JP2019106430A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界付近における半導体基板への負荷を軽減する。【解決手段】 半導体装置であって、半導体基板を有している。半導体基板が、コレクタ領域と重複するＩＧＢＴ領域と、カソード領域と重複するダイオード領域を有している。半導体基板が、ＩＧＢＴ領域からダイオード領域に跨って分布しているドリフト領域と、ＩＧＢＴ領域内に配置されているボディ領域、ボディコンタクト領域、及び、エミッタ領域と、ダイオード領域内に配置されているアノード領域及びアノードコンタクト領域を有する。ボディ領域が、第１ボディ領域と、第１ボディ領域及びアノード領域よりもｐ型不純物濃度が低い第２ボディ領域を有する。第２ボディ領域が、アノード領域に隣接している。第１ボディ領域が、アノード領域と反対側で第２ボディ領域に隣接している。【選択図】図２

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。
特許文献１には、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）領域とダイオード領域を備える半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体基板と、上部電極と、下部電極を有している。上部電極は半導体基板の上面に設けられており、下部電極は半導体基板の下面に設けられている。ダイオード領域内には、上部電極がアノード電極となり、下部電極がカソード電極となるようにダイオードが設けられている。ＩＧＢＴ領域内には、上部電極がエミッタ電極となり、下部電極がコレクタ電極となるように、ＩＧＢＴが設けられている。ＩＧＢＴ領域内に設けられたＩＧＢＴは、トレンチゲート型のＩＧＢＴである。
特開２０１３−１９７３０６号公報
特許文献１の半導体装置では、上部電極の電位が下部電極の電位よりも高くなると、ダイオードがオンし、アノード領域からカソード領域へホールが流れる。また、特許文献１の半導体装置では、ＩＧＢＴ領域内のボディ領域が、アノード領域に対してトレンチを介して隣接している。このため、ボディ領域が、アノード領域の極めて近くに配置されている。したがって、ダイオードがオンすると、ＩＧＢＴ領域内のボディ領域からダイオード領域内のカソード領域に向かう経路でも、ホールが流れる。このため、ダイオードがオンしている状態では、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界近傍において、ドリフト領域内のホールの濃度が高くなる。その後に、上部電極の電位が下部電極の電位よりも低くなると、ダイオードがリカバリ動作し、ドリフト領域内のホールが上部電極に向かって流れる。このようにホールが流れることで、リカバリ電流が流れる。ダイオードがオンしている状態ではダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界近傍においてホールの濃度が高いので、リカバリ動作においてはダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界付近に高い密度でリカバリ電流が流れる。このため、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界付近で半導体基板に高い負荷が加わるという問題があった。したがって、本明細書では、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界付近における半導体基板への負荷を軽減する技術を提案する。
本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板と、トレンチと、ゲート絶縁膜と、ゲート電極と、上部電極と、下部電極を有する。前記トレンチは、前記半導体基板の上面に設けられている。前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチ内に配置されている。前記ゲート電極は、前記トレンチ内に配置されており、前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されている。前記上部電極は、前記上面に接している。前記下部電極は、前記半導体基板の下面に接している。前記半導体基板が、前記下部電極に接する範囲に、ｐ型のコレクタ領域と、ｎ型のカソード領域を備えている。前記半導体基板をその厚み方向に沿って平面視したときに、前記コレクタ領域と重複する半導体領域がＩＧＢＴ領域であり、前記カソード領域と重複する半導体領域がダイオード領域である。前記トレンチが、前記ＩＧＢＴ領域内に設けられている。前記半導体基板が、ドリフト領域と、ボディ領域と、ボディコンタクト領域と、エミッタ領域と、アノード領域と、アノードコンタクト領域を有する。前記ドリフト領域は、前記ＩＧＢＴ領域から前記ダイオード領域に跨って分布しており、前記コレクタ領域の上部及び前記カソード領域の上部に配置されており、前記ゲート絶縁膜に接しているｎ型の領域である。前記ボディ領域は、前記ＩＧＢＴ領域内の前記ドリフト領域の上部に配置されており、前記ゲート絶縁膜に接しているｐ型の領域である。前記ボディコンタクト領域は、前記ボディ領域の上部に配置されており、前記ボディ領域よりもｐ型不純物濃度が高く、前記上部電極に接しているｐ型の領域である。前記エミッタ領域は、前記ボディ領域の上部に配置されており、前記上部電極に接しており、前記ゲート絶縁膜に接しており、前記ボディ領域によって前記ドリフト領域から分離されているｎ型の領域である。前記アノード領域は、前記ダイオード領域内の前記ドリフト領域の上部に配置されているｐ型の領域である。前記アノードコンタクト領域は、前記アノード領域の上部に配置されており、前記アノード領域よりもｐ型不純物濃度が高く、前記上部電極に接しているｐ型の領域である。前記ボディ領域が、第１ボディ領域と、前記第１ボディ領域及び前記アノード領域よりもｐ型不純物濃度が低い第２ボディ領域を有している。前記第２ボディ領域が、前記アノード領域に隣接している。前記第１ボディ領域が、前記アノード領域と反対側で前記第２ボディ領域に隣接している。
なお、第２ボディ領域は、アノード領域に対して、直接隣接していてもよいし、トレンチを介して隣接していてもよい。第１ボディ領域は、第２ボディ領域に対して、直接隣接していてもよいし、トレンチを介して隣接していてもよい。ドリフト領域はコレクタ領域及びカソード領域に接していてもよいし、ドリフト領域とコレクタ領域の間とドリフト領域とカソード領域の間の少なくとも一方に他の半導体領域が配置されていてもよい。ボディ領域はドリフト領域に接していてもよいし、ボディ領域とドリフト領域の間に他の半導体領域が配置されていてもよい。アノード領域はドリフト領域に接していてもよいし、アノード領域とドリフト領域の間に他の半導体領域が配置されていてもよい。
この構成では、アノード領域に対して第２ボディ領域が隣接している。したがって、ダイオード領域内のダイオードがオンするときに、ＩＧＢＴ領域内の第２ボディ領域からカソード領域に向かってホールが流れる。第２ボディ領域のｐ型不純物濃度が低いので、第２ボディ領域からカソード領域に向かって流れるホールが少ない。したがって、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界近傍のドリフト領域では、ホールの濃度がそれほど高くならない。このため、リカバリ動作時に、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界近傍に高いリカバリ電流が流れることが抑制される。これによって、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界近傍において、半導体基板に加わる負荷を軽減することができる。また、アノード領域から離れた位置に配置されている第１ボディ領域は、第２ボディ領域よりも高いｐ型不純物濃度を有する。第１ボディ領域はアノード領域から離れているので、第１ボディ領域のｐ型不純物濃度が高くても、リカバリ電流にほとんど影響はない。また、第１ボディ領域のｐ型不純物濃度を高くすることで、ＩＧＢＴの特性を向上させることができる。
半導体装置１０の平面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線におけるｐ型不純物濃度を示すグラフ。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図。 変形例の半導体装置の図３に対応するｐ型不純物濃度を示すグラフ。 変形例の半導体装置の図３に対応するｐ型不純物濃度を示すグラフ。 変形例の半導体装置の図２に対応する断面図。 変形例の半導体装置の図２に対応する断面図。 変形例の半導体装置の図２に対応する断面図。
図１に示すように、実施形態の半導体装置１０は、半導体基板１２を有している。半導体基板１２は、シリコン製の基板である。なお、以下では、半導体基板１２の厚み方向をｚ方向といい、半導体基板１２の上面１２ａに平行な一方向をｘ方向といい、半導体基板１２の上面１２ａに平行かつｘ方向に直交する方向をｙ方向という。図１に示すように、半導体基板１２は、２つの素子領域１８と、素子領域１８の周囲に配置されている耐圧領域１９を有している。各素子領域１８は、ＩＧＢＴ領域２０とダイオード領域４０を有している。各素子領域１８内において、ＩＧＢＴ領域２０とダイオード領域４０が、ｙ方向に交互に設けられている。ＩＧＢＴ領域２０内にＩＧＢＴが設けられており、ダイオード領域４０内にダイオードが設けられている。
図２に示すように、半導体装置１０は、上部電極１４と、下部電極１６を有している。上部電極１４は、半導体基板１２の上面１２ａ（表面）に配置されている。下部電極１６は、半導体基板１２の下面１２ｂ（裏面）に配置されている。上部電極１４は、ＩＧＢＴのエミッタ電極とダイオードのアノード電極を兼ねている。下部電極１６は、ＩＧＢＴのコレクタ電極とダイオードのカソード電極を兼ねている。
半導体基板１２内には、コレクタ領域３０とカソード領域４８が設けられている。半導体基板１２の下面１２ｂを含む範囲に、コレクタ領域３０とカソード領域４８が設けられている。コレクタ領域３０は、ｐ型不純物濃度が高いｐ型領域であり、下部電極１６にオーミック接触している。カソード領域４８は、ｎ型不純物濃度が高いｎ型領域であり、下部電極１６にオーミック接触している。半導体基板１２の下面１２ｂを含む範囲において、ＩＧＢＴ領域２０の全体にコレクタ領域３０が設けられており、ダイオード領域４０の全体にカソード領域４８が設けられている。言い換えると、図１に示すように半導体基板１２をｚ方向（半導体基板１２の厚み方向）に沿ってみたときに、コレクタ領域３０と重複する半導体領域がＩＧＢＴ領域２０であり、カソード領域４８と重複する半導体領域がダイオード領域４０である。
半導体基板１２は、さらに、バッファ領域２８、ドリフト領域２６、ボディ領域２４、ボディコンタクト領域２３、エミッタ領域２２、アノード領域４２、及び、アノードコンタクト領域４１を有している。
バッファ領域２８は、カソード領域４８よりもｎ型不純物濃度が低いｎ型領域である。バッファ領域２８は、ＩＧＢＴ領域２０とダイオード領域４０に跨って分布している。バッファ領域２８は、ＩＧＢＴ領域２０内では、コレクタ領域３０の上部に配置されており、コレクタ領域３０に接している。バッファ領域２８は、ダイオード領域４０内では、カソード領域４８の上部に配置されており、カソード領域４８に接している。
ドリフト領域２６は、バッファ領域２８よりもｎ型不純物濃度が低いｎ型領域である。ドリフト領域２６は、ＩＧＢＴ領域２０とダイオード領域４０に跨って分布している。ドリフト領域２６は、ＩＧＢＴ領域２０及びダイオード領域４０内において、バッファ領域２８の上部に配置されており、バッファ領域２８に接している。
ボディ領域２４は、ｐ型不純物濃度が低いｐ型領域である。ボディ領域２４は、ＩＧＢＴ領域２０内に配置されている。ボディ領域２４は、ドリフト領域２６の上部に配置されており、ドリフト領域２６に接している。
ボディコンタクト領域２３は、ボディ領域２４よりもｐ型不純物濃度が高いｐ型領域である。ボディコンタクト領域２３は、ＩＧＢＴ領域２０内に配置されている。ボディコンタクト領域２３は、ボディ領域２４の上部に部分的に配置されており、ボディ領域２４に接している。ボディコンタクト領域２３は、ボディ領域２４によってドリフト領域２６から分離されている。ボディコンタクト領域２３は、半導体基板１２の上面１２ａを含む範囲に配置されており、上部電極１４に対してオーミック接触している。
エミッタ領域２２は、ドリフト領域２６よりもｎ型不純物濃度が高いｎ型領域である。エミッタ領域２２は、ＩＧＢＴ領域２０内に配置されている。エミッタ領域２２は、ボディ領域２４の上部に部分的に配置されており、ボディ領域２４に接している。エミッタ領域２２は、ボディ領域２４によってドリフト領域２６から分離されている。エミッタ領域２２は、ボディコンタクト領域２３が存在しない範囲であって、半導体基板１２の上面１２ａを含む範囲に配置されている。エミッタ領域２２は、上部電極１４に対してオーミック接触している。
アノード領域４２は、ｐ型不純物濃度が低いｐ型領域である。アノード領域４２は、ダイオード領域４０内に配置されている。アノード領域４２は、ドリフト領域２６の上部に配置されており、ドリフト領域２６に接している。
アノードコンタクト領域４１は、アノード領域４２よりもｐ型不純物濃度が高いｐ型領域である。アノードコンタクト領域４１は、ダイオード領域４０内に配置されている。アノードコンタクト領域４１は、アノード領域４２の上部に部分的に配置されており、アノード領域４２に接している。アノードコンタクト領域４１は、アノード領域４２によってドリフト領域２６から分離されている。アノードコンタクト領域４１は、半導体基板１２の上面１２ａを含む範囲に配置されており、上部電極１４に対してオーミック接触している。
半導体基板１２の上面１２ａには、複数のトレンチ５０が設けられている。各トレンチ５０は、ｘ方向に長く伸びている。複数のトレンチ５０は、ｙ方向に間隔を開けて配列されている。ＩＧＢＴ領域２０とダイオード領域４０のそれぞれに、複数のトレンチ５０が設けられている。各トレンチ５０は、上面１２ａからドリフト領域２６に達する深さまで伸びている。
ＩＧＢＴ領域２０内の各トレンチ５０の内面は、ゲート絶縁膜３２によって覆われている。ＩＧＢＴ領域２０内の各トレンチ５０内には、ゲート電極３４が配置されている。各ゲート電極３４は、ゲート絶縁膜３２によって半導体基板１２から絶縁されている。各ゲート電極３４の上部には、層間絶縁膜３６が配置されている。各ゲート電極３４は、層間絶縁膜３６によって上部電極１４から絶縁されている。
ドリフト領域２６は、トレンチ５０の下端部で、ゲート絶縁膜３２に接している。ボディ領域２４は、ドリフト領域２６の上部でゲート絶縁膜３２に接している。エミッタ領域２２は、ボディ領域２４の上部でゲート絶縁膜３２に接している。したがって、各ゲート電極３４は、ゲート絶縁膜３２を介して、エミッタ領域２２、ボディ領域２４及びドリフト領域２６に対向している。
ダイオード領域４０内の各トレンチ５０の内面は、絶縁膜５２によって覆われている。ダイオード領域４０内の各トレンチ５０内には、制御電極５４が配置されている。各制御電極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。各制御電極５４の上部には、層間絶縁膜５６が配置されている。各制御電極５４は、層間絶縁膜５６によって上部電極１４から絶縁されている。制御電極５４の電位は、ゲート電極３４の電位から独立している。例えば、制御電極５４の電位を、上部電極１４と同電位に固定してもよい。
ドリフト領域２６は、トレンチ５０の下端部で、絶縁膜５２に接している。アノード領域４２は、ドリフト領域２６の上部で絶縁膜５２に接している。したがって、各制御電極５４は、絶縁膜５２を介して、アノード領域４２及びドリフト領域２６に対向している。
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線におけるｐ型不純物濃度の分布を示している。なお、ＩＩＩ−ＩＩＩ線がトレンチ５０を横断するので、図３では、トレンチ５０の範囲でグラフが途切れている。図３に示すように、ボディ領域２４は、第１ボディ領域２４ａと、第１ボディ領域２４ａよりもｐ型不純物濃度が低い第２ボディ領域２４ｂを有している。図２に示す断面においては、ボディ領域２４が、トレンチ５０によって複数の部分（一対のトレンチ５０に挟まれた部分）に区画されている。第２ボディ領域２４ｂは、トレンチ５０によって区画された部分の中で最もダイオード領域４０に近い部分に設けられている。第２ボディ領域２４ｂは、ｙ方向において、トレンチ５０を介してアノード領域４２に隣接している。第１ボディ領域２４ａは、トレンチ５０によって区画された部分の中で第２ボディ領域２４ｂが設けられている部分（すなわち、最もダイオード領域４０に近い部分）以外の全ての部分に配置されている。第１ボディ領域２４ａは、ｙ方向において、トレンチ５０を介して第２ボディ領域２４ｂに隣接している。第１ボディ領域２４ａは、第２ボディ領域２４ｂに対して、アノード領域４２の反対側で隣接している。つまり、ｙ方向において、第１ボディ領域２４ａとアノード領域４２の間に、第２ボディ領域２４ｂが配置されている。このように、ボディ領域２４内では、横方向（ｙ方向）においてｐ型不純物濃度が変化している。
図３に示すように、第１ボディ領域２４ａ内のｐ型不純物濃度は、アノード領域４２内のｐ型不純物濃度と略等しい。また、第２ボディ領域２４ｂ内のｐ型不純物濃度は、第１ボディ領域２４ａ内のｐ型不純物濃度及びアノード領域４２内のｐ型不純物濃度よりも低い。第２ボディ領域２４ｂ内のｐ型不純物濃度は、第１ボディ領域２４ａ側からアノード領域４２側に向かうにしたがって低下するように分布している。
次に、半導体装置１０の動作について説明する。上部電極１４と下部電極１６の間には、アノードコンタクト領域４１、アノード領域４２、ドリフト領域２６、バッファ領域２８及びカソード領域４８によってダイオード（以下、メインダイオードという）が形成されている。上部電極１４に下部電極１６よりも高い電位が印加されると、メインダイオードがオンする。すなわち、下部電極１６から、カソード領域４８、バッファ領域２８、ドリフト領域２６、アノード領域４２及びアノードコンタクト領域４１を介して上部電極１４へ向かって電子が流れる。同時に、図２の矢印１００に示すように、上部電極１４から、アノードコンタクト領域４１及びアノード領域４２を介してドリフト領域２６へホールが流入する。その結果、ドリフト領域２６で伝導度変調現象が起こり、ドリフト領域２６の抵抗が低下する。したがって、電子は、ドリフト領域２６内を低損失で流れることができる。これによって、メインダイオードで生じる損失が抑制される。ドリフト領域２６へ流入したホールは、バッファ領域２８とカソード領域４８を介して下部電極１６へ流れる。
また、ダイオード領域４０とＩＧＢＴ領域２０の境界３８には、ボディコンタクト領域２３、第２ボディ領域２４ｂ、ドリフト領域２６、バッファ領域２８及びカソード領域４８によって、寄生ダイオードが形成されている。このため、メインダイオードがオンするときに、寄生ダイオードもオンし、図２の矢印１０２に示すように第２ボディ領域２４ｂからドリフト領域２６にホールが流入する。ドリフト領域２６内で、ホールは、カソード領域４８へ向かって斜め下方向に流れる。このため、境界３８近傍のドリフト領域２６で、アノード領域４２からドリフト領域２６に流入したホールと、第２ボディ領域２４ｂからドリフト領域２６に流入したホールが合流する。このため、境界３８近傍のドリフト領域２６で、ダイオード領域４０の中央部に位置するドリフト領域２６よりも、ホールの濃度が高くなる。しかしながら、本実施形態では、第２ボディ領域２４ｂのｐ型不純物濃度が低いので、矢印１０２に示すホールの流入が抑制される。このため、矢印１０２に示すように第２ボディ領域２４ｂからドリフト領域２６に流入するホールが少ない。このため、境界３８近傍のドリフト領域２６で、ホールの濃度が極端に高くなることが抑制される。
メインダイオードがオンした後に、上部電極１４の電位を下部電極１６の電位よりも低い電位まで引き下げると、メインダイオードがリカバリ動作を行う。すなわち、ドリフト領域２６内に存在するホールが、上部電極１４へ排出される。このため、メインダイオードに、瞬間的にリカバリ電流（逆電流）が流れる。図４に示すように、ドリフト領域２６の中央部近傍の範囲１１０に存在するホールは、矢印１１２に示すように、アノード領域４２とアノードコンタクト領域４１を介して上側に向かって流れ、上部電極１４へ排出される。また、境界３８近傍の範囲１２０に存在するホールは、矢印１２２に示すようにアノード領域４２とアノードコンタクト領域４１を介して、または、矢印１２４に示すように第２ボディ領域２４ｂとボディコンタクト領域２３を介して、上部電極１４へ排出される。上述したように、メインダイオードがオンしている状態においては、境界３８近傍の範囲１２０には、中央部近傍の範囲１１０よりも高濃度にホールが存在する。このため、矢印１２２、１２４に示すように流れるリカバリ電流は、矢印１１２に示すように流れるリカバリ電流よりも高密度となる。すなわち、境界３８近傍のアノード領域４２と第２ボディ領域２４ｂにリカバリ電流が集中する。しかしながら、上述したように、メインダイオードのオン状態においては、第２ボディ領域２４ｂによって、境界３８近傍の範囲１２０におけるホールの濃度が極端に高くなることが抑制される。このため、リカバリ動作時に、矢印１２２、１２４に示すように流れるリカバリ電流は、過度に高いものとはならない。このように、第２ボディ領域２４ｂによって、境界３８近傍に高いリカバリ電流が流れることが抑制される。これによって、半導体基板１２に過度に高い負荷が加わることが防止される。
また、上述したように、第２ボディ領域２４ｂ内では、第１ボディ領域２４ａ側からアノード領域４２側に向かうにしたがってｐ型不純物濃度が低下している。したがって、第２ボディ領域２４ｂの電気抵抗は、第１ボディ領域２４ａ側で低く、アノード領域４２側で高い。このため、矢印１２４に示す経路（範囲１２０から第２ボディ領域２４ｂを通って上部電極１４に至る最短経路）では、第２ボディ領域２４ｂの電気抵抗が高く、矢印１２４に示すように最短経路を迂回して第２ボディ領域２４ｂを通る経路では、第２ボディ領域２４ｂの電気抵抗が低い。このため、矢印１２４に示す経路と矢印１２６に示す経路とで、電気抵抗が略等しい。したがって、境界３８近傍の範囲１２０から上部電極１４へ向かって流れるリカバリ電流が、矢印１２４に示す経路と矢印１２６に示す経路に分散して流れる。すなわち、リカバリ電流が、第２ボディ領域２４ｂに分散して流れる。これによって、リカバリ電流の集中がさらに抑制され、半導体基板１２に加わる負荷がさらに軽減される。
また、半導体装置１０をＩＧＢＴとして動作させるときには、下部電極１６に上部電極１４よりも高い電位が印加される。ゲート電極３４の電位をゲート閾値よりも高い電位まで上昇させると、ゲート絶縁膜３２に接する範囲のボディ領域２４にチャネルが形成される。すると、上部電極１４から、エミッタ領域２２、チャネル、ドリフト領域２６、バッファ領域２８及びコレクタ領域３０を介して下部電極１６へ電子が流れる。同時に、下部電極１６から、コレクタ領域３０、バッファ領域２８、ドリフト領域２６、ボディ領域２４及びボディコンタクト領域２３を介して上部電極１４へホールが流れる。すなわち、ＩＧＢＴがオンし、下部電極１６から上部電極１４へ電流が流れる。ゲート電極３４の電位をゲート閾値よりも低い電位まで低下させると、チャネルが消失し、電流が停止する。すなわち、ＩＧＢＴがオフする。上述したように、ボディ領域２４は、第１ボディ領域２４ａと第２ボディ領域２４ｂを備えている。第１ボディ領域２４ａがボディ領域２４の大部分を占めているので、ＩＧＢＴの特性は主に第１ボディ領域２４ａ内のｐ型不純物濃度によって決まる。第１ボディ領域２４ａ内のｐ型不純物濃度が、第２ボディ領域２４ｂ内のｐ型不純物濃度よりも高いので、ＩＧＢＴの特性（ゲート閾値、耐圧等）を適切な値とすることができる。すなわち、第１ボディ領域２４ａを設けることで、ボディ領域２４全体のｐ型不純物濃度が低い場合に比べて、ゲート閾値を高くし、耐圧を高くすることができる。また、ＩＧＢＴがオンするときには第２ボディ領域２４ｂにも電流が流れるので、ＩＧＢＴとして機能するＩＧＢＴ領域２０の面積を広く確保することができる。これによって、半導体装置１０を大型化することなく、ＩＧＢＴの電流容量を確保できる。
以上に説明したように、アノード領域４２に隣接する位置にｐ型不純物濃度が低い第２ボディ領域２４ｂを設けることで、リカバリ動作時における半導体基板１２への負荷を軽減することができる。また、アノード領域４２の反対側で第２ボディ領域２４ｂに隣接する位置にｐ型不純物濃度が高い第１ボディ領域２４ａを設けることで、ＩＧＢＴの特性を向上させることができる。
なお、上述した実施形態では、図３に示すように、第２ボディ領域２４ｂ内のｐ型不純物濃度が、第１ボディ領域２４ａ側からアノード領域４２側に向かうにしたがって連続的に低下していた。しかしながら、図５に示すように、第２ボディ領域２４ｂ内のｐ型不純物濃度が、第１ボディ領域２４ａ側からアノード領域４２側に向かうにしたがってステップ状に低下していてもよい。また、図６に示すように、第２ボディ領域２４ｂ内のｐ型不純物濃度が、略一定であってもよい。また、上述した実施形態では、アノード領域４２のｐ型不純物濃度と第１ボディ領域２４ａのｐ型不純物濃度が略等しかったが、これらのｐ型不純物濃度が異なって行ってもよい。
また、上述した実施形態では、境界３８（すなわち、カソード領域４８とコレクタ領域３０の間の境界）にトレンチ５０が位置していた。しかしながら、図７に示すように、境界３８とトレンチ５０の位置がずれていてもよい。この場合、アノード領域４２と第２ボディ領域２４ｂが、トレンチ５０を介さずに直接隣接する構造となる。
また、上述した実施形態では、トレンチ５０によって区画された部分の中で最もダイオード領域４０に近い１つの部分に第２ボディ領域２４ｂが設けられていた。しかしながら、図８に示すように、トレンチ５０によって区画された部分の中で最もダイオード領域４０に近い２つ以上の部分に第２ボディ領域２４ｂが設けられていてもよい。
また、上述した実施形態では、第１ボディ領域２４ａと第２ボディ領域２４ｂがトレンチ５０を介して隣接していた。しかしながら、図９に示すように、第１ボディ領域２４ａと第２ボディ領域２４ｂが、トレンチ５０を介さずに直接隣接していてもよい。
また、上述した実施形態では、ボディ領域２４及びアノード領域４２が、ドリフト領域２６に接していた。しかしながら、ボディ領域２４とドリフト領域２６の間、及び、アノード領域４２とドリフト領域２６の間に、他の領域（例えば、ｎ型領域、ｐ型領域、または、ｎ型領域とｐ型領域を組み合わせた構造（積層構造等））が配置されていてもよい。また、上述した実施形態では、ドリフト領域２６とカソード領域４８の間、及び、ドリフト領域２６とコレクタ領域３０の間に、バッファ領域２８が配置されていた。しかしながら、これらの位置にバッファ領域２８が配置されていなくてもよい。
本明細書が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。
本明細書が開示する一例の半導体装置では、第２ボディ領域内のｐ型不純物濃度が、アノード領域に近づくにしたがって低下するように分布していてもよい。なお、第２ボディ領域内のｐ型不純物濃度が、アノード領域に近づくにしたがって連続的に低下するように分布していてもよいし、アノード領域に近づくにしたがってステップ状に低下するように分布していてもよい。
このような構成によれば、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界近傍にリカバリ電流がより均一に流れるようになる。これによって、半導体基板への負荷をより軽減することができる。
以上、実施形態について詳細に説明したが、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、単独あるいは各種の組み合わせによって技術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１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。
１０ ：半導体装置
１２ ：半導体基板
１４ ：上部電極
１６ ：下部電極
２０ ：ＩＧＢＴ領域
２２ ：エミッタ領域
２３ ：ボディコンタクト領域
２４ ：ボディ領域
２４ａ ：第１ボディ領域
２４ｂ ：第２ボディ領域
２６ ：ドリフト領域
２８ ：バッファ領域
３０ ：コレクタ領域
３２ ：ゲート絶縁膜
３４ ：ゲート電極
３６ ：層間絶縁膜
３８ ：境界
４０ ：ダイオード領域
４１ ：アノードコンタクト領域
４２ ：アノード領域
４８ ：カソード領域
５０ ：トレンチ
５２ ：絶縁膜
５４ ：制御電極
５６ ：層間絶縁膜

Claims (4)

  1. 半導体装置であって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の上面に設けられたトレンチと、
    前記トレンチ内に配置されたゲート絶縁膜と、
    前記トレンチ内に配置されており、前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されているゲート電極と、
    前記上面に接している上部電極と、
    前記半導体基板の下面に接している下部電極、
    を有しており、
    前記半導体基板が、前記下部電極に接する範囲に、ｐ型のコレクタ領域と、ｎ型のカソード領域を備えており、
    前記半導体基板をその厚み方向に沿って平面視したときに、前記コレクタ領域と重複する半導体領域がＩＧＢＴ領域であり、前記カソード領域と重複する半導体領域がダイオード領域であり、
    前記トレンチが、前記ＩＧＢＴ領域内に設けられており、
    前記半導体基板が、
    前記ＩＧＢＴ領域から前記ダイオード領域に跨って分布しており、前記コレクタ領域の上部及び前記カソード領域の上部に配置されており、前記ゲート絶縁膜に接しているドリフト領域と、
    前記ＩＧＢＴ領域内の前記ドリフト領域の上部に配置されており、前記ゲート絶縁膜に接しているｐ型のボディ領域と、
    前記ボディ領域の上部に配置されており、前記ボディ領域よりもｐ型不純物濃度が高く、前記上部電極に接しているｐ型のボディコンタクト領域と、
    前記ボディ領域の上部に配置されており、前記上部電極に接しており、前記ゲート絶縁膜に接しており、前記ボディ領域によって前記ドリフト領域から分離されているｎ型のエミッタ領域と、
    前記ダイオード領域内の前記ドリフト領域の上部に配置されているｐ型のアノード領域と、
    前記アノード領域の上部に配置されており、前記アノード領域よりもｐ型不純物濃度が高く、前記上部電極に接しているｐ型のアノードコンタクト領域、
    を有しており、
    前記ボディ領域が、第１ボディ領域と、前記第１ボディ領域及び前記アノード領域よりもｐ型不純物濃度が低い第２ボディ領域を有しており、
    前記第２ボディ領域が、前記アノード領域に隣接しており、
    前記第１ボディ領域が、前記アノード領域と反対側で前記第２ボディ領域に隣接している、
    半導体装置。
  2. 前記第２ボディ領域内のｐ型不純物濃度が、前記アノード領域に近づくにしたがって低下するように分布している請求項１の半導体装置。
  3. 前記第２ボディ領域内のｐ型不純物濃度が、前記アノード領域に近づくにしたがって連続的に低下するように分布している請求項２の半導体装置。
  4. 前記第２ボディ領域内のｐ型不純物濃度が、前記アノード領域に近づくにしたがってステップ状に低下するように分布している請求項２の半導体装置。
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