(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオード領域とＩＧＢＴ領域を有する半導体基板を備える半導体装置であって、
ダイオード領域内には、
ｐ型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されているアノード領域と、
ｎ型であり、アノード領域の下側に形成されているダイオードドリフト領域と、
ｎ型であり、ダイオードドリフト領域よりｎ型不純物濃度が高く、半導体基板の下面を含むダイオードドリフト領域の下側の範囲に形成されているカソード領域、
が形成されており、
ＩＧＢＴ領域内には、
ｎ型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されているエミッタ領域と、
ｐ型であり、半導体基板の上面を含む範囲及びエミッタ領域の下側の範囲に形成されており、エミッタ領域に接しているボディ領域と、
ｎ型であり、ボディ領域の下側に形成されており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されているＩＧＢＴドリフト領域と、
ｐ型であり、半導体基板の下面を含むＩＧＢＴドリフト領域の下側の範囲に形成されているコレクタ領域と、
エミッタ領域とＩＧＢＴドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向しているゲート電極、
が形成されており、
半導体基板の上面には、ダイオード領域からＩＧＢＴ領域まで連続して伸びており、アノード領域、エミッタ領域及びボディ領域と導通している共通電極が形成されており、
ダイオード領域内の共通電極上からＩＧＢＴ領域内の共通電極上に亘ってはんだ層が形成されており、
カソード領域とコレクタ領域の境界部の上方の共通電極の上面と前記境界部の上方のはんだ層との間に、絶縁層が形成されている、
ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域を有する半導体基板を備える半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、同一の半導体基板にダイオードとＩＧＢＴが形成された半導体装置が開示されている。ダイオードのドリフト領域とＩＧＢＴのドリフト領域は、ダイオードとＩＧＢＴとの境界部においてつながっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２３５４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＩＧＢＴがオンしているときに、ＩＧＢＴに接続されている負荷が短絡すると、ＩＧＢＴに過電流が流れる。例えば、モータ駆動用のインバータ装置に使用されるＩＧＢＴでは、モータがロックすると、モータが短絡状態となる。このため、ＩＧＢＴに、過電圧が印加され、過電流が流れる。ＩＧＢＴに一定時間以上継続して過電流が流れるとＩＧＢＴが破損する。一般的に、ＩＧＢＴには、負荷短絡状態（過電流が流れている状態）に耐えることができる時間が長いことが要求される（以下では、この特性を短絡耐量という）。短絡耐量を向上させる技術として、ＩＧＢＴの電極上にはんだ層を形成する技術が知られている。はんだ層を形成することで、ＩＧＢＴの半導体基板の放熱性を向上させて半導体基板の温度上昇を抑制することができる。これによって、ＩＧＢＴの短絡耐量を向上させることができる。
【０００５】
特許文献１の半導体装置のようにＩＧＢＴとダイオードが同一基板に形成されている半導体装置では、ＩＧＢＴに過電流が流れている場合に、ＩＧＢＴのドリフト領域中のホールの一部がダイオードのドリフト領域中に流入する。すなわち、ダイオードのドリフト領域のうちのＩＧＢＴとダイオードの境界近傍の部分にも高い電流が流れる。ダイオードのドリフト領域中に存在するホールは少ないので、ダイオードのドリフト領域では十分に伝導度変調効果が生じていない。すなわち、ダイオードのドリフト領域は電気抵抗が高い。このように電気抵抗が高いダイオードのドリフト領域に高い電流が流れるので、この領域で発熱が生じる。このような局所的な発熱が生じる場合、電極上にはんだ層を形成したとしても半導体基板の温度上昇を十分に抑制することはできない。このため、ＩＧＢＴとダイオードが同一基板に形成されている半導体装置では、負荷短絡時にＩＧＢＴとダイオードの境界部分が高温となり、短絡耐量が低いという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みて創作されたものである。本発明は、ＩＧＢＴとダイオードを有しており、短絡耐量が高い半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体装置は、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域を有する半導体基板を備えている。ダイオード領域内には、アノード領域と、ダイオードドリフト領域と、カソード領域が形成されている。アノード領域は、ｐ型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されている。ダイオードドリフト領域は、ｎ型であり、アノード領域の下側に形成されている。カソード領域は、ｎ型であり、ダイオードドリフト領域よりｎ型不純物濃度が高く、半導体基板の下面を含むダイオードドリフト領域の下側の範囲に形成されている。ＩＧＢＴ領域内には、エミッタ領域と、ボディ領域と、ＩＧＢＴドリフト領域と、コレクタ領域と、ゲート電極が形成されている。エミッタ領域は、ｎ型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されている。ボディ領域は、ｐ型であり、半導体基板の上面を含む範囲及びエミッタ領域の下側の範囲に形成されており、エミッタ領域に接している。ＩＧＢＴドリフト領域は、ｎ型であり、ボディ領域の下側に形成されており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されている。コレクタ領域は、ｐ型であり、半導体基板の下面を含むＩＧＢＴドリフト領域の下側の範囲に形成されている。ゲート電極は、エミッタ領域とＩＧＢＴドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向している。カソード領域とコレクタ領域は隣接している。半導体基板の上面には、ダイオード領域からＩＧＢＴ領域まで連続して伸びており、アノード領域、エミッタ領域及びボディ領域と導通している共通電極が形成されている。ダイオード領域内の共通電極上からＩＧＢＴ領域内の共通電極上に亘ってはんだ層が形成されている。カソード領域とコレクタ領域の境界部の上方の共通電極の上面と前記境界部の上方のはんだ層との間に、絶縁層が形成されている。
【０００８】
この半導体装置では、ダイオード領域内の共通電極とＩＧＢＴ領域内の共通電極がはんだ層に覆われているので、半導体基板で発熱が生じても、半導体基板からはんだ層に熱が伝導する。したがって、半導体基板の温度上昇が抑制される。さらに、この半導体装置では、カソード領域とコレクタ領域の境界部の上方の共通電極の上面と前記境界部の上方のはんだ層との間に、絶縁層が形成されている。すなわち、前記境界部の上方では、共通電極がはんだ層に直接導通していない。したがって、ＩＧＢＴがオンしたときに、前記境界部近傍の領域（すなわち、ダイオードドリフト領域とＩＧＢＴドリフト領域の境界部近傍の領域）に電流が流れ難い。このため、ＩＧＢＴに過電流が流れたときに、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界部で発熱が生じることが抑制される。このため、この半導体装置は短絡耐量が高い。
【０００９】
また、本明細書が開示する一実施態様における半導体装置は、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域を有する半導体基板を備えている。ダイオード領域内には、アノード領域と、ダイオードドリフト領域と、カソード領域が形成されている。アノード領域は、ｐ型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されている。ダイオードドリフト領域は、ｎ型であり、アノード領域の下側に形成されている。カソード領域は、ｎ型であり、ダイオードドリフト領域よりｎ型不純物濃度が高く、半導体基板の下面を含むダイオードドリフト領域の下側の範囲に形成されている。ＩＧＢＴ領域内には、エミッタ領域と、ボディ領域と、ＩＧＢＴドリフト領域と、コレクタ領域と、ゲート電極が形成されている。エミッタ領域は、ｎ型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されている。ボディ領域は、ｐ型であり、半導体基板の上面を含む範囲及びエミッタ領域の下側の範囲に形成されており、エミッタ領域に接している。ＩＧＢＴドリフト領域は、ｎ型であり、ボディ領域の下側に形成されており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されている。コレクタ領域は、ｐ型であり、半導体基板の下面を含むＩＧＢＴドリフト領域の下側の範囲に形成されている。ゲート電極は、エミッタ領域とＩＧＢＴドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向している。カソード領域とコレクタ領域は隣接している。半導体基板の上面には、アノード領域と導通しているアノード電極と、エミッタ領域及びボディ領域と導通しているエミッタ電極が形成されている。アノード電極上からエミッタ電極上に亘ってはんだ層が形成されている。カソード領域とコレクタ領域の境界部の上方の半導体基板の上面と前記境界部の上方のはんだ層との間に、絶縁層が形成されている。
なお、前記絶縁層は、前記境界部の上方の半導体基板の上面に接するように形成されていてもよい。または、前記境界部の上方の半導体基板の上面に接する位置においてアノード電極とエミッタ電極が繋がっており、その電極上に前記絶縁層が形成されていてもよい。
この半導体装置では、アノード電極とエミッタ電極がはんだ層に覆われているので、半導体基板で発熱が生じても、半導体基板からはんだ層に熱が伝導する。したがって、半導体基板の温度上昇が抑制される。さらに、この半導体装置では、カソード領域とコレクタ領域の境界部の上方の半導体基板の上面と前記境界部の上方のはんだ層との間に、絶縁層が形成されている。すなわち、前記境界部の上方では、半導体基板がはんだ層に直接導通していない。したがって、ＩＧＢＴがオンしたときに、前記境界部近傍の領域（すなわち、ダイオードドリフト領域とＩＧＢＴドリフト領域の境界部近傍の領域）に電流が流れ難い。このため、ＩＧＢＴに過電流が流れたときに、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界部で発熱が生じることが抑制される。このため、この半導体装置は短絡耐量が高い。
上述した半導体装置においては、前記絶縁層が半導体基板の上面に接しており、アノード電極とエミッタ電極が、前記絶縁層によって分離されていることが好ましい。
このような構成によれば、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界部に電流がより流れ難くなる。これによって、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界部における発熱をより抑制することができる。
【００１０】
上述した半導体装置においては、半導体基板には、カソード領域とコレクタ領域の境界部の上方であって、半導体基板の上面からアノード領域及びボディ領域よりも深い深さまでの範囲に、ｐ型の分離領域が形成されていることが好ましい。そして、前記絶縁層は、分離領域の上面を覆っていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の半導体装置の縦断面図。
【図２】実施例２の半導体装置の縦断面図。
【図３】実施例１の変形例の半導体装置の縦断面図。
【図４】実施例２の変形例の半導体装置の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１２】
（半導体装置の構造）
図１は、実施例１に係る半導体装置１０の断面図を示している。図１に示すように、半導体装置１０は、半導体基板１２と、半導体基板１２の上面及び下面に形成されている金属層及び絶縁層等を備えている。半導体基板１２には、ダイオード領域２０とＩＧＢＴ領域４０が形成されている。
【００１３】
ダイオード領域２０内の半導体基板１２の上面には、アノード電極２２が形成されている。ＩＧＢＴ領域４０内の半導体基板１２の上面には、エミッタ電極４２が形成されている。半導体基板１２の下面には、共通電極６０が形成されている。
【００１４】
ダイオード領域２０には、アノード層２６、ダイオードドリフト層２８、カソード層３０が形成されている。
【００１５】
アノード層２６は、アノードコンタクト領域２６ａと低濃度アノード層２６ｂにより構成されている。
アノードコンタクト領域２６ａは、ｐ型の領域であり、その不純物濃度は高い。アノードコンタクト領域２６ａは、半導体基板１２の上面を含む範囲に島状に形成されている。アノードコンタクト領域２６ａは、アノード電極２２に対してオーミック接続されている。
低濃度アノード層２６ｂは、ｐ型の領域である。低濃度アノード層２６ｂの不純物濃度は、アノードコンタクト領域２６ａの不純物濃度より低い。低濃度アノード層２６ｂは、アノードコンタクト領域２６ａの下側及び側方に形成されており、アノードコンタクト領域２６ａを覆っている。
【００１６】
ダイオードドリフト層２８は、ｎ型の領域であり、その不純物濃度は低い。ダイオードドリフト層２８は、低濃度アノード層２６ｂの下側に形成されている。
【００１７】
カソード層３０は、ｎ型の領域である。カソード層３０の不純物濃度は、ダイオードドリフト層２８の不純物濃度よりも高い。カソード層３０は、ダイオードドリフト層２８の下側に形成されている。カソード層３０は、半導体基板１２の下面を含む範囲に形成されており、共通電極６０に対してオーミック接続されている。
【００１８】
ダイオード領域２０には、アノード層２６、ダイオードドリフト層２８、カソード層３０によってダイオードが形成されている。以下では、ダイオード領域２０に形成されているダイオードを、ダイオード２０という。
【００１９】
ＩＧＢＴ領域４０には、エミッタ領域４４、ボディ層４６、ＩＧＢＴドリフト層５０、コレクタ層５２、及び、ゲート電極５４等が形成されている。
【００２０】
ＩＧＢＴ領域４０内の半導体基板１２の上面には、複数のトレンチが形成されている。各トレンチの内面には、ゲート絶縁膜５６が形成されている。各トレンチの内部に、ゲート電極５４が形成されている。ゲート電極５４の上面は絶縁膜５８により覆われている。絶縁膜５８によって、ゲート電極５４は、エミッタ電極４２から絶縁されている。
【００２１】
エミッタ領域４４は、ｎ型の領域であり、その不純物濃度は高い。エミッタ領域４４は、半導体基板１２の上面を含む範囲に島状に形成されている。エミッタ領域４４は、ゲート絶縁膜５６に接する範囲に形成されている。エミッタ領域４４は、エミッタ電極４２に対してオーミック接続されている。
【００２２】
ボディ層４６は、ボディコンタクト領域４６ａと低濃度ボディ層４６ｂを備えている。
ボディコンタクト領域４６ａは、ｐ型の領域であり、その不純物濃度は高い。ボディコンタクト領域４６ａは、半導体基板１２の上面を含む範囲に島状に形成されている。ボディコンタクト領域４６ａは、２つのエミッタ領域４４の間に形成されている。ボディコンタクト領域４６ａは、エミッタ電極４２に対してオーミック接続されている。
低濃度ボディ層４６ｂは、ｐ型の領域である。低濃度ボディ層４６ｂの不純物濃度は、ボディコンタクト領域４６ａよりも低い。低濃度ボディ層４６ｂは、エミッタ領域４４及びボディコンタクト領域４６ａの下側に形成されている。低濃度ボディ層４６ｂによって、エミッタ領域４４がＩＧＢＴドリフト層５０から分離されている。ゲート電極５４は、エミッタ領域４４とＩＧＢＴドリフト層５０を分離している範囲の低濃度ボディ層４６ｂにゲート絶縁膜５６を介して対向している。
【００２３】
ＩＧＢＴドリフト層５０は、ｎ型の領域である。ＩＧＢＴドリフト層５０は、ボディ層４６の下側に形成されている。ＩＧＢＴドリフト層５０は、ドリフト層５０ａとバッファ層５０ｂを備えている。
ドリフト層５０ａは、ボディ層４６の下側に形成されている。ドリフト層５０ａの不純物濃度は、ダイオードドリフト層２８と略等しい。ドリフト層５０ａは、ダイオードドリフト層２８と連続する層である。
バッファ層５０ｂは、ドリフト層５０ａの下側に形成されている。バッファ層５０ｂは、ドリフト層５０ａよりも不純物濃度が高い。
【００２４】
コレクタ層５２は、ｐ型の領域であり、その不純物濃度は高い。コレクタ層５２は、ＩＧＢＴドリフト層５０の下側に形成されている。コレクタ層５２は、半導体基板１２の下面を含む範囲に形成されており、共通電極６０に対してオーミック接続されている。
【００２５】
ＩＧＢＴ領域４０には、エミッタ領域４４、ボディ層４６、ＩＧＢＴドリフト層５０、コレクタ層５２、及び、ゲート電極５４によって、ＩＧＢＴが形成されている。以下では、ＩＧＢＴ領域４０に形成されているＩＧＢＴを、ＩＧＢＴ４０という。
【００２６】
ダイオード領域２０とＩＧＢＴ領域４０の間の半導体基板１２の上面を含む範囲には、分離領域７０が形成されている。分離領域７０は、ｐ型の領域である。分離領域７０の不純物濃度は、低濃度アノード層２６ｂ及び低濃度ボディ層４６ｂの不純物濃度より高い。分離領域７０は、ダイオード領域２０側で低濃度アノード層２６ｂに接している。分離領域７０は、ＩＧＢＴ領域４０側で、ボディ層４６に接している。分離領域７０の下端は、ゲート電極５４の下端よりも深い位置にある。
【００２７】
ダイオード領域２０のカソード層３０は、分離領域７０の下部まで延出されており、ＩＧＢＴ領域４０のコレクタ層５２は、分離領域７０の下部まで延出されている。カソード層３０は、分離領域７０の下側で、コレクタ層５２と接している。すなわち、カソード層３０とコレクタ層５２の境界７２が、分離領域７０の下側に位置している。
【００２８】
分離領域７０の下側では、ダイオードドリフト層２８とＩＧＢＴドリフト層５０が繋がっている。すなわち、ダイオードドリフト層２８とＩＧＢＴドリフト層５０は、連続するｎ型の層である。以下では、ダイオードドリフト層２８とＩＧＢＴドリフト層５０が連続している領域（すなわち、境界７２の上部のｎ型領域）を、ドリフト層６２という場合がある。
【００２９】
分離領域７０上には、絶縁膜９０（ＳｉＯ２膜）が形成されている。絶縁膜９０上には、ゲート配線８８が形成されている。ゲート配線８８は、図示しない箇所で各ゲート電極５４に接続されている。ゲート配線８８は、絶縁膜９２に覆われている。絶縁膜９２は、ＮＳＧ（ｎｏｎｄｏｐｅｄ  ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）、ＢＰＳＧ（ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）、ＳＩｎＳｉＮ（ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ）等、または、これらの積層体により構成されている。絶縁膜９２上は、絶縁膜９４に覆われている。絶縁膜９４は、ポリイミドにより構成されている。分離領域７０上の絶縁膜９０、９２、９４によって、アノード電極２２がエミッタ電極４２から分離されている。
【００３０】
アノード電極２２の表面、絶縁膜９４、及び、エミッタ電極４２の表面は、はんだ層９６に覆われている。はんだ層９６上には、金属ブロック９８が存在している。すなわち、アノード電極２２とエミッタ電極４２は、はんだ層９６によって、金属ブロック９８に接合されている。アノード電極２２とエミッタ電極４２は、はんだ層９６を介して導通している。
【００３１】
（半導体装置１０の動作）
最初に、ダイオード２０の動作について説明する。アノード電極２２と共通電極６０の間に、アノード電極２２がプラスとなる電圧（すなわち、順電圧）が印加されると、ダイオード２０がオンする。すなわち、アノード電極２２から、共通電極６０に向かって電流が流れる。
【００３２】
次に、ＩＧＢＴ４０の動作について説明する。エミッタ電極４２と共通電極６０の間に共通電極６０がプラスとなる電圧が印加された状態において、ゲート電極５４にオン電位が印加されると、ＩＧＢＴ４０がオンする。すなわち、ゲート電極５４へのオン電位の印加によって、ボディ層４６のゲート絶縁膜５６に接している領域に電子が集まり、チャネルが形成される。すると、エミッタ電極４２から、エミッタ領域４４、チャネル、ＩＧＢＴドリフト層５０、及び、コレクタ層５２を経由して、共通電極６０に向かって電子が流れる。同時に、共通電極６０から、コレクタ層５２、ＩＧＢＴドリフト層５０、及び、ボディ層４６を経由して、エミッタ電極４２に向かってホールが流れる。すなわち、共通電極６０からエミッタ電極４２に向かって電流が流れる。ＩＧＢＴドリフト層５０内には電子とホールが存在している状態となるので、ＩＧＢＴドリフト層５０の電気抵抗は伝導度変調現象により低下する。したがって、電流が流れる際にＩＧＢＴ４０で発生する損失は小さい。
【００３３】
ＩＧＢＴ４０に接続されている負荷（例えば、モータ等）が短絡した場合等には、ＩＧＢＴ４０に過電圧が印加される。オン状態にあるＩＧＢＴ４０に過電圧が印加されると、ＩＧＢＴ４０に過電流が流れる。このとき、ＩＧＢＴドリフト層５０は伝導度変調効果により低抵抗化されているので、ＩＧＢＴドリフト層５０に高い電流が流れてもそれほど発熱は生じない。
一方、ＩＧＢＴ領域４０とダイオード領域２０との間のドリフト層６２にはホールがほとんど存在しないため、ドリフト層６２の電気抵抗は高い。このため、ドリフト層６２に高い電流が流れれば、ドリフト層６２が局所的に高温となる。
しかしながら、ドリフト層６２の上方の分離領域７０の表面は絶縁膜９０〜９４に覆われている。このため、ＩＧＢＴ４０に過電圧が印加されても、分離領域７０には高い電流が流れ難い。すなわち、分離領域７０の下部のドリフト層６２には高い電流は流れない。これによって、ドリフト層６２が温度上昇することが抑制されている。
【００３４】
また、エミッタ電極４２とアノード電極２２は、はんだ層９６によって金属ブロック９８に接合されている。このため、半導体基板１２で生じた熱は、はんだ層９６を介して金属ブロック９８に伝導する。このように、はんだ層９６及び金属ブロック９８によって、半導体基板１２の放熱が促進される。これによっても、半導体基板１２の温度上昇が抑制される。
【００３５】
以上に説明したように、半導体装置１０では、カソード層３０とコレクタ層５２の境界７２の上方の分離領域７０の上面が絶縁膜９０〜９４に覆われているので、ＩＧＢＴ４０に過電流が流れても、ダイオード領域２０とＩＧＢＴ領域４０の間のドリフト層６２に電流が流れ難い。このため、ドリフト層６２は温度上昇し難い。さらに、はんだ層９６と金属ブロック９８によって、半導体基板１２全体の温度上昇が抑制される。したがって、半導体装置１０は、短絡耐量が高い。
【実施例２】
【００３６】
（半導体装置の構造）
図２は、実施例２に係る半導体装置１００の断面図を示している。実施例２に係る半導体装置１００では、半導体基板１１２の上面側全体に亘って、ＩＧＢＴの構造が形成されている。すなわち、半導体基板１１２の上面側に、エミッタ領域１４４、ボディ層１４６（すなわち、ボディコンタクト領域１４６ａ及び低濃度ボディ層１４６ｂ）、及び、ゲート電極１５４が形成されている。ボディ層１４６の下側には、ドリフト層１５０（すなわち、ドリフト層１５０ａ及びバッファ層１５０ｂ）が形成されている。半導体装置１００の半導体基板１１２の下面を含む範囲には、カソード層１３０とコレクタ層１５２が互いに隣接して形成されている。カソード層１３０が形成されている範囲の半導体基板１１２は、ダイオードとして機能するダイオード領域１２０である。すなわち、ダイオード領域１２０内には、ボディ層１４６とドリフト層１５０とカソード層１３０によって、ダイオードが形成されている。一方、コレクタ層１５２が形成されている範囲の半導体基板１１２は、ＩＧＢＴとして機能するＩＧＢＴ領域１４０である。すなわち、ＩＧＢＴ領域１４０には、エミッタ領域１４４、ボディ層１４６、ドリフト層１５０、コレクタ層１５２、及び、ゲート電極１５４によってＩＧＢＴが形成されている。
【００３７】
半導体装置１００では、ダイオード領域１２０からＩＧＢＴ領域１４０に亘って、半導体基板１１２の上面に共通電極１２２が形成されている。すなわち、半導体装置１００では、ダイオードのアノード電極とＩＧＢＴのエミッタ電極が分離されておらず、共通化されている。半導体基板１１２の下面には、共通電極１６０が形成されている。
【００３８】
カソード層１３０とコレクタ層１５２の境界１７２の上方の共通電極１２２の表面には、絶縁膜１９２が形成されている。絶縁膜１９２は、ＮＳＧ、ＢＰＳＧ、ＳＩｎＳｉＮ等、または、これらの積層体により構成されている。絶縁膜１９２上は、絶縁膜１９４に覆われている。絶縁膜１９４は、ポリイミドにより構成されている。
【００３９】
共通電極１２２の表面、及び、絶縁膜１９４の表面は、はんだ層１９６に覆われている。はんだ層１９６上には、金属ブロック１９８が存在している。すなわち、共通電極１２２は、はんだ層１９６によって、金属ブロック１９８に接合されている。
【００４０】
（半導体装置１００の動作）
ダイオード領域１２０内のダイオードは、実施例１の半導体装置１０と同様に動作する。
一方、ＩＧＢＴ領域１４０内のＩＧＢＴは、以下のように動作する。共通電極１２２と共通電極１６０の間に共通電極１６０がプラスとなる電圧が印加された状態においてゲート電極１５４にオン電位が印加されると、ＩＧＢＴ領域１４０内のボディ層１４６にチャネルが形成され、ＩＧＢＴ領域１４０内のＩＧＢＴがオンする。すなわち、ＩＧＢＴ領域１４０内のドリフト層１５０ａが伝導度変調効果により低抵抗化し、ＩＧＢＴ領域１４０内を共通電極１６０から共通電極１２２に向かって電流が流れる。
また、このとき、ダイオード領域１２０内のゲート電極１５４にもオン電位が印加されるので、ダイオード領域１２０内のボディ層１４６にもチャネルが形成される。しかしながら、ダイオード領域１２０内のドリフト層１５０ａにはホールがほとんど流入しないため、伝導度変調効果がほとんど生じない。したがって、ダイオード領域１２０には電流がほとんど流れない。
【００４１】
実施例２の半導体装置１００のＩＧＢＴに接続されている負荷（例えば、モータ等）が短絡した場合等には、ＩＧＢＴに過電圧が印加される。オン状態にあるＩＧＢＴに過電圧が印加されると、ＩＧＢＴに過電流が流れる。このとき、ＩＧＢＴ領域１４０内のドリフト層１５０ａは、伝導度変調効果により低抵抗化されているので、高い電流が流れてもそれほど発熱は生じない。
一方、ＩＧＢＴ領域１４０とダイオード領域１２０との間のドリフト層１５０ａ（境界１７２の上部近傍のドリフト層１５０ａ）にはホールがあまり存在しないため、境界１７２の上部近傍のドリフト層１５０ａの電気抵抗は高い。したがって、境界１７２の上部近傍のドリフト層１５０ａに高い電流が流れれば、局所的に温度上昇が生じてしまう。
しかしながら、半導体装置１００では、境界１７２の上方の共通電極１２２の上面が絶縁膜１９２に覆われており、はんだ層１９６に直接接合されていない。共通電極１２２は厚さが薄く、また、絶縁膜１９２に覆われている共通電極１２２からはんだ層１９６までの電流経路が長いため、絶縁膜１９２に覆われている共通電極１２２には、その他の範囲の共通電極１２２に比べて、電流が流れ難い。このため、境界１７２の上部のドリフト層１５０ａには高い電流は流れない。これによって、境界１７２の上部のドリフト層１５０ａが温度上昇することが抑制される。
【００４２】
以上に説明したように、実施例２の半導体装置１００でも、ＩＧＢＴに過電流が流れたときに、ダイオード領域１２０とＩＧＢＴ領域１４０の境界部のドリフト領域の発熱を抑制することができる。さらに、はんだ層１９６と金属ブロック１９８によって、半導体基板１１２全体の温度上昇が抑制される。したがって、半導体装置１００は、短絡耐量が高い。
【００４３】
なお、ダイオード領域内のドリフト層には、図３、４に示すように、キャリアライフタイム制御領域３９、１３９が形成されていてもよい。キャリアライフタイム制御領域は、半導体基板中に荷電粒子を打ち込むことによって結晶欠陥を形成下領域である。キャリアライフタイム制御領域は、キャリアの再結合中心として機能する。キャリアライフタイム制御領域を形成することで、ダイオードのリカバリサージ電流を抑制することができる。
【００４４】
また、ボディ層は、図３に示すように、ｎ型のホールストッパ層４８によって、上部ボディ層４６と下部ボディ層４９に分離されていてもよい。このように、ホールストッパ層４８を設けることで、ＩＧＢＴのオン時に、ホールが上部ボディ層４６に向かって流れることが抑制される。これによって、ドリフト層５０ａ内のホール濃度をより高くし、ドリフト層５０ａで生じる損失をより低減することができる。
【００４５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４６】
１０：半導体装置
１２：半導体基板
２０：ダイオード領域
２２：アノード電極
２６：アノード層
２６ａ：アノードコンタクト領域
２６ｂ：低濃度アノード層
２８：ダイオードドリフト層
３０：カソード層
３９：ダイオードキャリアライフタイム制御領域
４０：ＩＧＢＴ領域
４２：エミッタ電極
４４：エミッタ領域
４６：ボディ層
４６ａ：ボディコンタクト領域
４６ｂ：低濃度ボディ層
５０：ＩＧＢＴドリフト層
５０ａ：ドリフト層
５０ｂ：バッファ層
５２：コレクタ層
５４：ゲート電極
５６：ゲート絶縁膜
５８：絶縁膜
６０：共通電極
６２：ドリフト層
７０：分離領域
７２：境界
８８：ゲート配線
９０：絶縁膜
９２：絶縁膜
９４：絶縁膜
９６：はんだ層
９８：金属ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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