JP2009004655A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高耐圧性能を確保しながら、広いセル領域を確保できるトレンチゲート型半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置１００には、半導体基板２に交差する方向からみて、セル領域１０を囲むループ状に囲んでいる外周トレンチ４ａと、ボンディングワイヤを接続するためのゲートパッド８が形成されている。半導体基板２に交差する方向からみたときに、外周トレンチ４ａが形成するループの一部に、ループの内側に向かって湾曲している湾曲部５が形成されている。ゲートパッド８は、湾曲部５の外側に位置する半導体基板２の表面領域に形成されているボディ層２８は、ループの内側にのみ形成されている。外周トレンチ４ａが、ゲートパッド８の領域以外の領域を囲んでいるので、広いセル領域１０を確保できる。ボディ層２８をループの内側に限定することによって、耐圧特性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、トレンチゲート電極群が形成されている半導体装置に関する。特に、高耐圧であるとともに、半導体基板の面積を有効に活用する半導体装置に関する。

例えば縦型のＭＯＳや縦型のＩＧＢＴは、トレンチゲート電極群を備えている。この種の半導体装置は、第１導電型のドリフト層と、ドリフト層の表面に積層されている第２導電型のボディ層と、ボディ層の表面からボディ層を貫通してドリフト層内に達しているトレンチゲート電極群を備えている。トレンチゲート電極群に印加する電圧を切換えることによって、この種の半導体装置は導通状態と非導通状態の間で切換えられる。
トレンチゲート電極群を備えている半導体装置の耐圧を高めるために、トレンチゲート電極群が形成されている領域（以下ではセル領域という）の周りに、外周トレンチを形成する技術が知られており、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示された半導体装置のセル領域には、第１導電型のドリフト層と、ドリフト層の表面に積層されている第２導電型のボディ層と、ボディ層の表面からボディ層を貫通してドリフト層内に達しているトレンチゲート電極群が形成されている。そのセル領域の周りに、セル領域を囲む外周トレンチ（特許文献１では外堀トレンチと呼ばれている）が形成されている。外周トレンチは、半導体基板の表面からドリフト層内に達しており、その壁面が絶縁物質で被覆されている。特許文献１の技術によれば、半導体装置のオフ時に形成される空乏層を半導体基板の外周近傍にまで広く伸ばすことができ、半導体装置の耐圧を向上させることができる。

特開２００６−３２４２０号公報

トレンチゲート電極群に印加する電圧によって導通状態と非導通状態を切換える半導体装置には、トレンチゲート電極群に電気的に導通しているゲートパッドを半導体基板の表面に形成する必要がある。そのゲートパッドに導体（ボンディングワイヤなど）を固定することによって、半導体装置外から半導体装置の導通・非導通状態を制御することが可能となる。
図６（１）に、従来の半導体装置５００の平面レイアウトを例示する。半導体装置５００は、平面視すると四角形をなしている半導体基板５０２に形成されており、セル領域５０３と、外周トレンチ５０４と、ゲートパッド５０５を備えている。セル領域５０３に、トレンチゲート電極群５０６が形成されている。外周トレンチ５０４は、セル領域５０３を一巡している（囲んでいる）。ゲートパッド５０５は、トレンチゲート電極群５０６に電気的に導通しており、半導体基板５０２の表面に形成されている。ゲートパッド５０５は、外周トレンチ５０４の外側に形成されている。

通常の構造である限り、ゲートパッド５０５の下方の領域をセル領域５０３に利用することができない。ゲートパッド５０５の面積の分だけ、セル領域５０３に利用できる半導体基板５０２の面積が縮小してしまう。
ゲートパッド５０５の面積からいえば、必要面積はもっと小さくてよい。図６（２）に示すように、ゲートパッド５０５ａの面積を縮小すれば、セル領域５０３ａに利用できる面積は増大する。
しかしながら、ゲートパッド５０５には、ボンディングワイヤ等の導体を接続固定する必要がある。図６（２）に示すようにゲートパッド５０５ａの面積を縮小すると、ゲートパッド５０５ａの幅Ｌａが狭くなりすぎて、ゲートパッド５０５ａに導体を固定することができなくなってしまう。

図６（３）または（４）に示すように、ゲートパッド５０５ｂ、５０５ｃの幅と長さの双方において、導体を固定するのに必要な最小値Ｌを確保すれば、セル領域５０３ｂ，５０３ｃに利用できる面積は増大する。しかしながら、いずれによっても、半導体装置の耐圧が低下してしまう。
図６（３）では、外周トレンチ５０４ｂがトレンチゲート電極群５０６ｂとゲートパッド５０５ｂの外側を一巡している（囲んでいる）。この場合、ゲートパッド５０５ｂの下方の領域（トレンチゲート電極群５０６ｂが形成されていない）に電界が集中する部位が発生し、その部位でリークが増大する現象が発生しやすい。
図６（４）では、外周トレンチ５０４ｃがセル領域５０３ｃのみを一巡している。ゲートパッド５０５ｃは、外周トレンチ５０４ｃの外側に形成されている。四角形をなしている半導体基板５０２ｃ内にゲートパッド５０５ｃを形成するためには、半導体基板５０２ｃの外周に沿って伸びている外周トレンチ５０４ｃの一部に、内側に向かって湾曲している湾曲部５０７Ｃを形成する必要がある。湾曲部５０７Ｃを設けると、その外側に位置する半導体基板５０２の表面に、ゲートパッド５０５ｃを形成することができる。
しかしながら、実験の結果、図６（４）のレイアウトを採用すると、半導体装置の耐圧が低下してしまうことがわかっている。外周トレンチの一部に内側に向かって湾曲している湾曲部（例えば５０７ｃ）を形成すると、半導体装置の耐圧が低下してしまうことがわかっている。

半導体装置の耐圧を確保するためには、図６（３）と（４）のレイアウトを採用することができない。また、ゲートパッドに導体を固定する必要があることから、図６（２）のレイアウトも採用することができない。現状では、図６（１）のレイアウトを採用せざるを得ず、無用に大きなゲートパッド５０５を設けてセル領域５０３の面積を無駄に縮小している。
本発明は、上記の課題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、高耐圧性能を確保しながら、広いセル領域を確保することができる半導体装置を提供することにある。

従来の半導体装置では、半導体基板の全面に、第１導電型のドリフト層と、そのドリフト層の表面に積層されている第２導電型のボディ層を形成している。半導体基板の全面にドリフト層とボディ層を設けるのであれば、それらの層の形成範囲を規制するマスクが不要であり、製造工程が簡単化される。半導体基板の全面にそれらの層を形成しても特に問題がなければ、換言すれば、それらの層の形成範囲を規制することによってメリットが得られるとの認識がなければ、それらの層の形成範囲を規制することはない。従来の半導体装置では、半導体基板の全面にドリフト層とボディ層を形成している。実際に、図６（１）のレイアウトの場合、半導体基板の全面にドリフト層とボディ層を形成しても耐圧性能に問題はない。
発明者は、外周トレンチに内側湾曲部を形成したときに耐圧が低下する現象を種々に研究した。その結果、意外なことに、半導体基板５０２の全面にボディ層を形成していると、内側湾曲部を形成したときに耐圧が低下するのに対し、ボディ層の形成範囲を外周トレンチの内側に制約すると、内側湾曲部を形成しても耐圧が低下しないことを見出した。この知見は斬新な知見であり、それまで、外周トレンチが内側湾曲部を有するレイアウトを採用したときに耐圧が低下する事象と、ボディ層の形成範囲が関係しているとの認識はまったく存在しなかった。ボディ層を全面に設けると不具合が発生するのに対し、ボディ層の形成範囲を規制するとその不具合が抑制されるという認識がなかったために、半導体基板の全面にボディ層を設けることによって製造工程を簡単化するという技術常識に挑戦する研究は行われてこなかった。
本発明は、新たに見出された上記知見を活用して創作された。

本発明に係る半導体装置は、半導体基板に形成されており、セル領域と、外周トレンチと、ゲートパッドを備えている。
セル領域には、第１導電型のドリフト層と、ドリフト層の表面に積層されている第２導電型のボディ層と、ボディ層の表面からボディ層を貫通してドリフト層内に達しているトレンチゲート電極群が形成されている。外周トレンチは、半導体基板の表面からドリフト層内に達しており、その壁面が絶縁物質で被覆されており、セル領域を囲むループ形状であるとともに、前記ループの一部にループの内側に向かって湾曲している湾曲部が形成されている。ゲートパッドは、トレンチゲート電極群に電気的に導通しているとともに、外周トレンチに形成されている湾曲部の外側に位置する半導体基板の表面に形成されている。本発明の半導体装置は、ボディ層が外周トレンチの内側の範囲にのみ形成されていることを特徴としている。
「ループの内側に向かって湾曲している」態様には、ループの内側に向かってカーブしている場合、ループの内側に向かってトレンチが直線的に伸びるとともに、内側に向かって直線的に伸びている２本のトレンチの交差位置に頂点が形成されている場合を含む。内側に向かって湾曲する形状には特に限定されない。
なお、外周トレンチ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。

図６(４)に例示するように、外周トレンチ５０４ｃの一部に内側に向かって湾曲している湾曲部５０７ｃを形成すると、湾曲部５０７ｃの外側にゲートパッド５０５ｃを形成する範囲を確保することができる。その場合、ゲートパッド５０５の幅と長さの双方において、ゲートパッドに導体を固定するのに必要な最小値Ｌを確保することができ、しかも、ゲートパッド５０５ｃの面積を縮小してセル領域５０３ｃの面積を拡大することができる。半導体基板５０２ｃの面積を有効に活用して大きなセル領域５０３ｃを確保することができる。
しかも、ボディ層を外周トレンチ５０４ｃの内側の範囲にのみ形成すると、外周トレンチ５０４ｃの一部に内側湾曲部５０７ｃを形成しても、半導体装置５００ｃの耐圧が低下することがない。図６（１）のレイアウトによる場合と同等の耐圧を確保することができる。上記の理由はまだ判然としていないが、その結果が得られること自体は実験によって確認されている。

半導体基板が矩形の場合、より大きなセル領域を確保するには、セル領域を囲むループの形状も半導体基板の外縁にできるだけ沿った略矩形であり、その矩形の一部にループの内側に湾曲する湾曲部が形成されており、湾曲部の外側にゲートパッドが形成されていることが好ましい。別言すると、ゲートパッドの少なくとも一部が、外周トレンチが形成するループに外接する外接四角形と前記湾曲部に囲まれている半導体基板の表面領域に形成されていることが好ましい。特に、外接四角形は、半導体基板の矩形に略相似であると、半導体基板の面積をより効率よくセル領域に利用できるので好ましい。

外周トレンチは１本に限られない。セル領域を多重に取り囲むように複数本の外周トレンチを備えていることがある。複数本の外周トレンチが形成されている場合、ボディ層の外縁が、最外周の外周トレンチとその内側に隣接している外周トレンチの間に位置していることが好ましい。
ボディ層は最外周トレンチの内側の壁にまで到達していてもよいし、最外周トレンチの内側の壁とボディ層の外縁の間に距離が残されていてもよい。ボディ層は、最外周トレンチの内側に隣接している外周トレンチ（外から数えて２番目の外周トレンチ）よりも外側にまで伸びていることが好ましい。
外から２番目の外周トレンチよりも外側にまでボディ層が伸びており、しかも最外周トレンチの外側にまではボディ層が伸びていなければ、セル領域の周縁部での電界集中が効果的に緩和される。半導体装置の耐圧をより一層向上させることができる。

本発明は、ＭＯＳ等のユニポーラ型の半導体装置にも有効であるが、ＩＧＢＴ等のバイポーラ型の半導体装置にも有効である。ＩＧＢＴの場合には、半導体基板の裏面にコレクタ領域が形成されている。
ＩＧＢＴのオン電圧を低下させるために、ボディ層内に第１導電型のフローティング層を形成することが有効である。第２導電型のボディ層の内部に、ボディ層とドリフト層の界面と平行に伸びる第１導電型のフローティング層を形成すると、ドリフト層に第２導電型のキャリアが蓄積され、伝導度変調現象が活発化し、ＩＧＢＴのオン電圧が低下する。なお、トレンチゲート電極群は、第１導電型のフローティング層を貫通して伸びている。
上記のＩＧＢＴの場合、第１導電型のフローティング層を、最内周の外周トレンチの内側の範囲にのみ形成することが好ましい。

上記の構成を備えていると、第１導電型のフローティング層によってドリフト層に第２導電型のキャリアが蓄積されて伝導度変調現象が活発化する現象と、外周トレンチを内側に湾曲させてセル領域を拡大しても耐圧が低下しないという両現象を得ることができる。伝導度変調の活発化によるオン電圧の低下効果と、セル領域の拡大によるオン電圧の低下効果が得られ、非常にオン電圧が低いＩＧＢＴを実現することができる。

より一層の高耐圧化のためには、トレンチゲート電極を収容しているトレンチと外周トレンチの底面を、第２導電型のフローティング領域で取り囲んでおくのが有利である。
この場合は、トレンチゲート電極を収容しているトレンチをトレンチゲート電極よりも深く伸ばし、トレンチゲート電極よりも深部に位置する部分に絶縁物質を充填しておく。そのうえで、トレンチゲート電極を収容しているトレンチと外周トレンチの底面を第２導電型のフローティング領域で取り囲んでおく。第２導電型のフローティング領域は、第１導電型のドリフト層内でフローティングしている。
この場合、半導体装置のオフ時に、ボディ層とドリフト層の界面と、ドリフト層とフローティング領域の界面の両者から空乏層が広がり、半導体装置は一層に高耐圧化される。

本発明によれば、高耐圧性能を確保しながら、広いセル領域（トレンチゲート電極群が形成されている範囲）を確保できる半導体装置を実現できる。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。
（１）ゲートパッドは略矩形である。
（２）半導体基板は、略矩形であり、最外周の外周トレンチが形成するループに外接する外接四角形が、半導体基板の矩形と相似である。
（３）ゲートパッドが、最外周の外周トレンチが形成するループに外接する外接四角形と、ループの湾曲部に囲まれた半導体基板の表面領域に位置している。

（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。本実施例は、本発明をパワーＭＯＳに適用した実施例である。図１は、第１実施例の半導体装置１００を半導体基板２の平面に交差する方向からみたときの平面図である。図２は、図１のII−II線に沿ってみたときの半導体装置１００の断面図である。なお、図１、図２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１００が備える全ての部位を図示していない。

図１を参照して、半導体基板２に交差する方向からみたときの半導体装置１００の特徴を説明する。
半導体装置１００は、半導体基板２に形成されており、セル領域１０と、２本の外周トレンチ４ａ、４ｂと、ゲートパッド８を備えている。
２本の外周トレンチ４ａ、４ｂは、平行に伸びており、セル領域１０を二重に囲んでおり、それぞれがループ形状をなしている。外周トレンチ４ａ、４ｂは、そのループ形状の一部（図１において破線５が示す部分）において、ループの内側に向かって湾曲している湾曲部を備えている。以下では、破線５が示す部分を湾曲部５と称する。外周トレンチ４ａ、４ｂのループのその他の部分は略矩形をなし、半導体基板２の外周に沿って伸びている。なお、外周トレンチ４ａ、４ｂの各コーナ部分もわずかに湾曲している。
ゲートパッド８は、ボンディングワイヤ（不図示）を接続するためのものであり、最外周の外周トレンチ４ａの湾曲部５の外側に位置している半導体基板２の表面に配置されている。ゲートパッド８は、後記するトレンチゲート電極群２４に電気的に導通している。
図１に示すように、ゲートパッド８は、少なくともその一部が、最外周の外周トレンチ４ａが形成するループに外接する外接四角形７と、湾曲部５に囲まれている範囲に位置している。なお、図１では、理解しやすいように、外接四角形７が外周トレンチ４ａよりも一回り大きく描かれているが、外接四角形７は、外周トレンチ４ａに外接する四角形であると理解されたい。
以下では、「外周トレンチが形成するループ」を単に「外周トレンチのループ」と表現する。

次に、図２を参照して、図１のII−II線に沿ってみたときの断面における半導体装置１００の特徴を説明する。
半導体基板２の下面側には、ドレイン電極３６が形成されている。ドレイン電極３６の上にｎ^＋型のドレイン層３４が形成されている。ドレイン層３４の上にｎ⁻型のドリフト層３０が形成されている。ドレイン電極３６とドレイン層３４とドリフト層３０は、半導体基板２の全面に形成されている。
ドリフト層３０の上にｐ型のボディ層２８が形成されている。ボディ層２８は、最外周トレンチ４ａのループの内側の範囲にのみ形成されている。ボディ層２８の外縁は、最外周トレンチ４ａのループの内側の壁面にまで達している。ボディ層２８の外縁は、最外周トレンチ４ａのループの外側にまで伸びていてはいけない。耐圧の低下につながるからである。ボディ層２８の外縁は、外から２番目の外周トレンチ４ｂのループの外側にまで達していればよく、最外周トレンチ４ａのループの内側の壁面にまで達している必要はない。ボディ層２８の外縁と最外周トレンチ４ａのループの内側の壁面の間に距離が残されていてもよい。ボディ層２８の外縁は、最外周トレンチ４ａとその内側の外周トレンチ４ｂの間に位置していればよい。

セル領域１０内に形成されているボディ層２８の表面に臨む位置に、ｎ^＋型のソース領域２２が形成されている。ソース領域２２は、後記するゲートトレンチ６（図１に図示されている）の両サイドをゲートトレンチ６に沿って伸びている。

図１に示すように、セル領域１０内には、複数本のゲートトレンチ６が形成されている。図２に示すように、各々のゲートトレンチ６は各々のソース領域２２を貫通する位置に形成されている。各々のゲートトレンチ６は、半導体基板２の表面（すなわちソース領域２２の表面）から、ボディ層２８を貫通してドリフト層３０に達しており、ドリフト層３０内に深く侵入している。
トレンチ６の内壁面は、絶縁物質２６で覆われている。ゲートトレンチ６の浅い部分、すなわち、ボディ層２８とドリフト層３０の界面からわずかに下方の深さまでには、導電性物質２４が充填されている。導電性物質２４は、ソース領域２２の表面にまで伸びている。導電性物質２４は、ゲートトレンチ６の内壁面を覆っている絶縁物質２６を介して、ソース領域２２とドリフト層３０を分離しているボディ層２８に対向している。導電性物質２４に正電圧を印加すると、ソース領域２２とドリフト層３０を分離しているボディ層２８のうち、絶縁物質２６を介して導電性物質２４に対向している範囲のボディ層２８をｎ型に反転させる。ボディ層２８にｎ型チャンネルが形成されると、ソース領域２２とドリフト層３０が導通する。導電性物質２４は、トレンチゲート電極２４として機能する。トレンチゲート電極２４は、図示しない断面において、ゲートパッドに電気的に接続されている。

ゲートトレンチ６の深い部分、すなわち、ドリフト層３０内を伸びている深さには、絶縁物質２６が充填されている。ゲートトレンチ６の底面は、ｐ型の領域３８で覆われている。
外周トレンチ４ａ，４ｂには、絶縁物質２６が充填されている。外周トレンチ４ａ，４ｂは、ゲートトレンチ６と同じ深さにまで伸びている。外周トレンチ４ａ，４ｂの底面は、ｐ型の領域３２で覆われている。
各々のトレンチ６，４ａ，４ｂの底面を覆うｐ型領域３８，３２同士は導通していない。各々のｐ型領域３８，３２は、周囲がｎ型のドリフト層３０で取り囲まれており、外界から絶縁されている。本明細書では、外界から絶縁されているために電位が安定しない状態をフローティング状態という。ｐ型領域３８，３２は、フローティング状態にある。ｐ型領域３８、３２をｐ型フローティング領域と称する場合がある。

上記の半導体装置１００は、ソース領域２２を接地し、ドレイン電極３６に正の電圧を印加した状態で使用する。トレンチゲート電極２４に正の電圧を加えると、ソース領域２２とドレイン電極３６間の抵抗が下がり、トレンチゲート電極２４に正の電圧を加えないと、ソース領域２２とドレイン電極３６間の抵抗が上がる。
トレンチゲート電極２４に正の電圧を加えないと、ドリフト層３０とボディ層２８の界面と、ドリフト層３０とｐ型フローティング領域３８，３２の界面から、ドリフト層３０内に空乏層が拡がる。空乏層が広い範囲に形成されるので、ソース領域２２とドレイン電極３６の間の耐圧が向上する。特に、フローティング領域３２によって、空乏層が、ボディ層２８の周縁部（図２において、ボディ層２８と外周トレンチ４ａ、４ｂが接している付近の領域）に広がるので、周縁部の耐圧が向上する。

図１に示したように、上記の半導体装置１００では、耐圧を向上させる機能を果す外周トレンチ４ａ、４ｂが、半導体基板２の略矩形の表面のうち、ゲートパッド８が配置されている領域を除いた領域を囲んでいる。換言すれば、最外周の外周トレンチ４ａのループ形状とゲートパッド８の関係は次のとおり表現できる。ゲートパッド８の少なくとも一部が、ループの外側であって、ループに外接する外接四角形７と湾曲部５に囲まれている領域に位置している。
外接四角形７が規定する領域のうち、ゲートパッド８が占める領域以外の領域をセル領域に利用することができるので（換言すれば、トレンチゲート電極群２４を形成することができるので）、半導体基板２の表面積を有効に利用することができる。外接四角形７は、半導体基板２の矩形と相似であり、半導体基板２の表面を最も有効にセル領域に利用することができる。なお、ゲートパッド８の全部が、ループに外接する外接四角形７の内側に位置していることが好ましい。最も効率よく半導体基板２の表面をセル領域１０に利用することができる。

本実施例のボディ層２８の形成範囲は、最外周の外周トレンチ４ａのループの内側の範囲に限定されている。従来は、半導体基板に交差する方向からみたときのボディ層の領域が最外周トレンチ４ａのループの外側まで拡がっているか否かは耐圧性能に影響を与えないと考えられていた。従って、ボディ層を最外周トレンチ４ａのループの内側に限定する理由はなかった。
他方、半導体基板に交差する方向からみたときのボディ層の領域を限定するには、ボディ層を形成する際にマスクが必要となる。ボディ層を半導体基板の全面に形成する場合にはマスクは必要ない。従って、ボディ層を半導体基板の全面に形成する方が、ボディ層の領域を限定する場合に比べて低コストで半導体装置を製造することができる。特に、図１に示した半導体装置１００のように、複雑なループ形状（湾曲部５がループの内側に湾曲しているループ形状）に合わせてボディ層の形成範囲を限定すると、マスクの形状も複雑になるためコスト増となる。従って、製造コストの観点から、ボディ層を半導体基板の全面に形成する方が有利であるとされてきた。
発明者は、外周トレンチが形成するループの形状が、単純な略矩形の場合と、一部でループの内側に湾曲している（図１の湾曲部５参照）場合とで耐圧特性を比較してみた。そうすると、ループの形状が単純な矩形の場合に比較して、湾曲部が形成されている場合には耐圧特性が低下することを発見した。しかしながら、耐圧が低下する現象は、ボディ層を半導体基板の全面に形成した場合に生じる事象であって、ボディ層の形成範囲を外周トレンチのループの内側に限定すると、耐圧が低下する現象が抑制されることを見出した。
上述したとおり、半導体装置１００では、半導体基板２に交差する方向からみて、外周トレンチ４ａ、４ｂが形成するループの一部に、ループの内側に向かって湾曲している湾曲部５を有しており、ゲートパッド８の少なくとも一部が、最外周の外周トレンチ４ａのループの外側であって、そのループに外接する外接四角形７と湾曲部５に挟まれた領域に位置している。そして、半導体基板２に交差する方向からみたときのボディ層２８の形成範囲が、最外周の外周トレンチ４ａのループの内側に限定されている。ボディ層２８が形成される領域を最外周の外周トレンチ４ａのループの内側に限定することによって、外周トレンチ４ａ、４ｂのループの一部をループの内側に湾曲させても、耐圧特性が低下することを抑制することができる。半導体装置１００は、高耐圧性能を確保するとともに、広いセル領域を確保することができる。

ボディ層を半導体基板の全面に形成した半導体装置と、ボディ層の形成範囲を外周トレンチのループの内側に規制した半導体装置１００の耐圧特性を比較した。前者の半導体装置の耐圧特性を図７に示し、後者の半導体装置の耐圧特性を図８に示す。図の横軸は半導体装置のオフ時にドレイン／ソース間に印加する電圧Ｖｄを示しており、縦軸はドレイン／ソース間に流れる電流Ｉｄを示している。
図７に示すように、ボディ層が半導体基板の全面に形成されている半導体装置では、電圧ＶｄがＶ１［Ｖ］を越えた段階からドレイン／ソース間に流れる電流Ｉｄが徐々に増加している。他方、図８に示すように、ボディ層の形成範囲を外周トレンチの内側に規制した半導体装置１００では、電圧Ｖｄが前述したＶ１［Ｖ］よりもはるかに大きいＶ２［Ｖ］付近まで、ドレイン／ソース間に流れる電流Ｉｄが低く抑えられている。外周トレンチが形成するループの形状が単純な略矩形の場合には、ボディ層がループの外側まで拡がっていても耐圧が低下しなかったのに対して、ループの一部に内側湾曲部を形成した場合には、耐圧が低下する（図７参照）。しかしながら、その現象も、ボディ層の形成範囲を外周ループの内側に限定すると抑制され、ボディ層の領域を限定しない場合（図７）と比較してはるかに高い耐圧特性が得られた（図８）。

（第２実施例）
次に、本実施例をＩＧＢＴ２００に適用した実施例を説明する。図１は第２実施例でも共通であるので重複した図示を省略する。ただし、参照番号については適宜読み替えるものとする。
図３は、図１のII−II線断面図である。以下では、第１実施例と相違する部分のみを説明する。対応する部分には下２桁が共通する番号を付して重複説明を省略する。

ＩＧＢＴ２００のボディ層２２８の内部に、ｎ型の層４０が形成されている。ｎ型の層４０は、ｐ型のボディ層２２８に取り囲まれており、フローティング状態にある。以下では、ｎ型の層４０をｎ型のフローティング層４０と称する。ｎ型のフローティング層４０は、ボディ層２２８とドリフト層２３０の界面に平行に伸びている。ｎ型のフローティング層４０は、半導体基板２に交差する方向からみて、最内周の外周トレンチ２０４ｂのループの内側にのみ形成されている。
半導体基板２０２の裏面には、コレクタ電極２３６、コレクタ層２３８、バッファ層２３４が形成されている。この場合、領域２２２はエミッタ領域となる。

上記のＩＧＢＴ２００でも、図１に示すように、外周トレンチの内側湾曲部（図１の湾曲部５）が形成されている。内側湾曲部を利用して広いセル領域を確保している。また、ボディ層の形成範囲を最外周トレンチのループの内側に規制することによって高い耐圧を確保している。
本実施例では、ｐ型のボディ層２２８の内部にｎ型のフローティング層４０が形成されている。ｎ型のフローティング層４０は、ＩＧＢＴ２００のオン時に、コレクタ層２３８からドリフト層２３０に注入されたホールがボディ層２２８を通過してボディコンタクト領域（不図示）から排出されるのを防止する。すなわち、ホールをドリフト層２３０に蓄積する。ホールがドリフト層２３０に蓄積されると、ドリフト層２３０で生じる伝導度変調現象が活発化する。広いセル領域と活発な伝導度変調が得られるために、ＩＧＢＴ２００のオン抵抗は非常に低い。

半導体装置１００，２００は、略矩形のゲートパッドを有している。また、ゲートパッドが半導体基板のひとつのコーナ付近に配置されている。ゲートパッドの形状は矩形に限られない。また、ゲートパッドの位置は、半導体基板のコーナ付近に限られない。次に、ゲートパッドの形状・位置を変更した実施例を説明する。

（第３実施例）
図４に、第３実施例の半導体装置３００の平面図（半導体基板３０２に交差する方向からみたときの図）を示す。半導体装置３００の表面に、複数のゲートトレンチ２０６を囲む外周トレンチ３０４ａ、３０４ｂが形成されている。なお、ゲートトレンチ３０６の内部には、第１実施例と同様に、トレンチゲート電極（図２のトレンチゲート電極２４）が形成されている。また、別言すれば、外周トレンチ３０４ａ、３０４ｂは、複数のゲートトレンチ３０６が形成されているセル領域を一巡する（囲む）ループを形成している。
外周トレンチ３０４ａ、３０４ｂが形成するループの形状は、略矩形であるが、矩形のひとつのコーナ部分がループの内側に向かって円弧状に湾曲している。この円弧状の部分を湾曲部３０５と称する。最外周の外周トレンチ３０４ａのループの内側の領域にのみ、ボディ層３２８（図４においてハッチングで示した部分）が形成されている。最外周の外周トレンチ３０４ａのループの外側には、ボディ層３２８が形成されていない。なお、外周トレンチ３０４ａのループより内側では、ボディ層３２８の下にドリフト層３３０が積層されている。半導体装置３００の断面構造は、図２に示した半導体装置１００の断面構造と同じであるので説明を省略する。なおＩＧＢＴを実現する場合には、図３の断面構造を採用する。
最外周の外周トレンチ３０４ａのループの外側であって、湾曲部３０５に隣接して扇形状のゲートパッド３０８が形成されている。
図４において、破線で示す矩形は、外周トレンチ３０４ａのループに外接する外接四角形３０７である。ゲートパッド３０８は、外周トレンチ３０４ａのループの外側に位置しており、その一部が、ループの湾曲部３０５と外接四角形３０７に囲まれている領域に位置している。
ゲートパッド３０８には、ボンディングワイヤを接続するために所定の縦横比の領域が必要とされる。所定の縦横比を有すれば、図４に示すように扇形であってもよい。ゲートパッド３０８は、その全部が、外周トレンチ３０４ａのループの外側であって、ループの湾曲部３０５と外接四角形３０７に囲まれている領域に位置していてもよい。

（第４実施例）
図５に、第３実施例の半導体装置４００の平面図（半導体基板４０２に交差する方向からみたときの図）を示す。半導体装置４００の表面に、複数のトレンチ用ゲート４０６を囲む外周トレンチ４０４ａ、４０４ｂが形成されている。外周トレンチ４０４ａ、４０４ｂが形成するループの形状は、略矩形であるが、矩形の一辺の中央付近が、ループの内側に向かって湾曲している。この湾曲している部分を湾曲部４０５と称する。最外周の外周トレンチ４０４ａのループの内側の領域にのみ、ボディ層４２８（図５においてハッチングで示した部分）が形成されている。最外周の外周トレンチ４０４ａのループの外側には、ボディ層４２８が形成されていない。なお、外周トレンチ４０４ａのループより内側では、ボディ層４２８の下にドリフト層４３０が積層されている。半導体装置４００の断面構造は、図２に示した半導体装置１００の断面構造と同じであるので説明を省略する。なおＩＧＢＴを実現する場合には、図３の断面構造を採用する。
最外周の外周トレンチ４０４ａのループの外側であって、湾曲部４０５に隣接して略矩形のゲートパッド４０８が形成されている。
図５において、破線で示す矩形は、外周トレンチ４０４ａのループに外接する外接四角形４０７である。ゲートパッド４０８は、外周トレンチ４０４ａのループの外側であって、その一部が、ループの湾曲部４０５と外接四角形４０７に囲まれている領域に位置している。ゲートパッド４０８は、その全部が、外周トレンチ４０４ａのループの外側であって、ループの湾曲部４０５と外接四角形４０７に囲まれている領域に位置していてもよい。

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。
例えば、実施例に示した半導体装置は、平行に伸びる２本の外周トレンチを有している。外周トレンチは、１本でもよく、また、３本以上でよい。外周トレンチが複数の場合は、半導体基板に交差する方向からみて、ボディ層の外縁が、最外周の外周トレンチと最外周の外周トレンチに隣接する外周トレンチの間に位置していればよい。

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。

第１実施例と第２実施例の半導体装置の模式的平面図である。 図１のII−II線に沿ってみたときの第１実施例の半導体装置の模式的断面図である。 図１のII−II線に沿ってみたときの第２実施例の半導体装置の模式的断面図である。 第３実施例の半導体装置の模式的平面図である。 第４実施例の半導体装置の模式的平面図である。 複数種類の半導体装置の模式的平面図を対比して示す図である。 ボディ層を基板全面に形成した半導体装置の耐圧特性を示すグラフである。 ボディ層の領域を外周トレンチのループの内側に限定した半導体装置の耐圧特性を示すグラフである。

符号の説明

２：半導体基板
４ａ、４ｂ：外周トレンチ
５：外周トレンチの湾曲部
６：ゲートトレンチ
８：ゲートパッド
１０：セル領域
２２：ソース領域
２４：トレンチゲート電極（導電性物質）
２６：絶縁物質
２８：ボディ層
３０：ドリフト層
３２：フローティング領域
３４：ドレイン層
３６：ドレイン電極
３８：フローティング領域
４０：フローティング層
１００：半導体装置

Claims (5)

1. 半導体基板に形成されている半導体装置であり、
   セル領域と、外周トレンチと、ゲートパッドを備えており、
   前記セル領域に、第１導電型のドリフト層と、そのドリフト層の表面に積層されている第２導電型のボディ層と、そのボディ層の表面からボディ層を貫通して前記ドリフト層内に達しているトレンチゲート電極群が形成されており、
   前記外周トレンチは、半導体基板の表面から前記ドリフト層内に達しており、その壁面が絶縁物質で被覆されており、前記セル領域を囲むループ形状であるとともに、前記ループの一部にループの内側に向かって湾曲している湾曲部が形成されており、
   前記ゲートパッドは、前記トレンチゲート電極群に電気的に導通しているとともに、前記湾曲部の外側に位置する半導体基板の表面領域に形成されており、
   前記ボディ層が、前記外周トレンチが形成するループの内側の範囲にのみ形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記ゲートパッドの少なくとも一部が、前記ループに外接する外接四角形と前記湾曲部に囲まれている半導体基板の表面領域に形成されていることを特徴とする請求項１の半導体装置。
3. 前記外周トレンチが、前記セル領域を多重に取り囲む複数本の外周トレンチを備えており、
   前記ボディ層の外縁が、最外周の外周トレンチとその内側に隣接している外周トレンチの間に位置していることを特徴とする請求項１又は２の半導体装置。
4. 前記外周トレンチが、前記セル領域を多重に取り囲む複数本の外周トレンチを備えており、
   半導体基板の裏面にコレクタ領域が形成されており、
   前記ボディ層内に第１導電型のフローティング層が形成されており、
   前記フローティング層が、最内周の外周トレンチが形成するループの内側の範囲にのみ形成されており、
   ＩＧＢＴとして動作することを特徴する請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記トレンチゲート電極を収容しているトレンチが前記トレンチゲート電極よりも深く伸びており、
   前記トレンチゲート電極よりも深部の前記トレンチに絶縁物質が充填されており、
   前記トレンチゲート電極を収容しているトレンチと前記外周トレンチの底面が、第２導電型のフローティング領域で取り囲まれていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。

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