JP2024510130A - Wide bandgap semiconductor device with sensor element - Google Patents

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ハン、キジョン
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Abstract

遮蔽技術は、ワイド・バンドギャップ・パワー半導体デバイス上に温度感知素子などの埋込みセンサ素子を設けるために使用される。半導体デバイスは、ドリフト層及び埋込みセンサ素子を含んでもよい。ドリフト層は、ワイド・バンドギャップ半導体材料であってもよい。埋込みセンサ素子の下方のドリフト層には遮蔽構造が設けられる。埋込みセンサ素子は、遮蔽ウェルと電気的に接触している接点間に設けられてもよい。接点間の距離を最小限に抑えることができる。ノイズ低減ウェルを接点間に設けて、埋込みセンサ素子を寄生信号からさらに分離できる。Shielding techniques are used to provide embedded sensor elements, such as temperature sensing elements, on wide bandgap power semiconductor devices. The semiconductor device may include a drift layer and an embedded sensor element. The drift layer may be a wide bandgap semiconductor material. A shielding structure is provided in the drift layer below the embedded sensor element. An embedded sensor element may be provided between the contacts in electrical contact with the shielding well. The distance between contact points can be minimized. A noise reduction well can be provided between the contacts to further isolate the embedded sensor element from parasitic signals.

Description

本出願は、2021年3月15日に出願された米国特許出願第17/201,468号に対する優先権を主張するものである。 This application claims priority to U.S. Patent Application No. 17/201,468, filed March 15, 2021.

本開示は、半導体デバイスに関し、特にセンサ素子を含むワイド・バンドギャップ半導体デバイスに関する。 TECHNICAL FIELD This disclosure relates to semiconductor devices, and particularly to wide bandgap semiconductor devices including sensor elements.

ワイド・バンドギャップ半導体デバイスは、半導体デバイスが高電圧及び/又は電流を扱う電力用途によく使用される。これらのワイド・バンドギャップ・パワー半導体デバイスは、これらに送られた1つ又は複数の制御信号を調整するために、これらの温度、電流等の1つ又は複数の動作条件を監視することが望ましい場合が多い。例えば、デバイスの温度が閾値を超えて上昇した場合、デバイスの損傷を避けるために、デバイスのスイッチング速度を調整するか、又はデバイスの電源を切ることが望ましい場合がある。デバイスのダイに一体となって組み込まれた埋込みセンサ素子が好まれるが、センサ素子をワイド・バンドギャップ・パワー半導体デバイス内へ組み込むことは、克服されなければならないいくつかの技術的課題がある。したがって、現在の解決策は、測定している半導体ダイに近接して置かれた個別のセンサ素子に依存する。これにより、精度の低下、及び面積の増大の両方が生じる。したがって、1つ又は複数の埋込みセンサ素子を備えたワイド・バンドギャップ・パワー半導体デバイスが必要とされている。 Wide bandgap semiconductor devices are often used in power applications where the semiconductor devices handle high voltages and/or currents. These wide bandgap power semiconductor devices desirably monitor one or more operating conditions such as temperature, current, etc. in order to adjust one or more control signals sent to them. There are many cases. For example, if the temperature of the device rises above a threshold, it may be desirable to adjust the switching speed of the device or power down the device to avoid damage to the device. Although embedded sensor elements integrated into the die of the device are preferred, incorporating sensor elements into wide bandgap power semiconductor devices presents several technical challenges that must be overcome. Current solutions therefore rely on individual sensor elements placed in close proximity to the semiconductor die being measured. This results in both decreased accuracy and increased area. Therefore, there is a need for wide bandgap power semiconductor devices with one or more embedded sensor elements.

一実施例では、半導体デバイスは、ドリフト層及び埋込みセンサ素子を含む。ドリフト層は、ワイド・バンドギャップ半導体材料を含む。ワイド・バンドギャップ半導体デバイス上に埋込みセンサ素子を含むことにより、1つ又は複数の動作パラメータの正確な測定がコンパクトな解決策で達成できる。 In one example, a semiconductor device includes a drift layer and an embedded sensor element. The drift layer includes a wide bandgap semiconductor material. By including embedded sensor elements on wide bandgap semiconductor devices, accurate measurement of one or more operating parameters can be achieved with a compact solution.

一実施例では、埋込みセンサ素子は、ダイオードなどの温度感知素子である。半導体デバイスは、埋込みセンサ素子とドリフト層との間に絶縁層をさらに含んでもよい。さらに遮蔽を行うために、ドリフト層のドーピング型とは反対であるドーピング型を有する遮蔽ウェルが、ドリフト層において埋込みセンサ素子の下方に設けられてもよい。遮蔽ウェルは、寄生信号から埋込みセンサ素子をさらに分離できる。さらに、埋込みセンサ素子は、第1の接点と第2の接点との間に設けられてもよく、これらの両方は遮蔽ウェルと電気的に接触し、接地などの固定電位に結合される。遮蔽ウェルを固定電位に結合することで、寄生信号から埋込みセンサ素子をさらに分離できる。第1の接点及び第2の接点は、それぞれが遮蔽ウェルと同じドーピング型及び遮蔽ウェルよりも高いドーピング濃度を有する第1の接点ウェル及び第2の接点ウェルをそれぞれ介して、遮蔽ウェルに電気的に結合されてもよい。遮蔽ウェルに、ノイズ低減ウェルがさらに設けられてもよい。ノイズ低減ウェルは、遮蔽ウェルのドーピング型とは反対であるドーピング型を有してもよい。ノイズ低減ウェルは、埋込みセンサ素子の下方のドリフト層の表面での抵抗を低減し、それによって、寄生信号から埋込みセンサ素子をさらに分離できる。第1の接点及び第2の接点は、ノイズ低減ウェルと電気的に接触していてもよい。さらに別の実施例では、埋込みセンサ素子とドリフト層との間に、機能層及び追加の絶縁層が設けられる。機能層及び追加の絶縁層は、寄生信号から埋込みセンサ素子をさらに分離できる。寄生信号からの埋込みセンサ素子の分離をさらに改良するために、第1の接点ウェルと第2の接点ウェルとの間の距離が最小に抑えられてもよい。様々な実施例では、第1の接点ウェルと第2の接点ウェルとの間の距離は、200μm未満、100μm未満、50μm未満、及び25μm未満である。 In one embodiment, the embedded sensor element is a temperature sensing element such as a diode. The semiconductor device may further include an insulating layer between the embedded sensor element and the drift layer. To provide further shielding, a shielding well with a doping type opposite to that of the drift layer may be provided below the embedded sensor element in the drift layer. A shielding well can further isolate the embedded sensor element from parasitic signals. Additionally, an embedded sensor element may be provided between the first contact and the second contact, both of which are in electrical contact with the shielding well and coupled to a fixed potential, such as ground. Coupling the shielding well to a fixed potential further isolates the embedded sensor element from parasitic signals. The first contact and the second contact are electrically connected to the shield well through the first contact well and the second contact well, respectively, each having the same doping type as the shield well and a higher doping concentration than the shield well. may be combined with The shielding well may further include a noise reduction well. The noise reduction well may have a doping type that is opposite to that of the shielding well. The noise reduction well reduces the resistance at the surface of the drift layer below the embedded sensor element, thereby further isolating the embedded sensor element from parasitic signals. The first contact and the second contact may be in electrical contact with the noise reduction well. In yet another embodiment, a functional layer and an additional insulating layer are provided between the embedded sensor element and the drift layer. Functional layers and additional insulation layers can further isolate the embedded sensor element from parasitic signals. To further improve isolation of the embedded sensor element from parasitic signals, the distance between the first contact well and the second contact well may be minimized. In various examples, the distance between the first contact well and the second contact well is less than 200 μm, less than 100 μm, less than 50 μm, and less than 25 μm.

一実施例では、半導体デバイスを製造する方法は、ドリフト層を設け、埋込みセンサ素子を設けることを含む。ドリフト層は、ワイド・バンドギャップ半導体材料を含んでもよい。ワイド・バンドギャップ半導体デバイス上に埋込みセンサ素子を含むことによって、1つ又は複数の動作パラメータの正確な測定がコンパクトな解決策で達成できる。 In one example, a method of manufacturing a semiconductor device includes providing a drift layer and providing an embedded sensor element. The drift layer may include a wide bandgap semiconductor material. By including embedded sensor elements on wide bandgap semiconductor devices, accurate measurement of one or more operating parameters can be achieved with a compact solution.

一実施例では、埋込みセンサ素子は、ダイオードなどの温度感知素子である。本方法は、埋込みセンサ素子とドリフト層との間に絶縁層を設けることをさらに含んでもよい。さらに遮蔽するために、ドリフト層のドーピング型とは反対であるドーピング型を有する遮蔽ウェルが、ドリフト層において埋込みセンサ素子の下方に設けられてもよい。遮蔽ウェルは、寄生信号から埋込みセンサ素子をさらに分離できる。さらに、埋込みセンサ素子は、第1の接点と第2の接点との間に設けられてもよく、これらの両方は遮蔽ウェルと電気的に接触し、接地などの固定電位に結合される。遮蔽ウェルを固定電位に結合することで、寄生信号から埋込みセンサ素子をさらに分離できる。第1の接点及び第2の接点は、それぞれが遮蔽ウェルと同じドーピング型及び遮蔽ウェルよりも高いドーピング濃度を有する第1の接点ウェル及び第2の接点ウェルをそれぞれ介して、遮蔽ウェルに電気的に結合されてもよい。遮蔽ウェルに、ノイズ低減ウェルがさらに設けられてもよい。ノイズ低減ウェルは、遮蔽ウェルのドーピング型とは反対であるドーピング型を有してもよい。ノイズ低減ウェルは、埋込みセンサ素子の下方のドリフト層の表面での抵抗を低減し、それによって、寄生信号から埋込みセンサ素子をさらに分離できる。第1の接点及び第2の接点は、ノイズ低減ウェルと電気的に接触してもよい。さらに別の実施例では、埋込みセンサ素子とドリフト層との間に機能層及び追加の絶縁層が設けられる。機能層及び追加の絶縁層は、寄生信号から埋込みセンサ素子をさらに分離できる。寄生信号からの埋込みセンサ素子の分離をさらに改良するために、第1の接点ウェルと第2の接点ウェルとの間の距離が最小に抑えられてもよい。様々な実施例では、第1の接点ウェルと第2の接点ウェルとの間の距離は、200μm未満、100μm未満、50μm未満、及び25μm未満である。 In one embodiment, the embedded sensor element is a temperature sensing element such as a diode. The method may further include providing an insulating layer between the embedded sensor element and the drift layer. For further shielding, a shielding well with a doping type opposite to that of the drift layer may be provided below the embedded sensor element in the drift layer. A shielding well can further isolate the embedded sensor element from parasitic signals. Additionally, an embedded sensor element may be provided between the first contact and the second contact, both of which are in electrical contact with the shielding well and coupled to a fixed potential, such as ground. Coupling the shielding well to a fixed potential further isolates the embedded sensor element from parasitic signals. The first contact and the second contact are electrically connected to the shield well through the first contact well and the second contact well, respectively, each having the same doping type as the shield well and a higher doping concentration than the shield well. may be combined with The shielding well may further include a noise reduction well. The noise reduction well may have a doping type that is opposite to that of the shielding well. The noise reduction well reduces the resistance at the surface of the drift layer below the embedded sensor element, thereby further isolating the embedded sensor element from parasitic signals. The first contact and the second contact may be in electrical contact with the noise reduction well. In yet another embodiment, a functional layer and an additional insulating layer are provided between the embedded sensor element and the drift layer. Functional layers and additional insulation layers can further isolate the embedded sensor element from parasitic signals. To further improve isolation of the embedded sensor element from parasitic signals, the distance between the first contact well and the second contact well may be minimized. In various examples, the distance between the first contact well and the second contact well is less than 200 μm, less than 100 μm, less than 50 μm, and less than 25 μm.

別の態様では、前述の態様のいずれかを個々に若しくは一緒に、及び/又は本明細書に説明される様々な別個の態様と特徴とは、さらなる利点のために組み合わせられてもよい。本明細書に開示されるような様々な特徴及び素子のいずれかは、本明細書に反対に示されない限り、1つ又は複数の他の開示された特徴及び素子と組み合わされてもよい。 In other aspects, any of the aforementioned aspects, individually or together, and/or the various separate aspects and features described herein may be combined for further advantage. Any of the various features and elements as disclosed herein may be combined with one or more other disclosed features and elements unless indicated to the contrary herein.

当業者であれば、本開示の範囲を理解し、添付の作図と関連して好ましい実施例の以下の詳細な説明を読んだ後に、その追加の態様を実現する。 Those skilled in the art will understand the scope of the present disclosure and will realize additional aspects thereof after reading the following detailed description of the preferred embodiment in conjunction with the accompanying drawings.

本明細書の一部に組み込まれ、且つその一部を形成する添付の作図は、本開示のいくつかの態様を示し、説明と共に、本開示の原理を説明するのに役立つ。 The accompanying drawings, which are incorporated in and form a part of this specification, illustrate certain aspects of the disclosure and, together with the description, serve to explain the principles of the disclosure.

本開示の一実施例による半導体ダイの断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の一実施例による半導体ダイの断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の一実施例による半導体ダイの断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の一実施例による半導体ダイの断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の一実施例による半導体ダイの断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の一実施例による埋込みセンサ素子の上から見下ろす図である。1 is a top-down view of an embedded sensor element according to one embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施例による埋込みセンサ素子の上から見下ろす図である。1 is a top-down view of an embedded sensor element according to one embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施例による埋込みセンサ素子の上から見下ろす図である。1 is a top-down view of an embedded sensor element according to one embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施例による埋込みセンサ素子の遮蔽構造の一部の上から見下ろす図である。FIG. 3 is a top down view of a portion of a shielding structure for an embedded sensor element according to one embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施例による埋込みセンサ素子の遮蔽構造の一部の上から見下ろす図である。FIG. 3 is a top down view of a portion of a shielding structure for an embedded sensor element according to one embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施例による機能性構成要素の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a functional component according to one embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施例による機能性構成要素の上から見下ろす図である。2 is a top-down view of functional components according to one embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施例による半導体ダイを製造する方法を例示するフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram illustrating a method of manufacturing a semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure. 本開示の一実施例による埋込みセンサ素子の断面図である。1 is a cross-sectional view of an implantable sensor element according to one embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイの上から見下ろす図である。1 is a top-down view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイの上から見下ろす図である。1 is a top-down view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイの上から見下ろす図である。1 is a top-down view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイの上から見下ろす図である。1 is a top-down view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイの断面図である。1 is a cross-sectional view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイの断面図である。1 is a cross-sectional view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の様々な実施例によるトランジスタ半導体ダイの性能を例示するグラフである。3 is a graph illustrating the performance of transistor semiconductor die according to various embodiments of the present disclosure. 本開示の様々な実施例によるトランジスタ半導体ダイの性能を例示するグラフである。3 is a graph illustrating the performance of transistor semiconductor die according to various embodiments of the present disclosure. 本開示の様々な実施例によるトランジスタ半導体ダイの性能を例示するグラフである。3 is a graph illustrating the performance of transistor semiconductor die according to various embodiments of the present disclosure. 本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイの上から見下ろす図である。1 is a top-down view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイの上から見下ろす図である。1 is a top-down view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイの上から見下ろす図である。1 is a top-down view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイの上から見下ろす図である。1 is a top-down view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイの上から見下ろす図である。1 is a top-down view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイの断面図である。1 is a cross-sectional view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイの断面図である。1 is a cross-sectional view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイの断面図である。1 is a cross-sectional view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure. FIG.

以下に記載される実施例は、当業者が実施例を実施することを可能にするのに必要な情報を表し、実施例を実施する最良のモードを例示する。添付の作図に照らして以下の説明を読むと、当業者であれば、本開示の概念を理解し、本明細書で特に取り上げられていないこれらの概念の用途を認識する。これらの概念及び用途は、本開示及び添付の特許請求項の範囲内にあることを理解されたい。 The embodiments described below represent the information necessary to enable one skilled in the art to practice the embodiments and illustrate the best mode of carrying out the embodiments. Upon reading the following description in light of the accompanying drawings, those skilled in the art will understand the concepts of this disclosure and will recognize applications of these concepts not specifically addressed herein. It is to be understood that these concepts and applications are within the scope of this disclosure and the appended claims.

第1、第2等の用語は、様々な素子を説明するために本明細書で使用されるが、これらの素子はこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解される。これらの用語は、ある素子を別の素子と区別するためにのみ使用される。本開示の範囲から逸脱することなく、例えば、第1の素子を第2の素子と称することができ、同様に、第2の素子を第1の素子と称することができる。本明細書で使用される場合、用語「及び/又は」は、関連する列挙項目のうちの1つ又は複数のいずれか及び全ての組み合わせを含む。 Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various elements, it is understood that these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element from another. For example, a first element can be referred to as a second element, and similarly, a second element can be referred to as a first element without departing from the scope of this disclosure. As used herein, the term "and/or" includes any and all combinations of one or more of the associated listed items.

層、領域、又は基板などの素子が、別の素子の「上に」あるか「上へ」延びていると称されるとき、それは他の素子上に直接あり又は上へ直接延びることができ、又は介在する素子が存在してもよいことが理解される。対照的に、素子が別の素子の「直接上に」あり又は「直接上へ」延びていると称されるとき、介在する素子は存在しない。同様に、層、領域、又は基板などの素子が、別の素子の「上」にあり又は「上に」延びていると称されるとき、それは他の素子の直接上にあるか又は直接上に延びることができ、或いは介在する素子が存在してもよいことが理解される。対照的に、素子が別の素子の「直接上」にあり又は「直接上」に延びていると称されるとき、介在する素子は存在しない。ある素子が別の素子へ「接続」又は「結合」されると称されるとき、それは他の素子に直接接続又は結合でき、或いは介在する素子が存在してもよいことも理解される。対照的に、素子が別の素子へ「直接接続される」又は「直接結合される」と称されるとき、介在する素子は存在しない。 When an element, such as a layer, region, or substrate, is referred to as being "on" or extending "over" another element, it can be said to be "on" or extend "over" another element. , or intervening elements may be present. In contrast, when an element is referred to as being "directly on" or extending "directly onto" another element, there are no intervening elements present. Similarly, when an element, such as a layer, region, or substrate, is referred to as being "on" or extending "over" another element, it is referring to being directly on or directly over the other element. It is understood that the device may extend over a length of 100 m or more, or that there may be intervening elements. In contrast, when an element is referred to as being "directly on" or extending "directly over" another element, there are no intervening elements present. It is also understood that when an element is referred to as being "connected" or "coupled" to another element, it can be directly connected or coupled to the other element, or there may be intervening elements. In contrast, when an element is referred to as "directly connected" or "directly coupled" to another element, there are no intervening elements present.

「下方」又は「上方」又は「上」又は「下」又は「水平」又は「縦の」などの相対用語は、図に例示されるような1つの素子、層、又は領域の、別の素子、層、又は領域に対する関係を説明するために本明細書において使用されてもよい。これらの用語及び上で論じた用語は、図に描かれた向きに加えて、デバイスの異なる向きを包含することを意図していることが理解される。 Relative terms such as "lower" or "above" or "above" or "below" or "horizontal" or "vertical" refer to the relationship between one element, layer or region of another as illustrated in the figure. may be used herein to describe a relationship to a , layer, or region. It is understood that these terms and the terms discussed above are intended to encompass different orientations of the device in addition to the orientation depicted in the figures.

本明細書で使用される用語法は、特定の実施例を説明することのみを目的としており、開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用されるように、単数形「a」、「an」、及び「the」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数形も含むことが意図される。本明細書で使用されるとき、用語「備える」、「備えている」、「含む」及び/又は「含んでいる」は、記載された特徴、整数、ステップ、動作、素子及び/又は構成要素の存在を指定するが、1つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、素子、構成要素及び/又はそれらの群の存在又は追加を排除するものではないことがさらに理解される。 The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the disclosure. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise. As used herein, the terms "comprising", "comprising", "comprising" and/or "comprising" refer to the described feature, integer, step, act, element and/or component. It is further understood that specifying the presence of does not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, acts, elements, components and/or groups thereof.

他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語(技術及び科学用語を含む)は、本開示が属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で使用される用語は、本明細書及び関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書において明示的に定義されない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されないことがさらに理解される。 Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. Terms used herein should be interpreted to have meanings consistent with their meanings in the context of this specification and related art, and unless explicitly defined herein, idealized It is further understood that the terms and conditions are not to be construed in a formal or overly formal sense.

実施例は、本開示の実施例の概略図を参照して本明細書に説明される。そのように、層及び素子の実際の寸法は異なることができ、例えば、製造技術及び/又は公差の結果として、例示の形状からの変形例が予想される。例えば、正方形又は長方形として例示又は説明される領域は、丸みを帯びた又は湾曲した特徴を有することができ、直線として示される領域は、ある不規則性を有してもよい。このように、図に例示される領域は概略的であり、それらの形状は、デバイスの領域の精密な形状を例示することを意図しておらず、開示の範囲を限定することを意図していない。加えて、構造又は領域のサイズは、例示の目的で他の構造又は領域に対して誇張されてもよいので、本主題の全体的な構造を例示するために提供され、縮尺に合わせて描かれても描かれなくてもよい。図の間の共通素子は、共通の素子番号で本明細書に示されてもよく、その後に再説明されなくてもよい。 Embodiments are described herein with reference to schematic illustrations of embodiments of the disclosure. As such, the actual dimensions of the layers and elements may vary, and variations from the illustrated shapes are anticipated, eg, as a result of manufacturing techniques and/or tolerances. For example, areas illustrated or described as squares or rectangles may have rounded or curved features, and areas illustrated as straight lines may have some irregularity. As such, the regions illustrated in the figures are schematic and their shapes are not intended to illustrate the precise shapes of the regions of the device and are not intended to limit the scope of the disclosure. do not have. Additionally, the sizes of structures or regions may be exaggerated relative to other structures or regions for illustrative purposes and are provided to illustrate the overall structure of the subject matter and are not drawn to scale. However, it does not have to be depicted. Common elements between figures may be designated herein with a common element number and may not be re-described subsequently.

図1は、本開示の一実施例による半導体ダイ10の断面図を例示する。半導体ダイ10は、基板12、基板12上のドリフト層14、及びドリフト層14上の絶縁層16を含む。半導体ダイ10は、1つ又は複数の注入領域が設けられて機能性半導体デバイスを形成する活性エリア18、及び活性エリア18を囲む縁辺終端領域20を含む。縁辺終端領域20内のどこかに、埋込みセンサ素子22が設けられる。いくつかの実施例では、埋込みセンサ素子22は、絶縁層16が埋込みセンサ素子22とドリフト層14との間にあるように、絶縁層16上にある。 FIG. 1 illustrates a cross-sectional view of a semiconductor die 10 according to one embodiment of the present disclosure. Semiconductor die 10 includes a substrate 12, a drift layer 14 on substrate 12, and an insulating layer 16 on drift layer 14. Semiconductor die 10 includes an active area 18 in which one or more implant regions are provided to form a functional semiconductor device, and an edge termination region 20 surrounding active area 18 . Somewhere within the edge termination region 20 an embedded sensor element 22 is provided. In some embodiments, embedded sensor element 22 is on insulating layer 16 such that insulating layer 16 is between embedded sensor element 22 and drift layer 14 .

上で論じたように、1つ又は複数の注入領域が、活性エリア18に設けられて機能性半導体デバイスを形成する。一実施例では、機能性半導体デバイスは、スイッチング・パワー半導体デバイスである。例えば、機能性半導体デバイスは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET:metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)、特に縦型MOSFET、バイポーラ接合トランジスタ(BJT:bipolar junction transistor)、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ(IGBT:insulated gate bipolar transistor)、接合電界効果トランジスタ(JFET:junction field-effect transistor)、ゲート制御サイリスタ(GTO:gate-controlled thyristor)などであってもよい。さらに、機能性半導体デバイスは、平面、縦型、及びトレンチ・デバイスなどの任意の適切なトポロジであってもよい。したがって、基板12及び/又はドリフト層14は、高電圧及び/又は電流を扱うことが意図されたデバイスにおいて有益であることができるので、炭化ケイ素、窒化ガリウム、酸化ガリウム、及び酸化亜鉛などのワイド・バンドギャップ材料を含んでもよい。上で論じたように、ワイド・バンドギャップ・パワー半導体デバイス内へ組み込まれたセンサ素子は、いくつかの技術的課題を提示する。特に、ワイド・バンドギャップ材料は、それらの狭いバンドギャップ対応物よりもかなり高いシート抵抗を有する。この高い抵抗は、パワー・デバイスによって扱われる高い電圧及び電流と結合されて、埋込みセンサ素子の動作に干渉する大きな寄生信号を生じる。シリコン・デバイスなどの狭いバンドギャップ半導体デバイスに対して、センサ素子は、多くの場合、ドリフト層内へ直接組み込まれ、そうでなければ寄生信号からの遮蔽を最小限に抑えることができるが、これらの同じデバイスは、ワイド・バンドギャップ・パワー半導体デバイスに埋め込まれる場合、機能性はない。 As discussed above, one or more implant regions are provided in active area 18 to form a functional semiconductor device. In one embodiment, the functional semiconductor device is a switching power semiconductor device. For example, functional semiconductor devices include metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs), especially vertical MOSFETs, and bipolar junction transistors (BJTs). ), insulated gate bipolar Transistor (IGBT: insulated gate bipolar transistor), junction field-effect transistor (JFET: junction field-effect transistor), gate-controlled thyristor (GTO: gate-controlled thyristor) r) etc. Additionally, functional semiconductor devices may be of any suitable topology, such as planar, vertical, and trench devices. Accordingly, the substrate 12 and/or the drift layer 14 may be made of a wide range of materials such as silicon carbide, gallium nitride, gallium oxide, and zinc oxide, which can be useful in devices intended to handle high voltages and/or currents. - May contain bandgap material. As discussed above, sensor elements incorporated into wide bandgap power semiconductor devices present several technical challenges. In particular, wide bandgap materials have significantly higher sheet resistance than their narrow bandgap counterparts. This high resistance, combined with the high voltages and currents handled by the power device, creates large parasitic signals that interfere with the operation of the embedded sensor element. For narrow bandgap semiconductor devices such as silicon devices, sensor elements are often integrated directly into the drift layer, which can minimize shielding from otherwise parasitic signals; The same device has no functionality when embedded in a wide bandgap power semiconductor device.

ワイド・バンドギャップ・パワー半導体デバイスに埋込みセンサ素子を実装する際の別の障害は、コストである。シリコン・デバイスなどの狭いバンドギャップ・パワー半導体デバイスの製作は安価であり、余分な工程ステップはほとんど余分なコストを追加しないが、ワイド・バンドギャップ・パワー半導体デバイスの各余分な処理ステップはかなりのコストを追加する。したがって、できるだけ少ない追加の製造ステップを使って埋込みセンサ素子を実装することが望ましい。 Another obstacle in implementing embedded sensor elements in wide bandgap power semiconductor devices is cost. While the fabrication of narrow bandgap power semiconductor devices, such as silicon devices, is inexpensive and the extra processing steps add little extra cost, each extra processing step of wide bandgap power semiconductor devices adds significant Add costs. Therefore, it is desirable to implement embedded sensor elements using as few additional manufacturing steps as possible.

本明細書で定義されるように、パワー半導体デバイスは、50V以上のなだれ降伏電圧を有する半導体デバイスである。上で論じたように、これらのデバイスによって扱われる高い電圧及び電流は、埋込みセンサ素子の実装に課題を提示する寄生信号を作る場合がある。ワイド・バンドギャップ半導体材料の相対的に高いシート抵抗は、埋込みセンサ素子の実装をさらに複雑にする。 As defined herein, a power semiconductor device is a semiconductor device that has an avalanche breakdown voltage of 50V or greater. As discussed above, the high voltages and currents handled by these devices can create parasitic signals that present challenges to the implementation of embedded sensor elements. The relatively high sheet resistance of wide bandgap semiconductor materials further complicates the implementation of embedded sensor elements.

埋込みセンサ素子22を分離する1つのやり方は、絶縁層16を埋込みセンサ素子22とドリフト層14との間に設けることである。一実施例では、絶縁層14は、電界酸化膜層などの酸化膜層である。例えば、絶縁層14は、Al及びSiOの1つ又は複数の層を、別々に若しくは交互に、及び/又はSi及びSiOの1つ又は複数の層を、別々に若しくは交互に含んでもよい。したがって、絶縁層14は、半導体ダイ10上に既に存在しているものであってもよい。例えば、絶縁層14は、半導体ダイ10のいくつかのエリアにゲート酸化膜を形成し、半導体ダイ10の他のエリアに電界酸化膜を形成してもよい。したがって、絶縁層14は、追加の製造ステップなしで既に利用可能である。加えて、埋込みセンサ素子22は、既に存在するポリシリコン層に設けられて半導体ダイ10上に機能性半導体デバイスを作成してもよい。例えば、ポリシリコン層は、半導体ダイ10のいくつかの部分にゲート電極及び/又はゲート接点を形成してもよい。したがって、埋込みセンサ素子22を設けるために使用される層は、層を堆積するために使用されるマスクを再加工することを除いて、追加の製造ステップなしで既に利用可能である。埋込みセンサ素子22の機能性を作るために、埋込みセンサ素子22を形成するポリシリコン層の部分に、(例えば、ダイオード、集中抵抗器などを作るために)1つ又は複数の注入物が必要な場合があり、その詳細は下に論じられる。これらの余分な製造ステップは、埋込みセンサ素子22を設けるために必要な最小の数であり、それによって、埋込みセンサ素子22のコストを最小に抑える。 One way to separate the embedded sensor element 22 is to provide an insulating layer 16 between the embedded sensor element 22 and the drift layer 14. In one embodiment, insulating layer 14 is an oxide layer, such as a field oxide layer. For example, insulating layer 14 may include one or more layers of Al 2 O 3 and SiO 2 , separately or alternately, and/or one or more layers of Si 3 N 4 and SiO 2 , separately or alternately. Alternatively, they may be included alternately. Thus, insulating layer 14 may already be present on semiconductor die 10 . For example, insulating layer 14 may form a gate oxide in some areas of semiconductor die 10 and a field oxide in other areas of semiconductor die 10. The insulating layer 14 is therefore already available without additional manufacturing steps. Additionally, embedded sensor elements 22 may be provided in an already existing polysilicon layer to create a functional semiconductor device on semiconductor die 10. For example, the polysilicon layer may form gate electrodes and/or gate contacts in some portions of semiconductor die 10. The layers used to provide the embedded sensor element 22 are therefore already available without additional manufacturing steps, except for reworking the mask used to deposit the layers. To create the functionality of the embedded sensor element 22, one or more implants are required (e.g., to create a diode, lumped resistor, etc.) in the portion of the polysilicon layer that forms the embedded sensor element 22. There are cases, the details of which are discussed below. These extra manufacturing steps are the minimum number required to provide the implantable sensor element 22, thereby minimizing the cost of the implantable sensor element 22.

ゲート電極及び/又は接点及びセンサ素子22を設けるために使用されるポリシリコン層は、任意の適切な工程を介して設けられるドープされたポリシリコン層であってもよい。いくつかの実施例では、ポリシリコン層は、所望のドーピング・プロファイルを作るためにドーパントが大気中に設けられるエピタキシャル成長工程を介して設けられる。他の実施例では、ポリシリコン層は、堆積され、次いで、注入工程を介して所望に応じてドープされてもよい。上で論じたように、イオン注入は、ダイオード又は他の感知デバイスを設けるために別個にドープされたエリアを必要とするので、センサ素子22を設けるときの好ましいアプローチであってもよい。イオン注入は、ポリシリコン層のシート抵抗の均一性を、いくつかの実施例では5~10%、他の実施例では10~20%改良するなど、他の利点ももたらすことができる。これは、ポリシリコン層の結晶構造をより小さな結晶サイズに分解することができる二フッ化ホウ素(BF2)などの重いドーパントイオンの使用によるものである。 The polysilicon layer used to provide the gate electrode and/or contact and sensor element 22 may be a doped polysilicon layer provided via any suitable process. In some embodiments, the polysilicon layer is provided via an epitaxial growth process in which dopants are provided in air to create the desired doping profile. In other embodiments, the polysilicon layer may be deposited and then optionally doped via an implant step. As discussed above, ion implantation may be the preferred approach when providing the sensor element 22 since it requires a separately doped area to provide the diode or other sensing device. Ion implantation can also provide other benefits, such as improving the sheet resistance uniformity of the polysilicon layer by 5-10% in some embodiments and 10-20% in other embodiments. This is due to the use of heavy dopant ions, such as boron difluoride (BF2), which can break down the crystal structure of the polysilicon layer into smaller crystal sizes.

絶縁層16は、埋込みセンサ素子22を、ある程度、分離するが、いくつかのシナリオでは、より多く分離することが望ましい場合がある。したがって、図2は、埋込みセンサ素子22の追加の詳細を示す半導体ダイ10の断面図を示す。例示のために、MOSFETセル24が、埋込みセンサ素子22に隣接して示される。しかしながら、上で論じたように、これは例示に過ぎず、MOSFETセル24の代わりに又は加えて、BJTs、IGBTs、及びサイリスタなどの任意の数の機能性半導体デバイスを設けることができる。 Although the insulating layer 16 isolates the embedded sensor elements 22 to some extent, more isolation may be desirable in some scenarios. Accordingly, FIG. 2 depicts a cross-sectional view of semiconductor die 10 showing additional details of embedded sensor element 22. FIG. For purposes of illustration, a MOSFET cell 24 is shown adjacent to the embedded sensor element 22. However, as discussed above, this is exemplary only and any number of functional semiconductor devices may be provided instead of or in addition to MOSFET cells 24, such as BJTs, IGBTs, and thyristors.

MOSFETセル24は、接合電界効果トランジスタ(JFET)領域28によって離された一対の接合注入物26を含む。接合注入物26のそれぞれ1つは、深部ウェル領域30、ソース領域32、及び本体領域34を含む。絶縁層16の一部であるゲート酸化膜36は、図示されるように、接合注入物26及びJFET領域28のそれぞれ1つの一部の上のドリフト層14上にある。図示されるように接合注入物26のそれぞれ1つの一部の上のドリフト層14上にソース接点38もある。ゲート酸化膜36上にゲート接点40がある。ドリフト層14と反対側の基板12上にドレイン接点42がある。図示されるように、MOSFETセル24はn型デバイスであり、ここで、基板12、ドリフト層14、深部ウェル領域30、ソース領域32、本体領域34、及びJFET領域28は、それらのドーピング型及び相対的ドーピング濃度で互いに標識が付けられる(「+」は、他の領域に対してより高いドーピング・レベルを示す)。しかしながら、本開示の原則は、示されたドーピング型の全てが逆にされたp型デバイスに等しく適用される。当業者であれば、MOSFETセル24を縦型MOSFET、具体的には二重拡散MOSFET(DMOS:double-diffused MOSFET)として認識する。さらに、当業者であれば、MOSFETセル24が、活性エリア18全体に設けられ、相互接続されてMOSFETに所望のオン状態抵抗及び所望の阻止電圧などのいくつかの所望の特性を与える多くのセルのうちの1つにすぎないことを理解する。本出願全体に説明される実例は、埋込みセンサ素子22の詳細と共にMOSFETセル24を示すが、埋込みセンサ素子22は、BJTセル、IGBTセル、JFETセル、GTOセルなどと並んで設けられることもできる。さらに、埋込みセンサ素子22は、図示されるような縦型デバイスというよりはむしろ、平面デバイス又はトレンチ・デバイスと並んで設けられることもできる。 MOSFET cell 24 includes a pair of junction implants 26 separated by a junction field effect transistor (JFET) region 28 . Each one of junction implants 26 includes a deep well region 30, a source region 32, and a body region 34. Gate oxide 36, which is part of insulating layer 16, overlies drift layer 14 over a portion of each one of junction implant 26 and JFET region 28, as shown. There is also a source contact 38 on drift layer 14 over each one portion of junction implant 26 as shown. A gate contact 40 is on the gate oxide 36 . There is a drain contact 42 on the opposite side of the substrate 12 from the drift layer 14. As shown, MOSFET cell 24 is an n-type device in which substrate 12, drift layer 14, deep well region 30, source region 32, body region 34, and JFET region 28 have different doping types and They are labeled with relative doping concentrations ('+' indicates higher doping levels relative to other regions). However, the principles of this disclosure apply equally to p-type devices in which all of the doping types shown are reversed. Those skilled in the art will recognize MOSFET cell 24 as a vertical MOSFET, specifically a double-diffused MOSFET (DMOS). Additionally, those skilled in the art will appreciate that the MOSFET cells 24 are provided throughout the active area 18 with a number of cells interconnected to provide the MOSFET with some desired properties, such as a desired on-state resistance and a desired blocking voltage. Understand that it is only one of the Although the examples described throughout this application show MOSFET cells 24 with details of embedded sensor elements 22, embedded sensor elements 22 can also be provided alongside BJT cells, IGBT cells, JFET cells, GTO cells, etc. . Additionally, the embedded sensor element 22 may be provided alongside a planar or trench device, rather than a vertical device as shown.

埋込みセンサ素子22の詳細に転じると、埋込みセンサ素子22は、ドリフト層14上の絶縁層16の一部である電界酸化膜44上に1つ又は複数の層を含んでもよい。特に、埋込みセンサ素子22は、機能性センサ層52及びセンサ接点層54を含んでもよい。なお、機能性センサ層52は、ゲート接点40を設けるためにも使用されるポリシリコン層の一部である。言い換えれば、ゲート接点40及び機能性センサ層52は、同じ層から形成される(例えば、マスクを使ってパターニングされる)。上で論じたように、これは製造ステップを削減し、したがって、最小限の追加のコストで、埋込みセンサ素子22の実装を可能にする。図2に示されるように、電界酸化膜44は、それらの機能が異なるため、ゲート酸化膜36よりもはるかに厚い。ゲート酸化膜36はゲート容量をもたらす誘電体として作用するが、電界酸化膜44は、半導体ダイ10の様々な部分に対して電気的分離及び遮蔽を行うために使用される。 Turning to the details of the embedded sensor element 22, the embedded sensor element 22 may include one or more layers on a field oxide layer 44 that is part of the insulating layer 16 on the drift layer 14. In particular, embedded sensor element 22 may include a functional sensor layer 52 and a sensor contact layer 54. Note that the functional sensor layer 52 is part of the polysilicon layer that is also used to provide the gate contact 40. In other words, gate contact 40 and functional sensor layer 52 are formed from the same layer (eg, patterned using a mask). As discussed above, this reduces manufacturing steps and thus allows implementation of embedded sensor elements 22 with minimal additional cost. As shown in FIG. 2, field oxide 44 is much thicker than gate oxide 36 because of their different functions. Gate oxide 36 acts as a dielectric to provide gate capacitance, while field oxide 44 is used to provide electrical isolation and shielding for various portions of semiconductor die 10.

ドリフト層14において埋込みセンサ素子22の下には、遮蔽ウェル46が設けられる。ドリフト層14はn型層である一方で、遮蔽ウェル46はp型領域である。より一般的には、遮蔽ウェル46は、ドリフト層14のドーピング型とは反対であるドーピング型を有する。遮蔽ウェル46は、いくつかの実施例では、ドリフト層14において注入領域であってもよいが、一般に、任意の適切な手段によって設けられてもよい。遮蔽ウェル46は、遮蔽ウェルが埋込みセンサ素子22の下のドリフト層14の表面での直流電圧を阻止するようにドリフト層14とP-N接合を形成する。遮蔽ウェル46では、第1の接点ウェル48A及び第2の接点ウェル48Bが設けられる。第1の接点ウェル48A及び第2の接点ウェル48Bは、遮蔽ウェル46よりも高いドーピング濃度を有するp型領域である。第1の接点ウェル48A及び第2の接点ウェル48Bは、ドリフト層14において注入領域であってもよいが、任意の適切な手段によって設けられてもよい。接点ウェル48は、第1の接点50A及び第2の接点50Bに対して遮蔽ウェル46へオーム性接続し、それにより第1の接点50A及び第2の接点50Bは、第1の接点ウェル48A及び第2の接点ウェル48Bをそれぞれ介して遮蔽ウェル46に電気的に結合される。埋込みセンサ素子22を寄生電圧及び電流からさらに遮蔽するために、第1の接点50A及び第2の接点50Bは、接地などの固定電位に結合される。他の実施例では、第1の接点50A及び第2の接点50Bは、MOSFETセル24のソース接点38に結合されてもよく、そうでなければ半導体ダイ10上の機能性半導体デバイスの特定の部分に接続されてもよい。第1の接点50A及び第2の接点50Bを半導体ダイ10上の固定電位又は機能性半導体デバイスの特定部分に結合することにより、ドリフト層14における過渡信号(例えば、交流信号)による遮蔽ウェル46における寄生電流を低減できる。このことは、遮蔽ウェル46が有限の抵抗を有するので重要であり、したがって、遮蔽ウェル46におけるいかなる寄生電流も、埋込みセンサ素子22の下方のドリフト層14の表面に電圧を生成する。これらの電圧は、電界酸化膜44を介して埋込みセンサ素子22内へ容量性結合されてもよく、これはその動作に干渉する。様々な実施例では、第1の接点50A及び第2の接点50B、並びにソース接点38及びドレイン接点42は、アルミニウム、チタン、及び窒化チタンなどの任意の適切なオーム性金属を含んでもよい。図示されないが、金属接点層はゲート接点40に結合されてゲート接点パッドを形成してもよい。この追加の金属接点層も、アルミニウム、チタン、及び窒化チタンなどの任意の適切なオーム性金属を含んでもよい。 A shielding well 46 is provided below the embedded sensor element 22 in the drift layer 14 . Drift layer 14 is an n-type layer, while shielding well 46 is a p-type region. More generally, shielding well 46 has a doping type that is opposite to that of drift layer 14. Shield well 46 may be an implanted region in drift layer 14 in some embodiments, but may generally be provided by any suitable means. The shield well 46 forms a PN junction with the drift layer 14 such that the shield well blocks DC voltages at the surface of the drift layer 14 beneath the embedded sensor element 22 . In the shield well 46, a first contact well 48A and a second contact well 48B are provided. First contact well 48A and second contact well 48B are p-type regions with a higher doping concentration than shield well 46. First contact well 48A and second contact well 48B may be implanted regions in drift layer 14, but may be provided by any suitable means. Contact well 48 is ohmically connected to shield well 46 for first contact 50A and second contact 50B such that first contact 50A and second contact 50B are connected to first contact well 48A and second contact 50B. They are electrically coupled to the shield wells 46 via second contact wells 48B, respectively. To further shield the embedded sensor element 22 from parasitic voltages and currents, the first contact 50A and the second contact 50B are coupled to a fixed potential, such as ground. In other embodiments, the first contact 50A and the second contact 50B may be coupled to the source contact 38 of the MOSFET cell 24 or otherwise to a particular portion of a functional semiconductor device on the semiconductor die 10. may be connected to. By coupling first contact 50A and second contact 50B to a fixed potential on semiconductor die 10 or to a specific portion of a functional semiconductor device, transient signals (e.g., alternating current signals) in drift layer 14 can cause Parasitic current can be reduced. This is important because the shield well 46 has a finite resistance, so any parasitic current in the shield well 46 will generate a voltage at the surface of the drift layer 14 below the embedded sensor element 22. These voltages may be capacitively coupled into the embedded sensor element 22 through the field oxide 44, which interferes with its operation. In various embodiments, first contact 50A and second contact 50B and source contact 38 and drain contact 42 may include any suitable ohmic metal, such as aluminum, titanium, and titanium nitride. Although not shown, a metal contact layer may be coupled to gate contact 40 to form a gate contact pad. This additional metal contact layer may also include any suitable ohmic metal such as aluminum, titanium, and titanium nitride.

当業者であれば、ワイド・バンドギャップ半導体材料がそれらの狭いバンドギャップ対応物よりもかなり高い抵抗を有することを理解する。これは、パワー・デバイスが降伏することなくより高い電圧を支えることができるため、パワー・デバイスにとって全体的に有益である一方、その動作に干渉する大きな寄生信号を生成する傾向により、埋込みセンサを実装するための固有の技術的課題を提示する。図2に示されるように、第1の接点ウェル48Aと第2の接点ウェル48Bとの間には距離Dがある。埋込みセンサ素子22は、この距離D内で第1の接点ウェル48Aと第2の接点ウェル48Bとの間に設けられる。遮蔽ウェル46のエリアにわたる抵抗を最小に抑えるために、そうでなければ、上で論じたように、埋込みセンサ素子22の動作に干渉する電圧を誘導する場合がある寄生電流を低減するために、第1の接点ウェル48Aと第2の接点ウェル48Bとの間の距離Dを最小に抑えることが望ましい。第1の接点ウェル48Aと第2の接点ウェル48Bとの間の中点での遮蔽ウェル46の抵抗は、第1の接点ウェル48Aと第2の接点ウェル48Bとの間の距離Dに比例する。距離Dを最小に抑えることによって、抵抗も最小に抑えることができる。一実施例では、第1の接点ウェル48Aと第2の接点ウェル48Bとの間の距離Dは200μm未満である。他の実施例では、第1の接点ウェル48Aと第2の接点ウェル48Bとの距離Dは、100μm未満、50μm未満、25μm未満、及び最小5μmである。第1の接点ウェル48Aと第2の接点ウェル48Bとの距離が小さいほど、遮蔽ウェル46を通る抵抗が低くなる。これにより、遮蔽ウェル46内の寄生電圧の低減による埋込みセンサ素子22における干渉は、より低くなる。 Those skilled in the art will appreciate that wide bandgap semiconductor materials have significantly higher resistance than their narrow bandgap counterparts. While this is overall beneficial for power devices as they can support higher voltages without breakdown, it also makes embedded sensors less susceptible to embedded sensors due to their tendency to generate large parasitic signals that interfere with their operation. Presents unique technical challenges to implementation. As shown in FIG. 2, there is a distance D between the first contact well 48A and the second contact well 48B. The embedded sensor element 22 is provided within this distance D between the first contact well 48A and the second contact well 48B. In order to minimize the resistance across the area of the shielding well 46, to reduce parasitic currents that may otherwise induce voltages that interfere with the operation of the embedded sensor element 22, as discussed above. It is desirable to minimize the distance D between the first contact well 48A and the second contact well 48B. The resistance of the shield well 46 at the midpoint between the first contact well 48A and the second contact well 48B is proportional to the distance D between the first contact well 48A and the second contact well 48B. . By minimizing the distance D, the resistance can also be minimized. In one embodiment, the distance D between the first contact well 48A and the second contact well 48B is less than 200 μm. In other embodiments, the distance D between the first contact well 48A and the second contact well 48B is less than 100 μm, less than 50 μm, less than 25 μm, and a minimum of 5 μm. The smaller the distance between the first contact well 48A and the second contact well 48B, the lower the resistance through the shield well 46. This results in lower interference at the embedded sensor element 22 due to the reduction of parasitic voltages within the shielding well 46.

第1の接点ウェル48Aと第2の接点ウェル48Bとの間の距離Dを最小に抑えることは、埋込みセンサ素子22が、全体的に、図2に示されるように、ページ内へ及び/又はページの外に延びる細長いストリップとして設けられることを意味する。埋込みセンサ素子22は、ダイオード、抵抗器などの任意の型の感知素子であってもよく、対象の測定値に比例する電圧及び/又は電流を供給できる。例えば、ダイオードは、機能性センサ層52にn型領域及び/又はp型領域を注入することによって設けられてもよく、これは、上で論じたように、ゲート接点40に使用されるのと同じポリシリコン層である。いくつかの実施例では、ポリシリコン層は、何らかのやり方で(例えば、p型層として)既にドープされてもよく、したがって、1つの注入物のみが必要とされる(例えば、n型領域を形成するための注入)。ダイオードは、温度に比例する順方向電圧降下を起こしてもよく、これにより、外部感知回路が半導体ダイ10の温度を測定できる。埋込みセンサ素子22の例示的な詳細が以下に記載される。 Minimizing the distance D between the first contact well 48A and the second contact well 48B allows the embedded sensor element 22 to generally be inserted into the page and/or as shown in FIG. Means provided as an elongated strip extending outside the page. The embedded sensor element 22 may be any type of sensing element, such as a diode, a resistor, etc., and can provide a voltage and/or current that is proportional to the measurement of interest. For example, a diode may be provided by implanting an n-type region and/or a p-type region into functional sensor layer 52, which is similar to that used for gate contact 40, as discussed above. It is the same polysilicon layer. In some embodiments, the polysilicon layer may already be doped in some way (e.g., as a p-type layer) and thus only one implant is needed (e.g., to form an n-type region). injection). The diode may have a forward voltage drop that is proportional to temperature, allowing external sensing circuitry to measure the temperature of semiconductor die 10. Exemplary details of the embedded sensor element 22 are described below.

埋込みセンサ素子22内へ結合された寄生信号をさらに低減するために、図3に示されるように、ノイズ低減ウェル56が遮蔽ウェル46に設けられてもよい。ノイズ低減ウェル56は、遮蔽ウェル46とは反対であるドーピング型を有し、第1の接点50A及び第2の接点50Bと、第1の接点ウェル48A及び第2の接点ウェル48Bをそれぞれ介して、電気的に接触している。図3に示される実例では、ノイズ低減ウェル56はn型領域である。ノイズ低減ウェル56は、ドリフト層14において注入領域であってもよいが、任意の適切な手段によって設けられてもよい。当業者であれば、n型ワイド・バンドギャップ半導体材料は、それらのp型対応物よりも最大3桁低い抵抗を有することが多いことを理解する。ノイズ低減ウェル56を設けることによって、埋込みセンサ素子22の下方のドリフト層14の表面での抵抗はさらに低減でき、次に、埋込みセンサ素子22内へ結合される寄生信号を低減できる。 To further reduce parasitic signals coupled into the embedded sensor element 22, a noise reduction well 56 may be provided in the shield well 46, as shown in FIG. The noise reduction well 56 has a doping type that is opposite to that of the shield well 46 and has a doping type that is opposite to that of the shield well 46 and is provided through the first contact 50A and the second contact 50B and the first contact well 48A and the second contact well 48B, respectively. , in electrical contact. In the example shown in FIG. 3, noise reduction well 56 is an n-type region. Noise reduction well 56 may be an implanted region in drift layer 14, but may be provided by any suitable means. Those skilled in the art will appreciate that n-type wide bandgap semiconductor materials often have resistances up to three orders of magnitude lower than their p-type counterparts. By providing the noise reduction well 56, the resistance at the surface of the drift layer 14 below the embedded sensor element 22 can be further reduced, which in turn can reduce parasitic signals coupled into the embedded sensor element 22.

上で論じたように、機能性センサ層52は、ゲート接点40も形成するポリシリコン層の一部である。これは製造ステップを削減できる一方で、金属化又はケイ化作用が全体的にポリシリコン層全体に影響を及ぼすブランケット工程であるため、機能性センサ層52が感知素子を構成することができないので、層が金属化又はケイ化されるのを防ぐこともできる。ゲート接点を形成するポリシリコン層の金属化又はケイ化作用は、抵抗を減少させ、したがって半導体ダイ10全体にわたるゲート信号の分布を改良してスイッチング速度及び他の性能特性を改良できるため、望ましい場合がある。さらに、遮蔽ウェル46やノイズ低減ウェル56を用いても、埋込みセンサ素子22とドリフト層14との間のさらなる分離が望ましい場合もある。したがって、図4は、本開示の一実施例による、さらに分離する埋込みセンサ素子22を示す。図4に示される半導体ダイ10は、埋込みセンサ素子22とドリフト層14との間に追加の絶縁層58及び追加の機能層60があることを除いて、図2に示されるものと実質的に同じである。この実施例では、機能性センサ層52は、ゲート接点40を形成するために使用されるのと同じ層の一部ではなく、ゲート接点40を形成するために使用されるものに加えられた「第2レベル」のポリシリコン層である。図4に示されるような追加の機能層60は、ゲート接点40を形成するために使用されるのと同じ層の一部であり、これは、上で論じたような様々な実施例ではポリシリコン層であってもよい。2つの追加の層、即ち、追加の絶縁層58及び機能性センサ層52は、追加の機能層60の上に設けられ、絶縁層16、追加の機能層60、及び追加の絶縁層58が埋込みセンサ素子22とドリフト層14との間にあるように、埋込みセンサ素子22を構成する。追加の2つの層は、2つの追加の必要な層のみを追加しながら、埋込みセンサ素子22の遮蔽をさらに行う。追加の絶縁層58は、SiOのような任意の適切な絶縁材料を含んでもよい。機能性センサ層52は、第2レベルのポリシリコン層であってもよく、これは、上述したように、ゲート接点40及び追加の機能層60を形成する第1のポリシリコン層と同様に設けられる。第2レベルのポリシリコン層は、半導体ダイ10を作る追加の製造ステップを追加する一方で、第1のポリシリコン層が金属化又はケイ化されることを可能にするなどの利点をもたらし、これは、上述したように、半導体ダイ10の性能を改良できる。 As discussed above, functional sensor layer 52 is part of the polysilicon layer that also forms gate contact 40. While this can reduce manufacturing steps, it is a blanket process in which the metallization or silicide effect globally affects the entire polysilicon layer, since the functional sensor layer 52 cannot constitute a sensing element. It is also possible to prevent the layer from becoming metallized or silicified. Metallization or silicidation of the polysilicon layer forming the gate contact may be desirable, since it can reduce resistance and thus improve the distribution of the gate signal across the semiconductor die 10 to improve switching speed and other performance characteristics. There is. Further, even with the use of shielding wells 46 and noise reduction wells 56, additional isolation between embedded sensor element 22 and drift layer 14 may be desired. Accordingly, FIG. 4 illustrates a further separate implanted sensor element 22 according to one embodiment of the present disclosure. The semiconductor die 10 shown in FIG. 4 is substantially the same as that shown in FIG. 2, except that there is an additional insulating layer 58 and an additional functional layer 60 between the embedded sensor element 22 and the drift layer 14. It's the same. In this example, functional sensor layer 52 is not part of the same layer used to form gate contact 40, but is added to that used to form gate contact 40. This is a "second level" polysilicon layer. The additional functional layer 60 as shown in FIG. 4 is part of the same layer used to form the gate contact 40, which in various embodiments as discussed above is It may also be a silicon layer. Two additional layers, namely an additional insulating layer 58 and a functional sensor layer 52, are provided over the additional functional layer 60, and the insulating layer 16, the additional functional layer 60, and the additional insulating layer 58 are embedded. Embedded sensor element 22 is configured to be between sensor element 22 and drift layer 14 . The two additional layers further provide shielding of the embedded sensor element 22 while adding only two additional necessary layers. Additional insulating layer 58 may include any suitable insulating material, such as SiO2 . Functional sensor layer 52 may be a second level polysilicon layer, which is provided similarly to the first polysilicon layer forming gate contact 40 and additional functional layer 60, as described above. It will be done. The second level polysilicon layer provides advantages such as allowing the first polysilicon layer to be metallized or silicided, while adding an additional manufacturing step to make the semiconductor die 10. can improve the performance of semiconductor die 10, as described above.

さらに多く遮蔽を行うために、ノイズ低減ウェル56は図4に示される半導体ダイ10へ追加されてもよい。このような実施例を図5に示す。上で論じたように、ノイズ低減ウェル56は、このエリアにおける抵抗を減少させることによって、埋込みセンサ素子22の下方のドリフト層14の表面での寄生電圧をさらに減少できる。したがって、埋込みセンサ素子22との干渉はさらに減少できる。図4又は図5には示されていないが、追加の機能層60が部分的又は完全に金属化及び/又はケイ化される実施例では、接点50は、追加の機能層60に電気的に結合されてもよい。これにより、埋込みセンサ素子22はさらに分離できる。 To provide even more shielding, a noise reduction well 56 may be added to the semiconductor die 10 shown in FIG. 4. Such an embodiment is shown in FIG. As discussed above, noise reduction well 56 can further reduce parasitic voltages at the surface of drift layer 14 below embedded sensor element 22 by reducing the resistance in this area. Therefore, interference with the embedded sensor element 22 can be further reduced. Although not shown in FIGS. 4 or 5, in embodiments where additional functional layer 60 is partially or fully metallized and/or silicided, contact 50 may be electrically connected to additional functional layer 60. May be combined. This allows the embedded sensor element 22 to be further separated.

上述した実施例では、基板12は、0.2μmから10.0μmの間の厚さ及び1×1017cm-3から5×1021cm-3の間のドーピング濃度を有するn型層であってもよい。ドリフト層14は、1.0μmから20.0μmの間の厚さ及び1×1015cm-3から1×1017cm-3の間のドーピング濃度を有するn型層であってもよい。遮蔽ウェル46は、0.1μmから3.0μmの間の厚さ及び1×1017cm-3から5×1021cm-3の間のドーピング濃度を有するp型領域であってもよい。様々な実施例では、遮蔽ウェル46の厚さは、0.1μmから3.0μmの間の任意の部分範囲、又は範囲内の任意の離散点に設けられてもよい。例えば、遮蔽ウェル46の厚さは、0.1μmから2.5μmの間、0.1μmから2.0μmの間、0.1μmから1.5μmの間、0.1μmから1.0μmの間、0.1から0.5μmの間、0.5から3.0μmの間、1.0μmから3.0μmの間、1.5μmから3.0μmの間、2.0μmから3.0μmの間、2.5μmから3.0μmの間、0.5μmから2.5μmの間、1.0μmから2.0μmの間、1.5μmから2.0μmの間などであってもよい。さらに、遮蔽ウェル46のドーピング濃度は、1×1017cm-3から5×1021cm-3の間の任意の部分範囲、又は範囲内の任意の離散点に設けられてもよい。例えば、遮蔽ウェル46のドーピング濃度は、5×1017cm-3から5×1021cm-3の間、1×1018cm-3から5×1021cm-3の間、5×1018cm-3から5×1021cm-3の間、1×1019cm-3から5×1021cm-3の間、5×1019cm-3から5×1021cm-3の間、1×1020cm-3から5×1021cm-3の間、5×1020cm-3から5×1021cm-3の間、1×1021cm-3から5×1021cm-3の間、1×1017cm-3から1×1021cm-3の間、1×1017cm-3から5×1020cm-3の間、1×1017cm-3から1×1020cm-3の間、1×1017cm-3から5×1019cm-3の間、1×1017cm-3から1×1019cm-3の間、1×1017cm-3から5×1018cm-3の間、1×1017cm-3から1×1018cm-3の間、1×1017cm-3から5×1017cm-3の間、5×1017cm-3から1×1021cm-3の間、1×1018cm-3から5×1020cm-3の間、5×1018cm-3から1×1020cm-3の間、及び1×1019cm-3から5×1019cm-3の間であってもよい。接点ウェル48のそれぞれ1つは、0.1μmから2.5μmの間の厚さ及び1×1017cm-3から5×1021cm-3の間のドーピング濃度を有するp型領域であってもよい。様々な実施例では、接点ウェル48の厚さは、0.1μmから2.5μmの間の任意の部分範囲内、又は範囲における任意の離散点に設けられてもよい。例えば、接点ウェル48の厚さは、0.5μmから2.5μmの間、1.0μmから2.5μmの間、1.5μmから2.5μmの間、2.0μmから2.5μmの間、0.1μmから2.0μmの間、0.1μmから1.5μmの間、0.1μmから1.0μmの間、0.1μmから0.5μmの間、0.5μmから2.0μmの間、及び1.0μmから1.5μmの間であってもよい。さらに、接点ウェル48のドーピング濃度は、1×1017cm-3から5×1021cm-3の間の任意の部分範囲、又は範囲内の任意の離散点に設けられてもよい。例えば、接点ウェル48のドーピング濃度は、5×1017cm-3から5×1021cm-3の間、1×1018cm-3から5×1021cm-3の間、5×1018cm-3から5×1021cm-3の間、1×1019cm-3から5×1021cm-3の間、5×1019cm-3から5×1021cm-3、1×1020cm-3から5×1021cm-3の間、5×1020cm-3から5×1021cm-3の間、1×1021cm-3から5×1021cm-3の間、1×1017cm-3から1×1021cm-3の間、1×1017cm-3から5×1020cm-3の間、1×1017cm-3から1×1020cm-3の間、1×1017cm-3から5×1019cm-3の間、1×1017cm-3から1×1019cm-3の間、1×1017cm-3から5×1018cm-3の間、1×1017cm-3から1×1018cm-3の間、1×1017cm-3から5×1017cm-3の間、5×1017cm-3から1×1021cm-3の間、1×1018cm-3から5×1020cm-3の間、5×1018cm-3から1×1020cm-3の間、及び1×1019cm-3から5×1019cm-3の間であってもよい。ノイズ低減ウェル56は、0.1μmから2.5μmの間の厚さ及び1×1017cm-3から5×1021cm-3の間のドーピング濃度を有するn型領域であってもよい。様々な実施例では、ノイズ低減ウェル56の厚さは、0.1μmから2.5μmの間の任意の部分範囲内、又は範囲における任意の離散点に設けられてもよい。例えば、ノイズ低減ウェル56の厚さは、0.5μmから2.5μmの間、1.0μmから2.5μmの間、1.5μmから2.5μmの間、2.0μmから2.5μmの間、0.1μmから2.0μmの間、0.1μmから1.5μmの間、0.1μmから1.0μmの間、0.1μmから0.5μmの間、0.5μmから2.0μmの間、及び1.0μmから1.5μmの間であってもよい。さらに、ノイズ低減ウェル56のドーピング濃度は、1×1017cm-3から5×1021cm-3の間の任意の部分範囲、又は範囲内の任意の離散点に設けられてもよい。例えば、ノイズ低減ウェル56のドーピング濃度は、5×1017cm-3から5×1021cm-3の間、1×1018cm-3から5×1021cm-3の間、5×1018cm-3から5×1021cm-3の間、1×1019cm-3から5×1021cm-3の間、5×1019cm-3から5×1021cm-3の間、1×1020cm-3から5×1021cm-3の間、5×1020cm-3から5×1021cm-3の間、1×1021cm-3から5×1021cm-3の間、1×1017cm-3から1×1021cm-3の間、1×1017cm-3から5×1020cm-3の間、1×1017cm-3から1×1020cm-3の間、1×1017cm-3から5×1019cm-3の間、1×1017cm-3から1×1019cm-3の間、1×1017cm-3から5×1018cm-3の間、1×1017cm-3から1×1018cm-3の間、1×1017cm-3から5×1017cm-3の間、5×1017cm-3から1×1021cm-3の間、1×1018cm-3から5×1020cm-3の間、5×1018cm-3から1×1020cm-3の間、及び1×1019cm-3から5×1019cm-3の間であってもよい。 In the embodiment described above, the substrate 12 is an n-type layer with a thickness between 0.2 μm and 10.0 μm and a doping concentration between 1×10 17 cm −3 and 5×10 21 cm −3 . It's okay. Drift layer 14 may be an n-type layer with a thickness between 1.0 μm and 20.0 μm and a doping concentration between 1×10 15 cm −3 and 1×10 17 cm −3 . The shielding well 46 may be a p-type region with a thickness between 0.1 μm and 3.0 μm and a doping concentration between 1×10 17 cm −3 and 5×10 21 cm −3 . In various embodiments, the thickness of the shielding well 46 may be provided at any subrange between 0.1 μm and 3.0 μm, or at any discrete point within the range. For example, the thickness of the shielding well 46 may be between 0.1 μm and 2.5 μm, between 0.1 μm and 2.0 μm, between 0.1 μm and 1.5 μm, between 0.1 μm and 1.0 μm, Between 0.1 and 0.5 μm, between 0.5 and 3.0 μm, between 1.0 μm and 3.0 μm, between 1.5 μm and 3.0 μm, between 2.0 μm and 3.0 μm, It may be between 2.5 μm and 3.0 μm, between 0.5 μm and 2.5 μm, between 1.0 μm and 2.0 μm, between 1.5 μm and 2.0 μm, etc. Furthermore, the doping concentration of the shielding well 46 may be provided at any subrange between 1×10 17 cm −3 and 5×10 21 cm −3 or at any discrete point within the range. For example, the doping concentration of the shielding well 46 is between 5×10 17 cm −3 and 5×10 21 cm −3 , between 1×10 18 cm −3 and 5×10 21 cm −3 , and 5×10 18 cm −3 to 5×10 21 cm −3 , 1×10 19 cm −3 to 5×10 21 cm −3 , 5×10 19 cm −3 to 5×10 21 cm −3 , between 1×10 20 cm −3 and 5×10 21 cm −3 , between 5×10 20 cm −3 and 5×10 21 cm −3 , and between 1×10 21 cm −3 and 5×10 21 cm between 3 , between 1×10 17 cm −3 and 1×10 21 cm −3 , between 1×10 17 cm −3 and 5×10 20 cm −3 , and between 1×10 17 cm −3 and 1× between 10 20 cm -3 , between 1 x 10 17 cm -3 and 5 x 10 19 cm -3 , between 1 x 10 17 cm -3 and 1 x 10 19 cm -3 , and 1 x 10 17 cm - between 3 and 5×10 18 cm −3 , between 1×10 17 cm −3 and 1×10 18 cm −3 , between 1×10 17 cm −3 and 5×10 17 cm −3 , and 5× between 10 17 cm -3 and 1 × 10 21 cm -3 , between 1 × 10 18 cm -3 and 5 × 10 20 cm -3 , and between 5 × 10 18 cm -3 and 1 × 10 20 cm -3 and between 1×10 19 cm −3 and 5×10 19 cm −3 . Each one of the contact wells 48 is a p-type region having a thickness between 0.1 μm and 2.5 μm and a doping concentration between 1×10 17 cm −3 and 5×10 21 cm −3 . Good too. In various embodiments, the thickness of contact well 48 may be provided within any subrange between 0.1 μm and 2.5 μm, or at any discrete point within the range. For example, the thickness of the contact well 48 may be between 0.5 μm and 2.5 μm, between 1.0 μm and 2.5 μm, between 1.5 μm and 2.5 μm, between 2.0 μm and 2.5 μm, Between 0.1 μm and 2.0 μm, between 0.1 μm and 1.5 μm, between 0.1 μm and 1.0 μm, between 0.1 μm and 0.5 μm, between 0.5 μm and 2.0 μm, and may be between 1.0 μm and 1.5 μm. Additionally, the doping concentration of contact well 48 may be provided at any subrange between 1×10 17 cm −3 and 5×10 21 cm −3 or any discrete point within the range. For example, the doping concentration of the contact well 48 is between 5×10 17 cm −3 and 5×10 21 cm −3 , between 1×10 18 cm −3 and 5×10 21 cm −3 , and 5×10 18 cm −3 to 5×10 21 cm −3 , 1×10 19 cm −3 to 5×10 21 cm −3 , 5×10 19 cm −3 to 5×10 21 cm −3 , 1× between 10 20 cm −3 and 5×10 21 cm −3 , between 5×10 20 cm −3 and 5×10 21 cm −3 , and between 1×10 21 cm −3 and 5×10 21 cm −3 between 1×10 17 cm −3 and 1×10 21 cm −3 , between 1×10 17 cm −3 and 5×10 20 cm −3 , and between 1×10 17 cm −3 and 1×10 20 cm −3 , between 1×10 17 cm −3 and 5×10 19 cm −3 , between 1×10 17 cm −3 and 1×10 19 cm −3 , from 1×10 17 cm −3 between 5×10 18 cm −3 , between 1×10 17 cm −3 and 1×10 18 cm −3 , between 1×10 17 cm −3 and 5×10 17 cm −3 , and 5×10 17 between 1 ×10 21 cm −3 and 1×10 21 cm −3 , between 1×10 18 cm −3 and 5×10 20 cm −3 , between 5×10 18 cm −3 and 1×10 20 cm −3 , and may be between 1×10 19 cm −3 and 5×10 19 cm −3 . The noise reduction well 56 may be an n-type region having a thickness between 0.1 μm and 2.5 μm and a doping concentration between 1×10 17 cm −3 and 5×10 21 cm −3 . In various embodiments, the thickness of the noise reduction well 56 may be provided within any subrange between 0.1 μm and 2.5 μm, or at any discrete point within the range. For example, the thickness of the noise reduction well 56 may be between 0.5 μm and 2.5 μm, between 1.0 μm and 2.5 μm, between 1.5 μm and 2.5 μm, and between 2.0 μm and 2.5 μm. , between 0.1 μm and 2.0 μm, between 0.1 μm and 1.5 μm, between 0.1 μm and 1.0 μm, between 0.1 μm and 0.5 μm, between 0.5 μm and 2.0 μm , and between 1.0 μm and 1.5 μm. Further, the doping concentration of the noise reduction well 56 may be provided at any subrange between 1×10 17 cm −3 and 5×10 21 cm −3 or any discrete point within the range. For example, the doping concentration of the noise reduction well 56 may be between 5×10 17 cm −3 and 5×10 21 cm −3 , between 1×10 18 cm −3 and 5×10 21 cm −3 , and between 5×10 18 cm −3 and 5×10 21 cm −3 between 18 cm −3 and 5×10 21 cm −3 , between 1×10 19 cm −3 and 5×10 21 cm −3 , and between 5×10 19 cm −3 and 5×10 21 cm −3 , between 1×10 20 cm −3 and 5×10 21 cm −3 , between 5×10 20 cm −3 and 5×10 21 cm −3 , and between 1×10 21 cm −3 and 5×10 21 cm between -3 , between 1×10 17 cm −3 and 1×10 21 cm −3 , between 1×10 17 cm −3 and 5×10 20 cm −3 , and between 1×10 17 cm −3 and 1 between ×10 20 cm -3 , between 1 × 10 17 cm -3 and 5 × 10 19 cm -3 , between 1 × 10 17 cm -3 and 1 × 10 19 cm -3 , and 1 × 10 17 cm between -3 and 5×10 18 cm −3 , between 1×10 17 cm −3 and 1×10 18 cm −3 , between 1×10 17 cm −3 and 5× 10 17 cm −3 , 5 between ×10 17 cm -3 and 1 × 10 21 cm -3 , between 1 × 10 18 cm -3 and 5 × 10 20 cm -3 , and between 5 × 10 18 cm -3 and 1 × 10 20 cm -3 and between 1×10 19 cm −3 and 5×10 19 cm −3 .

上で論じた改良、即ち、埋込みセンサ素子22をドリフト層14から絶縁層16で離すこと、遮蔽ウェル46を設けること、接点ウェル48間の距離を最小に抑えること、ノイズ低減ウェル56を設けること、追加の絶縁層58を設けること、及び追加の機能層60を設けることを単独又は組み合わせのいずれかで、ドリフト層14からの埋込みセンサ素子22の分離をかなり改善できる。特に、本明細書で論じる改良は、半導体ダイ10の高電力部分、そのソース及びドレインなどから50Vを超える直流分離ができる。様々な実施例では、本明細書で論じる改良は、75Vを超え100Vを超える直流分離ができる。一般に、本明細書で論じる改良は、ワイド・バンドギャップ・パワー半導体ダイ上に埋込みセンサ素子を含めることを可能にし、これらの分離手段がなければ、そのような埋込みセンサ素子はその機能性を破壊するような干渉を受ける。 The improvements discussed above, i.e., separating the embedded sensor element 22 from the drift layer 14 by an insulating layer 16, providing a shielding well 46, minimizing the distance between contact wells 48, and providing a noise reduction well 56. , providing an additional insulating layer 58 , and providing an additional functional layer 60 , either alone or in combination, can significantly improve the isolation of the embedded sensor element 22 from the drift layer 14 . In particular, the improvements discussed herein allow greater than 50V DC isolation from high power portions of semiconductor die 10, such as its source and drain. In various embodiments, the improvements discussed herein are capable of greater than 75V and greater than 100V DC isolation. In general, the improvements discussed herein enable the inclusion of embedded sensor elements on wide bandgap power semiconductor die, and without these isolation measures, such embedded sensor elements would destroy their functionality. subject to such interference.

上で論じたように、埋込みセンサ素子22は、任意の適切な感知素子であり得る。一実施例では、埋込みセンサ素子22は、温度感知素子である。特に、埋込みセンサ素子22は、温度に比例する順方向電圧降下を起こすダイオードであってもよい。したがって、図6は、本開示の一実施例による埋込みセンサ素子22の上から見下ろす図を示す。説明すると、第1の接点50A及び第2の接点50Bも示される。埋込みセンサ素子22は、アノード接点62及びカソード接点64を含む。アノード接点62は、機能性センサ層52においてp型領域66と電気的に接触している。カソード接点64は、機能性センサ層52においてn型領域68と電気的に接触している。p型領域66及び/又はn型領域68は、よく知られている工程による機能性センサ層52の注入工程を介して設けられてもよい。図示されるように、p型領域66及びn型領域68は、材料の領域によって離されてもよい。この材料領域は、固有の(ドープされていない)か、又はp型領域66及びn型領域68とは異なる様式でドープされてもよい。 As discussed above, embedded sensor element 22 may be any suitable sensing element. In one embodiment, embedded sensor element 22 is a temperature sensing element. In particular, the embedded sensor element 22 may be a diode that exhibits a forward voltage drop proportional to temperature. Accordingly, FIG. 6 depicts a top down view of an implantable sensor element 22 according to one embodiment of the present disclosure. To illustrate, a first contact 50A and a second contact 50B are also shown. Embedded sensor element 22 includes an anode contact 62 and a cathode contact 64. Anode contact 62 is in electrical contact with p-type region 66 in functional sensor layer 52 . Cathode contact 64 is in electrical contact with n-type region 68 in functional sensor layer 52 . P-type region 66 and/or n-type region 68 may be provided via an implantation process of functional sensor layer 52 according to well-known processes. As shown, p-type region 66 and n-type region 68 may be separated by a region of material. This material region may be intrinsic (undoped) or doped in a different manner than p-type region 66 and n-type region 68.

いくつかのシナリオでは、順方向電圧を特定の感知回路に合わせるために、いくつかのダイオードを直列に設けることが望ましい場合がある。したがって、図7は、本開示の追加の実施例による埋込みセンサ素子22の上から見下ろす図を示す。図7に示される埋込みセンサ素子22は、1つではなく2つのダイオードを含むことを除いて、図6に示されるものと実質的に同じである。機能性センサ層52は、2つの別個の部分に離され、それぞれが離散ダイオードを形成するために使用される。これらのダイオードは、図示されるように金属層を介して結合される。2つのダイオードのみが示されているが、当業者であれば、埋込みセンサ素子22が、本開示の原理から逸脱することなく、ダイオードを含む任意数の離散素子を含んでもよいことを理解する。 In some scenarios, it may be desirable to have several diodes in series to match the forward voltage to a particular sensing circuit. Accordingly, FIG. 7 shows a top down view of an implantable sensor element 22 according to additional embodiments of the present disclosure. The embedded sensor element 22 shown in FIG. 7 is substantially the same as that shown in FIG. 6, except that it includes two diodes instead of one. Functional sensor layer 52 is separated into two separate parts, each used to form a discrete diode. These diodes are coupled through metal layers as shown. Although only two diodes are shown, those skilled in the art will appreciate that embedded sensor element 22 may include any number of discrete elements, including diodes, without departing from the principles of this disclosure.

図8は、本開示の追加の実施例による埋込みセンサ素子22の上から見下ろす図を示す。図8に示される埋込みセンサ素子22は、p型領域66及びn型領域68が入れ子になっていることを除いて、図7に示されるものと実質的に類似し、これにより、各ダイオードに必要とされる面積を低減できる。当業者であれば、ダイオードが任意数のレイアウト技術を使って形成できることを理解し、その全てが本明細書で企図される。 FIG. 8 shows a top down view of an embedded sensor element 22 according to an additional embodiment of the present disclosure. Embedded sensor element 22 shown in FIG. 8 is substantially similar to that shown in FIG. 7, except that p-type region 66 and n-type region 68 are nested, so that each diode The required area can be reduced. Those skilled in the art will appreciate that the diodes can be formed using any number of layout techniques, all of which are contemplated herein.

いくつかの実施例では、ノイズ低減ウェル56は、埋込みセンサ素子22の全体より下方のブランケット領域である。しかしながら、これにより寄生N-P-Nトランジスタが提供され、状況によっては問題が発生する可能性がある。したがって、ノイズ低減ウェル56は、図9及び図10に示されるようにいくつかの実施例では、パターン化されてもよい。図9及び図10は、ノイズ低減ウェル56の上から見下ろす図を示し、図面を隠すことを避けるために埋込みセンサ素子22又は絶縁層16を示していない。図9では、ノイズ低減ウェル56は第1の広い格子パターンで設けられ、一方、図10ではノイズ低減ウェル56は締まった格子パターンで設けられる。なお、これらは例示的なパターンに過ぎず、当業者であれば、本開示の原理から逸脱することなく、任意の適切なパターンがノイズ低減ウェル56に使用できることを容易に理解する。 In some embodiments, noise reduction well 56 is a blanket region below the entirety of embedded sensor element 22 . However, this provides a parasitic NPN transistor, which can cause problems in some situations. Accordingly, noise reduction well 56 may be patterned in some embodiments as shown in FIGS. 9 and 10. 9 and 10 show top down views of noise reduction well 56 and do not show embedded sensor element 22 or insulating layer 16 to avoid obscuring the drawings. In FIG. 9, noise reduction wells 56 are provided in a first wide grid pattern, while in FIG. 10, noise reduction wells 56 are provided in a tight grid pattern. It should be noted that these are only exemplary patterns, and those skilled in the art will readily understand that any suitable pattern can be used for the noise reduction wells 56 without departing from the principles of this disclosure.

図4及び図5に関して上で論じた実施例に戻ると、埋込みセンサ素子22を第2レベルのポリシリコン層上に設けることにより、埋込みセンサ素子22に加えて他の機能性構成要素の実装を可能にすることができる。例えば、MOSFETのゲート抵抗器として使用できる集中抵抗器は、埋込みセンサ素子22と共に第2のポリシリコン層に実装できる。図11Aは、したがって、本開示の一実施例による集中抵抗器70の断面図を示す。集中抵抗器70は、機能層52に設けられ、この層は上で論じた機能性センサ層52と同じである。具体的には、集中抵抗器70は、図11Bの集中抵抗器の上から見下ろす図に示されるように、第1の抵抗接点72A及び第2の抵抗接点72Bを有するポリシリコンのドープ部分を介して設けられる。集中抵抗器70は、オンチップ・ゲート抵抗器を設けるために、MOSFETセル24のゲート接点40に結合されてもよい。いくつかの実施例では、抵抗接点72のうちの1つは、ゲート接点パッドを設けてもよい。このような場合には、抵抗接点72のうちの一方のみを設けて、集中抵抗器70は、内部で、ゲート接点に結合されてもよい。しかしながら、他の実施例では、抵抗接点72の一方はゲート接点パッドであってもよく、他方は、所望の抵抗が達成されることを確実にするために製造中に集中抵抗器70の抵抗を測定できるように露出されてもよい。上で論じたように、機能性センサ層52は、所望の抵抗を得るために成長中に(現場で)ドープされ、又は後に、イオン注入などの注入工程を介してドープされるポリシリコン層であってもよい。集中抵抗器70は図11A及び図11Bでは単純な長方形として示されているが、集中抵抗器70は任意数の形状で設けられてもよい。例えば、集中抵抗器70を形成する機能性センサ層52の部分は、円形状、多角形状、又は任意の他の形状で設けられてもよい。このように集中抵抗器70を設けると、集中抵抗器70が、電流分布を改良し、及び/又は寄生信号を低減することによって、ゲート抵抗器として使用されるときに、性能を改良できる。当業者であれば、抵抗器に加えて、他の機能性構成要素も第2レベルのポリシリコン層に実装されてもよいことを理解する。 Returning to the embodiment discussed above with respect to FIGS. 4 and 5, providing the embedded sensor element 22 on the second level polysilicon layer facilitates the implementation of other functional components in addition to the embedded sensor element 22. can be made possible. For example, a lumped resistor, which can be used as a gate resistor for a MOSFET, can be implemented in the second polysilicon layer with embedded sensor element 22. FIG. 11A thus shows a cross-sectional view of lumped resistor 70 according to one embodiment of the present disclosure. Lumped resistor 70 is provided in functional layer 52, which is the same as functional sensor layer 52 discussed above. Specifically, lumped resistor 70 is connected through a doped portion of polysilicon having a first resistive contact 72A and a second resistive contact 72B, as shown in the top down view of the lumped resistor in FIG. 11B. It will be established. Lumped resistor 70 may be coupled to gate contact 40 of MOSFET cell 24 to provide an on-chip gate resistor. In some embodiments, one of the resistive contacts 72 may provide a gate contact pad. In such a case, only one of the resistive contacts 72 may be provided, and the lumped resistor 70 may be internally coupled to the gate contact. However, in other embodiments, one of the resistive contacts 72 may be a gate contact pad and the other resistive resistor 70 may have a resistance of lumped resistor 70 during manufacturing to ensure the desired resistance is achieved. May be exposed so as to be measurable. As discussed above, functional sensor layer 52 is a polysilicon layer that is doped during growth (in-situ) or later via an implantation process, such as ion implantation, to obtain the desired resistance. There may be. Although lumped resistor 70 is shown as a simple rectangle in FIGS. 11A and 11B, lumped resistor 70 may be provided in any number of shapes. For example, the portion of functional sensor layer 52 forming lumped resistor 70 may be provided in a circular shape, a polygonal shape, or any other shape. Providing lumped resistor 70 in this manner allows lumped resistor 70 to improve performance when used as a gate resistor by improving current distribution and/or reducing parasitic signals. Those skilled in the art will understand that in addition to resistors, other functional components may also be implemented in the second level polysilicon layer.

上記の図には示されていないが、ソース接点38、ドレイン接点42、接点50、及び抵抗接点72などの様々な金属接点は、それらが電気的に結合されるエリアに直接設けられなくてもよい。むしろ、任意数の不動態化若しくはカプセル化層が、これらの接点をそれらが接触する半導体ダイ10のエリアから離してもよく、それらの間の接続は、これらの層を通るビアを備えてもよい。 Although not shown in the above figures, various metal contacts such as source contact 38, drain contact 42, contact 50, and resistive contact 72 may be provided even if they are not directly provided in the area to which they are electrically coupled. good. Rather, any number of passivation or encapsulation layers may separate these contacts from the areas of semiconductor die 10 that they contact, and connections between them may include vias through these layers. good.

図12は、本開示の一実施例による埋込みセンサ素子を含む半導体ダイを製造する方法を例示するフロー図である。まず、ドリフト層が基板上に設けられる(ステップ100)。ドリフト層は、ワイド・バンドギャップ半導体材料を含む。ドリフト層を設けることは、任意の適切な半導体成長工程によりドリフト層を成長させることを含んでもよい。ドリフト層には1つ又は複数の注入物が設けられ(ステップ102)、MOSFET、BJT、IGBT、又はサイリスタなどの機能性半導体デバイス、並びに埋込みセンサ素子のための遮蔽構造を設ける。埋込みセンサ素子のための遮蔽構造は、上で論じた遮蔽ウェル、接点ウェル、及びノイズ低減ウェルのうちの1つ又は複数を含んでもよい。注入領域は、任意の適切な注入工程によって設けられてもよい。ドリフト層上に絶縁層が設けられる(ステップ104)。絶縁層は、半導体ダイの異なる部分にゲート酸化膜及び電界酸化膜を設けてもよく、したがって、その異なる部分に異なる厚さを有して設けられてもよい。絶縁層上にゲート接点及び機能性センサ層が設けられる(ステップ106)。ゲート接点及び機能性センサ層は、任意の適切な堆積工程によって設けられるポリシリコン層であってもよい。ポリシリコン層は堆積及びパターニングされて、ゲート接点及び機能性センサ層を作ってもよい。いくつかの実施例では、ゲート接点及び機能性センサ層は同時に設けられない。代わりに、ゲート接点及び追加のポリシリコン層は一緒に設けられ、追加のポリシリコン層上に追加の絶縁層が設けられ、機能性センサ層は、追加の絶縁層上に設けられる。このアプローチの結果が上記の図4及び図5に示される。次いで、1つ又は複数の注入領域が機能性センサ層に設けられて埋込みセンサ素子を設ける(ステップ108)。例えば、p型領域及び/又はn型領域が設けられてダイオードを形成してもよく、温度センサとして使用される。最後に、金属層が設けられ、その少なくとも一部が、遮蔽構造及び埋込みセンサ素子に電気接点を設けるために使用される(ステップ110)。いくつかの実施例では、複数の金属層が設けられてもよく、それらの間に不動態化若しくは金属間誘電層が設けられる。 FIG. 12 is a flow diagram illustrating a method of manufacturing a semiconductor die including an embedded sensor element according to one embodiment of the present disclosure. First, a drift layer is provided on a substrate (step 100). The drift layer includes a wide bandgap semiconductor material. Providing the drift layer may include growing the drift layer by any suitable semiconductor growth process. The drift layer is provided with one or more implants (step 102) to provide a shielding structure for functional semiconductor devices such as MOSFETs, BJTs, IGBTs, or thyristors, as well as embedded sensor elements. Shielding structures for embedded sensor elements may include one or more of the shielding wells, contact wells, and noise reduction wells discussed above. The implanted region may be provided by any suitable implantation process. An insulating layer is provided on the drift layer (step 104). The insulating layer may be provided with a gate oxide and a field oxide in different parts of the semiconductor die, and thus with different thicknesses in different parts thereof. A gate contact and a functional sensor layer are provided on the insulating layer (step 106). The gate contact and functional sensor layer may be a polysilicon layer provided by any suitable deposition process. A polysilicon layer may be deposited and patterned to create gate contacts and functional sensor layers. In some embodiments, the gate contact and functional sensor layer are not provided at the same time. Alternatively, the gate contact and the additional polysilicon layer are provided together, an additional insulating layer is provided on the additional polysilicon layer, and a functional sensor layer is provided on the additional insulating layer. The results of this approach are shown in FIGS. 4 and 5 above. One or more implant regions are then provided in the functional sensor layer to provide an embedded sensor element (step 108). For example, a p-type region and/or an n-type region may be provided to form a diode, which is used as a temperature sensor. Finally, a metal layer is provided, at least a portion of which is used to provide electrical contacts to the shielding structure and the embedded sensor element (step 110). In some embodiments, multiple metal layers may be provided, with a passivation or intermetal dielectric layer provided therebetween.

図13は、本開示の一実施例による埋込みセンサ素子22の断面図を例示する。埋込みセンサ素子22は、断面図が図2に示されるものに(即ち、図2を参照して、埋込みセンサ素子22を横切ってページ内に)垂直であることを除いて、図2に示されるものと実質的に類似し、一対のセンサ接点パッド74が示される。当業者であれば、半導体ダイの一部と電気的接続をするために、ある最小寸法を有する接点パッドが設けられなければならないことを理解する。最小寸法は、1つ又は複数のワイヤボンドなどの所望の電気接続が、ある工程制限内で達成できる最小サイズに基づいてもよい。図2に示されるセンサ接点層54は、1つ又は複数の他の金属特徴部(例えば、ソース接点38、接点50、ゲート金属層など)と同一平面上であってもよいので、この層内の接点パッドに利用可能なエリアは、接点パッドが、これらの特徴部と重ならず、したがって電気的に接触しないように制限されてもよい。したがって、図13は、第1の金属層76Aに実装されている接点50と、1つ又は複数の追加の金属層76Bに実装されているセンサ接点パッド74を示す。金属間誘電層78は、第1の金属層76Aの上に設けられ、センサ接点パッド74が設けられることができる表面を設ける。なお、センサ接点パッド74が金属間誘電層78上に設けられるとき、接点パッドは下方の第1の金属層76における接点50と重なることができるので、接点パッドを設けるためのより多くの余地がある。センサ接点パッド74を追加の金属層上へ移動することによって、センサ接点パッド74に利用可能なエリアが増加する。これにより、埋込みセンサ素子22とのより信頼性の高い接触を行い、したがって、いくつかの実施例では性能を改良できる。 FIG. 13 illustrates a cross-sectional view of an implantable sensor element 22 according to one embodiment of the present disclosure. Embedded sensor element 22 is shown in FIG. 2 except that the cross-sectional view is perpendicular to that shown in FIG. A pair of sensor contact pads 74 are shown, substantially similar to those shown in FIG. Those skilled in the art will appreciate that in order to make an electrical connection with a portion of a semiconductor die, contact pads must be provided having certain minimum dimensions. The minimum dimensions may be based on the smallest size that a desired electrical connection, such as one or more wire bonds, can be achieved within certain process limits. The sensor contact layer 54 shown in FIG. 2 may be coplanar with one or more other metal features (e.g., source contact 38, contact 50, gate metal layer, etc.) so that The area available for the contact pads may be limited so that the contact pads do not overlap and therefore make electrical contact with these features. Accordingly, FIG. 13 shows contacts 50 mounted on first metal layer 76A and sensor contact pads 74 mounted on one or more additional metal layers 76B. An intermetal dielectric layer 78 is provided over the first metal layer 76A and provides a surface on which sensor contact pads 74 may be provided. Note that when the sensor contact pads 74 are provided on the intermetal dielectric layer 78, the contact pads can overlap the contacts 50 in the first metal layer 76 below, so there is more room for providing the contact pads. be. By moving sensor contact pads 74 onto an additional metal layer, the area available for sensor contact pads 74 is increased. This may provide more reliable contact with the implanted sensor element 22 and thus improve performance in some embodiments.

接点パッドのための空間を設けるために1つ又は複数の追加の金属層が使用される本開示の態様をさらに例示するために、図14は、本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイ210の上面図を示す。例示の目的で、トランジスタ半導体ダイ210は、ゲート接点パッド214及びいくつかのソース接点パッド216のための開口部を有する不動態化層212を含む縦型の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)デバイスである。トランジスタ半導体ダイ210は、デバイスの裏面にドレイン接点パッド(図示せず)が位置した縦型パワー・デバイスである。ゲート接点パッド214及びソース接点パッド216は、トランジスタ半導体ダイ210を外部回路へ結合するための面として設けられてもよい。したがって、ゲート接点パッド214及びソース接点パッド216は、これらが確実に接続できるように最小サイズを有してもよい。一実施例では、ゲート接点パッド214、及びソース接点パッド216のそれぞれ1つの、最小サイズは0.4mmである。様々な実施例では、ゲート接点パッド214、及びソース接点パッド216のそれぞれ1つの、最小サイズは、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、及び最大1.0mmであってもよい。 To further illustrate aspects of the present disclosure in which one or more additional metal layers are used to provide space for contact pads, FIG. 14 shows a diagram of a transistor semiconductor die 210 according to one embodiment of the present disclosure. A top view is shown. For illustrative purposes, transistor semiconductor die 210 is a vertical metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) that includes a passivation layer 212 with openings for a gate contact pad 214 and several source contact pads 216. It is a device. Transistor semiconductor die 210 is a vertical power device with a drain contact pad (not shown) located on the back side of the device. Gate contact pad 214 and source contact pad 216 may be provided as surfaces for coupling transistor semiconductor die 210 to external circuitry. Accordingly, gate contact pad 214 and source contact pad 216 may have a minimum size to ensure that they can connect. In one embodiment, the minimum size of each one of gate contact pad 214 and source contact pad 216 is 0.4 mm 2 . In various embodiments, the minimum size of each one of gate contact pad 214 and source contact pad 216 is 0.5 mm 2 , 0.6 mm 2 , 0.7 mm 2 , 0.8 mm 2 , 0.9 mm 2 , and may be up to 1.0 mm2 .

図15は、不動態化層212が除去されたトランジスタ半導体ダイ210の上面図を示す。不動態化層212の下には、ゲート金属層218、ゲート金属層218に結合されたゲート・ビア・バー220、及びソース金属層222がある。下でより詳細に論じるように、ゲート金属層218、ゲート・ビア・バー220、及びソース金属層222は、同じ金属化層によって設けられ、したがって、ソース金属層222は、図示されるように、ゲート金属層218及びゲート・ビア・バー220のエリア全体を収容するための開口部224を含まなければならない。図15は、トランジスタ半導体ダイ210のデバイス領域226及び縁辺終端領域228も示す。上で論じたように、デバイス領域226は、デバイスの選択的な電流伝導及び電圧阻止能力を提供するために、1つ又は複数の電極に電気的に結合された1つ又は複数の注入物を含むトランジスタ半導体ダイ210の領域である。縁辺終端領域228は、トランジスタ半導体ダイ210の縁辺での電界の集中を減少し、したがって低い逆電圧での降伏を防ぐために設けられる。 FIG. 15 shows a top view of transistor semiconductor die 210 with passivation layer 212 removed. Beneath the passivation layer 212 is a gate metal layer 218, a gate via bar 220 coupled to the gate metal layer 218, and a source metal layer 222. As discussed in more detail below, gate metal layer 218, gate via bar 220, and source metal layer 222 are provided by the same metallization layer; therefore, source metal layer 222, as shown, An opening 224 must be included to accommodate the entire area of gate metal layer 218 and gate via bar 220. FIG. 15 also shows device region 226 and edge termination region 228 of transistor semiconductor die 210. As discussed above, device region 226 includes one or more implants electrically coupled to one or more electrodes to provide selective current conduction and voltage blocking capabilities of the device. The region of the transistor semiconductor die 210 that includes the transistor semiconductor die 210 . Edge termination region 228 is provided to reduce electric field concentration at the edge of transistor semiconductor die 210, thus preventing breakdown at low reverse voltages.

図16は、ゲート金属層218、ゲート・ビア・バー220、ソース金属層222、及びいくつかの他の層(下で論じる)が除去されたトランジスタ半導体ダイ210の上から見下ろす図を示す。これらの層の下には、いくつかのゲート領域232によって離されたいくつかのソース領域230がある。ソース領域230は、それらが位置するドリフト層のドーピング型及び/又はドーピング濃度とは異なるドーピング型及び/又はドーピング濃度を有する領域として設けられてもよく(例えば、ドリフト層とは別のエピタキシ工程を介して、又はドリフト層の注入によって)、一方、ゲート領域232は、ドリフト層のドーピング型及び/又はドーピング濃度が、異なる量だけ、相対的に変化されない又は変化される領域として設けられてもよい。図16に示されるように、ゲート領域232は縞として設けられるが、ゲート領域232は、図17に例示されるように格子で同様に設けられてもよい。トランジスタ半導体ダイ210の主要な機能性をもたらすには、ゲート接点パッド214はゲート領域232と電気的に接触しなければならない一方で、ソース接点パッド216はソース領域230と電気的に接触しなければならない。 FIG. 16 shows a top down view of transistor semiconductor die 210 with gate metal layer 218, gate via bars 220, source metal layer 222, and several other layers (discussed below) removed. Beneath these layers are several source regions 230 separated by several gate regions 232. Source regions 230 may be provided as regions having a doping type and/or doping concentration different from that of the drift layer in which they are located (e.g., a separate epitaxy step from the drift layer). on the other hand, the gate region 232 may be provided as a region in which the doping type and/or doping concentration of the drift layer is relatively unchanged or varied by different amounts. . Although the gate regions 232 are provided as stripes as shown in FIG. 16, the gate regions 232 may similarly be provided in a grid as illustrated in FIG. To provide the primary functionality of transistor semiconductor die 210, gate contact pad 214 must be in electrical contact with gate region 232, while source contact pad 216 must be in electrical contact with source region 230. It won't happen.

図18は、本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイ210の一部の断面図を示す。トランジスタ半導体ダイ210は、基板234、及び基板234の上のドリフト層236を含む。ドリフト層236の表面におけるいくつかの注入物238が、ソース領域230を設ける一方で、注入物238間のいくつかの非注入領域は、ゲート領域232を設ける。いくつかのゲート電極240が、ゲート電極240のそれぞれ1つが、それらが上に設けられるゲート領域32の両側の注入物238の間を通るように、ゲート領域232上に設けられる。ゲート電極240のそれぞれ1つは、酸化膜層242によって、ドリフト層236の表面から離される。いくつかのソース電極244が、ソース電極244のそれぞれ1つが注入物238のうちの異なる1つと接触するように、ソース領域230上に設けられる。ゲート金属層218は、ゲート金属層218が酸化膜層242によってドリフト層236の表面から離され、図18には示されていない平面上でゲート電極240のそれぞれ1つに結合されるように、ドリフト層236の表面に設けられる。ゲート電極240をソース電極244から電気的に分離しておくために、ゲート電極240の上に誘電層246が設けられる。ソース電極244は、誘電層246の表面に露出している。ソース金属層222は、ソース電極244と接触するように誘電層246上に設けられる。ドレイン金属層248が、ドリフト層236とは反対側の基板234上に設けられる。 FIG. 18 illustrates a cross-sectional view of a portion of a transistor semiconductor die 210 according to one embodiment of the present disclosure. Transistor semiconductor die 210 includes a substrate 234 and a drift layer 236 above substrate 234. Some implants 238 at the surface of drift layer 236 provide source regions 230, while some non-implant regions between implants 238 provide gate regions 232. A number of gate electrodes 240 are provided on the gate region 232 such that each one of the gate electrodes 240 passes between the implants 238 on either side of the gate region 32 on which they are provided. Each one of gate electrodes 240 is separated from the surface of drift layer 236 by an oxide layer 242 . A number of source electrodes 244 are provided on the source region 230 such that each one of the source electrodes 244 is in contact with a different one of the implants 238. Gate metal layer 218 is separated from the surface of drift layer 236 by oxide layer 242 and coupled to a respective one of gate electrodes 240 in a plane not shown in FIG. It is provided on the surface of the drift layer 236. A dielectric layer 246 is provided over gate electrode 240 to keep gate electrode 240 electrically isolated from source electrode 244 . Source electrode 244 is exposed on the surface of dielectric layer 246. A source metal layer 222 is provided on dielectric layer 246 in contact with source electrode 244 . A drain metal layer 248 is provided on the opposite side of the substrate 234 from the drift layer 236.

図15及び図18に示されるように、ソース金属層222及びゲート金属層218は、トランジスタ半導体ダイ210のデバイス領域226内に単一の金属化ステップで(即ち、適切にパターニングされた単一の金属層として)設けられる。これは、ソース金属層222及びゲート金属層218がトランジスタ半導体ダイ210の同じ表面/平面上に設けられることを意味する。したがって、ソース金属層222はゲート金属層218と重なることができず、代わりにゲート金属層218のための開口部を含まなければならない。ゲート金属層218のサイズに対する制約(例えば、ワイヤボンディングのための最小接点パッドのサイズ)のために、ソース金属層222の被覆率は、したがって、トランジスタ半導体ダイ210のデバイス領域226内に制限される。図18に示されるように、ソース金属層222の下方のエリアは、ドリフト層236によってソース金属層222からドレイン金属層248に電流を流す活性エリアである。ゲート金属層218の下方のエリアは、ゲート金属層218の下方のドリフト層236によって電流を流すことができないため、不活性エリアである。したがって、デバイス領域226の総活性エリア、したがってトランジスタ半導体ダイ210の総通電容量は、ダイの所与のサイズに対して制限されてもよい。 As shown in FIGS. 15 and 18, source metal layer 222 and gate metal layer 218 are formed within device region 226 of transistor semiconductor die 210 in a single metallization step (i.e., a single, appropriately patterned metal layer). (as a metal layer). This means that source metal layer 222 and gate metal layer 218 are provided on the same surface/plane of transistor semiconductor die 210. Therefore, source metal layer 222 cannot overlap gate metal layer 218 and must instead include an opening for gate metal layer 218. Due to constraints on the size of gate metal layer 218 (e.g., minimum contact pad size for wire bonding), coverage of source metal layer 222 is therefore limited within device area 226 of transistor semiconductor die 210. . As shown in FIG. 18, the area below the source metal layer 222 is an active area that conducts current from the source metal layer 222 to the drain metal layer 248 by the drift layer 236. The area below the gate metal layer 218 is an inactive area because the drift layer 236 below the gate metal layer 218 does not allow current to flow. Accordingly, the total active area of device region 226, and thus the total current carrying capacity of transistor semiconductor die 210, may be limited for a given size of the die.

したがって、図19は、本開示の追加の実施例によるトランジスタ半導体ダイ210の断面図を示す。図19に示されるトランジスタ半導体ダイ210は、図18に示されるものと実質的に類似しているが、誘電層246の上に追加の誘電層250をさらに含む。具体的には、ゲート電極240及びソース電極244はドリフト層236の表面上に設けられ、誘電層246は、ゲート電極240がソース電極244から電気的に分離され且つソース電極244が誘電層246の表面に露出されるように、ゲート電極240及びソース電極244の上に設けられ、ソース金属層222は誘電層246の上に設けられ、追加の誘電層250は誘電層246及びソース金属層222の上に設けられ、ゲート金属層218は追加の誘電層250の上に設けられる。ゲート金属層218は、(図19には示されていない平面上で接続される)誘電層246及び追加の誘電層250を通る1つ又は複数のビア252によってゲート電極240に電気的に結合される。例示されるように、追加の誘電層250を設けることにより、ゲート金属層218の少なくとも一部が、ソース金属層222と重なることができる。1つ又は複数のビア252は、ゲート金属層218の総面積と比較して非常に小さい。したがって、ソース金属層222における非常に小さな開口部のみが必要とされ、ソース金属層222によって被覆される総面積は、これにより増加する。上で論じたように、ソース金属層222の下方のエリアはトランジスタ半導体ダイ210の活性エリアであるので、これによりトランジスタ半導体ダイの総活性エリア、ひいては通電容量は効果的に増加する。実際には、トランジスタ半導体ダイ210のデバイス領域226の総不活性エリアは、ゲート金属層218の総面積未満、いくつかの実施例ではゲート接点パッド214の総面積未満であり、このことは以前は達成できなかった。 Accordingly, FIG. 19 depicts a cross-sectional view of a transistor semiconductor die 210 according to additional embodiments of the present disclosure. The transistor semiconductor die 210 shown in FIG. 19 is substantially similar to that shown in FIG. 18, but further includes an additional dielectric layer 250 over the dielectric layer 246. Specifically, gate electrode 240 and source electrode 244 are provided on the surface of drift layer 236 , and dielectric layer 246 is arranged such that gate electrode 240 is electrically isolated from source electrode 244 and source electrode 244 is electrically isolated from dielectric layer 246 . A source metal layer 222 is provided over the dielectric layer 246 and an additional dielectric layer 250 is provided over the gate electrode 240 and the source electrode 244 so as to be exposed at the surface. A gate metal layer 218 is provided above an additional dielectric layer 250 . Gate metal layer 218 is electrically coupled to gate electrode 240 by one or more vias 252 through dielectric layer 246 and an additional dielectric layer 250 (connected in a plane not shown in FIG. 19). Ru. As illustrated, the additional dielectric layer 250 can cause at least a portion of the gate metal layer 218 to overlap the source metal layer 222. One or more vias 252 are very small compared to the total area of gate metal layer 218. Therefore, only a very small opening in the source metal layer 222 is required, and the total area covered by the source metal layer 222 is thereby increased. As discussed above, since the area below the source metal layer 222 is the active area of the transistor semiconductor die 210, this effectively increases the total active area and thus the current carrying capacity of the transistor semiconductor die. In practice, the total inactive area of device region 226 of transistor semiconductor die 210 is less than the total area of gate metal layer 218, and in some embodiments less than the total area of gate contact pads 214, which was previously could not be achieved.

トランジスタ半導体ダイ210の活性エリアを増加させることにより、所与のサイズに対する通電容量の増加を可能にする。或いは、トランジスタ半導体ダイ210の活性エリアを増加させることにより、通電容量を犠牲にすることなく、ダイのサイズの減少を可能にする。これにより、次は、トランジスタ半導体ダイ210を製作するときに、追加のチップが所与のウェーハに対して設けられることができる。本明細書で論じる実例は、主として、MOSFETデバイスを構成するトランジスタ半導体ダイ210に関するが、本明細書で説明される原理は、電界効果トランジスタ(FET)デバイス、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)デバイス、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ(IGBT)デバイス、又は2つ以上のトップレベル接点を有する任意の他の型の縦トランジスタ・デバイスを構成するトランジスタ半導体ダイ210にも等しく適用される。このことを考慮に入れて、ゲート接点パッド214は第1の接点パッドと総称することがあり、ソース接点パッド216は第2の接点パッドと総称することがあり、ソース金属層222は第1の金属化層と総称することがあり、ゲート金属層218は第2の金属化層と総称することがあり、ソース領域230は、第1の領域のセットと総称することがあり、ゲート領域は、第2の領域のセットと総称することがある。 Increasing the active area of transistor semiconductor die 210 allows for increased current carrying capacity for a given size. Alternatively, increasing the active area of transistor semiconductor die 210 allows die size to be reduced without sacrificing current carrying capacity. This allows additional chips to be provided for a given wafer in turn when fabricating transistor semiconductor die 210. Although the examples discussed herein primarily relate to transistor semiconductor die 210 that constitutes a MOSFET device, the principles described herein are applicable to field effect transistor (FET) devices, bipolar junction transistor (BJT) devices, insulated gate - Applies equally to transistor semiconductor die 210 constituting a bipolar transistor (IGBT) device, or any other type of vertical transistor device with two or more top-level contacts. With this in mind, gate contact pads 214 may be referred to collectively as first contact pads, source contact pads 216 may be referred to collectively as second contact pads, and source metal layer 222 may be referred to as first contact pads. The gate metal layer 218 may be referred to collectively as a second metallization layer, the source region 230 may be referred to collectively as a first set of regions, and the gate region may be referred to as a first set of regions. This may be collectively referred to as a set of second areas.

一実施例では、基板234及びドリフト層236は炭化ケイ素である。基板234及びドリフト層236に炭化ケイ素を使用することは、シリコンなどの従来の材料システムを使用することと比較して、トランジスタ半導体ダイ210の性能をかなり増加できる。図示されないが、注入物238は、トランジスタ半導体ダイ210の選択的な電流伝導及び電圧阻止能力をもたらすために、必要に応じて内部にいくつかの異なる注入領域を含んでもよい。誘電層246及び追加の誘電層250は、Al及びSiOの1つ又は複数の層を、例えば、交互に含んでもよい。他の実施例では、誘電層246及び追加の誘電層250は、Si及びSiOの1つ又は複数の層を、例えば、交互に含んでもよい。一般に、誘電層246及び追加の誘電層250は、任意の適切な誘電材料(例えば、広いバンドギャップ(>~5eV)及び相対的に低い誘電率を有するもの)を含んでもよい。誘電層246及び追加の誘電層250は、同じ又は異なる材料を含んでもよい。Si、Al、AlN、SiO又は任意の他の適切な材料を含む追加の不動態化層は、材料間の相互作用を避けるために、必要に応じて、誘電層246及び追加の誘電層250と交互に重ねられてもよい。不動態化層212は、Si、Al、AlN、SiO又は様々な実施例における任意の他の適切な材料を含んでもよい。 In one embodiment, substrate 234 and drift layer 236 are silicon carbide. Using silicon carbide for substrate 234 and drift layer 236 can significantly increase the performance of transistor semiconductor die 210 compared to using conventional material systems such as silicon. Although not shown, implant 238 may optionally include several different implant regions therein to provide selective current conduction and voltage blocking capabilities of transistor semiconductor die 210. Dielectric layer 246 and additional dielectric layer 250 may include one or more layers of Al 2 O 3 and SiO 2 , for example, alternating. In other examples, dielectric layer 246 and additional dielectric layer 250 may include one or more layers of Si 3 N 4 and SiO 2 , eg, alternating. In general, dielectric layer 246 and additional dielectric layer 250 may include any suitable dielectric material, such as one with a wide bandgap (>~5 eV) and a relatively low dielectric constant. Dielectric layer 246 and additional dielectric layer 250 may include the same or different materials. An additional passivation layer, including Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , AlN, SiO 2 or any other suitable material, may optionally be added to the dielectric layer 246 to avoid interaction between the materials. and additional dielectric layers 250 may be alternated. Passivation layer 212 may include Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , AlN, SiO 2 or any other suitable material in various embodiments.

図20Aは、ソース金属層222の上のゲート金属層218の移動によるトランジスタ半導体ダイ210への通電容量における改良を例示するグラフである。実線は、図18に示されるように、接点パッドのレイアウトの改良を伴わないトランジスタ半導体ダイ210の通電容量とサイズとの間の関係を例示する。破線は、図19に関して上で論じた改良を伴うトランジスタ半導体ダイ210の通電容量との間の同じ関係を例示する。このグラフは、一定の定格阻止電圧(例えば、1200V)を想定する。図示されるように、トランジスタ半導体ダイ210の通電容量における改良は、ダイのサイズにかかわらず実現される。上で論じたように、これは、デバイス領域226の活性エリアの増加によるものである。 FIG. 20A is a graph illustrating the improvement in current carrying capacity to transistor semiconductor die 210 due to movement of gate metal layer 218 over source metal layer 222. The solid line illustrates the relationship between current carrying capacity and size of transistor semiconductor die 210 without modification of the contact pad layout, as shown in FIG. The dashed line illustrates the same relationship between the current carrying capacity of transistor semiconductor die 210 with the improvements discussed above with respect to FIG. This graph assumes a constant rated blocking voltage (eg, 1200V). As illustrated, the improvement in current carrying capacity of transistor semiconductor die 210 is realized regardless of die size. As discussed above, this is due to the increased active area of device region 226.

図20Bは、ソース金属層222の上のゲート金属層218の移動によるトランジスタ半導体ダイ210への通電容量における改良をさらに例示するグラフである。グラフは、(図18に例示されるような改良を伴わないトランジスタ半導体ダイと比較された)通電容量における割合増加と、トランジスタ半導体ダイ210の電流定格との間の関係を例示する。例示されるように、トランジスタ半導体ダイ210の通電容量が増加する割合は、トランジスタ半導体ダイ210の電流定格に対して逆関係を有する。これは、トランジスタ半導体ダイ210の電流定格が増加するにつれて、その全体のサイズも増加するためである。したがって、ソース金属層222の上のゲート金属層218の移動の結果として回収された活性エリアは、デバイスの総活性エリアのより小さな割合を占め、それによって、これらの改良の使用によって見られる通電容量における増加の割合を減らす。図20Bは、本明細書で論じた改良によるデバイス性能の最大の改良が、より低い電流定格で見られることを例示する。 FIG. 20B is a graph further illustrating the improvement in current carrying capacity to the transistor semiconductor die 210 due to movement of the gate metal layer 218 over the source metal layer 222. The graph illustrates the relationship between the percentage increase in current carrying capacity (compared to a transistor semiconductor die without improvements as illustrated in FIG. 18) and the current rating of the transistor semiconductor die 210. As illustrated, the rate at which the current carrying capacity of transistor semiconductor die 210 increases has an inverse relationship to the current rating of transistor semiconductor die 210. This is because as the current rating of transistor semiconductor die 210 increases, its overall size also increases. Therefore, the active area reclaimed as a result of the movement of gate metal layer 218 above source metal layer 222 accounts for a smaller percentage of the total active area of the device, thereby reducing the current carrying capacity seen with the use of these improvements. Reduce the rate of increase in. FIG. 20B illustrates that the greatest improvement in device performance with the improvements discussed herein is seen at lower current ratings.

図20Cは、ソース金属層222の上のゲート金属層218の移動によるトランジスタ半導体ダイ210への通電容量における改良をさらに例示するグラフである。グラフは、(図18に例示されるような改良を伴わないトランジスタ半導体ダイと比較された)通電容量における割合増加と、トランジスタ半導体ダイ210の電圧定格との関係を示す。例示されるように、トランジスタ半導体ダイ210の通電容量が増加する割合は、トランジスタ半導体ダイ210の電圧定格と正の関係を有する。示されたグラフは、トランジスタ半導体ダイ210の一定のサイズを想定する。通電容量における割合増加と電圧定格との関係は、トランジスタ半導体ダイ210の電圧定格が増加するにつれて、縁辺終端領域228のサイズも増加するという事実による。したがって、デバイス領域226のサイズは、ソース金属層222の上のゲート金属層218の移動の結果として回収された活性エリアがデバイスの総活性エリアのより大きな割合を占めるように減少し、それによって、これらの改良の使用によって見られる通電容量における増加する割合をさらに増加させる。図20Cは、所与のチップのサイズに対するデバイス性能の最大の改良が、より高い電圧定格で見られることを例示する。 FIG. 20C is a graph further illustrating the improvement in current carrying capacity to transistor semiconductor die 210 due to movement of gate metal layer 218 over source metal layer 222. The graph shows the percentage increase in current carrying capacity (compared to a transistor semiconductor die without improvements as illustrated in FIG. 18) versus the voltage rating of the transistor semiconductor die 210. As illustrated, the rate at which the current carrying capacity of the transistor semiconductor die 210 increases is positively related to the voltage rating of the transistor semiconductor die 210. The illustrated graph assumes a constant size of transistor semiconductor die 210. The relationship between percentage increase in current carrying capacity and voltage rating is due to the fact that as the voltage rating of transistor semiconductor die 210 increases, the size of edge termination region 228 also increases. Accordingly, the size of device region 226 is reduced such that the active area reclaimed as a result of movement of gate metal layer 218 over source metal layer 222 accounts for a greater proportion of the total active area of the device, thereby The use of these improvements further increases the percentage increase in current carrying capacity seen. FIG. 20C illustrates that the greatest improvement in device performance for a given chip size is seen at higher voltage ratings.

図21は、本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイ210の上から見下ろす図を示す。具体的には、図21は、ゲート金属層218及び追加の誘電層250が除去されたトランジスタ半導体ダイ210を示す。追加の誘電層250の下には、ソース金属層222が露出している。ゲート・ビア・バー220は、図21に示される実施例では依然として存在する。第1の破線箱254は、ゲート金属層218が上に設けられるエリアを例示する。このエリアは、ゲート接点パッド214の境界に対応し、又はゲート接点パッド214の境界を越えて延びてもよい。言い換えれば、ゲート金属層218の全体がゲート接点パッド214のように不動態化層212を通して露出してもよく、ゲート金属層218の一部は、ゲート金属層218の一部のみがゲート接点パッド214を構成するように不動態化層212によって覆われてもよい。図示されるように、ゲート金属層218の一部は、ゲート・ビア・バー220を覆い、したがって、ゲート接点パッド214は、ゲート・ビア・バー220に結合されるゲート電極240に接触することができる。第2の破線箱256A及び第3の破線箱256Bは、ソース接点パッド216のエリアを例示する。ゲート・ビア・バー220はドリフト層236の表面上に依然として位置し、したがってソース金属層222は、ゲート・ビア・バー220を収容する大きさの開口部258を有することが依然として必要とされる。しかしながら、ゲート・ビア・バー220の全体的なサイズは、従来のゲート接点パッドのそれよりもはるかに小さい。したがって、トランジスタ半導体ダイ210のデバイス領域226内の活性エリアのサイズはかなり増加できる。 FIG. 21 shows a top down view of a transistor semiconductor die 210 according to one embodiment of the present disclosure. Specifically, FIG. 21 shows transistor semiconductor die 210 with gate metal layer 218 and additional dielectric layer 250 removed. Underneath the additional dielectric layer 250, a source metal layer 222 is exposed. Gate via bar 220 is still present in the embodiment shown in FIG. A first dashed box 254 illustrates the area over which the gate metal layer 218 is provided. This area may correspond to the boundaries of gate contact pads 214 or may extend beyond the boundaries of gate contact pads 214. In other words, the entire gate metal layer 218 may be exposed through the passivation layer 212, such as the gate contact pad 214, and a portion of the gate metal layer 218 may be exposed through the passivation layer 212, such as the gate contact pad 214. 214 may be covered by a passivation layer 212. As shown, a portion of gate metal layer 218 covers gate via bar 220 such that gate contact pad 214 can contact gate electrode 240 that is coupled to gate via bar 220. can. Second dashed box 256A and third dashed box 256B illustrate the area of source contact pad 216. Gate via bar 220 is still located on the surface of drift layer 236, so source metal layer 222 is still required to have opening 258 sized to accommodate gate via bar 220. However, the overall size of gate via bar 220 is much smaller than that of a conventional gate contact pad. Accordingly, the size of the active area within device region 226 of transistor semiconductor die 210 can be significantly increased.

図22は、本開示の追加の実施例によるトランジスタ半導体ダイ210の上から見下ろす図を示す。具体的には、図22は、ゲート金属層218及び追加の誘電層250が除去されたトランジスタ半導体ダイ210を示す。追加の誘電層250の下には、ソース金属層222が露出している。ゲート・ビア・バー220は、図22に示される実施例では除去され、誘電層246及び追加の誘電層250を通って延びて1つ又は複数の下にあるゲート電極240に接触するいくつかのゲート接点ビア260に置き換えられ、これらは次にドリフト層236の表面上で(例えば、上記で示されたように格子構成において)互いに結合される。第1の破線箱254は、ゲート金属層218が上に設けられるエリアを例示する。図示されるように、ゲート金属層218の一部は、ゲート接点ビア260を覆うので、ゲート接点パッド214をゲート電極240に接続する。第2の破線箱256A及び第3の破線箱256Bは、ソース接点パッド216のエリアを例示する。ゲート接点ビア260は、ゲート・ビア・バー220よりもさらに小さい面積を有してもよい。したがって、ゲート接点パッド214からゲート電極240への接続部を収容するソース金属層222における開口部258の総サイズはさらに小さくすることができ、これによって、トランジスタ半導体ダイ210のデバイス領域226内の活性エリアをさらに大きくできる。 FIG. 22 shows a top down view of a transistor semiconductor die 210 according to additional embodiments of the present disclosure. Specifically, FIG. 22 shows transistor semiconductor die 210 with gate metal layer 218 and additional dielectric layer 250 removed. Underneath the additional dielectric layer 250, a source metal layer 222 is exposed. Gate via bars 220 are removed in the embodiment shown in FIG. Replaced by gate contact vias 260, these are then coupled together on the surface of drift layer 236 (eg, in a lattice configuration as shown above). A first dashed box 254 illustrates the area over which the gate metal layer 218 is provided. As shown, a portion of gate metal layer 218 covers gate contact via 260, thereby connecting gate contact pad 214 to gate electrode 240. Second dashed box 256A and third dashed box 256B illustrate the area of source contact pad 216. Gate contact via 260 may have an even smaller area than gate via bar 220. Therefore, the total size of the opening 258 in the source metal layer 222 that accommodates the connection from the gate contact pad 214 to the gate electrode 240 can be further reduced, thereby allowing active The area can be made even larger.

ゲート接点パッド214と下にあるゲート電極240との間の接続のサイズが減少するにつれて、トランジスタ半導体ダイ210のゲート抵抗が増加することがある。したがって、ゲート接点パッド214、ゲート金属層218のサイズ及び形状、並びにゲート接点ビア260の数及び配置は、図23及び図24に例示されるようにデバイス領域226の活性部分を同時に最大化しながら、トランジスタ半導体ダイ210のゲート抵抗を最小に抑えるように配置できる。図23及び図24では、第1の破線箱254は、ゲート接点ビア260の上のゲート金属層218の配置を表す。ゲート接点パッド214は、上で論じたように、ゲート金属層218の全て又はサブセットに対応してもよい。第2の破線箱256A及び第3の破線箱256Bは、ソース接点パッド216のエリアを再び表す。図23では、第4の破線箱256C及び第5の破線箱256Dは、設けられてもよいソース接点パッド216の追加のエリアを表す。 As the size of the connection between gate contact pad 214 and underlying gate electrode 240 decreases, the gate resistance of transistor semiconductor die 210 may increase. Accordingly, the size and shape of gate contact pad 214, gate metal layer 218, and number and placement of gate contact vias 260 can be adjusted while simultaneously maximizing the active portion of device area 226, as illustrated in FIGS. 23 and 24. The transistor semiconductor die 210 can be arranged to minimize gate resistance. In FIGS. 23 and 24, first dashed box 254 represents the placement of gate metal layer 218 over gate contact via 260. In FIGS. Gate contact pad 214 may correspond to all or a subset of gate metal layer 218, as discussed above. Second dashed box 256A and third dashed box 256B again represent the area of source contact pad 216. In FIG. 23, fourth dashed box 256C and fifth dashed box 256D represent additional areas of source contact pads 216 that may be provided.

トランジスタ半導体ダイ210のデバイス領域226の活性部分を最大化することに加えて、追加の誘電層250も、追加の特徴を提供するために使用されてもよい。したがって、図25は、本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイ210の上から見下ろす図を示す。具体的には、図25は、不動態化層212が除去されたトランジスタ半導体ダイ210を示す。不動態化層212の下には、ゲート接点パッド214及びソース接点パッド216が通して露出される追加の誘電層250がある。これらの接点パッドに加えて、いくつかのセンサ接点パッド262が追加の誘電層250上に設けられる。センサ接点パッド262は、上述した埋込みセンサ素子22などのセンサ264に結合される。センサ264は任意の型のセンサ(例えば、温度センサ、歪みセンサ、又は電流センサ)であってもよい。センサ264はまた、追加の誘電層250の表面上に位置してもよく、又は誘電層246上、ドリフト層236上、若しくはドリフト層236内など、層スタックのさらに下に位置してもよい。センサ264がドリフト層236に位置する場合、デバイス領域226の総活性エリアを損なうことがある。しかしながら、センサ264は、全体的に、デバイス領域226のサイズと比較して非常に小さく、したがって、ドリフト層236にセンサを有することは、デバイス領域226の活性エリアのわずかな低減しかもたらさない場合がある。全体的に、センサ接点パッド262は、センサ264自体よりもはるかに大きく、センサ接点パッド262はソース金属層222の上方に位置することができるので、デバイス領域226の活性エリアは、トランジスタ半導体ダイ210内への1つ又は複数のセンサの導入による影響は最小限である。センサ接点パッド262は、いくつかの実施例では、ゲート金属層218と同じ金属化層によって(即ち、同じ金属化ステップにおいて)形成されてもよい。 In addition to maximizing the active portion of device area 226 of transistor semiconductor die 210, additional dielectric layers 250 may also be used to provide additional features. Accordingly, FIG. 25 depicts a top down view of a transistor semiconductor die 210 according to one embodiment of the present disclosure. Specifically, FIG. 25 shows transistor semiconductor die 210 with passivation layer 212 removed. Beneath the passivation layer 212 is an additional dielectric layer 250 through which the gate contact pad 214 and source contact pad 216 are exposed. In addition to these contact pads, several sensor contact pads 262 are provided on the additional dielectric layer 250. Sensor contact pad 262 is coupled to a sensor 264, such as the embedded sensor element 22 described above. Sensor 264 may be any type of sensor (eg, a temperature sensor, a strain sensor, or a current sensor). Sensor 264 may also be located on the surface of additional dielectric layer 250 or further down the layer stack, such as on dielectric layer 246, on drift layer 236, or within drift layer 236. If sensor 264 is located in drift layer 236, it may compromise the total active area of device region 226. However, the sensor 264 is overall very small compared to the size of the device region 226, so having the sensor in the drift layer 236 may result in only a slight reduction in the active area of the device region 226. be. Overall, the sensor contact pad 262 is much larger than the sensor 264 itself, and because the sensor contact pad 262 can be located above the source metal layer 222, the active area of the device region 226 is much larger than the sensor 264 itself. The impact of introducing one or more sensors within is minimal. Sensor contact pad 262 may be formed by the same metallization layer (ie, in the same metallization step) as gate metal layer 218 in some examples.

図26は、本開示の一実施例によるトランジスタ半導体ダイ210の断面図を示す。図26に示されたトランジスタ半導体ダイ210は、センサ接点パッド262が追加の誘電層250の表面に示されることを除いて、図19に示されるものと実質的に類似している。センサ264は図26には示されていないが、センサ264は追加の誘電層250上のセンサ接点パッド262の後ろに位置してもよい。 FIG. 26 illustrates a cross-sectional view of a transistor semiconductor die 210 according to one embodiment of the present disclosure. The transistor semiconductor die 210 shown in FIG. 26 is substantially similar to that shown in FIG. 19, except that sensor contact pads 262 are shown on the surface of the additional dielectric layer 250. Although sensor 264 is not shown in FIG. 26, sensor 264 may be located behind sensor contact pads 262 on additional dielectric layer 250.

図27は、本開示の追加の実施例によるトランジスタ半導体ダイ210の断面図を示す。図27に示されるトランジスタ半導体ダイ210は、センサ接点パッド262がセンサ接点ビア266によって、ドリフト層236に位置するセンサ264に結合されることを除いて、図26に示されるものと実質的に類似している。センサ264は、センサ264が任意の型の半導体デバイスであることができるように、ドリフト層236に1つ又は複数の注入領域を含んでもよい。センサ264は、温度、歪み、電流、電圧、又は任意の他の所望のパラメータを測定するために使用されてもよい。上で論じたように、センサ接点パッド262は、センサ264及びセンサ接点ビア266よりも、実装するために、より大きな面積を全体的に必要とする。センサ接点パッド262がソース金属層222と少なくとも部分的に重なるように、追加の誘電層250上にセンサ接点パッド262を設けることにより、デバイス領域226の活性エリア上のトランジスタ半導体ダイ210にセンサ264を設けることの影響を低減する。センサ264がドリフト層236に示されるが、センサ264は、ドリフト層236の上方又は下方の任意の場所に位置し、本開示の原理から逸脱することなく、任意数のビア及び介在する金属層を使って結合されてもよい。 FIG. 27 shows a cross-sectional view of a transistor semiconductor die 210 according to additional embodiments of the present disclosure. The transistor semiconductor die 210 shown in FIG. 27 is substantially similar to that shown in FIG. are doing. Sensor 264 may include one or more implanted regions in drift layer 236 such that sensor 264 can be any type of semiconductor device. Sensor 264 may be used to measure temperature, strain, current, voltage, or any other desired parameter. As discussed above, sensor contact pads 262 require a larger overall area to implement than sensors 264 and sensor contact vias 266. Sensor 264 is attached to transistor semiconductor die 210 over the active area of device region 226 by providing sensor contact pad 262 on additional dielectric layer 250 such that sensor contact pad 262 at least partially overlaps source metal layer 222. Reduce the impact of providing Although a sensor 264 is shown in drift layer 236, sensor 264 may be located anywhere above or below drift layer 236 and may include any number of vias and intervening metal layers without departing from the principles of this disclosure. May be combined using

図28は、本開示の追加の実施例によるトランジスタ半導体ダイ210の断面図を示す。トランジスタ半導体ダイ210は、誘電層246と追加の誘電層250との間に第1の介在層268A、及び追加の誘電層250とゲート金属層218との間に第2の介在層268Bをさらに含むことを除いて、図19に示されるものと実質的に類似している。第1の介在層268A及び第2の介在層268Bは、誘電層246、追加の誘電層250、ゲート金属層218、及びソース金属層222との間の化学的相互作用を低減できる。これは、追加の誘電層250が良好な誘電性のために緻密化アニールを必要とする場合があるので、重要である。第1の介在層268A及び第2の介在層268Bは、Si、Al、AlN、SiO、同じ、又は任意の他の適切な材料の様々な層を含んでもよい。上で論じたように、誘電層246及び追加の誘電層250は、SiO、又は任意の他の適切な材料を含んでもよい。図示されるように、第2の介在層268Bは、1つ又は複数のビア252のための開口部が作られた後に設けられてもよい。したがって、第2の介在層268Bは、第2の介在層268Bが、1つ又は複数のビア252、誘電層246、及び追加の誘電層250の金属間の化学的相互作用を低減するように、1つ又は複数のビア252の縁辺に沿って設けられてもよい。1つ又は複数のビア252は、ゲート金属層218と同じ又は異なる単一の導電性金属を含んでもよく、又は、1つ又は複数のビア252の壁に沿って化学的又は拡散障壁層を形成するために必要に応じて異なる金属のスタックを含んでもよい。 FIG. 28 shows a cross-sectional view of a transistor semiconductor die 210 according to additional embodiments of the present disclosure. Transistor semiconductor die 210 further includes a first intervening layer 268A between dielectric layer 246 and additional dielectric layer 250 and a second intervening layer 268B between additional dielectric layer 250 and gate metal layer 218. It is substantially similar to that shown in FIG. 19, except that. First intervening layer 268A and second intervening layer 268B can reduce chemical interactions between dielectric layer 246, additional dielectric layer 250, gate metal layer 218, and source metal layer 222. This is important because the additional dielectric layer 250 may require a densification anneal for good dielectric properties. The first intervening layer 268A and the second intervening layer 268B may include various layers of Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , AlN, SiO 2 , the same, or any other suitable material. As discussed above, dielectric layer 246 and additional dielectric layer 250 may include SiO 2 or any other suitable material. As shown, second intervening layer 268B may be provided after the openings for one or more vias 252 are created. Accordingly, the second intervening layer 268B is configured such that the second intervening layer 268B reduces chemical interactions between the metals of the one or more vias 252, the dielectric layer 246, and the additional dielectric layer 250. One or more vias 252 may be provided along the edges. One or more vias 252 may include a single conductive metal, the same or different than gate metal layer 218, or form a chemical or diffusion barrier layer along the walls of one or more vias 252. Stacks of different metals may be included as needed to achieve this.

図28は、ゲート金属層218の上に不動態化層212も示す。不動態化層212は、周囲の環境からトランジスタ半導体ダイ210を保護できる。不動態化層212は、Si、Al、SiO、同じ、又は任意の他の適切な材料の交互の層を含んでもよい。 FIG. 28 also shows a passivation layer 212 over the gate metal layer 218. Passivation layer 212 can protect transistor semiconductor die 210 from the surrounding environment. Passivation layer 212 may include alternating layers of Si 2 N 4 , Al 2 O 3 , SiO 2 , the same, or any other suitable material.

トランジスタ半導体ダイ210は、順方向伝導動作モードで少なくとも0.5Aを伝導し、阻止動作モードで少なくとも100Vを阻止するように構成されたパワー半導体ダイであってもよい。様々な実施例では、トランジスタ半導体ダイ210は、順方向伝導動作モードにおいて、少なくとも1.0A、少なくとも2.0A、少なくとも3.0A、少なくとも4.0A、少なくとも5.0A、少なくとも6.0A、少なくとも7.0A、少なくとも8.0A、少なくとも9.0A、及び少なくとも10.0Aを伝導するように構成されてもよい。トランジスタ半導体ダイ210は、阻止動作モードにおいて、少なくとも250V、少なくとも500V、少なくとも750V、少なくとも1kV、少なくとも1.5kV、及び少なくとも2.0kVを阻止するように構成されてもよい。同じパラメータが上で論じた半導体ダイ10に適用される。 Transistor semiconductor die 210 may be a power semiconductor die configured to conduct at least 0.5A in a forward conducting mode of operation and blocking at least 100V in a blocking mode of operation. In various embodiments, the transistor semiconductor die 210 has a current of at least 1.0 A, at least 2.0 A, at least 3.0 A, at least 4.0 A, at least 5.0 A, at least 6.0 A, at least It may be configured to conduct 7.0A, at least 8.0A, at least 9.0A, and at least 10.0A. Transistor semiconductor die 210 may be configured to block at least 250V, at least 500V, at least 750V, at least 1 kV, at least 1.5 kV, and at least 2.0 kV in the blocking mode of operation. The same parameters apply to semiconductor die 10 discussed above.

前述の態様のいずれか、及び/又は本明細書に説明されるような様々な別個の態様及び特徴が、さらなる利点のために組み合わされてもよいことが企図される。本明細書に開示されるような様々な実施例のいずれも、本明細書に反して示されない限り、1つ又は複数の他の開示された実施例と組み合わされてもよい。 It is contemplated that any of the foregoing aspects and/or the various separate aspects and features as described herein may be combined for further advantages. Any of the various embodiments as disclosed herein may be combined with one or more other disclosed embodiments unless indicated to the contrary herein.

当業者であれば、本開示の好ましい実施例に対する改良及び修正を認識する。そのような改良及び修正の全ては、本明細書に開示される概念及びそれに続く特許請求項の範囲内で考慮される。 Those skilled in the art will recognize improvements and modifications to the preferred embodiments of this disclosure. All such improvements and modifications are considered within the scope of the concepts disclosed herein and the claims that follow.

Claims (58)

ワイド・バンドギャップ半導体材料を含むドリフト層、及び
埋込みセンサ素子を備える、半導体デバイス。
A semiconductor device comprising: a drift layer comprising a wide bandgap semiconductor material; and an embedded sensor element.
前記埋込みセンサ素子は温度感知素子である、請求項1に記載の半導体デバイス。 2. The semiconductor device of claim 1, wherein the embedded sensor element is a temperature sensing element. 前記ドリフト層と前記埋込みセンサ素子との間に絶縁層をさらに備える、請求項2に記載の半導体デバイス。 3. The semiconductor device of claim 2, further comprising an insulating layer between the drift layer and the embedded sensor element. 前記ドリフト層と前記埋込みセンサ素子との間に遮蔽ウェルをさらに備え、前記遮蔽ウェルは、前記ドリフト層のドーピング型とは反対であるドーピング型を有する、請求項3に記載の半導体デバイス。 4. The semiconductor device of claim 3, further comprising a shielding well between the drift layer and the embedded sensor element, the shielding well having a doping type that is opposite to a doping type of the drift layer. 前記遮蔽ウェルは、前記ドリフト層において注入領域である、請求項4に記載の半導体デバイス。 5. The semiconductor device of claim 4, wherein the shielding well is an implant region in the drift layer. 前記遮蔽ウェルと電気的に接触している第1の接点、及び
前記遮蔽ウェルと電気的に接触している第2の接点をさらに備え、前記埋込みセンサ素子は前記第1の接点と前記第2の接点との間にある、請求項5に記載の半導体デバイス。
further comprising: a first contact in electrical contact with the shield well; and a second contact in electrical contact with the shield well, the embedded sensor element being in contact with the first contact and the second contact. 6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the semiconductor device is between a contact point of the semiconductor device.
第1の接点ウェルであって、
前記第1の接点ウェルは前記遮蔽ウェルにおいて注入領域であり、
前記第1の接点ウェルは前記遮蔽ウェルと同じドーピング型を有し、前記遮蔽ウェルのドーピング濃度よりも大きいドーピング濃度を有し、
前記第1の接点は、前記第1の接点ウェルを介して前記遮蔽ウェルと電気的に接触している、前記第1の接点ウェル、及び
第2の接点ウェルであって、
前記第2の接点ウェルは前記遮蔽ウェルにおいて注入領域であり、
前記第2の接点ウェルは前記遮蔽ウェルと同じドーピング型を有し、前記遮蔽ウェルのドーピング濃度よりも大きいドーピング濃度を有し、
前記第2の接点は、前記第2の接点ウェルを介して前記遮蔽ウェルと電気的に接触している、前記第2の接点ウェル、をさらに備える、請求項6に記載の半導体デバイス。
a first contact well,
the first contact well is an implant region in the shield well;
the first contact well has the same doping type as the shield well and has a doping concentration greater than the doping concentration of the shield well;
The first contact is in electrical contact with the shield well through the first contact well, and the first contact well and the second contact well,
the second contact well is an implant region in the shield well;
the second contact well has the same doping type as the shield well and has a doping concentration greater than the doping concentration of the shield well;
7. The semiconductor device of claim 6, wherein the second contact further comprises a second contact well in electrical contact with the shield well via the second contact well.
前記第1の接点及び前記第2の接点は固定電位へ電気的に結合される、請求項6に記載の半導体デバイス。 7. The semiconductor device of claim 6, wherein the first contact and the second contact are electrically coupled to a fixed potential. 前記第1の接点と前記第2の接点との間の距離は200μm以下である、請求項6に記載の半導体デバイス。 7. The semiconductor device according to claim 6, wherein a distance between the first contact and the second contact is 200 μm or less. 前記第1の接点と前記第2の接点との間の前記距離は100μm以下である、請求項9に記載の半導体デバイス。 10. The semiconductor device of claim 9, wherein the distance between the first contact and the second contact is 100 μm or less. 前記第1の接点と前記第2の接点との間の前記距離は50μm以下である、請求項10に記載の半導体デバイス。 11. The semiconductor device of claim 10, wherein the distance between the first contact and the second contact is 50 μm or less. 前記第1の接点と前記第2の接点との間の前記距離は少なくとも5μmである、請求項11に記載の半導体デバイス。 12. The semiconductor device of claim 11, wherein the distance between the first contact and the second contact is at least 5 μm. ノイズ低減ウェルをさらに備え、
前記ノイズ低減ウェルは、前記遮蔽ウェルのドーピング型とは反対であるドーピング型を有し、
前記ノイズ低減ウェルは前記ノイズ低減ウェルの少なくとも一部によって前記ドリフト層から離され、
前記第1の接点及び第2の接点は前記ノイズ低減ウェルと電気的に接触している、請求項6に記載の半導体デバイス。
Additionally equipped with a noise reduction well,
the noise reduction well has a doping type that is opposite to the doping type of the shielding well;
the noise reduction well is separated from the drift layer by at least a portion of the noise reduction well;
7. The semiconductor device of claim 6, wherein the first contact and second contact are in electrical contact with the noise reduction well.
前記ドリフト層と前記埋込みセンサ素子との間に追加の機能層及び追加の絶縁層をさらに備え、前記絶縁層は前記ドリフト層上にあり、前記追加の機能層は前記絶縁層上にあり、前記追加の絶縁層は前記追加の機能層上にあり、前記埋込みセンサ素子は前記追加の絶縁層上にある、請求項4に記載の半導体デバイス。 further comprising an additional functional layer and an additional insulating layer between the drift layer and the embedded sensor element, the insulating layer being on the drift layer, the additional functional layer being on the insulating layer, and the 5. The semiconductor device of claim 4, wherein an additional insulating layer is on the additional functional layer and the embedded sensor element is on the additional insulating layer. 前記追加の機能層はポリシリコンを含む、請求項14に記載の半導体デバイス。 15. The semiconductor device of claim 14, wherein the additional functional layer comprises polysilicon. 前記追加の機能層は、少なくとも部分的に金属化され、及び、少なくとも部分的にケイ化されるのうちのいずれかであるポリシリコンを含む、請求項14に記載の半導体デバイス。 15. The semiconductor device of claim 14, wherein the additional functional layer comprises polysilicon that is one of at least partially metallized and at least partially silicided. 前記追加の絶縁層上に集中抵抗素子をさらに備える、請求項14に記載の半導体デバイス。 15. The semiconductor device of claim 14, further comprising a lumped resistance element on the additional insulating layer. 前記半導体デバイスは活性エリアを含み、
前記活性エリアは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を設けるように構成された1つ又は複数の注入領域を含み、
前記集中抵抗素子は前記MOSFETのゲートへ結合される、請求項17に記載の半導体デバイス。
The semiconductor device includes an active area;
the active area includes one or more implant regions configured to provide a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET);
18. The semiconductor device of claim 17, wherein the lumped resistance element is coupled to a gate of the MOSFET.
ノイズ低減ウェルをさらに備え、
前記ノイズ低減ウェルは、前記遮蔽ウェルのドーピング型とは反対であるドーピング型を有し、
前記ノイズ低減ウェルは、前記ノイズ低減ウェルの少なくとも一部によって前記ドリフト層から離され、
前記第1の接点及び前記第2の接点は、前記ノイズ低減ウェルと電気的に接触している、請求項14に記載の半導体デバイス。
Additionally equipped with a noise reduction well,
the noise reduction well has a doping type that is opposite to the doping type of the shielding well;
the noise reduction well is separated from the drift layer by at least a portion of the noise reduction well;
15. The semiconductor device of claim 14, wherein the first contact and the second contact are in electrical contact with the noise reduction well.
活性エリアをさらに備え、前記活性エリアは、スイッチング・パワー半導体デバイスを設けるように構成された1つ又は複数の注入領域を含む、請求項3に記載の半導体デバイス。 4. The semiconductor device of claim 3, further comprising an active area, the active area including one or more implant regions configured to provide a switching power semiconductor device. 前記スイッチング・パワー半導体デバイスは金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)である、請求項20に記載の半導体デバイス。 21. The semiconductor device of claim 20, wherein the switching power semiconductor device is a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET). 前記MOSFETは縦型MOSFETである、請求項21に記載の半導体デバイス。 22. The semiconductor device of claim 21, wherein the MOSFET is a vertical MOSFET. 前記スイッチング・パワー半導体デバイスは、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ(IGBT)、及びサイリスタのうちの1つである、請求項20に記載の半導体デバイス。 21. The semiconductor device of claim 20, wherein the switching power semiconductor device is one of a bipolar junction transistor (BJT), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), and a thyristor. 前記ワイド・バンドギャップ半導体材料は炭化ケイ素を含む、請求項20に記載の半導体デバイス。 21. The semiconductor device of claim 20, wherein the wide bandgap semiconductor material comprises silicon carbide. 前記ワイド・バンドギャップ半導体材料は、窒化ガリウム、酸化ガリウム、及び酸化亜鉛のうちの1つを含む、請求項20に記載の半導体デバイス。 21. The semiconductor device of claim 20, wherein the wide bandgap semiconductor material includes one of gallium nitride, gallium oxide, and zinc oxide. 金属間誘電層、
センサ接点パッドが前記第1の接点及び前記第2の接点のうちの1つと少なくとも部分的に重なるように前記金属間誘電層上にある前記センサ接点パッドであって、前記金属間誘電層の一部によって前記第1の接点及び前記第2の接点から電気的に分離された前記センサ接点パッド、及び
ビアが前記センサ接点パッドを前記埋込みセンサ素子に電気的に結合するように前記金属間誘電層を通る前記ビア、をさらに備える請求項7に記載の半導体デバイス。
intermetal dielectric layer,
the sensor contact pad on the intermetal dielectric layer such that the sensor contact pad at least partially overlaps one of the first contact and the second contact; the sensor contact pad electrically isolated from the first contact and the second contact by a portion; and the intermetal dielectric layer such that a via electrically couples the sensor contact pad to the embedded sensor element. 8. The semiconductor device of claim 7, further comprising: the via extending through the via.
前記埋込みセンサ素子はダイオードである、請求項3に記載の半導体デバイス。 4. The semiconductor device of claim 3, wherein the embedded sensor element is a diode. ドリフト層を設け、前記ドリフト層はワイド・バンドギャップ半導体材料を含み、
埋込みセンサ素子を設けることを含む、半導体デバイスを製造する方法。
a drift layer is provided, the drift layer comprising a wide bandgap semiconductor material;
A method of manufacturing a semiconductor device comprising providing an embedded sensor element.
前記埋込みセンサ素子は温度感知素子である、請求項28に記載の方法。 29. The method of claim 28, wherein the embedded sensor element is a temperature sensing element. 前記ドリフト層と前記埋込みセンサ素子との間に絶縁層を設けることをさらに含む、請求項29に記載の方法。 30. The method of claim 29, further comprising providing an insulating layer between the drift layer and the embedded sensor element. 前記ドリフト層と前記埋込みセンサ素子との間に遮蔽ウェルを設けることをさらに含み、前記遮蔽ウェルは、前記ドリフト層のドーピング型とは反対であるドーピング型を有する、請求項29に記載の方法。 30. The method of claim 29, further comprising providing a shielding well between the drift layer and the embedded sensor element, the shielding well having a doping type that is opposite to a doping type of the drift layer. 前記遮蔽ウェルを設けることは、前記遮蔽ウェルを前記ドリフト層に注入することを含む、請求項31に記載の方法。 32. The method of claim 31, wherein providing the shield well includes implanting the shield well into the drift layer. 前記遮蔽ウェルと電気的に接触する第1の接点を設けて、
埋め込まれた前記温度感知素子が前記第1の接点と前記第2の接点との間にあるように前記遮蔽ウェルと電気的に接触する第2の接点を設けることをさらに含む、請求項32に記載の方法。
providing a first contact in electrical contact with the shielding well;
33. The method of claim 32, further comprising providing a second contact in electrical contact with the shielding well such that the embedded temperature sensing element is between the first contact and the second contact. Method described.
第1の接点ウェルであって、
前記第1の接点ウェルは前記遮蔽ウェルにおいて注入領域であり、
前記第1の接点ウェルは前記遮蔽ウェルと同じドーピング型を有し、前記遮蔽ウェルのドーピング濃度よりも大きいドーピング濃度を有し、
前記第1の接点は、前記第1の接点ウェルを介して前記遮蔽ウェルと電気的に接触している、前記第1の接点ウェルを設け、
第2の接点ウェルであって、
前記第2の接点ウェルは前記遮蔽ウェルにおいて注入領域であり、
前記第2の接点ウェルは前記遮蔽ウェルと同じドーピング濃度を有し、前記遮蔽ウェルのドーピング濃度よりも大きいドーピング濃度を有し、
前記第2の接点は、前記第2の接点ウェルを介して前記遮蔽ウェルと電気的に接触している、前記第2の接点ウェルを設けることをさらに含む、請求項33に記載の方法。
a first contact well,
the first contact well is an implant region in the shield well;
the first contact well has the same doping type as the shield well and has a doping concentration greater than the doping concentration of the shield well;
the first contact is in electrical contact with the shield well through the first contact well;
a second contact well,
the second contact well is an implant region in the shield well;
the second contact well has the same doping concentration as the shield well and has a doping concentration greater than the doping concentration of the shield well;
34. The method of claim 33, further comprising providing the second contact well, wherein the second contact is in electrical contact with the shield well through the second contact well.
前記第1の接点及び前記第2の接点は固定電位へ電気的に結合される、請求項33に記載の方法。 34. The method of claim 33, wherein the first contact and the second contact are electrically coupled to a fixed potential. 前記第1の接点及び前記第2の接点は、前記第1の接点と前記第2の接点との間の距離が200μm未満となるように設けられる、請求項33に記載の方法。 34. The method of claim 33, wherein the first contact and the second contact are provided such that the distance between the first contact and the second contact is less than 200 [mu]m. 前記第1の接点及び前記第2の接点は、前記第1の接点と前記第2の接点との間の前記距離が100μm未満となるように設けられる、請求項36に記載の方法。 37. The method of claim 36, wherein the first contact and the second contact are provided such that the distance between the first contact and the second contact is less than 100 μm. 前記第1の接点及び前記第2の接点は、前記第1の接点と前記第2の接点との間の前記距離が50μm未満となるように設けられる、請求項37に記載の方法。 38. The method of claim 37, wherein the first contact and the second contact are provided such that the distance between the first contact and the second contact is less than 50 μm. 前記第1の接点及び前記第2の接点は、前記第1の接点と前記第2の接点との間の前記距離が少なくとも5μmとなるように設けられる、請求項38に記載の方法。 39. The method of claim 38, wherein the first contact and the second contact are provided such that the distance between the first contact and the second contact is at least 5 μm. ノイズ低減ウェルを設けることをさらに含み、
前記ノイズ低減ウェルは、前記遮蔽ウェルのドーピング型とは反対であるドーピング型を有し、
前記ノイズ低減ウェルは前記ノイズ低減ウェルの少なくとも一部によって前記ドリフト層から離され、
前記第1の接点及び第2の接点は前記ノイズ低減ウェルと電気的に接触している、請求項33に記載の方法。
further comprising providing a noise reduction well;
the noise reduction well has a doping type that is opposite to the doping type of the shielding well;
the noise reduction well is separated from the drift layer by at least a portion of the noise reduction well;
34. The method of claim 33, wherein the first contact and second contact are in electrical contact with the noise reduction well.
前記ドリフト層と前記埋込みセンサ素子との間に追加の機能層及び追加の絶縁層を設けることをさらに備え、前記絶縁層は前記ドリフト層上にあり、前記追加の機能層は前記絶縁層上にあり、前記追加の絶縁層は前記追加の機能層上にあり、前記埋込みセンサ素子は前記追加の絶縁層上にある、請求項40に記載の方法。 further comprising providing an additional functional layer and an additional insulating layer between the drift layer and the embedded sensor element, the insulating layer being on the drift layer, and the additional functional layer being on the insulating layer. 41. The method of claim 40, wherein the additional insulating layer is on the additional functional layer and the embedded sensor element is on the additional insulating layer. 前記追加の機能層はポリシリコンを含む、請求項41に記載の方法。 42. The method of claim 41, wherein the additional functional layer comprises polysilicon. 前記追加の機能層は、少なくとも部分的に金属化され、及び、少なくとも部分的にケイ化されるのうちのいずれかであるポリシリコンを含む、請求項41に記載の方法。 42. The method of claim 41, wherein the additional functional layer comprises polysilicon that is one of at least partially metallized and at least partially silicided. 前記追加の絶縁層上に集中抵抗素子を設けることをさらに備える、請求項41に記載の方法。 42. The method of claim 41, further comprising providing a lumped resistive element on the additional insulating layer. 1つ又は複数の注入領域が金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を設けるように、前記活性エリアに前記1つ又は複数の注入領域を設けることをさらに含み、前記集中抵抗素子は前記MOSFETのゲートへ結合される、請求項44に記載の方法。 further comprising providing the active area with the one or more implant regions such that the one or more implant regions provide a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), wherein the lumped resistance element is a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET). 45. The method of claim 44, wherein the method is coupled to a gate. ノイズ低減ウェルを設けることをさらに含み、
前記ノイズ低減ウェルは、前記遮蔽ウェルのドーピング型とは反対であるドーピング型を有し、
前記ノイズ低減ウェルは、前記ノイズ低減ウェルの少なくとも一部によって前記ドリフト層から離され、
前記第1の接点及び前記第2の接点は、前記ノイズ低減ウェルと電気的に接触している、請求項41に記載の方法。
further comprising providing a noise reduction well;
the noise reduction well has a doping type that is opposite to the doping type of the shielding well;
the noise reduction well is separated from the drift layer by at least a portion of the noise reduction well;
42. The method of claim 41, wherein the first contact and the second contact are in electrical contact with the noise reduction well.
1つ又は複数の注入領域がスイッチング・パワー半導体デバイスを設けるように構成されるように、前記ドリフト層の活性エリアに前記1つ又は複数の注入領域を設けることをさらに含む、請求項29に記載の方法。 30. The method of claim 29, further comprising providing the one or more implant regions in an active area of the drift layer such that the one or more implant regions are configured to provide a switching power semiconductor device. the method of. 前記スイッチング・パワー半導体デバイスは金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)である、請求項47に記載の方法。 48. The method of claim 47, wherein the switching power semiconductor device is a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET). 前記MOSFETは縦型MOSFETである、請求項48に記載の方法。 49. The method of claim 48, wherein the MOSFET is a vertical MOSFET. 前記スイッチング・パワー半導体デバイスは、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ(IGBT)、及びサイリスタのうちの1つである、請求項47に記載の方法。 48. The method of claim 47, wherein the switching power semiconductor device is one of a bipolar junction transistor (BJT), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), and a thyristor. 前記ワイド・バンドギャップ半導体材料は炭化ケイ素を含む、請求項47に記載の方法。 48. The method of claim 47, wherein the wide bandgap semiconductor material comprises silicon carbide. 前記ワイド・バンドギャップ半導体材料は、窒化ガリウム、酸化ガリウム、及び酸化亜鉛のうちの1つを含む、請求項47に記載の方法。 48. The method of claim 47, wherein the wide bandgap semiconductor material includes one of gallium nitride, gallium oxide, and zinc oxide. 前記埋込みセンサ素子はダイオードである、請求項29に記載の方法。 30. The method of claim 29, wherein the embedded sensor element is a diode. 基板、
前記基板上のドリフト層、
前記ドリフト層上の絶縁層、
前記絶縁層上の第1の機能層、
前記第1の機能層上の追加の絶縁層、及び
前記追加の絶縁層上の集中抵抗素子を備える、半導体デバイス。
substrate,
a drift layer on the substrate;
an insulating layer on the drift layer;
a first functional layer on the insulating layer;
A semiconductor device comprising: an additional insulating layer on the first functional layer; and a lumped resistance element on the additional insulating layer.
前記第1の機能層はポリシリコンを含む、請求項54に記載の半導体デバイス。 55. The semiconductor device of claim 54, wherein the first functional layer comprises polysilicon. 前記第1の機能層は、部分的に金属化され、及び、部分的にケイ化されるのいずれかであったポリシリコンを含む、請求項55に記載の半導体デバイス。 56. The semiconductor device of claim 55, wherein the first functional layer comprises polysilicon that is one of partially metallized and partially silicided. 前記半導体デバイスは、前記ドリフト層に1つ又は複数の注入領域を含む活性エリアを備え、前記1つ又は複数の注入領域は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)を設けるように構成され、前記集中抵抗素子は前記MOSFETのゲートへ結合される、請求項56に記載の半導体デバイス。 The semiconductor device includes an active area including one or more implant regions in the drift layer, the one or more implant regions configured to provide a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET); 57. The semiconductor device of claim 56, wherein the lumped resistance element is coupled to a gate of the MOSFET. 前記第1の機能層は前記MOSFETのゲート電極を設ける、請求項57に記載の半導体デバイス。 58. The semiconductor device of claim 57, wherein the first functional layer provides a gate electrode of the MOSFET.
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