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(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】6904416
(24)【登録日】2021年6月28日
(45)【発行日】2021年7月14日
(54)【発明の名称】半導体装置および半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 29/78 20060101AFI20210701BHJP
H01L 29/739 20060101ALI20210701BHJP
H01L 29/12 20060101ALI20210701BHJP
H01L 29/861 20060101ALI20210701BHJP
H01L 29/868 20060101ALI20210701BHJP
H01L 21/8234 20060101ALI20210701BHJP
H01L 27/06 20060101ALI20210701BHJP
H01L 27/088 20060101ALI20210701BHJP
H01L 21/60 20060101ALI20210701BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 652Q
H01L29/78 653A
H01L29/78 652J
H01L29/78 657D
H01L29/78 655B
H01L29/78 652T
H01L29/78 655G
H01L29/78 652M
H01L29/91 C
H01L27/06 102A
H01L27/088 E
H01L21/60 301A
【請求項の数】24
【全頁数】35
(21)【出願番号】特願2019-523469(P2019-523469)
(86)(22)【出願日】2018年5月28日
(86)【国際出願番号】JP2018020425
(87)【国際公開番号】WO2018225571
(87)【国際公開日】20181213
【審査請求日】2019年6月3日
(31)【優先権主張番号】特願2017-114661(P2017-114661)
(32)【優先日】2017年6月9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】山野 彰生
(72)【発明者】
【氏名】高崎 愛子
(72)【発明者】
【氏名】市川 裕章
【審査官】
棚田 一也
(56)【参考文献】
【文献】
特開平０５−２８３７０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１６−２２５４６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０００−００４０１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−０４７７７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−２５８４９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２８３２０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０３−２５４１５９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２９／７８
Ｈ０１Ｌ ２１／６０
Ｈ０１Ｌ ２１／８２３４
Ｈ０１Ｌ ２７／０６
Ｈ０１Ｌ ２７／０８８
Ｈ０１Ｌ ２９／１２
Ｈ０１Ｌ ２９／７３９
Ｈ０１Ｌ ２９／８６１
Ｈ０１Ｌ ２９／８６８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板の内部において、前記半導体基板のおもて面に平行な第１方向に沿って交互に配置されており、前記半導体基板の裏面側に第２導電型のコレクタ領域を有するトランジスタ部と、前記半導体基板の裏面側に、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のカソード領域を有するダイオード部と、
前記トランジスタ部および前記ダイオード部の上方に設けられて、前記トランジスタ部および前記ダイオード部に電気的に接続される表面電極と、
前記表面電極に接合されており、前記第１方向における前記表面電極との接触幅が、前記第１方向における前記トランジスタ部の幅および前記第１方向における前記ダイオード部の幅の少なくとも一方より大きい外部配線と、を備え、
前記第１方向における前記トランジスタ部の幅は、前記第１方向における前記ダイオード部の幅より大きく、
前記外部配線が前記表面電極と接触する接合部は、前記トランジスタ部と前記ダイオード部の領域にまたがっている
半導体装置。
前記半導体基板の内部において、前記半導体基板のおもて面に平行な第１方向に沿って交互に配置されており、前記半導体基板の裏面側に第２導電型のコレクタ領域を有するトランジスタ部と、前記半導体基板の裏面側に、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のカソード領域を有するダイオード部と、
前記トランジスタ部および前記ダイオード部の上方に設けられて、前記トランジスタ部および前記ダイオード部に電気的に接続される表面電極と、
前記表面電極に接合されており、前記第１方向における前記表面電極との接触幅が、前記第１方向における前記トランジスタ部の幅および前記第１方向における前記ダイオード部の幅の少なくとも一方より大きい外部配線と、を備え、
前記第１方向における前記トランジスタ部の幅は、前記第１方向における前記ダイオード部の幅より大きく、
前記外部配線が前記表面電極と接触する接合部は、前記トランジスタ部と前記ダイオード部の領域にまたがっている
半導体装置。
【請求項2】
前記接触幅は、前記第１方向における前記トランジスタ部の幅および前記第１方向における前記ダイオード部の幅のそれぞれより大きい
請求項１に記載の半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記半導体基板の厚みは、前記第１方向における前記ダイオード部の幅の半分より大きい
請求項１または２に記載の半導体装置。
請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記半導体基板の厚みは、前記第１方向における前記トランジスタ部の幅の半分より大きい
請求項１から３の何れか１項に記載の半導体装置。
請求項１から３の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記外部配線は、前記第１方向に沿って延伸している
請求項１から４の何れか１項に記載の半導体装置。
請求項１から４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記外部配線が前記表面電極と接触する領域と、前記トランジスタ部と前記ダイオード部との境界とが、前記半導体基板のおもて面側から見たときに重なるように前記外部配線が設けられている
請求項１から５の何れか１項に記載の半導体装置。
請求項１から５の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記表面電極を、前記半導体基板のおもて面から見て、中央部と前記中央部を取り囲む外周部とに区別した場合に、前記外部配線は、前記外周部に接合されている
請求項１から６の何れか１項に記載の半導体装置。
請求項１から６の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記外部配線は、少なくとも一つの第１外部配線と、少なくとも一つの第２外部配線とを含んでおり、
前記第１外部配線と前記第２外部配線とは、前記半導体基板のおもて面から見て、前記表面電極の対角に接合されている
請求項１から７の何れか１項に記載の半導体装置。
前記第１外部配線と前記第２外部配線とは、前記半導体基板のおもて面から見て、前記表面電極の対角に接合されている
請求項１から７の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記半導体基板の下方に、はんだ層を更に備え、
前記半導体基板の厚みと前記はんだ層の厚みとの合計が、前記第１方向における前記トランジスタ部の幅よりも大きい
請求項１から８の何れか１項に記載の半導体装置。
前記半導体基板の厚みと前記はんだ層の厚みとの合計が、前記第１方向における前記トランジスタ部の幅よりも大きい
請求項１から８の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記半導体基板の下方に、はんだ層を更に備え、
前記半導体基板の厚みと前記はんだ層の厚みとの合計が、前記第１方向における前記ダイオード部の幅よりも大きい
請求項１から９の何れか１項に記載の半導体装置。
前記半導体基板の厚みと前記はんだ層の厚みとの合計が、前記第１方向における前記ダイオード部の幅よりも大きい
請求項１から９の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記第１方向における前記ダイオード部の幅は、５４０μｍより小さい
請求項１から１０の何れか１項に記載の半導体装置。
請求項１から１０の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記第１方向における前記ダイオード部の幅は、３２０μｍより小さい
請求項１から１０の何れか１項に記載の半導体装置。
請求項１から１０の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項13】
前記第１方向における前記トランジスタ部の幅は、前記第１方向における前記ダイオード部の幅の２倍以上３倍以下である
請求項１から１２の何れか１項に記載の半導体装置。
請求項１から１２の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項14】
前記外部配線が前記表面電極と接触する接合部の前記第１方向における中心が、前記トランジスタ部と前記ダイオード部の境界の上方に配置される
請求項１から１３の何れか１項に記載の半導体装置。
請求項１から１３の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項15】
前記外部配線が前記表面電極と接触する接合部は、前記第１方向に直交して延伸している
請求項１から４の何れか１項に記載の半導体装置。
請求項１から４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項16】
前記外部配線が前記表面電極と接触する接合部は、前記第１方向に平行に延伸している
請求項１から４の何れか１項に記載の半導体装置。
請求項１から４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項17】
前記表面電極は、アルミニウムを含む導電材料である
請求項１から１６の何れか１項に記載の半導体装置。
請求項１から１６の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項18】
前記外部配線は、一つの外部配線あたり複数の接合部において前記表面電極と接触しつつ延伸する
請求項１から１７の何れか１項に記載の半導体装置。
請求項１から１７の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項19】
前記複数の接合部のそれぞれと、前記トランジスタ部と前記ダイオード部との境界とが、前記半導体基板のおもて面側から見たときに重なる
請求項１８に記載の半導体装置。
請求項１８に記載の半導体装置。
【請求項20】
前記表面電極の上面に保護膜を備え、
前記保護膜は、前記表面電極を露出する第１開口部を備え、
前記第１開口部は平面視で凸部を有し、
前記凸部の突出した部分は前記第１方向に平行な方向に配置され、
前記凸部の前記第１方向に垂直な端部は前記トランジスタ部と前記ダイオード部の境界に沿って配置されている
請求項１４に記載の半導体装置。
前記保護膜は、前記表面電極を露出する第１開口部を備え、
前記第１開口部は平面視で凸部を有し、
前記凸部の突出した部分は前記第１方向に平行な方向に配置され、
前記凸部の前記第１方向に垂直な端部は前記トランジスタ部と前記ダイオード部の境界に沿って配置されている
請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項21】
前記表面電極の上面に保護膜を備え、
前記保護膜は、前記表面電極を露出する第１開口部を備え、
前記第１開口部は平面視で凹部を有し、
前記凹部の底部は前記第１方向に平行な方向に配置され、
前記凹部の前記第１方向に垂直な端部は前記トランジスタ部と前記ダイオード部の境界に沿って配置されている
請求項１４に記載の半導体装置。
前記保護膜は、前記表面電極を露出する第１開口部を備え、
前記第１開口部は平面視で凹部を有し、
前記凹部の底部は前記第１方向に平行な方向に配置され、
前記凹部の前記第１方向に垂直な端部は前記トランジスタ部と前記ダイオード部の境界に沿って配置されている
請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項22】
第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、前記半導体基板の内部において、前記半導体基板のおもて面に平行な第１方向に沿って交互に配置されており、前記半導体基板の裏面側に第２導電型のコレクタ領域を有するトランジスタ部と、前記半導体基板の裏面側に、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のカソード領域を有するダイオード部と、前記トランジスタ部および前記ダイオード部の上方に設けられて、前記トランジスタ部および前記ダイオード部に電気的に接続される表面電極と、前記表面電極に接合されており、前記第１方向における前記表面電極との接触幅が、前記第１方向における前記トランジスタ部の幅および前記第１方向における前記ダイオード部の幅の少なくとも一方より大きい外部配線と、を備える半導体装置の製造方法において、
前記表面電極の上面に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を形成する工程後に前記保護膜に前記表面電極を露出する第１開口部を形成する工程と、を有し、
前記外部配線は、前記第１開口部を用いて位置決めを行って前記表面電極に接続し、
前記第１方向における前記トランジスタ部の幅は、前記第１方向における前記ダイオード部の幅より大きく、
前記外部配線が前記表面電極と接触する接合部は、前記トランジスタ部と前記ダイオード部の領域にまたがっている
半導体装置の製造方法。
前記表面電極の上面に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を形成する工程後に前記保護膜に前記表面電極を露出する第１開口部を形成する工程と、を有し、
前記外部配線は、前記第１開口部を用いて位置決めを行って前記表面電極に接続し、
前記第１方向における前記トランジスタ部の幅は、前記第１方向における前記ダイオード部の幅より大きく、
前記外部配線が前記表面電極と接触する接合部は、前記トランジスタ部と前記ダイオード部の領域にまたがっている
半導体装置の製造方法。
【請求項23】
前記第１開口部は平面視で凸部を有し、
前記凸部の突出部は前記第１方向に平行な方向に形成され、
前記凸部の前記第１方向に垂直な端部は前記トランジスタ部と前記ダイオード部の境界に沿って形成される
請求項２２に記載の半導体装置の製造方法。
前記凸部の突出部は前記第１方向に平行な方向に形成され、
前記凸部の前記第１方向に垂直な端部は前記トランジスタ部と前記ダイオード部の境界に沿って形成される
請求項２２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項24】
前記第１開口部は平面視で凹部を有し、
前記凹部の底部は前記第１方向に平行な方向に形成され、
前記凹部の前記第１方向に垂直な端部は前記トランジスタ部と前記ダイオード部の境界に沿って形成される
請求項２２に記載の半導体装置の製造方法。
前記凹部の底部は前記第１方向に平行な方向に形成され、
前記凹部の前記第１方向に垂直な端部は前記トランジスタ部と前記ダイオード部の境界に沿って形成される
請求項２２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。【0002】
従来、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を含むトランジスタ部と、ダイオードを含むダイオード部とを有する半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示される半導体装置は、基板の主面方向から見た場合にトランジスタ部とダイオード部とがストライプ状に交互に配置された平面形状を有する。また、半導体装置の外側の表面電極に外部配線が接合される場合がある。表面電極の周辺部に接合される複数の外部配線の個数が、表面電極の中央部に接合される外部配線の個数より少なくなるように構成する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００８−５３６４８号公報
［特許文献２］ 特開２００３−１８８３７８号公報
【解決しようとする課題】
【0003】
半導体装置においては、外部配線の接合部における熱疲労を軽減して長期的な信頼性を高めることが好ましい。【一般的開示】
【0004】
本発明の第１の態様においては、半導体装置は、半導体基板を備えてよい。半導体装置は、トランジスタ部およびダイオード部を備えてよい。トランジスタ部およびダイオード部は、半導体基板の内部において、第１方向に沿って交互に配置されてよい。第１方向は、半導体基板のおもて面に平行な方向であってよい。半導体装置は、表面電極を備えてよい。表面電極は、トランジスタ部およびダイオード部の上方に設けられてよい。表面電極は、トランジスタ部およびダイオード部に電気的に接続されてよい。半導体装置は、外部配線を備えてよい。外部配線は、表面電極に接合されてよい。外部配線は、第１方向における表面電極との接触幅が、第１方向におけるトランジスタ部の幅および第１方向におけるダイオード部の幅の少なくとも一方より大きくてよい。【0005】
接触幅は、第１方向におけるトランジスタ部の幅および第１方向におけるダイオード部の幅のそれぞれより大きくてよい。【0006】
第１方向におけるトランジスタ部の幅は、第１方向におけるダイオード部の幅より大きくてよい。【0007】
半導体基板の厚みは、第１方向におけるダイオード部の幅の半分より大きくてよい。【0008】
半導体基板の厚みは、第１方向におけるトランジスタ部の幅の半分より大きくてよい。【0009】
外部配線は、第１方向に沿って延伸していてよい。【0010】
外部配線が表面電極と接触する領域と、トランジスタ部とダイオード部との境界とが、半導体基板のおもて面側から見たときに重なるように外部配線が設けられてよい。【0011】
表面電極を、半導体基板のおもて面から見て、中央部と中央部を取り囲む外周部とに区別した場合に、外部配線は、外周部に接合されてよい。【0012】
外部配線は、少なくとも一つの第１外部配線と、少なくとも一つの第２外部配線とを含んでよい。第１外部配線と第２外部配線とは、半導体基板のおもて面から見て、表面電極の対角に接合されてよい。【0013】
半導体装置は、半導体基板の下方に、はんだ層を更に備えてよい。半導体基板の厚みとはんだ層の厚みとの合計が、第１方向におけるトランジスタ部の幅よりも大きくてよい。【0014】
半導体装置は、半導体基板の下方に、はんだ層を更に備えてよい。半導体基板の厚みとはんだ層の厚みとの合計が、第１方向におけるダイオード部の幅よりも大きくてよい。【0015】
第１方向におけるダイオード部の幅は、５４０μｍより小さくてよい。第１方向におけるダイオード部の幅は、３２０μｍより小さくてよい。
第１方向におけるトランジスタ部の幅は、第１方向におけるダイオード部の幅の２倍以上３倍以下であってよい。
【0016】
外部配線が表面電極と接触する接合部は、トランジスタ部とダイオード部の領域にまたがっていてよい。【0017】
外部配線が表面電極と接触する接合部の第１方向における中心が、トランジスタ部とダイオード部の境界の上方に配置されてよい。【0018】
外部配線が表面電極と接触する接合部は、第１方向に直交して延伸してよい。【0019】
外部配線が表面電極と接触する接合部は、第１方向に平行に延伸してよい。【0020】
記表面電極は、アルミニウムを含む導電材料であってよい。【0021】
外部配線は、一つの外部配線あたり複数の接合部において表面電極と接触しつつ延伸してよい。【0022】
複数の接合部のそれぞれと、トランジスタ部とダイオード部との境界とが、半導体基板のおもて面側から見たときに重なってよい。【0023】
半導体装置は、表面電極の上面に保護膜を備えてよい。保護膜は、表面電極を露出する第１開口部を備えてよい。第１開口部は平面視で凸部を有してよい。凸部の突出した部分は第１方向に平行な方向に配置されてよい。凸部の第１方向に垂直な端部はトランジスタ部とダイオード部の境界に沿って配置されてよい。第１開口部は平面視で凹部を有してよい。凹部の底部は第１方向に平行な方向に配置されてよい。凹部の第１方向に垂直な端部はトランジスタ部とダイオード部の境界に沿って配置されてよい。【0024】
本発明の第２の態様においては、半導体装置の製造方法を提供する。半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の内部において、半導体基板のおもて面に平行な第１方向に沿って交互に配置されるトランジスタ部およびダイオード部と、トランジスタ部およびダイオード部の上方に設けられて、トランジスタ部およびダイオード部に電気的に接続される表面電極と、表面電極に接合されており、第１方向における表面電極との接触幅が、第１方向におけるトランジスタ部の幅および第１方向におけるダイオード部の幅の少なくとも一方より大きい外部配線と、を備えてよい。製造方法は、表面電極の上面に保護膜を形成する工程を有してよい。製造方法は、保護膜を形成する工程後に保護膜に表面電極を露出する第１開口部を形成する工程を有してよい。外部配線は、第１開口部を用いて位置決めを行って表面電極に接続してよい。【0025】
第１開口部は平面視で凸部を有してよい。凸部の突出部は第１方向に平行な方向に形成されてよい。凸部の第１方向に垂直な端部はトランジスタ部とダイオード部の境界に沿って形成されていてよい。【0026】
第１開口部は平面視で凹部を有してよい。凹部の底部は第１方向に平行な方向に形成されてよい。凹部の第１方向に垂直な端部はトランジスタ部とダイオード部の境界に沿って形成されていてよい。【0027】
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】
【0028】
【図1】本発明の実施形態における半導体装置１００のおもて面を示す図である。
【図4】比較例における半導体装置１０１のおもて面を示す図である。
【図5】比較例におけるダイオード部８０の動作時における熱拡散の一例を示す図である。
【図6】比較例におけるトランジスタ部７０の動作時における熱拡散の一例を示す図である。
【図7】本発明の実施形態における半導体装置１００における熱拡散の一例を示す。
【図8】ダイオード部８０の幅が５４０μｍである半導体装置１００においてトランジスタ部７０に通電した場合の温度分布の一例である。
【図9】ダイオード部８０の幅が３１０μｍである半導体装置１００においてトランジスタ部７０に通電した場合の温度分布の一例である。
【図10】ダイオード部８０の幅が２００μｍである半導体装置１００においてトランジスタ部７０に通電した場合の温度分布の一例である。
【図11】ダイオード部８０の幅が５４０μｍである半導体装置１００においてダイオード部８０に通電した場合の温度分布の一例である。
【図12】ダイオード部８０の幅が３１０μｍである半導体装置１００においてダイオード部８０に通電した場合の温度分布の一例である。
【図13】ダイオード部８０の幅が５４０μｍである半導体装置１００においてダイオード部８０に通電した場合の熱拡散の一例を示す図である。
【図14】ダイオード部８０の幅が３１０μｍである半導体装置１００においてダイオード部８０に通電した場合の熱拡散の一例を示す図である。
【図15】ダイオード部８０の幅が２００μｍである半導体装置１００においてダイオード部８０に通電した場合の熱拡散の一例を示す図である。
【図16】半導体装置１００においてダイオード部８０に通電した場合の温度分布の一例である。
【図17】ダイオード部８０の幅と破壊耐量との関係を示す一例である。
【図18】半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。
【図20】半導体装置１００の他の例について断面の一例を示す図である。
【図21】半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。
【図22】半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。
【図23】半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。
【図24】半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。
【図28】ワイヤボンディング位置とワイヤ接点温度との関係を示す図である。
【図29】半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。
【図30】半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。
【図31】半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。
【図32】半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。
【図33】半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。
【図34】半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。
【図37】半導体装置１００を備える半導体モジュール２００の断面の一例を示す図である。
【図38A】半導体装置１００のワイヤボンディングの位置決めの一例について示す図である。
【図39A】半導体装置１００のワイヤボンディングの位置決めの他の例について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
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。【0030】
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。直交座標軸は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えば、Ｚ軸は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。なお、＋Ｚ軸方向と−Ｚ軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Ｚ軸方向と記載した場合、＋Ｚ軸および−Ｚ軸に平行な方向を意味する。【0031】
図１は、本発明の実施形態における半導体装置１００のおもて面を示す図である。本例の半導体装置１００は、半導体基板１０の内部において、トランジスタ部７０とダイオード部８０とを有する半導体チップである。トランジスタ部７０とダイオード部８０の外周には耐圧構造部４００が備えられている。本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０の幅およびダイオード部８０の幅の少なくとも一方を予め定められた値以下に制限することによって、半導体装置１００のＸＹ平面内での位置に応じた温度変動幅を小さくする。【0032】
本例の半導体基板１０は、シリコン（以下、Ｓｉ）基板である。他の例において、半導体基板１０は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の化合物半導体基板であってもよい。トランジスタ部７０は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタを含む領域である。ダイオード部８０は、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌ Ｄｉｏｄｅ）等のダイオードを含む領域である。【0033】
本例では、トランジスタ部７０とダイオード部８０とは、Ｘ軸方向に沿って交互に配置される。半導体基板１０のおもて面方向から見た場合に、半導体基板１０は、トランジスタ部７０とダイオード部８０とがストライプ状に交互に配置された平面形状を有してよい。トランジスタ部７０とダイオード部８０とは、それぞれＹ軸方向に延伸してよい。Ｘ軸方向は、半導体基板１０のおもて面に平行な第１方向である。Ｙ軸方向は、半導体基板１０のおもて面に平行であって第１方向に直交する第２方向である。本例において、半導体基板１０のおもて面は、ＸＹ平面と平行である。【0034】
半導体基板１０の上方には、表面電極を有する。図１においては、トランジスタ部７０とダイオード部８０の配置を示すために、表面電極については省略している。表面電極は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０とコンタクトホール等を通じて電気的に接続される。半導体基板１０の上方には、ゲート電極９０が設けられてよい。表面電極とゲート電極９０とは互いに分離して設けられる。ゲート電極９０は、コンタクトホールを通ってゲート配線に接触する。【0035】
表面電極およびゲート電極９０は、金属を含む材料で形成される。例えば、各電極の少なくとも一部の領域はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成される。各電極は、アルミニウム等で形成された領域の下層に、チタンやチタン化合物等で形成されたバリアメタルを有してよい。さらにコンタクトホール内において、バリアメタルとアルミニウム等に接するようにタングステン等を埋め込んで形成されたプラグを有してもよい。なお、各電極の少なくとも一部の領域は銅、または銅合金で形成されてもよく、外部配線２の材質によって、適正なものを選択する。【0036】
半導体装置１００は、外部配線２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、および２ｆ（以下、外部配線２と総称する場合がある）を有する。外部配線２は、トランジスタ部７０のエミッタに電気的に接続されるワイヤであってよい。外部配線２は、表面電極に接合される。外部配線２は、アルミニウムワイヤ、アルミニウム合金ワイヤ、アルミニウム−シリコンワイヤ、銅ワイヤ、銅合金ワイヤ、金ワイヤ、またはクラッドワイヤであってよい。クラッドワイヤは、芯材と、芯材を取り囲む外周部とを有する。芯材は、鉄または鉄合金で形成さてよく、外周部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されてよい。外部配線２のワイヤ径は、好ましくは３００μｍ以上６００μｍ以下であり、より好ましくは４００μｍ以上５００μｍ以下である。
【0037】
本例では、複数の外部配線２は、外部配線２ａ、２ｂ、および２ｃの群と、外部配線２ｄ、２ｅ、および２ｆの群に分かれて配置されている。しかしながら、外部配線２の本数および配置は、図１に示される場合に限られない。外部配線２において、Ｘ軸方向における表面電極との接触幅Ｄ１が、Ｘ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３およびＸ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２の少なくとも一方より大きい。複数の外部配線２のそれぞれにおいて、Ｘ軸方向における表面電極との接触幅Ｄ１が、Ｘ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３およびＸ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２の少なくとも一方より大きくてよい。【0038】
図２は、図１におけるＡ−Ａ´断面の一例を示す図である。図２は、Ａ−Ａ´断面の概略構成について示しており、詳しい構成については省略している。本例では、半導体基板１０の表面電極５２側の主面をおもて面と称し、おもて面と反対側の他の主面を裏面と称する。裏面からおもて面に向かう方向を便宜的に「上」と称し、これと反対の方向を便宜的に「下」と称する。【0039】
半導体装置１００は、半導体基板１０のおもて面側の内部に形成されたゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０を備える。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、トレンチ部の一例である。半導体装置１００は、コレクタ電極２４を備える。コレクタ電極２４は、半導体基板１０の裏面に形成される。本明細書において、表面電極５２とコレクタ電極２４とを結ぶ方向を深さ方向と称する。【0040】
Ｘ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３は、Ｘ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２より大きい。トランジスタ部７０の幅Ｄ３は、ダイオード部の幅Ｄ２の２倍以上３倍以下であってよい。ダイオード部８０の幅Ｄ２は、１００μｍ以上であってよく、さらに好ましくは、ダイオード部８０の幅Ｄ２は、１５０μｍ以上であってよい。一方、トランジスタ部７０の幅Ｄ３は、２００μｍ以上であってよい。さらに好ましくは、トランジスタ部７０の幅Ｄ３は、３００μｍ以上であってよい。【0041】
ダイオード部８０の幅Ｄ２およびトランジスタ部７０の幅Ｄ３の少なくとも一方が、小さくなるにつれて、ダイオード部８０に順方向電圧Ｖｆを印加したときのＩ−Ｖ特性がトランジスタ部７０のゲート電圧による影響を受けやすくなる。具体的には、ダイオード部８０の幅Ｄ２等が小さくなるにつれて、順方向電流が流れているときのダイオード部８０の抵抗値が大きくなる。これは、ダイオード部８０の幅Ｄ２およびトランジスタ部７０の幅Ｄ３の少なくとも一方が小さくなるにつれて、ダイオード部８０とトランジスタ部７０の境界の数が増えることに起因すると考えられる。【0042】
したがって、ダイオード部８０の幅Ｄ２は、順方向電圧Ｖｆの印加時における特性への影響を軽減する見地からは、好ましくは、１００μｍ以上であり、より好ましくは１５０μｍ以上であってよい。同様に、ダイオード部８０とトランジスタ部７０の境界の数が増えすぎることを防止する見地から、トランジスタ部７０の幅Ｄ３は、好ましくは、２００μｍ以上であり、より好ましくは、３００μｍ以上であってよい。【0043】
一方、トランジスタ部７０の動作時と、ダイオード部８０の動作時とでの半導体基板１０における温度分布を均一化する見地からは、ダイオード部８０の幅Ｄ２は３２０μｍ以下であることが望ましい。同様に、温度分布を均一化する見地からは、トランジスタ部７０の幅Ｄ３は、好ましくは、１０００μｍ以下であり、より好ましくは５００μｍ以下である。【0044】
外部配線２は、接合部４およびフィード部６を備えてよい。接合部４は、ワイヤボンディングのときに表面電極５２に接合する部分である。接合部４において、外部配線２の延伸方向に沿った長さが、接合長である。接合部４は、外部配線２の延伸方向に延伸している。したがって、本例では、接合部４は、第１方向に平行に延伸している。接合部４において外部配線２の延伸方向に垂直な方向の幅が、潰れ幅である。本例では、外部配線２は、Ｘ軸方向に沿って延伸している。外部配線２がＸ軸方向に沿って延伸している場合には、接合長が接触幅Ｄ１となる。したがって、潰れ幅に依存することなく接合長を長くすることによって接触幅Ｄ１を広くすることができる。【0045】
外部配線２のＸ軸方向における表面電極５２との接触幅Ｄ１は、Ｘ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３およびＸ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２のそれぞれより大きくてよい。換言すれば、Ｘ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３およびＸ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２が、外部配線２の接触幅Ｄ１に比べて小さくなるように、トランジスタ部７０のＸ軸方向のピッチ間隔、およびダイオード部８０のＸ軸方向のピッチ間隔が定められてよい。【0046】
さらに、Ｘ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３およびＸ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２が、外部配線２のワイヤ径Ｄ４より小さくてよい。トランジスタ部７０の幅Ｄ３およびダイオード部８０の幅Ｄ２が外部配線２のワイヤ径Ｄ４より小さければ、ワイヤボンディングのプロセス条件によらず、Ｘ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３およびＸ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２を、外部配線２の接触幅Ｄ１に比べて小さくすることができる。【0047】
外部配線２が表面電極５２と接触する接触領域（すなわち接合部４の領域）と、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界とが、半導体基板１０のおもて面側から見たときに重なるように外部配線２が設けられてよい。換言すれば、外部配線２が表面電極５２と接触する接合部４は、トランジスタ部７０の領域とダイオード部８０の領域にまたがっている。トランジスタ部７０の領域は、半導体基板１０のおもて面側から見たときに、トランジスタ部７０が占める領域である。ダイオード部８０の領域は、半導体基板１０のおもて面側から見たときに、ダイオード部８０が占める領域である。図２に示される例では、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界として、複数の境界が、接触領域と重なっている。但し、１つの境界が接合部４の領域と重なっていてもよい。
【0048】
半導体基板１０の厚みＤ５は、Ｘ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２の半分より大きくてよい。換言すれば、Ｘ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２は、半導体基板１０の厚みＤ５の２倍より小さくてよい。また、半導体基板１０の厚みＤ５は、Ｘ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３の半分より大きくてよい。換言すれば、Ｘ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３は、半導体基板１０の厚みＤ５の２倍より小さくてよい。半導体基板１０の厚みＤ５は、１００μｍ以上であってよく、より好ましくは、１００μｍ以上２００μｍ以下であってよい。【0049】
半導体基板１０の厚みＤ５が薄くなるほど、発熱している領域から隣接する領域へ熱伝導しにくくなり、温度分布が不均一になりやすい。したがって、半導体基板１０の厚みＤ５が薄くなるほど、Ｘ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２およびＸ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３を小さくして、温度分布の均一化を図ることが好ましい。【0050】
図３は、図１におけるＡ−Ａ´断面の一例の拡大図である。図３は、図２における点線で囲まれた部分を示している。本例の半導体装置１００は、半導体基板１０、層間絶縁膜３８、表面電極５２、およびコレクタ電極２４を有する。本例の表面電極５２は、エミッタ電極である。但し、表面電極５２は、外部配線２と接合されており、かつ、トランジスタ部７０およびダイオード部８０と電気的に接続されている電極であればよく、エミッタ電極に限られない。一例において、表面電極５２は、エミッタ電極の上方に第２層間絶縁膜を介して積層された金属層であってよい。この場合、表面電極５２は、第２層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介してエミッタ電極に電気的に接続されてよい。【0051】
表面電極５２およびコレクタ電極２４は、金属等の導電材料で形成される。一例において、表面電極５２は、アルミニウム（Ａｌ）に固溶限以上のシリコン（Ｓｉ）原子を添加したＡｌ−Ｓｉ電極であってもよい。表面電極５２は、ＡｌにＳｉと銅（Ｃｕ）を添加したＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ電極であってもよい。また、一例において、コレクタ電極２４は、アルミニウム（Ａｌ）に固溶限以上のシリコン（Ｓｉ）原子を添加したＡｌ−Ｓｉにチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）を積層した電極であってもよい。コレクタ電極２４は、ＡｌにＳｉと銅（Ｃｕ）を添加したＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ電極であってもよい。また、コレクタ電極は、Ａｌ電極であってもよい。
【0052】
図３に示される断面において、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０等の各トレンチ部に挟まれたメサ部６１にはベース領域１４が形成されている。メサ部６１とは、トレンチ部に挟まれた半導体基板１０の領域において、トレンチ部の最も深い底部よりもおもて面側の領域である。ベース領域１４は、ウェル領域よりもドーピング濃度の低い第２導電型である。トランジスタ部７０においては、ベース領域１４の上面の一部に半導体基板よりもドーピング濃度が高い第１導電型のエミッタ領域１２が選択的に形成される。本例のエミッタ領域１２はＮ＋型である。また、ベース領域１４の下面には、半導体基板よりもドーピング濃度が高く、エミッタ領域１２よりもドーピング濃度が低い第１導電型の蓄積層１５が選択的に形成される。本例の蓄積層１５はＮ型である。【0053】
したがって、トランジスタ部７０のおもて面側には、Ｎ＋型のエミッタ領域１２およびＰ−型のベース領域１４、およびＮ型の蓄積層１５が、半導体基板１０のおもて面側から順番に形成される。Ａ−Ａ´断面において、ダイオード部８０のおもて面側には、Ｐ−型のベース領域１４が形成されている。【0054】
トランジスタ部７０において、Ｐ−型のベース領域１４の下面とＮ−型のドリフト領域１８との間にはＮ型の蓄積層１５が形成される。ダイオード部８０において、ベース領域１４の下面とドリフト領域１８との間には、Ｎ型の蓄積層１５が形成される。トランジスタ部７０およびダイオード部８０の双方において、ドリフト領域１８の下面にはＮ＋型のバッファ領域２０が形成される。【0055】
バッファ領域２０は、ドリフト領域１８の下面側に形成される。バッファ領域２０のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度より高い。バッファ領域２０は、ベース領域１４の下面側から広がる空乏層が、Ｐ＋型のコレクタ領域２２およびＮ＋型のカソード領域８２に到達することを防ぐフィールドストップ層として機能してよい。【0056】
トランジスタ部７０において、バッファ領域２０の下面には、Ｐ＋型のコレクタ領域２２が形成される。ダイオード部８０において、バッファ領域２０の下面には、Ｎ＋型のカソード領域８２が形成される。なお、活性領域において、カソード領域８２に一致する下面の領域をダイオード部８０とする。または、半導体基板１０のおもて面に対して、半導体基板１０の裏面と垂直な方向にカソード領域８２を投影したときの投影領域をダイオード部８０としてもよい。また、活性領域において、半導体基板のおもて面に対して、半導体基板１０の裏面と垂直な方向にコレクタ領域２２を投影したときの投影領域であって、且つ、エミッタ領域１２を含む所定の単位構成が規則的に配置された領域をトランジスタ部７０とする。【0057】
半導体基板１０のおもて面側には、１以上のゲートトレンチ部４０、および、１以上のダミートレンチ部３０が形成される。各トレンチ部は、半導体基板１０のおもて面から、ベース領域１４を貫通して、ドリフト領域１８に到達する。エミッタ領域１２が設けられている領域においては、各トレンチ部はエミッタ領域１２も貫通して、ドリフト領域１８に到達する。トレンチ部がドーピング領域を貫通するとは、ドーピング領域を形成してからトレンチ部を形成する順序で製造したものに限定されない。トレンチ部を形成した後に、トレンチ部の間にドーピング領域を形成したものも、トレンチ部がドーピング領域を貫通しているものに含まれる。【0058】
ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のおもて面側に形成されたゲートトレンチ、ゲート絶縁膜４２およびゲート導電部４４を有する。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチの内壁を覆って形成される。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチの内壁の半導体を酸化または窒化して形成してよい。ゲート導電部４４は、ゲートトレンチの内部においてゲート絶縁膜４２よりも内側に形成される。つまりゲート絶縁膜４２は、ゲート導電部４４と半導体基板１０とを絶縁する。ゲート導電部４４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。【0059】
ゲート導電部４４は、深さ方向において、ゲート絶縁膜４２を挟んで、少なくとも隣接するベース領域１４と対向する領域を含む。Ａ−Ａ´断面におけるゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のおもて面において層間絶縁膜３８により覆われる。ゲート導電部４４に所定の電圧が印加されると、ベース領域１４のうちゲートトレンチに接する界面の表層に電子の反転層によるチャネルが形成される。【0060】
ダミートレンチ部３０は、Ａ−Ａ´断面において、ゲートトレンチ部４０と同一の構造を有してよい。ダミートレンチ部３０は、半導体基板１０のおもて面側に形成されたダミートレンチ、ダミー絶縁膜３２およびダミー導電部３４を有する。ダミー絶縁膜３２は、ダミートレンチの内壁を覆って形成される。ダミー導電部３４は、ダミートレンチの内部に形成され、且つ、ダミー絶縁膜３２よりも内側に形成される。ダミー絶縁膜３２は、ダミー導電部３４と半導体基板１０とを絶縁する。ダミー導電部３４は、ゲート導電部４４と同一の材料で形成されてよい。例えばダミー導電部３４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。ダミー導電部３４は、深さ方向においてゲート導電部４４と同一の長さを有してよい。当該断面におけるダミートレンチ部３０は、半導体基板１０の上面において層間絶縁膜３８により覆われる。なお、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０の底部は、下側に凸の曲面状（断面においては曲線状）であってよい。【0061】
以上のように構成される半導体装置１００について、比較例と比較して説明する。図４は、比較例における半導体装置１０１のおもて面を示す図である。比較例における半導体装置１０１では、トランジスタ部７０の幅Ｄ３およびダイオード部８０の幅Ｄ２が本発明の実施形態における半導体装置１００と比べて大きい。比較例における半導体装置１０１では、Ｘ軸方向における表面電極との接触幅Ｄ１が、Ｘ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３およびＸ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２のそれぞれより大きい。【0062】
図４に示される例では、外部配線２が表面電極５２と接触する接触領域と、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界とが、半導体基板１０のおもて面側から見たときに重ならない状態が示されている。外部配線２の接合部４の位置は、プロセス工程によって変動し得る。したがって、外部配線２の接合部４の位置の変動によっては、外部配線２が表面電極５２と接触する接触領域と、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界とが、半導体基板１０のおもて面側から見たときに重ならないように外部配線２が配置され得る。
【0063】
図５は、比較例におけるダイオード部８０の動作時における熱拡散の一例を示す図である。図６は、比較例におけるトランジスタ部７０の動作時における熱拡散の一例を示す図である。半導体装置１０１において、トランジスタ部７０が動作して発熱している場合には、ダイオード部８０は休止していて発熱していなくてよい。逆に、ダイオード部８０が動作して発熱している場合には、トランジスタ部７０は休止していて発熱していなくてよい。【0064】
図５および図６において、熱が拡散して温度が所定値以上に高くなった熱拡散領域１１０をハッチングで示している。一方、熱が十分に拡散しておらず温度が所定値未満である未拡散領域１２０については、ハッチングしていない。比較例の半導体装置１０１におけるトランジスタ部７０のＸ軸方向における幅Ｄ３およびダイオード部８０のＸ軸方向における幅Ｄ２が、本発明の実施形態における半導体装置１００における幅Ｄ３およびＤ２に比べて大きい。したがって、図５に示されるとおり、比較例の半導体装置１０１においては、熱拡散領域１１０と未拡散領域１２０とが生じており、平面における温度分布が不均一となり得る。【0065】
また、図５および図６に示されるとおり、ダイオード部８０の動作時とトランジスタ部７０の動作時とで外部配線２の接合部４に生じる温度差が本発明の実施形態における半導体装置１００に比べて大きい。接合部４のところで、温度が上昇と下降とを繰り返すことで、熱疲労が生じやすくなる。【0066】
図７は、本発明の実施形態における半導体装置１００における熱拡散の一例を示す。図７は、半導体装置１００においてダイオード部８０の動作時における熱拡散の一例を示す。半導体装置１００におけるトランジスタ部７０のＸ軸方向における幅およびダイオード部８０のＸ軸方向における幅は、比較例の半導体装置１０１における各幅に比べて小さい。【0067】
したがって、ダイオード部８０の動作時においても、隣接するトランジスタ部７０の幅Ｄ３が比較例の場合に比べて小さいので、隣接するトランジスタ部７０の全域に熱が十分に拡散する。それゆえ、半導体装置１００の平面温度分布の均一性が比較例の場合に比べて高まる。トランジスタ部７０の動作時においても、隣接するダイオード部８０の幅Ｄ２が比較例の場合に比べて小さいので、隣接するダイオード部８０の全域に熱が十分に拡散する。したがって、ダイオード部８０の動作時とトランジスタ部７０の動作時とで外部配線２の接合部４に生じる温度差が比較例の場合と比べて小さくなる。これにより、接合部４における熱疲労が軽減され、半導体装置１００の長期的な信頼性を高めることができる。【0068】
特に、半導体装置１００が駆動される場合、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界と、外部配線２の接触領域とが重なる場合には、外部配線２の接触領域と重なる領域において、トランジスタ部７０とダイオード部８０のどちらかが発熱している。接合部４が、トランジスタ部７０の領域とダイオード部８０の領域にまたがっているように配置されることによって、トランジスタ部７０の動作時とダイオード部８０の動作時との間で外部配線２の接合部４に与えられる温度の差異を軽減することができる。したがって、接合部４において温度の変動が小さくなり、熱疲労が軽減され、半導体装置１００の長期的な信頼性を高めることができる。【0069】
外部配線２のＸ軸方向における表面電極５２との接触幅Ｄ１が、Ｘ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３およびＸ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２のそれぞれより大きい場合には、外部配線２の接合部４の位置が変動しても、外部配線２が表面電極５２と接触する接触領域と、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界とが、半導体基板１０のおもて面側から見たときに重なる。したがって、外部配線２の接合部４の位置がプロセス工程によって変動した場合であっても、上述したように、半導体装置１００の長期的な信頼性を高めることができる。
【0070】
図８は、ダイオード部８０の幅Ｄ２が５４０μｍである半導体装置１００においてトランジスタ部７０に通電した場合の温度分布の一例である。トランジスタ部７０の幅Ｄ３は、１０５０μｍであり、ダイオード部８０の幅Ｄ２の約２倍である。図９は、ダイオード部８０の幅Ｄ２が３１０μｍである半導体装置１００においてトランジスタ部７０に通電した場合の温度分布の一例である。トランジスタ部７０の幅Ｄ３は、７１０μｍであり、ダイオード部８０の幅Ｄ２の約２．３倍である。図１０は、ダイオード部８０の幅Ｄ２が２００μｍである半導体装置１００においてトランジスタ部７０に通電した場合の温度分布の一例である。トランジスタ部７０の幅Ｄ３は、４７０μｍであり、ダイオード部８０の幅Ｄ２の約２．４倍である。【0071】
図８、図９、および図１０において、それぞれ縦軸は、半導体装置１００のチップ温度（℃）を示す。横軸は、半導体装置１００の対角線上の位置を示す。図８、図９、および図１０において、半導体装置１００の駆動条件、すなわち電流、電圧、および周波数の条件は同じである。【0072】
図８、図９、および図１０に示されるとおり、半導体装置１００を駆動させたときには、半導体装置１００の面内での位置に応じて温度は変動している。温度は、位置に応じて上昇と下降とを繰り返しており、波形状に分布している。温度の変動幅は、図８の場合（Ｄ２が５４０μｍの場合）がΔ４．０℃であり、図９の場合（Ｄ２が３１０μｍの場合）がΔ３．６℃であり、図１０の場合（Ｄ２が２００μｍの場合）がΔ１．０℃である。温度の変動幅は、波形状をなす温度分布の振幅、すなわち、温度分布のリップル幅を意味する。振幅は、波形状をなす温度分布の極大値と極小値との差分Ｘの半値であってよい。【0073】
図１１は、ダイオード部８０の幅が５４０μｍである半導体装置１００においてダイオード部８０に通電した場合の温度分布の一例である。トランジスタ部７０の幅Ｄ３は、１０５０μｍである。図１１において用いられる半導体装置１００は、図８において用いられた半導体装置１００と同様である。図１２は、ダイオード部８０の幅が３１０μｍである半導体装置１００においてダイオード部８０に通電した場合の温度分布の一例である。トランジスタ部７０の幅Ｄ３は、７１０μｍである。図１２において用いられる半導体装置１００は、図９において用いられた半導体装置１００と同様である。【0074】
図１１および図１２において、それぞれ縦軸は、半導体装置１００のチップ温度（℃）を示す。横軸は、半導体装置１００の対角線上の位置を示す。図１１および図１２において、半導体装置１００の駆動条件、すなわち電流、電圧、および周波数の条件は同じである。【0075】
図１１の場合（Ｄ２が５４０μｍ）において、半導体装置１００内の温度の変動幅がΔ６．０℃であり、図１２の場合（Ｄ２が３１０μｍ）において、半導体装置１００内の温度の変動幅がΔ１．０℃である。したがって、ダイオード部８０の幅が３１０μｍでありトランジスタ部７０の幅Ｄ３が７１０μｍとすることによって、ダイオード部８０の幅が５４０μｍでありトランジスタ部７０の幅が１０５０μｍである場合に比べて、半導体装置１００内の温度の変動幅（リップル幅）を大幅に低減することができる。ダイオード部８０の幅Ｄ２を、３２０μｍより小さくすることにより、ＦＷＤ通電時における半導体装置１００の温度の変動幅を大幅に低減する効果が得られる。
【0076】
図１３は、ダイオード部８０の幅が５４０μｍである半導体装置１００においてダイオード部８０に通電した場合の熱拡散の一例を示す図である。図１４は、ダイオード部８０の幅が３１０μｍである半導体装置１００においてダイオード部８０に通電した場合の熱拡散の一例を示す図である。図１５は、ダイオード部８０の幅が２００μｍである半導体装置１００においてダイオード部８０に通電した場合の熱拡散の一例を示す図である。図１３、図１４、および図１５は、それぞれ図８、図９、図１０において用いた半導体装置１００と同様である。図１３、図１４、および図１５において、ハッチング密度が高い（濃い）ほど、温度が高いことを示す。具体的には、一番温度が高い領域が領域３０１であり、領域３０２、領域３０３の順に温度が低くなる。【0077】
図１３、図１４、および図１５におけるパワーサイクル試験の条件は、Ｔｊ＝２５℃で開始、ΔＴｊ１００℃、Ｚ相発熱、ダイオード部（ＦＷＤ）通電 １秒オンとした。条件は、図１３、図１４、および図１５において同じである。図１３において示した位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて、ワイヤの接点温度を測定した。図１４および図１５においても、図１３において示された位置と同じ位置において、接点温度を測定した。また、パワーサイクル耐量が評価された。パワーサイクル耐量とは、動作条件における温度の上昇および下降によって半導体装置１００の内部構造が受ける熱ストレスによる半導体装置１００の寿命を意味する。評価結果を表１に示す。【0078】
【表1】
【0079】
図１３に示されるとおり、ダイオード部８０の幅が５４０μｍの場合には、半導体装置１００内において、トランジスタ部７０の領域の形状およびダイオード部８０の領域の形状に応じて温度の不均一性が観測される。図１４に示されるとおり、ダイオード部８０の幅が３１０μｍの場合には、半導体装置１００内における温度の不均一性が軽減される。さらに、図１５に示されるとおり、ダイオード部８０の幅が２００μｍの場合には、半導体装置１００内における温度の不均一性がさらに軽減される。【0080】
図１６は、半導体装置１００においてダイオード部８０に通電した場合の温度分布の一例である。図１６において、縦軸は、半導体装置１００のチップ温度（℃）を示す。横軸は、半導体装置１００の第１方向に沿った位置を示す。図１６において、半導体装置１００の駆動条件は、図１３、図１４、および図１５のパワーサイクル条件の場合と同様である。図１６からも、図１４および図１５の場合の方が、図１３の場合に比べて、半導体装置１００内の温度の変動幅（リップル幅）ΔＴが軽減されることがわかる。【0081】
また、表１に示されるとおり、ダイオード部８０の幅Ｄ２およびトランジスタ部７０の幅Ｄ３が小さくなるにつれて、ワイヤの接点温度の最高値が１２９．０℃、１２７．９℃、１２５．８℃というように減少する。これは、ダイオード部８０の幅Ｄ２およびトランジスタ部７０の幅Ｄ３が狭くなるほど、熱が十分にトランジスタ部７０に拡散しやすくなることに起因すると考えられる。また、ダイオード部８０の幅Ｄ２およびトランジスタ部７０の幅を小さくすることによって、パワーサイクル耐量が向上する。これは、ダイオード部８０の幅Ｄ２を５４０μｍから２００μｍに小さくすることによって、ワイヤの接点温度（接点温度の変化）を３．２℃低くすることができたことに起因すると考えられる。【0082】
以上のように、半導体装置１００を同じ駆動条件で駆動した場合であっても、ダイオード部８０の幅Ｄ２およびトランジスタ部７０の幅Ｄ３を小さくすることによって、半導体装置１００の面内での位置に応じた温度の変動幅が小さくなる。したがって、外部配線２の接合部４の位置がプロセス工程によって半導体装置１００の面内方向で変動した場合であっても、外部配線２の接合部４における温度の変動幅が小さくなる。これにより、外部配線２の接合部４における熱疲労が軽減され、半導体装置１００の長期的な信頼性を高めることができる。【0083】
図１７は、ダイオード部の幅と破壊耐量との関係を示す一例である。横軸は、サンプル番号を示しており、縦軸は、破壊耐量の指標を示している。具体的には、白丸が、電流二乗時間積（Ｉ２ｔ）を示しており、黒丸が、せん頭サージ電流（ＩＦＳＭ）を示している。電流二乗時間積（Ｉ２ｔ）およびせん頭サージ電流（ＩＦＳＭ）は、値が大きいほど、半導体装置１００の破壊耐量が高いことを示している。したがって、電流二乗時間積（Ｉ２ｔ）およびせん頭サージ電流（ＩＦＳＭ）が高いほど、半導体装置１００の長期的信頼性が高い。サンプル番号（１）からサンプル番号（５）は、トランジスタ部７０の幅Ｄ３およびダイオード部８０の幅Ｄ２を除いて、ドーズ量など他の条件は同様である。【0084】
【表2】
【0085】
図１７に示されるとおり、半導体装置１００におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３およびダイオード部８０の幅Ｄ２と、電流二乗時間積耐量およびせん頭サージ電流耐量とに相関関係がある。サンプル番号（１）から（３）のように幅Ｄ３が１０６０μｍで幅Ｄ２が５４０μｍの場合より、サンプル番号（４）のように幅Ｄ３が７１０μｍで幅Ｄ２が３２０μｍの場合の方が、電流二乗時間積（白丸）およびせん頭サージ電流（黒丸）が高まる。
【0086】
さらに、サンプル（４）のように幅Ｄ３が７１０μｍで幅Ｄ２が３２０μｍの場合より、サンプル（５）のように幅Ｄ３が４８０μｍで幅Ｄ２が２００μｍの場合の方が、電流二乗時間積（白丸）およびせん頭サージ電流（黒丸）が高まる。したがって、トランジスタ部７０の幅Ｄ３およびダイオード部８０の幅Ｄ２が小さくなるにつれて、半導体装置１００の破壊耐量を高めることができる。【0087】
トランジスタ部７０の幅Ｄ３およびダイオード部８０の幅Ｄ２が小さいほど、発生した熱を半導体装置１００のチップ面内で、より均等に分散するために、電流二乗時間積の耐量およびせん頭サージ電流の耐量が高まったと考えられる。【0088】
トランジスタ部７０の幅Ｄ３およびダイオード部８０の幅Ｄ２は、表２の場合に限られない。上述したとおり、好ましくは、ダイオード部８０の幅Ｄ２は、５４０μｍ以下であってよく、さらに好ましくは、ダイオード部８０の幅Ｄ２は、３２０μｍ以下であってよい。トランジスタ部７０の幅Ｄ３は、ダイオード部の幅Ｄ２の２倍以上３倍以下であってよい。【0089】
以上のように、図１から図３に示される半導体装置１００によれば、半導体装置１００のＸＹ平面において、温度分布を均一化する。ダイオード部８０の動作時およびトランジスタ部７０の動作時においても、それぞれ発生した熱を半導体装置１００のＸＹ平面内で、より均一に分散することができる。【0090】
外部配線２において、Ｘ軸方向における表面電極５２との接触幅Ｄ１が、Ｘ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３およびＸ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２の少なくとも一方より大きい。より好ましくは、接触幅Ｄ１が、幅Ｄ３および幅Ｄ２のそれぞれより大きい。したがって、外部配線２の接合部４の位置が、プロセス工程に起因して変動した場合であっても、外部配線２の接合部４と、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界とが、半導体基板１０のおもて面側から見たときに重なる。【0091】
その結果、外部配線２の接合部４において温度の上昇と下降とを繰り返す温度の変動幅を減少させることができる。したがって、外部配線２の接合部４における熱疲労が未然に防止される。熱疲労を防止することができるので、電流二乗時間積（Ｉ２ｔ）およびせん頭サージ電流（ＩＦＳＭ）が高くなる。また、半導体装置１００のパワーサイクル耐量を高めることができ、半導体装置１００の長期的信頼性を高めることができる。【0092】
図１８は、半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。図１９は、図１８におけるＡ−Ａ´断面の一例を示す図である。図１８および図１９に示される半導体装置１００は、外部配線２が延伸する方向を除いて、図１から図３において説明した半導体装置１００と同様の構造を備える。したがって、共通する部分について繰返しの説明を省略する。【0093】
本例では、外部配線２は、Ｙ軸方向に沿って延伸している。したがって、外部配線２は、トランジスタ部７０の延伸する方向、およびダイオード部８０の延伸する方向と平行な方向に延伸してよい。外部配線２の接合部４は、第１方向に直交して延伸している。本例においても、外部配線２において、Ｘ軸方向における表面電極との接触幅Ｄ１が、Ｘ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３およびＸ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２の少なくとも一方より大きい。本例では、Ｘ軸方向における表面電極との接触幅Ｄ１が、トランジスタ部７０の幅Ｄ３およびダイオード部８０の幅Ｄ２のそれぞれより大きい。【0094】
外部配線２の接合部４は、ワイヤボンディングの工程において、外部配線２が押しつぶされて幅が広がっている。接合部４の潰れ幅が、外部配線２において、Ｘ軸方向における表面電極との接触幅Ｄ１となる。外部配線２における潰れ幅は、外部配線のワイヤ径より大きい。外部配線２の潰れ幅は、外部配線２の材料に依存する。外部配線２の潰れ幅は、外部配線のワイヤ径の１．１倍以上であってよい。外部配線２の潰れ幅を大きくしようとすると、ワイヤボンディング工程のときに印加する超音波が強くなって半導体基板１０を損傷させる可能性がある。また、潰れ幅を大きくすると、外部配線２の肉厚が薄くなる場合がある。したがって、外部配線２の潰れ幅は、外部配線のワイヤ径の１．５倍以下であってよい。本例においても、図１から図３に示される半導体装置１００と同様の効果を奏する。【0095】
図２０は、半導体装置１００の他の例について断面の一例を示す図である。本例においては、外部配線２において、Ｘ軸方向における表面電極５２との接触幅Ｄ１が、Ｘ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２より大きいが、Ｘ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３より小さい。図２０に示される半導体装置１００の他の構造は、図１から図３に示される半導体装置１００、または図１８および図１９に示される半導体装置１００と同様である。したがって、共通の構造についての繰返しの説明は省略する。【0096】
本例のように、ダイオード部８０の幅Ｄ２またはトランジスタ部７０の幅Ｄ３のどちらか一方を小さくする場合においても、比較例の場合に比べて温度分布を均一化させることができる。したがって、半導体装置１００のパワーサイクル耐量を高めることができ、半導体装置１００の長期的信頼性を高めることができる。【0097】
図２１は、半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。図８から図１２に示された温度分布においても明らかなように、半導体装置１００の半導体基板１０の中央部は、外周部と比べてチップ温度が高い。これは外周部の方が熱を放散しやすいからである。したがって、半導体基板１０のおもて面から見て、半導体装置１００のＸＹ平面を、中央部１０４と、中央部１０４を取り囲む外周部１０６とに区別した場合に、外部配線２は、外周部１０６に接合されていることが望ましい。これにより、外部配線２が半導体基板１０の中央部１０４に接触する場合と比べて、外部配線２に加わる熱ストレスが弱くなるため、半導体装置１００のパワーサイクル耐量が高くなる。それゆえ、半導体装置１００の長期的信頼性を高めることができる。【0098】
中央部１０４と外周部１０６とは、適宜に設定されてよい。半導体装置１００のＸＹ平面において、端部に位置するトランジスタ部７０の一列およびダイオード部８０の一列を外周部１０６としてもよい。この場合、半導体装置１００の端縁にそってＤ２＋Ｄ３の幅の領域が外周部１０６であり、この外周部１０６によって囲まれている部分が中央部１０４となる。また、半導体装置１００の端縁にそって、半導体装置１００のＸＹ平面における１辺の１／４の幅の領域を外周部１０６としてもよい。この外周部１０６によって囲まれている部分が中央部１０４となる。【0099】
図２２は、半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。図２２は、図１に示される半導体装置１００の変形例である。本例の外部配線２は、少なくとも一つの第１外部配線（２ａ、２ｂ、２ｃ）と、少なくとも一つの第２外部配線（２ｄ、２ｅ、２ｆ）とを含んでいる。第１外部配線（２ａ、２ｂ、２ｃ）と第２外部配線（２ｄ、２ｅ、２ｆ）とは、半導体基板１０のおもて面方向から見て、表面電極５２の対角に接合されている。第１外部配線（２ａ、２ｂ、２ｃ）と、第２外部配線（２ｄ、２ｅ、２ｆ）とは、それぞれの延伸方向（図２２の場合は、Ｘ方向）の異なる位置で表面電極５２に接合されている。
【0100】
表面電極５２のＸ軸およびＹ軸の中心を原点（Ｘ＝０、Ｙ＝０）としたときに、表面電極５２をおもて面から見た場合に、表面電極５２は、第１象限（Ｘ＞０、Ｙ＞０）、第２象限（Ｘ＜０、Ｙ＞０）、第３象限（Ｘ＜０、Ｙ＜０）、第４象限（Ｘ＞０、Ｙ＜０）という４つの領域に等分できる。第１外部配線（２ａ、２ｂ、２ｃ）と第２外部配線（２ｄ、２ｅ、２ｆ）とを対角に接合することは、第１象限および第３象限の何れか一方に、第１外部配線を接合し、他方に、第２外部配線を接合する場合、または第２象限および第４象限の何れか一方に、第１外部配線を接合し、他方に、第２外部配線を接合する場合を含んでよい。【0101】
図２３は、半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。図２３は、図１８に示される半導体装置１００の変形例である。本例の外部配線２は、少なくとも一つの第１外部配線（２ａ、２ｂ、２ｃ）と、少なくとも一つの第２外部配線（２ｄ、２ｅ、２ｆ）とを含む。第１外部配線（２ａ、２ｂ、２ｃ）と第２外部配線（２ｄ、２ｅ、２ｆ）とは、半導体基板１０のおもて面方向から見て、表面電極５２の対角に接合されている。第１外部配線（２ａ、２ｂ、２ｃ）と、第２外部配線（２ｄ、２ｅ、２ｆ）とは、それぞれの延伸方向の異なる位置で表面電極５２に接合されている。
【0102】
図２２および図２３では、第１外部配線（２ａ、２ｂ、２ｃ）の延伸方向と第２外部配線（２ｄ、２ｅ、２ｆ）の延伸方向とが同じ場合が示された。しかしながら、複数の外部配線２の接合部４、８が、半導体装置１００の対角に位置するように設けられていればよく、第１外部配線（２ａ、２ｂ、２ｃ）の延伸方向と第２外部配線（２ｄ、２ｅ、２ｆ）の延伸方向とが異なっていてもよい。【0103】
半導体装置１００の動作時に発生する熱は、表面電極５２から接合部４（外部配線２が表面電極５２と接触する接触領域）に伝わる。したがって、例えば図１および図１８に示される場合のように複数の外部配線２が表面電極５２の一辺に偏っている場合には、複数の外部配線２が接触している側に熱が集中しやすくなる。図２２および図２３のように、第１外部配線（２ａ、２ｂ、２ｃ）と第２外部配線（２ｄ、２ｅ、２ｆ）とを半導体装置１００の表面電極５２内で対角に配置することによって、半導体装置１００内の熱をさらに分散させることができる。外部配線２の本数は、本数が多いほど半導体装置１００内の熱を分散しやすくなる。【0104】
図２４は、半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。図２４に示されるように、外部配線２ａ、２ｂ、２ｃが、それぞれ３箇所に接合されている。図２４では、外部配線２ａ、２ｂ、２ｃの接合部は、それぞれトランジスタ部７０とダイオード部８０との境界にまたがっている。本例においても、トランジスタ部７０とダイオード部８０とは、Ｘ軸方向に沿って交互に配置される。外部配線２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれ異なるトランジスタ部７０とダイオード部８０との境界の上方に接合されてよい。【0105】
図２５は、ワイヤボンディング位置がトランジスタ部７０にあるときの図２４のＢ−Ｂ´断面の一例を示す図である。図２５において、外部配線２が表面電極５２と接触する接合部４の第１方向（本例では、Ｘ方向）における中心５が、トランジスタ部７０の領域の第１方向における中心の上方に位置している。【0106】
図２６は、ワイヤボンディング位置がトランジスタ部とダイオード部の境界にあるときの図２４のＢ−Ｂ´断面の一例を示す図である。図２６において、外部配線２が表面電極５２と接触する接合部４の第１方向（本例では、Ｘ方向）における中心５が、トランジスタ部７０とダイオード部８０の境界の上方に配置される。中心５が、トランジスタ部７０とダイオード部８０の境界の上方に配置される場合には、完全に中心５が境界の位置に一致する場合のみならず、半導体基板１０のおもて面側から見たときに、中心５と境界の位置との第１方向における距離が、接触幅Ｄ１の１０％以内に収まり、かつ隣り合う第１方向におけるトランジスタ部７０の中心と第１方向におけるダイオード部８０の中心との間に接合部４の第１方向における中心５がある場合が含まれてよい。また、中心５と境界の位置との第１方向におけるずれは境界の位置を基準に接触幅Ｄ１の±５％以内である場合が含まれてよい。ワイヤボンディング工程における誤差があるので、完全に中心５が境界の位置に一致することが困難な場合がある。
【0107】
図２７は、ワイヤボンディング位置がダイオード部８０にあるときの図２４のＢ−Ｂ´断面の一例を示す図である。図２７において、外部配線２が表面電極５２と接触する接合部４の第１方向（本例では、Ｘ方向）における中心５が、ダイオード部８０の領域の第１方向における中心の上方に位置している。
【0108】
図２８は、ワイヤボンディング位置とワイヤ接点温度との関係を示す図である。縦軸は、ワイヤの接点温度（℃）を示す。ワイヤの接点温度（℃）は、図２４に示される外部配線２ａ、２ｂ、２ｃのうち、最も接点温度が高くなる中央の外部配線２ｂが接触している直下の表面電極５２の温度を示している。横軸は、ワイヤボンディング位置を示す。横軸において、ＩＧＢＴ領域は、図２５に示される場合に対応し、ＩＧＢＴ−ＦＷＤ境界は、図２６に示される場合に対応し、ＦＷＤ領域は、図２７に示される場合に対応している。【0109】
図２８に示されるデータは、おもて面から見たときの大きさが７ｍｍ×７ｍｍである半導体装置１００を用いた場合のデータである。ダイオード部８０であるＦＷＤ領域の幅Ｄ２が５５０μｍであり、トランジスタ部７０であるＩＧＢＴ領域の幅Ｄ３が１０５０μｍである。表面電極５２の厚みは５μｍである。外部配線２の径は５００μｍである。外部配線２が半導体装置１００に接触する接合部４の第１方向に沿った接触幅Ｄ１は、１１００μｍである。接合部４の潰れ幅は、６５０μｍである。表面電極５２は、アルミニウム（Ａｌ）に固溶限以上のシリコン（Ｓｉ）原子を添加したＡｌ−Ｓｉ電極である。コレクタ電極２４は、アルミニウム（Ａｌ）に固溶限以上のシリコン（Ｓｉ）原子を添加したＡｌ−Ｓｉにチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）を順に積層した電極である。【0110】
図２８に示されるとおり、外部配線２の接触幅Ｄ１の第１方向における中心５が、トランジスタ部７０とダイオード部８０の境界の上方に配置される場合（ＩＧＢＴ−ＦＷＤ境界と表記）が、トランジスタ部７０（ＩＧＢＴ）通電時とダイオード部８０（ＦＷＤ）通電時に発生する熱による温度差が最も小さくなることがわかる。温度差は、具体的には、１４１．９℃−１３７．９℃＝４℃である。これに対して、外部配線２の接触幅Ｄ１の第１方向における中心５が、トランジスタ部７０の中心の上方に配置される場合（ＩＧＢＴ領域と表記）は、温度差が、１４６．６℃−１２２．８℃＝２３．８℃となる。また、外部配線２の接触幅Ｄ１の第１方向における中心５がダイオード部８０の中心の上方に配置される場合（ＦＷＤ領域と表記）は、温度差が、１５９．２−１３２．６℃＝２６．６℃となる。ＩＧＢＴ通電時とＦＷＤ通電時に発生する熱による温度差が小さくなることにより、半導体装置１００の外部配線２と表面電極５２の接合部４における熱疲労が軽減される。これにより、Ｄ３およびＤ２が大きい場合、具体的には、トランジスタ部７０の幅Ｄ３が１０５０μｍでありダイオード部８０の幅Ｄ２が５５０μｍである場合であっても、半導体装置１００の長期的な信頼性を高めることができる。【0111】
なお、上述した他の実施形態においても、図２６のように、外部配線２が表面電極５２と接触する接合部４の第１方向における中心５が、トランジスタ部７０とダイオード部８０の境界の上方に配置されるように、半導体装置１００が構成されてよい。【0112】
図２９は、半導体装置１００の他の例について、おもて面を示す図である。図２９は、図１の半導体装置１００の変形例である。図２９に示される半導体装置１００は、接合部４の接合位置を除いて、図１に示される半導体装置１００と同じ構造を有する。したがって、繰り返しの説明を省略する。本例においても、図２６に示される場合と同様に、外部配線２が表面電極５２と接触する接合部４の第１方向（本例では、Ｘ方向）における中心５が、トランジスタ部７０とダイオード部８０の境界の上方に配置される。中心５が、トランジスタ部７０とダイオード部８０の境界の上方に配置される場合には、完全に中心５が境界の位置に一致する場合のみならず、半導体基板１０のおもて面側から見たときに、中心５と境界の位置との第１方向における距離が、接触幅Ｄ１の１０％以内に収まり、かつ隣り合う第１方向におけるトランジスタ部７０の中心と第１方向におけるダイオード部８０の中心との間に接合部４の第１方向における中心５がある場合が含まれてよい。また、中心５と境界の位置との第１方向におけるずれは境界の位置を基準に接触幅Ｄ１の±５％以内である場合が含まれてよい。
【0113】
図３０は、半導体装置１００の他の例について、おもて面を示す図である。図３０は、図２２の半導体装置１００の変形例である。図３０に示される半導体装置１００は、接合部４の接合位置を除いて、図２２に示される半導体装置１００と同じ構造を有する。したがって、繰り返しの説明を省略する。本例においても、外部配線２が表面電極５２と接触する接合部４の第１方向（本例では、Ｘ方向）における中心５が、トランジスタ部７０とダイオード部８０の境界の上方に配置される。【0114】
図２９および図３０に示される構成によれば、外部配線２の接触幅Ｄ１の中心５が半導体装置１００のトランジスタ部７０の領域とダイオード部８０の領域の境界上に配置される。これにより、トランジスタ部７０通電時とダイオード部８０電時の外部配線２の接合部４の直下の表面電極５２の温度差を小さくすることができる。また、図３０に示される構成によれば、第１外部配線（２ａ、２ｂ、２ｃ）と第２外部配線（２ｄ、２ｅ、２ｆ）とを半導体装置１００内で対角に配置することによって、半導体装置１００内の熱をさらに分散させることができる。これにより、半導体装置１００の外部配線２と表面電極５２の接合部４における熱疲労が軽減され、長期的な信頼性をさらに高めることができる。【0115】
図３１は、半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。上述した半導体装置１００においては、外部配線２が第１方向に平行に延伸している場合、および外部配線２が第１方向に直交して延伸している場合について説明した。しかしながら、半導体装置１００は、これらの場合に限られない。図３１に示されるように、外部配線２が、第１方向に対して斜めに延伸してもよい。図３１の場合にも、外部配線２が表面電極５２と接触する接合部４は、トランジスタ部７０とダイオード部８０の領域にまたがっている。外部配線２が表面電極５２と接触する領域と、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界とが、半導体基板１０のおもて面側から見たときに重なるように外部配線２が設けられてよい。【0116】
図３１に示される半導体装置１００によっても、外部配線２が表面電極５２と接触する接合部４は、トランジスタ部７０とダイオード部８０の領域にまたがっているので、トランジスタ部７０の通電時とダイオード部８０の通電時との温度差を小さくすることができる。これにより、接合部４における熱疲労が軽減され、半導体装置１００の長期的な信頼性を高めることができる。【0117】
図３２は、半導体装置１００の他の例について、おもて面を示す図である。本例において、各外部配線２ａ、２ｂは、一つの外部配線あたり複数の接合部４および接合部８において表面電極５２と接触しつつ延伸する。本例では、各外部配線２は、２つの接合部４および接合部８において表面電極５２と接触する。但し、本例と異なり、各外部配線２ａ、２ｂは、３つ以上の接合部において表面電極５２と接触してよい。ワイヤボンディング工程において、複数個所でステッチを形成することによって、複数の接合部４、８を構成してよい。半導体基板１０のおもて面方向から見た場合に、半導体基板１０は、トランジスタ部７０とダイオード部８０とがストライプ状に交互に配置された平面形状を有してよい。トランジスタ部７０とダイオード部８０とが第１方向に沿って交互に配置されている。
【0118】
各外部配線２ａ、２ｂは、第１方向に平行に延伸してよい。接合部４および接合部８の少なくとも一つは、トランジスタ部７０とダイオード部８０の領域にまたがってよい。本例は、接合部４および接合部８の双方が、トランジスタ部７０とダイオード部８０の領域にまたがってよい。換言すれば、接合部４と、トランジスタ部とダイオード部との境界とが、半導体基板のおもて面側から見たときに重なる。同様に、接合部８と、トランジスタ部とダイオード部との境界とが、半導体基板のおもて面側から見たときに重なる。図２６に示される例と同様に、接合部４の第１方向における中心５が、トランジスタ部７０とダイオード部８０の境界の上方に配置されてよく、接合部８の第１方向における中心５が、別のトランジスタ部７０とダイオード部８０の境界の上方に配置されてよい。【0119】
半導体基板１０のおもて面から見たときに、半導体装置１００の表面電極５２の一辺に沿って第１の接合部４が設けられ、一辺と対向する他辺に沿って第２の接合部８が設けられてよい。特に、複数の接合部４および接合部８が、表面電極５２の４つの角部に対応して設けられてよい。【0120】
外部配線２の本数が多いほど、外部配線と表面電極５２との接触点の数が増えるため、半導体装置１００内の熱を分散しやすくなる。しかしながら、外部配線２が接続されるＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄ）基板７の回路パターンの制約等によっては、外部配線２の本数が限られる場合がある。本例によれば、外部配線２の一本あたりに複数の接合部４、８を設けるので、外部配線２の数を増やすことなく、外部配線と表面電極５２との接触点の数を増やすことができる。したがって、外部配線２の本数が制限されている場合であっても、外部配線の接合部における熱疲労を軽減して長期的な信頼性を高めることができる。【0121】
なお、外部配線２の本数は、図３２の場合に限られない。図３３は、半導体装置１００の他の例についておもて面を示す図である。図３３に示される半導体装置１００は、４本の外部配線２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを有する。外部配線２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、一つの外部配線２あたり複数の接合部４および接合部８において表面電極５２と接触しつつ延伸する。図３４は、半導体装置１００の他の例について、おもて面を示す図である。図３４に示される半導体装置１００は、一本の外部配線あたり一つの接合部を有する。【0122】
図３４に示される半導体装置１００においては、外部配線２の接合部が、半導体装置１００のチップ面内において、Ｘ軸およびＹ軸において対称に設けられていない。図３４に示される場合には、表面電極５２の４つの角部のうち、対角に存する２つの角部に対応する位置には、接合部４が設けられているものの、残りの２つの角部に対応する位置には接合部４が設けられていない。表面電極５２の中心を原点として、表面電極５２を、第１象限（Ｘ＞０、Ｙ＞０）、第２象限（Ｘ＜０、Ｙ＞０）、第３象限（Ｘ＜０、Ｙ＜０）、第４象限（Ｘ＞０、Ｙ＜０）という４つの領域に等分すると、第２象限と第３象限とには接合部４が存在するが、第１象限と第４象限とに接合部４が存在しない。【0123】
これに対して、図３３に示される半導体装置１００においては、各外部配線２の接合部４、８が半導体装置１００のチップ面内においてＸ軸およびＹ軸のそれぞれに対して対称に設けられている。半導体基板１０のおもて面から見たときに、半導体装置１００の表面電極５２の一辺に沿って第１の接合部４が設けられ、一辺と対向する他辺に沿って第２の接合部８が設けられてよい。特に、複数の接合部４および接合部８が、表面電極５２の４つの角部に対応して設けられてよい。【0124】
図３５は、図３３に示される半導体装置１００の熱拡散の一例を示す。図３６は、図３４に示される半導体装置１００の熱拡散の一例を示す。図３５は、トランジスタ部７０（ＩＧＢＴ）の通電時の温度分布と、ダイオード部８０（ＦＷＤ）の通電時の温度分布を示している。図３６も同様に、トランジスタ部７０（ＩＧＢＴ）の通電時の温度分布と、ダイオード部８０（ＦＷＤ）の通電時の温度分布を示している。【0125】
一本の外部配線２あたり一つの接合部４を有する場合には、外部配線２の本数によっては、表面電極５２の面内において、接合部４が偏在する。表面電極５２から接合部４を通じて外部配線２に電流が流れるので、外部配線２が表面電極５２に接触する接合部４が存在する数が多い領域ほど、その領域の温度が高くなる傾向を示す。したがって、表面電極５２の面内において、接合部４が偏在する場合には、表面電極５２の面内での温度のアンバランスが生じる。図３６に丸印を示したように、一本の外部配線２あたり一つの接合部４を有する外部配線２を有する半導体装置１００は、面内での温度のアンバランスが生じ得る。【0126】
一方、一本の外部配線２あたり複数の接合部４および接合部８を有する半導体装置１００においては、複数の接合部４および接合部８が、表面電極５２の４つの角部に対応して設けられてよい。したがって、外部配線２の本数に制限がある場合であっても、接合部４および接合部８を広い範囲に偏在することなく配置することができる。したがって、接合部の偏在に起因して表面電極５２の面内での温度のアンバランスが生じることを抑制することができる。図３５に示されるように、一本の外部配線２あたり複数の接合部４および接合部８を有する場合には、図３６に示される場合に比べて、面内での温度のアンバランスが軽減されている。【0127】
特に複数の接合部４および接合部８が、それぞれトランジスタ部７０とダイオード部８０の領域にまたがることによって、ＩＧＢＴ通電時とＦＷＤ通電時に発生する熱による温度差が小さくなる。本例のように、接合部４および接合部８の数を増やすことにより、さらに温度差を軽減することができる。したがって、半導体装置１００の外部配線２と表面電極５２の接合部４における熱疲労が軽減される。【0128】
図３７は、半導体装置１００を備える半導体モジュール２００の断面の一例を示す図である。図３７の半導体モジュール２００は、半導体装置１００、はんだ層１３０、およびＤＣＢ基板１４０を備えてよい。半導体装置１００は、上述した図１から図３、図１８および図１９、図２０、または図２１から図２７、図２９から図３４に示される半導体装置１００と同様であってよい。したがって、繰り返しの説明を省略する。【0129】
ＤＣＢ基板１４０において、絶縁基板１４４のおもて側に銅基板１４２が直接接合されている。一方、絶縁基板１４４の裏面側に銅基板１４６が直接接合されている。絶縁基板１４４は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、および窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる群から選ばれた少なくとも１つの絶縁物質で構成されてよい。
【0130】
半導体装置１００は、半導体基板１０の下方にはんだ層１３０を備える。具体的には、はんだ層１３０は、半導体装置１００の裏面に設けられたコレクタ電極２４と、ＤＣＢ基板１４０の銅基板１４２との間を接合してよい。はんだ層１３０の厚みは、７０μｍ以上、２００μｍ以下であってよい。はんだ層１３０の厚みが７０μｍ以下であると、銅基板１４２とはんだ層１３０との間で合金層が形成しづらくなり、銅基板１４２とはんだ層１３０とを接合できない場合がある。はんだ層１３０は、銀（Ａｇ）の微粒子を混ぜてシンター処理を施したものであってもよい。【0131】
半導体基板１０の厚みＤ５は、１００μｍ以上であってよい。はんだ層１３０の厚みＤ６は、５０μｍ以上２００μｍ以下であってよく、より好ましくは１００μｍ以上２００μｍ以下であってよい。そして、半導体基板１０の厚みＤ５と、はんだ層１３０の厚みＤ６との合計（Ｄ５＋Ｄ６）が、Ｘ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３より大きくてよい。同様に、半導体基板１０の厚みＤ５と、はんだ層１３０の厚みＤ６との合計（Ｄ５＋Ｄ６）が、Ｘ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２より大きくてよい。【0132】
本例において、はんだ層１３０も、熱伝搬に寄与する。半導体基板１０の厚みＤ５とはんだ層１３０の厚みＤ６の合計が小さくなるほど、発熱している領域から隣接する領域へ熱伝導しにくくなり、温度分布が不均一になりやすい。したがって、厚みＤ５と厚みＤ６との合計が薄くなるほど、Ｘ軸方向におけるダイオード部８０の幅Ｄ２およびＸ軸方向におけるトランジスタ部７０の幅Ｄ３を小さくして、温度分布の均一化を図ることが好ましい。【0133】
本例によれば、半導体基板１０の厚みＤ５と、はんだ層１３０の厚みＤ６とを考慮して、トランジスタ部７０の幅Ｄ３およびダイオード部８０の幅Ｄ２を設定することができる。したがって、半導体装置１００における半導体基板１０とはんだ層１３０による熱伝導を考慮して、トランジスタ部７０の幅Ｄ３およびダイオード部８０の幅Ｄ２を設定することができる。【0134】
図３８Ａおよび図３８Ｂは、半導体装置１００のワイヤボンディングの位置決めの一例について示す図である。図３８Ａは半導体装置１００のおもて面を示し、図３８Ｂは図３８ＡのＶ部分の拡大図を示す。【0135】
図２６に示す外部配線２が表面電極５２と接触する接合部４の第１方向（Ｘ方向）における中心５を、トランジスタ部７０とダイオード部８０の境界の上方に配置するために外部配線のボンディング位置を正確に決める必要がある。
【0136】
半導体装置１００の表面電極５２の上面には、保護膜９５を備える。保護膜９５は、外部配線２を接続する表面電極５２を露出する第１開口部９６とゲート電極９０を露出する第２開口部９７を備える。保護膜９５は、例えばポリイミド、エポキシ系の樹脂、またはシリコン窒化膜等の絶縁性を有し半導体装置１００の表面を保護する膜であればよい。【0137】
保護膜９５は、第１開口部９６に半導体装置１００の中央部に向かって突き出している凸部９８を備えている。すなわち、第１開口部９６は、平面視で凸部９８を備える。平面視とは、半導体装置１００のおもて面側から見た場合であってよい。凸部９８は、第１方向（Ｘ方向）に平行な端部９８ａと第１方向に垂直な方向（Ｙ方向）に平行な端部９８ｂ１、端部９８ｂ２を有している。凸部９８の第１方向に垂直な方向（Ｙ方向）に平行な端部９８ｂ１、端部９８ｂ２は、ダイオード部８０とトランジスタ部７０との境界に沿って配置される。
【0138】
凸部９８の第１方向に平行に配置される端部９８ａと第１方向に垂直な方向に平行配置される端部９８ｂ１または端部９８ｂ２のどちらか一方をワイヤボンディング装置で検出して外部配線２を表面電極５２と接続する位置を決める。第１方向に垂直な方向に平行配置される端部９８ｂ１および端部９８ｂ２がダイオード部８０とトランジスタ部７０との境界に沿って配置されることにより、外部配線２の接合部４の第１方向における中心５とトランジスタ部７０とダイオード部８０の境界の上方に精度よく接続することができる。【0139】
凸部９８の幅（端部９８ｂ１と端部９８ｂ２との間の幅）は、ダイオード部８０の幅Ｄ２と同じであってよい。【0140】
なお、図３８Ａは、半導体装置１００のゲート電極９０が設けられている側のダイオード部８０の上面すべてに凸部９８を備えているが、半導体装置１００のダイオード部８０の上面に少なくとも1つ以上凸部９８が設けられていればよい。また、半導体装置１００のゲート電極９０が設けられている側と反対側の保護膜９５に凸部９８を設けてもよい。【0141】
また、凸部９８の第１方向に垂直な方向（Ｙ方向）に平行な端部９８ｂ１、端部９８ｂ２は、どちらか一方がダイオード部８０とトランジスタ部７０との境界に沿って配置されていればよい。【0142】
図３９Ａおよび図３９Ｂは、半導体装置１００のワイヤボンディングの位置決めの他の例について示す図である。図３９Ａは半導体装置１００のおもて面を示し、図３９Ｂは図３９ＡのＷ部分の拡大図を示す。図３８Ａおよび図３８Ｂと異なる点は、保護膜９５に備えた第１開口部９６が凹部９９を有する点である。【0143】
保護膜９５は、第１開口部９６に半導体装置１００の外周に向かってくぼんでいる凹部９９を備えている。凹部９９は、第１方向（Ｘ方向）に平行な９９ａと第１方向に垂直な方向（Ｙ方向）に平行な９９ｂ１、９９ｂ２を有している。凹部９９の第１方向に垂直な方向（Ｙ方向）に平行な９９ｂ１、９９ｂ２は、ダイオード部８０とトランジスタ部７０との境界に沿って配置される。【0144】
凹部９９の第１方向に平行に配置される９９ａと第１方向に垂直な方向に平行配置される９９ｂ１または９９ｂ２のどちらか一方をワイヤボンディング装置で検出して外部配線２を表面電極５２と接続する位置を決める。第１方向に垂直な方向に平行配置される９９ｂ１および９９ｂ２がダイオード部８０とトランジスタ部７０との境界に沿って配置されることにより、外部配線２の接合部４の第１方向における中心５とトランジスタ部７０とダイオード部８０の境界の上方に精度よく接続することができる。【0145】
凹部９９の幅（９９ｂ１と９９ｂ２との間の幅）は、ダイオード部８０の幅Ｄ２と同じであってよい。なお、図３９Ａは、半導体装置１００のゲート電極９０が設けられている側のダイオード部８０の上面すべてに凹部９９を備えているが、半導体装置１００のダイオード部８０の上面に少なくとも1つ以上凹部９９が設けられていればよい。【0146】
また、半導体装置１００のゲート電極９０が設けられている側と反対側の保護膜９５に凹部９９を設けてもよい。また、凹部９９の第１方向に垂直な方向（Ｙ方向）に平行な９９ｂ１、９９ｂ２は、どちらか一方がダイオード部８０とトランジスタ部７０との境界に沿って配置されていればよい。【0147】
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、多様な変更又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。その様な変更又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。【符号の説明】
【0148】
２・・・外部配線、４・・・接合部、５・・・中心、６・・・フィード部、７・・・ＤＣＢ基板、８・・・接合部、１０・・・半導体基板、１２・・・エミッタ領域、１４・・・ベース領域、１５・・・蓄積層、１８・・・ドリフト領域、２０・・・バッファ領域、２２・・・コレクタ領域、２４・・・コレクタ電極、３０・・・ダミートレンチ部、３２・・・ダミー絶縁膜、３４・・・ダミー導電部、３８・・・層間絶縁膜、４０・・・ゲートトレンチ部、４２・・・ゲート絶縁膜、４４・・・ゲート導電部、５２・・・表面電極、６１・・・メサ部、７０・・・トランジスタ部、８０・・・ダイオード部、８２・・・カソード領域、９０・・・ゲート電極、９５・・・保護膜、９６・・・第１開口部、９７・・・第２開口部、９８・・・凸部、９９・・・凹部、１００・・・半導体装置、１０１・・・半導体装置、１０４・・・中央部、１０６・・・外周部、１１０・・・熱拡散領域、１２０・・・未拡散領域、１３０・・・層、１４０・・・ＤＣＢ基板、１４２・・・銅基板、１４４・・・絶縁基板、２００・・・半導体モジュール、３０１・・・領域、３０２・・・領域、３０３・・・領域、４００・・・耐圧構造部