本說明書所公開的技術(shù)涉及一種開關(guān)元件。

背景技術(shù)：

在專利文獻(xiàn)1中公開了一種具有半導(dǎo)體基板的開關(guān)元件，所述半導(dǎo)體基板的上表面通過焊錫而與散熱塊連接。

此外，專利文獻(xiàn)2中公開了一種具有在半導(dǎo)體基板的上表面上以格子狀延伸的溝槽的開關(guān)元件。以格子狀延伸的溝槽具有多個第一溝槽和多個第二溝槽。各個第一溝槽沿著預(yù)定的方向而相互平行地延伸。在被第一溝槽夾著的各個溝槽間區(qū)域內(nèi)設(shè)置有多個第二溝槽。各個第二溝槽與其兩側(cè)的兩個第一溝槽連接。第一溝槽與第二溝槽的內(nèi)表面被柵絕緣膜覆蓋。跨及第一溝槽的內(nèi)部與第二溝槽的內(nèi)部而配置有柵電極。層間絕緣膜對半導(dǎo)體基板的上表面與柵電極進(jìn)行覆蓋。在半導(dǎo)體基板中的被第一溝槽與第二溝槽包圍的矩形的區(qū)域(以下稱為單元區(qū))的各個上部，于層間絕緣膜上設(shè)置有接觸孔。上部電極對層間絕緣膜進(jìn)行覆蓋，并且在接觸孔內(nèi)與半導(dǎo)體基板相接。各個單元區(qū)具有第一導(dǎo)電型(在此為n型)的第一區(qū)域(發(fā)射區(qū))和第二導(dǎo)電型(在此為p型)的體區(qū)。第一區(qū)域與上部電極和柵絕緣膜相接。體區(qū)與上部電極相接，并且在第一區(qū)域的下側(cè)與柵絕緣膜相接。此外，半導(dǎo)體基板具有第一導(dǎo)電型的第二區(qū)域(漂移區(qū))。第二區(qū)域在體區(qū)的下側(cè)與柵絕緣膜相接，并且通過體區(qū)而與第一區(qū)域分離。在該開關(guān)元件中，當(dāng)將柵電極的電位控制為預(yù)定的電位時，會在體區(qū)內(nèi)形成溝道。通過溝道而使第一區(qū)域與第二區(qū)域被連接。因此，在第一區(qū)域與第二區(qū)域之間流通有電流。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2005-116963號公報

專利文獻(xiàn)2：日本特開2015-225872號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問題

如專利文獻(xiàn)1那樣的開關(guān)元件的上部電極通常具有第一金屬層與第二金屬層。第一金屬層為與半導(dǎo)體基板的上表面接觸的金屬層。第一金屬層由不容易污染半導(dǎo)體基板并且以低電阻與半導(dǎo)體基板接觸的材料構(gòu)成。第二金屬層為被配置在第一金屬層上并且與焊錫接觸的金屬層。第二金屬層由易于與焊錫連接的材料構(gòu)成。

在如專利文獻(xiàn)2那樣具有以格子狀延伸的溝槽的開關(guān)元件中，存在為了通過焊錫而使上部電極與外部連接，從而使上部電極由第一金屬層和第二金屬層構(gòu)成的情況。例如，圖10圖示了具有如圖9所示那樣以格子狀延伸的溝槽140的開關(guān)元件的ⅹ-ⅹ線的截面。在圖10中，上部電極150由第一金屬層151和第二金屬層152構(gòu)成。當(dāng)對第一金屬層151進(jìn)行成膜時，在層間絕緣膜162的接觸孔162a的上部，于第一金屬層151的表面上形成有凹部151a。因此，第一金屬層151的上表面具有多個凹部151a。第二金屬層152被配置在第一金屬層151上。因此，第二金屬層152被填充到各個凹部151a內(nèi)。此外，在如專利文獻(xiàn)2那樣的開關(guān)元件中，通常，如圖10所示，半導(dǎo)體基板118的外周部的上表面被絕緣保護(hù)膜160覆蓋。絕緣保護(hù)膜160被設(shè)置為，以不與第一金屬層151之間產(chǎn)生間隙的方式對第一金屬層151的外周側(cè)的部分進(jìn)行覆蓋。絕緣保護(hù)膜160具有開口180。在開口180內(nèi)，第二金屬層152對第一金屬層151進(jìn)行覆蓋。此外，第二金屬層152被設(shè)置為，以不與絕緣保護(hù)膜160之間產(chǎn)生間隙的方式與絕緣保護(hù)膜160的內(nèi)周側(cè)的端部160a(開口180的側(cè)面)相接。另外，雖然在圖10中第二金屬層152的一部分越至絕緣保護(hù)膜160上，但并不一定要越至絕緣保護(hù)膜160上。

當(dāng)圖10的開關(guān)元件工作時，半導(dǎo)體基板118的溫度將上升。于是，第一金屬層151、第二金屬層152以及絕緣保護(hù)膜160的溫度也會上升。一般情況下，第二金屬層152的線膨脹系數(shù)小于第一金屬層151的線膨脹系數(shù)。此外，一般情況下，絕緣保護(hù)膜160的線膨脹系數(shù)與第一金屬層151的線膨脹系數(shù)為同等程度，或者與第一金屬層151的線膨脹系數(shù)相比較大。在第一金屬層151與第二金屬層152接觸的范圍內(nèi)，第一金屬層151與第二金屬層152一起熱膨脹。在該范圍內(nèi)，由于第二金屬層152的線膨脹系數(shù)較小，因此第一金屬層151的熱膨脹被抑制。尤其是由于第二金屬層152被填充在第一金屬層151的上表面的各個凹部151a內(nèi)，因此第一金屬層151被第二金屬層152較強(qiáng)地束縛。因此，在第一金屬層151與第二金屬層152接觸的范圍內(nèi)，第一金屬層151的熱膨脹量較小。另一方面，在第一金屬層151與絕緣保護(hù)膜160接觸的范圍內(nèi)，第一金屬層151與絕緣保護(hù)膜160一起熱膨脹。在該范圍內(nèi)，由于絕緣保護(hù)膜160的線膨脹系數(shù)比較大，因此第一金屬層151的熱膨脹量比較大。絕緣保護(hù)膜160的內(nèi)周側(cè)的端部160a的正下方的第一金屬層151位于熱膨脹量較小的范圍(第一金屬層151與第二金屬層152相接的范圍)與熱膨脹量較大的范圍(第一金屬層151與絕緣保護(hù)膜160相接的范圍)的邊界處。因此，當(dāng)開關(guān)元件的溫度變化時，應(yīng)力集中在端部160a的正下方的第一金屬層151處，從而在該部分處第一金屬層151容易產(chǎn)生裂紋。

對此，考慮到如圖11所示那樣在絕緣保護(hù)膜160的內(nèi)周側(cè)的端部160a的附近，通過層間絕緣膜162而對各個單元區(qū)142(被溝槽140包圍的區(qū)域)的上表面整體進(jìn)行覆蓋(即，在端部160a附近的層間絕緣膜162上不設(shè)置接觸孔162a)。在未設(shè)置接觸孔162a的范圍內(nèi)，層間絕緣膜162的上表面變得平坦。因此，在該范圍的層間絕緣膜162上，第一金屬層151的上表面也變得平坦。即，在該范圍內(nèi)，在第一金屬層151的上表面上不存在凹部151a。因此，在該范圍內(nèi)，第一金屬層151以平坦面與第二金屬層152接觸。在平坦面上第二金屬層152對第一金屬層151的束縛較弱。因此，在平坦面的范圍內(nèi)，與存在凹部151a的范圍相比，第一金屬層151的熱膨脹量較大(但是，在該平坦面的范圍內(nèi)，與第一金屬層151同絕緣保護(hù)膜160相接的范圍相比熱膨脹量仍較小)。其結(jié)果為，在絕緣保護(hù)膜160的端部160a的正下方，第一金屬層151的熱膨脹量較小的范圍(與第二金屬層152相接的范圍)與第一金屬層151的熱膨脹量較大的范圍(與絕緣保護(hù)膜160相接的范圍)之間的第一金屬層151的熱膨脹量之差變小。因此，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在端部160a的正下方的第一金屬層151中產(chǎn)生的應(yīng)力被抑制，從而在該部分處第一金屬層151產(chǎn)生裂紋的情況被抑制。

但是，在圖11的結(jié)構(gòu)中會產(chǎn)生如下問題，即，當(dāng)開關(guān)元件導(dǎo)通時，第二區(qū)域126的電阻會升高。以下詳細(xì)地進(jìn)行說明。在圖11中，在不存在接觸孔162a的范圍內(nèi)的層間絕緣膜162的下部的各個單元區(qū)142內(nèi)，體區(qū)124不與上部電極150連接，從而體區(qū)124的電位浮置。當(dāng)開關(guān)元件斷開時，第二區(qū)域126與體區(qū)124之間的電位差變大。于是，耗盡層從第二區(qū)域126與體區(qū)124的界面的pn結(jié)向其周圍延伸。由于該耗盡層，第二區(qū)域126的較寬的范圍被耗盡化。此外，由于該耗盡層，體區(qū)124也被部分地耗盡化。當(dāng)耗盡層擴(kuò)張至體區(qū)124時，存在于體區(qū)124內(nèi)的電荷(例如空穴)的一部分通過與存在于第二區(qū)域126內(nèi)的電荷(例如電子)的復(fù)合而消失。因此，當(dāng)耗盡層擴(kuò)張時，存在于體區(qū)124內(nèi)的電荷將減少。

之后，當(dāng)柵電極130的電位被控制為柵極導(dǎo)通電位時，在體區(qū)124內(nèi)的與柵絕緣膜132相鄰的區(qū)域內(nèi)將形成溝道。于是，第二區(qū)域126成為與第一區(qū)域122大致相同的電位。如此，在體區(qū)124與上部電極150連接的范圍內(nèi)，電荷從上部電極150被供給至體區(qū)124。由此，從體區(qū)124與第二區(qū)域126的界面的pn結(jié)延伸的耗盡層消失。因此，在下部電極154與上部電極150之間流通有電流。

與此相對，在體區(qū)124浮置的范圍(不存在接觸孔162a的范圍)內(nèi)，電荷不會從上部電極150供給至體區(qū)124。因此，即使形成有溝道，也會維持耗盡層向浮置的體區(qū)124的下部的第二區(qū)域126延伸的狀態(tài)。即，即使處于導(dǎo)通狀態(tài)，也會如圖11所示那樣，耗盡層159從浮置的體區(qū)124擴(kuò)張至第二區(qū)域126內(nèi)。因此，在該開關(guān)元件中，在導(dǎo)通狀態(tài)下第二區(qū)域126內(nèi)的電流路徑較窄，從而第二區(qū)域126的電阻較高。如此，在該開關(guān)元件中，在導(dǎo)通時第二區(qū)域126的電阻較高。

另外，雖然在圖9～11中以具有集電區(qū)128的開關(guān)元件(即，igbt：insulatedgatebipolartransistor，絕緣柵雙極性晶體管)為例而進(jìn)行了說明，但在不具有集電區(qū)128的fet(fieldeffecttransistor：場效應(yīng)晶體管)中也存在同樣的問題。在fet中，無論為n溝道型還是p溝道型，均會產(chǎn)生上述的問題。此外，在圖10、11中，電極154被設(shè)置在半導(dǎo)體基板118的下表面上。然而，也存在電極154被設(shè)置在其他位置處的情況。

在圖11中，只要從不具有接觸孔162a的層間絕緣膜162的下部去除格子狀溝槽140，便能夠解決體區(qū)124的浮置的問題。然而，當(dāng)局部地去除格子狀溝槽140時，電場將在去除了格子狀溝槽140的區(qū)域的周邊集中，從而產(chǎn)生開關(guān)元件的耐壓降低的問題。

在本說明書中，提供一種能夠抑制絕緣保護(hù)膜的開口的側(cè)面的下部處的第一金屬層的裂紋，并能夠確保開關(guān)元件的耐壓，且能夠降低開關(guān)元件導(dǎo)通時的第二區(qū)域的電阻的技術(shù)。

用于解決問題的方法

本說明書所公開的開關(guān)元件具備半導(dǎo)體基板、柵絕緣膜、柵電極、層間絕緣膜、第一金屬層、第二金屬層和絕緣保護(hù)膜。所述半導(dǎo)體基板具有第一元件范圍和被配置在所述第一元件范圍與所述半導(dǎo)體基板的外周端面之間的無效范圍。在所述半導(dǎo)體基板的上表面上設(shè)置有多個第一溝槽，多個所述第一溝槽跨及所述第一元件范圍和所述無效范圍而延伸，并且沿著第一方向而相互平行地延伸。以下，將在俯視觀察所述上表面時被所述第一溝槽夾著的各個區(qū)域稱為溝槽間區(qū)域。在所述第一元件范圍內(nèi)，于各個溝槽間區(qū)域內(nèi)的所述上表面上，以在所述第一方向上隔開間隔的方式而設(shè)置有多個第二溝槽。各個所述第二溝槽與其兩側(cè)的兩個所述第一溝槽連接。在所述無效范圍內(nèi)，于各個溝槽間區(qū)域內(nèi)的所述上表面上未設(shè)置有所述第二溝槽。所述無效范圍在所述第一方向上的寬度與所述第二溝槽在所述第一方向上的間距相比較寬。所述柵絕緣膜對所述第一溝槽的內(nèi)表面和所述第二溝槽的內(nèi)表面進(jìn)行覆蓋。所述柵電極以跨及所述第一溝槽的內(nèi)部和所述第二溝槽的內(nèi)部的方式而被配置，并且通過所述柵絕緣膜而與所述半導(dǎo)體基板絕緣。所述層間絕緣膜在從所述第一元件范圍跨至所述無效范圍的范圍內(nèi)對所述上表面和所述柵電極進(jìn)行覆蓋。在所述第一元件范圍內(nèi)，于對所述上表面進(jìn)行覆蓋的部分的所述層間絕緣膜上設(shè)置有接觸孔。在所述無效范圍內(nèi)，于對所述上表面進(jìn)行覆蓋的部分的所述層間絕緣膜上未設(shè)置有接觸孔。所述第一金屬層對所述層間絕緣膜進(jìn)行覆蓋，并通過所述層間絕緣膜而與所述柵電極絕緣，且在所述接觸孔內(nèi)與所述半導(dǎo)體基板相接。在所述第一金屬層的表面上，于所述接觸孔的上部設(shè)置有凹部。所述絕緣保護(hù)膜對所述無效范圍內(nèi)的所述第一金屬層的外周側(cè)的部分進(jìn)行覆蓋。在所述絕緣保護(hù)膜上，于包含所述第一元件范圍在內(nèi)的與所述第一元件范圍相比較寬的范圍內(nèi)設(shè)置有開口，并且所述開口的側(cè)面被配置在所述無效范圍內(nèi)。所述第二金屬層在所述開口內(nèi)與所述第一金屬層的所述表面相接且與所述開口的所述側(cè)面相接。所述第二金屬層具有與所述第一金屬層相比較小的線膨脹系數(shù)。所述第一元件范圍內(nèi)的各個所述溝槽間區(qū)域具有第一區(qū)域和體區(qū)。所述第一區(qū)域為與所述第一金屬層和所述柵絕緣膜相接的第一導(dǎo)電型的區(qū)域。所述體區(qū)為與所述第一金屬層相接且在所述第一區(qū)域的下側(cè)與所述柵絕緣膜相接的第二導(dǎo)電型的區(qū)域。所述無效范圍內(nèi)的各個所述溝槽間區(qū)域具備與所述體區(qū)連接的第二導(dǎo)電型的周邊第二導(dǎo)電型區(qū)域。所述半導(dǎo)體基板具備第一導(dǎo)電型的第二區(qū)域，所述第二區(qū)域以跨及所述體區(qū)的下部和所述周邊第二導(dǎo)電型區(qū)域的下部的方式而被配置，并在所述體區(qū)的下側(cè)與所述柵絕緣膜相接，且通過所述體區(qū)而與所述第一區(qū)域分離。

在該開關(guān)元件中，無效范圍內(nèi)的半導(dǎo)體基板的上表面整體被層間絕緣膜覆蓋，并且在無效范圍內(nèi)未設(shè)置有接觸孔。因此，無效范圍內(nèi)的層間絕緣膜的上表面是平坦的。因此，在無效范圍內(nèi)，層間絕緣膜上的第一金屬層的上表面也是平坦的。在該開關(guān)元件中，絕緣保護(hù)膜的開口的側(cè)面(絕緣保護(hù)膜的內(nèi)周側(cè)端部)位于無效范圍內(nèi)(即，第一金屬層的上表面平坦的范圍內(nèi))。因此，與圖8的情況相同地，在絕緣保護(hù)膜的開口的側(cè)面的正下方，施加于第一金屬層上的應(yīng)力得到緩和。因此，在該開關(guān)元件中，在絕緣保護(hù)膜的開口的側(cè)面的正下方，第一金屬層不容易產(chǎn)生裂紋。

此外，在該開關(guān)元件中，在無效范圍內(nèi)的半導(dǎo)體基板中設(shè)置有周邊第二導(dǎo)電型區(qū)域。周邊第二導(dǎo)電型區(qū)域與第一元件范圍內(nèi)的體區(qū)連接。由于在無效范圍內(nèi)未設(shè)置有第二溝槽，因此能夠在半導(dǎo)體基板的上表面附近使無效范圍內(nèi)的周邊第二導(dǎo)電型區(qū)域與第一元件范圍內(nèi)的體區(qū)連接。因此，周邊第二導(dǎo)電型區(qū)域的電位不是浮置的，而是與體區(qū)的電位(即，第一金屬層的電位)連接。在開關(guān)元件斷開時，耗盡層從周邊第二導(dǎo)電型區(qū)域與第二區(qū)域的界面的pn結(jié)延伸。此時，周邊第二導(dǎo)電型區(qū)域內(nèi)的電荷減少。在開關(guān)元件導(dǎo)通時，電荷經(jīng)由體區(qū)而被供給到周邊第二導(dǎo)電型區(qū)域。因此，當(dāng)開關(guān)元件導(dǎo)通時，從周邊第二導(dǎo)電型區(qū)域與第二區(qū)域的界面的pn結(jié)延伸的耗盡層消失。因此，能夠在第二區(qū)域的較寬的范圍內(nèi)流通有電流。因此，該開關(guān)元件在導(dǎo)通時，第二區(qū)域的電阻較低。

此外，即使如上述那樣從無效范圍內(nèi)去除第二溝槽，也能夠通過無效范圍內(nèi)的周邊第二導(dǎo)電型區(qū)域或第一溝槽而對無效范圍的周邊的電場集中進(jìn)行抑制。

如上文所說明的那樣，根據(jù)本說明書中公開的開關(guān)元件，能夠抑制絕緣保護(hù)膜的開口的側(cè)面的正下方的第一金屬層的裂紋。此外，根據(jù)該開元元件，能夠降低導(dǎo)通時的第二區(qū)域的電阻。此外，根據(jù)該開元元件，由于抑制了無效范圍的周邊的電場集中，因此能夠維持開關(guān)元件的耐壓。

附圖說明

圖1為實施例1的igbt10的俯視圖。

圖2為半導(dǎo)體基板18的上表面18a的放大圖。

圖3為igbt10的縱剖視圖(圖1的ⅲ-ⅲ線處的縱剖視圖)。

圖4為igbt10的縱剖視圖(圖1的ⅳ-ⅳ線處的縱剖視圖)。

圖5為圖3的周邊p型區(qū)域29周邊的放大剖視圖。

圖6為實施例2的igbt的對應(yīng)于圖4的縱剖視圖。

圖7為實施例2的igbt的對應(yīng)于圖5的縱剖視圖。

圖8為改變例的igbt的對應(yīng)于圖3的縱剖視圖。

圖9為比較例1的開關(guān)元件的俯視圖。

圖10為比較例1的開關(guān)元件的縱剖視圖(圖9的ⅹ-ⅹ線處的縱剖視圖)。

圖11為比較例2的開關(guān)元件的縱剖視圖。

具體實施方式

實施例1

圖1～4所示的實施例1的igbt10具有半導(dǎo)體基板18和被設(shè)置在半導(dǎo)體基板18的上表面18a以及下表面18b上的電極、絕緣膜。另外，在圖1、2中，為了便于說明而省略了半導(dǎo)體基板18的上表面18a上的電極、絕緣膜的圖示。此外，以下將與半導(dǎo)體基板18的上表面18a平行的方向稱為x方向，將與上表面18a平行且與x方向正交的方向稱為y方向。

如圖1所示，在半導(dǎo)體基板18的上表面18a上設(shè)置有溝槽40。溝槽40具有在x方向上較長地延伸的多個第一溝槽40a和在y方向上較長地延伸的多個第二溝槽40b。多個第一溝槽40a相互平行。多個第一溝槽40a以在y方向上隔開間隔的方式而被配置。以下，將相鄰的兩個第一溝槽40a之間的各個區(qū)域稱為溝槽間區(qū)域42。在各個溝槽間區(qū)域42內(nèi)配置有多個第二溝槽40b。各個第二溝槽40b與位于其兩側(cè)的第一溝槽40a連接。以下，將俯視觀察半導(dǎo)體基板18的上表面18a時溝槽40所分布的范圍稱為溝槽范圍。溝槽范圍具有第一元件范圍11、圍繞范圍13以及第二元件范圍12。

第一元件范圍11為圖1中被施以陰影的范圍，并且為被設(shè)置在半導(dǎo)體基板18的大致中央處的范圍。在第一元件范圍11內(nèi)設(shè)置有第一溝槽40a與第二溝槽40b。穿過第一元件范圍11內(nèi)而延伸的第一溝槽40a跨及第一元件范圍11、圍繞范圍13和第二元件范圍12而延伸。在第一元件范圍11內(nèi)，于各個溝槽間區(qū)域42內(nèi)，多個第二溝槽40b以在x方向上隔開固定的間隔的方式而被配置。在第一元件范圍11內(nèi)的各個溝槽間區(qū)域42內(nèi)，第二溝槽40b在x方向上以固定的間距p1而反復(fù)地形成。在第一元件范圍11內(nèi)，通過第一溝槽40a與第二溝槽40b而形成有以格子狀延伸的溝槽。通過以格子狀延伸的溝槽，從而半導(dǎo)體基板18的上表面18a被劃分為多個矩形的區(qū)域。

圍繞范圍13被設(shè)置在第一元件范圍11的外周側(cè)(即，第一元件范圍11與半導(dǎo)體基板18的外周端面18c之間)。圍繞范圍13包圍第一元件范圍11的周圍。在圍繞范圍13內(nèi)設(shè)置有第一溝槽40a，而未設(shè)置有第二溝槽40b。在x方向上與第一元件范圍11相鄰的部分的圍繞范圍13在x方向上的寬度w1(即，x方向上的第一元件范圍11與第二元件范圍12之間的間隔)為，第一元件范圍11內(nèi)的第二溝槽40b在x方向上的間距p1的2倍以上。

第二元件范圍12被設(shè)置在圍繞范圍13的外周側(cè)(即，圍繞范圍13與半導(dǎo)體基板18的外周端面18c之間)。第二元件范圍12包圍圍繞范圍13的周圍。在第二元件范圍12內(nèi)設(shè)置有第一溝槽40a與第二溝槽40b。在第二元件范圍12內(nèi)，于各個溝槽間區(qū)域42內(nèi)，多個第二溝槽40b以在x方向上隔開固定的間隔的方式而被配置。在第二元件范圍12內(nèi)的各個溝槽間區(qū)域42內(nèi)，第二溝槽40b在x方向上以與上述的間距p1(第一元件范圍11內(nèi)的第二溝槽40b的間距p1)相同的間距而反復(fù)地形成。在第二元件范圍12內(nèi)，通過第一溝槽40a與第二溝槽40b而形成有以格子狀延伸的溝槽。通過以格子狀延伸的溝槽，從而半導(dǎo)體基板18的上表面18a被劃分為多個矩形的區(qū)域。

另外，以下將在第一元件范圍11以及第二元件范圍12內(nèi)通過溝槽40而被劃分出的矩形的半導(dǎo)體區(qū)域稱為單元區(qū)43。

在第二元件范圍12的外周側(cè)(即，第二元件范圍12與半導(dǎo)體基板18的外周端面18c之間)設(shè)置有外周耐壓范圍14。外周耐壓范圍14為未設(shè)置有溝槽40的范圍。外周耐壓范圍14包圍第二元件范圍12。

如圖2～4所示，溝槽40的內(nèi)表面被柵絕緣膜32覆蓋。此外，在溝槽40內(nèi)配置有柵電極30。當(dāng)俯視觀察半導(dǎo)體基板18的上表面18a時，柵電極30仿照溝槽40而以格子狀延伸。柵電極30通過柵絕緣膜32而與半導(dǎo)體基板18絕緣。

如圖2、3所示，第一元件范圍11內(nèi)的各個單元區(qū)43具有發(fā)射區(qū)22與體區(qū)24。

發(fā)射區(qū)22為n型區(qū)域。在第一元件范圍11內(nèi)的各個單元區(qū)43內(nèi)設(shè)置有兩個發(fā)射區(qū)22。發(fā)射區(qū)22被配置在露出于半導(dǎo)體基板18的上表面18a的范圍內(nèi)。發(fā)射區(qū)22在溝槽40的最上部與柵絕緣膜32相接。

體區(qū)24為p型區(qū)域。體區(qū)24在不存在發(fā)射區(qū)22的范圍內(nèi)露出于半導(dǎo)體基板18的上表面18a。體區(qū)24從露出于上表面18a的位置起延伸至發(fā)射區(qū)22的下側(cè)的位置。體區(qū)24具有高濃度區(qū)域24a和與高濃度區(qū)域24a相比p型雜質(zhì)濃度較低的低濃度區(qū)域24b。高濃度區(qū)域24a被配置在露出于上表面18a的范圍內(nèi)。低濃度區(qū)域24b被配置在與發(fā)射區(qū)22相比靠下側(cè)。低濃度區(qū)域24b在發(fā)射區(qū)22的下側(cè)與柵絕緣膜32相接。

如圖3所示，在第一元件范圍11內(nèi)與位于最靠圍繞范圍13側(cè)的第二溝槽40b1在圍繞范圍13側(cè)相鄰的半導(dǎo)體區(qū)域11a內(nèi)，也形成有上述的發(fā)射區(qū)22和體區(qū)24。在半導(dǎo)體區(qū)域11a內(nèi)，發(fā)射區(qū)22也露出于半導(dǎo)體基板18的上表面18a并且在溝槽40的最上部與柵絕緣膜32相接。此外，在半導(dǎo)體區(qū)域11a內(nèi)，體區(qū)24的高濃度區(qū)域24a也露出于半導(dǎo)體基板18的上表面18a。此外，在半導(dǎo)體區(qū)域11a內(nèi)，低濃度區(qū)域24b也在發(fā)射區(qū)22的下側(cè)與柵絕緣膜32相接。

第二元件范圍12內(nèi)的各個單元區(qū)43也具有發(fā)射區(qū)22和體區(qū)24。第二元件范圍12內(nèi)的發(fā)射區(qū)22以及體區(qū)24具有與第一元件范圍11內(nèi)的發(fā)射區(qū)22以及體區(qū)24相同的結(jié)構(gòu)。

在第二元件范圍12內(nèi)與位于最靠圍繞范圍13側(cè)的第二溝槽40b2在圍繞范圍13側(cè)相鄰的半導(dǎo)體區(qū)域12a內(nèi)，也形成有上述的發(fā)射區(qū)22和體區(qū)24。

如圖3、4所示，在圍繞范圍13內(nèi)的各個溝槽間區(qū)域42內(nèi)設(shè)置有周邊p型區(qū)域29。周邊p型區(qū)域29在圍繞范圍13內(nèi)被設(shè)置在露出于半導(dǎo)體基板18的上表面18a的范圍內(nèi)。周邊p型區(qū)域29為具有與體區(qū)24的低濃度區(qū)域24b相同程度的p型雜質(zhì)濃度的p型區(qū)域。周邊p型區(qū)域29從半導(dǎo)體基板18的上表面18a起延伸至與體區(qū)24的下端大致相同的深度。如圖4所示，周邊p型區(qū)域29的下端的位置位于與各個第一溝槽40a的下端的位置相比靠上側(cè)。如圖4所示，各個周邊p型區(qū)域29通過第一溝槽40a而與在y方向上相鄰的其他周邊p型區(qū)域29分離。此外，如上所述，圍繞范圍13內(nèi)不存在第二溝槽40b。因此，如圖3所示，各個周邊p型區(qū)域29與在x方向上相鄰的體區(qū)24的低濃度區(qū)域24b(即，半導(dǎo)體區(qū)域11a、12a內(nèi)的低濃度區(qū)域24b)連接。

如圖1、3所示，在外周耐壓范圍14內(nèi)設(shè)置有終端區(qū)域34和多個護(hù)圈36。

終端區(qū)域34為p型區(qū)域，并且被配置在露出于半導(dǎo)體基板18的上表面18a的范圍內(nèi)。終端區(qū)域34從上表面18a起延伸至與溝槽40的下端相比靠下側(cè)。終端區(qū)域34以包圍溝槽范圍(即，第一元件范圍11、圍繞范圍13以及第二元件范圍12)的方式而以環(huán)狀延伸。

各個護(hù)圈36為p型區(qū)域，并且被配置在露出于半導(dǎo)體基板18的上表面18a的范圍內(nèi)。各個護(hù)圈36從上表面18a起延伸至與溝槽40的下端相比靠下側(cè)。終端區(qū)域34被各個護(hù)圈36多重包圍。即，各個護(hù)圈36以包圍溝槽范圍的方式而以環(huán)狀延伸。各個護(hù)圈36與體區(qū)24以及終端區(qū)域34分離。此外，各個護(hù)圈36相互分離。

如圖3、4所示，半導(dǎo)體基板18具有漂移區(qū)26、緩沖區(qū)27以及集電區(qū)28。

漂移區(qū)26為n型雜質(zhì)濃度較低的n型區(qū)域。漂移區(qū)26以跨及第一元件范圍11、圍繞范圍13、第二元件范圍12以及外周耐壓范圍14的方式分布。漂移區(qū)26在第一元件范圍11內(nèi)被配置在體區(qū)24的下側(cè)，并從下側(cè)與體區(qū)24相接。在第一元件范圍11內(nèi)，漂移區(qū)26通過體區(qū)24而與發(fā)射區(qū)22分離。在第一元件范圍11內(nèi)，漂移區(qū)26在體區(qū)24的下側(cè)與柵絕緣膜32相接。漂移區(qū)26在圍繞范圍13內(nèi)被配置在周邊p型區(qū)域29的下側(cè)，并從下側(cè)與周邊p型區(qū)域29相接。漂移區(qū)26在第二元件范圍12內(nèi)被配置在體區(qū)24的下側(cè)，并從下側(cè)與體區(qū)24相接。在第二元件范圍12內(nèi)，漂移區(qū)26通過體區(qū)24而與發(fā)射區(qū)22分離。在第二元件范圍12內(nèi)，漂移區(qū)26在體區(qū)24的下側(cè)與柵絕緣膜32相接。漂移區(qū)26在外周耐壓范圍14內(nèi)與終端區(qū)域34和各個護(hù)圈36相接。通過漂移區(qū)26而使終端區(qū)域34與護(hù)圈36分離。此外，通過漂移區(qū)26而使各個護(hù)圈36相互分離。

緩沖區(qū)27為與漂移區(qū)26相比n型雜質(zhì)濃度較高的n型區(qū)域。緩沖區(qū)27以跨及第一元件范圍11、圍繞范圍13、第二元件范圍12以及外周耐壓范圍14的方式分布。緩沖區(qū)27被配置在漂移區(qū)26的下側(cè)，并且從下側(cè)與漂移區(qū)26相接。

集電區(qū)28為p型區(qū)域。集電區(qū)28以跨及第一元件范圍11、圍繞范圍13、第二元件范圍12以及外周耐壓范圍14的方式分布。集電區(qū)28被配置在緩沖區(qū)27的下側(cè)，并從下側(cè)與緩沖區(qū)27相接。集電區(qū)28在半導(dǎo)體基板18的下表面18b上露出。

如圖3、4所示，在半導(dǎo)體基板18上配置有層間絕緣膜62、歐姆金屬層51、多個環(huán)狀電極53、絕緣保護(hù)膜60以及表面金屬層52。

層間絕緣膜62被配置在半導(dǎo)體基板18的上表面18a上。層間絕緣膜62以跨及第一元件范圍11、圍繞范圍13、第二元件范圍12以及外周耐壓范圍14的方式而延伸。柵電極30的上表面整體被層間絕緣膜62覆蓋。在第一元件范圍11以及第二元件范圍12內(nèi)的各個單元區(qū)43的上部設(shè)置有在上下方向上貫穿層間絕緣膜62的接觸孔62a。在圍繞范圍13內(nèi)未設(shè)置有接觸孔。圍繞范圍13內(nèi)的半導(dǎo)體基板18的上表面18a的整體被層間絕緣膜62覆蓋。換言之，不存在第二溝槽40b并且在層間絕緣膜62上未設(shè)置有接觸孔的范圍為圍繞范圍13。在外周耐壓范圍14內(nèi)的層間絕緣膜62上，于終端區(qū)域34的上部與各個護(hù)圈36的上部等設(shè)置有接觸孔。

歐姆金屬層51在第一元件范圍11、圍繞范圍13、第二元件范圍12內(nèi)對層間絕緣膜62進(jìn)行覆蓋。歐姆金屬層51沿著層間絕緣膜62的表面與半導(dǎo)體基板18的上表面18a延伸，并且具有大致固定的厚度。因此，在第一元件范圍11以及第二元件范圍12內(nèi)，歐姆金屬層51的上表面仿照接觸孔62a而凹陷。即，在各個接觸孔62a的上部的歐姆金屬層51的表面上設(shè)置有凹部51a。歐姆金屬層51在各個接觸孔62a內(nèi)與半導(dǎo)體基板18的上表面18a相接。歐姆金屬層51在各個接觸孔62a內(nèi)與發(fā)射區(qū)22和體區(qū)24的高濃度區(qū)域24a歐姆接觸。由于在圍繞范圍13內(nèi)的層間絕緣膜62上未設(shè)置有接觸孔62a，因此圍繞范圍13內(nèi)的歐姆金屬層51的上表面是平坦的。此外，歐姆金屬層51的一部分延伸至終端區(qū)域34上。歐姆金屬層51在終端區(qū)域34的上部的接觸孔內(nèi)與終端區(qū)域34歐姆接觸。歐姆金屬層51由alsi(鋁和硅的合金)構(gòu)成。

多個環(huán)狀電極53被配置在各個護(hù)圈36的上部。各個環(huán)狀電極53沿著護(hù)圈36而以環(huán)狀延伸。各個環(huán)狀電極53在各個護(hù)圈36的上部的接觸孔內(nèi)與護(hù)圈36歐姆接觸。

絕緣保護(hù)膜60在第二元件范圍12與外周耐壓范圍14內(nèi)被配置在歐姆金屬層51、層間絕緣膜62以及環(huán)狀電極53的上部。第二元件范圍12與外周耐壓范圍14的表面整體被絕緣保護(hù)膜60覆蓋。絕緣保護(hù)膜60的一部分延伸至圍繞范圍13。在圍繞范圍13內(nèi)，絕緣保護(hù)膜60被配置在金屬層51上。絕緣保護(hù)膜60對圍繞范圍13內(nèi)的歐姆金屬層51的外周側(cè)的部分進(jìn)行覆蓋。在絕緣保護(hù)膜60上，于半導(dǎo)體基板18的上表面18a的中央部處設(shè)置有開口80。開口80被設(shè)置在包含第一元件范圍11在內(nèi)的與第一元件范圍11相比較寬的范圍內(nèi)。即，第一元件范圍11的整體與圍繞范圍13的內(nèi)周側(cè)的部分位于開口80內(nèi)。如圖1、3所示，絕緣保護(hù)膜60的內(nèi)周側(cè)的端部60a(即開口80的側(cè)面)位于圍繞范圍13內(nèi)。絕緣保護(hù)膜60由樹脂(例如，聚酰亞胺)構(gòu)成。絕緣保護(hù)膜60的線膨脹系數(shù)與歐姆金屬層51(即alsi)的線膨脹系數(shù)相比稍大。

表面金屬層52對未被絕緣保護(hù)膜60覆蓋的范圍的歐姆金屬層51(即，圍繞范圍13內(nèi)的歐姆金屬層51的內(nèi)周側(cè)的部分與第一元件范圍11內(nèi)的歐姆金屬層51)的表面進(jìn)行覆蓋。表面金屬層52在第一元件范圍11內(nèi)被填充到各個凹部51a內(nèi)。表面金屬層52的外周側(cè)的一部分越至絕緣保護(hù)膜60上。因此，在絕緣保護(hù)膜60的內(nèi)周側(cè)的端部60a(即，開口80的側(cè)面)，表面金屬層52與絕緣保護(hù)膜60相接。表面金屬層52由鎳構(gòu)成。表面金屬層52(即，鎳)的焊錫潤濕性較高。表面金屬層52(即，鎳)的線膨脹系數(shù)小于歐姆金屬層51(即，alsi)的線膨脹系數(shù)。在表面金屬層52上接合有焊錫層55。通過焊錫層55而使表面金屬層52與未圖示的金屬塊連接。

在半導(dǎo)體基板18的下表面18b上配置有下部電極54。下部電極54與集電區(qū)28歐姆接觸。

接下來，對igbt10的動作進(jìn)行說明。igbt10在歐姆金屬層51與下部電極54之間被施加有使下部電極54側(cè)成為高電位的電壓的狀態(tài)下被使用。當(dāng)向柵電極30施加與閾值相比較高的電位時，在與柵絕緣膜32相鄰的范圍內(nèi)，于體區(qū)24內(nèi)會形成有溝道。通過溝道而使發(fā)射區(qū)22與漂移區(qū)26連接。其結(jié)果為，電子從歐姆金屬層51起經(jīng)由發(fā)射區(qū)22、溝道、漂移區(qū)26、緩沖區(qū)27以及集電區(qū)28而向下部電極54流動。此外，空穴從下部電極54起經(jīng)由集電區(qū)28、緩沖區(qū)27、漂移區(qū)26、體區(qū)24而向歐姆金屬層51流動。即，igbt10導(dǎo)通，從而電流從下部電極54起向歐姆金屬層51流通。

當(dāng)使柵電極30的電位降低至與閾值相比較低的電位時，溝道消失。如此，在第一元件范圍11與第二元件范圍12內(nèi)，反向電壓被施加在體區(qū)24與漂移區(qū)26的界面的pn結(jié)25a上。因此，耗盡層從pn結(jié)25a向體區(qū)24與漂移區(qū)26擴(kuò)張。由于漂移區(qū)26的n型雜質(zhì)濃度極低，因此漂移區(qū)26在較寬的范圍內(nèi)被耗盡化。此外，當(dāng)耗盡層擴(kuò)張至體區(qū)24時，存在于被耗盡化的區(qū)域內(nèi)的空穴與漂移區(qū)26內(nèi)的電子復(fù)合而消失。因此，當(dāng)耗盡層擴(kuò)張時，存在于體區(qū)24內(nèi)的空穴減少。

此外，在圍繞范圍13內(nèi)，反向電壓被施加在周邊p型區(qū)域29與漂移區(qū)26的界面的pn結(jié)25b上。因此，耗盡層從pn結(jié)25b向周邊p型區(qū)域29與漂移區(qū)26擴(kuò)張。漂移區(qū)26也通過從pn結(jié)25b擴(kuò)張的耗盡層而被耗盡化。此外，當(dāng)耗盡層擴(kuò)張到周邊p型區(qū)域29時，存在于被耗盡化的區(qū)域內(nèi)的空穴與漂移區(qū)26內(nèi)的電子復(fù)合而消失。因此，當(dāng)耗盡層擴(kuò)張時，存在于周邊p型區(qū)域29內(nèi)的空穴減少。

此外，在外周耐壓范圍14內(nèi)，反向電壓被施加在終端區(qū)域34與漂移區(qū)26的界面的pn結(jié)25c上。因此，耗盡層從pn結(jié)25c向終端區(qū)域34與漂移區(qū)26擴(kuò)張。當(dāng)從pn結(jié)25c擴(kuò)張至漂移區(qū)26的耗盡層到達(dá)最內(nèi)周側(cè)的護(hù)圈36時，耗盡層將從該護(hù)圈36向周圍的漂移區(qū)26擴(kuò)張。當(dāng)從最內(nèi)周側(cè)的護(hù)圈36擴(kuò)張至漂移區(qū)26的耗盡層到達(dá)相鄰的護(hù)圈36時，耗盡層將從該護(hù)圈36向周圍的漂移區(qū)26擴(kuò)張。以此方式，在外周耐壓范圍14內(nèi)，耗盡層經(jīng)由多個護(hù)圈36而向外周側(cè)延伸。因此，在外周耐壓范圍14內(nèi)，漂移區(qū)26被耗盡化至半導(dǎo)體基板18的外周端面18c附近。

如上文所說明的那樣，當(dāng)使柵電極30的電位降低至與閾值相比較低的電位時，溝道消失，并且漂移區(qū)26在較寬的范圍內(nèi)被耗盡化。通過耗盡層而使體區(qū)24與緩沖區(qū)27分離。因此，當(dāng)使柵電極30的電位降低至與閾值相比較低的電位時，在igbt10中流通的電流停止。即，igbt10斷開。

圖4、5的等電位線92表示igbt10處于斷開的狀態(tài)下的漂移區(qū)26內(nèi)的電位分布。在圖4、5所示的范圍內(nèi)，漂移區(qū)26整體被耗盡化。此外，雖然周邊p型區(qū)域29與體區(qū)24在其下端部的附近被部分地耗盡化，但大部分成為非耗盡化區(qū)域。

如圖5所示，在第一元件范圍11以及第二元件范圍12內(nèi)，由于溝槽40(即，第一溝槽40a和第二溝槽40b)突出至與體區(qū)24的下端相比靠下側(cè)，因此在溝槽40的下部，與在體區(qū)24的下部相比，電位線92向下側(cè)偏移。但是，由于體區(qū)24的電位與柵電極30的電位大致相等，并且在體區(qū)24的下端與柵電極30的下端之間，深度之差較小，因此在體區(qū)24的下部與柵電極30的下部之間，等電位線92的深度之差并不那么大。

如圖4、5所示，在圍繞范圍13內(nèi)，周邊p型區(qū)域29擴(kuò)張至與體區(qū)24大致相同的深度。此外，雖然在圍繞范圍13內(nèi)不存在第二溝槽40b，但第一溝槽40a突出至與周邊p型區(qū)域29的下端相比靠下側(cè)。圍繞范圍13內(nèi)的第一溝槽40a的下端的位置與第一元件范圍11以及第二元件范圍12內(nèi)的第一溝槽40a以及第二溝槽40b的下端的位置大致相同。因此，在圍繞范圍13內(nèi)，等電位線92也在與第一元件范圍11內(nèi)以及第二元件范圍12內(nèi)大致相同的深度處分布。在第一溝槽40a的下部，與在周邊p型區(qū)域29的下部相比，電位線92向下側(cè)偏移。由于周邊p型區(qū)域29的電位與柵電極30的電位大致相同，并且在周邊p型區(qū)域29的下端與柵電極30的下端之間，深度之差較小，因此在周邊p型區(qū)域29的下部與柵電極30的下部之間，等電位線92的深度之差并不那么大。

以此方式，由于在第一元件范圍11、第2元件范圍12以及圍繞范圍13之間等，電位線92的深度不易產(chǎn)生差，因此在該igbt中，于圍繞范圍13內(nèi)以及其周邊處，電場集中被抑制。

當(dāng)igbt10從斷開的狀態(tài)起再次使柵電極30的電位被提升至與閾值相比較高的電位時，在體區(qū)24內(nèi)會形成有溝道，從而漂移區(qū)26的電位降低。如此，空穴從歐姆金屬層51被供給到體區(qū)24。由此，從體區(qū)24與漂移區(qū)26的界面的pn結(jié)25a延伸的耗盡層收縮并消失。因此，電子以及空穴能夠在漂移區(qū)26內(nèi)流通，從而使igbt10導(dǎo)通。

此外，當(dāng)漂移區(qū)26的電位降低時，空穴從歐姆金屬層51起經(jīng)由體區(qū)24而被供給到周邊p型區(qū)域29。由此，從周邊p型區(qū)域29與漂移區(qū)26的界面的pn結(jié)25b延伸的耗盡層收縮并消失。因此，電子以及空穴也能夠在周邊p型區(qū)域29的下部的漂移區(qū)26內(nèi)流通。由此，漂移區(qū)26內(nèi)的電子以及空穴能夠流通的區(qū)域的寬度變寬，從而使漂移區(qū)26的電阻變小。因此，在該igbt10中，不容易產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)損耗，從而導(dǎo)通電壓較小。

此外，由于igbt10反復(fù)導(dǎo)通與斷開，從而半導(dǎo)體基板18的溫度反復(fù)變化。因此，半導(dǎo)體基板18的上部的歐姆金屬層51、表面金屬層52以及絕緣保護(hù)膜60的溫度反復(fù)變化。

在歐姆金屬層51與表面金屬層52接觸的范圍(即，第一元件范圍11與圍繞范圍13的內(nèi)周側(cè))內(nèi)，歐姆金屬層51與表面金屬層52一起熱膨脹。如上所述，表面金屬層52(即，鎳)的線膨脹系數(shù)小于歐姆金屬層51(即，alsi)的線膨脹系數(shù)。因此，在該范圍內(nèi)，歐姆金屬層51的熱膨脹被抑制。由于在第一元件范圍11內(nèi)，表面金屬層52被填充到歐姆金屬層51的上表面的各個凹部51a內(nèi)，因此歐姆金屬層51被表面金屬層52較強(qiáng)地束縛。因此，在第一元件范圍11內(nèi)，歐姆金屬層的熱膨脹量較小。另一方面，在圍繞范圍13內(nèi)，于歐姆金屬層51與表面金屬層52接觸的范圍內(nèi)(即，圍繞范圍13的內(nèi)周側(cè))，在歐姆金屬層51的上表面上未形成有凹部51a，從而該上表面是平坦的。因此，在圍繞范圍13的內(nèi)周側(cè)，與在第一元件范圍11內(nèi)相比，表面金屬層52對歐姆金屬層51的束縛力較弱。因此，在該范圍內(nèi)，與在第一元件范圍11內(nèi)相比，歐姆金屬層51的熱膨脹量較大。

在歐姆金屬層51與絕緣保護(hù)膜60接觸的范圍(即，圍繞范圍13的外周側(cè)、第二元件范圍12以及外周耐壓范圍14)內(nèi)，歐姆金屬層51與絕緣保護(hù)膜60一起熱膨脹。如上所述，絕緣保護(hù)膜60(即，聚酰亞胺)的線膨脹系數(shù)與歐姆金屬層51(即，alsi)的線膨脹系數(shù)相比稍大。因此，在該范圍內(nèi)，歐姆金屬層51的熱膨脹量在圖3所示的范圍內(nèi)最大。

如上所述，在實施例1的igbt10中，絕緣保護(hù)膜60的內(nèi)周側(cè)的端部60a(即，開口80的側(cè)面)被配置在圍繞范圍13內(nèi)(即，上表面平坦的歐姆金屬層51上)。因此，歐姆金屬層51的熱膨脹量比較大的范圍(圍繞范圍13的內(nèi)周側(cè))與歐姆金屬層51的熱膨脹量最大的范圍(圍繞范圍13的外周側(cè))相鄰。因此，在絕緣保護(hù)膜60的內(nèi)周側(cè)的端部60a的周邊，歐姆金屬層51的熱膨脹量之差并不那么大。因此，在端部60a的下部，在歐姆金屬層51中不易產(chǎn)生極大的應(yīng)力。因此，在端部60a的下部，歐姆金屬層51產(chǎn)生裂紋的情況被抑制。實施例1的igbt10具有較高的可靠性。

另外，在實施例1的igbt10中，表面金屬層52通過經(jīng)由模板掩膜(與半導(dǎo)體基板18以分體的形式被準(zhǔn)備的掩膜板)的濺射(以下，稱為掩膜濺射)而形成。由于掩膜濺射的精度并不那么高，因此圖3所示的表面金屬層52的外周側(cè)的端部52b的位置的偏差較大。當(dāng)表面金屬層52的外周側(cè)的端部52b突出至與歐姆金屬層51的外周側(cè)的端部52c相比靠外周側(cè)時，外周耐壓范圍14內(nèi)的漂移區(qū)26內(nèi)的電位分布將混亂，從而使igbt10的耐壓降低。此外，當(dāng)表面金屬層52的外周側(cè)的端部52b位于與絕緣保護(hù)膜60的內(nèi)周側(cè)的端部60a相比靠內(nèi)周側(cè)時，歐姆金屬層51會露出，因此可靠性降低。因此，優(yōu)選為，將歐姆金屬層51的外周側(cè)的端部52c與絕緣保護(hù)膜60的內(nèi)周側(cè)的端部60a之間的間隔設(shè)置為較寬，從而在該間隔之間配置表面金屬層52的外周側(cè)的端部52b。在該情況下，通過在歐姆金屬層51的外周側(cè)的端部52c與圍繞范圍13之間配置第二元件范圍12(即，作為開關(guān)元件而進(jìn)行工作的范圍)，從而能夠有效地利用半導(dǎo)體基板18，由此能夠?qū)gbt10的電流容量形成為較大。

實施例2

在igbt的制造工序中，能夠通過對半導(dǎo)體基板18的上表面18a進(jìn)行蝕刻，從而形成第一溝槽40a和第二溝槽40b。此時，由于在圍繞范圍13內(nèi)未形成第二溝槽40b，因此在圍繞范圍13內(nèi)，與在第一元件范圍11以及第二元件范圍12相比，蝕刻的區(qū)域較少。因此，在圍繞范圍13內(nèi)，未反應(yīng)的蝕刻氣體的濃度變高，從而在圍繞范圍13內(nèi)的形成第一溝槽40a的區(qū)域內(nèi)蝕刻速度變快。因此，存在圍繞范圍13內(nèi)的第一溝槽40a與第一元件范圍11以及第二元件范圍12內(nèi)的第一溝槽40a相比稍深的情況。在實施例1的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)在圍繞范圍13內(nèi)第一溝槽40a局部地變深時，雖然程度較小，但電場容易集中在該較深的第一溝槽40a的附近。在實施例2中，即使在如上述那樣第一溝槽40a局部地變深的情況下，也會抑制電場集中。

實施例2的igbt中，如圖6、7所示，周邊p型區(qū)域29延伸至與體區(qū)24相比較深的位置。此外，周邊p型區(qū)域29的p型雜質(zhì)濃度與體區(qū)24的低濃度區(qū)域24b的p型雜質(zhì)濃度相比較高。實施例2的igbt10的其他結(jié)構(gòu)與實施例1相同。

在該結(jié)構(gòu)中，周邊p型區(qū)域29擴(kuò)大至與第一溝槽40a相比較深的位置。因此，在各個第一溝槽40a的下側(cè)，相鄰的周邊p型區(qū)域29彼此相互連接。即，第一溝槽40a未貫穿周邊p型區(qū)域29。在該結(jié)構(gòu)中，如圖6、7所示，當(dāng)igbt斷開時，在周邊p型區(qū)域29的下部，等電位線92沿著周邊p型區(qū)域29的下端而在橫向上以直線狀延伸。在該結(jié)構(gòu)中，第一溝槽40a的深度不會影響等電位線92的分布。因此，無論第一溝槽40a的深度如何，均能夠穩(wěn)定地抑制電場集中。

此外，在實施例2中，周邊p型區(qū)域29的p型雜質(zhì)濃度與體區(qū)24的低濃度區(qū)域24b的p型雜質(zhì)濃度相比較高。因此，在周邊p型區(qū)域29內(nèi)耗盡層不易擴(kuò)張。假設(shè)在周邊p型區(qū)域29內(nèi)耗盡層到達(dá)第一溝槽40a時，耗盡層內(nèi)的電位分布因第一溝槽40a而受到影響。即，耗盡層內(nèi)的電位分布根據(jù)第一溝槽40a的深度而受到影響。通過如實施例2那樣將周邊p型區(qū)域29的p型雜質(zhì)濃度設(shè)為較高，從而更不易受到第一溝槽40a的深度的影響。

另外，在上述的實施例1、2中，通過掩膜濺射而形成了表面金屬層52。然而，也可以通過電鍍來形成表面金屬層52。在該情況下，如圖5所示，表面金屬層52的外周側(cè)的端部52b未越至絕緣保護(hù)膜60上，而是與絕緣保護(hù)膜60的內(nèi)周側(cè)的端部60a(即，開口80的側(cè)面)接觸。在這種結(jié)構(gòu)中，也能獲得與上述的實施例相同的效果。

此外，雖然在上述的實施例1、2中對igbt進(jìn)行了說明，但也可以將本說明書中公開的技術(shù)應(yīng)用到mosfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor：金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)等其他的開關(guān)元件中。通過代替實施例的集電區(qū)28而設(shè)置與下部電極54歐姆接觸的n型區(qū)域(漏極區(qū))，從而能夠獲得n溝道型的mosfet。此外，在n溝道型的mosfet中，通過使n型區(qū)域與p型區(qū)域反轉(zhuǎn)，從而能夠獲得p溝道型的mosfet。

對上述的實施例的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求的結(jié)構(gòu)要素之間的關(guān)系進(jìn)行說明。實施例的歐姆金屬層51為權(quán)利要求的第一金屬層的一個示例。實施例的表面金屬層52為權(quán)利要求的第二金屬層的一個示例。實施例的發(fā)射區(qū)22為權(quán)利要求的第一區(qū)域的一個示例。實施例的漂移區(qū)26為權(quán)利要求的第二區(qū)域的一個示例。實施例的周邊p型區(qū)域29為權(quán)利要求的周邊第二導(dǎo)電型區(qū)域的一個示例。實施例的圍繞范圍13中的與第一元件范圍11在x方向上相鄰的部分為權(quán)利要求的無效范圍的一個示例。

以下對于本說明書公開的技術(shù)要素進(jìn)行列述。另外，以下的各個技術(shù)要素為各自獨(dú)立有用的技術(shù)要素。

在本說明書所公開的一個示例的結(jié)構(gòu)中，周邊第二導(dǎo)電型區(qū)域的下端位于與無效范圍內(nèi)的第一溝槽的下端相比靠下側(cè)。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，開關(guān)元件的耐壓不易受到第一溝槽的深度的影響。

在本說明書所公開的一個示例的結(jié)構(gòu)中，周邊第二導(dǎo)電型區(qū)域的第二導(dǎo)電型雜質(zhì)濃度高于體區(qū)的位于第一區(qū)域的下側(cè)的部分的第二導(dǎo)電型雜質(zhì)濃度。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，開關(guān)元件的耐壓更不易受到第一溝槽的深度的影響。

在本說明書所公開的一個示例的結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體基板具有被配置在無效范圍與半導(dǎo)體基板的外周端面之間的外周耐壓范圍。在外周耐壓范圍內(nèi)設(shè)置有第二導(dǎo)電型的護(hù)圈，所述護(hù)圈露出于半導(dǎo)體基板的上表面上，并包圍第一元件范圍和無效范圍，且與第一金屬層電分離。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步提高開關(guān)元件的耐壓。

在本說明書所公開的一個示例的結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體基板具有被配置在無效范圍與外周耐壓范圍之間的第二元件范圍。第一溝槽跨及第一元件范圍、無效范圍和第二元件范圍而延伸。在第二元件范圍內(nèi)，于各個溝槽間區(qū)域內(nèi)的半導(dǎo)體基板的上表面上設(shè)置有多個第二溝槽。在第二元件范圍內(nèi)，于對半導(dǎo)體基板的上表面進(jìn)行覆蓋的部分的所述層間絕緣膜上設(shè)置有接觸孔。第一金屬層在第二元件范圍內(nèi)的接觸孔內(nèi)與半導(dǎo)體基板的上表面相接。絕緣保護(hù)膜對第二元件范圍內(nèi)的第一金屬層進(jìn)行覆蓋。第二金屬層以從開口內(nèi)的第一金屬層上跨至絕緣保護(hù)膜上的方式而被配置。第二金屬層的外周側(cè)端部位于與第一金屬層的外周側(cè)端部相比靠內(nèi)周側(cè)。第二元件范圍內(nèi)的各個溝槽間區(qū)域具有第一區(qū)域和體區(qū)。

為了確保開關(guān)元件的可靠性，優(yōu)選為，在絕緣保護(hù)膜的內(nèi)周側(cè)端部與第一金屬層的外周側(cè)端部之間設(shè)置間隔，并且在該間隔之中配置第二金屬層的外周側(cè)端部。通過在該間隔部分處設(shè)置第二元件范圍(作為開關(guān)元件而發(fā)揮功能的范圍)，從而能夠增加開關(guān)元件的電流容量。

以上，雖然對實施方式進(jìn)行了詳細(xì)說明，但這些只不過是示例，并不對權(quán)利要求書進(jìn)行限定。在權(quán)利要求書所記載的技術(shù)中，包括對上文所例示的具體示例進(jìn)行了各種改變、變更的內(nèi)容。在本說明書或附圖中所說明的技術(shù)要素以單獨(dú)或各種組合的方式來發(fā)揮技術(shù)上的有用性，并不限定于申請時權(quán)利要求所記載的組合。此外，本說明書或附圖中所例示的技術(shù)同時實現(xiàn)多個目的，并且實現(xiàn)其中一個目的本身便具有技術(shù)上的有用性。

符號說明

11：第一元件范圍；12：第二元件范圍；13：圍繞范圍；14：外周耐壓范圍；18：半導(dǎo)體基板；22：發(fā)射區(qū)；24：體區(qū)；26：漂移區(qū)；27：緩沖區(qū)；28：集電區(qū)；29：周邊p型區(qū)域；30：柵電極；32：柵絕緣膜；34：終端區(qū)域；36：護(hù)圈；40：溝槽；42a：第一溝槽；40b：第二溝槽；42：溝槽間區(qū)域；43：單元區(qū)；51：歐姆金屬層；52：表面金屬層；54：下部電極；55：焊錫層；60：絕緣保護(hù)膜；62：層間絕緣膜；62a：接觸孔；80：開口。