(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置であって、
ＩＧＢＴとダイオードが形成されている半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成されている表面電極と、
前記半導体基板の裏面に形成されている裏面電極、
を有し、
前記半導体基板内であって前記表面に露出する範囲内に、前記表面電極に接続されているＩＧＢＴのｎ型エミッタ領域と、前記表面電極に接続されているＩＧＢＴのｐ型ボディ領域と、前記表面電極に接続されているダイオードのｐ型アノード領域が形成されており、
前記半導体基板内であって前記裏面に露出する範囲内に、前記裏面電極に接続されているＩＧＢＴのｐ型コレクタ領域と、前記裏面電極に接続されているダイオードのｎ型カソード領域が形成されており、
前記半導体基板内であって、前記表面のうちの前記表面電極にコンタクトするコンタクト領域の外周端を含む範囲内に、前記表面電極に接続されているコンタクト外周端ｐ型領域が形成されており、
前記半導体基板のうちの前記外周端と前記半導体基板の端面との間の外周領域内には、外周裏面ｐ型領域と、外周裏面ｎ型領域と、外周低濃度ｎ型領域が形成される一方で、前記ｎ型エミッタ領域と前記ｐ型ボディ領域と前記ｐ型アノード領域が形成されておらず、
前記外周裏面ｐ型領域が、前記外周端の前記裏面側に位置する前記裏面に露出する範囲に形成されており、前記裏面電極に接続されており、
前記外周裏面ｎ型領域が、前記外周裏面ｐ型領域に対して前記端面側に位置する前記裏面に露出する範囲に形成されており、前記外周裏面ｐ型領域に接しており、前記裏面電極に接続されており、
前記外周低濃度ｎ型領域が、前記外周裏面ｎ型領域よりも低いｎ型不純物濃度を有しており、前記外周裏面ｐ型領域と前記外周裏面ｎ型領域を前記コンタクト外周端ｐ型領域から分離しており、
前記外周裏面ｐ型領域内のｐ型不純物濃度が、前記端面側に向かうにしたがって減少し、
前記外周裏面ｎ型領域内のｎ型不純物濃度が、前記端面側に向かうにしたがって増加する、
半導体装置。
【請求項２】
前記外周裏面ｎ型領域が、前記コンタクト外周端ｐ型領域の外周端よりも前記端面側に形成されている、請求項１の半導体装置。
【請求項３】
前記外周裏面ｐ型領域と前記外周裏面ｎ型領域の境界におけるｐ型不純物濃度が、前記半導体基板を厚み方向に平面視した場合において前記端面のコーナー部と前記外周端のコーナー部の間に位置する領域において、前記半導体基板を厚み方向に平面視した場合において前記端面の直線部と前記外周端の直線部の間に位置する領域よりも低い請求項１または２の半導体装置。
【請求項４】
半導体装置であって、
ＩＧＢＴとダイオードが形成されている半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成されている表面電極と、
前記半導体基板の裏面に形成されている裏面電極、
を有し、
前記半導体基板内であって前記表面に露出する範囲内に、前記表面電極に接続されているＩＧＢＴのｎ型エミッタ領域と、前記表面電極に接続されているＩＧＢＴのｐ型ボディ領域と、前記表面電極に接続されているダイオードのｐ型アノード領域が形成されており、
前記半導体基板内であって前記裏面に露出する範囲内に、前記裏面電極に接続されているＩＧＢＴのｐ型コレクタ領域と、前記裏面電極に接続されているダイオードのｎ型カソード領域が形成されており、
前記半導体基板内であって、前記表面のうちの前記表面電極にコンタクトするコンタクト領域の外周端を含む範囲内に、前記表面電極に接続されているコンタクト外周端ｐ型領域が形成されており、
前記半導体基板のうちの前記外周端と前記半導体基板の端面との間の外周領域内に、外周裏面ｐ型領域と、外周裏面ｎ型領域と、外周裏面ｐｎ反復領域と、外周低濃度ｎ型領域が形成されており、
前記外周裏面ｐ型領域が、前記外周端の前記裏面側に位置する前記裏面に露出する範囲に形成されており、前記裏面電極に接続されており、
前記外周裏面ｎ型領域が、前記外周裏面ｐ型領域に対して前記端面側に位置する前記裏面に露出する範囲に形成されており、前記裏面電極に接続されており、
前記外周裏面ｐｎ反復領域が、前記外周裏面ｐ型領域と前記外周裏面ｎ型領域の間に位置する前記裏面に露出する範囲に形成されており、前記裏面電極に接続されており、
前記外周裏面ｐｎ反復領域内に、前記外周裏面ｐ型領域から前記外周裏面ｎ型領域に向かう方向においてｐ型領域とｎ型領域が交互に繰り返すように複数のｐ型領域と複数のｎ型領域が形成されており、
前記外周低濃度ｎ型領域が、前記外周裏面ｐｎ反復領域内の各ｎ型領域及び前記外周裏面ｎ型領域よりも低いｎ型不純物濃度を有しており、前記外周裏面ｐ型領域、前記外周裏面ｎ型領域及び前記外周裏面ｐｎ反復領域を前記コンタクト外周端ｐ型領域から分離しており、
前記半導体基板を厚み方向に平面視した場合における前記外周裏面ｐｎ反復領域内のｐ型領域のｎ型領域に対する面積比率が、前記外周裏面ｐｎ反復領域の中央よりも前記外周裏面ｐ型領域側の範囲において、前記外周裏面ｐｎ反復領域の中央よりも前記外周裏面ｎ型領域側の範囲よりも高い、
半導体装置。
【請求項５】
前記外周裏面ｐｎ反復領域内の各ｐ型領域の前記外周裏面ｐ型領域から前記外周裏面ｎ型領域に向かう方向における幅が、前記外周裏面ｐ型領域に近いｐ型領域ほど広く、
前記外周裏面ｐｎ反復領域内の各ｎ型領域の前記外周裏面ｐ型領域から前記外周裏面ｎ型領域に向かう方向における幅が、前記外周裏面ｎ型領域に近いｎ型領域ほど広い、
請求項４の半導体装置。
【請求項６】
前記外周裏面ｐｎ反復領域が、前記半導体基板を厚み方向に平面視した場合に、前記コンタクト領域の周囲を一巡するように形成されている請求項４または５の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＩＧＢＴとダイオードを有する半導体装置が開示されている。この半導体装置では、半導体基板の主要領域内にＩＧＢＴとダイオードが形成されている。また、その主要領域と半導体基板の端面の間の外周領域内に、耐圧構造が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２３２５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の半導体装置では、外周領域内の半導体基板の裏面に露出する範囲にｎ型領域（以下、外周裏面ｎ型領域という）が形成されている。外周裏面ｎ型領域は、裏面電極と導通している。このため、ダイオードがオンする際には、主要領域内のｐ型領域（ダイオードのアノード領域またはＩＧＢＴのボディ領域）から外周裏面ｎ型領域に向かってホールが流れる。ダイオードが逆回復動作する際には、外周領域内に存在しているホールが、主要領域内のｐ型領域に向かって流れる。このため、主要領域内のｐ型領域のうちの外周領域近傍のｐ型領域に電流が集中する。
【０００５】
また、外周領域内の半導体基板の裏面に露出する範囲に、上述したｎ型領域に代えてｐ型領域（以下、外周裏面ｐ型領域という）を形成することも可能である。このように外周裏面ｐ型領域を形成すると、ＩＧＢＴがオンする際に、外周裏面ｐ型領域から外周領域内のドリフト領域にホールが供給される。ＩＧＢＴがオフする際には、外周領域内に存在しているホールが、主要領域内のｐ型領域に向かって流れる。このため、主要領域内のｐ型領域のうちの外周領域近傍のｐ型領域に電流が集中する。
【０００６】
以上に説明したように、外周領域に外周裏面ｎ型領域を形成すると、ダイオードの逆回復動作時に外周領域近傍のｐ型領域に高い電流が流れる。また、外周領域に外周裏面ｐ型領域を形成すると、ＩＧＢＴがオフする際に外周領域近傍のｐ型領域に高い電流が流れる。したがって、本明細書では、ダイオードの逆回復動作時とＩＧＢＴがオフする際の両方において、高い電流が流れることを抑制することができる半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する第１の半導体装置は、ＩＧＢＴとダイオードが形成されている半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成されている表面電極と、前記半導体基板の裏面に形成されている裏面電極を有する。前記半導体基板内であって前記表面に露出する範囲内に、前記表面電極に接続されているＩＧＢＴのｎ型エミッタ領域と、前記表面電極に接続されているＩＧＢＴのｐ型ボディ領域と、前記表面電極に接続されているダイオードのｐ型アノード領域が形成されている。前記半導体基板内であって前記裏面に露出する範囲内に、前記裏面電極に接続されているＩＧＢＴのｐ型コレクタ領域と、前記裏面電極に接続されているダイオードのｎ型カソード領域が形成されている。前記半導体基板内であって、前記表面のうちの前記表面電極にコンタクトするコンタクト領域の外周端を含む範囲内に、前記表面電極に接続されているコンタクト外周端ｐ型領域が形成されている。前記半導体基板のうちの前記外周端と前記半導体基板の端面との間の外周領域内に、外周裏面ｐ型領域と、外周裏面ｎ型領域と、外周低濃度ｎ型領域が形成されている。前記外周裏面ｐ型領域が、前記外周端の前記裏面側に位置する前記裏面に露出する範囲に形成されており、前記裏面電極に接続されている。前記外周裏面ｎ型領域が、前記外周裏面ｐ型領域に対して前記端面側に位置する前記裏面に露出する範囲に形成されており、前記外周裏面ｐ型領域に接しており、前記裏面電極に接続されている。前記外周低濃度ｎ型領域が、前記外周裏面ｎ型領域よりも低いｎ型不純物濃度を有しており、前記外周裏面ｐ型領域と前記外周裏面ｎ型領域を前記コンタクト外周端ｐ型領域から分離している。前記外周裏面ｐ型領域内のｐ型不純物濃度が、前記端面側に向かうにしたがって減少している。前記外周裏面ｎ型領域内のｎ型不純物濃度が、前記端面側に向かうにしたがって増加している。
【０００８】
なお、上記のボディ領域とアノード領域は、共通の領域により構成されていてもよい。すなわち、所定のｐ型領域が、ボディ領域としてもアノード領域としても機能するように構成されていてもよい。また、上記のコンタクト外周端ｐ型領域は、アノード領域であってもよいし、ボディ領域であってもよいし、その他の領域であってもよい。
【０００９】
この半導体装置では、外周領域内に、外周裏面ｐ型領域と外周裏面ｎ型領域が形成されている。外周裏面ｐ型領域は、コンタクト外周端ｐ型領域の裏面側に形成されている。すなわち、外周領域のうちのコンタクト外周端ｐ型領域に近い位置に、外周裏面ｐ型領域が形成されている。ＩＧＢＴがオンしている場合には外周裏面ｐ型領域から外周低濃度ｎ型領域にホールが供給されるので、ＩＧＢＴがオフする際には外周低濃度ｎ型領域からコンタクト外周端ｐ型領域にホールが流れる。ここで、外周裏面ｐ型領域では、ｐ型不純物濃度が、半導体基板の端面側に向かうにしたがって減少している。このため、ＩＧＢＴがオンしている際には、半導体基板の端面に近い位置ほど（すなわち、外周側ほど）外周裏面ｐ型領域から供給されるホールが少ない。したがって、このＩＧＢＴがオフする際には、外周低濃度ｎ型領域からコンタクト外周端ｐ型領域に流れるホールが少ない。これによって、ＩＧＢＴがオフする際にコンタクト外周端ｐ型領域に高い電流が流れることが抑制される。また、ダイオードがオンする際には、コンタクト外周端ｐ型領域から外周裏面ｎ型領域に向かってホールが流れる。ダイオードが逆回復動作をする際には、外周低濃度ｎ型領域内に存在するホールが、コンタクト外周端ｐ型領域に流れる。ここで、外周裏面ｎ型領域は、外周裏面ｐ型領域よりも半導体基板の端面側（すなわち、コンタクト外周端ｐ型領域から遠い側）に配置されている。さらに、外周裏面ｎ型領域では、ｎ型不純物濃度が、半導体基板の端面側に向かうにしたがって増加している（すなわち、コンタクト外周端ｐ型領域に向かうにしたがって減少している）。このように、外周裏面ｎ型領域は、コンタクト外周端ｐ型領域から離れているとともに、外周裏面ｎ型領域の中でもコンタクト外周端ｐ型領域に近い領域ではｎ型不純物濃度が低くなっている。したがって、ダイオードがオンしている際に外周裏面ｎ型領域に向かって流れるホールは極めて少ない。すなわち、ダイオードがオンしている際に外周領域内に存在するホールは極めて少ない。このため、ダイオードが逆回復動作する際に、コンタクト外周端ｐ型領域に高い電流が流れることが抑制される。このように、この半導体装置によれば、ダイオードの逆回復動作時とＩＧＢＴがオフする際の両方において、高い電流が生じることを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、前記外周裏面ｐ型領域と前記外周裏面ｎ型領域の境界におけるｐ型不純物濃度が、前記半導体基板を厚み方向に平面視した場合において前記端面のコーナー部と前記外周端のコーナー部の間に位置する領域において、前記半導体基板を厚み方向に平面視した場合において前記端面の直線部と前記外周端の直線部の間に位置する領域よりも低くてもよい。
【００１１】
このような構成によれば、電界が集中しやすいコンタクト領域のコーナー部近傍の外周領域において、電界を抑制することができる。
【００１２】
本明細書が開示する第２の半導体装置は、ＩＧＢＴとダイオードが形成されている半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成されている表面電極と、前記半導体基板の裏面に形成されている裏面電極を有する。前記半導体基板内であって前記表面に露出する範囲内に、前記表面電極に接続されているＩＧＢＴのｎ型エミッタ領域と、前記表面電極に接続されているＩＧＢＴのｐ型ボディ領域と、前記表面電極に接続されているダイオードのｐ型アノード領域が形成されている。前記半導体基板内であって前記裏面に露出する範囲内に、前記裏面電極に接続されているＩＧＢＴのｐ型コレクタ領域と、前記裏面電極に接続されているダイオードのｎ型カソード領域が形成されている。前記半導体基板内であって、前記表面のうちの前記表面電極にコンタクトするコンタクト領域の外周端を含む範囲内に、前記表面電極に接続されているコンタクト外周端ｐ型領域が形成されている。前記半導体基板のうちの前記外周端と前記半導体基板の端面との間の外周領域内に、外周裏面ｐ型領域と、外周裏面ｎ型領域と、外周裏面ｐｎ反復領域と、外周低濃度ｎ型領域が形成されている。前記外周裏面ｐ型領域が、前記外周端の前記裏面側に位置する前記裏面に露出する範囲に形成されており、前記裏面電極に接続されている。前記外周裏面ｎ型領域が、前記外周裏面ｐ型領域に対して前記端面側に位置する前記裏面に露出する範囲に形成されており、前記裏面電極に接続されている。前記外周裏面ｐｎ反復領域が、前記外周裏面ｐ型領域と前記外周裏面ｎ型領域の間に位置する前記裏面に露出する範囲に形成されており、前記裏面電極に接続されている。前記外周裏面ｐｎ反復領域内に、前記外周裏面ｐ型領域から前記外周裏面ｎ型領域に向かう方向においてｐ型領域とｎ型領域が交互に繰り返すように複数のｐ型領域と複数のｎ型領域が形成されている。前記外周低濃度ｎ型領域が、前記外周裏面ｐｎ反復領域内の各ｎ型領域及び前記外周裏面ｎ型領域よりも低いｎ型不純物濃度を有しており、前記外周裏面ｐ型領域、前記外周裏面ｎ型領域及び前記外周裏面ｐｎ反復領域を前記コンタクト外周端ｐ型領域から分離している。前記半導体基板を厚み方向に平面視した場合における前記外周裏面ｐｎ反復領域内のｐ型領域のｎ型領域に対する面積比率が、前記外周裏面ｐｎ反復領域の中央よりも前記外周裏面ｐ型領域側の範囲において、前記外周裏面ｐｎ反復領域の中央よりも前記外周裏面ｎ型領域側の範囲よりも高い。
【００１３】
この半導体装置では、外周裏面ｐ型領域と外周裏面ｎ型領域の間の外周裏面ｐｎ反復領域において、外周裏面ｐｎ反復領域内の中央よりも外周裏面ｐ型領域側の範囲（以下、外周裏面ｐ型領域側範囲という）におけるｐ型領域のｎ型領域に対する面積比率が、外周裏面ｐｎ反復領域内の中央よりも外周裏面ｎ型領域側の範囲（以下、外周裏面ｎ型領域側範囲という）における前記面積比率よりも高い。このように前記面積比率が分布していると、ｐ型不純物濃度の平均値が外周裏面ｐ型領域側範囲よりも外周裏面ｎ型領域側範囲で低くなり、ｎ型不純物濃度の平均値が外周裏面ｎ型領域側範囲よりも外周裏面ｐ型領域側範囲で高くなる。このため、上述した第１の半導体装置と同様にして、ダイオードの逆回復動作時とＩＧＢＴがオフする際の両方において、高い電流が生じることが抑制される。
【００１４】
上述した第２の半導体装置は、前記外周裏面ｐｎ反復領域内の各ｐ型領域の前記外周裏面ｐ型領域から前記外周裏面ｎ型領域に向かう方向における幅が、前記外周裏面ｐ型領域に近いｐ型領域ほど広く、前記外周裏面ｐｎ反復領域内の各ｎ型領域の前記外周裏面ｐ型領域から前記外周裏面ｎ型領域に向かう方向における幅が、前記外周裏面ｎ型領域に近いｎ型領域ほど広くてもよい。
【００１５】
また、上述した第２の半導体装置は、前記外周裏面ｐｎ反復領域が、前記半導体基板を厚み方向に平面視した場合に、前記コンタクト領域の周囲を一巡するように形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】半導体装置１０の平面図であり、外周領域５０の絶縁膜の図示を省略した図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における半導体装置１０の縦断面図。
【図３】外周裏面ｐ型領域５６内と外周裏面ｎ型領域５８内の不純物濃度分布を示すグラフ。
【図４】図１のＩＩ−ＩＩ線における半導体装置１０の縦断面図。
【図５】実施例１の半導体装置１０の第１変形例を示す縦断面図。
【図６】実施例１の半導体装置１０の第２変形例を示す縦断面図。
【図７】実施例１の半導体装置１０の第３変形例を示す縦断面図。
【図８】実施例１の半導体装置１０の第４変形例を示す縦断面図。
【図９】実施例２の半導体装置２００の縦断面図。
【図１０】外周裏面ｐｎ反復領域２６０の拡大断面図。
【図１１】変形例の外周裏面ｐｎ反復領域２６０の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１７】
図１に示す実施例１の半導体装置１０は、半導体基板１２を有している。図１、２に示すように、半導体基板１２の表面１２ａの中央には、表面電極１４が形成されている。表面電極１４は、ＡｌまたはＡｌＳｉにより形成されている。また、図２に示すように、半導体基板１２の裏面１２ｂの全体には、裏面電極１６が形成されている。裏面電極１６は、半導体基板１２の裏面１２ｂに接するＡｌ層またはＡｌＳｉ層の表面に、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕの各層を積層することによって形成されている。以下では、半導体基板１２の表面１２ａのうち、表面電極１４と接している領域を、コンタクト領域１２ｃという。また、コンタクト領域１２ｃの下側の半導体領域全体を、セル領域１８という。また、セル領域１８の外側の領域（セル領域１８と半導体基板１２の端面１２ｄとの間の領域）を、外周領域５０という。
【００１８】
セル領域１８内には、ＩＧＢＴ２０とダイオード４０が形成されている。ＩＧＢＴ２０は、セル領域１８内の外周領域５０に近い位置に形成されている。ダイオード４０は、セル領域１８内の外周領域５０から離れた位置に形成されている。
【００１９】
ＩＧＢＴ２０は、エミッタ領域２２と、ボディ領域２４と、ドリフト領域２６と、コレクタ領域２８と、ゲート電極３０を有している。
【００２０】
エミッタ領域２２は、ｎ型であり、半導体基板１２の表面１２ａに露出する範囲に形成されている。エミッタ領域２２は、表面電極１４に対してオーミック接続されている。
【００２１】
ボディ領域２４は、ｐ型であり、エミッタ領域２２に隣接する位置に形成されている。ボディ領域２４は、高濃度ボディ領域２４ａと低濃度ボディ領域２４ｂを有している。高濃度ボディ領域２４ａは、エミッタ領域２２が形成されていない範囲において半導体基板１２の表面１２ａに露出する範囲に形成されている。高濃度ボディ領域２４ａは、表面電極１４に対してオーミック接続されている。低濃度ボディ領域２４ｂは、エミッタ領域２２及び高濃度ボディ領域２４ａの下側に形成されている。低濃度ボディ領域２４ｂのｐ型不純物濃度は、高濃度ボディ領域２４ａのｐ型不純物濃度よりも低い。
【００２２】
ドリフト領域２６は、ｎ型であり、低いｎ型不純物濃度を有する。ドリフト領域２６は、ボディ領域２４の下側に形成されている。ドリフト領域２６は、ボディ領域２４によってエミッタ領域２２から分離されている。
【００２３】
コレクタ領域２８は、ｐ型であり、ドリフト領域２６の下側に形成されている。コレクタ領域２８は、半導体基板１２の裏面１２ｂに露出する範囲に形成されている。コレクタ領域２８は、裏面電極１６に対してオーミック接続されている。
【００２４】
半導体基板１２の表面１２ａには、複数のトレンチが形成されている。各トレンチの内面は、ゲート絶縁膜３２に覆われている。トレンチ内には、ゲート電極３０が配置されている。各トレンチは、エミッタ領域２２とボディ領域２４を貫通してドリフト領域２６に達している。したがって、ゲート電極３０は、ゲート絶縁膜３２を介して、エミッタ領域２２、ボディ領域２４及びドリフト領域２６に対向している。ゲート電極３０の上面は絶縁膜３４によって覆われている。絶縁膜３４によって、ゲート電極３０は表面電極１４から絶縁されている。
【００２５】
ダイオード４０は、アノード領域４２と、ドリフト領域２６と、カソード領域４４を有している。
【００２６】
アノード領域４２は、ｐ型であり、半導体基板１２の表面１２ａに露出する範囲に形成されている。アノード領域４２は、高濃度アノード領域４２ａと低濃度アノード領域４２ｂを有している。高濃度アノード領域４２ａは、半導体基板１２の表面１２ａに露出する範囲に形成されている。高濃度アノード領域４２ａは、表面電極１４に対してオーミック接続されている。低濃度アノード領域４２ｂは、高濃度アノード領域４２ａの側方及び下側に形成されている。低濃度アノード領域４２ｂのｐ型不純物濃度は、高濃度アノード領域４２ａのｐ型不純物濃度よりも低い。
【００２７】
ダイオード４０のドリフト領域２６は、ｎ型であり、アノード領域４２の下側に形成されている。ダイオード４０のドリフト領域２６は、上述したＩＧＢＴのドリフト領域２６から連続する層である。ダイオード４０のドリフト領域２６は、ＩＧＢＴのドリフト領域２６と同様に低いｎ型不純物濃度を有する。
【００２８】
カソード領域４４は、ｎ型であり、ドリフト領域２６よりも高いｎ型不純物濃度を有する。カソード領域４４は、ドリフト領域２６の下側に形成されている。カソード領域４４は、半導体基板１２の裏面１２ｂに露出する範囲に形成されている。カソード領域４４は、裏面電極１６に対してオーミック接続されている。
【００２９】
半導体基板１２のうち、コンタクト領域１２ｃの外周端１３ａを含む範囲内には、外周端ｐ型領域４６が形成されている。外周端ｐ型領域４６は、ｐ型不純物としてＢを１×１０１３〜１×１０１６ｃｍ−２の濃度で注入した領域である。外周端ｐ型領域４６は、半導体基板１２の表面１２ａから低濃度ボディ領域２４ｂの下端よりも深い位置まで伸びている。外周端ｐ型領域４６は、ボディ領域２４と繋がっている。このため、外周端ｐ型領域４６を、ボディ領域２４の一部とみなすこともできる。外周端ｐ型領域４６は、高いｐ型不純物濃度を有しており、表面電極１４に対してオーミック接続されている。
【００３０】
外周領域５０内の表面１２ａは、絶縁膜５２に覆われている。外周領域５０内の表面１２ａに露出する範囲には、３つのガードリング５４が形成されている。各ガードリング５４は、ｐ型領域である。図１に示すように、各ガードリング５４は、表面電極１４（すなわち、セル領域１８）の周りを一巡するように形成されている。各ガードリング５４の側方及び下側には、上述したドリフト領域２６が形成されている。すなわち、ドリフト領域２６は、セル領域１８内から外周領域５０内まで広がっている。各ガードリング５４は、ドリフト領域２６によって外周端ｐ型領域４６から分離されている。また、各ガードリング５４は、ドリフト領域２６によって互いに分離されている。
【００３１】
上述したＩＧＢＴ２０のコレクタ領域２８は、外周領域５０内にも形成されている。すなわち、コレクタ領域２８は、セル領域１８から外周領域５０に跨って広がっている。外周領域５０内においても、コレクタ領域２８は、半導体基板１２の裏面１２ｂに露出する範囲に形成されており、裏面電極１６に対してオーミック接続されている。したがって、コンタクト領域１２ｃの外周端１３ａの真下（図２の参照番号１３ｂに示す位置）には、コレクタ領域２８が形成されている。外周領域５０内のコレクタ領域２８は、ドリフト領域２６によって、外周端ｐ型領域４６及びガードリング５４から分離されている。なお、以下では、外周端１３ａの真下の位置１３ｂから外周領域５０内に広がるコレクタ領域２８を、外周裏面ｐ型領域５６と呼ぶ場合がある。外周裏面ｐ型領域５６は、不純物としてＢを１×１０１２〜１×１０１５ｃｍ−２の濃度で注入した領域である。
【００３２】
外周裏面ｐ型領域５６の端面１２ｄ側には、外周裏面ｎ型領域５８が形成されている。外周裏面ｎ型領域５８は、不純物としてＰを１×１０１２〜１×１０１５ｃｍ−２の濃度で注入した領域である。外周裏面ｎ型領域５８は、半導体基板１２の裏面１２ｂに露出する範囲に形成されている。外周裏面ｎ型領域５８は、ドリフト領域２６よりも高いｎ型不純物濃度を有している。外周裏面ｎ型領域５８は、裏面電極１６に対してオーミック接続されている。外周裏面ｎ型領域５８は、外周裏面ｐ型領域５６に接している。したがって、これらの間に、ｐｎ接合５７が形成されている。
【００３３】
図３は、セル領域１８から端面１２ｄに向かう方向における外周裏面ｐ型領域５６内と外周裏面ｎ型領域５８内の不純物濃度の分布を示している。図３に示すように、外周裏面ｐ型領域５６内では、ｐ型不純物濃度が、セル領域１８側から端面１２ｄ側に向かうにつれて減少する。また、外周裏面ｎ型領域５８内では、ｎ型不純物濃度が、セル領域１８側から端面１２ｄ側に向かうにつれて増加する。このため、外周裏面ｐ型領域５６と外周裏面ｎ型領域５８の境界のｐｎ接合５７におけるｐ型不純物濃度及びｎ型不純物濃度が低くなっている。
【００３４】
図１に示すように外周領域５０はセル領域１８の周囲を一巡するように形成されている。上述した外周領域５０の断面構造及び濃度分布は、セル領域１８の周囲を一巡するように形成されている。したがって、外周領域５０のいずれの位置においても、セル領域１８から端面１２ｄに向かう方向に沿う外周領域５０の断面構造は図２に示す構造となっている。また、外周領域５０のいずれの位置においても、外周裏面ｐ型領域５６内と外周裏面ｎ型領域５８内の不純物濃度分布は、図３に示す分布となっている。
【００３５】
次に、半導体装置１０の動作について説明する。表面電極１４の電位が裏面電極１６の電位よりも高いと、ダイオード４０がオンする。すなわち、アノード領域４２からドリフト領域２６を介してカソード領域４４に電流が流れる。その後、裏面電極１６の電位が表面電極１４の電位よりも高くなると、ダイオード４０が逆回復動作を行う。すなわち、ドリフト領域２６内に存在しているホールがアノード領域４２を介して表面電極１４に排出され、ダイオード４０に瞬間的に逆電流が流れる。
【００３６】
一方、外周領域５０内には、外周端ｐ型領域４６と、ドリフト領域２６と、外周裏面ｎ型領域５８によって、寄生的にダイオードが形成されている。この外周領域５０内のダイオードも、セル領域１８内のダイオード４０と同様に動作する。すなわち、表面電極１４の電位が裏面電極１６の電位よりも高いと、図２の矢印７０、７２に示すように外周端ｐ型領域４６から外周裏面ｎ型領域５８に電流が流れる。その後、裏面電極１６の電位が表面電極１４の電位よりも高くなると、外周領域５０内のドリフト領域２６内に存在しているホールが、矢印７０、７２の逆方向に流れて、外周端ｐ型領域４６に流入する。ホールは、外周端ｐ型領域４６から表面電極１４に排出される。このとき、外周領域５０内に存在するホールのほとんどが外周端ｐ型領域４６を流れることになるため、外周端ｐ型領域４６に電流が集中する。しかしながら、本実施例の半導体装置１０では、外周裏面ｎ型領域５８が、外周裏面ｐ型領域５６よりも端面１２ｄ側に形成されているため、外周端ｐ型領域４６から離れている。さらに、外周裏面ｎ型領域５８内のｎ型不純物濃度は、セル領域１８側（すなわち、外周端ｐ型領域４６側）ほど低くなっているため、セル領域１８に近い位置の外周裏面ｎ型領域５８は抵抗が高い。したがって、矢印７０に示すように流れる電流は極めて小さい。また、端面１２ｄに近い位置の外周裏面ｎ型領域５８は、ｎ型不純物濃度は高いものの、外周端ｐ型領域４６までの距離が極めて長い。このため、矢印７２に示すように流れる電流も極めて小さい。このように、ダイオード４０がオンしているときに矢印７０、７２に示すように流れる電流が小さいので、ダイオード４０が逆回復動作をする際に矢印７０、７２の逆方向に流れるホールは極めて少ない。このため、外周端ｐ型領域４６に高い電流が流れることが抑制される。
【００３７】
裏面電極１６の電位が表面電極１４の電位よりも高い状態で、ゲート電極３０に所定の電位（ゲートオン電位）を印加すると、ＩＧＢＴがオンする。すなわち、ゲート電極３０に対向する位置のボディ領域２４にチャネルが形成され、電子が、エミッタ領域２２から、チャネルとドリフト領域２６を経由してコレクタ領域２８に流れる。同時に、ホールが、コレクタ領域２８から、ドリフト領域２６を経由して、ボディ領域２４に流れる。その後、ゲートオン電位の印加を停止すると、チャネルが消失し、ＩＧＢＴがオフする。このとき、ドリフト領域２６内に存在するホールが、ボディ領域２４を介して表面電極１４に排出される。
【００３８】
ＩＧＢＴ２０が動作する際には、外周領域５０内のコレクタ領域２８（すなわち、外周裏面ｐ型領域５６）も動作する。したがって、外周裏面ｐ型領域５６から外周領域５０内のドリフト領域２６にホールが供給される。ＩＧＢＴ２０がオフする際には、外周領域５０内のホールのほとんどが、図４の矢印７６に示すように、外周端ｐ型領域４６を経由して表面電極１４に排出される。このため、外周端ｐ型領域４６に電流が集中する。しかしながら、本実施例の半導体装置１０では、外周裏面ｐ型領域５６内のｐ型不純物濃度が、セル領域１８から離れるほど低くなっている。このため、ＩＧＢＴ２０がオンしているときに、外周裏面ｐ型領域５６からドリフト領域２６に供給されるホールは極めて少ない。したがって、ＩＧＢＴ２０がオフする際に、矢印７６に示すように流れる電流は極めて小さい。このため、外周端ｐ型領域４６に高い電流が流れることが抑制される。
【００３９】
以上に説明したように、実施例１の半導体装置１０によれば、ダイオード４０の逆回復動作時と、ＩＧＢＴ２０のターンオフ時の両方において、外周端ｐ型領域４６に高い電流が流れることを抑制することができる。
【００４０】
また、実施例１の構成によれば、外周裏面ｐ型領域５６と外周裏面ｎ型領域５８の境界のｐｎ接合５７におけるｐ型不純物濃度とｎ型不純物濃度を小さくすることができる。このようにｐｎ接合５７における各不純物濃度が低いと、ｐｎ接合５７に高い電界が生じ難い。このため、外周領域５０内にｐｎ接合５７が形成されていても、外周領域５０の高い耐圧を維持することができる。
【００４１】
また、端面１２ｄには、ダイシング等によって形成された多数の結晶欠陥が存在している。このため、端面１２ｄ近傍では、裏面電極１６と半導体基板１２との界面の状態が好適でない場合や、裏面電極１６をはんだ等によって外部端子に接続する際にボイドが生じる場合がある。したがって、端面１２ｄ近傍では、半導体基板１２と裏面電極１６（または、外部端子）の間の抵抗が高くなりやすく、端面１２ｄ近傍で発熱が起きやすい。しかしながら、実施例１の半導体装置１０では、外周裏面ｎ型領域５８内のｎ型不純物濃度が端面１２ｄ側ほど高い。このため、端面１２ｄ近傍における半導体基板１２と裏面電極１６（または、外部端子）の間の抵抗が低減されている。これによって、端面１２ｄ近傍における発熱が抑制されている。
【００４２】
なお、上述した実施例１において、外周領域５０のうちの半導体基板１２の端面１２ｄのコーナー部８０とコンタクト領域１６の外周端のコーナー部８２の間の領域８４（図１参照）内では、その他の外周領域５０内（すなわち、端面１２ｄの直線部分とコンタクト領域１６の外周端の直線部分の間の領域）よりも高い電界が発生し易い。このため、コーナー部の間の領域８４に形成されているｐｎ接合５７において、直線部分の間の領域に形成されているｐｎ接合５７よりも、ｐ型不純物濃度及びｎ型不純物濃度を低くすることが好ましい。このような構成によれば、コーナー部の間の領域８４内のｐｎ接合５７に高い電界が生じることをより好適に抑制することができる。
【００４３】
また、上述した実施例では、ＩＧＢＴ２０がダイオード４０よりも外周領域５０側に形成されていたが、図５に示すように、ダイオード４０がＩＧＢＴ２０よりも外周領域５０側に形成されていてもよい。この場合、コンタクト領域１２ｃの外周端１３ａの裏面側の領域から外周領域５０内にかけて外周裏面ｐ型領域５６を形成し、外周裏面ｐ型領域５６よりも端面１２ｄ側に外周裏面ｎ型領域５８を形成することができる。この場合でも、外周裏面ｐ型領域５６内と外周裏面ｎ型領域５８内の不純物濃度を実施例１のように分布させることで、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
また、図６に示すように、外周裏面ｎ型領域５８よりも端面１２ｄ側に、ｐ型領域５９が形成されていてもよい。このような構成でも、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、図７に示すように、ガードリング５４に代えて、リサーフ領域５５が形成されていてもよい。
【００４６】
また、図８に示すように、半導体基板１２の裏面１２ｂに露出する領域（すなわち、カソード領域４４、コレクタ領域２８、外周裏面ｎ型領域５８）とドリフト領域２６の間に、ｎ型のバッファ領域２７が形成されていてもよい。バッファ領域２７のｎ型不純物濃度は、ドリフト領域２６よりも高く、カソード領域４４及び外周裏面ｎ型領域５８よりも低い。
【実施例２】
【００４７】
図９に示す実施例２の半導体装置２００は、外周領域５０の裏面１２ｂ側の構造を除いて、実施例１の半導体装置１０と同じ構造を有している。したがって、以下では、外周領域５０の裏面１２ｂ側の構造についてのみ詳しく説明する。
【００４８】
実施例２の半導体装置２００では、コンタクト領域１２ｃの外周端１３ａの裏面側の位置１３ｂから外周領域５０内に跨って、外周裏面ｐ型領域２５６が形成されている。外周裏面ｐ型領域２５６内では、略均一な濃度でｐ型不純物が分布している。外周裏面ｐ型領域２５６は、ＩＧＢＴ２０のコレクタ領域２８の一部である。また、半導体基板１２の端面１２ｄ側には、外周裏面ｎ型領域２５８が形成されている。外周裏面ｎ型領域２５８内では、略均一な濃度でｎ型不純物が分布している。
【００４９】
外周裏面ｐ型領域２５６と外周裏面ｎ型領域２５８の間には、外周裏面ｐｎ反復領域２６０が形成されている。図１０に示すように、外周裏面ｐｎ反復領域２６０は、複数のｐ型領域２７１〜２７５と、複数のｎ型領域２８１〜２８５を有している。なお、図１０では、図の見易さを考慮して、ｎ型領域２８１〜２８５及び外周裏面ｎ型領域２５８をドットハッチングにより示している。図示するように、外周裏面ｐ型領域２５６から外周裏面ｎ型領域２５８に向かう方向において、ｐ型領域２７１〜２７５とｎ型領域２８１〜２８５が、交互に繰り返し配列されている。
【００５０】
なお、図９に示す実施例２の半導体装置２００の外周領域５０内の断面構造は、セル領域１８を一巡するように形成されている。したがって、外周領域５０のいずれの位置においても、セル領域１８から端面１２ｄに向かう方向に沿う外周領域５０の断面構造は図９に示す構造となっている。すなわち、外周裏面ｐｎ反復領域２６０は、セル領域１８の周囲を一巡するリング状に形成されている。
【００５１】
図１０に示すように、ｐ型領域２７１〜２７５の幅（外周裏面ｐ型領域２５６から外周裏面ｎ型領域２５８に向かう方向における幅）は、外周裏面ｐ型領域２５６に近いものほど広く、外周裏面ｎ型領域２５８に近いものほど狭くなっている。ｎ型領域２８１〜２８５の幅は、外周裏面ｐ型領域２５６に近いものほど狭く、外周裏面ｎ型領域２５８に近いものほど広くなっている。このため、半導体基板１２を厚み方向に平面視した場合に、外周裏面ｐｎ反復領域２６０の中央部（前記幅方向における中央部）よりも外周裏面ｐ型領域２５６側の領域２６２では、外周裏面ｐｎ反復領域２６０の前記中央部よりも外周裏面ｎ型領域２５８側の領域２６４よりも、ｐ型領域のｎ型領域に対する面積比率が高い。このため、ｐ型不純物の平均濃度は、領域２６４内よりも領域２６２内で高く、ｎ型不純物の平均濃度は、領域２６２内よりも領域２６４内で高い。すなわち、マクロ的に見れば、外周裏面ｐｎ反復領域２６０内において、ｐ型不純物濃度が端面１２ｄに近づくほど減少しており、ｎ型不純物濃度が端面１２ｄに近づくほど増加している。このため、実施例２の半導体装置２００でも、実施例１の半導体装置１０と同様の効果を得ることができる。すなわち、実施例２の半導体装置２００でも、ダイオード４０の逆回復動作時と、ＩＧＢＴ２０のターンオフ時の両方において、外周端ｐ型領域４６に高い電流が流れることを防止することができる。
【００５２】
また、実施例２のように外周裏面ｐ型領域５６と外周裏面ｎ型領域５８の間に、細かく分断された複数のｐ型領域とｎ型領域が形成されていると、これらのｐ型領域及びｎ型領域のいずれかにおいてキャリアが集中した場合でも、その影響を限定的とすることができる。すなわち、これらのｐ型領域及びｎ型領域の何れかが、半導体装置２００の使用時に、何れかの要因によって誤ってオンすることが想定される。実施例２の半導体装置２００では、各ｐ型領域及びｎ型領域が細かく分断されているので、何れかの領域が誤ってオンしたとしても、他の領域までオンすることが抑制される。このため、その影響を限定的とすることができる。
【００５３】
なお、上述した実施例２の半導体装置２００において、図１１に示すように外周裏面ｐｎ反復領域２６０が形成されていてもよい。なお、図１１では、図の見易さを考慮して、ｎ型領域をハッチングにより示している。図１１では、ｎ型領域２８１〜２８５は、図９と同様に形成されている。これに対し、各ｎ型領域２８１〜２８５の間の領域３７１〜３７５が、極めて薄いｎ型領域２９０と、ｎ型領域２９０によって分離された複数のｐ型領域２９２によって構成されている。この場合、各ｐ型領域２９２の幅は略一定であるが、領域３７１〜３７５の幅は、外周裏面ｎ型領域２５８側ほど狭くなっている。すなわち、外周裏面ｎ型領域２５８側ほど、領域３７１〜３７５に含まれるｐ型領域２９２の数が少なくなっている。このような構成でも、図９の構成と略同様の効果を得ることができる。なお、各ｎ型領域２９０の幅は、互いに異なっていてもよいし、同一であってもよい。但し、各ｎ型領域２９０の幅は、１０μｍ以下であることが好ましい。ｎ型領域２９０の幅を１０μｍ以下とすると、ｎ型領域２９０はキャリア注入層としては略機能しなくなるので、各領域３７１〜３７５全体がｐ型領域であるように振る舞うことができる。また、実施例２の半導体装置２００のｎ型領域２８１〜２８５を、図１１の領域３７１〜３７５と同様に、幅が細いｐ型領域によって分断するようにしてもよい。この場合、幅が細いｐ型領域の幅は、１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００５４】
また、実施例２の半導体装置２００でも、図５〜８に示す実施例１の変形例と同様にして、構成を変形することができる。
【００５５】
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】
【００５６】
１０：半導体装置
１２：半導体基板
１２ａ：表面
１２ｂ：裏面
１２ｃ：コンタクト領域
１２ｄ：端面
１３ａ：外周端
１４：表面電極
１６：裏面電極
１８：セル領域
２０：ＩＧＢＴ
２２：エミッタ領域
２４：ボディ領域
２６：ドリフト領域
２８：コレクタ領域
３０：ゲート電極
４０：ダイオード
４２：アノード領域
４４：カソード領域
４６：外周端ｐ型領域
５０：外周領域
５６：外周裏面ｐ型領域
５８：外周裏面ｎ型領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005967065.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005967065.tif 000008
【図８】
0005967065.tif 000009
【図９】
0005967065.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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