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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】P2024084070
(43)【公開日】2024-06-24
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 29/78 20060101AFI20240617BHJP
H01L 29/739 20060101ALI20240617BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20240617BHJP
H01L 29/12 20060101ALI20240617BHJP
H01L 29/861 20060101ALI20240617BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 657D
H01L29/78 652J
H01L29/78 655F
H01L29/78 655G
H01L29/78 653A
H01L29/78 655D
H01L29/78 658H
H01L29/78 652T
H01L29/91 C
H01L29/91 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022198249
(22)【出願日】2022-12-12
(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】小林 孝維
(57)【要約】
【解決手段】トランジスタ部とダイオード部とを備える半導体装置であって、前記ダイオード部は、半導体基板に設けられた複数のトレンチ部と、前記半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のアノード領域と、前記アノード領域の上方において前記半導体基板のおもて面に設けられ、前記アノード領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型の第２コンタクト領域と、前記第２コンタクト領域の下方に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のキャリアストップ領域と、を有し、前記キャリアストップ領域は、トレンチ延伸方向において離散的に設けられている半導体装置を提供する。
【選択図】図１Ｃ
【選択図】図１Ｃ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
トランジスタ部とダイオード部とを備える半導体装置であって、
前記ダイオード部は、
半導体基板に設けられた複数のトレンチ部と、
前記半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のアノード領域と、
前記アノード領域の上方において前記半導体基板のおもて面に設けられ、前記アノード領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型の第２コンタクト領域と、
前記第２コンタクト領域の下方に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のキャリアストップ領域と、
を有し、
前記キャリアストップ領域は、トレンチ延伸方向において離散的に設けられている
半導体装置。
前記ダイオード部は、
半導体基板に設けられた複数のトレンチ部と、
前記半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のアノード領域と、
前記アノード領域の上方において前記半導体基板のおもて面に設けられ、前記アノード領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型の第２コンタクト領域と、
前記第２コンタクト領域の下方に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のキャリアストップ領域と、
を有し、
前記キャリアストップ領域は、トレンチ延伸方向において離散的に設けられている
半導体装置。
【請求項2】
前記キャリアストップ領域の下端は、前記アノード領域の下端よりも前記半導体基板のおもて面側に位置する
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】
前記キャリアストップ領域のピークドーピング濃度は、前記アノード領域の深さ方向中央よりも前記半導体基板のおもて面側に位置する
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4】
前記キャリアストップ領域の上端は、前記第２コンタクト領域の下端と接している
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5】
前記第２コンタクト領域は、トレンチ延伸方向において離散的に設けられており、
前記キャリアストップ領域は、前記第２コンタクト領域の下方に設けられている
請求項４に記載の半導体装置。
前記キャリアストップ領域は、前記第２コンタクト領域の下方に設けられている
請求項４に記載の半導体装置。
【請求項6】
トレンチ延伸方向において、前記キャリアストップ領域のピッチは、０．４μｍ以上、前記第２コンタクト領域のピッチ以下である
請求項５に記載の半導体装置。
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項7】
トレンチ配列方向において、前記キャリアストップ領域の幅は、前記第２コンタクト領域の幅よりも大きい
請求項５に記載の半導体装置。
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記キャリアストップ領域は、トレンチ配列方向において、トレンチ部の側壁から離間して設けられている
請求項７に記載の半導体装置。
請求項７に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第２コンタクト領域および前記キャリアストップ領域は、トレンチ配列方向において、トレンチ部の側壁から隣接するトレンチ部の側壁まで延伸して設けられている
請求項５に記載の半導体装置。
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記第２コンタクト領域は、トレンチ延伸方向に延伸して設けられており、
延伸した前記第２コンタクト領域の下方において、前記キャリアストップ領域は離散的に設けられている
請求項４に記載の半導体装置。
延伸した前記第２コンタクト領域の下方において、前記キャリアストップ領域は離散的に設けられている
請求項４に記載の半導体装置。
【請求項11】
トレンチ配列方向において、前記キャリアストップ領域の幅は、前記第２コンタクト領域の幅よりも大きい
請求項１０に記載の半導体装置。
請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記キャリアストップ領域は、トレンチ配列方向において、トレンチ部の側壁から離間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13】
前記第２コンタクト領域および前記キャリアストップ領域は、トレンチ配列方向において、トレンチ部の側壁から隣接するトレンチ部の側壁まで延伸して設けられている
請求項１０に記載の半導体装置。
請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項14】
前記キャリアストップ領域のドーピング濃度は、１Ｅ１６ｃｍ－３以上、１Ｅ１８ｃｍ－３以下である
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15】
前記第２コンタクト領域のドーピング濃度は、１Ｅ１８ｃｍ－３以上、１Ｅ２０ｃｍ－３以下である
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16】
前記トランジスタ部は、前記ダイオード部に隣接する境界領域を有し、
前記境界領域は、
前記第２コンタクト領域と、
前記キャリアストップ領域と、
を有する
請求項１から１５のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記境界領域は、
前記第２コンタクト領域と、
前記キャリアストップ領域と、
を有する
請求項１から１５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項17】
前記トランジスタ部は、
前記ドリフト領域と、
前記ドリフト領域の上方に設けられた、前記アノード領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のベース領域と、
を有し、
前記境界領域には、前記アノード領域が設けられている
請求項１６に記載の半導体装置。
前記ドリフト領域と、
前記ドリフト領域の上方に設けられた、前記アノード領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のベース領域と、
を有し、
前記境界領域には、前記アノード領域が設けられている
請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項18】
前記半導体基板のおもて面の上方に設けられた層間絶縁膜をさらに備え、
前記層間絶縁膜は、前記第２コンタクト領域の上方に設けられたコンタクトホールを有し、トレンチ配列方向において、前記第２コンタクト領域の幅は、前記コンタクトホールの幅以上である
請求項１に記載の半導体装置。
前記層間絶縁膜は、前記第２コンタクト領域の上方に設けられたコンタクトホールを有し、トレンチ配列方向において、前記第２コンタクト領域の幅は、前記コンタクトホールの幅以上である
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項19】
トレンチ配列方向において、前記キャリアストップ領域の幅は、前記コンタクトホールの幅よりも大きい
請求項１８に記載の半導体装置。
請求項１８に記載の半導体装置。
【請求項20】
前記半導体基板には、ライフタイムキラーを含むライフタイム制御領域が設けられていない
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。
【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】
特許文献１には、同一の半導体基板にＩＧＢＴ領域とダイオード領域とが設けられた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２０１３－２６５３４号公報
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１３－２６５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
同一の半導体基板にＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域とが設けられた半導体装置において、ダイオードの逆回復損失を低減した半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の第１の態様においては、トランジスタ部とダイオード部とを備える半導体装置であって、前記ダイオード部は、半導体基板に設けられた複数のトレンチ部と、前記半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のアノード領域と、前記アノード領域の上方において前記半導体基板のおもて面に設けられ、前記アノード領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型の第２コンタクト領域と、前記第２コンタクト領域の下方に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のキャリアストップ領域と、を有し、前記キャリアストップ領域は、トレンチ延伸方向において離散的に設けられている半導体装置を提供する。
【0005】
前記キャリアストップ領域の下端は、前記アノード領域の下端よりも前記半導体基板のおもて面側に位置してよい。
【0006】
前記キャリアストップ領域のピークドーピング濃度は、前記アノード領域の深さ方向中央よりも前記半導体基板のおもて面側に位置してよい。
【0007】
前記キャリアストップ領域の上端は、前記第２コンタクト領域の下端と接してよい。
【0008】
前記第２コンタクト領域は、トレンチ延伸方向において離散的に設けられてよく、前記キャリアストップ領域は、前記第２コンタクト領域の下方に設けられてよい。
【0009】
トレンチ延伸方向において、前記キャリアストップ領域のピッチは、０．４μｍ以上、前記第２コンタクト領域のピッチ以下であってよい。
【0010】
トレンチ配列方向において、前記キャリアストップ領域の幅は、前記第２コンタクト領域の幅よりも大きくてよい。
【0011】
前記キャリアストップ領域は、トレンチ配列方向において、トレンチ部の側壁から離間して設けられてよい。
【0012】
前記第２コンタクト領域および前記キャリアストップ領域は、トレンチ配列方向において、トレンチ部の側壁から隣接するトレンチ部の側壁まで延伸して設けられてよい。
【0013】
前記第２コンタクト領域は、トレンチ延伸方向に延伸して設けられよく、延伸した前記第２コンタクト領域の下方において、前記キャリアストップ領域は離散的に設けられてよい。
【0014】
トレンチ配列方向において、前記キャリアストップ領域の幅は、前記第２コンタクト領域の幅よりも大きくてよい。
【0015】
前記キャリアストップ領域は、トレンチ配列方向において、トレンチ部の側壁から離間して設けられてよい。
【0016】
前記第２コンタクト領域および前記キャリアストップ領域は、トレンチ配列方向において、トレンチ部の側壁から隣接するトレンチ部の側壁まで延伸して設けられてよい。
【0017】
前記キャリアストップ領域のドーピング濃度は、１Ｅ１６ｃｍ－３以上、１Ｅ１８ｃｍ－３以下であってよい。
【0018】
前記第２コンタクト領域のドーピング濃度は、１Ｅ１８ｃｍ－３以上、１Ｅ２０ｃｍ－３以下であってよい。
【0019】
前記トランジスタ部は、前記ダイオード部に隣接する境界領域を有してよく、前記境界領域は、前記第２コンタクト領域と、前記キャリアストップ領域と、を有してよい。
【0020】
前記トランジスタ部は、前記ドリフト領域と、前記ドリフト領域の上方に設けられた、前記アノード領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のベース領域と、を有してよく、前記境界領域には、前記アノード領域が設けられてよい。
【0021】
前記半導体基板のおもて面の上方に設けられた層間絶縁膜をさらに備えてよく、前記層間絶縁膜は、前記第２コンタクト領域の上方に設けられたコンタクトホールを有してよく、トレンチ配列方向において、前記第２コンタクト領域の幅は、前記コンタクトホールの幅以上であってよい。
【0022】
トレンチ配列方向において、前記キャリアストップ領域の幅は、前記コンタクトホールの幅よりも大きくてよい。
【0023】
前記半導体基板には、ライフタイムキラーを含むライフタイム制御領域が設けられていなくてよい。
【0024】
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】
【0025】
【図1A】実施例１に係る半導体装置１００の上面図の一例を示す。
【図2A】実施例２に係る半導体装置１００の上面図の一例を示す。
【図3A】実施例３に係る半導体装置１００の上面図の一例を示す。
【図4A】実施例４に係る半導体装置１００の上面図の一例を示す。
【図6】キャリアストップ領域のピークドーピング濃度と逆回復損失Ｅｒｒとの間の関係の一例を示す図である。
【図7】キャリアストップ領域のピークドーピング濃度とダイオード部の順方向電圧Ｖｆとの一例を示す図である。
【図8】逆回復損失Ｅｒｒとダイオード部の順方向電圧Ｖｆとの間の関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
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。
【0027】
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、一方の面をおもて面、他方の面を裏面と称する。「上」、「下」、「おもて」、「裏」の方向は重力方向、または、半導体装置の実装時における基板等への取り付け方向に限定されない。
【0028】
本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。本明細書では、半導体基板のおもて面と平行な面をＸＹ面とし、半導体基板の深さ方向をＺ軸とする。なお、本明細書において、Ｚ軸方向に半導体基板を視た場合について上面視と称する。
【0029】
各実施例においては、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型とした例を示しているが、第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型としてもよい。この場合、各実施例における基板、層、領域等の導電型は、それぞれ逆の極性となる。
【0030】
本明細書では、ＮまたはＰを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ＮやＰに付す＋および－は、それぞれ、それが付されていない層や領域よりも高ドーピング濃度および低ドーピング濃度であることを意味し、＋＋は＋よりも高ドーピング濃度、－－は－よりも低ドーピング濃度であることを意味する。
【0031】
本明細書においてドーピング濃度とは、ドナーまたはアクセプタ化したドーパントの濃度を指す。したがって、その単位は、／ｃｍ３である。本明細書において、ドナーおよびアクセプタの濃度差（すなわちネットドーピング濃度）をドーピング濃度とする場合がある。この場合、ドーピング濃度はＳＲ法で測定できる。また、ドナーおよびアクセプタの化学濃度をドーピング濃度としてもよい。この場合、ドーピング濃度はＳＩＭＳ法で測定できる。特に限定していなければ、ドーピング濃度として、上記のいずれを用いてもよい。特に限定していなければ、ドーピング領域におけるドーピング濃度分布のピーク値を、当該ドーピング領域におけるドーピング濃度としてよい。
【0032】
また、本明細書においてドーズ量とは、イオン注入を行う際に、ウェハに注入される単位面積あたりのイオンの個数をいう。したがって、その単位は、／ｃｍ２である。なお、半導体領域のドーズ量は、その半導体領域の深さ方向にわたってドーピング濃度を積分した積分濃度とすることができる。その積分濃度の単位は、／ｃｍ２である。したがって、ドーズ量と積分濃度とを同じものとして扱ってよい。積分濃度は、半値幅までの積分値としてもよく、他の半導体領域のスペクトルと重なる場合には、他の半導体領域の影響を除いて導出してよい。
【0033】
よって、本明細書では、ドーピング濃度の高低をドーズ量の高低として読み替えることができる。即ち、一の領域のドーピング濃度が他の領域のドーピング濃度よりも高い場合、当該一の領域のドーズ量が他の領域のドーズ量よりも高いものと理解することができる。
【0034】
図１Ａは、実施例１に係る半導体装置１００の上面図の一例を示す。半導体装置１００は、ＩＧＢＴ等のトランジスタ素子を含むトランジスタ部７０と、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とを有する半導体基板を備える。例えば、半導体装置１００は、逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ－ＩＧＢＴ：Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＩＧＢＴ）である。
【0035】
なお、本明細書で単に上面視と称した場合、半導体基板のおもて面側から見ることを意味している。本例では、上面視でトランジスタ部７０およびダイオード部８０の配列方向をＸ軸、半導体基板のおもて面においてＸ軸と垂直な方向をＹ軸、半導体基板のおもて面と垂直な方向をＺ軸と称する。
【0036】
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。
【0037】
トランジスタ部７０は、半導体基板の裏面側に設けられたコレクタ領域２２を半導体基板のおもて面に投影した領域である。本例のコレクタ領域２２は、一例としてＰ＋型である。トランジスタ部７０は、ＩＧＢＴ等のトランジスタを含む。
【0038】
トランジスタ部７０は、半導体基板のおもて面側に、Ｎ型のエミッタ領域１２、Ｐ型のベース領域１４、ゲート導電部およびゲート絶縁膜を有するゲートトレンチ部４０が周期的に配置されている。
【0039】
ダイオード部８０は、半導体基板の裏面側に設けられたカソード領域８２を半導体基板のおもて面に投影した領域である。本例のカソード領域８２は、一例としてＮ＋型である。ダイオード部８０は、半導体基板のおもて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。半導体基板の裏面には、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。
【0040】
半導体基板は、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。本例の半導体基板は、シリコン基板である。
【0041】
本例の半導体装置１００は、半導体基板のおもて面側に設けられたゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、エミッタ領域１２、ベース領域１４、第１コンタクト領域１５、ウェル領域１７、アノード領域８４、および第２コンタクト領域８５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。
【0042】
また、本例の半導体装置１００は、半導体基板のおもて面の上方に設けられたゲート金属層５０およびエミッタ電極５２を備える。エミッタ電極５２およびゲート金属層５０と、半導体基板のおもて面との間には層間絶縁膜が設けられているが、図１Ａ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、５５および５６が、当該層間絶縁膜を貫通して設けられている。図１Ａにおいては、それぞれのコンタクトホールが破線で示されている。
【0043】
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、ベース領域１４、第１コンタクト領域１５、ウェル領域１７、アノード領域８４、および第２コンタクト領域８５の上方に設けられている。エミッタ電極５２は、コンタクトホール５４を通って、半導体基板のおもて面におけるエミッタ領域１２、ベース領域１４、第１コンタクト領域１５、アノード領域８４、および第２コンタクト領域８５と電気的に接続する。
【0044】
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、またはアルミニウムを主成分とする合金（例えば、アルミニウム－シリコン合金、アルミニウム－シリコン－銅合金等）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、またはアルミニウムを主成分とする合金（例えば、アルミニウム‐シリコン合金、アルミニウム－シリコン－銅合金等）で形成されてよい。
【0045】
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ている。
【0046】
コンタクトホール５５は、トランジスタ部７０のゲートトレンチ部４０内のゲート導電部とゲート金属層５０とを接続する。コンタクトホール５５の内部には、バリアメタルを介して、タングステン等で形成されたプラグが設けられてもよい。
【0047】
コンタクトホール５６は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０に設けられたダミートレンチ部３０内のダミー導電部とエミッタ電極５２とを接続する。コンタクトホール５６の内部には、バリアメタルを介して、タングステン等で形成されたプラグが設けられてもよい。
【0048】
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、半導体基板のおもて面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とを有してよい。
【0049】
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。
【0050】
ダミートレンチ部３０は、その内部に設けられたダミー導電部がエミッタ電極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、ゲートトレンチ部４０と同様に、半導体基板のおもて面において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３１を接続する接続部分３３とを有してよい。
【0051】
本例のトランジスタ部７０は、１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およびダミートレンチ部３０を有している。例えば、トランジスタ部７０では、配列方向において、延伸部分３１と延伸部分４１とが交互に配列されている。
【0052】
但し、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の比率は本例に限定されない。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の比率は、１：２であってもよく、２：３であってもよい。あるいは、トランジスタ部７０においてダミートレンチ部３０を設けず、全てゲートトレンチ部４０としたいわゆるフルゲート構造であってもよい。
【0053】
ウェル領域１７は、後述するドリフト領域１８よりも半導体基板のおもて面側に設けられている。ウェル領域１７は、半導体装置１００のエッジ側に設けられてい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が設けられた側の活性領域の端部から、予め定められた範囲に設けられている。
【0054】
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に設けられている。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の延伸方向の端の底は、ウェル領域１７に覆われていてよい。
【0055】
コンタクトホール５４は、トランジスタ部７０において、エミッタ領域１２および第１コンタクト領域１５の各領域の上方に設けられている。コンタクトホール５４は、ダイオード部８０において、アノード領域８４および第２コンタクト領域８５の上方にも設けられている。いずれのコンタクトホール５４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または複数のコンタクトホール５４が設けられている。本例のコンタクトホール５４は、延伸方向に延伸して設けられてよい。
【0056】
メサ部７１およびメサ部８１は、半導体基板のおもて面と平行な面内において、トレンチ部に隣接して設けられたメサ部である。メサ部とは、隣り合う２つのトレンチ部に挟まれた半導体基板の部分であって、半導体基板のおもて面から、各トレンチ部の最も深い底部の深さまでの部分であってよい。各トレンチ部の延伸部分を１つのトレンチ部としてよい。即ち、２つの延伸部分に挟まれる領域をメサ部としてよい。
【0057】
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ている。メサ部７１は、半導体基板のおもて面において、ウェル領域１７と、エミッタ領域１２と、ベース領域１４と、第１コンタクト領域１５とを有する。メサ部８１は、ダイオード部８０において、ダミートレンチ部３０に隣接して設けられている。メサ部８１は、半導体基板のおもて面において、ウェル領域１７と、アノード領域８４と、第２コンタクト領域８５とを有する。
【0058】
ベース領域１４は、トランジスタ部７０において、半導体基板のおもて面側に設けられた領域である。アノード領域８４は、ダイオード部８０において、半導体基板のおもて面側に設けられた領域である。本例のベース領域１４およびアノード領域８４は、一例としてＰ－型である。本例のアノード領域８４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低い。本例では、アノード領域８４のドーピング濃度を低くすることにより、逆回復時の正孔注入を抑制することができる。
【0059】
エミッタ領域１２は、ドリフト領域１８と同じ導電型で、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度の高い領域である。本例のエミッタ領域１２は、一例としてＮ＋型である。エミッタ領域１２のドーパントの一例はヒ素（Ａｓ）である。エミッタ領域１２は、メサ部７１のおもて面において、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。
【0060】
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。エミッタ領域１２は、メサ部８１には設けられていない。
【0061】
第１コンタクト領域１５は、ベース領域１４と同じ導電型で、ベース領域１４よりもドーピング濃度の高い領域である。本例の第１コンタクト領域１５は、一例としてＰ＋型である。本例の第１コンタクト領域１５は、メサ部７１のおもて面に設けられている。第１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軸方向に延伸して設けられている。
【0062】
第２コンタクト領域８５は、アノード領域８４と同じ導電型で、アノード領域８４よりもドーピング濃度の高い領域である。本例の第２コンタクト領域８５は、一例としてＰ＋型である。本例の第２コンタクト領域８５は、メサ部８１のおもて面に設けられている。メサ部８１に第２コンタクト領域８５を設けることにより、アノード領域８４のドーピング濃度が低いことを補い、オーミック接合を確保することができる。
【0063】
第２コンタクト領域８５は、第１コンタクト領域１５と同じプロセスで形成されてよい。図１Ａにおいて、第２コンタクト領域８５は、Ｘ軸方向において、第１コンタクト領域１５と対応する位置に配列されているが、これに限定されない。第２コンタクト領域８５が第１コンタクト領域１５と異なるプロセスで形成される場合、第２コンタクト領域８５は、第１コンタクト領域１５の位置とは独立した位置に配列されてよい。
【0064】
本例の第２コンタクト領域８５は、Ｙ軸方向において離散的に設けられている。また、第２コンタクト領域８５は、Ｘ軸方向において、ダミートレンチ部３０の側壁から離間して設けられている。メサ部８１のおもて面において、第２コンタクト領域８５が設けられていない領域には、アノード領域８４が露出している。つまり、本例の第２コンタクト領域８５は、上面視で、アノード領域８４に囲まれている。
【0065】
本例では、メサ部７１のおもて面において、エミッタ領域１２および第１コンタクト領域１５が、Ｙ軸方向において交互に設けられている。これに対し、メサ部８１のおもて面には、ドーピング濃度の高い第２コンタクト領域８５が離散的に設けられ、ドーピング濃度の低いアノード領域８４が設けられている。このように、メサ部８１における正孔の総量を低減することにより、逆回復時の正孔注入を抑制することができる。
【0066】
本例のトランジスタ部７０は、ダイオード部８０に隣接する境界領域９０を有する。境界領域９０はトランジスタ部７０の一部であるが、トランジスタ部７０の他の領域とは異なるおもて面構造を有する。本明細書では、境界領域９０の構成の中で、トランジスタ部７０の他の領域と異なる構成を主に説明し、共通する構成については説明を省略する。
【0067】
本例の境界領域９０のメサ部７１のおもて面には、第２コンタクト領域８５が離散的に設けられ、第２コンタクト領域８５が設けられていない領域には、アノード領域８４が設けられている。また、境界領域９０のメサ部７１には、エミッタ領域１２および第１コンタクト領域１５は設けられていない。つまり、本例の境界領域９０は、ダイオード部８０と同様のおもて面構造を有し、これにより、逆回復時の正孔注入を抑制することができる。
【0068】
図１Ｂは、図１Ａにおけるａ－ａ'断面の一例を示す図である。図１Ｃは、図１Ａにおけるｂ－ｂ'断面の一例を示す図である。ａ－ａ'断面は、第１コンタクト領域１５および第２コンタクト領域８５を通過するＸＺ面である。ｂ－ｂ'断面は、メサ部８１のコンタクトホール５４に沿ったＹＺ面である。
【0069】
本例の半導体装置１００は、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の上方に設けられている。
【0070】
ドリフト領域１８は、半導体基板１０に設けられた領域である。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。
【0071】
バッファ領域２０は、ドリフト領域１８の下方に設けられた領域である。本例のバッファ領域２０は、ドリフト領域１８と同じ導電型であり、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コレクタ領域２２およびカソード領域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。
【0072】
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の下方に設けられた、ドリフト領域１８と異なる導電型の領域である。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の下方に設けられた、ドリフト領域１８と同じ導電型の領域である。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。
【0073】
コレクタ電極２４は、半導体基板１０の裏面２３に設けられており、コレクタ領域２２とカソード領域８２との両方に接している。コレクタ電極２４は、金属等の導電材料で、または導電材料を積層して形成される。
【0074】
ベース領域１４は、境界領域９０以外の領域のメサ部７１においてドリフト領域１８の上方に設けられた、ドリフト領域１８と異なる導電型の領域である。本例のベース領域１４は、一例としてＰ－型である。ベース領域１４は、ゲートトレンチ部４０に接して設けられている。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。
【0075】
アノード領域８４は、境界領域９０のメサ部７１およびダイオード部８０のメサ部８１においてドリフト領域１８の上方に設けられた、ドリフト領域１８と異なる導電型の領域である。本例のアノード領域８４は、一例としてＰ－型である。アノード領域８４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低い。アノード領域８４は、ダミートレンチ部３０に接して設けられている。
【0076】
エミッタ領域１２は、ベース領域１４と半導体基板１０のおもて面２１との間に設けられている。本例のエミッタ領域１２は、境界領域９０以外の領域のメサ部７１に設けられており、境界領域９０のメサ部７１およびメサ部８１には設けられていない。エミッタ領域１２は、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、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。
【0077】
ダイオード部８０が導通すると、カソード領域８２からアノード領域８４に電子電流が流れる。電子電流がアノード領域８４に到達すると電導度変調が起き、アノード領域８４から正孔電流が流れる。また、カソード領域８２から拡散した電子電流により、トランジスタ部７０の第１コンタクト領域１５からも正孔注入が促進され、半導体基板１０の正孔密度が上昇する。これにより、ダイオード部８０のターンオフ時に正孔が消滅するまでの時間が長くなるので、逆回復ピーク電流が大きくなり、逆回復損失が増大する。
【0078】
このような正孔電流を抑制する技術として、半導体基板のおもて面側に、ライフタイムキラーを含むライフタイム制御領域を設ける技術が知られている。ライフタイムキラーは、一例として、半導体基板全体に注入する電子線や所定の深さに注入されたヘリウム、電子線又はプロトン等であり、ライフタイム制御領域は、ライフタイムキラー注入によって半導体基板の内部に形成された結晶欠陥である。ライフタイム制御領域は、ダイオード部の導通時に発生する電子と正孔との再結合消滅を促進し、逆回復損失を低減する。
【0079】
本例では、半導体基板１０のおもて面２１側にライフタイムキラーを含むライフタイム制御領域が設けられていない。本例では、境界領域９０のメサ部７１およびメサ部８１において、ドーピング濃度の高い第２コンタクト領域８５を離散的に設け、アノード領域８４のドーピング濃度をベース領域１４のドーピング濃度よりも低くすることにより、ライフタイム制御領域が設けられていなくても、逆回復時の正孔注入を抑制することができる。
【0080】
コンタクトホール５４は、層間絶縁膜３８をＺ軸方向に貫通して設けられ、エミッタ電極５２と半導体基板１０とを電気的に接続する。コンタクトホール５４の内部には、チタンまたはチタン化合物等で形成されたバリアメタルが設けられてよい。さらにコンタクトホール５４の内部には、タングステン等で形成されたプラグがバリアメタルを介して設けられてもよい。またコンタクトホール５４は、半導体基板１０のおもて面２１に凹部を設けた、トレンチコンタクト構造であってよい。
【0081】
第２コンタクト領域８５は、コンタクトホール５４の下方に設けられている。例えば、第２コンタクト領域８５は、コンタクトホール５４の下端からボロン（Ｂ）等のドーパントをイオン注入することにより形成される。Ｘ軸方向において、第２コンタクト領域８５の幅は、コンタクトホール５４の下端の幅以上であってよい。本例の第２コンタクト領域８５のドーピング濃度は、１Ｅ１８ｃｍ－３以上、１Ｅ２０ｃｍ－３以下である。なお、Ｅは１０のべき乗を意味し、例えば１Ｅ１６ｃｍ－３は１×１０１６ｃｍ－３を意味する。
【0082】
本例の第２コンタクト領域８５は、Ｘ軸方向において、トレンチ部の側壁から離間して設けられている。Ｙ軸方向において、第２コンタクト領域８５のピッチ、すなわち、第２コンタクト領域８５のＹ軸方向中心から、隣接する第２コンタクト領域８５のＹ軸方向中心までの距離は、０．４μｍ以上である。Ｚ軸方向において、第２コンタクト領域８５の厚さ、すなわち、半導体基板１０のおもて面２１から第２コンタクト領域８５の下端までの距離は、０．１μｍ以上、０．３μｍ以下である。
【0083】
第２コンタクト領域８５の下方には、キャリアストップ領域８７が設けられている。キャリアストップ領域８７は、ドリフト領域１８と同じ導電型であり、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度の高い領域である。本例のキャリアストップ領域８７は、一例としてＮ＋型である。
【0084】
例えば、キャリアストップ領域８７は、コンタクトホール５４の下端からヒ素（Ａｓ）等のドーパントをイオン注入することにより形成される。キャリアストップ領域８７のドーピング濃度は、１Ｅ１６ｃｍ－３以上、１Ｅ１８ｃｍ－３以下である。キャリアストップ領域８７を設けることにより、逆回復時に第２コンタクト領域８５からの正孔注入を抑制することができる。
【0085】
本例のキャリアストップ領域８７は、Ｙ軸方向において離散的に設けられている。このため、本例のキャリアストップ領域８７の下方のアノード領域８４も、第２コンタクト領域８５と電気的に接続されている。隣接するキャリアストップ領域８７の間に間隔を設けることにより、ダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆの過剰な増加を抑制し、電流の流れを促進する。図１Ｃに示すように、Ｙ軸方向において、隣接するキャリアストップ領域８７の間の距離Ｄｙは、０．４μｍ以上である。距離Ｄｙを確保することにより、コンタクトホール５４の下端からイオン注入されたドーパントがさらに拡散し、隣接するキャリアストップ領域８７が接続され、電流の経路を遮断することを防止する。
【0086】
図１Ｃに示すように、Ｙ軸方向において、キャリアストップ領域８７のピッチＰｙ、すなわち、キャリアストップ領域８７のＹ軸方向中心から隣接するキャリアストップ領域８７のＹ軸方向中心までの距離は、０．４μｍ以上、第２コンタクト領域８５のピッチ以下である。本例では、キャリアストップ領域８７および第２コンタクト領域８５は、Ｙ軸方向において同じピッチで周期的に配列されている。
【0087】
図１Ｂに示すように、本例のキャリアストップ領域８７は、Ｘ軸方向において、ダミートレンチ部３０の側壁から離間して設けられている。本例では、Ｘ軸方向において、キャリアストップ領域８７の幅は、第２コンタクト領域８５の幅よりも大きい。Ｘ軸方向において、キャリアストップ領域８７の幅は、コンタクトホール５４の幅よりも大きい。また、Ｙ軸方向において、キャリアストップ領域８７の幅は、第２コンタクト領域８５の幅よりも大きい。これにより、逆回復時に、第２コンタクト領域８５からの正孔注入を、より確実に抑制することができる。
【0088】
キャリアストップ領域８７の上端は、Ｘ軸方向において、半導体基板１０のおもて面２１から０．１μｍ以上、０．３μｍ以下の範囲にあってよい。本例のキャリアストップ領域８７の上端は、第２コンタクト領域８５の下端と接している。これにより、逆回復時に、第２コンタクト領域８５からの正孔が第２コンタクト領域８５とキャリアストップ領域８７との間を通り抜けて半導体基板１０に注入されることを抑制する。キャリアストップ領域８７の下端は、アノード領域８４の下端よりも半導体基板１０のおもて面２１側にあってよい。つまり、キャリアストップ領域８７の下端は、アノード領域８４で覆われていてよい。
【0089】
蓄積領域１６は、ベース領域１４の下方に設けられた領域である。本例の蓄積領域１６はドリフト領域１８と同じ導電型であり、一例としてＮ＋型である。２段以上の蓄積領域１６が、ドリフト領域１８に設けられてもよい。蓄積領域１６は、アノード領域８４の下方、すなわち境界領域９０およびダイオード部８０には設けられなくてよい。
【0090】
また、蓄積領域１６は、ゲートトレンチ部４０に接して設けられている。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。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、トランジスタ部７０のオン電圧を低減することができる。
【0091】
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が、半導体基板１０のおもて面２１に設けられている。各トレンチ部は、半導体基板１０のおもて面２１からドリフト領域１８まで、深さ方向（Ｚ軸方向）に延伸して設けられている。エミッタ領域１２、ベース領域１４、第１コンタクト領域１５、蓄積領域１６およびアノード領域８４の少なくともいずれかが設けられた領域においては、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。
【0092】
ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のおもて面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ている。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ている。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、半導体基板１０のおもて面２１において層間絶縁膜３８により覆われている。
【0093】
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。
【0094】
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、半導体基板１０のおもて面２１側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。ダミー絶縁膜３２は、ダミートレンチの内壁を覆って設けられている。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ている。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、半導体基板１０のおもて面２１において層間絶縁膜３８により覆われている。
【0095】
層間絶縁膜３８は、半導体基板１０のおもて面２１に設けられている。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または複数のコンタクトホール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。
【0096】
図２Ａは、実施例２に係る半導体装置１００の上面図の一例を示す。図２Ｂは、図２Ａにおけるａ－ａ'断面の一例を示す図である。図２Ｃは、図２Ａにおけるｂ－ｂ'断面の一例を示す図である。本例では、第２コンタクト領域８５の構成において、上述した実施例１に係る半導体装置１００と相違する。ここでは、実施例１との相違点を中心に説明し、共通する事項については説明を省略する。
【0097】
本例の第２コンタクト領域８５は、Ｘ軸方向において、ダミートレンチ部３０の側壁から隣接するダミートレンチ部３０の側壁まで延伸して設けられている。つまり、上面視で、メサ部８１には、Ｙ軸方向において、第２コンタクト領域８５およびアノード領域８４が交互に設けられている。上面視で、メサ部８１において、本例の第２コンタクト領域８５のアノード領域８４に対する面積比は、実施例１よりも大きい。
【0098】
本例では、キャリアストップ領域８７も、Ｘ軸方向において、ダミートレンチ部３０の側壁から隣接するダミートレンチ部３０の側壁まで延伸して設けられている。但し、キャリアストップ領域８７のＹ軸方向における配列は、実施例１と同様である。図２Ｃに示すように、キャリアストップ領域８７はピッチＰｙで周期的に配列され、隣接するキャリアストップ領域８７の間に距離Ｄｙが確保されている。このため、本例のキャリアストップ領域８７の下方のアノード領域８４も、第２コンタクト領域８５と電気的に接続されている。
【0099】
このように、キャリアストップ領域８７を設けることによって、逆回復時の正孔注入抑制効果が得られるので、本例では、第２コンタクト領域８５の面積を増やすことができる。
【0100】
図３Ａは、実施例３に係る半導体装置１００の上面図の一例を示す。図３Ｂは、図３Ａにおけるａ－ａ'断面の一例を示す図である。図３Ｃは、図３Ａにおけるｂ－ｂ'断面の一例を示す図である。本例では、第２コンタクト領域８５の構成において、上述した実施例１に係る半導体装置１００と相違する。ここでは、実施例１との相違点を中心に説明し、共通する事項については説明を省略する。
【0101】
本例の第２コンタクト領域８５は、Ｙ軸方向に延伸して設けられている。第２コンタクト領域８５は、コンタクトホール５４に沿って設けられてよい。つまり、上面視で、メサ部８１では、アノード領域８４がダミートレンチ部３０に沿ってＹ軸方向に延伸し、第２コンタクト領域８５がアノード領域８４に挟まれてＹ軸方向に延伸している。上面視で、メサ部８１において、本例の第２コンタクト領域８５のアノード領域８４に対する面積比は、実施例１よりも大きい。
【0102】
本例のキャリアストップ領域８７は、Ｙ軸方向に延伸した第２コンタクト領域８５の下方において、離散的に設けられている。図３Ｃに示すように、キャリアストップ領域８７はピッチＰｙで周期的に配列され、隣接するキャリアストップ領域８７の間に距離Ｄｙが確保されている。
【0103】
Ｘ軸方向において、本例のキャリアストップ領域８７の幅は、第２コンタクト領域８５の幅よりも大きい。キャリアストップ領域８７は、Ｘ軸方向において、ダミートレンチ部３０の側壁から離間して設けられている。
【0104】
このように、キャリアストップ領域８７を設けることによって、逆回復時の正孔注入抑制効果が得られるので、本例では、第２コンタクト領域８５の面積を増やすことができる。
【0105】
図４Ａは、実施例４に係る半導体装置１００の上面図の一例を示す。図４Ｂは、図４Ａにおけるａ－ａ'断面の一例を示す図である。図４Ｃは、図４Ａにおけるｂ－ｂ'断面の一例を示す図である。本例では、第２コンタクト領域８５の構成において、上述した実施例１に係る半導体装置１００と相違する。ここでは、実施例１との相違点を中心に説明し、共通する事項については説明を省略する。
【0106】
本例の第２コンタクト領域８５は、Ｘ軸方向において、ダミートレンチ部３０の側壁から隣接するダミートレンチ部３０の側壁まで延伸して設けられている。つまり、上面視で、メサ部８１のおもて面には第２コンタクト領域８５のみが設けられており、アノード領域８４は露出していない。上面視で、メサ部８１において、本例の第２コンタクト領域８５のアノード領域８４に対する面積比は、実施例１よりも大きい。
【0107】
本例では、キャリアストップ領域８７も、Ｘ軸方向において、ダミートレンチ部３０の側壁から隣接するダミートレンチ部３０の側壁まで延伸して設けられている。但し、キャリアストップ領域８７のＹ軸方向における配列は、実施例１と同様である。図２Ｃに示すように、キャリアストップ領域８７はピッチＰｙで周期的に配列され、隣接するキャリアストップ領域８７の間に距離Ｄｙが確保されている。
【0108】
このように、キャリアストップ領域８７を設けることによって、逆回復時の正孔注入抑制効果が得られるので、本例では、第２コンタクト領域８５の面積を増やすことができる。
【0109】
図５は、図１Ｃにおけるｃ－ｃ'断面のドーピング濃度分布の一例を示す図である。ｃ－ｃ'断面は、実施例１の半導体装置１００のメサ部８１において、第２コンタクト領域８５、キャリアストップ領域８７、アノード領域８４およびドリフト領域１８を通過するＸＺ面である。ここでは実施例１のドーピング濃度分布を一例として示すが、実施例２、実施例３および実施例４のドーピング濃度分布も、これと同様である。
【0110】
図５において、横軸は、半導体基板１０のおもて面２１を基準としたＺ軸方向位置［μｍ］、すなわち半導体基板１０のおもて面２１からの深さを示し、縦軸は、ドーピング濃度［ｃｍ－３］を示す。ドーピング濃度分布は、半導体基板１０のおもて面２１から－Ｚ軸方向に向かって順に、第２コンタクト領域８５、キャリアストップ領域８７、アノード領域８４およびドリフト領域１８のピークドーピング濃度を含む。
【0111】
本例の第２コンタクト領域８５のドーピング濃度は、１Ｅ１８ｃｍ－３以上、１Ｅ２０ｃｍ－３以下であり、キャリアストップ領域８７のドーピング濃度は、１Ｅ１６ｃｍ－３以上、１Ｅ１８ｃｍ－３以下である。図５に示すキャリアストップ領域８７のドーピング濃度分布において、＋Ｚ軸方向の谷はキャリアストップ領域８７の上端、－Ｚ軸方向の谷はキャリアストップ領域８７の下端におけるドーピング濃度である。本例のキャリアストップ領域８７の上端は、キャリアストップ領域８７と第２コンタクト領域８５との間の境界である。キャリアストップ領域８７の上端におけるドーピング濃度は、アノード領域８４のピークドーピング濃度よりも高い。
【0112】
Ｚ軸方向において、キャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度は、半導体基板１０のおもて面２１から０．３μｍ以上、０．７μｍ以下の距離に位置する。キャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度の位置と、第２コンタクト領域８５の下端との間の距離は、０．１μｍ以上、０．４μｍ以下である。
【0113】
本例のキャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度は、アノード領域８４の深さ方向中央よりも半導体基板１０のおもて面２１側に位置する。ここで、アノード領域８４の深さ方向中央とは、半導体基板１０のおもて面２１からアノード領域８４の下端までの深さ（Ｚ軸方向距離）の２分の１の深さに位置する任意の点をいう。
【0114】
図６は、キャリアストップ領域のピークドーピング濃度と逆回復損失Ｅｒｒとの間の関係の一例を示す図である。図６において、横軸はキャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度［ｃｍ－３］を示し、縦軸は逆回復損失Ｅｒｒ［ｍＪ］を示す。図６は、キャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度深さ（Ｚ軸方向における半導体基板１０のおもて面２１からの距離）を変化させた半導体装置１００の、ピークドーピング濃度と逆回復損失Ｅｒｒとダイオード部の順方向電圧Ｖｆとの間の関係をそれぞれ示す。ここでいう半導体装置１００は、上述した実施例１、実施例２および実施例３に係る半導体装置１００のいずれであってもよい。
【0115】
プロットが四角、三角および白丸のグラフは、それぞれ、キャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度深さが０．３μｍ、０．５μｍ、および０．７μｍである半導体装置１００の逆回復損失Ｅｒｒを示す。図６に示すように、ピークドーピング濃度が上昇すると逆回復損失Ｅｒｒの低減効果が見られ、ピークドーピング濃度の位置が深い程その効果は大きかった。
【0116】
図７は、キャリアストップ領域のピークドーピング濃度とダイオード部の順方向電圧Ｖｆとの一例を示す図である。図７において、横軸はキャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度［ｃｍ－３］を示し、縦軸はダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆ［Ｖ］を示す。図７は、キャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度深さを変化させた半導体装置１００の、ピークドーピング濃度とダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆとの間の関係をそれぞれ示す。キャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度深さの設定は、図６と同様である。
【0117】
図７に示すように、キャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度深さが０．５μｍおよび０．７μｍである半導体装置１００では、ピークドーピング濃度が上昇するとダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆが上昇した。一方、キャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度深さが０．３μｍの半導体装置１００では、ピークドーピング濃度が上昇するとダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆが検出されなかった。つまり、キャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度の位置が浅い場合、ピークドーピング濃度が上昇すると、ダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆが許容値を超えて電流が流れなくなり、ダイオード部８０がダイオードとして動作しなくなる。
【0118】
図８は、逆回復損失Ｅｒｒとダイオード部の順方向電圧Ｖｆとの間の関係の一例を示す図である。図８において、横軸はダイオード部の順方向電圧Ｖｆ［Ｖ］を示し、縦軸は逆回復損失Ｅｒｒ［ｍＪ］を示す。図８は、キャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度の深さを変化させた半導体装置１００、およびキャリアストップ領域が設けられていない比較例に係る半導体装置の、逆回復損失Ｅｒｒとダイオード部の順方向電圧Ｖｆとの間の関係をそれぞれ示す。半導体装置１００におけるキャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度深さの設定は、図６と同様である。比較例に係る半導体装置は、キャリアストップ領域が設けられていない点を除き半導体装置１００と同様の構成を有する。
【0119】
図８に示すように、逆回復損失Ｅｒｒとダイオード部の順方向電圧Ｖｆは、トレードオフの関係にある。キャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度深さが０．５μｍおよび０．７μｍである半導体装置１００では、逆回復損失Ｅｒｒが低減するとダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆが上昇した。つまり、図６および図７を併せて参照すると、キャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度が上昇すると、逆回復損失Ｅｒｒが低減する一方でダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆが上昇するため、順方向電圧Ｖｆの上昇を許容範囲に抑制する必要がある。
【0120】
一方、キャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度深さが０．３μｍの半導体装置１００では、逆回復損失Ｅｒｒを低減するとダイオード部８０の順方向電圧Ｖｆが検出されなくなり、黒丸でプロットされた比較例に係る半導体装置以上の逆回復損失Ｅｒｒの低減効果は見られなかった。
【0121】
このように、実施例に係る半導体装置１００によれば、キャリアストップ領域８７のピークドーピング濃度およびその深さを上述した範囲で適宜設定することにより、逆回復時の正孔注入を抑制することができる。
【0122】
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。
【0123】
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】
【0124】
１０・・・半導体基板、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、１７・・・ウェル領域、１８・・・ドリフト領域、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、３０・・・ダミートレンチ部、３１・・・延伸部分、３３・・・接続部分、３２・・・ダミー絶縁膜、３４・・・ダミー導電部、３８・・・層間絶縁膜、４０・・・ゲートトレンチ部、４１・・・延伸部分、４３・・・接続部分、４２・・・ゲート絶縁膜、４４・・・ゲート導電部、５０・・・ゲート金属層、５２・・・エミッタ電極、５４・・・コンタクトホール、５５・・・コンタクトホール、５６・・・コンタクトホール、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、８４・・・アノード領域、８５・・・第２コンタクト領域、９０・・・境界領域、１００・・・半導体装置
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】