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(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】P2024107574
(43)【公開日】2024-08-09
(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 29/78 20060101AFI20240802BHJP
H01L 29/739 20060101ALI20240802BHJP
H01L 29/12 20060101ALI20240802BHJP
H01L 29/861 20060101ALI20240802BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20240802BHJP
H01L 21/8234 20060101ALI20240802BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 657D
H01L29/78 655G
H01L29/78 652T
H01L29/91 C
H01L29/91 F
H01L29/78 653A
H01L29/78 652J
H01L29/78 652M
H01L29/78 652D
H01L29/78 655A
H01L29/78 658A
H01L27/06 102A
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023011570
(22)【出願日】2023-01-30
(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】鈴木 俊貴
(72)【発明者】
【氏名】松井 俊之
(72)【発明者】
【氏名】内藤 達也
(72)【発明者】
【氏名】上村 和貴
【テーマコード（参考）】
5F048
【Ｆターム（参考）】
5F048AC10
5F048BA14
5F048BA15
5F048BB19
5F048BC03
5F048BC12
5F048BD07
5F048BF02
5F048BF06
5F048BF07
(57)【要約】 （修正有）
【課題】半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】第１導電型の半導体基板に設けられ、第２導電型のベース領域を含むトランジスタ部と、半導体基板に設けられ、第２導電型のアノード領域を含むダイオード部と、半導体基板のおもて面側において、ダイオード部に設けられた第１トレンチコンタクトと、を有する半導体装置の製造方法であって、ダイオード部の逆回復損失とダイオード部の順方向電圧のトレードオフ条件を取得する段階と、半導体装置に要求されるターゲット特性を決定する段階と、ターゲット特性に応じた第１トレンチコンタクトの第１深さが、トレードオフ条件のうち、ターゲット特性を実現するための条件であるダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、第１トレンチコンタクトの深さが第１深さである半導体装置を製造する段階と、を備える。
【選択図】図８Ａ
【解決手段】第１導電型の半導体基板に設けられ、第２導電型のベース領域を含むトランジスタ部と、半導体基板に設けられ、第２導電型のアノード領域を含むダイオード部と、半導体基板のおもて面側において、ダイオード部に設けられた第１トレンチコンタクトと、を有する半導体装置の製造方法であって、ダイオード部の逆回復損失とダイオード部の順方向電圧のトレードオフ条件を取得する段階と、半導体装置に要求されるターゲット特性を決定する段階と、ターゲット特性に応じた第１トレンチコンタクトの第１深さが、トレードオフ条件のうち、ターゲット特性を実現するための条件であるダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、第１トレンチコンタクトの深さが第１深さである半導体装置を製造する段階と、を備える。
【選択図】図８Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１導電型の半導体基板に設けられ、第２導電型のベース領域を含むトランジスタ部と、前記半導体基板に設けられ、第２導電型のアノード領域を含むダイオード部と、前記半導体基板のおもて面側において、前記ダイオード部に設けられた第１トレンチコンタクトと、を有する半導体装置の製造方法であって、
前記ダイオード部の逆回復損失と前記ダイオード部の順方向電圧のトレードオフ条件を取得する段階と、
前記半導体装置に要求されるターゲット特性を決定する段階と、
前記ターゲット特性に応じた前記第１トレンチコンタクトの第１深さが、前記トレードオフ条件のうち、前記ターゲット特性を実現するための条件であるダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、
前記第１トレンチコンタクトの深さが前記第１深さである前記半導体装置を製造する段階と、
を備える、半導体装置の製造方法。
前記ダイオード部の逆回復損失と前記ダイオード部の順方向電圧のトレードオフ条件を取得する段階と、
前記半導体装置に要求されるターゲット特性を決定する段階と、
前記ターゲット特性に応じた前記第１トレンチコンタクトの第１深さが、前記トレードオフ条件のうち、前記ターゲット特性を実現するための条件であるダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、
前記第１トレンチコンタクトの深さが前記第１深さである前記半導体装置を製造する段階と、
を備える、半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記第１深さが前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階は、
前記アノード領域のドーピング濃度が第１ドーピング濃度である場合の前記ダイオード条件を取得する段階と、
前記第１深さが前記第１ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、
を有する、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記アノード領域のドーピング濃度が第１ドーピング濃度である場合の前記ダイオード条件を取得する段階と、
前記第１深さが前記第１ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、
を有する、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項3】
前記第１ドーピング濃度は、前記ベース領域のドーピング濃度である、
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記第１深さが前記第１ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たす場合に、
前記半導体装置を製造する段階は、前記第１トレンチコンタクトの深さが前記第１深さである前記半導体装置を製造する段階を有し、
前記第１深さが前記第１ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たさない場合に、
前記第１深さが前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階は、
前記アノード領域のドーピング濃度が前記第１ドーピング濃度よりも低い第２ドーピング濃度である場合の前記ダイオード条件を取得する段階と、
前記第１深さが前記第２ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、
を有する、
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体装置を製造する段階は、前記第１トレンチコンタクトの深さが前記第１深さである前記半導体装置を製造する段階を有し、
前記第１深さが前記第１ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たさない場合に、
前記第１深さが前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階は、
前記アノード領域のドーピング濃度が前記第１ドーピング濃度よりも低い第２ドーピング濃度である場合の前記ダイオード条件を取得する段階と、
前記第１深さが前記第２ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、
を有する、
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項5】
前記第１深さが前記第２ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たす場合に、
前記半導体装置を製造する段階は、前記第１トレンチコンタクトの深さが前記第１深さである前記半導体装置を製造する段階を有し、
前記第１深さが前記第２ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たさない場合に、
前記第１深さが前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階は、
前記アノード領域のドーピング濃度が前記第２ドーピング濃度よりも低い第３ドーピング濃度である場合の前記ダイオード条件を取得する段階と、
前記第１深さが前記第３ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、
を有する、
請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体装置を製造する段階は、前記第１トレンチコンタクトの深さが前記第１深さである前記半導体装置を製造する段階を有し、
前記第１深さが前記第２ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たさない場合に、
前記第１深さが前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階は、
前記アノード領域のドーピング濃度が前記第２ドーピング濃度よりも低い第３ドーピング濃度である場合の前記ダイオード条件を取得する段階と、
前記第１深さが前記第３ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、
を有する、
請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項6】
前記半導体装置は、前記半導体基板のおもて面側において、前記トランジスタ部に設けられた第２トレンチコンタクトを有し、
前記第２トレンチコンタクトの深さと前記トランジスタ部の閾値電圧との関係を示す閾値条件を取得する段階と、
前記ターゲット特性に応じた前記第２トレンチコンタクトの第２深さが、前記閾値条件のうち、前記ターゲット特性を実現するための条件であるトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階と、を備え、
前記半導体装置を製造する段階は、前記第２トレンチコンタクトの深さが前記第２深さである前記半導体装置を製造する段階を有する、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記第２トレンチコンタクトの深さと前記トランジスタ部の閾値電圧との関係を示す閾値条件を取得する段階と、
前記ターゲット特性に応じた前記第２トレンチコンタクトの第２深さが、前記閾値条件のうち、前記ターゲット特性を実現するための条件であるトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階と、を備え、
前記半導体装置を製造する段階は、前記第２トレンチコンタクトの深さが前記第２深さである前記半導体装置を製造する段階を有する、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項7】
前記第１深さが前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階は、
前記アノード領域のドーピング濃度が前記ベース領域のドーピング濃度である場合の前記ダイオード条件を取得する段階と、
第１深さが前記ベース領域のドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、
を有する、
請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
前記アノード領域のドーピング濃度が前記ベース領域のドーピング濃度である場合の前記ダイオード条件を取得する段階と、
第１深さが前記ベース領域のドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、
を有する、
請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項8】
前記第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階は、前記第１深さと同一となる前記第２深さが前記トランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階を有する、
請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項9】
前記第１深さが前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階は、
前記アノード領域のドーピング濃度が前記ベース領域のドーピング濃度と異なる第１ドーピング濃度である場合の前記ダイオード条件を取得する段階と、
前記第１深さが前記第１ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、
を有する、
請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
前記アノード領域のドーピング濃度が前記ベース領域のドーピング濃度と異なる第１ドーピング濃度である場合の前記ダイオード条件を取得する段階と、
前記第１深さが前記第１ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、
を有する、
請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項10】
前記第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階は、前記第１深さと同一となる前記第２深さが前記トランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階を有する、
請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項11】
前記ダイオード条件は、予め定められた範囲の前記第１トレンチコンタクトの深さに応じた条件を含み、
前記第１深さが前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階は、前記第１深さが前記予め定められた範囲に含まれるか否かを判定する段階を有する、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
前記第１深さが前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階は、前記第１深さが前記予め定められた範囲に含まれるか否かを判定する段階を有する、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項12】
前記第１深さは、０μｍ以上、１．０μｍ以下である、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項13】
前記第１深さは、０．３μｍ以上、０．４μｍ以下である、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項14】
前記アノード領域のドーピング濃度は、１ｅ１２／ｃｍ２以上、１ｅ１４／ｃｍ２以下である、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項15】
前記半導体装置は、前記第１トレンチコンタクトの下方に設けられ、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のプラグコンタクト領域を有する、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項16】
前記半導体装置は、前記ベース領域の上方に設けられた第１導電型のエミッタ領域を有し、
前記第２深さは、前記半導体基板の前記おもて面から前記エミッタ領域の下端までの深さよりも深い、
請求項６から１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
前記第２深さは、前記半導体基板の前記おもて面から前記エミッタ領域の下端までの深さよりも深い、
請求項６から１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項17】
前記半導体装置は、前記第１トレンチコンタクトおよび前記第２トレンチコンタクトの下方に設けられ、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のプラグコンタクト領域を有する、
請求項６から１０のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
請求項６から１０のいずれか一項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、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、「ＦＷＤ素子のスナップバックを抑制することのできる半導体装置」が記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１２－１５６５６４号公報
［特許文献２］ 特開２０１６－１５４２１８号公報
［特許文献３］ 特開２０１７－４１６０１号公報
［特許文献４］ 特開２０２１－１４４９９８号公報
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１２－１５６５６４号公報
［特許文献２］ 特開２０１６－１５４２１８号公報
［特許文献３］ 特開２０１７－４１６０１号公報
［特許文献４］ 特開２０２１－１４４９９８号公報
【発明の概要】
【0003】
本発明の態様においては、第１導電型の半導体基板に設けられ、第２導電型のベース領域を含むトランジスタ部と、前記半導体基板に設けられ、第２導電型のアノード領域を含むダイオード部と、前記半導体基板のおもて面側において、前記ダイオード部に設けられた第１トレンチコンタクトと、を有する半導体装置の製造方法であって、前記ダイオード部の逆回復損失と前記ダイオード部の順方向電圧のトレードオフ条件を取得する段階と、
前記半導体装置に要求されるターゲット特性を決定する段階と、前記ターゲット特性に応じた前記第１トレンチコンタクトの第１深さが、前記トレードオフ条件のうち、前記ターゲット特性を実現するための条件であるダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、前記第１トレンチコンタクトの深さが前記第１深さである前記半導体装置を製造する段階と、を備える、半導体装置の製造方法を提供する。
前記半導体装置に要求されるターゲット特性を決定する段階と、前記ターゲット特性に応じた前記第１トレンチコンタクトの第１深さが、前記トレードオフ条件のうち、前記ターゲット特性を実現するための条件であるダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、前記第１トレンチコンタクトの深さが前記第１深さである前記半導体装置を製造する段階と、を備える、半導体装置の製造方法を提供する。
【0004】
上記半導体装置の製造方法において、前記第１深さが前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階は、前記アノード領域のドーピング濃度が第１ドーピング濃度である場合の前記ダイオード条件を取得する段階と、前記第１深さが前記第１ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、を有してよい。
【0005】
上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記第１ドーピング濃度は、前記ベース領域のドーピング濃度であってよい。
【0006】
上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記第１深さが前記第１ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たす場合に、前記半導体装置を製造する段階は、前記第１トレンチコンタクトの深さが前記第１深さである前記半導体装置を製造する段階を有し、前記第１深さが前記第１ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たさない場合に、前記第１深さが前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階は、前記アノード領域のドーピング濃度が前記第１ドーピング濃度よりも低い第２ドーピング濃度である場合の前記ダイオード条件を取得する段階と、前記第１深さが前記第２ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、を有してよい。
【0007】
上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記第１深さが前記第２ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たす場合に、前記半導体装置を製造する段階は、前記第１トレンチコンタクトの深さが前記第１深さである前記半導体装置を製造する段階を有し、前記第１深さが前記第２ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たさない場合に、前記第１深さが前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階は、前記アノード領域のドーピング濃度が前記第２ドーピング濃度よりも低い第３ドーピング濃度である場合の前記ダイオード条件を取得する段階と、前記第１深さが前記第３ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、を有してよい。
【0008】
上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記半導体装置は、前記半導体基板のおもて面側において、前記トランジスタ部に設けられた第２トレンチコンタクトを有し、前記第２トレンチコンタクトの深さと前記トランジスタ部の閾値電圧との関係を示す閾値条件を取得する段階と、前記ターゲット特性に応じた前記第２トレンチコンタクトの第２深さが、前記閾値条件のうち、前記ターゲット特性を満たすための条件であるトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階と、を備え、前記半導体装置を製造する段階は、前記第２トレンチコンタクトの深さが前記第２深さである前記半導体装置を製造する段階を有してよい。
【0009】
上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記第１深さが前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階は、前記アノード領域のドーピング濃度が前記ベース領域のドーピング濃度である場合の前記ダイオード条件を取得する段階と、第１深さが前記ベース領域のドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、を有してよい。
【0010】
上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階は、前記第１深さと同一となる前記第２深さが前記トランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階を有してよい。
【0011】
上記いずれかの半導体装置の製造において、前記第１深さが前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階は、前記アノード領域のドーピング濃度が前記ベース領域のドーピング濃度と異なる第１ドーピング濃度である場合の前記ダイオード条件を取得する段階と、前記第１深さが前記第１ドーピング濃度における前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階と、を有してよい。
【0012】
上記いずれかの半導体装置の製造において、前記第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階は、前記第１深さと同一となる前記第２深さが前記トランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階を有してよい。
【0013】
上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記ダイオード条件は、予め定められた範囲の前記第１トレンチコンタクトの深さに応じた条件を含み、前記第１深さが前記ダイオード条件を満たすか否かを判定する段階は、前記第１深さが前記予め定められた範囲に含まれるか否かを判定する段階を有してよい。
【0014】
上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記第１深さは、０μｍ以上、１．０μｍ以下であってよい。
【0015】
上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記第１深さは、０．３μｍ以上、０．４μｍ以下であってよい。
【0016】
上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記アノード領域のドーピング濃度は、１ｅ１２／ｃｍ２以上、１ｅ１４／ｃｍ２以下であってよい。
【0017】
上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記半導体装置は、前記第１トレンチコンタクトの下方に設けられ、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のプラグコンタクト領域を有してよい。
【0018】
上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記半導体装置は、前記ベース領域の上方に設けられた第１導電型のエミッタ領域を有し、前記第２深さは、前記半導体基板のおもて面から前記エミッタ領域の下端までの深さよりも深くてよい。
【0019】
上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記半導体装置は、前記第１トレンチコンタクトおよび前記第２トレンチコンタクトの下方に設けられ、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のプラグコンタクト領域を有してよい。
【0020】
なお、上記の発明の概要は、本発明の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1A】半導体装置１００の上面の一例を示す。
【図2】ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒとダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆのトレードオフ条件の一例を示す。
【図3】第２トレンチコンタクト６７の深さに対するトランジスタ部７０の閾値電圧Ｖｔｈの閾値条件の一例を示す。
【図7A】第１トレンチコンタクト６６の深さおよびアノード領域１３のドーピング濃度とトレードオフ条件との関係の一例を示す。
【図7B】第１トレンチコンタクト６６の深さおよびアノード領域１３のドーピング濃度とトレードオフ条件との関係の変形例を示す。
【図8A】半導体装置１００の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図9A】半導体装置１００の製造方法の変形例を示すフローチャートである。
【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】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。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低いことを意味する。
【0029】
図１Ａは、半導体装置１００の上面の一例を示す。本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０を有する半導体チップである。ダイオード部８０は、トランジスタ部７０と隣接して形成される。例えば、半導体装置１００は、逆導通絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＲＣ－ＩＧＢＴ：Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。図１Ａにおいてはチップ端部周辺のチップ上面を示しており、他の領域を省略している。
【0030】
また、図１Ａにおいては半導体装置１００における半導体基板の活性領域を示すが、半導体装置１００は、活性領域を囲んでエッジ終端構造部を有してよい。活性領域は、半導体装置１００をオン状態に制御した場合に電流が流れる領域を指す。エッジ終端構造部は、半導体基板の上面側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部は、例えばガードリング、フィールドプレート、リサーフおよびこれらを組み合わせた構造を有する。
【0031】
半導体基板１０は、第１導電型の半導体材料で形成された基板である。半導体基板１０は、シリコン基板であってよく、炭化シリコン基板であってよく、窒化ガリウム等の窒化物半導体基板等であってもよい。本例の半導体基板１０は、シリコン基板である。なお、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。
【0032】
トランジスタ部７０は、半導体基板１０の裏面２３側に設けられたコレクタ領域２２を半導体基板１０の上面に投影した領域である。コレクタ領域２２については後述する。トランジスタ部７０は、ＩＧＢＴ等のトランジスタを含む。本例では、トランジスタ部７０はＩＧＢＴである。なお、トランジスタ部７０は、ＭＯＳＦＥＴ等の他のトランジスタであってもよい。
【0033】
ダイオード部８０は、半導体基板１０の裏面２３側に設けられたカソード領域８２を半導体基板１０の上面に投影した領域である。カソード領域８２については後述する。ダイオード部８０は、半導体基板１０の上面においてトランジスタ部７０と隣接して設けられた還流ダイオード（ＦＷＤ：Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌ Ｄｉｏｄｅ）等のダイオードを含む。
【0034】
本例の半導体装置１００は、半導体基板１０のおもて面２１において、ゲートトレンチ部４０と、ダミートレンチ部３０と、エミッタ領域１２と、アノード領域１３と、ベース領域１４と、コンタクト領域１５と、ウェル領域１７とを備える。おもて面２１については後述する。また、本例の半導体装置１００は、半導体基板１０のおもて面２１の上方に設けられたエミッタ電極５２およびゲート金属層５０を備える。
【0035】
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、エミッタ領域１２、アノード領域１３、ベース領域１４、コンタクト領域１５およびウェル領域１７の上方に設けられている。また、ゲート金属層５０は、ゲートトレンチ部４０およびウェル領域１７の上方に設けられている。
【0036】
エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、金属を含む材料で形成される。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（Ａｌ）等の金属、または、アルミニウム‐シリコン合金（ＡｌＳｉ）、アルミニウム‐シリコン‐銅合金（ＡｌＳｉＣｕ）等の金属合金で形成されてよい。ゲート金属層５０の少なくとも一部の領域は、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、または、アルミニウム‐シリコン合金（ＡｌＳｉ）、アルミニウム‐シリコン‐銅合金（ＡｌＳｉＣｕ）等の金属合金で形成されてよい。エミッタ電極５２およびゲート金属層５０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。エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、互いに分離して設けられる。
【0037】
エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、層間絶縁膜３８を挟んで、半導体基板１０の上方に設けられる。層間絶縁膜３８は、図１Ａでは省略されている。層間絶縁膜３８には、コンタクトホール５５、コンタクトホール５６およびコンタクトホール６０が貫通して設けられている。
【0038】
コンタクトホール５５は、ゲート金属層５０とトランジスタ部７０内のゲート導電部とを接続する。コンタクトホール５５の内部には、タングステン等で形成されたプラグ金属層が形成されてもよい。
【0039】
コンタクトホール５６は、エミッタ電極５２とダミートレンチ部３０内のダミー導電部とを接続する。コンタクトホール５６の内部には、タングステン等で形成されたプラグ金属層が形成されてもよい。
【0040】
接続部２５は、エミッタ電極５２またはゲート金属層５０等のおもて面側電極と、半導体基板１０とを電気的に接続する。一例において、接続部２５は、ゲート金属層５０とゲート導電部との間に設けられる。接続部２５は、エミッタ電極５２とダミー導電部との間にも設けられている。接続部２５は、不純物がドープされたポリシリコン等の、導電性を有する材料である。本例の接続部２５は、Ｎ型の不純物がドープされたポリシリコン（Ｎ＋）である。接続部２５は、酸化膜等の絶縁膜等を介して、半導体基板１０のおもて面２１の上方に設けられる。
【0041】
ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のおもて面２１側において、予め定められた延伸方向に延伸した複数のトレンチ部の一例である。ゲートトレンチ部４０は、予め定められた配列方向（本例ではＸ軸方向）に沿って予め定められた間隔で配列される。本例のゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のおもて面２１に平行であって配列方向と垂直な延伸方向（本例ではＹ軸方向）に沿って延伸する２つの延伸部分４１と、２つの延伸部分４１を接続する接続部分４３を有してよい。
【0042】
接続部分４３は、少なくとも一部が曲線状に形成されることが好ましい。ゲートトレンチ部４０の２つの延伸部分４１の端部を接続することで、延伸部分４１の端部における電界集中を緩和できる。ゲートトレンチ部４０の接続部分４３において、ゲート金属層５０がゲート導電部と接続されてよい。
【0043】
ダミートレンチ部３０は、半導体基板１０のおもて面２１側において、予め定められた延伸方向に延伸した複数のトレンチ部の一例である。ダミートレンチ部３０は、エミッタ電極５２と電気的に接続されたトレンチ部である。ダミートレンチ部３０は、ゲートトレンチ部４０と同様に、予め定められた配列方向（本例ではＸ軸方向）に沿って予め定められた間隔で配列される。本例のダミートレンチ部３０は、半導体基板１０のおもて面２１においてＩ字形状を有するが、ゲートトレンチ部４０と同様に、半導体基板１０のおもて面２１においてＵ字形状を有してよい。即ち、ダミートレンチ部３０は、延伸方向に沿って延伸する２つの延伸部分３１と、２つの延伸部分を接続する接続部分３３を有してよい。
【0044】
本例のトランジスタ部７０は、２つのゲートトレンチ部４０と２つのダミートレンチ部３０を繰り返し配列させた構造を有する。即ち、本例のトランジスタ部７０は、１：１の比率でゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０を有している。例えば、トランジスタ部７０は、２本の延伸部分４１の間に１本のダミートレンチ部３０を有する。
【0045】
但し、ゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０の比率は本例に限定されない。ゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０の比率は、２：３であってもよく、２：４であってもよい。また、トランジスタ部７０は、全てのトレンチ部をゲートトレンチ部４０として、ダミートレンチ部３０を有しなくてもよい。
【0046】
トランジスタ部７０において、ダイオード部８０と隣接する境界には、表面にエミッタ領域１２が形成されない中間領域９０を備える。また、トランジスタ部７０において、中間領域９０に隣接する部分には、複数のダミートレンチ部３０が連続して配列されてよい。中間領域９０に隣接する部分に形成されるダミートレンチ部３０も、延伸部分３１と接続部分３３とを有してよい。
【0047】
ダイオード部８０との境界において連続して配列されるダミートレンチ部３０の数は、ダイオード部８０と離れたトランジスタ部７０の内側において連続して配列されるダミートレンチ部３０の数よりも多くてよい。図１Ａの例では、ダイオード部８０との境界におけるトランジスタ部７０（すなわち、中間領域９０およびその隣接部分）では、接続部分３３および延伸部分３１を有するダミートレンチ部３０が設けられている。図１Ａの例では、接続部分３３を介して接続された２本の延伸部分３１が、延伸部分３１の延伸方向とは垂直な配列方向に連続して配列されている。これに対して、トランジスタ部７０の内側では、ゲートトレンチ部４０の延伸部分４１および直線形状のダミートレンチ部３０が１本ずつ交互に配列されている。
【0048】
ウェル領域１７は、後述するドリフト領域１８よりも半導体基板１０のおもて面２１側に設けられた第２導電型の領域である。ウェル領域１７は、半導体装置１００のエッジ側に設けられるウェル領域の一例である。ウェル領域１７は、一例としてＰ＋型である。ウェル領域１７は、ゲート金属層５０が設けられる側の活性領域の端部から、予め定められた範囲で形成される。ウェル領域１７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、ゲート金属層５０側の一部の領域は、ウェル領域１７に形成される。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の延伸方向の端の底は、ウェル領域１７に覆われてよい。
【0049】
コンタクトホール６０は、トランジスタ部７０において、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の各領域の上方に形成される。コンタクトホール６０は、ダイオード部８０において、アノード領域１３の上方に設けられる。コンタクトホール６０は、中間領域９０において、コンタクト領域１５の上方に設けられる。いずれのコンタクトホール６０も、Ｙ軸方向両端に設けられたウェル領域１７の上方には設けられていない。このように、層間絶縁膜には、１又は複数のコンタクトホール６０が形成されている。１又は複数のコンタクトホール６０は、延伸方向に延伸して設けられてよい。
【0050】
メサ部７１は、トランジスタ部７０において、ダミートレンチ部３０またはゲートトレンチ部４０の少なくとも１つに隣接して設けられる。メサ部７１は、半導体基板１０のおもて面２１において、ウェル領域１７と、エミッタ領域１２と、ベース領域１４と、コンタクト領域１５とを有する。メサ部７１では、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５が延伸方向において交互に設けられている。
【0051】
メサ部９１は、中間領域９０に設けられている。メサ部９１は、半導体基板１０のおもて面２１において、コンタクト領域１５を有する。本例のメサ部９１は、Ｙ軸方向の負側において、ベース領域１４およびウェル領域１７を有する。
【0052】
メサ部８１は、ダイオード部８０において、隣り合うダミートレンチ部３０に挟まれた領域に設けられる。メサ部８１は、半導体基板１０のおもて面２１において、アノード領域１３を有する。本例のメサ部８１は、Ｙ軸方向の負側において、ベース領域１４およびウェル領域１７を有する。
【0053】
ベース領域１４は、半導体基板１０のおもて面２１側に設けられた第２導電型の領域である。ベース領域１４は、一例としてＰ－型である。ベース領域１４は、半導体基板１０のおもて面２１において、メサ部７１、メサ部８１およびメサ部９１のＹ軸方向における両端部に設けられてよい。なお、図１Ａは、当該ベース領域１４のＹ軸方向の一方の端部のみを示している。
【0054】
エミッタ領域１２は、ベース領域１４の上方に設けられた第１導電型の領域である。エミッタ領域１２は、一例としてＮ＋型である。本例のエミッタ領域１２は、メサ部７１のおもて面２１において、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７１を挟んだ２本のトレンチ部の一方から他方まで、Ｘ軸方向に延伸して設けられてよい。エミッタ領域１２は、コンタクトホール６０の下方にも設けられている。
【0055】
また、エミッタ領域１２は、ダミートレンチ部３０と接してもよいし、接しなくてもよい。本例のエミッタ領域１２は、ダミートレンチ部３０と接している。
【0056】
コンタクト領域１５は、ベース領域１４の上方に設けられ、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。本例のコンタクト領域１５は、一例としてＰ＋型である。本例のコンタクト領域１５は、メサ部７１およびメサ部９１のおもて面２１に設けられている。コンタクト領域１５は、メサ部７１を挟んだ２本のトレンチ部の一方から他方まで、Ｘ軸方向に設けられてよい。コンタクト領域１５は、ゲートトレンチ部４０またはダミートレンチ部３０と接してもよいし、接しなくてもよい。本例のコンタクト領域１５は、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０と接している。コンタクト領域１５は、コンタクトホール６０の下方にも設けられている。
【0057】
アノード領域１３は、半導体基板１０のおもて面２１に設けられた第２導電型の領域である。アノード領域１３は、一例としてＰ－型である。アノード領域１３は、メサ部８１のおもて面２１において、ダミートレンチ部３０と接して設けられている。アノード領域１３は、メサ部８１を挟んだ２本のトレンチ部の一方から他方まで、Ｘ軸方向に延伸して設けられてよい。アノード領域１３は、コンタクトホール６０の下方にも設けられている。
【0058】
アノード領域のドーピング濃度は、１ｅ１２／ｃｍ２以上、１ｅ１４／ｃｍ２以下であってよい。アノード領域１３のドーピング濃度は、ベース領域１４のドーピング濃度よりも高くてよく、ベース領域１４のドーピング濃度と同一であってよく、ベース領域１４のドーピング濃度よりも低くてよい。本例のアノード領域１３のドーピング濃度は、ベース領域１４のドーピング濃度と同一である。アノード領域１３のドーピング濃度がベース領域１４のドーピング濃度と同一である場合、アノード領域１３とベース領域１４とは、同一のイオン注入工程で形成することができる。
【0059】
エミッタ領域１２は、メサ部７１に設けられているが、メサ部８１およびメサ部９１には設けられなくてよい。コンタクト領域１５は、メサ部７１およびメサ部９１に設けられているが、メサ部８１には設けられなくてよい。アノード領域１３は、メサ部８１に設けられているが、メサ部７１およびメサ部９１には設けられなくてよい。
【0060】
トランジスタ部７０において、半導体基板１０の裏面２３には、Ｐ＋型のコレクタ領域２２が形成される。図１Ａにおいては、コレクタ領域２２が形成される領域を点線で示している。
【0061】
ダイオード部８０において、半導体基板１０の裏面２３には、Ｎ＋型のカソード領域８２が形成される。図１Ａにおいては、カソード領域８２が形成される領域を点線で示している。半導体基板の下面と隣接する領域においてカソード領域８２が形成されていない領域には、Ｐ＋型のコレクタ領域２２が形成されてよい。
【0062】
図１Ｂは、図１Ａにおけるａ－ａ'断面の一例を示す。ａ－ａ'断面は、トランジスタ部７０において、エミッタ領域１２を通過するＸＺ面である。本例の半導体装置１００は、ａ－ａ'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。エミッタ電極５２は、半導体基板１０および層間絶縁膜３８の上方に形成される。
【0063】
ドリフト領域１８は、半導体基板１０に設けられた第１導電型の領域である。本例のドリフト領域１８は、一例としてＮ－型である。ドリフト領域１８は、半導体基板１０において他のドーピング領域が形成されずに残存した領域であってよい。即ち、ドリフト領域１８のドーピング濃度は半導体基板１０のドーピング濃度であってよい。
【0064】
バッファ領域２０は、ドリフト領域１８よりも半導体基板１０の裏面２３側に設けられた第１導電型の領域である。本例のバッファ領域２０は、一例としてＮ型である。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も高い。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、第２導電型のコレクタ領域２２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。
【0065】
コレクタ領域２２は、トランジスタ部７０において、バッファ領域２０の下方に設けられる。コレクタ領域２２は、第２導電型を有する。本例のコレクタ領域２２は、一例としてＰ＋型である。
【0066】
カソード領域８２は、ダイオード部８０において、バッファ領域２０の下方に設けられる。コレクタ領域２２とカソード領域８２との境界は、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界である。即ち、本例の中間領域９０の下方には、コレクタ領域２２が設けられている。
【0067】
コレクタ電極２４は、半導体基板１０の裏面２３に形成される。コレクタ電極２４は、金属等の導電材料で形成される。
【0068】
ベース領域１４は、トランジスタ部７０において、ドリフト領域１８の上方に設けられる。ベース領域１４は、ゲートトレンチ部４０に接して設けられる。ベース領域１４は、ダミートレンチ部３０に接して設けられてよい。
【0069】
エミッタ領域１２は、メサ部７１において、ベース領域１４の上方に設けられる。エミッタ領域１２は、メサ部７１において、ベース領域１４とおもて面２１との間に設けられる。エミッタ領域１２は、メサ部７１において、ゲートトレンチ部４０と接して設けられる。エミッタ領域１２は、メサ部７１において、ダミートレンチ部３０と接してもよいし、接しなくてもよい。
【0070】
コンタクト領域１５は、メサ部９１において、ベース領域１４の上方に設けられる。コンタクト領域１５は、メサ部９１において、ダミートレンチ部３０に接して設けられる。
【0071】
蓄積領域１６は、トランジスタ部７０において、ドリフト領域１８よりも半導体基板１０のおもて面２１側に設けられる第１導電型の領域である。本例の蓄積領域１６は、一例としてＮ＋型である。但し、蓄積領域１６が設けられなくてもよい。本例の蓄積領域１６は、ダイオード部８０に設けられていないが、蓄積領域１６は、ダイオード部８０に設けられてもよい。
【0072】
また、蓄積領域１６は、ゲートトレンチ部４０に接して設けられる。蓄積領域１６は、ダミートレンチ部３０に接してもよいし、接しなくてもよい。蓄積領域１６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。
【0073】
アノード領域１３は、メサ部８１において、ドリフト領域１８の上方に設けられる。アノード領域１３は、ダミートレンチ部３０と接して設けられる。
【0074】
１つ以上のゲートトレンチ部４０および１つ以上のダミートレンチ部３０は、おもて面２１に設けられる。各トレンチ部は、おもて面２１からドリフト領域１８まで設けられる。エミッタ領域１２、アノード領域１３、ベース領域１４、コンタクト領域１５および蓄積領域１６の少なくともいずれかが設けられる領域においては、各トレンチ部はこれらの領域も貫通して、ドリフト領域１８に到達する。トレンチ部がこれらの領域を貫通するとは、これらの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、トレンチ部の間にこれらの領域を形成したものも、トレンチ部がこれらの領域を貫通したものに含まれる。
【0075】
ゲートトレンチ部４０は、おもて面２１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。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。ゲートトレンチ部４０は、おもて面２１において層間絶縁膜３８により覆われる。
【0076】
ゲート導電部４４は、半導体基板１０の深さ方向において、ゲート絶縁膜４２を挟んでメサ部７１側で隣接するベース領域１４と対向する領域を含む。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。
【0077】
ダミートレンチ部３０は、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、おもて面２１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。ダミートレンチ部３０は、おもて面２１において層間絶縁膜３８により覆われる。
【0078】
層間絶縁膜３８は、半導体基板１０の上方に設けられる。本例の層間絶縁膜３８は、おもて面２１と接して設けられる。層間絶縁膜３８の上方には、エミッタ電極５２が設けられている。層間絶縁膜３８には、エミッタ電極５２と半導体基板１０とを電気的に接続するための１又は複数のコンタクトホール６０が設けられている。コンタクトホール５５およびコンタクトホール５６も同様に、層間絶縁膜３８を貫通して設けられてよい。層間絶縁膜３８は、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ‐ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜であってもよいし、ＢＳＧ（ｂｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）膜であってもよいし、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）膜であってもよいし、ＨＴＯ膜であってもよいし、これらの材料を積層したものであってもよい。層間絶縁膜３８の膜厚は、例えば１．０μｍであるが、これに限定されない。
【0079】
本例の半導体装置１００は、半導体基板のおもて面２１側において、トレンチコンタクト部６５を有する。トレンチコンタクト部６５は、第１トレンチコンタクト６６と、第２トレンチコンタクト６７とを含む。
【0080】
トレンチコンタクト部６５は、複数のトレンチ部のうち隣接する２つのトレンチ部の間において、半導体基板１０のおもて面２１側に設けられる。本例のトレンチコンタクト部６５は、延伸方向に延伸して設けられる。トレンチコンタクト部６５は、コンタクトホール６０と、コンタクトホール６０の内部に充填された金属層を有する。コンタクトホール６０の内部は、エミッタ電極５２と同一の材料で充填されてもよいし、エミッタ電極５２と異なる材料で充填されてもよい。コンタクトホール６０の内部は、タングステン、チタン、チタン合金、またはチタンシリサイド等が充填されてよい。
【0081】
本例におけるトレンチコンタクト部６５は、コンタクトホール６０に露出した半導体基板１０に設けられた溝である。トレンチコンタクト部６５の溝は、おもて面２１に対して深さ方向に垂直な側壁を有してよく、おもて面２１に対して予め定められた角度を備えた側壁を有してよい。本例のトレンチコンタクト部６５の溝は、おもて面２１に対して予め定められた角度を備えた側壁を有したテーパ形状となっている。
【0082】
第１トレンチコンタクト６６は、半導体基板１０のおもて面２１側において、ダイオード部８０に設けられる。第１トレンチコンタクト６６の深さは、０μｍ以上、１．０μｍ以下であってよく、０．３μｍ以上、０．４μｍ以下であってよい。
【0083】
第２トレンチコンタクト６７は、半導体基板１０のおもて面２１側において、トランジスタ部７０に設けられる。第２トレンチコンタクトの深さは、半導体基板１０のおもて面２１からエミッタ領域１２の下端までの深さよりも深くてよい。即ち、第２トレンチコンタクトは、エミッタ領域１２を深さ方向に貫通して設けられてよい。
【0084】
第２トレンチコンタクト６７の深さは、第１トレンチコンタクト６６の深さと同一であってよく、第１トレンチコンタクト６６の深さよりも深くてよく、第１トレンチコンタクト６６の深さよりも浅くてよい。本例の第２トレンチコンタクト６７の深さは、第１トレンチコンタクト６６の深さと同一である。第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクト６７の深さとが同一である場合、第１トレンチコンタクト６６と第２トレンチコンタクト６７とは、同一の工程で形成することができる。
【0085】
プラグコンタクト領域１９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。本例のプラグコンタクト領域１９は、トレンチコンタクト部６５の下方の全面に設けられる。即ち、プラグコンタクト領域１９は、第１トレンチコンタクト６６および第２トレンチコンタクト６７の両方の下方に設けられる。本例のプラグコンタクト領域１９は、トレンチコンタクト部６５に充填された金属層の下端と接して設けられる。プラグコンタクト領域１９の下端は、第１トレンチコンタクト６６の下方において、アノード領域１３と接してよい。プラグコンタクト領域１９の下端は、第２トレンチコンタクト６７の下方において、ベース領域１４と接してよい。プラグコンタクト領域１９の上端の深さ位置は、半導体基板１０の深さ方向において、トレンチコンタクト部６５の底面よりもおもて面２１側に位置してよい。即ち、プラグコンタクト領域１９は、トレンチコンタクト部６５の底面を覆うように設けられてよい。
【0086】
図１Ｃは、図１Ｂのｂ－ｂ'断面におけるドーピング濃度分布の一例を示す。位置Ｐ０は半導体基板１０のおもて面２１の位置を表し、位置Ｐｔ１は第１トレンチコンタクト６６の底面の深さ位置を表し、位置Ｐａはアノード領域１３の下端の深さ位置を表している。位置Ｐａは、ドーピング濃度が、ドリフト領域１８のドーピング濃度と同一となる位置であってよい。
【0087】
本例のアノード領域１３は、半導体基板１０の上面側からイオン注入をすることによって設けられる。アノード領域１３は、注入されたイオンが拡散していくことによって形成されてよい。すなわち、アノード領域１３におけるドーピング濃度分布は、半導体基板１０のおもて面２１の位置Ｐ０からアノード領域１３の下端の深さ位置Ｐａにかけて、徐々に低下していく分布であってよい。但し、アノード領域１３におけるドーピング濃度分布は、これに限定されない。アノード領域１３におけるドーピング濃度分布は、アノード領域１３の中央付近においてピークを有する分布であってよく、アノード領域１３の下端において最大となる分布であってもよい。
【0088】
ダイオード部８０におけるホール電流は、第１トレンチコンタクト６６の底面から主に流れる。すなわち、主として第１トレンチコンタクト６６の底面からアノード領域１３へホールが注入される。したがって、図１Ｃの斜線の領域で示した、第１トレンチコンタクト６６の底面の深さ位置Ｐｔ１からアノード領域１３の下端の深さ位置Ｐａまでのドーピング濃度の積算量がダイオード部８０の動作特性に影響してよい。
【0089】
第１トレンチコンタクト６６の底面の深さ位置Ｐｔ１からアノード領域１３の下端の深さ位置Ｐａまでのドーピング濃度の積算量を小さくすると、注入されるホールの量が減少するので、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒを低減することができる。したがって、第１トレンチコンタクト６６の底面の深さ位置を深くし、および／または、アノード領域１３のドーピング濃度を低くすることで、Ｐｔ１からＰａまでのドーピング濃度の積算量が減少するので、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒを低減することができる。一方、Ｐｔ１からＰａまでのドーピング濃度の積算量が小さくなると、注入されるホールの量が減少するので、ダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆは高くなる。
【0090】
第１トレンチコンタクト６６の底面の深さ位置Ｐｔ１からアノード領域１３の下端の深さ位置Ｐａまでのドーピング濃度の積算量を大きくすると、注入されるホールの量が増加するので、ダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆを低くすることができる。したがって、第１トレンチコンタクト６６の底面の深さ位置を浅くし、および／または、アノード領域１３のドーピング濃度を高くすることで、Ｐｔ１からＰａまでのドーピング濃度の積算量が増加するので、ダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆを低くすることができる。一方、Ｐｔ１からＰａまでのドーピング濃度の積算量が大きくなると、注入されるホールの量が増加するので、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒは増加する。
【0091】
以上のように、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒとダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆとは、トレードオフの関係にある。ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒとダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆのトレードオフの関係は、第１トレンチコンタクト６６の深さによって制御されてよく、アノード領域１３のドーピング濃度によって制御されてよく、第１トレンチコンタクト６６の深さおよびアノード領域１３のドーピング濃度によって制御されてよい。また、第１トレンチコンタクト６６の深さは、アノード領域１３のドーピング濃度分布、すなわち、Ｐｔ１からＰａまでのドーピング濃度の積算量に応じて決定されてよい。
【0092】
図２は、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒとダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆのトレードオフ条件の一例を示す。ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒが増加するとダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆは減少し、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒが減少するとダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆは増加する。トレードオフ条件は、図２に示すようにグラフ形式で与えられてよく、関数式で与えられてよく、数値データ形式で与えられてよい。トレードオフ条件は、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒとダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆとの関係を与えるものであれば、特に限定されない。
【0093】
半導体装置１００の製造方法においては、トレードオフ条件のうち、ターゲット特性を実現するための条件であるダイオード条件を取得してよい。ターゲット特性は、半導体装置１００に要求される特性であってよい。一例として、ターゲット特性は、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒの範囲を含んでよく、逆回復損失Ｅｒｒの下限値および／または上限値を含んでよい。別の例として、ターゲット特性は、ダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆの範囲を含んでよく、下限値および／または上限値を含んでよい。本例のターゲット特性は、Ｅｒｒの上限値が１０ｍＪであり、かつ、Ｖｆの上限値が２．３Ｖである。本例において、トレードオフ条件のうち、Ｅｒｒが１０ｍＪとなる点からＶｆが２．３Ｖとなる点までが、ターゲット特性を実現するための条件であるダイオード条件として取得されてよい。
【0094】
図３は、第２トレンチコンタクト６７の深さに対するトランジスタ部７０の閾値電圧Ｖｔｈの閾値条件の一例を示す。トランジスタ部７０の閾値電圧Ｖｔｈは、第２トレンチコンタクト６７の深さに対して単調に増加する。閾値条件は、図３に示すようにグラフ形式で与えられてよく、関数式で与えられてよく、数値データ形式で与えられてよい。閾値条件は、第２トレンチコンタクト６７の深さとトランジスタ部７０の閾値電圧Ｖｔｈとの関係を与えるものであれば、特に限定されない。
【0095】
半導体装置１００の製造方法においては、閾値条件のうち、ターゲット特性を実現するための条件であるトランジスタ条件を取得してよい。一例として、ターゲット特性は、トランジスタ部７０の閾値電圧Ｖｔｈの範囲を含んでよく、閾値電圧Ｖｔｈの下限値および／または上限値を含んでよい。本例のターゲット特性は、閾値電圧Ｖｔｈの上限値がＶＭである。また、トランジスタ条件は、予め定められた範囲の第２トレンチコンタクト６７の深さに応じた条件を含んでよい。すなわち、トランジスタ条件は、第２トレンチコンタクト６７の深さの範囲を含んでよく、第２トレンチコンタクト６７の深さの下限値および／または上限値を含んでよい。本例のトランジスタ条件は、第２トレンチコンタクト６７の深さの下限値がＰｅであるという条件を含む。なお、下限深さＰｅは、エミッタ領域の深さであってよい。すなわち、第２トレンチコンタクト６７の深さは、半導体基板１０のおもて面２１からエミッタ領域１２の下端までの深さよりも深くてよい。
【0096】
以上のように、第１トレンチコンタクト６６の深さ、アノード領域１３のドーピング濃度、および、第２トレンチコンタクト６７の深さを適切に設計することで、ダイオード条件およびトランジスタ条件を満たし、半導体装置１００に要求されるターゲット特性を実現することができる。なお、第１トレンチコンタクト６６の深さおよびアノード領域１３のドーピング濃度と、トレードオフ条件との関係の詳細については、後述する。
【0097】
図４Ａは、図１Ａにおけるａ－ａ'断面の変形例を示す。本例のアノード領域１３はＰ－－型であり、アノード領域１３のドーピング濃度がベース領域１４のドーピング濃度と相違する点で、図１Ｂの例と相違する。本例では、図１Ｂの例と相違する点について特に説明し、その他は図１Ｂの例と同一であってよい。アノード領域１３のドーピング濃度を低くすることで、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒを低減することができる。
【0098】
図４Ｂは、図４Ａのｃ－ｃ'断面におけるドーピング濃度分布の一例を示す。なお、図１Ｃの例におけるドーピング濃度分布は点線で示されている。アノード領域１３のドーピング濃度を低くすることで、Ｐｔ１からＰａまでのドーピング濃度の積算量が減少するので、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒを低減することができる。
【0099】
半導体装置１００の製造方法においては、ダイオード条件およびトランジスタ条件を満たすために、トランジスタ部７０とダイオード部８０とが異なる製造工程を有してよい。すなわち、アノード領域１３のドーピング濃度とベース領域１４のドーピング濃度とは相違してよく、アノード領域１３を形成するイオン注入工程とベース領域１４を形成するイオン注入工程とが、別々に設けられてよい。
【0100】
図５Ａは、図１Ａにおけるａ－ａ'断面の変形例を示す。本例のアノード領域１３はＰ－型であるが、第１トレンチコンタクト６６の深さが第２トレンチコンタクト６７の深さよりも深い点で、図１Ｂの例と相違する。本例では、図１Ｂの例と相違する点について特に説明し、その他は図１Ｂの例と同一であってよい。第１トレンチコンタクト６６の深さを深くすることで、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒを低減することができる。
【0101】
図５Ｂは、図５Ａのｄ－ｄ'断面におけるドーピング濃度分布の一例を示す。なお、図１Ｃの例における第１トレンチコンタクト６６の深さはＰｔ１'である。第１トレンチコンタクト６６の深さを深くすることで、Ｐｔ１からＰａまでのドーピング濃度の積算量が減少するので、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒを低減することができる。
【0102】
半導体装置１００の製造方法においては、ダイオード条件およびトランジスタ条件を満たすために、トランジスタ部７０とダイオード部８０とが異なる製造工程を有してよい。すなわち、第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクト６７の深さとは相違してよく、第１トレンチコンタクト６６の形成工程と第２トレンチコンタクト６７の形成工程とが、別々に設けられてよい。
【0103】
図６Ａは、図１Ａにおけるａ－ａ'断面の変形例を示す。本例のアノード領域１３はＰ－－型であり、アノード領域１３のドーピング濃度がベース領域１４のドーピング濃度と相違し、かつ、第１トレンチコンタクト６６の深さが第２トレンチコンタクト６７の深さよりも深い点で図１Ｂの例と相違する。本例では、図１Ｂの例と相違する点について特に説明し、その他は図１Ｂの例と同一であってよい。アノード領域１３のドーピング濃度を低くし、かつ、第１トレンチコンタクト６６の深さを深くすることで、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒを低減することができる。
【0104】
図６Ｂは、図６Ａのｅ－ｅ'断面におけるドーピング濃度分布の一例を示す。なお、図１Ｃの例におけるドーピング濃度分布は点線で示されており、図１Ｃの例における第１トレンチコンタクト６６の深さはＰｔ１'である。アノード領域１３のドーピング濃度を低くし、かつ、第１トレンチコンタクト６６の深さを深くすることで、Ｐｔ１からＰａまでのドーピング濃度の積算量が減少するので、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒを低減することができる。
【0105】
半導体装置１００の製造方法においては、ダイオード条件およびトランジスタ条件を満たすために、トランジスタ部７０とダイオード部８０とが異なる製造工程を有してよい。すなわち、アノード領域１３のドーピング濃度とベース領域１４のドーピング濃度とは相違してよく、アノード領域１３を形成するイオン注入工程とベース領域１４を形成するイオン注入工程とが、別々に設けられてよく、かつ、第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクト６７の深さとは相違してよく、第１トレンチコンタクト６６の形成工程と第２トレンチコンタクト６７の形成工程とが、別々に設けられてよい。
【0106】
図７Ａは、第１トレンチコンタクト６６の深さおよびアノード領域１３のドーピング濃度とトレードオフ条件との関係の一例を示す。破線で示されたトレードオフ条件は、図２で示したトレードオフ条件と同一である。黒丸は、第１ドーピング濃度を表し、白丸は第２ドーピング濃度を表す。第２ドーピング濃度は、第１ドーピング濃度よりも低い。各点に示された０．１５μｍ等の数値は、第１トレンチコンタクト６６の深さを表す。
【0107】
アノード領域１３が同一のドーピング濃度（例えば、第１ドーピング濃度）を有する場合、第１トレンチコンタクト６６の深さが深くなるにつれて、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒを低減する方向に、トレードオフ条件を満たすように移動する。第１トレンチコンタクト６６の深さが同一（例えば、０．１５μｍ）である場合、アノード領域１３のドーピング濃度が低下するにつれて、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒを低減する方向に、トレードオフ条件を満たすように移動する。
【0108】
本例において、第１ドーピング濃度におけるトレードオフ条件の範囲と第２ドーピング濃度におけるトレードオフ条件の範囲とは重複していないが、これらの範囲は重複してよい。例えば、第１ドーピング濃度において第１トレンチコンタクト６６の深さが１．０５μｍの場合のトレードオフ条件は、第２ドーピング濃度において第１トレンチコンタクト６６の深さが０．１５μｍの場合のトレードオフ条件に一致してよい。別の例として、第１ドーピング濃度において第１トレンチコンタクト６６の深さが０．９５μｍの場合のトレードオフ条件は、第２ドーピング濃度において第１トレンチコンタクト６６の深さが０．０５μｍの場合のトレードオフ条件に一致してよい。即ち、本例においては、予め定められた範囲の第１トレンチコンタクト６６の深さのみを示している。このように、ダイオード条件は、予め定められた範囲の第１トレンチコンタクト６６の深さに応じた条件を含んでよい。
【0109】
例えば、ターゲット特性として、Ｖｆ＝２．３Ｖと決定した場合、第１ドーピング濃度におけるダイオード条件は、第１トレンチコンタクト６６の深さが１．０５μｍである。該第１トレンチコンタクト６６の深さは、予め定められた範囲（本例において、０．１５μｍから０．９５μｍ）に含まれないので、第１トレンチコンタクト６６の深さは、第１ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすことができない。そこで、第２ドーピング濃度におけるダイオード条件を取得すると、第１トレンチコンタクト６６の深さが０．１５μｍでＶｆ＝２．３Ｖを満たすことができ、第１トレンチコンタクト６６の深さが予め定められた範囲に含まれるので、アノード領域１３のドーピング濃度が第２ドーピング濃度において第１トレンチコンタクト６６の深さを０．１５μｍとすることで、ターゲット特性を実現する半導体装置１００を製造することができる。
【0110】
図７Ｂは、第１トレンチコンタクト６６の深さおよびアノード領域１３のドーピング濃度とトレードオフ条件との関係の変形例を示す。本例は、予め定められた範囲の第１トレンチコンタクト６６の深さが０．３５μｍから０．７５μｍであり、第３ドーピング濃度が含まれる点で、図７Ａの例と相違する。第２ドーピング濃度は、第１ドーピング濃度よりも低く、第３ドーピング濃度は、第２ドーピング濃度よりも低い。図７Ａの例と同様に、第１ドーピング濃度におけるダイオード条件、第２ドーピング濃度におけるダイオード条件、第３ドーピング濃度におけるダイオード条件の順に、ターゲット特性を実現するためのアノード領域１３のドーピング濃度と第１トレンチコンタクト６６の深さを設計してよい。
【0111】
以上の例においては、ドーピング濃度を冠する数字が大きくなるにつれてドーピング濃度が低くなる例を示したが、ドーピング濃度の大小関係はこれに限定されない。ドーピング濃度を冠する数字が大きくなるにつれてドーピング濃度が高くなってよく、ドーピング濃度を冠する数字とは無関係に、ドーピング濃度が変更されてよい。また、以上の例においては、予め定められた範囲の第１トレンチコンタクト６６の深さが０．１５μｍから０．９５μｍおよび０．３５μｍから０．７５μｍである例を示したが、予め定められた範囲の第１トレンチコンタクト６６の深さはこれに限定されない。予め定められた範囲の第１トレンチコンタクト６６の深さは、０μｍ以上、１．０μｍ以下であってよく、０．３μｍ以上、０．４μｍ以下であってよい。さらに、以上の例では、あるドーピング濃度におけるダイオード条件を取得してから、該ドーピング濃度における第１トレンチコンタクト６６の深さについて判定することを説明したが、第１トレンチコンタクト６６の深さにおけるダイオード条件を取得してから、該深さにおけるアノード領域１３のドーピング濃度について判定してもよい。
【0112】
図８Ａは、半導体装置１００の製造方法の一例を示すフローチャートである。本例は、半導体装置１００の製造方法の一例を示しており、これに限定されない。
【0113】
ステップＳ１００において、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒとダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆのトレードオフ条件を取得する。トレードオフ条件は、予め実験によって取得されてよく、予めシミュレーションによって取得されてよい。トレードオフ条件は、アノード領域１３のドーピング濃度および第１トレンチコンタクト６６の深さと関連付けて取得されてよい。
【0114】
ステップＳ１１０において、半導体装置１００に要求されるターゲット特性を決定する。一例として、ターゲット特性は、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒの範囲を含んでよく、逆回復損失Ｅｒｒの下限値および／または上限値を含んでよい。別の例として、ターゲット特性は、ダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆの範囲を含んでよく、下限値および／または上限値を含んでよい。
【0115】
なお、トレードオフ条件を取得する段階（Ｓ１００）とターゲット特性を決定する段階（Ｓ１１０）との先後は問わない。ターゲット特性を決定した後に、トレードオフ条件を取得してもよい。
【0116】
ステップＳ１２０において、ターゲット特性に応じた第１トレンチコンタクト６６の第１深さが、トレードオフ条件のうち、ターゲット特性を実現するための条件であるダイオード条件を満たすか否かを判定する。第１深さは、第１トレンチコンタクト６６の設計深さであって、ダイオード条件を満たすか否かを判定する対象となる深さである。すなわち、第１深さは実際に製造される半導体装置１００における第１トレンチコンタクト６６の深さであるとは限らない。例えば、Ｓ１２０において第１深さがダイオード条件を満たすと判定された場合、第１トレンチコンタクト６６の深さが第１深さである半導体装置１００が製造されてよく、Ｓ１２０において第１深さがダイオード条件を満たさないと判定された場合、第１深さがダイオード条件を満たすと判定されるまで、第１深さが異なる深さに変更されてよく、アノード領域１３のドーピング濃度が異なるドーピング濃度に変更されてよい。第１深さがダイオード条件を満たさないと判定される場合を含むＳ１２０のフローチャートの一例については、後述する。
【0117】
図７Ａおよび図７Ｂに関連付けて説明したように、ダイオード条件は、予め定められた範囲の第１トレンチコンタクト６６の深さに応じた条件を含んでよい。この場合、第１深さがダイオード条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ１２０）は、第１深さが予め定められた範囲に含まれるか否かを判定する段階を有してよい。
【0118】
ステップＳ１３０において、第１トレンチコンタクト６６の深さが第１深さである半導体装置１００を製造する。第１深さは、ダイオード条件を満たすと判定された第１深さであってよい。第１トレンチコンタクト６６の深さが第１深さである半導体装置１００は、当業者によって通常行われる方法により製造されることができる。第１トレンチコンタクト６６の深さが第１深さとなる半導体装置１００を製造することができる製造方法であれば、半導体装置１００の製造方法は限定されない。
【0119】
本例の半導体装置１００の製造方法において、第１トレンチコンタクト６６の第１深さがダイオード条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ１２０）を備えることで、トレードオフ条件のうち予め定められたターゲット特性を実現する半導体装置１００を有効に製造することができる。すなわち、アノード領域１３のドーピング濃度の調整のみによってターゲット特性を実現する半導体装置１００を製造する場合と比較して、より高い自由度で半導体装置１００を製造することができる。また、第１トレンチコンタクト６６の深さを調整する場合、エッチング工程におけるエッチング深さを変更すればよいので、イオン注入エネルギーや注入するイオン濃度を調整する必要のあるアノード領域１３のドーピング濃度を調整する場合と比較して、容易に設計変更を適用することができる。さらに、第１トレンチコンタクト６６の深さを調整する場合、アノード領域１３のドーピング濃度を調整する場合に必要となり得るイオン注入装置の変更を回避することができ、アノード領域１３のドーピング濃度が低くなった場合の製造バラツキを低減することができる。
【0120】
【0121】
第１深さがダイオード条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ１２０）は、アノード領域１３のドーピング濃度が第ｉドーピング濃度である場合のダイオード条件を取得する段階（Ｓ１２２）と、第１深さが第ｉドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ１２４）とを有してよい。第ｉドーピング濃度は、アノード領域１３のドーピング濃度の設計ドーピング濃度であって、ダイオード条件を満たすか否かを判定する対象となるドーピング濃度である。すなわち、第ｉドーピング濃度は実際に製造される半導体装置１００におけるアノード領域１３のドーピング濃度であるとは限らない。例えば、Ｓ１２４において、第１深さがＳ１２２において取得された第ｉドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすと判定された場合、アノード領域１３のドーピング濃度が第ｉドーピング濃度である半導体装置１００が製造されてよく、Ｓ１２４において、第１深さが第ｉドーピング濃度におけるダイオード条件を満たさないと判定された場合、第１深さがダイオード条件を満たすと判定されるまで、アノード領域１３のドーピング濃度が異なるドーピング濃度に変更されてよい。すなわち、Ｓ１２２とＳ１２４は、Ｓ１２４において第１深さが第ｉドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすと判定されるまで、繰り返し行われてよい。
【0122】
より具体的には、第１深さがダイオード条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ１２０）は、アノード領域１３のドーピング濃度が第１ドーピング濃度である場合のダイオード条件を取得する段階と、第１深さが第１ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすか否かを判定する段階とを有してよい。一例として、第１ドーピング濃度は、ベース領域１４のドーピング濃度である。アノード領域１３のドーピング濃度がベース領域１４のドーピング濃度と同一である場合、アノード領域１３とベース領域１４とは、同一のイオン注入工程で形成されることができる。したがって、第１ドーピング濃度としてベース領域１４のドーピング濃度を採用することで、アノード領域１３とベース領域１４とを同一のイオン注入工程で形成することができる半導体装置１００を優先的に設計することができる。
【0123】
第１深さが第１ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たす場合に、半導体装置１００を製造する段階（Ｓ１３０）は、第１トレンチコンタクト６６の深さが第１深さである半導体装置１００を製造する段階を有してよい。すなわち、Ｓ１２４で第１深さが第１ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすと判定された場合、図８Ｂにおいて示されたＳ１２０は終了し、図８Ａにおける第１トレンチコンタクト６６の深さが第１深さである半導体装置１００を製造する段階（Ｓ１３０）に進んでよく、第１トレンチコンタクト６６の深さがダイオード条件を満たすと判定された第１深さである半導体装置１００を製造してよい。
【0124】
第１深さが第１ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たさない場合に、第１深さがダイオード条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ１２０）は、アノード領域１３のドーピング濃度が第１ドーピング濃度よりも低い第２ドーピング濃度である場合のダイオード条件を取得する段階（Ｓ１２２）と、第１深さが第２ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ１２４）とを有してよい。すなわち、Ｓ１２４において第１深さが第１ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たさないと判定された場合には、Ｓ１２２に戻り、第１ドーピング濃度とは異なるドーピング濃度である第２ドーピング濃度におけるダイオード条件を取得し、再びＳ１２４に進み、第１深さが第２ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすか否かを判定してよい。
【0125】
第２ドーピング濃度は、第１ドーピング濃度よりも低くてよく、第１ドーピング濃度よりも高くてよい。本例の第２ドーピング濃度は、第１ドーピング濃度よりも低い。アノード領域１３のドーピング濃度が低くなると、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒは減少し、アノード領域１３のドーピング濃度が高くなると、ダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒは増加する。また、アノード領域１３のドーピング濃度が低くなると、ダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆは増加し、アノード領域１３のドーピング濃度が高くなると、ダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆは減少する。したがって、第１深さが第１ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たさない場合であって、該第１深さにおけるダイオード部８０の逆回復損失Ｅｒｒがターゲット特性である逆回復損失Ｅｒｒを超過する場合には、第２ドーピング濃度は第１ドーピング濃度よりも低く設定されてよく、該第１深さにおけるダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆがターゲット特性である順方向電圧Ｖｆを超過する場合には、第２ドーピング濃度は第１ドーピング濃度よりも高く設定されてよい。
【0126】
第１深さが第２ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たす場合に、半導体装置１００を製造する段階（Ｓ１３０）は、第１トレンチコンタクト６６の深さが第１深さである半導体装置１００を製造する段階を有してよい。すなわち、Ｓ１２４で第１深さが第２ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすと判定された場合、図８Ｂにおいて示されたＳ１２０は終了し、図８Ａにおける第１トレンチコンタクト６６の深さが第１深さである半導体装置１００を製造する段階（Ｓ１３０）に進んでよく、第１トレンチコンタクト６６の深さがダイオード条件を満たすと判定された第１深さである半導体装置１００を製造してよい。
【0127】
第１深さが第２ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たさない場合に、第１深さがダイオード条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ１２０）は、アノード領域１３のドーピング濃度が第２ドーピング濃度よりも低い第３ドーピング濃度である場合のダイオード条件を取得する段階（Ｓ１２２）と、第１深さが第３ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ１２４）とを有してよい。すなわち、Ｓ１２４において第１深さが第２ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たさないと判定された場合には、Ｓ１２２に戻り、第２ドーピング濃度とは異なるドーピング濃度である第３ドーピング濃度におけるダイオード条件を取得し、再びＳ１２４に進み、第１深さが第３ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすか否かを判定してよい。第３ドーピング濃度は、第２ドーピング濃度よりも低くてよく、第２ドーピング濃度よりも高くてよい。本例の第３ドーピング濃度は、第２ドーピング濃度よりも低い。
【0128】
以上のように、Ｓ１２２とＳ１２４は、Ｓ１２４において第１深さが第ｉドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすと判定されるまで、繰り返し行われてよい。以上の例においては、第３ドーピング濃度におけるダイオード条件を取得し、判定する段階までを説明したが、同様に第４ドーピング濃度、第５ドーピング濃度、・・・、と第１深さが第ｉドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすと判定されるまで、繰り返し行われてよい。また、以上の例においては、ドーピング濃度を冠する数字が大きくなるにつれてドーピング濃度が低くなる例を示したが、ドーピング濃度の大小関係はこれに限定されない。ドーピング濃度を冠する数字が大きくなるにつれてドーピング濃度が高くなってよく、ドーピング濃度を冠する数字とは無関係に、ドーピング濃度が変更されてよい。さらに、以上の例においては、第ｉドーピング濃度におけるダイオード条件を取得してから、該ドーピング濃度における第１トレンチコンタクト６６の深さについて判定することを説明したが、第１トレンチコンタクト６６の深さにおけるダイオード条件を取得してから、該深さにおけるアノード領域１３のドーピング濃度について判定してもよい。
【0129】
図９Ａは、半導体装置１００の製造方法の変形例を示すフローチャートである。本例のフローチャートは、ダイオード条件とともにトランジスタ条件を考慮する点で、図８Ａの例と相違する。本例では、図８Ａの例と相違する点について特に説明し、その他は図８Ａの例と同一であってよい。
【0130】
ステップＳ２１０において、第２トレンチコンタクト６７の深さとトランジスタ部７０の閾値電圧Ｖｔｈとの関係を示す閾値条件を取得する。閾値条件は、予め実験によって取得されてよく、予めシミュレーションによって取得されてよい。なお、トレードオフ条件を取得する段階（Ｓ２００）と、閾値条件を取得する段階（Ｓ２１０）と、ターゲット特性を決定する段階（Ｓ２２０）との順序は問わない。
【0131】
ステップＳ２４０において、ターゲット特性に応じた第２トレンチコンタクト６７の第２深さが、閾値条件のうち、ターゲット特性を満たすための条件であるトランジスタ条件を満たすか否かを判定する。第２深さは、第２トレンチコンタクト６７の設計深さであって、トランジスタ条件を満たすか否かを判定する対象となる深さである。すなわち、第２深さは実際に製造される半導体装置１００における第２トレンチコンタクト６７の深さであるとは限らない。例えば、Ｓ２４０において第２深さがトランジスタ条件を満たすと判定された場合、第２トレンチコンタクト６７の深さが第２深さである半導体装置１００が製造されてよい。
【0132】
第１深さがダイオード条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ２３０）と第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ２４０）との先後は問わない。第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定した後で、第１深さがダイオード条件を満たすか否かを判定してよく、第１深さがダイオード条件を満たすか否かを判定すると同時に第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定してよい。第１深さがダイオード条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ２３０）と第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ２４０）とを組み合わせて行う段階（Ｓ３００）については、後述する。
【0133】
半導体装置を製造する段階（Ｓ２５０）は、第２トレンチコンタクト６７の深さが第２深さである半導体装置１００を製造する段階を有してよい。すなわち、半導体装置を製造する段階（Ｓ２５０）は、図８Ａにおける半導体装置を製造する段階（Ｓ１３０）と同様に第１トレンチコンタクト６６の深さが第１深さである半導体装置１００を製造する段階を有してよく、かつ、第２トレンチコンタクト６７の深さが第２深さである半導体装置１００を製造する段階を有してよい。
【0134】
【0135】
ステップＳ３０２で、アノード領域１３のドーピング濃度とベース領域１４のドーピング濃度とが同一のドーピング濃度であり、かつ、第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクト６７の深さとが同一である設計をする。すなわち、第１深さがダイオード条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ２３０）は、アノード領域１３のドーピング濃度がベース領域１４のドーピング濃度である場合のダイオード条件を取得する段階と、第１深さがベース領域１４のドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすか否かを判定する段階を有してよく、第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ２４０）は、第１深さと同一となる第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階を有してよい。
【0136】
アノード領域１３のドーピング濃度がベース領域１４のドーピング濃度と同一である場合、アノード領域１３とベース領域１４とは、同一のイオン注入工程で形成されることができる。また、第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクト６７の深さとが同一である場合、第１トレンチコンタクト６６と第２トレンチコンタクト６７とは、同一の工程で製造することができる。
【0137】
ステップ３０４で、アノード領域１３のドーピング濃度とベース領域１４のドーピング濃度とが同一のドーピング濃度であり、かつ、第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクト６７の深さとが相違する設計をする。すなわち、第１深さがダイオード条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ２３０）は、アノード領域１３のドーピング濃度がベース領域１４のドーピング濃度である場合のダイオード条件を取得する段階と、第１深さがベース領域１４のドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすか否かを判定する段階を有してよく、第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ２４０）は、第１深さと相違する第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階を有してよい。
【0138】
アノード領域１３のドーピング濃度がベース領域１４のドーピング濃度と同一である場合、アノード領域１３とベース領域１４とは、同一のイオン注入工程で形成されることができる。
【0139】
ステップＳ３０６で、アノード領域１３のドーピング濃度とベース領域１４のドーピング濃度とが相違するドーピング濃度であり、かつ、第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクト６７の深さとが同一である設計をする。すなわち、第１深さがダイオード条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ２３０）は、アノード領域１３のドーピング濃度がベース領域１４のドーピング濃度と異なる第１ドーピング濃度である場合のダイオード条件を取得する段階と、第１深さが第１ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすか否かを判定する段階とを有してよく、第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ２４０）は、第１深さと同一となる第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階を有してよい。
【0140】
第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクト６７の深さとが同一である場合、第１トレンチコンタクト６６と第２トレンチコンタクト６７とは、同一の工程で製造することができる。
【0141】
ステップＳ３０８で、アノード領域１３のドーピング濃度とベース領域１４のドーピング濃度とが相違するドーピング濃度であり、かつ、第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクト６７の深さとが相違する設計をする。すなわち、第１深さがダイオード条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ２３０）は、アノード領域１３のドーピング濃度がベース領域１４のドーピング濃度と異なる第１ドーピング濃度である場合のダイオード条件を取得する段階と、第１深さが第１ドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすか否かを判定する段階とを有してよく、第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階（Ｓ２４０）は、第１深さと相違する第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する段階を有してよい。
【0142】
ステップＳ３０２からステップＳ３０８の順序は、これに限定されない。一例として、ステップＳ３０６はステップＳ３０４の前に行われてよい。ステップ３０２の設計は、イオン注入工程およびトレンチコンタクト形成工程を同一にすることができる最も効率的な製造方法であるので、他のステップに先行して行われてよい。
【0143】
【0144】
ステップＳ３５０において、アノード領域１３のドーピング濃度がベース領域１４のドーピング濃度である場合のダイオード条件を取得し、ステップＳ３５２において、第１深さがベース領域１４のドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすか否かを判定する。ステップＳ３５０およびステップＳ３５２は、ステップＳ３０２および／またはステップＳ３０４に対応し、アノード領域１３のドーピング濃度とベース領域１４のドーピング濃度とが同一のドーピング濃度であるという条件を課してよい。
【0145】
第１深さがベース領域１４のドーピング濃度におけるダイオード条件を満たす場合（ＹＥＳ）、アノード領域１３のドーピング濃度とベース領域１４のドーピング濃度とが同一のドーピング濃度であるという条件を満たすことができるので、ステップ３５４に進む。第１深さがベース領域１４のドーピング濃度におけるダイオード条件を満たさない場合（ＮＯ）、アノード領域１３のドーピング濃度とベース領域１４のドーピング濃度とが同一のドーピング濃度であるという条件を満たすことができないので、ステップ３５６に進む。
【0146】
ステップＳ３５４において、第１深さと同一となる第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する。ステップＳ３５４は、ステップＳ３０２に対応し、第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクト６７の深さとが同一であるという条件を課してよい。
【0147】
第１深さと同一となる第２深さがトランジスタ条件を満たす場合（ＹＥＳ）、アノード領域１３のドーピング濃度とベース領域１４のドーピング濃度とが同一のドーピング濃度であり、かつ、第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクト６７の深さとが同一である設計が完了し、ステップＳ３００は終了する。第１深さと同一となる第２深さがトランジスタ条件を満たさない場合（ＮＯ）、第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクト６７の深さとが同一であるという条件を満たすことができないので、ステップＳ３６２に進む。
【0148】
ステップＳ３５６において、アノード領域１３のドーピング濃度がベース領域１４のドーピング濃度と異なる第ｉドーピング濃度である場合のダイオード条件を取得し、ステップＳ３５８において、第１深さが第ｉドーピング濃度におけるダイオード条件を満たすか否かを判定する。ステップＳ３５６およびステップＳ３５８は、ステップＳ３０６および／またはステップＳ３０８に対応し、アノード領域１３のドーピング濃度とベース領域１４のドーピング濃度とが相違するドーピング濃度であるという条件を課してよい。ステップＳ３５６およびステップＳ３５８は、図８ＢにおけるステップＳ１２２およびステップＳ１２４にそれぞれ対応してよく、繰り返し行われてよい。ステップＳ３５６およびステップＳ３５８が１回または繰り返し行われた結果、第１深さが第ｉドーピング濃度におけるダイオード条件を満たす場合（ＹＥＳ）、ステップＳ３６０に進む。
【0149】
ステップＳ３６０において、第１深さと同一となる第２深さがトランジスタ条件を満たすか否かを判定する。ステップＳ３６０は、ステップＳ３０６に対応し、第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクトの深さとが同一であるという条件を課してよい。
【0150】
第１深さと同一となる第２深さがトランジスタ条件を満たす場合（ＹＥＳ）、アノード領域１３のドーピング濃度とベース領域１４のドーピング濃度とが相違するドーピング濃度であり、かつ、第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクト６７の深さとが同一である設計が完了し、ステップＳ３００は終了する。第１深さと同一となる第２深さがトランジスタ条件を満たさない場合（ＮＯ）、第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクト６７の深さとが同一であるという条件を満たすことができないので、ステップＳ３６２に進む。
【0151】
ステップ３６２において、トランジスタ条件を満たす第２深さを決定する。トランジスタ条件は閾値条件を介して、第２トレンチコンタクト６７の深さのみを拘束する条件である。すなわち、第２深さが第１深さと同一であるという条件がなく、独立して第２深さを決定することができる場合、トランジスタ条件を満たす第２深さが必ず存在してよい。ステップＳ３６２は、ステップＳ３０４および／またはステップＳ３０８に対応し、第１トレンチコンタクト６６の深さと第２トレンチコンタクト６７の深さとが相違するという条件を満たしてよい。
【0152】
以上のように、本例のフローチャートに基づけば、図９Ｂのフローチャートにおけるいずれかの設計をもたらすことができる。ただし、本例のフローチャートは、ステップＳ３００の一例を示しており、これに限定されない。
【0153】
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。
【0154】
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】
【0155】
１０・・・半導体基板、１２・・・エミッタ領域、１３・・・アノード領域、１４・・・ベース領域、１５・・・コンタクト領域、１６・・・蓄積領域、１７・・・ウェル領域、１８・・・ドリフト領域、１９・・・プラグコンタクト領域、２０・・・バッファ領域、２１・・・おもて面、２２・・・コレクタ領域、２３・・・裏面、２４・・・コレクタ電極、２５・・・接続部、・・・３０・・・ダミートレンチ部、３１・・・延伸部分、３２・・・ダミー絶縁膜、３３・・・接続部分、３４・・・ダミー導電部、３８・・・層間絶縁膜、４０・・・ゲートトレンチ部、４１・・・延伸部分、４２・・・ゲート絶縁膜、４３・・・接続部分、４４・・・ゲート導電部、５０・・・ゲート金属層、５２・・・エミッタ電極、５５・・・コンタクトホール、５６・・・コンタクトホール、６０・・・コンタクトホール、６５・・・トレンチコンタクト部、６６・・・第１トレンチコンタクト、６７・・・第２トレンチコンタクト、７０・・・トランジスタ部、７１・・・メサ部、８０・・・ダイオード部、８１・・・メサ部、８２・・・カソード領域、９０・・・中間領域、９１・・・メサ部、１００・・・半導体装置
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】