheit gegen Lawinendurchbruch, Überspannung usw. bereitzustellen wie in der ersten oder zweiten Struktur bisheriger Technik, ist es außerdem möglich, die Größe zu verringern, ohne einen Zusatzschritt zum Bereitstellen der Schutzeinheit gegen Lawinendurchbruch, Überspannung usw. bereitzustellen. Somit ist es möglich, eine Kostensteigerung zu verhindern. Da gemäß Ausführungsform 1 die Grabengatestruktur verwendet wird, kann außerdem ein schlechter Einfluss des JFET(Junction FET)-Widerstands vermieden werden. Selbst wenn die Breite des Grabens in der Stromerfassungszone schmal ausgelegt wird, kann deshalb ein Stromerfassungsverhältnis (Umrechnungsverhältnis zum Berechnen eines Stroms, der tatsächlich in die aktive Zone fließt, auf der Grundlage eines Stroms, der durch das Stromerfassungselement erkannt wird) konstant gehalten werden, ungeachtet der Größe eines Stroms, der in das Halbleitersubstrat fließt. Entsprechend kann die Stromerfassungsgenauigkeit aufrechterhalten werden.
  • Ausführungsform 2
  • Als Nächstes wird die Struktur einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 beschrieben. 3 ist eine Schnittansicht, die eine Schnittstruktur in einer Stromerfassungszone der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 veranschaulicht. Ein planares Layout der Halbleitervorrichtung und eine Schnittstruktur einer aktiven Zone 21 gemäß Ausführungsform 2 sind dieselben wie gemäß Ausführungsform 1 (siehe 1 und 2A). Die Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 in den folgenden zwei Punkten. Der erste unterschiedliche Punkt besteht darin, dass die Breite w21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 und die Breite w11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21 einander gleich ausgelegt sind (w21 = w11). Der zweite unterschiedliche Punkt besteht darin, dass die Mesabreite w22 der Stromerfassungszelle schmaler als die Mesabreite w12 der aktiven Zelle ausgelegt ist (w22 < w12). Das heißt, die Konfiguration ist so ausgelegt, dass die Stromerfassungszellen in der Stromerfassungszone 22 in einem engeren Zellenraster angeordnet sind als die aktiven Zellen in der aktiven Zone 21, und sich nur die Mesabreite w12 der Zelle in der aktiven Zone 21 und die Mesabreite w22 der Zelle in der Stromerfassungszone 22 voneinander unterscheiden.
  • Wie oben beschrieben, ist die Konfiguration gemäß Ausführungsform 2 so ausgelegt, dass sich nur die Mesabreiten der Zellen der aktiven Zone und der Stromerfassungszone voneinander unterscheiden. Entsprechend ist es möglich, die Durchbruchspannung der Stromerfassungszone höher auszulegen als die Durchbruchspannung der aktiven Zone. Auf diese Weise ist es möglich, die Robustheit der Stromerfassungszone auf ähnliche Weise zu verbessern wie gemäß Ausführungsform 1. Gemäß Ausführungsform 2 ist es außerdem nicht nötig, eine Schutzeinheit gegen Lawinendurchbruch, Überspannung usw. bereitzustellen, so dass es möglich ist, in ähnlicher Weise wie gemäß Ausführungsform 1 die Stromerfassungsgenauigkeit aufrechtzuerhalten und eine Kostensteigerung zu vermeiden. Außerdem wird gemäß Ausführungsform 2 die Grabengatestruktur verwendet, so dass ein schlechter Einfluss des JFET-Widerstands vermieden werden kann. Auch wenn die Mesabreite der Stromerfassungszelle schmal ausgelegt ist, kann deshalb das Stromerfassungsverhältnis konstant gehalten werden, ungeachtet der Größe eines Stroms, der in das Halbleitersubstrat fließt. Entsprechend kann die Stromerfassungsgenauigkeit auf ähnliche Weise aufrechterhalten werden wie gemäß Ausführungsform 1.
  • Ausführungsform 3
  • Als Nächstes wird die Struktur einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 beschrieben. Die Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 in dem Punkt, dass die Mesabreite w22 der Stromerfassungszelle schmaler gestaltet ist als die Mesabreite w12 der aktiven Zelle (w22 < w12). Das heißt, die Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 weist eine Konfiguration auf, bei der die Mesabreite w22 der Stromerfassungszelle schmaler ausgelegt ist als die Mesabreite w12 der aktiven Zelle und die Breite w21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 schmaler ausgelegt ist als die Breite w11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21 (w22 < w12 und w21 < w11).
  • Wie oben beschrieben, ist es gemäß Ausführungsform 3 möglich, einen ähnliche Wirkung zu erhalten wie gemäß den Ausführungsformen 1 und 2. Außerdem ist gemäß Ausführungsform 3 die Konfiguration als eine Kombination von Ausführungsform 1 und 2 ausgebildet, so dass es möglich ist, die Durchbruchspannung der Stromerfassungszone noch höher als die Durchbruchspannung der aktiven Zone auszulegen.
  • Ausführungsform 4
  • Als Nächstes wird die Struktur einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 beschrieben. 4 ist eine Schnittansicht, die eine Schnittstruktur in einer Stromerfassungszone der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 veranschaulicht. Ein planares Layout der Halbleitervorrichtung und eine Schnittstruktur einer aktiven Zone 21 gemäß Ausführungsform 4 sind dieselben wie gemäß Ausführungsform 1 (siehe 1 und 2A). Die Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 in dem Punkt, dass jede N+-Sourcezone 6 nur an einer Seite des Grabens 3b von benachbarten der Gräben 3b bereitgestellt ist, zwischen die jede Mesazone in der Stromerfassungszone 22 gelegt ist. Das heißt, nur eine Seite jeder Stromerfassungszelle (eine Grabengateseite von benachbarten der Grabengates, zwischen die jede Mesazone gelegt ist) funktioniert als MOSFET.
  • Die Ausführungsformen 2 und 3 können auf Ausführungsform 4 angewandt werden, so dass Ausführungsform 4 eine Konfiguration aufweisen kann, bei der die Mesabreite w22 der Stromerfassungszelle schmaler gestaltet ist als die Breite w12 der aktiven Zelle (w22 < w12).
  • Wie oben beschrieben, ist es gemäß Ausführungsform 4 möglich, eine ähnliche Wirkung zu erhalten wie gemäß Ausführungsform 1. Da gemäß Ausführungsform 4 keine N+-Sourcezone auf einer Grabenseite von benachbarten der Gräben, zwischen die jede Mesazone in der Stromerfassungszone gelegt ist, bereitgestellt ist, kann außerdem die Mesabreite der Stromerfassungszelle schmaler ausgelegt werden. Insbesondere ist es möglich, die Mesabreite um 20% schmaler auszulegen als bei Ausführungsform 1. Auf diese Weise ist es möglich, die Stromerfassungszelle zu mikrominiaturisieren.
  • Ausführungsform 5
  • Als Nächstes wird die Struktur einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 beschrieben. 5 ist eine Schnittansicht, die eine Schnittstruktur in einer Stromerfassungszone der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 veranschaulicht. Ein planares Layout der Halbleitervorrichtung und eine Schnittstruktur einer aktiven Zone 21 gemäß Ausführungsform 5 sind dieselben wie gemäß Ausführungsform 1 (siehe 1 und 2A). Die Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 unterschiedet sich von der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 in dem Punkt, dass eine Dicke t22 eines am Boden jedes Grabens 3b bereitgestellten Abschnitts 34b der Gateisolationsschicht 4 in der Stromerfassungszone 22 dicker ist als eine Dicke (das Symbol t11 in 2) eines am Boden jedes Grabens 3a bereitgestellten Abschnitts der Gateisolationsschicht 4 in der aktiven Zone 21 (t11 < t22).
  • Insbesondere ist die Dicke t11 der Gateisolationsschicht 4 in der aktiven Zone 21 im Wesentlichen einheitlich im Bereich von der Seitenwand des Grabens 3a zum Boden des Grabens 3a. Beispielsweise ist eine Dicke t21 eines in der Seitenwand des Grabens 3b bereitgestellt Abschnitts 34a der Gateisolationsschicht 4 in der Stromerfassungszone 22 gleich der Dicke t11 der Gateisolationsschicht 4 in der aktiven Zone 21. Das heißt, die Dicke t22 des am Boden des Grabens 3b bereitgestellten Abschnitts 34b der Gateisolationsschicht 4 in der Stromerfassungszone 22 ist dicker als die Dicke t21 des in der Seitenwand des Grabens 3b bereitgestellten Abschnitts 34a (t21 < t22). Auf diese Weise kann eine Stromkonzentration im Bodeneckenabschnitt 33b des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 in größerem Maße unterdrückt werden als die Stromkonzentration im Bodeneckenabschnitt des Grabens 3a in der aktiven Zone 21.
  • Die Dicke t22 des in der Seitenwand des Grabens 3b bereitgestellten Abschnitts 34b der Gateisolationsschicht 4 in der Stromerfassungszone 22 kann gleich der Dicke t21 des am Boden des Grabens 3b bereitgestellten Abschnitts 34a ausgelegt werden. In diesem Fall ist die Dicke t21 des in der Seitenwand des Grabens 3b bereitgestellten Abschnitts 34a der Gateisolationsschicht 4 in der Stromerfassungszone 22 dünn genug ausgelegt, um in einer Einschaltzeit in einem Abschnitt der P-Basiszone 2, die in der Seitenwand des Grabens 3b bereitgestellt ist, einen Kanal (N-Inversionsschicht) zu bilden. Bei der Gateisolationsschicht 4 in der Stromerfassungszone 22 kann die Dicke t21 des Abschnitts 34a, die in der Seitenwand des Grabens 3b bereitgestellt ist, dünn genug sein, um die Strombelastbarkeit bzw. den Einschaltwiderstand der Stromerfassungszelle unter vorbestimmten Bedingungen aufrechtzuerhalten.
  • Die Dicke t22 des am Boden des Grabens 3b bereitgestellten Abschnitts 34b der Gateisolationsschicht 4 in der Stromerfassungszone 22 ist vorzugsweise um 10% dicker als die Dicke des am Boden des Grabens 3a bereitgestellten Abschnitts der Gateisolationsschicht 4 in der aktiven Zone 21 (das heißt, die Dicke t11 der Gateisolationsschicht 4 in der aktiven Zone 21) (t22 = t11 × 1.1). Obwohl nicht besonders beschränkt, sei beispielsweise angenommen, dass die Dicke t11 der Gateisolationsschicht 4 in der aktiven Zone 21 ca. 100 nm beträgt und die Dicke t22 des am Boden des Grabens 3b bereitgestellten Abschnitts 34b der Gateisolationsschicht 4 in der Stromerfassungszone 22 ca. 110 nm beträgt. In diesem Fall kann die Durchbruchspannung der aktiven Zone 21 auf ca. 66 V eingestellt werden und die Durchbruchspannung der Stromerfassungszone 22 kann auf etwas weniger als 70 V eingestellt werden.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Fertigen der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 beschrieben. 6A und 6B, 7A und 7B sowie 8A und 8B sind Schnittansichten, die Zustände zeigen, in denen die Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 hergestellt wird. 6A, 7A und 8A zeigen Zustände jedes Grabens 3a und seines Nachbarbereichs in der aktiven Zone 21. 6B, 7B und 8B zeigen Zustände jedes Grabens 3b und seines Nachbarbereichs in der Stromerfassungszone 22. Die Formen der Gräben 3 sind in 6A und 6B, 7A und 7B sowie 8A und 8B vereinfacht. De facto weist der Bodeneckenabschnitt jedes Grabens 3 jedoch tatsächlich eine gekrümmte Oberfläche mit einer vorbestimmten Krümmung ähnlich wie bei 5 auf. Hier wird nur das Verfahren zum Bilden der Gateisolationsschicht 4 beschrieben. Eine Beschreibung über das Verfahren zum Bilden der anderen Abschnitte als die Gräben 3 und der Gateisolationsschicht 4 des MOSFET wird weggelassen.
  • Zuerst werden, wie in 6A und 6B gezeigt, die Gräben 3 (3a, 5 und 3b) mit vorbestimmten Tiefen d11 und d21 von der Vorderfläche des Halbleitersubstrats (Halbleiterwafers) in einem Bereich von der aktiven Zone 21 bis zur Stromerfassungszone 22 durch ein allgemeines Verfahren gebildet. Das Halbleitersubstrat dient als N–-Driftschicht 1. Dabei wird die Breite w21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 schmaler ausgelegt als die Breite w11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21 (w21 < w11). Der Graben 3a in der aktiven Zone 21 und der Graben 3b in der Stromerfassungszone 22 können durch denselben Ätzschritt oder durch verschiedene Ätzschritte gebildet werden.
  • Als Nächstes wird eine Isolationsschicht 41 an der Vorderfläche des Halbleitersubstrats und in den Gräben 3a und 3b abgeschieden. Die Isolationsschicht 41 ist vollständig im Graben 3b in der Stromerfassungszone 22 eingebettet. Die Isolationsschicht 41 kann durch thermische Oxidation gebildet werden. Dabei ist die Breite w21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 schmaler als die Breite w11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21, wie oben beschrieben.
  • Entsprechend wird der Graben 3a in der aktiven Zone 21 nicht vollständig mit der Isolationsschicht 41 gefüllt. Das heißt, im Graben 3a in der aktiven Zone 21 wird die Isolationsschicht 41 entlang der Innenwand des Grabens 3a abgeschieden, und in der Isolationsschicht 41 wird ein Spalt 42 gebildet.
  • Als Nächstes wird die Isolationsschicht 41, wie in 7A und 7B gezeigt, auf der Vorderfläche des Substrats durch Rückätzen entfernt, und die Isolationsschicht 41 bleibt mit einer vorbestimmten Dicke t22 im Graben 3b in der Stromerfassungszone 22 zurück. Die Isolationsschicht 41, die im Graben 3b in der Stromerfassungszone 22 nach dem Rückätzen zurückbleibt, entspricht dem dicken Abschnitt 34b, der am Boden des Grabens 3b der Gateisolationsschicht 4 bereitgestellt ist. Da der Graben 3a in der aktiven Zone 21 nicht vollständig mit der Isolationsschicht 41 gefüllt wird, wie oben beschrieben, kann außerdem die Isolationsschicht 41 im Graben 3a in der aktiven Zone 21 durch Rückätzen vollständig entfernt werden.
  • Als Nächstes werden, wie in 8A und 8B gezeigt, die Vorderfläche des Halbleitersubstrats, die Innenwand des Grabens 3a in der aktiven Zone 21 und die Seitenwände des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 thermisch oxidiert, so dass die Gateisolationsschicht 4 mit den vorbestimmten Dicken t11 und t21 gebildet werden kann (t11 = t21). Die Gateisolationsschicht 4, die an den Seitenwänden des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 gebildet wird, entspricht den dünnen Abschnitten 34a der Gateisolationsschicht 4 an den Seitenwänden des Grabens 3b. Auf diese Weise wird die Gateisolationsschicht 4 so gebildet, dass im Graben 3b in der Stromerfassungszone 22 eine Dicke t22 des am Boden des Grabens 3b bereitgestellten Abschnitts 34b dicker sein kann als die Dicke t21 eines jedes beliebigen anderen Abschnitts des Grabens 3b (t21 < t22).
  • Da die Isolationsschicht 41 im Graben 3a in der aktiven Zone 21 durch Rückätzen vollständig entfernt wird, wird außerdem die Gateisolationsschicht 4 in einem Bereich von den Seitenwänden des Grabens 3a bis zum Boden des Grabens 3a im Graben 3a in der aktiven Zone 21 mit der einheitlichen Dicke t11 gebildet. Auch wenn die Beschreibung weggelassen wird, werden übrigens alle anderen Abschnitte des MOSFET außer den Gräben 3 und der Gateisolationsschicht 4 wie etwa alle verbleibenden Abschnitte der MOS-Gatestruktur, die Vorderflächenelektroden (entsprechende Elektrodenkontaktstellen), eine Rückflächenelementstruktur (eine N+-Drainschicht und eine Drainelektrode) zu vorbestimmten Zeitpunkten in einem allgemeinen Verfahren gebildet. Dann wird der Halbleiterwafer in Chips geschnitten (Dicing). Somit ist der in 2A und 5 gezeigte MOSFET vervollständigt.
  • Die Breite w21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 kann gleich der Breite w11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21 sein. Das heißt, die Konfiguration kann so ausgelegt sein, dass sich nur die Dicke der Gateisolationsschicht 4 zwischen der aktiven Zone 21 und der Stromerfassungszone 22 unterscheidet (w21 = w11 und w22 = w12). Die Ausführungsformen 2 und 3 können außerdem auf Ausführungsform 5 angewandt werden, so dass sie eine Konfiguration aufweist, bei der die Mesabreite w22 der Stromerfassungszelle schmaler ausgelegt ist als die Breite w12 der aktiven Zelle (w22 < w12). Wenn die Breite w21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 gleich der Breite w11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21 ist (w21 = w11), kann beim oben genannten Verfahren zum Fertigen der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 5 ein Schritt des Entfernens der Isolationsschicht 41, die in der aktiven Zone 21 im Graben 3a zurückbleibt, nach dem Rückätzen, aber vor der thermischen Oxidation hinzugefügt werden. Außerdem kann Ausführungsform 4 auf Ausführungsform 5 angewandt werden, so dass diese eine Konfiguration aufweist, bei der nur eine Seite jeder Stromerfassungszelle als MOSFET funktioniert.
  • Wie oben beschrieben kann gemäß Ausführungsform 5 eine Stromkonzentration im Bodeneckenabschnitt des Grabens in der Stromerfassungszone in größerem Maße unterdrückt werden als die Stromkonzentration im Bodeneckenabschnitt des Grabens in der aktiven Zone. Entsprechend ist es möglich, die Durchbruchspannung der Stromerfassungszone höher auszulegen als die Durchbruchspannung der aktiven Zone, so dass es möglich ist, eine ähnliche Wirkung wie gemäß Ausführungsform 1 zu erhalten.
  • Ausführungsform 6
  • Als Nächstes wird die Struktur einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 6 beschrieben. 9 ist eine Schnittansicht, die eine Schnittstruktur in einer Stromerfassungszone der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 6 veranschaulicht. Ein planares Layout der Halbleitervorrichtung und eine Schnittstruktur einer aktiven Zone 21 gemäß Ausführungsform 6 sind dieselben wie gemäß Ausführungsform 1 (siehe 1 und 2A). Die Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 6 unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 in dem Punkt, dass die Tiefe d21 jedes Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 flacher ausgelegt ist als die Tiefe d11 jedes Grabens 3a in der aktiven Zone 21 (d21 < d11). Wenn die Halbleitervorrichtung mikrominiaturisiert wird, kann die Durchbruchspannung verbessert werden, da die Tiefe eines Abschnitts jedes Grabens, der von der P-Basiszone zu Drainseite hervorragt, flacher ist.
  • Das heißt, eine Tiefe d22 eines Abschnitts jedes Grabens 3b, der von der P-Basiszone 2 zur Drainseite in der Stromerfassungszone 22 hervorragt, ist flacher als eine Tiefe d12 eines Abschnitts jedes Grabens 3a, der von der P-Basiszone 2 zur Drainseite in der aktiven Zone 21 hervorragt. Deshalb ist es möglich, die Durchbruchspannung der Stromerfassungszone 22 höher auszulegen als die Durchbruchspannung der aktiven Zone 21. Beispielsweise kann die Tiefe d12 des Abschnitts des Grabens 3a, der von der P-Basiszone 2 zur Drainseite in der aktiven Zone 21 hervorragt, nicht niedriger als ca. 0,6 μm und nicht höher als ca. 0,8 μm sein. Beispielsweise kann die Tiefe d22 des Abschnitts des Grabens 3b, der von der P-Basiszone 2 zur Drainseite in der Stromerfassungszone 22 hervorragt, ca. 0,3 μm sein.
  • Bei der Ausführungsform 6 wird jeder Graben 3a in der aktiven Zone 21 und jeder Graben 3b in der Stromerfassungszone 22 durch denselben Ätzschritt gebildet, wie oben beschrieben. In diesem Fall ist die Breite w11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21 vorzugsweise nicht höher als ca. 1 μm. Beispielsweise kann die Breite w11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21 ca. 0,5 μm betragen. Die Breite w21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 ist schmaler als die Breite w11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21, wie oben beschrieben. Beispielsweise kann die Breite w21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 ca. 0,25 μm betragen. Der Grund, weshalb die Breite w11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21 nicht größer als auf 1 μm eingestellt ist, besteht darin, dass aufgrund eines Mikroladeeffekts die Tiefe d21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 flacher ausgelegt werden kann als die Tiefe d11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21.
  • Der Mikroladeeffekt wird beschrieben. Beispielsweise sei angenommen, dass die Breite des Grabens nicht größer als ca. 1 μm ist. Wenn in diesem Fall die Breite des Grabens schmaler ausgelegt wird, zirkuliert das in den Graben eingedrungene Ätzgas schwerer und verringert damit die Ätzgeschwindigkeit. Als Ergebnis wird die Tiefe des Grabens flacher. Wenn andererseits die Breite des Grabens breiter ausgelegt wird, zirkuliert das in den Graben eingedrungene Ätzgas leichter und erhöht damit die Ätzgeschwindigkeit. Als Ergebnis wird die Tiefe des Grabens tiefer. Bei Ausführungsform 6 ist die Breite w21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 schmaler als die Breite w11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21, wie oben beschrieben. Wenn die Gräben 3a und 3b durch denselben Ätzschritt gebildet werden, kann entsprechend die Tiefe d21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 flacher ausgelegt werden als die Tiefe d11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21.
  • Wenn die Breite w21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 feiner ausgelegt wird, wird die Tiefe d21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 aufgrund des Mikroladeeffekts flacher. Entsprechend ist es möglich, die Durchbruchspannung der Stromerfassungszone 22 weiter zu erhöhen. Im Fall, in dem die Breite des Grabens größer als 1 μm ist, wird die Tiefe des Grabens tiefer, wenn die Breite des Grabens schmaler ausgelegt wird. Deshalb kann die Tiefe des Grabens mit zunehmender Breite des Grabens flacher ausgelegt werden. Entsprechend kann der Graben 3a in der aktiven Zone 21 und der Graben 3b in der Stromerfassungszone 22 in diesem Fall durch verschiedene Ätzschritte gebildet werden.
  • Die Ausführungsformen 2 und 3 können außerdem auf Ausführungsform 6 angewandt werden, so dass sie eine Konfiguration aufweist, bei der die Mesabreite w22 jeder Stromerfassungszelle schmaler ausgelegt ist als die Mesabreite w12 jeder aktiven Zelle (w22 < w12). Bei der Konfiguration, bei der Ausführungsform 2 auf Ausführungsform 6 angewandt wird, werden die Breite w21 des Grabens 3b in der Stromerfassungszone 22 und die Breite w11 des Grabens 3a in der aktiven Zone 21 einander gleich (w21 = w11). Deshalb können im Fall, in dem Ausführungsform 2 auf Ausführungsform 6 angewandt wird, beispielsweise der Graben 3a in der aktiven Zone 21 und der Graben 3b in der Stromerfassungszone 22 durch verschiedene Ätzschritte gebildet werden. Außerdem kann Ausführungsform 4 auf Ausführungsform 6 angewandt werden, so dass diese eine Konfiguration aufweist, bei der nur eine Seite jeder Stromerfassungszelle als MOSFET funktioniert. Außerdem kann Ausführungsform 5 auf Ausführungsform 6 angewandt werden, so dass diese eine Konfiguration aufweist, bei der eine Dicke t22 eines am Boden des Grabens 3b bereitgestellten Abschnitts 34b der Gateisolationsschicht 4 in der Stromerfassungszone 22 dicker ist als die Dicke des am Boden des Grabens 3a bereitgestellten Abschnitts der Gateisolationsschicht 4 in der aktiven Zone 21.
  • Wie oben beschrieben, ist es gemäß Ausführungsform 6 möglich, eine ähnliche Wirkung zu erhalten wie gemäß Ausführungsform 1.
  • In der obigen Beschreibung kann die Erfindung auf verschiedene Weise verändert werden, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Bei jeder der oben genannten Ausführungsformen können beispielsweise Abmessungen jedes Abschnitts, Fremdstoffkonzentrationen usw. nach den geforderten Spezifikationen in verschiedener Weise eingestellt werden. Auch wenn bei jeder der oben genannten Ausführungsformen ein MOSFET beispielhaft beschrieben wurde, kann die Erfindung auch eine ähnliche Wirkung entfalten, wenn die Erfindung auf einen andere MOS-Halbleitervorrichtung angewandt wird wie etwa einen IGBT (insulated gate bipolar transistor, Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode). Außerdem kann die Durchbruchspannung jeder Diodenzelle so eingestellt werden, dass die Mesabreite der Diodenzelle schmaler als die Mesabreite der aktiven Zelle und breiter als die Mesabreite der Stromerfassungszelle ausgelegt wird, ähnlich der oben genannten Ausführungsform 2. Außerdem kann die Durchbruchspannung der Diodenzelle so eingestellt werden, dass das Zellenraster der Diodenzelle und das Zellenraster der Stromerfassungszelle gleich ausgelegt werden, während die Grabenbreite verschmälert und die Mesabreite verbreitert wird, um dadurch das Mesabreitenverhältnis einzustellen. Ferner kann die Durchbruchspannung der Diodenzelle so eingestellt werden, dass die Tiefe der P-Basiszone oder der P+-Kontaktzone durch Diffusion, einen Implantationsbereich usw. eingestellt wird. Außerdem kann die Erfindung ähnlich etabliert werden, wenn der Leitungstyp (n- oder p-leitend) umgekehrt wird.
  • Wie oben beschrieben, ist die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung nützlich für eine stromsteuerbare Halbleitervorrichtung, die mit einem Stromerfassungselement ausgestattet ist. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung als Halbleitervorrichtung geeignet, bei der eine Durchbruchspannung einer aktiven Zone nicht größer ist als ca. 100 V (beispielsweise ca. 58 V) (die Dicke einer Gateisolationsschicht in der aktiven Zone beträgt ca. 65 nm).
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2009-182113 A [0017, 0017, 0019]
    • JP 2012-253391 A [0018, 0018]

Claims (9)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend ein Hauptelement und ein Stromerfassungselement, die auf demselben Halbleitersubstrat bereitgestellt sind, wobei das Hauptelement eine erste Grabengatestruktur aufweist, das Stromerfassungselement eine zweite Grabengatestruktur aufweist und einen Strom erfasst, der in das Halbleitersubstrat fließt, wenn das Hauptelement in Betrieb ist, wobei: die erste Grabengatestruktur mit einem ersten Graben, einer Gateisolationsschicht und einer Gateelektrode ausgestattet ist, wobei der erste Graben auf einer ersten Hauptflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, die Gateisolationsschicht entlang einer Innenwand des ersten Grabens angeordnet ist, die Gateelektrode im ersten Graben angeordnet ist; die zweite Grabengatestruktur mit einem zweiten Graben, der Gateisolationsschicht und der Gateelektrode ausgestattet ist, wobei der zweite Graben auf der ersten Hauptflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, die Gateisolationsschicht entlang einer Innenwand des zweiten Grabens angeordnet ist, die Gateelektrode im zweiten Graben angeordnet ist; und der zweite Graben, der die zweite Grabengatestruktur des Stromerfassungselements bildet, in der Breite schmaler ist als der erste Graben, der die erste Grabengatestruktur des Hauptelements bildet.
  2. Halbleitervorrichtung, umfassend ein Hauptelement und ein Stromerfassungselement, die auf demselben Halbleitersubstrat bereitgestellt sind, wobei das Hauptelement eine erste Grabengatestruktur aufweist, das Stromerfassungselement eine zweite Grabengatestruktur aufweist und einen Strom erfasst, der in das Halbleitersubstrat fließt, wenn das Hauptelement in Betrieb ist, wobei: die erste Grabengatestruktur mit einem ersten Graben, einer Gateisolationsschicht und einer Gateelektrode ausgestattet ist, wobei der erste Graben auf einer ersten Hauptflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, die Gateisolationsschicht entlang einer Innenwand des ersten Grabens angeordnet ist, die Gateelektrode im ersten Graben angeordnet ist; die zweite Grabengatestruktur mit einem zweiten Graben, der Gateisolationsschicht und der Gateelektrode ausgestattet ist, wobei der zweite Graben auf der ersten Hauptflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, die Gateisolationsschicht entlang einer Innenwand des zweiten Grabens angeordnet ist, die Gateelektrode im zweiten Graben angeordnet ist; und ein am Boden des zweiten Grabens bereitgestellter Abschnitt der Gateisolationsschicht, die entlang der Innenwand des zweiten Grabens, der die zweite Grabengatestruktur des Stromerfassungselements bildet, bereitgestellt ist, in der Dicke dicker ist als ein am Boden des ersten Grabens bereitgestellter Abschnitt der Gateisolationsschicht, die entlang der Innenwand des ersten Grabens, der die erste Grabengatestruktur des Hauptelements bildet, bereitgestellt ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der zweite Graben in der Breite schmaler ist als der erste Graben.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: das Hauptelement eine Vielzahl erster Zellen enthält, so dass der erste Graben zwischen benachbarten der ersten Zellen gelegt ist; das Stromerfassungselement eine Vielzahl zweiter Zellen enthält, so dass der zweite Graben zwischen benachbarten der zweiten Zellen gelegt ist; und jede der zweiten Zellen in der Breite schmaler ist als jede der ersten Zellen.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der zweite Graben in der Tiefe flacher ist als der erste Graben.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: eine aktive Zone, eine Stromerfassungszone und eine Diodenzone, die auf dem Halbleitersubstrat bereitgestellt sind, wobei das Hauptelement in der aktiven Zone angeordnet ist, das Stromerfassungselement in der Stromerfassungszone angeordnet ist, die Diodenzone die Stromerfassungszone umgibt, wobei: eine Diode, die antiparallel mit dem Stromerfassungselement verbunden ist, in der Diodenzone angeordnet ist.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei: die Durchbruchspannung der Diode größer als die Durchbruchspannung des Hauptelements, aber geringer als die Durchbruchspannung des Stromerfassungselements ist.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: die Gateisolationsschicht als Oxidschicht ausgebildet ist.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei: die Gateelektrode als Polysiliziumschicht ausgebildet ist.
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