特許 6835243 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6835243

(24)【登録日】2021年2月8日

(45)【発行日】2021年2月24日

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/78 20060101AFI20210215BHJP

   H01L 29/739 20060101ALI20210215BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20210215BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20210215BHJP

   H01L 21/8234 20060101ALI20210215BHJP

   H01L 27/06 20060101ALI20210215BHJP

   H01L 27/088 20060101ALI20210215BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/78 652Q

   H01L29/78 657D

   H01L29/78 655F

   H01L29/78 655G

   H01L29/78 657B

   H01L29/78 658L

   H01L29/78 657F

   H01L29/78 655D

   H01L29/78 653A

   H01L29/78 652T

   H01L27/06 102A

   H01L27/088 E

【請求項の数】18

【全頁数】40

(21)【出願番号】特願2019-549271(P2019-549271)

(86)(22)【出願日】2018年10月15日

(86)【国際出願番号】JP2018038353

(87)【国際公開番号】WO2019078166

(87)【国際公開日】20190425

【審査請求日】2019年10月1日

(31)【優先権主張番号】特願2017-202228(P2017-202228)

(32)【優先日】2017年10月18日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】内藤 達也

【審査官】 杉山 芳弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０６６３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１１６９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１４７４３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２９／７３９

Ｈ０１Ｌ ２９／０６

Ｈ０１Ｌ ２７／０４

Ｈ０１Ｌ ２７／０６

Ｈ０１Ｌ ２７／０８８

Ｈ０１Ｌ ２１／８２２

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、
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、
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、
前記ゲートパッドは、前記外周領域に配置されている
半導体装置。

【請求項2】

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１に記載の半導体装置。

【請求項3】

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、
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、
前記ゲートパッドは、前記外周領域に配置され、
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
半導体装置。

【請求項4】

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１または２に記載の半導体装置。

【請求項5】

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１または２に記載の半導体装置。

【請求項6】

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１から５のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項7】

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、
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、
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、
前記ゲートパッドは、前記外周領域に配置され、
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大きい、
半導体装置。

【請求項8】

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１から７のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項9】

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８に記載の半導体装置。

【請求項10】

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
を備え、
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８または９に記載の半導体装置。

【請求項11】

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８から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記ゲート金属層の一部が、前記温度センス配線の長手方向と垂直な方向において前記温度センス配線と前記エミッタ電極との間に配置され、且つ、前記温度センス配線に沿って設けられる、請求項１１に記載の半導体装置。

【請求項13】

前記トランジスタ部は、ダミー導電部とダミー絶縁膜を有するダミートレンチ部を有し、
前記ダミーゲート金属層は、前記ダミートレンチ部の前記ダミー導電部と電気的に接続する
請求項１、２、４、５および１０のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項14】

前記ダイオード部は、ダミー導電部とダミー絶縁膜を有するダミートレンチ部を有し、
前記ダミーゲート金属層は、前記ダミートレンチ部の前記ダミー導電部と電気的に接続する
請求項１、２、４、５および１０のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項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、
エミッタ電極と、
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の長手方向と垂直な方向において前記温度センス配線と前記エミッタ電極との間に配置され、且つ、前記温度センス配線に沿って設けられ、
前記活性部に設けられるダイオード部をさらに備え、
前記温度センス配線に沿って設けられる前記ゲート金属層は、前記温度センス配線の長手方向と垂直な方向において、前記温度センス配線と前記ダイオード部との間に挟まれる、
半導体装置。

【請求項16】

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。

【請求項17】

前記トランジスタ部は、ゲート導電部とゲート絶縁膜を有するゲートトレンチ部を有し、
前記ゲート金属層は、前記ゲートトレンチ部の前記ゲート導電部と電気的に接続する
請求項１から１６のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項18】

半導体装置を試験する試験方法であって、
前記半導体装置は、
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、
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、
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、
前記ゲートパッドは、前記外周領域に配置されていて、
前記トランジスタ部および前記ダイオード部の少なくとも一方は、導電部と絶縁膜を有するダミートレンチ部を有し、
前記ダミーゲート金属層は、前記ダミートレンチ部の前記導電部と電気的に接続し、
前記試験方法は、前記ダミーゲート金属層に前記ダミーゲート電圧を供給することで、前記ダミートレンチ部の前記導電部と前記ダミートレンチ部の前記絶縁膜の絶縁性をスクリーニングする
試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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】

【0003】

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】

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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大きくてよい。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1a】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。

【図1b】ゲートパッド５５の配置を説明する図である。

【図1c】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1d】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1e】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2】比較例の半導体装置１５０を示す図である。

【図3】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】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4b】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4c】図４ｂにおける領域Ａの拡大図である。

【図4d】第１空隙１７の近傍を更に拡大した図である。

【図4e】図４ｄにおけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。

【図4f】図４ｄにおけるｂ−ｂ'断面の一例を示す図である。

【図5a】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5b】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。

【図5c】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5d】図５ｃにおけるｃ−ｃ'断面の一例を示す図である。

【図5e】図５ｃにおけるｄ−ｄ'断面の一例を示す図である。

【図6】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7a】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7b】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8a】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8b】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9】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。

【図10】半導体装置２００の他の構成例を示す上面図である。

【図11】半導体装置２００の他の構成例を示す上面図である。

【図12】半導体装置２００の他の構成例を示す上面図である。

【図13】半導体装置２００の他の構成例を示す上面図である。

【図14】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15】図１４におけるｅ−ｅ'断面の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。ケルビンパッド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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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−ａ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。

【0053】

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Ｗｄ＜幅Ｗｃ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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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５ｂ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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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６０の温度を、より正確に測定することができる。

【0080】

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。

【0081】

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５０−１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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

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。

【0104】

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。

【0105】

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。

【0106】

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。

【0107】

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。

【0108】

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。

【0109】

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。

【0110】

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。

【0111】

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。

【0112】

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。

【0113】

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。

【0114】

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。

【0115】

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。

【0116】

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。

【0117】

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。

【0118】

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。

【0119】

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。

【0120】

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。

【0121】

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。

【0122】

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。

【0123】

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。

【0124】

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。

【0125】

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。

【0126】

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。

【0127】

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。

【0128】

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。

【0129】

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。

【0130】

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。

【0131】

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。

【0132】

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。

【0133】

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。

【0134】

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。

【0135】

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。

【0136】

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。

【0137】

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。

【0138】

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。

【0139】

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。

【0140】

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。

【0141】

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。

【0142】

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。

【0143】

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。

【0144】

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。

【0145】

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６０の温度を、より正確に測定することができる。

【0146】

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。

【0147】

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。

【0148】

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。

【0149】

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。

【0150】

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。

【0151】

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。

【0152】

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。

【0153】

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。

【0154】

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。

【0155】

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。

【0156】

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。

【0157】

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７ｂ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。

【0158】

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。

【0159】

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。

【0160】

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。

【0161】

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８ｂ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。

【0162】

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。

【0163】

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。

【0164】

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。

【0165】

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。

【0166】

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。

【0167】

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９６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。

【0168】

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。

【0169】

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。

【0170】

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。

【0171】

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。

【0172】

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。

【0173】

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。

【0174】

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。

【0175】

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。

【0176】

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。

【0177】

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。

【0178】

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。

【0179】

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。

【0180】

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。

【0181】

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。

【0182】

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。

【0183】

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。

【0184】

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。

【符号の説明】

【0185】

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・・・絶縁膜、４４・・・導電部、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

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図1e】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図4e】

【図4f】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図5d】

【図5e】

【図6】

【図7a】

【図7b】

【図8a】

【図8b】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】