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功率 半导体装置、功率半导体装置的制造方法以及 马达驱动装置

阅读：963发布：2021-12-02

专利汇可以提供功率半导体装置、功率半导体装置的制造方法以及马达驱动装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且驱动马达的逆变器(14)包括多个功率半导体装置(41～46)。多个功率半导体装置(41～46)包括电连接在IGBT元件的集电极一发射极之间的电阻。多个功率半导体装置(41～46)中的每一个用于构成逆变器(14)的U相桥臂(15)、V相桥臂(16)、以及W相桥臂(17)中的一个。由此，由于在逆变器(14)中内置有放电电阻，因此可以不另外准备放电电阻。因此，能够消减马达驱动装置的部件数量并降低作业工时。，下面是功率半导体装置、功率半导体装置的制造方法以及马达驱动装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种功率半导体装置，包括：
第一和第二主电极，分别形成在半导体衬底的第一和第二主面上；
功率半导体元件，形成在所述半导体衬底上，并与所述第一和第二主电极电连接；以及电阻元件，形成在所述半导体衬底上，并与所述功率半导体元件并联地与所述第一和第二主电极电连接；
其中，
所述功率半导体元件包括第一控制电极，所述第一控制电极构成为根据第一控制电压来控制在所述第一和第二主电极之间流动的电流，
所述功率半导体元件为绝缘栅双极晶体管，
所述电阻元件为耗尽型MOSFET，
所述耗尽型MOSFET具有第二控制电极，所述第二控制电极构成为根据第二控制电压而使所述耗尽型MOSFET自身的电阻值改变。
2.如权利要求1所述的功率半导体装置，其中，
所述半导体衬底的导电类型为第一导电类型，
所述功率半导体元件还包括：
第二导电类型的第一区域，形成在所述半导体衬底的所述第一主面处；
第二导电类型的第二区域，形成在所述半导体衬底的所述第二主面处，并与所述第一区域一起夹持低浓度区域，所述低浓度区域是所述半导体衬底上的第一导电类型的区域；
以及
第一导电类型的第三区域，形成在所述第一主面处并与所述第一区域相重叠；
在所述半导体衬底上形成有第一槽和第二槽，所述第一槽从所述第一主面贯穿所述第三和第一区域而到达所述低浓度区域，所述第二槽包围所述第一主面的预定的区域并比所述第一槽深，
所述第一控制电极形成在所述第一槽内并间隔着绝缘膜而与所述第一区域、所述第三区域、以及所述低浓度区域相对，
所述电阻元件包括：
第一导电类型的第四区域，形成在所述预定的区域；以及
第一导电类型的第五区域，埋入在所述第四区域的下方，并形成为每单位体积的电阻值高于所述低浓度区域；
所述第一主电极与所述第一、第三、以及第四区域电连接，
所述第二主电极与所述第二区域电连接。
3.如权利要求1所述的功率半导体装置，其中，
还包括绝缘层，所述绝缘层形成为填埋所述第二槽。
4.如权利要求1所述的功率半导体装置，其中，
所述半导体衬底的导电类型为第一导电类型，
所述功率半导体元件还包括：
第二导电类型的第一区域，形成在所述半导体衬底的所述第一主面处；
第二导电类型的第二区域，形成在所述半导体衬底的所述第二主面处，并与所述第一区域一起夹持低浓度区域，所述低浓度区域是所述半导体衬底上的第一导电类型的区域；
以及
第一导电类型的第三区域，形成在所述第一主面处并与所述第一区域相重叠；
在所述半导体衬底上形成有第一槽和第二槽，所述第一槽从所述第一主面贯穿所述第三和第一区域而到达所述低浓度区域，所述第二槽包围所述第一主面的预定的区域并比所述第一槽深，
所述第一控制电极形成在所述第一槽内并间隔着第一绝缘膜而与所述第一区域、所述第三区域、以及所述低浓度区域相对，
所述电阻元件为耗尽型MOSFET并包括：
第一导电类型的第四区域，形成在所述预定的区域；
第一导电类型的第五区域，是在所述低浓度区域中被所述第二槽包围的部分；
第二绝缘膜，形成为至少覆盖所述第二槽的侧壁；以及
第二控制电极，形成为间隔着所述第二绝缘膜而与所述第四和第五区域相对；
所述第一主电极与所述第一、第三、以及第四区域电连接，
所述第二主电极与所述第二区域电连接。
5.如权利要求1所述的功率半导体装置，其中，
所述半导体衬底的导电类型为第一导电类型，
所述功率半导体元件还包括：
第二导电类型的第一区域，形成在所述半导体衬底的所述第一主面处；
第二导电类型的第二区域，形成在所述半导体衬底的所述第二主面处，并与所述第一区域一起夹持低浓度区域，所述低浓度区域是所述半导体衬底上的第一导电类型的区域；
以及
第一导电类型的第三区域，形成在所述第一主面处并与所述第一区域相重叠；
在所述半导体衬底上形成有第一槽、第二导电类型的分离区域、以及第二槽，所述第一槽从所述第一主面贯穿所述第三和第一区域而到达所述低浓度区域，所述第二导电类型的分离区域包围所述第一主面的预定的区域并从所述第一主面贯穿所述第一区域而到达所述低浓度区域，所述第二槽在所述预定的区域内从所述第一主面贯穿所述第一区域而到达所述低浓度区域，
所述第一控制电极形成在所述第一槽内并间隔着第一绝缘膜而与所述第一区域、所述第三区域、以及所述低浓度区域相对，
所述电阻元件为耗尽型MOSFET并包括：
第一导电类型的第四区域，形成在所述预定的区域；
第一导电类型的第五区域，是在所述低浓度区域中被所述分离区域包围的部分；
第二绝缘膜，形成为至少覆盖所述第二槽的侧壁；以及
第二控制电极，形成为间隔着所述第二绝缘膜而与所述第四和第五区域相对；
所述第一主电极与所述第一、第三、以及第四区域电连接，
所述第二主电极与所述第二区域电连接。
6.一种马达驱动装置，通过向马达提供交流电压来驱动所述马达，并且包括将直流电压转换为所述交流电压并将所述交流电压提供给所述马达的逆变器装置，所述逆变器装置包括多个功率半导体装置，所述多个功率半导体装置中的每一个包括：
第一和第二主电极，分别形成在半导体衬底的第一和第二主面上；
功率半导体元件，形成在所述半导体衬底上，并与所述第一和第二主电极电连接；以及电阻元件，形成在所述半导体衬底上，并与所述功率半导体元件并联地与所述第一和第二主电极电连接；
所述马达驱动装置还包括：
电源，将直流电力提供给所述逆变器装置；
电力线，设置在所述逆变器装置与所述电源之间；以及
电容器，与所述电力线连接，
其中，
所述功率半导体元件包括第一控制电极，所述第一控制电极构成为根据第一控制电压来控制在所述第一和第二主电极之间流动的电流，
所述功率半导体元件为绝缘栅双极晶体管，
所述电阻元件为耗尽型MOSFET，
所述耗尽型MOSFET具有第二控制电极，所述第二控制电极构成为根据第二控制电压而使所述耗尽型MOSFET自身的电阻值改变。
7.如权利要求6所述的马达驱动装置，其中，
还包括控制装置，所述控制装置通过向所述第二控制电极施加所述第二控制电压来控制所述耗尽型MOSFET的导通状态和非导通状态。
8.如权利要求6所述的马达驱动装置，其中，
所述控制装置在所述逆变器装置正常时将所述多个功率半导体装置中的每一个所包括的所述耗尽型MOSFET设定为非导通状态，在所述逆变器装置异常时将所述多个功率半导体装置中的每一个所包括的所述耗尽型MOSFET设定为导通状态。
9.如权利要求6所述的马达驱动装置，其中，
所述马达包括对应于多相中的每一相的多个线圈，
所述多个功率半导体装置中的每一个构成多个桥臂中的一个桥臂，所述多个桥臂分别与所述多个线圈中的每一个线圈相对应地设置，
所述马达驱动装置还包括多个温度传感器，所述多个温度传感器分别与所述多个桥臂相对应地设置并检测相对应的桥臂的温度，
所述控制装置基于所述多个温度传感器中的每一个的检测结果而从所述多个桥臂中确定温度最低的一个桥臂，并且将构成所述一个桥臂的所述功率半导体装置所包括的所述耗尽型MOSFET设定为导通状态，并将构成其他桥臂的所述功率半导体装置所包括的所述耗尽型MOSFET设定为非导通状态。
10.一种功率半导体装置的制造方法，包括以下步骤：
在第一导电类型的半导体衬底的第一主面处形成第二导电类型的第一区域；
在所述半导体衬底的第二主面处形成第二导电类型的第二区域，使得低浓度区域被夹持在所述第二区域与所述第一区域之间，所述低浓度区域是所述半导体衬底上的第一导电类型的区域；
通过选择性地进行离子注入，在所述第一主面的所述第一区域内形成第一导电类型的第三区域；
通过选择性地进行离子注入，在所述第一主面的所述第一区域内形成第一导电类型的第四区域；
在所述低浓度区域的所述第四区域的正下方的部分，通过照射电子束或离子来形成晶体缺陷区域；
通过对所述第一主面的所述第三区域选择性地进行各向异性蚀刻，形成从所述第一主面贯穿所述第三和第一区域而到达所述低浓度区域的第一槽；
通过对所述第一主面选择性地进行各向异性蚀刻，形成包围所述第四区域和所述晶体缺陷区域的第二槽；
在所述第一槽的内部形成间隔着绝缘膜而与所述第一区域、所述第三区域、以及所述低浓度区域相对的控制电极层；
形成与所述第一、第三、以及第四区域电连接的第一主电极；以及
形成与所述第二区域电连接的第二主电极。
11.如权利要求10所述的功率半导体装置的制造方法，其中，
还包括以下步骤：形成填埋所述第二槽的绝缘层。
12.一种功率半导体装置的制造方法，包括以下步骤：
在第一导电类型的半导体衬底的第一主面处形成第二导电类型的第一区域；
在所述半导体衬底的第二主面处形成第二导电类型的第二区域，使得低浓度区域被夹持在所述第二区域与所述第一区域之间，所述低浓度区域是所述半导体衬底上的第一导电类型的区域；
通过选择性地进行离子注入，在所述第一主面的所述第一区域内形成第一导电类型的第三区域；
通过选择性地进行离子注入，在所述第一主面的所述第一区域内形成第一导电类型的第四区域；
通过对所述第一主面的所述第三区域选择性地进行各向异性蚀刻，形成从所述第一主面贯穿所述第三和第一区域而到达所述低浓度区域的第一槽；
通过对所述第一主面选择性地进行各向异性蚀刻，形成包围所述第四区域并从所述第一主面贯穿所述第一区域而到达所述低浓度区域的第二槽；
在所述第一槽的内部形成间隔着第一绝缘膜而与所述第一区域、所述第三区域、以及所述低浓度区域相对的第一控制电极层；
在所述第二槽的内部形成间隔着第二绝缘膜而与所述第四区域和所述低浓度区域相对的第二控制电极层；
形成与所述第一、第三、以及第四区域电连接的第一主电极；以及
形成与所述第二区域电连接的第二主电极。
13.一种功率半导体装置的制造方法，包括以下步骤：
在第一导电类型的半导体衬底的第一主面处形成第二导电类型的第一区域；
在所述半导体衬底的第二主面处形成第二导电类型的第二区域，使得低浓度区域被夹持在所述第二区域与所述第一区域之间，所述低浓度区域是所述半导体衬底上的第一导电类型的区域；
通过选择性地进行离子注入，在所述第一主面的所述第一区域内形成第一导电类型的第三区域；
通过选择性地进行离子注入，在所述第一主面的所述第一区域内形成第一导电类型的第四区域；
通过对所述第一主面的所述第三区域选择性地进行各向异性蚀刻，形成从所述第一主面贯穿所述第三和第一区域而到达所述低浓度区域的第一槽；
通过对所述第一主面选择性地进行离子注入，形成包围所述第四区域的第二导电类型的分离区域；
通过对所述第一主面的所述第四区域选择性地进行各向异性蚀刻，形成从所述第一主面贯穿所述第四区域而到达所述低浓度区域的第二槽；
在所述第一槽的内部形成间隔着第一绝缘膜而与所述第一区域、所述第三区域、以及所述低浓度区域相对的第一控制电极层；
在所述第二槽的内部形成间隔着第二绝缘膜而与所述第四区域和所述低浓度区域相对的第二控制电极层；
形成与所述第一、第三、以及第四区域电连接的第一主电极；以及
形成与所述第二区域电连接的第二主电极。

说明书全文

功率 半导体装置、功率半导体装置的制造方法以及 马达驱

动装置

技术领域

[0001] 本发明涉及功率半导体装置、功率半导体装置的制造方法以及马达驱动装置。本发明特别是涉及能够实现具有逆变器的马达驱动装置的低成本化的技术。

背景技术

[0002] 有的类型的马达驱动装置通过逆变器对从蓄电池等直流电源提供的直流电力进行电力转换并将转换后的电力用于马达的驱动和控制。这样的马达驱动装置一般具有连接在电源线与接地线之间的、用于使输入到逆变器的直流电压稳定的平滑电容器。

[0003] 在上述马达驱动装置中，从安全的观点出发，在停止向负载供电时需要使蓄积在平滑电容器中的电荷可靠地放电。因此，在很多情况下，用于使平滑电容器放电的放电电阻与平滑电容器并联连接在电源线与接地线之间。

[0004] 为了使平滑电容器尽可能快地放电，需要使放电电阻的电阻值尽可能地小。另一方面，在放电电阻的电阻值小的情况下，在电源装置向负载供电时流经放电电阻的电流大，因此放电电阻的消耗功率大。

[0005] 日本专利文献特开平7-170776号公报公开了用于解决这样的相反问题的逆变器的主电路电荷放电方法。该文献所公开的逆变器的主电路包括：整流器，与马达连接并对交流电源的输出进行整流；连接器，使该整流器的直流电压输出开启或关闭；电容器，使整流器的直流电压输出平滑化；开关元件，将该直流电压转换为三相的正弦波近似PWM(PulseWidth Modulation，脉宽调制)调制的脉冲电压并提供给马达；以及放电电阻，与电容器并联连接。在电容器放电时，首先使连接器成为关闭状态，然后使开关元件成为打开状态。由此，主电路的电流流经马达的励磁线圈，因此即使在放电电阻的电阻值高的状态下，也能够使电容器迅速地放电。

[0006] 由于对逆变器安装放电电阻，产生了马达驱动装置的部件数量增多的问题和增加了安装作业的工时的问题。这些问题是妨碍马达驱动装置的低成本化的主要原因。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供一种能够实现马达驱动装置的低成本化的功率半导体装置。

[0008] 概括地说，本发明的功率半导体装置包括：第一和第二主电极，分别形成在半导体衬底的第一和第二主面上；功率半导体元件，形成在半导体衬底上，并与第一和第二主电极电连接；以及电阻元件，形成在半导体衬底上，并与功率半导体元件并联地与第一和第二主电极电连接。

[0009] 优选的是，功率半导体元件包括第一控制电极，第一控制电极构成为根据第一控制电压来控制在第一和第二主电极之间流动的电流。

[0010] 更加优选的是，功率半导体元件为绝缘栅双极晶体管。电阻元件为固定电阻。

[0011] 更加优选的是，功率半导体元件为绝缘栅双极晶体管。电阻元件为耗尽型MOSFET。耗尽型MOSFET具有第二控制电极，第二控制电极构成为根据第二控制电压而使耗尽型MOSFET自身的电阻值改变。

[0012] 更加优选的是，半导体衬底的导电类型为第一导电类型。功率半导体元件还包括：第二导电类型的第一区域，形成在半导体衬底的第一主面处；第二导电类型的第二区域，形成在半导体衬底的第二主面处，并与第一区域一起夹持低浓度区域，低浓度区域是半导体衬底上的第一导电类型的区域；以及第一导电类型的第三区域，形成在第一主面处并与第一区域相重叠。在半导体衬底上形成有第一槽和第二槽，第一槽从第一主面贯穿第三和第一区域而到达低浓度区域，第二槽包围第一主面的预定的区域并比第一槽深。第一控制电极形成在第一槽内并间隔着绝缘膜而与第一区域、第三区域、以及低浓度区域相对。电阻元件包括：第一导电类型的第四区域，形成在预定的区域；以及第一导电类型的第五区域，埋入在第四区域的下方，并形成为每单位体积的电阻值高于低浓度区域。第一主电极与第一、第三、以及第四区域电连接。第二主电极与第二区域电连接。

[0013] 更加优选的是，功率半导体装置还包括绝缘层，绝缘层形成为填埋第二槽。

[0014] 更加优选的是，半导体衬底的导电类型为第一导电类型。功率半导体元件还包括：第二导电类型的第一区域，形成在半导体衬底的第一主面处；第二导电类型的第二区域，形成在半导体衬底的第二主面处，并与第一区域一起夹持低浓度区域，低浓度区域是半导体衬底上的第一导电类型的区域；以及第一导电类型的第三区域，形成在第一主面处并与第一区域相重叠。在半导体衬底上形成有第一槽和第二槽，第一槽从第一主面贯穿第三和第一区域而到达低浓度区域，第二槽包围第一主面的预定的区域并比第一槽深。第一控制电极形成在第一槽内并间隔着第一绝缘膜而与第一区域、第三区域、以及低浓度区域相对。电阻元件为耗尽型MOSFET。电阻元件包括：第一导电类型的第四区域，形成在预定的区域；第一导电类型的第五区域，是在低浓度区域中被第二槽包围的部分；第二绝缘膜，形成为至少覆盖第二槽的侧壁；以及第二控制电极，形成为间隔着第二绝缘膜而与第四和第五区域相对。第一主电极与第一、第三、以及第四区域电连接。第二主电极与第二区域电连接。

[0015] 更加优选的是，半导体衬底的导电类型为第一导电类型。功率半导体元件还包括：第二导电类型的第一区域，形成在半导体衬底的第一主面处；第二导电类型的第二区域，形成在半导体衬底的第二主面处，并与第一区域一起夹持低浓度区域，低浓度区域是半导体衬底上的第一导电类型的区域；以及第一导电类型的第三区域，形成在第一主面处并与第一区域相重叠。在半导体衬底上形成有第一槽、第二导电类型的分离区域、以及第二槽，第一槽从第一主面贯穿第三和第一区域而到达低浓度区域，第二导电类型的分离区域包围第一主面的预定的区域并从第一主面贯穿第一区域而到达低浓度区域，第二槽在预定的区域内从第一主面贯穿第一区域而到达低浓度区域。第一控制电极形成在第一槽内并间隔着第一绝缘膜而与第一区域、第三区域、以及低浓度区域相对。电阻元件为耗尽型MOSFET。电阻元件包括：第一导电类型的第四区域，形成在预定的区域；第一导电类型的第五区域，是在低浓度区域中被分离区域包围的部分；第二绝缘膜，形成为至少覆盖第二槽的侧壁；以及第二控制电极，形成为间隔着第二绝缘膜而与第四和第五区域相对。第一主电极与第一、第三、以及第四区域电连接。第二主电极与第二区域电连接。

[0016] 本发明的其他方面提供一种通过向马达提供交流电压来驱动马达的马达驱动装置。马达驱动装置包括逆变器装置、电源、电力线、以及电容器。逆变器装置将直流电压转换为交流电压并将交流电压提供给马达。逆变器装置包括多个功率半导体装置。多个功率半导体装置中的每一个包括：第一和第二主电极，分别形成在半导体衬底的第一和第二主面上；功率半导体元件，形成在半导体衬底上，并与第一和第二主电极电连接；以及电阻元件，形成在半导体衬底上，并与功率半导体元件并联地与第一和第二主电极电连接。电源将直流电力提供给逆变器装置。电力线设置在逆变器装置与电源之间。电容器与电力线连接。

[0017] 优选的是，功率半导体元件包括第一控制电极，第一控制电极构成为根据第一控制电压来控制在第一和第二主电极之间流动的电流。

[0018] 更加优选的是，功率半导体元件为绝缘栅双极晶体管。电阻元件为固定电阻。

[0019] 更加优选的是，功率半导体元件为绝缘栅双极晶体管。电阻元件为耗尽型MOSFET。耗尽型MOSFET具有第二控制电极，第二控制电极构成为根据第二控制电压而使耗尽型MOSFET自身的电阻值改变。

[0020] 更加优选的是，马达驱动装置还包括控制装置，控制装置通过向第二控制电极施加第二控制电压来控制耗尽型MOSFET的导通状态和非导通状态。

[0021] 更加优选的是，控制装置在逆变器装置正常时将多个功率半导体装置中的每一个所包括的耗尽型MOSFET设定为非导通状态，在逆变器装置异常时将多个功率半导体装置中的每一个所包括的耗尽型MOSFET设定为导通状态。

[0022] 更加优选的是，马达包括对应于多相中的每一相的多个线圈。多个功率半导体装置中的每一个构成与多个线圈中的每一个线圈相对应地设置的多个桥臂中的一个桥臂。马达驱动装置还包括多个温度传感器，多个温度传感器分别与多个桥臂相对应地设置并检测相对应的桥臂的温度。控制装置基于多个温度传感器中的每一个的检测结果而从多个桥臂中确定温度最低的一个桥臂，并且将构成一个桥臂的功率半导体装置所包括的耗尽型MOSFET设定为导通状态，并将构成其他桥臂的功率半导体装置所包括的耗尽型MOSFET设定为非导通状态。

[0023] 本发明的其他方面的功率半导体装置的制造方法包括以下步骤：在第一导电类型的半导体衬底的第一主面处形成第二导电类型的第一区域；在半导体衬底的第二主面处形成第二导电类型的第二区域，使得低浓度区域被夹持在第二区域与第一区域之间，低浓度区域是半导体衬底上的第一导电类型的区域；通过选择性地进行离子注入，在第一主面的第一区域内形成第一导电类型的第三区域；通过选择性地进行离子注入，在第一主面的第一区域内形成第一导电类型的第四区域；在低浓度区域的第四区域的正下方的部分，通过照射电子束或离子来形成晶体缺陷区域；通过对第一主面的第三区域选择性地进行各向异性蚀刻，形成从第一主面贯穿第三和第一区域而到达低浓度区域的第一槽；通过对第一主面选择性地进行各向异性蚀刻，形成包围第四区域和晶体缺陷区域的第二槽；在第一槽的内部形成间隔着绝缘膜而与第一区域、第三区域、以及低浓度区域相对的控制电极层；形成与第一、第三、以及第四区域电连接的第一主电极；以及形成与第二区域电连接的第二主电极。

[0024] 优选的是，功率半导体装置的制造方法还包括以下步骤：形成填埋第二槽的绝缘层。

[0025] 本发明的其他方面的功率半导体装置的制造方法包括以下步骤：在第一导电类型的半导体衬底的第一主面处形成第二导电类型的第一区域；在半导体衬底的第二主面处形成第二导电类型的第二区域，使得低浓度区域被夹持在第二区域与第一区域之间，低浓度区域是半导体衬底上的第一导电类型的区域；通过选择性地进行离子注入，在第一主面的第一区域内形成第一导电类型的第三区域；通过选择性地进行离子注入，在第一主面的第一区域内形成第一导电类型的第四区域；通过对第一主面的第三区域选择性地进行各向异性蚀刻，形成从第一主面贯穿第三和第一区域而到达低浓度区域的第一槽；通过对第一主面选择性地进行各向异性蚀刻，形成包围第四区域并从第一主面贯穿第一区域而到达低浓度区域的第二槽；在第一槽的内部形成间隔着第一绝缘膜而与第一区域、第三区域、以及低浓度区域相对的第一控制电极层；在第二槽的内部形成间隔着第二绝缘膜而与第四区域和低浓度区域相对的第二控制电极层；形成与第一、第三、以及第四区域电连接的第一主电极；以及形成与第二区域电连接的第二主电极。

[0026] 本发明的其他方面的功率半导体装置的制造方法包括以下步骤：在第一导电类型的半导体衬底的第一主面处形成第二导电类型的第一区域；在半导体衬底的第二主面处形成第二导电类型的第二区域，使得低浓度区域被夹持在第二区域与第一区域之间，低浓度区域是半导体衬底上的第一导电类型的区域；通过选择性地进行离子注入，在第一主面的第一区域内形成第一导电类型的第三区域；通过选择性地进行离子注入，在第一主面的第一区域内形成第一导电类型的第四区域；通过对第一主面的第三区域选择性地进行各向异性蚀刻，形成从第一主面贯穿第三和第一区域而到达低浓度区域的第一槽；通过对第一主面选择性地进行离子注入，形成包围第四区域的第二导电类型的分离区域；通过对第一主面的第四区域选择性地进行各向异性蚀刻，形成从第一主面贯穿第四区域而到达低浓度区域的第二槽；在第一槽的内部形成间隔着第一绝缘膜而与第一区域、第三区域、以及低浓度区域相对的第一控制电极层；在第二槽的内部形成间隔着第二绝缘膜而与第四区域和低浓度区域相对的第二控制电极层；形成与第一、第三、以及第四区域电连接的第一主电极；以及形成与第二区域电连接的第二主电极。

[0027] 因此，根据本发明，能够实现马达驱动装置的低成本化。附图说明

[0028] 图1是实施方式一的马达驱动装置的简要的框图；

[0029] 图2是说明图1的逆变器14的结构的图；

[0030] 图3是用于说明本实施方式的特征点的图；

[0031] 图4是图2的功率半导体装置41的平面图；

[0032] 图5是沿图4的V-V线截取的截面图；

[0033] 图6是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第一步骤的简要的截面图；

[0034] 图7是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第二步骤的简要的截面图；

[0035] 图8是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第三步骤的简要的截面图；

[0036] 图9是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第四步骤的简要的截面图；

[0037] 图10是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第五步骤的简要的截面图；

[0038] 图11是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第六步骤的简要的截面图；

[0039] 图12是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第七步骤的简要的截面图；

[0040] 图13是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第八步骤的简要的截面图；

[0041] 图14是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第九步骤的简要的截面图；

[0042] 图15是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第十步骤的简要的截面图；

[0043] 图16是实施方式二的马达驱动装置的简要的框图；

[0044] 图17是详细地说明图16的逆变器14A的结构的图；

[0045] 图18是图17的功率半导体装置41A的平面图；

[0046] 图19是沿图18的XIX-XIX线截取的截面图；

[0047] 图20是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第一步骤的简要的截面图；

[0048] 图21是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第二步骤的简要的截面图；

[0049] 图22是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第三步骤的简要的截面图；

[0050] 图23是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第四步骤的简要的截面图；

[0051] 图24是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第五步骤的简要的截面图；

[0052] 图25是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第六步骤的简要的截面图；

[0053] 图26是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第七步骤的简要的截面图；

[0054] 图27是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第八步骤的简要的截面图；

[0055] 图28是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第九步骤的简要的截面图；

[0056] 图29是说明实施方式二的功率半导体装置的变形例的图；

[0057] 图30是沿图29的XXX-XXX线截取的截面图；

[0058] 图31是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第一步骤的简要的截面图；

[0059] 图32是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第二步骤的简要的截面图；

[0060] 图33是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第三步骤的简要的截面图；

[0061] 图34是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第四步骤的简要的截面图；

[0062] 图35是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第五步骤的简要的截面图；

[0063] 图36是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第六步骤的简要的截面图；

[0064] 图37是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第七步骤的简要的截面图；

[0065] 图38是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第八步骤的简要的截面图；

[0066] 图39是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第九步骤的简要的截面图；

[0067] 图40是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第十步骤的简要的截面图；

[0068] 图41是用于说明晶体管Tr1～Tr6的控制的图；

[0069] 图42是说明放电电阻控制部32的处理的流程图；

[0070] 图43是说明放电电阻驱动电路81～86的各自的处理的流程图；

[0071] 图44是用于说明实施方式三的晶体管Tr1～Tr6的控制的图；

[0072] 图45是说明由图44的放电电阻控制部32执行的处理的流程图。

具体实施方式

[0073] 以下，参照附图来说明本发明的实施方式。在以下的说明中，对同一部件标注相同的标号。它们的名称和功能也相同。因此，不重复关于它们的详细的说明。

[0074] [实施方式一]

[0075] 图1是实施方式一的马达驱动装置的简要的框图。参照图1可知，马达驱动装置100包括直流电源B、系统继电器SR1、SR2、电源线1、接地线2、电压传感器10、11、13、电容器C1、C2、升压变换器12、逆变器14、电流传感器24、以及控制装置30。

[0076] 交流马达M1是产生用于驱动混合动力汽车或电动汽车的驱动轮(未图示)的转矩的驱动马达。或者，交流马达M1也可以作为电动机而组装在混合动力汽车中，所述电动机具有通过发动机而工作的发电机的功能并能够进行发动机起动。交流马达M1具有U相线圈、V相线圈、以及W相线圈。

[0077] 直流电源B输出直流电压。直流电源B例如包括镍氢蓄电池或锂离子蓄电池等二次电池。电压传感器10检测从直流电源B输出的电压Vb并将该检测出的电压Vb输出给控制装置30。

[0078] 系统继电器SR1、SR2通过来自控制装置30的信号SE而接通。一旦继电器SR1、SR2接通，则来自直流电源B的直流电压被提供给电容器C1。电容器C1使从直流电源B经由系统继电器SR1、SR2提供的直流电压平滑化，并将该平滑化后的直流电压提供给升压变换器12。电压传感器11检测电容器C1的两端的电压Vc，并将该检测出的电压Vc输出给控制装置30。

[0079] 升压变换器12包括电抗器L1、IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管)元件Q1、Q2、以及二极管D1、D2。电抗器L1的一端与直流电源B的电源线连接，另一端与IGBT元件Q1和IGBT元件Q2的中间点连接，即连接在IGBT元件Q1的发射极与IGBT元件Q2的集电极之间。IGBT元件Q1、Q2串联连接在电源线1与接地线2之间。并且，IGBT元件Q1的集电极与电源线1连接，IGBT元件Q2的发射极与接地线2连接。另外，在各IGBT元件Q1、Q2的集电极-发射极之间分别配置有使电流从发射极侧流向集电极侧的二极管D1、D2。

[0080] 通过由控制装置30使IGBT元件Q1、Q2导通/截止，升压变换器12将从电容器C1提供的直流电压升压后，将输出电压提供给电容器C2。另外，升压变换器12在混合动力汽车或电动汽车的再生制动时，将由交流马达M1产生并被逆变器14转换后的直流电压降压后提供给电容器C1。

[0081] 电容器C2连接在电源线1与接地线2之间。电容器C2使从升压变换器12提供的直流电压平滑化，并将该平滑化后的直流电压提供给逆变器14。电压传感器13检测电容器C2两侧的电压、即升压变换器12的输出电压Vm。

[0082] 一旦从电容器C2向逆变器14提供了直流电压，则逆变器14基于来自控制装置30的信号DRV1将直流电压转换为交流电压并将该交流电压提供给交流马达M1，由此来驱动交流马达M1。由此，交流马达M1被驱动以产生通过转矩指令值TR1而被指定了的转矩。另外，逆变器14在安装有马达驱动装置100的混合动力汽车(或电动汽车)的再生制动时，基于来自控制装置30的信号DRV1将交流马达M1产生的交流电压转换为直流电压，并经由电容器C2将该转换后的直流电压提供给升压变换器12。

[0083] 在交流马达M1中配置有转角检测部32A。转角检测部32A与交流马达M1的旋转轴连结。转角检测部32A基于交流马达M1的转子的旋转位置来检测转角θ1，并将检测出的转角θ1输出给控制装置30。

[0084] 控制装置30从设置在外部的ECU(Electrical Control Unit，电子控制单元)接收转矩指令值TR1和马达转速MRN1。控制装置30还从电压传感器10接收电压Vb，从电压传感器11接收电压Vc，从电压传感器13接收电压Vm，从电流传感器24接收马达电流MCRT1。控制装置30还从转角检测部32A接收转角θ1。

[0085] 控制装置30基于电压Vm、马达电流MCRT1、转矩指令值TR1、以及转角θ1，生成用于在逆变器14驱动交流马达M1时对逆变器14所包括的功率半导体装置进行开关控制的信号DRV1。控制装置30将该生成了的信号DRV1输出给逆变器14。

[0086] 控制装置30在逆变器14驱动交流马达M1时，基于电压Vb、Vm、转矩指令值TR1、以及马达转速MRN1生成用于对升压变换器12的IGBT元件Q1、Q2进行开关控制的信号PWMU。控制装置30将该生成了的信号PWMU输出给升压变换器12。

[0087] 控制装置30在安装有马达驱动装置100的混合动力汽车(或电动汽车)的再生制动时，生成用于将由交流马达M1产生的交流电压转换为直流电压的信号DRV1。控制装置30将信号DRV1输出给逆变器14。在该情况下，逆变器14的功率半导体装置根据信号DRV1而被进行开关控制。由此，逆变器14将由交流马达M1产生的交流电压转换为直流电压并提供给升压变换器12。

[0088] 并且，控制装置30生成用于对从逆变器14提供的直流电压进行降压的信号PWMD，并将该生成了的信号PWMD输出给升压变换器12。由此，由交流马达M1产生的交流电压被转换为直流电压并在被降压后被提供给直流电源B。

[0089] 并且，控制装置30在要停止升压变换器12的动作的情况下生成信号STP1并将该生成了的信号STP1输出给升压变换器12。由此，升压变换器12所包括的IGBT元件Q1、Q2停止开关动作。

[0090] 图2是说明图1的逆变器14的结构的图。参照图2可知，逆变器14包括U相桥臂15、V相桥臂16、以及W相桥臂17。U相桥臂15、V相桥臂16、以及W相桥臂17在电源线1与接地线2之间并联设置。U相桥臂15、V相桥臂16、以及W相桥臂17分别与交流马达M1的U相线圈、V相线圈、以及W相线圈相对应地设置。

[0091] U相桥臂15包括在电源线1与接地线2之间串联设置的功率半导体装置41、42。V相桥臂16包括在电源线1与接地线2之间串联设置的功率半导体装置43、44。W相桥臂
17包括在电源线1与接地线2之间串联设置的功率半导体装置45、46。

[0092] 逆变器14的各相桥臂的中间点与交流马达M1的各相线圈的各相端连接。即，功率半导体装置41、42的中间点与交流马达M1的U相线圈的一端连接，功率半导体装置43、44的中间点与V相线圈的一端连接，功率半导体装置45、46的中间点与W相线圈的一端连接。

[0093] 功率半导体装置41～46具有相同的结构。因此，以下以构成U相桥臂的功率半导体装置41、42为代表来进行详细的说明，关于各功率半导体装置43～46，主要说明与功率半导体装置41(或42)的不同点。

[0094] 功率半导体装置41包括IGBT元件Q3、二极管D3、D13、以及电阻R3。IGBT元件Q3的集电极与电源线1连接，IGBT元件Q3的发射极与U相线圈的一端连接。在IGBT元件Q3的集电极-发射极之间配置有使电流从发射极侧流向集电极侧的二极管D3。

[0095] 二极管D13和电阻R3串联连接在IGBT元件Q3的集电极-发射极之间。二极管D13的阳极与IGBT元件Q3的集电极侧连接。二极管D13的阴极与电阻R3的一端连接。电阻R3的另一端与IGBT元件Q3的发射极连接。由此，电阻R3的一端和另一端分别与IGBT元件Q3的集电极和发射极电连接。

[0096] 功率半导体装置42包括IGBT元件Q4、二极管D4、D14、以及电阻R4。IGBT元件Q4的集电极与U相线圈的一端连接。IGBT元件Q4的发射极与接地线2连接。在IGBT元件Q4的集电极-发射极之间配置有使电流从发射极侧流向集电极侧的二极管D4。

[0097] 并且，二极管D14和电阻R4串联连接在IGBT元件Q4的集电极-发射极之间。二极管D14的阳极与IGBT元件Q4的集电极连接。二极管D14的阴极与电阻R4的一端连接。电阻R4的另一端与IGBT元件Q4的发射极连接。由此，电阻R4的一端和另一端分别与IGBT元件Q4的集电极和发射极电连接。

[0098] 功率半导体装置43具有将功率半导体装置41所包括的IGBT元件Q3、二极管D3、二极管D13、电阻R3分别置换为IGBT元件Q5、二极管D5、二极管D15、电阻R5的结构。IGBT元件Q5的发射极与V相线圈的一端连接。

[0099] 功率半导体装置44具有将功率半导体装置42所包括的IGBT元件Q4、二极管D4、二极管D14、电阻R4分别置换为IGBT元件Q6、二极管D6、二极管D16、电阻R6的结构。IGBT元件Q6的发射极与V相线圈的一端连接。

[0100] 功率半导体装置45具有将功率半导体装置41所包括的IGBT元件Q3、二极管D3、二极管D13、电阻R3分别置换为IGBT元件Q7、二极管D7、二极管D17、电阻R7的结构。IGBT元件Q7的发射极与W相线圈的一端连接。

[0101] 功率半导体装置46具有将功率半导体装置42所包括的IGBT元件Q4、二极管D4、二极管D14、电阻R4分别置换为IGBT元件Q8、二极管D8、二极管D18、电阻R8的结构。IGBT元件Q8的集电极与W相线圈的一端连接。

[0102] 接下来，对电阻R3～R8进行详细的说明。电阻R3、R4串联连接在电源线1与接地线2之间。如图1所示，电容器C2连接在电源线1与接地线2之间。因此，串联连接的电阻R3、R4作为电容器C2的放电电阻而发挥作用。

[0103] 同样地，电阻R5、R6串联连接在电源线1与地线2之间，并且电阻R7、R8串联连接在电源线1与地线2之间。因此，串联连接的电阻R3、R4和串联连接的电阻R5、R6均作为电容器C2的放电电阻而发挥作用。

[0104] 图3是用于说明本实施方式的特征点的图。参照图3可知，逆变器14与电源线1和地线2连接。电容器C2连接在电源线1与地线2之间。

[0105] 电阻R1是用于使电容器C2放电的放电电阻，并且连接在电源线1与地线2之间。在很多情况下，如电阻R1这样的放电电阻与逆变器相独立地被设置。但是，由于需要与逆变器相独立地准备放电电阻，因此会产生马达驱动装置的部件数量增多的问题。并且，会出现产生了用于将放电电阻连接在电源线1与地线2之间的作业工时的问题。

[0106] 如图2所示，在本实施方式中，将电连接在IGBT元件的集电极-发射极之间的电阻内置在功率半导体装置中。功率半导体装置构成逆变器14的U相桥臂、V相桥臂、以及W相桥臂中的任一者。由此，由于在逆变器14中内置有放电电阻，因此可以不另外准备放电电阻。因此，能够消减马达驱动装置的部件数量并减少作业工时，从而能够实现马达驱动装置的低成本化。

[0107] 另外，在电容器C2放电时，由于电流流经放电电阻，因此放电电阻发热。由此，放电电阻的温度上升。在放电电阻的温度上升了的情况下，放电电阻自身可能会受到损伤，并且可能会对放电电阻的周围产生影响。根据本实施方式，在有用于冷却逆变器的冷却装置的情况下，能够通过冷却装置来冷却放电电阻。因此，能够防止产生这些问题。

[0108] 并且，在本实施方式中，由于在平滑电容器放电时通过电阻R3～R8形成了6个系统的放电路径，因此能够提高放电路径的冗余度(redundancy)。通过提高放电路径的冗余度，能够在电容器放电时防止电流仅流经特定的电阻。由此，能够抑制各电阻的温度上升，因此能够减小对马达驱动装置的影响。

[0109] 接下来，更加详细地说明本实施方式的功率半导体装置41的结构。

[0110] 图4是图2的功率半导体装置41的平面图。参照图4可知，功率半导体装置41包括形成在芯片状的半导体衬底上的电阻区域50。在该半导体衬底上，在电阻区域的周围的区域形成有IGBT元件Q3(在图4中未图示)。功率半导体装置42～46中的每一个均具有与功率半导体装置41同样的结构。

[0111] 在图4中，电阻区域50形成在半导体衬底的主面的大致中央的区域。但是，电阻区域50的配置不限于图4所示的配置。例如，也可以是多个电阻区域离散地配置在半导体衬底的主面上。在该情况下，能够防止半导体衬底内的电流集中，因此能够防止半导体衬底的局部变成高温。由此，能够进一步减小功率半导体装置41受到损伤的概率。

[0112] 图5是沿图4的V-V线截取的截面图。参照图5和图4可知，功率半导体装置41包括：分别形成在半导体衬底的第一和第二主面上的主电极65、66；形成在半导体衬底上的IGBT元件Q3；以及形成在半导体衬底上并与IGBT元件Q3并联连接在主电极65与66之间的电阻R3。主电极65、66是分别与IGBT元件的发射极和集电极连接的电极。

[0113] IGBT元件Q3包括：作为第一导电类型的半导体衬底的n型区域52；形成在半导体-衬底的第一主面处的、作为第二导电类型区域的p 型区域58(第一区域)；以及形成在半导体衬底的第二主面处的、作为第二导电类型区域的p型区域51(第二区域)。

[0114] p型区域51形成为与p-型区域58一起夹持n型区域52(低浓度区域)。p型区域51相当于IGBT元件Q3的集电极。p型区域51与主电极66电连接。

[0115] 在半导体衬底上形成有从第一主面贯穿p-型区域58而到达n型区域52的槽60(第一槽)、以及从第一主面到底部的深度比槽60深并包围电阻区域50的槽55(第二槽)。

[0116] 在槽55内形成有绝缘膜56和绝缘层57。不必一定在槽55内形成绝缘膜56和绝缘层57。但是，通过在槽55内形成绝缘膜56和绝缘层57，进一步提高了防止流经电阻区域50的电流漏出到IGBT元件Q3的效果。

[0117] IGBT元件Q3还包括形成在半导体衬底的第一主面处的、与p-型区域58相重叠并-与槽60的侧壁相接触的n型发射极区域59(第三区域)。p 型区域58和n型发射极区域
59与主电极65电连接。

[0118] 在槽60内形成有间隔着绝缘膜61与n型发射极区域59、p-型区域58、以及n型区域52相对的控制电极层62。绝缘膜61作为IGBT元件Q3的栅极绝缘膜而发挥作用。IGBT元件Q3根据从图1的控制装置30施加给控制电极层62的控制电压来控制在主电极65、66之间流动的电流。

[0119] 电阻区域50包括n型电阻区域53和n+型接触区54。n+型接触区54(第四区域)与n型电阻区域53和主电极65相连。n型电阻区域53(第五区域)形成为与n型区域52+相连。n型电阻区域53可以说是埋入在n 型接触区54的正下方。n型电阻区域53的每单位体积的电阻值高于n型区域52的每单位体积的电阻值。

[0120] 另外，p型区域51和n型区域52构成与电阻R1连接的二极管D13(参照图2)。

[0121] 接下来，参照图6～图15来说明实施方式一的功率半导体装置的制造步骤。

[0122] 图6是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第一步骤的简要的截面图。参照图6可知，例如向n型半导体衬底的第二主面侧注入p型杂质离子(例如硼(B)离子)，然后进行热处理，由此形成p型区域51和n型区域52。另外，也可以通过在p型衬底的表面上形成n型外延层来形成p型区域51和n型区域52。然后，向半导体衬底的第一主面注入p型杂质离子。

[0123] 图7是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第二步骤的简要的截面图。参照图7可知，通过对半导体衬底进行热处理，被注入到第一主面的p型杂质离子扩散。-
由此，形成了p 型区域58。

[0124] 图8是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第三步骤的简要的截面图。参照图8可知，通过掩膜71，n型杂质离子(例如磷(P)离子)被选择性地注入到半导体衬底的第一主面侧。另外，也可以代替掩膜而使用光致抗蚀剂。然后，进行热处理，由此- + +形成贯穿p 型区域58的n 型接触区54。在图8中，为了使关于n 型接触区54的形成的图示便于理解，同时表示了注入步骤和热处理步骤。

[0125] 图9是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第四步骤的简要的截面+图。参照图9可知，通过掩膜72向半导体衬底的第一主面侧的、与n 型接触区54相重叠的区域选择性地照射电子束或氦(He)离子。电子或氦离子的照射能量被确定为电子或氦离+ +
子会贯穿n 型接触区54而到达n型区域52。通过照射电子束或氦离子，在n 型接触区54+
的下部形成了n型电阻区域53。n 型接触区54和n型电阻区域53构成了电阻区域50。

[0126] 在n型电阻区域53中，由于电子束或氦离子的照射而产生了晶体缺陷。在产生了晶体缺陷的区域中迁移的载流子的迁移率小于在n型区域52中迁移的载流子的迁移率。因此，n型电阻区域53(晶体缺陷区域)的每单位体积的电阻值高于n型区域52的每单位体积的电阻值。

[0127] 另外，形成n型电阻区域53的步骤和形成n+型接触区54的步骤的顺序也可以反过来。

[0128] 另外，也可以通过将具有高能量的p型杂质离子注入到n+型接触区54的下部来形成n型电阻区域53。

[0129] 图10是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第五步骤的简要的截面+ -图。参照图10可知，在半导体衬底的第一主面上对n 型接触区54的周围部分(p 型区域-
58)选择性地进行各向异性蚀刻，由此形成从半导体衬底的第一主面贯穿p 型区域58而到达n型区域52的槽55。

[0130] 另外，优选的是槽55形成得比n型电阻区域53(晶体缺陷区域)深。由此，能够防止流经n型电阻区域53的电流漏出到IGBT元件Q3的漂移层(n型区域52)。由此，能够防止对IGBT元件Q3产生影响(例如闩锁等)。

[0131] 图11是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第六步骤的简要的截面图。参照图11可知，通过使槽55的内表面氧化，在槽55的内部形成氧化膜。该氧化膜成为绝缘膜56。并且，在槽55内沉积未掺杂杂质的多晶硅。通过该多晶硅形成了绝缘层57。

[0132] 图12是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第七步骤的简要的截面-图。参照图12可知，向p 型区域58选择性地注入n型杂质离子。然后，对半导体衬底进行热处理。由此，形成了n型发射极区域59。

[0133] 图13是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第八步骤的简要的截面图。参照图13可知，通过在半导体衬底的第一主面上对形成了n型发射极区域59的区域-进行各向异性蚀刻来形成从半导体衬底的第一主面贯穿n型发射极区域59和p 型区域58而到达n型区域52的槽60。

[0134] 图14是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第九步骤的简要的截面图。参照图14可知，通过使槽60的内表面氧化，在槽60的内部形成氧化膜。该氧化膜成为作为IGBT元件Q3的栅极绝缘膜而发挥作用的绝缘膜61。并且，在槽60内沉积例如掺杂了磷(P)离子等n型杂质的多晶硅。通过该多晶硅形成了控制电极层62。

[0135] 图15是表示实施方式一的功率半导体装置的制造方法的第十步骤的简要的截面图。参照图15可知，在半导体衬底的第一主面侧形成电连接p-型区域58、n型发射极区域+59、以及n 型接触区54的主电极65。另一方面，在半导体衬底的第二主面侧形成电连接p型区域51的主电极66。由此，完成了功率半导体装置41。

[0136] 这样，根据实施方式一，功率半导体装置包括：分别形成在半导体衬底的第一和第二主面上的第一和第二主电极、形成在半导体衬底上并电连接在第一与第二主电极之间的功率半导体元件、以及形成在半导体衬底上并与功率半导体元件并联地电连接在第一与第二主电极之间的电阻元件。并且，根据实施方式一，马达驱动装置包括逆变器，该逆变器包括多个所述功率半导体装置。由此，不需要设置在逆变器外(与逆变器相独立地设置)的放电电阻，因此能够实现马达驱动装置的低成本化。

[0137] [实施方式二]

[0138] 图16是实施方式二的马达驱动装置的简要的框图。参照图16和图1可知，马达驱动装置100A与马达驱动装置100的不同点在于：代替逆变器14和控制装置30而分别具有逆变器14A和控制装置30A。

[0139] 逆变器14A与逆变器14的不同点在于包括可变电阻R10。控制装置30A向可变电阻R10输出信号SR。可变电阻R10根据信号SR而改变电阻值。

[0140] 另外，由于马达驱动装置100A的其他部分的结构与马达驱动装置100的结构相同，因此不重复此后的说明。

[0141] 接下来，更加详细地说明逆变器14A的结构和逆变器14A所包括的功率半导体装置的结构。

[0142] 图17是详细地说明图16的逆变器14A的结构的图。参照图17和图2可知，逆变器14A与逆变器14的不同点在于：代替功率半导体装置41～46而包括功率半导体装置41A～46A。

[0143] 功率半导体装置41A与功率半导体装置41的不同点在于：代替电阻R3而包括晶体管Tr1。晶体管Tr1的一个电极与二极管D13的阴极连接。晶体管Tr1的另一个电极与IGBT元件Q3的发射极连接。

[0144] 具体地说，晶体管Tr1为n型MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor，金属-氧化物-半导体场效应管)，并且为耗尽型(depletion-type)FET。这里，耗尽型FET是指在未向栅极施加电压的情况下也处于导通状态的FET。

[0145] 晶体管Tr1～Tr6中的每一个能够通过施加给其栅极电极的控制电压的绝对值的改变而使漏极-源极之间的电阻值改变。即，晶体管Tr1～Tr6中的每一个均作为可变电阻而发挥功能。另外，在控制电压的绝对值为预定大小的情况下，各个晶体管Tr1～Tr6处于非导通状态。

[0146] 同样，功率半导体装置42A与功率半导体装置42的不同点在于：代替电阻R4而包括晶体管Tr2。功率半导体装置43A与功率半导体装置43的不同点在于：代替电阻R5而包括晶体管Tr3。功率半导体装置44A与功率半导体装置44的不同点在于：代替电阻R6而包括晶体管Tr4。功率半导体装置45A与功率半导体装置45的不同点在于：代替电阻R7而包括晶体管Tr5。功率半导体装置46A与功率半导体装置46的不同点在于：代替电阻R8而包括晶体管Tr6。晶体管Tr2～Tr6中的每一个与晶体管Tr1同样地为n型MOSFET，并且为耗尽型MOSFET。

[0147] 逆变器14A还包括用于分别驱动晶体管Tr1～Tr6的放电电阻驱动电路81～86。放电电阻驱动电路81～86中的每一个根据图16所示的来自控制装置30A的信号而向对应的晶体管的栅极施加控制电压。另外，提供给放电电阻驱动电路81～86中的每一个的信号包含在图16的信号SR中。通过晶体管Tr1～Tr6构成了图16所示的可变电阻R10。

[0148] 图18是图17的功率半导体装置41A的平面图。参照图18可知，功率半导体装置41A包括形成在芯片状的半导体衬底上的电阻区域50。与实施方式一相同，在该半导体衬底上的电阻区域50的周围的区域形成有IGBT元件Q3。另外，功率半导体装置42A～46A中的每一个具有与功率半导体装置41A相同的结构。

[0149] 图19是沿图18的XIX-XIX线截取的截面图。参照图19和图5可知，功率半导体装置41A与功率半导体装置41的不同点在于：代替n型电阻区域53而形成了n型区域53A，并且代替绝缘层57而形成了控制电极层57A。

[0150] n型区域53A是被槽55包围的n型区域52(低浓度区域)的一部分。绝缘膜56构成晶体管Tr1的栅极绝缘膜。控制电极层57A构成晶体管Tr1的栅极电极。n型区域53A与绝缘膜56的边界附近的部分相当于晶体管Tr1的沟道。通过对控制电极层57A施加电压，沟道的电阻改变。由此，能够使晶体管Tr1的电阻值改变。另外，功率半导体装置41A的其他部分的结构与功率半导体装置41的结构相同，因此此后不再重复说明。

[0151] 接下来，参照图20～图28来说明实施方式二的功率半导体装置41A的制造步骤。以下，对于与实施方式一的功率半导体装置的制造步骤相同的内容，不再重复详细的说明。

[0152] 图20是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第一步骤的简要的截面图。参照图20可知，与实施方式一同样地在半导体衬底上形成p型区域51和n型区域52。然后，向半导体衬底的第一主面注入p型杂质离子。

[0153] 图21是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第二步骤的简要的截面图。参照图21可知，通过对半导体衬底进行热处理，被注入到第一主面的p型杂质离-子扩散。由此，形成了p 型区域58。

[0154] 图22是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第三步骤的简要的截面图。参照图22可知，通过掩膜71(也可以是光致抗蚀剂)，n型杂质离子被选择性地注- +入到半导体衬底的第一主面侧。然后，进行热处理，由此形成了贯穿p 型区域58的n 型接触区54。

[0155] 图23是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第四步骤的简要的+ -截面图。参照图23可知，在半导体衬底的第一主面上对n 型接触区54的周围部分(p 型-
区域58)选择性地进行各向异性蚀刻，由此形成从半导体衬底的第一主面贯穿p 型区域58而到达n型区域52的槽55。并且，通过槽55，形成了n型区域53A。

[0156] 图24是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第五步骤的简要的截面图。参照图24可知，通过使槽55的内表面氧化，在槽55的内部形成绝缘膜56(氧化膜)。并且，在槽55内沉积例如掺杂了n型杂质的多晶硅。通过该多晶硅，形成了控制电极层57A。

[0157] 图25是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第六步骤的简要的-截面图。参照图25可知，向p 型区域58选择性地注入n型杂质离子。然后，对半导体衬底进行热处理。由此，形成了n型发射极区域59。

[0158] 图26是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第七步骤的简要的截面图。参照图26可知，通过在半导体衬底的第一主面上对形成了n型发射极区域59的-区域进行各向异性蚀刻来形成从半导体衬底的第一主面贯穿n型发射极区域59和p 型区域58而到达n型区域52的槽60。

[0159] 图27是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第八步骤的简要的截面图。参照图27可知，通过使槽60的内表面氧化，在槽60的内部形成氧化膜(绝缘膜61)。该氧化膜作为IGBT元件Q3的栅极绝缘膜而发挥功能。然后，在槽60内沉积例如掺杂了n型杂质的多晶硅。通过该多晶硅形成了控制电极层62。

[0160] 图28是表示实施方式二的功率半导体装置41A的制造方法的第九步骤的简要的-截面图。参照图28可知，在半导体衬底的第一主面侧形成电连接p 型区域58、n型发射极+
区域59、以及n 型接触区54的主电极65。另一方面，在半导体衬底的第二主面侧形成电连接p型区域51的主电极66。由此，完成了功率半导体装置41A。

[0161] <功率半导体装置的变形例>

[0162] 以下，说明将图17的逆变器14A所包括的功率半导体装置41A～46A置换为功率半导体装置41B～46B的例子(参照图17)。功率半导体装置41B～46B分别与功率半导体装置41A～46A等价。但是，功率半导体装置41B～46B与功率半导体装置41A～46A的不同点在于：用于分离IGBT元件和可变电阻(耗尽型MOSFET)的杂质扩散区域形成在半导体衬底上。

[0163] 图29是说明实施方式二的功率半导体装置的变形例的图。

[0164] 图30是沿图29的XXX-XXX线截取的截面图。

[0165] 参照图29和图30可知，功率半导体装置41B与功率半导体装置41A的不同点在于：在电阻区域50内形成多个槽55，并按照围绕电阻区域50的方式来形成p型区域90。p型区域90是用于分离IGBT元件和可变电阻的杂质扩散区域(分离区域)。

[0166] 接下来，参照图31～图40来说明实施方式二的功率半导体装置的制造步骤。以下，对与实施方式一的功率半导体装置的制造步骤相同的内容不再重复详细的说明。

[0167] 图31是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第一步骤的简要的截面图。参照图31可知，与实施方式一同样地在半导体衬底上形成p型区域51和n型区域52。然后，向半导体衬底的第一主面注入p型杂质离子。

[0168] 图32是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第二步骤的简要的截面图。参照图32可知，通过对半导体衬底进行热处理，被注入到第一主面的p型杂质离-子扩散。由此，形成了p 型区域58。

[0169] 图33是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第三步骤的简要的截面图。参照图33可知，通过掩膜71A(也可以是光致抗蚀剂)，p型杂质离子被选择性地-注入到半导体衬底的第一主面侧。然后，进行热处理，由此形成了贯穿p 型区域58的p型区域90。并且，通过p型区域90，形成了n型区域53A。

[0170] 图34是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第四步骤的简要的截面图。参照图34可知，通过掩膜71(也可以是光致抗蚀剂)，n型杂质离子被选择性地注入到半导体衬底的第一主面侧。然后，进行热处理，由此在半导体衬底的第一主面处的被p+型区域90包围的区域形成n 型接触区54。

[0171] 图35是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第五步骤的简要的+截面图。参照图35可知，在半导体衬底的第一主面上对n 型接触区54的多处选择性地进+
行各向异性蚀刻，由此形成从半导体衬底的第一主面贯穿n 型接触区54而到达n型区域
53A的槽55。

[0172] 图36是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第六步骤的简要的截面图。参照图36可知，通过使槽55的内表面氧化，在槽55的内部形成绝缘膜56(氧化膜)。然后，在槽55内沉积例如掺杂了n型杂质的多晶硅。通过该多晶硅形成了控制电极层57A。

[0173] 图37是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第七步骤的简要的-截面图。参照图37可知，向p 型区域58选择性地注入n型杂质离子。然后，对半导体衬底进行热处理。由此，形成了n型发射极区域59。

[0174] 图38是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第八步骤的简要的截面图。参照图38可知，通过对半导体衬底的第一主面的形成了n型发射极区域59的区-域进行各向异性蚀刻来形成从半导体衬底的第一主面贯穿n型发射极区域59和p 型区域
58而到达n型区域52的槽60。

[0175] 图39是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第九步骤的简要的截面图。参照图39可知，通过使槽60的内表面氧化，在槽60的内部形成氧化膜(绝缘膜61)。然后，在槽60内沉积例如掺杂了n型杂质的多晶硅。通过该多晶硅形成了控制电极层62。

[0176] 图40是表示实施方式二的功率半导体装置41B的制造方法的第十步骤的简要的-截面图。参照图40可知，在半导体衬底的第一主面侧形成电连接p 型区域58、n型发射极+
区域59、n 型接触区54、以及p型区域90的主电极65。另一方面，在半导体衬底的第二主面侧形成电连接p型区域51的主电极66。由此，完成了功率半导体装置41B。

[0177] <耗尽型MOSFET的控制方法>

[0178] 图41是用于说明晶体管Tr1～Tr6的控制的图。参照图41可知，控制装置30A包括逆变器控制部31和放电电阻控制部32。逆变器控制部31接收由电压传感器13(参照图16)检测出的升压变换器12的输出电压Vm、转矩指令值TR1、马达转速MRN1、马达电流MCRT1和转角θ1来控制IGBT元件Q3～Q8。并且，逆变器控制部31基于电压Vm、转矩指令值TR1、马达转速MRN1、马达电流MCRT1和转角θ1来检测逆变器14A的故障。逆变器控制部31在检测出逆变器14A的故障的情况下，将表示逆变器14A发生了故障的故障信号输出给放电电阻控制部32。

[0179] 放电电阻控制部32在接收到故障信号的情况下，将放电信号Sdu输出给放电电阻驱动电路81、82，将放电信号Sdv输出给放电电阻驱动电路83、84，并将放电信号Sdw输出给放电电阻驱动电路85、86。

[0180] 放电电阻驱动电路81、82根据放电信号Sdu分别使晶体管Tr1、Tr2导通。具体地说，放电电阻驱动电路81(82)根据放电信号Sdu将用于使晶体管Tr1(Tr2)导通的控制电压施加给晶体管Tr1(Tr2)的栅极。

[0181] 同样，放电电阻驱动电路83、84根据放电信号Sdv分别使晶体管Tr3、Tr4导通。放电电阻驱动电路83、84根据放电信号Sdw分别使晶体管Tr5、Tr6导通。

[0182] 另一方面，放电电阻控制部32在未接收到故障信号的情况下不输出放电信号Sdu、Sdv、Sdw。在该情况下，放电电阻驱动电路81～86将用于分别使晶体管Tr1～Tr6截止(使其成为非导通状态)的控制电压施加给对应的晶体管的栅极。由此，晶体管Tr1～Tr6截止。

[0183] 在图41中表示了逆变器14A包括功率半导体装置41A～46A。但是，逆变器14A也可以包括功率半导体装置41B～46B。

[0184] 图42是说明放电电阻控制部32的处理的流程图。参照图42可知，放电电阻控制部32判断是否输入了故障信号(是否接收到故障信号)(步骤S1)。在输入了故障信号的情况下(在步骤S1中为“是”)，放电电阻控制部32将放电信号传送给U、V、W相的所有相的放电电阻驱动电路(放电电阻驱动电路81～86)(步骤S2)。在未输入故障信号的情况下(在步骤S1中为“否”)或者在步骤S2的处理结束了的情况下，整体的处理返回到步骤S1。

[0185] 图43是说明放电电阻驱动电路81～86中的每一个的处理的流程图。放电电阻驱动电路81～86中的每一个执行遵循图43的流程图的处理，以下为了便于说明，将图43作为说明放电电阻驱动电路81的处理的流程图。参照图43可知，放电电路驱动电路81判断是否输入了放电信号Sdu(是否接收到放电信号Sdu)(步骤S11)。在输入了放电信号Sdu的情况下(在步骤S11中为“是”)，放电电阻驱动电路81将使晶体管Tr1(在图43中表示为“MOSFET”)成为导通状态的栅极电压施加给晶体管Tr1的栅极(步骤S12)。另一方面，在未输入放电信号Sdu的情况下(在步骤S11中为“否”)，放电电阻驱动电路81将使晶体管Tr1成为截止状态的栅极电压施加给晶体管Tr1的栅极(步骤S13)。一旦步骤S12或步骤S13的处理结束了，则整体的处理结束。

[0186] 根据实施方式二，能够取得与实施方式一相同的效果。并且，根据实施方式二，能够取得以下效果。

[0187] 首先，与实施方式一相比，能够减小由于放电电阻造成的能量损失。实施方式一的放电电阻为固定电阻。因此，在逆变器工作时，在放电电阻中始终会消耗能量。但是，在实施方式二中，在逆变器正常工作的情况下，能够通过放电电阻控制部32和放电电阻驱动电路81～86使晶体管Tr1～Tr6全部截止。由此，在逆变器工作时，能够减小放电电阻的能量损失。

[0188] 并且，根据实施方式二，能够使电容器C2迅速地放电，因此能够提高逆变器的更换作业的安全性。通常，为了尽可能地减小放电电阻中的能量损失，将放电电阻的电阻值设定得较高(例如电阻值为几十kΩ的水平)。但是，放电电阻的电阻值越高，电容器C2的放电时间越长。因此，在放电电阻的电阻值高的情况下，难以使电容器C2的电压在短时间内降低。根据实施方式二，由于在逆变器发生了故障时晶体管Tr1～Tr6导通，因此放电电阻的电阻值降低。由此，能够使电容器C2迅速地放电。因此，能够提高逆变器的更换作业的安全性。

[0189] 并且，在实施方式二中，作为放电电阻而使用耗尽型MOSFET。即使耗尽型MOSFET的栅极电极未被施加电压，耗尽型MOSFET也处于导通状态，因此即使放电电阻控制部32和放电电阻驱动电路81～86不工作，也能够通过晶体管Tr1～Tr6来构成放电电阻。因此，即使放电电路控制部32或放电电路驱动电路81～86发生了某种异常，也能够可靠地使电容器C2放电。

[0190] [实施方式三]

[0191] 实施方式三的马达驱动装置的简要的框图与图16相同。另外，实施方式三的功率半导体装置的结构与实施方式二的功率半导体装置41A或41B相同。另外，在以下的说明中，逆变器14A包括功率半导体装置41A～46A。

[0192] 在实施方式三中，基于逆变器的各相桥臂的温度来控制放电电阻(耗尽型MOSFET)。

[0193] 图44是用于说明实施方式三的晶体管Tr1～Tr6的控制的图。参照图44和图41可知，实施方式三的逆变器14A与实施方式二的逆变器14A的不同点在于：还包括用于检测U相桥臂的温度的温度传感器95u、用于检测V相桥臂的温度的温度传感器95v、以及用于检测W相桥臂的温度的温度传感器95w。温度传感器95u将作为检测结果的温度值Tu发送给放电电阻控制部32。温度传感器95v将作为检测结果的温度值Tv发送给放电电阻控制部32。温度传感器95w将作为检测结果的温度值Tw发送给放电电阻控制部32。

[0194] 另外，在实施方式三中，功率半导体装置41A～46A中的每一个也可以内置有温度传感器。在这样来构成功率半导体装置的情况下，例如放电电阻控制部32将功率半导体装置41A的温度传感器的检测值和功率半导体装置42A的温度传感器的检测值中的较低的一个决定为U相桥臂的温度。另外，V相桥臂的温度和W相桥臂的温度的决定方法也与U相桥臂的温度的决定方法相同。

[0195] 放电电阻控制部32根据来自逆变器控制部31的放电指令来比较温度值Tu、Tv、Tw。放电电阻控制部32确定出与温度值Tu、Tv、Tw中的最低值相对应的一个桥臂。然后，放电电阻控制部32使用与该确定出的桥臂相对应的放电电阻而使电容器C2放电。

[0196] 图45是说明图44的放电电阻控制部32所执行的处理的流程图。参照图45和图44可知，在步骤S21中，放电电阻控制部32判断是否输入了放电指令(是否接收到放电指令)(步骤S21)。在未输入放电指令的情况下(在步骤S21中为“否”)，整体的处理返回到步骤S21。在输入了放电指令的情况下(在步骤S21中为“是”)，放电电阻控制部32接收作为U相桥臂、V相桥臂、以及W相桥臂的各自的温度值的温度值Tu、Tv、Tw。然后，放电电阻控制部32比较温度值Tu、Tv、Tw(步骤S22)。

[0197] 放电电阻控制部32基于温度值Tu、Tv、Tw来判断U相桥臂的温度是否为最低温度(步骤S23)。在U相桥臂的温度为最低的情况下(在步骤S23中为“是”)，放电电阻控制部32将放电信号Sdu发送给U相桥臂的放电电阻驱动电路81、82(步骤S24)。放电电阻驱动电路81、82根据放电信号Sdu使晶体管Tr1、Tr2分别导通。在该情况下，晶体管Tr1、Tr2构成放电电阻。

[0198] 放电电阻控制部32在U相桥臂的温度不为最低温度的情况下(在步骤S23中为“否”)，判断V相桥臂的温度是否为最低温度(步骤S25)。在V相桥臂的温度为最低的情况下(在步骤S25中为“是”)，放电电阻控制部32将放电信号Sdv发送给V相桥臂的放电电阻驱动电路83、84(步骤S26)。放电电阻驱动电路83、84根据放电信号Sdv使晶体管Tr3、Tr4分别导通。在该情况下，晶体管Tr3、Tr4构成晶体管C2的放电电阻。

[0199] 放电电阻控制部32在V相桥臂的温度不为最低温度的情况下(在步骤S25中为“否”)，判断W相桥臂的温度为最低温度(步骤S27)。在步骤S27中，放电电阻控制部32将放电信号Sdw发送给W相桥臂的放电电阻驱动电路85、86(步骤S27)。放电电阻驱动电路85、86根据放电信号Sdw使晶体管Tr5、Tr6分别导通。由此，晶体管Tr5、Tr6构成晶体管C2的放电电阻。

[0200] 在步骤S24、S26、S27的每一个步骤中，通过放电电阻来进行电容器C2的放电。另外，在步骤S24、S26、S27中的某一个步骤的处理结束了的情况下，整体的处理返回到步骤S21。

[0201] 这样，在实施方式三中，使用与多个桥臂中的温度最低的桥臂相对应的放电电阻来使电容器放电。如果IGBT元件的温度或放电电阻的温度变得过高，则IGBT元件或放电电阻可能会受到损伤。但是，在实施方式三中，由于通过与温度最低的桥臂相对应的放电电路来使电容器放电，因此能够防止产生这样的问题。

[0202] 另外，在本实施方式中，作为功率半导体元件而例示了IGBT，但是本发明对于IGBT以外的功率半导体元件(例如MOSFET、双极性晶体管等)也适用。

[0203] 应认为此次公开的实施方式在所有方面均为例示而不具有限制性作用。本发明的范围通过权利要求而非上述说明来表示，与权利要求相等同的含义和范围内的所有变更均包括在本发明的范围中。

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