[实用新型]半导体元件及半导体装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体元件。特别涉及碳化硅半导体元件(功率半导体器件)。

背景技术

碳化硅(silicon carbide：SiC)与硅(Si)相比是带隙大的高硬度半导体材料，被应用于功率元件、耐环境元件、高温工作元件、高频元件等各种半导体装置。其中，对半导体元件或整流元件等功率元件的应用备受关注。采用了SiC的功率元件与Si功率元件相比，其优点在于可大幅度降低功耗。另外，SiC功率元件能灵活运用这种特性，与Si功率元件相比，能够实现更小型的半导体装置。

采用了SiC的功率元件中的代表性半导体元件为金属-绝缘体-半导体场效应晶体管(Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistor：MISFET)。下面，有时将SiC的MISFET简称为“SiC-FET”。金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor：MOSFET)是MISFET的一种。

当SiC的pn结中流过正向电流时，因基板底面错位而导致层叠缺陷增大的SiC固有的问题。在将SiC-FET作为开关元件而例如使用于对电机等负载进行驱动控制的电力转换器等的情况下，会产生这种问题。在作为电力转换器的开关元件而使用SiC-FET的情况下，有时在SiC-FET处于截止状态时流过“回流电流”。作为该回流电流的路径，有时会利用存在于SiC-FET内的pn结。由于这种pn结存在于构成SiC-FET的半导体元件的内部并起到二极管的功能，因此被称为“体二极管(body-diode)”。若将存在于SiC-FET内的pn结二极管(体二极管)用作回流二极管，则在作为pn结的体二极管中电流沿正向流动。若这种电流流经SiC的pn结，则认为因体二极管的双极性动作会促使SiC-FET的晶体劣化(pn结中的层叠缺陷增大)(例如，专利文献1、非专利文献1、2)。

若促使SiC-FET的晶体劣化，则体二极管的导通电压会上升。另外，若将体二极管用作回流二极管，则因pn结二极管的双极性动作而导致二极管从导通状态过渡为截止状态时，流过反向恢复电流。反向恢复电流会导致产生恢复损耗，也会导致开关速度的降低。

为解决将体二极管用作回流二极管而产生的这种问题，提出了将作为电子部件的回流二极管元件与SiC-FET反并联连接，使回流电流流过回流二极管元件(例如，专利文献2)。

专利文献1：JP特开2008-17237号公报

专利文献2：JP特开2002-299625号公报

非专利文献1：荒井和雄、吉田貞史  共編、SiC素子の基礎と応用(SiC元件的基础与应用)(オ一ム社、2003、P206)

非专利文献2：Materials Science Forum Vols.389-393(2002)pp.1259-1264

专利文献2公开的SiC半导体装置使用SiC的SBD作为“回流二极管元件”。SBD的上升沿电压比SiC-FET的体二极管低。因此，在回流电流小时由于回流电流流过SBD，所以在体二极管中不会流过回流电流。

然而，若将SiC的SBD用作回流二极管元件，则由于碳化硅半导体材料仍是高价，因而SiC的SBD也是高价，导致电路成本增加。进而，若将专利文献2的SiC-FET用作电力转换器，则还存在如下问题：在体二极管中流过了回流电流的情况下，SiC-FET的耐压劣化等故障率上升，由此成为可靠性低的电力转换器。另外，由于部件数增加与SiC-SBD搭载量相对应的量，因此电力转换器也相应变大，从而违背了希望实现小型化、轻量化的电力转换器的要求。

发明内容

本实用新型为了解决上述现有技术的课题中的至少一个，提供一种可通过抑制SiC半导体装置的晶体劣化的进程来确保高可靠性的SiC半导体元件。

本实用新型是一种半导体元件，具备：

第1导电型的半导体基板；

第1导电型的第1碳化硅半导体层，位于所述半导体基板的主面上；

第2导电型的体区域，与所述第1碳化硅半导体层的表面相接，且位于所述第1碳化硅半导体层内；

第1导电型的杂质区域，位于所述体区域内；

第1导电型的第2碳化硅半导体层，与所述体区域及所述杂质区域相接，且配置于所述第1碳化硅半导体层的表面；

所述第2碳化硅半导体层上的栅绝缘膜；

所述栅绝缘膜上的栅电极；