JP2016225345A - 逆導通ｉｇｂｔ - Google Patents

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Abstract

【課題】 ダイオード領域にバリア領域が設けられている逆導通ＩＧＢＴにおいて、ＩＧＢＴ構造の電力損失の低下とダイオード構造の逆回復特性の改善を両立させる技術を提供する。
【解決手段】 逆導通ＩＧＢＴ１は、半導体基板１０のＩＧＢＴ領域１４ａに設けられている格子状のレイアウトを有するトレンチゲート部３０及び半導体基板１０のダイオード領域１４ｂに設けられているストライプ状のレイアウトを有するダミートレンチ部４０を備える。半導体基板１０のダイオード領域１４ｂは、ｐ型のボディ領域（アノード領域）２５、ｎ-型のドリフト領域２３及びバリア領域２４を含む。バリア領域２４は、半導体基板１０の上面から伸びるピラー領域２６を介してエミッタ電極３８に電気的に接続されている。
【選択図】図２

Description

本明細書で開示する技術は、逆導通ＩＧＢＴ（Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor）に関する。
例えば車載用のパワーデバイスとして用いられる逆導通ＩＧＢＴの開発が進められている。逆導通ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ構造が設けられているＩＧＢＴ領域とダイオード構造が設けられているダイオード領域に区画されている半導体基板を備える。ダイオード構造は、ＩＧＢＴ構造に対して逆並列に接続されており、フリーホイーリングダイオードとして動作する。
特許文献１は、半導体基板のダイオード領域にｎ型のバリア領域が設けられた逆導通ＩＧＢＴを開示する。ｎ型のバリア領域は、ｐ型のアノード領域とｎ型のドリフト領域の間に設けられており、ドリフト領域の不純物濃度よりも濃い不純物濃度を有する。バリア領域は、半導体基板の上面から伸びるピラー部を介してエミッタ電極（ダイオード構造におけるアノード電極）に電気的に接続されている。このため、バリア領域の電位がエミッタ電極の電位に近い電位に維持されるので、アノード領域とバリア領域で構成されるｐｎ接合の順方向に加わる電圧が低く抑えられる。これにより、アノード領域からドリフト領域に注入される正孔量が低下し、ダイオード構造の逆回復特性が改善する。
特開２０１３−４８２３０号公報（特に、図１６−１７，４７−５０）
この種の逆導通ＩＧＢＴでは、ＩＧＢＴ領域にトレンチゲート部が設けられていることが多い。さらに、この種の逆導通ＩＧＢＴでは、ダイオード領域の電界を緩和するために、ダイオード領域にトレンチ部が設けられていることが多い。なお、本明細書で記載する「トレンチ部」には、トレンチゲート部から電気的に絶縁されているタイプ及びトレンチゲート部に電気的に接続されているタイプが挙げられる。また、トレンチゲート部から電気的に絶縁されている「トレンチ部」のタイプには、エミッタ電極に電気的に接続されているタイプ及び電位がフローティングとなるタイプが挙げられる。特許文献１に開示されるように、ＩＧＢＴ領域のトレンチゲート部とダイオード領域のトレンチ部は、対称性を考慮して、共通のレイアウトを有するように構成されている。
本発明者らの検討によると、ＩＧＢＴ領域のトレンチゲート部が格子状のレイアウトを有するように構成されると、ＩＧＢＴ領域のキャリア濃度が濃くなり、ＩＧＢＴ構造の電力損失が低下することが分かってきた。このため、ＩＧＢＴ領域のトレンチゲート部は、格子状のレイアウトを有するのが望ましい。
この場合、対称性を考慮して、ダイオード領域のトレンチ部も格子状のレイアウトを有するように構成されると、以下の課題の存在が明らかになってきた。ダイオード領域のトレンチ部が格子状のレイアウトを有すると、格子状のトレンチ部によってダイオード領域に設けられているバリア領域が複数に分割される。上記したように、バリア領域は、ピラー部を介してエミッタ電極に電気的に接続する必要がある。このため、バリア領域が正孔注入を抑える機能を発揮するためには、バリア領域の分割部分の各々が、ピラー部を介してエミッタ電極に電気的に接続されなければならない。しかしながら、バリア領域の分割部分に対応したピラー部に形成不良があると、そのピラー部とエミッタ電極の電気的な接続が不良となる。これにより、そのピラー部に対応したバリア領域の分割部分が機能しなくなり、ダイオード構造の逆回復特性が悪化する。
本明細書は、ダイオード領域にバリア領域が設けられている逆導通ＩＧＢＴにおいて、ＩＧＢＴ構造の電力損失の低下とダイオード構造の逆回復特性の改善を両立させる技術を提供する。
本明細書で開示する逆導通ＩＧＢＴの一実施形態は、半導体基板、下面電極、上面電極、トレンチゲート部及びトレンチ部を備える。半導体基板は、ＩＧＢＴ構造が設けられているＩＧＢＴ領域とダイオード構造が設けられているダイオード領域に区画されている。下面電極は、半導体基板のＩＧＢＴ領域及びダイオード領域の双方の下面に接する。上面電極は、半導体基板のＩＧＢＴ領域及びダイオード領域の双方の上面に接する。トレンチゲート部は、半導体基板のＩＧＢＴ領域に設けられており、半導体基板の上面に対して直交する方向から見たときに格子状のレイアウトを有する。トレンチ部は、半導体基板のダイオード領域に設けられており、半導体基板の上面に対して直交する方向から見たときにストライプ状のレイアウトを有する。トレンチ部は、第１方向に沿って伸びる複数のストライプトレンチを有する。半導体基板のダイオード領域は、第１導電型のアノード領域、第２導電型のドリフト領域及び第２導電型のバリア領域を有する。アノード領域は、隣り合うストライプトレンチの間に設けられており、半導体基板の上面に露出しており、上面電極に接する。ドリフト領域は、アノード領域の下方に設けられている。バリア領域は、隣り合うストライプトレンチの間に設けられており、アノード領域とドリフト領域の間に設けられており、ドリフト領域の不純物濃度よりも濃い不純物濃度を含む。バリア領域は、半導体基板の上面から伸びるピラー部を介して上面電極に電気的に接続されている。
上記実施形態の逆導通ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ領域のトレンチゲート部が格子状のレイアウトを有し、ダイオード領域のトレンチ部がストライプ状のレイアウトを有する。ＩＧＢＴ領域のトレンチゲート部が格子状のレイアウトを有するので、ＩＧＢＴ領域のキャリア密度が濃くなり、ＩＧＢＴ構造の電力損失が低下する。一方、ダイオード領域のトレンチ部は、第１方向に沿って伸びる複数のストライプトレンチを有する。このため、ダイオード領域に設けられているバリア領域は、第１方向においてトレンチ部によって分割されることがなく、第１方向に沿って広範囲に広がることができる。したがって、第１方向に広範囲に広がるバリア領域のどこかでピラー部を介して上面電極に対して電気的な接続が確保できれば、そのバリア領域の全体が上面電極に電気的に接続される。これにより、バリア領域は、アノード領域からドリフト領域に注入される正孔量を低下させ、ダイオード構造の逆回復特性を改善することができる。このように、上記実施形態の逆導通ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ領域のトレンチゲート部とダイオード領域のトレンチ部のレイアウトが異なることにより、ＩＧＢＴ構造の電力損失の低下とダイオード構造の逆回復特性の改善を両立させることができる。
逆導通ＩＧＢＴの全体レイアウトの概略を模式的に示す。 逆導通ＩＧＢＴのＩＧＢＴ領域とダイオード領域の境界範囲の要部断面図を模式的に示す（図３のII-II線に対応した断面図である）。 逆導通ＩＧＢＴの半導体基板の上面図を模式的に示す（図２のIII-III線に対応した断面図である）。 逆導通ＩＧＢＴの層間絶縁膜の断面図を模式的に示す（図２のIV-IV線に対応した断面図である）。 トレンチゲート部とダミートレンチ部のレイアウトの一例を模式的に示す。 トレンチゲート部とダミートレンチ部のレイアウトの一例を模式的に示す。 トレンチゲート部とダミートレンチ部のレイアウトの一例を模式的に示す。 逆導通ＩＧＢＴの半導体基板の上面図を模式的に示す。 変形例に係る逆導通ＩＧＢＴのＩＧＢＴ領域とダイオード領域の境界範囲の要部断面図を模式的に示す。 変形例に係る逆導通ＩＧＢＴのＩＧＢＴ領域とダイオード領域の境界範囲の要部断面図を模式的に示す。 変形例に係る逆導通ＩＧＢＴの半導体基板の上面図を模式的に示す。 変形例に係る逆導通ＩＧＢＴの層間絶縁膜の断面図を模式的に示す。 変形例に係る逆導通ＩＧＢＴの半導体基板の上面図を模式的に示す。 変形例に係る逆導通ＩＧＢＴの層間絶縁膜の断面図を模式的に示す。 変形例に係る逆導通ＩＧＢＴの半導体基板の上面図を模式的に示す。 変形例に係る逆導通ＩＧＢＴの層間絶縁膜の断面図を模式的に示す。 変形例に係る逆導通ＩＧＢＴのＩＧＢＴ領域とダイオード領域の境界範囲の要部断面図を模式的に示す。
図１に示されるように、逆導通ＩＧＢＴ１は、素子部１４及び終端部１６に区画された半導体基板１０を備える。一例では、半導体基板１０は、４０〜１００Ωｃｍの比抵抗を有するｎ-型のＳｉ単結晶基板であり、その厚みが８０〜１６５μｍである。半導体基板１０の中心側に区画されている素子部１４は、電流が厚み方向（ｚ軸方向）に流れる部分であり、後述するＩＧＢＴ構造及びダイオード構造が設けられている。半導体基板１０の周縁側に区画されている終端部１６は、半導体基板１０の周縁側の電界を緩和する部分であり、ガードリング等の耐圧構造が設けられている。また、半導体基板１０の終端部１６上には、ゲートパッド１２が設けられている。このゲートパッド１２にはゲート配線（図示省略）が接続されており、そのゲート配線が半導体基板１０の終端部１６上に配設されている。
半導体基板１０の素子部１４はさらに、ＩＧＢＴ構造が設けられているＩＧＢＴ領域１４ａとダイオード構造が設けられているダイオード領域１４ｂに区画されている。ＩＧＢＴ領域１４ａ及びダイオード領域１４ｂの各々は、ｘ軸方向を長手方向とする矩形状である。また、ＩＧＢＴ領域１４ａとダイオード領域１４ｂは、ｙ軸方向に交互に繰り返すように配置されている。ｙ軸方向におけるＩＧＢＴ領域１４ａの長さは、半導体基板１０の厚みよりも厚く設定されるのが望ましい。一例では、半導体基板１０の厚みが約１２０μｍの場合、ｙ軸方向におけるＩＧＢＴ領域１４ａの長さは約７００μｍである。ｙ軸方向におけるダイオード領域１４ｂの長さは、半導体基板１０の厚みよりも厚く設定されるのが望ましい。一例では、半導体基板１０の厚みが約１２０μｍの場合、ｙ軸方向におけるダイオード領域１４ｂの長さは約３００μｍである。図１の符号１８は、ＩＧＢＴ領域１４ａとダイオード領域１４ｂの境界範囲１８を示す。以下、本実施形態の逆導通ＩＧＢＴ１の特徴が良く表れている境界範囲１８を参照し、本実施形態の逆導通ＩＧＢＴ１を説明する。
図２に示されるように、逆導通ＩＧＢＴ１は、半導体基板１０、半導体基板１０の下面を被覆するコレクタ電極３６及び半導体基板１０の上面を被覆するエミッタ電極３８を備える。コレクタ電極３６は、ＡｌＳｉ（又はＡｌ）／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ又はＴｉ／Ｎｉ／Ａｕの積層電極であり、その厚みが１〜３０μｍである。エミッタ電極３８は、Ａｌ又はＡｌＳｉの単層電極、又は、ＡｌＳｉ（又はＡｌ）／Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの積層電極であり、その厚みが３〜３０μｍである。半導体基板１０は、ＩＧＢＴ構造が設けられているＩＧＢＴ領域１４ａ、ダイオード構造が設けられているダイオード領域１４ｂ、及び、ＩＧＢＴ領域１４ａとダイオード領域１４ｂの間に位置する境界領域１４ａｂに区画されている。逆導通ＩＧＢＴ１はさらに、ＩＧＢＴ領域１４ａに設けられているトレンチゲート部３０、ダイオード領域１４ｂに設けられているダミートレンチ部４０、及び、半導体基板１０の上面に設けられている層間絶縁膜５２を備える。
半導体基板１０は、ｐ型のコレクタ領域２１、ｎ型のカソード領域２２、ｎ-型のドリフト領域２３、ｎ型のバリア領域２４、ｐ型のボディ領域２５、ｎ型のピラー領域２６、ｎ+型のエミッタ領域２７を有する。
コレクタ領域２１は、ＩＧＢＴ領域１４ａ及び境界領域１４ａｂの一部に配置されている。コレクタ領域２１は、半導体基板１０の下層部の一部に設けられており、半導体基板１０の下面に露出する。コレクタ領域２１は、その不純物濃度が濃く、コレクタ電極３６にオーミック接触する。コレクタ領域２１は、例えば、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の下面からボロンを導入することで形成される。一例では、コレクタ領域２１のピーク不純物濃度が１×１０15〜１０19ｃｍ-3であり、その厚みが０．２〜３μｍである。
カソード領域２２は、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂの一部に配置されている。カソード領域２２は、半導体基板１０の下層部の一部に設けられており、半導体基板１０の下面に露出する。カソード領域２２は、その不純物濃度が濃く、コレクタ電極３６にオーミック接触する。カソード領域２２は、例えば、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の下面からリンを導入することで形成される。一例では、カソード領域２２のピーク不純物濃度が１×１０18〜１０21ｃｍ-3であり、その厚みが０．２〜３μｍである。
ドリフト領域２３は、ＩＧＢＴ領域１４ａ、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂに配置されている。ドリフト領域２３は、ＩＧＢＴ領域１４ａ及び境界領域１４ａｂの一部において、コレクタ領域２１とバリア領域２４の間に設けられている。ドリフト領域２３は、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂの一部において、カソード領域２２とバリア領域２４の間に設けられている。ドリフト領域２３は、半導体基板１０に他の領域を形成した残部であり、不純物濃度は厚み方向に一定である。
バリア領域２４は、ＩＧＢＴ領域１４ａ、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂに配置されている。バリア領域２４は、ドリフト領域２３とボディ領域２５の間に設けられている。ＩＧＢＴ領域１４ａに配置されているバリア領域２４は、隣り合うトレンチゲート部３０の間に設けられており、隣り合うトレンチゲート部３０の双方の側面に接するように面的に広がる形態を有する。ＩＧＢＴ領域１４ａに配置されているバリア領域２４の電位は、フローティングである。ダイオード領域１４ｂに配置されているバリア領域２４は、隣り合うダミートレンチ部４０の間に設けられており、隣り合うダミートレンチ部４０の双方の側面に接するように面的に広がる形態を有する。ダイオード領域１４ｂに配置されているバリア領域２４は、ピラー領域２６を介してエミッタ電極３８に電気的に接続されている。境界領域１４ａｂに配置されているバリア領域２４は、トレンチゲート部３０とダミートレンチ部４０の間に設けられており、トレンチゲート部３０とダミートレンチ部４０の双方の側面に接するように面的に広がる形態を有する。境界領域１４ａｂに配置されているバリア領域２４は、ピラー領域２６を介してエミッタ電極３８に電気的に接続されている。バリア領域２４は、例えば、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の上面からリンを導入することで形成される。一例では、バリア領域２４のピーク不純物濃度が１×１０15〜１０18ｃｍ-3であり、その厚みが０．２〜３μｍである。
ボディ領域２５は、ＩＧＢＴ領域１４ａ、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂに配置されている。ボディ領域２５は、半導体基板１０の上層部に設けられており、半導体基板１０の上面に露出する。ボディ領域２５は、その不純物濃度が濃く、エミッタ電極３８にオーミック接触する。必要に応じて、ボディ領域２５は、エミッタ電極３８と接触する部分に不純物濃度が濃いコンタクト領域を有していてもよい。ＩＧＢＴ領域１４ａに配置されているボディ領域２５は、隣り合うトレンチゲート部３０の間に設けられており、隣り合うトレンチゲート部３０の双方の側面に接する。ダイオード領域１４ｂに配置されているボディ領域２５は、隣り合うダミートレンチ部４０の間に設けられており、隣り合うダミートレンチ部４０の双方の側面に接する。ダイオード領域１４ｂに配置されているボディ領域２５は、アノード領域とも称される。境界領域１４ａｂに配置されているボディ領域２５は、トレンチゲート部３０とダミートレンチ部４０の間に設けられており、トレンチゲート部３０とダミートレンチ部４０の双方の側面に接する。ボディ領域２５は、例えば、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の上面からボロンを導入することで形成される。一例では、ボディ領域２５のピーク不純物濃度が１×１０16〜１０19ｃｍ-3であり、その厚みが０．２〜５μｍである。
ピラー領域２６は、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂに配置されている。ピラー領域２６は、半導体基板１０の上面からボディ領域２５を貫通してバリア領域２４に達するように設けられており、エミッタ電極３８とバリア領域２４を電気的に接続する。ピラー領域２６は、エミッタ電極３８にショットキー接触するように、その不純物濃度が調整されている。ダイオード領域１４ｂに配置されているピラー領域２６は、隣り合うダミートレンチ部４０の間に設けられており、隣り合うダミートレンチ部４０の双方からボディ領域２５によって分離されている。境界領域１４ａｂに配置されているピラー領域２６は、トレンチゲート部３０とダミートレンチ部４０の間に設けられており、トレンチゲート部３０とダミートレンチ部４０の双方からボディ領域２５によって分離されている。ピラー領域２６は、例えば、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の上面からリンを導入することで形成される。一例では、ピラー領域２６のピーク不純物濃度が８×１０13〜１×１０18ｃｍ-3である。
エミッタ領域２７は、ＩＧＢＴ領域１４ａ及び境界領域１４ａｂに配置されている。エミッタ領域２７は、半導体基板１０の上層部に設けられており、半導体基板１０の上面に露出する。エミッタ領域２７は、その不純物濃度が濃く、エミッタ電極３８にオーミック接触する。エミッタ領域２７は、例えば、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の上面からヒ素又はリンを導入することで形成される。一例では、エミッタ領域２７のピーク不純物濃度が１×１０18〜１０21ｃｍ-3であり、その厚みが０．２〜１．５μｍである。
トレンチゲート部３０は、ＩＧＢＴ領域１４ａにおいて、エミッタ領域２７、ボディ領域２５及びバリア領域２４を貫通してドリフト領域２３に達するように深さ方向に伸びている。エミッタ領域２７、ボディ領域２５及びバリア領域２４は、トレンチゲート部３０の側面に接する。ドリフト領域２３は、トレンチゲート部３０の側面及び底面に接する。トレンチゲート部３０は、トレンチゲート絶縁膜３２とトレンチゲート電極３４を有する。トレンチゲート電極３４は、トレンチゲート絶縁膜３２によって半導体基板１０から絶縁されている。一例では、トレンチゲート部３０の深さは、３〜７μｍである。
ダミートレンチ部４０は、ボディ領域２５及びバリア領域２４を貫通してドリフト領域２３に達するように深さ方向に伸びている。ボディ領域２５及びバリア領域２４は、ダミートレンチ部４０の側面に接する。ドリフト領域２３は、ダミートレンチ部４０の側面及び底面に接する。ダミートレンチ部４０は、ダミートレンチ絶縁膜４２とダミートレンチ電極４４を有する。ダミートレンチ電極４４は、ダミートレンチ絶縁膜４２によって半導体基板１０から絶縁されている。一例では、ダミートレンチ部４０の深さは、３〜７μｍである。
図３に示されるように、逆導通ＩＧＢＴ１では、トレンチゲート部３０とダミートレンチ部４０のレイアウトが異なることを特徴とする。ＩＧＢＴ領域１４ａに設けられているトレンチゲート部３０は、格子状のレイアウトを有することを特徴とする。ダイオード領域１４ｂに設けられているダミートレンチ部４０は、ストライプ状のレイアウトを有することを特徴とする。
図５に、トレンチゲート部３０とダミートレンチ部４０のレイアウトを模式的に表した図を示す。便宜の上で、トレンチゲート部３０を斜線ハッチングで示し、ダミートレンチ部４０をドットハッチングで示す。
ＩＧＢＴ領域１４ａに設けられているトレンチゲート部３０は、複数の第１トレンチゲート３０Ａ及び複数の第２トレンチゲート３０Ｂを有する。複数の第１トレンチゲート３０Ａは、ｘ軸方向に沿って伸びている。複数の第２トレンチゲート３０Ｂは、隣り合う第１トレンチゲート３０Ａの間をｙ軸方向に沿って伸びている。ｙ軸方向における複数の第１トレンチゲート３０Ａのピッチ長（３０Ｌａ）とｘ軸方向における複数の第２トレンチゲート３０Ｂのピッチ長（３０Ｌｂ）は等しい。このため、一対の第１トレンチゲート３０Ａと一対の第２トレンチゲート３０Ｂで構成される環状部分の形状は、正方形である。一例では、これらのピッチ長（３０Ｌａ，３０Ｌｂ）は、４〜６μｍである。複数の第１トレンチゲート３０Ａの端部は、終端部１６（図１参照）にまで伸びており、その終端部１６においてトレンチゲート電極３４がゲート配線に電気的に接続される。
ダイオード領域１４ｂに設けられているダミートレンチ部４０は、ｘ軸方向に沿って伸びる複数のストライプダミートレンチ４０Ａを有する。即ち、複数のストライプダミートレンチ４０Ａは、トレンチゲート部３０の第１トレンチゲート３０Ａに対して平行に伸びている。ｙ軸方向における複数のストライプダミートレンチ４０Ａのピッチ長（４０Ｌ）は、ｙ軸方向における複数の第１トレンチゲート３０Ａのピッチ長（３０Ｌａ）及びｘ軸方向における複数の第２トレンチゲート３０Ｂのピッチ長（３０Ｌｂ）に等しい。一例では、ｙ軸方向における複数のストライプダミートレンチ４０Ａのピッチ長（４０Ｌ）は、４〜６μｍである。複数のストライプダミートレンチ４０Ａの端部は、終端部１６（図１参照）にまで伸びている。隣り合うストライプダミートレンチ４０Ａは、終端部１６において連結するように構成されていてもよい。この例では、ストライプダミートレンチ４０Ａのダミートレンチ電極４４は、エミッタ電極３８に電気的に接続されている。この例に代えて、ストライプダミートレンチ４０Ａのダミートレンチ電極４４の電位は、フローティングであってもよい。
なお、図５に示すレイアウトは一例であり、トレンチゲート部３０とダミートレンチ部４０には、他のレイアウトを採用することができる。例えば、図６に示されるように、トレンチゲート部３０は、ｙ軸方向に分割された格子状のレイアウトを有していてもよい。この例では、分割されたトレンチゲート部３０の各々は、一対の第１トレンチゲート３０Ａと複数の第２トレンチゲート３０Ｂで構成されており、梯子状のレイアウトを有する。また、図７に示されるように、分割されたトレンチゲート部３０の間にダミートレンチ部４０が設けられていてもよい。
図４に、半導体基板１０の上面に設けられている層間絶縁膜５２のレイアウトを示す。層間絶縁膜５２は、半導体基板１０の上面とエミッタ電極３８の間に設けられている。層間絶縁膜５２には、エミッタ電極３８が半導体基板１０の上面に接するための複数の開口５２ａが形成されている。このため、層間絶縁膜５２は、格子状のレイアウトを有するように構成されている。層間絶縁膜５２の複数の開口５２ａは、ＩＧＢＴ領域１４ａにおいて、格子状のトレンチゲート部３０で囲まれる半導体基板１０の上面の各々に対応して分散配置されている。層間絶縁膜５２の複数の開口５２ａは、ダイオード領域１４ｂにおいて、隣り合うストライプダミートレンチ４０Ａの間の半導体基板１０の上面に対応してｘ軸方向に沿って分散配置されている。層間絶縁膜５２の複数の開口５２ａは、境界領域１４ａｂにおいて、第１トレンチゲート３０Ａとストライプダミートレンチ４０Ａの間の半導体基板１０の上面に対応してｘ軸方向に沿って分散配置されている。層間絶縁膜５２の複数の開口５２ａは、ＩＧＢＴ領域１４ａ、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂの全領域に亘って、共通形状の繰返しパターンを有する。この例では、層間絶縁膜５２の開口５２ａは、トレンチゲート部３０の環状部分に対して相似な形態（正方形）を有するように形成されている。このため、層間絶縁膜５２の複数の開口５２ａは、ＩＧＢＴ領域１４ａ、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂの全領域に亘って、正方形の繰返しパターンを有する。
このように、逆導通ＩＧＢＴ１では、コレクタ電極３６、コレクタ領域２１、ドリフト領域２３、バリア領域２４、ボディ領域２５、エミッタ領域２７、エミッタ電極３８及びトレンチゲート部３０がＩＧＢＴ構造を構成する。逆導通ＩＧＢＴ１では、コレクタ電極３６、カソード領域２２、ドリフト領域２３、バリア領域２４、ボディ領域２５、ピラー領域２６、エミッタ電極３８及びダミートレンチ部４０がダイオード構造を構成する。コレクタ電極３６はダイオード構造におけるカソード電極として機能し、エミッタ電極３８はダイオード構造におけるアノード電極として機能する。また、ボディ領域２５は、ダイオード構造におけるアノード領域として機能する。
次に、逆導通ＩＧＢＴ１の動作を説明する。まず、ＩＧＢＴ領域１４ａのＩＧＢＴ構造の動作について説明する。コレクタ電極３６にエミッタ電極３８よりも高い電位が印加され、トレンチゲート電極３４に閾値以上の電位が印加されると、トレンチゲート絶縁膜３２の側面のボディ領域２５にチャネルが形成され、ＩＧＢＴ構造がターンオンする。このとき、エミッタ電極３８から、エミッタ領域２７、ボディ領域２５のチャネル、バリア領域２４、ドリフト領域２３及びコレクタ領域２１を経由して、コレクタ電極３６に向けて電子が流れる。一方、コレクタ電極３６から、コレクタ領域２１、ドリフト領域２３、バリア領域２４及びボディ領域２５を経由して、エミッタ電極３８に向けて正孔が流れる。このように、ＩＧＢＴ構造がターンオンすると、コレクタ電極３６からエミッタ電極３８に向けて電流が流れる。その後、トレンチゲート電極３４の電位が閾値未満に低下すると、チャネルが消失し、ＩＧＢＴ構造がターンオフする。
ＩＧＢＴ領域１４ａに設けられているトレンチゲート部３０は、格子状のレイアウトを有する。このため、ＩＧＢＴ構造がオンしているときに、トレンチゲート部３０の４つの隅部のチャネルの電子濃度が濃くなり、チャネル抵抗が低下する。また、チャネルの電子密度が濃くなることにより、ドリフト領域２３内の正孔濃度も濃くなり、電導度変調も活発化する。さらに、ＩＧＢＴ構造では、ＩＧＢＴ領域１４ａにバリア領域２４が設けられているので、バリア領域２４のキャリア蓄積効果により、ドリフト領域２３内の正孔濃度が顕著に濃くなり、オン電圧が著しく低下する。このように、ＩＧＢＴ構造では、格子状のレイアウトを有するトレンチゲート部３０が設けられていることにより、電力損失が低下する。
次に、ダイオード領域１４ｂのダイオード構造の動作について説明する。エミッタ電極３８にコレクタ電極３６よりも高い電位が印加されると、ダイオード構造に還流電流が流れる。以下では、エミッタ電極３８の電位を、コレクタ電極３６と同等の電位から徐々に上昇する場合について説明する。エミッタ電極３８の電位が上昇すると、ピラー領域２６とエミッタ電極３８のショットキー接合が導通する。これにより、コレクタ電極３６から、カソード領域２２、ドリフト領域２３、バリア領域２４及びピラー領域２６を経由して、エミッタ電極３８に向けて電子が流れる。このように、エミッタ電極３８の電位が比較的に低いときは、ダイオード構造のショットキーバリアダイオードが導通し、エミッタ電極３８からコレクタ電極３６に向けて電流が流れる。
ショットキーバリアダイオードが導通すると、バリア領域２４の電位がエミッタ電極３８の電位に近い電位に維持されるので、ボディ領域２５とバリア領域２４で構成されるｐｎ接合の順方向に加わる電圧が低く抑えられる。このため、エミッタ電極３８の電位が比較的に低いときは、ダイオード構造のｐｎダイオードが導通しない。エミッタ電極３８の電位が比較的に高くなると、ショットキーバリアダイオードを介して流れる電流が増加する。ショットキーバリアダイオードを介して流れる電流が増加すると、エミッタ電極３８とバリア領域２４の間の電位差が増加し、ボディ領域２５とバリア領域２４で構成されるｐｎ接合の順方向に加わる電圧も増加し、ボディ領域２５からバリア領域２４を介して正孔が注入される。これにより、エミッタ電極３８から、ボディ領域２５、バリア領域２４、ドリフト領域２３及びカソード領域２２を経由して、コレクタ電極３６に向けて正孔が流れる。一方、コレクタ電極３６から、カソード領域２２、ドリフト領域２３、バリア領域２４及びボディ領域２５を経由して、エミッタ電極３８に向けて電子が流れる。このように、エミッタ電極３８の電位が比較的に高いときは、ダイオード構造のｐｎダイオードが導通する。
上記したように、ダイオード構造では、エミッタ電極３８の電位が上昇するときに、ショットキーバリアダイオードが先に導通することで、ｐｎダイオードが導通するタイミングが遅れる。これにより、ダイオード構造に還流電流が流れるときに、ボディ領域２５からドリフト領域２３に注入される正孔量が抑制される。その後、コレクタ電極３６にエミッタ電極３８よりも高い電位が印加されると、ダイオード構造のｐｎダイオードが逆回復動作を行う。このとき、ボディ領域２５からドリフト領域２３に注入された正孔量が抑制されているので、ダイオード構造のｐｎダイオードが逆回復動作するときの逆電流も小さくなる。このように、ダイオード構造では、バリア領域２４及びピラー領域２６が設けられていることにより、逆回復特性が改善される。
次に、逆導通ＩＧＢＴ１の特徴を説明する。図３に示されるように、ダイオード領域１４ｂに設けられているダミートレンチ部４０は、ｘ軸方向に伸びるストライプ状のレイアウトを有する。このため、ダイオード領域１４ｂに設けられているバリア領域（図２参照）は、ダイオード領域１４ｂの全範囲に亘ってｘ軸方向に沿って広範に広がっている。また、ダイオード領域１４ｂに設けられているピラー領域２６も、そのｘ軸方向に沿って広範に広がるバリア領域２４に対応して、ダイオード領域１４ｂの全範囲に亘ってｘ軸方向に沿って伸びている。このため、ピラー領域２６が半導体基板１０の上面に露出する露出面も、ダイオード領域１４ｂの全範囲に亘ってｘ軸方向に沿って伸びている。したがって、１つのバリア領域２４に対するピラー領域２６の露出面の面積が広く確保されるので、ピラー領域２６の露出面の一部に形成不良（例えば、不純物濃度が不足する）が生じても、ピラー領域２６とエミッタ電極３８の電気的な接続が確保される。これにより、バリア領域２４は、ボディ領域２５からドリフト領域２３に注入される正孔量を低下させ、ダイオード構造の逆回復特性を改善することができる。
なお、図８に示されるように、ピラー領域２６が半導体基板１０の上面に露出する露出面が、ダイオード領域１４ｂの全範囲に亘ってｘ軸方向に沿って分散配置されていてもよい。この場合も、１つのバリア領域２４に対するピラー領域２６の露出面の面積が広く確保されるので、ピラー領域２６の複数の露出面の一部に形成不良が生じても、ピラー領域２６とエミッタ電極３８の電気的な接続が確保される。
図４に示されるように、層間絶縁膜５２の複数の開口５２ａは、ＩＧＢＴ領域１４ａ、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂの全領域に亘って、正方形の繰返しパターンを有する。逆導通ＩＧＢＴ１を製造する場合、エミッタ電極３８は、半導体基板１０の上面に層間絶縁膜５２をパターニングした後に、蒸着技術を利用して被膜される。層間絶縁膜５２の複数の開口５２ａが正方形の繰返しパターンを有していると、被膜されるエミッタ電極３８の表面が平坦化される。トレンチゲート部３０とダミートレンチ部４０のレイアウトが異なるにも関わらず、ＩＧＢＴ領域１４ａ、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂの全領域に亘って層間絶縁膜５２のレイアウトが均一化しているので、エミッタ電極３８の表面の平坦化が実現されている。このため、エミッタ電極３８にワイヤボンディング又は半田接合するときに、エミッタ電極３８とワイヤ又は半田の接合不良が抑えられ、接合信頼性（パワーサイクル）の向上が期待できる。
図９に、変形例の逆導通ＩＧＢＴ２を示す。この逆導通ＩＧＢＴ２の半導体基板１０は、ドリフト領域２３とバリア領域２４の間に設けられているｐ型の電界進展防止領域２８を備えることを特徴とする。
電界進展防止領域２８は、ＩＧＢＴ領域１４ａ、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂに配置されている。電界進展防止領域２８は、ドリフト領域２３とボディ領域２５の間に設けられている。電界進展防止領域２８は、例えば、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の上面からボロンを導入することで形成される。一例では、電界進展防止領域２８のピーク不純物濃度が１×１０15〜１０18ｃｍ-3であり、その厚みが０．２〜３μｍである。
このような電界進展防止領域２８が設けられていると、電界進展防止領域２８とドリフト領域２３で構成されるｐｎダイオードが、コレクタ電極３６からエミッタ電極３８に向かう電流経路に対して逆向きに配置される。これにより、リーク電流が低減される。特に、電界進展防止領域２８は、ダイオード領域１４ｂにおいて、ピラー領域２６とエミッタ電極３８のショットキー接合を介したリーク電流を低減することができる。
図１０〜図１２に、変形例の逆導通ＩＧＢＴ３を示す。この逆導通ＩＧＢＴ３は、トレンチゲート部３０のピッチ長とダミートレンチ部４０のピッチ長が異なることを特徴とする。さらに、この逆導通ＩＧＢＴ３は、半導体基板１０のＩＧＢＴ領域１４ａにもピラー領域２６が設けられていることを特徴とする。
図１１に示されるように、逆導通ＩＧＢＴ３では、ｙ軸方向における複数の第１トレンチゲート３０Ａのピッチ長３０Ｌａが、ｙ軸方向における複数のストライプダミートレンチ４０Ａのピッチ長４０Ｌよりも長い。さらに、ｘ軸方向における複数の第２トレンチゲート３０Ｂのピッチ長３０Ｌｂも、ｙ軸方向における複数のストライプダミートレンチ４０Ａのピッチ長４０Ｌよりも長い。ｙ軸方向における複数のストライプダミートレンチ４０Ａのピッチ長４０Ｌとｘ軸方向における複数の第２トレンチゲート３０Ｂのピッチ長３０Ｌｂは等しい。一例では、トレンチゲート部３０のピッチ長（３０Ｌａ，３０Ｌｂ）が６μｍであり、ダミートレンチ部４０のピッチ長（４０Ｌ）が４μｍである。
上記したように、格子状のレイアウトを有するトレンチゲート部３０が設けられていると、ＩＧＢＴ領域１４ａのキャリア濃度が濃くなり、ＩＧＢＴ構造の電力損失が低減される。換言すれば、格子状のレイアウトを有するトレンチゲート部３０は、そのピッチ長が長くても、ＩＧＢＴ構造の電力損失の増加を抑えることができる。このため、ＩＧＢＴ構造では、トレンチゲート部３０のピッチ長を長くすることで、電力損失の増加を抑えながら、トレンチゲート部３０で囲まれる半導体基板１０内において、半導体基板１０の上面に露出するピラー領域２６の露出面を広く確保することができる。これにより、逆導通ＩＧＢＴ３では、ＩＧＢＴ領域１４ａにおいても、ピラー領域２６とエミッタ電極３８の電気的な接続を良好に確保することができる。
この種の逆導通ＩＧＢＴ３では、ダイオード構造が導通する動作モードにおいて、ＩＧＢＴ領域１４ａのボディ領域２５からドリフト領域２３に向けて正孔が適度に注入され、ダイオード構造が導通する動作モードの電力損失が低減されるのが望ましい。一方、ＩＧＢＴ領域１４ａのボディ領域２５からドリフト領域２３に向けて注入される正孔量が多いと、ダイオード構造の逆回復特性を悪化させる。逆導通ＩＧＢＴ３では、ＩＧＢＴ領域１４ａにもピラー領域２６が設けられている。このため、ダイオード領域１４ｂのダイオード構造が導通するときに、ＩＧＢＴ領域１４ａのボディ領域２５からドリフト領域２３に向けて多量の正孔が注入されることが抑えられる。これにより、ダイオード構造が導通する動作モードの電力損失が低減されるとともに、ダイオード構造の逆回復特性の悪化も抑制される。
また、格子状のレイアウトを有するトレンチゲート部３０は、ＩＧＢＴ構造がオフしたときのＩＧＢＴ領域１４ａにおける面内の電位を安定させ、空乏層をＩＧＢＴ領域１４ａ内に良好に形成させることができる。このため、ＩＧＢＴ領域１４ａのトレンチゲート部３０の先端の電界強度が低下する。換言すると、格子状のレイアウトを有するトレンチゲート部３０は、そのピッチ長が長くても、スイッチング耐量の低下を抑えることができる。このように、トレンチゲート部３０のピッチ長とダミートレンチ部４０のピッチ長が異なっていても、ＩＧＢＴ領域１４ａとダイオード領域１４ｂの電界強度が均一化され、高いスイッチング耐量が実現される。
上記したように、この種の逆導通ＩＧＢＴ３では、ダイオード構造が導通する動作モードにおいて、ＩＧＢＴ領域１４ａのボディ領域２５からドリフト領域２３に向けて正孔が適度に注入されるのが望ましい。ところが、この種の逆導通ＩＧＢＴ３では、ダイオード構造が導通する動作モードにおいて、トレンチゲート部３０のトレンチゲート電極３４に正電位が印加されることがある。この場合、トレンチゲート部３０の側面に形成されるチャネルを介してバリア領域２４がエミッタ電極３８に短絡する。例えば、トレンチゲート部３０のピッチ長が短いと、チャネルを介してバリア領域２４がエミッタ電極３８に短絡したときに、ＩＧＢＴ領域１４ａのボディ領域２５からドリフト領域２３に向けて注入される正孔量が著しく低下する。即ち、トレンチゲート部３０のピッチ長が短いと、トレンチゲート部３０に印加される電位に依存してダイオード構造が導通する動作モードの特性が大きく変動する（この現象をゲート干渉という）。一方、逆導通ＩＧＢＴ３では、トレンチゲート部３０のピッチ長が長いので、チャネルを介してバリア領域２４がエミッタ電極３８に短絡しても、ＩＧＢＴ領域１４ａのボディ領域２５からドリフト領域２３に向けて注入される正孔量の変動が抑えられる。逆導通ＩＧＢＴ３は、ゲート干渉に強いという特徴を有する。
また、図１２に示されるように、逆導通ＩＧＢＴ３では、トレンチゲート部３０のピッチ長とダミートレンチ部４０のピッチ長が異なっているので、層間絶縁膜５２に形成される開口１５２ａ，２５２ａの幅も異なるように構成されている。ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂに形成される開口１５２ａのｙ軸方向の長さ１５２Ｌａ及びｘ軸方向の長さ１５２Ｌｂは、ＩＧＢＴ領域１４ａに形成される開口２５２ａのｙ軸方向の長さ２５２Ｌａ及びｘ軸方向の長さ２５２Ｌｂよりも短くなるように構成されている。なお、このような場合でも、層間絶縁膜５２が格子状のレイアウトを有しているので、エミッタ電極３８の表面が平坦化され、エミッタ電極３８にワイヤボンディング又は半田接合するときの接合不良が抑えられ、接合信頼性（パワーサイクル）の向上が期待できる。
なお、エミッタ電極３８の表面粗さは、図４に示すように、層間絶縁膜５２の複数の開口５２ａが、ＩＧＢＴ領域１４ａ、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂの全領域に亘って、正方形の繰返しパターンを有するときに、最小となる。一方、上記したように、トレンチゲート部３０のピッチ長（３０Ｌａ，３０Ｌｂ）とダミートレンチ部４０のピッチ長（４０Ｌ）が異なると、逆導通ＩＧＢＴ３の特性のいくつかが改善される。これらを両立させるために、図１３に示されるように、ｙ軸方向における複数の第１トレンチゲート３０Ａのピッチ長３０Ｌａがｙ軸方向における複数のストライプダミートレンチ４０Ａのピッチ長４０Ｌに等しく、ｘ軸方向における複数の第２トレンチゲート３０Ｂのピッチ長３０Ｌｂがｙ軸方向における複数のストライプダミートレンチ４０Ａのピッチ長４０Ｌよりも長くするのが望ましい。この場合、図１４に示されるように、ＩＧＢＴ領域１４ａに形成される開口２５２ａのｙ軸方向の長さ２５２Ｌａ及びｘ軸方向の長さ２５２Ｌｂの各々が、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂに形成される開口１５２ａのｙ軸方向の長さ１５２Ｌａ及びｘ軸方向の長さ１５２Ｌｂの各々と等しくなる。層間絶縁膜５２の複数の開口１５２ａ，２５２ａは、ＩＧＢＴ領域１４ａ、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂの全領域に亘って、共通形状の繰返しパターンを有することができる。あるいは、図１５に示されるように、ｙ軸方向における複数の第１トレンチゲート３０Ａのピッチ長３０Ｌａがｙ軸方向における複数のストライプダミートレンチ４０Ａのピッチ長４０Ｌよりも長く、ｘ軸方向における複数の第２トレンチゲート３０Ｂのピッチ長３０Ｌｂがｙ軸方向における複数のストライプダミートレンチ４０Ａのピッチ長４０Ｌに等しくてもよい。この場合、図１６に示されるように、ＩＧＢＴ領域１４ａに形成される開口２５２ａのｙ軸方向の長さ２５２Ｌａがダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂに形成される開口１５２ａのｘ軸方向の長さ１５２Ｌｂに等しくなり、ＩＧＢＴ領域１４ａに形成される開口２５２ａのｘ軸方向の長さ２５２Ｌｂがダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂに形成される開口１５２ａのｙ軸方向の長さ１５２Ｌａに等しくなる。この場合も、層間絶縁膜５２の複数の開口１５２ａ，２５２ａは、ＩＧＢＴ領域１４ａ、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂの全領域に亘って、共通形状の繰返しパターンを有することができる。このように、図１３〜図１６に示す逆導通ＩＧＢＴ３は、ＩＧＢＴ構造の特性改善とエミッタ電極３８の表面の平坦化を両立させることができる。
図１７に、変形例の逆導通ＩＧＢＴ４を示す。この逆導通ＩＧＢＴ４の半導体基板１０は、ｎ+型のバッファ領域２９及びｐ型のカソードショート領域１２２を備えることを特徴とする。
バッファ領域２９は、ＩＧＢＴ領域１４ａ、ダイオード領域１４ｂ及び境界領域１４ａｂに配置されている。バッファ領域２９は、ドリフト領域２３とコレクタ領域２１の間、ドリフト領域２３とカソード領域２２の間、及び、ドリフト領域２３とカソードショート領域１２２の間に設けられており、ドリフト領域２３の不純物濃度よりも濃い不純物濃度を有する。バッファ領域２９は、例えば、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の下面からリンを導入することで形成される。一例では、バッファ領域２９のピーク不純物濃度が１×１０15〜１０18ｃｍ-3であり、その厚みが０．２〜５μｍである。
カソードショート領域１２２は、ダイオード領域１４ｂに配置されている。カソードショート領域１２２は、半導体基板１０の下層部の一部に設けられており、半導体基板１０の下面に露出する。カソードショート領域１２２とカソード領域２２は、半導体基板１０のダイオード領域１４ｂの下層部において、交互に繰返し配置されるように構成されている。カソードショート領域１２２は、コレクタ電極３６にオーミック接触する。
このようなカソードショート領域１２２が設けられていると、ダイオード領域１４ｂにおけるカソード領域２２の占有面積が相対的に低下するので、ダイオード構造が導通するときにカソード領域２２からドリフト領域２３に向けて注入される電子量が低下する。これにより、ダイオード構造の逆回復特性がさらに改善する。
本明細書で開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。
本明細書で開示する逆導通ＩＧＢＴの一実施形態は、半導体基板、下面電極、上面電極、トレンチゲート部及び複数のトレンチ部を備えていてもよい。半導体基板は、ＩＧＢＴ構造が設けられているＩＧＢＴ領域とダイオード構造が設けられているダイオード領域に区画されている。半導体基板は、ＩＧＢＴ領域及びダイオード領域とは別の領域、例えば、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域の間の境界領域がさらに区画されていてもよい。半導体基板の材料は、特に限定されるものではない。下面電極は、半導体基板のＩＧＢＴ領域及びダイオード領域の双方の下面に接する。上面電極は、半導体基板のＩＧＢＴ領域及びダイオード領域の双方の上面に接する。トレンチゲート部は、半導体基板のＩＧＢＴ領域に設けられており、半導体基板の上面に対して直交する方向から見たときに格子状のレイアウトを有する。格子状のレイアウトとは、トレンチゲート部が複数の環状部分を有することをいい、その環状部分の形状は特に限定されるものではない。トレンチ部は、半導体基板のダイオード領域に設けられており、半導体基板の上面に対して直交する方向から見たときにストライプ状のレイアウトを有する。トレンチ部は、第１方向に沿って伸びる複数のストライプトレンチを有する。半導体基板のダイオード領域は、第１導電型のアノード領域、第２導電型のドリフト領域及び第２導電型のバリア領域を有する。アノード領域は、隣り合うストライプトレンチの間に設けられており、半導体基板の上面に露出しており、上面電極に接する。ドリフト領域は、アノード領域の下方に設けられている。バリア領域は、隣り合うストライプトレンチの間に設けられており、アノード領域とドリフト領域の間に設けられており、ドリフト領域の不純物濃度よりも濃い不純物濃度を含む。バリア領域は、半導体基板の上面から伸びるピラー部を介して上面電極に電気的に接続されている。ピラー部は、エミッタ電極とバリア領域を電気的に接続する限りにおいて、その形態は特に限定されるものではない。例えば、ピラー部は、第２導電型の半導体領域、金属等の導電体、あるいはこれらの組合せを有するように構成されていてもよい。ピラー部は、エミッタ電極にショットキー接触するのが望ましい。
本明細書で開示する逆導通ＩＧＢＴでは、ピラー部が半導体基板の上面に露出する露出面が、第１方向に沿って伸びていてもよい。この場合、ピラー部の露出面の長手方向がストライプトレンチの長手方向と平行になる。ピラー部の露出面は、第１方向におけるトレンチゲートのピッチ長よりも長く伸びているのが望ましい。より好ましくは、ピラー部の露出面は、ダイオード範囲の全範囲に亘って第１方向に沿って伸びているのが望ましい。このように、ピラー部の露出面が第１方向に沿って伸びていると、１つのバリア領域に対するピラー領域の露出面の面積が広く確保されるので、ピラー領域とエミッタ電極の電気的な接続が良好に確保される。
本明細書で開示する逆導通ＩＧＢＴでは、ピラー部が半導体基板の上面に露出する露出面が、第１方向に沿って分散配置されていてもよい。この場合、ピラー部の露出面が分散配置される方向がストライプトレンチの長手方向と平行になる。分散配置されたピラー部の露出面が存在する範囲は、第１方向におけるトレンチゲートのピッチ長よりも長いのが望ましい。より好ましくは、ピラー部の露出面は、ダイオード範囲の全範囲に亘って第１方向に沿って分散配置されているのが望ましい。このように、ピラー部の露出面が第１方向に沿って分散配置されていると、１つのバリア領域に対するピラー領域の露出面の面積が広く確保されるので、ピラー領域とエミッタ電極の電気的な接続が良好に確保される。
本明細書で開示する逆導通ＩＧＢＴでは、トレンチゲート部は、複数の第１トレンチゲート及び複数の第２トレンチゲートを有していてもよい。複数の第１トレンチゲートは、第１方向に沿って伸びる。複数の第２トレンチゲートは、第１トレンチゲート間を第１方向に直交する第２方向に伸びる。この形態のトレンチゲート部は、矩形状の環状部分の複数個で構成される格子状のレイアウトを有することができる。
本明細書で開示する逆導通ＩＧＢＴでは、第２方向における複数の第１トレンチゲートのピッチ長が第２方向における複数のストライプトレンチのピッチ長よりも長く、第１方向における複数の第２トレンチゲートのピッチ長が第２方向における複数のストライプトレンチのピッチ長よりも長くてもよい。この場合、ＩＧＢＴ構造の電界集中の緩和及びゲート干渉の低減が実現される。
本明細書で開示する逆導通ＩＧＢＴは、層間絶縁膜をさらに備えていてもよい。層間絶縁膜は、半導体基板の上面と上面電極の間に設けられており、上面電極が半導体基板の上面に接するための複数の開口が形成されている。層間絶縁膜の複数の開口は、格子状のトレンチゲート部で囲まれる前記半導体基板の上面の各々に対応して分散配置されている。層間絶縁膜の複数の開口はさらに、隣り合うストライプトレンチの間の半導体基板の上面に対応して第１方向に沿って分散配置されている。このような格子状のレイアウトを有する層間絶縁膜は、ストライプ状のレイアウトの場合に比して、上面電極の表面の平坦性を向上させる。
層間絶縁膜が格子状のレイアウトを有する逆導通ＩＧＢＴでは、第２方向における複数の第１トレンチゲートのピッチ長が第２方向における複数のストライプトレンチのピッチ長に等しく、第１方向における複数の第２トレンチゲートのピッチ長が第２方向における複数のストライプトレンチのピッチ長に等しくてもよい。この場合、層間絶縁膜の複数の開口が、ＩＧＢＴ領域及びダイオード領域の全領域に亘って、正方形の繰返しパターンを有することができる。このため、このようなレイアウトを有する層間絶縁膜は、上面電極の表面の平坦性を顕著に向上させる。
層間絶縁膜が格子状のレイアウトを有する逆導通ＩＧＢＴでは、第２方向における複数の第１トレンチゲートのピッチ長及び第１方向における複数の第２トレンチゲートのピッチ長において、一方のピッチ長が第２方向における複数のストライプトレンチのピッチ長に等しく、他方のピッチ長が第２方向における複数のストライプトレンチのピッチ長よりも長くてもよい。この場合、ＩＧＢＴ領域のトレンチゲート部のピッチ長がダイオード領域のトレンチ部のピッチ長よりも長くなるとともに、層間絶縁膜の複数の開口が、ＩＧＢＴ領域及びダイオード領域の全領域に亘って、共通形状の繰返しパターンを有することができる。このため、この態様の逆導通ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ構造の特性改善と上面電極の表面の平坦化を両立させることができる。
層間絶縁膜が格子状のレイアウトを有する逆導通ＩＧＢＴでは、第２方向における複数の第１トレンチゲートのピッチ長が第２方向における複数のストライプトレンチのピッチ長に等しく、第１方向における複数の第２トレンチゲートのピッチ長が第２方向における複数のストライプトレンチのピッチ長よりも長くてもよい。この場合、ＩＧＢＴ領域のトレンチゲート部のピッチ長がダイオード領域のトレンチ部のピッチ長よりも長くなるとともに、層間絶縁膜の複数の開口が、ＩＧＢＴ領域及びダイオード領域の全領域に亘って、共通形状の繰返しパターンを有することができる。このため、この態様の逆導通ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ構造の特性改善と上面電極の表面の平坦化を両立させることができる。
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：半導体基板
１４ａ：ＩＧＢＴ領域
１４ａｂ：境界領域
１４ｂ：ダイオード領域
２１：コレクタ領域
２２：カソード領域
２３：ドリフト領域
２４：バリア領域
２５：ボディ領域
２６：ピラー領域
２７：エミッタ領域
３０：トレンチゲート部
３６：コレクタ電極
３８：エミッタ電極
４０：ダミートレンチ部

Claims (9)

  1. 逆導通ＩＧＢＴであって、
    ＩＧＢＴ構造が設けられているＩＧＢＴ領域とダイオード構造が設けられているダイオード領域に区画されている半導体基板と、
    前記半導体基板の前記ＩＧＢＴ領域及び前記ダイオード領域の双方の下面に接する下面電極と、
    前記半導体基板の前記ＩＧＢＴ領域及び前記ダイオード領域の双方の上面に接する上面電極と、
    前記半導体基板の前記ＩＧＢＴ領域に設けられており、前記半導体基板の前記上面に対して直交する方向から見たときに格子状のレイアウトを有するトレンチゲート部と、
    前記半導体基板の前記ダイオード領域に設けられており、前記半導体基板の前記上面に対して直交する方向から見たときにストライプ状のレイアウトを有するトレンチ部と、を備えており、
    前記トレンチ部は、第１方向に沿って伸びる複数のストライプトレンチを有し、
    前記半導体基板の前記ダイオード領域は、
    隣り合う前記ストライプトレンチの間に設けられており、前記半導体基板の前記上面に露出しており、前記上面電極に接する第１導電型のアノード領域と、
    前記アノード領域の下方に設けられている第２導電型のドリフト領域と、
    隣り合う前記ストライプトレンチの間に設けられており、前記アノード領域と前記ドリフト領域の間に設けられており、前記ドリフト領域の不純物濃度よりも濃い不純物濃度を含んでおり、前記半導体基板の前記上面から伸びるピラー部を介して前記上面電極に電気的に接続されている第２導電型のバリア領域と、を有する、逆導通ＩＧＢＴ。
  2. 前記ピラー部が前記半導体基板の前記上面に露出する露出面は、前記第１方向に沿って伸びている、請求項１に記載の逆導通ＩＧＢＴ。
  3. 前記ピラー部が前記半導体基板の前記上面に露出する露出面は、前記第１方向に沿って分散配置されている、請求項１又は２に記載の逆導通ＩＧＢＴ。
  4. 前記トレンチゲート部は、
    前記第１方向に沿って伸びる複数の第１トレンチゲートと、
    隣り合う前記第１トレンチゲートの間を前記第１方向に直交する第２方向に沿って伸びる複数の第２トレンチゲートと、を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の逆導通ＩＧＢＴ。
  5. 前記第２方向における前記複数の第１トレンチゲートのピッチ長が、前記第２方向における前記複数のストライプトレンチのピッチ長よりも長く、
    前記第１方向における前記複数の第２トレンチゲートのピッチ長が、前記第２方向における前記複数のストライプトレンチのピッチ長よりも長い、請求項４に記載の逆導通ＩＧＢＴ。
  6. 前記半導体基板の前記上面と前記上面電極の間に設けられており、前記上面電極が前記半導体基板の前記上面に接するための複数の開口が形成されている層間絶縁膜をさらに備えており、
    前記層間絶縁膜の前記複数の開口は、格子状の前記トレンチゲート部で囲まれる前記半導体基板の前記上面の各々に対応して分散配置されているとともに、隣り合う前記ストライプトレンチの間の前記半導体基板の前記上面に対応して前記第１方向に沿って分散配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の逆導通ＩＧＢＴ。
  7. 前記第２方向における前記複数の第１トレンチゲートのピッチ長が、前記第２方向における前記複数のストライプトレンチのピッチ長に等しく、
    前記第１方向における前記複数の第２トレンチゲートのピッチ長が、前記第２方向における前記複数のストライプトレンチのピッチ長に等しい、請求項６に記載の逆導通ＩＧＢＴ。
  8. 前記第２方向における前記複数の第１トレンチゲートのピッチ長及び前記第１方向における前記複数の第２トレンチゲートのピッチ長において、一方のピッチ長が前記第２方向における前記複数のストライプトレンチのピッチ長に等しく、他方のピッチ長が前記第２方向における前記複数のストライプトレンチのピッチ長よりも長い、請求項６に記載の逆導通ＩＧＢＴ。
  9. 前記第２方向における前記複数の第１トレンチゲートのピッチ長が、前記第２方向における前記複数のストライプトレンチのピッチ長に等しく、
    前記第１方向における前記複数の第２トレンチゲートのピッチ長が、前記第２方向における前記複数のストライプトレンチのピッチ長よりも長い、請求項８に記載の逆導通ＩＧＢＴ。
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