(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
主コンタクト面において前記半導体基板の上面に接している主電極と、
前記主コンタクト面の周囲を囲むように環状に伸びる周辺コンタクト面において前記半導体基板の上面に接しており、前記主電極に電気的に接続されている周辺電極と、
前記主電極と、前記周辺電極と、前記周辺電極よりも外周側の前記半導体基板の上面を覆っており、前記主電極上に開口を有する絶縁保護膜と、
前記開口内の前記主電極上から前記開口の周囲の前記絶縁保護膜上まで伸びている表面金属層と、
前記開口内の前記表面金属層上から前記開口の周囲の前記表面金属層上まで伸びているはんだ層、
を有しており、
前記半導体基板が、
前記主コンタクト面において前記主電極に接している第１導電型の第１領域と、
前記周辺コンタクト面において前記周辺電極に接している第１導電型の第２領域と、
前記第１領域の下側、前記第２領域の下側及び前記第２領域の外周側に跨って配置されている第２導電型の第３領域、
を有しており、
前記表面金属層の外周側の端部と前記はんだ層の外周側の端部が、前記周辺電極の外周側の端部よりも内周側に位置している、
半導体装置。
【請求項２】
前記半導体基板が、前記主コンタクト面において前記主電極に接しており、前記第１領域によって前記第３領域から分離されている第２導電型の第４領域を有しており、
前記半導体装置が、前記第３領域と前記第４領域を分離している範囲の前記第１領域に対して絶縁膜を介して対向しているゲート電極を有しており、
前記第２領域が、前記第１領域から分離されており、
前記表面金属層の外周側の前記端部と前記はんだ層の外周側の前記端部が、前記第２領域の上部に配置されている、
請求項１の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体基板が、前記半導体基板の上面に露出しており、前記第２領域から分離されており、前記第２領域の周囲を囲んでいる第１導電型のＦＬＲを有している請求項１または２の半導体装置。
【請求項４】
前記第２領域が、
前記周辺電極に接している高濃度領域と、
前記高濃度領域から外周側に伸びており、前記高濃度領域よりも第１導電型不純物濃度が低い低濃度領域を有している、
請求項１または２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。
【０００２】
特許文献１に開示の半導体装置は、半導体基板と、主電極と、絶縁保護膜と、表面金属層と、はんだ層を有している。主電極は、半導体基板上に配置されている。絶縁保護膜は、主電極と、主電極よりも外周側の半導体基板の上面を覆っている。絶縁保護膜は、主電極上に開口を有する。表面金属層は、開口内の主電極を覆っている。表面金属層は、開口内にのみ配置されており、絶縁保護膜上には配置されていない。はんだ層は、表面金属層に接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９１６１８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、表面金属層が絶縁保護膜の開口内にのみ配置されているので、表面金属層の外周側の端部が主電極に接している。また、はんだ層の外周側の端部が、表面金属層の外周側の端部に接している。この構造では、主電極と表面金属層の熱伝導率が高いので、主電極から表面金属層を介してはんだ層の外周側の端部に熱が伝わり易い。半導体装置が動作すると、主電極の下側の半導体領域が発熱する。すると、半導体領域から主電極に熱が伝わる。さらに、主電極から表面金属層を介してはんだ層の外周側の端部に熱が伝わる。したがって、はんだ層の外周側の端部が高温となる。フィレット形状を有するはんだ層の外周側の端部では熱応力が生じやすい。したがって、この端部が高温になると、この端部の周辺で高い熱応力が生じる。このため、この半導体装置では、はんだ層の外周側の端部の近傍で、主電極、表面金属層またははんだ層にクラックが生じやすいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板と、主電極と、周辺電極と、絶縁保護膜と、表面金属層と、はんだ層を有している。前記主電極は、主コンタクト面において前記半導体基板の上面に接している。前記周辺電極は、前記主コンタクト面の周囲を囲むように環状に伸びる周辺コンタクト面において前記半導体基板の上面に接しており、前記主電極に電気的に接続されている。前記絶縁保護膜は、前記主電極と、前記周辺電極と、前記周辺電極よりも外周側の前記半導体基板の上面を覆っており、前記主電極上に開口を有する。前記表面金属層は、前記開口内の前記主電極上から前記開口の周囲の前記絶縁保護膜上まで伸びている。前記はんだ層は、前記開口内の前記表面金属層上から前記開口の周囲の前記表面金属層上まで伸びている。前記半導体基板が、第１領域、第２領域及び第３領域を有している。前記第１領域は、前記主コンタクト面において前記主電極に接している第１導電型の領域である。前記第２領域は、前記周辺コンタクト面において前記周辺電極に接している第１導電型の領域である。前記第３領域は、前記第１領域の下側、前記第２領域の下側及び前記第２領域の外周側に跨って配置されている第２導電型の領域である。前記表面金属層の外周側の端部とはんだ層の外周側の端部が、前記周辺電極の外周側の端部よりも内周側に位置している。
【０００６】
なお、本明細書において、「外周側」は、半導体基板の外周側の端面に近い側を意味し、「内周側」は、絶縁保護膜の開口に近い側を意味する。また、上記の「第１領域」と「第２領域」は、互いに繋がっていてもよいし、互いから分離されていてもよい。また、本明細書において、第１導電型は、ｐ型とｎ型の一方を意味し、第２導電型は、他方を意味する。
【０００７】
この半導体装置では、表面金属層が、絶縁保護膜の開口内の主電極とその開口の周囲の絶縁保護膜を覆っている。このため、表面金属層の外周側の端部が、絶縁保護膜上に配置されている。はんだ層は開口内の表面金属層と開口の周囲の表面金属層を覆っているので、はんだ層の外周側の端部は絶縁保護膜の上部に配置されている。すなわち、表面金属層の外周側の端部とはんだ層の外周側の端部が、絶縁保護膜の上部に配置されている。この構成では、半導体装置の動作によって半導体基板が発熱したときに、半導体基板から絶縁保護膜と表面電極を介してはんだ層の外周側の端部に熱が伝わる。一般に、絶縁保護膜は電極を構成する素材（金属等）よりも熱伝導率が低いので、半導体基板からはんだ層の外周側の端部に熱が伝わり難い。したがって、この構成によれば、はんだ層の外周側の端部の近傍で高い熱応力が発生し難く、この端部の近傍においてはんだ層と表面金属層にクラックが生じ難い。また、主電極から離れた位置にはんだ層の外周側の端部が配置されるので、主電極のクラックも抑制される。また、この半導体装置がオフしている状態では、第２領域からその外周側の第３領域に空乏層が広がる。これによって、空乏層内に電位差が生じる。この電位差は、半導体基板の上面近傍においては、横方向（内周側から外周側に向かう方向）に沿って生じる。空乏層の上部に表面金属層及びはんだ層が配置されると、表面金属層及びはんだ層の電位によって空乏層内の電位分布が乱されて、半導体装置の耐圧が低下する。これに対し、上述した半導体装置では、表面金属層の外周側の端部とはんだ層の外周側の端部が、周辺電極の外周側の端部よりも内周側に位置する。したがって、周辺電極よりも外周側の空乏層内の電位分布が乱されることを抑制することができる。また、周辺電極の外周側の端部よりも内周側では、横方向に電位差がほとんど生じないので、この範囲に表面金属層及びはんだ層が配置されていても半導体基板内の電位分布は乱されない。したがって、この構成によれば、半導体基板の耐圧を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１のＩＧＢＴ１０の平面図。
【図２】実施例１のＩＧＢＴ１０の平面図。
【図３】実施例１のＩＧＢＴ１０の縦断面図（図１、２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における縦断面図。）。
【図４】比較例のＩＧＢＴの縦断面図。
【図５】変形例のＩＧＢＴの縦断面図。
【図６】実施例２のＩＧＢＴの縦断面図。
【図７】実施例３のダイオードの縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００９】
図１〜３に示す実施例のＩＧＢＴ１０は、半導体基板１８と、半導体基板１８の上面１８ａ及び下面１８ｂに設けられた電極、絶縁膜を有している。なお、図１では、半導体基板１８の上面１８ａに接している電極等の位置を示している。図の見易さのため、図１では、電極を斜線ハッチングにより示している。また、図２では、半導体基板１８の上面１８ａ上の電極等を省略し、半導体基板１８の上面１８ａに露出している構造を示している。図の見易さのため、図２では、トレンチを斜線ハッチングにより示し、半導体基板１８の上面の外周部に設けられているｐ型領域をドットハッチングにより示している。
【００１０】
図２に示すように、半導体基板１８の上面１８ａには、複数のトレンチ４０が設けられている。各トレンチ４０は、一方向に長く伸びている。複数のトレンチ４０は、各トレンチ４０の長手方向に対して直交する方向に間隔を開けて配置されている。
【００１１】
図３に示すように、各トレンチ４０の内面は、ゲート絶縁膜３２によって覆われている。また、各トレンチ４０内には、ゲート電極３０が配置されている。各ゲート電極３０は、ゲート絶縁膜３２によって半導体基板１８から絶縁されている。
【００１２】
図２、３に示すように、２つのトレンチ４０の間の半導体領域のそれぞれに、エミッタ領域２２とボディ領域２４が配置されている。
【００１３】
エミッタ領域２２は、ｎ型領域である。トレンチ４０の間の各半導体領域に、２つのエミッタ領域２２が設けられている。エミッタ領域２２は、半導体基板１８の上面１８ａに露出する範囲に配置されている。エミッタ領域２２は、トレンチ４０の最上部において、ゲート絶縁膜３２に接している。
【００１４】
ボディ領域２４は、ｐ型領域である。ボディ領域２４は、２つのエミッタ領域２２の間で半導体基板１８の上面１８ａに露出している。ボディ領域２４は、上面１８ａに露出する位置からエミッタ領域２２の下側の位置まで伸びている。ボディ領域２４は、高濃度領域２４ａと、高濃度領域２４ａよりもｐ型不純物濃度が低い低濃度領域２４ｂを有している。高濃度領域２４ａは、上面１８ａに露出する範囲に配置されている。低濃度領域２４ｂは、エミッタ領域２２よりも下側に配置されている。低濃度領域２４ｂは、エミッタ領域２２の下側で、ゲート絶縁膜３２に接している。
【００１５】
なお、トレンチ４０、エミッタ領域２２及びボディ領域２４が設けられている範囲の半導体領域は、ＩＧＢＴ１０がオンしたときに主電流が流れる領域である。以下では、トレンチ４０、エミッタ領域２２及びボディ領域２４が設けられている範囲を、素子範囲１１という。また、素子範囲１１の外側の範囲を、外周耐圧範囲１５という。
【００１６】
図２、３に示すように、外周耐圧範囲１５には、終端領域３４と複数のＦＬＲ（Field Limiting Ring）３６が設けられている。
【００１７】
終端領域３４は、半導体基板１８の上面１８ａに露出する範囲に配置されている。図２に示すように、終端領域３４は、素子範囲１１の周囲を囲むように環状に伸びている。図３に示すように、終端領域３４は、最も外周側のトレンチ４０に隣接する位置に配置されている。最も外周側のトレンチ４０によって、終端領域３４はボディ領域２４から分離されている。終端領域３４は、上面１８ａからトレンチ４０の下端よりも下側まで伸びている。
【００１８】
各ＦＬＲ３６は、半導体基板１８の上面１８ａに露出する範囲に配置されている。図２に示すように、各ＦＬＲ３６によって、終端領域３４が、多重に囲まれている。図３に示すように、各ＦＬＲ３６は、上面１８ａからトレンチ４０の下端よりも下側まで伸びている。各ＦＬＲ３６は、ボディ領域２４及び終端領域３４から分離されている。また、各ＦＬＲ３６は、互いから分離されている。
【００１９】
図３に示すように、半導体基板１８は、ドリフト領域２６、バッファ領域２７及びコレクタ領域２８を有している。
【００２０】
ドリフト領域２６は、ｎ型不純物濃度が低いｎ型領域である。図３に示すように、ドリフト領域２６は、素子範囲１１及び外周耐圧範囲１５に跨って分布している。ドリフト領域２６は、素子範囲１１内において、ボディ領域２４の下側に配置されており、ボディ領域２４に対して下側から接している。素子範囲１１内において、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。素子範囲１１内において、ドリフト領域２６は、ボディ領域２４の下側でゲート絶縁膜３２に接している。つまり、ドリフト領域２６とエミッタ領域２２を分離している範囲のボディ領域２４に対して、ゲート電極３０がゲート絶縁膜３２を介して対向している。ドリフト領域２６は、外周耐圧範囲１５内において、終端領域３４の下側と終端領域３４の外周側に跨って分布している。ドリフト領域２６は、終端領域３４に対して下側及び外周側から接している。ドリフト領域２６によって、終端領域３４がＦＬＲ３６から分離されている。また、ドリフト領域２６は、各ＦＬＲ３６の下側及び側方まで伸びている。ドリフト領域２６は、各ＦＬＲ３６に接している。ドリフト領域２６によって、各ＦＬＲ３６が互いから分離されている。
【００２１】
バッファ領域２７は、ドリフト領域２６よりもｎ型不純物濃度が高いｎ型領域である。バッファ領域２７は、素子範囲１１及び外周耐圧範囲１５に跨って分布している。バッファ領域２７は、ドリフト領域２６の下側に配置されており、ドリフト領域２６に対して下側から接している。
【００２２】
コレクタ領域２８は、ｐ型領域である。コレクタ領域２８は、素子範囲１１及び外周耐圧範囲１５に跨って分布している。コレクタ領域２８は、バッファ領域２７の下側に配置されており、バッファ領域２７に対して下側から接している。コレクタ領域２８は、半導体基板１８の下面１８ｂに露出している。
【００２３】
図３に示すように、半導体基板１８上には、層間絶縁膜６２、主電極５１、周辺電極５３、複数の環状電極５４、絶縁保護膜６０、表面金属層５２、はんだ層５５及び金属ブロック５７が配置されている。
【００２４】
層間絶縁膜６２は、半導体基板１８の上面１８ａ上に配置されている。層間絶縁膜６２は、素子範囲１１から外周耐圧範囲１５に跨って伸びている。層間絶縁膜６２によって、ゲート電極３０の上面の略全体が覆われている。２つのトレンチ４０の間の半導体領域の上部に、層間絶縁膜６２を上下方向に貫通するコンタクトホール６２ａが設けられている。また、終端領域３４の上部に、コンタクトホール６２ｂが設けられている。コンタクトホール６２ｂは、図２に示す終端領域３４に沿って環状に伸びている。また、各ＦＬＲ３６の上部に、コンタクトホール６２ｃが設けられている。各コンタクトホール６２ｃは、対応するＦＬＲ３６に沿って環状に伸びている。
【００２５】
主電極５１は、素子範囲１１内において、層間絶縁膜６２を覆っている。主電極５１は、各コンタクトホール６２ａ内において、半導体基板１８の上面１８ａに接している。以下では、主電極５１と半導体基板１８とが接している界面を、コンタクト面５１ａという。主電極５１は、各コンタクトホール６２ａ内（すなわち、コンタクト面５１ａ）において、エミッタ領域２２と高濃度領域２４ａに対してオーミック接触している。主電極５１は、層間絶縁膜６２によってゲート電極３０から絶縁されている。主電極５１は、ＡｌＳｉ（アルミニウムとシリコンの合金）によって構成されている。
【００２６】
周辺電極５３は、終端領域３４の上部に配置されている。図１に示すように、周辺電極５３は、終端領域３４に沿って環状に伸びている。図３に示すように、周辺電極５３は、コンタクトホール６２ｂ内で終端領域３４にオーミック接触している。コンタクトホール６２ｂが終端領域３４に沿って環状に伸びているので、周辺電極５３と終端領域３４の間のコンタクト面５３ａは、素子範囲１１（すなわち、コンタクト面５１ａ）の周囲を囲むように環状に伸びている。
【００２７】
複数の環状電極５４は、対応するＦＬＲ３６の上部に配置されている。図１に示すように、各環状電極５４は、対応するＦＬＲ３６に沿って環状に伸びている。図３に示すように、各環状電極５４は、対応するコンタクトホール６２ｃ内において、対応するＦＬＲ３６にオーミック接触している。
【００２８】
絶縁保護膜６０は、外周耐圧範囲１５内において、主電極５１の外周端部、層間絶縁膜６２、周辺電極５３及び環状電極５４を覆っている。絶縁保護膜６０には、半導体基板１８の上面１８ａの中央部に、開口８０が設けられている。開口８０は、素子範囲１１内に設けられている。図１に示すように、開口８０は、主電極５１の上部に配置されている。絶縁保護膜６０は、樹脂（例えば、ポリイミド）によって構成されている。絶縁保護膜６０の熱伝導率は、主電極５１及び表面金属層５２よりも小さい。
【００２９】
表面金属層５２は、開口８０内の主電極５１と、開口８０の周辺の絶縁保護膜６０を覆っている。すなわち、表面金属層５２の外周側の一部は、絶縁保護膜６０上に乗り上げている。表面金属層５２の外周側の端部５２ｂは、絶縁保護膜６０上に配置されている。表面金属層５２の外周側の端部５２ｂは、終端領域３４の上部に配置されている。表面金属層５２の外周側の端部５２ｂは、周辺電極５３の外周側の端部５３ｂよりも内周側に配置されている。表面金属層５２は、ニッケルにより構成されている。表面金属層５２（すなわち、ニッケル）は、はんだ濡れ性が高い。表面金属層５２は、図示しない配線によって、周辺電極５３と電気的に接続されている。したがって、表面金属層５２の電位と周辺電極５３の電位は略等しい。
【００３０】
はんだ層５５は、表面金属層５２に接合されている。はんだ層５５は、表面金属層５２の表面全体を覆っている。はんだ層５５の上部に、金属ブロック５７が配置されている。はんだ層５５によって、表面金属層５２と金属ブロック５７が互いに接続されている。はんだ層５５の外周側の端部５５ｂの近傍では、はんだ層５５が、表面金属層５２の外周側の端部５２ｂから離れるにしたがって厚みが増すフィレット形状を有している。はんだ層５５の外周側の端部５５ｂは、表面金属層５２の外周側の端部５２ｂ上に配置されている。したがって、はんだ層５５の外周側の端部５５ｂは、終端領域３４の上部に配置されている。はんだ層５５の外周側の端部５５ｂは、周辺電極５３の外周側の端部５３ｂよりも内周側に配置されている。
【００３１】
半導体基板１８の下面１８ｂには、下部電極５６が配置されている。下部電極５６は、コレクタ領域２８にオーミック接触している。
【００３２】
次に、ＩＧＢＴ１０の動作について説明する。ＩＧＢＴ１０は、主電極５１と下部電極５６の間に下部電極５６側が高電位となる電圧が印加された状態で使用される。ゲート電極３０に閾値よりも高い電位を印加すると、ゲート絶縁膜３２に隣接する範囲でボディ領域２４内にチャネルが形成される。チャネルによって、エミッタ領域２２とドリフト領域２６が接続される。その結果、主電極５１から、エミッタ領域２２、チャネル、ドリフト領域２６、バッファ領域２７及びコレクタ領域２８を介して、下部電極５６へ電子が流れる。また、下部電極５６から、コレクタ領域２８、バッファ領域２７、ドリフト領域２６、ボディ領域２４を介して、主電極５１へ正孔が流れる。すなわち、ＩＧＢＴ１０がオンし、下部電極５６から主電極５１へ電流が流れる。
【００３３】
ＩＧＢＴ１０がオンしたときに、電流の大部分は、素子範囲１１内を流れる。外周耐圧範囲１５内のドリフト領域２６にも電流が流れるが、外周耐圧範囲１５内における電流密度は、素子範囲１１内における電流密度よりもはるかに小さい。ＩＧＢＴ１０がオンすると、半導体基板１８が発熱する。外周耐圧範囲１５内における電流密度が素子範囲１１内における電流密度よりも小さいので、外周耐圧範囲１５における発熱量は素子範囲１１における発熱量よりも小さい。
【００３４】
半導体基板１８で発生した熱は、はんだ層５５を介して金属ブロック５７に伝わる。金属ブロック５７は図示しない放熱部材に熱を伝える。このように、半導体基板１８で発生した熱が放熱されることで、半導体基板１８が極度に高温になることが防止される。
【００３５】
開口８０内においては、素子範囲１１内の半導体基板１８から、主電極５１と表面金属層５２を介してはんだ層５５に熱が伝わる。コンタクト面５１ａの上部では、半導体基板１８と主電極５１が直接接しており、主電極５１と表面金属層５２が直接接しており、表面金属層５２とはんだ層５５が直接接している。主電極５１と表面金属層５２は、高い熱伝導率を有している。つまり、コンタクト面５１ａとはんだ層５５の間には、熱伝導を遮る部材が存在しない。さらに、素子範囲１１における発熱量は大きい。このため、開口８０の上部のはんだ層５５に多量の熱が伝わり、開口８０の上部のはんだ層５５が高温となる。
【００３６】
他方、はんだ層５５の外周側の端部５５ｂは、外周耐圧範囲１５内の絶縁保護膜６０の上部に配置されている。はんだ層５５の外周側の端部５５ｂと半導体基板１８の間には、層間絶縁膜６２、絶縁保護膜６０及び表面金属層５２が介在している。したがって、外周耐圧範囲１５内の半導体基板１８で発生した熱は、層間絶縁膜６２、絶縁保護膜６０及び表面金属層５２を介してはんだ層５５の外周側の端部５５ｂに伝わる。絶縁保護膜６０の熱伝導率が低いので、はんだ層５５の外周側の端部５５ｂに熱が伝わり難い。さらに、外周耐圧範囲１５における発熱量は小さい。このため、はんだ層５５の外周側の端部５５ｂに伝わる熱量が小さく、はんだ層５５の外周側の端部５５ｂの温度上昇が抑制される。
【００３７】
はんだ層５５の外周側の端部５５ｂ近傍においてはんだ層５５がフィレット形状を有しているため、はんだ層５５の外周側の端部５５ｂの近傍では温度上昇時に熱応力が生じやすい。しかしながら、このＩＧＢＴ１０では、上記のように、はんだ層５５の外周側の端部５５ｂの温度上昇が抑制される。このため、はんだ層５５の外周側の端部５５ｂの近傍で極端に高い熱応力が生じることを防止することができる。これによって、はんだ層５５の外周側の端部５５ｂの近傍で、はんだ層５５及び表面金属層５２にクラックが生じることが抑制される。また、開口８０の上部では、はんだ層５５が高温となるが、開口８０の上部にははんだ層５５の外周側の端部５５ｂが存在しないので、はんだ層５５に極端に高い応力は生じない。したがって、開口８０内で、はんだ層５５、表面金属層５２及び主電極５１にクラックが生じることが抑制される。
【００３８】
ゲート電極３０の電位を閾値よりも低い電位に低下させると、チャネルが消失し、電流が停止する。すると、素子範囲１１内では、ボディ領域２４からドリフト領域２６に空乏層が広がる。ドリフト領域２６のｎ型不純物濃度が極めて低いので、ボディ領域２４から下方向に長く空乏層が伸びる。したがって、素子範囲１１内のドリフト領域２６が広い範囲で空乏化される。
【００３９】
また、外周耐圧範囲１５内では、終端領域３４からドリフト領域２６に空乏層が広がる。終端領域３４の下部では、素子範囲１１内と同様に、下方向に空乏層が伸びる。終端領域３４の外周側では、終端領域３４から外周側（横方向）に向かって空乏層が伸びる。空乏層がもっとも内周側のＦＬＲ３６に達すると、そのＦＬＲ３６からさらに外周側に空乏層が伸びる。空乏層が次のＦＬＲ３６に達すると、そのＦＬＲ３６からさらに外周側に空乏層が伸びる。このように、複数のＦＬＲ３６を経由しながら空乏層が外周側へ伸びることで、半導体基板１８の外周側の端面近傍まで空乏層が伸びる。
【００４０】
空乏化したドリフト領域２６内では、電位差が生じる。素子範囲１１内及び終端領域３４の下部のドリフト領域２６では、上下方向に電位差が生じる。すなわち、下側から上側に向かうにしたがって電位が低くなる。終端領域３４の外周側のドリフト領域２６では、半導体基板１８の上面１８ａの近傍において、横方向に電位差が生じる。すなわち、外周側から内周側に向かうにしたがって電位が低くなる。周辺電極５３の外周側の端部５３ｂよりも内周側では、半導体基板１８の上面１８ａの近傍において、横方向の電位差はほとんど生じない。これは、周辺電極５３と主電極５１が略同電位であるためである。
【００４１】
図４に示すように、表面金属層５２及びはんだ層５５が周辺電極５３の外周側の端部５３ｂよりも外周側まで伸びていると、表面金属層５２及びはんだ層５５の電位（すなわち、低電位）の影響により、終端領域３４の外周側のドリフト領域２６内の電位分布が乱れる。その結果、終端領域３４の外周側のドリフト領域２６とその周辺において電界集中が生じ易くなり、ＩＧＢＴの耐圧が低くなる。図３に示すように、表面金属層５２の外周側の端部５２ｂ及びはんだ層５５の外周側の端部５５ｂが、周辺電極５３の外周側の端部５３ｂよりも内周側に位置していれば、終端領域３４の外周側のドリフト領域２６内の電界分布が乱されない。また、周辺電極５３の外周側の端部５３ｂよりも内周側では、半導体基板１８の上面１８ａの近傍において横方向の電位差がほとんど生じないので、この範囲に表面金属層５２及びはんだ層５５が配置されていても電界分布に影響はない。したがって、実施例１のＩＧＢＴ１０の構造によれば、ＩＧＢＴ１０の耐圧を確保することができる。
【００４２】
以上に説明したように、実施例１の構造によれば、はんだ層５５、表面金属層５２及び主電極５１のクラックを抑制することができる。また、実施例１の構造によれば、ＩＧＢＴ１０の耐圧を確保することができる。
【００４３】
なお、実施例１では、主電極５１と周辺電極５３が半導体基板１８上においては分離されており、図示しない配線によって電気的に接続されていた。しかしながら、図５に示すように、主電極５１と周辺電極５３が層間絶縁膜６２上で繋がっていてもよい。
【００４４】
また、実施例１では、終端領域３４がボディ領域２４から分離されていた。しかしながら、終端領域３４がボディ領域２４と繋がっていてもよい。
【実施例２】
【００４５】
図６に示す実施例２のＩＧＢＴは、実施例１のＦＬＲ３６に代えて、リサーフ層５８を有している。リサーフ層５８は、ｐ型領域であり、半導体基板１８の上面１８ａに露出する範囲に設けられている。リサーフ層５８は、終端領域３４から外周側に伸びている。リサーフ層５８のｐ型不純物濃度は、終端領域３４よりも低い。リサーフ層５８の下側及び外周側には、ドリフト領域２６が配置されている。実施例２のＩＧＢＴのその他の構成は、実施例１のＩＧＢＴ１０と等しい。
【００４６】
実施例２のＩＧＢＴのオン時の動作は、実施例１のＩＧＢＴ１０と略等しい。実施例２のＩＧＢＴでも、はんだ層５５の外周側の端部５５ｂが、絶縁保護膜６０上であって終端領域３４の上部に配置されている。このため、はんだ層５５の外周側の端部５５ｂの温度上昇が抑制される。これによって、クラックを抑制することができる。
【００４７】
ＩＧＢＴがオフする時の外周耐圧範囲１５内における空乏層の広がり方が、実施例１と実施例２とでは異なる。実施例２では、ＩＧＢＴがオフすると、リサーフ層５８とドリフト領域２６の界面のｐｎ接合から、リサーフ層５８とドリフト領域２６に空乏層が伸びる。リサーフ層５８の略全体が空乏化される。また、ドリフト領域２６は、半導体基板１８の外周側の端面近傍まで空乏化される。終端領域３４の外周側の半導体基板１８の上面１８ａ近傍において、リサーフ層５８とドリフト領域２６に広がった空乏層内で、横方向に電位差が生じる。すなわち、外周側から内周側に向かうにしたがって電位が低くなる。実施例２のＩＧＢＴでは、表面金属層５２の外周側の端部５２ｂ及びはんだ層５５の外周側の端部５５ｂが、周辺電極５３の外周側の端部５３ｂよりも内周側に位置している。このため、周辺電極５３の外周側の端部５３ｂよりも外周側のリサーフ層５８及びドリフト領域２６の電界が乱されることが防止される。したがって、実施例２のＩＧＢＴの構造によれば、ＩＧＢＴの耐圧を確保することができる。
【００４８】
なお、上述した実施例１、２では、ＩＧＢＴについて説明したが、実施例１、２の構成をＭＯＳＦＥＴに適用してもよい。実施例１、２において、コレクタ領域２８に代えて下部電極５６にオーミック接触するｎ型領域（ドレイン領域）を設けることで、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴが得られる。また、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴのｐ型とｎ型を反転させることで、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴが得られる。
【実施例３】
【００４９】
実施例３では、図７に示すダイオードについて説明する。実施例３のダイオードは、実施例１のＩＧＢＴと同様に、主電極５１、表面金属層５２、はんだ層５５、金属ブロック５７、周辺電極５３、絶縁保護膜６０及び下部電極５６を有している。
【００５０】
実施例３のダイオードの半導体基板１８内には、アノード領域１２４、ドリフト領域１２６、バッファ領域１２７、カソード領域１２８、終端領域１３４及びＦＬＲ１３６が設けられている。
【００５１】
アノード領域１２４は、ｐ型領域であり、半導体基板１８の上面１８ａの中央部に露出する位置に配置されている。アノード領域１２４は、コンタクト面５１ａにおいて、主電極５１にオーミック接触している。
【００５２】
終端領域１３４は、半導体基板１８の上面１８ａに露出する範囲に配置されている。終端領域３４は、アノード領域１２４と繋がっているｐ型領域であり、アノード領域１２４よりも深い位置まで伸びている。終端領域１３４は、アノード領域１２４の周囲を囲むように環状に伸びている。終端領域１３４は、環状に伸びるコンタクト面５３ａにおいて、周辺電極５３にオーミック接触している。
【００５３】
各ＦＬＲ１３６は、実施例１と同様に、終端領域３４の周囲を囲むように配置されている。
【００５４】
ドリフト領域１２６は、ｎ型不純物濃度が低いｎ型領域である。ドリフト領域１２６は、アノード領域１２４の下側、終端領域１３４の下側及び終端領域１３４の外周側に跨って分布している。ドリフト領域１２６は、アノード領域１２４に対して下側から接している。ドリフト領域１２６は、終端領域１３４に対して下側及び外周側から接している。ドリフト領域１２６によって、終端領域１３４がＦＬＲ１３６から分離されている。また、ドリフト領域１２６は、各ＦＬＲ１３６の下側及び側方まで伸びている。ドリフト領域１２６は、各ＦＬＲ１３６に接している。ドリフト領域１２６によって、各ＦＬＲ１３６が互いから分離されている。
【００５５】
バッファ領域１２７は、ドリフト領域１２６よりもｎ型不純物濃度が高いｎ型領域である。バッファ領域１２７は、ドリフト領域１２６の下側に配置されており、ドリフト領域１２６に対して下側から接している。
【００５６】
カソード領域１２８は、バッファ領域１２７よりもｎ型不純物濃度が高いｎ型領域である。カソード領域１２８は、バッファ領域１２７の下側に配置されており、バッファ領域１２７に対して下側から接している。カソード領域１２８は、半導体基板１８の下面１８ｂに露出している。カソード領域１２８は、下部電極５６にオーミック接触している。
【００５７】
次に、実施例３のダイオードの動作について説明する。主電極５１に下部電極５６よりも高い電位を印加すると、主電極５１から、アノード領域１２４、ドリフト領域１２６、バッファ領域１２７及びカソード領域１２８を介して下部電極５６へ電流が流れる。すなわち、ダイオードがオンする。ダイオードがオンすると、半導体基板１８が発熱する。
【００５８】
開口８０内では、半導体基板１８から主電極５１と表面金属層５２を介してはんだ層５５に熱が伝わる。開口８０内では、半導体基板１８とはんだ層５５の間に熱伝導を遮る部材が存在しない。したがって、開口８０の上部のはんだ層５５が高温となる。しかしながら、開口８０の上部にははんだ層５５の外周側の端部５５ｂが存在しないので、開口８０のはんだ層５５では高い熱応力は生じない。
【００５９】
他方、はんだ層５５の外周側の端部５５ｂは、絶縁保護膜６０の上部に配置されている。絶縁保護膜６０の熱伝導率が低いので、はんだ層５５の外周側の端部５５ｂに熱が伝わり難い。このため、はんだ層５５の外周側の端部５５ｂの温度上昇が抑制される。これによって、はんだ層５５の外周側の端部５５ｂの近傍で極端に高い熱応力が生じることが防止される。これによって、クラックが抑制される。
【００６０】
主電極５１に下部電極５６よりも低い電位を印加すると、アノード領域１２４及び終端領域１３４からドリフト領域１２６に空乏層が広がる。アノード領域１２４及び終端領域１３４の下部のドリフト領域１２６では、下方向に長く空乏層が伸びる。また、終端領域１３４の外周側の範囲では、終端領域３４から外周側（横方向）に向かって空乏層が伸びる。実施例１と同様に、空乏層が複数のＦＬＲ１３６を経由しながら外周側へ伸びる。空乏層は、半導体基板１８の外周側の端面近傍まで伸びる。
【００６１】
空乏化したドリフト領域１２６内では、電位差が生じる。アノード領域１２４及び終端領域１３４の下部のドリフト領域２６では、上下方向に電位差が生じる。すなわち、下側から上側に向かうにしたがって電位が低くなる。終端領域１３４の外周側のドリフト領域２６では、半導体基板１８の上面１８ａの近傍において、横方向に電位差が生じる。すなわち、外周側から内周側に向かうにしたがって電位が低くなる。周辺電極５３の外周側の端部５３ｂよりも内周側では、半導体基板１８の上面１８ａの近傍において、横方向の電位差はほとんど生じない。
【００６２】
実施例３のダイオードでは、表面金属層５２の外周側の端部５２ｂ及びはんだ層５５の外周側の端部５５ｂが、周辺電極５３の外周側の端部５３ｂよりも内周側に位置している。このため、終端領域１３４の外周側における電界分布が乱されない。したがって、実施例３のダイオードの構造によれば、ダイオードの耐圧を確保することができる。
【００６３】
なお、実施例３のダイオードにおいて、図５のように主電極５１と周辺電極５３が繋がっていてもよい。また、実施例３のダイオードにおいて、ＦＬＲに代えて、図６のようにリサーフ層を設けてもよい。
【００６４】
上述した実施例の各構成要素と、請求項の各構成要素との関係について説明する。実施例のコンタクト面５１ａは、請求項の主コンタクト面の一例である。実施例のコンタクト面５３ａは、請求項の周辺コンタクト面の一例である。実施例のボディ領域２４及びアノード領域１２４は、請求項の第１領域の一例である。実施例の終端領域３４、１３４は、請求項の第２領域の一例である。実施例のドリフト領域２６、１２６は、請求項の第３領域の一例である。実施例のエミッタ領域２２は、請求項の第４領域の一例である。実施例のリサーフ層５８は、請求項の低濃度領域の一例である。
【００６５】
本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。
【００６６】
本明細書が開示する一例の構成では、半導体基板が、第４領域を有している。第４領域は、主コンタクト面において主電極に接しており、第１領域によって第３領域から分離されている第２導電型の領域である。半導体装置は、第３領域と第４領域を分離している範囲の第１領域に対して絶縁膜を介して対向しているゲート電極を有している。第２領域が、第１領域から分離されている。表面金属層の外周側の端部とはんだ層の外周側の端部が、第２領域の上部に配置されている。
【００６７】
この構成では、第１領域、第３領域、第４領域及びゲート電極によって、スイッチング素子が構成されている。第２領域は第１領域から分離されているので、スイッチング素子がオンするときに、第２領域には主電流が流れない。このため、第２領域では発熱が少ない。表面金属層の外周側の端部とはんだ層の外周側の端部が、発熱が少ない第２領域の上部に配置されている。したがって、はんだ層の外周側の端部の温度上昇を抑制することができる。この構成によれば、はんだ層の外周側の端部近傍におけるクラックをより効果的に抑制することができる。
【００６８】
本明細書が開示する一例の構成では、半導体基板がＦＬＲを有している。ＦＬＲは、半導体基板の上面に露出しており、第２領域から分離されており、第２領域の周囲を囲んでいる第１導電型の領域である。
【００６９】
この構成によれば、ＦＬＲが半導体基板の外周部における空乏層の伸びを促進する。このため、半導体装置の耐圧がより向上する。
【００７０】
本明細書が開示する一例の構成では、第２領域が、高濃度領域と低濃度領域を有している。高濃度領域は、周辺電極に接している。低濃度領域は、高濃度領域から外周側に伸びており、高濃度領域よりも第１導電型不純物濃度が低い領域である。
【００７１】
この構成によれば、低濃度領域が半導体基板の外周部における空乏層の伸びを促進する。このため、半導体装置の耐圧がより向上する。
【００７２】
以上、実施形態について詳細に説明したが、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、単独あるいは各種の組み合わせによって技術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１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００７３】
１１    ：素子範囲
１５    ：外周耐圧範囲
１８    ：半導体基板
２２    ：エミッタ領域
２４    ：ボディ領域
２６    ：ドリフト領域
２７    ：バッファ領域
２８    ：コレクタ領域
３０    ：ゲート電極
３２    ：ゲート絶縁膜
３４    ：終端領域
４０    ：トレンチ
５１    ：主電極
５１ａ  ：コンタクト面
５２    ：表面金属層
５３    ：周辺電極
５３ａ  ：コンタクト面
５４    ：環状電極
５５    ：はんだ層
５６    ：下部電極
５７    ：金属ブロック
６０    ：絶縁保護膜
６２    ：層間絶縁膜
８０    ：開口
【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】
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【図６】
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【図７】
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