JP6142813B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。
特許文献１には、ＩＧＢＴとダイオードが同一の半導体基板に形成された半導体装置が開示されている。また、この半導体基板には、主電流が流れるメインＩＧＢＴとは別に、より小さい電流が流れるセンスＩＧＢＴが形成されている。センスＩＧＢＴに流れる電流を検出することで、メインＩＧＢＴに流れる電流を検出することができる。また、この半導体基板には、主電流が流れるメインダイオードとは別に、より小さい電流が流れるセンスダイオードが形成されている。また、センスダイオードに流れる電流を検出することで、メインダイオードに流れる電流を検出することができる。
国際公開第２０１１／１３８８３２号
上述した半導体装置において、センスＩＧＢＴ及びセンスダイオードの検出精度をより向上させることが望まれる。
本明細書が開示する第１の半導体装置は、ＩＧＢＴが形成されているメインＩＧＢＴ領域と、ダイオードが形成されているメインダイオード領域と、ＩＧＢＴが形成されているセンスＩＧＢＴ領域と、ダイオードが形成されているセンスダイオード領域を有する半導体基板を有する。前記センスＩＧＢＴ領域の面積は、前記メインＩＧＢＴ領域よりも小さい。前記センスダイオード領域の面積は、前記メインダイオード領域よりも小さい。前記センスＩＧＢＴ領域と前記センスダイオード領域に跨って、ｎ型領域が形成されている。前記センスＩＧＢＴ領域内に、前記半導体基板の表面に露出するｎ型のエミッタ領域と、前記エミッタ領域に接するｐ型のボディ領域と、前記ボディ領域によって前記エミッタ領域から分離されている前記ｎ型領域と、前記半導体基板の裏面に露出しており、前記ｎ型領域によって前記ボディ領域から分離されているｐ型のコレクタ領域と、前記ボディ領域に接するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ボディ領域に対向するゲート電極が形成されている。前記センスダイオード領域内に、前記半導体基板の前記表面に露出するｐ型のアノード領域と、前記アノード領域に接しており、前記半導体基板の前記裏面に露出している前記ｎ型領域が形成されている。前記ｎ型領域によって前記ボディ領域が前記アノード領域から分離されている。前記ボディ領域と前記アノード領域の間の間隔が、前記ボディ領域と前記アノード領域の間の前記ｎ型領域における電子の移動度と電子のライフタイムの積よりも長い。前記ｎ型領域によって前記アノード領域が前記コレクタ領域から分離されている。前記アノード領域と前記コレクタ領域の間の間隔が、前記アノード領域と前記コレクタ領域の間の前記ｎ型領域における電子の移動度と電子のライフタイムの積よりも長い。前記コレクタ領域の前記センスダイオード領域側の端部と前記ボディ領域の間の間隔が、前記端部と前記ボディ領域の間の前記ｎ型領域における電子の移動度と電子のライフタイムの積よりも長い。
なお、本明細書において、「面積」とは、半導体基板をその厚み方向に沿って見たときにおける面積を意味する。
この半導体装置では、ボディ領域とアノード領域の間の間隔が、それらの間のｎ型領域における電子の移動度と電子のライフタイムの積よりも長い。このため、ボディ領域とアノード領域の間でキャリアが移動することが抑制される。また、この半導体装置では、アノード領域とコレクタ領域の間の間隔が、それらの間のｎ型領域における電子の移動度と電子のライフタイムの積よりも長い。このため、アノード領域とコレクタ領域の間でキャリアが移動することが抑制される。また、この半導体装置では、コレクタ領域のセンスダイオード領域側の端部とボディ領域の間の間隔が、前記端部とボディ領域の間のｎ型領域における電子の移動度と電子のライフタイムの積よりも長い。コレクタ領域のセンスダイオード領域側では、ｎ型領域が半導体基板の裏面に露出している。この露出しているｎ型領域は、ダイオードのいわゆるカソードとして機能する。すなわち、前記端部とボディ領域の間の間隔は、ダイオードのカソードとボディ領域の間の間隔に相当する。この間隔が、ｎ型領域における電子の移動度と電子のライフタイムの積よりも長いので、カソードとボディ領域の間でキャリアが移動することが抑制される。このように、この半導体装置では、センスＩＧＢＴ領域とセンスダイオード領域の間でキャリアが移動することが抑制される。すなわち、センスＩＧＢＴとセンスダイオードの間での電流干渉が抑制される。したがって、センスＩＧＢＴ領域及びセンスダイオード領域の電流を正確に検出できる。
上述した半導体装置は、前記センスダイオード領域を挟んで前記センスＩＧＢＴ領域の反対側に位置する領域において前記半導体基板の前記裏面に露出している外部ｐ型領域をさらに有していてもよい。また、前記ｎ型領域によって前記アノード領域が前記外部ｐ型領域から分離されており、前記アノード領域と前記外部ｐ型領域の間の間隔が、前記アノード領域と前記外部ｐ型領域の間の前記ｎ領域における電子の移動度と電子のライフタイムの積よりも長くてもよい。
このような構成によれば、アノード領域と外部ｐ型領域の間でキャリアが移動することを抑制することができる。
本明細書が開示する第２の半導体装置は、ＩＧＢＴが形成されているメインＩＧＢＴ領域と、ダイオードが形成されているメインダイオード領域と、ＩＧＢＴが形成されているセンスＩＧＢＴ領域と、ダイオードが形成されているセンスダイオード領域を有する半導体基板を有する。前記センスＩＧＢＴ領域の面積は、前記メインＩＧＢＴ領域よりも小さい。前記センスダイオード領域の面積は、前記メインダイオード領域よりも小さい。前記センスＩＧＢＴ領域内に、前記半導体基板の表面に露出するｎ型のエミッタ領域と、前記エミッタ領域に接するｐ型のボディ領域と、前記ボディ領域によって前記エミッタ領域から分離されているＩＧＢＴドリフト領域と、前記半導体基板の裏面に露出しており、前記ＩＧＢＴドリフト領域によって前記ボディ領域から分離されているｐ型のコレクタ領域と、前記ボディ領域に接するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ボディ領域に対向するゲート電極が形成されている。前記センスダイオード領域内に、前記半導体基板の前記表面に露出するｐ型のアノード領域と、前記アノード領域に接するダイオードドリフト領域と、前記ダイオードドリフト領域によって前記アノード領域から分離されており、前記半導体基板の前記裏面に露出しており、前記ダイオードドリフト領域よりもｎ型不純物濃度が高いｎ型のカソード領域が形成されている。前記ＩＧＢＴドリフト領域及び前記ダイオードドリフト領域によって前記ボディ領域が前記アノード領域から分離されている。前記ＩＧＢＴドリフト領域と前記ダイオードドリフト領域の間に、前記ＩＧＢＴドリフト領域及び前記ダイオードドリフト領域よりもｎ型不純物濃度が高い高濃度ｎ型領域が形成されている。
ｎ型不純物濃度が高い高濃度ｎ型領域ではｎ型不純物や欠陥によってキャリアが散乱される。この半導体装置では、ＩＧＢＴドリフト領域とダイオードドリフト領域の間に高濃度ｎ型領域が形成されているので、センスＩＧＢＴ領域とセンスダイオード領域の間でキャリアが移動することが抑制される。したがって、センスＩＧＢＴ領域及びセンスダイオード領域の電流を正確に検出できる。
前記半導体装置においては、前記高濃度ｎ型領域が、半導体基板の上面から、前記ＩＧＢＴドリフト領域及び前記ダイオードドリフト領域の厚み方向の中央部よりも深い位置まで伸びていてもよい。
本明細書が開示する第３の半導体装置は、ＩＧＢＴが形成されているメインＩＧＢＴ領域と、ダイオードが形成されているメインダイオード領域と、ＩＧＢＴが形成されているセンスＩＧＢＴ領域と、ダイオードが形成されているセンスダイオード領域を有する半導体基板を有する。前記センスＩＧＢＴ領域の面積は、前記メインＩＧＢＴ領域よりも小さい。前記センスダイオード領域の面積は、前記メインダイオード領域よりも小さい。前記センスＩＧＢＴ領域内に、前記半導体基板の表面に露出するｎ型のエミッタ領域と、前記エミッタ領域に接するｐ型のボディ領域と、前記ボディ領域によって前記エミッタ領域から分離されているＩＧＢＴドリフト領域と、前記半導体基板の裏面に露出しており、前記ＩＧＢＴドリフト領域によって前記ボディ領域から分離されているｐ型のコレクタ領域と、前記ボディ領域に接するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ボディ領域に対向するゲート電極が形成されている。前記センスダイオード領域内に、前記半導体基板の前記表面に露出するｐ型のアノード領域と、前記アノード領域に接するダイオードドリフト領域と、前記ダイオードドリフト領域によって前記アノード領域から分離されており、前記半導体基板の前記裏面に露出しており、前記ダイオードドリフト領域よりもｎ型不純物濃度が高いｎ型のカソード領域が形成されている。前記ＩＧＢＴドリフト領域及び前記ダイオードドリフト領域によって前記ボディ領域が前記アノード領域から分離されている。前記ＩＧＢＴドリフト領域と前記ダイオードドリフト領域の間に、絶縁層が形成されている。
この半導体装置では、ＩＧＢＴドリフト領域とダイオードドリフト領域の間に絶縁層が形成されているので、センスＩＧＢＴ領域とセンスダイオード領域の間でキャリアが移動することが抑制される。したがって、センスＩＧＢＴ領域及びセンスダイオード領域の電流を正確に検出できる。
上述した半導体装置においては、前記絶縁層が、半導体基板の上面から、前記ＩＧＢＴドリフト領域及び前記ダイオードドリフト領域の厚み方向の中央部よりも深い位置まで伸びていてもよい。
半導体装置１０の平面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線における縦断面図。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における縦断面図。 実施例２の半導体装置の図２に対応する縦断面図。 実施例３の半導体装置の図２に対応する縦断面図。
図１に示す実施例の半導体装置１０は、メインＩＧＢＴ領域２０と、メインダイオード領域４０と、センスＩＧＢＴ領域６０と、センスダイオード領域８０が形成された半導体基板１２を有している。以下では、メインＩＧＢＴ領域２０とメインダイオード領域４０をまとめて、メイン領域という場合がある。また、以下では、センスＩＧＢＴ領域６０とセンスダイオード領域８０をまとめて、センス領域という場合がある。メイン領域は、半導体基板１２の略中央部に形成されている。メイン領域内には、複数のメインＩＧＢＴ領域２０と複数のメインダイオード領域４０が交互に繰り返し形成されている。センス領域は、メイン領域の外側に形成されている。図１に示すように、半導体基板１２の表面を平面視した際に、センスＩＧＢＴ領域６０の面積はメインＩＧＢＴ領域２０の面積よりも小さい。各ＩＧＢＴがオンした場合には、センスＩＧＢＴ領域６０には、メインＩＧＢＴ領域２０に対する面積比率に応じた電流が流れる。したがって、センスＩＧＢＴ領域６０に流れる電流を検出することで、その時にメインＩＧＢＴ領域２０に流れる電流を検出することができる。また、図１に示すように、半導体基板１２の表面を平面視した際に、センスダイオード領域８０の面積はメインダイオード領域４０の面積よりも小さい。したがって、各ダイオードがオンした場合には、センスダイオード領域８０には、メインダイオード領域４０に対する面積比率に応じた電流が流れる。したがって、センスダイオード領域８０に流れる電流を検出することで、メインダイオード領域４０に流れる電流を検出することができる。
図２は、センス領域の断面構造を示している。センス領域内においては、半導体基板１２の表面に表面電極１５が形成されており、半導体基板１２の裏面に裏面電極１６が形成されている。
センスＩＧＢＴ領域６０内の半導体基板１２内には、エミッタ領域６２、ボディ領域６４、ドリフト領域６６、コレクタ領域６８が形成されている。
エミッタ領域６２は、ｎ型領域であり、半導体基板１２の上面に露出する範囲に形成されている。エミッタ領域６２は、表面電極１５に対してオーミック接続されている。
ボディ領域６４は、ｐ型領域であり、半導体基板１２の上面に露出する範囲に形成されている。ボディ領域６４は、エミッタ領域６２の側方からエミッタ領域６２の下側まで伸びている。ボディ領域６４は、表面電極１５に対してオーミック接続されている。
ドリフト領域６６は、ｎ型領域であり、ボディ領域６４の下側に形成されている。ドリフト領域６６は、ボディ領域６４によってエミッタ領域６２から分離されている。ドリフト領域６６のｎ型不純物濃度は、１４×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であることが好ましい。
コレクタ領域６８は、ｐ型領域であり、ドリフト領域６６の下側に形成されている。コレクタ領域６８は、半導体基板１２の下面に露出する範囲に形成されている。コレクタ領域６８は、裏面電極１６に対してオーミック接続されている。コレクタ領域６８は、ドリフト領域６６によって、ボディ領域６４から分離されている。
センスＩＧＢＴ領域６０内の半導体基板１２の上面には、複数のトレンチが形成されている。各トレンチは、エミッタ領域６２に隣接する位置に形成されている。各トレンチは、ドリフト領域６６に達する深さまで伸びている。
センスＩＧＢＴ領域６０内の各トレンチの内面は、ゲート絶縁膜７２によって覆われている。また、各トレンチ内には、ゲート電極７４が配置されている。各ゲート電極７４は、ゲート絶縁膜７２によって半導体基板１２から絶縁されている。各ゲート電極７４は、ゲート絶縁膜７２を介して、エミッタ領域６２、ボディ領域６４及びドリフト領域６６に対向している。各ゲート電極７４の上部には、絶縁膜７６が形成されている。各ゲート電極７４は、絶縁膜７６によって表面電極１５から絶縁されている。
センスダイオード領域８０内の半導体基板１２内には、アノード領域８２、ドリフト領域６６及びカソード領域８４が形成されている。
アノード領域８２は、半導体基板１２の上面に露出する範囲に形成されている。アノード領域８２は、表面電極１５に対してオーミック接続されている。
アノード領域８２の下側には、上述したドリフト領域６６が形成されている。
カソード領域８４は、ｎ型領域であり、センスダイオード領域８０内ドリフト領域６６の下側に形成されている。カソード領域８４は、半導体基板１２の下面に露出する範囲に形成されている。カソード領域８４は、ドリフト領域６６よりも高いｎ型不純物濃度を有している。カソード領域８４のｎ型不純物濃度は、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましい。カソード領域８４は、裏面電極１６に対してオーミック接続されている。
センスＩＧＢＴ領域６０とセンスダイオード領域８０の間の分離領域９０には、上述したドリフト領域６６が形成されている。すなわち、ドリフト領域６６は、センスＩＧＢＴ領域６０内からセンスダイオード領域８０内まで連続して伸びている。すなわち、ドリフト領域６６とカソード領域８４からなるｎ型領域は、センスＩＧＢＴ領域６０からセンスダイオード領域８０に跨って延びている。分離領域９０内のドリフト領域６６によって、ボディ領域６４がアノード領域８２から分離されている。また、分離領域９０内のドリフト領域６６によって、ボディ領域６４がカソード領域８４から分離されている。また、分離領域９０内のドリフト領域６６によって、アノード領域８２がコレクタ領域６８から分離されている。また、コレクタ領域６８は分離領域９０内まで伸びており、カソード領域８４は分離領域９０内まで伸びている。分離領域９０内には、コレクタ領域６８とカソード領域８４の境界７８が形成されている。
また、半導体基板１２の裏面に露出する範囲であって、カソード領域８４を挟んでコレクタ領域６８の反対側に位置する領域には、外部ｐ型領域９２が形成されている。すなわち、カソード領域８４は、外部ｐ型領域９２とコレクタ領域６８の間に位置している。外部ｐ型領域９２は、ドリフト領域６６によってアノード領域８２から分離されている。
ボディ領域６４とアノード領域８２の間の距離Ａ（最短距離）は、ドリフト領域６６の電子の移動度とドリフト領域６６の電子のライフタイムの積よりも長い。このため、ボディ領域６４とアノード領域８２の間で電子が流れることが防止される。また、ドリフト領域６６におけるホールの移動度は電子よりも小さいので、ボディ領域６４とアノード領域８２の間でホールが流れることも防止される。したがって、ボディ領域６４とアノード領域８２の間で電流が流れることが防止される。
アノード領域８２とコレクタ領域６８の間の距離Ｂ（最短距離）は、ドリフト領域６６の電子の移動度とドリフト領域６６の電子のライフタイムの積よりも長い。このため、アノード領域８２とコレクタ領域６８の間で電子が流れることが防止される。また、ドリフト領域６６におけるホールの移動度は電子よりも小さいので、アノード領域８２とコレクタ領域６８の間でホールが流れることも防止される。したがって、アノード領域８２とコレクタ領域６８の間で電流が流れることが防止される。
ボディ領域６４とカソード領域８４の間の距離Ｃ（最短距離）は、ドリフト領域６６の電子の移動度とドリフト領域６６の電子のライフタイムの積よりも長い。このため、ボディ領域６４とカソード領域８４の間で電子が流れることが防止される。また、ドリフト領域６６におけるホールの移動度は電子よりも小さいので、ボディ領域６４とカソード領域８４の間でホールが流れることも防止される。したがって、ボディ領域６４とカソード領域８４の間で電流が流れることが防止される。なお、ドリフト領域６６とカソード領域８４を共通のｎ型領域として見た場合には、上述した距離Ｃは、ボディ領域６４とコレクタ領域６８の端面７８との間の距離とも言える。
アノード領域８２と外部ｐ型領域９２の間の距離Ｇ（最短距離）は、ドリフト領域６６の電子の移動度とドリフト領域６６の電子のライフタイムの積よりも長い。このため、アノード領域８２と外部ｐ型領域９２の間で電子が流れることが防止される。また、ドリフト領域６６におけるホールの移動度は電子よりも小さいので、アノード領域８２と外部ｐ型領域９２の間でホールが流れることも防止される。したがって、アノード領域８２と外部ｐ型領域９２の間で電流が流れることが防止される。
図３は、メイン領域（メインＩＧＢＴ領域２０とメインダイオード領域４０）の断面構造を示している。メイン領域内の半導体基板１２の表面には、表面電極１４が形成されている。半導体基板１２上においては、表面電極１４は、上述した表面電極１５から分離されている。メイン領域内の半導体基板１２の裏面には、センス領域と共通の裏面電極１６が形成されている。また、メイン領域内にも、上述したドリフト領域２６が形成されている。すなわち、ドリフト領域６６は、メイン領域からセンス領域に跨って伸びている。メインＩＧＢＴ領域２０の構造は、センスＩＧＢＴ領域６０と略等しい。すなわち、メインＩＧＢＴ領域２０内のエミッタ領域２２、ボディ領域２４、コレクタ領域４４、ゲート電極３４、ゲート絶縁膜３２及び絶縁膜３６は、センスＩＧＢＴ領域６０と略同様の構成を備えている。また、メインダイオード領域４０の構造は、センスダイオード領域８０と略等しい。すなわち、メインダイオード領域４０内のアノード領域４２及びカソード領域３０は、センスダイオード領域８０と略同様の構成を備えている。なお、メインダイオード領域４０内にも、上述したゲート電極３４及びゲート絶縁膜３２が形成されている。但し、他の実施例においては、メインダイオード領域４０内にゲート電極３４及びゲート絶縁膜３２が形成されていなくてもよい。
次に、センス領域のＩＧＢＴの動作について説明する。裏面電極１６が表面電極１５に対して高電位であり、ゲート電極７４に閾値以上の電位が印加されると、センスＩＧＢＴ領域６０内のＩＧＢＴがオンする。すなわち、ゲート絶縁膜７２の近傍のボディ領域６４にチャネルが形成され、電子が、表面電極１５から、エミッタ領域６２、チャネル、ドリフト領域６６及びコレクタ領域６８を経由して、裏面電極１６に流れる。また、ホールが、裏面電極１６から、コレクタ領域６８、ドリフト領域６６及びボディ領域６４を経由して、表面電極１５に流れる。このため、センスＩＧＢＴ領域６０内では、裏面電極１６から表面電極１５に向かって電流が流れる。このとき、センスダイオード領域８０内のダイオードには逆電圧が印加されるので、ダイオードはオフしている。すなわち、センスダイオード領域８０には電流が流れない。ここで、上述した距離Ａ、Ｂ、Ｃが、電流が流れない距離に設定されているので、センスＩＧＢＴ領域６０とセンスダイオード領域８０の間で電流が流れることが防止される。すなわち、センスＩＧＢＴ領域６０とセンスダイオード領域８０の間での電流の干渉が防止される。
このとき、メイン領域内のＩＧＢＴ及びダイオードは、センス領域内のＩＧＢＴ及びダイオードと同様に動作する。したがって、センス領域内のＩＧＢＴに電流が流れる際には、メイン領域内のＩＧＢＴにも電流が流れる。上記の通り、センス領域における電流干渉が防止されるので、センスＩＧＢＴ領域６０に流れる電流とメインＩＧＢＴ領域２０に流れる電流との比率は、センスＩＧＢＴ領域６０の面積とメインＩＧＢＴ領域２０の面積との比率により近くなる。したがって、センスＩＧＢＴ領域６０に流れる電流（すなわち、センス領域の表面電極１５に流れる電流）を検出することで、メインＩＧＢＴ領域２０に流れる電流を正確に検出することができる。
次に、センス領域のダイオードの動作について説明する。表面電極１５が裏面電極１６に対して高電位になると、センスダイオード領域８０内のダイオードがオンする。すなわち、電子が、裏面電極１６から、カソード領域８４、ドリフト領域６６及びアノード領域８２を経由して表面電極１５に流れる。また、ホールが、表面電極１５から、アノード領域８２、ドリフト領域６６及びカソード領域８４を経由して裏面電極１６に流れる。このため、センスダイオード領域８０内では、表面電極１５から裏面電極１６に向かって電流が流れる。このとき、センスＩＧＢＴ領域６０内のＩＧＢＴには逆電圧が印加されるので、ＩＧＢＴはオフしている。すなわち、センスＩＧＢＴ領域６０には電流が流れない。ここで、上述した距離Ａ、Ｂ、Ｃが、電流が流れない距離に設定されているので、センスＩＧＢＴ領域６０とセンスダイオード領域８０の間で電流が流れることが防止される。また、上述した距離Ｇが、電流が流れない距離に設定されているので、アノード領域８２と外部ｐ型領域９２の間電流が流れることが防止される。すなわち、センスダイオード領域８０とその周囲の領域（すなわち、センスＩＧＢＴ領域６０及び外部ｐ型領域９２）の間での電流の干渉が防止される。
このとき、メイン領域内のＩＧＢＴ及びダイオードは、センス領域内のＩＧＢＴ及びダイオードと同様に動作する。したがって、センス領域内のダイオードに電流が流れる際には、メイン領域内のダオイードにも電流が流れる。上記の通り、センス領域における電流干渉が防止されるので、センスダイオード領域８０に流れる電流とメインダイオード領域４０に流れる電流との比率は、センスダイオード領域８０の面積とメインダイオード領域４０の面積との比率により近くなる。したがって、センスダイオード領域８０に流れる電流（すなわち、センス領域の表面電極１５に流れる電流）を検出することで、メインダイオード領域４０に流れる電流を正確に検出することができる。
なお、電子の移動度は温度によって変化する。したがって、半導体装置１０の動作時の温度に基づいて前記距離Ａ、Ｂ、Ｃを設定することが好ましい。例えば、半導体基板１２がシリコンであり、半導体基板１２の厚さが１６５μｍであり、動作温度が１５０℃であり、ドリフト領域６６のｎ型不純物濃度が１×１０１５〜１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である場合には、図２に示す距離Ｄ、Ｅ、Ｆをそれぞれ５８０μｍ以上とすることで、上述した距離Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｇを電流干渉が生じない距離とすることができる。なお、距離Ｄは、ボディ領域６４と境界７８の間の横方向（半導体基板１２の裏面に平行な方向）の距離であり、距離Ｅはアノード領域８２と境界７８の間の横方向の距離であり、距離Ｆはアノード領域８２と外部ｐ型領域９２の間の横方向の距離である。
実施例２の半導体装置の構成は、高濃度ｎ型領域１００、１０２を除いて、実施例１の半導体装置１０と等しい。実施例２の半導体装置では、図４に示すように、分離領域９０内の半導体基板１２内に、高濃度ｎ型領域１００が形成されている。高濃度ｎ型領域１００は、ドリフト領域６６よりも高いｎ型不純物濃度を有している。高濃度ｎ型領域１００のｎ型不純物濃度は、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましい。高濃度ｎ型領域１００は、半導体基板１２の表面からコレクタ領域６８とカソード領域８４の境界７８まで伸びている。このため、ドリフト領域６６が、ＩＧＢＴドリフト領域６６ａとダイオードドリフト領域６６ｂに分離されている。また、高濃度ｎ型領域１００と略同様の高濃度ｎ型領域１０２が、外部ｐ型領域９２とカソード領域８４の境界上にも形成されている。なお、実施例２の半導体装置では、上述した距離Ａ〜Ｇは、どのように設定されていてもかまわない。
上述した高濃度ｎ型領域１００、１０２は、高濃度のｎ型不純物を有している。ｎ型不純物は、キャリアを散乱する。高濃度ｎ型領域１００はセンスＩＧＢＴ領域６０とセンスダイオード領域８０の間に形成されているので、高濃度ｎ型領域１００によってセンスＩＧＢＴ領域６０とセンスダイオード領域８０の間の電流干渉が防止される。また、高濃度ｎ型領域１０２はセンスダイオード領域８０と外部ｐ型領域９２の間に形成されているので、高濃度ｎ型領域１００によってセンスダイオード領域８０と外部ｐ型領域９２の間の電流干渉が防止される。したがって、センスＩＧＢＴ領域６０の電流を検出することで、メインＩＧＢＴ領域２０の電流を正確に検出することができる。また、センスダイオード領域８０の電流を検出することで、メインダイオード領域４０の電流を正確に検出することができる。
なお、図４では、高濃度ｎ型領域１００、１０２が半導体基板１２の表面から裏面側の領域（すなわち、コレクタ領域６８、カソード領域８４及び外部ｐ型領域９２）まで伸びているが、高濃度ｎ型領域１００がより浅い領域にのみ形成されていてもよい。すなわち、半導体基板１２の表面から所定の深さまで高濃度ｎ型領域が形成されており、その高濃度ｎ型領域の下側にドリフト領域６６が形成されていてもよい（すなわち、ＩＧＢＴドリフト領域６６ａとダイオードドリフト領域６６ｂが完全に分離されていなくてもよい）。但し、この場合には、高濃度ｎ型領域１００、１０２は、半導体基板１２の表面から、ドリフト領域６６の厚み方向の中央よりも深い位置まで伸びていることが好ましい。この程度の深さまで高濃度ｎ型領域を形成しておくことで、効果的に電流干渉を抑制することができる。また、図４では、高濃度ｎ型領域１００、１０２が半導体基板１２の表面に露出するように形成されていたが、高濃度ｎ型領域の上端が半導体基板１２の内部に位置していてもよい。この場合、高濃度ｎ型領域の上端と半導体基板１２の表面の間に他の半導体層（例えば、ドリフト領域６６）が存在することになる。このような構成でも、高濃度ｎ型領域の上端と半導体基板１２の表面の間の間隔が極めて短ければ、電流干渉を十分に抑制することができる。
実施例３の半導体装置の構成は、絶縁層１１０、１１２を除いて、実施例１の半導体装置１０と等しい。実施例３の半導体装置では、図５に示すように、分離領域９０内の半導体基板１２の表面にトレンチが形成されており、そのトレンチ内に絶縁層１１０が形成されていてもよい。絶縁層１１０は、半導体基板１２の表面からドリフト領域６６内に伸びている。絶縁層１１０の下端の下側には、ドリフト領域６６が存在している。すなわち、実施例３では、ＩＧＢＴドリフト領域６６ａとダイオードドリフト領域６６ｂは完全には分離されていない。また、絶縁層１１０と同様の絶縁層１１２が、外部ｐ型領域９２とカソード領域８４の境界上にも形成されている。なお、実施例３の半導体装置では、上述した距離Ａ〜Ｇは、どのように設定されていてもかまわない。
絶縁層１１０はセンスＩＧＢＴ領域６０とセンスダイオード領域８０の間に形成されているので、絶縁層１１０によってセンスＩＧＢＴ領域６０とセンスダイオード領域８０の間の電流干渉が防止される。また、絶縁層１１２はセンスダイオード領域８０と外部ｐ型領域９２の間に形成されているので、絶縁層１１２によってセンスダイオード領域８０と外部ｐ型領域９２の間の電流干渉が防止される。したがって、センスＩＧＢＴ領域６０の電流を検出することで、メインＩＧＢＴ領域２０の電流を正確に検出することができる。また、センスダイオード領域８０の電流を検出することで、メインダイオード領域４０の電流を正確に検出することができる。
なお、実施例３では、絶縁層１１０、１１２は、半導体基板１２の表面から、ドリフト領域６６の厚み方向の中央よりも深い位置まで伸びていることが好ましい。この程度の深さまで絶縁層を形成しておくことで、効果的に電流干渉を抑制することができる。また、絶縁層１１０、１１２がドリフト層６６を貫通していてもよい。また、図５では、絶縁層１１０、１１２が半導体基板１２の表面に露出するように形成されていたが、絶縁層の上端が半導体基板１２の内部に位置していてもよい。すなわち、絶縁層が半導体基板１２内に埋め込まれていてもよい。この場合、絶縁層の上端と半導体基板１２の表面の間に他の半導体層（例えば、ドリフト領域６６）が存在することになる。このような構成でも、絶縁層の上端と半導体基板１２の表面の間の間隔が極めて短ければ、電流干渉を十分に抑制することができる。
なお、上述した実施例１〜３では、トレンチ型のゲート電極を有する半導体装置について説明したが、プレーナ型のゲート電極を有する半導体装置に本明細書に開示の技術を適用してもよい。
また、別の実施例では、コレクタ領域６８、カソード領域８４及び外部ｐ型領域９２の上側に、ドリフト領域６６よりもｎ型不純物濃度が高いｎ型のバッファ領域が形成されていてもよい。すなわち、ドリフト領域６６と領域６８、８４及び９２との間に、バッファ領域が形成されていてもよい。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わ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み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの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。
１０：半導体装置
１２：半導体基板
１４：表面電極
１５：表面電極
１６：裏面電極
２０：メインＩＧＢＴ領域
２２：エミッタ領域
２４：ボディ領域
２６：ドリフト領域
３０：カソード領域
３２：ゲート絶縁膜
３４：ゲート電極
３６：絶縁膜
４０：メインダイオード領域
４２：アノード領域
４４：コレクタ領域
６０：センスＩＧＢＴ領域
６２：エミッタ領域
６４：ボディ領域
６６：ドリフト領域
６６ａ：ＩＧＢＴドリフト領域
６６ｂ：ダイオードドリフト領域
６８：コレクタ領域
７２：ゲート絶縁膜
７４：ゲート電極
７６：絶縁膜
７８：境界
８０：センスダイオード領域
８２：アノード領域
８４：カソード領域
９０：分離領域
９２：外部ｐ型領域
１００：高濃度ｎ型領域
１０２：高濃度ｎ型領域
１１０：絶縁層
１１２：絶縁層

Claims (1)

  1. ＩＧＢＴが形成されているメインＩＧＢＴ領域と、ダイオードが形成されているメインダイオード領域と、ＩＧＢＴが形成されているセンスＩＧＢＴ領域と、ダイオードが形成されているセンスダイオード領域を有する半導体基板を有する半導体装置であって、
    前記センスＩＧＢＴ領域の面積は、前記メインＩＧＢＴ領域よりも小さく、
    前記センスダイオード領域の面積は、前記メインダイオード領域よりも小さく、
    前記センスＩＧＢＴ領域内に、
    前記半導体基板の表面に露出するｎ型のエミッタ領域と、
    前記エミッタ領域に接するｐ型のボディ領域と、
    前記ボディ領域によって前記エミッタ領域から分離されているｎ型のＩＧＢＴドリフト領域と、
    前記半導体基板の裏面に露出しており、前記ＩＧＢＴドリフト領域によって前記ボディ領域から分離されているｐ型のコレクタ領域と、
    前記ボディ領域に接するゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜を介して前記ボディ領域に対向するゲート電極、
    が形成されており、
    前記センスダイオード領域内に、
    前記半導体基板の前記表面に露出するｐ型のアノード領域と、
    前記アノード領域に接するｎ型のダイオードドリフト領域と、
    前記ダイオードドリフト領域によって前記アノード領域から分離されており、前記半導体基板の前記裏面に露出しており、前記ダイオードドリフト領域よりもｎ型不純物濃度が高いｎ型のカソード領域、
    が形成されており、
    前記ＩＧＢＴドリフト領域及び前記ダイオードドリフト領域によって前記ボディ領域が前記アノード領域から分離されており、
    前記ＩＧＢＴドリフト領域と前記ダイオードドリフト領域の間に、前記ＩＧＢＴドリフト領域及び前記ダイオードドリフト領域よりもｎ型不純物濃度が高い高濃度ｎ型領域が形成されており、
    前記高濃度ｎ型領域が、半導体基板の上面から、前記ＩＧＢＴドリフト領域及び前記ダイオードドリフト領域の厚み方向の中央部よりも深い位置まで伸びている、
    半導体装置。
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