WO2019017104A1 - 半導体装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device.
  • RC-IGBT Reverse
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • FWD Free Wheeling Diode: free-wheeling diode
  • Conducting IGBTs are known.
  • FWD region the region where FWD is arranged (hereinafter referred to as FWD region) is arranged in a stripe-like layout as viewed from the front surface of the semiconductor chip.
  • FIG. 11 and 12 are plan views showing an example of a planar layout of a conventional semiconductor device.
  • FIG. 11 shows an example in which the IGBT and the FWD are arranged on the semiconductor chip 110 a (hereinafter, referred to as a small chip IGBT).
  • FIG. 12 shows an example in which the FWD is arranged on the same semiconductor chip 110b as the IGBT (hereinafter referred to as a sense IGBT) for detecting and controlling the current and the chip temperature.
  • the conventional semiconductor device shown in FIGS. 11 and 12 has an IGBT region 101 and an FWD region 102 in an active region 111.
  • the IGBT region 101 is a region in which the IGBT is disposed, and is a region of the active region 111 other than the FWD region 102.
  • the total of the surface area of the IGBT region 101 and the surface area of the FWD region 102 is the surface area of the active region 111.
  • the FWD regions 102 are arranged in a striped layout, and both ends thereof reach the boundary between the active region 111 and the edge termination region 112. That is, the length (longitudinal length) L102 of the FWD region 102 is substantially the same as the length L101 of one side of the substantially rectangular planar active region 111 parallel to the stripe direction of the FWD region 102. is there.
  • the unit cell (constituent unit of the element) of the IGBT in the IGBT region 101 is separately disposed in a plurality of regions.
  • electrode pads such as a gate pad (electrode pad) 103 and sense pads 104 to 107 for current and temperature sensing are disposed.
  • FIG. 11 shows the case where the gate pad 103 is arranged in the vicinity of one vertex of the active region 111.
  • FIG. 12 shows the case where gate pad 103 and sense pads 104 to 106 are arranged along one side of active region 111 orthogonal to the stripe of FWD region 102, and sense pad 107 is arranged near the center.
  • Patent Document 1 As a conventional RC-IGBT, a device has been proposed in which four diode regions are arranged in a matrix planar layout, and IGBT regions are arranged so as to surround the four diode regions (for example, Patent Document 1 (see See paragraph 0012, Figures 1, 2, 8 and 10).
  • Patent Document 1 the gate trench in the IGBT region and the gate trench in the diode region are arranged in stripes on the same stripe, separated from each other in the extending direction of the stripe, and the end portions thereof are p-type well layers. They are facing each other.
  • the conventional RC-IGBT functions as an active region between the plurality of IGBT regions and the plurality of diode regions so as to be orthogonal to the plurality of strip-shaped IGBT regions and the plurality of diode regions.
  • An apparatus has been proposed in which non-active areas are arranged (see, for example, Patent Document 2 (paragraph 0067, FIGS. 1 and 2 below)).
  • the diode cell regions are disposed apart from each other in the direction in which the diode cell regions extend in a stripe shape, and the end portions thereof face each other via the non-active region.
  • the semiconductor chip 110a In order to suppress the temperature rise of the semiconductor chip 110a, it is preferable to increase the number of FWD regions 102 arranged in the active region 111 because the temperature difference between the IGBT region 101 and the FWD region 102 is eliminated.
  • the conventional RC-IGBT in the case of the small chip IGBT (see FIG. 11), only one or two FWD regions 102 can be arranged in the active region 111. Therefore, there is a problem that the heat dissipation of the semiconductor chip is deteriorated.
  • the width w102 of the FWD region 102 is narrowed and the width w102 of the FWD region 102 is narrowed depending on the area of the FWD region 102 when adjusting the area of the FWD region 102.
  • the area needs to be used to increase the number of FWD regions 102.
  • the width w102 of the FWD region 102 is too narrow, there is a problem that the forward characteristic of the FWD is deteriorated when a gate voltage of 15 V or more which is a general gate threshold voltage of the IGBT is applied.
  • the chip size is large, when adjusting the area of the FWD region 102, it is necessary to narrow the width w102 of the FWD region 102, which causes the same problem as the small chip IGBT.
  • the FWD region 102 is in contact with the gate pad 103, so it is necessary to devise a planar layout of the FWD region 102. Further, the width w101 of the IGBT region 101 is narrowed at the portion where the electrode pad is disposed. Also, similarly to the small chip IGBT, the width w102 of the FWD region 102 is also narrow. For this reason, there is a problem that mutual interference occurs at the boundary between the IGBT and the FWD such that the electron current of the IGBT is easily leaked to the FWD region 102, and the element characteristic is deteriorated.
  • An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of preventing deterioration of element characteristics or improving the heat dissipation of a semiconductor chip in order to solve the above-mentioned problems caused by the prior art. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of improving the design freedom of the FWD region in order to solve the above-mentioned problems with the prior art.
  • a semiconductor device has the following features.
  • An active region through which current flows is provided on a semiconductor substrate.
  • a first element region is provided in the active region.
  • a first element having a first trench gate structure is disposed in the first element region.
  • a second element region is provided in the active region.
  • a second element having a second trench gate structure is disposed in the second element region.
  • the first trench gate structure has a first trench and a first gate electrode.
  • the first trench is provided on the first main surface side of the semiconductor substrate.
  • the first gate electrode is provided inside the first trench via a first gate insulating film.
  • the second trench gate structure has a second trench and a second gate electrode.
  • the second trench is provided on the first main surface side of the semiconductor substrate so as to be separated from the first trench.
  • the second gate electrode is provided inside the second trench via a second gate insulating film.
  • the plurality of second element regions are disposed apart from one another.
  • the first element region is a continuous region sandwiched between the plurality of second element regions.
  • a semiconductor device is characterized in that, in the above-mentioned invention, the second element region is disposed near the outer periphery of the active region.
  • the plurality of second element regions are parallel to the first main surface of the semiconductor substrate and have an outer periphery of the active region having a rectangular planar shape. It is arranged in a stripe-like layout extending in a first direction parallel to another set of opposite sides from each set of opposite sides.
  • the second element region disposed on one side of the pair of opposite sides facing in the first direction of the active region and the second element region disposed on the other side are It is characterized in that they are alternately arranged in a second direction orthogonal to the first direction, and the number of FWDs from the chip center line is the same.
  • the length in the first direction of the second element region is longer than the width in the second direction of the second element region.
  • the width between the adjacent second element regions is equal to or larger than the width in the second direction of the second element regions.
  • the width in the second direction of the second element region is 50 ⁇ m or more.
  • the first element is a first conductivity type first and third semiconductor region, a second conductivity type second and fourth semiconductor region, the first trench, The first gate electrode and the first and second electrodes are provided.
  • the first semiconductor region is provided on the semiconductor substrate.
  • the second semiconductor region is provided in contact with the first semiconductor region in a surface layer of a first main surface of the semiconductor substrate.
  • the third semiconductor region is selectively provided in the second semiconductor region.
  • the first trench penetrates the third semiconductor region and the second semiconductor region to reach the first semiconductor region.
  • the fourth semiconductor region is provided in the surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate in contact with the first semiconductor region.
  • the first electrode is in contact with the second semiconductor region and the third semiconductor region.
  • the second electrode is in contact with the fourth semiconductor region.
  • the second element includes the first semiconductor area and the second semiconductor area extending from the first element area to the second element area, a fifth semiconductor area of a first conductivity type, and the second trench. And the second gate electrode and the first and second electrodes.
  • the second trench penetrates the second semiconductor region to reach the first semiconductor region.
  • the fifth semiconductor region is provided in the surface layer of the second main surface of the semiconductor substrate in contact with the first semiconductor region and the fourth semiconductor region.
  • the first electrode is in contact with the second semiconductor region.
  • the second electrode is in contact with the fifth semiconductor region.
  • the first trenches are arranged in a stripe shape extending in the first direction in a direction parallel to the first main surface of the semiconductor substrate.
  • the second trenches are arranged in a stripe-like layout extending in a direction parallel to the first main surface of the semiconductor substrate and in the first direction. End portions of the first trench and the second trench face each other in the first direction. It further comprises a sixth semiconductor region of the second conductivity type provided between the end of the first trench and the second trench and in contact with the end of the first trench and the end of the second trench. It features.
  • the first trenches are arranged in a stripe shape extending in the first direction in a direction parallel to the first main surface of the semiconductor substrate.
  • the second trenches are arranged in a stripe-like layout extending in a direction parallel to the first main surface of the semiconductor substrate and in the first direction. End portions of the first trench and the second trench face each other in the first direction. It further comprises a sixth semiconductor region of the second conductivity type provided between the end of the first trench and the second trench and in contact with the end of the first trench and the end of the second trench. It features.
  • the depth of the sixth semiconductor region is deeper than the depth of the first trench and the depth of the second trench.
  • the semiconductor device further includes a boundary region between the first element region and the second element region.
  • the second semiconductor region is disposed in the surface layer of the first semiconductor region in the boundary region.
  • a seventh semiconductor region of the second conductivity type and an eighth semiconductor region of the first conductivity type are provided in the second semiconductor region of the boundary region.
  • the seventh semiconductor region is disposed in the surface layer of the second semiconductor region.
  • the seventh semiconductor region has a higher impurity concentration than the second semiconductor region.
  • the eighth semiconductor region is disposed on the lower surface of the second semiconductor region.
  • the eighth semiconductor region has a higher impurity concentration than the first semiconductor region.
  • the seventh semiconductor region is electrically connected to the second gate electrode.
  • the semiconductor device further includes a boundary region between the first element region and the second element region.
  • the boundary region includes the sixth semiconductor region and a ninth semiconductor region of a second conductivity type.
  • the sixth semiconductor region is provided on a surface layer of the first semiconductor region and covers bottoms of the first trench and the second trench.
  • the ninth semiconductor region is provided on the surface layer of the sixth semiconductor region.
  • the ninth semiconductor region has a higher impurity concentration than the sixth semiconductor region.
  • a semiconductor device is characterized in that, in the above-mentioned invention, the ninth semiconductor region is electrically connected to the second gate electrode.
  • the semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the first element region is an insulated gate bipolar transistor, and the second element region is a free wheeling diode.
  • the predetermined width of the second element region can be widened while maintaining the surface area ratio between the first element region and the second element region, and the second element disposed in the active region The number of areas can be increased.
  • the semiconductor device According to the semiconductor device according to the present invention, it is possible to prevent the deterioration of the element characteristics or to improve the heat dissipation of the semiconductor chip. Furthermore, according to the semiconductor device of the present invention, it is possible to improve the design freedom.
  • FIG. 1 is a plan view showing a planar layout of the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view showing a part of FIG. 1 in an enlarged manner.
  • FIG. 3 is a plan view showing a part of FIG. 1 in an enlarged manner.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line A-A 'in FIGS.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line B-B 'in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing the temperature amplitude according to the width of the IGBT region and the FWD region.
  • FIG. 7 is a modification of the plan view showing the planar layout of the semiconductor device according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a modification of the plan view showing the planar layout of the semiconductor device according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a plan view showing a planar layout of the semiconductor device according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a plan view showing a planar layout of the semiconductor device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a plan view showing a planar layout of the semiconductor device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 11 is a plan view showing an example of a planar layout of a conventional semiconductor device.
  • FIG. 12 is a plan view showing an example of a planar layout of a conventional semiconductor device.
  • n and p in the layer or region having n or p, it is meant that electrons or holes are majority carriers, respectively.
  • + and-attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and the impurity concentration is lower than that of the layer or region to which it is not attached, respectively.
  • FIG. 1 is a plan view showing a planar layout of the semiconductor device according to the first embodiment.
  • the planar layout is a planar shape and an arrangement configuration of each portion viewed from the front surface of the chip (the front surface of the semiconductor chip (semiconductor substrate) 10).
  • the element structures of the IGBT and the FWD arranged in the IGBT region 1 and the FWD region 2 are not shown.
  • FIG. 1 shows the semiconductor chip 10 having a substantially rectangular planar shape (the same applies to FIGS. 8 to 10), the planar shape of the semiconductor chip 10 may be square.
  • FIGS. 2 and 3 are plan views showing a part of FIG. 1 in an enlarged manner.
  • FIGS. 2 and 3 in order to clarify the arrangement of the first and second gate trenches 31 and 32 arranged in the IGBT region 1 and the FWD region 2, gate insulating films in the first and second gate trenches 31 and 32. 46 and the interlayer insulating film 50 on the front surface of the chip are not shown.
  • FIG. 2 shows the vicinity 13 of the boundary between the IGBT region 1 and the FWD region 2 on the side of the central portion 11 e of the active region 11.
  • FIG. 3 shows IGBT region 1 and FWD region 2 in the vicinity 14 of the boundary between active region 11 and edge termination region 12.
  • an IGBT insulated gate type bipolar transistor
  • an FWD heat diode
  • the RC-IGBT reverse conductive IGBT
  • the RC-IGBT has the above-described structure, and has the IGBT region 1 and the FWD region 2 in the active region 11.
  • the active region 11 is a region through which a current flows (is responsible for current driving) when in the on state.
  • the active region 11 has, for example, a substantially rectangular planar shape.
  • the periphery of the active area 11 is surrounded by an edge termination area 12.
  • the edge termination region 12 is a region between the active region 11 and the chip end of the semiconductor chip 10, and originates from the n ⁇ -type drift region 41 (see FIGS. 4 and 5) of the active region 11 and the p-type base region 42. This is an area for letting the equipotential line escape to the edge termination area 12 and relaxing the electric field on the front side of the chip to maintain the withstand voltage (withstand voltage) of the entire chip.
  • the breakdown voltage is a voltage when an electric field on the front surface side of the chip becomes strong and an avalanche current is generated.
  • the edge termination area 12 is provided with a general pressure-resistant structure (not shown) such as, for example, a field limiting ring (FLR).
  • the IGBT region 1 is a region in which the IGBT is disposed, and is a region of the active region 11 other than the FWD region 2. That is, the sum of the surface area of the IGBT region 1 and the surface area of the FWD region 2 is the surface area of the active region 11.
  • 2 and 3 show a state in which a plurality of unit cells of IGBT (arrangement units of elements) are arranged in parallel in IGBT region 1 and a plurality of unit cells of FWD are arranged in parallel in FWD region 2 (see FIG. The same applies to 4, 5).
  • the FWD area 2 is an area where the FWD is arranged.
  • the FWD regions 2 have, for example, a rectangular planar shape, and a plurality of FWD regions 2 are disposed apart from each other.
  • the number of FWD regions 2 may be determined by the ratio of the surface area of the IGBT region 1 to the FWD region 2 in the active region 11.
  • the plurality of FWD regions 2 may be dispersed throughout the active region 11. The reason is as follows. As a feature of the RC-IGBT, the IGBT region 1 and the FWD region 2 are arranged adjacent to each other. Therefore, heat generation from IGBT region 1 and FWD region 2 can be shared respectively. Thereby, the heat generation can be suppressed more than the IGBT region 1 and the FWD region 2 alone.
  • the FWD region 2 has a high current density because the surface area can be narrowed compared to the IGBT region 1.
  • the heat generation is shared by the structure of this RC-IGBT, a heat generation difference occurs depending on the width and the number of IGBT regions 1 and FWD regions 2, and there is a problem that the temperature of the semiconductor chip 10 tends to rise. Therefore, by arranging the plurality of FWD regions 2 in a distributed manner, heat generation in each FWD region 2 can be suppressed as compared to the case where one FWD region 2 is disposed.
  • FIG. 6 is a diagram showing the temperature amplitude according to the width of the IGBT region and the FWD region.
  • FIG. 6 shows the temperature amplitude according to the width of the IGBT region 1 and the FWD region 2.
  • FIG. 6A shows the case where the width S of the IGBT region 1 is wider than the width of the FWD region 2.
  • FIG. 6B shows the case where the width S of the IGBT region 1 is smaller than the width of the FWD region 2.
  • FIG. 6 (c) shows the temperatures of FIG. 6 (a) and FIG. 6 (b).
  • the dotted lines in the diagrams of FIGS. 6A and 6B indicate the positions of dotted lines in FIG. 6C.
  • the temperature rises at the central portion of the FWD region 2 and the temperature tends to lower at the central portion of the IGBT region 1.
  • the distance between the FWD regions 2 at this time (the width S of the IGBT region 1) is preferably 50% or more of the width of the FWD regions 2.
  • the width S of the IGBT region 1 is narrowed, the snapback phenomenon of the conduction loss is likely to occur.
  • the chip size of the semiconductor chip 10 is fixed, and if it is not desired to change the surface area ratio between the IGBT region 1 and the FWD region 2, the number of FWD regions 2 can not be increased. Therefore, by arranging the IGBT regions 1 and the FWD regions 2 as described above (see FIG. 1), the number of FWD regions 2 in the semiconductor chip 10 can be increased.
  • the width of the FWD region 2 may be narrowed and the area thereof may be used to increase the number of the FWD regions 2.
  • the plurality of FWD regions 2 be arranged at equal intervals.
  • the reason is as follows. Since the IGBT and the FWD operate alternately, the timing of heat generation in the IGBT region 1 and the FWD region 2 is shifted by one cycle. Therefore, by arranging the plurality of FWD regions 2 at substantially equal intervals, heat is easily dispersed between the IGBT region 1 and the FWD region 2, and the heat generation of the entire semiconductor chip 10 is achieved by the semiconductor chip 10. It is possible to make it substantially uniform in the plane of.
  • FWD region 2 be disposed on the boundary side between active region 11 and edge termination region 12 as much as possible by shortening length L 2 thereof.
  • a polysilicon layer 35 is disposed on the front surface of the semiconductor chip 10 so as to cover an end portion on the edge termination region 12 side of the second gate trench 32 disposed in the FWD region 2 as described later. Therefore, unevenness due to the polysilicon layer 35 is generated on the element surface (the surface of the front surface electrode 51 described later: see FIG. 4).
  • the front surface electrode 51 may be cracked or cracked.
  • the FWD region 2 on the boundary side between the active region 11 and the edge termination region 12 and to place the unevenness due to the polysilicon layer 35 as outward as possible.
  • the flat surface of the central portion (the central portion 11 e of the active region 11) of the semiconductor chip 10 to which the bonding wire is bonded can be expanded. Therefore, the diameter (diameter) of the bonding wire can be increased, and the contact resistance can be reduced.
  • the plurality of FWD regions 2 form the outer periphery of active region 11 orthogonal to the sides 11 a and 11 b from a pair of opposite sides (long sides) 11 a and 11 b forming the outer periphery of active region 11. It is arranged in a striped planar layout extending in parallel to another pair of opposite sides (short sides) 11 c and 11 d toward the central portion 11 e of the active region 11.
  • Each side 11 a to 11 d of the active region 11 is a boundary between the active region 11 and the edge termination region 12.
  • the long sides of the active region 11 arranged in a substantially rectangular planar shape are referred to as sides 11a and 11b, and the short sides are referred to as sides 11c and 11d.
  • the FWD area 2 on one side 11a side and the FWD area 2 on the other side 11b side are alternately arranged, and the FWD area 2 is formed in stripes. It does not face the extending direction (which indicates the longitudinal direction of the stripe; hereinafter referred to as the first direction) X. Therefore, even if a plurality of FWD regions 2 are dispersedly arranged in active region 11, all gate electrodes (not shown) arranged in a stripe planar layout in IGBT region 1 are gate trenches, as described later. It can be connected to a gate runner (not shown) at the end (not shown).
  • the number of FWD regions 2 in contact with one pair of opposite sides 11a and 11b be the same. The reason is that when the bonding wire is connected to the center of the semiconductor chip 10, if the number of the FWD regions 2 is different, current concentration tends to occur in the smaller FWD region 2 and the heat dissipation may be deteriorated. It is because there is.
  • Each FWD region 2 has a length L2 (length extending in the first direction X (longitudinal direction)) L2 which does not reach the central portion 11e of the active region 11 from the sides 11a and 11b of the active region 11. Preferably, it extends in the direction X. That is, the length L2 of each FWD region 2 is shorter than half the length L1 of the sides 11c and 11d of the active region 11 parallel to the stripes of the FWD region 2 (L2 ⁇ L1 / 2). In this case, the FWD region 2 on one side 11 a of the active region 11 and the FWD region 2 on the other side 11 b face in a direction Y (hereinafter referred to as a second direction) orthogonal to the first direction X. do not do.
  • a direction Y hereinafter referred to as a second direction
  • each FWD region 2 by shortening the length L2 of each FWD region 2, the portion 1a of the IGBT region 1 sandwiched between the FWD regions 2 on one side 11a of the active region 11 and the other side 11b
  • the portion 1b sandwiched between the FWD regions 2 is disposed at a distance D1 in a direction oblique to the first direction X.
  • the FWD region 2 on one side 11 a of the active region 11 and the FWD region 2 on the other side 11 b are separated by a distance D 2 in a direction oblique to the first direction X.
  • the distances D1 and D2 can be made longer than in the case where the FWD regions 2 face each other in the first direction X.
  • the FWD when the IGBT is turned on by applying a gate voltage of 15 V or more which is a general gate threshold voltage of the IGBT, the FWD may also be turned on.
  • the electron current of the FWD is drawn to the channel (n-type inversion layer) of the IGBT adjacent to the FWD, which causes problems such as deterioration of the forward characteristic of the FWD.
  • Such mutual interference at the boundary between the IGBT and the FWD is more likely to occur as the width (length parallel to the second direction Y (short direction)) w1 of the FWD region 2 is narrower. Therefore, the width w1 of the FWD region 2 is preferably, for example, 50 ⁇ m or more.
  • the width (interval) w2 between the FWD regions 2 adjacent in the second direction Y is preferably equal to or greater than the width w1 of the FWD region 2 (w2 2 w1). The reason is that when the width w2 between the FWD regions 2 adjacent in the second direction Y is smaller than the width w1 of the FWD region 2, the conductivity modulation is delayed due to the snapback phenomenon.
  • the front surface electrode pad (not shown) and the gate pad (electrode pad) 3 are disposed apart from each other.
  • the front surface electrode pad covers, for example, the front surface of the semiconductor chip 10 over the entire area of the active region 11 other than the portion covered by the gate pad 3.
  • FIG. 1 shows the case where gate pad 3 is arranged at one vertex of active region 11 at the boundary between active region 11 and edge termination region 12.
  • the front surface electrode pad has, for example, a substantially L-shaped planar shape facing two continuous sides of the gate pad 3 having a substantially rectangular planar shape.
  • first and second gate trenches 31 and 32 are disposed in the IGBT region 1 and the FWD region 2 respectively.
  • the first and second gate trenches 31 and 32 are arranged in stripes parallel to the first direction X and on stripes of the same pitch, separated from each other.
  • the first and second gate trenches 31 and 32 are disposed apart from each other. Further, end portions of the first and second gate trenches 31 and 32 adjacent to each other in the first direction X face each other in the first direction X with the boundary region 15 between the IGBT region 1 and the FWD region 2 interposed therebetween.
  • the boundary region 15 is a region between the first and second gate trenches 31 and 32 in the first direction X, and is a region disposed between the active regions 11 for holding a breakdown voltage.
  • Each of the first gate trenches 31 constituting a stripe planar layout parallel to the first direction X may have a linear planar shape parallel to the first direction X, or may be parallel to the first direction X
  • the annular planar shape which connected the edge parts of the adjacent linear part may be provided.
  • Each of the second gate trenches 32 constituting a stripe planar layout parallel to the first direction X may have a linear planar shape parallel to the first direction X, or may be parallel to the first direction X.
  • the annular planar shape which connected the edge parts of the adjacent linear part may be provided.
  • the FWD regions 2 arranged apart from each other by the distance D2 (see FIG. 1) across the central portion 11e of the active region 11 are at least a first gate trench 31 having a linear planar shape in the second direction Y.
  • first gate trenches 31 and one of the first gate trenches 31 having an annular planar shape are opposed to each other. That is, at least two first gate trenches 31 having a linear planar shape or one first gate trench having an annular planar shape between the second gate trenches 32 closest to the IGBT region 1 in the second direction Y 31 is placed.
  • the p + -type contact region 33 has a linear planar shape parallel to the second direction Y.
  • the p + -type contact region 33 is a contact in which a contact (electrical contact portion) with the front surface electrode 51 (see FIG. 4) of the emitter potential is formed in the boundary region 15 between the IGBT region 1 and the FWD region 2 Form a hole 34a.
  • first and second gate trenches 31 and 32 there are contact holes 34b with the front surface electrode 51, respectively. It is provided in a linear planar shape extending in the first direction X.
  • first and second gate trenches 31 and 32 have an annular planar shape, a region surrounded by the annular planar shapes first and second gate trenches 31 and 32 (first and second gate trenches 31 and 32
  • the contact hole 34 b is also provided in a linear planar shape extending in the first direction X).
  • the end on the edge termination region 12 side of the first and second gate trenches 31 and 32 extends to the edge termination region 12.
  • the end on the edge termination region 12 side of the first gate trench 31 extends, for example, outside the end on the edge termination region 12 side of the second gate trench 32 (on the end side of the semiconductor chip 10) .
  • a polysilicon (poly-Si) layer 35 of the emitter potential of the IGBT is provided so as to cover the end of the second gate trench 32 on the edge termination region 12 side.
  • the polysilicon layer 35 is provided, for example, in a linear planar shape extending in the second direction Y so as to face the end on the edge termination region 12 side of all the second gate trenches 32. In FIG. 3, the polysilicon layer 35 is shown by a fine broken line.
  • the polysilicon layer 35 is electrically connected to the second gate electrode 49 at the end on the edge termination region 12 side of the second gate trench 32.
  • the polysilicon layer 35 is electrically connected to a p-type well region 62 described later via a contact hole 34c in the vicinity of the edge on the edge termination region 12 side of the second gate trench 32 (see FIG. 5). ).
  • the contact holes 34 c are provided, for example, in a linear planar shape extending in the second direction Y so as to face the end on the edge termination region 12 side of all the second gate trenches 32.
  • a plurality of (three in FIG. 5) contact holes 34c may be arranged in a striped planar layout extending in the second direction Y.
  • a plug made of, for example, tungsten (W) is embedded in the contact hole 34c. Therefore, the width of the contact hole 34c is preferably narrow.
  • a gate runner 36 of the gate potential of the IGBT is provided so as to cover an end portion on the edge termination region 12 side of the first gate trench 31.
  • the gate runner 36 is formed of, for example, polysilicon.
  • the gate runner 36 is disposed outside the polysilicon layer 35 of the emitter potential and away from the polysilicon layer 35, and surrounds the periphery of the active region 11.
  • the first gate electrode 47 inside the first gate trench 31 is electrically connected to the gate runner 36 at an end portion on the edge termination region 12 side of each first gate trench 31.
  • the gate runner 36 is electrically connected to the gate pad 3 (see FIG. 1). In FIG. 3, the gate runner 36 is shown by a broken line which is rougher than the polysilicon layer 35.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line A-A 'in FIGS.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line B-B 'in FIG.
  • the cutting line B1-B1 ', the cutting line B3-B3' of FIG. 3 and the cutting line B2-B2 'of FIG. 2 are parts of the cutting line B-B' of FIG.
  • the cross-sectional structure of the cutting line A-A 'passing in parallel with the second direction Y along the boundary 16 between the IGBT region 1 and the FWD region 2 will be described with reference to FIG.
  • the IGBT region 1 and the FWD region 2 are arranged in parallel in the second direction Y in the n ⁇ type semiconductor chip (semiconductor substrate) 10 to be the n ⁇ type drift region 41.
  • a p-type base region 42 is provided in the surface layer on the front surface of the semiconductor chip 10.
  • the portion other than the region 54 is the n ⁇ -type drift region 41.
  • an n + -type emitter region 43 and a p + -type contact region 44 are selectively provided in contact with each other.
  • An n-type CS region 45 is provided between the p-type base region 42 and the n ⁇ -type drift region 41.
  • the impurity concentration of the n-type CS region 45 is higher than the impurity concentration of the n ⁇ -type drift region 41 and lower than the impurity concentration of the n + -type emitter region 43.
  • the n-type CS region 45 has a function of accumulating holes when the IGBT is on and reducing the surface resistance. Therefore, by providing the n-type CS region 45, the on-resistance can be improved.
  • the first gate trench 31 penetrates the n + -type emitter region 43, the p-type base region 42 and the n-type CS region 45 in the depth direction Z from the front surface of the semiconductor chip 10 to the n ⁇ -type drift region 41. Reach.
  • the depth direction Z is a direction from the front surface to the back surface of the semiconductor chip 10.
  • a first gate electrode 47 is provided via a first gate insulating film 46.
  • the first gate electrode 47 and the n + -type emitter region 43 face each other with the first gate insulating film 46 on the side wall of the first gate trench 31 interposed therebetween.
  • the n + -type emitter region 43 is disposed only in the portion along the sidewall of the first gate trench 31
  • the p + -type contact region 44 is disposed in the central portion between adjacent first gate trenches 31.
  • the n + -type emitter region 43 and the p + -type contact region 44 have a linear planar shape extending in the first direction X along the sidewall of the first gate trench 31.
  • the n + -type emitter regions 43 and the p + -type contact regions 44 may be alternately and repeatedly arranged in the first direction X between the adjacent first gate trenches 31.
  • the n + -type emitter region 43 and the p + -type contact region 44 face the first gate electrode 47 with the first gate insulating film 46 on the side wall of the first gate trench 31 interposed therebetween.
  • the first gate trench 31 penetrates the n + -type emitter region 43, the p + -type contact region 44, the p-type base region 42 and the n-type CS region 45 in the depth direction Z from the front surface of the semiconductor chip 10 Then the n - type drift region 41 is reached.
  • the p + -type contact region 33 is a contact in which a contact (electrical contact portion) with the front surface electrode 51 (see FIG. 4) of the emitter potential is formed in the boundary region 15 between the IGBT region 1 and the FWD region 2 It is formed to be exposed in the hole 34a.
  • a p-type base region 42 described later is disposed on the lower surface of the p + -type contact region 33. Further, an n-type CS region 45 described later is disposed on the lower surface of the p-type base region 42.
  • Front surface electrode 51 via the contact hole 34b, the contact n + -type emitter region 43 and p + -type contact region 44, electrically connected to these n + -type emitter region 43 and p + -type contact region 44 It is done.
  • the front surface electrode 51 is electrically insulated from the first gate electrode 47 by the interlayer insulating film 50.
  • the front surface electrode 51 functions as a front surface electrode pad.
  • the p-type base region 42, the interlayer insulating film 50 and the front surface electrode 51 are provided from the IGBT region 1 to the FWD region 2. In the FWD region 2, the n + -type emitter region 43 and the p + -type contact region 44 are not provided.
  • the p-type base region 42 functions as a p-type anode region, and the front surface electrode 51 doubles as an anode electrode.
  • a second gate trench 32 is provided in the FWD region 2.
  • the second gate trench 32 penetrates the p-type base region 42 and the n-type CS region 45 in the depth direction Z from the front surface of the semiconductor chip 10 to reach the n ⁇ -type drift region 41.
  • the arrangement of the second gate trenches 32 is, for example, similar to the arrangement of the first gate trenches 31 in the IGBT region 1.
  • a second gate electrode 49 is provided inside the second gate trench 32 via a second gate insulating film 48.
  • the second gate electrode 49 is electrically separated from the first gate electrode 47. That is, in the FWD region 2, like the p-type base region 42, the first gate trench 31, the first gate insulating film 46 and the first gate electrode 47 in the IGBT region 1, the p-type base region 42 and the second gate trench A second gate insulating film 48 and a second gate electrode 49 are provided.
  • the front surface electrode 51 is in contact with the p-type base region 42 via the contact hole 34 b and is electrically connected to the p-type base region 42.
  • the front surface electrode 51 is in contact with a p-type well region 62 described later via a contact hole 34 c and is electrically connected to the p-type well region 62.
  • the front surface electrode 51 is electrically connected to the second gate electrode 49, and fixes the second gate electrode 49 to the emitter potential of the IGBT.
  • the front surface electrode 51 is electrically insulated from the first gate electrode 47 by the interlayer insulating film 50.
  • an n-type FS region 52 is provided from the IGBT region 1 to the FWD region 2.
  • the n-type FS region 52 has a function of suppressing the extension of the depletion layer extending from the pn junction of the p-type base region 42 and the n ⁇ -type drift region 41 when the IGBT is off.
  • p + -type collector region 53 is formed in the IGBT region 1, the FWD region 2 n + A mold cathode region 54 is provided.
  • the p + -type collector region 53 and the n + -type cathode region 54 are in contact with, for example, the n-type FS region 52. Further, the p + -type collector region 53 and the n + -type cathode region 54 are in contact with each other and arranged in parallel in the direction parallel to the back surface of the semiconductor chip 10.
  • Back electrode 55 is in contact with p + -type collector region 53 and n + -type cathode region 54 is provided on the entire back surface of the semiconductor chip 10 is electrically connected to these p + -type collector region 53 and n + -type cathode region 54 ing.
  • the back surface electrode 55 doubles as a collector electrode and a cathode electrode.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along a line BB ′ parallel to the first direction X, in the boundary region 15 between the IGBT region 1 and the FWD region 2 and the first and second gate trenches 31 and 32.
  • a p-type base region 42 is provided in the surface layer on the front surface of the semiconductor chip 10.
  • an n-type CS region 45 is provided between the p-type base region 42 and the n ⁇ -type drift region 41.
  • ap + -type contact region 33 is selectively provided inside the p-type base region 42.
  • a p-type well region 61 of an emitter potential may be provided in the boundary region 15 between the IGBT region 1 and the FWD region 2 as shown by a broken line.
  • the width w4 of the boundary region 15 between the IGBT region 1 and the FWD region 2 may be wider than the mesa width w3.
  • the p-type well region 61 extends from the front surface of the semiconductor chip 10 to a position deeper than the first and second gate trenches 31 and 32.
  • the p-type well region 61 is provided from the side wall to the bottom of the opposite end of the first and second gate trenches 31 and 32 across the boundary region 15, and the bottom corners of the first and second gate trenches 31 and 32. Cover the department.
  • the bottom corner portions of the first and second gate trenches 31 and 32 are boundaries between the side walls and the bottom of the first and second gate trenches 31 and 32.
  • a p-type well region 62 is provided on the surface layer of the front surface of the semiconductor chip 10 outside the first and second gate trenches 31 and 32 so as to surround the active region 11. ing.
  • the p-type well region 62 extends from the front surface of the semiconductor chip 10 to a position deeper than the first and second gate trenches 31 and 32.
  • the p-type well region 62 is provided from the side wall to the bottom surface of the end on the edge termination region 12 side of the first and second gate trenches 31 and 32 and covers the bottom corner portion.
  • a breakdown voltage structure such as FLR is provided outside the p-type well region 62 in the surface layer on the front surface of the semiconductor chip 10.
  • the polysilicon layer 35 of the emitter potential and the gate runner 36 of the gate potential are provided apart from each other on the front surface of the semiconductor chip 10.
  • the polysilicon layer 35 extends outward from the end of the second gate trench 32 on the side of the edge termination region 12, and for example, the second gate insulating film 48 (or the interlayer insulating film 50) on the front surface of the semiconductor chip 10. And a portion of the p-type well region 62 in the depth direction Z.
  • the polysilicon layer 35 is in contact with the second gate electrode 49 inside the second gate trench 32 and is electrically connected to the second gate electrode 49.
  • the polysilicon layer 35 is in contact with the p-type well region 62 via the contact hole 34 c penetrating the second gate insulating film 48 in the depth direction Z, and is electrically connected to the p-type well region 62.
  • the gate runner 36 opposes the p-type well region 62 in the depth direction Z with, for example, the first and second gate insulating films 46 and 48 (or the interlayer insulating film 50) on the front surface of the semiconductor chip 10.
  • the polysilicon layer 35 is in contact with the second gate electrode 49 inside the second gate trench 32, is electrically connected to the second gate electrode 49, and through the surface electrode 51 and the contact hole 34a. , And is electrically connected to the p + -type contact region 33 of the boundary region 15.
  • the gate runner 36 covers a portion of the end on the edge termination region 12 side of the first gate trench 31 extending to the edge termination region 12.
  • the gate runner 36 is in contact with the first gate electrode 47 inside the first gate trench 31 at a portion covering the end on the edge termination region 12 side of the first gate trench 31 and is electrically connected to the first gate electrode 47. It is connected.
  • the IGBT region 1 is a region from the end on the inner side (the central portion side of the active region 11) of the gate runner 36 to the boundary region 15 between the IGBT region 1 and the FWD region 2.
  • the FWD region 2 is a region from the inner end of the polysilicon layer 35 to the boundary region 15 between the IGBT region 1 and the FWD region 2.
  • the front surface electrode 51 covers the whole of the active region 11 and the boundary region 15 between the IGBT region 1 and the FWD region 2. Further, the front surface electrode 51 extends to the edge termination region 12 and covers the polysilicon layer 35 via the interlayer insulating film 50. The front surface electrode 51 is in contact with the polysilicon layer 35 via a contact hole penetrating the interlayer insulating film 50 in the depth direction, and is electrically connected to the polysilicon layer 35.
  • the gate pad 3 is provided on the gate runner 36 via the interlayer insulating film 50. The gate pad 3 is in contact with the gate runner 36 through a contact hole penetrating the interlayer insulating film 50 in the depth direction, and is electrically connected to the gate runner 36.
  • the p + -type collector region 53 is provided from the IGBT region 1 to the boundary region 15 between the IGBT region 1 and the FWD region 2.
  • the p + -type collector region 53 extends from the boundary region 15 between the IGBT region 1 and the FWD region 2 to the FWD region 2 and extends in the depth direction Z at the end of the second gate trench 32 on the boundary region 15 side. It is preferable to face each other. The reason is that since the diffusion of electrons in the n + -type cathode region 54 in the FWD region 2 tends to generate holes from the p + -type contact region 33 in the IGBT region 1, the SW loss tends to be deteriorated.
  • a plurality of FWD regions are disposed apart from each other in the active region, and IGBT regions sandwiched between the plurality of FWD regions are defined as continuous regions.
  • the FWD region is arranged in a stripe planar layout extending from the boundary between the active region and the edge end region in a direction orthogonal to the boundary and ending near the central portion of the active region, A portion other than the FWD region is an IGBT region.
  • the FWD regions are arranged in the same number across the IGBT regions.
  • the width of the FWD region can be increased to a predetermined width while maintaining the surface area ratio between the IGBT region and the FWD region, and the FWD region disposed in the active region The number can be increased.
  • the width or number of FWD regions is obtained if priority is given to the surface area ratio between the IGBT region and the FWD region.
  • the number is limited.
  • the FWD regions can be arranged with a predetermined width and a predetermined number, and therefore the degree of freedom in design is higher than in the conventional structure.
  • the width of the FWD region to 50 ⁇ m or more, the deterioration of the forward characteristic of the FWD at the time of applying a gate voltage of 15 V or more which is a general gate threshold voltage of the IGBT is within the allowable range. it can. Further, for example, by setting the width of the FWD region to 400 ⁇ m or more, it is possible to prevent the deterioration of the forward characteristic of the FWD when applying a gate voltage of 15 V or more which is a general gate threshold voltage of the IGBT.
  • the heat dissipation of FWD can be improved by increasing the number of FWD regions.
  • the chip size is the same and the surface area ratio is the same as the IGBT area and the FWD area, the amount of heat generation of the entire semiconductor chip can be reduced by about 20% to 30% as compared with the conventional structure.
  • the arrangement in which the IGBT region and the FWD region are adjacent to each other is smaller than in the conventional structure. For example, as shown in FIG. 1, when the FWD region is disposed with a length not reaching the central portion of the active region from the boundary between the active region and the edge end region, only the IGBT is disposed at the central portion of the active region . Therefore, mutual interference between the IGBT and the FWD can be suppressed.
  • the FWD region on one side and the FWD region on the other side of the pair of opposite sides of the active region are alternately arranged to surround the active region.
  • the gate electrode of the IGBT can be connected to the surrounding gate runner at the position of the end of each first gate trench. Therefore, the connection between the gate electrode of the IGBT and the gate runner is easy.
  • FIG. 7 is a plan view showing a planar layout of the semiconductor device according to the second embodiment.
  • the semiconductor device according to the second embodiment differs from the semiconductor device according to the first embodiment in that the length L2 of the FWD region 2 is shortened.
  • FIG. 7A shows a state in which the FWD regions 2 are arranged to face each other in the first direction X.
  • FIG. 7B shows a state in which the FWD regions 2 are arranged so as not to face each other in the first direction X, as in the first embodiment.
  • FIG. 7C shows a state in which the FWD regions 2 are arranged to face each other in the first direction X, as in FIG. 7A. Furthermore, in the FWD regions 2 arranged at both ends (ends in the second direction Y) of the active region 11, the facing FWD regions 2 are arranged so as to be connected in the longitudinal direction (first direction X).
  • the number of FWD regions 2 is determined by the surface area ratio between IGBT region 1 and FWD region 2.
  • the sectional structure of the IGBT region 1 and the FWD region 2 is the same as that of the first embodiment except that the FWD region 2 is not provided below the front surface electrode 51 as described later.
  • the FWD region 2 Since the length L2 of the FWD region 2 is short, the distance D1 between the portions of the IGBT region separated in the oblique direction with respect to the first direction X, and in the oblique direction with respect to the first direction X The distance D2 between the FWD regions 2 can be made longer. Therefore, the FWD region 2 is not provided below the front surface electrode 51 in the central portion of the semiconductor chip 10.
  • a bonding wire (not shown) is connected to the front surface electrode 51.
  • the bonding surface of the bonding wire connected to the front surface electrode 51 and the FWD region 2 can be separated by a fixed distance. By separating the bonding surface of the bonding wire and the FWD region 2 at a constant distance, heat generation in the FWD region 2 can be suppressed.
  • the sheet resistance of the front surface electrode 51 between the bonding surface of the bonding wire and the FWD region 2 becomes large, so the FWD region The heat dissipation deterioration due to the current concentration of 2 can be further prevented.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, according to the second embodiment, the heat generation in the FWD region can be further suppressed by shortening the length of the FWD region.
  • FIG. 8 is a plan view showing a planar layout of the semiconductor device according to the third embodiment.
  • the semiconductor device according to the third embodiment is a semiconductor device according to the first embodiment applied to an IGBT (sense IGBT) for detecting and controlling a current.
  • IGBT sense IGBT
  • a current sense portion (not shown) is a vertical MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), and has a function of detecting an over current (OC) flowing through the IGBT in the IGBT region 71.
  • the source electrode of the current sensing portion doubles as a sense pad (hereinafter referred to as an OC pad) 76 for current sensing.
  • the current sense portion is disposed, for example, immediately below the OC pad 76 (a portion facing in the depth direction Z).
  • the temperature sensing unit (not shown) is a diode and has a function of detecting the temperature of the IGBT in the IGBT region 1 using the temperature characteristic of the diode.
  • the anode electrode and the cathode electrode of the temperature sensing unit double as the anode pad 74 and the cathode pad 75, respectively.
  • the temperature sensing unit is disposed, for example, immediately below the anode pad 74 and the cathode pad 75.
  • the over voltage protection unit (not shown) is a diode, and protects the IGBT in the IGBT region 71 from over voltage (OV) such as a surge, for example.
  • the anode electrode of the overvoltage protection portion doubles as a sense pad (hereinafter referred to as an OV pad) 77 for overvoltage protection.
  • the overvoltage protection unit is disposed, for example, immediately below the OV pad 77.
  • the temperature sensing unit and the overvoltage protection unit may be, for example, a lateral diode formed of a pn junction of a p-type polysilicon layer and an n-type polysilicon layer provided on the semiconductor chip 10 via an insulating film. Alternatively, it may be a vertical diode formed of a pn junction of a p-type diffusion region and an n-type diffusion region provided inside the semiconductor chip 10.
  • Electrode pads such as front surface electrode pad (not shown) and gate pad 73 of IGBT, anode pad 74 and cathode pad 75 of temperature sensing part, OC pad 76 of current sensing part, OV pad 77 of over voltage protection part
  • the IGBT region 71 is disposed on the front surface of the semiconductor chip 10 at a distance from the FWD region 72.
  • the gate pad 73, the anode pad 74, and the cathode pad 75 along one side 11b of the active region 11 orthogonal to the stripes of the FWD region 72 in the vicinity of the boundary with the edge termination region 12 of the active region 11.
  • the OC pad 76 is arranged, and the OV pad 77 is arranged in the vicinity of the central portion 11 e of the active region 11, but the arrangement of these electrode pads can be variously changed.
  • the configurations of the IGBT region 71 and the FWD region 72 are the same as those of the first embodiment except that the arrangement of the FWD region 72 and the gate pad 73 and the planar shape of the front surface electrode pad (not shown) are different.
  • the front surface electrode 51 (see FIG. 4) of the IGBT in the IGBT region 71 is electrically connected to the cathode electrode of the temperature sensing unit and the anode electrode of the over voltage protection unit.
  • the FWD regions 72 are arranged, for example, in a stripe planar layout extending from the other side 11a of the active area 11 opposite the one side 11b where the gate pad 73 etc. are arranged to the central portion 11e of the active area 11, It terminates near the central portion 11 e of the active region 11.
  • the IGBT region 71 is a region other than the FWD region 72 of the active region 11 as in the first embodiment.
  • the width w101 'of the IGBT region 101 is narrowed at the portion where the gate pad 103 and the sense pads 104 to 107 are disposed, which may hinder the IGBT operation.
  • the width L of the IGBT region 71 is secured widely by shortening the length L 2 of the FWD region 72 and setting the FWD region 72 in a planar layout terminated in the vicinity of the central portion 11 e of the active region 11. As a result, deterioration of the IGBT characteristics can be prevented.
  • the length L2 of the FWD region 72 is shortened, and the FWD region 72 is terminated in the vicinity of the central portion 11 e of the active region 11 to form a planar layout.
  • the FWD area 72 can be disposed apart from the area 77. Thereby, a wide FWD region 72 of width w1 can be arranged. By widening the width w1 of each FWD region 72, the thermal resistance in each FWD region 72 decreases, and deterioration of the forward characteristics and reverse recovery characteristics of the FWD can be prevented.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, according to the third embodiment, the deterioration of the IGBT characteristics and the FWD characteristics can be prevented.
  • FIG. 9 is a plan view showing a planar layout of the semiconductor device according to the fourth embodiment.
  • the semiconductor device according to the fourth embodiment is different from the semiconductor device according to the third embodiment in that the width w1 of each FWD region 72 is narrowed to improve the heat dissipation of each FWD region 72.
  • the width w1 of each FWD region 72 is narrowed, for example, by increasing the number of FWD regions 72, the total surface area of the FWD regions 72 has a predetermined size (for example, about the same as the total surface area of the FWD regions 102 of the conventional structure) Can be maintained.
  • Electrode pads such as front surface electrode pad (not shown) and gate pad 73 of IGBT, anode pad 74 and cathode pad 75 of temperature sensing part, OC pad 76 of current sensing part, OV pad 77 of over voltage protection part , Or may extend from IGBT region 71 to FWD region 72.
  • a portion of the FWD region 72 covered with the electrode pad is shown by a broken line.
  • the temperature sense unit and the overvoltage protection unit may be vertical diodes configured using a part of the FWD of the FWD region 72.
  • the width of the FWD region is narrowed, and the FWD regions are dispersedly arranged in a plurality, whereby each FWD region is arranged as compared to the case where one FWD region is arranged in the active region.
  • the heat generation of the FWD region can be improved.
  • FIG. 10 is a plan view showing a planar layout of the semiconductor device according to the fifth embodiment.
  • the semiconductor device according to the fifth embodiment differs from the semiconductor device according to the first embodiment in a part of the FWD region 82 on the side 11 a of the active region 11 and in the FWD region 82 on the side 11 b of the other. A part is a point opposite to the second direction Y.
  • the IGBT region 81 is a region other than the FWD region 82 of the active region 11 as in the first embodiment.
  • each FWD region 82 is opposed to the other side 11b (opposite the side 11a (or the side 11b) beyond the central portion 11e of the active region 11). Or it extends to the side 11a) side.
  • the distance w5 between the end on the other side 11b (or side 11a) side of the FWD region 82 and the other side 11b (or side 11a) is preferably equal to or greater than the width w1 of the FWD region 82 (w5) W w1).
  • the part on the other side 11 b side of the FWD area 82 on the side 11 a side of the active area 11 and the part on the other side 11 a side of the FWD area 82 on the other side 11 b face in the second direction Y Do.
  • the fifth embodiment even if the length of the FWD region is increased, if one end of the FWD region does not reach the boundary between the active region and the edge end region, the operation is performed.
  • the same effects as those of the first to third aspects can be obtained.
  • the FWD region is arranged in a stripe planar layout parallel to the short side of the substantially rectangular active region, but in the substantially rectangular active region, The FWD regions may be arranged in a stripe planar layout parallel to the long side. Also, the number of FWD regions may be even or odd.
  • the small chip IGBT is described as an example in each of the embodiments described above, the invention can be applied to the case where the chip size is large, and the same effect can be obtained when the surface area of the FWD region is reduced. Play. Further, the present invention is similarly applicable even when the conductivity type (n type, p type) is reversed.
  • the semiconductor device according to the present invention is useful for a semiconductor device having a withstand voltage of 600 V or more, which is used for power converters such as inverters, power supply devices such as various industrial machines, and igniters of automobiles. It is suitable for RC-IGBTs used for inverters, IPM (Intelligent Power Module), etc.

Landscapes

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

Abstract

半導体チップ（１０）の活性領域（１１）に、ＩＧＢＴを配置したＩＧＢＴ領域（１）と、当該ＩＧＢＴに逆並列に接続されたＦＷＤを配置したＦＷＤ領域（２）と、が設けられる。ＦＷＤ領域（２）は、活性領域（１１）に互いに離して複数配置される。ＩＧＢＴ領域（１）は、複数のＦＷＤ領域（２）の間に挟まれた連続した領域である。ＩＧＢＴ領域（１）およびＦＷＤ領域（２）には、それぞれ半導体チップ（１０）のおもて面に平行で、かつ同一の第１方向（Ｘ）に延びるストライプ状のレイアウトに第１，２ゲートトレンチ（３１，３２）が配置される。ＦＷＤ領域（２）のＦＷＤの第２ゲートトレンチ（３２）は、ＩＧＢＴ領域（１）のＩＧＢＴの第１ゲートトレンチ（３１）と離して配置される。この構造を備えることによって、素子特性の悪化を防止することができ、半導体チップ（１０）の放熱性を向上させることができ、かつ設計自由度を向上させることができる。

Description

半導体装置
　この発明は、半導体装置に関する。
　従来、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）と、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ　Ｗｈｅｅｌｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ：還流ダイオード）と、を同一の半導体チップに内蔵して一体化した逆導通型ＩＧＢＴ（ＲＣ－ＩＧＢＴ：Ｒｅｖｅｒｓｅ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ＩＧＢＴ）が公知である。ＲＣ－ＩＧＢＴでは、ＦＷＤが配置された領域（以下、ＦＷＤ領域とする）は、半導体チップのおもて面から見てストライプ状のレイアウトに配置される。
　従来のＲＣ－ＩＧＢＴのＦＷＤ領域の、半導体チップのおもて面から見たレイアウト（以下、平面レイアウトとする）について説明する。図１１，１２は、従来の半導体装置の平面レイアウトの一例を示す平面図である。図１１には、半導体チップ１１０ａにＩＧＢＴおよびＦＷＤを配置した一例（以下、小チップＩＧＢＴとする）である。図１２は、電流とチップ温度の検出・制御を行うためのＩＧＢＴ（以下、センスＩＧＢＴとする）と同一の半導体チップ１１０ｂにＦＷＤを配置した一例である。
　図１１，１２に示す従来の半導体装置は、活性領域１１１にＩＧＢＴ領域１０１とＦＷＤ領域１０２とを有する。ＩＧＢＴ領域１０１は、ＩＧＢＴが配置された領域であり、活性領域１１１のうち、ＦＷＤ領域１０２以外の領域である。ＩＧＢＴ領域１０１の表面積とＦＷＤ領域１０２の表面積との総和が活性領域１１１の表面積となる。ＦＷＤ領域１０２はストライプ状のレイアウトに配置され、その両端部は活性領域１１１とエッジ終端領域１１２との境界に達している。すなわち、ＦＷＤ領域１０２の長さ（長手方向の長さ）Ｌ１０２は、略矩形状の平面形状の活性領域１１１の、ＦＷＤ領域１０２のストライプの方向に平行な１辺の長さＬ１０１と略同じである。
　ＦＷＤ領域１０２により、ＩＧＢＴ領域１０１のＩＧＢＴの単位セル（素子の構成単位）は複数の領域に分離して配置されている。また、活性領域１１１には、ゲートパッド（電極パッド）１０３や、電流・温度センス用のセンスパッド１０４～１０７等の電極パッドが配置されている。図１１には、活性領域１１１の１つの頂点付近にゲートパッド１０３を配置した場合を示す。図１２には、活性領域１１１の、ＦＷＤ領域１０２のストライプと直交する１辺に沿ってゲートパッド１０３およびセンスパッド１０４～１０６を配置し、かつ中央付近にセンスパッド１０７を配置した場合を示す。
　従来のＲＣ－ＩＧＢＴとして、４つのダイオード領域がマトリクス状の平面レイアウトに配置され、当該４つのダイオード領域を囲むようにＩＧＢＴ領域を配置した装置が提案されている（例えば、下記特許文献１（第００１２段落、図１，２，８，１０）参照。）。下記特許文献１では、ＩＧＢＴ領域のゲートトレンチとダイオード領域のゲートトレンチとが、同一ストライプ上に当該ストライプの延びる方向に互いに離してそれぞれストライプ状に配置され、その端部同士がｐ型ウェル層を介して対向している。
　また、従来のＲＣ－ＩＧＢＴの別の一例として、短冊形状の複数のＩＧＢＴ領域および複数のダイオード領域と直交するように、当該複数のＩＧＢＴ領域と複数のダイオード領域との間に、活性領域として機能しない非活性領域を配置した装置が提案されている（例えば、下記特許文献２（第００６７段落、第１，２図）参照。）。下記特許文献２では、ダイオードセル領域がストライプ状に延びる方向にダイオードセル領域同士が互いに離して配置され、その端部同士が非活性領域を介して対向している。
特開２０１６－０９６２２２号公報 特開２０１３－１３８０６９号公報
　半導体チップ１１０ａの温度上昇を抑制するためには、活性領域１１１に配置するＦＷＤ領域１０２の本数を多くすることでＩＧＢＴ領域１０１とＦＷＤ領域１０２との温度差が無くなるので好ましい。しかしながら、従来のＲＣ－ＩＧＢＴでは、小チップＩＧＢＴとした場合（図１１参照）、活性領域１１１にＦＷＤ領域１０２を１～２本程度しか配置することができない。このため、半導体チップの放熱性が悪くなるという問題がある。そこで、半導体チップの放熱性を最適化する場合、ＦＷＤ領域１０２の面積を調整する際にＦＷＤ領域１０２の面積によっては、ＦＷＤ領域１０２の幅ｗ１０２を狭くし、ＦＷＤ領域１０２の幅ｗ１０２を狭くした面積分を、ＦＷＤ領域１０２の本数を増やすことに用いる必要がある。しかしながら、ＦＷＤ領域１０２の幅ｗ１０２を狭くしすぎると、ＩＧＢＴの一般的なゲート閾値電圧である１５Ｖ以上のゲート電圧印加時にＦＷＤの順方向特性が悪化するという問題がある。一方、チップサイズが大きい場合であっても、ＦＷＤ領域１０２の面積を調整する際に、ＦＷＤ領域１０２の幅ｗ１０２を狭くする必要があり、小チップＩＧＢＴと同様の問題が生じる。
　また、センスＩＧＢＴとした場合（図１２参照）、ゲートパッド１０３にＦＷＤ領域１０２が接してしまうため、ＦＷＤ領域１０２の平面レイアウトを工夫する必要がある。また、電極パッドを配置した部分でＩＧＢＴ領域１０１の幅ｗ１０１が狭くなる。かつ、小チップＩＧＢＴと同様に、ＦＷＤ領域１０２の幅ｗ１０２も狭い。このため、ＩＧＢＴの電子電流がＦＷＤ領域１０２に抜けやすい構造となる等、ＩＧＢＴとＦＷＤとの境界で相互干渉が生じ、素子特性が悪化するという問題がある。
　この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、素子特性の悪化を防止する、または、半導体チップの放熱性を向上させることができる半導体装置を提供することを目的とする。さらに、上述した従来技術による問題点を解消するため、ＦＷＤ領域の設計自由度を向上させることができる半導体装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。半導体基板に、電流が流れる活性領域が設けられている。前記活性領域に、第１素子領域が設けられている。前記第１素子領域には、第１のトレンチゲート構造を有する第１素子が配置されている。前記活性領域に、第２素子領域が設けられている。前記第２素子領域には、第２のトレンチゲート構造を有する第２素子が配置されている。前記第１のトレンチゲート構造は、第１トレンチおよび第１ゲート電極を有する。前記第１トレンチは、前記半導体基板の第１主面側に設けられている。第１ゲート電極は、前記第１トレンチの内部に第１ゲート絶縁膜を介して設けられている。前記第２のトレンチゲート構造は、第２トレンチおよび第２ゲート電極を有する。前記第２トレンチは、前記半導体基板の第１主面側に、前記第１トレンチと離して設けられている。前記第２ゲート電極は、前記第２トレンチの内部に第２ゲート絶縁膜を介して設けられている。前記第２素子領域は、互いに離して複数配置されている。前記第１素子領域は、複数の前記第２素子領域の間に挟まれた連続した領域である。
　また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第２素子領域は、前記活性領域の外周寄りに配置されていることを特徴とする。
　また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、複数の前記第２素子領域は、前記半導体基板の第１主面に平行で、かつ矩形状の平面形状を有する前記活性領域の外周を構成する１組の対辺それぞれからもう１組の対辺に平行な第１方向に延びるストライプ状のレイアウトに配置されている。前記活性領域の前記第１方向に対向する１組の対辺のうち、一方の辺側に配置された前記第２素子領域と、他方の辺側に配置された前記第２素子領域と、は前記第１方向と直交する第２方向に互い違いに配置されており、チップ中心ラインからのＦＷＤ本数を同数とすることを特徴とする。
　また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第２素子領域の前記第１方向の長さは、前記第２素子領域の前記第２方向の幅よりも長いことを特徴とする。
　また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、隣り合う前記第２素子領域の間の幅は、前記第２素子領域の前記第２方向の幅以上であることを特徴とする。
　また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第２素子領域の前記第２方向の幅は、５０μｍ以上であることを特徴とする。
　また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第１素子は、第１導電型の第１，３半導体領域、第２導電型の第２，４半導体領域、前記第１トレンチ、前記第１ゲート電極および第１，２電極を有する。前記第１半導体領域は、前記半導体基板に設けられている。前記第２半導体領域は、前記半導体基板の第１主面の表面層に、前記第１半導体領域に接して設けられている。前記第３半導体領域は、前記第２半導体領域の内部に選択的に設けられている。前記第１トレンチは、前記第３半導体領域および前記第２半導体領域を貫通して前記第１半導体領域に達する。前記第４半導体領域は、前記半導体基板の第２主面の表面層に、前記第１半導体領域に接して設けられている。前記第１電極は、前記第２半導体領域および前記第３半導体領域に接する。前記第２電極は、前記第４半導体領域に接する。前記第２素子は、前記第１素子領域から前記第２素子領域に延在する前記第１半導体領域および前記第２半導体領域と、第１導電型の第５半導体領域と、前記第２トレンチと、前記第２ゲート電極と、前記第１，２電極と、を有する。前記第２トレンチは、前記第２半導体領域を貫通して前記第１半導体領域に達する。前記第５半導体領域は、前記半導体基板の第２主面の表面層に、前記第１半導体領域および前記第４半導体領域に接して設けられている。前記第１電極は、前記第２半導体領域に接する。前記第２電極は、前記第５半導体領域に接する。
　また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第１トレンチは、前記半導体基板の第１主面に平行な方向で、かつ前記第１方向に延びるストライプ状のレイアウトに配置されている。前記第２トレンチは、前記半導体基板の第１主面に平行な方向で、かつ前記第１方向に延びるストライプ状のレイアウトに配置されている。前記第１トレンチと前記第２トレンチとは、前記第１方向に端部同士が対向する。前記第１トレンチと前記第２トレンチとの端部間に設けられ、前記第１トレンチの端部および前記第２トレンチとの端部に接する第２導電型の第６半導体領域をさらに備えることを特徴とする。
　また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第１トレンチは、前記半導体基板の第１主面に平行な方向で、かつ前記第１方向に延びるストライプ状のレイアウトに配置されている。前記第２トレンチは、前記半導体基板の第１主面に平行な方向で、かつ前記第１方向に延びるストライプ状のレイアウトに配置されている。前記第１トレンチと前記第２トレンチとは、前記第１方向に端部同士が対向する。前記第１トレンチと前記第２トレンチとの端部間に設けられ、前記第１トレンチの端部および前記第２トレンチとの端部に接する第２導電型の第６半導体領域をさらに備えることを特徴とする。
　また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第６半導体領域の深さは、前記第１トレンチの深さおよび前記第２トレンチの深さよりも深いことを特徴とする。
　また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第１素子領域と前記第２素子領域との間に境界領域をさらに備える。前記境界領域には、前記第１半導体領域の表面層に前記第２半導体領域が配置されていることを特徴とする。
　また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記境界領域の前記第２半導体領域に、第２導電型の第７半導体領域および第１導電型の第８半導体領域を備える。前記第７半導体領域は、前記第２半導体領域の表面層に配置されている。前記第７半導体領域は、前記第２半導体領域よりも不純物濃度が高い。前記第８半導体領域は、前記第２半導体領域の下面に配置されている。前記第８半導体領域は、前記第１半導体領域よりも不純物濃度が高い。
　また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第７半導体領域は、前記第２ゲート電極と電気的に接続されていることを特徴とする。
　また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第１素子領域と前記第２素子領域との間には境界領域をさらに備える。前記境界領域に、前記第６半導体領域および第２導電型の第９半導体領域を備える。前記第６半導体領域は、前記第１半導体領域の表面層に設けられ、前記第１トレンチおよび前記第２トレンチの底部を覆う。前記第９半導体領域は、前記第６半導体領域の表面層に設けられている。前記第９半導体領域は、前記第６半導体領域よりも不純物濃度が高い。
　また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第９半導体領域は、前記第２ゲート電極と電気的に接続されていることを特徴とする。
　また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第１素子領域は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであり、前記第２素子領域は還流ダイオードであることを特徴とする。
　上述した発明によれば、第１素子領域と第２素子領域との表面積比率を維持した状態で、第２素子領域の所定幅を広くすることができ、かつ、活性領域に配置する第２素子領域の個数を増やすことができる。
　本発明にかかる半導体装置によれば、素子特性の悪化を防止する、または、半導体チップの放熱性を向上させることができるという効果を奏する。さらに、本発明にかかる半導体装置によれば、設計自由度を向上させることができるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１にかかる半導体装置の平面レイアウトを示す平面図である。 図２は、図１の一部を拡大して示す平面図である。 図３は、図１の一部を拡大して示す平面図である。 図４は、図１～３の切断線Ａ－Ａ’における断面構造を示す断面図である。 図５は、図１の切断線Ｂ－Ｂ’における断面構造を示す断面図である。 図６は、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域の幅による温度の振幅を示す図である。 図７は、実施の形態２にかかる半導体装置の平面レイアウトを示す平面図の変形例である。 図８は、実施の形態３にかかる半導体装置の平面レイアウトを示す平面図である。 図９は、実施の形態４にかかる半導体装置の平面レイアウトを示す平面図である。 図１０は、実施の形態５にかかる半導体装置の平面レイアウトを示す平面図である。 図１１は、従来の半導体装置の平面レイアウトの一例を示す平面図である。 図１２は、従来の半導体装置の平面レイアウトの一例を示す平面図である。
　以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および－は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（実施の形態１）
　実施の形態１にかかる半導体装置の構造について説明する。図１は、実施の形態１にかかる半導体装置の平面レイアウトを示す平面図である。平面レイアウトとは、チップおもて面（半導体チップ（半導体基板）１０のおもて面）から見た各部の平面形状および配置構成である。図１では、ＩＧＢＴ領域１およびＦＷＤ領域２にそれぞれ配置されるＩＧＢＴおよびＦＷＤの素子構造を図示省略する。また、図１には、略長方形状の平面形状の半導体チップ１０を示すが（図８～１０においても同様）、半導体チップ１０の平面形状は正方形状であってもよい。
　図２，３は、図１の一部を拡大して示す平面図である。図２，３では、ＩＧＢＴ領域１およびＦＷＤ領域２にそれぞれ配置される第１，２ゲートトレンチ３１，３２の配置を明確にするために、第１，２ゲートトレンチ３１，３２内のゲート絶縁膜４６や、チップおもて面上の層間絶縁膜５０を図示省略する。図２には、活性領域１１の中央部１１ｅ側におけるＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界付近１３を示す。図３には、活性領域１１とエッジ終端領域１２との境界付近１４におけるＩＧＢＴ領域１およびＦＷＤ領域２を示す。
　まず、実施の形態１にかかる半導体装置の平面レイアウトについて説明する。図１に示す実施の形態１にかかる半導体装置は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）と当該ＩＧＢＴに逆並列に接続されたＦＷＤ（還流ダイオード）とを同一の半導体チップ１０に内蔵して一体化した構造のＲＣ－ＩＧＢＴ（逆導通型ＩＧＢＴ）であり、活性領域１１にＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２とを有する。
　活性領域１１は、オン状態のときに電流が流れる（電流駆動を担う）領域である。活性領域１１は、例えば略矩形状の平面形状を有する。活性領域１１の周囲は、エッジ終端領域１２に囲まれている。エッジ終端領域１２は、活性領域１１と半導体チップ１０のチップ端との間の領域であり、活性領域１１のｎ-型ドリフト領域４１（図４，５参照）およびｐ型ベース領域４２から発生する等電位線をエッジ終端領域１２に抜けさせ、チップおもて面側の電界を緩和しチップ全体の耐圧（耐電圧）を保持するための領域である。耐圧とは、チップおもて面側の電界が強くなり、アバランシェ電流が発生するときの電圧である。
　エッジ終端領域１２には、例えばフィールドリミッティングリング（ＦＬＲ：Ｆｉｅｌｄ　Ｌｉｍｉｔｉｎｇ　Ｒｉｎｇ）等の一般的な耐圧構造（不図示）が設けられている。ＩＧＢＴ領域１は、ＩＧＢＴが配置された領域であり、活性領域１１の、ＦＷＤ領域２以外の領域である。すなわち、ＩＧＢＴ領域１の表面積とＦＷＤ領域２の表面積との総和が活性領域１１の表面積となる。図２，３には、ＩＧＢＴ領域１にＩＧＢＴの複数の単位セル（素子の構成単位）が並列に配置され、ＦＷＤ領域２にＦＷＤの複数の単位セルが並列に配置された状態を示す（図４，５においても同様）。
　ＦＷＤ領域２は、ＦＷＤが配置された領域である。ＦＷＤ領域２は、例えば矩形状の平面形状を有し、互いに離して複数配置されている。活性領域１１におけるＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との表面積の比率で、ＦＷＤ領域２の個数が決定されてもよい。複数のＦＷＤ領域２は、活性領域１１の全体に分散されて配置されていることがよい。その理由は、次の通りである。ＲＣ－ＩＧＢＴの特徴として、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２とが隣り合わせで配置されている。このため、ＩＧＢＴ領域１およびＦＷＤ領域２からの発熱をそれぞれ分担することができる。これにより、ＩＧＢＴ領域１及びＦＷＤ領域２単体よりも発熱を抑えることができるからである。ＦＷＤ領域２は、ＩＧＢＴ領域１に比べて表面積を狭くすることができるため電流密度が高い。しかし、このＲＣ－ＩＧＢＴの構造で発熱は分担されるが、ＩＧＢＴ領域１およびＦＷＤ領域２の幅や本数によっては発熱差が生じてしまい、半導体チップ１０の温度が上がりやすい問題がある。そこで、複数のＦＷＤ領域２を分散して配置することで、１つのＦＷＤ領域２を配置する場合に比べて、各ＦＷＤ領域２での発熱を抑制することができる。
　図６は、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域の幅による温度の振幅を示す図である。図６には、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２の幅による温度の振幅を示す。図６（ａ）は、ＩＧＢＴ領域１の幅ＳがＦＷＤ領域２の幅よりも広い場合を示す。図６（ｂ）は、ＩＧＢＴ領域１の幅ＳがＦＷＤ領域２の幅よりも狭い場合を示す。図６（ｃ）は、図６（ａ）および図６（ｂ）の温度を示す。図６（ａ）、６（ｂ）の図中の点線は、図６（ｃ）の点線部分の位置を示している。ＦＷＤ領域２の中央部で温度が高くなり、ＩＧＢＴ領域１の中央部で温度が低くなる傾向を示している。
　図６（ｃ）の結果から、例えば、ＩＧＢＴ領域１の幅ＳがＦＷＤ領域２の幅よりも広い（ＦＷＤ領域２の本数が少ない）場合、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２の温度差が生じやすくなるため、温度差を示す振幅が大きくなりやすい。そのため、ＦＷＤ領域２で発熱しやすくなる。逆にＩＧＢＴ領域１の幅ＳがＦＷＤ領域２の幅よりも狭い（ＦＷＤ領域２の本数が多い）場合には、ＦＷＤ領域２間の距離が狭くなるため、温度差が小さくなり、ＦＷＤ領域２の発熱を抑制することができる。このときのＦＷＤ領域２間の距離（ＩＧＢＴ領域１の幅Ｓ）は、ＦＷＤ領域２の幅の５０％以上が望ましい。その理由として、ＩＧＢＴ領域１の幅Ｓが狭くなると、導通損失のスナップバック現象が起こりやすくなるからである。しかし実際には半導体チップ１０のチップサイズは決まっており、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との表面積比率を変えたくない場合は、ＦＷＤ領域２の本数を増やすことができない。そこで、上述した（図１参照）ようにＩＧＢＴ領域１およびＦＷＤ領域２を配置することで、半導体チップ１０内にＦＷＤ領域２の本数を増やすことが可能である。一方、放熱性のみを向上させたい場合は、ＦＷＤ領域２の幅を狭くして、その分の面積をＦＷＤ領域２の本数増加に使用してもよい。
　また、これら複数のＦＷＤ領域２は、等間隔に配置することが好ましい。その理由は、次の通りである。ＩＧＢＴとＦＷＤとは交互に動作することから、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２とで発熱のタイミングは１周期ずれている。このため、これら複数のＦＷＤ領域２を略等間隔に配置することで、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との間で相互に熱が分散されやすくなり、半導体チップ１０の全体の発熱を半導体チップ１０の面内でほぼ均一にすることができるからである。
　また、ＦＷＤ領域２は、その長さＬ２を短くして、可能な限り活性領域１１とエッジ終端領域１２との境界側に配置することが好ましい。その理由は、次の通りである。半導体チップ１０のおもて面上には、後述するようにＦＷＤ領域２に配置される第２ゲートトレンチ３２のエッジ終端領域１２側の端部を覆うようにポリシリコン層３５が配置される。このため、素子表面（後述するおもて面電極５１の表面：図４参照）には、このポリシリコン層３５による凹凸が生じる。このポリシリコン層３５によって生じた凹凸部分にボンディングワイヤー（または外部接続用端子、不図示）を接合した場合、おもて面電極５１に割れやクラックが生じる虞がある。このため、ＦＷＤ領域２を活性領域１１とエッジ終端領域１２との境界側に配置して、ポリシリコン層３５による凹凸を可能な限り外側に配置することが好ましい。これによって、ボンディングワイヤーを接合する例えば半導体チップ１０の中央部（活性領域１１の中央部１１ｅ）の平坦面を広げることができる。このため、ボンディングワイヤーの径（直径）を大きくすることができ、コンタクト抵抗を低減させることができる。
　具体的には、複数のＦＷＤ領域２は、活性領域１１の外周を構成する１組の対辺（長辺）１１ａ，１１ｂからそれぞれ当該辺１１ａ，１１ｂと直交して活性領域１１の外周を構成するもう１組の対辺（短辺）１１ｃ，１１ｄに平行に活性領域１１の中央部１１ｅ側に延びるストライプ状の平面レイアウトに配置されている。活性領域１１の各辺１１ａ～１１ｄは、活性領域１１とエッジ終端領域１２との境界である。図１には、略長方形状の平面形状に配置された活性領域１１の長辺を辺１１ａ，１１ｂとし、短辺を辺１１ｃ，１１ｄとしている。
　活性領域１１の１組の対辺１１ａ，１１ｂのうち、一方の辺１１ａ側のＦＷＤ領域２と、他方の辺１１ｂ側のＦＷＤ領域２とは、互い違いに配置され、当該ＦＷＤ領域２がストライプ状に延びる方向（ストライプの長手方向を示す。以下、第１方向とする）Ｘに対向しない。このため、活性領域１１に複数のＦＷＤ領域２を分散して配置したとしても、後述するようにＩＧＢＴ領域１にストライプ状の平面レイアウトに配置されたすべてのゲート電極（不図示）を、ゲートトレンチ（不図示）の端部でゲートランナー（不図示）に接続することができる。また、１組の対辺１１ａ、１１ｂに接するＦＷＤ領域２の本数は、同数であることが望ましい。その理由は、ボンディングワイヤーが半導体チップ１０の中心に接続される際に、ＦＷＤ領域２の本数が異なる場合、ＦＷＤ領域２が少ない方に電流集中が発生しやすくなり、放熱性が悪化する場合があるからである。
　また、各ＦＷＤ領域２は、活性領域１１の辺１１ａ，１１ｂから活性領域１１の中央部１１ｅに達しない長さ（第１方向Ｘ（長手方向）に延在する長さ）Ｌ２で、第１方向Ｘに延在していることが好ましい。すなわち、各ＦＷＤ領域２の長さＬ２は、活性領域１１の、ＦＷＤ領域２のストライプに平行する辺１１ｃ，１１ｄの長さＬ１の半分よりも短い（Ｌ２＜Ｌ１／２）。この場合、活性領域１１の一方の辺１１ａ側のＦＷＤ領域２と、他方の辺１１ｂ側のＦＷＤ領域２とは、第１方向Ｘと直交する方向（以下、第２方向とする）Ｙに対向しない。
　このように各ＦＷＤ領域２の長さＬ２を短くすることで、ＩＧＢＴ領域１の、活性領域１１の一方の辺１１ａ側のＦＷＤ領域２間に挟まれた部分１ａと、他方の辺１１ｂ側のＦＷＤ領域２間に挟まれた部分１ｂと、が第１方向Ｘに対して斜めの方向に距離Ｄ１だけ離して配置される。かつ、活性領域１１の一方の辺１１ａ側のＦＷＤ領域２と、他方の辺１１ｂ側のＦＷＤ領域２と、が第１方向Ｘに対して斜めの方向に距離Ｄ２だけ離して配置される。これにより、第１方向ＸにＦＷＤ領域２同士が対向する場合と比べて、当該距離Ｄ１，Ｄ２を長くすることができる。これにより、ＦＷＤ領域２の間が狭くなることによるオン電圧のスナップバック現象による特性悪化を防ぐことができ、かつ、当該距離Ｄ１，Ｄ２を長くすることでＦＷＤ領域２の本数をさらに増加させることができるため、放熱性を向上することができる。
　また、例えば産業用途（インバータ等）では、ＩＧＢＴの一般的なゲート閾値電圧である１５Ｖ以上のゲート電圧印加によりＩＧＢＴをオンさせたときに、ＦＷＤもオンしてしまう虞がある。この場合、ＦＷＤの電子電流が当該ＦＷＤに隣接するＩＧＢＴのチャネル（ｎ型の反転層）に引き抜かれてしまい、ＦＷＤの順方向特性が悪化する等の問題が生じる。このようなＩＧＢＴとＦＷＤとの境界での相互干渉は、ＦＷＤ領域２の幅（第２方向Ｙ（短手方向）に平行な長さ）ｗ１が狭いほど生じやすい。このため、ＦＷＤ領域２の幅ｗ１は、例えば５０μｍ以上であることが好ましい。また、第２方向Ｙに隣り合うＦＷＤ領域２間の幅（間隔）ｗ２は、ＦＷＤ領域２の幅ｗ１以上であることが好ましい（ｗ２≧ｗ１）。その理由は、第２方向Ｙに隣り合うＦＷＤ領域２間の幅ｗ２がＦＷＤ領域２の幅ｗ１未満である場合、スナップバック現象により伝導度変調が遅くなるからである。
　また、活性領域１１には、おもて面電極パッド（不図示）およびゲートパッド（電極パッド）３が互いに離して配置されている。おもて面電極パッドは、例えば、活性領域１１のゲートパッド３に覆われた部分以外の部分全体にわたって半導体チップ１０のおもて面を覆う。図１には、活性領域１１の、エッジ終端領域１２との境界において、活性領域１１の１つの頂点にゲートパッド３を配置した場合を示す。この場合、おもて面電極パッドは、例えば、略矩形状の平面形状を有するゲートパッド３の、連続する２辺に対向する略Ｌ字状の平面形状を有する。
　図２に示すように、ＩＧＢＴ領域１およびＦＷＤ領域２には、それぞれ第１，２ゲートトレンチ３１，３２が配置されている。第１，２ゲートトレンチ３１，３２は、第１方向Ｘに平行で同一ピッチのストライプ上に互いに離して、それぞれストライプ状に配置されている。第１，２ゲートトレンチ３１，３２は、互いに離して配置されている。また、第１方向Ｘに隣り合う第１，２ゲートトレンチ３１，３２は、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５を挟んで端部同士が第１方向Ｘに対向する。境界領域１５は、第１方向Ｘにおける第１，２ゲートトレンチ３１，３２間の領域であり、活性領域１１間に配置された耐圧を保持するための領域である。
　第１方向Ｘに平行なストライプ状の平面レイアウトを構成する各第１ゲートトレンチ３１は、第１方向Ｘに平行な直線状の平面形状を有していてもよいし、第１方向Ｘに平行な隣り合う直線部の端部同士を連結した環状の平面形状を有していてもよい。第１方向Ｘに平行なストライプ状の平面レイアウトを構成する各第２ゲートトレンチ３２は、第１方向Ｘに平行な直線状の平面形状を有していてもよいし、第１方向Ｘに平行な隣り合う直線部の端部同士を連結した環状の平面形状を有していてもよい。
　また、活性領域１１の中央部１１ｅを挟んで距離Ｄ２（図１参照）だけ離して配置されたＦＷＤ領域２同士は、第２方向Ｙに、少なくとも、直線状の平面形状の第１ゲートトレンチ３１を２つ、または、環状の平面形状の第１ゲートトレンチ３１を１つ、挟んで対向する。すなわち、第２方向Ｙに最もＩＧＢＴ領域１側の第２ゲートトレンチ３２間に、少なくとも、直線状の平面形状の２つの第１ゲートトレンチ３１、または、環状の平面形状の１つの第１ゲートトレンチ３１が配置される。
　第１方向Ｘに隣り合う第１，２ゲートトレンチ３１，３２の端部間には、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５に、当該第１，２ゲートトレンチ３１，３２の端部に接するようにｐ+型コンタクト領域３３が設けられている。ｐ+型コンタクト領域３３は、第２方向Ｙに平行な直線状の平面形状を有する。ｐ+型コンタクト領域３３は、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５に、エミッタ電位のおもて面電極５１（図４参照）とのコンタクト（電気的接触部）が形成されるコンタクトホール３４ａを形成する。
　また、隣り合う第１ゲートトレンチ３１間、隣り合う第２ゲートトレンチ３２間、および隣り合う第１，２ゲートトレンチ３１，３２間にも、それぞれ、おもて面電極５１とのコンタクトホール３４ｂが第１方向Ｘに延びる直線状の平面形状に設けられている。第１，２ゲートトレンチ３１，３２が環状の平面形状を有する場合には、環状の平面形状の各第１，２ゲートトレンチ３１，３２で囲まれた領域（第１，２ゲートトレンチ３１，３２の内側）にも、コンタクトホール３４ｂが第１方向Ｘに延びる直線状の平面形状に設けられる。
　図３に示すように、第１，２ゲートトレンチ３１，３２のエッジ終端領域１２側の端部は、エッジ終端領域１２にまで延在している。第１ゲートトレンチ３１のエッジ終端領域１２側の端部は、例えば、第２ゲートトレンチ３２のエッジ終端領域１２側の端部よりも外側（半導体チップ１０の端部側）に延在している。エッジ終端領域１２には、第２ゲートトレンチ３２のエッジ終端領域１２側の端部を覆うように、ＩＧＢＴのエミッタ電位のポリシリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）層３５が設けられている。
　ポリシリコン層３５は、例えば、すべての第２ゲートトレンチ３２のエッジ終端領域１２側の端部に対向するように第２方向Ｙに延びる直線状の平面形状に設けられる。図３には、ポリシリコン層３５を細かい破線で示す。ポリシリコン層３５は、第２ゲートトレンチ３２のエッジ終端領域１２側の端部において、第２ゲート電極４９に電気的に接続されている。また、ポリシリコン層３５は、第２ゲートトレンチ３２のエッジ終端領域１２側の端部付近において、コンタクトホール３４ｃを介して後述するｐ型ウェル領域６２に電気的に接続されている（図５参照）。
　コンタクトホール３４ｃは、例えば、すべての第２ゲートトレンチ３２のエッジ終端領域１２側の端部に対向するように第２方向Ｙに延びる直線状の平面形状に設けられる。複数（図５では３つ）のコンタクトホール３４ｃが第２方向Ｙに延びるストライプ状の平面レイアウトに配置されていてもよい。コンタクトホール３４ｃには、例えばタングステン（Ｗ）からなるプラグが埋め込まれる。このため、コンタクトホール３４ｃの幅は狭いことが好ましい。複数のコンタクトホール３４ｃを設けることで、ポリシリコン層３５とｐ型ウェル領域６２との例えばマスクずれによる接続不良を防止することができる。
　また、エッジ終端領域１２には、第１ゲートトレンチ３１のエッジ終端領域１２側の端部を覆うように、ＩＧＢＴのゲート電位のゲートランナー３６が設けられている。ゲートランナー３６は、例えばポリシリコンで形成される。ゲートランナー３６は、エミッタ電位のポリシリコン層３５よりも外側に当該ポリシリコン層３５と離して配置され、活性領域１１の周囲を囲む。ゲートランナー３６には、各第１ゲートトレンチ３１のエッジ終端領域１２側の端部において、第１ゲートトレンチ３１の内部の第１ゲート電極４７が電気的に接続されている。ゲートランナー３６は、ゲートパッド３（図１参照）に電気的に接続されている。図３には、ゲートランナー３６を、ポリシリコン層３５よりも粗い破線で示す。
　次に、実施の形態１にかかる半導体装置の断面構造について説明する。図４は、図１～３の切断線Ａ－Ａ’における断面構造を示す断面図である。図５は、図１の切断線Ｂ－Ｂ’における断面構造を示す断面図である。図３の切断線Ｂ１－Ｂ１’、切断線Ｂ３－Ｂ３’、および図２の切断線Ｂ２－Ｂ２’は、図１の切断線Ｂ－Ｂ’の一部である。まず、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界１６を第２方向Ｙに平行に通る切断線Ａ－Ａ’の断面構造について、図４を参照して説明する。
　図４に示すように、ｎ-型ドリフト領域４１となるｎ-型の半導体チップ（半導体基板）１０には、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２とが第２方向Ｙに並列に配置されている。ＩＧＢＴ領域１において、半導体チップ１０のおもて面の表面層には、ｐ型ベース領域４２が設けられている。半導体チップ１０の、ｐ型ベース領域４２、後述するｎ型キャリア蓄積（ＣＳ：Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｓｔｏｒａｇｅ）領域４５、ｎ型フィールドストップ（ＦＳ：Ｆｉｅｌｄ　Ｓｔｏｐ）領域５２、ｐ+型コレクタ領域５３およびｎ+型カソード領域５４以外の部分がｎ-型ドリフト領域４１である。
　ｐ型ベース領域４２の内部には、互いに接するようにｎ+型エミッタ領域４３およびｐ+型コンタクト領域４４が選択的に設けられている。ｐ型ベース領域４２とｎ-型ドリフト領域４１との間には、ｎ型ＣＳ領域４５が設けられている。ｎ型ＣＳ領域４５の不純物濃度は、ｎ-型ドリフト領域４１の不純物濃度よりも高く、かつｎ+型エミッタ領域４３の不純物濃度よりも低い。ｎ型ＣＳ領域４５は、ＩＧＢＴのオン時に正孔を蓄積させ、表面抵抗を下げる機能を有する。このため、ｎ型ＣＳ領域４５を設けることで、オン抵抗を改善することができる。第１ゲートトレンチ３１は、半導体チップ１０のおもて面から深さ方向Ｚにｎ+型エミッタ領域４３、ｐ型ベース領域４２およびｎ型ＣＳ領域４５を貫通してｎ-型ドリフト領域４１に達する。深さ方向Ｚとは、半導体チップ１０のおもて面から裏面に向かう方向である。
　第１ゲートトレンチ３１の内部には、第１ゲート絶縁膜４６を介して第１ゲート電極４７が設けられている。第１ゲート電極４７とｎ+型エミッタ領域４３とは、第１ゲートトレンチ３１の側壁の第１ゲート絶縁膜４６を挟んで対向する。図４には、第１ゲートトレンチ３１の側壁に沿った部分にのみｎ+型エミッタ領域４３を配置し、隣り合う第１ゲートトレンチ３１間の中央部にｐ+型コンタクト領域４４を配置した場合を示す。この場合、ｎ+型エミッタ領域４３およびｐ+型コンタクト領域４４は、第１ゲートトレンチ３１の側壁に沿って第１方向Ｘに延びる直線状の平面形状を有する。
　図示省略するが、隣り合う第１ゲートトレンチ３１間に、ｎ+型エミッタ領域４３とｐ+型コンタクト領域４４とを第１方向Ｘに交互に繰り返し配置してもよい。この場合、ｎ+型エミッタ領域４３およびｐ+型コンタクト領域４４とは、第１ゲートトレンチ３１の側壁の第１ゲート絶縁膜４６を挟んで第１ゲート電極４７と対向する。かつ、第１ゲートトレンチ３１は、半導体チップ１０のおもて面から深さ方向Ｚにｎ+型エミッタ領域４３、ｐ+型コンタクト領域４４、ｐ型ベース領域４２およびｎ型ＣＳ領域４５を貫通してｎ-型ドリフト領域４１に達する。
　ｐ+型コンタクト領域３３は、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５に、エミッタ電位のおもて面電極５１（図４参照）とのコンタクト（電気的接触部）が形成されるコンタクトホール３４ａに露出するように形成されている。ｐ+型コンタクト領域３３の下面には後述するｐ型ベース領域４２が配置される。また、ｐ型ベース領域４２の下面には後述するｎ型ＣＳ領域４５が配置される。
　おもて面電極５１は、コンタクトホール３４ｂを介して、ｎ+型エミッタ領域４３およびｐ+型コンタクト領域４４に接し、これらｎ+型エミッタ領域４３およびｐ+型コンタクト領域４４に電気的に接続されている。また、おもて面電極５１は、層間絶縁膜５０によって第１ゲート電極４７と電気的に絶縁されている。おもて面電極５１は、おもて面電極パッドとして機能する。ｐ型ベース領域４２、層間絶縁膜５０およびおもて面電極５１は、ＩＧＢＴ領域１からＦＷＤ領域２にわたって設けられている。ＦＷＤ領域２には、ｎ+型エミッタ領域４３およびｐ+型コンタクト領域４４は設けられていない。
　ＦＷＤ領域２において、ｐ型ベース領域４２はｐ型アノード領域として機能し、おもて面電極５１はアノード電極を兼ねる。また、ＦＷＤ領域２には、第２ゲートトレンチ３２が設けられている。第２ゲートトレンチ３２は、半導体チップ１０のおもて面から深さ方向Ｚにｐ型ベース領域４２およびｎ型ＣＳ領域４５を貫通してｎ-型ドリフト領域４１に達する。第２ゲートトレンチ３２の配置は、例えば、ＩＧＢＴ領域１での第１ゲートトレンチ３１の配置と同様である。
　第２ゲートトレンチ３２の内部には、第２ゲート絶縁膜４８を介して第２ゲート電極４９が設けられている。第２ゲート電極４９は、第１ゲート電極４７と電気的に分離されている。すなわち、ＦＷＤ領域２には、ＩＧＢＴ領域１におけるｐ型ベース領域４２、第１ゲートトレンチ３１、第１ゲート絶縁膜４６および第１ゲート電極４７と同様に、ｐ型ベース領域４２、第２ゲートトレンチ３２、第２ゲート絶縁膜４８および第２ゲート電極４９が設けられている。
　おもて面電極５１は、コンタクトホール３４ｂを介して、ｐ型ベース領域４２に接し、ｐ型ベース領域４２に電気的に接続されている。おもて面電極５１は、コンタクトホール３４ｃを介して、後述するｐ型ウェル領域６２に接し、ｐ型ウェル領域６２に電気的に接続されている。また、おもて面電極５１は、第２ゲート電極４９と電気的に接続され、第２ゲート電極４９をＩＧＢＴのエミッタ電位に固定している。おもて面電極５１は、層間絶縁膜５０によって第１ゲート電極４７と電気的に絶縁されている。
　半導体チップ１０の裏面の表面層には、ＩＧＢＴ領域１からＦＷＤ領域２にわたってｎ型ＦＳ領域５２が設けられている。ｎ型ＦＳ領域５２は、ＩＧＢＴのオフ時にｐ型ベース領域４２とｎ-型ドリフト領域４１とのｐｎ接合から伸びる空乏層の伸びを抑制する機能を有する。また、半導体チップ１０の裏面の表面層には、半導体チップ１０の裏面からｎ型ＦＳ領域５２よりも浅い位置において、ＩＧＢＴ領域１にｐ+型コレクタ領域５３が設けられ、ＦＷＤ領域２にｎ+型カソード領域５４が設けられている。
　ｐ+型コレクタ領域５３およびｎ+型カソード領域５４は、例えばｎ型ＦＳ領域５２に接する。また、ｐ+型コレクタ領域５３とｎ+型カソード領域５４とは互いに接し、かつ半導体チップ１０の裏面に平行する方向に並列に配置されている。裏面電極５５は、半導体チップ１０の裏面全面に設けられｐ+型コレクタ領域５３およびｎ+型カソード領域５４に接し、これらｐ+型コレクタ領域５３およびｎ+型カソード領域５４に電気的に接続されている。裏面電極５５は、コレクタ電極およびカソード電極を兼ねる。
　次に、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５および第１，２ゲートトレンチ３１，３２の内部を第１方向Ｘに平行に通る切断線Ｂ－Ｂ’の断面構造について、図５を参照して説明する。図５に示すように、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５において、半導体チップ１０のおもて面の表面層には、ｐ型ベース領域４２が設けられている。かつ、ｐ型ベース領域４２とｎ-型ドリフト領域４１との間に、ｎ型ＣＳ領域４５が設けられている。ｐ型ベース領域４２の内部には、ｐ+型コンタクト領域３３が選択的に設けられている。
　第１方向Ｘにおける第１，２ゲートトレンチ３１，３２間の幅（すなわちＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５の幅）ｗ４は、隣り合う第１ゲートトレンチ３１間の幅（メサ幅）ｗ３以下とすることが好ましい（ｗ４≦ｗ３）。その理由は、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５の幅ｗ４がメサ幅ｗ３を超える場合、耐圧が低下するからである。
　ｐ型ベース領域４２およびｎ型ＣＳ領域４５に代えて、破線で示すように、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５にエミッタ電位のｐ型ウェル領域６１を設けてもよい。この場合、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５の幅ｗ４をメサ幅ｗ３よりも広くしたとしても、耐圧低下は生じない。このため、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５の幅ｗ４をメサ幅ｗ３よりも広くしてもよい。
　ｐ型ウェル領域６１は、半導体チップ１０のおもて面から、第１，２ゲートトレンチ３１，３２よりも深い位置にまで達する。また、ｐ型ウェル領域６１は、第１，２ゲートトレンチ３１，３２の、境界領域１５を挟んで対向する端部の側壁から底面にわたって設けられ、第１，２ゲートトレンチ３１，３２の底面コーナー部を覆う。第１，２ゲートトレンチ３１，３２の底面コーナー部とは、第１，２ゲートトレンチ３１，３２の側壁と底面との境界である。
　第１，２ゲートトレンチ３１，３２のエッジ終端領域１２側の端部は、上述したように、エッジ終端領域１２にまで延在している。エッジ終端領域１２において、半導体チップ１０のおもて面の表面層に、第１，２ゲートトレンチ３１，３２よりも外側に、活性領域１１の周囲を囲むようにｐ型ウェル領域６２が設けられている。ｐ型ウェル領域６２は、半導体チップ１０のおもて面から、第１，２ゲートトレンチ３１，３２よりも深い位置にまで達する。また、ｐ型ウェル領域６２は、第１，２ゲートトレンチ３１，３２のエッジ終端領域１２側の端部の側壁から底面にわたって設けられ底面コーナー部を覆う。
　また、エッジ終端領域１２において、半導体チップ１０のおもて面の表面層には、ｐ型ウェル領域６２よりも外側に、例えばＦＬＲ等の耐圧構造（不図示）が設けられている。また、エッジ終端領域１２において、半導体チップ１０のおもて面上には、エミッタ電位のポリシリコン層３５と、ゲート電位のゲートランナー３６と、が互いに離して設けられている。ポリシリコン層３５は、第２ゲートトレンチ３２のエッジ終端領域１２側の端部から外側に延在し、半導体チップ１０のおもて面上の例えば第２ゲート絶縁膜４８（または層間絶縁膜５０）を挟んでｐ型ウェル領域６２の一部と深さ方向Ｚに対向する。
　ポリシリコン層３５は、第２ゲートトレンチ３２の内部の第２ゲート電極４９に接し、この第２ゲート電極４９に電気的に接続されている。また、ポリシリコン層３５は、第２ゲート絶縁膜４８を深さ方向Ｚに貫通するコンタクトホール３４ｃを介してｐ型ウェル領域６２に接し、このｐ型ウェル領域６２に電気的に接続されている。ゲートランナー３６は、半導体チップ１０のおもて面上の例えば第１，２ゲート絶縁膜４６，４８（または層間絶縁膜５０）を挟んでｐ型ウェル領域６２と深さ方向Ｚに対向する。また、ポリシリコン層３５は、第２ゲートトレンチ３２の内部の第２ゲート電極４９に接し、この第２ゲート電極４９に電気的に接続され、かつおもて面電極５１およびコンタクトホール３４ａを介して、境界領域１５のｐ+型コンタクト領域３３に電気的に接続されている。
　また、ゲートランナー３６は、第１ゲートトレンチ３１のエッジ終端領域１２側の端部の、エッジ終端領域１２に延在している部分を覆う。ゲートランナー３６は、第１ゲートトレンチ３１のエッジ終端領域１２側の端部を覆う部分で、第１ゲートトレンチ３１の内部の第１ゲート電極４７に接し、この第１ゲート電極４７に電気的に接続されている。ＩＧＢＴ領域１は、ゲートランナー３６の内側（活性領域１１の中央部側）の端部から、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５までの領域である。ＦＷＤ領域２は、ポリシリコン層３５の内側の端部から、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５までの領域である。
　おもて面電極５１は、活性領域１１と、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５と、の全体を覆う。また、おもて面電極５１は、エッジ終端領域１２に延在し、層間絶縁膜５０を介してポリシリコン層３５を覆う。おもて面電極５１は、層間絶縁膜５０を深さ方向に貫通するコンタクトホールを介してポリシリコン層３５に接し、ポリシリコン層３５に電気的に接続されている。ゲートパッド３は、層間絶縁膜５０を介してゲートランナー３６上に設けられている。ゲートパッド３は、層間絶縁膜５０を深さ方向に貫通するコンタクトホールを介してゲートランナー３６に接し、ゲートランナー３６に電気的に接続されている。
　ｐ+型コレクタ領域５３は、ＩＧＢＴ領域１から、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５にわたって設けられている。また、ｐ+型コレクタ領域５３は、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との境界領域１５からＦＷＤ領域２に延在し、第２ゲートトレンチ３２の境界領域１５側の端部に深さ方向Ｚに対向していることが好ましい。その理由は、ＦＷＤ領域２におけるｎ+型カソード領域５４の電子の拡散がＩＧＢＴ領域１におけるｐ+型コンタクト領域３３から正孔が発生しやすくなるため、ＳＷ損失が悪化しやすいからである。
　以上、説明したように、実施の形態１によれば、活性領域にＦＷＤ領域を互いに離して複数配置し、当該複数のＦＷＤ領域の間に挟まれたＩＧＢＴ領域を連続した領域とする。具体的には、活性領域とエッジ終端領域との境界から当該境界と直交する方向へ延び、かつ活性領域の中央部付近で終端するストライプ状の平面レイアウトにＦＷＤ領域を配置し、活性領域の、ＦＷＤ領域以外の部分をＩＧＢＴ領域とする。ＦＷＤ領域は、ＩＧＢＴ領域を挟んで同じ数で配置される。これにより、半導体チップの縮小化を図ったとしても、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との表面積比率を維持した状態で、ＦＷＤ領域の所定幅に広くすることができ、かつ活性領域に配置するＦＷＤ領域の個数を増やすことができる。
　例えば、ＦＷＤ領域の両端部が活性領域とエッジ終端領域との境界に達する従来構造（図１１，１２参照）では、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との表面積比率を優先させると、ＦＷＤ領域の幅または個数（本数）が制限される。一方、実施の形態１によれば、ＦＷＤ領域の長さを調整することで、ＦＷＤ領域を所定幅および所定個数で配置することができるため、従来構造と比べて設計の自由度が高い。
　また、例えば、ＦＷＤ領域の幅を５０μｍ以上とすることで、ＩＧＢＴの一般的なゲート閾値電圧である１５Ｖ以上のゲート電圧印加時におけるＦＷＤの順方向特性の悪化を許容の範囲内とすることができる。また、例えば、ＦＷＤ領域の幅を４００μｍ以上とすることで、ＩＧＢＴの一般的なゲートしきい値電圧である１５Ｖ以上のゲート電圧印加時におけるＦＷＤの順方向特性の悪化を防止することができる。
　また、ＦＷＤ領域の個数を増やすことで、ＦＷＤの放熱性を向上させることができる。チップサイズが同じで、かつＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域と表面積比率が同じ場合、従来構造と比べて、半導体チップ全体の発熱量を２０％～３０％程度低減させることができる。
　また、実施の形態１によれば、ＦＷＤ領域の長さを短くすることで、従来構造と比べて、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域とが隣り合う配置が少なくなる。例えば、図１に示すように、活性領域とエッジ終端領域との境界から活性領域の中央部に達しない長さでＦＷＤ領域を配置した場合、活性領域の中央部にはＩＧＢＴのみが配置される。このため、ＩＧＢＴとＦＷＤとの相互干渉を抑制することができる。
　また、実施の形態１によれば、活性領域の１組の対辺のうち、一方の辺側のＦＷＤ領域と、他方の辺側のＦＷＤ領域とを互い違いに配置することで、活性領域の周囲を囲むゲートランナーに、各第１ゲートトレンチの端部の位置でＩＧＢＴのゲート電極を接続することができる。このため、ＩＧＢＴのゲート電極とゲートランナーとの接続が容易である。
（実施の形態２）
　次に、実施の形態２にかかる半導体装置の構造について説明する。図７は、実施の形態２にかかる半導体装置の平面レイアウトを示す平面図である。実施の形態２にかかる半導体装置が実施の形態１に係る半導体装置と異なる点は、ＦＷＤ領域２の長さＬ２を短くした点である。図７（ａ）には、第１方向ＸにＦＷＤ領域２同士が対向して配置された状態を示している。図７（ｂ）は、実施の形態１と同様に、第１方向ＸにＦＷＤ領域２同士が対向しないように配置された状態を示している。
　図７（ｃ）は、図７（ａ）と同じく、第１方向ＸにＦＷＤ領域２同士が対向するように配置された状態を示している。さらに、活性領域１１の両端（第２方向Ｙの端部）に配置されているＦＷＤ領域２は、対向するＦＷＤ領域２が長手方向（第１方向Ｘ）でつながって配置されている。なお、ＦＷＤ領域２の本数は、ＩＧＢＴ領域１とＦＷＤ領域２との表面積比率によって決められる。ＩＧＢＴ領域１およびＦＷＤ領域２の断面構造は、後述するようにおもて面電極５１の下部にＦＷＤ領域２を設けない点を除いて、実施の形態１と同様である。
　ＦＷＤ領域２の長さＬ２が短いことにより、ＩＧＢＴ領域のうち、第１方向Ｘに対して斜めの方向に離れた部分間の距離Ｄ１、および、第１方向Ｘに対して斜めの方向に離れたＦＷＤ領域２間の距離Ｄ２をさらに長くとることができる。そのため、半導体チップ１０の中央部のおもて面電極５１の下部にはＦＷＤ領域２が設けられていない。おもて面電極５１には、ボンディングワイヤー（不図示）が接続される。おもて面電極５１に接続されたボンディングワイヤーの接合面とＦＷＤ領域２との間を一定の距離で離すことができる。ボンディングワイヤーの接合面とＦＷＤ領域２とを一定の距離で離すことにより、ＦＷＤ領域２の発熱を抑制することができる。また、ＦＷＤ領域２とボンディングワイヤーの接合面とを一定の距離で離すことにより、ボンディングワイヤーの接合面とＦＷＤ領域２との間のおもて面電極５１のシート抵抗が大きくなるため、ＦＷＤ領域２の電流集中による放熱性悪化をさらに防ぐことができる。
　また、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態２によれば、ＦＷＤ領域の長さを短くすることで、ＦＷＤ領域の発熱をさらに抑制することができる。
（実施の形態３）
　次に、実施の形態３にかかる半導体装置の構造について説明する。図８は、実施の形態３にかかる半導体装置の平面レイアウトを示す平面図である。実施の形態３にかかる半導体装置は、電流の検出・制御を行うためのＩＧＢＴ（センスＩＧＢＴ）に実施の形態１にかかる半導体装置を適用したものである。
　具体的には、図８に示すように、活性領域１１には、ＩＧＢＴ領域７１のＩＧＢＴおよびＦＷＤ領域７２のＦＷＤの他に、電流センス部、温度センス部および過電圧保護部が配置されている。電流センス部（不図示）は縦型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）であり、ＩＧＢＴ領域７１のＩＧＢＴに流れる過電流（ＯＣ：Ｏｖｅｒ　Ｃｕｒｒｅｎｔ）を検出する機能を有する。電流センス部のソース電極は、電流センス用のセンスパッド（以下、ＯＣパッドとする）７６を兼ねる。電流センス部は、例えばＯＣパッド７６の直下（深さ方向Ｚに対向する部分）に配置される。
　温度センス部（不図示）はダイオードであり、当該ダイオードの温度特性を利用してＩＧＢＴ領域１のＩＧＢＴの温度を検出する機能を有する。温度センス部のアノード電極およびカソード電極は、それぞれアノードパッド７４およびカソードパッド７５を兼ねる。温度センス部は、例えばアノードパッド７４およびカソードパッド７５の直下に配置される。過電圧保護部（不図示）はダイオードであり、例えばサージ等の過電圧（ＯＶ：Ｏｖｅｒ　Ｖｏｌｔａｇｅ）からＩＧＢＴ領域７１のＩＧＢＴを保護する。過電圧保護部のアノード電極は、過電圧保護用のセンスパッド（以下、ＯＶパッドとする）７７を兼ねる。過電圧保護部は、例えばＯＶパッド７７の直下に配置される。
　温度センス部および過電圧保護部は、例えば、半導体チップ１０上に絶縁膜を介して設けられたｐ型ポリシリコン層とｎ型ポリシリコン層とのｐｎ接合で構成された横型のダイオードであってもよいし、半導体チップ１０の内部に設けられたｐ型拡散領域とｎ型拡散領域とのｐｎ接合で構成された縦型のダイオードであってもよい。ＩＧＢＴのおもて面電極パッド（不図示）およびゲートパッド７３や、温度センス部のアノードパッド７４およびカソードパッド７５、電流センス部のＯＣパッド７６、過電圧保護部のＯＶパッド７７等の電極パッドは、ＩＧＢＴ領域７１において、半導体チップ１０のおもて面上に、ＦＷＤ領域７２と離して配置される。
　図８には、活性領域１１の、エッジ終端領域１２との境界付近に、活性領域１１の、ＦＷＤ領域７２のストライプと直交する１辺１１ｂに沿ってゲートパッド７３、アノードパッド７４、カソードパッド７５およびＯＣパッド７６を配置し、かつ活性領域１１の中央部１１ｅ付近にＯＶパッド７７を配置した場合を示すが、これら電極パッドの配置は種々変更可能である。ＩＧＢＴ領域７１およびＦＷＤ領域７２の構成は、ＦＷＤ領域７２およびゲートパッド７３の配置、おもて面電極パッド（不図示）の平面形状が異なる以外は実施の形態１と同様である。
　ＩＧＢＴ領域７１のＩＧＢＴのおもて面電極５１（図４参照）は、温度センス部のカソード電極および過電圧保護部のアノード電極に電気的に接続されている。ＦＷＤ領域７２は、例えば、活性領域１１の、ゲートパッド７３等を配置した一方の辺１１ｂの対向する他方の辺１１ａから活性領域１１の中央部１１ｅ側に延びるストライプ状の平面レイアウトに配置され、活性領域１１の中央部１１ｅ付近で終端している。ＩＧＢＴ領域７１は、実施の形態１と同様に、活性領域１１の、ＦＷＤ領域７２以外の領域である。
　例えば、従来構造（図１２参照）のように、ストライプ状のレイアウトに配置したＦＷＤ領域１０２の両端部が活性領域１１１とエッジ終端領域１１２との境界に達しているとする。この場合、ゲートパッド１０３やセンスパッド１０４～１０７を配置した部分で、ＩＧＢＴ領域１０１の幅ｗ１０１’が狭くなり、ＩＧＢＴ動作が阻害される虞がある。一方、本発明においては、ＦＷＤ領域７２の長さＬ２を短くして、ＦＷＤ領域７２を活性領域１１の中央部１１ｅ付近で終端させた平面レイアウトとすることで、ＩＧＢＴ領域７１の幅を広く確保することができるため、ＩＧＢＴ特性の悪化を防止することができる。
　また、本発明においては、ＦＷＤ領域７２の長さＬ２を短くして、ＦＷＤ領域７２を活性領域１１の中央部１１ｅ付近で終端させた平面レイアウトとすることで、ゲートパッド７３やセンスパッド７４～７７と離してＦＷＤ領域７２を配置することができる。これによって、幅ｗ１の広いＦＷＤ領域７２を配置することができる。各ＦＷＤ領域７２の幅ｗ１を広くすることで、各ＦＷＤ領域７２での熱抵抗が低くなり、ＦＷＤの順方向特性や逆回復特性の悪化を防止することができる。
　以上、説明したように、実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態３によれば、ＩＧＢＴ特性やＦＷＤ特性の悪化を防止することができる。
（実施の形態４）
　次に、実施の形態４にかかる半導体装置の構造について説明する。図９は、実施の形態４にかかる半導体装置の平面レイアウトを示す平面図である。実施の形態４にかかる半導体装置が実施の形態３にかかる半導体装置と異なる点は、各ＦＷＤ領域７２の幅ｗ１を狭くして、各ＦＷＤ領域７２の放熱性を向上させた点である。各ＦＷＤ領域７２の幅ｗ１を狭くした分、例えば、ＦＷＤ領域７２の個数を増やすことで、ＦＷＤ領域７２の総表面積を所定の大きさ（例えば従来構造のＦＷＤ領域１０２の総表面積と同程度）で維持することができる。
　ＩＧＢＴのおもて面電極パッド（不図示）およびゲートパッド７３や、温度センス部のアノードパッド７４およびカソードパッド７５、電流センス部のＯＣパッド７６、過電圧保護部のＯＶパッド７７等の電極パッドは、ＦＷＤ領域７２上や、ＩＧＢＴ領域７１からＦＷＤ領域７２にわたるように配置されてもよい。図９には、ＦＷＤ領域７２の、電極パッドで覆われた部分を破線で示す。この場合、温度センス部および過電圧保護部は、ＦＷＤ領域７２のＦＷＤの一部を用いて構成された縦型のダイオードであってもよい。
　以上、説明したように、実施の形態４によれば、実施の形態１，２と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態４によれば、ＦＷＤ領域の幅を狭くして、ＦＷＤ領域を複数に分散して配置することで、活性領域に１つのＦＷＤ領域を配置する場合と比べて、各ＦＷＤ領域の発熱が抑制され、ＦＷＤ領域の放熱性を向上させることができる。
（実施の形態５）
　次に、実施の形態５にかかる半導体装置の構造について説明する。図１０は、実施の形態５にかかる半導体装置の平面レイアウトを示す平面図である。実施の形態５にかかる半導体装置が実施の形態１にかかる半導体装置と異なる点は、活性領域１１の一方の辺１１ａ側のＦＷＤ領域８２の一部と、他方の辺１１ｂ側のＦＷＤ領域８２の一部とが、第２方向Ｙに対向する点である。ＩＧＢＴ領域８１は、実施の形態１と同様に、活性領域１１の、ＦＷＤ領域８２以外の領域である。
　具体的には、各ＦＷＤ領域８２は、活性領域１１の対辺１１ａ，１１ｂのうち、一方の辺１１ａ（または辺１１ｂ）から活性領域１１の中央部１１ｅを越えて、対向する他方の辺１１ｂ（または辺１１ａ）側へ延在している。ＦＷＤ領域８２の他方の辺１１ｂ（または辺１１ａ）側の端部と当該他方の辺１１ｂ（または辺１１ａ）との間の距離ｗ５は、ＦＷＤ領域８２の幅ｗ１以上であることが好ましい（ｗ５≧ｗ１）。活性領域１１の一方の辺１１ａ側のＦＷＤ領域８２の他方の辺１１ｂ側の部分と、もう一方の辺１１ｂ側のＦＷＤ領域８２の他方の辺１１ａ側の部分と、が第２方向Ｙに対向する。
　以上、説明したように、実施の形態５によれば、ＦＷＤ領域の長さを長くしたとしても、ＦＷＤ領域の一方の端部が活性領域とエッジ終端領域との境界に達していなければ、実施の形態１～３と同様の効果を得ることができる。
　以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述した各実施の形態では、略長方形状の活性領域の短辺に平行なストライプ状の平面レイアウトにＦＷＤ領域を配置した場合を例に説明しているが、略長方形状の活性領域の長辺に平行なストライプ状の平面レイアウトにＦＷＤ領域を配置してもよい。また、ＦＷＤ領域の個数は偶数であってもよいし、奇数であってもよい。また、上述した各実施の形態では、小チップＩＧＢＴである場合を例に説明しているが、チップサイズが大きい場合にも適用可能であり、ＦＷＤ領域の表面積を小さくした場合に同様の効果を奏する。また、本発明は、導電型（ｎ型、ｐ型）を反転させても同様に成り立つ。
　以上のように、本発明にかかる半導体装置は、インバータなどの電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置や自動車のイグナイタなどに使用される耐圧６００Ｖ以上の半導体装置に有用であり、特にインバータやＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｐｏｗｅｒ　Ｍｏｄｕｌｅ：インテリジェントパワーモジュール）等に用いるＲＣ－ＩＧＢＴに適している。
　１，７１，８１　ＩＧＢＴ領域
　１ａ　ＩＧＢＴ領域の、活性領域の一方の辺側のＦＷＤ領域間に挟まれた部分
　１ｂ　ＩＧＢＴ領域の、活性領域の他方の辺側のＦＷＤ領域間に挟まれた部分
　２，７２，８２　ＦＷＤ領域
　３　ゲートパッド
　１０　半導体チップ
　１１　活性領域
　１１ａ～１１ｄ　活性領域の辺
　１１ｅ　活性領域の中央部
　１２　エッジ終端領域
　１３　活性領域の中央部側におけるＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との境界付近
　１４　活性領域とエッジ終端領域との境界付近
　１５　ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との境界領域
　１６　ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との境界
　２１　ＩＧＢＴ領域
　３１　第１ゲートトレンチ
　３２　第２ゲートトレンチ
　３３　ｐ+型コンタクト領域
　３４ａ～３４ｃ　コンタクトホール
　３５　ポリシリコン層
　３６　ゲートランナー
　４１　ｎ-型ドリフト領域
　４２　ｐ型ベース領域
　４３　ｎ+型エミッタ領域
　４４　ｐ+型コンタクト領域
　４５　ｎ型ＣＳ領域
　４６　第１ゲート絶縁膜
　４７　ゲート電位の第１ゲート電極
　４８　第２ゲート絶縁膜
　４９　エミッタ電位の第２ゲート電極
　５０　層間絶縁膜
　５１　おもて面電極
　５２　ｎ型ＦＳ領域
　５３　ｐ+型コレクタ領域
　５４　ｎ+型カソード領域
　５５　裏面電極
　６１　ｐ型ウェル領域
　６２　ｐ型ウェル領域
　７３　ゲートパッド
　７４　アノードパッド
　７５　カソードパッド
　７６　ＯＣパッド
　７７　ＯＶパッド
　Ｄ１　ＩＧＢＴ領域のうち、第１方向Ｘに対して斜めの方向に離れた部分間の距離
　Ｄ２　第１方向Ｘに対して斜めの方向に離れたＦＷＤ領域間の距離
　Ｘ　ＦＷＤ領域がストライプ状に延びる方向（第１方向）
　Ｙ　ＦＷＤ領域がストライプ状に延びる方向と直交する方向（第２方向）
　Ｚ　深さ方向
　ｗ１　ＦＷＤ領域の幅
　ｗ２　第２方向に隣り合うＦＷＤ領域間の幅
　ｗ３　隣り合う第１ゲートトレンチ間の幅（メサ幅）
　ｗ４　第１方向における第１，２ゲートトレンチ間の幅
　ｗ５　ＦＷＤ領域の他方の辺側の端部と当該他方の辺との間の距離
　Ｓ　ＩＧＢＴ領域の幅

Claims (16)

  1. 　半導体基板に設けられた、電流が流れる活性領域と、
    　前記活性領域に設けられ、第１のトレンチゲート構造を有する第１素子が配置された第１素子領域と、
    　前記活性領域に設けられ、第２のトレンチゲート構造を有する第２素子が配置された第２素子領域と、
    　を備え、
    　前記第１のトレンチゲート構造は、
    　前記半導体基板の第１主面側に設けられた第１トレンチと、
    　前記第１トレンチの内部に第１ゲート絶縁膜を介して設けられた第１ゲート電極と、を有し、
    　前記第２のトレンチゲート構造は、
    　前記半導体基板の第１主面側に、前記第１トレンチと離して設けられた第２トレンチと、
    　前記第２トレンチの内部に第２ゲート絶縁膜を介して設けられた第２ゲート電極と、を有し、
    　前記第２素子領域は、互いに離して複数配置され、
    　前記第１素子領域は、複数の前記第２素子領域の間に挟まれた連続した領域であることを特徴とする半導体装置。
  2. 　前記第２素子領域は、前記活性領域の外周寄りに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　複数の前記第２素子領域は、前記半導体基板の第１主面に平行で、かつ矩形状の平面形状を有する前記活性領域の外周を構成する１組の対辺それぞれからもう１組の対辺に平行な第１方向に延びるストライプ状のレイアウトに配置されており、
    　前記活性領域の前記第１方向に対向する１組の対辺のうち、一方の辺側に配置された前記第２素子領域と、他方の辺側に配置された前記第２素子領域と、は前記第１方向と直交する第２方向に互い違いに配置され、かつ本数を同数とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  4. 　前記第２素子領域の前記第１方向の長さは、前記第２素子領域の前記第２方向の幅よりも長いことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
  5. 　隣り合う前記第２素子領域の間の幅は、前記第２素子領域の前記第２方向の幅以上であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
  6. 　前記第２素子領域の前記第２方向の幅は、５０μｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
  7. 　前記第１素子は、
    　前記半導体基板に設けられた第１導電型の第１半導体領域と、
    　前記半導体基板の第１主面の表面層に、前記第１半導体領域に接して設けられた第２導電型の第２半導体領域と、
    　前記第２半導体領域の内部に選択的に設けられた第１導電型の第３半導体領域と、
    　前記第３半導体領域および前記第２半導体領域を貫通して前記第１半導体領域に達する前記第１トレンチと、
    　前記第１ゲート電極と、
    　前記半導体基板の第２主面の表面層に、前記第１半導体領域に接して設けられた第２導電型の第４半導体領域と、
    　前記第２半導体領域および前記第３半導体領域に接する第１電極と、
    　前記第４半導体領域に接する第２電極と、を有し、
    　前記第２素子は、
    　前記第１素子領域から前記第２素子領域に延在する前記第１半導体領域および前記第２半導体領域と、
    　前記第２半導体領域を貫通して前記第１半導体領域に達する前記第２トレンチと、
    　前記第２ゲート電極と、
    　前記半導体基板の第２主面の表面層に、前記第１半導体領域および前記第４半導体領域に接して設けられた第１導電型の第５半導体領域と、
    　前記第２半導体領域に接する前記第１電極と、
    　前記第５半導体領域に接する前記第２電極と、を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
  8. 　前記第１トレンチは、前記半導体基板の第１主面に平行な方向で、かつ前記第１方向に延びるストライプ状のレイアウトに配置され、
    　前記第２トレンチは、前記半導体基板の第１主面に平行な方向で、かつ前記第１方向に延びるストライプ状のレイアウトに配置され、
    　前記第１トレンチと前記第２トレンチとは、前記第１方向に端部同士が対向し、
    　前記第１トレンチと前記第２トレンチとの端部間に設けられ、前記第１トレンチの端部および前記第２トレンチとの端部に接する第２導電型の第６半導体領域をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
  9. 　前記第１トレンチは、前記半導体基板の第１主面に平行な方向で、かつ前記第１方向に延びるストライプ状のレイアウトに配置され、
    　前記第２トレンチは、前記半導体基板の第１主面に平行な方向で、かつ前記第１方向に延びるストライプ状のレイアウトに配置され、
    　前記第１トレンチと前記第２トレンチとは、前記第１方向に端部同士が対向し、
    　前記第１トレンチと前記第２トレンチとの端部間に設けられ、前記第１トレンチの端部および前記第２トレンチとの端部に接する第２導電型の第６半導体領域をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
  10. 　前記第６半導体領域の深さは、前記第１トレンチの深さおよび前記第２トレンチの深さよりも深いことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
  11. 　前記第１素子領域と前記第２素子領域との間に境界領域をさらに備え、
    　前記境界領域には、
    　前記第１半導体領域の表面層に前記第２半導体領域が配置されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
  12. 　前記境界領域の前記第２半導体領域に、
    　前記第２半導体領域の表面層に配置された、前記第２半導体領域よりも不純物濃度の高い第２導電型の第７半導体領域と、
    　前記第２半導体領域の下面に配置された、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の第８半導体領域と、を備えることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
  13. 　前記第７半導体領域は、前記第２ゲート電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
  14. 　前記第１素子領域と前記第２素子領域との間に境界領域をさらに備え、
    　前記境界領域に、
    　前記第１半導体領域の表面層に設けられ、前記第１トレンチおよび前記第２トレンチの底部を覆う前記第６半導体領域と、
    　前記第６半導体領域の表面層に設けられた、前記第６半導体領域よりも不純物濃度の高い第２導電型の第９半導体領域と、備えることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
  15. 　前記第９半導体領域は、前記第２ゲート電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
  16. 　前記第１素子領域は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであり、
    　前記第２素子領域は還流ダイオードであることを特徴とする請求項１～１５のいずれか一つに記載の半導体装置。
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