WO2019078166A1 - 半導体装置 - Google Patents

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内藤　達也
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富士電機株式会社
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    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66545—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using a dummy, i.e. replacement gate in a process wherein at least a part of the final gate is self aligned to the dummy gate
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    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
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    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601—Structure
    • H01L2224/0603—Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths
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    • H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • H01L27/0629—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with diodes, or resistors, or capacitors

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device.
  • Patent Documents 1 and 2 Conventionally, semiconductor devices such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) are known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Publication No. 2017-103400
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Publication No. 2015-207736
  • a semiconductor device provided with a semiconductor substrate may be provided with an active portion provided on a semiconductor substrate and in which current flows between the upper surface and the lower surface of the semiconductor substrate.
  • the semiconductor device may include a transistor portion provided in the active portion.
  • the semiconductor device may include a gate metal layer electrically connected to the transistor portion and supplying a gate voltage to the transistor portion.
  • the semiconductor device may include a gate pad disposed on the top surface of the semiconductor substrate and electrically connected to the gate metal layer.
  • the semiconductor device may include a temperature sensing unit provided on the upper surface of the semiconductor substrate above the active unit.
  • the semiconductor device may include a temperature measurement pad disposed in an outer peripheral region between the active portion and the outer peripheral end of the semiconductor substrate on the upper surface of the semiconductor substrate.
  • the semiconductor device may have a longitudinal portion extending in a predetermined longitudinal direction on the upper surface of the semiconductor substrate, and may include a temperature sense wire connecting the temperature sense portion and the temperature measurement pad.
  • the gate pad On the upper surface of the semiconductor substrate, the gate pad may be disposed in a region other than the extended region in which the longitudinal portion of the temperature sense wiring is extended in the longitudinal direction to the outer peripheral end of the semiconductor substrate.
  • the gate pad may be disposed in the outer peripheral area.
  • the semiconductor device may include a metal inner electrode provided inside the gate metal layer.
  • the semiconductor device may include one or more voltage supply pads disposed in the outer peripheral region and electrically connected to the inner electrode.
  • the gate pad and all the voltage supply pads may be disposed in the same division region of the two division regions divided into two by the longitudinal line of the temperature sense wiring and the extension line of the longitudinal part.
  • the temperature measurement pad may be arranged in a division area different from the gate pad and the voltage supply pad among the two division areas.
  • the semiconductor device may include a diode portion provided in the active portion and arranged alternately with the transistor portion along a predetermined arrangement direction on the upper surface of the semiconductor substrate.
  • the semiconductor device may include a dummy gate metal layer electrically connected to the diode unit and supplying a dummy gate voltage to the diode unit.
  • the gate metal layer may be provided to surround the active portion in a top view of the semiconductor substrate.
  • the dummy gate metal layer may be provided inside the gate metal layer so as to surround the active portion in a top view of the semiconductor substrate.
  • One of the voltage supply pads provided in the same division area as the gate pad may be a dummy gate pad electrically connected to the dummy gate metal layer.
  • the inner electrode is an emitter electrode, and one of the voltage supply pads provided in the same divided area as the gate pad may be a Kelvin pad electrically connected to the emitter electrode.
  • the gate metal layer may have an outer gate metal layer disposed in the outer peripheral region and an inner gate metal layer disposed above the active portion and connected to the outer gate metal layer.
  • the semiconductor device includes a gate runner including a semiconductor material provided above the semiconductor substrate in the active portion, one end connected to the inner gate metal layer, and the other end connected to the inner gate metal layer or the outer gate metal layer.
  • You may
  • the inner electrode may have a first region and a second region which are disposed separately at the boundary between the inner gate metal layer and the gate runner in a top view of the semiconductor substrate.
  • the inner electrode may have a connection region connecting the first region and the second region above the gate runner.
  • the dummy gate metal layer may have an outer dummy gate metal layer disposed in the outer peripheral region, and an inner dummy gate metal layer disposed above the active portion and connected to the outer dummy gate metal layer.
  • the semiconductor device is a dummy including a semiconductor material provided above the semiconductor substrate in the active portion, one end connected to the inner dummy gate metal layer, and the other end connected to the inner dummy gate metal layer or the outer dummy gate metal layer.
  • You may have a gate runner.
  • the inner electrode is formed of a first area and a second area which are separately arranged with the inner dummy gate metal layer and the dummy gate runner as a boundary in a top view of the semiconductor substrate, and above the dummy gate runner. And connection regions connecting the regions.
  • the longitudinal direction of the temperature sense wiring may be aligned with the arrangement direction.
  • the temperature sensing unit may be sandwiched between the two transistor units in a top view of the semiconductor substrate.
  • the semiconductor device may include a gate runner including a semiconductor material provided in an area between the active portion and the voltage supply pad in the outer peripheral area and connected at both ends to the gate metal layer.
  • the width from the end of the gate metal layer to which one end of the gate runner is connected to the end of the gate metal layer to which the other end of the gate runner is connected is connected to one end of the gate runner in the direction connecting both ends of the gate runner It may be smaller than the width of the gate metal layer.
  • a portion of the gate metal layer may be provided along the temperature sense line.
  • a second aspect of the present invention provides a semiconductor device provided with a semiconductor substrate.
  • the semiconductor device may be provided with an active portion provided on a semiconductor substrate and in which current flows between the upper surface and the lower surface of the semiconductor substrate.
  • the semiconductor device may include a transistor portion provided in the active portion.
  • the semiconductor device may include a gate metal layer electrically connected to the transistor portion and supplying a gate voltage to the transistor portion.
  • the semiconductor device may include a temperature sensing unit provided on the upper surface of the semiconductor substrate above the active unit.
  • the semiconductor device may include a temperature measurement pad disposed in an outer peripheral region between the active portion and the outer peripheral end of the semiconductor substrate on the upper surface of the semiconductor substrate.
  • the semiconductor device may have a longitudinal portion extending in a predetermined longitudinal direction on the upper surface of the semiconductor substrate, and may include a temperature sense wire connecting the temperature sense portion and the temperature measurement pad.
  • a portion of the gate metal layer may be provided along the temperature sense line.
  • FIG. 6 is a top view showing an example of the structure of a transistor section 70 and a diode section 80. It is a figure showing semiconductor device 150 of a comparative example. It is a figure which shows another example of the upper surface of the semiconductor device 100 which concerns on this embodiment. It is a figure which shows another example of the upper surface of the semiconductor device 100 which concerns on this embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing the upper surface of the semiconductor substrate 10 in the vicinity of the first air gap 17 and the second air gap 19; It is the figure which expanded the vicinity of the 1st space
  • FIG. 5 c It is a figure which shows an example of the cc 'cross section in FIG. 5 c. It is a figure which shows an example of a dd 'cross section in FIG. 5 c. It is a figure which shows another example of the upper surface of the semiconductor device 100 which concerns on this embodiment. It is a figure showing an example of the upper surface of semiconductor device 200 concerning this embodiment. It is a figure which adds and shows the emitter electrode 52 in FIG. 7 a. It is a figure showing an example of the upper surface of semiconductor device 200 concerning this embodiment. It is a figure which adds and shows the emitter electrode 52 in FIG. 8 a. It is a figure which shows another example of the upper surface of the semiconductor device 200 which concerns on this embodiment.
  • FIG. 7 a It is a figure which adds and shows the emitter electrode 52 in FIG. 7 a.
  • FIG. 8 a It is a figure which shows another example of the upper surface of the semiconductor device 200 which concerns on this embodiment.
  • FIG. 26 is a top view showing another configuration example of the semiconductor device 200.
  • FIG. 26 is a top view showing another configuration example of the semiconductor device 200.
  • FIG. 26 is a top view showing another configuration example of the semiconductor device 200.
  • FIG. 26 is a top view showing another configuration example of the semiconductor device 200.
  • FIG. 18 is an enlarged view of a crossing portion of the outer gate metal layer 50-1 and the inner gate metal layer 50-2. It is a figure which shows an example of the ee 'cross section in FIG.
  • one side in a direction parallel to the depth direction of the semiconductor substrate is referred to as “upper”, and the other side is referred to as “lower”.
  • the upper surface is referred to as the upper surface
  • the other surface is referred to as the lower surface.
  • the directions of “upper” and “lower” are not limited to the direction of gravity or the mounting direction to a substrate or the like at the time of mounting of the semiconductor device.
  • the first conductivity type is N-type and the second conductivity type is P-type is shown, but the first conductivity type may be P-type and the second conductivity type may be N-type.
  • the conductivity types of the substrate, layer, region and the like in the respective embodiments have opposite polarities.
  • FIG. 1a is a view showing an example of the upper surface of the semiconductor device 100 according to the present embodiment.
  • the semiconductor device 100 of this example is a semiconductor chip provided with a transistor unit 70 and a diode unit 80.
  • the transistor unit 70 includes a transistor such as an IGBT.
  • the diode unit 80 includes a diode such as FWD (Free Wheel Diode).
  • the semiconductor device 100 is a vertical device in which current flows between the upper surface and the lower surface of the semiconductor substrate 10.
  • the structure of the transistor unit 70 and the diode unit 80 will be described in FIG. 1e.
  • the semiconductor substrate 10 is provided with an active portion 60.
  • the active portion 60 is a region through which a main current flows between the upper surface and the lower surface of the semiconductor substrate 10 when the semiconductor device 100 is controlled to be in the on state. That is, the current flows from the upper surface to the lower surface of the semiconductor substrate 10 or from the lower surface to the upper surface in the depth direction through the inside of the semiconductor substrate 10.
  • the transistor portion 70 and the diode portion 80 are referred to as an element portion or an element region, respectively.
  • the region where the element portion is provided may be used as the active portion 60.
  • a region between the two element portions in the top view of the semiconductor substrate 10 is also referred to as an active portion 60. In the example of FIG.
  • the active portion 60 also includes a region in which the dummy gate metal layer 51 is provided between the element portions.
  • the active portion 60 can also be a region provided with the emitter electrode in a top view of the semiconductor substrate 10 and a region sandwiched by the emitter electrode. In the example of FIG. 1 a, an emitter electrode is provided above the transistor unit 70 and the diode unit 80.
  • an outer peripheral region 61 In the top view of the semiconductor substrate 10, a region between the active portion 60 and the outer peripheral end 62 of the semiconductor substrate 10 is referred to as an outer peripheral region 61.
  • the outer peripheral region 61 is provided to surround the active portion 60 in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • one or more metal pads for connecting the semiconductor device 100 and an external device with a wire or the like may be arranged.
  • the semiconductor device 100 may have an edge termination structure around the active portion 60 in the outer peripheral region 61.
  • the edge termination structure mitigates the concentration of the electric field on the upper surface side of the semiconductor substrate 10.
  • the edge termination structure has, for example, a guard ring, a field plate, a resurf and a combination thereof.
  • a plurality of transistor units 70 and diode units 80 may be provided in the active unit 60.
  • Each diode portion 80 is provided with an N + cathode region 82 on the lower surface of the semiconductor substrate.
  • the cathode region 82 may be provided in a range not in contact with the outer peripheral region 61, as shown by the dotted frame in FIG. 1a.
  • the cathode region 82 of this example is provided in a range not in contact with the gate metal layer 50 and the dummy gate metal layer 51 described later.
  • the transistor unit 70 and the diode unit 80 may be alternately provided in the Y-axis direction. In the present specification, the direction in which the transistor units 70 and the diode units 80 are alternately arranged is referred to as an arrangement direction (Y-axis direction).
  • the transistor unit 70 may be provided at both ends of the active unit 60 in the Y-axis direction.
  • a plurality of transistor units 70 and a plurality of diode units 80 may be provided in the X-axis direction.
  • a plurality of transistor units 70 are arranged along the X-axis direction
  • a plurality of diode units 80 are arranged along the X-axis direction.
  • the diode unit 80 may be provided at a position overlapping the transistor unit 70 in the X-axis direction.
  • FIG. 1A shows an example in which seven transistor portions 70 are provided in the Y axis direction and three in the X axis direction, and six diode portions 80 are provided in the Y axis direction and three in the X axis direction.
  • the active portion 60 in this example is provided with a dividing portion 46.
  • the dividing portion 46 is a region that divides the active portion 60 in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • the dividing unit 46 of this example divides the active unit 60 into a plurality of regions in the X-axis direction.
  • the dividing portion 46 may divide the emitter electrode in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • the dividing portion 46 may be a region having a width in the X-axis direction.
  • the dividing portion 46 is provided with the dummy gate metal layer 51 and the gate runner 53.
  • a plurality of transistor units 70 and a plurality of diode units 80 may be provided in the Y axis direction in each region of the active unit 60 divided by the dividing unit 46.
  • the dividing portions 46 are provided at two different positions in the X-axis direction. In this case, the dividing unit 46 divides the active unit 60 into three in the X-axis direction.
  • the gate metal layer 50 may be provided to surround the active portion 60 in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • the gate metal layer 50 is electrically connected to the gate pad 55 provided outside the active portion 60.
  • the gate metal layer 50 may be formed along the outer peripheral edge 62 of the semiconductor substrate 10.
  • the gate pad 55 may be disposed between the gate metal layer 50 and the active portion 60.
  • the gate metal layer 50 may be formed of aluminum or aluminum-silicon alloy.
  • the gate metal layer 50 is electrically connected to the transistor unit 70 and supplies a gate voltage to the transistor unit 70.
  • the gate runner 53 is electrically connected to the gate metal layer 50 and extends above the active portion 60.
  • the gate runner 53 electrically connects the gate metal layer 50 and a conductive portion such as polysilicon provided in the trench of the gate trench portion 40 (see FIG. 1 e) of the transistor portion 70.
  • the gate runner 53 is formed of a conductive material such as polysilicon.
  • the resistivity of the gate runner 53 is higher than the resistivity of the gate metal layer 50.
  • the resistivity of the gate runner 53 is two orders of magnitude higher than that of the gate metal layer 50.
  • the temperature sensing unit 90 is provided above the active unit 60.
  • the temperature sensing unit 90 may be provided at the center of the active unit 60 in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • the temperature sensing unit 90 detects the temperature of the active unit 60.
  • the temperature sensing unit 90 may be a pn-type temperature sensing diode formed of single crystal or polycrystalline silicon.
  • the temperature sense wiring 92 is provided above the active portion 60 in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • the temperature sense wiring 92 is connected to the temperature sense unit 90.
  • Temperature sense interconnection 92 extends from temperature sense portion 90 to outer peripheral region 61 in a predetermined direction.
  • the temperature sense wiring 92 is connected to a temperature measurement pad 94 provided in the outer peripheral region 61.
  • the temperature sense wiring 92 may include a wiring 89 of the anode electrode electrically connected to the p-type layer of the pn-type temperature sense diode and a wiring 91 of the cathode electrode electrically connected to the n-type layer.
  • the temperature sensing interconnection 92 is represented by a rectangular solid line, but the temperature sensing interconnection 92 may be arranged as the interconnection 89 and the interconnection 91 shown by a dotted line in FIG.
  • the wiring 89 and the wiring 91 are an example of specific routing of the temperature sense wiring 92.
  • Temperature sense interconnection 92 has a longitudinal portion 93 in a predetermined longitudinal direction (in the present example, the X-axis direction).
  • the longitudinal direction of the temperature sense wiring 92 is a direction in which the longest linear portion of the one or more linear portions provided in the direction from the temperature sense portion 90 toward the outer peripheral region 61 extends.
  • the straight portion refers to a portion formed in a straight line in a plane parallel to the upper surface of the semiconductor substrate 10.
  • the longitudinal portion 93 of the temperature sense wiring 92 is shown and the other portions are omitted.
  • the longitudinal portion 93 may be a linear portion of the temperature sense wiring 92 extending from the temperature sense portion 90.
  • the longitudinal portion 93 of the temperature sense wiring 92 may be provided at the center of the active portion 60 in the Y-axis direction.
  • the temperature measurement pad 94 includes a temperature measurement cathode pad 94-1 and a temperature measurement anode pad 94-2.
  • the current flowing from the temperature measurement cathode pad 94-1 flows through the temperature sense wiring 92 and flows into the temperature sensing unit 90.
  • the temperature sense unit 90 outputs a current based on the temperature detection result, and the current flows through the temperature sense wiring 92 and is input to the temperature measurement anode pad 94-2.
  • the detecting unit 96 is provided as a spare for the temperature sensing unit 90.
  • the detection unit 96 of this example is provided in the outer peripheral region 61.
  • the detection unit 96 may be a pn junction type diode formed of polysilicon or the like.
  • the gate metal layer 50 of this example is disposed at both ends of the semiconductor substrate 10 in the Y-axis direction, and has portions extending in the X-axis direction.
  • the gate runner 53 of this example connects two gate metal layers 50 extending in the X-axis direction, crossing the upper side of the active portion 60.
  • the gate runner 53 may be disposed in the dividing unit 46.
  • the gate runner 53 may be provided in the outer peripheral region 61 also between each pad such as the gate pad 55 and the active portion 60.
  • the gate runner 53 may be disposed in a region sandwiched by the gate metal layer 50 in the Y-axis direction or the like.
  • an emitter electrode, a dummy gate metal layer 51, a temperature sense wiring 92, and the like may be provided, and the gate metal layer 50 may not be provided.
  • the gate runner 53 may be disposed above or below these layers in the region where the emitter electrode, the dummy gate metal layer 51 or the temperature sensing interconnection 92 is provided. However, an insulating layer is provided between the gate runner 53 and these layers.
  • the gate runner 53 may be arranged to connect two gate metal layers 50 arranged on both sides of the region where the emitter electrode, the dummy gate metal layer 51 or the temperature sensing interconnection 92 is provided.
  • the gate runner 53 provided in the outer peripheral region 61 may intersect the temperature sense wiring 92 in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • the gate runner 53 is provided to pass below the temperature sense wiring 92 in the Y-axis direction. Both ends of the gate runner 53 are connected to the gate metal layer 50.
  • the dummy gate metal layer 51 may be provided inside the gate metal layer 50 so as to surround the active portion 60 in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • the dummy gate metal layer 51 may be provided in the dividing portion 46 as well.
  • the dummy gate metal layer 51 is an example of the inner electrode disposed on the inner side of the gate metal layer 50 in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • the semiconductor device 100 includes, on the upper surface of the semiconductor substrate 10, one or more voltage supply pads 56 electrically connected to the inner electrode.
  • Voltage supply pad 56 is provided in outer peripheral region 61.
  • the voltage supply pad 56 may be connected to the inner electrode by a metal provided on the upper surface of the semiconductor substrate 10.
  • voltage supply pad 56 includes dummy gate pad 56-1.
  • Dummy gate pad 56-1 is electrically connected to dummy gate metal layer 51.
  • the dummy gate pad 56-1 may be in contact with the dummy gate metal layer 51.
  • the dummy gate metal layer 51 may be formed of aluminum or aluminum-silicon alloy.
  • the dummy gate metal layer 51 is electrically connected to the diode unit 80 and supplies a dummy gate voltage to the conductive portion of the dummy trench unit 30 of the diode unit 80.
  • the dummy gate metal layer 51 may also supply a dummy gate voltage to the dummy trench portion 30 of the transistor portion 70.
  • the dummy gate runner 54 connects the dummy gate metal layers 51 to each other.
  • the dummy gate runner 54 is formed of, for example, a conductive material such as polysilicon to which an impurity is added.
  • the dummy gate runner 54 may be provided outside the active portion 60 and between the gate pad 55 and the active portion 60 in the X-axis direction in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • the dummy gate runner 54 may be disposed in a region sandwiched by the dummy gate metal layer 51 in the Y-axis direction or the like.
  • a layer such as an emitter electrode, a gate metal layer 50, or a temperature sense interconnection 92 is provided, and the dummy gate metal layer 51 may not be provided in some cases.
  • the dummy gate runner 54 may be disposed above or below these layers in the region where the emitter electrode, the gate metal layer 50 or the temperature sensing interconnection 92 is provided. However, an insulating layer is provided between the dummy gate runner 54 and these layers.
  • the dummy gate runner 54 may be arranged to connect two dummy gate metal layers 51 arranged on both sides of the region where the emitter electrode, the gate metal layer 50 or the temperature sensing interconnection 92 is provided.
  • the current sensing unit 59 senses the current flowing to the gate pad 55.
  • the current sense pad 58 is a pad for measuring the current flowing to the current sense unit 59.
  • voltage supply pad 56 further includes Kelvin pad 56-2.
  • the Kelvin package 56-2 is connected to the emitter electrode provided above the active portion 60 in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • FIG. 1 b is a view for explaining the arrangement of the gate pad 55.
  • hatching of the gate metal layer 50 and the dummy gate metal layer 51 is omitted.
  • the detection unit 96 is omitted.
  • the gate pad 55 of this example is disposed in the outer peripheral region 61 on the upper surface of the semiconductor substrate 10.
  • the gate pad 55 may be provided between the gate metal layer 50 and the active portion 60 in the X-axis direction.
  • Gate pad 55 is arranged in a region other than extension region 64 in which longitudinal portion 93 of temperature sense interconnection 92 is extended to outer peripheral end 62 of semiconductor substrate 10 in the longitudinal direction of temperature sense interconnection 92 (in the X axis direction in this example). Be done.
  • the width in the transverse direction (in this example, the Y-axis direction) perpendicular to the longitudinal direction of the stretched region 64 is equal to the width in the Y-axis direction of the longitudinal portion 93.
  • the gate pad 55 does not partially overlap with the extension region 64.
  • the distance L1 between the extension region 64 of the temperature sense wiring 92 and the gate pad 55 is equal to or greater than the separation distance L2 between the emitter electrode and the gate metal layer 50 (the separation distance L2 between the active portion 60 and the gate metal layer 50 in FIG. 1b). You may Both of the distance L1 and the distance L2 may be distances in the lateral direction (in this example, the Y-axis direction) of the stretched region 64.
  • the distance L1 may be equal to or greater than the width L3 in the short direction of the temperature sense wiring 92.
  • the distance L1 may be equal to or less than a length Wh 'described later.
  • the dummy gate pad 56-1 may be provided on the opposite side of the gate pad 55 with respect to the longitudinal direction of the temperature sense wiring 92. That is, when the longitudinal portion 93 of the temperature sense wiring 92 and the peripheral region 61 are divided into two divided regions (first divided region 66, second divided region 68) by extension lines thereof, the dummy gate pad 56-1 And the gate pad 55 may be provided in different divided regions.
  • the boundary between the two divided regions passes the center of the width direction (in this example, the Y-axis direction) of the longitudinal portion 93 of the temperature sense wiring 92, and the longitudinal direction of the temperature sense wiring 92 (in the present example, the X-axis direction) It is a line parallel to However, as described later, all the voltage supply pads 56 and the gate pad 55 may be arranged in the same divided area.
  • the gate pad 55 and the voltage supply pad 56 may be disposed in the outer peripheral region 61 of any one of four sides of the semiconductor substrate 10 in a top view.
  • the gate pad 55 and the temperature measurement pad 94 may be disposed in the outer peripheral region 61 in any one of four sides of the semiconductor substrate 10 in a top view.
  • the temperature measurement pad 94 may be provided in a divided area different from the gate pad 55 (in this example, the first divided area 66).
  • FIG. 1 c is a view for explaining the width and the like of each member on the upper surface of the semiconductor substrate 10.
  • the width W1 is the width in the Y-axis direction of the chip constituting the semiconductor device 100.
  • the width W2 is the width in the X-axis direction of the chip constituting the semiconductor device 100.
  • the width W1 and the width W2 may be equal.
  • the width W1 and the width W2 are 15 mm as an example.
  • the width WI is the width in the Y-axis direction of the transistor portion 70.
  • the width WF is the width of the diode unit 80 in the Y-axis direction.
  • the width Wh is the width in the X-axis direction of the transistor unit 70 and the diode unit 80.
  • the width WI may be at least twice and at most 5 times the width WF.
  • the width Wh may be 1.5 times or more and 3 times or less the width WI.
  • the width WI is, for example, 1500 ⁇ m.
  • the width WF is 500 ⁇ m as an example.
  • the width Wh is, for example, 3100 ⁇ m.
  • the gate metal layer 50 has a portion 50-a extending in the X-axis direction along the edge of the semiconductor substrate 10, and a portion 50-b protruding in the Y-axis direction from the portion 50-a.
  • the portion 50-a has a constant width in the Y-axis direction.
  • the portion 50-b is a region where the active portion 60 and the gate runner 53-a disposed between the Kelvin pad 56-2 are connected.
  • the portion 50-b is disposed in the outer peripheral region 61.
  • the width Wa is the width in the Y-axis direction of the portion 50-b. That is, the width Wa is a width excluding the constant width of the portion 50-a among the widths in the Y-axis direction of the gate metal layer 50 of the portion to which the gate runner 53-a is connected.
  • the gate metal layer 50 has a portion 50-c protruding in the Y-axis direction from the portion 50-a.
  • the portion 50-c is disposed adjacent to any pad in the Y-axis direction. That is, the portion 50-c is a region projecting in the Y-axis direction from the portion 50-a toward any pad (in this example, the dummy gate pad 56-1).
  • the portion 50-c is disposed in the outer peripheral region 61.
  • the portion 50-c may be connected to the portion 50-b in the X-axis direction.
  • the width Wb is the width in the arrangement direction of the part 50-c. That is, the width Wb is a width excluding the fixed width of the portion 50-a out of the width in the Y-axis direction of the gate metal layer 50 disposed adjacent to one of the pads in the Y-axis direction.
  • the gate metal layer 50 has a portion 50-d disposed in the outer peripheral region 61 between the active portion 60 and the gate pad 55.
  • the portion 50-d is connected to the gate pad 55.
  • the portion 50-d is provided apart from the other portions of the gate metal layer 50.
  • the portion 50-d of this example is connected to the portion 50-b by the gate runner 53.
  • the width Wc is a distance between the portion 50-c of the gate metal layer 50 and the portion 50-d in the Y-axis direction.
  • the width Wd is a distance between the portion 50-b of the gate metal layer 50 and the portion 50-d in the Y-axis direction.
  • the width Wb ⁇ the width Wd. That is, the portion 50-b of the gate metal layer 50 protrudes to the side of the portion 50-d compared to the portion 50-c.
  • the width Wa may be not less than 1.2 times and not more than 1.5 times the width Wb.
  • the width Wd may be 1.5 times or more and 2.5 times or less the width Wa.
  • the width Wc may be 2.5 times or more and 3.5 times or less the width Wb.
  • the width Wb ⁇ the width Wd.
  • the width Wa is 2410 ⁇ m, for example.
  • the width Wb is, for example, 1770 ⁇ m.
  • the width Wc is 5130 ⁇ m as an example.
  • the width Wd is 4490 ⁇ m as an example.
  • the gate pad 55 is arranged at a position different from the extension region 64 shown in FIG. Therefore, the gate metal layer 50 having a lower resistance than the gate runner 53 can be disposed between the gate pad 55 and the active portion 60. Therefore, the gate voltage supplied to the transistor unit 70 can be made more uniform. Therefore, the turn-off tolerance of the transistor section 70 can be prevented from being reduced.
  • FIG. 1d is a view showing an emitter electrode 52 in FIG. 1a.
  • the area where the emitter electrode 52 is formed is surrounded by a thick line.
  • a part of the gate runner 53 shown in FIG. 1 a is omitted.
  • the active unit 60 is divided by the dividing unit 46 into a plurality of regions.
  • the active portion 60 in this example has a first area 60-1, a second area 60-2, and a third area 60-3.
  • the first region 60-1 in this example is the region most distant from the gate pad 55 in the X-axis direction
  • the third region 60-3 is the region closest to the gate pad 55 in the X-axis direction.
  • the region 60-2 is a region disposed between the first region 60-1 and the second region 60-2.
  • Emitter electrode 52 is divided into a plurality of regions by dividing portion 46.
  • the respective regions of the emitter electrode 52 may be connected to each other by a plating layer or a wire formed above the emitter electrode 52.
  • the emitter electrode 52 of the present example has a first region 52-1, a second region 52-2, and a third region 52-3.
  • the first region 52-1 is disposed above the first region 60-1 of the active portion 60
  • the second region 52-2 is disposed above the second region 60-2 of the active portion 60.
  • the third region 52-3 is disposed above the third region 60-3 of the active portion 60.
  • the emitter electrode 52 is provided above the transistor unit 70 and the diode unit 80 in each region of the active unit 60.
  • the second region 60-2 of the active unit 60 includes a temperature sense unit 90 and a temperature sense wire 92.
  • the temperature sensing unit 90 and the temperature sensing interconnection 92 may be disposed at the center of the second region 60-2 in the Y-axis direction.
  • the second region 52-2 of the emitter electrode 52 is disposed apart from the temperature sensing portion 90 and the temperature sensing wiring 92 in a top view.
  • the second region 52-2 of the emitter electrode 52 may be disposed along the outer periphery of the temperature sensing unit 90 and the temperature sensing interconnection 92.
  • An interlayer insulating film 38 may be provided between the second region 52-2 and the temperature sense unit 90 and the temperature sense interconnection 92.
  • the third region 52-3 of the emitter electrode 52 is electrically connected to the Kelvin pad 56-2 provided outside the active portion 60.
  • the third region 52-3 in this example has a portion extending to the Kelvin pad 56-2.
  • Kelvin pad 56-2 is an example of voltage supply pad 56.
  • the third region 60-3 of the active portion 60 is divided by the temperature sense wiring 92 in the Y-axis direction.
  • the third region 52-3 of the emitter electrode 52 may also be separated by the temperature sense wiring 92.
  • the third region 52-3 of the emitter electrode 52 is disposed apart from the temperature sensing unit 90 and the temperature sensing interconnection 92.
  • gate metal layer 50 and dummy gate metal layer 51 are temperature sense portion 90.
  • the temperature sense wiring 92 are arranged apart.
  • FIG. 1 e is a top view showing an example of the structure of the transistor unit 70 and the diode unit 80.
  • FIG. 1 e shows the transistor unit 70 and the diode unit 80 in the vicinity of the dividing unit 46. As an example, FIG. 1e corresponds to region M of FIG. 1d.
  • an N + -type cathode region 82 is selectively formed.
  • the lower surface side region in which the cathode region 82 is not formed is provided with a P + -type collector region 22 (see, for example, FIG. 4 e).
  • a plurality of cathode regions 82 surrounded by the collector region 22 may be disposed on the lower surface of the semiconductor substrate 10.
  • the transistor portion 70 is a region where the collector region 22 is projected perpendicularly to the upper surface of the semiconductor substrate 10 in the active portion 60, and a predetermined unit configuration including the emitter region 12, the contact region 15 and the trench portion is regularly It may be an arranged area.
  • the diode section 80 may be an area where the cathode area 82 is projected perpendicularly to the upper surface of the semiconductor substrate 10 in the active section 60.
  • the range in which the cathode region 82 is provided is indicated by an alternate long and short dash line.
  • the cathode region 82 may be located inside (+ X-axis direction) the end of the contact hole 49 on the side of the divided portion 46 ( ⁇ X-axis direction).
  • Each of the transistor unit 70 and the diode unit 80 may include a mesa unit 81 and a plurality of trench units.
  • the mesa portion 81 is a partial region of the semiconductor substrate 10 provided between two adjacent trench portions.
  • the mesa portion 81 is a part of the semiconductor substrate 10 located in a region closer to the top surface of the semiconductor substrate 10 than the bottom surface of the trench portion.
  • the gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30 may be collectively referred to as a trench portion.
  • the gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30 are covered with the insulating film 42 such as an oxide film formed on the inner wall of the trench and the insulating film inside the trench, similarly to the trench type gate runner 53 shown in FIG. It has a conductive portion 44 such as polysilicon.
  • the transistor unit 70 of this example has a gate trench 40 and a dummy trench 30.
  • the gate trench portions 40 and the dummy trench portions 30 of the transistor portion 70 may extend in the X-axis direction and may be alternately provided in the Y-axis direction.
  • the diode portion 80 in this example does not have the gate trench portion 40 but has the dummy trench portion 30.
  • the dummy trench portion 30 of the diode portion 80 may also extend in the X-axis direction and be provided in plurality in the Y-axis direction. Each trench portion may or may not reach the dividing portion 46.
  • the trench portion shown in FIG. 1 e does not reach the dividing portion 46.
  • Each trench portion may have a U-shaped end as in the dummy trench portion 30 shown in FIG. 4c.
  • Conductive portion 44 of dummy trench portion 30 is electrically connected to the emitter electrode through contact hole 31 provided in the interlayer insulating film.
  • the conductive portion 44 of the gate trench portion 40 is electrically connected to the gate runner 53 or the gate metal layer 50 by the contact hole 76 (see, for example, FIG. 4 c) provided in the interlayer insulating film.
  • the semiconductor substrate 10 may have an N + -type emitter region 12, a P + -type contact region 15, a P ⁇ -type base region 14 and a P + -type well region 11 in the transistor section 70.
  • Emitter region 12, contact region 15, base region 14 and well region 11 may be provided from the top surface of semiconductor substrate 10 to a predetermined depth.
  • the emitter regions 12 and the contact regions 15 may be alternately provided in the X-axis direction. However, in the mesa portion 81 located at the end of the transistor portion 70 in the Y-axis direction, the emitter region 12 may not be provided.
  • N or P means that electrons or holes are the majority carriers, respectively.
  • + means that the carrier concentration is higher than that for which it is not described, and-indicates that the carrier concentration is lower than that for which it is not described.
  • the base region 14 may be provided below the emitter region 12 and the contact region 15.
  • the base regions 14 may also be provided at both ends in the X-axis direction, as opposed to the emitter regions 12 and the contact regions 15 alternately provided in the X-axis direction in top view.
  • the base region 14 is provided below the contact region 15.
  • the base regions 14 may also be provided at both ends in the X-axis direction of the contact region 15 in top view.
  • the well region 11 may be provided between element regions of two adjacent transistor units 70 and the like in the X-axis direction.
  • the emitter electrode may be electrically connected to emitter region 12 and contact region 15 through a contact hole 49 provided in the interlayer insulating film.
  • the emitter electrode may be electrically connected to the contact region 15 of the mesa unit 81 located at the boundary between the transistor unit 70 and the diode unit 80 through the contact hole 49.
  • the semiconductor substrate 10 may have a contact region 15, a base region 14 and a well region 11 in the diode section 80.
  • the contact region 15, the base region 14 and the well region 11 may be provided from the upper surface of the semiconductor substrate 10 to the inside of the semiconductor substrate 10.
  • the base regions 14 and the contact regions 15 may be alternately provided in the X-axis direction.
  • the contact regions 15 may be formed only at both ends in the X-axis direction of the contact holes 49 formed on the upper surface of the base region 14.
  • the contact regions 15 may be alternately provided in the base region 14 and the X-axis direction.
  • the base region 14 may also be provided below the contact region 15.
  • the base regions 14 may be disposed at both ends in the X axis direction.
  • the well region 11 may be provided between two adjacent diode units 80 in the X-axis direction.
  • the emitter electrode may be electrically connected to base region 14 and contact region 15 through contact hole 49.
  • the P type collector region 22 (see, for example, FIG. 4e) is provided on the lower surface of the semiconductor substrate 10, and the N type emitter region 12 etc. is regularly formed on the upper surface of the semiconductor substrate 10. It is an area provided in a similar manner.
  • the collector region 22 is connected to a collector electrode 24 (see, for example, FIG. 4 e) formed on the lower surface of the semiconductor substrate 10, and the emitter region 12 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 10 (see, for example, FIG. And connected.
  • the emitter electrode is an example of the inner electrode disposed inside the gate metal layer 50 in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • Each transistor portion 70 includes, in order from the lower surface side of the semiconductor substrate 10, a P-type collector region 22, an N-type drift region 18 (for example, see FIG. 4e), and a P-type base region 14 (for example, see FIG. ) May be provided.
  • a P-type collector region 22 On the upper surface side of the base region 14, an N + -type emitter region 12 and a P + -type contact region 15 (see, for example, FIG. 4 c) may be selectively provided.
  • the contact region 15 is connected to the emitter electrode.
  • the gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30 are provided from the upper surface of the semiconductor substrate 10 through the base region 14 to the drift region 18.
  • Emitter region 12 is disposed in contact with gate trench portion 40.
  • the gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30 may have straight portions extending in a predetermined extending direction on the upper surface of the semiconductor substrate 10.
  • the stretching direction is the X-axis direction shown in FIG. 1e, but may be another direction such as the Y-axis direction.
  • the N + -type cathode region 82 is provided on the lower surface of the semiconductor substrate 10, and the P-type region is entirely or regularly provided on the upper surface of the semiconductor substrate 10. is there.
  • the cathode region 82 is connected to the collector electrode 24.
  • the dummy trench portion 30 may be regularly provided in the diode portion 80.
  • an N + -type cathode region 82, an N-type drift region 18 and a P-type anode region (base region 14) may be provided in order from the lower surface side of the semiconductor substrate 10.
  • a P + -type contact region 15 may be selectively provided on the upper surface side of the base region 14.
  • FIG. 2 is a view showing a semiconductor device 150 of the comparative example.
  • the gate pad 55 is disposed on the extension region of the temperature sense wiring 92 in the extension direction. Therefore, the gate metal layer 50 whose resistance is lower than that of the gate runner 53 can not be disposed on the X axis direction positive side of the gate pad 55. Since the gate runner 53 having a higher resistivity than the gate metal layer 50 is provided between the gate pad 55 and the active portion 60, the gate voltage supplied to the transistor portion 70 connected to the gate runner 53 is lowered. May.
  • FIG. 3 is a view showing another example of the upper surface of the semiconductor device 100 according to the present embodiment.
  • the semiconductor device 100 of this example is an example in which the long sides of the transistor unit 70 and the diode unit 80 are provided in the Y-axis direction.
  • the orientation of the transistor unit 70 and the diode unit 80 differs by 90 degrees as compared with the semiconductor device 100 shown in FIG. That is, the extension direction (X-axis direction) of the temperature sense wiring 92 and the arrangement direction (X-axis direction) of the transistor unit 70 and the diode unit 80 are parallel.
  • the temperature sensing unit 90 may be provided side by side with the transistor unit 70 in the Y-axis direction. In a direction perpendicular to the extension direction of temperature sense interconnection 92 (in the Y-axis direction in this example), a transistor portion is interposed between temperature sense unit 90 or temperature sense interconnection 92 and dummy gate metal layer 51 or gate metal layer 50. Only 70 or only the diode unit 80 may be disposed. Since the transistor portion 70 occupies a majority of the area of the active portion 60, the temperature of the active portion 60 depends more on the temperature near the transistor portion 70 than near the diode portion 80. Therefore, the semiconductor device 100 of this example can measure the temperature of the active part 60 more accurately.
  • the width Wh ′ of the transistor unit 70 and the diode unit 80 in the Y-axis direction may be different from the width Wh of the transistor unit 70 and the diode unit 80 in the X-axis direction in the semiconductor device 100 shown in FIG.
  • the width WI ′ in the X-axis direction of the transistor portion 70 may be different from the width WI in the Y-axis direction of the transistor portion 70 in the semiconductor device 100 shown in FIG. 1A.
  • the width WF ′ in the X-axis direction of the diode unit 80 may be different from the width WF in the Y-axis direction of the diode unit in the semiconductor device 100 illustrated in FIG. 1A.
  • the gate metal layer 50 of the present example has an outer gate metal layer 50-1 provided in the outer peripheral region 61 and an inner gate metal layer 50-2 provided above the active portion 60.
  • the outer gate metal layer 50-1 surrounds the active portion 60 in top view.
  • the inner gate metal layer 50-2 is connected to the outer gate metal layer 50-1.
  • the inner gate metal layer 50-2 in this example is provided to divide the active portion 60 at the center of the semiconductor substrate in the Y-axis direction. Further, the inner gate metal layer 50-2 may be provided so as to sandwich the temperature sense wiring 92 in a top view.
  • one inner gate metal layer 50-2 may be provided from the outer gate metal layer 50-2 opposite to the temperature sense wiring 92 in the X-axis direction toward the temperature sense wiring 92.
  • the inner gate metal layer 50-2 extends in the X-axis direction to the vicinity of the tip of the temperature sense wire 92 (or the temperature sense portion 90).
  • the inner gate metal layer 50-2 branches into two in the vicinity of the tip of the temperature sense wiring 92 (or the temperature sense portion 90), and the two inner gate metal layers 50-2 sense the temperature in the Y axis direction. It is arranged to sandwich the wiring 92.
  • the inner gate metal layer 50-2 functions as the dividing portion 46.
  • the dummy gate metal layer 51 may be divided by the inner gate metal layer 50-2.
  • a dummy gate runner 54 connecting the divided dummy gate metal layer 51 may be provided to overlap with the inner gate metal layer 50-2.
  • the gate trench portion and the dummy trench portion may be arranged in the X-axis direction.
  • the trench extends in the Y-axis direction.
  • the gate trench portion and the dummy trench portion may be arranged in the Y-axis direction.
  • the trench portion extends in the X-axis direction.
  • the trench extends in the Y-axis direction.
  • the extending direction (X-axis direction) of the gate metal layer 50 at the central portion of the semiconductor device is parallel.
  • FIG. 4a is a view showing another example of the top surface of the semiconductor device 100 according to the present embodiment.
  • the semiconductor device 100 of this example is shown in FIG. 1A in that the dummy gate pad 56-1 and the Kelvin pad 56-2 are provided on the same side as the gate pad 55 with reference to the temperature sense interconnection 92 and its extension. It differs from the semiconductor device 100. That is, in the semiconductor device 100 of the present example, all the voltage supply pads 56 are provided in the same divided area (second divided area 68) as the gate pad 55.
  • the width Wa may be 1.1 times or more and 1.5 times or less the width Wb.
  • the width Wd may be 0.5 times or more and 1.0 times or less the width Wa.
  • the width Wc may be 0.8 times or more and 1.2 times or less of the width Wb.
  • width Wb > width Wd. That is, the length in the Y-axis direction of the gate runner 53 provided in the Y-axis direction to cross below the temperature sense wiring 92 is smaller than that of the semiconductor device 100 shown in FIG. 1A.
  • the width Wa is 4040 ⁇ m as an example.
  • the width Wb is 3400 ⁇ m as an example.
  • the width Wc is, for example, 3500 ⁇ m.
  • the width Wd is 2860 ⁇ m as an example.
  • the gate pad 55 is disposed at a position deviated from the extension direction of the temperature sense wiring 92. Further, in the semiconductor device 100 of this example, the dummy gate pad 56-1 and the Kelvin pad 56-2 are provided on the same side as the gate pad 55 on the basis of the temperature sense wiring 92 and its extended line. Therefore, the length in the Y-axis direction of the gate runner 53 provided in the Y-axis direction crossing below the temperature sense wiring 92 can be made smaller than that of the semiconductor device 100 shown in FIG. 1A.
  • the length of the gate runner 53 having a higher resistance than the gate metal layer 50 can be made smaller than that of the example shown in FIG.
  • the gate voltage supplied to the unit 70 can be made uniform. For this reason, it is possible to prevent the decrease in the withstand voltage of the transistor unit 70.
  • the semiconductor device 100 of this example a plurality of regions (52-1, 52-2, 52-3, see FIG. 1d) of the emitter electrode 52 are connected to the dummy gate metal layer 51 provided in the dividing portion 46.
  • the semiconductor device 100 is different from the semiconductor device 100 shown in FIGS. 1a to 1e also in that a first air gap 17 is provided.
  • the arrangement of the pads is the same as in FIGS. 1a to 1e and may be different from the semiconductor device 100 shown in FIGS. 1a to 1e in that the first air gap 17 is provided.
  • the portion disposed in the outer peripheral region 61 is the outer dummy gate metal layer 51-1
  • the portion disposed above the active portion 60 is the inner dummy gate metal layer 51-2.
  • the outer dummy gate metal layer 51-1 is connected to the dummy gate pad 56-1.
  • the inner dummy gate metal layer 51-2 connects the outer dummy gate metal layer 51-1 and the conductive portion 44 of the dummy trench portion 30.
  • the above-described first air gap 17 is provided in the inner dummy gate metal layer 51-2.
  • a dummy gate runner 54 is provided in the first air gap 17. Both ends of the dummy gate runner 54 are respectively connected to the inner dummy gate metal layer 51-2. One end of the dummy gate runner 54 may be connected to the outer dummy gate metal layer 51-1.
  • FIG. 4 b is a view showing an emitter electrode 52 in FIG. 4 a.
  • the region where the emitter electrode 52 is formed in FIG. 4 a is surrounded by a thick line.
  • the gate runner 53 and the dummy gate runner 54 in FIG. 4a are omitted.
  • Emitter electrode 52 has a connection region 52-4 connecting a plurality of divided regions. The connection region 52-4 is provided in the first air gap 17 shown in FIG. 4a.
  • FIG. 4 c is an enlarged view of area A in FIG. 4 b.
  • FIG. 4 c is a top view of the semiconductor substrate 10.
  • the outlines of the emitter electrode 52 and the inner dummy gate metal layer 51-2 are indicated by thick broken lines.
  • An interlayer insulating film is provided above the semiconductor substrate 10, but is omitted in FIG. 4c.
  • an interlayer insulating film is provided between the inner dummy gate metal layer 51-2 and the emitter electrode 52 and the upper surface of the semiconductor substrate 10, but this is omitted in FIG. 4c.
  • the interlayer insulating film provided between them is also omitted in FIG.
  • the inner dummy gate metal layer 51-2 is provided extending in the Y-axis direction.
  • the inner dummy gate metal layer 51-2 has a first air gap 17.
  • the two inner dummy gate metal layers 51-2 sandwiching the first air gap 17 are electrically connected by a dummy gate runner 54 formed of a conductive material such as polysilicon.
  • the inner dummy gate metal layer 51-2 and the dummy gate runner 54 are electrically connected by a contact hole 74 formed in the interlayer insulating film.
  • a plurality of dummy gate runners 54 may be provided in parallel to one first air gap 17.
  • Emitter electrode 52 is divided into a plurality of regions with inner dummy gate metal layer 51-2 and dummy gate runner 54 as boundaries.
  • the example of FIG. 4 c shows the first area 52-1 and the second area 52-2.
  • Emitter electrode 52 crosses above dummy gate runner 54 in the X-axis direction, and has connection region 52-4 connecting first region 52-1 and second region 52-2.
  • the first region 52-1, the second region 52-2, and the connection region 52-4 may be integrally formed of the same material.
  • the dummy gate runner 54 may be a trench type runner formed inside the semiconductor substrate 10.
  • the dummy gate runner 54 may have the insulating film 42 formed on the inner wall of the trench and the conductive portion 44 covered with the insulating film 42, as in the gate trench portion 40.
  • FIG. 4 c shows the case where the dummy gate runner 54 is a trench runner.
  • dummy gate runner 54 is provided between semiconductor substrate 10 and inner dummy gate metal layer 51-2 and connection region 52-4 via an interlayer insulating film, such as polysilicon. It may be a wire.
  • the respective regions of the emitter electrode 52 can be connected by the metal connection region 52-4. For this reason, the potential at the emitter electrode 52 can be made uniform, and the thermal conductivity between the regions can be improved. Further, by crossing the connection region 52-4 of the emitter electrode 52 with the dummy gate runner 54 in a bridge shape, the inner dummy gate metal layer 51-2 separated by the connection region 52-4 can be electrically connected. .
  • the gate runner 53 also intersects with the connection region 52-4 in the first air gap 17 in the same manner as the dummy gate runner 54.
  • the gate runner 53 may be formed at the same height position (position in the Z-axis direction) as the dummy gate runner 54.
  • the gate runners 53 can be extended in the Y-axis direction while connecting the respective regions of the emitter electrode 52 with the connection regions 52-4.
  • the gate runner 53 may be a trench type runner formed inside the semiconductor substrate 10.
  • FIG. 4 c shows the case where the gate runner 53 is a trench type runner.
  • the boundary between the transistor portion 70 and the diode portion 80 is a U-shaped dummy trench portion 30 adjacent to the linear gate trench portion 40 in the Y-axis direction.
  • the diodes up to the end portion in the X axis direction of the U-shaped dummy trench portion 30 are It may be called part 80.
  • the dummy trench portion 30 having a U-shaped end on one side may have a U-shaped end on the opposite side. That is, both ends of the dummy trench portion 30 in the X-axis direction may have an U-shaped oval shape.
  • the transistor unit 70 of this example has a gate trench 40 and a dummy trench 30.
  • the gate trench portions 40 and the dummy trench portions 30 of the transistor portion 70 may extend in the X-axis direction and may be alternately provided in the Y-axis direction.
  • the gate trench portion 40 in the transistor portion 70 may extend from one transistor portion 70 opposed to the other transistor portion 70 in the X-axis direction.
  • the dummy trench portion 30 may terminate in a straight line inside the well region 11.
  • the gate trench portion 40 in the transistor portion 70 may cross the inner dummy gate metal layer 51-2 in the X-axis direction below the inner dummy gate metal layer 51-2.
  • the dummy trench portion 30 of the diode portion 80 may not be provided in at least a partial region between the two diode portions 80 opposed in the X-axis direction. That is, the dummy trench portion 30 may be separated between the two diode portions 80 opposed in the X-axis direction. However, the tip of each dummy trench portion 30 in the X-axis direction extends below the inner dummy gate metal layer 51-2. Conductive portions 44 of respective dummy trench portions 30 are electrically connected to inner dummy gate metal layer 51-2 through contact holes 72 provided in the interlayer insulating film.
  • the dummy trench portion 30 of the diode portion 80 has a U-shape at each end in the X-axis direction.
  • the U-shape may be composed of two longitudinal parts parallel to the X-axis direction and one short part parallel to the Y-axis direction.
  • the end portion of the dummy trench portion 30 of the diode portion 80 located on the positive direction side of the X axis with respect to the inner dummy gate metal layer 51-2 may form a U-shape in the forward direction.
  • the end of the dummy trench portion 30 of the diode portion 80 located in the negative direction of the X axis more than ⁇ 2 may form a U-shape in the reverse direction.
  • the dummy trench portion 30 of the diode portion 80 may have a shape in which longitudinal portions of a forward U-shape and a reverse U-shape are joined, respectively.
  • Each of gate trench portion 40 and dummy trench portion 30 may be provided in semiconductor substrate 10.
  • the conductive portion 44 of the gate trench portion 40 may be electrically connected by being orthogonal to the trench gate runner 53 along the Y-axis direction.
  • the gate runner 53 of this example is provided along the inner dummy gate metal layer 51-2 below the inner dummy gate metal layer 51-2. As described above, the gate runner 53 crosses below the connection region 52-4 of the emitter electrode 52 in the Y-axis direction.
  • the width of the gate runner 53 in the X-axis direction may be smaller than the width of the inner dummy gate metal layer 51-2 in the X-axis direction.
  • the conductive portion 44 of the dummy trench portion 30 may be electrically connected to the emitter electrode 52 through the contact hole 31 provided in the interlayer insulating film.
  • the dummy trench portion 30 of the diode portion 80 is connected to the inner dummy gate metal layer 51-2 via the contact hole 72, but in the other example, the dummy trench of the transistor portion 70
  • the portion 30 may also be connected to the inner dummy gate metal layer 51-2 via the contact hole 72.
  • the inner dummy gate metal layer 51-2 may be provided above the well region 11.
  • the structures of the transistor portion 70 and the diode portion 80 other than the shape of the trench portion are the same as those of the transistor portion 70 and the diode portion 80 shown in FIG.
  • the width of the connection region 52-4 in the Y-axis direction may be smaller than the width of one diode section 80 in the Y-axis direction.
  • the width of the connection region 52-4 may be 3 ⁇ 4 or less or 1 ⁇ 2 or less of the width of the diode section 80.
  • the width of the diode unit 80 is 200 ⁇ m
  • the width of the connection region 52-4 is 80 ⁇ m.
  • the width of the connection region 52-4 smaller than the width of the diode section 80, the length of the inner dummy gate metal layer 51-2 in the Y-axis direction can be increased by that amount. Accordingly, the distance between contact holes 74 of dummy gate runner 54 can be shortened. Thus, the resistance value of the dummy gate runner 54 between the contact holes 74 can be reduced.
  • FIG. 4 d is an enlarged view of the vicinity of the first air gap 17.
  • the cross section across the connection region 52-4 of the emitter electrode 52 in the X-axis direction is taken as the aa ′ cross section.
  • a cross section across the dummy gate runner 54 in the Y-axis direction is taken as a bb ′ cross section.
  • FIG. 4 e is a view showing an example of a cross section aa ′ in FIG. 4 d.
  • the gate runner 53 and the dummy gate runner 54 are trench type runners.
  • Each of gate runner 53 and dummy gate runner 54 is a trench formed from upper surface 21 of semiconductor substrate 10 to the inside of semiconductor substrate 10, insulating film 42 formed on the inner wall of the trench, and conductivity covered with insulating film 42. And a portion 44.
  • Each of the gate runner 53 and the dummy gate runner 54 is entirely formed inside the well region 11.
  • Each of the gate runner 53 and the dummy gate runner 54 is provided extending in the Y-axis direction.
  • An interlayer insulating film 38 is provided on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10, and a connection region 52-4 extends in the X-axis direction on the interlayer insulating film 38.
  • the gate runner 53 and the dummy gate runner 54 and the connection region 52-4 of the emitter electrode 52 can cross in a bridge shape. Further, by forming the gate runners 53 and the dummy gate runners 54 as trench type runners, the structure above the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 can be made more flat.
  • the semiconductor substrate 10 may be a silicon substrate, a silicon carbide substrate, or a nitride semiconductor substrate such as gallium nitride.
  • the semiconductor substrate 10 of this example is a silicon substrate.
  • the first region 52-1 of the emitter electrode 52 is provided on the positive side in the X-axis direction, and the second region 52-2 of the emitter electrode 52 is provided on the negative side in the X-axis direction.
  • a connection region 52-4 is provided in a region sandwiched by the first region 52-1 and the second region 52-2.
  • the base region 14 is provided on the upper surface 21 of the diode unit 80.
  • the base region 14 is P-type as an example.
  • a well region 11 formed deeper than the base region 14 is provided on the upper surface 21 in a region sandwiched by the diode units 80 on the positive side and the negative side in the X-axis direction.
  • Well region 11 is, for example, of P + type.
  • the collector region 22 is provided on the lower surface 23.
  • Collector region 22 is, for example, of P + type.
  • Collector region 22 may be provided longer than the width of well region 11 in the X-axis direction.
  • the collector region 22 may overlap up to the diode portion 80.
  • drift region 18 is provided below the base region 14 and the well region 11.
  • the drift region 18 is N-type as an example.
  • a buffer region 20 is provided below the drift region 18, a buffer region 20 is provided below the drift region 18, a buffer area 20 is, for example, of N + type.
  • collector electrode 24 is provided on the lower surface 23.
  • a connection region 52-4 for connecting the emitter electrode 52-1 and the emitter electrode 52-2 is provided in the first air gap 17. Further, in the first air gap 17, a connection region 52-4 for connecting the emitter electrode 52-2 and the emitter electrode 52-3 is provided. Therefore, the emitter potential can be made more uniform than in the semiconductor device 100 shown in FIG. 1a.
  • FIG. 4 f is a view showing an example of the bb ′ cross section in FIG. 4 d.
  • the dummy gate runner 54 is a trench type runner provided inside the semiconductor substrate 10.
  • An interlayer insulating film 38 is formed between the dummy gate runner 54 and the connection region 52-4 of the emitter electrode 52.
  • the dummy gate runner 54 is electrically connected to the two inner dummy gate metal layers 51-2 disposed on both sides of the first air gap 17 in the Y-axis direction via the contact hole 74. Further, the dummy gate runner 54 crosses below the connection region 52-4 in the Y-axis direction, and the connection region 52-4 crosses above the dummy gate runner 54 in the X-axis direction. With such a structure, the two regions of the emitter electrode 52 can be connected by metal while securing the electrical connection of the inner dummy gate metal layer 51-2.
  • FIG. 5a is a view showing another example of the top surface of the semiconductor device 100 according to the present embodiment.
  • the semiconductor device 100 of this example is different from the semiconductor device 100 shown in FIG. 4A in that it has a gate metal layer 97 provided along the temperature sense interconnection 92.
  • the gate metal layer 97 may be integrally formed of the same material as the gate metal layer 50.
  • the gate metal layer 50 in this example has an outer gate metal layer 50-1 and an inner gate metal layer 50-2.
  • the outer gate metal layer 50-1 is a portion of the gate metal layer 50 disposed in the outer peripheral region 61.
  • the outer gate metal layer 50-1 may be provided to surround the active portion 60 in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • the inner gate metal layer 50-2 is disposed above the active portion 60.
  • the outer gate metal layer 50-1 is connected to the gate pad 55.
  • the inner gate metal layer 50-2 connects the outer gate metal layer 50-1 and the conductive portion 44 of the gate trench portion 40.
  • the inner gate metal layer 50-2 in this example is provided extending in the Y-axis direction.
  • the inner gate metal layer 50-2 in this example divides the outer dummy gate metal layer 51-1 extending in the X-axis direction in the X-axis direction.
  • the inner gate metal layer 50-2 divides the inner dummy gate metal layer 51-2 in the X-axis direction. That is, the inner gate metal layer 50-2 is sandwiched in the X-axis direction by the two inner dummy gate metal layers 51-2.
  • a second air gap 19 is provided in the inner gate metal layer 50-2. That is, the inner gate metal layer 50-2 is separated at the second air gap 19.
  • the second air gap 19 is provided at a position facing the first air gap 17 in the X-axis direction. That is, the second air gap 19 may be disposed at substantially the same position as the first air gap 17 in the Y-axis direction.
  • a gate runner 53 is provided in the second air gap 19. The gate runner 53 may be disposed adjacent to the dummy gate runner 54 at substantially the same position in the Y-axis direction.
  • Both ends of the gate runner 53 are connected to the inner gate metal layer 50-2.
  • One end of the gate runner 53 may be connected to the outer gate metal layer 50-1.
  • connection regions 52-4 connecting the respective regions of the emitter electrode 52 are provided.
  • the connection region 52-4 of the emitter electrode 52, the gate runner 53 and the dummy gate runner 54 cross in a bridge shape, so that the electrical properties of the inner gate metal layer 50-1 are obtained.
  • the respective regions of the emitter electrode 52 can be connected by the metal connection region 52-4 while securing a proper connection and an electrical connection of the inner dummy gate metal layer 51-1.
  • the gate runners 53 and the dummy gate runners 54 intersecting the temperature sense wiring 92 in top view of the semiconductor substrate 10 are provided continuously through the lower side of the temperature sense wiring 92 in the Y-axis direction.
  • the gate metal layer 97 provided along the temperature sense wiring 92 may be provided to surround the Y axis direction positive side and the negative side of the temperature sense wiring 92 and the X axis direction positive side. Gate metal layer 97 extends in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of temperature sense interconnection 92, and extends in the Y-axis direction from the outside to the inside of active portion 60 in top view of semiconductor substrate 10 May be connected with
  • Another metal electrode is not provided between the gate metal layer 97 and the temperature sense wiring 92 in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • the gate metal layer 97 and the temperature sense wiring 92 are provided separately.
  • the two gate metal layers 97 sandwiching the temperature sense wiring 92 in the Y-axis direction may extend substantially parallel to the longitudinal direction of the temperature sense wiring 92.
  • Two gate metal layers 97 are connected to each other at the tip of the temperature sense wiring 92 (or the temperature sense portion 90) in the X-axis direction.
  • the connection portion of the gate metal layer 97 may extend in a direction substantially orthogonal to the longitudinal direction of the temperature sense wiring 92.
  • the connection portion of the gate metal layer 97 may be connected to the inner gate metal layer 50-2 sandwiched between the two inner dummy gate metal layers 51-2.
  • the inner gate metal layer 50-2 having a lower resistance than the gate runner 53 is provided up to the upper side of the active portion 60, and the gate metal layer 97 is provided along the temperature sense interconnection 92.
  • the gate voltage supplied to the transistor unit 70 can be made uniform. For this reason, it is possible to prevent the decrease in the withstand voltage of the transistor unit 70.
  • the width Wa may be 1.5 times or more and 2.5 times or less the width Wb.
  • the width Wd may be not less than 0.01 times and not more than 0.1 times the width Wa.
  • the width Wc may be 0.8 times or more and 1.2 times or less of the width Wb.
  • the Wb / Wd ratio in this example is even larger than the Wb / Wd ratio of the semiconductor device 100 shown in FIG. 4a.
  • the width Wa is, for example, 6650 ⁇ m.
  • the width Wb is 3400 ⁇ m as an example.
  • the width Wc is, for example, 3500 ⁇ m.
  • the width Wd is, for example, 250 ⁇ m.
  • gate pad 55 is arranged at a position different from that of extension region 64, and dummy gate pad 56-1 and Kelvin pad 56-2 are the same divided regions as gate pad 55 (in this example). It is provided in the second divided area 68). Therefore, the length in the Y-axis direction of the gate runner 53 provided in the Y-axis direction crossing below the temperature sense wiring 92 can be made smaller than that of the semiconductor device 100 shown in FIG. 1A.
  • the length of the gate runner 53 whose resistance is higher than that of the gate metal layer 50 can be made smaller than the example shown in FIG. 1A. That is, in the first divided region 66 where the gate pad 55 is not provided, the gate metal layer 50-3 provided between the active portion 60 and the temperature measurement pad 94 is formed of the gate temperature sense wiring 92 in the Y axis direction. It can be stretched to the vicinity. Therefore, a gate voltage can be applied to the gate trench portion 40 of the transistor portion 70 facing the temperature measurement pad 94 through the metal gate metal layer 50-3. Therefore, the gate voltage supplied to the transistor unit 70 can be made more uniform than in the semiconductor device 100 shown in FIG. 1A. For this reason, it is possible to prevent the decrease in the withstand voltage of the transistor unit 70.
  • FIG. 5 b is a view showing the upper surface of the semiconductor substrate 10 in the vicinity of the first air gap 17 and the second air gap 19.
  • the structures of the transistor unit 70 and the diode unit 80 in this example are the same as the example shown in FIG. 4c.
  • FIG. 5b the outlines of the emitter electrode 52, the inner gate metal layer 50-2, and the inner dummy gate metal layer 51-2 are indicated by thick broken lines.
  • An interlayer insulating film is provided above the semiconductor substrate 10, but is omitted in FIG. 5b.
  • an interlayer insulating film is provided between the inner gate metal layer 50-2, the inner dummy gate metal layer 51-2 and the emitter electrode 52 and the upper surface of the semiconductor substrate 10, which is omitted in FIG. 5b.
  • an interlayer insulating film provided between gate runner 53 and dummy gate runner 54, and semiconductor substrate 10, gate runner 53 and dummy gate runner 54, emitter electrode 52, inner gate metal layer 50-2, and inner side is also omitted in FIG. 5b.
  • the inner gate metal layer 50-2 is provided extending in the Y-axis direction.
  • Inner gate metal layer 50-2 may be electrically connected to gate trench portion 40 of transistor portion 70 via contact hole 76.
  • the inner gate metal layer 50-2 has a second air gap 19.
  • the two inner gate metal layers 50-2 sandwiching the second air gap 19 are electrically connected by a gate runner 53 formed of a conductive material such as polysilicon.
  • the inner gate metal layer 50-2 and the gate runner 53 are electrically connected by a contact hole 74 formed in the interlayer insulating film.
  • Emitter electrode 52 in this example is separated into a plurality of regions with inner gate metal layer 50-2 and gate runner 53 as boundaries.
  • the example of FIG. 5 b shows the first area 52-1 and the second area 52-2.
  • Emitter electrode 52 crosses above gate runner 53 in the X-axis direction, and has connection region 52-4 connecting first region 52-1 and second region 52-2.
  • the first region 52-1, the second region 52-2, and the connection region 52-4 are integrally formed of the same material.
  • the gate runner 53 may be a wiring, such as polysilicon, provided between the semiconductor substrate 10 and the inner gate metal layer 50-2 and the connection region 52-4 via an interlayer insulating film.
  • the gate runner 53 may be a trench type runner formed inside the semiconductor substrate 10.
  • the inner dummy gate metal layer 51-2 is provided with the inner gate metal layer 50-2 sandwiched in the X-axis direction. Moreover, the dummy gate runner 54 is provided on both sides of the gate runner 53 in the X-axis direction.
  • the structures of the respective inner dummy gate metal layers 51-2 and the dummy gate runners 54 are similar to the example shown in FIG. 4c.
  • the respective regions of the emitter electrode 52 can be connected by the metal connection region 52-4. For this reason, the potential at the emitter electrode 52 can be made uniform, and the thermal conductivity between the regions can be improved. Further, the connection region 52-4 of the emitter electrode 52, the gate runner 53 and the dummy gate runner 54 are crossed in a bridge shape, so that the inner gate metal layer 50-2 separated by the connection region 52-4 is electrically And the inner dummy gate metal layer 51-2 separated by the connection region 52-4 can be electrically connected.
  • FIG. 5 c is a further enlarged view of the vicinity of the first air gap 17 and the second air gap 19.
  • the cross section across the connection region 52-4 of the emitter electrode 52 in the X-axis direction is taken as a cc 'cross section.
  • a cross section across the dummy gate runner 54 in the Y-axis direction is taken as a dd ′ cross section.
  • FIG. 5 d is a view showing a cross section along line cc 'in FIG. 5 c.
  • the gate runner 53 and the dummy gate runner 54 are trench type runners.
  • Each of gate runner 53 and dummy gate runner 54 is a trench formed from upper surface 21 of semiconductor substrate 10 to the inside of semiconductor substrate 10, insulating film 42 formed on the inner wall of the trench, and conductivity covered with insulating film 42. And a portion 44.
  • Each of the gate runner 53 and the dummy gate runner 54 is entirely formed inside the well region 11.
  • Each of the gate runner 53 and the dummy gate runner 54 is provided extending in the Y-axis direction.
  • An interlayer insulating film 38 is provided on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10, and a connection region 52-4 extends in the X-axis direction on the interlayer insulating film 38.
  • the gate runner 53 and the dummy gate runner 54 and the connection region 52-4 of the emitter electrode 52 can cross in a bridge shape. Further, by forming the gate runners 53 and the dummy gate runners 54 as trench type runners, the structure above the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 can be made more flat.
  • FIG. 5 e is a view showing a dd ′ cross section in FIG. 5 c.
  • the dummy gate runner 54 is a trench type runner provided inside the semiconductor substrate 10.
  • the dummy gate runner 54 is electrically connected to the two inner dummy gate metal layers 51-2 disposed on both sides of the first air gap 17 in the Y-axis direction via the contact hole 74. Further, the dummy gate runner 54 crosses below the connection region 52-4 in the Y-axis direction, and the connection region 52-4 crosses above the dummy gate runner 54 in the X-axis direction.
  • the two regions of the emitter electrode 52 can be connected by metal while securing the electrical connection of the inner dummy gate metal layer 51-2.
  • FIG. 6 is a view showing another example of the upper surface of the semiconductor device 100 according to the present embodiment.
  • the semiconductor device 100 of this example is an example in which the long sides of the transistor unit 70 and the diode unit 80 are provided in the Y-axis direction.
  • the orientations of the transistor unit 70 and the diode unit 80 differ by 90 degrees as compared with the semiconductor device 100 shown in FIG.
  • the gate metal layer 97 provided along the temperature sense interconnection 92 may be provided to surround the temperature sense interconnection 92.
  • the two gate metal layers 97 sandwiching the temperature sense wiring 92 in the Y-axis direction extend in a direction substantially parallel to the extending direction of the temperature sense wiring 92.
  • the gate metal layer 97 is on the opposite side to the temperature sense wiring 92. It may be electrically connected to the disposed outer gate metal layer 50-1.
  • the temperature sensing unit 90 may be provided side by side with the transistor unit 70 in the Y-axis direction. That is, the temperature sensing unit 90 is sandwiched between the two transistor units 70 aligned in the Y-axis direction in a top view of the semiconductor substrate 10. Since the transistor portion 70 occupies a majority of the area of the active portion 60, the temperature of the active portion 60 depends more on the temperature near the transistor portion 70 than near the diode portion 80. Therefore, the semiconductor device 100 of this example can measure the temperature of the active part 60 more accurately.
  • FIG. 7a is a view showing an example of the upper surface of the semiconductor device 200 according to the present embodiment.
  • the semiconductor device 200 differs from the semiconductor device 100 in the structure of the temperature sense interconnection 92.
  • the temperature sense wiring 92 of this example has a temperature sense wiring 92-1 and a temperature sense wiring 92-2.
  • the temperature sense wiring 92-1 is connected to the temperature sense unit 90 and extends in the arrangement direction (Y-axis direction) in the active portion 60.
  • the temperature sense wiring 92-2 is extended in the X-axis direction, and connects an end portion of the temperature sense wiring 92-1 and the temperature measurement pad 94.
  • the temperature sense wiring 92-1 corresponds to a longitudinal portion 93 (see FIG. 1 a) provided in the direction from the temperature sense portion 90 toward the outer peripheral region 61.
  • Temperature sense interconnection 92-2 is provided in outer peripheral region 61.
  • the temperature measurement pad 94 may be a pad provided at the end of the plurality of pads in the Y-axis direction.
  • a dummy gate metal layer 98 may be provided between the temperature sense interconnection 92-1 and the element region (the transistor unit 70 and the diode unit 80).
  • two dummy gate metal layers 98 are provided to sandwich the temperature sense wiring 92-1 in the X-axis direction.
  • Two dummy gate metal layers 98 are provided extending in the Y-axis direction along the temperature sense interconnection 92-1.
  • the two dummy gate metal layers 98 are connected to each other in the vicinity of the tip of the temperature sense wiring 92-1 in the Y-axis direction.
  • the dummy gate metal layer 98 may be connected to the dummy gate metal layer 99 extending in the Y-axis direction.
  • the dummy gate metal layer 98 may be provided in the dividing portion 46 so as to surround the temperature sense wiring 92-1.
  • the dummy gate metal layer 99 is provided between the element regions adjacent in the X-axis direction.
  • the dummy gate metal layer 99 connects the dummy gate metal layer 98 and the dummy gate metal layer 51.
  • the dummy gate metal layer 51 is provided extending in the X-axis direction.
  • the dummy gate metal layer 51 is provided between the gate metal layer 50 and the active portion 60, and connected to the dummy gate pad 56-1.
  • the dummy gate metal layer 98 and the dummy gate metal layer 99 may be integrally formed of the same material as the dummy gate metal layer 51.
  • a gate metal layer 97 may be provided between the dummy gate metal layer 98 and the device region.
  • two gate metal layers 97 are provided so as to sandwich the two dummy gate metal layers 98 and the temperature sense interconnection 92-1 in the X-axis direction.
  • the gate metal layer 97-1 disposed on the side opposite to the temperature sense wiring 92-2 may be provided across the active portion 60 in the Y-axis direction.
  • the gate metal layer 97-2 disposed on the same side as the temperature sense wiring 92-2 may have a portion extending in the X-axis direction along the temperature sense wiring 92-2.
  • the gate metal layer 97-2 may further have a portion extending in the Y-axis direction between the active portion 60 and each pad.
  • the gate metal layer 97-2 may be connected to the gate pad 55 through these portions. Also, the gate metal layer 97-2 may be disposed along the dummy gate metal layer 99. The dummy gate metal layer 99 in this example is sandwiched between the gate metal layer 97-1 and the gate metal layer 97-2 in the X-axis direction.
  • a plurality of transistor units 70 and diode units 80 may be provided in the active unit 60.
  • the active portion 60 divided by the dividing portion 46 such as the temperature sensing portion 90 in FIG. 7A in the active portion 60 opposite to the gate pad 55, seven transistor portions 70 in the Y-axis direction and seven diode portions 80 are shown. An example in which six are provided in the Y-axis direction is shown. Further, in the active portion 60 on the same side as the gate pad 55, an example is shown in which six transistor portions 70 and five diode portions 80 are provided in the Y-axis direction.
  • the width of the transistor portion 70 closest to the dummy gate metal layer 51 is determined by the presence of the dummy gate metal layer 51. Is smaller than the width WI of the transistor portion 70 of FIG.
  • the temperature sensing unit 90 is provided above the active unit 60.
  • the long side in the top view of the temperature sensing unit 90 may be provided parallel to the arrangement direction of the transistor unit 70 and the diode unit 80 (in the present example, the Y-axis direction).
  • the temperature sensing unit 90 detects the temperature of the active unit 60.
  • the temperature sensing unit 90 may be a temperature sensing diode formed of silicon.
  • the gate metal layer 50 may be provided to surround the transistor unit 70 and the diode unit 80 in a top view of the semiconductor substrate 10. Gate metal layer 50 is electrically connected to gate pad 55 provided in outer peripheral region 61. The gate pad 55 may be provided between two gate metal layers 50 extending in the Y-axis direction in the X-axis direction in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • the gate metal layer 50 may be formed of aluminum or aluminum-silicon alloy.
  • the gate metal layer 50 is electrically connected to the transistor unit 70 and supplies a gate voltage to the transistor unit 70.
  • the dummy gate metal layer 51 may be provided inside the gate metal layer 50 in a top view of the semiconductor substrate 10.
  • the dummy gate metal layer 51 may be provided above the active portion 60 so as to surround the temperature sense wiring 92 extending in the Y-axis direction and the gate metal layer 50.
  • Dummy gate metal layer 51 is electrically connected to dummy gate pad 56-1 provided outside of active portion 60.
  • the dummy gate metal layer 51 is electrically connected to the diode unit 80 and supplies a dummy gate voltage to the diode unit 80.
  • the dummy gate metal layer 51 may be formed of aluminum or aluminum-silicon alloy.
  • the temperature sense wiring 92-2 and the temperature measurement pad 94 are disposed outside the active portion 60 and at the end in the Y-axis direction. Also, gate metal layer 97-2 and dummy gate metal layer 98 are provided along temperature sense interconnection 92. Therefore, it is not necessary to provide the gate runner 53 and the dummy gate runner 54 straddling the temperature sense wiring 92-2. Therefore, the gate voltage supplied to the transistor unit 70 can be made more uniform than in the semiconductor device 100 shown in FIG. 1A. For this reason, it is possible to prevent the decrease in the withstand voltage of the transistor section 70.
  • FIG. 7 b is a view showing an emitter electrode 52 in FIG. 7 a.
  • the area where the emitter electrode 52 is formed is surrounded by a thick line.
  • the emitter electrode 52 is divided by the dividing portion 46.
  • the emitter electrode 52 is provided above the transistor unit 70 and the diode unit 80, as shown in FIG. 7b.
  • the first region 52-1 of the emitter electrode 52 is provided above the transistor unit 70 and the diode unit 80 on the positive side in the X-axis direction.
  • the second region 52-2 of the emitter electrode 52 is provided above the transistor portion 70 and the diode portion 80 on the X axis direction negative side.
  • Emitter electrode 52 is electrically connected to Kelvin pad 56-2 provided outside of active portion 60.
  • the emitter electrode 52 may have a connection region 52-4 connecting the first region 52-1 and the second region 52-2.
  • the dummy gate metal layer 99 and the gate metal layer 97 disposed adjacent to the dummy gate metal layer 99 in the X-axis direction may have an air gap.
  • FIG. 8a is a view showing another example of the top surface of the semiconductor device 200 according to the present embodiment.
  • the gate metal layer 97 is provided between the temperature sense wiring 92-1 and the element region
  • the dummy gate metal layer 98 is provided between the gate metal layer 97 and the element region. This differs from the semiconductor device 200 shown in FIG.
  • the arrangement of the temperature sensing unit 90, the temperature sensing wiring 92, and the temperature measuring pad 94 in this embodiment is the same as that shown in FIG. 7a.
  • the gate metal layer 97 is disposed to surround the temperature sense wiring 92.
  • two dummy gate metal layers 98 are disposed so as to sandwich the temperature sense wiring 92 and the gate metal layer 97 in the X-axis direction.
  • the two dummy gate metal layers 98 are connected to the dummy gate metal layer 99 in the vicinity of the tip of the temperature sense wiring 92.
  • the gate metal layer 50 may have an inner gate metal layer 50-2 extending in the Y-axis direction along the dummy gate metal layer 99.
  • the gate voltage supplied to the transistor unit 70 can be made uniform. For this reason, it is possible to prevent the decrease in the withstand voltage of the transistor section 70.
  • FIG. 8 b is a view showing an emitter electrode 52 in FIG. 8 a.
  • the area where the emitter electrode 52 is formed is surrounded by a thick line.
  • the emitter electrode 52 is divided by the dividing portion 46.
  • the emitter electrode 52 is provided above the transistor unit 70 and the diode unit 80, as shown in FIG. 8b.
  • the first region 52-1 of the emitter electrode 52 is provided above the transistor unit 70 and the diode unit 80 on the positive side in the X-axis direction.
  • the second region 52-2 of the emitter electrode 52 is provided above the transistor portion 70 and the diode portion 80 on the X axis direction negative side.
  • Emitter electrode 52 is electrically connected to Kelvin pad 56-2 provided outside of active portion 60.
  • the emitter electrode 52 may have a connection region 52-4 connecting the first region 52-1 and the second region 52-2.
  • the dummy gate metal layer 99 and the inner gate metal layer 50-2 disposed adjacent to the dummy gate metal layer 99 in the X-axis direction may have a void.
  • FIG. 9 is a view showing another example of the upper surface of the semiconductor device 200 according to the present embodiment.
  • the semiconductor device 200 of this example is different from the semiconductor device 200 shown in FIG. 8A in that the semiconductor device 200 shown in FIG. 8A does not have the dummy gate metal layer 51 and the dummy gate pad 56-1.
  • the gate metal layer 97 in this example is connected to the inner gate metal layer 50-2.
  • the inner gate metal layer 50-2 in this example is provided so as to be sandwiched between two element regions (the transistor unit 70 or the diode unit 80).
  • the inner gate metal layer 50-2 may have the same position in the X-axis direction as the temperature sensing unit 90.
  • the gate metal layer 50 can be provided over a wider area than the semiconductor device 200 shown in FIG. 8A. Therefore, the gate voltage supplied to the transistor unit 70 can be made more uniform than in the semiconductor device 200 shown in FIG. 8A. For this reason, it is possible to prevent the decrease in the withstand voltage of the transistor section 70.
  • the emitter electrode 52 is divided by the dividing portion 46 and provided.
  • the semiconductor device 200 of this example does not have the dummy gate metal layer 51, the areas of the transistor portion 70 and the diode portion 80 can be made wider than the semiconductor device 200 shown in FIG. 8A.
  • FIG. 10 is a top view showing another configuration example of the semiconductor device 200.
  • the detection unit 96 functions as a temperature sensing unit 90.
  • the semiconductor device 200 of this example does not have the temperature sense unit 90 and the temperature sense wire 92 in the active unit 60.
  • the detection unit 96 is provided between the gate pad 55 and the temperature measurement pad 94 in the outer peripheral region 61.
  • the detection unit 96 and the temperature measurement pad 94 are electrically connected to the temperature measurement pad 94 by conductive wiring.
  • the conductive wiring (not shown) connecting the detection unit 96 and the temperature measurement pad 94 may be polysilicon.
  • the detection unit 96 outputs a current based on the temperature detection result. The output current flows through the conductive wiring and reaches the temperature measurement anode pad 94-2.
  • the gate metal layer 50 in this example has an outer gate metal layer 50-2 extending between the active portion 60 and the temperature measurement pad 94 and the detection portion 60 and extending to the gate pad 55 in the Y-axis direction. For this reason, it is not necessary to provide the gate runner 53 straddling the temperature sense wiring. Therefore, the gate voltage supplied to the transistor unit 70 can be equalized to prevent the withstand voltage of the transistor unit 70 from being reduced.
  • the outer dummy gate metal layer 51-1 of this example extends in the X-axis direction from the dummy gate pad 56-1. Further, an inner dummy gate metal layer 51-2 extending in the Y-axis direction is connected to the tip of the outer dummy gate metal layer 51-1 in the X-axis direction.
  • the semiconductor device 200 of this example has two inner gate metal layers 50-2 extending in the Y-axis direction. The two inner gate metal layers 50-2 are arranged to sandwich the inner dummy gate metal layer 51-2. An inner gate metal layer 50-2 disposed on the opposite side to the outer dummy gate metal layer 51-1 with respect to the inner dummy gate metal layer 51-2 provides the entire active portion 60 across the Y axis direction. It is done.
  • the inner gate metal layer 50-2 disposed on the same side as the outer dummy gate metal layer 51-1 is from the outer gate metal layer 50-1 opposite to the outer dummy gate metal layer 51-1 in the Y-axis direction, It is provided up to the position facing the transistor portion 70 closest to the outer dummy gate metal layer 51-1. However, the inner gate metal layer 50-2 is not in contact with the outer dummy gate metal layer 51-1.
  • FIG. 11 is a top view showing another configuration example of the semiconductor device 200. As shown in FIG.
  • the semiconductor device 200 of this example further includes a dummy gate metal layer 99-2 in addition to the semiconductor device 200 shown in FIG. 8A.
  • the other structure is the same as that of the semiconductor device 200 shown in FIG. 8a.
  • the dummy gate metal layer 99-1 and the dummy gate metal layer 99-2 are disposed to sandwich the inner gate metal layer 50-2 in the X-axis direction.
  • the dummy gate metal layer 99-2 is extended in the Y-axis direction from the dummy gate metal layer 98 to a position facing the transistor portion 70 closest to the outer gate metal layer 50-1.
  • the dummy gate metal layer 99-2 is not in contact with the outer gate metal layer 50-1. According to this example, the dummy gate metal layer can be easily connected to each transistor section 70.
  • FIG. 12 is a top view showing another configuration example of the semiconductor device 200. As shown in FIG. The semiconductor device 200 of this example is different from the configuration of the semiconductor device 200 shown in FIG. 10 in the structures of the inner gate metal layer 50-2 and the inner dummy gate metal layer 51-2. The other structure is the same as that of the semiconductor device 200 shown in FIG.
  • the semiconductor device 200 of this example has two inner dummy gate metal layers 51-2 extending in the Y-axis direction. Each inner dummy gate metal layer 51-2 faces the transistor portion 70 disposed at the other end from the position facing the transistor portion 70 disposed at one end of the active portion 60 in the Y-axis direction. It extends to the position. Of the two inner dummy gate metal layers 51-2, the inner dummy gate metal layer 51-2 close to the outer dummy gate metal layer 51-1 is connected to the outer dummy gate metal layer 51-1. The two inner dummy gate metal layers 51-2 are connected to each other by the inner dummy gate metal layer 51-3 extending in the X-axis direction. The inner dummy gate metal layer 51-3 may be disposed at the center of the active portion 60 in the Y-axis direction.
  • the inner gate metal layer 50-2 is disposed between the two inner dummy gate metal layers 51-2.
  • the inner gate metal layer 50-2 is provided across the active portion 60 in the Y-axis direction.
  • the inner gate metal layer 50-2 is divided by the inner dummy gate metal layer 51-3. That is, the inner gate metal layer 50-2 extends from the outer gate metal layer 50-1 to the vicinity of the inner dummy gate metal layer 51-3.
  • FIG. 13 is a top view showing another configuration example of the semiconductor device 200.
  • the semiconductor device 200 of this example is different from the configuration of the semiconductor device 200 shown in FIG. 10 in the structure of the inner gate metal layer 50-2. Further, the semiconductor device 200 of this example does not include the dummy gate pad 56-1 and the dummy gate metal layer.
  • the other structure is the same as that of the semiconductor device 200 shown in FIG.
  • the inner gate metal layer 50-2 of this example traverses the active portion 60 in the Y-axis direction.
  • the inner gate metal layer 50-2 may be disposed at the center of the active portion 60 in the X-axis direction.
  • FIG. 14 is an enlarged view of a crossing portion of the outer gate metal layer 50-1 and the inner gate metal layer 50-2.
  • the gate runner 53 is disposed overlapping with the outer gate metal layer 50-1 and the inner gate metal layer 50-2.
  • the gate runner 53 in this example is a wiring such as polysilicon disposed between the gate metal layer 50 and the semiconductor substrate 10.
  • the gate runner 53 of this example is disposed along the gate metal layer 50. That is, when the gate metal layer 50 is branched like a T, the gate runner 53 is also branched and provided.
  • the gate runner 53 of this example is provided so as to extend to the transistor portion 70 side further than the gate metal layer 50 in top view.
  • the gate runner 53 is connected to the gate trench portion 40 of the transistor portion 70.
  • the gate runner 53 and the gate metal layer 50 are insulated by an interlayer insulating film or the like.
  • Contact holes 75 and contact holes 77 are provided in the interlayer insulating film. Contact hole 75 and contact hole 77 may be filled with the same conductive material as gate metal layer 50, and may be filled with a different conductive material such as tungsten.
  • the contact hole 75 connects the gate runner 53 and the outer gate metal layer 50-1.
  • the contact hole 77 connects the gate runner 53 and the inner gate metal layer 50-2.
  • a plurality of contact holes 75 and contact holes 77 may be provided in parallel.
  • the contact holes 75 and the contact holes 77 are provided along the gate metal layer 50. However, the contact hole 75 and the contact hole 77 are not connected at the point where the gate metal layer 50 branches. That is, a gap 79 is provided between the contact hole 75 and the contact hole 77. An interlayer insulating film or the like is disposed in the gap 79.
  • FIG. 15 is a view showing an example of a cross section along line e-e 'in FIG.
  • the ee ′ cross section is a YZ plane including the contact hole 75.
  • the position where the contact hole 77 is projected to the cross section is indicated by a dotted line.
  • the interlayer insulating film 38 is provided between the gate metal layer 50 and the gate runner 53.
  • the gate metal layer 50 and the gate runner 53 are connected by the contact holes 75 and the contact holes 77 provided in the interlayer insulating film 38.
  • an insulating film 37 such as an oxide film is provided between the semiconductor substrate 10 and the gate runner 53.
  • the contact hole 75 in this example has a longitudinal direction in the X-axis direction.
  • the width of the contact hole 75 in the direction perpendicular to the longitudinal direction is W1.
  • the width W1 may be the width of the contact hole 75 at a position in contact with the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10.
  • the shortest distance between the contact hole 75 and the contact hole 77 is a width W2.
  • the width W2 may be the distance in the Y-axis direction between the end of the contact hole 75 and the end of the contact hole 77 at a position in contact with the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10.
  • the width W2 may be larger than the width W1.
  • the contact hole 75 and the contact hole 77 may be connected due to misalignment or the like.
  • the width of the contact holes increases.
  • the gate metal layer 50 may not be filled and an air gap may be generated between the gate runner 53 and the gate metal layer 50 may not be in contact with the gate runner 53.
  • the width W 2 By making the width W 2 larger than the width W 1, the generation of the air gap between the gate metal layer 50 and the gate runner 53 can be suppressed, and a good electrical connection can be ensured.
  • the end of the contact hole 77 on the side facing the contact hole 75 may be located inside the gate metal layer 50-1 along the longitudinal direction in top view.
  • the gate runner 53 located below the gap 79 is locally separated from the gate metal layer 50-1. Since the gate runner 53 has a higher resistance than the gate metal layer, a slight potential difference may occur in the gate runner 53 located below the gap 79 when the potential of the gate changes.
  • the minute potential difference in the lower part of the gap 79 causes a deviation in the transfer time of the gate signal to the respective gate conductive portions 44 in any two gate trench portions 40 separated from each other across the gap 79. As a result, current concentrates in a portion where turn-off is not completed, and turn-off breakdown may occur.
  • the width W2 corresponding to the gap 79 unnecessarily large, the potential difference generated in the lower portion of the gap 79 can be sufficiently reduced, and turn-off breakdown can be suppressed.
  • dummy gate metal layer 51-1 ... outer dummy gate metal layer, 51-2 ... inner dummy gate metal layer, 51 -3 Internal dummy gate metal layer 52 Emitter electrode 52-1 First region 52-2 Second region 52-3 Third region 52- Reference Signs List 4 connection area 53 gate runner 54 dummy gate runner 55 gate pad 56 voltage supply pad 56-1 dummy gate pad 56-2 ... Kelvin pad, 58 ... current sense pad, 59 ... current sense part, 60 ... active part, 60-1 ... first area, 60-2 ... second area, 60 -3 ... 3rd area, 61 ... outer peripheral area, 62 ... outer peripheral end, 64 ...

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Abstract

半導体基板と、半導体基板の上面および下面の間で電流が流れる活性部と、活性部に設けられるトランジスタ部と、トランジスタ部にゲート電圧を供給するゲート金属層と、ゲート金属層と電気的に接続されるゲートパッドと、半導体基板の上面において活性部の上方に設けられた温度センス部と、半導体基板の上面において、活性部と半導体基板の外周端との間の外周領域に配置された温度測定用パッドと、半導体基板の上面において予め定められた長手方向に延伸する長手部分を有し、温度センス部と温度測定用パッドとを接続する温度センス配線と、を備え、半導体基板の上面において、ゲートパッドは、温度センス配線の長手部分を長手方向に半導体基板の外周端まで延伸した延伸領域以外の領域に配置されている、半導体装置を提供する。

Description

半導体装置
　本発明は、半導体装置に関する。
　従来、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の半導体装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。
　特許文献１　特開２０１７－１０３４００号公報
　特許文献２　特開２０１５－２０７７３６号公報
解決しようとする課題
　半導体装置においては、耐量の低下を防止することが好ましい。
一般的開示
　本発明の一つの態様においては、半導体基板を備える半導体装置を提供する。半導体装置は、半導体基板に設けられ、半導体基板の上面および下面の間で電流が流れる活性部を備えてよい。半導体装置は、活性部に設けられるトランジスタ部を備えてよい。半導体装置は、トランジスタ部に電気的に接続され、トランジスタ部にゲート電圧を供給するゲート金属層を備えてよい。半導体装置は、半導体基板の上面に配置され、ゲート金属層と電気的に接続されるゲートパッドを備えてよい。半導体装置は、半導体基板の上面において活性部の上方に設けられた温度センス部を備えてよい。半導体装置は、半導体基板の上面において、活性部と半導体基板の外周端との間の外周領域に配置された温度測定用パッドを備えてよい。半導体装置は、半導体基板の上面において予め定められた長手方向に延伸する長手部分を有し、温度センス部と温度測定用パッドとを接続する温度センス配線を備えてよい。半導体基板の上面において、ゲートパッドは、温度センス配線の長手部分を長手方向に半導体基板の外周端まで延伸した延伸領域以外の領域に配置されていてよい。
　ゲートパッドは、外周領域に配置されていてよい。半導体装置は、ゲート金属層よりも内側に設けられる金属の内側電極を備えてよい。半導体装置は、外周領域に配置され、内側電極と電気的に接続された１つ以上の電圧供給パッドを備えてよい。外周領域を温度センス配線の長手部分および長手部分の延長線で２分割した２つの分割領域のうち、同一の分割領域にゲートパッドおよび全ての電圧供給パッドが配置されていてよい。
　温度測定用パッドが、２つの分割領域のうち、ゲートパッドおよび電圧供給パッドとは異なる分割領域に配置されていてよい。半導体装置は、活性部に設けられ、半導体基板の上面における予め定められた配列方向に沿ってトランジスタ部と交互に配列されたダイオード部を備えてよい。半導体装置は、ダイオード部に電気的に接続され、ダイオード部にダミーゲート電圧を供給するダミーゲート金属層を備えてよい。
　ゲート金属層は、半導体基板の上面視で、活性部を囲うように設けられてよい。ダミーゲート金属層は、半導体基板の上面視で、ゲート金属層の内側に、活性部を囲うように設けられてよい。
　ゲートパッドと同一の分割領域に設けられた電圧供給パッドのうちの１つは、ダミーゲート金属層と電気的に接続されるダミーゲートパッドであってよい。内側電極はエミッタ電極であり、ゲートパッドと同一の分割領域に設けられた電圧供給パッドのうちの１つは、エミッタ電極と電気的に接続されるケルビンパッドであってよい。
　ゲート金属層は、外周領域に配置された外側ゲート金属層と、活性部の上方に配置され外側ゲート金属層と接続される内側ゲート金属層とを有してよい。半導体装置は、活性部において半導体基板の上方に設けられ、一端が内側ゲート金属層に接続され、他端が内側ゲート金属層または外側ゲート金属層に接続された、半導体材料を含むゲートランナーを備えてよい。内側電極は、半導体基板の上面視において内側ゲート金属層およびゲートランナーを境界として分離して配置された第１領域および第２領域を有してよい。内側電極は、ゲートランナーの上方において、第１領域および第２領域を接続する接続領域を有してよい。
　ダミーゲート金属層は、外周領域に配置された外側ダミーゲート金属層と、活性部の上方に配置され外側ダミーゲート金属層と接続される内側ダミーゲート金属層とを有してよい。半導体装置は、活性部において半導体基板の上方に設けられ、一端が内側ダミーゲート金属層に接続され、他端が内側ダミーゲート金属層または外側ダミーゲート金属層に接続された、半導体材料を含むダミーゲートランナーを備えてよい。内側電極は、半導体基板の上面視において内側ダミーゲート金属層およびダミーゲートランナーを境界として分離して配置された第１領域および第２領域と、ダミーゲートランナーの上方において、第１領域および第２領域を接続する接続領域とを有してよい。
　温度センス配線の長手方向が配列方向と一致していてよい。温度センス部は、半導体基板の上面視において２つのトランジスタ部に挟まれていてよい。
　半導体装置は、外周領域において活性部と電圧供給パッドとの間の領域に設けられ、両端がゲート金属層に接続される、半導体材料を含むゲートランナーを備えてよい。ゲートランナーの両端を結ぶ方向において、ゲートランナーの一端が接続されるゲート金属層の端から、ゲートランナーの他端が接続されるゲート金属層の端までの幅が、ゲートランナーの一端に接続されたゲート金属層の幅よりも小さくてよい。
　ゲート金属層の一部が、温度センス配線に沿って設けられてよい。
　本発明の第２の態様においては、半導体基板を備える半導体装置を提供する。半導体装置は、半導体基板に設けられ、半導体基板の上面および下面の間で電流が流れる活性部を備えてよい。半導体装置は、活性部に設けられるトランジスタ部を備えてよい。半導体装置は、トランジスタ部に電気的に接続され、トランジスタ部にゲート電圧を供給するゲート金属層を備えてよい。半導体装置は、半導体基板の上面において活性部の上方に設けられた温度センス部を備えてよい。半導体装置は、半導体基板の上面において、活性部と半導体基板の外周端との間の外周領域に配置された温度測定用パッドを備えてよい。半導体装置は、半導体基板の上面において予め定められた長手方向に延伸する長手部分を有し、温度センス部と温度測定用パッドとを接続する温度センス配線を備えてよい。ゲート金属層の一部が、温度センス配線に沿って設けられてよい。
　なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な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。
本実施形態に係る半導体装置１００の上面の一例を示す図である。 ゲートパッド５５の配置を説明する図である。 半導体基板の上面における各部材の幅等を説明する図である。 図１ａにおいて、エミッタ電極５２を付加して示す図である。 トランジスタ部７０およびダイオード部８０の構造の一例を示す上面図である。 比較例の半導体装置１５０を示す図である。 本実施形態に係る半導体装置１００の上面の他の一例を示す図である。 本実施形態に係る半導体装置１００の上面の他の一例を示す図である。 図４ａにおいて、エミッタ電極５２を付加して示す図である。 図４ｂにおける領域Ａの拡大図である。 第１空隙１７の近傍を更に拡大した図である。 図４ｄにおけるｂ－ｂ'断面の一例を示す図である。 図４ｄにおける領域Ａの拡大図である。 本実施形態に係る半導体装置１００の上面の他の一例を示す図である。 第１空隙１７および第２空隙１９の近傍における半導体基板１０の上面を示す図である。 第１空隙１７および第２空隙１９の近傍を更に拡大した図である。 図５ｃにおけるｃ－ｃ'断面の一例を示す図である。 図５ｃにおけるｄ－ｄ'断面の一例を示す図である。 本実施形態に係る半導体装置１００の上面の他の一例を示す図である。 本実施形態に係る半導体装置２００の上面の一例を示す図である。 図７ａにおいて、エミッタ電極５２を付加して示す図である。 本実施形態に係る半導体装置２００の上面の一例を示す図である。 図８ａにおいて、エミッタ電極５２を付加して示す図である。 本実施形態に係る半導体装置２００の上面の他の一例を示す図である。 半導体装置２００の他の構成例を示す上面図である。 半導体装置２００の他の構成例を示す上面図である。 半導体装置２００の他の構成例を示す上面図である。 半導体装置２００の他の構成例を示す上面図である。 外側ゲート金属層５０－１と、内側ゲート金属層５０－２の交差部分の拡大図である。 図１４におけるｅ－ｅ'断面の一例を示す図である。
　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。
　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」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。
　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。
　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。
　図１ａは、本実施形態に係る半導体装置１００の上面の一例を示す図である。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。トランジスタ部７０は、ＩＧＢＴ等のトランジスタを含む。ダイオード部８０は、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ　Ｗｈｅｅｌ　Ｄｉｏｄｅ）等のダイオードを含む。
　半導体装置１００は、半導体基板１０の上面と下面との間に電流が流れる縦型デバイスである。一例として、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の構造は、図１ｅにおいて説明する。
　図１ａに示すように半導体基板１０には、活性部６０が設けられる。活性部６０は、半導体装置１００をオン状態に制御した場合に半導体基板１０の上面と下面との間で主電流が流れる領域である。つまり、半導体基板１０の上面から下面、または下面から上面に、半導体基板１０の内部を深さ方向に電流が流れる領域である。本明細書では、トランジスタ部７０およびダイオード部８０をそれぞれ素子部または素子領域と称する。素子部が設けられた領域を活性部６０としてよい。なお、半導体基板１０の上面視において２つの素子部に挟まれた領域も活性部６０とする。図１ａの例では、素子部に挟まれてダミーゲート金属層５１が設けられている領域も活性部６０に含めている。活性部６０は、半導体基板１０の上面視においてエミッタ電極が設けられた領域、および、エミッタ電極に挟まれた領域とすることもできる。図１ａの例では、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の上方にエミッタ電極が設けられる。
　半導体基板１０の上面視において、活性部６０と半導体基板１０の外周端６２との間の領域を外周領域６１とする。外周領域６１は、半導体基板１０の上面視において活性部６０を囲んで設けられる。外周領域６１には、半導体装置１００と外部の装置とをワイヤ等で接続するための１つ以上の金属のパッドが配置されてよい。半導体装置１００は、活性部６０を囲んでエッジ終端構造部を外周領域６１に有してよい。エッジ終端構造部は、半導体基板１０の上面側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部は、例えばガードリング、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。
　活性部６０には、トランジスタ部７０およびダイオード部８０が複数設けられてよい。それぞれのダイオード部８０には、半導体基板の下面にＮ＋カソード領域８２が設けられている。カソード領域８２は、図１ａの点線の枠で示されるように、外周領域６１と接しない範囲に設けられてよい。本例のカソード領域８２は、後述するゲート金属層５０およびダミーゲート金属層５１と接しない範囲に設けられている。トランジスタ部７０およびダイオード部８０は、Ｙ軸方向に交互に設けられてよい。本明細書では、トランジスタ部７０およびダイオード部８０が交互に配列される方向を配列方向（Ｙ軸方向）と称する。活性部６０のＹ軸方向における両端には、トランジスタ部７０が設けられてよい。トランジスタ部７０およびダイオード部８０は、それぞれＸ軸方向に複数設けられてよい。図１ａの例では、複数のトランジスタ部７０がＸ軸方向に沿って並んでおり、複数のダイオード部８０がＸ軸方向に沿って並んでいる。他の例では、ダイオード部８０は、Ｘ軸方向において、トランジスタ部７０と重なる位置に設けられてよい。図１ａは、トランジスタ部７０がＹ軸方向７つ、Ｘ軸方向に３つ設けられ、ダイオード部８０がＹ軸方向に６つ、Ｘ軸方向に３つ設けられる一例を示している。
　本例の活性部６０には分割部４６が設けられている。分割部４６は、半導体基板１０の上面視で、活性部６０を分割する領域である。本例の分割部４６は、Ｘ軸方向において活性部６０を複数の領域に分割する。分割部４６は、半導体基板１０の上面視でエミッタ電極を分割してもよい。分割部４６は、Ｘ軸方向において幅を有する領域であってよい。本例では、分割部４６にはダミーゲート金属層５１およびゲートランナー５３が設けられている。
　分割部４６により分割された活性部６０のそれぞれの領域には、トランジスタ部７０およびダイオード部８０がＹ軸方向に複数設けられてよい。図１ａに示す例においては、分割部４６はＸ軸方向において異なる位置に２か所設けられる。この場合、分割部４６は活性部６０をＸ軸方向において３分割する。
　ゲート金属層５０は、半導体基板１０の上面視で、活性部６０を囲うように設けられてよい。ゲート金属層５０は、活性部６０の外に設けられるゲートパッド５５と電気的に接続される。ゲート金属層５０は、半導体基板１０の外周端６２に沿って形成されてよい。ゲートパッド５５は、ゲート金属層５０と、活性部６０との間に配置されてよい。
　ゲート金属層５０はアルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金で形成されてよい。ゲート金属層５０は、トランジスタ部７０に電気的に接続され、トランジスタ部７０にゲート電圧を供給する。
　ゲートランナー５３は、ゲート金属層５０と電気的に接続され、活性部６０の上方まで延伸する。ゲートランナー５３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（図１ｅ参照）のトレンチ内に設けられたポリシリコン等の導電部とを電気的に接続する。
　ゲートランナー５３は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。ゲートランナー５３の抵抗率は、ゲート金属層５０の抵抗率よりも高い。ゲート金属層５０をアルミニウムで、ゲートランナー５３をポリシリコンで、それぞれ形成した場合、ゲートランナー５３の抵抗率は、ゲート金属層５０の抵抗率よりも２桁高い。
　温度センス部９０は、活性部６０の上方に設けられる。温度センス部９０は、半導体基板１０の上面視で、活性部６０の中央に設けられてよい。温度センス部９０は、活性部６０の温度を検知する。温度センス部９０は、単結晶または多結晶のシリコンで形成されるｐｎ型温度センスダイオードであってよい。
　温度センス配線９２は、半導体基板１０の上面視で、活性部６０の上方に設けられる。温度センス配線９２は、温度センス部９０と接続される。温度センス配線９２は、温度センス部９０から外周領域６１まで、予め定められた方向に延伸して設けられる。温度センス配線９２は、外周領域６１に設けられた温度測定用パッド９４と接続される。温度センス配線９２は、ｐｎ型温度センスダイオードのｐ型層に電気的に接続するアノード電極の配線８９と、ｎ型層に電気的に接続するカソード電極の配線９１とを含んでよい。図１ａ等の各図においては温度センス配線９２を長方形の実線で表しているが、温度センス配線９２は、図１ａにおいて点線で示される配線８９、配線９１のように配置されてよい。配線８９および配線９１は、温度センス配線９２の具体的な引き回しの一例である。
　温度センス配線９２は、予め定められた長手方向（本例ではＸ軸方向）に長手部分９３を有する。温度センス配線９２の長手方向とは、温度センス部９０から外周領域６１に向かう方向に設けられた１つ以上の直線部分のうち、最も長い直線部分が延伸する方向である。直線部分とは、半導体基板１０の上面と平行な面において、直線状に形成された部分を指す。図１ａにおいては、温度センス配線９２の長手部分９３を示しており他の部分を省略している。長手部分９３は、温度センス配線９２のうち、温度センス部９０から伸びる直線部分であってもよい。温度センス配線９２の長手部分９３は、活性部６０のＹ軸方向中心に設けられてよい。
　温度測定用パッド９４は、温度測定用カソードパッド９４－１および温度測定用アノードパッド９４－２を含む。温度測定用カソードパッド９４－１から流れる電流は、温度センス配線９２を流れ、温度センス部９０に流れる。温度センス部９０は、温度検知結果に基づく電流を出力し、当該電流が温度センス配線９２を流れ、温度測定用アノードパッド９４－２に入力される。検知部９６は、温度センス部９０の予備として設けられる。本例の検知部９６は、外周領域６１に設けられている。検知部９６は、ポリシリコン等で形成されたｐｎ接合型のダイオードであってよい。
　本例のゲート金属層５０は、半導体基板１０のＹ軸方向における両端に配置され、Ｘ軸方向に延伸する部分を有する。本例のゲートランナー５３は、活性部６０の上方を横断して、Ｘ軸方向に延伸する２本のゲート金属層５０を接続する。ゲートランナー５３は、分割部４６に配置されてよい。また、ゲートランナー５３は、外周領域６１において、ゲートパッド５５等の各パッドと、活性部６０との間にも、設けられてよい。ゲートランナー５３は、Ｙ軸方向等においてゲート金属層５０に挟まれた領域に配置されてよい。当該領域には、エミッタ電極、ダミーゲート金属層５１または温度センス配線９２等が設けられており、ゲート金属層５０を設けることができない場合がある。ゲートランナー５３は、エミッタ電極、ダミーゲート金属層５１または温度センス配線９２が設けられた領域において、これらの層の上方または下方に配置されてよい。ただし、ゲートランナー５３とこれらの層との間には絶縁層が設けられている。ゲートランナー５３は、エミッタ電極、ダミーゲート金属層５１または温度センス配線９２が設けられた領域の両側に配置された２つのゲート金属層５０を接続するように配置されてよい。外周領域６１に設けられたゲートランナー５３は、半導体基板１０の上面視で温度センス配線９２と交差してよい。当該ゲートランナー５３は、温度センス配線９２の下方をＹ軸方向に通過して設けられている。当該ゲートランナー５３の両端は、ゲート金属層５０に接続されている。
　ダミーゲート金属層５１は、半導体基板１０の上面視で、ゲート金属層５０の内側に、活性部６０を囲うように設けられてよい。ダミーゲート金属層５１は、分割部４６にも設けられてよい。ダミーゲート金属層５１は、半導体基板１０の上面視においてゲート金属層５０よりも内側に配置される内側電極の一例である。
　半導体装置１００は、半導体基板１０の上面において、内側電極と電気的に接続された１つ以上の電圧供給パッド５６を備える。電圧供給パッド５６は、外周領域６１に設けられる。電圧供給パッド５６は、半導体基板１０の上面に設けられた金属により、内側電極と接続されてよい。本例において、電圧供給パッド５６は、ダミーゲートパッド５６－１を含む。ダミーゲートパッド５６－１は、ダミーゲート金属層５１と電気的に接続される。ダミーゲートパッド５６－１は、ダミーゲート金属層５１と接していてよい。
　ダミーゲート金属層５１はアルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金で形成されてよい。ダミーゲート金属層５１は、ダイオード部８０に電気的に接続され、ダイオード部８０のダミートレンチ部３０の導電部にダミーゲート電圧を供給する。ダミーゲート金属層５１は、トランジスタ部７０のダミートレンチ部３０にもダミーゲート電圧を供給してよい。ダミートレンチ部３０の導電部にダミーゲート電圧を印加することで、絶縁膜４２の絶縁性を試験するスクリーニング試験を行うことができる。
　ダミーゲートランナー５４は、ダミーゲート金属層５１同士を接続する。ダミーゲートランナー５４は、例えば不純物が添加されたポリシリコン等の導電材料で形成される。ダミーゲートランナー５４は、半導体基板１０の上面視で、Ｘ軸方向において、活性部６０の外であってゲートパッド５５と活性部６０との間に設けられてよい。ダミーゲートランナー５４は、Ｙ軸方向等においてダミーゲート金属層５１に挟まれた領域に配置されてよい。当該領域には、エミッタ電極、ゲート金属層５０または温度センス配線９２等の層が設けられており、ダミーゲート金属層５１を設けることができない場合がある。ダミーゲートランナー５４は、エミッタ電極、ゲート金属層５０または温度センス配線９２が設けられた領域において、これらの層の上方または下方に配置されてよい。ただし、ダミーゲートランナー５４とこれらの層との間には絶縁層が設けられている。ダミーゲートランナー５４は、エミッタ電極、ゲート金属層５０または温度センス配線９２が設けられた領域の両側に配置された２つのダミーゲート金属層５１を接続するように配置されてよい。
　電流センス部５９は、ゲートパッド５５に流れる電流を検知する。電流センスパッド５８は、電流センス部５９に流れる電流を測定するためのパッドである。
　本例において、電圧供給パッド５６は、ケルビンパッド５６－２をさらに含む。ケルビンパッ５６－２は、半導体基板１０の上面視で、活性部６０の上方に設けられるエミッタ電極と接続される。
　図１ｂは、ゲートパッド５５の配置を説明する図である。図１ｂにおいては、ゲート金属層５０およびダミーゲート金属層５１のハッチングを省略している。また図１ｂにおいては、検知部９６を省略している。本例のゲートパッド５５は、半導体基板１０の上面において外周領域６１に配置される。ゲートパッド５５は、Ｘ軸方向において、ゲート金属層５０と活性部６０との間に設けられてよい。
　ゲートパッド５５は、温度センス配線９２の長手部分９３を、温度センス配線９２の長手方向（本例においてはＸ軸方向）に半導体基板１０の外周端６２まで延伸した延伸領域６４以外の領域に配置される。延伸領域６４の長手方向と垂直な短手方向（本例ではＹ軸方向）の幅は、長手部分９３のＹ軸方向の幅と等しい。ゲートパッド５５は、延伸領域６４と部分的にも重ならない。
　温度センス配線９２の延伸領域６４とゲートパッド５５との距離Ｌ１は、エミッタ電極とゲート金属層５０の離間距離Ｌ２（図１ｂにおいては活性部６０とゲート金属層５０の離間距離Ｌ２）以上であってよい。距離Ｌ１および距離Ｌ２は、ともに延伸領域６４の短手方向（本例ではＹ軸方向）の距離であってよい。距離Ｌ１は、温度センス配線９２の短手方向の幅Ｌ３以上であってよい。距離Ｌ１は、後述する長さＷｈ'以下であってよい。
　ダミーゲートパッド５６－１は、温度センス配線９２の長手方向を基準に、ゲートパッド５５と反対側に設けられてよい。つまり、温度センス配線９２の長手部分９３およびその延長線で外周領域６１を２分割した２つの分割領域（第１分割領域６６、第２分割領域６８）とした場合に、ダミーゲートパッド５６－１とゲートパッド５５とは異なる分割領域に設けられてよい。２つの分割領域の境界線は、温度センス配線９２の長手部分９３の幅方向（本例ではＹ軸方向）の中心を通り、且つ、温度センス配線９２の長手方向（本例ではＸ軸方向）と平行な線である。ただし、後述するように全ての電圧供給パッド５６とゲートパッド５５とを同一の分割領域に配置してもよい。
　ゲートパッド５５および電圧供給パッド５６は、半導体基板１０の上面視における４辺のうち、いずれか一つの辺における外周領域６１に配置されてよい。ゲートパッド５５および温度測定用パッド９４は、半導体基板１０の上面視における４辺のうち、いずれか一つの辺における外周領域６１に配置されてよい。温度測定用パッド９４は、ゲートパッド５５とは異なる分割領域（本例では第１分割領域６６）に設けられてよい。
　図１ｃは、半導体基板１０の上面における各部材の幅等を説明する図である。幅Ｗ１は、半導体装置１００を構成するチップのＹ軸方向の幅である。幅Ｗ２は、半導体装置１００を構成するチップのＸ軸方向の幅である。幅Ｗ１と幅Ｗ２は等しくてよい。幅Ｗ１および幅Ｗ２は、一例として１５ｍｍである。
　幅ＷＩは、トランジスタ部７０のＹ軸方向の幅である。幅ＷＦは、ダイオード部８０のＹ軸方向の幅である。幅Ｗｈは、トランジスタ部７０およびダイオード部８０のＸ軸方向の幅である。幅ＷＩは、幅ＷＦの２倍以上５倍以下であってよい。幅Ｗｈは、幅ＷＩの１．５倍以上３倍以下であってよい。幅ＷＩは、一例として１５００μｍである。幅ＷＦは、一例として５００μｍである。幅Ｗｈは、一例として３１００μｍである。
　ゲート金属層５０は、半導体基板１０の端辺に沿ってＸ軸方向に延伸する部分５０－ａと、部分５０－ａからＹ軸方向に突出する部分５０－ｂとを有する。部分５０－ａは、Ｙ軸方向における幅が一定とする。部分５０－ｂは、活性部６０とケルビンパッド５６－２に挟まれて配置されたゲートランナー５３－ａが接続する領域である。部分５０－ｂは外周領域６１に配置されている。幅Ｗａは、部分５０－ｂのＹ軸方向における幅である。つまり幅Ｗａは、ゲートランナー５３－ａが接続する部分のゲート金属層５０のＹ軸方向の幅のうち、部分５０－ａの一定幅を除外した幅である。
　ゲート金属層５０は、部分５０－ａからＹ軸方向に突出する部分５０－ｃを有する。部分５０－ｃは、いずれかのパッドとＹ軸方向において隣り合って配置されている。つまり部分５０－ｃは、部分５０－ａから、いずれかのパッド（本例ではダミーゲートパッド５６－１）に向かってＹ軸方向に突出した領域である。部分５０－ｃは外周領域６１に配置されている。部分５０－ｃは、部分５０－ｂとＸ軸方向においてつながっていてよい。幅Ｗｂは、部分５０－ｃの配列方向の幅である。つまり幅Ｗｂは、いずれかのパッドとＹ軸方向において隣り合って配置されたゲート金属層５０のＹ軸方向の幅のうち、部分５０－ａの一定幅を除外した幅である。
　ゲート金属層５０は、活性部６０とゲートパッド５５との間の外周領域６１に配置された部分５０－ｄを有する。部分５０－ｄはゲートパッド５５に接続している。また、部分５０－ｄは、ゲート金属層５０の他の部分とは離れて設けられている。本例の部分５０－ｄは、ゲートランナー５３により、部分５０－ｂと接続されている。幅Ｗｃは、ゲート金属層５０の部分５０－ｃと、部分５０－ｄとのＹ軸方向における距離である。
　幅Ｗｄは、ゲート金属層５０の部分５０－ｂと、部分５０－ｄとのＹ軸方向における距離である。本例においては、幅Ｗｂ＜幅Ｗｄである。つまり、ゲート金属層５０の部分５０－ｂは、部分５０－ｃと比べて、部分５０－ｄ側に突出している。
　本例の半導体装置１００においては、幅Ｗａは、幅Ｗｂの１．２倍以上１．５倍以下であってよい。また、幅Ｗｄは、幅Ｗａの１．５倍以上２．５倍以下であってよい。また、幅Ｗｃは、幅Ｗｂの２．５倍以上３．５倍以下であってよい。本例においては、幅Ｗｂ＜幅Ｗｄである。
　本例の半導体装置１００においては、幅Ｗａは、一例として２４１０μｍである。また、幅Ｗｂは、一例として１７７０μｍである。また、幅Ｗｃは、一例として５１３０μｍである。幅Ｗｄは、一例として４４９０μｍである。
　本例の半導体装置１００は、ゲートパッド５５が図１ｂに示した延伸領域６４とは異なる位置に配置される。このため、ゲートパッド５５と活性部６０との間に、ゲートランナー５３よりも抵抗の低いゲート金属層５０を配置することができる。このため、トランジスタ部７０に供給されるゲート電圧をより均一化できる。このため、トランジスタ部７０のターンオフ耐量低下を防ぐことができる。
　図１ｄは、図１ａにおいて、エミッタ電極５２を付加して示す図である。図１ｄでは、エミッタ電極５２が形成される領域を太線で囲っている。図１ｄでは、図１ａに示したゲートランナー５３の一部を省略して示している。本例において、活性部６０は、分割部４６により複数の領域に分割される。本例の活性部６０は、第１領域６０－１、第２領域６０－２および第３領域６０－３を有する。本例の第１領域６０－１は、Ｘ軸方向においてゲートパッド５５から最も離れた領域であり、第３領域６０－３は、Ｘ軸方向においてゲートパッド５５に最も近い領域であり、第２領域６０－２は、第１領域６０－１および第２領域６０－２の間に配置された領域である。
　エミッタ電極５２は、分割部４６により複数の領域に分割される。エミッタ電極５２のそれぞれの領域は、エミッタ電極５２の上方に形成されためっき層またはワイヤ等により、互いに接続されてよい。本例のエミッタ電極５２は、第１領域５２－１、第２領域５２－２、および、第３領域５２－３を有する。第１領域５２－１は、活性部６０の第１領域６０－１の上方に配置されており、第２領域５２－２は、活性部６０の第２領域６０－２の上方に配置されており、第３領域５２－３は、活性部６０の第３領域６０－３の上方に配置されている。図１ｄに示すように、活性部６０の各領域においてエミッタ電極５２は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の上方に設けられる。
　活性部６０の第２領域６０－２は、温度センス部９０および温度センス配線９２を備える。温度センス部９０および温度センス配線９２は、第２領域６０－２のＹ軸方向の中央に配置されていてよい。エミッタ電極５２の第２領域５２－２は、上面視において温度センス部９０および温度センス配線９２と離れて配置されている。エミッタ電極５２の第２領域５２－２は、温度センス部９０および温度センス配線９２の外周に沿って配置されてよい。第２領域５２－２と、温度センス部９０および温度センス配線９２との間には、層間絶縁膜３８が設けられてよい。
　エミッタ電極５２の第３領域５２－３は、活性部６０の外に設けられるケルビンパッド５６－２と電気的に接続される。本例の第３領域５２－３は、ケルビンパッド５６－２まで延伸する部分を有している。ケルビンパッド５６－２は、電圧供給パッド５６の一例である。活性部６０の第３領域６０－３は、温度センス配線９２によりＹ軸方向に分断されている。エミッタ電極５２の第３領域５２－３も、温度センス配線９２によって分離されてよい。エミッタ電極５２の第３領域５２－３は、温度センス部９０および温度センス配線９２と離れて配置されている。同様に、ゲート金属層５０およびダミーゲート金属層５１のいずれかが、温度センス部９０および温度センス配線９２により分断されている場合、ゲート金属層５０およびダミーゲート金属層５１は、温度センス部９０および温度センス配線９２とは離れて配置されている。
　図１ｅは、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の構造の一例を示す上面図である。図１ｅは、分割部４６の近傍におけるトランジスタ部７０およびダイオード部８０を示している。一例として図１ｅは、図１ｄの領域Ｍに対応する。
　なお半導体基板１０の下面と接する領域には、Ｎ＋型のカソード領域８２が選択的に形成されている。カソード領域８２が形成されていない下面側の領域は、Ｐ＋型のコレクタ領域２２（例えば図４ｅ参照）が設けられている。半導体基板１０の下面において、コレクタ領域２２に囲まれるカソード領域８２が複数配置されてよい。トランジスタ部７０は、活性部６０において半導体基板１０の上面に対して垂直にコレクタ領域２２を投影した領域であって、エミッタ領域１２、コンタクト領域１５およびトレンチ部を含む所定の単位構成が規則的に配置された領域であってよい。
　また、ダイオード部８０は、活性部６０において半導体基板１０の上面に対して垂直にカソード領域８２を投影した領域であってよい。図１ｅにおいては、カソード領域８２が設けられる範囲を一点鎖線により示している。カソード領域８２は、コンタクトホール４９の分割部４６側（－Ｘ軸方向）端部よりも内側（＋Ｘ軸方向）に位置してよい。
　トランジスタ部７０およびダイオード部８０の各々は、メサ部８１と複数のトレンチ部とを備えてよい。メサ部８１は、隣り合う２つのトレンチ部の間に設けられる半導体基板１０の一部の領域である。メサ部８１は、トレンチ部の底面よりも半導体基板１０の上面に近い領域に位置する半導体基板１０の一部である。なお、本明細書においては、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０をまとめてトレンチ部と称する場合がある。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、図５ｄに示すトレンチ型のゲートランナー５３と同様に、トレンチの内壁に形成された酸化膜等の絶縁膜４２と、トレンチ内部において絶縁膜に覆われたポリシリコン等の導電部４４を有する。
　本例のトランジスタ部７０は、ゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０とを有する。トランジスタ部７０のゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、Ｘ軸方向に延伸し、かつ、Ｙ軸方向において交互に設けられてよい。
　本例のダイオード部８０は、ゲートトレンチ部４０を有さず、ダミートレンチ部３０を有する。ダイオード部８０のダミートレンチ部３０も、Ｘ軸方向に延伸し、かつ、Ｙ軸方向において複数設けられてよい。それぞれのトレンチ部は、分割部４６に達していてよく、達していなくともよい。図１ｅに示すトレンチ部は、分割部４６に達していない。それぞれのトレンチ部は、図４ｃに示すダミートレンチ部３０のように、端部がＵ字形状であってもよい。
　ダミートレンチ部３０の導電部４４は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホール３１によりエミッタ電極と電気的に接続する。ゲートトレンチ部４０の導電部４４は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホール７６（例えば図４ｃ参照）により、ゲートランナー５３またはゲート金属層５０と電気的に接続する。
　半導体基板１０は、トランジスタ部７０において、Ｎ＋型のエミッタ領域１２、Ｐ＋型のコンタクト領域１５、Ｐ－型のベース領域１４およびＰ＋型のウェル領域１１を有してよい。エミッタ領域１２、コンタクト領域１５、ベース領域１４およびウェル領域１１は、半導体基板１０の上面からそれぞれ所定深さまで設けられてよい。トランジスタ部７０のメサ部８１において、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５は、Ｘ軸方向において交互に設けられてよい。ただし、トランジスタ部７０のＹ軸方向の端部に位置するメサ部８１においては、エミッタ領域１２が設けられなくてよい。
　本例において、ＮまたはＰ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またはＰに記載した＋または－について、＋はそれが記載されていないものよりもキャリア濃度が高く、－はそれが記載されていないものよりもキャリア濃度が低いことを意味する。
　トランジスタ部７０のメサ部８１において、ベース領域１４は、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の下方に設けられてよい。また、ベース領域１４は、上面視において、Ｘ軸方向に交互に設けられたエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５対して、Ｘ軸方向の両端部にも設けられてよい。これに対して、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界に位置するメサ部８１においては、ベース領域１４は、コンタクト領域１５の下方に設けられている。当該ベース領域１４は、上面視において、コンタクト領域１５のＸ軸方向の両端部にも設けられてよい。なお、ウェル領域１１は、Ｘ軸方向において隣り合う２つのトランジスタ部７０等の素子領域の間に設けられてよい。
　エミッタ電極は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホール４９を介して、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５と電気的に接続してよい。また、エミッタ電極は、コンタクトホール４９を介して、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界に位置するメサ部８１のコンタクト領域１５と電気的に接続してよい。
　半導体基板１０は、ダイオード部８０において、コンタクト領域１５、ベース領域１４およびウェル領域１１を有してよい。コンタクト領域１５、ベース領域１４およびウェル領域１１は、半導体基板１０の上面から、半導体基板１０の内部まで設けられてよい。ダイオード部８０のメサ部８１において、ベース領域１４およびコンタクト領域１５は、Ｘ軸方向において交互に設けられてよい。
　ダイオード部８０のメサ部８１において、コンタクト領域１５は、ベース領域１４の上面に形成されたコンタクトホール４９のＸ軸方向の両端のみに形成されてよい。あるいは、コンタクト領域１５は、ベース領域１４とＸ軸方向において交互に設けられてもよい。ベース領域１４は、コンタクト領域１５の下方にも設けられてよい。また、Ｘ軸方向に交互に設けられたベース領域１４およびコンタクト領域１５において、Ｘ軸方向の両端部にはベース領域１４が配置されてよい。ウェル領域１１は、Ｘ軸方向において隣り合う２つのダイオード部８０の間に設けられてよい。エミッタ電極は、コンタクトホール４９を介して、ベース領域１４およびコンタクト領域１５と電気的に接続してよい。
　上述したようにトランジスタ部７０は、半導体基板１０の下面にＰ型のコレクタ領域２２（例えば図４ｅ参照）が設けられており、且つ、半導体基板１０の上面にＮ型のエミッタ領域１２等が規則的に設けられた領域である。コレクタ領域２２は、半導体基板１０の下面に形成されたコレクタ電極２４（例えば図４ｅ参照）と接続され、エミッタ領域１２は、半導体基板１０の上面に形成されたエミッタ電極５２（例えば図４ｃ参照）と接続されている。エミッタ電極は、半導体基板１０の上面視においてゲート金属層５０よりも内側に配置される内側電極の一例である。
　それぞれのトランジスタ部７０は、半導体基板１０の下面側から順番に、Ｐ型のコレクタ領域２２、Ｎ－型のドリフト領域１８（例えば図４ｅ参照）、Ｐ－型のベース領域１４（例えば図４ｅ参照）が設けられてよい。ベース領域１４の上面側には、Ｎ＋型のエミッタ領域１２およびＰ＋型のコンタクト領域１５（例えば図４ｃ参照）がそれぞれ選択的に設けられてよい。コンタクト領域１５はエミッタ電極と接続されている。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、半導体基板１０の上面からベース領域１４を貫通してドリフト領域１８まで設けられている。エミッタ領域１２は、ゲートトレンチ部４０と接して配置される。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、半導体基板１０の上面において予め定められた延伸方向に延伸する直線部分を有してよい。一例として延伸方向は図１ｅに示すＸ軸方向であるが、Ｙ軸方向のように他の方向であってもよい。
　上述したようにダイオード部８０は、半導体基板１０の下面にＮ＋型のカソード領域８２が設けられており、且つ、半導体基板１０の上面にＰ型の領域が全面または規則的に設けられた領域である。カソード領域８２は、コレクタ電極２４に接続されている。ダイオード部８０には、ダミートレンチ部３０が規則的に設けられていてよい。それぞれのダイオード部８０は、半導体基板１０の下面側から順番に、Ｎ＋型のカソード領域８２、Ｎ型のドリフト領域１８、Ｐ型のアノード領域（ベース領域１４）が設けられてよい。ベース領域１４の上面側には、Ｐ＋型のコンタクト領域１５が選択的に設けられてもよい。
　図２は、比較例の半導体装置１５０を示す図である。比較例の半導体装置１５０は、ゲートパッド５５が、温度センス配線９２の延伸方向の延長領域上に配置される。このため、ゲートパッド５５のＸ軸方向正側に、ゲートランナー５３よりも抵抗の低いゲート金属層５０を配置することができない。ゲートパッド５５と活性部６０との間には、ゲート金属層５０よりも抵抗率の高いゲートランナー５３が設けられるので、当該ゲートランナー５３に接続されるトランジスタ部７０に供給されるゲート電圧が低下する場合がある。
　図３は、本実施形態に係る半導体装置１００の上面の他の一例を示す図である。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の長辺をＹ軸方向に設けた一例である。図１ａに示す半導体装置１００と比較して、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の向きが９０度異なる。すなわち、温度センス配線９２の延伸方向（Ｘ軸方向）と、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の配列方向（Ｘ軸方向）が平行である。
　温度センス部９０は、Ｙ軸方向にトランジスタ部７０と並んで設けられてよい。温度センス配線９２の延伸方向に垂直な方向（本例ではＹ軸方向）において、温度センス部９０または温度センス配線９２と、ダミーゲート金属層５１またはゲート金属層５０との間には、トランジスタ部７０のみまたはダイオード部８０のみが配置されてよい。トランジスタ部７０は、活性部６０の面積の過半を占めるので、活性部６０の温度は、ダイオード部８０の近傍よりもトランジスタ部７０の近傍の温度に、より依存する。このため、本例の半導体装置１００は、活性部の６０の温度を、より正確に測定することができる。
　トランジスタ部７０およびダイオード部８０のＹ軸方向の幅Ｗｈ'は、図１ａに示す半導体装置１００におけるトランジスタ部７０およびダイオード部８０のＸ軸方向の幅Ｗｈと異なっていてよい。トランジスタ部７０のＸ軸方向の幅ＷＩ'は、図１ａに示す半導体装置１００におけるトランジスタ部７０のＹ軸方向の幅ＷＩと異なっていてよい。ダイオード部８０のＸ軸方向の幅ＷＦ'は、図１ａに示す半導体装置１００におけるダイオード部のＹ軸方向の幅ＷＦと異なっていてよい。
　本例のゲート金属層５０は、外周領域６１に設けられた外側ゲート金属層５０－１と、活性部６０の上方に設けられた内側ゲート金属層５０－２とを有する。外側ゲート金属層５０－１は、上面視において活性部６０を囲んでいる。内側ゲート金属層５０－２は、外側ゲート金属層５０－１と接続されている。本例の内側ゲート金属層５０－２は、半導体基板のＹ軸方向の中央で活性部６０を分割するように設けられている。また内側ゲート金属層５０－２は、上面視で温度センス配線９２を挟むように設けられてよい。例えば、Ｘ軸方向において温度センス配線９２とは逆側の外側ゲート金属層５０－２から、温度センス配線９２に向かって、１本の内側ゲート金属層５０－２が設けられてよい。内側ゲート金属層５０―２は、温度センス配線９２（または温度センス部９０）の先端の近傍までＸ軸方向に延伸している。内側ゲート金属層５０－２は、温度センス配線９２（または温度センス部９０）の先端の近傍で２本に分岐して、２本の内側ゲート金属層５０－２が、Ｙ軸方向において温度センス配線９２を挟むように配置されている。この場合、内側ゲート金属層５０－２は分割部４６として機能する。なお、ダミーゲート金属層５１は、内側ゲート金属層５０－２により分断されていてよい。分断されたダミーゲート金属層５１を接続するダミーゲートランナー５４が、内側ゲート金属層５０－２と重なって設けられてよい。
　ゲートトレンチ部およびダミートレンチ部は、Ｘ軸方向に配列されてもよい。この場合、トレンチ部はＹ軸方向に延伸する。一方、ゲートトレンチ部およびダミートレンチ部はＹ軸方向に配列されてもよい。この場合、トレンチ部はＸ軸方向に延伸する。本例では、トレンチ部はＹ軸方向に延伸する。
　本例では、半導体装置の中央部のゲート金属層５０の延伸方向（Ｘ軸方向）と、温度センス配線９２の延伸方向（Ｘ軸方向）と、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の配列方向（Ｘ軸方向）が平行である。
　図４ａは、本実施形態に係る半導体装置１００の上面の他の一例を示す図である。本例の半導体装置１００は、ダミーゲートパッド５６－１およびケルビンパッド５６－２が、温度センス配線９２およびその延長線を基準に、ゲートパッド５５と同じ側に設けられる点で、図１ａに示す半導体装置１００と異なる。つまり、本例の半導体装置１００においては、全ての電圧供給パッド５６が、ゲートパッド５５と同一の分割領域（第２分割領域６８）に設けられている。
　本例の半導体装置１００においては、幅Ｗａは、幅Ｗｂの１．１倍以上１．５倍以下であってよい。また、幅Ｗｄは、幅Ｗａの０．５倍以上１．０倍以下であってよい。また、幅Ｗｃは、幅Ｗｂの０．８倍以上１．２倍以下であってよい。本例においては、幅Ｗｂ＞幅Ｗｄである。即ち、温度センス配線９２の下方に交差してＹ軸方向に設けられるゲートランナー５３のＹ軸方向の長さが、図１ａに示す半導体装置１００よりも小さい。
　本例の半導体装置１００においては、幅Ｗａは、一例として４０４０μｍである。また、幅Ｗｂは、一例として３４００μｍである。また、幅Ｗｃは、一例として３５００μｍである。幅Ｗｄは、一例として２８６０μｍである。
　本例の半導体装置１００は、ゲートパッド５５が温度センス配線９２の延伸方向から外れた位置に配置される。また、本例の半導体装置１００は、ダミーゲートパッド５６－１およびケルビンパッド５６－２が、温度センス配線９２およびその延長線を基準に、ゲートパッド５５と同じ側に設けられる。このため、温度センス配線９２の下方に交差してＹ軸方向に設けられるゲートランナー５３のＹ軸方向の長さを、図１ａに示す半導体装置１００よりも小さくすることができる。
　本例の半導体装置１００は、ゲート金属層５０よりも抵抗が高いゲートランナー５３の長さを、図１ａに示す例よりも小さくすることができるので、図１ａに示す半導体装置１００よりも、トランジスタ部７０に供給されるゲート電圧を均一にすることができる。このため、トランジスタ部７０の耐量低下を防ぐことができる。
　また、本例の半導体装置１００においては、分割部４６に設けられるダミーゲート金属層５１に、エミッタ電極５２の複数の領域（５２－１、５２－２、５２－３、図１ｄ参照）を接続するための第１空隙１７が設けられる点においても、図１ａから図１ｅに示した半導体装置１００と異なる。他の例では、パッドの配置は図１ａから図１ｅと同一であり、第１空隙１７が設けられる点で図１ａから図１ｅに示した半導体装置１００と異なっていてもよい。
　本例では、ダミーゲート金属層５１のうち、外周領域６１に配置された部分を外側ダミーゲート金属層５１－１とし、活性部６０の上方に配置された部分を内側ダミーゲート金属層５１－２とする。外側ダミーゲート金属層５１－１は、ダミーゲートパッド５６－１に接続される。内側ダミーゲート金属層５１－２は、外側ダミーゲート金属層５１－１とダミートレンチ部３０の導電部４４とを接続する。
　内側ダミーゲート金属層５１－２には、上述した第１空隙１７が設けられる。第１空隙１７には、ダミーゲートランナー５４が設けられている。ダミーゲートランナー５４の両端は、それぞれ内側ダミーゲート金属層５１－２に接続される。ダミーゲートランナー５４の一端は、外側ダミーゲート金属層５１－１に接続されてもよい。
　図４ｂは、図４ａにおいて、エミッタ電極５２を付加して示す図である。図４ｂでは、図４ａにおいてエミッタ電極５２が形成される領域を太線で囲っている。理解を容易にするため、図４ａにおけるゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４を省略して示している。エミッタ電極５２は、分割された複数の領域を接続する接続領域５２－４を有する。接続領域５２－４は、図４ａに示した第１空隙１７に設けられている。
　図４ｃは、図４ｂにおける領域Ａの拡大図である。図４ｃは、半導体基板１０の上面視図である。図４ｃにおいて、エミッタ電極５２および内側ダミーゲート金属層５１－２の外形を太い破線により示す。なお、半導体基板１０の上方には、層間絶縁膜が設けられているが、図４ｃにおいては省略している。例えば内側ダミーゲート金属層５１－２およびエミッタ電極５２と半導体基板１０の上面との間には層間絶縁膜が設けられているが図４ｃでは省略している。また、ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４と、半導体基板１０との間に設けられる層間絶縁膜、ならびに、ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４と、エミッタ電極５２および内側ダミーゲート金属層５１－２との間に設けられる層間絶縁膜も、図４ｃでは省略している。
　上述したように内側ダミーゲート金属層５１－２は、Ｙ軸方向に延伸して設けられる。内側ダミーゲート金属層５１－２は第１空隙１７を有する。第１空隙１７を挟む２つの内側ダミーゲート金属層５１－２は、ポリシリコン等の導電材料で形成されたダミーゲートランナー５４により電気的に接続されている。内側ダミーゲート金属層５１－２とダミーゲートランナー５４とは、層間絶縁膜に形成されたコンタクトホール７４により電気的に接続されている。ダミーゲートランナー５４は、一つの第１空隙１７に対して複数本並列に設けられてよい。
　エミッタ電極５２は、内側ダミーゲート金属層５１－２およびダミーゲートランナー５４を境界として複数の領域に分割されている。図４ｃの例では、第１領域５２－１および第２領域５２－２を示している。エミッタ電極５２は、ダミーゲートランナー５４の上方をＸ軸方向に横切り、第１領域５２－１および第２領域５２－２を接続する接続領域５２－４を有する。第１領域５２－１、第２領域５２－２および接続領域５２－４は、同一の材料で一体に形成されてよい。
　ダミーゲートランナー５４は、半導体基板１０の内部に形成されたトレンチ型のランナーであってよい。この場合ダミーゲートランナー５４は、ゲートトレンチ部４０と同様に、トレンチの内壁に形成された絶縁膜４２と、絶縁膜４２に覆われた導電部４４とを有してよい。図４ｃは、ダミーゲートランナー５４がトレンチ型ランナーの場合である。なお、他の例では、ダミーゲートランナー５４は、半導体基板１０と、内側ダミーゲート金属層５１－２および接続領域５２－４との間に層間絶縁膜を介して設けられた、ポリシリコン等の配線であってよい。
　このような構造により、エミッタ電極５２の各領域を金属の接続領域５２－４で接続できる。このため、エミッタ電極５２における電位を均一にし、また、各領域間の熱伝導性を向上できる。また、エミッタ電極５２の接続領域５２－４と、ダミーゲートランナー５４とをブリッジ状に交差させることで、接続領域５２－４により分離された内側ダミーゲート金属層５１－２を電気的に接続できる。
　また、ゲートランナー５３も、ダミーゲートランナー５４と同様に、第１空隙１７において接続領域５２－４とブリッジ状に交差する。ゲートランナー５３は、ダミーゲートランナー５４と同一の高さ位置（Ｚ軸方向の位置）に形成されてよい。これにより、エミッタ電極５２の各領域を接続領域５２－４で接続しつつ、ゲートランナー５３もＹ軸方向に延伸させることができる。ゲートランナー５３は、半導体基板１０の内部に形成されたトレンチ型のランナーであってよい。図４ｃは、ゲートランナー５３がトレンチ型ランナーの場合である。
　本例において、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界は、直線形状のゲートトレンチ部４０にＹ軸方向に隣り合うＵ字形状のダミートレンチ部３０である。また、内側ダミーゲート金属層５１－２を挟んでＸ軸方向に対向する２つのダイオード部８０については、それぞれＵ字形状のダミートレンチ部３０のＸ軸方向の端部までを、便宜的にダイオード部８０といってよい。なお、図４ｃにおいて一方の端部がＵ字形状のダミートレンチ部３０は、逆側の端部もＵ字形状であってよい。つまりダミートレンチ部３０は、Ｘ軸方向における両端がＵ字の長円形状を有してよい。
　本例のトランジスタ部７０は、ゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０とを有する。トランジスタ部７０のゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、Ｘ軸方向に延伸し、かつ、Ｙ軸方向において交互に設けられてよい。トランジスタ部７０におけるゲートトレンチ部４０は、Ｘ軸方向において対向する一のトランジスタ部７０から他のトランジスタ部７０まで延伸してよい。ダミートレンチ部３０は、ウェル領域１１の内部で直線状に終端してよい。トランジスタ部７０におけるゲートトレンチ部４０は、内側ダミーゲート金属層５１－２の下方において内側ダミーゲート金属層５１－２をＸ軸方向に横切ってよい。
　なお、ダイオード部８０のダミートレンチ部３０は、Ｘ軸方向に対向する２つのダイオード部８０の間の少なくとも一部の領域には設けられなくてよい。つまり、Ｘ軸方向に対向する２つのダイオード部８０の間において、ダミートレンチ部３０は分離していてよい。ただし、それぞれのダミートレンチ部３０のＸ軸方向の先端は、内側ダミーゲート金属層５１－２の下方まで延伸している。それぞれのダミートレンチ部３０の導電部４４は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホール７２を介して内側ダミーゲート金属層５１－２と電気的に接続される。
　本例において、ダイオード部８０のダミートレンチ部３０は、Ｘ軸方向の各端部においてＵ字形状を成す。Ｕ字形状は、Ｘ軸方向に平行な２つの長手部とＹ軸方向に平行な１つの短手部とにより構成されてよい。内側ダミーゲート金属層５１－２に対してＸ軸の正方向側に位置するダイオード部８０のダミートレンチ部３０の端部は順方向のＵ字形状を構成してよく、内側ダミーゲート金属層５１－２よりもＸ軸の負方向に位置するダイオード部８０のダミートレンチ部３０の端部は逆方向のＵ字形状を構成してよい。ダイオード部８０のダミートレンチ部３０は、順方向のＵ字形状と逆方向のＵ字形状との長手部を各々接合した形状を有してよい。
　ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の各々は、半導体基板１０内に設けられてよい。ゲートトレンチ部４０の導電部４４は、Ｙ軸方向に沿ったトレンチ型のゲートランナー５３と直交することにより、電気的に接続されてよい。本例のゲートランナー５３は、内側ダミーゲート金属層５１－２の下方において、内側ダミーゲート金属層５１－２に沿って設けられている。上述したようにゲートランナー５３は、エミッタ電極５２の接続領域５２－４の下方をＹ軸方向に横切っている。ゲートランナー５３のＸ軸方向における幅は、内側ダミーゲート金属層５１－２のＸ軸方向における幅よりも小さくてよい。
　ダミートレンチ部３０の導電部４４は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホール３１によりエミッタ電極５２と電気的に接続してよい。なお図４ｃの例においては、ダイオード部８０のダミートレンチ部３０が、コンタクトホール７２を介して内側ダミーゲート金属層５１－２に接続されているが、他の例では、トランジスタ部７０のダミートレンチ部３０も、コンタクトホール７２を介して内側ダミーゲート金属層５１－２に接続されてよい。内側ダミーゲート金属層５１－２は、ウェル領域１１の上方に設けられてよい。
　トレンチ部の形状以外のトランジスタ部７０およびダイオード部８０の構造は、図１ｃに示したトランジスタ部７０およびダイオード部８０と同様である。Ｙ軸方向における接続領域５２－４の幅は、Ｙ軸方向における１つのダイオード部８０の幅よりも小さくてよい。接続領域５２－４の幅は、ダイオード部８０の幅の３／４以下であってよく、１／２以下であってもよい。例えば、ダイオード部８０の幅は２００μｍであり、接続領域５２－４の幅は８０μｍである。このように、接続領域５２－４の幅をダイオード部８０の幅よりも小さくすることにより、その分だけ、内側ダミーゲート金属層５１－２のＹ軸方向の長さを長くすることができる。これに応じて、ダミーゲートランナー５４のコンタクトホール７４間の距離を短くできる。このため、コンタクトホール７４間のダミーゲートランナー５４における抵抗値を低減できる。
　図４ｄは、第１空隙１７の近傍を更に拡大した図である。図４ｄにおいては、エミッタ電極５２の接続領域５２－４をＸ軸方向に横切る断面をａ－ａ'断面とする。また、ダミーゲートランナー５４をＹ軸方向に横切る断面をｂ－ｂ'断面とする。
　図４ｅは、図４ｄにおけるａ－ａ'断面の一例を示す図である。本例において、ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４はトレンチ型のランナーである。ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４のそれぞれは、半導体基板１０の上面２１から半導体基板１０の内部まで形成されたトレンチと、トレンチ内壁に形成された絶縁膜４２と、絶縁膜４２に覆われた導電部４４とを有する。ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４のそれぞれは、全体がウェル領域１１の内部に形成されている。
　ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４のそれぞれは、Ｙ軸方向に延伸して設けられている。半導体基板１０の上面２１には層間絶縁膜３８が設けられ、層間絶縁膜３８の上を、接続領域５２－４がＸ軸方向に延伸している。
　このような構成によって、ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４と、エミッタ電極５２の接続領域５２－４とをブリッジ状に交差させることができる。また、ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４をトレンチ型のランナーにすることで、半導体基板１０の上面２１の上側の構造をより平坦にできる。
　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。
　層間絶縁膜３８の上方には、Ｘ軸方向正側にエミッタ電極５２の第１領域５２－１が、Ｘ軸方向負側にエミッタ電極５２の第２領域５２－２が、それぞれ設けられる。第１領域５２－１および第２領域５２－２に挟まれる領域には、接続領域５２－４が設けられる。
　本例の半導体装置１００は、ダイオード部８０において、上面２１にベース領域１４が設けられる。ベース領域１４は、一例としてＰ－型である。Ｘ軸方向正側および負側のダイオード部８０に挟まれる領域においては、上面２１にベース領域１４よりも深く形成されたウェル領域１１が設けられる。ウェル領域１１は、一例としてＰ＋型である。
　本例の半導体装置１００は、下面２３にコレクタ領域２２が設けられる。コレクタ領域２２は、一例としてＰ＋型である。コレクタ領域２２は、Ｘ軸方向においてウェル領域１１の幅よりも長く設けられてよい。コレクタ領域２２は、ダイオード部８０までオーバーラップしてよい。
　ベース領域１４およびウェル領域１１の下方には、ドリフト領域１８が設けられる。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の下方には、バッファ領域２０が設けられる。バッファ領域２０は、一例としてＮ＋型である。また、下面２３にはコレクタ電極２４が設けられる。
　本例の半導体装置１００は、第１空隙１７に、エミッタ電極５２－１およびエミッタ電極５２－２を接続する接続領域５２－４が設けられる。また、第１空隙１７に、エミッタ電極５２－２およびエミッタ電極５２－３を接続する接続領域５２－４が設けられる。このため、図１ａに示す半導体装置１００よりも、エミッタ電位を均一にすることができる。
　図４ｆは、図４ｄにおけるｂ－ｂ'断面の一例を示す図である。ダミーゲートランナー５４は、半導体基板１０の内部に設けられたトレンチ型のランナーである。ダミーゲートランナー５４とエミッタ電極５２の接続領域５２－４との間には、層間絶縁膜３８が形成される。
　ダミーゲートランナー５４は、Ｙ軸方向において第１空隙１７の両側に配置された２つの内側ダミーゲート金属層５１－２と、コンタクトホール７４を介して電気的に接続される。また、ダミーゲートランナー５４は接続領域５２－４の下方をＹ軸方向に横切っており、接続領域５２－４はダミーゲートランナー５４の上方をＸ軸方向に横切っている。このような構造により、内側ダミーゲート金属層５１－２の電気的な接続を確保しつつ、エミッタ電極５２の２つの領域を金属で接続できる。
　図５ａは、本実施形態に係る半導体装置１００の上面の他の一例を示す図である。本例の半導体装置１００は、温度センス配線９２に沿って設けられたゲート金属層９７を有する点で、図４ａに示す半導体装置１００と異なる。ゲート金属層９７は、ゲート金属層５０と同一の材料で一体に形成されてよい。また、本例のゲート金属層５０は、外側ゲート金属層５０－１および内側ゲート金属層５０－２を有する。
　外側ゲート金属層５０－１は、ゲート金属層５０のうち、外周領域６１に配置された部分である。外側ゲート金属層５０－１は、半導体基板１０の上面視において活性部６０を囲んで設けられてよい。内側ゲート金属層５０－２は、活性部６０の上方に配置される。外側ゲート金属層５０－１は、ゲートパッド５５に接続される。内側ゲート金属層５０－２は、外側ゲート金属層５０－１とゲートトレンチ部４０の導電部４４とを接続する。本例の内側ゲート金属層５０－２は、Ｙ軸方向に延伸して設けられている。本例の内側ゲート金属層５０－２は、Ｘ軸方向に延伸する外側ダミーゲート金属層５１－１をＸ軸方向に分断している。また、内側ゲート金属層５０－２は、内側ダミーゲート金属層５１－２をＸ軸方向に分断している。つまり、内側ゲート金属層５０－２は、２本の内側ダミーゲート金属層５１－２にＸ軸方向に挟まれている。
　内側ゲート金属層５０－２には、第２空隙１９が設けられる。つまり内側ゲート金属層５０－２は、第２空隙１９において分離している。第２空隙１９は、第１空隙１７とＸ軸方向において対向する位置に設けられる。つまり第２空隙１９は、第１空隙１７とＹ軸方向において略同じ位置に配置されてよい。第２空隙１９には、ゲートランナー５３が設けられている。ゲートランナー５３は、ダミーゲートランナー５４と隣り合って、Ｙ軸方向において略同じ位置に配置されてよい。
　ゲートランナー５３の両端は、それぞれ内側ゲート金属層５０－２に接続される。ゲートランナー５３の一端は、外側ゲート金属層５０－１に接続されてもよい。
　第１空隙１７および第２空隙１９には、エミッタ電極５２の各領域を接続する接続領域５２－４が設けられる。第１空隙１７および第２空隙１９において、エミッタ電極５２の接続領域５２－４と、ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４とがブリッジ状に交差することで、内側ゲート金属層５０－１の電気的な接続と、内側ダミーゲート金属層５１－１の電気的な接続とを確保しつつ、エミッタ電極５２の各領域を金属の接続領域５２－４で接続できる。
　なお、半導体基板１０の上面視で温度センス配線９２と交差するゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４は、温度センス配線９２の下方をＹ軸方向に貫き、連続して設けられている。
　温度センス配線９２に沿って設けられるゲート金属層９７は、温度センス配線９２のＹ軸方向正側および負側、並びにＸ軸方向正側を囲うように設けられてよい。ゲート金属層９７は、温度センス配線９２の長手方向と略平行な方向に延伸し、半導体基板１０の上面視で活性部６０の外側から内側にＹ軸方向に延伸する内側ゲート金属層５０－２と接続されてよい。
　ゲート金属層９７と温度センス配線９２との間には、半導体基板１０の上面視で、他の金属電極が設けられていない。ただし、ゲート金属層９７と温度センス配線９２とは分離して設けられている。温度センス配線９２をＹ軸方向で挟む２本のゲート金属層９７は、温度センス配線９２の長手方向に略平行に延伸してよい。温度センス配線９２（または温度センス部９０）のＸ軸方向の先端において、２本のゲート金属層９７が互いに接続されている。ゲート金属層９７の当該接続部分は、温度センス配線９２の長手方向に略直交する方向に延伸してよい。ゲート金属層９７の当該接続部分は、２本の内側ダミーゲート金属層５１－２に挟まれた内側ゲート金属層５０－２に接続されていてよい。
　本例の半導体装置１００は、ゲートランナー５３よりも抵抗の低い内側ゲート金属層５０－２が活性部６０の上方まで設けられ、且つ、ゲート金属層９７が温度センス配線９２に沿って設けられるので、図４ａに示す半導体装置１００と比較して、トランジスタ部７０に供給されるゲート電圧を均一にすることができる。このため、トランジスタ部７０の耐量低下を防ぐことができる。
　本例の半導体装置１００においては、幅Ｗａは、幅Ｗｂの１．５倍以上２．５倍以下であってよい。また、幅Ｗｄは、幅Ｗａの０．０１倍以上０．１倍以下であってよい。また、幅Ｗｃは、幅Ｗｂの０．８倍以上１．２倍以下であってよい。本例においては、幅Ｗｂ＞幅Ｗｄである。即ち、温度センス配線９２の下方に交差してＹ軸方向に設けられるゲートランナー５３のＹ軸方向の長さが、図１ａに示す半導体装置１００よりも小さい。本例におけるＷｂ／Ｗｄ比は、図４ａに示す半導体装置１００のＷｂ／Ｗｄ比よりも、さらに大きい。
　本例の半導体装置１００においては、幅Ｗａは、一例として６６５０μｍである。また、幅Ｗｂは、一例として３４００μｍである。また、幅Ｗｃは、一例として３５００μｍである。幅Ｗｄは、一例として２５０μｍである。
　本例の半導体装置１００は、ゲートパッド５５が延伸領域６４とは異なる位置に配置され、且つダミーゲートパッド５６－１およびケルビンパッド５６－２が、ゲートパッド５５と同一の分割領域（本例では第２分割領域６８）に設けられる。このため、温度センス配線９２の下方に交差してＹ軸方向に設けられるゲートランナー５３のＹ軸方向の長さを、図１ａに示す半導体装置１００よりも小さくすることができる。
　本例の半導体装置１００は、ゲート金属層５０よりも抵抗が高いゲートランナー５３の長さを、図１ａに示す例よりも小さくすることができる。つまり、ゲートパッド５５が設けられていない第１分割領域６６において、活性部６０と温度測定用パッド９４との間に設けられるゲート金属層５０－３を、Ｙ軸方向にゲート温度センス配線９２の近傍まで延伸させることができる。このため、温度測定用パッド９４と対向するトランジスタ部７０のゲートトレンチ部４０に、金属のゲート金属層５０－３を介してゲート電圧を印加できる。従って、図１ａに示す半導体装置１００よりも、トランジスタ部７０に供給されるゲート電圧を均一にすることができる。このため、トランジスタ部７０の耐量低下を防ぐことができる。
　図５ｂは、第１空隙１７および第２空隙１９の近傍における半導体基板１０の上面を示す図である。本例のトランジスタ部７０およびダイオード部８０の構造は、図４ｃに示した例と同様である。
　図５ｂにおいて、エミッタ電極５２、内側ゲート金属層５０－２および内側ダミーゲート金属層５１－２の外形を太い破線により示す。なお、半導体基板１０の上方には、層間絶縁膜が設けられているが、図５ｂにおいては省略している。例えば内側ゲート金属層５０－２、内側ダミーゲート金属層５１－２およびエミッタ電極５２と半導体基板１０の上面との間には層間絶縁膜が設けられているが図５ｂでは省略している。また、ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４と、半導体基板１０との間に設けられる層間絶縁膜、ならびに、ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４と、エミッタ電極５２、内側ゲート金属層５０－２および内側ダミーゲート金属層５１－２との間に設けられる層間絶縁膜も、図５ｂでは省略している。
　上述したように、内側ゲート金属層５０－２は、Ｙ軸方向に延伸して設けられる。内側ゲート金属層５０－２は、トランジスタ部７０のゲートトレンチ部４０と、コンタクトホール７６を介して電気的に接続されてよい。内側ゲート金属層５０－２は第２空隙１９を有する。第２空隙１９を挟む２つの内側ゲート金属層５０－２は、ポリシリコン等の導電材料で形成されたゲートランナー５３により電気的に接続されている。内側ゲート金属層５０－２とゲートランナー５３とは、層間絶縁膜に形成されたコンタクトホール７４により電気的に接続されている。
　本例のエミッタ電極５２は、内側ゲート金属層５０－２およびゲートランナー５３を境界として複数の領域に分離されている。図５ｂの例では、第１領域５２－１および第２領域５２－２を示している。エミッタ電極５２は、ゲートランナー５３の上方をＸ軸方向に横切り、第１領域５２－１および第２領域５２－２を接続する接続領域５２－４を有する。第１領域５２－１、第２領域５２－２および接続領域５２－４は、同一の材料で一体に形成されている。
　なお、ゲートランナー５３は、半導体基板１０と、内側ゲート金属層５０－２および接続領域５２－４との間に層間絶縁膜を介して設けられた、ポリシリコン等の配線であってよい。他の例では、ゲートランナー５３は、半導体基板１０の内部に形成されたトレンチ型のランナーであってよい。
　本例では、内側ゲート金属層５０－２をＸ軸方向において挟んで、内側ダミーゲート金属層５１－２が設けられている。また、ゲートランナー５３をＸ軸方向において挟んで、ダミーゲートランナー５４が設けられている。それぞれの内側ダミーゲート金属層５１－２およびダミーゲートランナー５４の構造は、図４ｃに示した例と同様である。
　このような構造により、エミッタ電極５２の各領域を金属の接続領域５２－４で接続できる。このため、エミッタ電極５２における電位を均一にし、また、各領域間の熱伝導性を向上できる。また、エミッタ電極５２の接続領域５２－４と、ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４とをブリッジ状に交差させることで、接続領域５２－４により分離された内側ゲート金属層５０－２を電気的に接続でき、また、接続領域５２－４により分離された内側ダミーゲート金属層５１－２を電気的に接続できる。
　図５ｃは、第１空隙１７および第２空隙１９の近傍を更に拡大した図である。図５ｃにおいては、エミッタ電極５２の接続領域５２－４をＸ軸方向に横切る断面をｃ－ｃ'断面とする。また、ダミーゲートランナー５４をＹ軸方向に横切る断面をｄ－ｄ'断面とする。
　図５ｄは、図５ｃにおけるｃ－ｃ'断面を示す図である。本例において、ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４はトレンチ型のランナーである。ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４のそれぞれは、半導体基板１０の上面２１から半導体基板１０の内部まで形成されたトレンチと、トレンチ内壁に形成された絶縁膜４２と、絶縁膜４２に覆われた導電部４４とを有する。ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４のそれぞれは、全体がウェル領域１１の内部に形成されている。
　ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４のそれぞれは、Ｙ軸方向に延伸して設けられている。半導体基板１０の上面２１には層間絶縁膜３８が設けられ、層間絶縁膜３８の上を、接続領域５２－４がＸ軸方向に延伸している。
　このような構成によって、ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４と、エミッタ電極５２の接続領域５２－４とをブリッジ状に交差させることができる。また、ゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４をトレンチ型のランナーにすることで、半導体基板１０の上面２１の上側の構造をより平坦にできる。
　図５ｅは、図５ｃにおけるｄ－ｄ'断面を示す図である。上述したように、ダミーゲートランナー５４は、半導体基板１０の内部に設けられたトレンチ型のランナーである。ダミーゲートランナー５４は、Ｙ軸方向において第１空隙１７の両側に配置された２つの内側ダミーゲート金属層５１－２と、コンタクトホール７４を介して電気的に接続される。また、ダミーゲートランナー５４は接続領域５２－４の下方をＹ軸方向に横切っており、接続領域５２－４はダミーゲートランナー５４の上方をＸ軸方向に横切っている。このような構造により、内側ダミーゲート金属層５１－２の電気的な接続を確保しつつ、エミッタ電極５２の２つの領域を金属で接続できる。
　図６は、本実施形態に係る半導体装置１００の上面の他の一例を示す図である。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の長辺をＹ軸方向に設けた一例である。図５ａに示す半導体装置１００と比較して、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の向きが９０度異なる。
　温度センス配線９２に沿って設けられるゲート金属層９７は、温度センス配線９２を囲うように設けられてよい。温度センス配線９２をＹ軸方向において挟む２本のゲート金属層９７は、温度センス配線９２の延伸方向と略平行な方向に延伸する。ゲート金属層９７は、内側ゲート金属層５０－２により、半導体基板１０の上面視でＹ軸方向に延伸する２本の外側ゲート金属層５０－１のうち、温度センス配線９２とは逆側に配置された外側ゲート金属層５０－１と電気的に接続されてよい。
　温度センス部９０は、Ｙ軸方向にトランジスタ部７０と並んで設けられてよい。つまり、温度センス部９０は、半導体基板１０の上面視において、Ｙ軸方向に並んだ２つのトランジスタ部７０に挟まれている。トランジスタ部７０は、活性部６０の面積の過半を占めるので、活性部６０の温度は、ダイオード部８０の近傍よりもトランジスタ部７０の近傍の温度に、より依存する。このため、本例の半導体装置１００は、活性部の６０の温度を、より正確に測定することができる。
　図７ａは、本実施形態に係る半導体装置２００の上面の一例を示す図である。半導体装置２００は、温度センス配線９２の構造が、半導体装置１００と異なる。本例の温度センス配線９２は、温度センス配線９２－１および温度センス配線９２－２を有する。温度センス配線９２－１は、温度センス部９０に接続されて活性部６０内を配列方向（Ｙ軸方向）に延伸して設けられる。温度センス配線９２－２は、Ｘ軸方向に延伸して設けられ、温度センス配線９２－１の端部と、温度測定用パッド９４とを接続する。温度センス配線９２－１は、温度センス部９０から外周領域６１に向かう方向に設けられた長手部分９３（図１ａ参照）に対応する。温度センス配線９２－２は、外周領域６１に設けられる。温度測定用パッド９４は、複数のパッドのうちＹ軸方向において最も端に設けられたパッドであってよい。
　温度センス配線９２－１と素子領域（トランジスタ部７０およびダイオード部８０）の間には、ダミーゲート金属層９８が設けられてよい。本例では、２本のダミーゲート金属層９８が、温度センス配線９２－１をＸ軸方向に挟むように設けられている。２本のダミーゲート金属層９８は、温度センス配線９２－１に沿ってＹ軸方向に延伸して設けられている。２本のダミーゲート金属層９８は、温度センス配線９２－１のＹ軸方向の先端の近傍において、互いに接続されている。ダミーゲート金属層９８は、Ｙ軸方向に延伸するダミーゲート金属層９９と接続されてよい。ダミーゲート金属層９８は、分割部４６において、温度センス配線９２－１を囲うように設けられてよい。ダミーゲート金属層９９は、Ｘ軸方向において隣り合う素子領域の間に設けられている。
　ダミーゲート金属層９９は、ダミーゲート金属層９８とダミーゲート金属層５１とを接続する。ダミーゲート金属層５１は、Ｘ軸方向に延伸して設けられている。ダミーゲート金属層５１は、ゲート金属層５０と活性部６０との間に設けられ、ダミーゲートパッド５６－１に接続されている。ダミーゲート金属層９８およびダミーゲート金属層９９は、ダミーゲート金属層５１と同一材料で一体に形成されてよい。
　ダミーゲート金属層９８と素子領域の間には、ゲート金属層９７が設けられてよい。本例では、２本のゲート金属層９７が、２本のダミーゲート金属層９８および温度センス配線９２－１をＸ軸方向において挟むように設けられている。２本のゲート金属層９７のうち、温度センス配線９２－２とは逆側に配置されたゲート金属層９７－１は、活性部６０をＹ軸方向に横切って設けられてよい。温度センス配線９２－２と同じ側に配置されたゲート金属層９７－２は、温度センス配線９２－２に沿ってＸ軸方向に延伸する部分を有してよい。ゲート金属層９７－２は更に、活性部６０と、各パッドとの間をＹ軸方向に延伸する部分を有してよい。ゲート金属層９７－２は、これらの部分を介してゲートパッド５５に接続されてよい。また、ゲート金属層９７－２は、ダミーゲート金属層９９に沿って配置されてよい。本例のダミーゲート金属層９９は、ゲート金属層９７－１およびゲート金属層９７－２にＸ軸方向において挟まれている。
　本例の半導体装置２００は、活性部６０にトランジスタ部７０およびダイオード部８０が複数設けられてよい。図７ａは、温度センス部９０等の分割部４６で分割される活性部６０のうち、ゲートパッド５５とは逆側の活性部６０において、トランジスタ部７０がＹ軸方向７つ、ダイオード部８０がＹ軸方向に６つ設けられる一例を示している。また、ゲートパッド５５と同じ側の活性部６０において、トランジスタ部７０がＹ軸方向６つ、ダイオード部８０がＹ軸方向に５つ設けられる一例を示している。なお、分割部４６に対してゲートパッド５５と同じ側の活性部６０におけるトランジスタ部７０のうち、ダミーゲート金属層５１に最も近いトランジスタ部７０の幅は、ダミーゲート金属層５１の存在により、他のトランジスタ部７０の幅ＷＩよりも小さく設けられる。
　温度センス部９０は、活性部６０の上方に設けられる。温度センス部９０の上面視における長辺は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の配列方向（本例においてはＹ軸方向）と平行に設けられてよい。温度センス部９０は、活性部６０の温度を検知する。温度センス部９０は、シリコンで形成される温度センスダイオードであってよい。
　ゲート金属層５０は、半導体基板１０の上面視で、トランジスタ部７０およびダイオード部８０を囲うように設けられてよい。ゲート金属層５０は、外周領域６１に設けられるゲートパッド５５と電気的に接続される。ゲートパッド５５は、半導体基板１０の上面視で、Ｘ軸方向において、Ｙ軸方向に延伸する２本のゲート金属層５０の間に設けられてよい。
　ゲート金属層５０はアルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金で形成されてよい。ゲート金属層５０は、トランジスタ部７０に電気的に接続され、トランジスタ部７０にゲート電圧を供給する。
　ダミーゲート金属層５１は、半導体基板１０の上面視で、ゲート金属層５０の内側に設けられてよい。ダミーゲート金属層５１は、活性部６０の上方において、Ｙ軸方向に延伸する温度センス配線９２およびゲート金属層５０を囲うように設けられてよい。ダミーゲート金属層５１は、活性部６０の外に設けられるダミーゲートパッド５６－１と電気的に接続される。
　ダミーゲート金属層５１は、ダイオード部８０に電気的に接続され、ダイオード部８０にダミーゲート電圧を供給する。ダミーゲート金属層５１はアルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金で形成されてよい。
　本例の半導体装置２００は、温度センス配線９２－２および温度測定用パッド９４が活性部６０の外側且つＹ軸方向の端部に配置されている。また、ゲート金属層９７－２およびダミーゲート金属層９８が温度センス配線９２に沿って設けられる。このため、温度センス配線９２－２をまたぐゲートランナー５３およびダミーゲートランナー５４を設けなくてよい。このため、図１ａに示す半導体装置１００よりも、トランジスタ部７０に供給されるゲート電圧を均一にすることができる。このためトランジスタ部７０の耐量低下を防ぐことができる。
　図７ｂは、図７ａにおいて、エミッタ電極５２を付加して示す図である。図７ａにおいて、エミッタ電極５２が形成される領域を太線で囲っている。本例において、エミッタ電極５２は、分割部４６により分割される。
　エミッタ電極５２は、図７ｂに示すように、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の上方に設けられる。エミッタ電極５２の第１領域５２－１は、Ｘ軸方向正側のトランジスタ部７０およびダイオード部８０の上方に設けられる。エミッタ電極５２の第２領域５２－２は、Ｘ軸方向負側のトランジスタ部７０およびダイオード部８０の上方に設けられる。エミッタ電極５２は、活性部６０の外に設けられるケルビンパッド５６－２と電気的に接続される。なお、本例においても、エミッタ電極５２は、第１領域５２－１および第２領域５２－２を接続する接続領域５２－４を有してよい。この場合、例えばダミーゲート金属層９９と、ダミーゲート金属層９９に対してＸ軸方向に隣り合って配置されたゲート金属層９７が空隙を有してよい。
　図８ａは、本実施形態に係る半導体装置２００の上面の他の一例を示す図である。本例の半導体装置２００は、温度センス配線９２－１と素子領域の間には、ゲート金属層９７が設けられ、ゲート金属層９７と素子領域の間には、ダミーゲート金属層９８が設けられる点で、図７ａに示す半導体装置２００と異なる。
　本例において温度センス部９０、温度センス配線９２および温度測定用パッド９４の配置は、図７ａに示した例と同一である。本例では、温度センス配線９２を囲んでゲート金属層９７が配置されている。また、温度センス配線９２と、ゲート金属層９７とをＸ軸方向において挟むように、２本のダミーゲート金属層９８が配置されている。２本のダミーゲート金属層９８は、温度センス配線９２の先端近傍においてダミーゲート金属層９９に接続されている。ゲート金属層５０は、ダミーゲート金属層９９に沿ってＹ軸方向に延伸する内側ゲート金属層５０－２を有してよい。本例においても、トランジスタ部７０に供給されるゲート電圧を均一にすることができる。このためトランジスタ部７０の耐量低下を防ぐことができる。
　図８ｂは、図８ａにおいて、エミッタ電極５２を付加して示す図である。図８ａにおいて、エミッタ電極５２が形成される領域を太線で囲っている。本例において、エミッタ電極５２は、分割部４６により分割される。
　エミッタ電極５２は、図８ｂに示すように、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の上方に設けられる。エミッタ電極５２の第１領域５２－１は、Ｘ軸方向正側のトランジスタ部７０およびダイオード部８０の上方に設けられる。エミッタ電極５２の第２領域５２－２は、Ｘ軸方向負側のトランジスタ部７０およびダイオード部８０の上方に設けられる。エミッタ電極５２は、活性部６０の外に設けられるケルビンパッド５６－２と電気的に接続される。なお、本例においても、エミッタ電極５２は、第１領域５２－１および第２領域５２－２を接続する接続領域５２－４を有してよい。この場合、例えばダミーゲート金属層９９と、ダミーゲート金属層９９に対してＸ軸方向に隣り合って配置された内側ゲート金属層５０－２が空隙を有してよい。
　図９は、本実施形態に係る半導体装置２００の上面の他の一例を示す図である。本例の半導体装置２００は、図８ａに示す半導体装置２００において、ダミーゲート金属層５１およびダミーゲートパッド５６－１を有さない点で、図８ａに示す半導体装置２００と異なる。本例のゲート金属層９７は、内側ゲート金属層５０－２に接続されている。本例の内側ゲート金属層５０－２は、２つの素子領域（トランジスタ部７０またはダイオード部８０）に挟まれて設けられている。内側ゲート金属層５０－２は、温度センス部９０とＸ軸方向における位置が同一であってよい。
　本例の半導体装置２００は、ダミーゲート金属層５１を有さないので、ゲート金属層５０を、図８ａに示す半導体装置２００よりも広い面積にわたり設けることができる。このため、図８ａに示す半導体装置２００よりも、トランジスタ部７０に供給されるゲート電圧を均一にすることができる。このためトランジスタ部７０の耐量低下を防ぐことができる。なお、本例の半導体装置２００は、図８ｂに示す半導体装置２００と同様に、エミッタ電極５２は、分割部４６により分割されて設けられる。
　また、本例の半導体装置２００は、ダミーゲート金属層５１を有さないので、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の面積を、図８ａに示す半導体装置２００よりも広くすることができる。
　図１０は、半導体装置２００の他の構成例を示す上面図である。本例の半導体装置２００においては、検知部９６が、温度センス部９０として機能する。本例の半導体装置２００は、活性部６０内の温度センス部９０および温度センス配線９２を有さない。検知部９６は外周領域６１において、ゲートパッド５５と、温度測定用パッド９４との間に設けられている。検知部９６と温度測定用パッド９４は、導電性の配線により、温度測定用パッド９４に電気的に接続している。検知部９６と温度測定用パッド９４を接続する導電性の配線（不図示）は、ポリシリコンであってよい。検知部９６は、温度検知結果に基づく電流を出力する。出力された電流は導電性の配線を流れ、温度測定用アノードパッド９４－２に達する。
　本例のゲート金属層５０は、活性部６０と、温度測定用パッド９４および検知部６０との間を通り、Ｙ軸方向にゲートパッド５５まで延伸する外側ゲート金属層５０－２を有する。このため、温度センス配線をまたぐゲートランナー５３を設けなくともよい。このため、トランジスタ部７０に供給されるゲート電圧を均一化して、トランジスタ部７０の耐量低下を防ぐことができる。
　本例の外側ダミーゲート金属層５１－１は、ダミーゲートパッド５６－１からＸ軸方向に延伸する。また、外側ダミーゲート金属層５１－１のＸ軸方向の先端には、Ｙ軸方向に延伸する内側ダミーゲート金属層５１－２が接続されている。本例の半導体装置２００は、Ｙ軸方向に延伸する２本の内側ゲート金属層５０－２を有する。２本の内側ゲート金属層５０－２は、内側ダミーゲート金属層５１－２を挟むように配置されている。内側ダミーゲート金属層５１－２を基準として、外側ダミーゲート金属層５１－１とは逆側に配置された内側ゲート金属層５０－２は、活性部６０の全体をＹ軸方向に横切って設けられている。外側ダミーゲート金属層５１－１と同じ側に配置された内側ゲート金属層５０－２は、Ｙ軸方向において外側ダミーゲート金属層５１－１とは逆側の外側ゲート金属層５０－１から、外側ダミーゲート金属層５１－１と最も近いトランジスタ部７０と対向する位置まで設けられている。ただし、当該内側ゲート金属層５０－２は、外側ダミーゲート金属層５１－１とは接していない。
　図１１は、半導体装置２００の他の構成例を示す上面図である。本例の半導体装置２００は、図８ａに示した半導体装置２００に対して、ダミーゲート金属層９９－２を更に備える。他の構造は、図８ａに示した半導体装置２００と同一である。
　本例では、ダミーゲート金属層９９－１およびダミーゲート金属層９９－２は、内側ゲート金属層５０－２をＸ軸方向に挟んで配置されている。ダミーゲート金属層９９－２は、ダミーゲート金属層９８から、外側ゲート金属層５０－１に最も近いトランジスタ部７０と対向する位置まで、Ｙ軸方向に延伸して設けられている。ただし、ダミーゲート金属層９９－２は、外側ゲート金属層５０－１とは接していない。本例によれば、ダミーゲート金属層を、各トランジスタ部７０と容易に接続できる。
　図１２は、半導体装置２００の他の構成例を示す上面図である。本例の半導体装置２００は、図１０に示した半導体装置２００の構成に対して、内側ゲート金属層５０－２と、内側ダミーゲート金属層５１－２の構造が相違する。他の構造は、図１０に示した半導体装置２００と同一である。
　本例の半導体装置２００は、Ｙ軸方向に延伸する２本の内側ダミーゲート金属層５１－２を有する。それぞれの内側ダミーゲート金属層５１－２は、Ｙ軸方向において、活性部６０の一方の端に配置されたトランジスタ部７０と対向する位置から、他方の端に配置されたトランジスタ部７０と対向する位置まで延伸している。なお、２本の内側ダミーゲート金属層５１－２のうち、外側ダミーゲート金属層５１－１に近い内側ダミーゲート金属層５１－２は、外側ダミーゲート金属層５１－１に接続されている。また、２本の内側ダミーゲート金属層５１－２は、Ｘ軸方向に延伸する内側ダミーゲート金属層５１－３により互いに接続されている。内側ダミーゲート金属層５１－３は、Ｙ軸方向において、活性部６０の中央に配置されてよい。
　内側ゲート金属層５０－２は、２本の内側ダミーゲート金属層５１－２に挟まれて配置されている。内側ゲート金属層５０－２は、活性部６０をＹ軸方向に横断して設けられる。ただし内側ゲート金属層５０－２は、内側ダミーゲート金属層５１－３により分断されている。つまり、内側ゲート金属層５０－２は、外側ゲート金属層５０－１から、内側ダミーゲート金属層５１－３の近傍まで延伸している。
　図１３は、半導体装置２００の他の構成例を示す上面図である。本例の半導体装置２００は、図１０に示した半導体装置２００の構成に対して、内側ゲート金属層５０－２の構造が相違する。また、本例の半導体装置２００は、ダミーゲートパッド５６－１と、ダミーゲート金属層とを備えない。他の構造は、図１０に示した半導体装置２００と同一である。本例の内側ゲート金属層５０－２は、活性部６０をＹ軸方向に横断する。内側ゲート金属層５０－２は、Ｘ軸方向において活性部６０の中央に配置されてよい。
　図１４は、外側ゲート金属層５０－１と、内側ゲート金属層５０－２の交差部分の拡大図である。本例においては、ゲートランナー５３が、外側ゲート金属層５０－１および内側ゲート金属層５０－２と重なって配置されている。本例のゲートランナー５３は、ゲート金属層５０と、半導体基板１０との間に配置されたポリシリコン等の配線である。本例のゲートランナー５３は、ゲート金属層５０に沿って配置されている。つまりゲート金属層５０がＴ字のように分岐している場合、ゲートランナー５３も同様に分岐して設けられる。本例のゲートランナー５３は、上面視において、ゲート金属層５０よりもトランジスタ部７０側に拡がって設けられる。ゲートランナー５３は、トランジスタ部７０のゲートトレンチ部４０と接続される。
　ゲートランナー５３とゲート金属層５０とは、層間絶縁膜等により絶縁されている。層間絶縁膜には、コンタクトホール７５およびコンタクトホール７７が設けられている。コンタクトホール７５およびコンタクトホール７７には、ゲート金属層５０と同一の導電材料が充填されてよく、タングステン等の異なる導電材料が充填されてもよい。コンタクトホール７５は、ゲートランナー５３と外側ゲート金属層５０－１とを接続する。コンタクトホール７７は、ゲートランナー５３と内側ゲート金属層５０－２とを接続する。コンタクトホール７５およびコンタクトホール７７は、それぞれ複数本が平行に設けられてよい。
　コンタクトホール７５およびコンタクトホール７７は、ゲート金属層５０に沿って設けられる。ただし、ゲート金属層５０が分岐する箇所において、コンタクトホール７５とコンタクトホール７７は接続していない。つまり、コンタクトホール７５とコンタクトホール７７との間には、間隙７９が設けられている。間隙７９には、層間絶縁膜等が配置されている。
　図１５は、図１４におけるｅ－ｅ'断面の一例を示す図である。ｅ－ｅ'断面は、コンタクトホール７５を含むＹＺ面である。図１５には、コンタクトホール７７を当該断面に投影した位置を点線で示している。
　上述したように、ゲート金属層５０と、ゲートランナー５３の間には層間絶縁膜３８が設けられている。層間絶縁膜３８に設けたコンタクトホール７５およびコンタクトホール７７により、ゲート金属層５０と、ゲートランナー５３が接続される。また、半導体基板１０とゲートランナー５３との間には、酸化膜等の絶縁膜３７が設けられている。
　本例のコンタクトホール７５は、Ｘ軸方向に長手を有する。半導体基板１０の上面２１と平行な面において、長手方向と垂直な方向（本例ではＹ軸方向）におけるコンタクトホール７５の幅をＷ１とする。幅Ｗ１は、半導体基板１０の上面２１と接する位置におけるコンタクトホール７５の幅を用いてよい。また、コンタクトホール７５とコンタクトホール７７との最短距離を幅Ｗ２とする。幅Ｗ２は、半導体基板１０の上面２１と接する位置における、コンタクトホール７５の端部と、コンタクトホール７７の端部とのＹ軸方向における距離を用いてよい。
　幅Ｗ２は、幅Ｗ１より大きくてよい。マスクによりレジストをパターニングするときに、アライメントのずれなどで、コンタクトホール７５とコンタクトホール７７が接続する場合がある。コンタクトホールが接続すると、コンタクトホールの幅が広がる。その結果ゲート金属層５０が埋まらずゲートランナー５３との間に空隙が生じ、ゲート金属層５０がゲートランナー５３に接触しなくなることがある。幅Ｗ２を幅Ｗ１より大きくすることで、ゲート金属層５０とゲートランナー５３との間の空隙の発生を抑え、良好な電気的接続を確保できる。
　コンタクトホール７５に面する側のコンタクトホール７７の端部は、上面視で、長手方向に沿ったゲート金属層５０－１の内部に位置してよい。間隙７９の下部に位置するゲートランナー５３は、ゲート金属層５０－１とは局所的に離れている。ゲートランナー５３はゲート金属層よりも抵抗が高いため、ゲートの電位が変化すると、間隙７９の下部に位置するゲートランナー５３には微小な電位差が生じることがある。間隙７９の下部における微小な電位差は、間隙７９を挟んで互いに離れている任意の２か所のゲートトレンチ部４０における、それぞれのゲート導電部４４へのゲート信号の伝達時間に、ずれをもたらす。その結果、ターンオフが完了していない部分に電流が集中して、ターンオフ破壊がおきる場合がある。間隙７９に相当する幅Ｗ２を不要に大きくさせないことで、間隙７９の下部で生じる電位差を十分小さくすることができ、ターンオフ破壊を抑えることができる。
　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、請求の範囲の記載から明らかである。
　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。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。
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、１７・・・第１空隙、１８・・・ドリフト領域、１９・・・第２空隙、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、３０・・・ダミートレンチ部、３７・・・絶縁膜、３８・・・層間絶縁膜、３８－１・・・層間絶縁膜、３８－２・・・層間絶縁膜、３８－３・・・層間絶縁膜、４０・・・ゲートトレンチ部、４２・・・導電部、４４・・・絶縁膜、４６・・・分割部、４９・・・コンタクトホール、５０・・・ゲート金属層、５０－１・・・外側ゲート金属層、５０－２・・・内側ゲート金属層、５０－ａ・・・部分、５０－ｂ・・・部分、５０－ｃ・・・部分、５０－ｄ・・・部分、５１・・・ダミーゲート金属層、５１－１・・・外側ダミーゲート金属層、５１－２・・・内側ダミーゲート金属層、５１－３・・・内側ダミーゲート金属層、５２・・・エミッタ電極、５２－１・・・第１領域、５２－２・・・第２領域、５２－３・・・第３領域、５２－４・・・接続領域、５３・・・ゲートランナー、５４・・・ダミーゲートランナー、５５・・・ゲートパッド、５６・・・電圧供給パッド、５６－１・・・ダミーゲートパッド、５６－２・・・ケルビンパッド、５８・・・電流センスパッド、５９・・・電流センス部、６０・・・活性部、６０－１・・・第１領域、６０－２・・・第２領域、６０－３・・・第３領域、６１・・・外周領域、６２・・・外周端、６４・・・延伸領域、６６・・・第１分割領域、６８・・・第２分割領域、７０・・・トランジスタ部、７２・・・コンタクトホール、７４・・・コンタクトホール、７５・・・コンタクトホール、７６・・・コンタクトホール、７７・・・コンタクトホール、７９・・・間隙、８０・・・ダイオード部、８１・・・メサ部、８２・・・カソード領域、８９・・・配線、９０・・・温度センス部、９１・・・配線、９２・・・温度センス配線、９３・・・長手部分、９４・・・温度測定用パッド、９６・・・検知部、９７・・・ゲート金属層、９８・・・ダミーゲート金属層、９９・・・ダミーゲート金属層、１００・・・半導体装置、１５０・・・半導体装置、２００・・・半導体装置

Claims (16)

  1. 　半導体基板と、
    　前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の上面および下面の間で電流が流れる活性部と、
    　前記活性部に設けられるトランジスタ部と、
    　前記トランジスタ部に電気的に接続され、前記トランジスタ部にゲート電圧を供給するゲート金属層と、
    　前記半導体基板の上面に配置され、前記ゲート金属層と電気的に接続されるゲートパッドと、
    　前記半導体基板の上面において前記活性部の上方に設けられた温度センス部と、
    　前記半導体基板の上面において、前記活性部と前記半導体基板の外周端との間の外周領域に配置された温度測定用パッドと、
    　前記半導体基板の上面において予め定められた長手方向に延伸する長手部分を有し、前記温度センス部と前記温度測定用パッドとを接続する温度センス配線と、
    　を備え、
    　前記半導体基板の上面において、前記ゲートパッドは、前記温度センス配線の前記長手部分を前記長手方向に前記半導体基板の外周端まで延伸した延伸領域以外の領域に配置されている、
    　半導体装置。
  2. 　前記ゲートパッドは、前記外周領域に配置されている
    　請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記ゲート金属層よりも内側に設けられる金属の内側電極と、
    　前記外周領域に配置され、前記内側電極と電気的に接続された１つ以上の電圧供給パッドと
    　をさらに備え、
    　前記外周領域を前記温度センス配線の前記長手部分および前記長手部分の延長線で２分割した２つの分割領域のうち、同一の分割領域に前記ゲートパッドおよび全ての前記電圧供給パッドが配置されている、
    　請求項２に記載の半導体装置。
  4. 　前記温度測定用パッドが、２つの前記分割領域のうち、前記ゲートパッドおよび前記電圧供給パッドとは異なる前記分割領域に配置されている、請求項３に記載の半導体装置。
  5. 　前記活性部に設けられ、前記半導体基板の上面における予め定められた配列方向に沿って前記トランジスタ部と交互に配列されたダイオード部と、
    　前記ダイオード部に電気的に接続され、前記ダイオード部にダミーゲート電圧を供給するダミーゲート金属層と、
    　をさらに備える、
    　請求項３または４に記載の半導体装置。
  6. 　前記ゲート金属層は、前記半導体基板の上面視で、前記活性部を囲うように設けられ、
    　前記ダミーゲート金属層は、前記半導体基板の上面視で、前記ゲート金属層の内側に、前記活性部を囲うように設けられる、
    　請求項５に記載の半導体装置。
  7. 　前記ゲートパッドと同一の前記分割領域に設けられた前記電圧供給パッドのうちの１つは、前記ダミーゲート金属層と電気的に接続されるダミーゲートパッドである、
    　請求項５または６に記載の半導体装置。
  8. 　前記内側電極はエミッタ電極であり、
    　前記ゲートパッドと同一の前記分割領域に設けられた前記電圧供給パッドのうちの１つは、前記エミッタ電極と電気的に接続されるケルビンパッドである、
    　請求項５から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
  9. 　前記ゲート金属層は、前記外周領域に配置された外側ゲート金属層と、前記活性部の上方に配置され前記外側ゲート金属層と接続される内側ゲート金属層とを有し、
    　前記半導体装置は、前記活性部において前記半導体基板の上方に設けられ、一端が前記内側ゲート金属層に接続され、他端が前記内側ゲート金属層または前記外側ゲート金属層に接続された、半導体材料を含むゲートランナーを更に備え、
    　前記内側電極は、
    　前記半導体基板の上面視において前記内側ゲート金属層および前記ゲートランナーを境界として分離して配置された第１領域および第２領域と、
    　前記ゲートランナーの上方において、前記第１領域および前記第２領域を接続する接続領域と
    　を有する請求項３から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
  10. 　前記ダミーゲート金属層は、前記外周領域に配置された外側ダミーゲート金属層と、前記活性部の上方に配置され前記外側ダミーゲート金属層と接続される内側ダミーゲート金属層とを有し、
    　前記半導体装置は、前記活性部において前記半導体基板の上方に設けられ、一端が前記内側ダミーゲート金属層に接続され、他端が前記内側ダミーゲート金属層または前記外側ダミーゲート金属層に接続された、半導体材料を含むダミーゲートランナーを更に備え、
    　前記内側電極は、
    　前記半導体基板の上面視において前記内側ダミーゲート金属層および前記ダミーゲートランナーを境界として分離して配置された第１領域および第２領域と、
    　前記ダミーゲートランナーの上方において、前記第１領域および前記第２領域を接続する接続領域と
    　を有する請求項５から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
  11. 　前記温度センス配線の前記長手方向が前記配列方向と一致している、
    　請求項５から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
  12. 　前記温度センス部は、前記半導体基板の上面視において２つの前記トランジスタ部に挟まれている、請求項５から１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
  13. 　前記外周領域において前記活性部と前記電圧供給パッドとの間の領域に設けられ、両端が前記ゲート金属層に接続される、半導体材料を含むゲートランナーをさらに備え、
    　前記ゲートランナーの両端を結ぶ方向において、前記ゲートランナーの一端が接続される前記ゲート金属層の端から、前記ゲートランナーの他端が接続される前記ゲート金属層の端までの幅が、前記ゲートランナーの前記一端に接続された前記ゲート金属層の幅よりも小さい、
    　請求項３から１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
  14. 　前記ゲート金属層の一部が、前記温度センス配線に沿って設けられる、請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体装置。
  15. 　半導体基板と、
    　前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の上面および下面の間で電流が流れる活性部と、
    　前記活性部に設けられるトランジスタ部と、
    　前記トランジスタ部に電気的に接続され、前記トランジスタ部にゲート電圧を供給するゲート金属層と、
    　前記半導体基板の上面において前記活性部の上方に設けられた温度センス部と、
    　前記半導体基板の上面において、前記活性部と前記半導体基板の外周端との間の外周領域に配置された温度測定用パッドと、
    　前記半導体基板の上面において予め定められた長手方向に延伸する長手部分を有し、前記温度センス部と前記温度測定用パッドとを接続する温度センス配線と、
    　を備え、
    　前記ゲート金属層の一部が、前記温度センス配線に沿って設けられる、
    　半導体装置。
  16. 　ダイオード部をさらに備え、
    　前記トランジスタ部と前記ダイオード部が前記温度センス配線に沿って配列される
    　請求項１５に記載の半導体装置。
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