JP6992476B2 - Semiconductor device - Google Patents

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

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

従来、トランジスタ部およびダイオード部を有する半導体装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1 国際公開第2015/068203号
Conventionally, a semiconductor device having a transistor portion and a diode portion is known (see, for example, Patent Document 1).
Patent Document 1 International Publication No. 2015/068203

トランジスタ部およびダイオード部を有する半導体装置(いわゆる、逆導通IGBT)では、ノイズの影響を低減したり、電流集中を緩和したりして、素子の破壊耐性を向上することが求められている。とりわけ、本発明では、半導体装置の電流集中を緩和可能な半導体装置を提供することを目的とする。 In a semiconductor device having a transistor portion and a diode portion (so-called reverse conduction IGBT), it is required to reduce the influence of noise and alleviate the current concentration to improve the destruction resistance of the device. In particular, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of alleviating the current concentration of the semiconductor device.

本発明の第1の態様においては、トランジスタ部とダイオード部とを有する半導体装置であって、トランジスタ部とダイオード部とが隣接する領域に形成され、トランジスタ部とダイオード部との干渉を防止する境界領域を有し、トランジスタ部およびダイオード部は、予め定められた配列方向に配列された複数のトレンチ部を備える半導体装置を提供する。ダイオード部は、半導体基板のおもて面側とは反対側の面に第1導電型のカソード領域を備えてよい。ダイオード部の配列方向における幅は、トランジスタ部の配列方向における幅よりも大きくてよい。カソード領域は、配列方向において境界領域まで延伸して設けられていてよい。 In the first aspect of the present invention, the semiconductor device has a transistor portion and a diode portion, and the transistor portion and the diode portion are formed in an adjacent region to prevent interference between the transistor portion and the diode portion. The transistor portion and the diode portion have a region, and provide a semiconductor device including a plurality of trench portions arranged in a predetermined arrangement direction. The diode portion may be provided with a first conductive type cathode region on the surface of the semiconductor substrate opposite to the front surface side. The width of the diode portion in the arrangement direction may be larger than the width of the transistor portion in the arrangement direction. The cathode region may be provided extending to the boundary region in the arrangement direction.

配列方向において、ダイオード部の幅が、1500μm以上であってよい。 In the arrangement direction, the width of the diode portion may be 1500 μm or more.

半導体装置は、複数のトランジスタ部および複数のダイオード部を備えてよい。複数のダイオード部の総面積は、複数のトランジスタ部の総面積より大きくてよい。 The semiconductor device may include a plurality of transistor portions and a plurality of diode portions. The total area of the plurality of diode portions may be larger than the total area of the plurality of transistor portions.

半導体装置は、半導体基板の上面の上方に設けられたゲート金属層と、半導体基板の上面の上方に設けられたエミッタ電極と、トランジスタ部において半導体基板の上面側に設けられた第1導電型のエミッタ領域と、トランジスタ部において半導体基板の上面側に設けられ、ゲート金属層と電気的に接続され、エミッタ領域と接するゲートトレンチ部と、ダイオード部において半導体基板の上面側に設けられ、エミッタ電極と電気的に接続されたエミッタトレンチ部とを更に備えてよい。エミッタトレンチ部は、トランジスタ部においても、ゲートトレンチ部の間に一定の周期で配置されていてよい。 The semiconductor device includes a gate metal layer provided above the upper surface of the semiconductor substrate, an emitter electrode provided above the upper surface of the semiconductor substrate, and a first conductive type provided on the upper surface side of the semiconductor substrate in the transistor portion. The emitter region, the gate trench portion provided on the upper surface side of the semiconductor substrate in the transistor portion and electrically connected to the gate metal layer and in contact with the emitter region, and the emitter electrode provided on the upper surface side of the semiconductor substrate in the diode portion. Further, an electrically connected emitter trench portion may be provided. The emitter trench portion may be arranged in the transistor portion as well as between the gate trench portions at a constant cycle.

半導体装置は、半導体基板の上面側に設けられ、ゲート金属層と電気的に接続され、エミッタ領域と接していないダミートレンチ部を更に備えてよい。 The semiconductor device may further include a dummy trench portion provided on the upper surface side of the semiconductor substrate, electrically connected to the gate metal layer, and not in contact with the emitter region.

境界領域は、トランジスタ部のデバイス構造とも、ダイオード部のデバイス構造とも異なるデバイス構造を有する領域であってよい。 The boundary region may be a region having a device structure different from the device structure of the transistor portion and the device structure of the diode portion.

半導体装置は、半導体基板の上面側の上方に設けられる層間絶縁膜と、トランジスタ部およびダイオード部において、トレンチ部間の層間絶縁膜に設けられエミッタ電極が埋め込まれるコンタクトホールとを更に備えてよい。境界領域のトレンチ部間の層間絶縁膜には、コンタクトホールが設けられていなくてよい。 The semiconductor device may further include an interlayer insulating film provided above the upper surface side of the semiconductor substrate, and a contact hole provided in the interlayer insulating film between the trench portions in the transistor portion and the diode portion and in which the emitter electrode is embedded. The interlayer insulating film between the trenches in the boundary region does not have to be provided with a contact hole.

ダイオード部は、境界領域と非境界領域とを有してよい。ダイオード部の境界領域におけるカソード領域の濃度は、ダイオード部の非境界領域におけるカソード領域の濃度よりも高くてよい。 The diode portion may have a boundary region and a non-boundary region. The concentration of the cathode region in the boundary region of the diode portion may be higher than the concentration of the cathode region in the non-boundary region of the diode portion.

半導体装置は、半導体基板の上面側とは反対側に設けられた下面ライフタイムキラーを更に備えてよい。ダイオード部は、境界領域と非境界領域とを有してよい。ダイオード部の境界領域における下面ライフタイムキラーの濃度は、ダイオード部の非境界領域における下面ライフタイムキラーの濃度よりも低くてよい。 The semiconductor device may further include a lower surface lifetime killer provided on the side opposite to the upper surface side of the semiconductor substrate. The diode portion may have a boundary region and a non-boundary region. The concentration of the bottom surface lifetime killer in the boundary region of the diode portion may be lower than the concentration of the bottom surface lifetime killer in the non-boundary region of the diode portion.

半導体装置は、半導体基板の上面側において、少なくともダイオード部の非境界領域に導入される上面ライフタイムキラーを更に備えてよい。カソード領域は、上面ライフタイムキラーよりもトランジスタ部側に延伸して設けられてよい。 The semiconductor device may further include an upper surface lifetime killer introduced at least in the non-boundary region of the diode portion on the upper surface side of the semiconductor substrate. The cathode region may be provided so as to extend toward the transistor portion from the upper surface lifetime killer.

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The outline of the above invention does not list all the features of the present invention. A subcombination of these feature groups can also be an invention.

実施例1に係る半導体装置100の上面図の一例である。This is an example of a top view of the semiconductor device 100 according to the first embodiment. 実施例1に係る半導体装置100のa-a'断面図の一例である。It is an example of the aa'cross-sectional view of the semiconductor device 100 according to the first embodiment. 実施例2に係る半導体装置100の上面図の一例である。It is an example of the top view of the semiconductor device 100 which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る半導体装置100のb-b'断面図の一例である。It is an example of the bb'cross-sectional view of the semiconductor device 100 according to the second embodiment. 半導体装置100の変形例である。This is a modification of the semiconductor device 100. 比較例に係る半導体装置500の上面図である。It is a top view of the semiconductor device 500 which concerns on a comparative example. 半導体装置500のチップ全体図の一例を示す。An example of the whole chip diagram of the semiconductor device 500 is shown. 半導体装置100のチップ全体図の一例を示す。An example of the whole chip diagram of the semiconductor device 100 is shown. 電流密度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the current density distribution. 半導体装置100と半導体装置500のターンオフ波形を示すグラフである。It is a graph which shows the turn-off waveform of the semiconductor device 100 and the semiconductor device 500. フルゲートの半導体装置の伝導電流密度分布を示す。The conduction current density distribution of a full-gate semiconductor device is shown. エミッタトレンチ部Eを有する半導体装置の伝導電流密度分布を示す。The conduction current density distribution of the semiconductor device having an emitter trench part E is shown. エミッタトレンチ部Eを有する半導体装置の伝導電流密度分布を示す。The conduction current density distribution of the semiconductor device having an emitter trench part E is shown. エミッタトレンチ部Eを有する半導体装置の伝導電流密度分布を示す。The conduction current density distribution of the semiconductor device having an emitter trench part E is shown. 実施例3に係る半導体装置100の構成の一例を示す。An example of the configuration of the semiconductor device 100 according to the third embodiment is shown. 実施例4に係る半導体装置100の構成の一例を示す。An example of the configuration of the semiconductor device 100 according to the fourth embodiment is shown. 実施例5に係る半導体装置100の構成の一例を示す。An example of the configuration of the semiconductor device 100 according to the fifth embodiment is shown.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention to which the claims are made. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.

本明細書においては、半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の2つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」、「おもて」、「裏」の方向は重力方向、または、半導体装置の実装時における基板等への取り付け方向に限定されない。 In the present specification, one side in the direction parallel to the depth direction of the semiconductor substrate is referred to as "upper", and the other side is referred to as "lower". Of the two main surfaces of the substrate, layer or other member, one surface is referred to as the upper surface and the other surface is referred to as the lower surface. The directions of "top", "bottom", "front", and "back" are not limited to the direction of gravity or the direction of mounting on a substrate or the like when mounting a semiconductor device.

本明細書では、X軸、Y軸およびZ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。本明細書では、半導体基板の上面と平行な面をXY面とし、半導体基板の深さ方向をZ軸とする。なお、本明細書において、Z軸方向に半導体基板を視た場合について平面視と称する。 In the present specification, technical matters may be described using orthogonal coordinate axes of X-axis, Y-axis, and Z-axis. In the present specification, the plane parallel to the upper surface of the semiconductor substrate is defined as the XY plane, and the depth direction of the semiconductor substrate is defined as the Z axis. In the present specification, the case where the semiconductor substrate is viewed in the Z-axis direction is referred to as a plan view.

各実施例においては、第1導電型をN型、第2導電型をP型とした例を示しているが、第1導電型をP型、第2導電型をN型としてもよい。この場合、各実施例における基板、層、領域等の導電型は、それぞれ逆の極性となる。 In each embodiment, an example in which the first conductive type is N type and the second conductive type is P type is shown, but the first conductive type may be P type and the second conductive type may be N type. In this case, the conductive types such as the substrate, the layer, and the region in each embodiment have opposite polarities.

本明細書では、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ドーピング濃度および低ドーピング濃度であることを意味する。 As used herein, it means that in the layer or region labeled with n or p, electrons or holes are a large number of carriers, respectively. Further, + and-attached to n and p mean that the doping concentration is higher and the doping concentration is lower than that of the layer or region to which it is not attached, respectively.

図1Aは、実施例1に係る半導体装置100の構成の一例を示す。本例の半導体装置100は、トランジスタ部70およびダイオード部80を備える半導体チップである。例えば、半導体装置100は、逆導通IGBT(RC-IGBT:Reverse Conducting IGBT)である。 FIG. 1A shows an example of the configuration of the semiconductor device 100 according to the first embodiment. The semiconductor device 100 of this example is a semiconductor chip including a transistor unit 70 and a diode unit 80. For example, the semiconductor device 100 is a reverse conduction IGBT (RC-IGBT: Reverse Conducting IGBT).

トランジスタ部70は、エミッタ領域12およびゲートトレンチ部40を有する領域である。本例のトランジスタ部70は、半導体基板10の下面側に設けられたコレクタ領域を半導体基板10の上面に投影した領域であるがこれに限られない。コレクタ領域は、第2導電型を有する。本例のコレクタ領域は、一例としてP+型である。トランジスタ部70は、IGBT等のトランジスタを含む。 The transistor portion 70 is a region having an emitter region 12 and a gate trench portion 40. The transistor portion 70 of this example is a region in which a collector region provided on the lower surface side of the semiconductor substrate 10 is projected onto the upper surface of the semiconductor substrate 10, but the region is not limited to this. The collector region has a second conductive type. The collector area of this example is P + type as an example. The transistor unit 70 includes a transistor such as an IGBT.

ダイオード部80は、半導体基板10の上面においてトランジスタ部70と隣接して設けられた還流ダイオード(FWD:Free Wheel Diode)等のダイオードを含む。本例のダイオード部80は、カソード領域82を半導体基板10の上面に投影した領域であって、トランジスタ部70以外の領域であるが、これに限らない。 The diode section 80 includes a diode such as a freewheeling diode (FWD: Free Wheel Diode) provided adjacent to the transistor section 70 on the upper surface of the semiconductor substrate 10. The diode portion 80 of this example is a region in which the cathode region 82 is projected onto the upper surface of the semiconductor substrate 10, and is a region other than the transistor portion 70, but is not limited to this.

図1Aにおいては、半導体装置100のエッジ側であるチップ端部周辺の領域を示しており、他の領域を省略している。なお、本例では、便宜上、X軸方向の負側のエッジについて説明するものの、半導体装置100の他のエッジについても同様である。 In FIG. 1A, a region around a chip end portion on the edge side of the semiconductor device 100 is shown, and other regions are omitted. In this example, for convenience, the negative edge in the X-axis direction will be described, but the same applies to the other edges of the semiconductor device 100.

半導体基板10は、シリコン基板であってよく、炭化シリコン基板であってよく、窒化ガリウム等の窒化物半導体基板等であってもよい。本例の半導体基板10は、シリコン基板である。 The semiconductor substrate 10 may be a silicon substrate, a silicon carbide substrate, a nitride semiconductor substrate such as gallium nitride, or the like. The semiconductor substrate 10 of this example is a silicon substrate.

本例の半導体装置100は、半導体基板10の上面において、ゲートトレンチ部40、ダミートレンチ部30、エミッタトレンチ部60、ウェル領域11、エミッタ領域12、ベース領域14およびコンタクト領域15を備える。また、本例の半導体装置100は、半導体基板10の上面の上方に設けられたエミッタ電極52およびゲート金属層50を備える。 The semiconductor device 100 of this example includes a gate trench portion 40, a dummy trench portion 30, an emitter trench portion 60, a well region 11, an emitter region 12, a base region 14, and a contact region 15 on the upper surface of the semiconductor substrate 10. Further, the semiconductor device 100 of this example includes an emitter electrode 52 and a gate metal layer 50 provided above the upper surface of the semiconductor substrate 10.

エミッタ電極52およびゲート金属層50は、金属を含む材料で形成される。例えば、エミッタ電極52の少なくとも一部の領域は、アルミニウム、アルミニウム‐シリコン合金またはアルミニウム‐シリコン‐銅合金で形成されてよい。ゲート金属層50の少なくとも一部の領域は、アルミニウム、アルミニウム‐シリコン合金またはアルミニウム‐シリコン‐銅合金で形成されてよい。エミッタ電極52およびゲート金属層50は、アルミニウム等で形成された領域の下層にチタンやチタン化合物等で形成されたバリアメタルを有してよい。エミッタ電極52およびゲート金属層50は、互いに分離して設けられる。 The emitter electrode 52 and the gate metal layer 50 are formed of a material containing metal. For example, at least a portion of the emitter electrode 52 may be formed of aluminum, aluminum-silicon alloy or aluminum-silicon-copper alloy. At least a partial region of the gate metal layer 50 may be formed of aluminum, aluminum-silicon alloy or aluminum-silicon-copper alloy. The emitter electrode 52 and the gate metal layer 50 may have a barrier metal formed of titanium, a titanium compound, or the like in the lower layer of a region formed of aluminum or the like. The emitter electrode 52 and the gate metal layer 50 are provided separately from each other.

エミッタ電極52およびゲート金属層50は、層間絶縁膜を挟んで、半導体基板10の上方に設けられる。層間絶縁膜は、図1Aでは省略されている。層間絶縁膜には、コンタクトホール49、コンタクトホール54およびコンタクトホール56が貫通して設けられている。 The emitter electrode 52 and the gate metal layer 50 are provided above the semiconductor substrate 10 with the interlayer insulating film interposed therebetween. The interlayer insulating film is omitted in FIG. 1A. The interlayer insulating film is provided with a contact hole 49, a contact hole 54, and a contact hole 56 penetrating.

コンタクトホール49は、ゲート金属層50とゲートランナー48とを接続する。コンタクトホール49の内部には、タングステン等で形成されたプラグが形成されてもよい。 The contact hole 49 connects the gate metal layer 50 and the gate runner 48. A plug made of tungsten or the like may be formed inside the contact hole 49.

ゲートランナー48は、ゲート金属層50とトランジスタ部70のゲートトレンチ部40とを接続する。一例において、ゲートランナー48は、半導体基板10の上面において、ゲートトレンチ部40内のゲート導電部およびダミートレンチ部30内のダミー導電部と接続される。ゲートランナー48は、エミッタトレンチ部60内のエミッタ導電部とは接続されない。例えば、ゲートランナー48は、不純物がドープされたポリシリコン等で形成される。 The gate runner 48 connects the gate metal layer 50 and the gate trench portion 40 of the transistor portion 70. In one example, the gate runner 48 is connected to the gate conductive portion in the gate trench portion 40 and the dummy conductive portion in the dummy trench portion 30 on the upper surface of the semiconductor substrate 10. The gate runner 48 is not connected to the emitter conductive portion in the emitter trench portion 60. For example, the gate runner 48 is formed of polyether that is doped with impurities or the like.

本例のゲートランナー48は、コンタクトホール49の下方から、ゲートトレンチ部40の先端部まで設けられる。ゲートランナー48と半導体基板10の上面との間には、酸化膜等の層間絶縁膜が設けられる。ゲートトレンチ部40の先端部において、ゲート導電部は半導体基板10の上面に露出している。ゲートトレンチ部40は、ゲート導電部の当該露出した部分にて、ゲートランナー48と接触する。 The gate runner 48 of this example is provided from below the contact hole 49 to the tip of the gate trench portion 40. An interlayer insulating film such as an oxide film is provided between the gate runner 48 and the upper surface of the semiconductor substrate 10. At the tip of the gate trench portion 40, the gate conductive portion is exposed on the upper surface of the semiconductor substrate 10. The gate trench portion 40 comes into contact with the gate runner 48 at the exposed portion of the gate conductive portion.

コンタクトホール56は、エミッタ電極52とエミッタトレンチ部60内のエミッタ導電部とを接続する。コンタクトホール56の内部には、タングステン等で形成されたプラグが設けられてもよい。 The contact hole 56 connects the emitter electrode 52 and the emitter conductive portion in the emitter trench portion 60. A plug made of tungsten or the like may be provided inside the contact hole 56.

接続部25は、エミッタ電極52とエミッタ導電部との間に設けられる。接続部25は、不純物がドープされたポリシリコン等の、導電性を有する材料である。接続部25は、酸化膜等の層間絶縁膜等を介して、半導体基板10の上面の上方に設けられる。 The connecting portion 25 is provided between the emitter electrode 52 and the emitter conductive portion. The connection portion 25 is a conductive material such as polysilicon doped with impurities. The connecting portion 25 is provided above the upper surface of the semiconductor substrate 10 via an interlayer insulating film such as an oxide film.

ゲートトレンチ部40は、予め定められた配列方向(本例ではY軸方向)に沿って予め定められた間隔で配列される。本例のゲートトレンチ部40は、半導体基板10の上面に平行であって配列方向と垂直な延伸方向(本例ではX軸方向)に沿って延伸する2つの延伸部分41と、2つの延伸部分41を接続する接続部分43を有してよい。本例のゲートトレンチ部40は、ゲート金属層50と電気的に接続されている。また、ゲートトレンチ部40は、エミッタ領域12と接している。 The gate trench portions 40 are arranged at predetermined intervals along a predetermined arrangement direction (Y-axis direction in this example). The gate trench portion 40 of this example has two stretched portions 41 and two stretched portions that are parallel to the upper surface of the semiconductor substrate 10 and stretched along a stretching direction (X-axis direction in this example) perpendicular to the arrangement direction. It may have a connection portion 43 to connect the 41. The gate trench portion 40 of this example is electrically connected to the gate metal layer 50. Further, the gate trench portion 40 is in contact with the emitter region 12.

接続部分43は、少なくとも一部が曲線状に設けられることが好ましい。ゲートトレンチ部40の2つの延伸部分41の端部を接続することで、延伸部分41の端部における電界集中を緩和することができる。ゲートトレンチ部40の接続部分43において、ゲートランナー48がゲート導電部と接続されてよい。 It is preferable that at least a part of the connecting portion 43 is provided in a curved shape. By connecting the ends of the two stretched portions 41 of the gate trench portion 40, the electric field concentration at the ends of the stretched portion 41 can be relaxed. At the connecting portion 43 of the gate trench portion 40, the gate runner 48 may be connected to the gate conductive portion.

ダミートレンチ部30は、ゲートトレンチ部40と同様に、予め定められた配列方向(本例ではY軸方向)に沿って予め定められた間隔で配列される。本例のダミートレンチ部30は、ゲートトレンチ部40と同様に、半導体基板10の上面においてU字形状を有してよい。即ち、ダミートレンチ部30は、延伸方向に沿って延伸する2つの延伸部分31と、2つの延伸部分31を接続する接続部分33を有してよい。ダミートレンチ部30は、ゲート金属層50と電気的に接続されている。但し、ダミートレンチ部30は、エミッタ領域12と接していない点でゲートトレンチ部40と相違する。例えば、半導体装置100は、ゲートトレンチ部40とダミートレンチ部30との比率を調整することにより、ゲートエミッタ間容量を調整することができる。 Similar to the gate trench portion 40, the dummy trench portions 30 are arranged at predetermined intervals along a predetermined arrangement direction (Y-axis direction in this example). Like the gate trench portion 40, the dummy trench portion 30 of this example may have a U-shape on the upper surface of the semiconductor substrate 10. That is, the dummy trench portion 30 may have two stretching portions 31 that stretch along the stretching direction and a connecting portion 33 that connects the two stretching portions 31. The dummy trench portion 30 is electrically connected to the gate metal layer 50. However, the dummy trench portion 30 is different from the gate trench portion 40 in that it is not in contact with the emitter region 12. For example, the semiconductor device 100 can adjust the capacitance between the gate and the emitter by adjusting the ratio of the gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30.

エミッタトレンチ部60は、ゲートトレンチ部40と同様に、予め定められた配列方向(本例ではY軸方向)に沿って予め定められた間隔で配列される。本例のエミッタトレンチ部60は、ゲートトレンチ部40と同様に、半導体基板10の上面においてU字形状を有してよい。即ち、エミッタトレンチ部60は、延伸方向に沿って延伸する2つの延伸部分61と、2つの延伸部分61を接続する接続部分63を有してよい。エミッタトレンチ部60は、エミッタ電極52と電気的に接続されている。例えば、エミッタトレンチ部60をダイオード部80に設けることにより、エミッタトレンチ部60の周囲の電位が振れにくくなる。 Like the gate trench portion 40, the emitter trench portions 60 are arranged at predetermined intervals along a predetermined arrangement direction (Y-axis direction in this example). Like the gate trench portion 40, the emitter trench portion 60 of this example may have a U-shape on the upper surface of the semiconductor substrate 10. That is, the emitter trench portion 60 may have two stretched portions 61 that stretch along the stretching direction and a connecting portion 63 that connects the two stretched portions 61. The emitter trench portion 60 is electrically connected to the emitter electrode 52. For example, by providing the emitter trench portion 60 in the diode portion 80, the potential around the emitter trench portion 60 is less likely to fluctuate.

エミッタ電極52は、ゲートトレンチ部40、ダミートレンチ部30、エミッタトレンチ部60、ウェル領域11、エミッタ領域12、ベース領域14およびコンタクト領域15の上方に設けられる。 The emitter electrode 52 is provided above the gate trench portion 40, the dummy trench portion 30, the emitter trench portion 60, the well region 11, the emitter region 12, the base region 14, and the contact region 15.

ウェル領域11は、後述するドリフト領域18よりも半導体基板10の上面側に設けられた第2導電型の領域である。ウェル領域11は、一例としてP+型である。ウェル領域11は、ゲート金属層50が設けられる側の活性領域の端部から、予め定められた範囲で設けられる。ウェル領域11の拡散深さは、ゲートトレンチ部40、ダミートレンチ部30およびエミッタトレンチ部60の深さよりも深くてよい。ゲートトレンチ部40、ダミートレンチ部30およびエミッタトレンチ部60の、ゲート金属層50側の一部の領域は、ウェル領域11に設けられる。ゲートトレンチ部40、ダミートレンチ部30およびエミッタトレンチ部60の延伸方向の端の底は、ウェル領域11に覆われてよい。 The well region 11 is a second conductive type region provided on the upper surface side of the semiconductor substrate 10 with respect to the drift region 18 described later. The well region 11 is P + type as an example. The well region 11 is provided in a predetermined range from the end of the active region on the side where the gate metal layer 50 is provided. The diffusion depth of the well region 11 may be deeper than the depth of the gate trench portion 40, the dummy trench portion 30, and the emitter trench portion 60. A part of the gate trench portion 40, the dummy trench portion 30, and the emitter trench portion 60 on the gate metal layer 50 side is provided in the well region 11. The bottoms of the ends of the gate trench portion 40, the dummy trench portion 30, and the emitter trench portion 60 in the extending direction may be covered with the well region 11.

コンタクトホール54は、トランジスタ部70において、エミッタ領域12およびコンタクト領域15の各領域の上方に設けられる。また、コンタクトホール54は、ダイオード部80において、ベース領域14の上方に設けられる。コンタクトホール54は、境界領域81において、コンタクト領域15の上方に設けられる。このように、層間絶縁膜には、1又は複数のコンタクトホール54が設けられている。1又は複数のコンタクトホール54は、延伸方向に延伸して設けられてよい。なお、実施例1では、境界領域81の上面にはコンタクト領域15が設けられているが、ダイオード部80と同様に境界領域81の上面にベース領域14が設けられてもよい。これは、実施例1に限らず、後述する実施例2~5についても同様である。 The contact hole 54 is provided in the transistor portion 70 above each region of the emitter region 12 and the contact region 15. Further, the contact hole 54 is provided above the base region 14 in the diode portion 80. The contact hole 54 is provided above the contact area 15 in the boundary area 81. As described above, the interlayer insulating film is provided with one or a plurality of contact holes 54. The one or more contact holes 54 may be provided by being stretched in the stretching direction. In Example 1, the contact region 15 is provided on the upper surface of the boundary region 81, but the base region 14 may be provided on the upper surface of the boundary region 81 as in the diode portion 80. This applies not only to Example 1 but also to Examples 2 to 5 described later.

境界領域81は、トランジスタ部70とダイオード部80とが隣接する領域に設けられる。本明細書において、境界領域81は、トランジスタ部70とダイオード部80とが隣接する領域に設けられ、互いの干渉を防止するための領域である。具体的には、境界領域81は、トランジスタ部70のデバイス構造(いわゆるMOS構造)とも、ダイオード部80の還流ダイオード等のダイオードのデバイス構造とも異なるデバイス構造を有する。したがって、境界領域81は、トランジスタ部70のデバイス構造とも、ダイオード部80のデバイス構造とも異なるデバイス構造を有し、トレンチ部の配列方向において、トランジスタ部70のチャネルが形成されるデバイス構造とダイオード部80のダイオードのデバイス構造との間に位置する領域としてもよい。 The boundary region 81 is provided in a region where the transistor portion 70 and the diode portion 80 are adjacent to each other. In the present specification, the boundary region 81 is a region in which the transistor portion 70 and the diode portion 80 are provided in adjacent regions to prevent mutual interference. Specifically, the boundary region 81 has a device structure different from the device structure of the transistor unit 70 (so-called MOS structure) and the device structure of a diode such as a freewheeling diode of the diode unit 80. Therefore, the boundary region 81 has a device structure different from the device structure of the transistor portion 70 and the device structure of the diode portion 80, and the device structure and the diode portion in which the channel of the transistor portion 70 is formed in the arrangement direction of the trench portion. It may be a region located between the device structure of 80 diodes.

トランジスタ部70のデバイス構造とも、ダイオード部80のデバイス構造とも異なる境界領域81のデバイス構造とは、例えば、エミッタ領域12、コンタクト領域15、蓄積領域16、トレンチ部、トレンチ部の深さ、後述するライフタイムキラー、バッファ領域20、カソード領域82やコレクタ領域22の少なくとも1つの点で、トランジスタ部70ともダイオード部80とも異なるデバイス構造を有する領域を指す。トレンチ部の点での構造の差異としては、例えば、トランジスタ部70のトレンチ部及びダイオード部80のトレンチ部のいずれの周期的構造(繰り返し構造)ともずれていることが挙げられる。この例のように、トランジスタ部70のデバイス構造とも、ダイオード部80のデバイス構造とも異なるデバイス構造とは、トランジスタ部70やダイオード部80の単一の範囲(例えば、単一のトレンチ間)にのみに着目したものではなく、トランジスタ部70やダイオード部80の周期的構造(繰り返し構造)に着目しても、そのパターンとは異なる領域としてよい。 The device structure of the boundary region 81, which is different from the device structure of the transistor portion 70 and the device structure of the diode portion 80, is, for example, the emitter region 12, the contact region 15, the storage region 16, the trench portion, and the depth of the trench portion, which will be described later. It refers to a region having a device structure different from that of the transistor portion 70 and the diode portion 80 at at least one point of the lifetime killer, the buffer region 20, the cathode region 82, and the collector region 22. As a structural difference in terms of the trench portion, for example, there is a deviation from any periodic structure (repeated structure) of the trench portion of the transistor portion 70 and the trench portion of the diode portion 80. As in this example, the device structure different from the device structure of the transistor part 70 and the device structure of the diode part 80 is only in a single range of the transistor part 70 and the diode part 80 (for example, between a single trench). Even if attention is paid to the periodic structure (repeated structure) of the transistor portion 70 and the diode portion 80, the region may be different from the pattern.

また、境界領域81は、10μm以上100μm以下であってよく、50μm以上100μm以下であってもよい。境界領域81の長さの基点は、例えば、トランジスタ部70のチャネルが形成されるゲートトレンチ部40とすることができ、このゲートトレンチ部40からダイオード部80に向かっての10μm以上100μm以下の領域を境界領域81としてもよい。 Further, the boundary region 81 may be 10 μm or more and 100 μm or less, and may be 50 μm or more and 100 μm or less. The base point of the length of the boundary region 81 can be, for example, a gate trench portion 40 in which a channel of the transistor portion 70 is formed, and a region of 10 μm or more and 100 μm or less from the gate trench portion 40 toward the diode portion 80. May be the boundary region 81.

半導体基板10の厚さは半導体装置100の耐圧に応じて決めてよく、境界領域81のY軸方向の幅は半導体基板10の厚さに応じて定めてよい。具体的には、半導体装置100の耐圧を高くするほど、境界領域81のY軸方向の幅を大きくしてよい。また、境界領域81のY軸方向の幅は、半導体基板10中におけるキャリアの流れ方およびキャリアの量に応じて定めてもよい。具体的には、トランジスタ部70およびダイオード部80間において、単位時間当たりにキャリアが流れる量が多いほど、境界領域81のY軸方向の幅を大きくしてよい。また、半導体基板10中におけるキャリアの量が多いほど、境界領域81のY軸方向の幅を大きくしてもよい。 The thickness of the semiconductor substrate 10 may be determined according to the withstand voltage of the semiconductor device 100, and the width of the boundary region 81 in the Y-axis direction may be determined according to the thickness of the semiconductor substrate 10. Specifically, the higher the withstand voltage of the semiconductor device 100, the larger the width of the boundary region 81 in the Y-axis direction may be. Further, the width of the boundary region 81 in the Y-axis direction may be determined according to the flow of carriers and the amount of carriers in the semiconductor substrate 10. Specifically, the larger the amount of carriers flowing per unit time between the transistor section 70 and the diode section 80, the wider the width of the boundary region 81 in the Y-axis direction may be. Further, as the amount of carriers in the semiconductor substrate 10 increases, the width of the boundary region 81 in the Y-axis direction may be increased.

境界領域81は、複数のメサ部を有してよい。より好ましくは、境界領域81は、4個以上10個以下のメサ部を有してよい。境界領域81のメサ部の基点は、例えば、トランジスタ部70のチャネルが形成されるゲートトレンチ部40とすることができ、このゲートトレンチ部40からダイオード部80に向かっての4個以上10個以下のメサ部を境界領域81としてもよい。1個のメサ部のY軸方向の幅は、約10μmであってよい。Y軸方向において3個のトレンチ部を間に挟んだ4個のメサ部の長さが50μmであってよく、Y軸方向において4個のトレンチ部を間に挟んだ5個のメサ部の長さが50μmであってもよい。また、Y軸方向において7個のトレンチ部を間に挟んだ8個のメサ部の長さが100μmであってよく、Y軸方向において9個のトレンチ部を間に挟んだ10個のメサ部の長さが100μmであってもよい。 The boundary region 81 may have a plurality of mesa portions. More preferably, the boundary region 81 may have 4 or more and 10 or less mesa portions. The base point of the mesa portion of the boundary region 81 can be, for example, the gate trench portion 40 in which the channel of the transistor portion 70 is formed, and 4 or more and 10 or less from the gate trench portion 40 toward the diode portion 80. The mesa portion of the above may be used as the boundary region 81. The width of one mesa portion in the Y-axis direction may be about 10 μm. The length of the four mesas with the three trenches sandwiched in the Y-axis direction may be 50 μm, and the length of the five mesas with the four trenches sandwiched in the Y-axis direction. The size may be 50 μm. Further, the length of the eight mesas portions sandwiching the seven trench portions in the Y-axis direction may be 100 μm, and the length of the ten mesas portions sandwiching the nine trench portions in the Y-axis direction may be 100 μm. May have a length of 100 μm.

トランジスタ部70又はダイオード部80の非境界領域83とは異なる構造の境界領域81を設けることにより、トランジスタ部70又はダイオード部80との間における電流の干渉を低減することができる。一例において、境界領域81のY軸方向の幅が大きいほど、より効果的に電流の干渉を低減することができる。 By providing the boundary region 81 having a structure different from the non-boundary region 83 of the transistor portion 70 or the diode portion 80, it is possible to reduce current interference with the transistor portion 70 or the diode portion 80. In one example, the larger the width of the boundary region 81 in the Y-axis direction, the more effectively the current interference can be reduced.

本実施例1では、境界領域81は、ダイオード部80に設けられる。また、本実施例1では、境界領域81は、ゲートトレンチ部40とエミッタトレンチ部60との間において、エミッタ領域12を有さない領域である。境界領域81は、エミッタ領域12を有さないので、半導体装置100がラッチアップしにくくなる。境界領域81は、トランジスタ部70のゲートトレンチ部40がY軸方向に一定の周期で配置される領域と、ダイオード部80のエミッタトレンチ部60がY軸方向に一定の周期で配置される領域との間の領域を指す。 In the first embodiment, the boundary region 81 is provided in the diode portion 80. Further, in the first embodiment, the boundary region 81 is a region between the gate trench portion 40 and the emitter trench portion 60 that does not have the emitter region 12. Since the boundary region 81 does not have the emitter region 12, it becomes difficult for the semiconductor device 100 to latch up. The boundary region 81 includes a region in which the gate trench portion 40 of the transistor portion 70 is arranged at a constant cycle in the Y-axis direction and a region in which the emitter trench portion 60 of the diode portion 80 is arranged in a constant cycle in the Y-axis direction. Refers to the area between.

非境界領域83は、トランジスタ部70又はダイオード部80における、境界領域81以外の領域である。本実施例1では、境界領域81がダイオード部80に設けられるので、ダイオード部80の境界領域81以外の領域を非境界領域83と称する。本実施例1では、非境界領域83は、境界領域81と異なる領域において、エミッタトレンチ部60を有する領域である。このように、非境界領域83は、カソード領域82を半導体基板10の上面に投影した領域の内、エミッタトレンチ部60が一定の周期で配置される領域を含む。なお、トランジスタ部70には境界領域81が設けられていないので、この場合、トランジスタ部70は全体が非境界領域である。 The non-boundary region 83 is a region other than the boundary region 81 in the transistor portion 70 or the diode portion 80. In the first embodiment, since the boundary region 81 is provided in the diode portion 80, the region other than the boundary region 81 of the diode portion 80 is referred to as a non-boundary region 83. In the first embodiment, the non-boundary region 83 is a region different from the boundary region 81 and has an emitter trench portion 60. As described above, the non-boundary region 83 includes a region in which the cathode region 82 is projected onto the upper surface of the semiconductor substrate 10 and the emitter trench portion 60 is arranged at a constant cycle. Since the transistor portion 70 is not provided with the boundary region 81, in this case, the transistor portion 70 as a whole is a non-boundary region.

ダミートレンチ部30は、境界領域81に設けられる。但し、ダミートレンチ部30は、非境界領域83にも設けられてよい。ダミートレンチ部30は、非境界領域83のみに設けられてもよい。また、境界領域81には、ゲートトレンチ部40やエミッタトレンチ部60が設けられてもよい。なお、境界領域81の範囲内に位置するトレンチ部の半分以上、または全てがダミートレンチ部30であってよい。 The dummy trench portion 30 is provided in the boundary region 81. However, the dummy trench portion 30 may also be provided in the non-boundary region 83. The dummy trench portion 30 may be provided only in the non-boundary region 83. Further, the boundary region 81 may be provided with a gate trench portion 40 or an emitter trench portion 60. It should be noted that half or more or all of the trench portions located within the range of the boundary region 81 may be the dummy trench portions 30.

第1メサ部91、第2メサ部92および第3メサ部93は、半導体基板10の上面と平行な面内において、Y軸方向には各トレンチ部に隣接して設けられたメサ部である。メサ部とは、隣り合う2つのトレンチ部に挟まれた半導体基板10の部分であって、半導体基板10の上面から、各トレンチ部の最も深い底部の深さまでの部分であってよい。各トレンチ部の延伸部分を1つのトレンチ部としてよい。即ち、2つの延伸部分に挟まれる領域をメサ部としてよい。 The first mesa portion 91, the second mesa portion 92, and the third mesa portion 93 are mesas portions provided adjacent to each trench portion in the Y-axis direction in a plane parallel to the upper surface of the semiconductor substrate 10. .. The mesa portion is a portion of the semiconductor substrate 10 sandwiched between two adjacent trench portions, and may be a portion from the upper surface of the semiconductor substrate 10 to the depth of the deepest bottom portion of each trench portion. The extended portion of each trench portion may be used as one trench portion. That is, the region sandwiched between the two stretched portions may be the mesa portion.

第1メサ部91は、トランジスタ部70において、ゲートトレンチ部40およびエミッタトレンチ部60の少なくとも1つに隣接して設けられる。また、本例の第1メサ部91は、境界領域81においても、トランジスタ部70に隣接して設けられている。第1メサ部91は、半導体基板10の上面において、ウェル領域11と、エミッタ領域12と、ベース領域14と、コンタクト領域15とを有する。第1メサ部91では、エミッタ領域12およびコンタクト領域15が延伸方向において交互に設けられている。 The first mesa portion 91 is provided adjacent to at least one of the gate trench portion 40 and the emitter trench portion 60 in the transistor portion 70. Further, the first mesa portion 91 of this example is provided adjacent to the transistor portion 70 also in the boundary region 81. The first mesa portion 91 has a well region 11, an emitter region 12, a base region 14, and a contact region 15 on the upper surface of the semiconductor substrate 10. In the first mesa portion 91, the emitter region 12 and the contact region 15 are alternately provided in the stretching direction.

第2メサ部92は、境界領域81に設けられたメサ部である。第2メサ部92は、半導体基板10の上面において、ウェル領域11と、ベース領域14と、コンタクト領域15とを有する。本実施例1では、第2メサ部92はエミッタ領域12を有さないが、エミッタ領域12を有してもよい。また、本実施例1では、第2メサ部92はコンタクト領域15を有するが、コンタクト領域15を有さなくてもよい。 The second mesa portion 92 is a mesa portion provided in the boundary region 81. The second mesa portion 92 has a well region 11, a base region 14, and a contact region 15 on the upper surface of the semiconductor substrate 10. In the first embodiment, the second mesa portion 92 does not have the emitter region 12, but may have the emitter region 12. Further, in the first embodiment, the second mesa portion 92 has the contact region 15, but the contact region 15 does not have to be provided.

第3メサ部93は、ダイオード部80において、隣り合うエミッタトレンチ部60に挟まれた領域に設けられる。第3メサ部93は、半導体基板10の上面において、ウェル領域11と、ベース領域14とを有する。 The third mesa portion 93 is provided in the diode portion 80 in a region sandwiched between the adjacent emitter trench portions 60. The third mesa portion 93 has a well region 11 and a base region 14 on the upper surface of the semiconductor substrate 10.

ベース領域14は、半導体基板10の上面側に設けられた第2導電型の領域である。ベース領域14は、一例としてP-型である。ベース領域14は、半導体基板10の上面において、第1メサ部91および第2メサ部92のX軸方向における両端部に設けられてよい。ただし、図1Bに示すように、ベース領域14は断面では、活性領域のほぼ全面に導入される。なお、図1Aは、当該ベース領域14のX軸方向の一方の端部のみを示している。 The base region 14 is a second conductive type region provided on the upper surface side of the semiconductor substrate 10. The base region 14 is P-type as an example. The base region 14 may be provided on both ends of the first mesa portion 91 and the second mesa portion 92 in the X-axis direction on the upper surface of the semiconductor substrate 10. However, as shown in FIG. 1B, the base region 14 is introduced over almost the entire surface of the active region in the cross section. Note that FIG. 1A shows only one end of the base region 14 in the X-axis direction.

エミッタ領域12は、第1メサ部91の上面において、ゲートトレンチ部40と接して設けられる。エミッタ領域12は、第1メサ部91を挟んでX軸方向に延伸する2本のトレンチ部の一方から他方まで、Y軸方向に設けられてよい。エミッタ領域12は、コンタクトホール54の下方にも設けられている。本例のエミッタ領域12は第1導電型である。エミッタ領域12は、一例としてN+型である。 The emitter region 12 is provided in contact with the gate trench portion 40 on the upper surface of the first mesa portion 91. The emitter region 12 may be provided in the Y-axis direction from one of the two trench portions extending in the X-axis direction across the first mesa portion 91 to the other. The emitter region 12 is also provided below the contact hole 54. The emitter region 12 of this example is the first conductive type. The emitter region 12 is N + type as an example.

コンタクト領域15は、ベース領域14よりもドーピング濃度の高い第2導電型の領域である。本例のコンタクト領域15は、一例としてP+型である。本例のコンタクト領域15は、第1メサ部91の上面に設けられる。コンタクト領域15は、第1メサ部91を挟んでX軸方向に延伸する2本のトレンチ部の一方から他方まで、Y軸方向に設けられてよい。コンタクト領域15は、ゲートトレンチ部40と接してよく、接しなくてもよい。また、コンタクト領域15は、エミッタトレンチ部60と接してよく、接しなくてもよい。本例のコンタクト領域15は、ダミートレンチ部30およびゲートトレンチ部40と接している。コンタクト領域15は、コンタクトホール54の下方にも設けられている。 The contact region 15 is a second conductive type region having a higher doping concentration than the base region 14. The contact region 15 of this example is a P + type as an example. The contact region 15 of this example is provided on the upper surface of the first mesa portion 91. The contact region 15 may be provided in the Y-axis direction from one of the two trench portions extending in the X-axis direction across the first mesa portion 91 to the other. The contact region 15 may or may not be in contact with the gate trench portion 40. Further, the contact region 15 may or may not be in contact with the emitter trench portion 60. The contact region 15 of this example is in contact with the dummy trench portion 30 and the gate trench portion 40. The contact area 15 is also provided below the contact hole 54.

また、コンタクト領域15は、第2メサ部92の上面にも設けられてよい。一つの第2メサ部92の上面に設けられるコンタクト領域15の面積は、一つの第1メサ部91の上面に設けられるコンタクト領域15の面積よりも大きい。第2メサ部92の上面におけるコンタクト領域15は、第2メサ部92のX軸方向における両端部に設けられるベース領域14に挟まれる領域全体に設けられてよい。 Further, the contact region 15 may also be provided on the upper surface of the second mesa portion 92. The area of the contact region 15 provided on the upper surface of one second mesa portion 92 is larger than the area of the contact region 15 provided on the upper surface of one first mesa portion 91. The contact region 15 on the upper surface of the second mesa portion 92 may be provided over the entire region sandwiched between the base regions 14 provided at both ends of the second mesa portion 92 in the X-axis direction.

カソード領域82は、ダイオード部80において、半導体基板10の下面側に設けられた第1導電型の領域である。本例のカソード領域82は、一例としてN+型である。平面視でカソード領域82が設けられる領域は、一点鎖線で示されている。 The cathode region 82 is a first conductive type region provided on the lower surface side of the semiconductor substrate 10 in the diode portion 80. The cathode region 82 of this example is N + type as an example. The region where the cathode region 82 is provided in a plan view is indicated by a chain double-dashed line.

図1Bは、図1Aにおけるa-a'断面の一例を示す図である。a-a'断面は、トランジスタ部70およびダイオード部80において、エミッタ領域12、ベース領域14およびコンタクト領域15を通過するYZ面である。本例の半導体装置100は、a-a'断面において、半導体基板10、層間絶縁膜38、エミッタ電極52およびコレクタ電極24を有する。エミッタ電極52は、半導体基板10の上面21および層間絶縁膜38の上面に設けられる。 FIG. 1B is a diagram showing an example of a'a'cross sections in FIG. 1A. The aa'cross section is a YZ plane that passes through the emitter region 12, the base region 14, and the contact region 15 in the transistor portion 70 and the diode portion 80. The semiconductor device 100 of this example has a semiconductor substrate 10, an interlayer insulating film 38, an emitter electrode 52, and a collector electrode 24 in the aa'cross section. The emitter electrode 52 is provided on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 and the upper surface of the interlayer insulating film 38.

ドリフト領域18は、半導体基板10に設けられた第1導電型の領域である。本例のドリフト領域18は、一例としてN-型である。ドリフト領域18は、半導体基板10において他のドーピング領域が形成されずに残存した領域であってよい。即ち、ドリフト領域18のドーピング濃度は半導体基板10のドーピング濃度であってよい。 The drift region 18 is a first conductive type region provided on the semiconductor substrate 10. The drift region 18 of this example is N-type as an example. The drift region 18 may be a region remaining in the semiconductor substrate 10 without forming another doping region. That is, the doping concentration of the drift region 18 may be the doping concentration of the semiconductor substrate 10.

バッファ領域20は、ドリフト領域18の下方に設けられた第1導電型の領域である。本例のバッファ領域20は、一例としてN型である。バッファ領域20のドーピング濃度は、ドリフト領域18のドーピング濃度よりも高い。バッファ領域20は、ベース領域14の下面側から広がる空乏層が、第2導電型のコレクタ領域22および第1導電型のカソード領域82に到達することを防ぐフィールドストップ層として機能してよい。 The buffer region 20 is a first conductive type region provided below the drift region 18. The buffer area 20 of this example is N-type as an example. The doping concentration in the buffer region 20 is higher than the doping concentration in the drift region 18. The buffer region 20 may function as a field stop layer that prevents the depletion layer extending from the lower surface side of the base region 14 from reaching the collector region 22 of the second conductive type and the cathode region 82 of the first conductive type.

コレクタ領域22は、トランジスタ部70において、半導体基板10の下面側に設けられる第2導電型の領域である。コレクタ領域22は、一例としてP+型である。本例のコレクタ領域22は、バッファ領域20の下方に設けられる。 The collector region 22 is a second conductive type region provided on the lower surface side of the semiconductor substrate 10 in the transistor portion 70. The collector area 22 is a P + type as an example. The collector area 22 of this example is provided below the buffer area 20.

カソード領域82は、ダイオード部80において、バッファ領域20の下方に設けられる。境界Rは、コレクタ領域22とカソード領域82との境界である。境界Rは、トランジスタ部70とダイオード部80との境界に一致してもよく、異なっていてもよい。 The cathode region 82 is provided below the buffer region 20 in the diode portion 80. The boundary R is a boundary between the collector region 22 and the cathode region 82. The boundary R may coincide with or be different from the boundary between the transistor portion 70 and the diode portion 80.

コレクタ電極24は、半導体基板10の下面23に形成される。コレクタ電極24は、金属等の導電材料で形成される。 The collector electrode 24 is formed on the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10. The collector electrode 24 is made of a conductive material such as metal.

蓄積領域16は、第1メサ部91および第2メサ部92において、ドリフト領域18の上方に設けられる第1導電型の領域である。本例の蓄積領域16は、一例としてN型である。蓄積領域16は、ゲートトレンチ部40に接して設けられる。蓄積領域16は、ダミートレンチ部30に接してよく、接さなくてもよい。蓄積領域16のドーピング濃度は、ドリフト領域18のドーピング濃度よりも高い。蓄積領域16を設けることで、キャリア注入促進効果(IE効果)を高めて、トランジスタ部70のオン電圧を低減することができる。なお、蓄積領域16は、第3メサ部93に設けられてもよい。 The storage region 16 is a first conductive type region provided above the drift region 18 in the first mesa portion 91 and the second mesa portion 92. The storage area 16 of this example is N-type as an example. The storage area 16 is provided in contact with the gate trench portion 40. The storage region 16 may or may not be in contact with the dummy trench portion 30. The doping concentration of the accumulation region 16 is higher than the doping concentration of the drift region 18. By providing the storage region 16, the carrier injection promoting effect (IE effect) can be enhanced and the on-voltage of the transistor unit 70 can be reduced. The storage area 16 may be provided in the third mesa section 93.

ベース領域14は、第1メサ部91、第2メサ部92および第3メサ部93において、蓄積領域16の上方に設けられる第2導電型の領域である。ベース領域14は、ゲートトレンチ部40に接して設けられる。第3メサ部93のベース領域14は、いわゆるアノード領域である。 The base region 14 is a second conductive type region provided above the storage region 16 in the first mesa portion 91, the second mesa portion 92, and the third mesa portion 93. The base region 14 is provided in contact with the gate trench portion 40. The base region 14 of the third mesa portion 93 is a so-called anode region.

エミッタ領域12は、第1メサ部91において、ベース領域14と上面21との間に設けられる。エミッタ領域12は、ゲートトレンチ部40と接して設けられる。エミッタ領域12のドーピング濃度は、ドリフト領域18のドーピング濃度よりも高い。エミッタ領域12のドーパントの一例はヒ素(As)である。なお、エミッタ領域12は、第2メサ部92に設けられなくてよく、設けられなくてもよい。 The emitter region 12 is provided between the base region 14 and the upper surface 21 in the first mesa portion 91. The emitter region 12 is provided in contact with the gate trench portion 40. The doping concentration of the emitter region 12 is higher than the doping concentration of the drift region 18. An example of a dopant in the emitter region 12 is arsenic (As). The emitter region 12 may or may not be provided in the second mesa portion 92.

コンタクト領域15は、第1メサ部91および第2メサ部92において、蓄積領域16の上方に設けられる。コンタクト領域15は、第1メサ部91および第2メサ部92において、ゲートトレンチ部40やダミートレンチ部30に接して設けられる。 The contact region 15 is provided above the accumulation region 16 in the first mesa portion 91 and the second mesa portion 92. The contact region 15 is provided in contact with the gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30 in the first mesa portion 91 and the second mesa portion 92.

1つ以上のゲートトレンチ部40および1つ以上のダミートレンチ部30は、上面21に設けられる。各トレンチ部は、上面21からドリフト領域18まで設けられる。エミッタ領域12、ベース領域14、コンタクト領域15および蓄積領域16の少なくともいずれかが設けられる領域においては、各トレンチ部はこれらの領域も貫通して、ドリフト領域18に到達する。トレンチ部がドーピング領域を貫通するとは、ドーピング領域を形成してからトレンチ部を形成する順序で製造したものに限定されない。トレンチ部を形成した後に、トレンチ部の間にドーピング領域を形成したものも、トレンチ部がドーピング領域を貫通しているものに含まれる。 The one or more gate trench portions 40 and the one or more dummy trench portions 30 are provided on the upper surface 21. Each trench portion is provided from the upper surface 21 to the drift region 18. In the region where at least one of the emitter region 12, the base region 14, the contact region 15 and the storage region 16 is provided, each trench portion also penetrates these regions and reaches the drift region 18. The fact that the trench portion penetrates the doping region is not limited to those manufactured in the order of forming the doping region and then forming the trench portion. Those in which the doping region is formed between the trench portions after the trench portion is formed are also included in those in which the trench portion penetrates the doping region.

ゲートトレンチ部40は、上面21に形成されたゲートトレンチ、ゲート絶縁膜42およびゲート導電部44を有する。ゲート絶縁膜42は、ゲートトレンチの内壁を覆って形成される。ゲート絶縁膜42は、ゲートトレンチの内壁の半導体を酸化または窒化して形成してよい。ゲート導電部44は、ゲートトレンチの内部においてゲート絶縁膜42よりも内側に形成される。ゲート絶縁膜42は、ゲート導電部44と半導体基板10とを絶縁する。ゲート導電部44は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。ゲートトレンチ部40は、上面21において層間絶縁膜38により覆われる。 The gate trench portion 40 has a gate trench formed on the upper surface 21, a gate insulating film 42, and a gate conductive portion 44. The gate insulating film 42 is formed so as to cover the inner wall of the gate trench. The gate insulating film 42 may be formed by oxidizing or nitriding the semiconductor on the inner wall of the gate trench. The gate conductive portion 44 is formed inside the gate trench and inside the gate insulating film 42. The gate insulating film 42 insulates the gate conductive portion 44 and the semiconductor substrate 10. The gate conductive portion 44 is formed of a conductive material such as polysilicon. The gate trench portion 40 is covered with an interlayer insulating film 38 on the upper surface 21.

ゲート導電部44は、半導体基板10の深さ方向において、ゲート絶縁膜42を挟んで第1メサ部91側で隣接するベース領域14と対向する領域を含む。ゲート導電部44に予め定められた電圧が印加されると、ベース領域14のうちゲートトレンチに接する界面の表層に、電子の反転層であるチャネルが形成される。 The gate conductive portion 44 includes a region facing the adjacent base region 14 on the first mesa portion 91 side with the gate insulating film 42 interposed therebetween in the depth direction of the semiconductor substrate 10. When a predetermined voltage is applied to the gate conductive portion 44, a channel, which is an inversion layer of electrons, is formed on the surface layer of the interface of the base region 14 in contact with the gate trench.

ダミートレンチ部30は、ゲートトレンチ部40と同一の構造を有してよい。ダミートレンチ部30は、上面21側に形成されたダミートレンチ、ダミー絶縁膜32およびダミー導電部34を有する。ダミー絶縁膜32は、ダミートレンチの内壁を覆って形成される。ダミー導電部34は、ダミートレンチの内部に形成され、且つ、ダミー絶縁膜32よりも内側に形成される。ダミー絶縁膜32は、ダミー導電部34と半導体基板10とを絶縁する。ダミートレンチ部30は、上面21において層間絶縁膜38により覆われる。 The dummy trench portion 30 may have the same structure as the gate trench portion 40. The dummy trench portion 30 has a dummy trench formed on the upper surface 21 side, a dummy insulating film 32, and a dummy conductive portion 34. The dummy insulating film 32 is formed so as to cover the inner wall of the dummy trench. The dummy conductive portion 34 is formed inside the dummy trench and inside the dummy insulating film 32. The dummy insulating film 32 insulates the dummy conductive portion 34 and the semiconductor substrate 10. The dummy trench portion 30 is covered with the interlayer insulating film 38 on the upper surface 21.

エミッタトレンチ部60は、ゲートトレンチ部40およびダミートレンチ部30と同一の構造を有してよい。エミッタトレンチ部60は、上面21側に形成されたエミッタトレンチ、エミッタ絶縁膜62およびエミッタ導電部64を有する。エミッタ絶縁膜62は、エミッタトレンチの内壁を覆って形成される。エミッタ導電部64は、エミッタトレンチの内部に形成され、且つ、エミッタ絶縁膜62よりも内側に形成される。エミッタ絶縁膜62は、エミッタ導電部64と半導体基板10とを絶縁する。エミッタトレンチ部60は、上面21において層間絶縁膜38により覆われる。 The emitter trench portion 60 may have the same structure as the gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30. The emitter trench portion 60 has an emitter trench formed on the upper surface 21 side, an emitter insulating film 62, and an emitter conductive portion 64. The emitter insulating film 62 is formed so as to cover the inner wall of the emitter trench. The emitter conductive portion 64 is formed inside the emitter trench and inside the emitter insulating film 62. The emitter insulating film 62 insulates the emitter conductive portion 64 and the semiconductor substrate 10. The emitter trench portion 60 is covered with an interlayer insulating film 38 on the upper surface 21.

層間絶縁膜38は、半導体基板10の上面の上方に設けられている。層間絶縁膜38は、エミッタ電極52と半導体基板10とを電気的に接続するための1又は複数のコンタクトホール54が設けられている。他のコンタクトホール49およびコンタクトホール54も同様に、層間絶縁膜38を貫通して設けられてよい。層間絶縁膜38の上方には、エミッタ電極52が設けられている。 The interlayer insulating film 38 is provided above the upper surface of the semiconductor substrate 10. The interlayer insulating film 38 is provided with one or a plurality of contact holes 54 for electrically connecting the emitter electrode 52 and the semiconductor substrate 10. Similarly, the other contact holes 49 and the contact holes 54 may be provided so as to penetrate the interlayer insulating film 38. An emitter electrode 52 is provided above the interlayer insulating film 38.

本例の半導体装置100は、ゲートトレンチ部40とダミートレンチ部30の比率を調整することにより、ゲートエミッタ間容量を調整する。半導体装置100は、ダミートレンチ部30の比率を大きくすることによりゲートエミッタ間容量を大きくし、ダミートレンチ部30の比率を小さくすることによりゲートエミッタ間容量を小さくすることができる。例えば、ゲートトレンチ部40の本数をGとし、ダミートレンチ部30の本数をDとした場合、次式が成り立つ。
0.01<D/(D+G)<0.2
The semiconductor device 100 of this example adjusts the capacitance between the gate and the emitter by adjusting the ratio of the gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30. In the semiconductor device 100, the gate-emitter capacitance can be increased by increasing the ratio of the dummy trench portion 30, and the gate-emitter capacitance can be reduced by decreasing the ratio of the dummy trench portion 30. For example, when the number of gate trench portions 40 is G and the number of dummy trench portions 30 is D, the following equation holds.
0.01 <D / (D + G) <0.2

なお、ゲートトレンチ部40の本数とは、延伸部分41の本数を指す。即ち、複数の延伸部分41が接続部分43により接続されることにより、1つのゲートトレンチ部40を構成している場合であっても、実質的には、複数の延伸部分41の本数がゲートトレンチ部40の本数となる。したがって、ゲートトレンチ部40の本数は、図1Bのように、a-a'断面におけるゲートトレンチ部40の本数と一致する。 The number of gate trench portions 40 refers to the number of stretched portions 41. That is, even when a plurality of stretched portions 41 are connected by the connecting portion 43 to form one gate trench portion 40, the number of the plurality of stretched portions 41 is substantially the number of gate trenches. It is the number of parts 40. Therefore, the number of gate trench portions 40 coincides with the number of gate trench portions 40 in the aa'cross section as shown in FIG. 1B.

また、ダミートレンチ部30の本数も同様に、複数の延伸部分31が接続部分33により接続されることにより、1つのダミートレンチ部30を構成している場合であっても、実質的には、複数の延伸部分31の本数がダミートレンチ部30の本数となる。したがって、ダミートレンチ部30の本数は、図1Bのように、a-a'断面におけるバッファ領域20の本数と一致する。 Similarly, the number of dummy trench portions 30 is also substantially the same even when a plurality of stretched portions 31 are connected by the connecting portion 33 to form one dummy trench portion 30. The number of the plurality of stretched portions 31 is the number of the dummy trench portions 30. Therefore, the number of dummy trench portions 30 coincides with the number of buffer regions 20 in the aa'cross section, as shown in FIG. 1B.

図2Aは、実施例2に係る半導体装置100の上面図の一例である。図2Bは、図2Aにおけるb-b'断面の一例を示す図である。本実施例2の半導体装置100は、境界領域81がトランジスタ部70に設けられる点で実施例1に係る半導体装置100と相違する。本実施例2の半導体装置100は、境界領域81がトランジスタ部70に設けられるので、トランジスタ部70の境界領域81以外の領域を非境界領域83と称する。なお、ダイオード部80には境界領域81が設けられていないので、この場合、ダイオード部80は全体が非境界領域である。 FIG. 2A is an example of a top view of the semiconductor device 100 according to the second embodiment. FIG. 2B is a diagram showing an example of a bb'cross section in FIG. 2A. The semiconductor device 100 of the second embodiment is different from the semiconductor device 100 of the first embodiment in that the boundary region 81 is provided in the transistor portion 70. In the semiconductor device 100 of the second embodiment, since the boundary region 81 is provided in the transistor portion 70, the region other than the boundary region 81 of the transistor portion 70 is referred to as a non-boundary region 83. Since the diode portion 80 is not provided with the boundary region 81, in this case, the diode portion 80 as a whole is a non-boundary region.

本実施例2では、非境界領域83は、境界領域81と異なる領域において、ゲートトレンチ部40およびエミッタトレンチ部60を有する領域である。このように、非境界領域83は、コレクタ領域22を半導体基板10の上面に投影した領域の内、ゲートトレンチ部40およびエミッタトレンチ部60が一定の周期で配置される領域を含む。 In the second embodiment, the non-boundary region 83 is a region different from the boundary region 81 and has a gate trench portion 40 and an emitter trench portion 60. As described above, the non-boundary region 83 includes a region in which the collector region 22 is projected onto the upper surface of the semiconductor substrate 10 and the gate trench portion 40 and the emitter trench portion 60 are arranged at regular intervals.

ダミートレンチ部30は、境界領域81に設けられる。但し、ダミートレンチ部30は、非境界領域83にも設けられてよい。ダミートレンチ部30は、非境界領域83のみに設けられてもよい。また、境界領域81には、ゲートトレンチ部40やエミッタトレンチ部60が設けられてもよい。 The dummy trench portion 30 is provided in the boundary region 81. However, the dummy trench portion 30 may also be provided in the non-boundary region 83. The dummy trench portion 30 may be provided only in the non-boundary region 83. Further, the boundary region 81 may be provided with a gate trench portion 40 or an emitter trench portion 60.

以上のように、境界領域81をトランジスタ部70に設けることは、相対的に、カソード領域82が短くなりコレクタ領域22が長くなることを意味することとなる。このため、エミッタ領域12から放出される電子がコレクタ領域22に流入しやすくなり、オン電圧の低下を図ることができる。 As described above, providing the boundary region 81 in the transistor portion 70 means that the cathode region 82 is relatively short and the collector region 22 is long. Therefore, the electrons emitted from the emitter region 12 easily flow into the collector region 22, and the on-voltage can be reduced.

なお、境界領域81は、トランジスタ部70とダイオード部80とにまたがって設けられてもよい。この場合には、トランジスタ部70とダイオード部80とのそれぞれに境界領域81以外の非境界領域83が設けられることとなる。 The boundary region 81 may be provided so as to straddle the transistor portion 70 and the diode portion 80. In this case, a non-boundary region 83 other than the boundary region 81 is provided in each of the transistor portion 70 and the diode portion 80.

図3は、半導体装置100の変形例である。本例の半導体装置100は、境界領域81において、ダミートレンチ部30と隣接する第2メサ部92の少なくとも一部の上方にコンタクトホール54が設けられていない。本例の半導体装置100では、境界領域81において、ダミートレンチ部30と隣接する全ての第2メサ部92の上方にコンタクトホール54が設けられていない。即ち、ダミートレンチ部30と隣接する第2メサ部92は、エミッタ電極52と電気的に接続されていない。なお、境界領域81のメサ部の一部又は全部において、コンタクトホール54を設けないことは、実施例1、2および後述する実施例3~5についても適用してよい。 FIG. 3 is a modification of the semiconductor device 100. In the semiconductor device 100 of this example, the contact hole 54 is not provided above at least a part of the second mesa portion 92 adjacent to the dummy trench portion 30 in the boundary region 81. In the semiconductor device 100 of this example, the contact hole 54 is not provided above all the second mesa portions 92 adjacent to the dummy trench portion 30 in the boundary region 81. That is, the second mesa portion 92 adjacent to the dummy trench portion 30 is not electrically connected to the emitter electrode 52. It should be noted that the fact that the contact hole 54 is not provided in a part or all of the mesa portion of the boundary region 81 may be applied to Examples 1 and 2 and Examples 3 to 5 described later.

図4は、比較例に係る半導体装置500の上面図である。本例の半導体装置500は、ダミートレンチ部30を有さない点で実施例1の半導体装置100と相違する。半導体装置500は、トランジスタ部570およびダイオード部580を備える。 FIG. 4 is a top view of the semiconductor device 500 according to the comparative example. The semiconductor device 500 of this example is different from the semiconductor device 100 of the first embodiment in that it does not have a dummy trench portion 30. The semiconductor device 500 includes a transistor unit 570 and a diode unit 580.

半導体装置500は、ダイオード部580におけるトランジスタ部570との境界側において、エミッタトレンチ部60を有する。即ち、本例の半導体装置500は、境界領域81にダミートレンチ部30を有さない。つまり、ゲートトレンチ部40以外のトレンチ部は、ゲート金属層50と接続されていないので、実施例1に係る半導体装置100と比較してゲートエミッタ間容量が小さくなる。 The semiconductor device 500 has an emitter trench portion 60 on the boundary side of the diode portion 580 with the transistor portion 570. That is, the semiconductor device 500 of this example does not have the dummy trench portion 30 in the boundary region 81. That is, since the trench portion other than the gate trench portion 40 is not connected to the gate metal layer 50, the capacity between the gate and the emitter is smaller than that of the semiconductor device 100 according to the first embodiment.

ここで、半導体装置500がFWD動作している際に半導体装置500にノイズが生じると、閾値電圧Vth以上の電位差が生じて、トランジスタ部570が誤ってオンする場合がある。ゲートエミッタ間容量が小さい程、半導体装置500に対するノイズの影響が大きくなる。トランジスタ部570が誤ってオンすると、逆回復時に短絡電流が流れて短絡モードとなり、半導体装置500が破壊される場合がある。 Here, if noise is generated in the semiconductor device 500 while the semiconductor device 500 is operating in FWD, a potential difference of the threshold voltage Vth or more is generated, and the transistor portion 570 may be erroneously turned on. The smaller the gate-emitter capacitance, the greater the influence of noise on the semiconductor device 500. If the transistor portion 570 is erroneously turned on, a short-circuit current flows during reverse recovery to enter the short-circuit mode, and the semiconductor device 500 may be destroyed.

一方、半導体装置100は、ダミートレンチ部30を有するので、ゲートエミッタ間容量が増加する。これにより、半導体装置100にノイズが生じた場合であっても、トランジスタ部70が誤ってオンしにくくなる。このように、ダミートレンチ部30を設けることは、ノイズカットキャパシタを設けることと同等となる。これにより、半導体装置100へのノイズの影響が低減される。 On the other hand, since the semiconductor device 100 has the dummy trench portion 30, the capacity between the gate and the emitter increases. As a result, even when noise is generated in the semiconductor device 100, the transistor portion 70 is less likely to be erroneously turned on. In this way, providing the dummy trench portion 30 is equivalent to providing the noise cut capacitor. As a result, the influence of noise on the semiconductor device 100 is reduced.

図5は、比較例に係る半導体装置500のチップ全体図の一例を示す。本例の半導体装置500は、複数のトランジスタ部570および複数のダイオード部580を備える。 FIG. 5 shows an example of an overall chip view of the semiconductor device 500 according to the comparative example. The semiconductor device 500 of this example includes a plurality of transistor units 570 and a plurality of diode units 580.

本例の半導体装置500では、ダイオード部580のY軸方向の幅Wdは、トランジスタ部570のY軸方向の幅Wtよりも小さい。また、本例では、トランジスタ部570のX軸方向の幅およびダイオード部580のX軸方向の幅は等しい。そして、複数のダイオード部580の総面積は、複数のトランジスタ部570の総面積よりも小さい。 In the semiconductor device 500 of this example, the width Wd of the diode portion 580 in the Y-axis direction is smaller than the width Wt of the transistor portion 570 in the Y-axis direction. Further, in this example, the width of the transistor portion 570 in the X-axis direction and the width of the diode portion 580 in the X-axis direction are equal. The total area of the plurality of diode portions 580 is smaller than the total area of the plurality of transistor portions 570.

半導体装置500は、スイッチング時に、トランジスタ部570側の電流が徐々にダイオード部580側に集中する場合がある。この場合、半導体装置500は、局所的に発熱し、破壊される場合がある。このように、ターンオフ時に電流は均一に流れているが、時間と共にカソード領域に流れようとすることで電流が集中する場合がある。半導体装置500では、ダイオード部580のY軸方向の幅Wdは、トランジスタ部570のY軸方向の幅Wtよりも小さいので、電流集中による発熱が顕著である。特に、高電流密度でスイッチングする場合、半導体装置500が破壊される恐れがある。 In the semiconductor device 500, the current on the transistor portion 570 side may gradually concentrate on the diode portion 580 side during switching. In this case, the semiconductor device 500 may locally generate heat and be destroyed. In this way, the current flows uniformly at the time of turn-off, but the current may be concentrated by trying to flow in the cathode region with time. In the semiconductor device 500, the width Wd of the diode portion 580 in the Y-axis direction is smaller than the width Wt of the transistor portion 570 in the Y-axis direction, so that heat generation due to current concentration is remarkable. In particular, when switching at a high current density, the semiconductor device 500 may be destroyed.

図6は、半導体装置100のチップ全体図の一例を示す。本例の半導体装置100は、複数のトランジスタ部70および複数のダイオード部80を備える。半導体装置100は、トランジスタ部70およびダイオード部80が設けられた活性領域の外側において、エッジ終端領域102および外側領域104を備える。 FIG. 6 shows an example of an overall view of the chip of the semiconductor device 100. The semiconductor device 100 of this example includes a plurality of transistor units 70 and a plurality of diode units 80. The semiconductor device 100 includes an edge termination region 102 and an outer region 104 outside the active region in which the transistor portion 70 and the diode portion 80 are provided.

エッジ終端領域102は、半導体基板10の上面側の電界集中を緩和する。例えば、エッジ終端領域102は、ガードリング、フィールドプレート、リサーフおよびこれらを組み合わせた構造を有する。 The edge termination region 102 relaxes the electric field concentration on the upper surface side of the semiconductor substrate 10. For example, the edge termination region 102 has a guard ring, a field plate, a resurf, and a combined structure thereof.

外側領域104は、トランジスタ部70およびダイオード部80に隣接して設けられる。例えば、外側領域104は、ゲートパッド、センス部および温度検出部を備える。 The outer region 104 is provided adjacent to the transistor portion 70 and the diode portion 80. For example, the outer region 104 includes a gate pad, a sense unit, and a temperature detection unit.

本例の半導体装置100は、15個のトランジスタ部70および12個のダイオード部80を備える。本例の半導体装置100では、ダイオード部80のY軸方向の幅Wdは、トランジスタ部70のY軸方向の幅Wt以上であって、好ましくはY軸方向の幅Wtよりも大きい。例えば、ダイオード部80のY軸方向における幅Wdは、500μm以上であってよく、1000μm以上であってよく、1500μm以上であってよい。また、本例では、トランジスタ部70のX軸方向の幅およびダイオード部80のX軸方向の幅は等しい。本例の半導体装置100において、ダイオード部80の総面積は、トランジスタ部70の総面積以上であって、好ましくはトランジスタ部70の総面積よりも大きい。 The semiconductor device 100 of this example includes 15 transistor units 70 and 12 diode units 80. In the semiconductor device 100 of this example, the width Wd of the diode portion 80 in the Y-axis direction is equal to or greater than the width Wt of the transistor portion 70 in the Y-axis direction, and is preferably larger than the width Wt in the Y-axis direction. For example, the width Wd of the diode portion 80 in the Y-axis direction may be 500 μm or more, 1000 μm or more, or 1500 μm or more. Further, in this example, the width of the transistor portion 70 in the X-axis direction and the width of the diode portion 80 in the X-axis direction are equal. In the semiconductor device 100 of this example, the total area of the diode portion 80 is equal to or larger than the total area of the transistor portion 70, and is preferably larger than the total area of the transistor portion 70.

本例の半導体装置100は、ダイオード部80のY軸方向の幅Wdは、トランジスタ部70のY軸方向の幅Wt以上であるので、トランジスタ部70に流れる電流がダイオード部80のカソード領域82にも流れることにより、電流の集中を緩和することができる。したがって、本例の半導体装置100では、電流の集中が緩和されるので、破壊されにくくなる。 In the semiconductor device 100 of this example, since the width Wd of the diode portion 80 in the Y-axis direction is equal to or larger than the width Wt of the transistor portion 70 in the Y-axis direction, the current flowing through the transistor portion 70 reaches the cathode region 82 of the diode portion 80. The current can be relaxed by flowing the current. Therefore, in the semiconductor device 100 of this example, the concentration of the current is relaxed, so that the semiconductor device 100 is less likely to be destroyed.

ダイオード部80の総面積は、トランジスタ部70の総面積の1.2倍よりも大きくてもよく、1.5倍よりも大きくてもよく、2.0倍よりも大きくてもよい。トランジスタ部70の総面積とダイオード部80の総面積との比率は、半導体装置100の導通損失と電流集中とのトレードオフの観点から設定される。即ち、トランジスタ部70の総面積が大きくなる程、導通損失が低減される傾向にある。一方、ダイオード部80の総面積が大きくなる程、電流集中が緩和される傾向にある。 The total area of the diode portion 80 may be larger than 1.2 times, larger than 1.5 times, or larger than 2.0 times the total area of the transistor portion 70. The ratio of the total area of the transistor unit 70 to the total area of the diode unit 80 is set from the viewpoint of a trade-off between the conduction loss of the semiconductor device 100 and the current concentration. That is, the larger the total area of the transistor portion 70, the smaller the conduction loss tends to be. On the other hand, as the total area of the diode portion 80 increases, the current concentration tends to be relaxed.

半導体装置100は、トランジスタ部70の総面積以上の総面積のダイオード部80を有する場合、ダイオード部80の総面積がトランジスタ部70の総面積よりも小さい場合よりも、ゲートエミッタ間容量が小さくなる。しかしながら、本例の半導体装置100は、ダミートレンチ部30を境界領域81に設けることにより、ゲートエミッタ間容量の低減を抑制できる。 When the semiconductor device 100 has a diode unit 80 having a total area equal to or larger than the total area of the transistor unit 70, the gate-emitter capacitance is smaller than when the total area of the diode unit 80 is smaller than the total area of the transistor unit 70. .. However, in the semiconductor device 100 of this example, the reduction of the capacitance between the gate and the emitter can be suppressed by providing the dummy trench portion 30 in the boundary region 81.

なお、半導体装置100は、半導体チップのサイズを固定とする場合、ダイオード部80の総面積をトランジスタ部70の総面積以上にして、且つ、トランジスタ部70およびダイオード部80の個数を少なくしてもよい。これにより、トランジスタ部70とダイオード部80との界面の領域、即ち、トランジスタ部70とダイオード部80との互いの干渉を防止するための境界領域81が少なくなるので、電流の損失が小さくなる。 In the semiconductor device 100, when the size of the semiconductor chip is fixed, the total area of the diode section 80 may be equal to or larger than the total area of the transistor section 70, and the number of the transistor section 70 and the diode section 80 may be reduced. good. As a result, the region of the interface between the transistor portion 70 and the diode portion 80, that is, the boundary region 81 for preventing mutual interference between the transistor portion 70 and the diode portion 80 is reduced, so that the current loss is reduced.

本例の半導体装置100は、Y軸方向において、ダイオード部80よりも多くのトランジスタ部70を備える。これにより、Y軸方向の両端には、トランジスタ部70が配置されている。Y軸方向の両端にトランジスタ部70を設けることにより、ダイオード部80における電流集中が生じにくくなる。 The semiconductor device 100 of this example includes more transistor units 70 than the diode unit 80 in the Y-axis direction. As a result, transistor portions 70 are arranged at both ends in the Y-axis direction. By providing the transistor portions 70 at both ends in the Y-axis direction, current concentration in the diode portion 80 is less likely to occur.

例えば、本例の半導体装置100は、Y軸方向において、5つのトランジスタ部70と4つのダイオード部80を備える。但し、Y軸方向におけるトランジスタ部70およびダイオード部80の個数は、これに限られない。例えば、トランジスタ部70とダイオード部80の個数は、4つと3つであっても、3つと2つであっても、2つと1つであってもよい。また、トランジスタ部70とダイオード部80の個数は、6つと5つであっても、7つと6つであっても、8つと7つであってもよい。なお、Y軸方向において、トランジスタ部70およびダイオード部80の個数は、同一であってもよい。 For example, the semiconductor device 100 of this example includes five transistor units 70 and four diode units 80 in the Y-axis direction. However, the number of the transistor portion 70 and the diode portion 80 in the Y-axis direction is not limited to this. For example, the number of the transistor unit 70 and the diode unit 80 may be four and three, three and two, or two and one. Further, the number of the transistor portion 70 and the diode portion 80 may be six and five, seven and six, or eight and seven. The number of the transistor portion 70 and the diode portion 80 may be the same in the Y-axis direction.

また、半導体装置100は、X軸方向において、トランジスタ部70およびダイオード部80を3列ずつ備える。但し、X軸方向におけるトランジスタ部70およびダイオード部80の列の数は、これに限られない。例えば、X軸方向におけるトランジスタ部70およびダイオード部80の列の数は、1列であっても、2列であっても、4列であっても、5列であっても、それ以上であってもよい。 Further, the semiconductor device 100 includes three rows each of a transistor unit 70 and a diode unit 80 in the X-axis direction. However, the number of rows of the transistor portion 70 and the diode portion 80 in the X-axis direction is not limited to this. For example, the number of rows of the transistor portion 70 and the diode portion 80 in the X-axis direction may be one row, two rows, four rows, five rows, or more. There may be.

図7Aは、電流密度分布を示すグラフである。縦軸は電流密度[A/cm]を示し、横軸はY軸方向の任意の位置を示す。 FIG. 7A is a graph showing the current density distribution. The vertical axis indicates the current density [A / cm 2 ], and the horizontal axis indicates an arbitrary position in the Y-axis direction.

分布D1は、半導体装置100を用いた場合の電流密度分布を示す。本例の半導体装置100は、トランジスタ部70の総面積とダイオード部80の総面積との比率が20:40の場合を示す。即ち、ダイオード部80の総面積は、トランジスタ部70およびダイオード部80の総面積の約66%に相当する。 The distribution D1 shows the current density distribution when the semiconductor device 100 is used. The semiconductor device 100 of this example shows a case where the ratio of the total area of the transistor unit 70 to the total area of the diode unit 80 is 20:40. That is, the total area of the diode portion 80 corresponds to about 66% of the total area of the transistor portion 70 and the diode portion 80.

分布D2は、半導体装置100を用いた場合の電流密度分布を示す。本例の半導体装置100は、トランジスタ部70の総面積とダイオード部80の総面積との比率が20:20の場合を示す。即ち、ダイオード部80の総面積は、トランジスタ部70およびダイオード部80の総面積の50%に相当する。 The distribution D2 shows the current density distribution when the semiconductor device 100 is used. The semiconductor device 100 of this example shows a case where the ratio of the total area of the transistor unit 70 to the total area of the diode unit 80 is 20:20. That is, the total area of the diode portion 80 corresponds to 50% of the total area of the transistor portion 70 and the diode portion 80.

分布D3は、半導体装置500を用いた場合の電流密度分布を示す。本例の半導体装置500は、トランジスタ部570の総面積とダイオード部580の総面積との比率が20:6の場合を示す。即ち、ダイオード部580の総面積は、トランジスタ部570およびダイオード部580の総面積の約23%に相当する。 The distribution D3 shows the current density distribution when the semiconductor device 500 is used. The semiconductor device 500 of this example shows a case where the ratio of the total area of the transistor unit 570 to the total area of the diode unit 580 is 20: 6. That is, the total area of the diode portion 580 corresponds to about 23% of the total area of the transistor portion 570 and the diode portion 580.

分布D1~分布D3を比較すると、ダイオード部80の比率の増加に伴い、電流密度の最大値が減少している。即ち、半導体装置100は、ダイオード部80の総面積をトランジスタ部70の総面積以上とすることにより、電流密度の最大値を低減することができる。 Comparing the distributions D1 to D3, the maximum value of the current density decreases as the ratio of the diode portion 80 increases. That is, the semiconductor device 100 can reduce the maximum value of the current density by setting the total area of the diode unit 80 to be equal to or larger than the total area of the transistor unit 70.

図7Bは、半導体装置100と半導体装置500のターンオフ波形を示すグラフである。本グラフは、コレクタ電流Ic[A/cm]およびコレクタエミッタ間電圧Vceの時間変化を示す。半導体装置100のコレクタ電流Icは、半導体装置500のコレクタ電流Icよりも大きい。即ち、半導体装置100は、ダイオード部80の幅をトランジスタ部70の幅よりも大きくすることにより、半導体装置500よりも高電流密度のスイッチングを実現することができる。 FIG. 7B is a graph showing turn-off waveforms of the semiconductor device 100 and the semiconductor device 500. This graph shows the time change of the collector current Ic [A / cm 2 ] and the collector-emitter voltage Vce. The collector current Ic of the semiconductor device 100 is larger than the collector current Ic of the semiconductor device 500. That is, the semiconductor device 100 can realize switching with a higher current density than the semiconductor device 500 by making the width of the diode section 80 larger than the width of the transistor section 70.

図8A~図8Dは、ゲートトレンチ部Gとエミッタトレンチ部Eとの比率を変化させた場合の伝導電流密度分布を比較するための図である。縦軸は伝導電流密度分布[A/cm]を示し、横軸はトランジスタ部およびダイオード部付近のY軸方向の位置を示す。ゲートトレンチ部Gは、ゲート金属層50と電気的に接続され、エミッタ領域12と接して設けられたトレンチ部である。エミッタトレンチ部Eは、エミッタ電極52と電気的に接続されたトレンチ部である。 8A to 8D are diagrams for comparing the conduction current density distribution when the ratio of the gate trench portion G and the emitter trench portion E is changed. The vertical axis shows the conduction current density distribution [A / cm 2 ], and the horizontal axis shows the positions in the Y-axis direction near the transistor portion and the diode portion. The gate trench portion G is a trench portion that is electrically connected to the gate metal layer 50 and is provided in contact with the emitter region 12. The emitter trench portion E is a trench portion electrically connected to the emitter electrode 52.

図8Aは、フルゲートの半導体装置の伝導電流密度分布を示す。本例の半導体装置は、全てのトレンチ部がゲートトレンチ部Gとしている。即ち、本例の半導体装置では、全てのトレンチ部がゲート金属層50と電気的に接続されている。 FIG. 8A shows the conduction current density distribution of a full-gate semiconductor device. In the semiconductor device of this example, all the trench portions are gate trench portions G. That is, in the semiconductor device of this example, all the trench portions are electrically connected to the gate metal layer 50.

図8Bは、エミッタトレンチ部Eを有する半導体装置の伝導電流密度分布を示す。本例の半導体装置は、ゲートトレンチ部Gとエミッタトレンチ部Eとが2:1の比率で設けられている。即ち、本例の半導体装置では、ゲートトレンチ部Gの本数がエミッタトレンチ部Eの本数よりも多い。 FIG. 8B shows the conduction current density distribution of the semiconductor device having the emitter trench portion E. In the semiconductor device of this example, the gate trench portion G and the emitter trench portion E are provided at a ratio of 2: 1. That is, in the semiconductor device of this example, the number of gate trench portions G is larger than the number of emitter trench portions E.

図8Cは、エミッタトレンチ部Eを有する半導体装置の伝導電流密度分布を示す。本例の半導体装置500は、ゲートトレンチ部Gとエミッタトレンチ部Eとが1:1の比率で設けられている。即ち、本例の半導体装置では、ゲートトレンチ部Gの本数がエミッタトレンチ部Eの本数と等しい。 FIG. 8C shows the conduction current density distribution of the semiconductor device having the emitter trench portion E. In the semiconductor device 500 of this example, the gate trench portion G and the emitter trench portion E are provided at a ratio of 1: 1. That is, in the semiconductor device of this example, the number of gate trench portions G is equal to the number of emitter trench portions E.

図8Dは、エミッタトレンチ部Eを有する半導体装置の伝導電流密度分布を示す。本例の半導体装置500は、ゲートトレンチ部Gとエミッタトレンチ部Eとが1:2の比率で設けられている。即ち、本例の半導体装置では、ゲートトレンチ部Gの本数がエミッタトレンチ部Eの本数よりも少ない。 FIG. 8D shows the conduction current density distribution of the semiconductor device having the emitter trench portion E. In the semiconductor device 500 of this example, the gate trench portion G and the emitter trench portion E are provided at a ratio of 1: 2. That is, in the semiconductor device of this example, the number of gate trench portions G is smaller than the number of emitter trench portions E.

図8A~図8Dの伝導電流密度分布を参照すると、ゲートトレンチ部Gよりもエミッタトレンチ部Eの比率を増加させることにより、伝導電流密度分布が広がる傾向にある。例えば、図8Aの伝導電流密度分布では、他の例と比較して特定の領域に局在化する傾向にある。また、エミッタトレンチ部Eの比率を増やすことにより、チャネル領域が少なくなるので、伝導電流の最大値が増加する傾向にある。 Referring to the conduction current density distributions of FIGS. 8A to 8D, the conduction current density distribution tends to be widened by increasing the ratio of the emitter trench portion E to that of the gate trench portion G. For example, the conduction current density distribution in FIG. 8A tends to be localized to a specific region as compared with other examples. Further, by increasing the ratio of the emitter trench portion E, the channel region is reduced, so that the maximum value of the conduction current tends to increase.

ここで、電流集中を抑制しつつ、ノイズの影響を低減した半導体装置100を設計する方法の一例を示す。フルゲートの半導体装置では、全てのトレンチ部がゲート金属層50と電気的に接続されており、トレンチ部周辺の電位がふらつく場合がある。そのため、半導体装置は、ゲートトレンチ部Gとエミッタトレンチ部Eの両方を有することが好ましい。但し、図8A~図8Dで示した通り、ゲートトレンチ部Gよりもエミッタトレンチ部Eの比率を増加させると、伝導電流密度分布の最大値が増加する傾向にある。 Here, an example of a method for designing a semiconductor device 100 in which the influence of noise is reduced while suppressing current concentration is shown. In a full-gate semiconductor device, all the trench portions are electrically connected to the gate metal layer 50, and the potential around the trench portions may fluctuate. Therefore, it is preferable that the semiconductor device has both a gate trench portion G and an emitter trench portion E. However, as shown in FIGS. 8A to 8D, when the ratio of the emitter trench portion E to that of the gate trench portion G is increased, the maximum value of the conduction current density distribution tends to increase.

伝導電流密度分布の最大値を抑制するために、トランジスタ部70の総面積に対するダイオード部80の総面積の比率を増加させると、半導体装置100の破壊を抑制できる。とりわけ、本実施例1では、境界領域81をダイオード部80に設けている。境界領域81をダイオード部80に設けることにより、相対的に、カソード領域82が長くなりコレクタ領域22が短くなる。このため、エミッタ領域12から放出される電子がカソード領域82に流入しやすくなり、効果的に電流密度の最大値を低減することができる。 If the ratio of the total area of the diode unit 80 to the total area of the transistor unit 70 is increased in order to suppress the maximum value of the conduction current density distribution, the destruction of the semiconductor device 100 can be suppressed. In particular, in the first embodiment, the boundary region 81 is provided in the diode portion 80. By providing the boundary region 81 in the diode portion 80, the cathode region 82 becomes relatively long and the collector region 22 becomes short. Therefore, the electrons emitted from the emitter region 12 tend to flow into the cathode region 82, and the maximum value of the current density can be effectively reduced.

一方、トランジスタ部70の総面積に対するダイオード部80の総面積の比率を増加させると、ゲートエミッタ間容量が低下する。そこで、半導体装置100は、境界領域81にダミートレンチ部30を設けることにより、ダイオード部80の増加により電流の集中を緩和しつつ、ゲートエミッタ間容量を確保することができる。これにより、電流集中による素子の破壊を抑制しつつ、ノイズの影響の少ない半導体装置100が実現できる。 On the other hand, if the ratio of the total area of the diode portion 80 to the total area of the transistor portion 70 is increased, the capacitance between the gate and the emitter decreases. Therefore, by providing the dummy trench portion 30 in the boundary region 81, the semiconductor device 100 can secure the capacitance between the gate and the emitter while relaxing the current concentration by increasing the diode portion 80. As a result, it is possible to realize the semiconductor device 100 having less influence of noise while suppressing the destruction of the element due to the current concentration.

なお、上述のダミートレンチ部30は、トランジスタ部70とダイオード部80とが隣接する境界領域81に限らず、エッジ終端領域102に隣接するトランジスタ部70のエッジ終端領域102側にX軸方向に延伸するように設けられてよい。すなわち、エッジ終端領域102に隣接するトランジスタ部70のエッジ終端領域102側に、エミッタ領域12と接していないダミートレンチ部30が設けられてよい。このダミートレンチ部30が設けられるトランジスタ部70のエッジ終端領域102側をエッジ隣接領域84として破線で図示する。エッジ隣接領域84は、トランジスタ部70のY軸方向の正側又は負側において、エッジ終端領域102と隣接する領域である。これにより、ゲートエミッタ間容量を確保すると共に、トランジスタ部70のエッジ終端領域102側にトランジスタとして機能しない無効領域を形成し、キャリアの集中を抑制することができる。したがって、境界領域81に挿入されるダミートレンチ部30の本数よりもエッジ隣接領域84に挿入されるダミートレンチ部30の本数が多くてよい。また、エッジ隣接領域84のみ、ダミートレンチ部30が設けられてもよい。エッジ隣接領域84にダミートレンチ部30を設けるにあたり、トランジスタ部70のY軸方向の幅Wtおよびダイオード部80のY軸方向の幅Wdは限定されない。 The dummy trench portion 30 described above is not limited to the boundary region 81 in which the transistor portion 70 and the diode portion 80 are adjacent to each other, but extends in the X-axis direction toward the edge termination region 102 of the transistor portion 70 adjacent to the edge termination region 102. It may be provided so as to do so. That is, a dummy trench portion 30 that is not in contact with the emitter region 12 may be provided on the edge termination region 102 side of the transistor portion 70 adjacent to the edge termination region 102. The edge end region 102 side of the transistor portion 70 in which the dummy trench portion 30 is provided is shown by a broken line as an edge adjacent region 84. The edge adjacent region 84 is a region adjacent to the edge end region 102 on the positive side or the negative side of the transistor portion 70 in the Y-axis direction. As a result, the capacitance between the gate and the emitter can be secured, and an invalid region that does not function as a transistor can be formed on the edge termination region 102 side of the transistor portion 70, and the concentration of carriers can be suppressed. Therefore, the number of dummy trench portions 30 inserted in the edge adjacent region 84 may be larger than the number of dummy trench portions 30 inserted in the boundary region 81. Further, the dummy trench portion 30 may be provided only in the edge adjacent region 84. In providing the dummy trench portion 30 in the edge adjacent region 84, the width Wt of the transistor portion 70 in the Y-axis direction and the width Wd of the diode portion 80 in the Y-axis direction are not limited.

図9は、実施例3に係る半導体装置100の構成の一例を示す。本例の半導体装置100は、上面ライフタイムキラー95および下面ライフタイムキラー96を備える点で、実施例1に係る半導体装置100と相違する。 FIG. 9 shows an example of the configuration of the semiconductor device 100 according to the third embodiment. The semiconductor device 100 of this example is different from the semiconductor device 100 according to the first embodiment in that it includes a top surface lifetime killer 95 and a bottom surface lifetime killer 96.

上面ライフタイムキラー95および下面ライフタイムキラー96は、キャリアのライフタイムを調整するために用いられる。上面ライフタイムキラー95および下面ライフタイムキラー96は、半導体基板10の上面側又は下面側からイオンを注入することにより設けられる。例えば、上面ライフタイムキラー95および下面ライフタイムキラー96は、ヘリウムの注入により形成される。 The top lifetime killer 95 and the bottom lifetime killer 96 are used to adjust the lifetime of the carrier. The upper surface lifetime killer 95 and the lower surface lifetime killer 96 are provided by injecting ions from the upper surface side or the lower surface side of the semiconductor substrate 10. For example, the upper surface lifetime killer 95 and the lower surface lifetime killer 96 are formed by injecting helium.

上面ライフタイムキラー95は、半導体基板10の上面側に設けられる。例えば、実施例3の上面ライフタイムキラー95は、ダイオード部80に設けられる。本例の上面ライフタイムキラー95は、非境界領域83から境界領域81の少なくとも一部に延伸して設けられている。上面ライフタイムキラー95は、ダイオード部80のアノード領域側のキャリアライフタイムを小さくすることにより、テール電流を小さくして、逆回復損失Errを低減することができる。 The upper surface lifetime killer 95 is provided on the upper surface side of the semiconductor substrate 10. For example, the upper surface lifetime killer 95 of the third embodiment is provided in the diode portion 80. The upper surface lifetime killer 95 of this example is provided extending from the non-boundary region 83 to at least a part of the boundary region 81. The upper surface lifetime killer 95 can reduce the tail current and reduce the reverse recovery loss Err by reducing the carrier lifetime on the anode region side of the diode portion 80.

上面ライフタイムキラー95は、トランジスタ部70に設けられてもよいし、設けられなくてもよい。即ち、本例の上面ライフタイムキラー95は、非境界領域83から境界領域81の途中まで延伸して設けられているが、境界Rまで延伸して設けられていてもよいし、境界Rを超えてトランジスタ部70まで延伸して設けられていてもよい。また、本例では、半導体基板10の下面側に設けられたコレクタ領域を半導体基板10の上面に投影した領域をトランジスタ部70、カソード領域82を半導体基板10の上面に投影した領域であってトランジスタ部70以外の領域をダイオード部80としている。但し、上面ライフタイムキラー95が設けられていない領域をトランジスタ部70、上面ライフタイムキラー95が設けられている領域をダイオード部80としてもよい。 The upper surface lifetime killer 95 may or may not be provided in the transistor portion 70. That is, the upper surface lifetime killer 95 of this example is provided extending from the non-boundary region 83 to the middle of the boundary region 81, but may be provided extending to the boundary R or beyond the boundary R. It may be provided by extending to the transistor portion 70. Further, in this example, the region provided on the lower surface side of the semiconductor substrate 10 is projected onto the upper surface of the semiconductor substrate 10, the region is projected onto the transistor portion 70, and the cathode region 82 is projected onto the upper surface of the semiconductor substrate 10. The region other than the portion 70 is the diode portion 80. However, the region where the upper surface lifetime killer 95 is not provided may be the transistor portion 70, and the region where the upper surface lifetime killer 95 is provided may be the diode portion 80.

下面ライフタイムキラー96は、半導体基板10の下面側に設けられる。本例の下面ライフタイムキラー96は、トランジスタ部70およびダイオード部80の両方に設けられる。下面ライフタイムキラー96の濃度は、ダイオード部80側よりもトランジスタ部70側で低くてよい。例えば、ダイオード部80の境界領域81における下面ライフタイムキラー96の濃度は、ダイオード部80の非境界領域83における下面ライフタイムキラー96の濃度よりも低い。これにより、カソード領域82に電流が流れやすくなり、トランジスタ部70における電流の集中が緩和されやすくなる。 The bottom surface lifetime killer 96 is provided on the bottom surface side of the semiconductor substrate 10. The bottom surface lifetime killer 96 of this example is provided in both the transistor portion 70 and the diode portion 80. The concentration of the bottom surface lifetime killer 96 may be lower on the transistor portion 70 side than on the diode portion 80 side. For example, the concentration of the lower surface lifetime killer 96 in the boundary region 81 of the diode portion 80 is lower than the concentration of the lower surface lifetime killer 96 in the non-boundary region 83 of the diode portion 80. As a result, the current easily flows in the cathode region 82, and the concentration of the current in the transistor portion 70 is easily relaxed.

カソード領域82は、上面ライフタイムキラー95よりもトランジスタ部70側に延伸して設けられる。これにより、カソード領域82に電流が流れやすくなり、トランジスタ部70における電流の集中が緩和されやすくなる。 The cathode region 82 is provided so as to extend toward the transistor portion 70 from the upper surface lifetime killer 95. As a result, the current easily flows in the cathode region 82, and the concentration of the current in the transistor portion 70 is easily relaxed.

また、カソード領域82の濃度は、ダイオード部80側よりもトランジスタ部70側で高くてよい。例えば、ダイオード部80の境界領域81におけるカソード領域82の濃度は、ダイオード部80の非境界領域83におけるカソード領域82の濃度よりも高い。これにより、カソード領域82に電流がさらに流れやすくなり、トランジスタ部70における電流の集中が緩和されやすくなる。 Further, the concentration of the cathode region 82 may be higher on the transistor portion 70 side than on the diode portion 80 side. For example, the concentration of the cathode region 82 in the boundary region 81 of the diode portion 80 is higher than the concentration of the cathode region 82 in the non-boundary region 83 of the diode portion 80. As a result, the current is more likely to flow in the cathode region 82, and the concentration of the current in the transistor portion 70 is more likely to be relaxed.

図10は、実施例4に係る半導体装置100の構成の一例を示す。本例の半導体装置100は、境界領域81の構造が実施例1に係る半導体装置100と相違する。 FIG. 10 shows an example of the configuration of the semiconductor device 100 according to the fourth embodiment. The semiconductor device 100 of this example differs from the semiconductor device 100 according to the first embodiment in the structure of the boundary region 81.

蓄積領域16は、トランジスタ部70に設けられている。但し、蓄積領域16は、境界領域81には設けられていない。即ち、蓄積領域16は、ダミートレンチ部30と隣接した第2メサ部92には設けられていない。一方で、第2メサ部92には、コンタクト領域15が設けられている。本例の半導体装置100は、ダミートレンチ部30に挟まれた第2メサ部92において、蓄積領域16を有さないので、境界領域81において、ホールをエミッタ電極52に容易に引き抜くことができる。 The storage region 16 is provided in the transistor portion 70. However, the storage area 16 is not provided in the boundary area 81. That is, the storage region 16 is not provided in the second mesa portion 92 adjacent to the dummy trench portion 30. On the other hand, the second mesa portion 92 is provided with a contact region 15. Since the semiconductor device 100 of this example does not have the storage region 16 in the second mesa portion 92 sandwiched between the dummy trench portions 30, holes can be easily pulled out to the emitter electrode 52 in the boundary region 81.

図11は、実施例5に係る半導体装置100の構成の一例を示す。本例の半導体装置100は、ダミートレンチ部30の構造が実施例1に係る半導体装置100と相違する。 FIG. 11 shows an example of the configuration of the semiconductor device 100 according to the fifth embodiment. In the semiconductor device 100 of this example, the structure of the dummy trench portion 30 is different from that of the semiconductor device 100 according to the first embodiment.

ダミートレンチ部30は、ゲートトレンチ部40およびエミッタトレンチ部60と異なる形状を有する。本例のダミートレンチ部30は、トレンチ内の絶縁膜およびトレンチ深さを調整することにより、半導体装置100のゲートエミッタ間容量を調整することができる。 The dummy trench portion 30 has a shape different from that of the gate trench portion 40 and the emitter trench portion 60. The dummy trench portion 30 of this example can adjust the gate-emitter capacitance of the semiconductor device 100 by adjusting the insulating film in the trench and the trench depth.

ダミー絶縁膜32の膜厚は、ゲート絶縁膜42およびエミッタ絶縁膜62よりも薄い。これにより、半導体装置100のゲートエミッタ間容量が増加する。本例では、半導体基板10の上面側に形成するトレンチの幅を変えずに、ダミー絶縁膜32の膜厚を薄くしている。但し、ゲートトレンチ部40およびエミッタトレンチ部60を設けるためのトレンチの幅を大きくして、ゲート絶縁膜42およびエミッタ絶縁膜62の膜厚を厚くすることにより、相対的にダミー絶縁膜32の膜厚を薄くしてもよい。 The film thickness of the dummy insulating film 32 is thinner than that of the gate insulating film 42 and the emitter insulating film 62. This increases the capacity between the gate and emitter of the semiconductor device 100. In this example, the film thickness of the dummy insulating film 32 is reduced without changing the width of the trench formed on the upper surface side of the semiconductor substrate 10. However, by increasing the width of the trench for providing the gate trench portion 40 and the emitter trench portion 60 and increasing the film thickness of the gate insulating film 42 and the emitter insulating film 62, the film of the dummy insulating film 32 is relatively thick. The thickness may be reduced.

ダミートレンチ部30のトレンチ深さは、ゲートトレンチ部40のトレンチ深さおよびエミッタトレンチ部60のトレンチ深さよりも深い。これにより、半導体装置100のゲートエミッタ間容量が増加する。なお、本例では、ダミートレンチ部30のトレンチ深さを深くしているが、ゲートトレンチ部40およびエミッタトレンチ部60を設けるためのトレンチの深さを浅くすることにより、相対的にダミートレンチ部30のトレンチ深さを深くしてもよい。 The trench depth of the dummy trench portion 30 is deeper than the trench depth of the gate trench portion 40 and the trench depth of the emitter trench portion 60. This increases the capacity between the gate and emitter of the semiconductor device 100. In this example, the trench depth of the dummy trench portion 30 is deepened, but by making the depth of the trench for providing the gate trench portion 40 and the emitter trench portion 60 shallow, the dummy trench portion is relatively relatively deep. The trench depth of 30 may be increased.

本例の半導体装置100は、ダミー絶縁膜32の膜厚を薄くし、ダミートレンチ部30のトレンチ深さを深くすることにより、ゲートエミッタ間容量を増加させることができる。これにより、半導体装置100に対するノイズの影響が小さくなる。なお、半導体装置100は、ダミー絶縁膜32の膜厚又はダミートレンチ部30のトレンチ深さのいずれか一方を調整することにより、ゲートエミッタ間容量を増加させてもよい。 In the semiconductor device 100 of this example, the gate-emitter capacitance can be increased by reducing the film thickness of the dummy insulating film 32 and increasing the trench depth of the dummy trench portion 30. As a result, the influence of noise on the semiconductor device 100 is reduced. The semiconductor device 100 may increase the gate-emitter capacitance by adjusting either the film thickness of the dummy insulating film 32 or the trench depth of the dummy trench portion 30.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that the form with such changes or improvements may be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operation, procedure, step, and step in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, specification, and drawings is particularly "before" and "prior to". It should be noted that it can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Even if the scope of claims, the specification, and the operation flow in the drawings are explained using "first", "next", etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It's not a thing.

10・・・半導体基板、11・・・ウェル領域、12・・・エミッタ領域、14・・・ベース領域、15・・・コンタクト領域、16・・・蓄積領域、18・・・ドリフト領域、20・・・バッファ領域、21・・・上面、22・・・コレクタ領域、23・・・下面、24・・・コレクタ電極、25・・・接続部、30・・・ダミートレンチ部、31・・・延伸部分、32・・・ダミー絶縁膜、33・・・接続部分、34・・・ダミー導電部、38・・・層間絶縁膜、40・・・ゲートトレンチ部、41・・・延伸部分、42・・・ゲート絶縁膜、43・・・接続部分、44・・・ゲート導電部、48・・・ゲートランナー、49・・・コンタクトホール、50・・・ゲート金属層、52・・・エミッタ電極、54・・・コンタクトホール、56・・・コンタクトホール、60・・・エミッタトレンチ部、61・・・延伸部分、62・・・エミッタ絶縁膜、63・・・接続部分、64・・・エミッタ導電部、70・・・トランジスタ部、80・・・ダイオード部、81・・・境界領域、82・・・カソード領域、83・・・非境界領域、84・・・エッジ隣接領域、91・・・第1メサ部、92・・・第2メサ部、93・・・第3メサ部、95・・・上面ライフタイムキラー、96・・・下面ライフタイムキラー、100・・・半導体装置、102・・・エッジ終端領域、104・・・外側領域、500・・・半導体装置、570・・・トランジスタ部、580・・・ダイオード部 10 ... Semiconductor substrate, 11 ... Well region, 12 ... Emitter region, 14 ... Base region, 15 ... Contact region, 16 ... Storage region, 18 ... Drift region, 20 ... Buffer area, 21 ... Top surface, 22 ... Collector area, 23 ... Bottom surface, 24 ... Collector electrode, 25 ... Connection part, 30 ... Dummy trench part, 31 ... -Stretched portion, 32 ... Dummy insulating film, 33 ... Connection portion, 34 ... Dummy conductive portion, 38 ... Interlayer insulating film, 40 ... Gate trench portion, 41 ... Stretched portion, 42 ... Gate insulating film, 43 ... Connection part, 44 ... Gate conductive part, 48 ... Gate runner, 49 ... Contact hole, 50 ... Gate metal layer, 52 ... Emitter Electrodes, 54 ... contact holes, 56 ... contact holes, 60 ... emitter trenches, 61 ... stretched parts, 62 ... emitter insulating film, 63 ... connection parts, 64 ... Emitter conductive part, 70 ... Transistor part, 80 ... Diode part, 81 ... Boundary region, 82 ... Cathode region, 83 ... Non-boundary region, 84 ... Edge adjacent region, 91. 1st mesa part, 92 ... 2nd mesa part, 93 ... 3rd mesa part, 95 ... upper surface lifetime killer, 96 ... lower surface lifetime killer, 100 ... semiconductor device, 102 ... edge termination region, 104 ... outer region, 500 ... semiconductor device, 570 ... transistor section, 580 ... diode section

Claims (10)

トランジスタ部とダイオード部とを有する半導体装置であって、
前記トランジスタ部と前記ダイオード部とが隣接する領域に形成され、前記トランジスタ部と前記ダイオード部との干渉を防止する境界領域を有し、
前記トランジスタ部および前記ダイオード部は、予め定められた配列方向に配列された複数のトレンチ部を備え、
前記ダイオード部は、半導体基板のおもて面側とは反対側の面に第1導電型のカソード領域を備え、
前記ダイオード部の前記配列方向における幅は、前記トランジスタ部の前記配列方向における幅よりも大きく、
前記カソード領域は、前記配列方向において前記境界領域まで延伸して設けられている
半導体装置。
A semiconductor device having a transistor part and a diode part.
The transistor portion and the diode portion are formed in an adjacent region, and have a boundary region for preventing interference between the transistor portion and the diode portion.
The transistor portion and the diode portion include a plurality of trench portions arranged in a predetermined arrangement direction.
The diode portion includes a first conductive type cathode region on a surface opposite to the front surface side of the semiconductor substrate.
The width of the diode portion in the arrangement direction is larger than the width of the transistor portion in the arrangement direction.
The cathode region is a semiconductor device provided so as to extend to the boundary region in the arrangement direction.
前記配列方向において、前記ダイオード部の幅が、1500μm以上である
請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the width of the diode portion is 1500 μm or more in the arrangement direction.
複数のトランジスタ部および複数のダイオード部を備え、
前記複数のダイオード部の総面積は、前記複数のトランジスタ部の総面積より大きい
請求項1または2に記載の半導体装置。
Equipped with multiple transistor sections and multiple diode sections,
The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the total area of the plurality of diode portions is larger than the total area of the plurality of transistor portions.
前記半導体基板の上面の上方に設けられたゲート金属層と、
前記半導体基板の上面の上方に設けられたエミッタ電極と、
前記トランジスタ部において前記半導体基板の上面側に設けられた第1導電型のエミッタ領域と、
前記トランジスタ部において前記半導体基板の上面側に設けられ、前記ゲート金属層と電気的に接続され、前記エミッタ領域と接するゲートトレンチ部と、
前記ダイオード部において前記半導体基板の上面側に設けられ、前記エミッタ電極と電気的に接続されたエミッタトレンチ部とを更に備え、
前記エミッタトレンチ部は、前記トランジスタ部においても、前記ゲートトレンチ部の間に一定の周期で配置されている
請求項1から3のいずれか一項に記載の半導体装置。
A gate metal layer provided above the upper surface of the semiconductor substrate and
An emitter electrode provided above the upper surface of the semiconductor substrate and
In the transistor portion, a first conductive type emitter region provided on the upper surface side of the semiconductor substrate and
A gate trench portion provided on the upper surface side of the semiconductor substrate in the transistor portion, electrically connected to the gate metal layer, and in contact with the emitter region.
The diode portion further includes an emitter trench portion provided on the upper surface side of the semiconductor substrate and electrically connected to the emitter electrode.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the emitter trench portion is also arranged in the transistor portion between the gate trench portions at a constant cycle.
前記半導体基板の上面側に設けられ、前記ゲート金属層と電気的に接続され、前記エミッタ領域と接していないダミートレンチ部を更に備える
請求項4に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4, further comprising a dummy trench portion provided on the upper surface side of the semiconductor substrate, electrically connected to the gate metal layer, and not in contact with the emitter region.
前記境界領域は、前記トランジスタ部のデバイス構造とも、前記ダイオード部のデバイス構造とも異なるデバイス構造を有する領域である
請求項1から5のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the boundary region is a region having a device structure different from the device structure of the transistor portion and the device structure of the diode portion.
前記半導体基板の上面側の上方に設けられる層間絶縁膜と、
前記トランジスタ部および前記ダイオード部において、トレンチ部間の前記層間絶縁膜に設けられエミッタ電極が埋め込まれるコンタクトホールとを更に備え、
前記境界領域のトレンチ部間の前記層間絶縁膜には、前記コンタクトホールが設けられていない
請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体装置。
An interlayer insulating film provided above the upper surface side of the semiconductor substrate, and
The transistor portion and the diode portion are further provided with a contact hole provided in the interlayer insulating film between the trench portions and in which an emitter electrode is embedded.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the interlayer insulating film between the trench portions in the boundary region is not provided with the contact hole.
前記ダイオード部は、前記境界領域と非境界領域とを有し、
前記ダイオード部の前記境界領域における前記カソード領域の濃度は、前記ダイオード部の前記非境界領域における前記カソード領域の濃度よりも高い
請求項1から7のいずれか一項に記載の半導体装置。
The diode portion has the boundary region and the non-boundary region.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein the concentration of the cathode region in the boundary region of the diode portion is higher than the concentration of the cathode region in the non-boundary region of the diode portion.
前記半導体基板の上面側とは反対側に設けられた下面ライフタイムキラーを更に備え、
前記ダイオード部は、前記境界領域と非境界領域とを有し、
前記ダイオード部の前記境界領域における前記下面ライフタイムキラーの濃度は、前記ダイオード部の前記非境界領域における前記下面ライフタイムキラーの濃度よりも低い
請求項1から8のいずれか一項に記載の半導体装置。
Further, a lower surface lifetime killer provided on the side opposite to the upper surface side of the semiconductor substrate is further provided.
The diode portion has the boundary region and the non-boundary region.
The semiconductor according to any one of claims 1 to 8, wherein the concentration of the lower surface lifetime killer in the boundary region of the diode portion is lower than the concentration of the lower surface lifetime killer in the non-boundary region of the diode portion. Device.
前記半導体基板の上面側において、少なくとも前記ダイオード部の非境界領域に導入される上面ライフタイムキラーを更に備え、
前記カソード領域は、前記上面ライフタイムキラーよりもトランジスタ部側に延伸して設けられる
請求項1から9のいずれか一項に記載の半導体装置。
On the upper surface side of the semiconductor substrate, a top surface lifetime killer introduced at least in the non-boundary region of the diode portion is further provided.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the cathode region is provided so as to extend toward the transistor portion from the upper surface lifetime killer.
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