JP2010114248A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体基板内にＩＧＢＴとダイオードの双方が設けられている半導体装置において、ＩＧＢＴの耐圧を確保しながらダイオードの順方向電圧を低下させる。
【解決手段】 半導体装置１０１内には、ＩＧＢＴ１６とダイオード２が設けられている。第１導電型の第１ベース領域１４が、ＩＧＢＴ領域２６ａとダイオード領域２６ｂの双方に亘って伸びている。第１ベース領域１４に表面に、第２導電型の第２ベース領域６が形成されている。第２ベース領域６は、ＩＧＢＴ領域２６ａとダイオード領域２６ｂの双方に設けられている。第１ベース領域１４は、ＩＧＢＴ領域２６ａで厚く、ダイオード領域２６ｂで薄く形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体基板内にＩＧＢＴとダイオードの双方が設けられている半導体装置に関する。

ＩＧＢＴ（Insulated gate bipolar transistor）が設けられている半導体基板内に、還流用ダイオードを同時に搭載する技術が開発されている。特許文献１に、半導体基板内にＩＧＢＴとダイオードの双方が設けられている半導体装置が開示されている。その半導体装置では、ｎ型の第１ベース領域が、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域の双方に亘って伸びている。第１ベース領域の表面には、ｐ型の第２ベース領域が設けられている。第１ベース領域と第２ベース領域は、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域の双方に亘って共通である。すなわち、第１ベース領域と第２ベース領域の厚みは、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域の双方に亘って等しい。

特開２００８−１０３５９０号公報

ＩＧＢＴとダイオードの双方を有する半導体装置では、ＩＧＢＴに必要とされる耐圧に基づいて、ｎ型の第１ベース領域の厚みが調整される。ＩＧＢＴ領域には、ｐ型の第２ベース領域とｎ型の第１ベース領域とｐ型のコレクタ領域によって、寄生ｐｎｐトランジスタが存在している。このため、第１ベース領域の厚みは、寄生ｐｎｐトランジスタが動作しないように厚く調整される。一方、ダイオード領域には寄生ｐｎｐトランジスタが存在しない。このため、ダイオード領域では、第１ベース領域の厚みが必要以上に厚く形成されることになる。ダイオード領域の第１ベース領域が厚く形成されていると、ダイオードの順方向電圧が高くなるという問題がある。

本明細書は、半導体基板内にＩＧＢＴとダイオードの双方が設けられている半導体装置において、ＩＧＢＴの耐圧を確保しながらダイオードの順方向電圧を低下させる技術を開示する。

本明細書に開示する技術は、半導体基板内にＩＧＢＴとダイオードの双方が設けられている半導体装置に具現化することができる。ＩＧＢＴとダイオードは、第１導電型の第１ベース領域と、その第１ベース領域の表面に接する第２導電型の第２ベース領域を備えている。第１ベース領域は、ＩＧＢＴが形成される領域では厚く、ダイオードが形成される領域では薄く形成されている。ＩＧＢＴ領域とダイオード領域の間で第１ベース領域の厚みに差を設けることによって、ＩＧＢＴの耐圧を確保しながらダイオードの順方向電圧を低下させることができる。

本明細書は、半導体基板内にＩＧＢＴとダイオードの双方が設けられている半導体装置を開示する。その半導体装置は、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域の双方に亘って伸びている第１導電型の第１ベース領域と、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域の双方に設けられているとともに、第１ベース領域の表面に接する第２導電型の第２ベース領域を備えている。第１ベース領域は、ＩＧＢＴ領域で厚く、ダイオード領域で薄い。別言すると、第１ベース領域は厚肉部と薄肉部を有しており、厚肉部にＩＧＢＴが形成されており、薄肉部にダイオードが形成されている。

上記の半導体装置では、半導体基板が厚肉部と薄肉部を有しており、その結果、第１ベース領域内に、厚肉部と薄肉部が形成される形態であってもよい。あるいは、均一な厚みの半導体基板内に、厚肉部と薄肉部を有する第１ベース領域が形成される形態であってもよい。前者の場合、エッチング技術を利用して半導体基板に厚肉部と薄肉部を形成する。そして、その薄肉部にダイオード領域を形成する。エッチング技術を利用すれば、比較的な簡単にダイオード領域の第１ベース領域だけを薄く形成することができる。すなわち、半導体基板の表層部又は裏層部の少なくとも一方に溝が形成されており、その溝によってダイオード領域の第１ベース領域が薄く形成されていることが好ましい。なお、本明細書でいう「溝」とは、半導体基板の所定範囲をエッチングすることにより、他の範囲よりも窪んでいる部分のことをいう。

半導体基板に溝が形成されている場合、その溝内に導電層が設けられていることが好ましい。半導体装置の表面及び裏面を平坦にすることができる。

本明細書に開示する技術は、半導体基板内にＩＧＢＴとダイオードの双方が設けられている半導体装置において、ＩＧＢＴの耐圧を確保しながらダイオードの順方向電圧を低下させることができる。

実施例の特徴を列記する。
（第１特徴） 半導体装置１０３と１０８では、ダイオード領域の第１ベース領域が分散して形成されている。
（第２特徴） 半導体装置１０５、１０９及び１１１では、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域の間に、絶縁体が設けられている。
（第３特徴） 半導体装置１０５、１０９では、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域の間の半導体基板上に、絶縁体が設けられている。

（実施例１）
図１に、半導体装置１０１の要部断面図を示す。半導体装置１０１は、ＩＧＢＴ１６とダイオード２の双方を備えている。ＩＧＢＴ１６は、半導体基板１８のＩＧＢＴ領域２６ａに形成されている。ダイオード２は、半導体基板１８のダイオード領域２６ｂに形成されている。なお、詳細は後述するが、ＩＧＢＴ領域２６ａとは、半導体基板１８内に、コレクタ領域２２、第１ベース領域１４、第２ベース領域６、エミッタ領域１２及びゲート電極１０が形成されている範囲のことをいう。また、ダイオード領域２６ｂとは、半導体基板１８内に、第１ベース領域１４と第２ベース領域６が形成されており、コレクタ領域２２とエミッタ領域１２が形成されていない範囲のことをいう。ダイオード領域２６ｂでは、半導体基板１８内にゲート電極１０が形成されていてもよいし、形成されていなくてもよい。以下に、半導体装置１０１の構造を裏面から順に説明する。

半導体装置１０１の裏面に、図示しない電源に接続する第１主電極２４が設けられている。ＩＧＢＴ１６とダイオード２は、共通の第１主電極２４を備えている。ＩＧＢＴ領域２６ａの第１主電極２４をコレクタ電極２４ａと評価し、ダイオード領域２６ｂの第１主電極２４をカソード電極２４ｂと評価することもできる。ＩＧＢＴ領域２６ａでは、ｐ型のコレクタ領域２２がコレクタ電極２４ａの表面に設けられている。コレクタ領域２２は、半導体基板１８にホウ素（Ｂ）をイオン注入して形成される。ダイオード領域２６ｂでは、ｎ型のカソード領域（導電層の一例）２８がカソード電極２４ｂの表面に設けられている。カソード領域２８は、半導体基板１８の裏面に形成された溝３０内に充填されている。カソード領域２８の材料は、不純物を含む多結晶シリコンである。

コレクタ領域２２とカソード領域２８の表面に、ｎ型半導体領域２０が設けられている。ｎ型半導体領域２０は、半導体基板１８にリン（Ｐ）をイオン注入することにより形成される。なお、半導体装置１０１では、ｎ型半導体領域２０が、ＩＧＢＴ領域２６ａで薄く、ダイオード領域２６ｂで厚い。これは、ＩＧＢＴ領域２６ａでは、コレクタ領域２２がｎ型半導体領域２０内に形成されるからである。コレクタ領域２２が形成される前のｎ型半導体領域２０の厚みは、ＩＧＢＴ領域２６ａとダイオード領域２６ｂで等しい。

ｎ型半導体領域２０の表面に、ｎ型の第１ベース領域１４が設けられている。第１ベース領域１４は厚肉部１４ａと薄肉部１４ｂを有している。厚肉部１４ａの厚みＴ１４ａは、薄肉部１４ｂの厚みＴ１４ｂよりも厚い。すなわち、第１ベース領域１４の厚みは、ＩＧＢＴ領域２６ａで厚く、ダイオード領域２６ｂで薄い。ＩＧＢＴ１６は第１ベース領域１４の厚肉部１４ａに形成されており、ダイオード２は第１ベース領域１４の薄肉部１４ｂに形成されている。第１ベース領域１４の表面に、ｐ型の第２ベース領域６が設けられている。第２ベース領域６の表面に、第２主電極４が設けられている。なお、ＩＧＢＴ領域２６ａの第２ベース領域６をＩＧＢＴ１６のｐ型ベース領域（ｐ型ボディ領域）６ａと評価し、ダイオード領域２６ｂの第２ベース領域６をダイオード２のアノード領域６ｂと評価することもできる。同様に、ＩＧＢＴ領域２６ａの第２主電極４をＩＧＢＴ１６のエミッタ電極４ａと評価し、ダイオード領域２６ｂの第２主電極４をダイオード２のアノード電極４ｂと評価することもできる。

ＩＧＢＴ領域２６ａでは、ｎ型のエミッタ領域１２がｐ型ベース領域６ａの表面側に設けられている。ｐ型ベース領域６ａは、ｎ型のエミッタ領域１２とｎ型の第１ベース領域１４を電気的に分離する。ＩＧＢＴ領域２６ａにはゲート電極１０が設けられている。ゲート電極１０は、エミッタ領域１２からｐ型ベース領域６ａを貫通して、第１ベース領域１４にまで達している。ゲート電極１０の材料は多結晶シリコンである。ゲート電極１０は、絶縁膜８を介して、エミッタ領域１２と第１ベース領域１４を分離しているｐ型ベース領域６ａに対向している。ゲート電極１０は、絶縁膜８によって、エミッタ電極４ａと電気的に分離されている。なお、エミッタ領域１２は、ｐ型ベース領域６ａの表面側に部分的に設けられていてもよい。エミッタ領域１２は、ゲート絶縁膜８を介してゲート電極１０に対向する位置に設けられていればよい。

図１に示すように、ダイオード領域２６ｂでは、半導体基板１８の裏面に溝３０が形成されている。そのため、ダイオード領域２６ｂの半導体基板１８ｂは、ＩＧＢＴ領域２６ａの半導体基板１８ａよりも薄い。その結果、第１ベース領域１４の厚みが、ＩＧＢＴ領域２６ａでは厚く、ダイオード領域２６ｂでは薄い。従来の半導体装置では、第１ベース領域１４の厚みが、ＩＧＢＴ領域２６ａとダイオード領域２６ｂで等しい。そのため、半導体装置１０１は、従来の半導体装置よりも、ダイオード領域２６ｂの第１ベース領域１４(厚肉部１４ｂ)の抵抗が小さい。別言すると、半導体装置１０１は、従来の半導体装置よりも、ダイオード２の順方向電圧が小さい。また、半導体装置１０１は、従来の半導体装置よりも、ダイオード２の逆回復電荷量が少ない。すなわち、半導体装置１０１では、従来の半導体装置と比べて、ダイオードのオン抵抗が小さく、スイッチング特性が改善されている。なお、第１ベース領域１４の薄肉部１４ｂの厚みＴ１４ｂは、ダイオード２の耐圧がＩＧＢＴ１６の耐圧と等しくなる厚みに調整されている。

半導体装置１０１では、ゲート電極１０が、ＩＧＢＴ領域２６ａにのみ設けられており、ダイオード領域２６ｂに設けられていない。そのため、ＩＧＢＴ１６の導通と非導通を切換える電圧、すなわち、ゲート電極１０に印加する電圧が、ダイオード領域２６ｂに加わらない。ダイオード２の動作が不安定になることを防止することができる。

（実施例２）
図２に、半導体装置１０２の要部断面図を示す。半導体装置１０２では、ゲート電極１０が、ダイオード領域２６ｂにも形成されている。その結果、半導体装置１０２では、アノード領域６ｂの体積が、半導体装置１０１よりも小さい。そのため、半導体装置１０２は、アノード領域６ｂから第１ベース領域１４に注入される正孔（ホール）の量を半導体装置１０１よりも少なくすることができる。ダイオード２のスイッチング特性をさらに改善することができる。

（実施例３）
図３に、半導体装置１０３の要部断面図を示す。半導体装置１０３では、アノード領域６ｂが、第１ベース領域１４の表層側に分散して設けられている。別言すると、アノード領域６ｂが、第１ベース領域１４の表層側にウェル状に形成されている。そのため、半導体装置１０３は、アノード領域６ｂの体積が半導体装置１０１よりも小さい。半導体装置１０３は、アノード領域６ｂから第１ベース領域１４に注入される正孔の量が半導体装置１０１よりも少ない。

(実施例４)
図４に、半導体装置１０４の要部断面図を示す。半導体装置１０４は、半導体装置１０２の変形例である。半導体装置１０４では、導電層２８が溝３０内に充填されていない。溝３０が形成されている範囲の半導体基板１８ｂには、ｎ型のカソード領域３２が設けられている。溝３０が形成されている範囲を、ダイオード領域２６ｂ評価することができる半導体装置１０４は、溝３０内に導電層２８を充填しないので、半導体装置１０２よりも容易に製造することができる。

（実施例５）
図５に、半導体装置１０５の要部断面図を示す。半導体装置１０５は、半導体装置１０４の変形例である。半導体装置１０５では、溝３０の傾斜部分の表面に、絶縁膜３４が設けられている。絶縁膜３４によって、ダイオード領域２６ｂ内を流れる電流と、ＩＧＢＴ１６領域２６ａ内を流れる電流を分離することができる。半導体装置１０５の動作を安定にすることができる。

（製造方法）
図６〜１１を参照し、半導体装置１０１〜１０５の製造方法を説明する。なお、第２ベース領域６、エミッタ領域１２及びゲート電極１０は、既知の製造方法を用いて形成することができるので説明を省略する。

まず、半導体装置１０１の製造方法について説明する。図６に示すように、半導体基板１８の裏面に開口を有するマスク層４２を形成し、開口部分をエッチングして溝３０を形成する。エッチングは、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いたウェットエッチング法を利用する。溝３０を形成することにより、半導体基板１８の厚みが、ＩＧＢＴ領域２６ａでは厚く、ダイオード領域２６ｂでは薄くなる。なお、マスク層４２は、ダイオード領域２６ｂに対応する部分だけが開口している。次に、図７に示すように、半導体基板１８の裏面の全面にリンをイオン注入し、ｎ型半導体領域２０を形成する。ｎ型半導体領域２０の厚みは、ＩＧＢＴ領域２６ａとダイオード領域２６ｂで等しい。その結果、ＩＧＢＴ領域２６ａに厚肉部１４ａが形成され、ダイオード領域２６ｂに薄肉部１４ｂが形成される。次に、半導体基板１８の裏面に開口を有するマスク層（図示省略）を形成する。図示しないマスク層は、ＩＧＢＴ領域２６ａに対応する部分だけが開口している。その後、開口部分のｎ型半導体領域２０にホウ素をイオン注入し、コレクタ領域２２を形成する。

次に、図８に示すように、半導体基板１８の裏面に開口を有するマスク層４４を形成する。なお、マスク層４４は、ダイオード領域２６ｂに対応する部分だけが開口している。次に、ｎ型の不純物（例えば、リン）を含む多結晶シリコン（導電層）２８を溝３０内に充填する。本製造方法では、導電層２８の表面が半導体基板１８ａの表面と同一高さになるまで、多結晶シリコンを充填する。その後、マスク層４４を除去し、第１主電極（図１を参照）を形成することにより、半導体装置１０１が完成する。なお、半導体装置１０２及び半導体装置１０３の裏面側の構造は、半導体装置１０１と等しい。そのため、半導体装置１０２及び半導体装置１０３の製造方法については説明を省略する。

次に、半導体装置１０４の製造方法を説明する。図７までの工程は、半導体装置１０１の製造工程と同一のため説明を省略する。コレクタ領域２２を形成した後に、コレクタ領域２２の表面にだけマスク層を形成する。その後、ダイオード領域２６ｂに対応するｎ型半導体領域２０に、リンをイオン注入する。半導体基板１８ｂの裏面側に、カソード領域３２が形成される。その後、コレクタ領域２２の表面に形成したマスク層を除去し、半導体基板１８の裏面に第１主電極２４を形成することにより、半導体装置１０４が完成する。なお、コレクタ領域２２を形成する工程と、カソード領域３２を形成する工程の順序は任意である。

次に、半導体装置１０５の製造方法を説明する。図６までの工程は、半導体装置１０１の製造工程と同一のため説明を省略する。図９に示すように、半導体基板１８の裏面全体にｎ型半導体領域２０を形成した後、ｎ型半導体領域２０の裏面全体に酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜４６を形成する。その後、フォトレジスト技術を利用し、溝３０の傾斜部分にだけレジストマスク４８を形成する。その後、ＨＦ（フッ化水素）溶液を用いたウェットエッチング法を利用し、レジストマスク４８で被覆されていない部分の酸化シリコン膜４６をエッチングする。なお、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法を利用して、選択的に酸化シリコン膜４６をエッチングしてもよい。その後、レジストマスク４８を除去することにより、図１０に示すように、酸化シリコン膜４６が傾斜部分に残存する。その後、図１１に示すように、ＩＧＢＴ領域２６ａのｎ型半導体領域２０にホウ素をイオン注入し、ダイオード領域２６ｂのｎ型半導体領域２０にリンをイオン注入する。ｐ型のコレクタ領域２２とｎ型のカソード領域３２が形成される。その後、半導体基板１８及び酸化シリコン膜４６の裏面に第１主電極２４を形成することにより、半導体装置１０５が完成する。なお、残存した酸化シリコン膜４６（図１０を参照）は、図５の絶縁膜３４に相当する。また、酸化シリコン膜４６に代えて、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成してもよい。

上記した各実施例では、半導体基板１８の裏面に溝３０が形成されている半導体装置について説明した。以下の実施例では、半導体基板１８の表面に溝３０が形成されている半導体装置、あるいは、半導体基板１８に溝が形成されていない半導体装置について説明する。

（実施例６）
図１２に、半導体装置１０６の要部断面図を示す。半導体装置１０６は、半導体装置１０１の変形例である。半導体装置１０６では、半導体基板１８の表面側に溝３０が形成されている。溝３０内に、ホウ素を高濃度に含む多結晶シリコン３６が充填されている。また、ダイオード領域２６ｂでは、半導体基板１８の裏面に、ｎ型のカソード領域３２が形成されている。

（実施例７）
図１３に、半導体装置１０７の要部断面図を示す。半導体装置１０７は半導体装置１０６の変形例である。半導体装置１０７は、溝３０内に多結晶シリコン３６が充填されていないので、半導体装置１０６よりも容易に製造することができる。図１３のＸＩＸ−ＸＩＸ線及びＸＸ−ＸＸ線については後述する。

（実施例８）
図１４に、半導体装置１０８の要部断面図を示す。半導体装置１０８は半導体装置１０７の変形例である。半導体装置１０８は、アノード領域６ｂの体積が半導体装置１０７よりも小さい。そのため、アノード領域６ｂから第１ベース領域１４に注入される正孔の量を少なくすることができる。

（実施例９）
図１５に、半導体装置１０９の要部断面図を示す。半導体装置１０９は半導体装置１０７の変形例である。半導体装置１０９では、溝３０の傾斜部分の表面に絶縁膜３８が設けられている。絶縁膜３８によって、ダイオード領域２６ｂ内を流れる電流と、ＩＧＢＴ領域２６ａ内を流れる電流を分離することができる。

（実施例１０）
図１６に、半導体装置１１０の要部断面図を示す。半導体装置１１０は、半導体装置１０１及び半導体装置１０６の変形例である。半導体装置１１０では、ＩＧＢＴ領域２６ａの半導体基板１８ａの厚みが、ダイオード領域２６ｂの半導体基板１８ｂの厚みに等しい。すなわち、半導体基板１８に溝が形成されていない。そのため、溝内に多結晶シリコンを充填することなく、半導体装置１１０の表面及び裏面を平坦にすることができる。半導体装置１１０では、ダイオード領域２６ｂの第２ベース領域（アノード領域）６ｂの厚みが、ＩＧＢＴ領域２６ａの第２ベース領域（ｐ型ベース領域）６ａの厚みよりも厚い。その結果、第１ベース領域１４内に厚肉部１４ａと薄肉部１４ｂが形成される。第１ベース領域１４の厚みは、ＩＧＢＴ領域２６ａで厚く、ダイオード領域２６ｂで薄い。半導体装置１１０は、半導体基板１８をエッチングすることなく、第１ベース領域１４内に厚肉部１４ａと薄肉部１４ｂを形成することができる。

（実施例１１）
図１７に、半導体装置１１１の要部断面図を示す。半導体装置１１１は半導体装置１０５の変形例である。半導体装置１１１では、半導体基板１８内に、絶縁膜５０が埋め込まれている。絶縁膜５０は、ＩＧＢＴ領域２６ａとダイオード領域２６ｂの境界部分を、半導体基板１８の表面から裏面に向けて伸びている。絶縁膜５０によって、ダイオード領域２６ｂ内を流れる電流と、ＩＧＢＴ１６領域２６ａ内を流れる電流を分離することができる。なお、絶縁膜５０が半導体基板１８内に埋め込まれているので、半導体装置１０５のように、第１主電極２４に突出部が形成されることを防止することができる。

図１８に、半導体装置１０７の外観図を示す。図１８の符号５４は第２主電極４(図１３を参照)に接続するエミッタパッドを示し、符号５６は第２主電極４に接続するアノードパッドを示し、符号５２はゲート電極１０に接続するゲートパッドを示している。エミッタパッド５４とアノードパッド５６が設けられている範囲外、例えば符号５８の位置の内部に、ゲート電極１０が形成されている（図示省略）。図７に示すゲート電極１０の全てが、ゲートパッド５２に接続している。図１８に示すように、半導体装置１０７は、半導体基板１８内にＩＧＢＴとダイオードの双方が設けられている。半導体装置１０７の表面には窪みがあるので、アノードパッド５６は、エミッタパッド５４が設けられている範囲よりも窪んでいる。

（実験例）
半導体装置１０７を作製し、ダイオードの特性について従来の半導体装置と比較した。なお、半導体装置１０７では、ＩＧＢＴ１６が形成されている半導体基板１８ａの厚みが１６５μｍであり、ダイオード２が形成されている半導体基板１８ｂの厚みが１３５μｍである。一方、従来の半導体装置では、半導体基板の厚みが、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域で等しく１６５μｍである。

ここで、半導体装置１０７の半導体基板１８内の不純物濃度プロファイルについて説明する。図１９は、図１３のＸＩＸ−ＸＩＸ線に沿った断面の不純物濃度プロファイルを示している。図２０は、図１３のＸＸ−ＸＸ線に沿った断面の不純物濃度プロファイルを示している。グラフの横軸は半導体基板１８の表面からの距離（単位：μｍ）を示しており、縦軸は不純物濃度（単位：ｃｍ^−３）を示している。なお、図１９と図２０のグラフでは、第１ベース領域１４の中間部分を省略している。曲線６０（実線で示す）はｎ型不純物（リン）の不純物濃度を示し、曲線６２（破線で示す）はｐ型不純物（ホウ素）の不純物濃度を示している。

図１９は、ＩＧＢＴ領域２６ａに対応する半導体基板１８ａの不純物濃度プロファイルを示す。図１９に示すように、エミッタ領域１２の厚みは、およそ０．２μｍである。エミッタ領域１２はリンとホウ素を含んでおり、リンの濃度がホウ素の濃度を超えている範囲をエミッタ領域１２と呼ぶ。エミッタ領域１２は、最大でおよそ１×１０^１９ｃｍ^−３のリンを含んでいる。第２ベース領域６ａの厚みは、およそ４．８μｍである。第２ベース領域６ａは主にホウ素を含んでおり、ホウ素の濃度は最大でおよそ１×１０^１７ｃｍ^−３である。第１ベース領域１４（厚肉部１４ａ）の厚みＴ１４ａは、およそ１５９．５μｍである。第１ベース領域１４は、およそ１×１０^１４ｃｍ^−３のリンを含んでいる。ｎ型半導体領域２０の厚みは、およそ０．３μｍである。ｎ型半導体領域２０は、最大でおよそ６×１０^１６ｃｍ^−３のリンを含んでいる。コレクタ領域２２の厚みは、およそ０．２μｍである。コレクタ領域２２は、最大でおよそ１×１０^１８ｃｍ^−３のホウ素を含んでいる。

図２０は、ダイオード領域２６ｂに対応する半導体基板１８ｂの不純物濃度プロファイルを示す。図２０に示すように、アノード領域６ｂの厚みはおよそ５μｍであり、ＩＧＢＴ領域２６ａのエミッタ領域１２と第２ベース領域６ａを合わせた厚みに等しい。アノード領域６ｂはホウ素を含んでおり、その濃度は最大でおよそ１×１０^１７ｃｍ^−３である。第１ベース領域１４（薄肉部１４ｂ）の厚みＴ１４ｂは、およそ１２９．５μｍである。第１ベース領域１４は、およそ１×１０^１４ｃｍ^−３のリンを含んでいる。ｎ型半導体領域２０の厚みは、およそ０．３μｍである。ｎ型半導体領域２０は、最大でおよそ６×１０^１６ｃｍ^−３のリンを含んでいる。カソード領域３２の厚みは、およそ０．２μｍである。カソード領域３２は、最大でおよそ１×１０^１９ｃｍ^−３のリンを含んでいる。なお、従来の半導体装置は、ダイオード領域２６ｂに対応する第１ベース領域１４の厚みＴ１４ｂがおよそ１５９．５μｍであること以外は、全て半導体装置１０７に等しい。

図２１に、半導体装置１０７と従来の半導体装置の逆回復電流の波形図を示す。グラフの縦軸はダイオード内を流れる電流（単位：Ａ）を示し、横軸は時間（単位：秒）を示す。曲線７０は半導体装置１０７のダイオード２内を流れる逆回復電流を示し、曲線７２は従来の半導体装置のダイオード内を流れる逆回復電流を示す。逆方向電流の値を時間で積分した値（以下、逆回復電荷量という）が小さい程、ダイオードのスイッチング特性が良い。逆回復電荷量は、電流が負のときの曲線７０又は曲線７２と、電流０Ａの横軸の直線で囲った面積に相当する。図２１から明らかなように、半導体装置１０７の逆回復電荷量は、従来の半導体装置の逆回復電荷量よりも小さい。そのため、半導体装置１０７は、従来の半導体装置よりもスイッチング特性が良い。また、半導体装置１０７は、従来の半導体装置よりも逆方向電流が流れる時間が短い。逆方向電流が流れる時間が長いと、半導体装置が破壊する虞がある。半導体装置１０７は、従来の半導体装置よりも破壊しにくい構造である。

なお、第２ベース領域６の不純物濃度を薄くすれば、逆回復電荷量を小さくすることができる。しかしながら、この場合、逆回復電荷量が小さくなる代わりに、オン電圧（順方向電圧）が大きくなる。すなわち、ダイオードでは、スイッチング特性とオン抵抗はトレードオフの関係にある。図２２に、半導体装置１０７及び従来の半導体装置についての逆回復電荷量及び順方向電圧を示す。グラフの縦軸は逆回復電荷量を示し、横軸は順方向電圧を示す。点７４は半導体装置１０７の結果を示し、点７６は従来の半導体装置の結果を示す。なお、図２２は、従来の半導体装置の逆回復電荷量及び順方向電圧を１としたときの、半導体装置１０７の逆回復電荷量及び順方向電圧を示している。半導体装置１０７は、従来の半導体装置と比較して、逆回復電荷量と順方向電圧の双方を小さくすることができる。なお、本実験では、半導体装置１０７の逆回復電荷量は、従来の半導体装置の逆回復電荷量よりもおよそ４０％小さい。また、半導体装置１０７の順方向電圧は、従来の半導体装置の順方向電圧よりもおよそ７％小さい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

実施例１の半導体装置の要部断面図を示す。 実施例２の半導体装置の要部断面図を示す。 実施例３の半導体装置の要部断面図を示す。 実施例４の半導体装置の要部断面図を示す。 実施例５の半導体装置の要部断面図を示す。 半導体装置の製造工程を示す。 半導体装置の製造工程を示す。 半導体装置の製造工程を示す。 半導体装置の製造工程を示す。 半導体装置の製造工程を示す。 半導体装置の製造工程を示す。 実施例６の半導体装置の要部断面図を示す。 実施例７の半導体装置の要部断面図を示す。 実施例８の半導体装置の要部断面図を示す。 実施例９の半導体装置の要部断面図を示す。 実施例１０の半導体装置の要部断面図を示す。 実施例１１の半導体装置の要部断面図を示す。 半導体装置の外観図を示す。 半導体基板内の不純物濃度プロファイルを示す。 半導体基板内の不純物濃度プロファイルを示す。 ダイオードの逆方向電流の波形図を示す。 実施例７の半導体装置のリカバリー電荷と順方向電圧を、従来の半導体装置と比較して示す。

符号の説明

２：ダイオード
６：第２ベース領域
１４：第１ベース領域
１６：ＩＧＢＴ
１８：半導体基板
２６ａ：ＩＧＢＴ領域
２６ｂ：ダイオード領域
２８：導電層
３０：溝
１０１〜１１１：半導体装置

Claims (3)

1. 半導体基板内にＩＧＢＴとダイオードの双方が設けられている半導体装置であって、
   ＩＧＢＴ領域とダイオード領域の双方に亘って伸びている第１導電型の第１ベース領域と、
   ＩＧＢＴ領域とダイオード領域の双方に設けられているとともに、第１ベース領域の表面に接する第２導電型の第２ベース領域とを備え、
   第１ベース領域は、ＩＧＢＴ領域で厚く、ダイオード領域で薄く形成されている半導体装置。
2. 半導体基板の表層部又は裏層部の少なくとも一方に溝が形成されており、
   その溝によってダイオード領域の第１ベース領域が薄く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記溝内に導電層が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。

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