(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023170200
(43)【公開日】2023-12-01
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 29/739 20060101AFI20231124BHJP
H01L 21/8234 20060101ALI20231124BHJP
H01L 29/78 20060101ALI20231124BHJP
H01L 29/06 20060101ALI20231124BHJP
H01L 29/861 20060101ALI20231124BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 655C
H01L27/06 102A
H01L29/78 652Q
H01L29/78 655G
H01L29/78 657D
H01L29/78 655F
H01L29/78 653A
H01L29/78 652J
H01L29/78 655B
H01L29/78 655D
H01L29/78 652M
H01L29/78 652P
H01L29/06 301V
H01L29/06 301G
H01L29/91 D
H01L29/91 L
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022081761
(22)【出願日】2022-05-18
(71)【出願人】
【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】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】白川 徹
(72)【発明者】
【氏名】三塚 要
【テーマコード（参考）】
5F048
【Ｆターム（参考）】
5F048AB10
5F048AC06
5F048AC10
5F048BA01
5F048BB02
5F048BB05
5F048BB19
5F048BC03
5F048BC07
5F048BC12
5F048BD07
5F048BF02
5F048BF07
(57)【要約】
【課題】半導体装置のスイッチング損失を抑制する。
【解決手段】ドリフト領域と半導体基板の下面との間に設けられた第２導電型のコレクタ領域とを備え、前記コレクタ領域は、第１領域と、前記第１領域よりも前記ドリフト領域に対するキャリアの注入効率が低い第２領域とを含み、上面視における前記コレクタ領域の単位面積に占める前記第１領域の面積をＳ1、前記第２領域の面積をＳ2とし、前記第１領域の前記注入効率をη1、前記第２領域の前記注入効率をη2とした場合に、次式で与えられる平均注入効率ηＣが０．１以上、０．４以下である、ηＣ＝（Ｓ１×η１＋Ｓ２×η２）／（Ｓ１＋Ｓ２）、半導体装置を提供する。
【選択図】図３
【解決手段】ドリフト領域と半導体基板の下面との間に設けられた第２導電型のコレクタ領域とを備え、前記コレクタ領域は、第１領域と、前記第１領域よりも前記ドリフト領域に対するキャリアの注入効率が低い第２領域とを含み、上面視における前記コレクタ領域の単位面積に占める前記第１領域の面積をＳ1、前記第２領域の面積をＳ2とし、前記第１領域の前記注入効率をη1、前記第２領域の前記注入効率をη2とした場合に、次式で与えられる平均注入効率ηＣが０．１以上、０．４以下である、ηＣ＝（Ｓ１×η１＋Ｓ２×η２）／（Ｓ１＋Ｓ２）、半導体装置を提供する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
上面および下面を有し、第１導電型のドリフト領域が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の前記上面と接して設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域に接して設けられた第２導電型のベース領域と、
前記ドリフト領域と前記半導体基板の前記下面との間に設けられた第２導電型のコレクタ領域と
を備え、
前記コレクタ領域は、第１領域と、前記第１領域よりも前記ドリフト領域に対するキャリアの注入効率が低い第２領域とを含み、
上面視における前記コレクタ領域の単位面積に占める前記第１領域の面積をＳ1、前記第２領域の面積をＳ2とし、前記第１領域の前記注入効率をη1、前記第２領域の前記注入効率をη2とした場合に、下式で与えられる平均注入効率ηＣが０．１以上、０．４以下である
ηＣ＝（Ｓ１×η１＋Ｓ２×η２）／（Ｓ１＋Ｓ２）
半導体装置。
前記半導体基板の前記上面と接して設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域に接して設けられた第２導電型のベース領域と、
前記ドリフト領域と前記半導体基板の前記下面との間に設けられた第２導電型のコレクタ領域と
を備え、
前記コレクタ領域は、第１領域と、前記第１領域よりも前記ドリフト領域に対するキャリアの注入効率が低い第２領域とを含み、
上面視における前記コレクタ領域の単位面積に占める前記第１領域の面積をＳ1、前記第２領域の面積をＳ2とし、前記第１領域の前記注入効率をη1、前記第２領域の前記注入効率をη2とした場合に、下式で与えられる平均注入効率ηＣが０．１以上、０．４以下である
ηＣ＝（Ｓ１×η１＋Ｓ２×η２）／（Ｓ１＋Ｓ２）
半導体装置。
【請求項2】
前記第１領域における前記コレクタ領域のドーピング濃度は、前記第２領域における前記コレクタ領域のドーピング濃度よりも高い
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】
前記第１領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度をＤ１、前記第２領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度をＤ２とした場合に、下式で与えられる平均ドーピング濃度ＤＣが１×１０１５／ｃｍ３以上、１×１０１８／ｃｍ３以下である
ＤＣ＝（Ｓ１×Ｄ１＋Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）
請求項２に記載の半導体装置。
ＤＣ＝（Ｓ１×Ｄ１＋Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第２領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度が、１×１０１５／ｃｍ３以上、１×１０１７／ｃｍ３以下である
請求項３に記載の半導体装置。
請求項３に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第２領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度が、前記ドリフト領域のドーピング濃度より高い
請求項３に記載の半導体装置。
請求項３に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第２領域と前記ドリフト領域との間に形成され、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度が高いバッファ領域を更に備え、
前記第２領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度が、前記第２領域と前記バッファ領域とのＰＮ接合部におけるドナー濃度よりも高い
請求項３に記載の半導体装置。
前記第２領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度が、前記第２領域と前記バッファ領域とのＰＮ接合部におけるドナー濃度よりも高い
請求項３に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第１領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度Ｄ１は前記平均ドーピング濃度ＤＣより高く、
前記平均ドーピング濃度ＤＣは前記第２領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度Ｄ２より高く、
前記第１領域の面積Ｓ１に対する前記第２領域の面積Ｓ２の割合αは下式で与えられ、
α＝Ｓ２／Ｓ１
割合βが前記第１領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度Ｄ１を含む下式で与えられ、
β＝（Ｄ１／ＤＣ－１）＋Ｄ２／（ＤＣ―Ｄ２）
前記割合αが前記割合β以上である
請求項３に記載の半導体装置。
前記平均ドーピング濃度ＤＣは前記第２領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度Ｄ２より高く、
前記第１領域の面積Ｓ１に対する前記第２領域の面積Ｓ２の割合αは下式で与えられ、
α＝Ｓ２／Ｓ１
割合βが前記第１領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度Ｄ１を含む下式で与えられ、
β＝（Ｄ１／ＤＣ－１）＋Ｄ２／（ＤＣ―Ｄ２）
前記割合αが前記割合β以上である
請求項３に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第１領域における前記コレクタ領域は、前記第２領域における前記コレクタ領域よりも、前記半導体基板の深さ方向において厚い
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9】
前記第２領域の第２導電型の不純物濃度が、前記第１領域の第２導電型の不純物濃度よりも高い
請求項８に記載の半導体装置。
請求項８に記載の半導体装置。
【請求項10】
上面視における２つの前記第１領域の間の距離が、前記ドリフト領域における少数キャリアの拡散長以下である
請求項８に記載の半導体装置。
請求項８に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記エミッタ領域および前記ベース領域を含む活性部と、
上面視において前記活性部を囲み、前記半導体基板の前記上面に接して設けられた第２導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域と前記半導体基板の端辺との間に配置されたエッジ終端構造部と
を備え、
前記活性部には前記第１領域および前記第２領域の両方が設けられ、
前記エッジ終端構造部には前記第２領域が設けられ、前記第１領域が設けられない
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
上面視において前記活性部を囲み、前記半導体基板の前記上面に接して設けられた第２導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域と前記半導体基板の端辺との間に配置されたエッジ終端構造部と
を備え、
前記活性部には前記第１領域および前記第２領域の両方が設けられ、
前記エッジ終端構造部には前記第２領域が設けられ、前記第１領域が設けられない
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記ウェル領域と重なる位置には前記第２領域が設けられ、前記第１領域が設けられない
請求項１１に記載の半導体装置。
請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項13】
前記エッジ終端構造部の前記第２領域が、前記活性部の前記エミッタ領域と重なる位置まで延伸して設けられている
請求項１１に記載の半導体装置。
請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項14】
前記半導体基板の前記上面から前記ドリフト領域まで設けられ、前記エミッタ領域および前記ベース領域に接するゲートトレンチ部を更に備え、
前記第１領域が前記ゲートトレンチ部と重なる位置に設けられている
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記第１領域が前記ゲートトレンチ部と重なる位置に設けられている
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項15】
前記半導体基板の前記上面と接して設けられ、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高いコンタクト領域を更に備え、
前記第１領域のコンタクト面積比は、前記第２領域のコンタクト面積比よりも高く、
前記コンタクト面積比は、前記半導体基板の前記上面に露出する前記コンタクト領域の面積の、単位面積に対する割合である
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記第１領域のコンタクト面積比は、前記第２領域のコンタクト面積比よりも高く、
前記コンタクト面積比は、前記半導体基板の前記上面に露出する前記コンタクト領域の面積の、単位面積に対する割合である
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項16】
上面および下面を有し、第１導電型のドリフト領域が設けられた半導体基板と、
前記ドリフト領域と前記半導体基板の前記上面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域に接して設けられた第２導電型のベース領域と、
前記ドリフト領域と前記半導体基板の前記下面との間に設けられた第２導電型のコレクタ領域と
を備え、
前記コレクタ領域は、第１領域と、前記第１領域よりも前記ドリフト領域に対するキャリアの注入効率が低い第２領域とを含み、
上面視における前記コレクタ領域の単位面積に占める前記第１領域の面積をＳ1、前記第２領域の面積をＳ2とし、前記第１領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度をＤ１、前記第２領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度をＤ２とした場合に、下式で与えられる平均ドーピング濃度ＤＣが１×１０１５／ｃｍ３以上、１×１０１８／ｃｍ３以下である
ＤＣ＝（Ｓ１×Ｄ１＋Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）
半導体装置。
前記ドリフト領域と前記半導体基板の前記上面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域に接して設けられた第２導電型のベース領域と、
前記ドリフト領域と前記半導体基板の前記下面との間に設けられた第２導電型のコレクタ領域と
を備え、
前記コレクタ領域は、第１領域と、前記第１領域よりも前記ドリフト領域に対するキャリアの注入効率が低い第２領域とを含み、
上面視における前記コレクタ領域の単位面積に占める前記第１領域の面積をＳ1、前記第２領域の面積をＳ2とし、前記第１領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度をＤ１、前記第２領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度をＤ２とした場合に、下式で与えられる平均ドーピング濃度ＤＣが１×１０１５／ｃｍ３以上、１×１０１８／ｃｍ３以下である
ＤＣ＝（Ｓ１×Ｄ１＋Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）
半導体装置。
【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、ＩＧＢＴ等を備える半導体装置が知られている（例えば特許文献１、２参照）。
特許文献１ 特開２０１５－０２３１１８号公報
特許文献２ 特開２０１８－０４９８６６号公報
特許文献１ 特開２０１５－０２３１１８号公報
特許文献２ 特開２０１８－０４９８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
半導体装置においては、スイッチング損失を抑制することが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、半導体装置を提供する。上記半導体装置は、上面および下面を有し、第１導電型のドリフト領域が設けられた半導体基板を備えてよい。上記半導体装置は、前記半導体基板の前記上面と接して設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のエミッタ領域を備えてよい。上記いずれかの半導体装置は、前記エミッタ領域に接して設けられた第２導電型のベース領域を備えてよい。上記いずれかの半導体装置は、前記ドリフト領域と前記半導体基板の前記下面との間に設けられた第２導電型のコレクタ領域を備えてよい。上記いずれかの半導体装置において前記コレクタ領域は、第１領域と、前記第１領域よりも前記ドリフト領域に対するキャリアの注入効率が低い第２領域とを含んでよい。上記いずれかの半導体装置において上面視における前記コレクタ領域の単位面積に占める前記第１領域の面積をＳ1、前記第２領域の面積をＳ2とし、前記第１領域の前記注入効率をη1、前記第２領域の前記注入効率をη2とした場合に、下式で与えられる平均注入効率ηＣが０．１以上、０．４以下であってよい。
ηＣ＝（Ｓ１×η１＋Ｓ２×η２）／（Ｓ１＋Ｓ２）
ηＣ＝（Ｓ１×η１＋Ｓ２×η２）／（Ｓ１＋Ｓ２）
【0005】
上記いずれかの半導体装置において、前記第１領域における前記コレクタ領域のドーピング濃度は、前記第２領域における前記コレクタ領域のドーピング濃度よりも高くてよい。
【0006】
上記いずれかの半導体装置において、前記第１領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度をＤ１、前記第２領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度をＤ２とした場合に、下式で与えられる平均ドーピング濃度ＤＣが１×１０１５／ｃｍ３以上、１×１０１８／ｃｍ３以下であってよい。
ＤＣ＝（Ｓ１×Ｄ１＋Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）
ＤＣ＝（Ｓ１×Ｄ１＋Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）
【0007】
上記いずれかの半導体装置において、前記第２領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度が、１×１０１５／ｃｍ３以上、１×１０１７／ｃｍ３以下であってよい。
【0008】
上記いずれかの半導体装置において、前記第２領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度が、前記ドリフト領域のドーピング濃度より高くてよい。
【0009】
上記いずれかの半導体装置は、前記第２領域と前記ドリフト領域との間に形成され、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度が高いバッファ領域を備えてよい。上記いずれかの半導体装置において、前記第２領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度が、前記第２領域と前記バッファ領域とのＰＮ接合部におけるドナー濃度よりも高くてよい。
【0010】
上記いずれかの半導体装置において、前記第１領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度Ｄ１は前記平均ドーピング濃度ＤＣより高くてよい。上記いずれかの半導体装置において、前記平均ドーピング濃度ＤＣは前記第２領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度Ｄ２より高くてよい。上記いずれかの半導体装置において、前記第１領域の面積Ｓ１に対する前記第２領域の面積Ｓ２の割合αは下式で与えられてよい。
α＝Ｓ２／Ｓ１
上記いずれかの半導体装置において、割合βが前記第１領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度Ｄ１を含む下式で与えられてよい。
β＝（Ｄ１／ＤＣ－１）＋Ｄ２／（ＤＣ―Ｄ２）
上記いずれかの半導体装置において、前記割合αが前記割合β以上であってよい。
α＝Ｓ２／Ｓ１
上記いずれかの半導体装置において、割合βが前記第１領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度Ｄ１を含む下式で与えられてよい。
β＝（Ｄ１／ＤＣ－１）＋Ｄ２／（ＤＣ―Ｄ２）
上記いずれかの半導体装置において、前記割合αが前記割合β以上であってよい。
【0011】
上記いずれかの半導体装置において、前記第１領域における前記コレクタ領域は、前記第２領域における前記コレクタ領域よりも、前記半導体基板の深さ方向において厚くてよい。
【0012】
上記いずれかの半導体装置において、前記第２領域の第２導電型の不純物濃度が、前記第１領域の第２導電型の不純物濃度よりも高くてよい。
【0013】
上記いずれかの半導体装置において、上面視における２つの前記第１領域の間の距離が、前記ドリフト領域における少数キャリアの拡散長以下であってよい。
【0014】
上記いずれかの半導体装置は、前記エミッタ領域および前記ベース領域を含む活性部を備えてよい。上記いずれかの半導体装置は、上面視において前記活性部を囲み、前記半導体基板の前記上面に接して設けられた第２導電型のウェル領域を備えてよい。上記いずれかの半導体装置は、前記ウェル領域と前記半導体基板の端辺との間に配置されたエッジ終端構造部を備えてよい。前記活性部には前記第１領域および前記第２領域の両方が設けられてよい。前記エッジ終端構造部には前記第２領域が設けられ、前記第１領域が設けられなくてよい。
【0015】
上記いずれかの半導体装置において、前記ウェル領域と重なる位置には前記第２領域が設けられ、前記第１領域が設けられなくてよい。
【0016】
上記いずれかの半導体装置において、前記エッジ終端構造部の前記第２領域が、前記活性部の前記エミッタ領域と重なる位置まで延伸して設けられていてよい。
【0017】
上記いずれかの半導体装置は、前記半導体基板の前記上面から前記ドリフト領域まで設けられ、前記エミッタ領域および前記ベース領域に接するゲートトレンチ部を備えてよい。上記いずれかの半導体装置において、前記第１領域が前記ゲートトレンチ部と重なる位置に設けられていてよい。
【0018】
上記いずれかの半導体装置は、前記半導体基板の前記上面と接して設けられ、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高いコンタクト領域を備えてよい。上記いずれかの半導体装置において、前記第１領域のコンタクト面積比は、前記第２領域のコンタクト面積比よりも高くてよい。前記コンタクト面積比は、前記半導体基板の前記上面に露出する前記コンタクト領域の面積の、単位面積に対する割合であってよい。
【0019】
本発明の第２の態様においては、半導体装置を提供する。上記半導体装置は、上面および下面を有し、第１導電型のドリフト領域が設けられた半導体基板を備えてよい。上記半導体装置は、前記ドリフト領域と前記半導体基板の前記上面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のエミッタ領域を備えてよい。上記いずれかの半導体装置は、前記エミッタ領域に接して設けられた第２導電型のベース領域を備えてよい。上記いずれかの半導体装置は、前記ドリフト領域と前記半導体基板の前記下面との間に設けられた第２導電型のコレクタ領域を備えてよい。上記いずれかの半導体装置において、前記コレクタ領域は、第１領域と、前記第１領域よりも前記ドリフト領域に対するキャリアの注入効率が低い第２領域とを含んでよい。上記いずれかの半導体装置において、上面視における前記コレクタ領域の単位面積に占める前記第１領域の面積をＳ1、前記第２領域の面積をＳ2とし、前記第１領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度をＤ１、前記第２領域における前記コレクタ領域の前記ドーピング濃度をＤ２とした場合に、下式で与えられる平均ドーピング濃度ＤＣが１×１０１５／ｃｍ３以上、１×１０１８／ｃｍ３以下であってよい。
ＤＣ＝（Ｓ１×Ｄ１＋Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）
ＤＣ＝（Ｓ１×Ｄ１＋Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）
【0020】
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】
【0021】
【図1】本発明の一つの実施形態に係る半導体装置１００の一例を示す上面図である。
【図4A】上面視における第１領域２６および第２領域２８の配置例を示す図である。
【図4B】第１領域２６の面積Ｓ１に対する第２領域２８の面積Ｓ２の特性を示す図である。
【図5】上面視における第１領域２６および第２領域２８の配置例を示す図である。
【図7】ａ－ａ断面の他の例を示す図である。
【図8】上面視におけるエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の配置例を示す図である。
【図9】ａ－ａ断面の他の例を示す図である。
【図10】上面視におけるエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の配置例を示す図である。
【図14】第１領域２６および第２領域２８の他の例を示す図である。
【図15】コレクタ領域２２に注入するＰ型不純物のドーズ量の設定値と、コレクタ領域２２のドーピング濃度のばらつきとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許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。
【0023】
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方向に限定されない。
【0024】
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。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。
【0025】
本明細書では、半導体基板の上面および下面に平行な直交軸をＸ軸およびＹ軸とする。また、半導体基板の上面および下面と垂直な軸をＺ軸とする。本明細書では、Ｚ軸の方向を深さ方向と称する場合がある。また、本明細書では、Ｘ軸およびＹ軸を含めて、半導体基板の上面および下面に平行な方向を、水平方向と称する場合がある。
【0026】
半導体基板の深さ方向における中心から、半導体基板の上面までの領域を、上面側と称する場合がある。同様に、半導体基板の深さ方向における中心から、半導体基板の下面までの領域を、下面側と称する場合がある。
【0027】
本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。
【0028】
本明細書においては、不純物がドーピングされたドーピング領域の導電型をＰ型またはＮ型として説明している。本明細書においては、不純物とは、特にＮ型のドナーまたはＰ型のアクセプタのいずれかを意味する場合があり、ドーパントと記載する場合がある。本明細書においては、ドーピングとは、半導体基板にドナーまたはアクセプタを導入し、Ｎ型の導電型を示す半導体またはＰ型の導電型を示す半導体とすることを意味する。
【0029】
本明細書においては、ドーピング濃度とは、熱平衡状態におけるドナーの濃度またはアクセプタの濃度を意味する。本明細書においては、ネット・ドーピング濃度とは、ドナー濃度を正イオンの濃度とし、アクセプタ濃度を負イオンの濃度として、電荷の極性を含めて足し合わせた正味の濃度を意味する。一例として、ドナー濃度をＮＤ、アクセプタ濃度をＮＡとすると、任意の位置における正味のネット・ドーピング濃度はＮＤ－ＮＡとなる。本明細書では、ネット・ドーピング濃度を単にドーピング濃度と記載する場合がある。
【0030】
ドナーは、半導体に電子を供給する機能を有している。アクセプタは、半導体から電子を受け取る機能を有している。ドナーおよびアクセプタは、不純物自体には限定されない。例えば、半導体中に存在する空孔（Ｖ）、酸素（Ｏ）および水素（Ｈ）が結合したＶＯＨ欠陥は、電子を供給するドナーとして機能する。本明細書では、ＶＯＨ欠陥を水素ドナーと称する場合がある。
【0031】
本明細書において半導体基板は、Ｎ型のバルク・ドナーが全体に分布している。バルク・ドナーは、半導体基板の元となるインゴットの製造時に、インゴット内に略一様に含まれたドーパントによるドナーである。本例のバルク・ドナーは、水素以外の元素である。バルク・ドナーのドーパントは、例えばリン、アンチモン、ヒ素、セレンまたは硫黄であるが、これに限定されない。本例のバルク・ドナーは、リンである。バルク・ドナーは、Ｐ型の領域にも含まれている。半導体基板は、半導体のインゴットから切り出したウエハであってよく、ウエハを個片化したチップであってもよい。半導体のインゴットは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）、磁場印加型チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）、フロートゾーン法（ＦＺ法）のいずれかで製造されよい。本例におけるインゴットは、ＭＣＺ法で製造されている。ＭＣＺ法で製造された基板に含まれる酸素濃度は１×１０１７～７×１０１７／ｃｍ３である。ＦＺ法で製造された基板に含まれる酸素濃度は１×１０１５～５×１０１６／ｃｍ３である。酸素濃度が高い方が水素ドナーを生成しやすい傾向がある。バルク・ドナー濃度は、半導体基板の全体に分布しているバルク・ドナーの化学濃度を用いてよく、当該化学濃度の９０％から１００％の間の値であってもよい。また、半導体基板は、リン等のドーパントを含まないノンドープ基板を用いてもよい。その場合、ノンドーピング基板のバルク・ドナー濃度（Ｄ０）は例えば１×１０１０／ｃｍ３以上、５×１０１２／ｃｍ３以下である。ノンドーピング基板のバルク・ドナー濃度（Ｄ０）は、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３以上である。ノンドーピング基板のバルク・ドナー濃度（Ｄ０）は、好ましくは５×１０１２／ｃｍ３以下である。尚、本発明における各濃度は、室温における値でよい。室温における値は、一例として３００Ｋ（ケルビン）（約２６．９℃）のときの値を用いてよい。
【0032】
本明細書においてＰ＋型またはＮ＋型と記載した場合、Ｐ型またはＮ型よりもドーピング濃度が高いことを意味し、Ｐ－型またはＮ－型と記載した場合、Ｐ型またはＮ型よりもドーピング濃度が低いことを意味する。また、本明細書においてＰ＋＋型またはＮ＋＋型と記載した場合には、Ｐ＋型またはＮ＋型よりもドーピング濃度が高いことを意味する。本明細書の単位系は、特に断りがなければＳＩ単位系である。長さの単位をｃｍで表示することがあるが、諸計算はメートル（ｍ）に換算してから行ってよい。
【0033】
本明細書において化学濃度とは、電気的な活性化の状態によらずに測定される不純物の原子密度を指す。化学濃度は、例えば二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により計測できる。上述したネット・ドーピング濃度は、電圧－容量測定法（ＣＶ法）により測定できる。また、拡がり抵抗測定法（ＳＲ法）により計測されるキャリア濃度を、ネット・ドーピング濃度としてよい。ＣＶ法またはＳＲ法により計測されるキャリア濃度は、熱平衡状態における値としてよい。また、Ｎ型の領域においては、ドナー濃度がアクセプタ濃度よりも十分大きいので、当該領域におけるキャリア濃度を、ドナー濃度としてもよい。同様に、Ｐ型の領域においては、当該領域におけるキャリア濃度を、アクセプタ濃度としてもよい。本明細書では、Ｎ型領域のドーピング濃度をドナー濃度と称する場合があり、Ｐ型領域のドーピング濃度をアクセプタ濃度と称する場合がある。
【0034】
ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度分布がピークを有する場合、当該ピーク値を当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度がほぼ均一な場合等においては、当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度の平均値をドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。本明細書において、単位体積当りの濃度表示にａｔоｍｓ／ｃｍ３、または、／ｃｍ３を用いる。この単位は、半導体基板内のドナーまたはアクセプタ濃度、または、化学濃度に用いられる。ａｔоｍｓ表記は省略してもよい。
【0035】
ＳＲ法により計測されるキャリア濃度が、ドナーまたはアクセプタの濃度より低くてもよい。拡がり抵抗を測定する際に電流が流れる範囲において、半導体基板のキャリア移動度が結晶状態の値よりも低い場合がある。キャリア移動度の低下は、格子欠陥等による結晶構造の乱れ（ディスオーダー）により、キャリアが散乱されることで生じる。
【0036】
ＣＶ法またはＳＲ法により計測されるキャリア濃度から算出したドナーまたはアクセプタの濃度は、ドナーまたはアクセプタを示す元素の化学濃度よりも低くてよい。一例として、シリコンの半導体においてドナーとなるリンまたはヒ素のドナー濃度、あるいはアクセプタとなるボロン（ホウ素）のアクセプタ濃度は、これらの化学濃度の９９％程度である。一方、シリコンの半導体においてドナーとなる水素のドナー濃度は、水素の化学濃度の０．１％から１０％程度である。
【0037】
図１は、本発明の一つの実施形態に係る半導体装置１００の一例を示す上面図である。図１においては、各部材を半導体基板１０の上面に投影した位置を示している。図１においては、半導体装置１００の一部の部材だけを示しており、一部の部材は省略している。
【0038】
半導体装置１００は、半導体基板１０を備えている。半導体基板１０は、半導体材料で形成された基板である。一例として半導体基板１０はシリコン基板である。半導体基板１０は、上面視において端辺１６２を有する。本明細書で単に上面視と称した場合、半導体基板１０の上面側から見ることを意味している。本例の半導体基板１０は、上面視において互いに向かい合う２組の端辺１６２を有する。図１においては、Ｘ軸およびＹ軸は、いずれかの端辺１６２と平行である。またＺ軸は、半導体基板１０の上面と垂直である。
【0039】
半導体基板１０には活性部１６０が設けられている。活性部１６０は、半導体装置１００が動作した場合に半導体基板１０の上面と下面との間で、深さ方向に主電流が流れる領域である。活性部１６０の上方には、エミッタ電極が設けられているが図１では省略している。活性部１６０は、上面視においてエミッタ電極で重なる領域を指してよい。また、上面視において活性部１６０で挟まれる領域も、活性部１６０に含めてよい。
【0040】
活性部１６０には、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタ素子を含むトランジスタ部７０が設けられている。活性部１６０には、還流ダイオード（ＦＷＤ）等のダイオード素子を含むダイオード部８０が更に設けられていてもよい。図１の例では、半導体基板１０の上面における所定の配列方向（本例ではＸ軸方向）に沿って、トランジスタ部７０およびダイオード部８０が交互に配置されている。本例の半導体装置１００は逆導通型ＩＧＢＴ（ＲＣ－ＩＧＢＴ）である。
【0041】
図１においては、トランジスタ部７０が配置される領域には記号「Ｉ」を付し、ダイオード部８０が配置される領域には記号「Ｆ」を付している。本明細書では、上面視において配列方向と垂直な方向を延伸方向（図１ではＹ軸方向）と称する場合がある。トランジスタ部７０およびダイオード部８０は、それぞれ延伸方向に長手を有してよい。つまり、トランジスタ部７０のＹ軸方向における長さは、Ｘ軸方向における幅よりも大きい。同様に、ダイオード部８０のＹ軸方向における長さは、Ｘ軸方向における幅よりも大きい。トランジスタ部７０およびダイオード部８０の延伸方向と、後述する各トレンチ部の長手方向とは同一であってよい。
【0042】
ダイオード部８０は、半導体基板１０の下面と接する領域に、Ｎ＋型のカソード領域を有する。本明細書では、カソード領域が設けられた領域を、ダイオード部８０と称する。つまりダイオード部８０は、上面視においてカソード領域と重なる領域である。半導体基板１０の下面には、カソード領域以外の領域には、Ｐ＋型のコレクタ領域が設けられてよい。本明細書では、ダイオード部８０を、後述するゲート配線までＹ軸方向に延長した延長領域８１も、ダイオード部８０に含める場合がある。延長領域８１の下面には、コレクタ領域が設けられている。
【0043】
トランジスタ部７０は、半導体基板１０の下面と接する領域に、Ｐ＋型のコレクタ領域を有する。また、トランジスタ部７０は、半導体基板１０の上面側に、Ｎ型のエミッタ領域、Ｐ型のベース領域、ゲート導電部およびゲート絶縁膜を有するゲート構造が周期的に配置されている。
【0044】
半導体装置１００は、半導体基板１０の上方に１つ以上のパッドを有してよい。本例の半導体装置１００は、ゲートパッド１６４を有している。半導体装置１００は、アノードパッド、カソードパッドおよび電流検出パッド等のパッドを有してもよい。各パッドは、端辺１６２の近傍に配置されている。端辺１６２の近傍とは、上面視における端辺１６２と、エミッタ電極との間の領域を指す。半導体装置１００の実装時において、各パッドは、ワイヤ等の配線を介して外部の回路に接続されてよい。
【0045】
ゲートパッド１６４には、ゲート電位が印加される。ゲートパッド１６４は、活性部１６０のゲートトレンチ部の導電部に電気的に接続される。半導体装置１００は、ゲートパッド１６４とゲートトレンチ部とを接続するゲート配線を備える。図１においては、ゲート配線に斜線のハッチングを付している。
【0046】
本例のゲート配線は、外周ゲート配線１３０と、活性側ゲート配線１３１とを有している。外周ゲート配線１３０は、上面視において活性部１６０と半導体基板１０の端辺１６２との間に配置されている。本例の外周ゲート配線１３０は、上面視において活性部１６０を囲んでいる。上面視において外周ゲート配線１３０に囲まれた領域を活性部１６０としてもよい。また、ゲート配線の下方には、ウェル領域が形成されている。ウェル領域とは、後述するベース領域よりも高濃度のＰ型領域であり、半導体基板１０の上面からベース領域よりも深い位置まで形成されている。上面視においてウェル領域で囲まれる領域を活性部１６０としてもよい。
【0047】
外周ゲート配線１３０は、ゲートパッド１６４と接続されている。外周ゲート配線１３０は、半導体基板１０の上方に配置されている。外周ゲート配線１３０は、アルミニウム等を含む金属配線であってよい。
【0048】
活性側ゲート配線１３１は、活性部１６０に設けられている。活性部１６０に活性側ゲート配線１３１を設けることで、半導体基板１０の各領域について、ゲートパッド１６４からの配線長のバラツキを低減できる。
【0049】
外周ゲート配線１３０および活性側ゲート配線１３１は、活性部１６０のゲートトレンチ部と接続される。外周ゲート配線１３０および活性側ゲート配線１３１は、半導体基板１０の上方に配置されている。外周ゲート配線１３０および活性側ゲート配線１３１は、不純物がドープされたポリシリコン等の半導体で形成された配線であってよい。
【0050】
活性側ゲート配線１３１は、外周ゲート配線１３０と接続されてよい。本例の活性側ゲート配線１３１は、活性部１６０を挟む一方の外周ゲート配線１３０から他方の外周ゲート配線１３０まで、活性部１６０をＹ軸方向の略中央で横切るように、Ｘ軸方向に延伸して設けられている。活性側ゲート配線１３１により活性部１６０が分割されている場合、それぞれの分割領域において、トランジスタ部７０およびダイオード部８０がＸ軸方向に交互に配置されてよい。
【0051】
半導体装置１００は、ポリシリコン等で形成されたＰＮ接合ダイオードである不図示の温度センス部や、活性部１６０に設けられたトランジスタ部の動作を模擬する不図示の電流検出部を備えてもよい。
【0052】
本例の半導体装置１００は、上面視において、活性部１６０と端辺１６２との間に、エッジ終端構造部９０を備える。本例のエッジ終端構造部９０は、外周ゲート配線１３０と端辺１６２との間に配置されている。エッジ終端構造部９０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９０は、活性部１６０を囲んで環状に設けられたガードリング、フィールドプレートおよびリサーフのうちの少なくとも一つを備えていてよい。
【0053】
図２は、図１における領域Ｄの拡大図である。領域Ｄは、トランジスタ部７０、ダイオード部８０、および、活性側ゲート配線１３１を含む領域である。本例の半導体装置１００は、半導体基板１０の上面側の内部に設けられたゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、ウェル領域１１、エミッタ領域１２、ベース領域１４およびコンタクト領域１５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、それぞれがトレンチ部の一例である。また、本例の半導体装置１００は、半導体基板１０の上面の上方に設けられたエミッタ電極５２および活性側ゲート配線１３１を備える。エミッタ電極５２および活性側ゲート配線１３１は互いに分離して設けられる。
【0054】
エミッタ電極５２および活性側ゲート配線１３１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るが、図２では省略している。本例の層間絶縁膜には、コンタクトホール５４が、当該層間絶縁膜を貫通して設けられる。図２においては、それぞれのコンタクトホール５４に斜線のハッチングを付している。
【0055】
エミッタ電極５２は、ゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、ウェル領域１１、エミッタ領域１２、ベース領域１４およびコンタクト領域１５の上方に設けられる。エミッタ電極５２は、コンタクトホール５４を通って、半導体基板１０の上面におけるエミッタ領域１２、コンタクト領域１５およびベース領域１４と接触する。また、エミッタ電極５２は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを通って、ダミートレンチ部３０内のダミー導電部と接続される。エミッタ電極５２は、Ｙ軸方向におけるダミートレンチ部３０の先端において、ダミートレンチ部３０のダミー導電部と接続されてよい。ダミートレンチ部３０のダミー導電部は、エミッタ電極５２およびゲート導電部と接続されなくてよく、エミッタ電極５２の電位およびゲート導電部の電位とは異なる電位に制御されてもよい。
【0056】
活性側ゲート配線１３１は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを通って、ゲートトレンチ部４０と接続する。活性側ゲート配線１３１は、Ｙ軸方向におけるゲートトレンチ部４０の先端部４１において、ゲートトレンチ部４０のゲート導電部と接続されてよい。活性側ゲート配線１３１は、ダミートレンチ部３０内のダミー導電部とは接続されない。
【0057】
エミッタ電極５２は、金属を含む材料で形成される。図２においては、エミッタ電極５２が設けられる範囲を示している。例えば、エミッタ電極５２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‐シリコン合金、例えばＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕ等の金属合金で形成される。エミッタ電極５２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。
【0058】
ウェル領域１１は、活性側ゲート配線１３１と重なって設けられている。ウェル領域１１は、活性側ゲート配線１３１と重ならない範囲にも、所定の幅で延伸して設けられている。本例のウェル領域１１は、コンタクトホール５４のＹ軸方向の端から、活性側ゲート配線１３１側に離れて設けられている。ウェル領域１１は、ベース領域１４よりもドーピング濃度の高い第２導電型の領域である。本例のベース領域１４はＰ－型であり、ウェル領域１１はＰ＋型である。
【0059】
トランジスタ部７０およびダイオード部８０のそれぞれは、配列方向に複数配列されたトレンチ部を有する。本例のトランジスタ部７０には、配列方向に沿って１以上のゲートトレンチ部４０と、１以上のダミートレンチ部３０とが交互に設けられている。本例のダイオード部８０には、複数のダミートレンチ部３０が、配列方向に沿って設けられている。本例のダイオード部８０には、ゲートトレンチ部４０が設けられていない。
【0060】
本例のゲートトレンチ部４０は、配列方向と垂直な延伸方向に沿って延伸する２つの直線部分３９（延伸方向に沿って直線状であるトレンチの部分）と、２つの直線部分３９を接続する先端部４１を有してよい。図２における延伸方向はＹ軸方向である。
【0061】
先端部４１の少なくとも一部は、上面視において曲線状に設けられることが好ましい。２つの直線部分３９のＹ軸方向における端部どうしを先端部４１が接続することで、直線部分３９の端部における電界集中を緩和できる。
【0062】
トランジスタ部７０において、ダミートレンチ部３０はゲートトレンチ部４０のそれぞれの直線部分３９の間に設けられる。それぞれの直線部分３９の間には、１本のダミートレンチ部３０が設けられてよく、複数本のダミートレンチ部３０が設けられていてもよい。ダミートレンチ部３０は、延伸方向に延伸する直線形状を有してよく、ゲートトレンチ部４０と同様に、直線部分２９と先端部３１とを有していてもよい。図２に示した半導体装置１００は、先端部３１を有さない直線形状のダミートレンチ部３０と、先端部３１を有するダミートレンチ部３０の両方を含んでいる。
【0063】
ウェル領域１１の拡散深さは、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の深さよりも深くてよい。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０のＹ軸方向の端部は、上面視においてウェル領域１１に設けられる。つまり、各トレンチ部のＹ軸方向の端部において、各トレンチ部の深さ方向の底部は、ウェル領域１１に覆われている。これにより、各トレンチ部の当該底部における電界集中を緩和できる。
【0064】
配列方向において各トレンチ部の間には、メサ部が設けられている。メサ部は、半導体基板１０の内部において、トレンチ部に挟まれた領域を指す。一例としてメサ部の上端は半導体基板１０の上面である。メサ部の下端の深さ位置は、トレンチ部の下端の深さ位置と同一である。本例のメサ部は、半導体基板１０の上面において、トレンチに沿って延伸方向（Ｙ軸方向）に延伸して設けられている。本例では、トランジスタ部７０にはメサ部６０が設けられ、ダイオード部８０にはメサ部６１が設けられている。本明細書において単にメサ部と称した場合、メサ部６０およびメサ部６１のそれぞれを指している。
【0065】
それぞれのメサ部には、ベース領域１４が設けられる。メサ部において半導体基板１０の上面に露出したベース領域１４のうち、活性側ゲート配線１３１に最も近く配置された領域をベース領域１４－ｅとする。図２においては、それぞれのメサ部の延伸方向における一方の端部に配置されたベース領域１４－ｅを示しているが、それぞれのメサ部の他方の端部にもベース領域１４－ｅが配置されている。それぞれのメサ部には、上面視においてベース領域１４－ｅに挟まれた領域に、第１導電型のエミッタ領域１２および第２導電型のコンタクト領域１５の少なくとも一方が設けられてよい。本例のエミッタ領域１２はＮ＋型であり、コンタクト領域１５はＰ＋型である。エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５は、深さ方向において、ベース領域１４と半導体基板１０の上面との間に設けられてよい。
【0066】
トランジスタ部７０のメサ部６０は、半導体基板１０の上面に接して（つまり上面に露出した）エミッタ領域１２を有する。エミッタ領域１２は、ゲートトレンチ部４０に接して設けられている。ゲートトレンチ部４０に接するメサ部６０は、半導体基板１０の上面に露出したコンタクト領域１５が設けられていてよい。
【0067】
メサ部６０におけるコンタクト領域１５およびエミッタ領域１２のそれぞれは、Ｘ軸方向における一方のトレンチ部から、他方のトレンチ部まで設けられる。一例として、メサ部６０のコンタクト領域１５およびエミッタ領域１２は、トレンチ部の延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って交互に配置されている。
【0068】
他の例においては、メサ部６０のコンタクト領域１５およびエミッタ領域１２は、トレンチ部の延伸方向（Ｙ軸方向）に沿ってストライプ状に設けられていてもよい。例えばトレンチ部に接する領域にエミッタ領域１２が設けられ、エミッタ領域１２に挟まれた領域にコンタクト領域１５が設けられる。
【0069】
ダイオード部８０のメサ部６１には、エミッタ領域１２が設けられていない。メサ部６１の上面には、ベース領域１４およびコンタクト領域１５が設けられてよい。メサ部６１の上面においてベース領域１４－ｅに挟まれた領域には、それぞれのベース領域１４－ｅに接してコンタクト領域１５が設けられてよい。メサ部６１の上面においてコンタクト領域１５に挟まれた領域には、ベース領域１４が設けられてよい。ベース領域１４は、コンタクト領域１５に挟まれた領域全体に配置されてよい。
【0070】
それぞれのメサ部の上方には、コンタクトホール５４が設けられている。コンタクトホール５４は、ベース領域１４－ｅに挟まれた領域に配置されている。本例のコンタクトホール５４は、コンタクト領域１５、ベース領域１４およびエミッタ領域１２の各領域の上方に設けられる。コンタクトホール５４は、ベース領域１４－ｅおよびウェル領域１１に対応する領域には設けられない。コンタクトホール５４は、メサ部６０の配列方向（Ｘ軸方向）における中央に配置されてよい。
【0071】
ダイオード部８０において、半導体基板１０の下面と隣接する領域には、Ｎ＋型のカソード領域８２が設けられる。半導体基板１０の下面において、カソード領域８２が設けられていない領域には、Ｐ＋型のコレクタ領域２２が設けられてよい。カソード領域８２およびコレクタ領域２２は、半導体基板１０の下面２３と、バッファ領域２０との間に設けられている。図２においては、カソード領域８２およびコレクタ領域２２の境界を点線で示している。
【0072】
カソード領域８２は、Ｙ軸方向においてウェル領域１１から離れて配置されている。これにより、比較的にドーピング濃度が高く、且つ、深い位置まで形成されているＰ型の領域（ウェル領域１１）と、カソード領域８２との距離を確保して、耐圧を向上できる。本例のカソード領域８２のＹ軸方向における端部は、コンタクトホール５４のＹ軸方向における端部よりも、ウェル領域１１から離れて配置されている。他の例では、カソード領域８２のＹ軸方向における端部は、ウェル領域１１とコンタクトホール５４との間に配置されていてもよい。
【0073】
図３は、図２におけるｅ－ｅ断面の一例を示す図である。ｅ－ｅ断面は、エミッタ領域１２およびカソード領域８２を通過するＸＺ面である。本例の半導体装置１００は、当該断面において、半導体基板１０、層間絶縁膜３８、エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４を有する。
【0074】
層間絶縁膜３８は、半導体基板１０の上面に設けられている。層間絶縁膜３８は、ホウ素またはリン等の不純物が添加されたシリケートガラス等の絶縁膜、熱酸化膜、および、その他の絶縁膜の少なくとも一層を含む膜である。層間絶縁膜３８には、図２において説明したコンタクトホール５４が設けられている。
【0075】
エミッタ電極５２は、層間絶縁膜３８の上方に設けられる。エミッタ電極５２は、層間絶縁膜３８のコンタクトホール５４を通って、半導体基板１０の上面２１と接触している。コレクタ電極２４は、半導体基板１０の下面２３に設けられる。エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４は、アルミニウム等の金属材料で形成されている。本明細書において、エミッタ電極５２とコレクタ電極２４とを結ぶ方向（Ｚ軸方向）を深さ方向と称する。
【0076】
半導体基板１０は、Ｎ型またはＮ－型のドリフト領域１８を有する。ドリフト領域１８は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０のそれぞれに設けられている。
【0077】
トランジスタ部７０のメサ部６０には、Ｎ＋型のエミッタ領域１２およびＰ－型のベース領域１４が、半導体基板１０の上面２１側から順番に設けられている。ベース領域１４の下方にはドリフト領域１８が設けられている。メサ部６０には、Ｎ＋型の蓄積領域１６が設けられてもよい。蓄積領域１６は、ベース領域１４とドリフト領域１８との間に配置される。蓄積領域１６は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度が高いＮ＋型の領域である。ドリフト領域１８とベース領域１４との間に高濃度の蓄積領域１６を設けることで、キャリア注入促進効果（ＩＥ効果）を高めて、オン電圧を低減できる。蓄積領域１６は、各メサ部６０におけるベース領域１４の下面全体を覆うように設けられてよい。蓄積領域１６は、ダイオード部８０の各メサ部６１にも設けられてよく、設けられていなくてもよい。
【0078】
エミッタ領域１２は半導体基板１０の上面２１に露出しており、且つ、ゲートトレンチ部４０と接して設けられている。エミッタ領域１２は、メサ部６０の両側のトレンチ部と接していてよい。エミッタ領域１２は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度が高い。
【0079】
ベース領域１４は、エミッタ領域１２の下方に設けられている。本例のベース領域１４は、エミッタ領域１２と接して設けられている。ベース領域１４は、メサ部６０の両側のトレンチ部と接していてよい。
【0080】
ダイオード部８０のメサ部６１には、半導体基板１０の上面２１に接して、Ｐ－型のベース領域１４が設けられている。ベース領域１４の下方には、ドリフト領域１８が設けられている。ダイオード部８０のベース領域１４を、アノード領域と称する場合がある。
【0081】
トランジスタ部７０およびダイオード部８０のそれぞれにおいて、ドリフト領域１８の下にはＮ＋型のバッファ領域２０が設けられてよい。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も高い。バッファ領域２０は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度の高い濃度ピークを有してよい。濃度ピークのドーピング濃度とは、濃度ピークの頂点におけるドーピング濃度を指す。また、ドリフト領域１８のドーピング濃度は、ドーピング濃度分布がほぼ平坦な領域におけるドーピング濃度の平均値を用いてよい。
【0082】
バッファ領域２０は、半導体基板１０の深さ方向（Ｚ軸方向）において、２つ以上の濃度ピークを有してよい。バッファ領域２０の濃度ピークは、例えば水素（プロトン）またはリンの化学濃度ピークと同一の深さ位置に設けられていてよい。バッファ領域２０は、ベース領域１４の下端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。
【0083】
トランジスタ部７０において、バッファ領域２０の下には、Ｐ＋型のコレクタ領域２２が設けられる。コレクタ領域２２のアクセプタ濃度は、ベース領域１４のアクセプタ濃度より高い。コレクタ領域２２は、ベース領域１４と同一のアクセプタを含んでよく、異なるアクセプタを含んでもよい。コレクタ領域２２のアクセプタは、例えばボロンである。
【0084】
ダイオード部８０において、バッファ領域２０の下には、Ｎ＋型のカソード領域８２が設けられる。カソード領域８２のドナー濃度は、ドリフト領域１８のドナー濃度より高い。カソード領域８２のドナーは、例えば水素またはリンである。なお、各領域のドナーおよびアクセプタとなる元素は、上述した例に限定されない。コレクタ領域２２およびカソード領域８２は、半導体基板１０の下面２３に露出しており、コレクタ電極２４と接続している。コレクタ電極２４は、半導体基板１０の下面２３全体と接触してよい。エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４は、アルミニウム等の金属材料で形成される。
【0085】
半導体基板１０の上面２１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が設けられる。各トレンチ部は、半導体基板１０の上面２１から、ベース領域１４を貫通して、ベース領域１４の下方まで設けられている。エミッタ領域１２、コンタクト領域１５および蓄積領域の少なくともいずれかが設けられている領域においては、各トレンチ部はこれらのドーピング領域も貫通している。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。
【0086】
上述したように、トランジスタ部７０には、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０が設けられている。ダイオード部８０には、ダミートレンチ部３０が設けられ、ゲートトレンチ部４０が設けられていない。本例においてダイオード部８０とトランジスタ部７０のＸ軸方向における境界は、カソード領域８２とコレクタ領域２２の境界である。
【0087】
ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面２１に設けら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設けられる。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よりも内側に設けられる。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。
【0088】
ゲート導電部４４は、深さ方向において、ベース領域１４よりも長く設けられてよい。当該断面におけるゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面２１において層間絶縁膜３８により覆われる。ゲート導電部４４は、ゲート配線に電気的に接続されている。ゲート導電部４４に所定のゲート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部４０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。
【0089】
ダミートレンチ部３０は、当該断面において、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の上面２１に設けら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。ダミー導電部３４は、エミッタ電極５２に電気的に接続されている。ダミー絶縁膜３２は、ダミートレンチの内壁を覆って設けられる。ダミー導電部３４は、ダミートレンチの内部に設けられ、且つ、ダミー絶縁膜３２よりも内側に設けられる。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。
【0090】
本例のゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、半導体基板１０の上面２１において層間絶縁膜３８により覆われている。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。本明細書では、ゲートトレンチ部４０の下端の深さ位置をＺｔとする。
【0091】
半導体装置１００においては、スイッチング損失が低いことが好ましい。特に動作周波数が２０ｋＨｚ以上の高速動作の製品に半導体装置１００を用いた場合、半導体装置１００のスイッチング損失が、製品における支配的な損失になる場合がある。このため、例えば半導体装置１００のターンオフ損失Ｅｏｆｆが低ければ、製品損失を低くできる。
【0092】
コレクタ領域２２のキャリアの注入効率を低くすれば、ターンオフ損失Ｅｏｆｆを小さくできる。一方で、コレクタ領域２２の注入効率を低くすると、コレクタ領域２２の注入効率の設計値に対するばらつきの割合が大きくなり、半導体装置１００の個体間またはロット間の特性ばらつきが大きくなってしまう。
【0093】
例えばコレクタ領域２２のドーピング濃度を小さくすることで注入効率を低くできるが、コレクタ領域２２のドーピング濃度の設計値に対するばらつきの割合が大きくなる。このような場合、コレクタ領域２２のシート抵抗のばらつきが大きくなる。コレクタ領域２２のシート抵抗のばらつきが大きくなると、半導体装置１００のオン電圧、ラッチアップ耐量のばらつき等が大きくなってしまう。また、複数の半導体装置１００を並列で使用する回路においては、半導体装置１００のオン電圧がばらつくと、特定の装置に電流が集中して回路の耐量が低下する場合がある。
【0094】
本例のコレクタ領域２２は、第１領域２６および第２領域２８を有する。本例の第１領域２６および第２領域２８は、ＸＹ面において並んで配置されている。第１領域２６および第２領域２８は、それぞれが半導体基板１０の下面２３に露出している。また、第１領域２６および第２領域２８のそれぞれの上面は、Ｎ型の領域と接している。本例では第１領域２６および第２領域２８のそれぞれの上面はバッファ領域２０と接しているが、ドリフト領域１８と接していてもよい。
【0095】
第２領域２８は、第１領域２６よりもドリフト領域１８に対するキャリア（本例では正孔）の注入効率が低い。注入効率とは、下記の通りである。例えば正孔の電流密度をＪｐ、電子の電流密度をＪｎとする。コレクタ領域２２の注入効率は、全電流密度に対する少数キャリアの電流密度の比率である。本例ではドリフト領域１８の導電型がＮ型であり、コレクタ領域２２の導電型がＰ型であるため、ドリフト領域１８の少数キャリアは正孔である。この場合、コレクタ領域２２における注入効率は、式（１）で定義できる。
Ｊｐ／（Ｊｐ＋Ｊｎ）・・・式（１）
なお、注入効率は、コレクタ電極２４またはエミッタ電極５２などの電極における効率であるが、本例では少数キャリアがコレクタ領域２２から注入されることから、コレクタ領域２２における注入効率を指す場合がある。
Ｊｐ／（Ｊｐ＋Ｊｎ）・・・式（１）
なお、注入効率は、コレクタ電極２４またはエミッタ電極５２などの電極における効率であるが、本例では少数キャリアがコレクタ領域２２から注入されることから、コレクタ領域２２における注入効率を指す場合がある。
【0096】
比較的に注入効率が低い第２領域２８を設けることで、コレクタ領域２２の全体的な注入効率を下げることができる。これにより、半導体装置１００のターンオフ損失Ｅｏｆｆを低減できる。また、第１領域２６の注入効率は比較的に大きいので、第１領域２６の注入効率のばらつきは小さくできる。コレクタ領域２２の注入効率においては、第１領域２６の注入効率が支配的になるので、第１領域２６の注入効率のばらつきを小さくすることで、コレクタ領域２２の全体的な注入効率のばらつきを抑制できる。
【0097】
本例の第２領域２８は、第１領域２６よりもドーピング濃度が低い。各領域のドーピング濃度の最大値を、各領域のドーピング濃度として用いてよい。式（１）で示したように、第２領域２８のドーピング濃度を小さくすることで、第２領域２８の注入効率を小さくできる。本例において、第１領域２６および第２領域２８のＺ軸方向の厚みは同一であってよい。第１領域２６は、第２領域２８よりもＺ軸方向厚みが大きくてもよい。第１領域２６の厚みは、第２領域２８の厚みの１．５倍以上であってもよい。第１領域２６の厚みは、第２領域２８の厚みの２倍以下であってよい。
【0098】
図４Ａは、上面視における第１領域２６および第２領域２８の配置例を示す図である。図４Ａでは、トランジスタ部７０の一部を示している。コレクタ領域２２の単位面積に占める第１領域２６の面積をＳ１、第２領域２８の面積をＳ２とする。図４Ａにおける単位面積はコレクタ領域２２の一部であるが、単位面積はコレクタ領域２２の全体であってもよい。この場合、半導体装置１００における第１領域２６の総面積をＳ１、第２領域２８の総面積をＳ２としてよい。
【0099】
第１領域２６の注入効率をη1、第２領域２８の注入効率をη2（η１＞η２）として、平均注入効率ηＣを式（２）で定義する。
ηＣ＝（Ｓ１×η１＋Ｓ２×η２）／（Ｓ１＋Ｓ２）・・・式（２）
平均注入効率ηＣは、０．１以上、０．４以下である。これにより、半導体装置１００の平均注入効率ηＣを十分低くして、ターンオフ損失を低減できる。平均注入効率ηＣは、０．１５以上であってよく、０．２以上であってもよい。平均注入効率ηＣは、０．３５以下であってよく、０．３以下であってもよい。注入効率は、上述のように全電流密度に対する少数キャリアの電流密度である。本例では、注入効率は全電流密度に対する正孔の電流密度である。導通時にはドリフト領域１８に過剰な少数キャリアおよび多数キャリアが蓄積され、伝導度変調が生じる。少数キャリアの電流密度の割合が上記範囲の場合、ドリフト領域１８に蓄積されるコレクタ領域２２側の少数キャリアの濃度が低くなり、相対的にエミッタ領域１８側の少数キャリアの濃度を高くすることができる。これにより、ターンオフ損失が低減できる。平均注入効率ηＣが０．５以上であると、ターンオフ損失が比較的に増大する。そのため、平均注入効率ηＣは少なくとも０．５以下であってよい。
ηＣ＝（Ｓ１×η１＋Ｓ２×η２）／（Ｓ１＋Ｓ２）・・・式（２）
平均注入効率ηＣは、０．１以上、０．４以下である。これにより、半導体装置１００の平均注入効率ηＣを十分低くして、ターンオフ損失を低減できる。平均注入効率ηＣは、０．１５以上であってよく、０．２以上であってもよい。平均注入効率ηＣは、０．３５以下であってよく、０．３以下であってもよい。注入効率は、上述のように全電流密度に対する少数キャリアの電流密度である。本例では、注入効率は全電流密度に対する正孔の電流密度である。導通時にはドリフト領域１８に過剰な少数キャリアおよび多数キャリアが蓄積され、伝導度変調が生じる。少数キャリアの電流密度の割合が上記範囲の場合、ドリフト領域１８に蓄積されるコレクタ領域２２側の少数キャリアの濃度が低くなり、相対的にエミッタ領域１８側の少数キャリアの濃度を高くすることができる。これにより、ターンオフ損失が低減できる。平均注入効率ηＣが０．５以上であると、ターンオフ損失が比較的に増大する。そのため、平均注入効率ηＣは少なくとも０．５以下であってよい。
【0100】
注入効率η1は、０．５以上であってよい。これにより、注入効率η1のばらつきを抑制できる。注入効率η２は、０．３以下であってよい。これにより、平均注入効率ηＣを小さくして、半導体装置１００のスイッチング損失を低減できる。注入効率η1は、注入効率η２の１．２倍以上であってよく、１．５倍以上であってよく、２倍以上であってよく、３倍以上であってよい。
【0101】
第１領域２６の面積Ｓ１は、第２領域２８の面積Ｓ２と同一であってよく、異なっていてもよい。面積Ｓ１は、面積Ｓ２より小さくてよい。これにより、平均注入効率ηＣおよび平均ドーピング濃度ＤＣを小さくして、ターンオフ損失を低減しやすくなる。面積Ｓ１は、面積Ｓ２の８０％以下であってよく、５０％以下であってもよい。
【0102】
第１領域２６におけるコレクタ領域２２のドーピング濃度をＤ１、第２領域２８におけるコレクタ領域２２のドーピング濃度をＤ２（Ｄ１＞Ｄ２）として、平均ドーピング濃度ＤＣを式（３）で定義する。
ＤＣ＝（Ｓ１×Ｄ１＋Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）・・・式（３）
平均ドーピング濃度ＤＣは、１×１０１５／ｃｍ３以上、１×１０１８／ｃｍ３以下であってよい。これにより、コレクタ領域２２の平均ドーピング濃度ＤＣを十分低くして、ターンオフ損失を低減できる。平均ドーピング濃度ＤＣは、５×１０１５／ｃｍ３以上であってよく、１×１０１６／ｃｍ３以上であってもよい。平均ドーピング濃度ＤＣは、５×１０１７／ｃｍ３以下であってよく、１×１０１７／ｃｍ３以下であってもよい。
ＤＣ＝（Ｓ１×Ｄ１＋Ｓ２×Ｄ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）・・・式（３）
平均ドーピング濃度ＤＣは、１×１０１５／ｃｍ３以上、１×１０１８／ｃｍ３以下であってよい。これにより、コレクタ領域２２の平均ドーピング濃度ＤＣを十分低くして、ターンオフ損失を低減できる。平均ドーピング濃度ＤＣは、５×１０１５／ｃｍ３以上であってよく、１×１０１６／ｃｍ３以上であってもよい。平均ドーピング濃度ＤＣは、５×１０１７／ｃｍ３以下であってよく、１×１０１７／ｃｍ３以下であってもよい。
【0103】
ドーピング濃度Ｄ１は、１×１０１６／ｃｍ３以上であってよく、１×１０１７／ｃｍ３以上であってよく、１×１０１８／ｃｍ３以上であってもよい。これにより、ドーピング濃度Ｄ１のばらつきを抑制できる。ドーピング濃度Ｄ１は、１×１０２１／ｃｍ３以下であってよく、１×１０２０／ｃｍ３以下であってよく、１×１０１９／ｃｍ３以下であってもよい。
【0104】
ドーピング濃度Ｄ２は、平均ドーピング濃度Ｄｃより低い。ドーピング濃度Ｄ２は、１×１０１７／ｃｍ３以下であってよく、５×１０１６／ｃｍ３以下であってもよく、１×１０１６／ｃｍ３以下であってもよく、５×１０１５／ｃｍ３以下であってもよい。これにより、平均ドーピング濃度ＤＣを小さくして、半導体装置１００のスイッチング損失を低減できる。ドーピング濃度Ｄ２は、半導体基板１０のドーパント濃度以上であってよく、ドリフト領域１８のドーピング濃度以上であってよい。ドーピング濃度Ｄ２は、１×１０１４／ｃｍ３以上であってよく、１×１０１５／ｃｍ３以上であってよい。これにより、コレクタ電極２４との接触抵抗を小さくできる。ドーピング濃度Ｄ１は、ドーピング濃度Ｄ２の２倍以上であってよく、３倍以上であってよく、５倍以上であってよく、１０倍以上であってよく、３０倍以上であってよく、５０倍以上であってよく、１００倍以上であってもよい。
【0105】
半導体装置１００は、式（２）および式（３）の少なくとも一方を満たしてよい。これにより、特性のばらつきを抑制しつつ、ターンオフ損失を低減できる。半導体装置１００は、式（２）および式（３）の両方を満たしてもよい。
【0106】
図４Ａに示すように、第１領域２６および第２領域２８のそれぞれは、Ｙ軸方向に長手を有するストライプ形状であってよい。第１領域２６および第２領域２８のＹ軸方向の長さは同一であってよく、異なっていてもよい。本例の第１領域２６および第２領域２８は、Ｘ軸方向に交互に配置されている。第１領域２６のＸ軸方向の幅Ｗ１は、第２領域２８のＸ軸方向幅Ｗ２と同一であってよく、異なっていてもよい。幅Ｗ１は、幅Ｗ２より小さくてよい。これにより、平均注入効率ηＣおよび平均ドーピング濃度ＤＣを小さくして、ターンオフ損失を低減しやすくなる。幅Ｗ１は、幅Ｗ２の８０％以下であってよく、５０％以下であってもよい。
【0107】
図４Ｂは、第１領域２６の面積Ｓ１に対する第２領域２８の面積Ｓ２の特性を示す図である。図４Ｂでは、第１領域２６のドーピング濃度Ｄ１が、１×１０１７／ｃｍ３、８×１０１６／ｃｍ３、５×１０１６／ｃｍ３、３×１０１６／ｃｍ３、または、２×１０１６／ｃｍ３の場合の５通りの特性を示している。コレクタ領域２２の第１領域２６におけるドーピング濃度Ｄ１は、平均ドーピング濃度ＤＣより高くてよい。平均ドーピング濃度ＤＣは、コレクタ領域２２の第２領域２８におけるコレクタ領域２２のドーピング濃度Ｄ２より高くてよい。コレクタ領域２２における第１領域２６の面積Ｓ１に対する、第２領域２８の面積Ｓ２の割合をαとする。割合αは下式で与えられる。
α＝Ｓ２／Ｓ１・・・式（４）
ここで、割合βを、下式で定義する。
β＝（Ｄ１／ＤＣ－１）＋Ｄ２／（ＤＣ―Ｄ２）・・・式（５）
割合βは、第１領域２６のドーピング濃度がＤ１であり、且つ、第２領域２８のドーピング濃度がＤ２である場合において、第２領域２８の面積Ｓ２が第１領域２６の面積Ｓ１の何倍以上あれば、所望の平均ドーピング濃度ＤＣが得られるかを見積もることができる指標である。割合αは、割合β以上であってよい。
α＝Ｓ２／Ｓ１・・・式（４）
ここで、割合βを、下式で定義する。
β＝（Ｄ１／ＤＣ－１）＋Ｄ２／（ＤＣ―Ｄ２）・・・式（５）
割合βは、第１領域２６のドーピング濃度がＤ１であり、且つ、第２領域２８のドーピング濃度がＤ２である場合において、第２領域２８の面積Ｓ２が第１領域２６の面積Ｓ１の何倍以上あれば、所望の平均ドーピング濃度ＤＣが得られるかを見積もることができる指標である。割合αは、割合β以上であってよい。
【0108】
式（５）の右辺の第１項は、第２領域２８の面積Ｓ２を、第１領域２６の面積Ｓ１の少なくとも何倍とするか、を示す項である。右辺の第２項は第２領域２８のドーピング濃度Ｄ２に応じた補正項である。第２領域２８のドーピング濃度Ｄ２が第１領域２６のドーピング濃度Ｄ１よりも十分小さい場合は、第２項は実質的に０となる。第２領域２８のドーピング濃度Ｄ２が第１領域２６のドーピング濃度Ｄ１に近い値であるほど、狙いの平均ドーピング濃度ＤＣを得るためには、第２領域２８の面積Ｓ２は大きくしなければならない。
【0109】
図４Ｂに示すように、第２領域２８のドーピング濃度Ｄ２が平均ドーピング濃度ＤＣよりも十分小さければ、第１領域２６のドーピング濃度Ｄ１に実質的には依存せずに、割合βが安定する。割合βが安定することで、平均ドーピング濃度ＤＣの揺らぎやばらつきが抑えられ、オン電圧が安定する。第２領域２８のドーピング濃度Ｄ２は、平均ドーピング濃度ＤＣの０．８倍以下であってよく、０．６倍以下であってよく、０．４倍以下であってよく、０．２倍以下であってよく、０．１倍以下であってよい。第２領域２８のドーピング濃度Ｄ２は、平均ドーピング濃度ＤＣに対して実質的に０倍であってよい。例えば第２領域２８のドーピング濃度Ｄ２は、平均ドーピング濃度ＤＣに対して１０－５倍以上であってよく、１０－４倍以上であってよく、０．００１倍以上であってよく、０．０１倍以上であってよく、０．１倍以上であってよい。
【0110】
第１領域２６のドーピング濃度Ｄ１は、平均ドーピング濃度ＤＣ以上であってよく、平均ドーピング濃度ＤＣの１．５倍以上であってよく、２倍以上であってよく、３倍以上であってよい。第１領域２６のドーピング濃度Ｄ１は、平均ドーピング濃度ＤＣの１００倍以下であってよく、３０倍以下であってよく、１０倍以下であってよく、５倍以下であってよい。
【0111】
ここで、平均ドーピング濃度ＤＣは、図４Ａに示すように、単位面積における式（３）から求めてよい。第１領域２６と第２領域２８がストライプ状に分布している場合は、分布方向（図４ＡではＸ軸方向）における第１領域２６の単位長さＬ１を、式（３）のＳ１と置き換え、第２領域２８の単位長さＬ２を、式（３）のＳ２と置き換えて計算してよい。
【0112】
図５は、上面視における第１領域２６および第２領域２８の配置例を示す図である。本例では、第１領域２６がＹ軸方向にも離散的に配置されている点で、図４Ａの例と相違する。他の構造は図４Ａの例と同様である。本例の第１領域２６と第２領域２８は、点線で示す単位胞（または単位格子）が、コレクタ領域２２に規則的に敷き詰められた構成をしている。本例の平均ドーピング濃度ＤＣは、式（３）から求めてよい。単位胞における第１領域２６の面積をｓ１とし、単位胞における第２領域２８の面積をｓ２として、式（３）における第１領域２６の面積Ｓ１をｓ１に置き換え、第２領域２８の面積Ｓ２をｓ２に置き換えて計算してよい。
【0113】
図６は、図１のａ－ａ断面の一例を示す図である。ａ－ａ断面は、トランジスタ部７０を通過するＸＺ面である。図６においては、Ｘ軸方向における第１領域２６および第２領域２８の配置例を示している。第１領域２６および第２領域２８以外の構造は、図１から図５において説明した例と同様である。
【0114】
本例では、少なくとも一つの第１領域２６が、ゲートトレンチ部４０と重なる位置に設けられている。全ての第１領域２６が、ゲートトレンチ部４０と重なる位置に設けられてよい。第１領域２６とゲートトレンチ部４０とが重なるとは、第１領域２６が設けられているＸ軸方向の範囲内に、少なくとも一つのゲートトレンチ部４０が配置されていることを指す。第１領域２６は、ダミートレンチ部３０とも重なっていてよい。第１領域２６をゲートトレンチ部４０の下方に配置することで、ゲート構造の下方におけるキャリア密度を増大させて、オン電圧を低減できる。１つの第１領域２６の上方に配置されるゲートトレンチ部４０の本数は、１つの第２領域２８の上方に配置されるゲートトレンチ部４０の本数より多くてよい。これにより、トランジスタ部７０の全体的なオン電圧を低減できる。１つの第１領域２６の上方に配置されるゲートトレンチ部４０の本数は、１つの第２領域２８の上方に配置されるゲートトレンチ部４０と同一であってよく、少なくてもよい。
【0115】
図６に示すように、少なくとも一つのゲートトレンチ部４０の下方には、第２領域２８が設けられていてもよい。それぞれのダミートレンチ部３０の下方には、第２領域２８が設けられてよい。全てのダミートレンチ部３０の下方に第２領域２８が設けられてよく、少なくとも一つのダミートレンチ部３０の下方に第１領域２６が設けられてもよい。
【0116】
図７は、ａ－ａ断面の他の例を示す図である。本例では、半導体基板１０の上面２１におけるコンタクト領域１５の配置が図６の例と相違する。他の構造は図６の例と同様である。コンタクト領域１５は、半導体基板１０の上面２１と接して設けられた、ベース領域１４よりもドーピング濃度が高いＰ＋型の領域である。
【0117】
本例のメサ部６０の上面には、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５のいずれかが露出している。本例では、第１領域２６に対して、第２領域２８よりも多くのコンタクト領域１５を配置する。これにより、第１領域２６から注入された正孔を、コンタクト領域１５を介して引き抜きやすくなり、ラッチアップ耐量の低下を抑制できる。
【0118】
図８は、上面視におけるエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の配置例を示す図である。図８においては、コンタクト領域１５に斜線のハッチングを付している。本例の各メサ部６０の上面には、Y軸方向においてエミッタ領域１２とコンタクト領域１５とが交互に配置されている。半導体基板１０の上面２１に露出するコンタクト領域１５の面積ＳＣの、単位面積ＳＲに対する割合ＳＣ／ＳＲをコンタクト面積比とする。単位面積ＳＲは、１つのメサ部６０の上面全体の面積であってよい。第１領域２６のコンタクト面積比Ｒ１は、第２領域２８のコンタクト面積比Ｒ２よりも高くてよい。各領域のコンタクト面積比とは、上面視において各領域と重なる領域のコンタクト面積比であってよい。これにより、第１領域２６から注入した正孔をエミッタ電極５２に引き抜く経路を低抵抗化でき、ラッチアップを抑制できる。コンタクト面積比Ｒ１は、コンタクト面積比Ｒ２の１．２倍以上であってよく、１．５倍以上であってよく、２倍以上であってもよい。
【0119】
本例では、第１領域２６における一つのコンタクト領域１５のＹ軸方向の長さが、第２領域２８における一つのコンタクト領域１５のＹ軸方向の長さより大きい。エミッタ領域１２のＹ軸方向の長さは、第１領域２６および第２領域２８で同一であってよく、異なっていてもよい。他の例では、第１領域２６における一つのエミッタ領域１２のＹ軸方向の長さが、第２領域２８における一つのエミッタ領域１２のＹ軸方向の長さより小さくてもよい。この場合、コンタクト領域１５のＹ軸方向の長さは、第１領域２６および第２領域２８で同一であってよく、異なっていてもよい。
【0120】
本例では、第１領域２６と重なるメサ部６０をメサ部６０－ａとし、第１領域２６と重ならないメサ部６０をメサ部６０－ｂとする。第１領域２６および第２領域２８の両方と重なるメサ部６０もメサ部６０－ａとしてよい。メサ部６０－ａにおけるコンタクト面積比を第１領域２６のコンタクト面積比としてもよい。メサ部６０－ｂにおけるコンタクト面積比を第２領域２８のコンタクト面積比としてもよい。
【0121】
図９は、ａ－ａ断面の他の例を示す図である。本例では、半導体基板１０の上面２１におけるコンタクト領域１５の配置が図７の例と相違する。他の構造は図７の例と同様である。本例のコンタクト領域１５は、Ｘ軸方向においてエミッタ領域１２と並んで配置されている。
【0122】
図１０は、上面視におけるエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の配置例を示す図である。図１０においては、コンタクト領域１５に斜線のハッチングを付している。本例の各メサ部６０の上面には、Ｘ軸方向においてエミッタ領域１２と隣り合うコンタクト領域１５が、Ｙ軸方向においてエミッタ領域１２と隣り合うコンタクト領域１５と繋がって配置されている。本例においても第１領域２６のコンタクト面積比Ｒ１は、第２領域２８のコンタクト面積比Ｒ２よりも高い。またエミッタ領域１２と隣り合うコンタクト領域１５が配置されることで、第１領域２６から注入した正孔をエミッタ電極５２に引き抜く経路がエミッタ領域１２の隣に出来る為、当該経路を低抵抗化でき、ラッチアップを抑制できる。コンタクト面積比Ｒ１は、コンタクト面積比Ｒ２の１．２倍以上であってよく、１．５倍以上であってよく、２倍以上であってもよい。コンタクト領域１５と、斜線のハッチングのコンタクト領域１５－１およびコンタクト領域１５－２は、同じドーピング濃度分布を有してよい。
【0123】
半導体装置１００は、ゲートトレンチ部４０と接するコンタクト領域１５－２と、ダミートレンチ部３０と接するコンタクト領域１５－１を有してよい。本例では、それぞれのダミートレンチ部３０に対して、Ｘ軸方向の両側にコンタクト領域１５－１が配置されている。
【0124】
第１領域２６に設けられるコンタクト領域１５－２の面積比（第１領域２６の面積に対するコンタクト領域１５－２の面積）は、第２領域２８に設けられるコンタクト領域１５－２の面積比よりも高い。本例では、第１領域２６の少なくとも一つのゲートトレンチ部４０に対して一つのコンタクト領域１５－２が設けられ、第２領域２８にはコンタクト領域１５－２が設けられていない。
【0125】
図１１は、図１のｂ－ｂ断面の一例を示す図である。ｂ－ｂ断面は、エッジ終端構造部９０と、活性部１６０（トランジスタ部７０）の一部を通過するＸＺ面である。エッジ終端構造部９０は、１つ以上のガードリング９２を備えてよい。エッジ終端構造部９０は、１つ以上のフィールドプレート９３を備えてよい。ガードリング９２は、半導体基板１０の上面２１に接して設けられたＰ＋型の領域である。ガードリング９２は、活性部１６０を囲んでいる。フィールドプレート９３は、半導体基板１０の上面２１の上方に配置された金属部材である。フィールドプレート９３と半導体基板１０との間には、層間絶縁膜３８が設けられてよい。フィールドプレート９３とガードリング９２は、電気的に接続されてよく、接続されていなくてもよい。本例では、半導体基板１０の上面に設けられたポリシリコンの配線９４を介してフィールドプレート９３とガードリング９２とが接続されている。
【0126】
ガードリング９２およびフィールドプレート９３よりも外側には、チャネルストッパ９５と、電極９６が設けられてよい。チャネルストッパ９５は、活性部１６０から延びる空乏層が、半導体基板１０の端辺１６２に達するのを防ぐ。チャネルストッパ９５は、ドリフト領域１８よりも高濃度のP型またはN型の領域である。電極９６は、チャネルストッパ９５と接続されている。電極９６には、コレクタ電極２４と同電位が印加されてよい。
【0127】
活性部１６０とエッジ終端構造部９０との間には、外周ゲート配線１３０が設けられている。外周ゲート配線１３０と半導体基板１０との間には、ポリシリコンのゲートランナー１３２が設けられてよい。外周ゲート配線１３０およびゲートランナー１３２の下方には、ウェル領域１１が設けられている。ウェル領域１１は、エミッタ電極５２と接続してよい。ウェル領域１１は、ベース領域１４と接していてよい。
【0128】
活性部１６０には第１領域２６および第２領域２８の両方が設けられている。エッジ終端構造部９０には第２領域２８が設けられ、第１領域２６が設けられなくてよい。エッジ終端構造部９０の全体に第２領域２８を設けることで、エッジ終端構造部９０に対する正孔の注入効率を小さくして、エッジ終端構造部９０の動的な耐圧を向上できる。これにより、半導体装置１００の過電圧耐量（クランプ耐量）を向上できる。
【0129】
エッジ終端構造部９０の第２領域２８－１は、ウェル領域１１の下方まで延伸していてよい。第２領域２８－１は、ウェル領域１１の全体と重なっていてよい。つまりウェル領域１１と重なる位置には第２領域２８－１が設けられ、第１領域２６が設けられなくてよい。第２領域２８－１は、エミッタ電極５２と重なる位置まで延伸していてよい。第２領域２８－１は、活性部１６０まで延伸していてよい。本例では、ウェル領域１１の端辺１６２とは逆側の端部を、活性部１６０の端部とする。第２領域２８－１を延伸させることで、エッジ終端構造部９０における耐圧を向上しやすくなる。
【0130】
図１２は、活性部１６０における第２領域２８－１の配置例を示す図である。図１２は、第２領域２８－１の活性部１６０側の端部の近傍を拡大している。本例の第２領域２８－１は、活性部１６０のエミッタ領域１２－１と重なる位置まで延伸して設けられている。本例のエミッタ領域１２－１は、Ｘ軸方向においてエッジ終端構造部９０に最も近いエミッタ領域１２である。第２領域２８－１のＸ軸方向の端部が、エミッタ領域１２－１と重なってよい。第２領域２８－１のＸ軸方向の端部は、エミッタ領域１２－１が設けられたメサ部６０のコンタクトホール５４と重なる位置に設けられてもよい。当該メサ部６０の下方に、第１領域２６と第２領域２８－１との境界が設けられてよい。図１１および図１２のような構成により、エッジ終端構造部９０の耐圧を向上しつつ、トランジスタ部７０の特性ばらつきを抑制し、ターンオフ損失を低減できる。
【0131】
図１３は、図３のｃ－ｃ線におけるネット・ドーピング濃度分布の一例を示す図である。ｃ－ｃ線は、第２領域２８、バッファ領域２０およびドリフト領域１８の一部を通過する。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Ｄｄよりも高い。本例のバッファ領域２０は、深さ方向の異なる位置に配置された１つ以上のドーピング濃度ピーク２７を有する。
【0132】
第２領域２８におけるコレクタ領域のドーピング濃度Ｄ２は、ドリフト領域１８のドーピング濃度Ｄｄよりも高い。第１領域２６におけるコレクタ領域のドーピング濃度Ｄ１も、ドリフト領域１８のドーピング濃度Ｄｄよりも高くてよい。図１３においては、第１領域２６のドーピング濃度を一点鎖線で示している。ドーピング濃度Ｄ１は、ドーピング濃度Ｄｄの１０倍以上であってよく、５０倍以上であってよく、１００倍以上であってもよい。これにより、ドーピング濃度Ｄ１のばらつきを抑制できる。
【0133】
第２領域２８とバッファ領域２０とのＰＮ接合部の深さ位置をＺ１とする。深さ位置Ｚ１におけるドナー濃度をＮＤ１とする。ドナー濃度は、バッファ領域２０を形成するために注入されたリンまたは水素等のドナーの濃度である。図１３においては、深さ位置Ｚ１の近傍におけるドナーおよびアクセプタの濃度を破線で示している。
【0134】
第２領域２８におけるコレクタ領域のドーピング濃度Ｄ２は、深さ位置Ｚ１におけるドナー濃度ＮＤ１よりも高い。これにより、低濃度の第２領域２８を確実にＰ型にできる。ドーピング濃度Ｄ２は、ドナー濃度ＮＤ１の５倍以上であってよく、１０倍以上であってもよい。ドーピング濃度Ｄ２は、ドーピング濃度ピーク２７のドーピング濃度より高くてもよい。バッファ領域２０が複数のドーピング濃度ピーク２７を有する場合、ドーピング濃度Ｄ２は、複数のドーピング濃度ピーク２７のそれぞれのドーピング濃度より高くてもよい。
【0135】
図１４は、第１領域２６および第２領域２８の他の例を示す図である。図１から図１３の例では、第１領域２６のドーピング濃度Ｄ１および第２領域２８のドーピング濃度Ｄ２により注入効率を調整する例を説明した。本例では、第１領域２６および第２領域２８の注入効率を調整する方法が異なる。第１領域２６および第２領域２８の注入効率を調整する方法以外は、図１から図１３において説明したいずれかの例と同様である。例えば上面視において第１領域２６および第２領域２８が設けられる位置および範囲は、図１から図１３において説明したいずれかの例と同様である。
【0136】
第１領域２６におけるコレクタ領域２２の厚みをＴ１とする。第２領域２８におけるコレクタ領域２２の厚みをＴ２とする。厚みは、半導体基板１０の深さ方向（Ｚ軸方向）における長さである。本例では、厚みＴ１が厚みＴ２よりも大きい。式（１）に示すように、厚みＴ１を厚みＴ２より大きくすることで、第１領域２６の注入効率を、第２領域２８の注入効率より高くできる。厚みＴ１は、厚みＴ２の２倍以上であってよく、４倍以上であってよく、１０倍以上であってもよい。厚みＴ１は、厚みＴ２の２０倍以下であってよい。厚みＴ１は、０．３μｍ以上であってよく、０．４μｍ以上であってよく、０．５μｍ以上であってもよい。厚みＴ２は、０．２μｍ以下であってよく、０．１５μｍ以下であってよく、０．１μｍ以下であってもよい。
【0137】
【0138】
また、第２領域２８のＰ型不純物の濃度が、第１領域２６のＰ型不純物の濃度より高くてもよい。第１領域２６をレーザーアニールにより局所的にアニールすることで、第１領域２６に注入されたＰ型の不純物を活性化してよい。第２領域２８はレーザーアニールされなくてもよい。第２領域２８に対するＰ型不純物のドーズ量（ｉｏｎｓ／ｃｍ２）は、第１領域２６に対するＰ型不純物のドーズ量より多くてよい。第２領域２８に対するドーズ量を多くして、且つ、第２領域２８をアニールしないことで、第２領域２８とコレクタ電極２４との接触抵抗を低くしつつ、第２領域２８の厚みＴ２を小さくできる。第２領域２８のＰ型不純物の濃度は、第１領域２６のＰ型不純物の濃度の２倍以上であってよく、５倍以上であってよく、１０倍以上であってもよい。第２領域２８におけるドーピング濃度Ｄ２が、第１領域２６におけるドーピング濃度Ｄ１より高くてもよい。
【0139】
上面視における２つの第１領域２６の間の距離（本例では第２領域２８の幅Ｗ２）は、ドリフト領域１８における少数キャリアである正孔の拡散長以下であってよい。拡散長Ｌｐは、キャリアが消滅するまでに移動する距離であり、下式で与えられる。
Ｌｐ＝√（ＤＰ×τＰ）
ただしＤＰは正孔の拡散係数であり、τＰは正孔のライフタイムの平均値である。これにより、第２領域２８から注入される正孔が、半導体装置１００の動作に与える影響を抑制できる。２つの第１領域２６の間の距離は、拡散長ＬＰの８０％以下であってよく、５０％以下であってもよい。
Ｌｐ＝√（ＤＰ×τＰ）
ただしＤＰは正孔の拡散係数であり、τＰは正孔のライフタイムの平均値である。これにより、第２領域２８から注入される正孔が、半導体装置１００の動作に与える影響を抑制できる。２つの第１領域２６の間の距離は、拡散長ＬＰの８０％以下であってよく、５０％以下であってもよい。
【0140】
図１５は、コレクタ領域２２に注入するＰ型不純物のドーズ量の設定値と、コレクタ領域２２のドーピング濃度のばらつきとの関係を示す図である。コレクタ領域２２のドーピング濃度は、Ｐ型不純物を注入してアニールした後の値である。ドーピング濃度のばらつきは、複数の半導体装置１００におけるドーピング濃度の標準偏差であってよい。図１５の例ではドーピング濃度のばらつきを示しているが、半導体装置１００のオン電圧も同様にばらつく。
【0141】
一定のドーズ量を設定した場合でも、ドーズ量のばらつき、アニール条件のばらつき等により、ドーピング濃度にはばらつきが生じる。ドーズ量の設定値が小さくなると、ばらつきの占める割合が大きくなる。このため図１５に示すように、ドーズ量の設定値が小さいほど、ドーピング濃度のばらつきは大きくなる傾向がある。図１５の例では、ドーズ量の設定値が１×１０１２／ｃｍ２を超えると、ドーピング濃度のばらつきはほぼ一定となる。
【0142】
第１領域２６に対するドーズ量は、１×１０１２／ｃｍ２以上であってよい。第１領域２６のドーピング濃度のピーク波形を、深さ方向における半値全幅の範囲で積分した値を、第１領域２６のドーズ量として用いてよい。第１領域２６に対するドーズ量は、１×１０１３／ｃｍ２以上であってよく、１×１０１４／ｃｍ２以上であってもよい。
【0143】
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、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【0144】
特許請求の範囲、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。特許請求の範囲、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】
【0145】
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、１６・・・蓄積領域、１８・・・ドリフト領域、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、２６・・・第１領域、２７・・・ドーピング濃度ピーク、２８・・・第２領域、２９・・・直線部分、３０・・・ダミートレンチ部、３１・・・先端部、３２・・・ダミー絶縁膜、３４・・・ダミー導電部、３８・・・層間絶縁膜、３９・・・直線部分、４０・・・ゲートトレンチ部、４１・・・先端部、４２・・・ゲート絶縁膜、４４・・・ゲート導電部、５２・・・エミッタ電極、５４・・・コンタクトホール、６０、６１・・・メサ部、７０・・・トランジスタ部、８０・・・ダイオード部、８１・・・延長領域、８２・・・カソード領域、９０・・・エッジ終端構造部、９２・・・ガードリング、９３・・・フィールドプレート、９４・・・配線、９５・・・チャネルストッパ、９６・・・電極、１００・・・半導体装置、１３０・・・外周ゲート配線、１３１・・・活性側ゲート配線、１３２・・・ゲートランナー、１６０・・・活性部、１６２・・・端辺、１６４・・・ゲートパッド
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【手続補正書】
【提出日】2023-03-10
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0058】
ウェル領域１１は、活性側ゲート配線１３１と重なって設けられている。ウェル領域１１は、活性側ゲート配線１３１と重ならない範囲にも、所定の幅で延伸して設けられている。本例のウェル領域１１は、コンタクトホール５４のＹ軸方向の端から、活性側ゲート配線１３１側に離れて設けられている。ウェル領域１１は、ベース領域１４よりもドーピング濃度の高い第２導電型の領域である。本例のベース領域１４はＰ型であり、ウェル領域１１はＰ＋型である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0077】
トランジスタ部７０のメサ部６０には、Ｎ＋型のエミッタ領域１２およびＰ型のベース領域１４が、半導体基板１０の上面２１側から順番に設けられている。ベース領域１４の下方にはドリフト領域１８が設けられている。メサ部６０には、Ｎ＋型の蓄積領域１６が設けられてもよい。蓄積領域１６は、ベース領域１４とドリフト領域１８との間に配置される。蓄積領域１６は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度が高いＮ＋型の領域である。ドリフト領域１８とベース領域１４との間に高濃度の蓄積領域１６を設けることで、キャリア注入促進効果（ＩＥ効果）を高めて、オン電圧を低減できる。蓄積領域１６は、各メサ部６０におけるベース領域１４の下面全体を覆うように設けられてよい。蓄積領域１６は、ダイオード部８０の各メサ部６１にも設けられてよく、設けられていなくてもよい。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0080】
ダイオード部８０のメサ部６１には、半導体基板１０の上面２１に接して、Ｐ型のベース領域１４が設けられている。ベース領域１４の下方には、ドリフト領域１８が設けられている。ダイオード部８０のベース領域１４を、アノード領域と称する場合がある。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0099】
第１領域２６の注入効率をη1、第２領域２８の注入効率をη2（η１＞η２）として、平均注入効率ηＣを式（２）で定義する。
ηＣ＝（Ｓ１×η１＋Ｓ２×η２）／（Ｓ１＋Ｓ２）・・・式（２）
平均注入効率ηＣは、０．１以上、０．４以下である。これにより、半導体装置１００の平均注入効率ηＣを十分低くして、ターンオフ損失を低減できる。平均注入効率ηＣは、０．１５以上であってよく、０．２以上であってもよい。平均注入効率ηＣは、０．３５以下であってよく、０．３以下であってもよい。注入効率は、上述のように全電流密度に対する少数キャリアの電流密度である。本例では、注入効率は全電流密度に対する正孔の電流密度である。導通時にはドリフト領域１８に過剰な少数キャリアおよび多数キャリアが蓄積され、伝導度変調が生じる。少数キャリアの電流密度の割合が上記範囲の場合、ドリフト領域１８に蓄積されるコレクタ領域２２側の少数キャリアの濃度が低くなり、相対的にエミッタ領域１２側の少数キャリアの濃度を高くすることができる。これにより、ターンオフ損失が低減できる。平均注入効率ηＣが０．５以上であると、ターンオフ損失が比較的に増大する。そのため、平均注入効率ηＣは少なくとも０．５以下であってよい。
ηＣ＝（Ｓ１×η１＋Ｓ２×η２）／（Ｓ１＋Ｓ２）・・・式（２）
平均注入効率ηＣは、０．１以上、０．４以下である。これにより、半導体装置１００の平均注入効率ηＣを十分低くして、ターンオフ損失を低減できる。平均注入効率ηＣは、０．１５以上であってよく、０．２以上であってもよい。平均注入効率ηＣは、０．３５以下であってよく、０．３以下であってもよい。注入効率は、上述のように全電流密度に対する少数キャリアの電流密度である。本例では、注入効率は全電流密度に対する正孔の電流密度である。導通時にはドリフト領域１８に過剰な少数キャリアおよび多数キャリアが蓄積され、伝導度変調が生じる。少数キャリアの電流密度の割合が上記範囲の場合、ドリフト領域１８に蓄積されるコレクタ領域２２側の少数キャリアの濃度が低くなり、相対的にエミッタ領域１２側の少数キャリアの濃度を高くすることができる。これにより、ターンオフ損失が低減できる。平均注入効率ηＣが０．５以上であると、ターンオフ損失が比較的に増大する。そのため、平均注入効率ηＣは少なくとも０．５以下であってよい。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0104】
ドーピング濃度Ｄ２は、平均ドーピング濃度Ｄｃより低い。ドーピング濃度Ｄ２は、１×１０１７／ｃｍ３以下であってよく、５×１０１６／ｃｍ３以下であってもよく、１×１０１６／ｃｍ３以下であってもよく、５×１０１５／ｃｍ３以下であってもよい。これにより、平均ドーピング濃度ＤＣを小さくして、半導体装置１００のスイッチング損失を低減できる。ドーピング濃度Ｄ２は、半導体基板１０のドーパントの濃度以上であってよく、ドリフト領域１８のドーピング濃度以上であってよい。ドーピング濃度Ｄ２は、１×１０１４／ｃｍ３以上であってよく、１×１０１５／ｃｍ３以上であってよい。これにより、コレクタ電極２４との接触抵抗を小さくできる。ドーピング濃度Ｄ１は、ドーピング濃度Ｄ２の２倍以上であってよく、３倍以上であってよく、５倍以上であってよく、１０倍以上であってよく、３０倍以上であってよく、５０倍以上であってよく、１００倍以上であってもよい。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0107】
図４Ｂは、第１領域２６の面積Ｓ１に対する第２領域２８の面積Ｓ２の特性を示す図である。図４Ｂでは、第１領域２６のドーピング濃度Ｄ１が、１×１０１７／ｃｍ３、８×１０１６／ｃｍ３、５×１０１６／ｃｍ３、３×１０１６／ｃｍ３、または、２×１０１６／ｃｍ３の場合の５通りの特性を示している。コレクタ領域２２の第１領域２６におけるドーピング濃度Ｄ１は、平均ドーピング濃度ＤＣより高くてよい。平均ドーピング濃度ＤＣは、第２領域２８におけるコレクタ領域２２のドーピング濃度Ｄ２より高くてよい。コレクタ領域２２における第１領域２６の面積Ｓ１に対する、第２領域２８の面積Ｓ２の割合をαとする。割合αは下式で与えられる。
α＝Ｓ２／Ｓ１・・・式（４）
ここで、割合βを、下式で定義する。
β＝（Ｄ１／ＤＣ－１）＋Ｄ２／（ＤＣ―Ｄ２）・・・式（５）
割合βは、第１領域２６のドーピング濃度がＤ１であり、且つ、第２領域２８のドーピング濃度がＤ２である場合において、第２領域２８の面積Ｓ２が第１領域２６の面積Ｓ１の何倍以上あれば、所望の平均ドーピング濃度ＤＣが得られるかを見積もることができる指標である。割合αは、割合β以上であってよい。
α＝Ｓ２／Ｓ１・・・式（４）
ここで、割合βを、下式で定義する。
β＝（Ｄ１／ＤＣ－１）＋Ｄ２／（ＤＣ―Ｄ２）・・・式（５）
割合βは、第１領域２６のドーピング濃度がＤ１であり、且つ、第２領域２８のドーピング濃度がＤ２である場合において、第２領域２８の面積Ｓ２が第１領域２６の面積Ｓ１の何倍以上あれば、所望の平均ドーピング濃度ＤＣが得られるかを見積もることができる指標である。割合αは、割合β以上であってよい。