JP5741069B2

JP5741069B2 - Semiconductor device

Info

Publication number: JP5741069B2
Application number: JP2011045634A
Authority: JP
Inventors: 史和丹羽
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2031-03-02
Also published as: JP2012182391A

Description

本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.

ダイオード領域と非ダイオード領域を備えた半導体装置では、ダイオードのオン時に非ダイオード領域（ダイオードが形成されていない領域）に正孔が蓄積されることがある。非ダイオード領域に蓄積された正孔は、ダイオードの逆回復時に、非ダイオード領域の近傍のアノード電極へ集中して移動する場合（いわゆる電流集中）があり、ダイオードのリカバリ破壊が発生し得る。特許文献１には、非ダイオード領域であるターミネーション領域のｎ型半導体層に蓄積された正孔が、ダイオード領域であるアクティブ領域のｐ型半導体層に集中し、ｐ型半導体層に接するアノード電極に移動することを抑制するために、ｐ型半導体層の端部のアノード電極と接していない部分を長くする技術が記載されている。 In a semiconductor device including a diode region and a non-diode region, holes may be accumulated in the non-diode region (a region where no diode is formed) when the diode is turned on. The holes accumulated in the non-diode region may move to the anode electrode in the vicinity of the non-diode region during so-called reverse recovery of the diode (so-called current concentration), and recovery breakdown of the diode may occur. In Patent Document 1, holes accumulated in an n-type semiconductor layer in a termination region that is a non-diode region are concentrated in a p-type semiconductor layer in an active region that is a diode region, and are applied to an anode electrode in contact with the p-type semiconductor layer. In order to suppress the movement, a technique for lengthening a portion of the end portion of the p-type semiconductor layer that is not in contact with the anode electrode is described.

特開平９−２３２５９７号公報JP-A-9-232597

ｐ型半導体層の端部のアノード電極と接していない部分は、ダイオードとして機能しない領域である。特許文献１のように、この部分を長くすると、半導体基板の基板面積に対する素子面積が小さくなり、熱損失が大きくなる。また、半導体基板の素子面積を確保するためには、半導体基板の基板面積を大きくする必要があり、半導体装置が大型化する。 The portion not in contact with the anode electrode at the end of the p-type semiconductor layer is a region that does not function as a diode. When this portion is lengthened as in Patent Document 1, the element area with respect to the substrate area of the semiconductor substrate is reduced, and heat loss is increased. In addition, in order to secure the element area of the semiconductor substrate, it is necessary to increase the substrate area of the semiconductor substrate, which increases the size of the semiconductor device.

本願が開示する第１および第２の半導体装置は、ダイオード領域と、非ダイオード領域とを有する半導体基板と、半導体基板の一方の表面に形成されているアノード電極と、半導体基板の他方の表面に形成されているカソード電極とを備えた縦型の半導体装置である。この半導体装置では、ダイオード領域は、第１導電型のアノード層と、第２導電型のカソード層とを有するダイオード素子が形成されている領域であり、非ダイオード領域は、ダイオード領域に隣接し、ダイオード素子が形成されていない領域であり、半導体装置を平面視したときに、ダイオード領域の周辺部の少なくとも一部のアノード電極とアノード層との間に、アノード層よりも第１導電型の不純物濃度の低い低濃度層が形成されている。本願が開示する第１の半導体装置では、さらに、半導体装置を平面視したときに、低濃度層よりもダイオード領域の中央側に位置する部分のアノード層は、アノード電極と接している。
The first and second semiconductor devices disclosed in the present application include a semiconductor substrate having a diode region and a non-diode region, an anode electrode formed on one surface of the semiconductor substrate, and the other surface of the semiconductor substrate. Ru vertical semiconductor device der of which a cathode electrode is formed. In this semiconductor device, the diode region is a region where a diode element having a first conductivity type anode layer and a second conductivity type cathode layer is formed, and the non-diode region is adjacent to the diode region, This is a region where no diode element is formed, and when the semiconductor device is viewed in plan, it is an impurity of the first conductivity type rather than the anode layer between at least a part of the anode electrode and the anode layer in the periphery of the diode region. A low concentration layer having a low concentration is formed. In the first semiconductor device disclosed in the present application, when the semiconductor device is viewed in plan, a portion of the anode layer located closer to the center of the diode region than the low concentration layer is in contact with the anode electrode.

非ダイオード領域からダイオード領域に移動するキャリアは、半導体装置を平面視したときに、ダイオード領域の周辺部のアノード層を経由して、アノード電極に移動する。上記の半導体装置では、ダイオード領域の周辺部のアノード電極とアノード層との間に、低濃度層が形成されている。低濃度層は、アノード層よりも第１導電型の不純物濃度が低いため、アノード層よりもキャリアの移動抵抗が高い。抵抗が高い低濃度層が、アノード電極とアノード層との間に形成されているため、低濃度層によってキャリアの移動が妨げられる。これによって、非ダイオード領域に蓄積されたキャリアが、非ダイオード領域の近傍のアノード電極へ集中して移動することを抑制できる。 Carriers that move from the non-diode region to the diode region move to the anode electrode via the anode layer in the periphery of the diode region when the semiconductor device is viewed in plan. In the above semiconductor device, a low concentration layer is formed between the anode electrode and the anode layer in the periphery of the diode region. The low-concentration layer has a lower impurity concentration of the first conductivity type than the anode layer, and therefore has a higher carrier movement resistance than the anode layer. Since the low-concentration layer having high resistance is formed between the anode electrode and the anode layer, carrier movement is prevented by the low-concentration layer. Thereby, it is possible to suppress the carriers accumulated in the non-diode region from concentrating and moving to the anode electrode in the vicinity of the non-diode region.

上記の第１および第２の半導体装置では、低濃度層の厚さは、一定であってもよく、非ダイオード領域側よりもダイオード領域側が薄くなっていてもよい。また、低濃度層は、半導体基板のアノード層の表面に突出して形成されていてもよい。また、低濃度層とアノード電極との間に、第１導電型の不純物濃度が低濃度層よりも高く、アノード層よりも低い、中濃度層が形成されていてもよい。
In the first and second semiconductor devices described above, the thickness of the low concentration layer may be constant, or the diode region side may be thinner than the non-diode region side. Further, the low concentration layer may be formed so as to protrude from the surface of the anode layer of the semiconductor substrate. Further, an intermediate concentration layer having a first conductivity type impurity concentration higher than that of the low concentration layer and lower than that of the anode layer may be formed between the low concentration layer and the anode electrode.

上記の第１および第２の半導体装置では、非ダイオード領域は、ダイオード領域の周囲に形成されており、半導体装置を平面視したとき、ダイオード領域と非ダイオード領域との境界線が直線部とコーナー部を有する矩形状であってもよい。この場合、低濃度層は、少なくともコーナー部のダイオード領域の周辺部に形成されていることが好ましい。低濃度部は、直線部のダイオード領域の周辺部にさらに形成されていてもよい。
In the first and second semiconductor devices described above, the non-diode region is formed around the diode region, and when the semiconductor device is viewed in plan, the boundary line between the diode region and the non-diode region is a straight portion and a corner. A rectangular shape having a portion may be used. In this case, it is preferable that the low concentration layer is formed at least in the periphery of the diode region at the corner. The low concentration part may be further formed in the peripheral part of the diode region of the straight part.

上記の第１および第２の半導体装置では、半導体基板の一方の表面であって非ダイオード領域の表面には、表面絶縁膜が形成されていてもよい。この場合、表面絶縁膜は、低濃度領域と接するまで延びていることが好ましい。
In the first and second semiconductor devices, a surface insulating film may be formed on one surface of the semiconductor substrate and on the surface of the non-diode region. In this case, it is preferable that the surface insulating film extends to be in contact with the low concentration region.

上記の第１および第２の半導体装置では、非ダイオード領域は、第１導電型のコレクタ層と、第２導電型のドリフト層と、第１導電型のボディ層と、第２導電型のエミッタ層とを有するＩＧＢＴ素子が形成されているＩＧＢＴ領域を含んでおり、半導体装置は、半導体基板の一方の表面に形成され、エミッタ層およびボディ層に接するエミッタ電極と、半導体基板の他方の表面に形成され、コレクタ層に接するコレクタ電極と、ゲート絶縁膜を介してエミッタ層およびボディ層に接するゲート電極と、半導体基板の一方の表面に形成され、ゲート電極とエミッタ電極の間に形成されているゲート表面絶縁膜とをさらに備えていてもよい。この場合、低濃度層は、ゲート表面絶縁膜に接するまで延びていることが好ましい。 In the first and second semiconductor devices, the non-diode region includes the first conductivity type collector layer, the second conductivity type drift layer, the first conductivity type body layer, and the second conductivity type emitter. The semiconductor device includes an IGBT region formed on one surface of the semiconductor substrate, the emitter electrode in contact with the emitter layer and the body layer, and the other surface of the semiconductor substrate. A collector electrode formed and in contact with the collector layer; a gate electrode in contact with the emitter layer and the body layer through the gate insulating film; and formed on one surface of the semiconductor substrate and formed between the gate electrode and the emitter electrode. A gate surface insulating film may be further provided. In this case, it is preferable that the low concentration layer extends until it contacts the gate surface insulating film.

実施例１の半導体装置の平面図である。1 is a plan view of a semiconductor device of Example 1. FIG. 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of FIG. ダイオードのスイッチング時の電流値と電圧値を示す図である。It is a figure which shows the electric current value and voltage value at the time of switching of a diode. 図２に示す断面図において、キャリアの移動を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing carrier movement in the cross-sectional view shown in FIG. 図２に示す断面図において、キャリアの移動を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing carrier movement in the cross-sectional view shown in FIG. 変形例に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on a modification. 変形例に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on a modification. 変形例に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on a modification. 変形例に係る半導体装置の平面図である。It is a top view of the semiconductor device which concerns on a modification. 実施例２に係る半導体装置の断面図である。7 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to Example 2. FIG.

本願が提供する縦型の半導体装置は、ダイオード領域と、非ダイオード領域とを有する半導体基板と、半導体基板の一方の表面に形成されているアノード電極と、半導体基板の他方の表面に形成されているカソード電極とを備えている。この半導体装置では、ダイオード領域は、第１導電型のアノード層と、第２導電型のカソード層とを有するダイオード素子が形成されている領域であり、非ダイオード領域は、ダイオード領域に隣接し、ダイオード素子が形成されていない領域であり、半導体装置を平面視したときに、ダイオード領域の周辺部の少なくとも一部のアノード電極とアノード層との間に、アノード層よりも第１導電型の不純物濃度の低い低濃度層が形成されている。ここで、ダイオード領域の周辺部とは、ダイオード領域のうち、ダイオード領域と非ダイオード領域との境界の近傍に位置する部分である。低濃度部は、ダイオード領域の周辺部内にのみ形成されていてもよく、ダイオード領域と非ダイオード領域との境界を越えて、非ダイオード領域まで延びていてもよい。 A vertical semiconductor device provided by the present application is formed on a semiconductor substrate having a diode region and a non-diode region, an anode electrode formed on one surface of the semiconductor substrate, and the other surface of the semiconductor substrate. A cathode electrode. In this semiconductor device, the diode region is a region where a diode element having a first conductivity type anode layer and a second conductivity type cathode layer is formed, and the non-diode region is adjacent to the diode region, This is a region where no diode element is formed, and when the semiconductor device is viewed in plan, it is an impurity of the first conductivity type rather than the anode layer between at least a part of the anode electrode and the anode layer in the periphery of the diode region. A low concentration layer having a low concentration is formed. Here, the peripheral portion of the diode region is a portion located in the vicinity of the boundary between the diode region and the non-diode region in the diode region. The low concentration portion may be formed only in the peripheral portion of the diode region, or may extend to the non-diode region beyond the boundary between the diode region and the non-diode region.

低濃度層の厚さや形状は、特に限定されない。低濃度層の厚さは一定であってもよく、厚さが変化していてもよい。低濃度層におけるキャリアの移動抵抗は、アノード層におけるキャリアの移動抵抗よりも高いため、低濃度層の厚さや形状を変えることで、低濃度層におけるキャリアの移動距離を調整できる（即ち、キャリアの移動抵抗を調整することができる）。例えば、非ダイオード領域側よりもダイオード領域側を薄くすれば、キャリアの移動抵抗が低いアノード層におけるキャリアの移動距離が長くなるほど、キャリアの移動抵抗が高い低濃度層におけるキャリアの移動距離が短くなる。アノード層におけるキャリアの移動抵抗と低濃度層におけるキャリアの移動抵抗の和が等しくなる経路が複数得られるようにすれば、キャリアの集中を防止する効果を高めることができる。 The thickness and shape of the low concentration layer are not particularly limited. The thickness of the low concentration layer may be constant, or the thickness may be changed. Since the carrier movement resistance in the low concentration layer is higher than the carrier movement resistance in the anode layer, the carrier movement distance in the low concentration layer can be adjusted by changing the thickness and shape of the low concentration layer (that is, the carrier movement resistance). Moving resistance can be adjusted). For example, if the diode region side is made thinner than the non-diode region side, the carrier movement distance in the low concentration layer with high carrier movement resistance becomes shorter as the carrier movement distance in the anode layer with lower carrier movement resistance becomes longer. . The effect of preventing the concentration of carriers can be enhanced by providing a plurality of paths in which the sum of the carrier movement resistance in the anode layer and the carrier movement resistance in the low concentration layer are equal.

また、低濃度層は、半導体基板の内部に形成されていてもよいし、半導体基板のアノード層の表面に突出して形成されていてもよい。低濃度層が半導体基板のアノード層の表面に突出して形成されている場合には、半導体ウェハに通常の半導体装置の構造を形成した後に、半導体基板の表面に低濃度層を積層する工程を行うことによって、容易に低濃度層を形成することができる。また、低濃度層を設けることによって半導体基板に形成する半導体素子等の設計が制約されない。 Moreover, the low concentration layer may be formed inside the semiconductor substrate, or may be formed so as to protrude from the surface of the anode layer of the semiconductor substrate. When the low-concentration layer is formed so as to protrude from the surface of the anode layer of the semiconductor substrate, a process of laminating the low-concentration layer on the surface of the semiconductor substrate is performed after the structure of a normal semiconductor device is formed on the semiconductor wafer. Thus, a low concentration layer can be easily formed. In addition, the design of the semiconductor element or the like formed on the semiconductor substrate is not restricted by providing the low concentration layer.

また、低濃度層とアノード電極との間に、第１導電型の不純物濃度が低濃度層よりも高く、アノード層よりも低い、中濃度層が形成されていてもよい。中濃度層におけるキャリアの移動抵抗は、低濃度層よりも低く、アノード層よりも高い。低濃度層とアノード電極が直接接触して電気的に接続している場合よりも、中濃度層が低濃度層とアノード電極との間に形成されており、中濃度層を介して低濃度層とアノード電極が電気的に接続している場合の方が、コンタクト性が良好となる。低濃度層の不純物濃度が低いことによりアノード電極とのオーミック接合性が低下する場合には、中濃度層を設けることによって、オーミック接合性の低下を抑制できる。 Further, an intermediate concentration layer having a first conductivity type impurity concentration higher than that of the low concentration layer and lower than that of the anode layer may be formed between the low concentration layer and the anode electrode. The carrier transfer resistance in the intermediate concentration layer is lower than that of the low concentration layer and higher than that of the anode layer. Compared to the case where the low concentration layer and the anode electrode are in direct contact and electrically connected, the intermediate concentration layer is formed between the low concentration layer and the anode electrode, and the low concentration layer is interposed through the intermediate concentration layer. The contact property is better when the anode electrode and the anode electrode are electrically connected. In the case where the ohmic junction with the anode electrode is lowered due to the low impurity concentration of the low concentration layer, the reduction of the ohmic junction can be suppressed by providing the intermediate concentration layer.

半導体装置を平面視したときに、低濃度層は、ダイオード領域の周辺部の少なくとも一部のアノード電極とアノード層との間に形成されていればよく、ダイオード素子の逆回復時に電界集中が起こり易い箇所に形成されていることが好ましい。例えば、非ダイオード領域が、ダイオード領域の周囲に形成されており、半導体装置を平面視したとき、ダイオード領域と非ダイオード領域との境界線が直線部とコーナー部を有する矩形状である場合には、低濃度層は、少なくとも、コーナー部のダイオード領域の周辺部に形成されていることが好ましい。低濃度部は、直線部のダイオード領域の周辺部にさらに形成されていてもよい。 When the semiconductor device is viewed in plan, the low-concentration layer may be formed between at least a part of the anode electrode and the anode layer in the periphery of the diode region, and electric field concentration occurs during reverse recovery of the diode element. It is preferable that it is formed at an easy place. For example, when the non-diode region is formed around the diode region, and the boundary line between the diode region and the non-diode region is a rectangular shape having a straight portion and a corner portion when the semiconductor device is viewed in plan view The low concentration layer is preferably formed at least in the periphery of the diode region at the corner. The low concentration part may be further formed in the peripheral part of the diode region of the straight part.

本願に係る半導体装置では、ダイオード領域と、非ダイオード領域とを有する半導体装置であればよい。例えば、セル領域と、非セル領域（半導体素子が形成されていない領域）を有しており、セル領域にダイオード素子が形成されている半導体装置であってもよい。非セル領域では、半導体基板の表面に表面絶縁膜が形成されており、表面絶縁膜は、低濃度領域と接するまで延びていることが好ましい。また、セル領域に、ダイオード素子以外の半導体素子が形成されている半導体装置であってもよい。このような半導体装置の一例に、ダイオード素子とＩＧＢＴ素子が同一の半導体基板に形成されている半導体装置がある。ダイオード素子は、ＩＧＢＴ素子の還流ダイオードとして機能する。半導体基板のＩＧＢＴ領域には、第１導電型のコレクタ層と、第２導電型のドリフト層と、第１導電型のボディ層と、第２導電型のエミッタ層が形成されており、エミッタ層およびボディ層に接するエミッタ電極と、コレクタ層に接するコレクタ電極と、ゲート絶縁膜を介してエミッタ層およびボディ層に接するゲート電極と、ゲート電極とエミッタ電極の間に形成されているゲート表面絶縁膜が形成されている。この場合、低濃度層は、ゲート表面絶縁膜に接するまで延びていることが好ましい。なお、ダイオード素子とＩＧＢＴ素子が同一の半導体基板に形成されている半導体装置は、例えば、半導体基板の表面側（エミッタ電極側）の構造が同一であり、裏面側（コレクタ電極側）にコレクタ層とカソード層がパターニングされているものであってもよいし、半導体基板の表面側の構造が、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域で作り分けられているものであってもよい。ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の間に、素子分離構造を有する境界領域が形成されていてもよい。 The semiconductor device according to the present application may be a semiconductor device having a diode region and a non-diode region. For example, the semiconductor device may have a cell region and a non-cell region (a region where no semiconductor element is formed), and a diode element is formed in the cell region. In the non-cell region, a surface insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate, and the surface insulating film preferably extends to be in contact with the low concentration region. Further, a semiconductor device in which a semiconductor element other than a diode element is formed in the cell region may be used. As an example of such a semiconductor device, there is a semiconductor device in which a diode element and an IGBT element are formed on the same semiconductor substrate. The diode element functions as a free-wheeling diode for the IGBT element. A first conductivity type collector layer, a second conductivity type drift layer, a first conductivity type body layer, and a second conductivity type emitter layer are formed in the IGBT region of the semiconductor substrate. And an emitter electrode in contact with the body layer, a collector electrode in contact with the collector layer, a gate electrode in contact with the emitter layer and the body layer through the gate insulating film, and a gate surface insulating film formed between the gate electrode and the emitter electrode Is formed. In this case, it is preferable that the low concentration layer extends until it contacts the gate surface insulating film. The semiconductor device in which the diode element and the IGBT element are formed on the same semiconductor substrate has, for example, the same structure on the front surface side (emitter electrode side) of the semiconductor substrate, and the collector layer on the back surface side (collector electrode side). The cathode layer may be patterned, or the structure on the surface side of the semiconductor substrate may be formed separately in the diode region and the IGBT region. A boundary region having an element isolation structure may be formed between the diode region and the IGBT region.

図１，２に示すように、半導体装置１は、半導体基板１０と、表面電極１５１，１５２と、裏面電極１５３と、表面絶縁膜１０２とを備えている。なお、図１では、表面電極１５１，１５２と、裏面電極１５３と、表面絶縁膜１０２は、図示を省略している。 As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor device 1 includes a semiconductor substrate 10, front surface electrodes 151 and 152, a back surface electrode 153, and a front surface insulating film 102. In FIG. 1, the surface electrodes 151 and 152, the back electrode 153, and the surface insulating film 102 are not shown.

半導体基板１０は、裏面電極１５３に接するｎ型のカソード層１３２と、カソード層１３２の表面に積層されたｎ型のドリフト層１３１と、ドリフト層１３１の表面に形成されたｐ型のアノード層１１０および周辺耐圧層１０１と、アノード層１１０の表面に突出して形成されたｐ型の低濃度層１２１とを備えている。アノード層中央部１１２および低濃度層１２１は、表面電極１５２に接している。アノード層周縁部１１１の表面には、表面絶縁膜１０２が形成されている。カソード層１３２のｎ型の不純物濃度は、ドリフト層１３１のｎ型の不純物濃度よりも高い。低濃度層１２１のｐ型の不純物濃度は、アノード層１１０のｐ型の不純物濃度よりも低い。このため、低濃度層１２１は、アノード層１１０よりもキャリア（本実施例の場合は正孔）の移動抵抗が高い。低濃度層１２１は、半導体基板１０の表面に突出している。低濃度層１２１は、半導体基板１０に、アノード層１１０等の半導体素子構造を形成した後で、半導体基板１０の表面にＣＶＤ等によって積層することによって形成することができる。 The semiconductor substrate 10 includes an n-type cathode layer 132 in contact with the back electrode 153, an n-type drift layer 131 stacked on the surface of the cathode layer 132, and a p-type anode layer 110 formed on the surface of the drift layer 131. And a peripheral breakdown voltage layer 101 and a p-type low concentration layer 121 formed to protrude from the surface of the anode layer 110. The anode layer central portion 112 and the low concentration layer 121 are in contact with the surface electrode 152. A surface insulating film 102 is formed on the surface of the peripheral edge 111 of the anode layer. The n-type impurity concentration of the cathode layer 132 is higher than the n-type impurity concentration of the drift layer 131. The p-type impurity concentration of the low concentration layer 121 is lower than the p-type impurity concentration of the anode layer 110. For this reason, the low-concentration layer 121 has a higher movement resistance of carriers (holes in this embodiment) than the anode layer 110. The low concentration layer 121 protrudes from the surface of the semiconductor substrate 10. The low concentration layer 121 can be formed by forming a semiconductor element structure such as the anode layer 110 on the semiconductor substrate 10 and then laminating the semiconductor substrate 10 on the surface of the semiconductor substrate 10 by CVD or the like.

アノード層１１０は、半導体装置１を平面視したときに、半導体基板１０の中央部分に形成されており、その境界が直線部とコーナー部とを有する矩形状に形成されている。半導体装置１を平面視した図１において、アノード層１１０が形成されている矩形状の領域内がダイオード領域１１である。 The anode layer 110 is formed at the central portion of the semiconductor substrate 10 when the semiconductor device 1 is viewed in plan, and the boundary thereof is formed in a rectangular shape having a straight portion and a corner portion. In FIG. 1, which is a plan view of the semiconductor device 1, a diode region 11 is in a rectangular region where the anode layer 110 is formed.

周辺領域１２は、非ダイオード領域であり、アノード層１１０の周囲を取り囲むように形成されている。周辺領域１２およびアノード層周縁部１１１の表面には表面絶縁膜１０２が形成されている。表面絶縁膜１０２は、低濃度層１２１に接するまで延びている。低濃度層１２１は、表面絶縁膜１０２とほぼ同じ厚さであり、低濃度層１２１の表面と表面絶縁膜１０２の表面は、ほぼ同じ高さとなっている。表面電極１５１は、表面絶縁膜１０２を貫通して、周辺耐圧層１０１に接している。カソード層１３２および裏面電極１５３は、周辺領域１２の裏面側にまで延びている。 The peripheral region 12 is a non-diode region and is formed so as to surround the periphery of the anode layer 110. A surface insulating film 102 is formed on the surfaces of the peripheral region 12 and the anode layer peripheral portion 111. The surface insulating film 102 extends until it contacts the low concentration layer 121. The low concentration layer 121 has substantially the same thickness as the surface insulating film 102, and the surface of the low concentration layer 121 and the surface of the surface insulating film 102 have substantially the same height. The surface electrode 151 penetrates the surface insulating film 102 and is in contact with the peripheral withstand voltage layer 101. The cathode layer 132 and the back electrode 153 extend to the back side of the peripheral region 12.

図３は、半導体装置１のダイオード領域１１に形成されたダイオード素子のスイッチング時の電流値Ｉｆと電圧値Ｖａｋを図示している。縦軸は電流値Ｉｆ、電圧値Ｖａｋであり、横軸は、時間を示している。電流値Ｉｆは実線で図示しており、電圧値Ｖａｋは破線で図示している。 FIG. 3 shows a current value If and a voltage value Vak when the diode element formed in the diode region 11 of the semiconductor device 1 is switched. The vertical axis represents the current value If and the voltage value Vak, and the horizontal axis represents time. The current value If is illustrated by a solid line, and the voltage value Vak is illustrated by a broken line.

図３にＡで示す範囲は、ダイオード素子に順方向に電流が流れている状態（状態Ａ）を示している。図４は、状態Ａのときのキャリアの挙動を図示している。状態Ａでは、低濃度層１２１は、ダイオード素子のアノードの一部として機能する。ダイオード領域１１のドリフト層１３１には、アノードからは正孔が注入され、カソードからは電子が注入される。ダイオード領域１１には、アノード側からカソード側に電流が流れる。注入された正孔および電子は、周辺領域１２に自由に拡散することができる。 A range indicated by A in FIG. 3 indicates a state (state A) in which a current flows through the diode element in the forward direction. FIG. 4 illustrates the behavior of the carrier in the state A. In the state A, the low concentration layer 121 functions as a part of the anode of the diode element. Holes are injected into the drift layer 131 of the diode region 11 from the anode, and electrons are injected from the cathode. In the diode region 11, a current flows from the anode side to the cathode side. The injected holes and electrons can freely diffuse into the peripheral region 12.

図３にＢで示す範囲は、ダイオード素子をオフ状態とし、ドリフト層１３１が空乏化していく状態（状態Ｂ）を示している。状態Ｂでは、アノード側から空乏層が広がり、ダイオード領域１１の正孔は表面電極１５２（アノード電極）側に移動し、電子は裏面電極１５３（カソード電極）側に移動する。または、正孔と電子は再結合し、消失する。または、正孔および電子は、空乏化していない領域に押し出される。空乏化が進行し、ドリフト層１３１の空乏化が完了すると、正孔および電子は、ダイオード領域１１から押し出され、非ダイオード領域である周辺領域１２に移動する。 A range indicated by B in FIG. 3 indicates a state (state B) in which the diode element is turned off and the drift layer 131 is depleted. In the state B, the depletion layer spreads from the anode side, the holes in the diode region 11 move to the front electrode 152 (anode electrode) side, and the electrons move to the back electrode 153 (cathode electrode) side. Alternatively, holes and electrons recombine and disappear. Alternatively, holes and electrons are pushed out into a region that is not depleted. When the depletion progresses and the drift layer 131 is completely depleted, holes and electrons are pushed out of the diode region 11 and move to the peripheral region 12 which is a non-diode region.

図３にＣで示す範囲は、半導体装置１のドリフト層１３１の空乏化が完了した状態から、逆回復する状態（状態Ｃ）を示している。図５は、状態Ｃのときのキャリアの挙動を図示している。状態Ｃでは、周辺領域１２に蓄積した正孔、電子は、それぞれダイオード領域のアノード、カソードに向かって移動する。カソード層１３２および裏面電極１５３は、周辺領域１２の裏面まで延びているから、電子は、主に半導体基板１０の裏面側のカソード層１３２から裏面電極１５３に移動する。一方、周辺領域１２の表面には表面絶縁膜１０２が形成されており、表面電極１５２は、周辺領域１２の表面まで延びていない。周辺領域１２において、半導体基板１０の表面は表面電極１５２と接していないため、正孔は、半導体基板１０の表面を通ってダイオード領域１１側に移動する。低濃度層１２１が形成されていない場合には、正孔の移動経路は、表面絶縁膜１０２と表面電極１５２との界面であり、この経路に正孔が集中してリカバリ破壊が起こり易くなる。特に、ダイオード領域１１のコーナー部１１ｂは、その周囲に存在する周辺領域１２が大きいため、直線部１１ａよりも正孔の集中が起こり易い。 A range indicated by C in FIG. 3 indicates a state (state C) where reverse recovery is performed from the state where the depletion of the drift layer 131 of the semiconductor device 1 is completed. FIG. 5 illustrates the behavior of the carrier in the state C. In the state C, the holes and electrons accumulated in the peripheral region 12 move toward the anode and cathode of the diode region, respectively. Since the cathode layer 132 and the back electrode 153 extend to the back surface of the peripheral region 12, electrons mainly move from the cathode layer 132 on the back surface side of the semiconductor substrate 10 to the back electrode 153. On the other hand, the surface insulating film 102 is formed on the surface of the peripheral region 12, and the surface electrode 152 does not extend to the surface of the peripheral region 12. In the peripheral region 12, since the surface of the semiconductor substrate 10 is not in contact with the surface electrode 152, holes move through the surface of the semiconductor substrate 10 to the diode region 11 side. When the low-concentration layer 121 is not formed, the hole movement path is the interface between the surface insulating film 102 and the surface electrode 152, and the holes are concentrated in this path, so that recovery breakdown is likely to occur. Particularly, the corner portion 11b of the diode region 11 is more likely to concentrate holes than the straight portion 11a because the peripheral region 12 existing around the corner portion 11b is large.

本実施例に係る半導体装置１では、図１等に示すように、ダイオード領域１１のコーナー部１１ｂに表面絶縁膜１０２に接する低濃度層１２１が形成されている。このため、正孔の大部分は、図５の実線の矢印で示すように、表面絶縁膜１０２および低濃度層１２１を超えて表面電極１５２に到達する。正孔の一部は、図５の破線の矢印に示すように、低濃度層１２１中を移動して表面電極１５２に到達する。正孔が集中し易いダイオード領域１１のコーナー部１１ｂにおいて、効果的に正孔の集中を抑制することができるから、ダイオード素子のリカバリ耐量を向上させることができる。また、ダイオード素子の逆回復時には、ほぼ低濃度層１２１の平面積分だけしかアクティブ面積が減少しないため、ダイオード素子の逆回復時に半導体装置１の熱損失が悪化することを抑制することができる。 In the semiconductor device 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1 and the like, a low concentration layer 121 in contact with the surface insulating film 102 is formed in the corner portion 11b of the diode region 11. Therefore, most of the holes reach the surface electrode 152 beyond the surface insulating film 102 and the low-concentration layer 121 as indicated by solid arrows in FIG. Some of the holes move through the low concentration layer 121 and reach the surface electrode 152 as indicated by the broken-line arrows in FIG. Since the hole concentration can be effectively suppressed in the corner portion 11b of the diode region 11 where holes are likely to concentrate, the recovery tolerance of the diode element can be improved. In addition, during the reverse recovery of the diode element, the active area is reduced only by the plane integration of the low concentration layer 121, so that the heat loss of the semiconductor device 1 can be suppressed from deteriorating during the reverse recovery of the diode element.

（変形例）
低濃度層の形状および大きさは、上記の実施例で説明したものに限定されない。低濃度層は、表面絶縁膜と同様の厚さでなくともよい。例えば、図６に示すように、表面絶縁膜１０２よりも厚い低濃度層１２２であってもよいし、逆に、低濃度層の方が表面絶縁膜より薄くてもよい。 (Modification)
The shape and size of the low concentration layer are not limited to those described in the above embodiments. The low concentration layer may not have the same thickness as the surface insulating film. For example, as shown in FIG. 6, the low concentration layer 122 may be thicker than the surface insulating film 102, and conversely, the low concentration layer may be thinner than the surface insulating film.

また、低濃度層の厚さが一定でなくてもよい。例えば、図７に示すように、低濃度層１２５の厚さは、非ダイオード領域側（周辺領域１２側）よりもダイオード領域１１側が薄くなっていてもよい。低濃度層１２５は、周辺領域１２の表面絶縁膜１０２側の端部が最も厚く、アノード層中央部１１２（半導体基板１０を平面視したときの中央側）に向けて階段状に薄くなっている。ドリフト層１３１から表面電極１５２に向かって移動する正孔は、アノード層１１０を水平方向（半導体基板１０の平面方向）に移動する距離が長いほど、低濃度層１２５を垂直方向（半導体基板１０の深さ方向）に移動する距離が短くなる。このため、ドリフト層１３１から、アノード層１１０および低濃度層１２５中を移動して表面電極１５２に到達する正孔について、キャリアの移動抵抗がほぼ等しくなる経路が複数得られる。例えば、図７に実線の矢印で示す経路と、破線の矢印で示す経路で、キャリアの移動抵抗が等しくなるように、低濃度層１２５の形状および大きさ（階段の段数、各段の半導体基板１０の平面方向の幅および高さ）を設計することができる。その結果、低濃度層１２５中を移動する正孔の経路を分散することができ、正孔がアノード電極の一部に集中することを抑制することができる。なお、低濃度層の厚さを変える場合、図７に示すように階段状とすれば製造し易いが、これに限定されない。例えば、低濃度層を斜面状、曲面状にしてもよい。 Moreover, the thickness of the low concentration layer may not be constant. For example, as shown in FIG. 7, the low concentration layer 125 may be thinner on the diode region 11 side than on the non-diode region side (peripheral region 12 side). The low-concentration layer 125 is thickest at the end of the peripheral region 12 on the surface insulating film 102 side, and is thinned stepwise toward the anode layer central portion 112 (center side when the semiconductor substrate 10 is viewed in plan). . The holes moving from the drift layer 131 toward the surface electrode 152 move the low-concentration layer 125 in the vertical direction (on the semiconductor substrate 10) as the distance of moving the anode layer 110 in the horizontal direction (plane direction on the semiconductor substrate 10) increases. The distance traveled in the depth direction is shortened. For this reason, a plurality of paths in which the carrier transfer resistances are approximately equal are obtained from the drift layer 131 for the holes that move through the anode layer 110 and the low concentration layer 125 and reach the surface electrode 152. For example, the shape and size of the low-concentration layer 125 (the number of steps, the number of steps in the semiconductor substrate, so that the carrier movement resistance is equal in the route indicated by the solid arrow in FIG. 10 planar widths and heights) can be designed. As a result, it is possible to disperse the route of holes that move in the low concentration layer 125, and to suppress the concentration of holes in a part of the anode electrode. When changing the thickness of the low-concentration layer, it is easy to manufacture if it is stepped as shown in FIG. 7, but the present invention is not limited to this. For example, the low-concentration layer may have a slope shape or a curved surface shape.

さらに、図８に示すように、低濃度層１２１と表面電極１５２との間に中濃度層１２３が形成されていてもよい。中濃度層１２３のｐ型の不純物濃度は、低濃度層１２１よりも高く、アノード層１１０よりも低い。中濃度層１２３が低濃度層１２１と表面電極１５２との間に形成されており、中濃度層１２３を介して低濃度層１２１と表面電極１５２が電気的に接続することによって、アノード層とアノード電極とのコンタクト性が良好となる。低濃度層１２１のｐ型の不純物濃度が低く表面電極１５２とのオーミック接合性が低下する場合は、中濃度層１２３を設けることが好ましい。なお、図８では、低濃度層１２１と表面電極１５２は、中濃度層１２３によって隔離されており、互いに接触していないが、低濃度層１２１と表面電極１５２が部分的に接触していてもよい。すなわち、中濃度層１２３は、低濃度層１２１と表面電極１５２との界面の一部に形成されていてもよい。 Further, as shown in FIG. 8, an intermediate concentration layer 123 may be formed between the low concentration layer 121 and the surface electrode 152. The intermediate concentration layer 123 has a p-type impurity concentration higher than that of the low concentration layer 121 and lower than that of the anode layer 110. The intermediate concentration layer 123 is formed between the low concentration layer 121 and the surface electrode 152, and the low concentration layer 121 and the surface electrode 152 are electrically connected via the intermediate concentration layer 123, whereby the anode layer and the anode Good contact with the electrode. In the case where the p-type impurity concentration of the low concentration layer 121 is low and the ohmic contact property with the surface electrode 152 is lowered, the intermediate concentration layer 123 is preferably provided. In FIG. 8, the low concentration layer 121 and the surface electrode 152 are separated by the medium concentration layer 123 and are not in contact with each other, but the low concentration layer 121 and the surface electrode 152 may be partially in contact with each other. Good. That is, the medium concentration layer 123 may be formed at a part of the interface between the low concentration layer 121 and the surface electrode 152.

また、低濃度層は、電界集中が起こり易い部分以外に形成されていてもよい。例えば、図９に示すように、低濃度層１２６は、ダイオード領域１１のコーナー部１１ｂおよび直線部１１ａに形成されていてもよい。すなわち、低濃度層１２６は、ダイオード領域１１の周辺領域１２側の周辺部全域の表面電極１５２とアノード層１１０との間に設けられており、ダイオード領域１１と周辺領域１２に沿って周回している。 Further, the low concentration layer may be formed in a portion other than the portion where electric field concentration is likely to occur. For example, as illustrated in FIG. 9, the low concentration layer 126 may be formed in the corner portion 11 b and the straight portion 11 a of the diode region 11. That is, the low concentration layer 126 is provided between the surface electrode 152 and the anode layer 110 in the entire peripheral portion on the peripheral region 12 side of the diode region 11, and circulates along the diode region 11 and the peripheral region 12. Yes.

本願に係る半導体装置は、セル領域に、ダイオード素子以外の半導体素子が形成されている半導体装置であってもよい。図１０に示すように、実施例２に係る半導体装置２は、ダイオード素子を有するダイオード領域２１とＩＧＢＴ素子を有するＩＧＢＴ領域２２が同一の半導体基板２０に形成されている。ダイオード素子は、ＩＧＢＴ素子の還流ダイオードとして機能する。なお、ダイオード領域２１は、半導体基板２０の中央部に形成されており、実施例１と同様に、平面視すると、直線部とコーナー部を有する矩形状となっている。ＩＧＢＴ領域２２は、ダイオード領域２１の周囲を取り囲むように形成されている。ダイオード領域２１とＩＧＢＴ領域２２の間には、境界領域２３が形成されている。 The semiconductor device according to the present application may be a semiconductor device in which a semiconductor element other than a diode element is formed in a cell region. As shown in FIG. 10, in the semiconductor device 2 according to the second embodiment, a diode region 21 having a diode element and an IGBT region 22 having an IGBT element are formed on the same semiconductor substrate 20. The diode element functions as a free-wheeling diode for the IGBT element. The diode region 21 is formed in the central portion of the semiconductor substrate 20 and has a rectangular shape having a straight portion and a corner portion when seen in a plan view as in the first embodiment. The IGBT region 22 is formed so as to surround the diode region 21. A boundary region 23 is formed between the diode region 21 and the IGBT region 22.

半導体装置２は、半導体基板２０と、表面電極２５２と、裏面電極２５３と、トレンチゲート２３６と、ゲート表面絶縁膜２３７とを備えている。半導体基板２０は、ｎ型のドリフト層２３１と、ドリフト層２３１の裏面に接するｐ型のコレクタ層２３２およびｎ型のカソード層２３４と、ドリフト層２３１の表面に接するｐ型のボディ層２１２と、ボディ層２１２の表面の一部に形成されたｎ型のエミッタ層２３５を有している。コレクタ層２３２とカソード層２３４は隣接している。コレクタ層２３２の表面に位置する領域には、半導体基板２０の表面側からボディ層２１２を貫通してドリフト層２３１に達するトレンチゲート２３６が形成されている。トレンチゲート２３６は、トレンチ２３６ａの内壁に形成されたゲート絶縁膜２３６ｂと、ゲート絶縁膜２３６ｂに被覆されてトレンチ２３６ａ内に充填されたゲート電極２３６ｃとを有している。ゲート電極２３６ｃは、ゲート絶縁膜２３６ｂを介して、ボディ層２１２、エミッタ層２３５、ドリフト層２３１に接している。表面電極２５２は、半導体基板２０の表面に接しており、ボディ層２１２、エミッタ層２３５と接している。裏面電極２５３は、半導体基板２０の裏面に接しており、コレクタ層２３２、カソード層２３４と接している。ゲート電極２３６ｃの表面にはゲート表面絶縁膜２３７が形成されている。ゲート表面絶縁膜２３７によって、ゲート電極２３６ｃと表面電極２５２は絶縁されている。カソード層２３４の表面側のドリフト層２３１内には、ライフタイム制御領域２３８が形成されており、ライフタイム制御領域２３８は、コレクタ層２３２の表面側のドリフト層２３１内の一部にまで延びている。ライフタイム制御領域２３８は、周囲のドリフト層２３１よりも結晶欠陥濃度が高い領域であり、例えば、プロトン等のイオン照射を行うことによって形成することができる。半導体装置２のカソード層２３４の表面側は、ダイオード素子が形成されているダイオード領域２１であり、ダイオード素子の動作時には、裏面電極２５３はカソード電極となり、表面電極２５２はアノード電極となり、ボディ層２１２はアノード層となる。半導体装置２のコレクタ層２３２の表面側であって、エミッタ層２３５およびトレンチゲート２３６が形成されている領域が、ＩＧＢＴ素子が形成されているＩＧＢＴ領域２２である。ＩＧＢＴ素子の動作時には、表面電極２５２はエミッタ電極となり、裏面電極２５３はコレクタ電極となる。ダイオード領域２１とＩＧＢＴ領域２２との間は、半導体素子が形成されていない境界領域２３である。境界領域２３には、ダイオード素子とＩＧＢＴ素子を分離するために、素子分離トレンチ２３９が形成されている。ＩＧＢＴ領域２２および境界領域２３は、非ダイオード領域である。 The semiconductor device 2 includes a semiconductor substrate 20, a surface electrode 252, a back electrode 253, a trench gate 236, and a gate surface insulating film 237. The semiconductor substrate 20 includes an n-type drift layer 231, a p-type collector layer 232 and an n-type cathode layer 234 in contact with the back surface of the drift layer 231, a p-type body layer 212 in contact with the surface of the drift layer 231, An n-type emitter layer 235 is formed on part of the surface of the body layer 212. The collector layer 232 and the cathode layer 234 are adjacent to each other. In a region located on the surface of the collector layer 232, a trench gate 236 that penetrates the body layer 212 from the surface side of the semiconductor substrate 20 and reaches the drift layer 231 is formed. The trench gate 236 has a gate insulating film 236b formed on the inner wall of the trench 236a, and a gate electrode 236c covered with the gate insulating film 236b and filled in the trench 236a. The gate electrode 236c is in contact with the body layer 212, the emitter layer 235, and the drift layer 231 through the gate insulating film 236b. The surface electrode 252 is in contact with the surface of the semiconductor substrate 20 and is in contact with the body layer 212 and the emitter layer 235. The back electrode 253 is in contact with the back surface of the semiconductor substrate 20 and is in contact with the collector layer 232 and the cathode layer 234. A gate surface insulating film 237 is formed on the surface of the gate electrode 236c. The gate electrode 236 c and the surface electrode 252 are insulated by the gate surface insulating film 237. A lifetime control region 238 is formed in the drift layer 231 on the surface side of the cathode layer 234, and the lifetime control region 238 extends to a part of the drift layer 231 on the surface side of the collector layer 232. Yes. The lifetime control region 238 is a region having a higher crystal defect concentration than the surrounding drift layer 231 and can be formed, for example, by irradiating ions such as protons. The surface side of the cathode layer 234 of the semiconductor device 2 is a diode region 21 where a diode element is formed. When the diode element operates, the back electrode 253 becomes a cathode electrode, the surface electrode 252 becomes an anode electrode, and the body layer 212. Becomes the anode layer. The region where the emitter layer 235 and the trench gate 236 are formed on the surface side of the collector layer 232 of the semiconductor device 2 is the IGBT region 22 where the IGBT element is formed. During the operation of the IGBT element, the front electrode 252 serves as an emitter electrode, and the back electrode 253 serves as a collector electrode. Between the diode region 21 and the IGBT region 22 is a boundary region 23 where no semiconductor element is formed. In the boundary region 23, an element isolation trench 239 is formed to separate the diode element and the IGBT element. The IGBT region 22 and the boundary region 23 are non-diode regions.

低濃度層２２１は、半導体基板２０の表面に突出して形成されている。実施例１と同様に、低濃度層２２１は、ダイオード領域２１のコーナー部において、カソード層２３４とコレクタ層２３２との境界およびその近傍に形成されている。低濃度層２２１は、ライフタイム制御領域２３８の表面側から、境界領域２３の全体に亘って延びており、ダイオード領域２１に最も近い側のゲート表面絶縁膜２３７に達している。カソード層２３４およびエミッタ層２３５のｎ型の不純物濃度は、ドリフト層２３１のｎ型の不純物濃度よりも高い。低濃度層２２１のｐ型の不純物濃度は、ボディ層２１２のｐ型の不純物濃度よりも低い。コレクタ層２３２のｐ型の不純物濃度は、ボディ層２１２のｐ型の不純物濃度よりも高い。 The low concentration layer 221 is formed so as to protrude from the surface of the semiconductor substrate 20. As in the first embodiment, the low concentration layer 221 is formed in the corner portion of the diode region 21 at and near the boundary between the cathode layer 234 and the collector layer 232. The low concentration layer 221 extends over the entire boundary region 23 from the surface side of the lifetime control region 238 and reaches the gate surface insulating film 237 closest to the diode region 21. The n-type impurity concentration of the cathode layer 234 and the emitter layer 235 is higher than the n-type impurity concentration of the drift layer 231. The p-type impurity concentration of the low concentration layer 221 is lower than the p-type impurity concentration of the body layer 212. The p-type impurity concentration of the collector layer 232 is higher than the p-type impurity concentration of the body layer 212.

実施例１と同様に、ダイオード素子の逆回復時には、境界領域２３やＩＧＢＴ領域２２に蓄積した正孔が、アノード（表面電極２５２、表面電極２５２に接するボディ層２１２）に向かって移動する。従来の半導体装置のように、低濃度層２２１が無い場合には、図１０に破線の矢印で示すように、境界領域２３や境界領域２３近傍のＩＧＢＴ領域２２において、ボディ層２１２の表面を経由して正孔が表面電極２５２に流れ、半導体装置のリカバリ破壊が発生し易くなる。実施例２に係る半導体装置では、図１０に実線の矢印で示すように、境界領域２３やＩＧＢＴ領域２２に蓄積した正孔は、主に半導体基板２０の表面に移動した後、主として低濃度層２２１の裏面に沿って半導体基板２０（ボディ層２１２）の表面を移動し、低濃度層２２１のダイオード領域２１側の端部を超えた位置で、表面電極２５２に到達する。このため、境界領域２３や境界領域２３近傍のＩＧＢＴ領域２２において電流集中が生じることを抑制することができる。 Similar to the first embodiment, during reverse recovery of the diode element, holes accumulated in the boundary region 23 and the IGBT region 22 move toward the anode (the surface electrode 252 and the body layer 212 in contact with the surface electrode 252). When the low-concentration layer 221 is not provided as in the conventional semiconductor device, the boundary region 23 and the IGBT region 22 in the vicinity of the boundary region 23 pass through the surface of the body layer 212 as shown by the dashed arrows in FIG. As a result, holes flow to the surface electrode 252 and recovery breakdown of the semiconductor device is likely to occur. In the semiconductor device according to the second embodiment, as indicated by solid arrows in FIG. 10, the holes accumulated in the boundary region 23 and the IGBT region 22 mainly move to the surface of the semiconductor substrate 20, and then mainly the low concentration layer. The surface of the semiconductor substrate 20 (body layer 212) is moved along the back surface of 221 and reaches the surface electrode 252 at a position beyond the end of the low concentration layer 221 on the diode region 21 side. For this reason, current concentration can be suppressed from occurring in the boundary region 23 and the IGBT region 22 in the vicinity of the boundary region 23.

上記のとおり、実施例２においても、実施例１と同様に、ダイオード素子のリカバリ耐量を向上させることができる。また、ダイオード素子の逆回復時には、ほぼ低濃度層２２１の平面積分だけしかアクティブ面積が減少しないため、ダイオード素子の逆回復時に半導体装置２の熱損失が悪化することを抑制することができる。 As described above, also in the second embodiment, the recovery tolerance of the diode element can be improved as in the first embodiment. In addition, during the reverse recovery of the diode element, the active area is reduced only by the plane integration of the low-concentration layer 221, so that the heat loss of the semiconductor device 2 can be prevented from deteriorating during the reverse recovery of the diode element.

なお、実施例２に係る低濃度層２２１についても、その厚さや形状、および形成されている領域について種々の態様を採ることができ、例えば、実施例１の変形例として図６〜９を用いて説明した変形例を適用することができる。 Note that the low-concentration layer 221 according to the second embodiment can take various forms with respect to the thickness, shape, and formed region. For example, FIGS. 6 to 9 are used as modifications of the first embodiment. The modified examples described above can be applied.

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。 As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

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。 The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

１，２半導体装置
１０，２０半導体基板
１１，２１ダイオード領域
１１ａ直線部
１１ｂコーナー部
１２周辺領域
２２ＩＧＢＴ領域
２３境界領域
１０１周辺耐圧層
１０２表面絶縁膜
１１０アノード層
１１１アノード層周縁部
１１２アノード層中央部
１２１，１２２，１２５，１２６，２２１低濃度層
１３１ドリフト層
１３２，２３２カソード層
１５１，１５２，２５２表面電極
１５３，２５３裏面電極
２１２ボディ層
２３１ドリフト層
２３２コレクタ層
２３４カソード層
２３５エミッタ層
２３６トレンチゲート
２３６ａトレンチ
２３６ｂゲート絶縁膜
２３６ｃゲート電極
２３７ゲート表面絶縁膜
２３８ライフタイム制御領域
２３９素子分離トレンチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Semiconductor device 10, 20 Semiconductor substrate 11, 21 Diode area 11a Straight line part 11b Corner part 12 Peripheral area 22 IGBT area 23 Boundary area 101 Peripheral pressure-resistant layer 102 Surface insulating film 110 Anode layer 111 Anode layer peripheral part 112 Anode layer center Portions 121, 122, 125, 126, 221 Low-concentration layer 131 Drift layer 132, 232 Cathode layer 151, 152, 252 Front electrode 153, 253 Back electrode 212 Body layer 231 Drift layer 232 Collector layer 234 Cathode layer 235 Emitter layer 236 Trench Gate 236a Trench 236b Gate insulating film 236c Gate electrode 237 Gate surface insulating film 238 Lifetime control region 239 Element isolation trench

Claims

A vertical semiconductor comprising a semiconductor substrate having a diode region and a non-diode region, an anode electrode formed on one surface of the semiconductor substrate, and a cathode electrode formed on the other surface of the semiconductor substrate A device,
The diode region is a region where a diode element having a first conductivity type anode layer and a second conductivity type cathode layer is formed,
The non-diode region is a region adjacent to the diode region where no diode element is formed,
The semiconductor device in a plan view, between at least a portion of the anode electrode and the anode layer peripheral portion of the diode region is formed with a lower low-density layer having an impurity concentration of the first conductivity type than the anode layer ,
The semiconductor device, wherein a portion of the anode layer located closer to the center of the diode region than the low concentration layer is in contact with the anode electrode when the semiconductor device is viewed in plan .

The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the low concentration layer is constant.

A vertical semiconductor comprising a semiconductor substrate having a diode region and a non-diode region, an anode electrode formed on one surface of the semiconductor substrate, and a cathode electrode formed on the other surface of the semiconductor substrate A device,
The diode region is a region where a diode element having a first conductivity type anode layer and a second conductivity type cathode layer is formed,
The non-diode region is a region adjacent to the diode region where no diode element is formed,
When the semiconductor device is viewed in plan, a low-concentration layer having a lower impurity concentration of the first conductivity type than the anode layer is formed between at least a part of the anode electrode and the anode layer in the peripheral portion of the diode region. ,
The thickness of the low concentration layer, that have become thinner diode region side than the non-diode region side, semi-conductor devices.

The semiconductor device according to claim 1, wherein the low concentration layer is formed so as to protrude from a surface of the anode layer of the semiconductor substrate.

A vertical semiconductor comprising a semiconductor substrate having a diode region and a non-diode region, an anode electrode formed on one surface of the semiconductor substrate, and a cathode electrode formed on the other surface of the semiconductor substrate A device,
The diode region is a region where a diode element having a first conductivity type anode layer and a second conductivity type cathode layer is formed,
The non-diode region is a region adjacent to the diode region where no diode element is formed,
When the semiconductor device is viewed in plan, a low-concentration layer having a lower impurity concentration of the first conductivity type than the anode layer is formed between at least a part of the anode electrode and the anode layer in the peripheral portion of the diode region. ,
Between the low concentration layer and the anode electrode, the impurity concentration of the first conductivity type is higher than the low concentration layer, lower than the anode layer, that have medium concentration layer is formed, semi-conductor devices.

The non-diode region is formed around the diode region,
When the semiconductor device is viewed in plan, the boundary line between the diode region and the non-diode region is a rectangular shape having a straight portion and a corner portion,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the low concentration layer is formed at least in a peripheral portion of the diode region at the corner portion.

The semiconductor device according to claim 6, wherein the low concentration portion is further formed in a peripheral portion of the diode region of the linear portion.

A vertical semiconductor comprising a semiconductor substrate having a diode region and a non-diode region, an anode electrode formed on one surface of the semiconductor substrate, and a cathode electrode formed on the other surface of the semiconductor substrate A device,
The diode region is a region where a diode element having a first conductivity type anode layer and a second conductivity type cathode layer is formed,
The non-diode region is a region adjacent to the diode region where no diode element is formed,
When the semiconductor device is viewed in plan, a low-concentration layer having a lower impurity concentration of the first conductivity type than the anode layer is formed between at least a part of the anode electrode and the anode layer in the peripheral portion of the diode region. ,
A surface insulating film is formed on one surface of the semiconductor substrate and the surface of the non-diode region,
Surface insulating film, that extend to contact with the low concentration layer, a semi-conductor device.

A vertical semiconductor comprising a semiconductor substrate having a diode region and a non-diode region, an anode electrode formed on one surface of the semiconductor substrate, and a cathode electrode formed on the other surface of the semiconductor substrate A device,
The diode region is a region where a diode element having a first conductivity type anode layer and a second conductivity type cathode layer is formed,
The non-diode region is a region adjacent to the diode region where no diode element is formed,
When the semiconductor device is viewed in plan, a low-concentration layer having a lower impurity concentration of the first conductivity type than the anode layer is formed between at least a part of the anode electrode and the anode layer in the peripheral portion of the diode region. ,
The non-diode region includes an IGBT element in which an IGBT element having a first conductivity type collector layer, a second conductivity type drift layer, a first conductivity type body layer, and a second conductivity type emitter layer is formed. Including the area,
A semiconductor device is formed on one surface of a semiconductor substrate and is in contact with an emitter layer and a body layer; a collector electrode is formed on the other surface of the semiconductor substrate and is in contact with a collector layer; and an emitter through a gate insulating film A gate electrode in contact with the layer and the body layer, and a gate surface insulating film formed on one surface of the semiconductor substrate and formed between the gate electrode and the emitter electrode,
Low concentration layer that extend to contact with the gate surface insulating film, semi-conductor devices.