(57)【要約】【課題】  ＩＧＢＴ領域とダイオード領域が同一半導体基板に形成されている半導体装置で、ＩＧＢＴ領域に形成するトレンチゲートの湾曲部の曲率半径を大きく確保しつつ、トレンチゲートを高集積化する。【解決手段】  ダイオード領域は、半導体装置を平面視した場合に、ＩＧＢＴ領域の内側となる領域に設けられている。ＩＧＢＴ領域は、湾曲部を有するトレンチゲートを備えており、ＩＧＢＴ領域のトレンチゲートは、ダイオード領域を周回している。ＩＧＢＴ領域がダイオード領域の周縁部に形成されているため、ダイオード領域を周回するトレンチゲートの湾曲部の曲率半径を十分に大きく確保しつつ、トレンチゲートを高集積化することが可能となる。【選択図】  図１
2011134951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＧＢＴ領域とダイオード領域が同一半導体基板に形成されている半導体装置であって、
ダイオード領域は、半導体装置を平面視した場合に、ＩＧＢＴ領域の内側となる領域に設けられており、
ＩＧＢＴ領域は、トレンチゲート電極を備えており、
ＩＧＢＴ領域のトレンチゲート電極は、湾曲部を有し、ダイオード領域を周回している半導体装置。
【請求項２】
ダイオード領域は、半導体装置を平面視した場合の中央部に設けられている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体装置を平面視した場合に、ダイオード領域は矩形状をしており、
ＩＧＢＴ領域のトレンチゲート電極は、ダイオード領域の外周縁と平行に伸びる直線部を有しており、
前記湾曲部は、互いに直交する方向に伸びる隣接する直線部同士を接続している請求項１又は２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）領域とダイオード領域とが同一の半導体基板に形成されている半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域とが同一の半導体基板に形成されている半導体装置が記載されている。このような半導体装置において、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域は隣接するように配置される。また、特許文献２には、トレンチゲート型のＩＧＢＴの素子構造が開示されている。特許文献２では、トレンチゲート電極は、ストライプ状に形成された直線部と、隣接する直線部を接続する湾曲部とを有するＵ字状に形成されている。トレンチゲート電極の直線部を湾曲部で接続することで、トレンチゲート電極への電界集中の緩和が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２７９８２号公報
【特許文献２】特開２００３−１９７７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トレンチゲート電極への電界集中を緩和するため、特許文献１に示すような半導体装置のＩＧＢＴ領域に、特許文献２に示すようなトレンチゲート電極を形成することが考えられる。しかしながら、特許文献２に示すようなトレンチゲート電極を高集積化しようとすると、湾曲部の曲率半径が小さくなり、トレンチ形成が困難になったり、半導体装置の動作時に湾曲部に電解集中が発生し易くなったりする場合がある。
【０００５】
本発明は、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域とが同一半導体基板に形成されている半導体装置において、ＩＧＢＴ領域に形成するトレンチゲート電極の湾曲部の曲率半径を大きく確保しつつ、トレンチゲート電極を高集積化することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置は、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域が同一半導体基板に形成されている。ダイオード領域は、半導体装置を平面視した場合に、ＩＧＢＴ領域の内側となる領域に設けられている。ＩＧＢＴ領域は、トレンチゲート電極を備えている。ＩＧＢＴ領域のトレンチゲート電極は、湾曲部を有し、ダイオード領域を周回している。
【０００７】
上記の半導体装置では、ＩＧＢＴ領域の内側にダイオード領域が存在しており、ＩＧＢＴ領域に形成されたトレンチゲート電極は、湾曲してダイオード領域を周回している。ＩＧＢＴ領域がダイオード領域の周縁部に形成されているため、ダイオード領域を周回するトレンチゲート電極を高集積化しても、その湾曲部の曲率半径を十分に大きく確保することができる。すなわち、トレンチゲート電極の周長さが小さくなるほど、トレンチゲート電極の湾曲部の曲率半径を大きくすることと、トレンチゲート電極を高集積化することとを両立することが困難となるが、上記の半導体装置では、トレンチゲート電極の周長さが小さくなる内側の領域をダイオード領域として利用し、ＩＧＢＴ領域としては利用しない。このため、ＩＧＢＴ領域に形成するトレンチゲート電極の湾曲部の曲率半径を大きく確保しつつ、トレンチゲート電極を高集積化することが可能となる。
【０００８】
ダイオード領域は、半導体装置を平面視した場合の中央部（半導体装置の平面中央部）に設けられていてもよい。半導体装置において熱が蓄積し易い平面中央部に設けられる素子構造が、ＩＧＢＴよりも発熱量の小さいダイオードであるため、半導体装置の動作時の発熱によって半導体装置が過熱されて半導体特性を損なうことを抑制できる。
【０００９】
なお、上記の半導体装置の一例では、半導体装置を平面視した場合に、ダイオード領域を矩形状とすることができる。この場合に、ＩＧＢＴ領域のトレンチゲート電極は、ダイオード領域の外周縁と平行に伸びる直線部を有しており、湾曲部が互いに直交する方向に伸びる隣接する直線部同士を接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の半導体装置の平面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】変形例の半導体装置の平面図
【図４】図３に示すトレンチゲートの端部の拡大図。
【図５】変形例の半導体装置の平面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明の実施例１について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係る半導体装置１０の平面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００１２】
図１および図２に示すように、半導体装置１０は、半導体基板１００に形成された、ダイオード領域１１と、ＩＧＢＴ領域１３とを備えている。ダイオード領域１１は、半導体装置１０の平面中央部（半導体装置１０を平面視したときに中央となる位置）に設けられている。ダイオード領域１１は、半導体装置１０を平面視した場合に、矩形状となっている。ＩＧＢＴ領域１３は、ダイオード領域１１に対して、半導体装置１０の周縁部に設けられている。ダイオード領域１１は、ＩＧＢＴ領域１３の内側となる領域に設けられている。
【００１３】
ダイオード領域１１には、半導体基板１００の裏面側から順に、ｎ＋型のカソード領域１１１、ｎ−型のドリフト領域１３３、ｐ型の第１ボディ領域１１４が積層されている。第１ボディ領域１１４の表面には、アノード領域１１６が設けられている。ダイオード領域１１では、ドリフト領域１３３および第１ボディ領域１１４は導電領域として利用される。
【００１４】
ＩＧＢＴ領域１３には、半導体基板１００の裏面側から順に、ｐ＋型のコレクタ領域１３１、ｎ型のバッファ領域１３２、ｎ−型のドリフト領域１３３、ｐ型の第２ボディ領域１３４が積層されている。ドリフト領域１３３は、ダイオード領域１１とＩＧＢＴ領域１３に亘る同一の半導体層によって形成されている。コレクタ領域１３１およびバッファ領域１３２は、ダイオード領域１１のカソード領域１１１と隣接している。第２ボディ領域１３４の表面には、エミッタ領域１３５およびボディコンタクト領域１３６が設けられている。
【００１５】
トレンチゲート電極１４０は、第２ボディ領域１３４を貫通し、ドリフト領域１３３に到達するトレンチ１４１と、トレンチ１４１の内壁に設けられたゲート絶縁膜１４２と、ゲート絶縁膜１４２に被覆されたゲート電極１４３とを備えている。半導体基板１００の表面側のゲート電極１４３の位置には、絶縁層１４５が設けられている。
【００１６】
ダイオード領域１１とＩＧＢＴ領域１３との境界には、半導体基板１００の表面側からドリフト領域１３３まで伸びる分離領域１５１が設けられている。分離領域１５１に対して半導体基板１００の裏面側には、ダイオード領域１１のカソード領域１１１と、ＩＧＢＴ領域１３のコレクタ領域１３１（およびバッファ領域１３２）との境界が存在している。
【００１７】
図１に示すように、ＩＧＢＴ領域１３は、ダイオード領域１１を周回する複数のトレンチゲート電極１４０を備えている。トレンチゲート電極１４０は、半導体装置１０を平面視した場合に略四角形状の環状に形成されており、ダイオード領域の外周縁と平行に伸びる直線部と、直交する方向に伸びる隣接する直線部同士を接続する湾曲部を有している。ＩＧＢＴ領域１３の複数のトレンチゲート電極１４０の湾曲部は、いずれも同一の曲率半径となっている。例えば、最も内側に形成されたトレンチゲート電極１４０の湾曲部１４０ａと、最も外側に形成されたトレンチゲート電極１４０の湾曲部１４０ｂの曲率半径は同一である。
【００１８】
上記のとおり、本実施例の半導体装置１０では、ＩＧＢＴ領域１３の内側にダイオード領域１１が存在しており、ＩＧＢＴ領域１３に形成されたトレンチゲート電極１４０は、湾曲してダイオード領域１１を周回している。ＩＧＢＴ領域１３がダイオード領域１１の周縁部に形成されているため、ダイオード領域１１を周回するトレンチゲート電極１４０の湾曲部の曲率半径を十分に大きく確保することができる。
【００１９】
トレンチゲート電極１４０の周長さが小さくなるほど、トレンチゲート電極１４０の湾曲部の曲率半径を大きくすることと、トレンチゲート電極１４０を高集積化することとを両立することが困難となる。本実施例では、トレンチゲート電極１４０の周長さが小さくなる内側の領域をダイオード領域１１として有効に利用し、ＩＧＢＴ領域としては利用しない。本実施例によれば、半導体基板１００を有効に利用しながら、ＩＧＢＴ領域に形成するトレンチゲート電極の湾曲部の曲率半径を大きく確保し、かつ、トレンチゲート電極を高集積化することが可能となる。
【００２０】
また、ダイオード領域１１は、半導体装置１０の平面中央部に設けられている。半導体装置１０において熱を蓄積し易い平面中央部に、ＩＧＢＴよりも発熱量の小さいダイオードを形成しているため、半導体装置１０の動作時の発熱によって半導体装置１０が過熱されて半導体特性を損なうことを抑制できる。
【００２１】
(変形例)
上述した実施例１では、トレンチゲート電極１４０は略四角形状の環状に形成されていたが、環状でなくともよい。図３に示す半導体装置２０は、平面中央部にダイオード領域２１が設けられ、周縁部にＩＧＢＴ領域２３が設けられている半導体基板２００を備えている。ダイオード領域２１には、実施例１に示すダイオード領域１１と同様の素子構造が形成されている。ＩＧＢＴ領域２３には、ダイオード領域２１を周回する一連の渦状のトレンチゲート電極２４０が形成されている。ＩＧＢＴ領域２３は、トレンチゲート電極２４０が渦状となっている点でのみ実施例１のＩＧＢＴ領域１１と相違し、その他の構成（素子構造等）は実施例１のＩＧＢＴ領域１１と同一となっている。トレンチゲート電極２４０の外側の端部２４０ｃと内側の端部２４０ｄとは、図４に示すように、丸みがついた形状となっている。これによって、トレンチゲート電極２４０の端部２４０ｃおよび２４０ｄに電解集中が発生することを抑制している。
【００２２】
また、ダイオード領域は、半導体装置の平面中央部に設けられていなくてもよい。また、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域は、それぞれ複数設けられていてもよい。例えば、図５に示す半導体装置３０のように、図１、２に示すダイオード領域１１とＩＧＢＴ領域１３と、図３，４に示すダイオード領域２１とＩＧＢＴ領域２３が、それぞれ複数組ずつ設けられている半導体基板３００を備えていてもよい。図５に示すように、ダイオード領域１１、２１は、半導体装置３０の平面中央部以外の位置に設けられている。各ダイオード領域１１の周縁部にはＩＧＢＴ領域１３が設けられており、ＩＧＢＴ領域１３のトレンチゲート電極１４０はその内側にあるダイオード領域１１を周回している。同様に、各ダイオード領域２１の周縁部にはＩＧＢＴ領域２３が設けられており、ＩＧＢＴ領域２３のトレンチゲート電極２４０はその内側にあるダイオード領域１１を周回している。
【００２３】
また、実施例１の各半導体領域について、ｐ型とｎ型を入れ替えた半導体装置であってもよい。
【００２４】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、変更したものが含まれる。
【００２５】
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合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合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し得るものであり、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】
【００２６】
１０、２０、３０    半導体装置
１１、２１    ダイオード領域
１３，２３    ＩＧＢＴ領域
１００、２００、３００      半導体基板
１１１    カソード領域
１１４    第１ボディ領域
１１６    アノード領域
１３１    コレクタ領域
１３２    バッファ領域
１３３    ドリフト領域
１３４    第２ボディ領域
１３５    エミッタ領域
１３６    ボディコンタクト領域
１４０、２４０    トレンチゲート
１４０ａ，１４０ｂ    湾曲部
１４１    トレンチ
１４２    ゲート絶縁膜
１４３    ゲート電極
１４５    絶縁層
１５１    分離領域
２４０ｃ、２４０ｄ    端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011134951.tif 000006
【図５】
2011134951.tif 000007