(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板と、
半導体基板の表層の一部に形成されている第２導電型の第１半導体領域と、
半導体基板の表層において第１半導体領域をループ状に囲んでいるとともに、ループの内縁から外側に向かって深さが徐々に深くなる傾斜底領域と、傾斜底領域の外側に隣接しているとともに深さが一定距離Ｄに維持されている平坦底領域が形成されている第２導電型の第２半導体領域と、
半導体基板の両面に配置されている一対の主電極を備えており、
半導体基板の表層側の主電極が、第１半導体領域の表面に電気的に接触しているとともに、第２半導体領域が形成するループの外縁よりも内側で第２半導体領域の表面に電気的に接触しており、
半導体基板の表層側の主電極と第２半導体領域が接触している領域の外縁が、平坦底領域の最内周位置と、その最内周位置から距離Ｄだけ外側の位置との間に位置していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
矩形形状の表層を備えている第１導電型の半導体基板と、
半導体基板の表層の一部に形成されている第２導電型の第１半導体領域と、
半導体基板の表層において第１半導体領域をループ状に囲んでいるとともに、ループの内縁から外側に向かって深さが徐々に深くなる傾斜底領域と、傾斜底領域の外側に隣接しているとともに深さが一定距離Ｄに維持されている平坦底領域が形成されている第２導電型の第２半導体領域と、
半導体基板の両面に配置されている一対の主電極を備えており、
第２半導体領域のループ形状は、湾曲している隅部を有する矩形形状であり、
半導体基板の表層側の主電極が、第１半導体領域の表面に電気的に接触しているとともに、第２半導体領域が形成するループの外縁よりも内側で第２半導体領域の表面に電気的に接触しており、
少なくとも前記隅部において、半導体基板の表層側の主電極と第２半導体領域が接触している領域の外縁が、平坦底領域の最内周位置と、その最内周位置から距離Ｄだけ外側の位置との間に位置し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、半導体装置に関する。特に、耐圧を確保するために、素子形成領域を一巡する半導体領域が形成されている半導体装置に関する。特に、一対の主電極間に印加されている電圧が順方向から逆方向に切り替わった時、或いはオン状態からオフ状態に切り替わった時に、終端領域から素子形成領域へ流れる電流の電流密度が抑制されている半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばダイオードでは、主電極間に印加されている電圧が順方向（ｐ型の半導体領域の電位がｎ型の半導体領域の電位よりも高い電圧）から逆方向に切り替わった時に、一時的に逆方向（ｎ型半導体領域からｐ型半導体領域に向かう方向）に電流が流れる。この現象は、順方向の電圧が印加されている間にｐｎ接合の一方側の半導体領域から他方側の半導体領域に注入されたキャリアが、逆方向の電圧に切り替わった時に、元の半導体領域へ戻ることによって生じる。ダイオードでは、上記の一時的に逆方向に流れる電流はリカバリ電流と呼ばれる。リカバリ電流は、素子形成領域の周縁に位置している終端領域から素子形成領域に流れ込む際に集中することが知られている。特に、素子形成領域を一巡する半導体領域が終端領域に形成されていると、終端領域から素子形成領域へ流れ込む際にリカバリ電流が強く集中することが知られている。
終端領域から素子形成領域へ電流が集中して流れる現象は、パワーＭＯＳやＩＧＢＴ等の半導体装置において、オン状態からオフ状態に切り替わる時にも発生する。
終端領域から素子形成領域へ流れ込む電流の電流密度が過大になると、半導体装置が破壊に至ることがある。電流密度が過大に集中する部位が発生すると、その部位で局所的に大きな熱が発生し、半導体材料の真性温度を超えてしまうことがあるからである。
以下では、主にダイオードの場合を例として本発明を説明するが、本発明は、パワーＭＯＳやＩＧＢＴなどの半導体装置にも適用することができる。以下の説明をパワーＭＯＳやＩＧＢＴなどの半導体装置に適用する場合には、以下の説明における「リカバリ電流」は、オン状態からオフ状態に切り替わる時に終端領域から素子形成領域へ流れる電流を意味する。
【０００３】
終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流の集中を抑制する技術が、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示されているダイオードは、第１導電型の半導体基板と、半導体基板の両面に配置されている一対の主電極を備えている。半導体基板の表層の一部には、第２導電型の第１半導体領域（特許文献１の場合はアノード領域）が形成されている。第１半導体領域の周縁には、第１半導体領域を一巡してループ状に伸びている第２導電型の第２半導体領域が形成されている。半導体基板の表層側に形成されている主電極（特許文献１の場合はアノード電極）は、第１半導体領域（アノード領域）のみに接触し、ループを形成している第２半導体領域にまでは伸びていない。しかも、第１半導体領域（アノード領域）の周辺部は、主電極（アノード電極）に接触していない。
特許文献１に開示されているダイオードでは、第１半導体領域（アノード領域）の周辺部に、主電極（アノード電極）に接触しない部分を設ける。正確にいうと、第１半導体領域の周辺部に、半導体基板内の少数キャリアの拡散長Ｌｐ以上の幅で、主電極に接触しない部分を設ける。
特許文献１に開示されたダイオードでは、第１半導体領域（アノード領域）の周辺部が主電極と接触していないために高抵抗となる。順方向の電圧が印加されている間に、素子形成領域から終端領域に注入されるキャリアの量が抑制される。従って、電圧が順方向から逆方向に切り替わった時に終端領域から素子形成領域へ向かって移動するキャリアの量が抑制され、終端領域を流れるリカバリ電流が抑制される。特に、第１半導体領域の周辺部に、半導体基板内の少数キャリアの拡散長Ｌｐ以上の幅Lで、主電極に接触しない部分を設けると、順方向の電圧が印加されている間に素子形成領域から終端領域に注入されるキャリアの量が顕著に抑制され、その結果、終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流を顕著に抑制することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２３２５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置では、終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流の抑制とともに、高耐圧性能を確保することが望まれている。高耐圧性能を確保するために、第１半導体領域（例えばアノード領域）の周縁に、第１半導体領域を一巡する第２導電型の第２半導体領域を形成するのが有利である。
特許文献１に開示されているダイオードでは、第１半導体領域（アノード領域）の周辺部に、主電極（例えばアノード電極）に接触しない部分を設ける。当然に、第１半導体領域を一巡してループ状に伸びている第２半導体領域は、主電極に接触しない。
【０００６】
半導体装置の小型化を進めるためには、第１半導体領域の全部を主電極に接触させるのが有利である。順方向に電流が流れる際に第１半導体領域の全部を有効に利用することができるからである。
第１半導体領域の全部を主電極に接触させる場合、第１半導体領域を一巡してループ状に伸びている第２半導体領域と主電極の関係が問題となる。第１半導体領域の周辺部に主電極と接触しない部分を設けることによって、素子形成領域から終端領域に注入されるキャリアの量を抑制する方法は使えない。第１半導体領域の全部を主電極に接触させる場合、主電極を大きく広げてループ状に伸びている第２半導体領域の大部分を被覆する構造を採用すると、素子形成領域から終端領域に注入されるキャリアの量が増大し、終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流の電流密度が増大してしまう。その一方において、主電極と第２半導体領域が接触する面積が小さすぎると、すなわち、ループ状に伸びている第２半導体領域の内縁近傍のみが主電極に接触する構造を採用しても、終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流の電流密度が増大してしまう。
第１半導体領域の全部を主電極に接触させて第１半導体領域の全部を有効に利用することによって半導体装置の小型化を計り、しかも終端領域から素子形成領域へ流れる際のリカバリ電流の電流密度が増大することを抑制できる技術が必要とされている。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みて創作されたものであり、素子を構成する第１半導体領域の全部を主電極に接触させて第１半導体領域の全部を有効に利用することによって半導体装置の小型化を図り、第１半導体領域を一巡してループ状に伸びている第２半導体領域を形成することによって必要な耐圧を確保し、しかも終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流の電流密度が増大することを抑制できる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】
【０００８】
本発明に係る半導体装置は、第１導電型の半導体基板と、半導体基板の表層の一部に形成されている第２導電型の第１半導体領域と、半導体基板の表層において第１半導体領域をループ状に囲んでいる第２半導体領域と、半導体基板の両面に配置されている一対の主電極を備えている。
第２半導体領域には、ループの内縁から外側に向かって深さが徐々に深くなる傾斜底領域と、傾斜底領域の外側に隣接しているとともに深さが一定距離Ｄに維持されている平坦底領域が形成されている。半導体基板の表層側（第１半導体領域が形成されている側）の主電極は、第１半導体領域の表面に電気的に接触しているとともに、第２半導体領域が形成するループの外縁よりも内側で第２半導体領域の表面に電気的に接触している。半導体基板の表層側の主電極と第２半導体領域が接触している領域の外縁は、平坦底領域の最内周位置と、その最内周位置から距離Ｄだけ外側の位置との間に位置している。
【０００９】
第１半導体領域をループ状に囲んでいる第２半導体領域は、第１半導体領域を実質的に囲んでいればよく、必ずしも切れ目なく伸びている必要はなく、断続的に形成されていることがある。全体として第１半導体領域をループ状に囲んでいればよい。また、ループ状に伸びている第２半導体領域の外側に、ループ状に伸びている第２導電型の半導体領域が形成されていてもよい。ループ状に伸びている第２導電型の半導体領域が複数本形成されている場合には、最内周の半導体領域が本発明の第２半導体領域に相当する。
半導体基板の表層の一部に形成されている第１半導体領域は、単数であってもよいが、複数個に分割されていてもよい。
この半導体装置がダイオードの場合、半導体基板の不純物濃度が低いことがある。この場合、半導体基板の裏面側に第１導電型の不純物順を高濃度に含む領域を形成する。半導体装置がパワーＭＯＳやＩＧＢＴである場合、第１半導体領域と第２半導体領域の他に、パワーＭＯＳやＩＧＢＴを構成する半導体領域を備えている。
【００１０】
半導体基板の表層側の主電極とループ状の第２半導体領域が接触している領域の外縁の位置が、終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流の電流密度に影響することを、ダイオードを例にして説明する。
まずダイオードの構成について説明する。図９に、ダイオード６００の模式図を示す。図９（Ａ）は、ダイオード６００の模式的平面図であり、図９（Ｂ）は、ダイオード６００の模式的断面図である。
ダイオード６００は、ｎ型の半導体基板６０２を利用して形成されている。半導体基板６０２には、ｐ＋型の第１半導体領域６０４と、ｐ型の第２半導体領域６０６が形成されている。第１半導体領域６０４は、半導体基板６０２の表層の一部に形成されており、第２半導体領域６０６は、半導体基板６０２の表層において、第１半導体領域６０４の周囲を一巡するループ状に形成されている。
半導体基板６０２の表層側に第１主電極６０８が配置されており、裏面側に第２主電極６１２が配置されている。なお図９（Ａ）では、図面を見易くするために、第１主電極６０８を破線で描いている。第１主電極６０８は、第１半導体領域６０４の全表面に接触しているとともに、第２半導体領域６０６が形成するループの外縁よりも内側で、第２半導体領域６０６に電気的に接触している。
図示６１０はｎ型の半導体基板６０２が加工されないで残っている領域であり、第１半導体領域６０４との間でｐｎ接合を構成する。ｎ型領域６１０の不純物濃度が低い場合には、第２主電極６１２と接する範囲にｎ型不純物を高濃度に含む領域を用意することがある。
【００１１】
図１０（Ａ）は、図９（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿った模式的拡大断面図である。第２半導体領域６０６には、ループの内縁６０６ｄから外側に向かって深さが徐々に深くなる傾斜底領域６０６ａと、傾斜底領域６０６ａの外側に隣接しているとともに深さが一定の距離Ｄに維持されている平坦底領域６０６ｂが形成されている。通常、第２半導体領域６０６は、ｎ型の半導体基板６０２にｐ型の不純物を注入してから拡散して形成するので、深さが徐々に変化する傾斜底領域６０６ａが形成される。
図１０（Ａ）に示すように、第２半導体領域６０６のループの内縁６０６ｄの位置から、第１主電極６０８と第２半導体領域６０６が接触している領域の外縁６０８ａ（以下、単に第１主電極６０８の外縁６０８ａと称する）までの距離を重複幅Ｗと称する。なお、第１半導体領域６０４の外縁部分と第２半導体領域６０６の内縁部分は連続しているが（図１０（Ａ）において破線で示す部分）、第２半導体領域６０６のループの内縁６０６ｄの位置は、第２半導体領域６０６のループの外縁の傾斜形状から、図１０（Ａ）の破線で示すように推定して特定することができる。以下の他の実施例においても、第１半導体領域と第２半導体領域が連続する場合には、同様に第２半導体領域のループの内縁の位置を特定することができる。
【００１２】
重複幅Ｗと終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流の電流密度Ｉｒの関係を検討した結果、それらの間には、図１０（Ｂ）の模式的グラフに示す関係があることが判明した。図１０（Ｂ）の横軸は重複幅Ｗを示しており、縦軸は終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流の電流密度Ｉｒを示している。図１０（Ｂ）に示すとおり、重複幅Ｗ＝Ｗａ、及びＷ＝Ｗｂにおいて変極点が現れ、Ｗａ≦Ｗ≦Ｗｂの範囲では、電流密度Ｉｒが小さく抑えられることが判明した。その上、Ｗａ≦Ｗ≦Ｗｂの範囲では、重複幅Wの変化に対する電流密度Ｉｒの変化率がそれ以外の範囲よりも小さくなることが判明した。
Ｗ＝Ｗａとなるのは、第１主電極６０８の外縁６０８ａが、平坦底領域６０６ｂの最内周位置６０６ｃに一致する場合である。また、Ｗ＝Ｗｂとなるのは、第１主電極６０８の外縁６０８ａが、平坦底領域６０６ｂの最内周位置６０６ｃから距離Ｄだけ外側の位置に位置する場合である。
Ｗ＜Ｗａの範囲では、重複幅Ｗの減少にともなって電流密度Ｉｒが急激に増加する。電流密度Ｉｒは、Ｗ＝Ｗａで最小値となり、Ｗａ≦Ｗ≦Ｗｂの範囲では重複幅Ｗの増加に伴って緩やかに増加する。Ｗｂ＜Ｗの範囲では、重複幅Ｗの増加に伴って電流密度Ｉｒが急激に増加する。図１０（Ｂ）に示す通り、重複幅ＷがＷａ≦Ｗ≦Ｗｂの範囲であるときに、電流密度Ｉｒが低減でき、かつ重複幅Ｗに対する電流密度Ｉｒの変化率を低減できることが判明した。
図１０（Ｂ）に示すとおり、重複幅ＷがＷａ≦Ｗ≦Ｗｂの範囲では、その他の範囲よりもリカバリ電流の電流密度Ｉｒが低く、しかも重複幅Ｗの変化に対するリカバリ電流の電流密度Ｉｒの変化率が小さい。従って、第１主電極６０８の外縁６０８ａの位置を、平坦底領域６０６ｂの最内周位置６０６ｃと、最内周位置６０６ｃから距離Ｄ（Ｄは平坦底領域６０６ｂの深さに等しい）だけ外側の位置との間に位置させることによって、電流密度Ｉｒを低下させ、しかも製造誤差による電流密度Ｉｒのばらつきを小さく抑えることができる。
【００１３】
Ｗ＜Ｗａの範囲及びＷｂ＜Ｗの範囲に比較して、Ｗａ≦Ｗ≦Ｗｂの範囲で電流密度Ｉｒが低下する理由は、概ね次のとおり推定される。図１０（Ａ）に矢印９０で示すように、リカバリ電流は、順方向の電圧が印加されていた間に第２半導体領域６０６から終端領域に注入されたキャリアが、電圧の方向が逆転した時に終端領域の表面に沿って第２半導体領域６０６へ戻ることによって生じる。重複幅Ｗの増加に伴って第１主電極６０８の外縁６０８ａが終端領域へ拡がるために、順方向の電圧が印加されていた間に終端領域へ注入されるキャリアの量が増加する。Ｗｂ＜Ｗの範囲では、終端領域に注入されるキャリアの量が増大するので電流密度Ｉｒが増大する。他方、リカバリ電流の通路面積は、第２半導体領域６０６の深さに依存する。Ｗ＜Ｗａの範囲では、第２半導体領域６０６の深さが浅くなるので、リカバリ電流の通路面積が狭くなり、その結果、電流密度Ｉｒが増大する。Ｗａ≦Ｗ≦Ｗｂの範囲では、終端領域に注入されるキャリアの増加量が許容範囲に収まり、同時にリカバリ電流の通路面積は狭くならない。キャリアの注入量と通路面積がバランスし、電流密度Ｉｒは低いレベルに抑えられ、その変化率も緩やかとなる。
以上はダイオードを例として本発明を説明した。ＩＧＢＴやパワーＭＯＳなどの半導体装置の場合でも、オンからオフに切り替わるときに終端領域から素子形成領域へ流れる電流の通路面積と電極との関係は上記の説明がそのまま当てはまる。従って、本発明は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳなどの半導体装置にも適用できる。
【００１４】
通常の半導体装置は、半導体基板をダイシングして製造することから、矩形形状の表層を備えている。この場合、第２半導体領域のループ形状は、矩形形状の表層に対応するように、湾曲している隅部を有する矩形形状となることが多い。
この場合、終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流の電流密度は、湾曲した隅部で高くなる傾向がある。従って、少なくともその隅部において、半導体基板の表層側の主電極と第２半導体領域が接触している領域の外縁が、平坦底領域の最内周位置と、最内周位置から距離Ｄだけ外側の位置との間に位置していることが好ましい。少なくともループの隅部において、上記Ｗａ≦Ｗ≦Ｗｂの関係を満たしていれば、リカバリ電流の集中による破壊が発生し難い半導体装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、素子形成領域をループ状に囲む半導体領域を有する半導体装置において、小面積化し、必要な耐圧を確保し、しかも、一対の主電極間に印加されている電圧が順方向から逆方向に切り替わった時、或いはオン状態からオフ状態に切り替わった時に、終端領域から素子形成領域へ流れる電流による損傷の発生を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に説明する実施例の主要な技術的特徴を列記する。
（１）  第２半導体領域の深さＤは、第１半導体領域の深さよりも深く形成されている。素子形成領域を一巡する第２半導体領域の深さＤを第１半導体領域の深さよりも深くすることによって、素子形成領域の周辺に空乏層を広げることができ、耐圧が向上する。
（２）  半導体基板の表層側の主電極は、第２半導体領域が形成するループの内側領域を覆っている。即ち、表層側の主電極は、第１半導体領域の表面を覆っているとともに、ループの全周に亘って第２半導体領域の傾斜底領域の表面を覆っている。この技術的特徴により、ループの全周に亘って空乏層を一様に拡げることができるとともに、ループの全周に亘って終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流の集中を抑制できる。
【実施例】
【００１７】
（第１実施例）
図面を参照して、実施例に係る半導体装置を説明する。図１は、第１実施例に係るダイオード１００の模式的平面図である。図２は、図１のII−II線に沿った模式的断面図である。ダイオード１００はｎ型の半導体基板２を利用して形成されている。ｎ型の半導体基板２の表層には、複数個に分割されているｐ＋型の第１半導体領域（アノード領域）４と、第１半導体領域４を一巡するｐ型の第２半導体領域６と、第２半導体領域６の外側を一巡するｐ型のガードリング７が形成されている。複数の第１半導体領域４は、半導体基板２の表層の一部（中央部分）に形成されている。ループ状の第２半導体領域６と、ガードリング７は、複数の第１半導体領域４の周縁を囲んでいる終端領域に形成されている。
半導体基板２の両面のうち、第１半導体領域４が形成されている表層側に、第１主電極８（アノード電極）が配置されており、裏面側に第２主電極１２（カソード電極）が配置されている。なお、図１では、図面を見易くするために、アノード電極８を破線で描いている。アノード電極８は、複数の第１半導体領域４と第２半導体領域６に電気的に接触している。アノード電極８は、第２半導体領域６が形成するループの外側に張り出すことがなく、ループの内側の領域のみを覆っている。図示１０はｎ型の半導体基板２が加工されないで残っている領域であり、第１半導体領域４との間でｐｎ接合を構成する。ｎ型半導体領域１０の不純物濃度が低い場合には、第２主電極１２と接する範囲にｎ型不純物を高濃度に含む領域を用意することがある。
【００１８】
ダイオード１００は、順方向の電圧（アノード電極８の電位がカソード電極１２の電位よりも高い電圧）を印加すると電流を流すことができ、逆方向の電圧を印加しても、電流は流れない。但し、印加する電圧が順方向から逆方向に切り替わった時に一時的にカソード電極１２からアノード電極８へリカバリ電流が流れる。前述したように、リカバリ電流は、主として、順方向の電圧が印加されていた間に第２半導体領域６から終端領域のｎ型半導体領域１０に注入されたキャリアが、電圧が逆方向に切り替わった時に第２半導体領域６へ戻ることによって発生する。
【００１９】
第２半導体領域６には、ループの内縁から外側に向かって深さが徐々に深くなる傾斜底領域６ａと、傾斜底領域６ａの外側に隣接しているとともに深さが一定距離Ｄに維持される平坦底領域６ｂが形成されている。なお、傾斜底領域６ａは、半導体装置を製造する過程において、第２半導体領域６を形成するために半導体基板２の表面に注入したｐ＋型の不純物を拡散させる過程で形成される。
平坦底領域６ｂの深さＤは、第１半導体領域４の深さｄよりも深い。第２半導体領域６の平坦底領域６ｂの深さＤを第１半導体領域４の深さｄよりも深くすることによって、素子形成領域の周辺に広がる空乏層の曲率を緩やかすることができ、これによって耐圧を高めている。
また、第２半導体領域６のループの外側に形成されたガードリング７によっても空乏層が拡げられ、ダイオード１００の耐圧を高めている。
【００２０】
アノード電極８の外縁８ａは、平坦底領域６ｂの最内周の位置６ｃ（ループの内縁６ｄから幅Ｗａだけ外側の位置）と、最内周の位置６ｃから平坦底領域６ａの深さＤに等しい距離だけ外側の位置（ループの内縁６ｄから幅Ｗｂ（＝Ｗａ＋Ｄ）だけ外側の位置）の間に位置している。換言すれば、アノード電極８の外縁８ａの位置は、アノード電極８と第２半導体領域６が接触している領域の幅Ｗが、Ｗａ≦Ｗ≦Ｗｂを満たす位置に設定されている。
ダイオード１００は、前述したように、アノード電極８の外縁８ａの位置がＷａ≦Ｗ≦Ｗｂを満たすように設定されていることによって、終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流の電流密度Ｉｒが低いレベルに抑えられる。また、ダイオードの製造時の寸法誤差（特に、第２半導体領域６のループの内縁６ｄからアノード電極８の外縁８ａまでの距離の誤差、及び、第２半導体領域６のループの外縁６ｅからアノード電極８の外縁８ａまでの距離の誤差）に対して、終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流の電流密度が大きく変化することを抑制している。
【００２１】
なお、アノード電極８の外縁８ａの位置は、第２半導体領域６が形成するループの全周に亘ってＷａ≦Ｗ≦Ｗｂの条件を満足していることが好ましいが、必ずしも全周に亘って前記の条件を満足している必要はない。第２半導体領域６のループは、湾曲した隅部６ｆを有する矩形形状に形成されており、その隅部６ｆにおいて、Ｗａ≦Ｗ≦Ｗｂの条件を満足していればよい。リカバリ電流は、ループが湾曲している隅部６ｆにおいて集中し易いからである。
【００２２】
また、アノード電極８の外縁８ａの位置は、平坦底領域６ｂの最内周の位置６ｃ（即ち、Ｗ＝Ｗａとなる位置）に位置していることが好ましい。図９に示したように、Ｗ＝Ｗａとなる位置が、終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流の電流密度が最も小さくなるからである。
【００２３】
（第２実施例）
次に、第２実施例に係るダイオード２００（半導体装置）を説明する。図３は、ダイオード２００の模式的断面図である。図３の断面図は、図２の断面図と同様の断面図である。図３において、第１実施例のダイオード１００と同じ部品には、同じ符号を付している。
第２実施例のダイオード２００は、第１実施例のダイオード１００と、アノード電極の形状が異なる。ダイオード２００のアノード電極２０８は、接触プレート２０８ｂとフィールドプレート２０８ｃを有している。接触プレート２０８ｂは、第１半導体領域４の表面と第２半導体領域６の表面に接している。フィールドプレート２０８ｃは、第２半導体領域６の表面に接することなく、接触プレート２０８ｂの外縁２０８ａから外側に向かって伸びている。接触プレート２０８ｂの外側には、絶縁層２１８が形成されており、フィールドプレート２０８ｃは、絶縁層２１８の表面に沿って伸びている。即ち、第２半導体領域６とフィールドプレート２０８ｃは、絶縁層２１８によって隔離されている。フィールドプレート２０８ｃは、アノード電極２０８とカソード電極１２の間に電圧が印加されたときに、終端領域に向けて電界を広げる作用、即ち、終端領域における電界の集中を抑制する作用を奏する。
【００２４】
ダイオード２００の接触プレート２０８ｂは、図１、２に示したダイオード１００のアノード電極８に相当する。接触プレート２０８ｂの外縁２０８ａ（即ち、アノード電極２０８と第２半導体領域６が接触している領域の外縁）は、平坦底領域６ｂの最内周の位置６ｃ（ループの内縁６ｄから幅Ｗａの位置）と、最内周の位置６ｃから、平坦底領域６ａの深さＤに等しい距離だけ外側の位置（ループの内縁６ｄから幅Ｗｂの位置であり、Ｗｂ＝Ｗａ＋Ｄである）の間に位置している。換言すれば、接触板２０８ｂの外縁２０８ａの位置は、アノード電極２０８と第２半導体領域６が接触している領域の幅Ｗが、Ｗａ≦Ｗ≦Ｗｂを満たす位置に設定されている。
第２実施例のダイオード２００では、アノード電極２０８が、第２半導体領域６が形成するループの外縁付近まで伸びている。但し、アノード電極２０８と第２半導体領域６が接触している領域の外縁２０８ａは、ループの外縁付近まで伸びていない。接触プレート２０８ｂの外縁２０８ａは、Ｗａ≦Ｗ≦Ｗｂを満たす位置に設定されている。アノード電極２０８と第２半導体領域６が接触している領域の外縁２０８ａが、Ｗａ≦Ｗ≦Ｗｂを満たす位置に設定されていれば、アノード電極２０８自体はループの外縁を超えて伸びていても、終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流を安定して抑制する効果を得ることができる。
【００２５】
（第３実施例）
次に、第３実施例に係るダイオード２９０（半導体装置）を説明する。図４は、ダイオード２９０の模式的断面図である。このダイオード２９０は、第３半導体領域２９２が形成されている点が、第２実施例のダイオード２００と異なる。ダイオード２９０は、第３半導体領域２９２が形成されている点を除いて第２実施例のダイオード２００と同一であるので、第３半導体領域２９２以外については説明を省略する。
第３半導体領域２９２は、ｐ＋型の第１半導体領域４よりもｐ型の不純物の濃度が低いｐ−型の半導体領域であって、素子形成領域において（即ち、第２半導体領域６が形成するループの内側の領域において）、第１半導体領域４が形成されていない領域をカバーするように形成されている。第３半導体領域２９２の深さは、第１半導体領域４の深さよりも浅い。
第３半導体領域２９２が形成されているダイオード２９０であっても、第２実施例のダイオード２００と同様に、アノード電極２０８と第２半導体領域６が接触している領域の外縁２０８ａがＷａ≦Ｗ≦Ｗｂを満たす位置に設定されていれば、終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流を安定して抑制する効果を得ることができる。
【００２６】
（第４実施例）
次に、第４実施例について説明する。第４実施例の半導体装置は、ＩＧＢＴ半導体３００（以下、ＩＧＢＴ３００と称する）である。図５に、ＩＧＢＴ３００の模式的平面図を示す。図６に、図４のVI−VI線に沿った模式的断面図を示す。なお、図５、図６には、本発明を説明するために必要な部位のみを図示しており、ＩＧＢＴ３００が備える全ての部品を図示していない。
ＩＧＢＴ３００の半導体基板３０２の裏面には、コレクタ電極３４（一方の主電極）が形成されている。コレクタ電極３４の上に、ｐ＋型のコレクタ層３３が形成されている。コレクタ層３３の上に、ｎ＋型半導体層３２が形成されている。ｎ＋型半導体層３２の上に、ｎ−型のドリフト層３０（未加工の半導体基板）が形成されている。コレクタ電極３４とコレクタ層３３とｎ＋型半導体層３２とドリフト層３０は、半導体基板３０２の全体に亘って形成されている。
ドリフト層３０の表層の一部にｐ型のボディ層３０４（第１半導体領域）が形成されている。ドリフト層３０の表層においてボディ層３０４をループ状に囲む範囲に、第２半導体領域３０６が形成されている。ループ状に伸びている第２半導体領域３０６の外側に、ループ状に伸びているｐ型のガードリング３０７が形成されている。
【００２７】
第２半導体領域３０６には、ループの内縁３０６ｄから外側に向かって徐々に深くなる傾斜底領域３０６ａと、傾斜底領域３０６ａの外側に隣接しているとともに深さが一定距離Ｄに維持されている平坦底領域３０６ｂが形成されている。平坦底領域３０６ｂの深さＤは、ボディ層３０４の深さｄよりも深い。
なお、ボディ層３０４（第１半導体領域）の外縁部分と第２半導体領域３０６のループの内縁部分は連続している。前述したように、ループの内縁３０６ｄの位置は、ループの外縁の傾斜形状から推定して特定することができる。
【００２８】
第２半導体領域３０６とガードリング３０７は、ドリフト層３０内に形成される空乏層を終端領域付近で拡げる作用を奏する。即ち、第２半導体領域３０６とガードリング３０７によって、高耐圧が確保される。特に、第２半導体領域３０６の深さＤを、ボディ層３０４の深さｄよりも深くすることによって、終端領域に伸びる空乏層の曲率を緩やかにすることができ、これによっても耐圧が高められている。
【００２９】
第２半導体領域３０６が形成するループの内側に、ボディ層３０４を貫通してドリフト層３０に達する複数のゲートトレンチ２０が形成されている。図６には２本のゲートトレンチ２０が描かれており、両者は同じ構造を有している。左側のゲートトレンチ２０にのみ各部に符号を付し、右側のゲートトレンチ２０は各部の符号の図示を省略している。なお、図面を理解しやすくするために、図５にはゲートトレンチ２０の周囲に付随する他の部品の図示を省略している。
ボディ層３０４の表層に部分的にｎ＋型のエミッタ領域２２が形成されている。エミッタ領域２２は、ゲートトレンチ２０の両サイドでゲートトレンチ２０に沿って伸びている。ゲートトレンチ２０の内壁と上面が、絶縁層２６で覆われている。ゲートトレンチ２０の内部には、導電性物質２４が充填されており、その導電性物質２４は、絶縁層２６に囲まれている。導電性物質２４は、ゲート電極を形成する。
【００３０】
ボディ層３０４の表面を覆うように、エミッタ電極３０８（主電極）が配置されている。エミッタ電極３０８は、ボディ層３０４の表面とエミッタ領域２２の表面に電気的に接触している。エミッタ電極３０８と導電性物質２４の間には絶縁層２６が介在しており、両者は電気的に接触していない。
またエミッタ電極３０８は、第２半導体領域３０６の表面に電気的に接触している。エミッタ電極３０８は、第２半導体領域３０６が形成するループの外側に張り出すことがなく、ループの内側の領域のみを覆っている。なお、図５では、図面を理解し易くするために、エミッタ電極３０８を破線で描いている。
【００３１】
ＩＧＢＴ３００は、主電極間（コレクタ電極３４とエミッタ電極３０８の間）に順方向の電圧（コレクタ電極３４の電位がエミッタ電極３０８の電位よりも高くなる電圧）を印加した状態で閾値電圧以上の電圧をゲート電極（導電性物質２４）に印加すると、コレクタ電極３４からエミッタ電極３０８へ向けて電流が流れる。即ち、ＩＧＢＴ３００がオン状態となる。ゲート電極に印加する電圧を閾値電圧以下に減じると、電流が遮断される。即ち、ＩＧＢＴ３００がオフ状態となる。
【００３２】
ＩＧＢＴ３００は、オン状態のときに素子形成領域から終端領域へ注入されたキャリアが、オン状態からオフ状態に切り替わる際に素子形成領域へ戻る。このキャリアの流れによって、終端領域から素子形成領域へ（より具体的には、終端領域のドリフト層３０から、第２半導体領域３０６を通ってエミッタ電極３０８へ）電流が流れる。このときの電流密度の大きさは、流れる電流の大きさと、電流経路の面積によって決まる。
ＩＧＢＴ３００では、エミッタ電極３０８の外縁３０８ａが、平坦底領域３０６ｂの最内周の位置３０６ｃ（ループの内縁３０６ｄから幅Ｗａの位置）と、最内周の位置３０６ｃから平坦底領域３０６ｂの深さＤに等しい距離だけ外側の位置（ループの内縁から幅Ｗｂの位置であり、Ｗｂ＝Ｗａ＋Ｄである）の間に位置している。そのような配置によって、オン状態からオフ状態に切り替わった時に終端領域からエミッタ電極３０８へ流れる電流の通路面積がバランスし、その電流の密度を抑制するのに好都合な組合せとなる。また、ＩＧＢＴ３００の製造時の寸法誤差（特に、第２半導体領域３０６のループの内縁３０６ｄからエミッタ電極３０８の外縁３０８ａまでの距離の誤差、及び、第２半導体領域３０６のループの外縁３０６ｅからエミッタ電極３０８の外縁３０８ａまでの距離の誤差）に比較して、終端領域から素子形成領域へ流れる電流の電流密度を安定して低減することができる。
【００３３】
（第５実施例）
次に、第５実施例について説明する。第５実施例は、ひとつの半導体基板にパワーＭＯＳ半導体とダイオードが形成された半導体装置４００である。図７に、半導体装置４００の模式的平面図を示し、図８に、図６のIIX−IIX線に沿った模式的断面図を示す。なお、図７、８には、本発明を説明するために必要な部位のみを図示しており、半導体装置４００が備えるべき全ての部品を図示していない。以下では、パワーＭＯＳを単に「ＭＯＳ」と表現する。
半導体装置４００には、ＭＯＳ半導体部４６０（図７、８において半導体基板４０２の左半分）とダイオード部４７０（図７、８において半導体基板４０２の右半分）が形成されている。
【００３４】
まず、ＭＯＳ半導体部４６０とダイオード部４７０に共通する部分を説明する。
半導体装置４００の裏面には、共通電極４３４が形成されている。共通電極４３４の上に、ｎ＋型の半導体層４３２が形成されている。半導体層４３２の上にｎ−型の半導体層４３０が形成されている。共通電極４３４と半導体層４３２、４３４は、半導体基板４０２の全体に亘って形成されている。半導体層４３２、４３０が、基本的に半導体基板４０２を形成している。
半導体層４３０の表層において、ＭＯＳ素子形成領域をループ状に囲むとともに、ダイオード素子形成領域をループ状に囲む第２半導体領域４０６が形成されている。図７に示すように、第２半導体領域４０６は、ＭＯＳ素子形成領域を囲むループとダイオード素子形成領域を囲むループの２つのループが形成された８字形状を形成している。
第２半導体領域４０６には、ＭＯＳ素子形成領域側のループの内縁４０６ｄからそのループの外側に向かって徐々に深くなる第１傾斜底領域４０６ａと、ダイオード素子形成領域側のループの内縁４０６ｈからそのループの外側に向かって徐々に深くなる第２傾斜底領域４０６ｇと、２つの傾斜底領域の間に深さが一定距離Ｄに維持されている平坦底領域４０６ｂが形成されている。平坦底領域４０６ｂは、ＭＯＳ素子形成領域側のループからみれば、第１傾斜底領域４０６ａの外側に位置しており、ダイオード素子形成領域側のループからみれば第２傾斜底領域４０６ｇの外側に位置している。平坦底領域４０６ｂの深さＤは、後述するボディ層４０４とカソード領域４５４の深さよりも深い。
なお、図８に示すように、ボディ層４０４の外縁部分とＭＯＳ素子形成領域側のループの内縁部分は連続している。ＭＯＳ素子形成領域側のループの内縁４０６ｄの位置は、ＭＯＳ素子形成領域側のループの外縁の傾斜形状から推定して特定される。
【００３５】
次に、ＭＯＳ半導体部４６０について説明する。
半導体層４３０の表層の一部（ＭＯＳ素子形成領域）に、ｐ型のボディ層４０４（ＭＯＳ半導体部４６０における第１半導体領域）が形成されている。ボディ層４０４を貫通して半導体層４３０に達する複数のゲートトレンチ４２０が形成されている。複数のゲートトレンチ４２０は実際には略等間隔に並んでいるが、図面を理解し易くするために図７では一部のゲートトレンチの図示を省略している。
ボディ層４０４の表層に部分的にｎ＋型のソース領域４２２が形成されている。ソース領域４２２は、ゲートトレンチ４２０の両サイドでゲートトレンチ４２０に沿って伸びている。ゲートトレンチ４２０の内壁と上面が、絶縁層４２６で覆われている。ゲートトレンチ４２０の内部には、導電性物質４２４が充填されており、その導電性物質４２４は、絶縁層４２６に囲まれている。導電性物質４２４は、ゲート電極を形成する。
ボディ層４０４の表面を覆うように、ソース電極４０８が配置されている。ソース電極４０８は、ボディ層４０４の表面とソース領域４２２の表面に電気的に接触している。ソース電極４０８と導電性物質４２４の間には絶縁層４２６が介在しており、両者は電気的に接触していない。なお、ＭＯＳ半導体部４６０では、共通電極４３４がドレイン電極として機能する。
【００３６】
ソース電極４０８は、第２半導体領域４０６の表面に電気的に接触している。ソース電極４０８は、ＭＯＳ半導体側のループの外側に張り出すことがなく、ループの内側の領域のみを覆っている。なお、図７では、図面を理解し易くするために、ソース電極４０８を破線で描いている。
ＭＯＳ半導体部４６０では、ソース電極４０８の外縁４０８ａが、ＭＯＳ半導体部側のループからみたときの平坦底領域４０６ｂの最内周の位置４０６ｃ（ＭＯＳ半導体側のループの内縁４０６ｄから幅Ｗａの位置）と、最内周の位置４０６ｃから平坦底領域４０６ｂの深さＤに等しい距離だけ外側の位置（ＭＯＳ半導体側のループの内縁４０６ｄから幅Ｗｂの位置であり、Ｗｂ＝Ｗａ＋Ｄである）の間に位置している。換言すれば、ソース電極４０８の外縁４０８ａの位置は、ソース電極４０８と第２半導体領域４０６が接触している領域の幅Ｗ１が、Ｗａ≦Ｗ１≦Ｗｂを満たす位置に設定されている。
【００３７】
次に、ダイオード部４７０について説明する。
ダイオード素子形成領域には、半導体層４３０（半導体基板４０２）の表層の一部（ダイオード素子形成領域）に、複数個に分割されているｐ＋型のアノード領域４５４（ダイオード部４７０における第１半導体領域）が形成されている。なお、複数のアノード領域４５４は、略等間隔に並んでいるが、図面を理解し易くするために図７では一部のアノード領域４５４の図示を省略している。
半導体基板４０２の両面のうち、アノード領域４５４が形成されている表層側に、アノード電極４５０が配置されている。アノード電極４５０は、複数のアノード領域４５４と第２半導体領域４０６に電気的に接触している。アノード電極４５０は、第２半導体領域４０６が形成するループの外側に張り出すことがなく、ダイオード素子形成領域側のループの内側の領域のみを覆っている。なお、図７では、図面を見易くするために、アノード電極４５０を破線で描いている。ダイオード部４７０では、共通電極４３４がカソード電極として機能する。
【００３８】
アノード電極４５０の外縁４５０ａは、ダイオード側のループからみたときの平坦底領域４０６ｂの最内周の位置４０６ｆ（ダイオード側のループの内縁４０６ｈから幅Ｗａだけ外側の位置）と、最内周の位置４０６ｆから平坦底領域４０６ｂの深さＤに等しい距離だけ外側の位置（ダイオード側のループの内縁４０６ｈから幅Ｗｂの位置であり、Ｗｂ＝Ｗａ＋Ｄである）の間に位置している。換言すれば、アノード電極４５０の外縁４５０ａの位置は、アノード電極４５０と第２半導体領域４０６が接触している領域の幅Ｗ２が、Ｗａ≦Ｗ２≦Ｗｂを満たす位置に設定されている。
【００３９】
半導体装置４００は、ＭＯＳ半導体部４６０のソース電極４０８と第２半導体層４０６が接触している領域の幅Ｗ１が、Ｗａ≦Ｗ１≦Ｗｂを満たしている。また、ダイオード部４７０のアノード電極４５０と第２半導体層４０６が接触している領域の幅Ｗ２が、Ｗａ≦Ｗ２≦Ｗｂを満たしている。そのような構成によって、ＭＯＳ半導体部４６０の寄生ダイオード部（ＭＯＳ素子形成領域の周辺部分。この周辺部分は、その構成から、ＭＯＳ素子形成領域にあってダイオードの機能を果す。）において、オン状態からオフ状態に切り替わった時に一時的に逆流する電流の終端領域から素子形成領域へ流れる電流密度を安定して低減することができる。また、ダイオード部４７０において、終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流の電流密度Ｉｒが低いレベルに抑えられる。
【００４０】
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。
【００４１】
例えば、第２半導体領域が形成するループは、完全な閉ループでなくともよく、一部に数ミクロン程度の欠落部分が形成されているループであってもよい。数ミクロン程度の欠落であれば、ループに沿って実質的に一様な空乏層を形成することができるからである。
【００４２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１実施例の半導体装置の模式的平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿った模式的断面図である。
【図３】第２実施例の半導体装置の模式的断面図である。
【図４】第３実施例の半導体装置の模式的平面図である。
【図５】第４実施例の半導体装置の模式的平面図である。
【図６】図５のVI−VI線に沿った模式的断面図である。
【図７】第５実施例の半導体装置の模式的平面図である。
【図８】図７のIIX−IIX線に沿った模式的断面図である。
【図９】本発明を説明するための図であり、半導体装置の模式図である。図９（Ａ）は、半導体装置の模式的平面図であり、図９（Ｂ）は、半導体装置の模式的断面図である。
【図１０】本発明を説明するための図である。図１０（Ａ）は、図９（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿った模式的断面図である。図１０（Ｂ）は、主電極と第２半導体領域が接触している領域の幅と、終端領域から素子形成領域へ流れるリカバリ電流の電流密度の関係を示す模式的グラフである。
【符号の説明】
【００４４】
２：半導体基板
４：第１半導体領域
６：第２半導体領域
６ａ：傾斜底領域
６ｂ：平坦底領域
８：アノード電極（第１主電極）
１２：カソード電極（第２主電極）
１００、２００、２９０、６００：ダイオード（半導体装置）
３００：ＩＧＢＴ半導体（半導体装置）
４００：半導体装置
【図１】
0005092610.tif 000002
【図２】
0005092610.tif 000003
【図３】
0005092610.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005092610.tif 000007
【図７】
0005092610.tif 000008
【図８】
0005092610.tif 000009
【図９】
0005092610.tif 000010
【図１０】
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