JP2016201498A - ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】ピラー領域を有するダイオードにおいて、バリアハイトのばらつきを抑制する。【解決手段】ダイオード１０が、Ｓｉを含有する半導体基板１２と、半導体基板１２の表面に接しているＡｌＳｉ電極６０（上部電極）と、半導体基板１２の表面及びＡｌＳｉ電極６０に接している層間絶縁膜８２を備えている。半導体基板１２は、アノード領域３４と、ｎ型半導体領域３５（ダイオードバリア領域）と、コンタクト領域８０ａと、ダイオードピラー領域３６を備えている。アノード領域３４は、層間絶縁膜８２に接しているｐ型領域である。ｎ型半導体領域３５は、アノード領域３４の裏面側に形成されている。コンタクト領域８０ａは、半導体基板１２とＡｌＳｉ電極６０の界面の一部に形成されており、層間絶縁膜８２に接しているｐ型領域である。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、ダイオードに関する。

特許文献１には、ダイオードが開示されている。このダイオードは、アノード電極と、アノード電極に接するｐ型のアノード領域と、アノード領域の裏面側に形成されているｎ型のカソード領域を備えている。また、このダイオードは、ｎ型のピラー領域を備えている。ピラー領域は、半導体基板の表面からアノード領域を貫通してカソード領域に達している。ピラー領域の上端は、アノード電極に対してショットキー接続されている。このダイオードでは、ピラー領域によってアノード電極とカソード領域が接続されている。このダイオードに印加する順電圧を上昇させていくと、アノード電極から、ピラー領域を経由して、カソード領域に電流が流れる。この電流の主なキャリアは電子であるので、この電流が流れてもカソード領域にはホールはほとんど流入しない。また、カソード領域はピラー領域によってアノード電極に接続されているので、ダイオードに順電圧が印加されても、アノード領域とカソード領域の境界部のｐｎ接合に電位差が生じ難い。このため、このｐｎ接合はこの段階ではオンしない。順電圧をさらに上昇させると、アノード領域とカソード領域の境界部のｐｎ接合がオンする。これによって、アノード領域からカソード領域にホールが流入する。このように、このダイオードでは、ダイオードの順電圧を上昇させるときにアノード領域とカソード領域の境界部のｐｎ接合がオンし難く、これによって、カソード領域にホールが流れることが抑制される。ダイオードへの印加電圧を順電圧から逆電圧に切り換えると、ダイオードが逆回復動作を実行する。すなわち、カソード領域内のホールがアノード電極へ排出され、ダイオードに逆回復電流が流れる。このダイオードでは、ダイオードに順電圧を印加しているときにカソード領域に流入するホールが少ないので、逆回復電流が小さい。したがって、このダイオードでは、逆回復動作時に損失が生じ難い。

特開２０１３−４８２３０号公報

ダイオードのアノード電極にＡｌＳｉ電極を用いる場合、半導体基板の表面にシリコンノジュールが発生する。シリコンノジュールはｐ型半導体の特性を有する。シリコンノジュールがピラー領域とＡｌＳｉ電極とのショットキー接続面に発生すると、そのショットキー接続面におけるバリアハイトが変化する。また、シリコンノジュールは、半導体基板の表面にランダムに発生する。そのため、ショットキー接続面にシリコンノジュールが発生する場合もあるし、ショットキー接続面にシリコンノジュールが発生しない場合もある。このため、従来のピラー領域を有するダイオードでは、ピラー領域とＡｌＳｉ電極とのショットキー接続面におけるバリアハイトのばらつきが大きく、ダイオードの特性のばらつきが大きい。

本明細書が開示するダイオードは、Ｓｉを含有する半導体基板と、半導体基板の表面に接しているＡｌＳｉ電極と、半導体基板の表面及びＡｌＳｉ電極に接している絶縁膜を備えている。半導体基板は、アノード領域と、ｎ型半導体領域と、コンタクト領域と、ピラー領域を備えている。アノード領域は、絶縁膜に接しており、ＡｌＳｉ電極にオーミック接触しているｐ型領域である。ｎ型半導体領域は、アノード領域の裏面側に形成されている。コンタクト領域は、半導体基板とＡｌＳｉ電極の界面の一部に形成されており、絶縁膜に接しているｐ型領域である。ピラー領域は、コンタクト領域の裏面側の位置から裏面側に向かって伸びており、アノード領域を貫通してｎ型半導体領域に達しており、コンタクト領域を介してＡｌＳｉ電極に接続されているｎ型領域である。ピラー領域とＡｌＳｉ電極の間に、ショットキー障壁が存在する。

このダイオードでは、半導体基板とＡｌＳｉ電極の界面の一部に、絶縁膜に接するようにｐ型のコンタクト領域が形成されている。このようなコンタクト領域は、シリコンノジュールが絶縁膜近傍に成長しやすい特性を利用して、以下のように形成することができる。半導体基板上に絶縁膜を形成し、絶縁膜と半導体基板に接するようにＡｌＳｉ電極を形成すると、絶縁膜の縁から半導体基板とＡｌＳｉ電極の界面に沿ってシリコンノジュールが成長する。シリコンノジュールはｐ型半導体であるので、ｐ型のコンタクト領域となる。絶縁膜をピラー領域の近傍に配置することで、シリコンノジュール（すなわち、ｐ型のコンタクト領域）がピラー領域の表面（すなわち、ピラー領域とＡｌＳｉ電極の接続面）に確実に形成される。したがって、このダイオードを量産する際には、ピラー領域とＡｌＳｉ電極の間のショットキー障壁におけるバリアハイトのばらつきを抑制することができる。この構造によれば、ダイオードの特性を安定させることができる。

ダイオード１０の断面図。 絶縁膜がピラー領域とアノード領域にまたがるように配置した図。 絶縁膜がピラー領域とアノード領域に跨って接触している図。 絶縁膜がピラー領域から離れ、アノード領域に接触している図。

図１に示す実施例１のダイオード１０は、半導体基板１２と、半導体基板１２の表面１２ａ及び裏面１２ｂに形成された電極、絶縁体等を備えている。

半導体基板１２は、シリコンにより形成されている。半導体基板１２の表面１２ａには、複数のトレンチ４０が形成されている。各トレンチ４０は、図１の紙面に対して垂直方向に互いに平行に伸びている。

ダイオード１０内の各トレンチ４０の内面は、絶縁膜５２に覆われている。ダイオード１０内の各トレンチ４０の内部には、制御電極５４が配置されている。制御電極５４は、絶縁膜５２によって半導体基板１２から絶縁されている。制御電極５４の表面は、層間絶縁膜５６に覆われている。

半導体基板１２の表面１２ａには、上部電極６０が形成されている。上部電極６０は、層間絶縁膜５６によって制御電極５４から絶縁されている。半導体基板１２の裏面１２ｂには、下部電極６２が形成されている。

ダイオード１０の内部には、アノード領域３４、カソード領域３９、ダイオードピラー領域３６及びコンタクト領域８０ａが形成されている。

アノード領域３４は、ｐ型領域であり、アノードコンタクト領域３４ａと低濃度アノード領域３４ｂを有している。アノード領域３４は、半導体基板１２の表面１２ａに露出している。

アノードコンタクト領域３４ａは、高濃度のｐ型不純物を含有するｐ型領域である。アノードコンタクト領域３４ａは、半導体基板１２の表面１２ａに露出している。アノードコンタクト領域３４ａは、上部電極６０にオーミック接触している。

低濃度アノード領域３４ｂは、アノードコンタクト領域３４ａよりもｐ型不純物濃度が低いｐ型領域である。低濃度アノード領域３４ｂは、アノードコンタクト領域３４ａの下側の領域を含むアノードコンタクト領域３４ａの周囲の領域に形成されている。低濃度アノード領域３４ｂは、絶縁膜５２に接している。また、低濃度アノード領域３４ｂの一部は、アノードコンタクト領域３４ａに隣接する位置で半導体基板１２の表面１２ａまで伸びている。

カソード領域３９は、ｎ型領域であり、アノード領域３４の下側（裏面１２ｂ側）に形成されている。カソード領域３９は、アノード領域３４に接している。カソード領域３９は、半導体基板１２の裏面１２ｂに露出している。カソード領域３９は、下部電極６２にオーミック接触している。カソード領域３９は、ダイオードバリア領域３５、ダイオードドリフト領域３７及びカソードコンタクト領域３８を有している。

ダイオードバリア領域３５は、ｎ型領域であり、アノード領域３４（すなわち、低濃度アノード領域３４ｂ）の下側に形成されている。ダイオードバリア領域３５とアノード領域３４の界面に、ｐｎ接合５９が形成されている。ダイオードバリア領域３５は、アノード領域３４の下側で絶縁膜５２に接している。

ダイオードドリフト領域３７は、ダイオードバリア領域３５及びカソードコンタクト領域３８よりも低いｎ型不純物濃度を有するｎ型領域である。ダイオードドリフト領域３７は、ダイオードバリア領域３５の下側に形成されている。ダイオードドリフト領域３７は、ダイオードバリア領域３５の下側において、トレンチ４０の下端部近傍の絶縁膜５２と接している。

カソードコンタクト領域３８は、ダイオードバリア領域３５及びダイオードドリフト領域３７よりも高濃度のｎ型不純物を含有するｎ型領域である。カソードコンタクト領域３８は、ダイオードドリフト領域３７の下側に形成されている。カソードコンタクト領域３８は、半導体基板１２の裏面１２ｂに露出している。カソードコンタクト領域３８は、下部電極６２にオーミック接触している。

ダイオードピラー領域３６は、ダイオード１０内のトレンチ４０に挟まれた領域のそれぞれに形成されている。ダイオードピラー領域３６は、ｎ型領域であり、アノード領域３４に隣接している。ダイオードピラー領域３６は、半導体基板１２の表面１２ａ近傍の位置から半導体基板１２の厚み方向に長く伸びている。ダイオードピラー領域３６は、アノード領域３４を貫通してダイオードバリア領域３５に達している。ダイオードピラー領域３６の下端は、ダイオードバリア領域３５と繋がっている。

半導体基板１２の表面１２ａには、層間絶縁膜８２が形成されている。層間絶縁膜８２は、ダイオードピラー領域３６の上側の端面の周囲を囲むように形成されている。層間絶縁膜８２に隣接する位置の半導体基板１２の表面１２ａに、ｐ型のコンタクト領域８０が形成されている。コンタクト領域８０は、半導体基板１２と上部電極６０との接触界面に沿って形成されている。より詳細には、層間絶縁膜８２によって囲まれた領域全体に、コンタクト領域８０ａが形成されている。コンタクト領域８０ａは、ダイオードピラー領域３６の上側の端面を覆っている。また、層間絶縁膜８２によって囲まれた領域の外側にも、層間絶縁膜８２に隣接する位置にコンタクト領域８０ｂが形成されている。

ダイオードピラー領域３６は、コンタクト領域８０ａを介して上部電極６０に接続されている。コンタクト領域８０ａの厚みは極めて薄いため、ダイオードピラー領域３６と上部電極６０との接続状態は、主にダイオードピラー領域３６のｎ型不純物濃度によって決まる。ダイオードピラー領域３６のｎ型不純物濃度が低いので、ダイオードピラー領域３６と上部電極６０の間にショットキー障壁が形成されている。すなわち、ダイオードピラー領域３６と上部電極６０の間の界面には、実質的にショットキー接合５８が形成されている。また、ダイオードピラー領域３６と上部電極６０の間のショットキー障壁の大きさは、ｐ型のコンタクト領域８０ａの有無によって変化する。このダイオードでは、全てのダイオードピラー領域３６の表面がコンタクト領域８０ａに覆われているので、各ダイオードピラー領域３６のショットキー障壁の大きさが安定している。

半導体基板１２内には、アノード領域３４、カソード領域３９及びダイオードピラー領域３６等によって、上部電極６０と下部電極６２の間に接続されたダイオードが形成されている。

次に、ダイオード１０の動作について説明する。ダイオードに印加する順電圧（すなわち、上部電極６０が下部電極６２に対してプラスとなる電圧）を徐々に上昇させる場合を考える。順電圧が、ショットキー接合５８の立ち上がり電圧を超えると、ショットキー接合５８がオンする。すると、図１の実線矢印７０に示すように電流（以下、電流７０という）が流れる。すなわち、電子が、実線矢印７０に示す経路を逆向きに流れる。より詳細には、電子が、下部電極６２から、カソードコンタクト領域３８、ダイオードドリフト領域３７、ダイオードバリア領域３５、ダイオードピラー領域３６及びコンタクト領域８０ａを経由して、上部電極６０に流れる。電流７０は電子の流れによるものなので、電流７０が流れてもカソード領域３９にはほとんどホールは流入しない。また、半導体基板１２内には、アノード領域３４とダイオードバリア領域３５によってｐｎ接合５９が形成されている。ｐｎ接合５９に印加される電圧は、上部電極６０とダイオードバリア領域３５の間に印加される電圧と略等しい。ｐｎ接合５９の立ち上がり電圧は、ショットキー接合５８の立ち上がり電圧よりも高いため、この段階ではｐｎ接合５９はオンしない。

さらに順電圧を増加させると、電流７０が増加する。ダイオードピラー領域３６が抵抗を有しているので、電流７０が増加すると、ダイオードバリア領域３５と上部電極６０の間の電圧が上昇する。この電圧がｐｎ接合５９の立ち上がり電圧まで上昇すると、ｐｎ接合５９がオンする。これによって、図１の破線矢印７２に示すように、電流（以下、電流７２という）が流れる。すなわち、破線矢印７２に沿って、ホールが、上部電極６０から、アノード領域３４、ダイオードバリア領域３５、ダイオードドリフト領域３７及びカソードコンタクト領域３８を経由して、下部電極６２に流れる。また、破線矢印７２に示す経路を逆方向に電子が流れる。電流７２が流れると、アノード領域３４からカソード領域３９にホールが流入する。

このように、ダイオード１０では、ダイオードピラー領域３６に電流７０が流れることで、ｐｎ接合５９がオンするタイミングが遅くなる。これによって、カソード領域３９にホールが流入することが抑制される。

その後、ダイオードに印加する電圧を逆電圧に切り換えると、ダイオードが逆回復動作を行う。すなわち、カソード領域３９内に存在するホールが、上部電極６０に排出される。これによって、ダイオードに逆回復電流が流れる。上記の通り、ダイオード１０がオンしているときにカソード領域３９にホールが流入することが抑制されるので、ダイオード１０の逆回復動作時にカソード領域３９から上部電極６０に排出されるホールが少ない。このため、このダイオード１０には、逆回復電流が流れ難い。

上述したように、実施例１のダイオード１０では、各ショットキー接合５８の障壁の大きさが安定している。したがって、各ショットキー接合５８が略同じタイミングでオンすることが可能であり、ダイオード１０は安定して動作することができる。

次に、ダイオード１０の製造方法について説明する。ダイオード１０は、ダイオードドリフト領域３７と略同じｎ型不純物濃度を有するｎ型の半導体基板（加工前の半導体基板１２）から製造される。例えば、ｎ型不純物としてリンを含み、比抵抗が４０〜１００Ωｃｍであり、厚さが８０μｍ〜１６５μｍの半導体基板を用いることができる。

まず、ｎ型の半導体基板にｐ型及びｎ型の不純物を選択的に注入することによって、ダイオードバリア領域３５、ダイオードピラー領域３６及びアノード領域３４を形成する。ダイオードバリア領域３５には、ｎ型不純物としてリンを注入する。ダイオードバリア領域３５は、ｎ型不純物濃度のピーク値が１×１０^１５〜１×１０^１８／ｃｍ^３となるように形成する。ダイオードバリア領域３５は、０．２〜３．０μｍ程度の厚みで形成する。ダイオードピラー領域３６には、ｎ型不純物としてリンを注入する。ダイオードピラー領域３６は、ｎ型不純物濃度のピーク値が８×１０^１３〜１×１０^１８／ｃｍ^３となるように形成する。アノード領域３４には、ｐ型不純物としてボロンを注入する。アノード領域３４は、ｐ型不純物濃度のピーク値が１×１０^１６〜１×１０^１９／ｃｍ^３となるように形成する。アノード領域３４は、０．２〜５．０μｍ程度の厚みで形成する。

次に、半導体基板１２の表面１２ａにトレンチ４０を形成する。トレンチ４０は、深さが４〜６μｍ程度となるように形成する。その後、トレンチ４０内に絶縁膜５２と制御電極５４を形成する。

次に、半導体基板１２の表面１２ａに絶縁膜を形成し、その後、その絶縁膜をパターニングする。これによって、図１に示すように、層間絶縁膜５６、８２を形成する。層間絶縁膜８２は、図１のように、アノード領域３４上に配置される。層間絶縁膜８２は、ダイオードピラー領域３６を取り囲むように配置される。

次に、半導体基板１２の表面１２ａ上に上部電極６０を形成する。ここでは、スパッタリングによって、表面１２ａ上にＡｌまたはＡｌＳｉを成長させることで上部電極６０を形成する。Ａｌを成長させる場合には、Ａｌと半導体基板１２（シリコン基板）との界面にＡｌＳｉ層が形成される。ここでは、上部電極６０全体で厚みが５〜３０μｍとなるように上部電極６０を形成する。スパッタリングの間に、半導体基板１２は、約２６０℃になる。

もしくは、スパッタリングによって表面１２ａ上に複数種類の金属を積層することで上部電極６０を形成してもよい。より詳細には、半導体基板１２側から、Ａｌ（またはＡｌＳｉ）、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕの順で各金属層を積層してもよい。各金属層を積層する場合、これらの金属を合金化させるために半導体基板１２を熱処理する。この場合、約４７０℃で半導体基板１２を熱処理する。

上記したとおり、上部電極６０を形成するためのスパッタリングや熱処理の過程で、半導体基板１２が高温になる。半導体基板１２（すなわち、シリコン）に上部電極６０（すなわち、ＡｌＳｉ層）が接触している状態で半導体基板１２が加熱されると、半導体基板１２の表面１２ａ上にシリコンノジュールが発生する。シリコンノジュールは、ｐ型不純物を含有するｐ型半導体である。シリコンノジュールは、半導体基板１２の表面の絶縁層（すなわち、層間絶縁膜５６、８２）の縁から成長し易い。この製造方法では、層間絶縁膜８２がダイオードピラー領域３６の端面を取り囲むように配置されているので、層間絶縁膜８２によって囲まれたダイオードピラー領域３６の端面上に確実にシリコンノジュールを成長させることができる。成長したシリコンノジュールによって、コンタクト領域８０ａが形成される。

次に、半導体基板１２の裏面１２ｂにｎ型不純物を注入することによって、カソードコンタクト領域３８を形成する。ここでは、ｎ型不純物としてリンを注入する。カソードコンタクト領域３８は、ｎ型不純物濃度のピーク値が１×１０^１８〜１×１０^２１／ｃｍ^３となるように形成する。カソードコンタクト領域３８は、０．２〜３．０μｍの厚みで形成する。

次に、半導体基板１２の裏面１２ｂ上に下部電極６２を形成する。ここでは、スパッタリングによって複数種類の金属を積層することで下部電極６２を形成する。より詳細には、半導体基板１２側から、Ａｌ（またはＡｌＳｉ）、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕの順で各金属層を積層する。また、半導体基板１２側から、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕの順で各金属層を積層してもよい。ここでは、下部電極６２全体で厚みが１〜３０μｍとなるように下部電極６２を形成する。

以上の工程によって、ダイオード１０が完成する。上述したように、この製造方法では、ダイオードピラー領域３６の端面近傍に層間絶縁膜８２を形成し、ダイオードピラー領域３６の端面上に意図的にシリコンノジュールを成長させる。これによって、ダイオードピラー領域３６の端面上に確実にコンタクト領域８０ａが形成される。したがって、各ダイオードピラー領域３６と上部電極６０の間のショットキー障壁の大きさを安定させることができる。従来のように層間絶縁膜８２を形成しない場合には、半導体基板１２の表面１２ａ上にランダムにシリコンノジュールが発生する。このため、シリコンノジュールが発生するダイオードピラー領域３６とシリコンノジュールが発生しないダイオードピラー領域３６があり、ショットキー障壁の大きさが安定しない。これに対し、実施例１の製造方法では、ダイオードピラー領域３６の端面上に確実にシリコンノジュール（すなわち、コンタクト領域８０ａ）が形成されるので、各ダイオードピラー領域３６におけるショットキー障壁の大きさを安定させることができる。また、従来の製造方法では、ダイオード１０の量産時に、量産されるダイオードの間でピラー領域のショットキー障壁の大きさのばらつきが大きい。これに対し、実施例１の製造方法によれば、量産されるダイオードの間におけるショットキー障壁の大きさのばらつきを抑制することもできる。したがって、この製造方法によれば、量産されるダイオードの間での特性のばらつきを抑制することができる。

なお、図３に示すように、層間絶縁膜８２は、アノード領域３４とダイオードピラー領域３６双方に接触していてもよい。また、図４に示すように、層間絶縁膜８２は、アノード領域３４のみに接触していてもよい。すなわち、層間絶縁膜８２は、ダイオードピラー領域３６に接触していなくてもよい。また、層間絶縁膜８２は、ダイオードピラー領域３６の端面を囲むように形成されている必要は必ずしもない。層間絶縁膜８２から伸びるコンタクト領域８０ａによってダイオードピラー領域３６の端面が覆われていれば、層間絶縁膜８２はどのように形成されていてもよい。

図２に示す実施例２の半導体装置１１０は、半導体基板１１２を有している。半導体基板１１２は、ダイオード領域１１４とＩＧＢＴ領域１１６を有している。ダイオード領域１１４内の構造は、上述した実施例１のダイオード１０と等しい。ＩＧＢＴ領域１１６内には、ＩＧＢＴが形成されている。すなわち、半導体装置１１０は、いわゆるＲＣ−ＩＧＢＴである。

ＩＧＢＴ領域１１６内の表面１２ａにも、複数のトレンチ４０が形成されている。各トレンチ４０の内面は、ゲート絶縁膜４２に覆われている。ＩＧＢＴ領域１１６内の各トレンチ４０の内部には、ゲート電極４４が配置されている。ゲート電極４４は、ゲート絶縁膜４２によって半導体基板１１２から絶縁されている。ゲート電極４４の表面は、層間絶縁膜４６に覆われている。なお、制御電極５４の電位は、ゲート電極４４の電位から独立して制御される。

ＩＧＢＴ領域１１６の内部には、エミッタ領域２０、ボディ領域２２、ＩＧＢＴピラー領域２４、ドリフト領域２７及びコレクタ領域３２が形成されている。

エミッタ領域２０は、ｎ型領域であり、半導体基板１１２の表面１１２ａに露出している。エミッタ領域２０は、上部電極６０にオーミック接触している。エミッタ領域２０は、ゲート絶縁膜４２に接している。

ボディ領域２２は、エミッタ領域２０の周囲に形成されており、エミッタ領域２０に接している。また、ボディ領域２２は、エミッタ領域２０の下側で、ゲート絶縁膜４２に接している。すなわち、ゲート電極４４が、ゲート絶縁膜４２を介して、エミッタ領域２０の下側に位置するボディ領域２２に対向している。ボディ領域２２は、ボディコンタクト領域２２ａと低濃度ボディ領域２２ｂを有している。

ボディコンタクト領域２２ａは、高濃度のｐ型不純物を含有するｐ型領域である。ボディコンタクト領域２２ａは、半導体基板１１２の表面１１２ａに露出している。ボディコンタクト領域２２ａは、上部電極６０にオーミック接触している。ボディコンタクト領域２２ａは、エミッタ領域２０に隣接している。

低濃度ボディ領域２２ｂは、ボディコンタクト領域２２ａよりもｐ型不純物濃度が低いｐ型領域である。低濃度ボディ領域２２ｂは、エミッタ領域２０とボディコンタクト領域２２ａの下側に形成されている。低濃度ボディ領域２２ｂは、エミッタ領域２０の下側でゲート絶縁膜４２に接している。また、低濃度ボディ領域２２ｂの一部は、ボディコンタクト領域２２ａに隣接する位置で半導体基板１１２の表面１１２ａまで伸びている。

ドリフト領域２７は、ｎ型領域であり、ボディ領域２２の下側（裏面１１２ｂ側）に形成されている。ドリフト領域２７は、ボディ領域２２に接している。ドリフト領域２７は、ＩＧＢＴバリア領域２３及び低濃度ドリフト領域２６を有している。

ＩＧＢＴバリア領域２３は、ｎ型領域であり、ボディ領域２２（すなわち、低濃度ボディ領域２２ｂ）の下側に形成されている。ＩＧＢＴバリア領域２３とボディ領域２２の境界に、ｐｎ接合４９が形成されている。ＩＧＢＴバリア領域２３は、ボディ領域２２によってエミッタ領域２０から分離されている。ＩＧＢＴバリア領域２３は、ボディ領域２２の下側でゲート絶縁膜４２に接している。

低濃度ドリフト領域２６は、エミッタ領域２０及びＩＧＢＴバリア領域２３よりも低濃度のｎ型不純物を含有するｎ型領域である。低濃度ドリフト領域２６は、ＩＧＢＴバリア領域２３の下側に形成されている。低濃度ドリフト領域２６は、トレンチ４０の下端部近傍のゲート絶縁膜４２と接している。

コレクタ領域３２は、高濃度のｐ型不純物を含有するｐ型領域である。コレクタ領域３２は、ドリフト領域２７の下側に形成されている。コレクタ領域３２は、ドリフト領域２７によってボディ領域２２から分離されている。コレクタ領域３２は、半導体基板１１２の裏面１１２ｂに露出している。コレクタ領域３２は、下部電極６２にオーミック接触している。

ＩＧＢＴピラー領域２４は、ＩＧＢＴ領域１１６内のトレンチ４０に挟まれた領域のそれぞれに形成されている。ＩＧＢＴピラー領域２４は、ｎ型領域であり、ボディ領域２２に隣接している。ＩＧＢＴピラー領域２４は、半導体基板１１２の表面１１２ａから半導体基板１１２の厚み方向に長く伸びている。ＩＧＢＴピラー領域２４は、ボディ領域２２を貫通してＩＧＢＴバリア領域２３に達している。ＩＧＢＴピラー領域２４の下端は、ＩＧＢＴバリア領域２３と繋がっている。

半導体基板１１２の表面１１２ａには、層間絶縁膜８２が形成されている。層間絶縁膜８２は、ＩＧＢＴピラー領域２４の上側の端面の周囲を囲むように形成されている。層間絶縁膜８２に隣接する位置の半導体基板１１２の表面１１２ａに、ｐ型のコンタクト領域８０が形成されている。コンタクト領域８０は、半導体基板１１２と上部電極６０との接触界面に沿って形成されている。より詳細には、層間絶縁膜８２によって囲まれた領域全体に、コンタクト領域８０ａが形成されている。コンタクト領域８０ａは、ＩＧＢＴピラー領域２４の上側の端面を覆っている。

ＩＧＢＴピラー領域２４は、コンタクト領域８０ａを介して上部電極６０に接続されている。コンタクト領域８０ａの厚みは極めて薄いため、ＩＧＢＴピラー領域２４と上部電極６０との接続状態は、主にＩＧＢＴピラー領域２４のｎ型不純物濃度によって決まる。ＩＧＢＴピラー領域２４のｎ型不純物濃度が低いので、ＩＧＢＴピラー領域２４と上部電極６０の間にショットキー障壁が形成されている。すなわち、ＩＧＢＴピラー領域２４と上部電極６０の間の界面には、実質的にショットキー接合４８が形成されている。また、ＩＧＢＴピラー領域２４と上部電極６０の間のショットキー障壁の大きさは、ｐ型のコンタクト領域８０ａの有無によって変化する。ＩＧＢＴ領域１１６では、全てのＩＧＢＴピラー領域２４の表面がコンタクト領域８０ａに覆われているので、各ＩＧＢＴピラー領域２４のショットキー障壁の大きさが安定している。

ＩＧＢＴ領域１１６内には、エミッタ領域２０、ボディ領域２２、ＩＧＢＴピラー領域２４、ドリフト領域２７、コレクタ領域３２及びゲート電極４４等によって、上部電極６０と下部電極６２の間に接続されたＩＧＢＴが形成されている。

また、ＩＧＢＴ領域１１６内には、ボディ領域２２とＩＧＢＴバリア領域２３の界面のｐｎ接合によって寄生ダイオードが形成されている。また、ＩＧＢＴピラー領域２４と上部電極６０の間にショットキー接合４８が形成されている。ＩＧＢＴ領域１１６内の寄生ダイオードとショットキー接合４８は、実施例１のダイオード１０と同様に動作する。したがって、ＩＧＢＴ領域１１６内の寄生ダイオードによって低濃度ドリフト領域２６内にホールが流入することが抑制される。また、ＩＧＢＴ領域１１６内のＩＧＢＴピラー領域２４と上部電極６０の間にコンタクト領域８０ａが形成されているので、これらの間のショットキー障壁の大きさが安定する。したがって、ＩＧＢＴの特性も安定する。

また、図２の実線矢印９０に示すように、ＩＧＢＴがオフしているときにＩＧＢＴ領域１１６にリーク電流（以下、リーク電流９０という）が流れる場合がある。リーク電流９０は、下部電極６２から、コレクタ領域３２、ドリフト領域２７、ＩＧＢＴピラー領域２４及びコンタクト領域８０ａを経由して上部電極６０へ流れる。この半導体装置１１０では、ＩＧＢＴピラー領域２４と上部電極６０の間のショットキー障壁の大きさが安定している。このため、この半導体装置１１０を量産したときに、半導体装置の間でリーク電流９０の流れ易さにばらつきが生じ難い。

なお、上述した実施例１、２では、ダイオードドリフト領域３７がカソードコンタクト領域３８に接していた。また、低濃度ドリフト領域２６がコレクタ領域３２に接していた。しかしながら、ダイオードドリフト領域３７とカソードコンタクト領域３８の間に、ｎ型のバッファ領域が形成されていてもよい。バッファ領域のｎ型不純物濃度は、ダイオードドリフト領域３７よりも高く、カソードコンタクト領域３８よりも低くすることができる。また、低濃度ドリフト領域２６とコレクタ領域３２の間に、ｎ型のバッファ領域が形成されていてもよい。

また、上述した実施例１、２では、ダイオードバリア領域３５がダイオードドリフト領域３７に接していた。さらに、ＩＧＢＴバリア領域２３が低濃度ドリフト領域２６に接していた。しかしながら、ダイオードバリア領域３５とダイオードドリフト領域３７の間にｐ型領域が介在していもてよい。また、ＩＧＢＴバリア領域２３と低濃度ドリフト領域２６の間にｐ型領域が介在していてもてよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。
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み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わ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目的を同時に達成するものであり、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。

１０ ：ダイオード
１２ ：半導体基板
１２ａ ：表面
１２ｂ ：裏面
２０ ：エミッタ領域
２２ ：ボディ領域
２２ａ ：ボディコンタクト領域
２２ｂ ：低濃度ボディ領域
２３ ：ＩＧＢＴバリア領域
２４ ：ＩＧＢＴピラー領域
２６ ：低濃度ドリフト領域
２７ ：ドリフト領域
３２ ：コレクタ領域
３４ ：アノード領域
３４ａ ：アノードコンタクト領域
３４ｂ ：低濃度アノード領域
３５ ：ダイオードバリア領域
３６ ：ダイオードピラー領域
３７ ：ダイオードドリフト領域
３８ ：カソードコンタクト領域
３９ ：カソード領域
４０ ：トレンチ
４２ ：ゲート絶縁膜
４４ ：ゲート電極
４６ ：層間絶縁膜
４８ ：ショットキー接合
４９ ：ｐｎ接合
５２ ：絶縁膜
５４ ：制御電極
５６ ：層間絶縁膜
５８ ：ショットキー接合
５９ ：ｐｎ接合
６０ ：上部電極
６２ ：下部電極
７０ ：電流
７２ ：電流
８０ ：コンタクト領域
８０ａ ：コンタクト領域
８０ｂ ：コンタクト領域
８２ ：層間絶縁膜
９０ ：リーク電流
１１０ ：半導体装置
１１２ ：半導体基板
１１２ａ ：表面
１１２ｂ ：裏面
１１４ ：ダイオード領域
１１６ ：ＩＧＢＴ領域

Claims (1)

1. ダイオードであって、
   Ｓｉを含有する半導体基板と、
   前記半導体基板の表面に接しているＡｌＳｉ電極と、
   前記表面及び前記ＡｌＳｉ電極に接している絶縁膜、
   を備えており、
   前記半導体基板が、
   前記絶縁膜に接しており、前記ＡｌＳｉ電極にオーミック接触しているｐ型のアノード領域と、
   前記アノード領域の裏面側に形成されているｎ型半導体領域と、
   前記半導体基板と前記ＡｌＳｉ電極の界面の一部に形成されており、前記絶縁膜に接しているｐ型のコンタクト領域と、
   前記コンタクト領域の裏面側の位置から裏面側に向かって伸びており、前記アノード領域を貫通して前記ｎ型半導体領域に達しており、前記コンタクト領域を介して前記ＡｌＳｉ電極に接続されているｎ型のピラー領域、
   を備えており、
   前記ピラー領域と前記ＡｌＳｉ電極の間に、ショットキー障壁が存在する、
   ダイオード。

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