JP5655370B2

JP5655370B2 - 半導体装置

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Publication number: JP5655370B2
Application number: JP2010115718A
Authority: JP
Inventors: 岳志藤井; 鉄太郎今川
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2030-05-19
Also published as: JP2011243811A

Description

この発明は、半導体装置に関する。

縦型ダイオード素子として、例えばｐｉｎ（ｐ−ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ−ｎ）ダイオードやＭＰＳ（Ｍｅｒｇｅｄｐ−ｉ−ｎ／Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）ダイオードなどが公知である。このような縦型ダイオード素子のおもて面構造は、ｐｉｎ構造やＭＰＳ構造などデバイス構造の違いによらず、ｎ型基板上にｐアノード領域としてｐ型領域が設けられた構造となっている。

また、縦型ダイオード素子のおもて面構造として、ｐアノード領域が設けられた活性領域と、活性領域を囲む耐圧構造部とからなる構造が知られている。さらに、ｐアノード領域と耐圧構造部との間に、導通状態から逆阻止状態に切り換わるとき（逆回復時）のダイオードの破壊を防ぐための耐量（以下、破壊耐量とする）を確保する領域（以下、逆回復耐量確保構造部とする）が設けられた構成のダイオードが公知である。

図８は、逆回復耐量確保構造部を有するダイオードを示す断面図である。図８に示すダイオードは、ｎカソード領域であるｎ型基板（不図示）の表面に、ｎ^-ドリフト領域１０１が設けられている。ｎ^-ドリフト領域１０１には、活性領域１００と、活性領域１００を囲む耐圧構造部１１０とが設けられている。

活性領域１００において、ｎ^-ドリフト領域１０１の表面層には、ｐアノード領域１０２が設けられている。アノード電極１０３は、ｐアノード領域１０２に接する。また、アノード電極１０３は、ｐアノード領域１０２から耐圧構造部１１０側のｎ^-ドリフト領域１０１に跨って設けられた層間絶縁膜１０４上に延在する。耐圧構造部１１０において、ｎ^-ドリフト領域１０１の表面層には、ガードリング１１１が設けられている。

ｐアノード領域１０２と耐圧構造部１１０との間には、逆回復耐量確保構造部１２０が設けられている。逆回復耐量確保構造部１２０は、ｎ^-ドリフト領域１０１の表面層に、アノード電極１０３と接しないｐ^-型領域（以下、未コンタクトｐ^-領域とする）１２１が設けられた構造となっている。未コンタクトｐ^-領域１２１は、ｐアノード領域１０２の端部に接し、耐圧構造部１１０側に延びるように設けられ、かつ層間絶縁膜１０４上に延在するアノード電極１０３の下方に設けられている。未コンタクトｐ^-領域１２１は、ｐアノード領域１０２よりも低い不純物濃度を有する。

このように逆回復耐量確保構造部１２０を設けることにより、逆回復時に、逆回復電流が集中する部分と電界強度が最も高くなる部分とを分離し、アノード領域１０２の端部のみに電圧および電流の負荷が集中することを防止する。これにより、逆回復時におけるダイオード素子の破壊耐量を確保することができる。具体的には、図８に示すダイオードは、次のように動作する。

図９は、順方向導通時のダイオードを示す説明図である。また、図１０は、逆回復時のダイオードを示す説明図である。図９に示すように、順方向導通時、ｐアノード領域１０２および未コンタクトｐ^-領域１２１からｎ^-ドリフト領域１０１に、ホール（プラス電荷）１３１，１３２が注入される。未コンタクトｐ^-領域１２１の電気抵抗によって、未コンタクトｐ^-領域１２１から耐圧構造部１１０側のｎ^-ドリフト領域１０１に注入されるホール１３２の注入量は、ホール１３１の注入量よりも少なくなる。つまり、アノード電位を有するｐ型領域の端部（未コンタクトｐ^-領域１２１の耐圧構造部１１０側の端部）から耐圧構造部１１０側のｎ^-ドリフト領域１０１へのホール注入は抑制される。

これにより、逆回復時に、耐圧構造部１１０側のｎ^-ドリフト領域１０１から未コンタクトｐ^-領域１２１に注入されるホール注入量は、活性領域１００側のｎ^-ドリフト領域１０１からｐアノード領域１０２に注入されるホール注入量よりも少なくなる。また、未コンタクトｐ^-領域１２１がアノード電極１０３に接していないため、逆回復電流（ホール電流）が、ｐアノード領域１０２の端部を通ってアノード電極１０３へと流れやすくなる。これにより、図１０に示すように、逆回復時、逆回復電流１３３の集中部は、ｐアノード領域１０２の端部の下の領域（以下、下端部とする）となる。

一方、逆回復時、電界強度が最も高くなる部分は、未コンタクトｐ^-領域１２１の耐圧構造部１１０側の下端部（以下、未コンタクトｐ^-領域１２１の下端部とする）１３４となる。それは、アノード電位を有するｐ型領域の端部が、未コンタクトｐ^-領域１２１の幅の分だけ耐圧構造部１１０側にずれるからである。このように、図８に示すダイオードでは、逆回復時に、逆回復電流が集中する部分（ｐアノード領域１０２の下端部）と、電界強度が最も高くなる部分（未コンタクトｐ^-領域１２１の下端部１３４）とが分離される。

電界集中を緩和させた半導体装置として、次のような装置が提案されている。コレクタ領域となる一導電型半導体層と、該一導電型半導体層表面に設けられた逆導電型チャネル層と、前記一導電型半導体層の裏面に設けられたコレクタ領域となる逆導電型半導体領域と、前記逆導電型チャネル層の形成深さが略均一な実動作領域と、該実動作領域の内側に設けられた第１トランジスタと、第２トランジスタとを有する。前記第１トランジスタは、第１トレンチと、該第１トレンチ内を覆う第１絶縁膜と、前記第１トレンチ内に埋設された第１ゲート電極と、該第１トレンチに隣接して設けられた一導電型の第１エミッタ領域とを備える。前記第２トランジスタは、第２トレンチと、該第２トレンチ内を覆う第２絶縁膜と、前記第２トレンチ内に埋設された第２ゲート電極と、該第２トレンチに隣接して設けられた一導電型の第２エミッタ領域とを備える。ここで、前記第２トランジスタは、複数の前記第１トランジスタを囲む最外周に配置され、前記第２トレンチの深さは、前記第１トレンチより浅い（例えば、下記特許文献１参照。）。

また、別の装置として、次のような装置が提案されている。コレクタ領域となる一導電型半導体層と、該一導電型半導体層の裏面に設けられコレクタ領域となる逆導電型半導体領域と、前記一導電型半導体層表面に設けた逆導電型の第１の不純物領域と、該第１の不純物領域周端部に設けた逆導電型高濃度不純物領域と、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタが配置される実動作領域と、を具備する。前記第１のトランジスタは、前記第１の不純物領域を貫通する第１のトレンチと、少なくとも該第１のトレンチ内を覆う絶縁膜と、前記第１のトレンチ内に埋設された半導体材料と、前記第１のトレンチに隣接して設けられた一導電型の第２の不純物領域とを有する。前記第２のトランジスタは、前記第１の不純物領域を貫通する第２のトレンチと、少なくとも該第２のトレンチ内を覆う絶縁膜と、前記第２のトレンチ内に埋設された半導体材料と、前記第２のトレンチに隣接して設けられた一導電型の第２の不純物領域とを有する。ここで、前記第２のトランジスタは、複数の前記第１のトランジスタを囲む最外周に配置されている。前記第２のトレンチの深さは、前記第１のトレンチより深く前記逆導電型高濃度不純物領域より浅く設けられている。また、前記第２のトランジスタと前記逆導電型高濃度不純物領域との離間距離は、前記第１のトランジスタ同士の離間距離以下である（例えば、下記特許文献２参照。）。

また、別の装置として、次のような装置が提案されている。第１の主電極と第２の主電極の間に一導電型の本体部分を有し、前記第１の主電極が前記本体部分の第１の表面の複数の整流器部分で前記本体部分とショットキー障壁を形成する半導体本体と、前記第１の表面から前記本体部分の中に延びるトレンチのパターンとを具備してなるショットキー整流器であって、前記パターンが、各整流器部分の境界となる内部トレンチと、前記複数の整流器部分の外周を取り囲んで延びる内側の壁を有する周囲トレンチとを備え、前記トレンチが、前記第１の主電極に接続されているフィールド電極を収容し、前記フィールド電極が、前記本体部分内に電界緩和領域を設けるように、前記トレンチに沿って並ぶ誘電体材料を介して、前記本体部分に容量的に結合され、空乏層が、前記整流器の阻止状態で、前記ショットキー障壁および前記電界緩和領域から前記本体領域の中に形成されるショットキー整流器であって、前記周囲トレンチ内の前記フィールド電極が、前記周囲トレンチの前記内側の壁の誘電体上に存在し、且ついずれの外側の壁に対しても作用することなく、前記内側の壁を横切って容量的に結合されていること、および前記内部トレンチおよび周囲トレンチが十分に狭い間隔をおいて配置され、さらに前記本体部分の中間部分が十分に低濃度にドーピングされて、前記整流器の阻止状態で、前記本体部分内に形成される空乏層が、降伏電圧よりも小さい電圧で、前記トレンチの間の前記本体部分の中間部分全体を空乏にする。また、反対の導電型の降伏遮蔽領域が、前記最も外側の内部トレンチと前記周囲トレンチの間に存在し、前記一導電型の前記本体部分とｐｎ接合を形成する（例えば、下記特許文献３参照。）。

また、電界集中を緩和させた半導体装置の製造方法として、次のような方法が提案されている。活性領域にトレンチ金属酸化膜半導体素子を形成するための複数の第１のトレンチおよび終端構造を形成するための第２のトレンチを形成する。次に、半導体基板の全領域にゲート酸化層を形成し、続いて、第１のトレンチおよび第２のトレンチに第１の導電材料を埋め込む。エッチバックプロセスを行い、余分な第１の導電材料を除去し、第２のトレンチにスペーサを形成するとともに、第１のトレンチのみに導電材料を残す。次に、メサ表面上のゲート酸化層を除去する。蒸着、リソグラフィックおよびエッチングプロセスにより、終端構造酸化層を形成する。第１の電極を所定の位置に形成する（例えば、下記特許文献４参照。）。

また、破壊耐量を向上した半導体装置として、一導電型の第一半導体層と、該第一半導体層より低不純物濃度の一導電型の第二半導体層とを積層して成る半導体基板と、該第二半導体層表面に所定の幅と間隔をもって形成された複数の環状トレンチ部と、該環状トレンチ部の内壁に設けたシリコン酸化膜と、該トレンチ部を充填するポリシリコンと、該第二半導体層表面と該ポリシリコン表面に連接して形成されたショットキー金属層を備えた半導体装置において、最外郭部の前記環状トレンチ部表面と前記第二半導体層表面に跨って環状絶縁体薄膜が形成された装置が提案されている（例えば、下記特許文献５参照。）。

特許第４１７１２６８号公報特許第４１７１２８６号公報国際公開第２００１／０５７９１５号パンフレット特開２００２−２０８７１１号公報特許第３６９１７３６号公報

しかしながら、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、次のような問題が生じることが新たに判明した。図８に示すダイオードにおいて、上述したように逆回復電流が集中する部分と、電界強度が最も高くなる部分とを分離させるという効果を得るためには、未コンタクトｐ^-領域１２１の幅をある程度広く取る必要がある。また、未コンタクトｐ^-領域１２１の不純物濃度を、ｐアノード領域１０２よりも低い不純物濃度とする必要がある。さらに、未コンタクトｐ^-領域１２１の幅および不純物濃度は、ダイオード素子の所望の耐圧クラスや電流容量によって、素子ごとに設計変更する必要があることがわかった。

例えば、１２００Ｖの耐圧クラスで、素子サイズを８．９〜１０ｍｍ程度とする場合に、所望の破壊耐量を確保するためには、未コンタクトｐ^-領域１２１からなる逆回復耐量確保構造部１２０の幅は、１５０〜３００μｍ程度となってしまう。この場合、逆回復耐量確保構造部１２０は、活性領域１００の１０％程度にまで広い幅を有することとなってしまい、素子全体が大きくなってしまう。

また、逆回復耐量確保構造部１２０の幅を広くしたからといって、所望の破壊耐量を確保することができるわけではない。それは、未コンタクトｐ^-領域１２１の最適な幅は、未コンタクトｐ^-領域１２１の不純物濃度によって決定され、かつ未コンタクトｐ^-領域１２１の最適な不純物濃度は、未コンタクトｐ^-領域１２１の幅によって決定されるからである。そして、上述したように、未コンタクトｐ^-領域１２１の最適な幅および不純物濃度は、素子の耐圧クラスや電流容量によって種々変化するからである。したがって、耐圧クラスや電流容量、未コンタクトｐ^-領域１２１の設計条件によって、ダイオード素子の動作に必要な最低限の破壊耐量でさえ確保できない虞が生じてしまう。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、耐量を向上させた半導体装置を提供することを目的とする。また、小型化を図った半導体装置を提供することを目的とする。また、設計が容易な半導体装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、請求項１の発明にかかる半導体装置は、第１導電型の第１半導体領域と、前記第１半導体領域に設けられ、導通時に電流が流れる活性領域と、前記第１半導体領域に設けられ、前記活性領域を囲む耐圧構造部と、前記活性領域において前記第１半導体領域の表面層に選択的に設けられた第２導電型の第２半導体領域と、前記第２半導体領域の外周部に設けられ、前記第２半導体領域を貫通して、前記第１半導体領域まで達する複数のトレンチと、前記トレンチの内部に、絶縁膜を介して設けられた第１電極と、前記第２半導体領域および前記第１電極に接する第２電極と、を備え、前記トレンチは、前記活性領域側から前記耐圧構造部側に向う直線状の平面形状を有し、複数の前記トレンチは、前記第２半導体領域の外周部に沿った方向に前記トレンチと前記第２半導体領域とが交互に存在するようにそれぞれ離れて配置された平面レイアウトを有することを特徴とする。

また、請求項２の発明にかかる半導体装置は、請求項１に記載の発明において、前記トレンチが前記第２半導体領域の外周部のコーナー部に扇状に配置された平面レイアウトを有することを特徴とする。

また、請求項３の発明にかかる半導体装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記第２半導体領域の外周部のコーナー部以外に配置された前記トレンチ間の間隔は、当該第２半導体領域の外周部のコーナー部の頂点に配置された前記トレンチと隣り合う前記トレンチ間の間隔より狭いことを特徴とする。

また、請求項４の発明にかかる半導体装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記トレンチが前記第２半導体領域から当該第２半導体領域の外側の領域に突き出して配置された平面レイアウトを有することを特徴とする。

また、請求項５の発明にかかる半導体装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明において、前記第２半導体領域の外周部のコーナー部に配置された前記トレンチは、他の前記トレンチよりも、当該第２半導体領域の外側に延びた平面形状を有することを特徴とする。

また、請求項６の発明にかかる半導体装置は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の発明において、前記第２半導体領域の外周部のコーナー部の頂点に配置された前記トレンチは、隣り合う前記トレンチよりも、当該第２半導体領域の外側に延びた平面形状を有することを特徴とする。

また、請求項７の発明にかかる半導体装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記トレンチが前記第２半導体領域の内部に配置され、かつ当該トレンチの端部が当該第２半導体領域の端部上に配置された平面レイアウトを有することを特徴とする。

また、請求項８の発明にかかる半導体装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記トレンチが前記第２半導体領域の内部に配置された平面レイアウトを有することを特徴とする。

また、請求項９の発明にかかる半導体装置は、請求項１〜３または８のいずれか一つに記載の発明において、前記第２半導体領域の外周部のコーナー部に配置された前記トレンチは、他の前記トレンチよりも、当該第２半導体領域の端部側に延びた平面形状を有することを特徴とする。

また、請求項１０の発明にかかる半導体装置は、請求項１〜３、８または９のいずれか一つに記載の発明において、前記第２半導体領域の外周部のコーナー部の頂点に配置された前記トレンチは、隣り合う前記トレンチよりも、当該第２半導体領域の端部側に延びた平面形状を有することを特徴とする。

上述した発明によれば、第２半導体領域の外周部に、第２半導体領域よりも深い複数のトレンチが設けられている。また、複数のトレンチによって、第２半導体領域の外周部は複数の領域に分離された平面レイアウトを有する。これにより、逆回復時、逆回復電流は、トレンチ間に挟まれた第２半導体領域の端部の下の領域（下端部）に集中する。一方、電界強度が最も高くなる部分は、トレンチ底面のコーナー部となる。このため、逆回復電流が集中する部分と、電界強度が最も高くなる部分とを分離することができる。したがって、第２半導体領域の下端部にのみ電圧および電流の負荷が集中することを防止することができる。また、複数のそれぞれ離れて設けられたトレンチによって、逆回復電流が集中する第２半導体領域の下端部をさらに分離することができる。また、複数のトレンチを設けることで、電圧強度が高くなる部分をさらに分離することができる。また、逆回復耐量確保構造部の幅を、従来の逆回復耐量確保構造部（図８参照）の幅に比べて短くすることができる。これにより、層間絶縁膜上に延在する第２電極の幅を、従来に比べて短くすることができる。また、逆回復耐量確保構造部に未コンタクトｐ^-領域を設ける必要がなくなるため、耐圧クラスや電流容量によって未コンタクトｐ^-領域の幅および不純物濃度を設計する必要がなくなる。

本発明にかかる半導体装置によれば、耐量を向上することができるという効果を奏する。また、小型化を図ることができるという効果を奏する。また、容易に設計することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる半導体装置を示す断面図である。実施の形態１にかかる逆回復時の半導体装置を示す説明図である。実施の形態１にかかるトレンチの平面レイアウトの要部を示す平面図である。実施の形態２にかかるトレンチの平面レイアウトの要部を示す平面図である。実施の形態３にかかるトレンチの平面レイアウトの要部を示す平面図である。実施の形態４にかかるトレンチの平面レイアウトを示す平面図である。実施の形態５にかかるトレンチの平面レイアウトを示す平面図である。逆回復耐量確保構造部を有するダイオードを示す断面図である。順方向導通時のダイオードを示す説明図である。逆回復時のダイオードを示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる半導体装置を示す断面図である。図１に示す半導体装置は、ｎカソード領域であるｎ型基板（不図示）の表面に、ｎ^-ドリフト領域（第１半導体領域）１が設けられている。ｎ^-ドリフト領域１には、活性領域１０と、活性領域１０を囲む耐圧構造部２０とが設けられている。

活性領域１０において、ｎ^-ドリフト領域１の表面層には、ｐアノード領域（第２半導体領域）２が選択的に設けられている。アノード電極（第２電極）３は、ｐアノード領域２に接する。また、アノード電極３は、ｐアノード領域２から耐圧構造部２０側のｎ^-ドリフト領域１に跨って設けられた層間絶縁膜４上に延在する。

耐圧構造部２０において、ｎ^-ドリフト領域１の表面層には、ガードリング２１が設けられている。フィールドプレート（不図示）は、ガードリング２１に接する。図示省略するが、層間絶縁膜４には、ガードリング２１とフィールドプレートとのコンタクト部として、ガードリング２１上に開口部が設けられている。

ｐアノード領域２と耐圧構造部２０との間には、導通状態から逆阻止状態に切り換わるとき（逆回復時）に半導体装置の破壊を防ぐための耐量（破壊耐量）を確保する領域（逆回復耐量確保構造部）３０が設けられている。逆回復耐量確保構造部３０は、トレンチ３１に絶縁膜３２を介して埋め込まれた電極（以下、埋め込み電極とする）３３からなる。ここでは、逆回復耐量確保構造部３０の幅を誇張して描いているが、実際の寸法とは異なっているおり、例えば、逆回復耐量確保構造部３０の幅は、従来の逆回復耐量確保構造部（図８参照）の幅よりも狭い。

トレンチ３１は、ｐアノード領域２を貫通し、ｎ^-ドリフト領域１まで達する。つまり、トレンチ３１は、ｐアノード領域２よりも深く設けられている。トレンチ３１の内部には、絶縁膜３２を介して埋め込み電極（第１電極）３３が設けられている。埋め込み電極３３は、アノード電極３に接し、アノード電位を有する。埋め込み電極３３は、例えばポリシリコンが埋め込まれてなる電極である。絶縁膜３２は、例えば１５００Å以上の膜厚を有していてもよい。絶縁膜３２を厚くするほど、耐圧を向上することができる。しかし、絶縁膜３２を厚くするほど、順電圧特性が悪くなったり、スイッチング損失が生じたりするため、絶縁膜３２の膜厚は薄いのが好ましい。

トレンチ３１は、ｐアノード領域２の外周部に沿って複数設けられ、ｐアノード領域２を囲む。また、各トレンチ３１はそれぞれ離れて配置されている。トレンチ３１の耐圧構造部２０側の端部は、ｎ^-ドリフト領域１内に位置する。つまり、トレンチ３１は、ｐアノード領域２からｎ^-ドリフト領域１にかけて配置され、ｐアノード領域２の外周部を複数の領域に分離する。図１では、トレンチ３１は、図面に垂直な方向に複数形成されている。図１において、点線で記載されている領域は、トレンチ３１によって分離され、トレンチ３１間に挟まれたｐアノード領域２の外周部である。トレンチ３１の平面レイアウトの詳細な説明については、後述する。

図２は、実施の形態１にかかる逆回復時の半導体装置を示す説明図である。逆回復時、耐圧構造部２０側のｎ^-ドリフト領域１からアノード電極３に向かって流れる逆回復電流（ホール電流）は、トレンチ３１間に挟まれたｐアノード領域２の端部を通ってアノード電極３へと流れる。この理由は、ｐアノード領域２（活性領域）を完全に囲まないようにトレンチ３１を設けているからである。例えば、トレンチによって活性領域を完全に囲んだ場合（特許文献３参照）、トレンチ内部に設けられた絶縁膜によりトレンチの内部には電流が流れない。このため、逆回復電流は、トレンチの底面側からｐアノード領域２の下の領域を通ってアノード電極へと流れる。この場合、後述する電界強度が最も高くなる部分であるトレンチ３１の底面のコーナー部（以下、トレンチ底面のコーナー部とする）４３近傍に逆回復電流が流れてしまう。ｐアノード領域２の外周部を複数のトレンチ３１によって分離することで、逆回復電流が集中する部分をｐアノード領域２の端部の下の領域（下端部）４２とすることができる。

また、逆回復時、トレンチ底面のコーナー部４３に電界が集中する。その理由は、トレンチ３１をｐアノード領域２よりも深く設けることで、トレンチ３１の底面がｐアノード領域２の下の領域よりもカソード電極（不図示）に近い領域となるからである。また、トレンチ底面のコーナー部４３の曲率が、ｐアノード領域の下端部４２の曲率よりも大きいからである。これにより、逆回復時に、電界強度が最も高くなる部分を、逆回復電流の集中部であるｐアノード領域の下端部４２ではなく、トレンチ底面のコーナー部４３にずらすことができる。

図３は、実施の形態１にかかるトレンチの平面レイアウトの要部を示す平面図である。ここでは、ｐアノード領域２の外周部の要部のみを示す。トレンチ３１内部に設けられた絶縁膜３２およびアノード電極３は図示省略する。また、層間絶縁膜４の活性領域１０側の端部を二点差線で示す（以下、図４，５においても同様）。図３に示すように、図１に示す半導体装置は、トレンチ３１がｐアノード領域２の内部からｐアノード領域２の外側に突き出して配置された平面レイアウトを有する。つまり、トレンチ３１の耐圧構造部側の端部は、ｐアノード領域２とｎ^-ドリフト領域１の界面よりも、耐圧構造部側に位置している。また、トレンチ３１は、アノード電極（不図示）側から層間絶縁膜４の下の領域を占めている。

隣り合うトレンチ３１間の第１距離ａ、ｐアノード領域２とｎ^-ドリフト領域１の界面に平行な方向のトレンチ３１の幅（以下、第２距離とする）ｂ、第２距離ｂに直行する方向のトレンチ３１の幅（以下、第３距離とする）ｃ、ｐアノード領域２とｎ^-ドリフト領域１の界面からｎ^-ドリフト領域１側に突き出したトレンチ３１の、第２距離ｂに直行する方向の幅（以下、第４距離とする）ｄ、およびｐアノード領域２とｎ^-ドリフト領域１の界面からｐアノード領域２側の、第２距離ｂに直行する方向のトレンチ３１の幅（以下、第５距離とする）ｅは、種々変更可能である。

第１距離ａは、広いのが望ましい。その理由は、逆回復時に、ホールがすり抜ける領域を増やすことができ、破壊耐量を向上することができるからである。第２距離ｂおよび第３距離ｃは、少なくともトレンチ３１をｐアノード領域２よりも深く形成することができ、かつトレンチ３１内部に絶縁膜３２を介して埋め込み電極３３を形成できる程度の幅を有していればよい。

第４距離ｄは、短いのが好ましい。その理由は、逆回復耐量確保構造部３０の幅を狭くすることができからである。これにより、活性領域１０が減少することを回避することができる。また、半導体装置の小型化を図ることができる。しかし、第４距離ｄを長くするほど、逆回復時に、逆回復電流が集中する部分と電界強度が最も強くなる部分とを離すことができる。このため、半導体装置の電圧レベルが高い場合、第４距離ｄを長くするのが好ましい。例えば、トレンチ３１底面のコーナー部への電界集中が、ｐアノード領域２の下端部への逆回復電流集中よりも、破壊耐量を低下させる原因となる場合に適用してもよい。

以上、説明したように、実施の形態１によれば、ｐアノード領域２の外周部に、ｐアノード領域２よりも深い複数のトレンチ３１が設けられている。また、複数のトレンチ３１によって、ｐアノード領域２の外周部は複数の領域に分離された平面レイアウトを有する。これにより、逆回復時、逆回復電流４１は、トレンチ３１間に挟まれたｐアノード領域の下端部４２に集中する。一方、電界強度が最も高くなる部分は、トレンチ底面のコーナー部４３となる。このため、逆回復電流が集中する部分と、電界強度が最も高くなる部分とを分離することができる。したがって、ｐアノード領域の下端部４２にのみ電圧および電流の負荷が集中することを防止することができ、逆回復時における半導体装置の破壊耐量を向上することができる。また、複数のそれぞれ離れて設けられたトレンチ３１によって、逆回復電流が集中するｐアノード領域２の下端部をさらに分離することができる。また、複数のトレンチ３１を設けることで、電圧強度が高くなる部分をさらに分離することができる。また、逆回復耐量確保構造部３０の幅を、従来の逆回復耐量確保構造部（図８参照）の幅に比べて短くすることができる。具体的には、逆回復耐量確保構造部３０の幅を、従来の逆回復耐量確保構造部の幅に比べて９０％程度まで短くすることができる。これにより、層間絶縁膜４上に延在するアノード電極３の幅を、従来に比べて短くすることができ、半導体装置の小型化を図ることができる。また、逆回復耐量確保構造部に未コンタクトｐ^-領域を設ける必要がなくなるため、耐圧クラスや電流容量によって未コンタクトｐ^-領域の幅および不純物濃度を設計する必要がなくなる。これにより、半導体装置の設計を容易にすることができる。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２にかかるトレンチの平面レイアウトの要部を示す平面図である。実施の形態１において、トレンチがｐアノード領域の内部に配置され、かつトレンチの端部がｐアノード領域の端部上に位置するように配置された平面レイアウトとしてもよい。

実施の形態２では、図４に示すように、トレンチ５１は、ｐアノード領域２の内部に設けられている。また、トレンチ５１の耐圧構造部側の端部が、ちょうどｐアノード領域２とｎ^-ドリフト領域１の界面に位置するように設けられている。つまり、トレンチ５１の耐圧構造部側の端部は、ｐアノード領域２とｎ^-ドリフト領域１の界面から耐圧構造部側に突き出ていない。このように、実施の形態１に示す半導体装置（図１，３参照）において、トレンチの位置のみをｐアノード領域２の内側に移動させた平面レイアウトとしてもよい。また、トレンチ５１の内部には、実施の形態１と同様に、絶縁膜（不図示）を介して埋め込み電極５３が設けられている。例えば、トレンチ５１底面のコーナー部への電界集中と、ｐアノード領域２の下端部への逆回復電流集中が、同じ程度に破壊耐量を低下させる原因となる場合に適用してもよい。それ以外の構成は、実施の形態１と同様である。

以上、説明したように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、トレンチ５１をｐアノード領域２内にのみ設けることで、ｐアノード領域２の外側に逆回復耐量確保構造部３０が突き出てない。これにより、半導体装置をさらに小型化することができる。

（実施の形態３）
図５は、実施の形態３にかかるトレンチの平面レイアウトの要部を示す平面図である。実施の形態２において、トレンチの耐圧構造部側の端部が、さらにｐアノード領域とｎ^-ドリフト領域の界面よりもｐアノード領域の内側に配置された平面レイアウトとしてもよい。

実施の形態３では、図５に示すように、トレンチ６１は、ｐアノード領域２の内部に配置されている。また、トレンチ６１の耐圧構造部側の端部は、ｐアノード領域２内に位置している。つまり、ｐアノード領域２の外周端部は、分離されておらず、連続している。そして、トレンチ６１は、ｐアノード領域２の外周端部を除く外周部を分離する。トレンチ６１は、層間絶縁膜４の下の領域に設けられていなくてもよい。トレンチ６１の内部には、実施の形態１と同様に、絶縁膜（不図示）を介して埋め込み電極６３が設けられている。それ以外の構成は、実施の形態２と同様である。

トレンチ６１の耐圧構造部側の端部から、ｐアノード領域２とｎ^-ドリフト領域１の界面までの距離（以下、第６距離とする）ｆは、種々変更可能である。第６距離ｆを長くするほど、逆回復時に、電流が集中する部分（ｐアノード領域の下端部）の幅を大きくすることができ、耐量を向上することができる。例えば、電圧レベルが低く、逆回復電流が大きい場合、つまり、ｐアノード領域の下端部への逆回復電流集中が、トレンチ６１底面のコーナー部への電界集中よりも、破壊耐量を低下させる原因となる場合に適用してもよい。

以上、説明したように、実施の形態３によれば、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態４）
図６は、実施の形態４にかかるトレンチの平面レイアウトを示す平面図である。実施の形態１において、トレンチ３１がｐアノード領域２の外周部のコーナー部に扇状に配置された平面レイアウトとしてもよい。

実施の形態４では、図６に示すように、トレンチ３１は、ｐアノード領域２の外周部のコーナー部の中心Ｒを基準として、ｐアノード領域２の外周部のコーナー部に扇状に配置されている。ｐアノード領域２の外周部のコーナー部の頂点に配置されたトレンチ３１と、隣り合うトレンチ３１間の第１間隔ｔ₁は狭いのが望ましい。その理由は、第１間隔ｔ₁が狭いほど、トレンチの側面にかかる電界を均一にすることができるからである。しかし、各トレンチ３１間のｐアノード領域２は、逆回復時にホールがすり抜ける領域となる。このため、第１間隔ｔ₁は、逆回復時にｎ^-ドリフト領域１からｐアノード領域２へのホール注入を抑制せず、トレンチの側面にかかる電界を均一にすることができる程度に狭いのが好ましい。ここで、ｐアノード領域２の外周部のコーナー部の頂点とは、ｐアノード領域２の外周部のコーナー部のうち、最も耐圧構造部側に突き出ている部分である。

また、ｐアノード領域２の外周部のコーナー部以外に配置されたトレンチ３１間の第２間隔ｔ₂は、第１間隔ｔ₁より狭いのが好ましい。その理由は、逆回復時、ｐアノード領域２の外周部のコーナー部以外の外周部には、ｐアノード領域２の外周部のコーナー部ほど逆回復電流が集中しないからである。また、第２間隔ｔ₂は、第１間隔ｔ₁より広くてもよい。第２間隔ｔ₂を、第１間隔ｔ₁より広くした場合、ｐアノード領域２の外周部のコーナー部以外のｐアノード領域２の外周部の電界分布を、ｐアノード領域２の外周部のコーナー部よりも緩やかにすることができる。それ以外の構成は、実施の形態１と同様である。

また、実施の形態２や実施の形態３のように、ｐアノード領域２の内部にのみトレンチが設けられている場合においても適用可能である。その場合、トレンチは、ｐアノード領域２からｎ^-ドリフト領域１側に突き出さないように、ｐアノード領域２のコーナー部に扇状に配置される。

以上、説明したように、実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態５）
図７は、実施の形態５にかかるトレンチの平面レイアウトを示す平面図である。実施の形態４において、ｐアノード領域２の外周部のコーナー部に配置されたトレンチを、他のトレンチよりも、ｐアノード領域２の外側に延ばして設けてもよい。

実施の形態５では、図７に示すように、ｐアノード領域２の外周部のコーナー部に配置されたトレンチ（以下、第１，第２トレンチとする）７１，７２の第４距離ｄ₁および第４距離ｄ₂は、ｐアノード領域２の外周部のコーナー部以外に配置されたトレンチ（以下、第３トレンチとする）７３の第４距離ｄ₃よりも長くなっている。ここで、第１トレンチ７１の第５距離ｅ₁、第２トレンチ７２の第５距離ｅ₂および第３トレンチ７３の第５距離ｅ₃は同じ長さである（第４，第５距離については図３参照）。また、第１〜第３トレンチの内部には、実施の形態１と同様に、絶縁膜（不図示）を介してポリシリコンなどによる埋め込み電極が設けられている。

ｐアノード領域２の外周部のコーナー部は、ｐアノード領域２の外周部のうち、最も電界が集中する部分となっている。このため、上述したように第１トレンチ７１の第４距離ｄ₁および第２トレンチ７２の第４距離ｄ₂を長くすることで、ｐアノード領域２の外周部のうち、最も電界強度の高いコーナー部（トレンチ底面のコーナー部）を、電流が集中する部分（ｐアノード領域の下端部）から離すことができる。

また、ｐアノード領域２の外周部のコーナー部の頂点に配置された第１トレンチ７１は、隣り合う第２トレンチ７２よりも、ｐアノード領域２の外側に延びた平面形状を有していてもよい。つまり、第１トレンチ７１の第４距離ｄ₁は、第２トレンチ７２の第４距離ｄ₂よりも長くてもよい。これにより、ｐアノード領域２の外周部のコーナー部うち、最も電界が集中するコーナー部の頂点を、電流が集中する部分から離すことができる。それ以外の構成は、実施の形態４と同様である。

また、実施の形態３に示すように、ｐアノード領域２の内部にのみトレンチが設けられている場合においても適用可能である。この場合、第１トレンチ７１の耐圧構造部側（不図示）の端部、および第２トレンチ７２の耐圧構造部側の端部が、第３トレンチ７３の耐圧構造部側の端部より、ｐアノード領域２とｎ^-ドリフト領域１の界面に近くなるように設けられる。また、第１トレンチ７１の耐圧構造部側の端部が、ｐアノード領域２とｎ^-ドリフト領域１の界面に最も近く、かつ第３トレンチ７３の耐圧構造部側の端部が、ｐアノード領域２とｎ^-ドリフト領域１の界面から最も遠くなるように設けてもよい。つまり、トレンチによって分離されずに連続した領域となっているｐアノード領域２の外周端部の幅（第６距離：図５参照）を、ｐアノード領域２の外周部のコーナー部またはｐアノード領域２の外周部のコーナー部の頂点のみ短くしてもよい。

以上、説明したように、実施の形態５によれば、実施の形態４と同様の効果を得ることができる。

以上において本発明では、略矩形の平面形状を有するトレンチを例に説明しているが、上述した実施の形態に限らず、トレンチの平面形状を円形状としてもよいし、三角形状としてもよい。トレンチの平面形状を三角形状とする場合、三角形の頂点が耐圧構造部側となるようにトレンチを配置するのがよい。また、ｐアノード領域の外周部に設けられたトレンチの個数は一例であり、例えばｐアノード領域の外周部のコーナー部にさらに複数のトレンチを設けてもよい。

以上のように、本発明にかかる半導体装置は、例えばＦＷＤ（ＦｒｅｅＷｈｅｅｌｉｎｇＤｉｏｄｅ）などの半導体装置に有用である。

１ｎ^-ドリフト領域
２ｐアノード領域
３アノード電極
４層間絶縁膜
１０活性領域
２１ガードリング
２０耐圧構造部
３１トレンチ
３２絶縁膜
３３埋め込み電極

Claims

第１導電型の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域に設けられ、導通時に電流が流れる活性領域と、
前記第１半導体領域に設けられ、前記活性領域を囲む耐圧構造部と、
前記活性領域において前記第１半導体領域の表面層に選択的に設けられた第２導電型の第２半導体領域と、
前記第２半導体領域の外周部に設けられ、前記第２半導体領域を貫通して、前記第１半導体領域まで達する複数のトレンチと、
前記トレンチの内部に、絶縁膜を介して設けられた第１電極と、
前記第２半導体領域および前記第１電極に接する第２電極と、
を備え、
前記トレンチは、前記活性領域側から前記耐圧構造部側に向う直線状の平面形状を有し、
複数の前記トレンチは、前記第２半導体領域の外周部に沿った方向に前記トレンチと前記第２半導体領域とが交互に存在するようにそれぞれ離れて配置された平面レイアウトを有することを特徴とする半導体装置。
前記トレンチが前記第２半導体領域の外周部のコーナー部に扇状に配置された平面レイアウトを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記第２半導体領域の外周部のコーナー部以外に配置された前記トレンチ間の間隔は、当該第２半導体領域の外周部のコーナー部の頂点に配置された前記トレンチと隣り合う前記トレンチ間の間隔より狭いことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
前記トレンチが前記第２半導体領域から当該第２半導体領域の外側の領域に突き出して配置された平面レイアウトを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置。
前記第２半導体領域の外周部のコーナー部に配置された前記トレンチは、他の前記トレンチよりも、当該第２半導体領域の外側に延びた平面形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置。
前記第２半導体領域の外周部のコーナー部の頂点に配置された前記トレンチは、隣り合う前記トレンチよりも、当該第２半導体領域の外側に延びた平面形状を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体装置。
前記トレンチが前記第２半導体領域の内部に配置され、かつ当該トレンチの端部が当該第２半導体領域の端部上に配置された平面レイアウトを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置。
前記トレンチが前記第２半導体領域の内部に配置された平面レイアウトを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置。
前記第２半導体領域の外周部のコーナー部に配置された前記トレンチは、他の前記トレンチよりも、当該第２半導体領域の端部側に延びた平面形状を有することを特徴とする請求項１〜３または８のいずれか一つに記載の半導体装置。
前記第２半導体領域の外周部のコーナー部の頂点に配置された前記トレンチは、隣り合う前記トレンチよりも、当該第２半導体領域の端部側に延びた平面形状を有することを特徴とする請求項１〜３、８または９のいずれか一つに記載の半導体装置。