JP2011082220A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の間における熱伝導を阻害することなく、境界部における逆電流を抑制することができる半導体装置を提供する。
【解決手段】ダイオード領域２０とＩＧＢＴ領域４０を有する半導体基板を備える半導体装置１０であって、ダイオードドリフト領域２７とＩＧＢＴドリフト領域４９の間の少なくとも一部の範囲に、ｎ型であり、ダイオードドリフト領域２７及びＩＧＢＴドリフト領域４９よりもｎ型不純物濃度が高いバリア領域７４が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域を有する半導体基板を備える半導体装置に関する。

特許文献１の図１には、同一の半導体基板にダイオード領域とＩＧＢＴ領域が形成された半導体装置が開示されている。ダイオード領域のドリフト領域とＩＧＢＴ領域のドリフト領域は、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域との境界部においてつながっている。このような半導体装置は、ダイオードのアノード電極とＩＧＢＴのエミッタ電極が導通した状態で使用される。このため、ダイオードのアノード電極とカソード電極の間に順電圧が印加されると、エミッタ電極もアノード電極と同様に高電位となる。エミッタ電極が高電位となると、ＩＧＢＴのボディ領域から、境界部のドリフト領域を介して、ダイオードのカソード電極に向かって電流が流れる。その後、ダイオードに印加される電圧が逆電圧に切り換えられると、境界部のドリフト領域内に存在しているホールが、ボディ領域を介してエミッタ電極へ流れる。これにより、境界部に逆電流が流れる。ダイオードの逆回復動作時（すなわち、ダイオードの印加電圧が順電圧から逆電圧に切り換えられる時）に境界部に高い逆電流が流れると、半導体装置で生じる損失が増大するとともに、境界部が発熱する。特許文献１の半導体装置では、境界部の半導体基板の上面に絶縁体が充填されたトレンチが形成されている。この絶縁体によって境界部に逆電流が生じることが抑制されている。

特開２００２−３１４０８２号公報

上述したように、特許文献１の半導体装置は、トレンチ内に充填された絶縁体によって、境界部における逆電流を抑制する。しかしながら、絶縁体は他の半導体材料と比較して熱伝導率が低いという問題を有している。例えば、一般的な半導体材料であるシリコンの熱伝導率は約１７０Ｗ／ｍＫであるのに対し、一般的な絶縁体材料である酸化シリコンの熱伝導率は約１２Ｗ／ｍＫである。このため、特許文献１の半導体装置では、絶縁体によって熱伝導が阻害され、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の間で熱が伝わり難い。したがって、ダイオードの通電時には、ダイオード領域で生じた熱がＩＧＢＴ領域側へ伝わり難いので、ダイオード領域が高温になる。また、ＩＧＢＴの通電時には、ＩＧＢＴ領域で生じた熱がダイオード領域へ伝わり難いので、ＩＧＢＴ領域が高温になる。

本発明は上記の課題に鑑みて創作されたものである。本発明は、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の間における熱伝導を阻害することなく、境界部における逆電流を抑制することができる半導体装置を提供する。

本発明の半導体装置は、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域を有する半導体基板を備えている。ダイオード領域内には、アノード領域と、ダイオードドリフト領域と、カソード領域が形成されている。アノード領域は、ｐ型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されている。ダイオードドリフト領域は、ｎ型であり、アノード領域の下側に形成されており、アノード領域に接している。カソード領域は、ｎ型であり、ダイオードドリフト領域よりｎ型不純物濃度が高く、半導体基板の下面を含むダイオードドリフト領域の下側の範囲に形成されている。ＩＧＢＴ領域内には、エミッタ領域と、ボディ領域と、ＩＧＢＴドリフト領域と、コレクタ領域と、ゲート電極が形成されている。エミッタ領域は、ｎ型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されている。ボディ領域は、ｐ型であり、半導体基板の上面を含む範囲及びエミッタ領域の下側の範囲に形成されており、エミッタ領域に接している。ＩＧＢＴドリフト領域は、ｎ型であり、ボディ領域の下側に形成されており、ボディ領域に接しており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されている。コレクタ領域は、ｐ型であり、半導体基板の下面を含むＩＧＢＴドリフト領域の下側の範囲に形成されている。ゲート電極は、エミッタ領域とＩＧＢＴドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向している。ダイオードドリフト領域とＩＧＢＴドリフト領域の間の少なくとも一部の範囲には、ｎ型であり、ダイオードドリフト領域及びＩＧＢＴドリフト領域よりもｎ型不純物濃度が高いバリア領域が形成されている。

なお、カソード領域はダイオードドリフト領域に接していてもよいし、カソード領域とダイオードドリフト領域の間に他の領域（例えば、カソード領域よりもｎ型不純物濃度が低く、かつ、ダイオードドリフト領域よりもｎ型不純物濃度が高いｎ型のバッファ領域）が形成されていてもよい。また、コレクタ領域はＩＧＢＴドリフト領域に接していてもよいし、コレクタ領域とＩＧＢＴドリフト領域の間に他の領域（例えば、ＩＧＢＴドリフト領域よりもｎ型不純物濃度が高いｎ型のバッファ領域）が形成されていてもよい。

この半導体装置では、バリア領域のｎ型不純物濃度がダイオードドリフト領域及びＩＧＢＴドリフト領域のｎ型不純物濃度よりも高いので、バリア領域とダイオードドリフト領域の間、及び、バリア領域とＩＧＢＴドリフト領域の間にエネルギー障壁が存在する。ダイオードへの順電圧印加時には、このエネルギー障壁によって、バリア領域（すなわち、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界部）に電流が流れることが抑制される。このため、ダイオードの逆回復動作の開始時に、境界部近傍に存在するホールが少ない。したがって、ダイオードの逆回復動作時に境界部に逆電流が流れ難い。また、バリア領域はｎ型半導体であり、その周囲の半導体領域と略等しい熱伝導率を有する。したがって、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の間における熱伝導が阻害されることもない。

上述した半導体装置は、アノード領域とボディ領域の間の半導体基板の上面からアノード領域の下端及びボディ領域の下端よりも深い深さまでの深さ範囲にｐ型の分離領域が形成されており、その分離領域はアノード領域及びボディ領域に接していることが好ましい。この場合、バリア領域が、分離領域に接していることが好ましい。

このような構成によれば、ＩＧＢＴのオフ時に、分離領域によって境界部近傍に空乏層が形成される。これによって、境界部の耐圧を確保することができる。また、バリア領域が分離領域に接しているので、分離領域とバリア領域が離れている場合に比べて、バリア領域を介さずに境界部を流れる電流の経路が狭くなる。これによって、より逆電流を抑制することができる。

上述した半導体装置は、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界部において、バリア領域によってダイオードドリフト領域がＩＧＢＴドリフト領域から分離されていることが好ましい。

このような構成によれば、ダイオードドリフト領域からＩＧＢＴドリフト領域へ、又は、ＩＧＢＴドリフト領域からダイオードドリフト領域へ流れる電流は必ずバリア領域を通過することになる。このため、より逆電流を抑制することができる。

上述した半導体装置は、カソード領域とコレクタ領域が互いに接しており、カソード領域とコレクタ領域の境界がバリア領域の下に位置していることが好ましい。

また、上述した半導体装置は、バリア領域のダイオード領域側の側面に接する範囲にｐ型の第１バリア補償領域が形成されており、バリア領域のＩＧＢＴ領域側の側面に接する範囲に、ｐ型の第２バリア補償領域が形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、ＩＧＢＴのオフ時において、第１バリア補償領域と第２バリア補償領域のそれぞれからバリア領域内に空乏層が伸展する。これにより、境界部における耐圧をより向上させることができる。

実施例１の半導体装置１０の概略上面図。 実施例１の半導体装置１０の縦断面図。 変形例の半導体装置の概略上面図。 実施例２の半導体装置１００の縦断面図。

実施例１に係る半導体装置について説明する。

（半導体装置の構造）
図１は、上面側から見た半導体装置１０の構造を模式的に示しており、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線における半導体装置１０の断面図を示している。図２に示すように、半導体装置１０は、シリコンからなる半導体基板１２と、半導体基板１２の上面及び下面に形成されている金属層及び絶縁層等を備えている。図１に示すように、半導体基板１２には、ダイオード領域２０とＩＧＢＴ領域４０が形成されている。ダイオード領域２０は、半導体基板１２の中央部に形成されている。ＩＧＢＴ領域４０は、ダイオード領域２０の周囲を囲むように形成されている。ダイオード領域２０とＩＧＢＴ領域４０の間には、境界領域７０が形成されている。ＩＧＢＴ領域４０より外側（半導体基板１２の端部近傍）には、周辺耐圧領域９８が形成されている。なお、半導体装置１０の周辺耐圧領域９８の構造は、リサーフ層やＦＬＲ等を設けた従来公知の構造であるので、以下では周辺耐圧領域９８についての説明を省略する。

図２に示すように、ダイオード領域２０内の半導体基板１２の上面には、アノード電極２２が形成されている。ＩＧＢＴ領域４０内の半導体基板１２の上面には、エミッタ電極４２が形成されている。半導体基板１２の下面の全域には、共通電極６０が形成されている。

ダイオード領域２０には、アノード層２６、ダイオードドリフト層２７、ダイオードバッファ層２８、及び、カソード層３０が形成されている。

アノード層２６は、ｐ型である。アノード層２６は、アノードコンタクト領域２６ａと低濃度アノード層２６ｂを備えている。アノードコンタクト領域２６ａは、半導体基板１２の上面を含む範囲に、島状に形成されている。アノードコンタクト領域２６ａは、不純物濃度が高い。アノードコンタクト領域２６ａは、アノード電極２２に対してオーミック接続されている。低濃度アノード層２６ｂは、アノードコンタクト領域２６ａの下側及び側方に形成されており、アノードコンタクト領域２６ａを覆っている。低濃度アノード層２６ｂの不純物濃度は、アノードコンタクト領域２６ａより低い。アノード層２６の下端の位置は、後述するゲート電極５４の下端の位置よりも浅い。

ダイオードドリフト層２７は、アノード層２６の下側に形成されており、アノード層２６に接している。ダイオードドリフト層２７は、ｎ型である。ダイオードドリフト層２７は、ダイオードバッファ層２８やカソード層３０よりも不純物濃度が低い。

ダイオードドリフト層２７内には、キャリアライフタイム制御領域３９が形成されている。キャリアライフタイム制御領域３９内には、半導体基板１２に荷電粒子を打ち込むことによって形成された結晶欠陥が存在している。キャリアライフタイム制御領域３９内の結晶欠陥密度は、その周囲のダイオードドリフト層２７内の結晶欠陥密度に比べて極めて高い。キャリアライフタイム制御領域３９は、アノード層２６の近傍の深さに形成されている。

ダイオードバッファ層２８は、ダイオードドリフト層２７の下側に形成されており、ダイオードドリフト層２７に接している。ダイオードバッファ層２８は、ｎ型であり、ダイオードドリフト層２７よりも不純物濃度が高い。

カソード層３０は、ダイオードバッファ層２８の下側に形成されており、ダイオードバッファ層２８に接している。カソード層３０は、半導体基板１２の下面を含む範囲に形成されている。カソード層３０は、ｎ型であり、ダイオードバッファ層２８よりも不純物濃度が高い。カソード層３０は、共通電極６０に対してオーミック接続されている。

ダイオード領域２０内には、アノード層２６、ダイオードドリフト層２７、ダイオードバッファ層２８、及び、カソード層３０によってダイオードが形成されている。以下では、ダイオード領域２０内に形成されているダイオードを、ダイオード２０という。

ＩＧＢＴ領域４０には、エミッタ領域４４、ボディ層４８、ＩＧＢＴドリフト層４９、ＩＧＢＴバッファ層５０、コレクタ層５２、及び、ゲート電極５４等が形成されている。

ＩＧＢＴ領域４０内の半導体基板１２の上面には、複数のトレンチが形成されている。各トレンチの内面には、ゲート絶縁膜５６が形成されている。各トレンチの内部に、ゲート電極５４が形成されている。ゲート電極５４の上面は絶縁膜５８によって覆われている。ゲート電極５４は、ゲート絶縁膜５６によってエミッタ電極４２から絶縁されている。

エミッタ領域４４は、半導体基板１２の上面を含む範囲に、島状に形成されている。エミッタ領域４４は、ゲート絶縁膜５６に接する範囲に形成されている。エミッタ領域４４は、ｎ型であり、不純物濃度が高い。エミッタ領域４４は、エミッタ電極４２に対してオーミック接続されている。

ボディ層４８は、ｐ型である。ボディ層４８は、ボディコンタクト領域４８ａと低濃度ボディ層４８ｂを備えている。ボディコンタクト領域４８ａは、半導体基板１２の上面を含む範囲に、島状に形成されている。ボディコンタクト領域４８ａは、２つのエミッタ領域４４の間に形成されており、エミッタ領域４４に接している。ボディコンタクト領域４８ａは、不純物濃度が高い。ボディコンタクト領域４８ａは、エミッタ電極４２に対してオーミック接続されている。低濃度ボディ層４８ｂは、エミッタ領域４４及びボディコンタクト領域４８ａの下側に形成されている。低濃度ボディ層４８ｂは、ボディコンタクト領域４８ａ及びエミッタ領域４４に接している。低濃度ボディ層４８ｂは、ゲート電極５４の下端より浅い範囲に形成されている。低濃度ボディ層４８ｂの不純物濃度は、ボディコンタクト領域４８ａよりも低い。低濃度ボディ層４８ｂによって、エミッタ領域４４がＩＧＢＴドリフト層４９から分離されている。ゲート電極５４は、エミッタ領域４４とＩＧＢＴドリフト層４９を分離している範囲の低濃度ボディ層４８ｂにゲート絶縁膜５６を介して対向している。

ＩＧＢＴドリフト層４９は、ボディ層４８の下側に形成されており、ボディ層４８に接している。ＩＧＢＴドリフト層４９は、ｎ型である。ＩＧＢＴドリフト層４９は、ダイオードドリフト層２７と略同じ不純物濃度を有している。

ＩＧＢＴバッファ層５０は、ＩＧＢＴドリフト層４９の下側に形成されており、ＩＧＢＴドリフト層４９に接している。ＩＧＢＴバッファ層５０は、ｎ型である。ＩＧＢＴバッファ層５０は、ダイオードバッファ層２８と略同じ不純物濃度を有している。このため、ＩＧＢＴバッファ層５０の不純物濃度は、ＩＧＢＴドリフト層４９の不純物濃度より高い。ＩＧＢＴバッファ層５０は、境界領域７０内でダイオードバッファ層２８と繋がっている。以下では、ダイオードバッファ層２８とＩＧＢＴバッファ層５０をまとめてバッファ層９２という場合がある。

コレクタ層５２は、ＩＧＢＴバッファ層５０の下側に形成されており、ＩＧＢＴバッファ層５０に接している。コレクタ層５２は、半導体基板１２の下面を含む範囲に形成されている。コレクタ層５２は、ｐ型であり、不純物濃度が高い。コレクタ層５２は、共通電極６０に対してオーミック接続されている。

ＩＧＢＴ領域４０内には、エミッタ領域４４、ボディ層４８、ＩＧＢＴドリフト層４９、ＩＧＢＴバッファ層５０、コレクタ層５２、及び、ゲート電極５４によってＩＧＢＴが形成されている。以下では、ＩＧＢＴ領域４０内に形成されているＩＧＢＴをＩＧＢＴ４０という。

ダイオード領域２０とＩＧＢＴ領域４０の間には、境界領域７０（アノード層２６の端部とボディ層４８の端部の間の領域）が設けられている。境界領域７０には、ｐ型の分離領域７２が形成されている。分離領域７２は、半導体基板１２の上面からアノード層２６の下端及びボディ層４８の下端より深い深さまでの深さ範囲に形成されている。より詳細には、分離領域７２は、半導体基板１２の上面からゲート電極５４の下端より深い深さまでの深さ範囲に形成されている。分離領域７２は、アノード層２６及びボディ層４８に接している。分離領域７２の不純物濃度は、低濃度アノード層２６ｂ及び低濃度ボディ層４８ｂより高い。ＩＧＢＴがオフしている際には、分離領域７２から境界領域７０近傍のｎ型層に空乏層が伸びる。これによって、境界領域７０近傍における電界集中が抑制される。特に、分離領域７２がゲート電極５４の下端よりも深い深さまで形成されているので、分離領域７２近傍のゲート電極５４に電界が集中することが抑制される。これにより、境界領域７０近傍における絶縁耐圧が確保されている。

分離領域７２の下側には、バリア領域７４が形成されている。バリア領域７４は、ｎ型である。バリア領域７４は、ダイオードドリフト層２７及びＩＧＢＴドリフト層４９よりも高い不純物濃度を有している。バリア領域７４の上部は分離領域７２に接しており、バリア領域７４の下部はバッファ層９２に接している。また、バリア領域７４は、ダイオード領域２０側でダイオードドリフト層２７に接しており、ＩＧＢＴ領域４０側でＩＧＢＴドリフト層４９に接している。図２に示す断面構造は、分離領域７２に沿って形成されている。したがって、バリア領域７４によって、ダイオードドリフト層２７とＩＧＢＴドリフト層４９が互いに分離されている。

バリア領域７４は、イオン注入によって形成される。半導体基板１２にイオンが注入される際には、半導体基板１２中に結晶欠陥が形成される。このため、バリア領域７４内及びその近傍には、結晶欠陥７５が存在している。

バリア領域７４の下側では、ダイオードバッファ層２８とＩＧＢＴバッファ層５０が連続している。また、ダイオード領域２０のカソード層３０は、境界領域７０内まで延出されており、ＩＧＢＴ領域４０のコレクタ層５２は、境界領域７０内まで延出されている。カソード層３０とコレクタ層５２は互いに接しており、その境界はバリア領域７４の下側に位置している。具体的には、カソード層３０とコレクタ層５２の境界は、バリア領域７４の幅（ダイオード領域２０とＩＧＢＴ領域４０が隣接する方向の幅）内に位置している。

（半導体装置のダイオードの動作）
半導体装置１０のダイオード２０の動作について説明する。ダイオード２０に電流を流す際には、ダイオード２０に順電圧が印加される。すなわち、アノード電極２２と共通電極６０の間に、アノード電極２２がプラスとなる電圧が印加される。なお、半導体装置１０は、アノード電極２２とエミッタ電極４２とを導通させた状態で使用される。したがって、ダイオード２０に順電圧を印加すると、エミッタ電極４２の電位がアノード電極２２と略同じ電位に上昇する。順電圧が印加されると、ダイオード２０がオンする。すなわち、図２の矢印１０２に示すように、アノード電極２２から、アノード層２６、ダイオードドリフト層２７、ダイオードバッファ層２８、及び、カソード層３０を経由して、共通電極６０に向かって電流が流れる。

また、境界領域７０の近傍には、ボディ層４８（ｐ型層）と、ＩＧＢＴドリフト層４９、バリア領域７４、ダイオードドリフト層２７、バッファ層９２、及び、カソード層３０からなるｎ型層によって、寄生ダイオードが形成されている。順電圧が印加されてエミッタ電極４２が高電位となると、寄生ダイオードがオンし、図２の矢印１０４に示す経路でエミッタ電極４２から共通電極６０に向かって電流が流れる。しかしながら、半導体装置１０では、ダイオードドリフト層２７とＩＧＢＴドリフト層４９の間にｎ型不純物濃度が高いバリア領域７４が形成され、ダイオードドリフト層２７とバリア領域７４との間にエネルギー障壁が存在する。このエネルギー障壁によって、矢印１０４に示す経路で電流が流れることが抑制される。このため、矢印１０４に示す経路で流れる電流は小さい。

ダイオード２０に印加する電圧を順電圧から逆電圧に切り換えると、ダイオード２０が逆回復動作を行う。すなわち、順電圧印加時にダイオードドリフト層２７内に存在していたホールがアノード電極２２に排出され、順電圧印加時にダイオードドリフト層２７内に存在していた電子が共通電極６０に排出される。これによって、図２の矢印１０２の逆向きの逆電流がダイオード２０に流れる。逆電流は、短時間で減衰し、その後は、ダイオード２０に流れる電流は略ゼロとなる。キャリアライフタイム制御領域３９内の結晶欠陥は、キャリアの再結合中心として機能する。したがって、逆回復動作時に、ダイオードドリフト層２７内のキャリアの多くが、キャリアライフタイム制御領域３９内で再結合により消滅する。したがって、ダイオード２０に流れる逆電流は小さい。

また、ダイオード２０の逆回復動作時には、上述した寄生ダイオードにも逆電流が流れる。すなわち、境界領域７０内に存在するホールが図２の矢印１０４の逆向きに流れることによって、寄生ダイオードに逆電流が流れる。しかしながら、上述したように順電圧印加時に寄生ダイオードに流れる電流は小さいので、ダイオード２０の逆回復動作の開始時において寄生ダイオードの電流経路（矢印１０４）に存在するホールは少ない。したがって、逆回復動作時に寄生ダイオードに流れる逆電流は少ない。また、バリア領域７４内に存在する結晶欠陥７５は、キャリアの再結合中心として機能する。このため、逆回復動作時に、バリア領域７４内で多くのホールが消滅する。これによっても、逆電流が抑制される。さらに、ＩＧＢＴドリフト層４９とバリア領域７４との間のエネルギー障壁によっても、矢印１０４の逆向きに逆電流が流れることが抑制される。したがって、半導体装置１０では、寄生ダイオードに流れる逆電流が極めて小さい。

以上に説明したように、実施例１の半導体装置１０では、ＩＧＢＴドリフト層４９とダイオードドリフト層２７の間にバリア領域７４が形成されているので、ダイオード２０の逆回復動作時に境界領域７０に流れる逆電流が小さい。これにより、境界領域７０における逆電流によって生じる損失が抑制されるとともに、境界領域７０における発熱が抑制される。

また、バリア領域７４はシリコンからなる半導体基板１２の一部であるため、周囲の領域と熱伝導率が略等しい。したがって、バリア領域７４によって半導体基板１２内における熱伝導が阻害されることはない。実施例１の半導体装置１０では、半導体基板１２の中央部にダイオード領域２０が形成され、そのダイオード領域２０の周囲を囲むようにＩＧＢＴ領域４０が形成されている。このため、ＩＧＢＴ４０がオンしたときにＩＧＢＴ領域４０で発生した熱は、境界領域７０を介してダイオード領域２０に伝わる。ダイオード領域２０とＩＧＢＴ領域４０との間に位置するバリア領域７４が熱伝導率の高い材料でできているため、ＩＧＢＴ領域４０からダイオード領域２０への熱伝導を促進する。このため、ＩＧＢＴ領域４０が高温となることを防止することができる。なお、ＩＧＢＴがオンしたときのＩＧＢＴ領域４０の発熱量は、ダイオードがオンしたときのダイオード領域２０の発熱量よりも大きい。実施例１の半導体装置１０では、ＩＧＢＴ領域４０を外周側に配置することで、ＩＧＢＴ領域４０からの放熱の促進が図られている。これによっても、半導体装置１０の温度上昇が抑えられている。

なお、上述した実施例１では、バリア領域７４がイオン注入により形成されていたが、半導体基板１２の上面にトレンチを形成し、そのトレンチ内にバリア領域７４をエピタキシャル成長させることによってバリア領域７４を形成してもよい。

また、上述した実施例１では、ダイオードドリフト層２７とＩＧＢＴドリフト層４９を分離するようにバリア領域７４が形成されていた。しかしながら、バリア領域７４が境界領域７０内の一部の深さ範囲に形成されており、バリア領域７４が形成されていない位置でダイオードドリフト層２７とＩＧＢＴドリフト層４９が繋がっていてもよい。また、境界領域７０に沿った断面で見たときに、一部の範囲でバリア領域７４が形成されておらず、そのバリア領域７４が形成されていない範囲でダイオードドリフト層２７とＩＧＢＴドリフト層４９が繋がっていてもよい。また、図３に示すように、ダイオード領域２０の外周部にＩＧＢＴ領域４０と隣接していない部分（ダイオード領域２０の上下の辺）が存在する場合には、その部分に対応する位置にはバリア領域７４を形成しなくてもよい。この場合、バリア領域７４が形成されていない部分を介してダイオードドリフト層２７とＩＧＢＴドリフト層４９が繋がっていてもよい。このように、バリア領域７４の位置及び範囲は、適宜変更することができる。これらの場合でも、ダイオードドリフト層２７とＩＧＢＴドリフト層４９の間の少なくとも一部にバリア領域７４が存在していれば、バリア領域７４が存在している境界領域７０において逆電流が抑制される。

次に、実施例２の半導体装置について説明する。図４に示すように、実施例２の半導体装置１００では、バリア領域７４の側面に接する位置にバリア補償領域７６、７８が形成されている。また、実施例２の半導体装置１００では、バリア領域７４とバリア補償領域７６、７８が、半導体基板１２の上面に形成したトレンチ内にシリコンをエピタキシャル成長させることにより形成されている。このため、バリア領域７４及びバリア補償領域７６、７８内には結晶欠陥がほとんど存在しない。実施例２の半導体装置１００のその他の構成は、実施例１の半導体装置１０と等しい。

バリア補償領域７６は、ｐ型である。バリア補償領域７６の上部は分離領域７２に接しており、バリア補償領域７６の下部はバッファ層９２に接している。また、バリア補償領域７６は、ダイオード領域２０側でダイオードドリフト層２７に接している。

バリア補償領域７８は、ｐ型である。バリア補償領域７８の上部は分離領域７２に接しており、バリア補償領域７８の下部はバッファ層９２に接している。また、バリア補償領域７８は、ＩＧＢＴ領域４０側でＩＧＢＴドリフト層４９に接している。

図４に示す断面構造は、境界領域７０に沿って形成されている。したがって、バリア補償領域７６によって、ダイオードドリフト層２７とバリア領域７４が互いに分離されている。また、バリア補償領域７８によって、ＩＧＢＴドリフト層４９とバリア領域７４が互いに分離されている。

実施例２の半導体装置１００では、ダイオード２０に順電圧を印加したときに、矢印１０４に示す経路で流れる電流が極めて小さい。矢印１０４に示す経路はｐｎ接合を通過しており、ｐｎ接合のエネルギー障壁により電流が流れることが抑制されるためである。このため、逆回復動作時に、矢印１０４の逆方向に流れる逆電流は極めて小さい。すなわち、境界領域７０に逆電流が流れ難い。

また、ダイオードの逆回復動作後には、共通電極６０が、アノード電極２２及びエミッタ電極４２よりも高電位となる。このとき、ＩＧＢＴ４０がオフしている状態では、ボディ層４８からＩＧＢＴドリフト層４９内に空乏層が広がるとともに、アノード層２６からダイオードドリフト層２７内に空乏層が広がる。境界領域７０では、分離領域７２からその下のｎ型層内に空乏層が広がる。このとき、バリア領域７４はｎ型不純物濃度が高いため空乏化され難い。しかしながら、第２実施例の半導体装置１００では、バリア補償領域７６、７８からもバリア領域７４内に空乏層が広がる。このため、バリア領域７４内に十分に空乏層を伸展させることができる。したがって、境界領域７０内において空乏層が薄くなることがない。これによって、境界領域７０における絶縁耐圧が向上されている。

また、バリア領域７４とバリア補償領域７６、７８は半導体基板１２と同じシリコンにより形成されており、これらの領域が半導体基板１２内の熱伝導を阻害することはない。

なお、バリア領域７４内のキャリア量が、バリア補償領域７６内のキャリア量とバリア補償領域７８内のキャリア量の合計値により近いことが好ましい。このように各領域のキャリア量を調整すると、バリア領域７４とバリア補償領域７６とバリア補償領域７８の全体を空乏化させることができる。また、このように空乏化された領域内に結晶欠陥が存在していると、結晶欠陥がリーク電流の経路となる。しかしながら、上述した実施例２の半導体装置１００では、バリア領域７４とバリア補償領域７６、７８が、エピタキシャル成長により形成されているので、これらの領域内に結晶欠陥がほとんど存在しない。したがって、これらの領域を介してリーク電流が流れることが抑制されている。

なお、上述した実施例２の半導体装置１００では、バリア補償領域７６、７８がバリア領域７４の側面全体に接するように形成されていた。しかしながら、バリア補償領域７６、７８は、バリア領域７４の側面の一部にのみ接するように形成されていてもよい。また、バリア領域７４とバリア補償領域７６、７８が形成されていない領域が部分的に存在し、その領域内でダイオードドリフト層２７とＩＧＢＴドリフト層４９が繋がっていてもよい。これらの場合でも、バリア補償領域７６、７８がバリア領域７４に接していれば、バリア領域７４に空乏層が広がり易くなり、境界領域７０の絶縁耐圧を向上させることができる。

また、上述した実施例１の半導体装置１０及び実施例２の半導体装置１００では、バッファ領域９２が形成されていたが、バッファ領域９２は形成されていなくてもよい。この場合、カソード層３０をダイオードドリフト層２７に接するように形成し、コレクタ層５２をＩＧＢＴドリフト層４９に接するように形成することができる。

１０：半導体装置
１２：半導体基板
２０：ダイオード領域
２２：アノード電極
２６：アノード層
２６ａ：アノードコンタクト領域
２６ｂ：低濃度アノード層
２７：ダイオードドリフト層
２８：ダイオードバッファ層
３０：カソード層
３９：キャリアライフタイム制御領域
４０：ＩＧＢＴ領域
４２：エミッタ電極
４４：エミッタ領域
４８：ボディ層
４８ａ：ボディコンタクト領域
４８ｂ：低濃度ボディ層
４９：ＩＧＢＴドリフト層
５０：ＩＧＢＴバッファ層
５２：コレクタ層
５４：ゲート電極
５６：ゲート絶縁膜
６０：共通電極
７０：境界領域
７２：分離領域
７４：バリア領域

Claims (5)

1. ダイオード領域とＩＧＢＴ領域を有する半導体基板を備える半導体装置であって、
   ダイオード領域内には、
   ｐ型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されているアノード領域と、
   ｎ型であり、アノード領域の下側でアノード領域に接しているダイオードドリフト領域と、
   ｎ型であり、ダイオードドリフト領域よりｎ型不純物濃度が高く、半導体基板の下面を含むダイオードドリフト領域の下側の範囲に形成されているカソード領域、
   が形成されており、
   ＩＧＢＴ領域内には、
   ｎ型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されているエミッタ領域と、
   ｐ型であり、半導体基板の上面を含む範囲及びエミッタ領域の下側の範囲に形成されており、エミッタ領域に接しているボディ領域と、
   ｎ型であり、ボディ領域の下側でボディ領域に接しており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されているＩＧＢＴドリフト領域と、
   ｐ型であり、半導体基板の下面を含むＩＧＢＴドリフト領域の下側の範囲に形成されているコレクタ領域と、
   エミッタ領域とＩＧＢＴドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向しているゲート電極、
   が形成されており、
   ダイオードドリフト領域とＩＧＢＴドリフト領域の間の少なくとも一部の範囲に、ｎ型であり、ダイオードドリフト領域及びＩＧＢＴドリフト領域よりもｎ型不純物濃度が高いバリア領域が形成されている、
   ことを特徴とする半導体装置。
2. アノード領域とボディ領域の間の半導体基板の上面からアノード領域の下端及びボディ領域の下端よりも深い深さまでの深さ範囲に、ｐ型であり、アノード領域及びボディ領域に接している分離領域が形成されており、
   バリア領域は、分離領域に接している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界部において、バリア領域によってダイオードドリフト領域がＩＧＢＴドリフト領域から分離されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. カソード領域とコレクタ領域が互いに接しており、カソード領域とコレクタ領域の境界がバリア領域の下に位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
5. バリア領域のダイオード領域側の側面に接する範囲に、ｐ型の第１バリア補償領域が形成されており、
   バリア領域のＩＧＢＴ領域側の側面に接する範囲に、ｐ型の第２バリア補償領域が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。

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