JP5443670B2

JP5443670B2 - 半導体装置とその製造方法

Info

Publication number: JP5443670B2
Application number: JP2007039808A
Authority: JP
Inventors: 佐智子田中; 順斎藤; 未浩中川; 剛西脇
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2027-02-20
Also published as: JP2008205205A

Description

本発明は、オン電圧あるいはオン抵抗を低減化する半導体装置に関し、安定した性能を有する半導体装置を製造する技術に関する。

半導体装置のオン電圧あるいはオン抵抗を低減化する技術が研究されている。
一例として、特許文献１にオン電圧を低減化することができるＩＧＢＴが開示されている。本明細書に添付した図１０に示すように、このＩＧＢＴ１００は、エミッタ電極Ｅとコレクタ電極Ｃ間を流れる電流のオン・オフを制御するトレンチゲート電極１３４を備えている。

ここで、ＩＧＢＴ１００のオン状態の動作を説明する。ＩＧＢＴ１００をオン状態とするためには、エミッタ電極Ｅを接地し、コレクタ電極Ｃに正電圧を印加し、トレンチゲート電極１３４に閾値以上のゲート電圧を印加する。これにより、ｐ型の上部ボディ領域１５０及び下部ボディ領域１５１のうち、ゲート絶縁膜１３２を介してトレンチゲート電極１３４と対向する箇所がｎ型に反転し、チャネル領域が形成される。ｎ型のエミッタ領域１６０から放出された多数キャリア（電子）がチャネル領域を経由してｎ⁻型のドリフト領域１２０へ注入され、ｎ^＋型のバッファ領域１３０内に蓄積する。多数キャリアがバッファ領域１３０に蓄積すると、バッファ領域１３０とｐ^＋型のコレクタ領域１４０の接触電位差が低下し、コレクタ領域１４０からバッファ領域１３０とドリフト領域１２０へ少数キャリア（ホール）が注入される。これによりバッファ領域１３０及びドリフト領域１２０に伝導度変調現象が起こり、ＩＧＢＴ１００が低いオン電圧でオン状態となる。コレクタ領域１４０から注入された少数キャリアは、多数キャリアと再結合して消滅するか、ボディ領域１５０，１５１とボディコンタクト領域１６１を経由して接地されているエミッタ電極Ｅへと排出される。

ＩＧＢＴ１００には、上部ボディ領域１５０と下部ボディ領域１５１に挟まれているとともに、電気的にフローティング状態であるｎ型のフローティング半導体領域１７０が形成されている。フローティング半導体領域１７０は、エミッタ領域１６０よりも低濃度であるとともに、ドリフト領域１２０よりも高濃度のｎ型の不純物を含んでいる。フローティング半導体領域１７０と上部ボディ領域１５０の界面に形成されるポテンシャル障壁によって、エミッタ電極Ｅへと排出される少数キャリアがドリフト領域１２０内に溜まり易くなる。これにより、エミッタ・コレクタ電極間の少数キャリア濃度が大きくなり、オン電圧が低減化される。

特願２００４−１４１７９７号

図１１を参照してＩＧＢＴ１００の一般的な製造方法を説明する。図１１には、ＩＧＢＴ１００の半導体層１１１の表面１１１ａからの深さＤに対応する不純物濃度Ｍを示す。図１１では、実線でｐ型不純物の濃度を示す。また、一点鎖線でｎ型不純物の濃度を示す。
ＩＧＢＴ１００を製造するために、まず、ｎ⁻型の半導体基板を準備する。半導体基板の半導体層１１１の表面１１１ａからトレンチを形成し、トレンチの内壁にゲート酸化膜１３２を形成する。表面１１１ａからｐ型不純物注入する。その後熱処理を行なうことにより、ｐ型不純物の拡散領域Ｐ０が形成される。表面１１１ａからｎ型不純物注入する。その後熱処理を行なうことにより、ｎ型不純物の拡散領域Ｎ１が形成される。中間深さＤ２で、その注入量が極大をなるようにｎ型不純物を注入する。その後熱処理を行なうことにより、ｎ型不純物が中間深さＤ２から所定の幅に至るまで拡散し、拡散領域Ｎ２が形成される。
拡散領域Ｐ０，Ｎ１，Ｎ２を形成する順序は、上記した順序に限定されるものではない。また、不純物注入後の熱処理は、少なくとも一部をまとめて実施してもよい。

ここで、ｐ型不純物とｎ型不純物の双方が含まれている半導体領域では、同濃度ずつの不純物が、実質的には相殺されるとみることができる。そして、その半導体領域は、濃度が高い方の不純物と同じ導電型の半導体領域となる。
したがって、図１１に示すように、半導体層１１１の表面１１１ａから浅い領域では、拡散領域Ｎ１によるｎ型半導体領域が形成される。この領域がエミッタ領域１６０となる。エミッタ領域１６０の下部には、拡散領域Ｐ０によるｐ型半導体領域が形成される。この領域が上部ボディ領域１５０となる。上部ボディ領域１５０の下部には、拡散領域Ｎ２によるｎ型半導体領域が形成される。この領域がフローティング半導体領域１７０となる。フローティング半導体領域１７０の下部には、拡散領域Ｐ０によるｐ型半導体領域が形成される。この領域が下部ボディ領域１５１となる。

上記した製造方法では、上部ボディ領域１５０と下部ボディ領域１５１の双方を、拡散領域Ｐ０のみによって形成している。このため、拡散領域Ｐ０は、表面１１１ａから深い領域まで不純物を熱拡散させる必要がある。したがって、実際に形成される拡散領域Ｐ０は、その形成領域や不純物濃度分布に個体差が発生し易い。
フローティング半導体領域１７０を形成するための拡散領域Ｎ２は、拡散領域Ｐ０と重なっている。したがって、実際に形成されるフローティング半導体領域１７０の形成領域や不純物濃度分布は、実際に形成される拡散領域Ｐ０の影響を受けて個体差が発生し易い。これにより、フローティング半導体領域１７０を有する半導体装置の性能がばらつき易い。
本発明は、オン電圧あるいはオン抵抗を低減化する半導体装置を、安定した性能で製造する技術を提供する。

本発明の半導体装置は、第１半導体領域と第２半導体領域と第３半導体領域とフローティング半導体領域と、トレンチと、絶縁層と、トレンチゲート電極を備えている。第１半導体領域は、半導体層の表面に臨んでいるとともに、第１導電型の不純物を含んでいる。第２半導体領域は、第１半導体領域を取り囲んでいるとともに、第２導電型の不純物を含んでいる。第３半導体領域は、第２半導体領域の下部に形成されており、第２半導体領域によって第１半導体領域から分離されているとともに、第１導電型の不純物を含んでいる。フローティング半導体領域は、第２半導体領域内の中間深さに形成されており、第１導電型の不純物を含んでいるとともに、第１半導体領域と第３半導体領域の双方から第２半導体領域によって電気的に絶縁されている。トレンチは、第１半導体領域の表面から半導体層の深さ方向に伸びており、第２半導体領域を貫通しているとともに、その底面が第３半導体領域に突出している。絶縁層は、トレンチの内面を覆っている。トレンチゲート電極は、絶縁層で取り囲まれた状態でトレンチ内に収容されている。本発明の半導体装置は、第２半導体領域の不純物濃度は半導体層の表面からの深さに依存して変化しており、フローティング半導体領域が形成されている中間深さよりも表面側の第１深部とフローティング半導体領域が形成されている中間深さよりも深部側の第２深部の双方において濃度の極大値を有している。さらに、第２半導体領域の第１深部における濃度の極大値の深さが半導体層の表面にあることを特徴とする。
トレンチの深さ方向に、複数個のフローティング半導体領域が形成されていてもよい。すなわち、複数個の上記「中間深さ」があってもよいし、複数個の上記「第１深部」や複数個の上記「第２深部」があってもよい。
フローティング半導体領域は、隣接するトレンチ間に亘って連続していてもよいし、連続していなくてもよい。

従来の技術では、上記中間深さよりも表面側の第２半導体領域と、上記中間深さよりも深部側の第２半導体領域を１つの第２導電型不純物拡散領域によって形成していた。
本明細書で開示する半導体装置は、上記中間深さよりも表面側の第２半導体領域を第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物拡散領域によって形成している。また、上記中間深さよりも深部側の第２半導体領域を第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物拡散領域によって形成している。これにより、それぞれの第２導電型不純物拡散領域について、第２導電型不純物を拡散させるべき領域が、従来と比較して狭くなる。このため、従来と比較して、実際に形成される各第２導電型不純物拡散領域の形成領域や不純物濃度の分布に個体差が発生し難い。これにより、実際に形成されるフローティング半導体領域の形成領域や不純物濃度の分布に個体差が発生し難い。フローティング半導体領域と、第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域によって形成される第２半導体領域の界面に形成されるポテンシャル障壁の大きさが安定する。これにより、少数キャリアを第３半導体領域に蓄積する効果が安定する。オン電圧あるいはオン抵抗を低減化するためにフローティング半導体領域を備えているとともに、安定した性能の半導体装置を形成することができる。

第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物拡散領域と第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物拡散領域が分離されていることが好ましい。
この構成によると、第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域と、第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型物の拡散領域とが存在しない分離領域が形成される。フローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物拡散領域の不純物濃度が極大値を示す深さ（中間深さ）を、この分離領域内に配置することができる。実際に形成されるフローティング半導体領域の不純物濃度の極大値が、実際に形成される第２導電型不純物拡散領域の不純物の存在に影響を受けることがなく安定している。

第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域が分離されていることが好ましい。
この構成によると、実際に形成されるフローティング半導体領域に含まれる不純物量が、実際に形成される第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域の不純物の存在に影響を受けることなく安定している。

第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域の間に、不純物濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の高抵抗領域が形成されていることが好ましい。
この構成によると、第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域と、フローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域が高抵抗領域で分離されている。したがって、実際に形成されるフローティング半導体領域に含まれる不純物量が、さらに、実際に形成される第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域の不純物の存在に影響を受けることなく安定している。

第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域が分離されていることが好ましい。
この構成によると、実際に形成されるフローティング半導体領域に含まれる不純物量が、実際に形成される第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域の不純物の存在に影響を受けることなく安定している。

第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域の間に、不純物濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の高抵抗領域が形成されていることが好ましい。
この構成によると、第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域と、フローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域が高抵抗領域で分離されている。したがって、実際に形成されるフローティング半導体領域に含まれる不純物量が、さらに、実際に形成される第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域の不純物の存在に影響を受けることなく安定している。

第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域が分離されており、かつ、第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域が分離されていることが好ましい。
この構成によると、実際に形成されるフローティング半導体領域に含まれる不純物量が、実際に形成される第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域の不純物の存在に影響を受けることなく安定している。さらに、実際に形成されるフローティング半導体領域に含まれる不純物量が、実際に形成される第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域の不純物の存在に影響を受けることなく安定している。

第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域の間に、不純物濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の高抵抗領域が形成されており、かつ、第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域の間に、不純物濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の高抵抗領域が形成されていることが好ましい。
この構成によると、第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域と、フローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域が高抵抗領域で分離されている。さらに、第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域と、フローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域が高抵抗領域で分離されている。したがって、実際に形成されるフローティング半導体領域に含まれる不純物量が、実際に形成される第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域と実際に形成される第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域の不純物の存在に影響を受けることなく安定している。

本発明を半導体装置の製造方法に具現化することもできる。
その製造方法は、トレンチ形成工程と、絶縁膜形成工程と、第１半導体領域形成工程と、フローティング半導体領域形成工程と、第２半導体領域の第１形成工程と、第２半導体領域の第２形成工程を備えている。
トレンチ形成工程では、半導体層の深さ方向にトレンチを形成する。絶縁膜形成工程では、トレンチの内面に絶縁膜を形成する。第１半導体領域形成工程では、半導体層の表面から第１導電型の不純物を注入し、半導体層の表面に臨んでいるとともにトレンチに接している第１半導体領域を形成する。フローティング半導体領域形成工程では、第１半導体領域よりも深部側であるとともに、トレンチの底面よりも表面側である中間深さにその注入量が極大となるように第１導電型の不純物を注入し、第１半導体領域と離間しているフローティング半導体領域を形成する。第２半導体領域の第１形成工程では、中間深さよりも表面側の第１深部であって半導体層の表面においてその注入量が極大となるように第２導電型の不純物を注入し、トレンチに接するとともに第１半導体領域を取り囲む上部第２半導体領域を形成する。第２半導体領域の第２形成工程では、中間深さよりも深部側の第２深部でその注入量が極大となるように第２導電型の不純物を注入し、トレンチに接し、上部第２半導体領域と連通するとともに、上部第２半導体領域との間でフローティング半導体領域を挟む下部第２半導体領域を形成する。
なお、トレンチ形成工程と、絶縁膜形成工程と、第１半導体領域形成工程と、フローティング半導体領域形成工程と、第２半導体領域の第１形成工程と、第２半導体領域の第２形成工程を実行する順序は、この順序に限定されるものではない。

この製造方法によると、フローティング半導体領域が形成されている中間深さよりも表面側の第１深部とフローティング半導体領域が形成されている中間深さよりも深部側の第２深部の双方において濃度の極大値を有する第２半導体領域を容易に形成することができる。

本発明によると、オン電圧あるいはオン抵抗を低減化する半導体装置を、安定した性能で製造することができる。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。
（第１特徴）ｎ型不純物の濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の半導体基板を準備し、トレンチ形成工程と、絶縁膜形成工程と、エミッタ領域形成工程と、フローティング半導体領域形成工程と、ボディ領域の第１形成工程と、ボディ領域の第２形成工程を実施する。
ボディ領域の第１形成工程で形成するｐ型不純物拡散領域と、フローティング半導体領域形成工程で形成するｎ型不純物拡散領域の間に、ｎ型不純物の濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の高抵抗領域を形成することができる。また、ボディ領域の第２形成工程で形成するｐ型不純物拡散領域と、フローティング半導体領域形成工程で形成するｎ型不純物拡散領域の間に、ｎ型不純物の濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の高抵抗領域を形成することができる。
（第２特徴）ｎ型不純物の濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の半導体基板を準備し、半導体層の表面からｐ型の不純物を注入し、その不純物濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下となるｐ⁻型半導体領域を、トレンチ形成工程で形成したトレンチの側面に接して形成するｐ⁻型半導体領域形成工程を備え、ｐ⁻型半導体形成工程を実施した後に、エミッタ領域形成工程と、フローティング半導体領域形成工程と、ボディ領域の第１形成工程と、ボディ領域の第２形成工程を実施する。
ボディ領域の第１形成工程で形成するｐ型不純物拡散領域と、フローティング半導体領域形成工程で形成するｎ型不純物拡散領域の間に、ｐ型不純物の濃度が１×１０^−１４／ｃｍ^−３以下の高抵抗領域を形成することができる。また、ボディ領域の第２形成工程で形成するｐ型不純物拡散領域と、フローティング半導体領域形成工程で形成するｎ型不純物拡散領域の間に、ｐ型不純物の濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の高抵抗領域を形成することできる。

（第１実施例）
本発明を具現化した半導体装置とその製造方法の実施例を、図１と図２を参照して説明する。本実施例は、本発明をパンチスルー型のトレンチゲート型ＩＧＢＴに適用したものである。本発明をノンパンチスルー型のＩＧＢＴに適用することもできる。本実施例の半導体装置１０の特徴としては、図１に示すように、ボディ領域５２の中間深さ領域にフローティング半導体領域７０が形成されている。また、フローティング半導体領域７０と下部ボディ領域５１の間に高抵抗領域７２が形成されている。
この実施例では、請求項中の第１半導体領域をエミッタ領域６０に具現化し、請求項中の第２半導体領域をボディ領域５２に具現化し、請求項中の第３半導体領域をドリフト領域２０に具現化している。

図１の要部斜視図を参照して半導体装置１０の構成を説明する。
半導体装置１０は、半導体層１１の表面１１ａに接続されているエミッタ電極Ｅを備えている。半導体装置１０は、半導体層１１の表面１１ａに臨んでいるとともに、エミッタ電極Ｅと接続しているｎ^＋型のエミッタ領域６０を備えている。また、半導体装置１０は、半導体層１１の表面１１ａに臨んでいるとともに、ｐ^＋型のボディコンタクト領域６１を備えている。そのボディコンタクト領域６１は、エミッタ領域６０と接触している。さらに、半導体装置１０は、ボディコンタクト領域６１とエミッタ領域６０を取り囲んでいるボディ領域５２を備えている。ボディ領域５２の下部には、ボディ領域５２によってエミッタ領域６０から分離されているｎ⁻型のドリフト領域２０が形成されている。

ボディ領域５２内の中間深さＤ２（併せて図２参照）を含む所定深さ領域には、ｎ型のフローティング半導体領域７０が形成されている。フローティング半導体領域７０は、隣接するトレンチ間に連続して形成されている。フローティング半導体領域７０のｎ型不純物の濃度は、エミッタ領域６０よりも低く、ドリフト領域２０よりも高い。フローティング半導体領域７０は、ボディ領域５２によってエミッタ領域６０とドリフト領域２０の双方から電気的に絶縁されている。なお、フローティング半導体領域７０の上に配置されているボディ領域５２を上部ボディ領域５０という。また、フローティング半導体領域７０の下に配置されているボディ領域５２を下部ボディ領域５１という。また、フローティング半導体領域７０と下部ボディ領域５１の間には、ｎ型不純物の濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の高抵抗領域７２が形成されている。

半導体装置１０は、さらに、エミッタ領域６０の表面１１ａから半導体層１１の深さ方向（図１の下方向）に伸びており、ボディ領域５２を貫通しているとともに、その底面１４１がドリフト領域２０に突出しているトレンチ１４を備えている。トレンチ１４は、紙面の奥行き方向に長く伸びている。トレンチ１４の内面は、ゲート絶縁膜１２で覆われている。その内部にポリシリコンが充填されている。そのポリシリコンがトレンチゲート電極１３を構成している。トレンチゲート電極１３は、ゲート絶縁膜１２で取り囲まれた状態で、トレンチ１４内に収容されている。トレンチゲート電極１３は、ゲート絶縁膜１２を介してボディ領域５２に対向している。
さらに、半導体装置１０は、ドリフト領域２０の裏面側にドリフト領域２０と接するｎ^＋型のバッファ領域３０を備えている。また、半導体装置１０は、バッファ領域３０と接するｐ^＋型のコレクタ領域４０とを備えている。そのコレクタ領域４０は、半導体層１１の裏面側に形成されているコレクタ電極Ｃに接続されている。

図２を参照して半導体装置１０の製造方法を説明する。図２には、半導体装置１０の半導体層１１の表面１１ａからの深さＤに対応する不純物濃度Ｍを示す。図２では、実線のグラフでｐ型不純物の濃度を示す。また、一点鎖線のグラフでｎ型不純物の濃度を示す。
半導体装置１０を製造するために、まず、ｎ⁻型の半導体基板を準備する。
半導体基板の半導体層１１（併せて図１参照）の表面１１ａからトレンチ１４を形成し（トレンチ形成工程）、トレンチ１４の内壁にゲート酸化膜１２を形成する（絶縁膜形成工程）。
図２に示すように、中間深さＤ２よりも表面側の深さＤ１（第１深部）でその注入量が極大となるようにｐ型不純物を注入する（第２半導体領域の第１形成工程）。その後熱処理を行なうことにより、ｐ型不純物の拡散領域Ｐ１が形成される。
中間深さＤ２よりも深部側の深さＤ３（第２深部）でその注入量が極大となるようにｐ型不純物を注入する（第２半導体領域の第２形成工程）。その後熱処理を行なうことにより、ｐ型不純物の拡散領域Ｐ２が形成される。
表面１１ａからｎ型不純物注入する（第１半導体領域形成工程）。その後熱処理を行なうことにより、ｎ型不純物の拡散領域Ｎ１が形成される。
深さＤ１と深さＤ３の間にある中間深さＤ２で、その注入量が極大をなるようにｎ型不純物を注入する（フローティング半導体領域形成工程）。その後熱処理を行なうことにより、ｎ型不純物が中間深さＤ２から所定の幅に至るまで拡散し、拡散領域Ｎ２が形成される。
各工程を実施する順序は、上記した順序に限定されるものではない。また、不純物注入後の熱処理は、少なくとも一部をまとめて実施してもよい。
上記工程により、拡散領域Ｐ１，Ｐ２，Ｎ１，Ｎ２が形成される。拡散領域Ｐ１と拡散領域Ｐ２は、半導体層１１の深さ方向について離間している。拡散領域Ｎ２と拡散領域Ｐ２は、半導体層１１の深さ方向について離間している。

ここで、ｐ型不純物とｎ型不純物の双方が含まれている半導体領域では、同濃度ずつの不純物が実質的には相殺されるとみることができる。そして、その半導体領域は、濃度が高い方の不純物と同じ導電型の半導体領域となる。
拡散領域Ｎ１の不純物濃度と拡散領域Ｐ１の不純物濃度のグラフは、深さｘ１で交差している。深さｘ１よりも表面側では、ｎ型不純物の濃度の方が高い。深さｘ１よりも深部側では、ｐ型不純物の濃度の方が高い。表面１１ａから深さｘ１までの深さ領域がｎ型不純物領域となる。この領域がｎ型のエミッタ領域６０となる。
拡散領域Ｐ１の不純物濃度と拡散領域Ｎ２の不純物濃度のグラフは、深さｘ２で交差している。深さｘ１よりも深部側であるとともに、深さｘ２よりも表面側では、ｐ型不純物の濃度の方が高い。深さｘ２よりも深部側では、ｎ型不純物の濃度が高い。したがって、深さｘ１から深さｘ２までの深さ領域がｐ型不純物領域となる。この領域がｐ型の上部ボディ領域５０となる。
拡散領域Ｎ２の下端は、深さｘ３となっている。深さｘ２から深さｘ３までの深さ領域がｎ型不純物領域となる。この領域がｎ型のフローティング半導体領域７０となる。
深さｘ３から深さｘ４までの深さ領域には、半導体基板に元々含まれている１×１０^１４／ｃｍ^３以下の低濃度のｎ型不純物のみが含まれている。この領域が高抵抗領域７２となる。
拡散領域Ｐ２は、深さｘ４から深さｘ５までの深さ領域に形成されている。この領域が下部ボディ領域５１となる。

半導体装置１０は、エミッタ電極Ｅを接地し、コレクタ電極Ｃに数百Ｖ〜１０００Ｖ程度の正電圧を印加した状態で、トレンチゲート電極１３に印加するゲート電圧をオン・オフする。これにより、エミッタ・コレクタ間を流れる電流がオン・オフする。
以下に、半導体装置１０がオン状態のときの動作を説明する。
トレンチゲート電極１３に閾値以上のゲート電圧を印加すると、トレンチゲート電極１３にゲート絶縁膜１２を介して対向しているｐ⁻型のボディ領域５０がｎ型に反転し、チャネル領域が形成される。これにより、ｎ^＋型のエミッタ領域６０から流出した電子が、チャネル領域を介してドリフト領域２０に注入される。また、ｐ^＋型のコレクタ領域４０からは、ドリフト領域２０に向けてホールが移動する。ドリフト領域２０には電子とホールが注入されて伝導度変調現象が起こり、半導体装置１０が低いオン電圧でオン状態となる。このホールは、電子と再結合して消滅するか、ボディ領域２０とボディコンタクト領域６１を経由してエミッタ電極Ｅへと排出される。

半導体装置１０には、上部ボディ領域５０と下部ボディ領域５１に挟まれているとともに、エミッタ領域６０とドリフト領域２０の双方から電気的に絶縁されているｎ型のフローティング半導体領域７０が形成されている。フローティング半導体領域７０と上部ボディ領域５０の界面に形成されるポテンシャル障壁によって、エミッタ電極Ｅへと排出される少数キャリアがドリフト領域２０内に溜まり易くなる。これにより、エミッタ・コレクタ電極間の少数キャリア濃度が大きくなり、オン電圧が低減化される。このフローティング半導体領域７０の作用は、フローティング半導体領域７０の形成領域や不純物濃度によって変化する。形成領域や不純物濃度分布の個体差が少ないフローティング半導体領域７０が形成されることが好ましい。

従来は、上部ボディ領域５０と下部ボディ領域５１を１つのｐ型不純物拡散領域によって形成していた。
半導体装置１０では、上部ボディ領域５０をｐ型の拡散領域Ｐ１によって形成している。また、下部ボディ領域５１をｐ型の拡散領域Ｐ２によって形成している。これにより、上部ボディ領域５０及び下部ボディ領域のそれぞれについて、第２導電型不純物を拡散させるべき領域が、従来と比較して狭くなる。このため、従来と比較して、実際に形成される拡散領域Ｐ１，Ｐ２の形成領域や不純物濃度の分布に個体差が発生し難い。これにより、実際に形成されるフローティング半導体領域７０の形成領域や不純物濃度の分布に個体差が発生し難い。フローティング半導体領域７０と上部ボディ領域５０の界面に形成されるポテンシャル障壁の大きさが安定する。これにより、少数キャリアをドリフト領域２０に蓄積する効果が安定する。オン電圧あるいはオン抵抗を低減化するためにフローティング半導体領域７０を備えているとともに、安定した性能の半導体装置１０を形成することができる。

特に、半導体装置１０では、拡散領域Ｐ１と拡散領域Ｐ２が分離されている。フローティング半導体領域７０を形成するためのｎ型不純物の拡散領域Ｎ２が不純物濃度の極大値を示す深さＤ２には、拡散領域Ｐ１及び拡散領域Ｐ２が存在しない。したがって、実際に形成されるフローティング半導体領域７０のｎ型不純物の濃度の極大値が、ｐ型不純物の存在に影響を受けない。

また、半導体装置１０では、フローティング半導体領域７０を形成するｎ型不純物の拡散領域Ｎ２が、深さＤ２で濃度の極大値を有するｐ型不純物の拡散領域Ｐ２と重なっていない。したがって、実際に形成されるフローティング半導体領域７０に含まれる不純物量が、実際に形成される下部ボディ領域５１のｐ型不純物の存在に影響を受けることなく安定している。

本実施例では、拡散領域Ｐ１の濃度の極大値が深さＤ１にある場合について説明したが、図３に示すように、深さＤ１は表面１１ａにあってもよい。図３に示す半導体装置１０では、上部ボディ領域５０を形成するためのｐ型不純物拡散領域として、拡散領域Ｐ１ａが形成されている。この構成によれば、拡散領域Ｐ１ａを形成するために、表面１１ａに不純物を注入して熱処理を実施すればよいので、この拡散領域Ｐ１ａを容易に形成することができる。
本実施例では、拡散領域Ｐ１と拡散領域Ｎ２が重なっている場合について説明したが、図４に示すように拡散領域Ｐ１ｂと拡散領域Ｎ２が重なっていなくてもよい。
また、本実施例では、半導体装置１０を製造するために、ｎ⁻型の半導体基板を用いたが、図５に示すように、ｐ⁻型の半導体基板を用いてもよい。この場合には、ドリフト領域２０を形成するためのｎ型不純物拡散領域Ｎ３も形成する。高抵抗領域７２は、半導体基板に元々含まれているｐ型不純物を１×１０^１４／ｃｍ^３以下に含む領域となる。
あるいは、ｎ⁻型の半導体基板を用い、下部ボディ領域５１の下端の深さまで、トレンチ１４に接するｐ⁻型拡散領域（不純物濃度は１×１０^１４／ｃｍ^３以下）を形成し、その後、拡散領域Ｐ１と拡散領域Ｐ２と拡散領域Ｎ１と拡散領域Ｎ２を形成してもよい。この場合には、高抵抗領域７２は、ｐ型不純物を１×１０^１４／ｃｍ^３以下に含む領域となる。

（第２実施例）
本発明を具現化した半導体装置の第２実施例を、図６、図７を参照して説明する。なお、図１の半導体装置１０と略同一の構成に関しては、同一の番号を付してその説明を省略する。
第２実施例の半導体装置１０ａの特徴としては、図６の要部斜視図に示すように、フローティング半導体領域７０と上部ボディ領域５０の間に、ｎ型不純物の濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の高抵抗領域７１が形成されている。フローティング半導体領域７０と下部ボディ領域５１の間に、ｎ型不純物の濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の高抵抗領域７２が形成されている。

図７は、半導体装置１０ａの半導体層１１の表面１１ａからの深さＤに対応する不純物濃度Ｍを示す。半導体装置１０ａでは、上部ボディ領域５０を形成するためのｐ型不純物の拡散領域Ｐ１ｄと、下部ボディ領域５１を形成するためのｐ型不純物の拡散領域Ｐ２は、半導体層１１の深さ方向について離間している。拡散領域Ｐ１ｄと、フローティング半導体領域７０を形成するために拡散領域Ｎ２は、半導体層１１の深さ方向について離間している。拡散領域Ｎ２と拡散領域Ｐ２は、半導体層１１の深さ方向について離間している。
拡散領域Ｎ１の不純物濃度と拡散領域Ｐ１ｄの不純物濃度のグラフは、深さｘ１で交差している。深さｘ１よりも表面側では、ｎ型不純物の濃度の方が高い。深さｘ１よりも深部側では、ｐ型不純物の濃度の方が高い。表面１１ａから深さｘ１までの深さ領域がｎ型不純物領域となる。この領域がｎ型のエミッタ領域６０となる。
拡散領域Ｐ１ｄの下端は、深さｘ２となっている。深さｘ２から深さｘ２ａまでの深さ領域には、半導体基板に元々含まれている１×１０^１４／ｃｍ^３以下の低濃度のｎ型不純物のみが含まれている。この領域が高抵抗領域７１となる。
拡散領域Ｎ２は、深さｘ２ａから深さｘ３の深さ領域に形成されている。この領域がｎ型のフローティング半導体領域７０となる。あとの構成は、半導体装置１０と同様である。

半導体装置１０ａでは、フローティング半導体領域７０を形成するｎ型不純物の拡散領域Ｎ２が、深さＤ１で濃度の極大値を有するｐ型不純物の拡散領域Ｐ１ｄと重なっていない。また、ｎ型不純物の拡散領域Ｎ２が、深さＤ２で濃度の極大値を有するｐ型不純物の拡散領域Ｐ２と重なっていない。したがって、実際に形成されるフローティング半導体領域７０に含まれる不純物量が、実際に形成される上部ボディ領域５０及び実際に形成される下部ボディ領域５１のｐ型不純物の存在に影響を受けることなく安定している。

また、本実施例では、半導体装置１０ａを製造するために、ｎ⁻型の半導体基板を用いたが、図８に示すように、ｐ⁻型の半導体基板を用いてもよい。この場合には、ドリフト領域２０を形成するためのｎ型不純物拡散領域Ｎ３も形成する。
あるいは、ｎ⁻型の半導体基板を用い、下部ボディｒ領域５１の下端の深さまで、ｐ⁻型の不純物拡散領域を設けてもよい。いずれの場合も、高抵抗領域７１，７２はｐ型不純物を１×１０^１４／ｃｍ^３以下の低濃度で含む領域となる。

また、本実施例では、半導体装置１０ａを製造するために、ｎ⁻型の半導体基板を用いたが、図８に示すように、ｐ⁻型の半導体基板を用いてもよい。この場合、ドリフト領域２０を形成するためのｎ型不純物拡散領域Ｎ３を形成する。
あるいは、ｎ⁻型の半導体基板を用い、下部ボディ領域５１の下端の深さまで、トレンチ１４に接するｐ⁻型拡散領域（不純物濃度は１×１０^１４／ｃｍ^３以下）を形成し、その後、拡散領域Ｐ１ｄと拡散領域Ｐ２と拡散領域Ｎ１と拡散領域Ｎ２を形成してもよい。この場合には、高抵抗領域７１，７２がｐ型不純物を１×１０^１４／ｃｍ^３以下に含む領域となる。

（第３実施例）
本発明を具現化した半導体装置の第３実施例を、図９を参照して説明する。なお、図１の半導体装置１０と略同一の構成に関しては、同一の番号を付してその説明を省略する。
第３実施例の半導体装置１０ｂの特徴としては、図９の要部斜視図に示すように、フローティング半導体領域７０と上部ボディ領域５０の間に、ｎ型不純物の濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の高抵抗領域７１が形成されている。

本実施例の半導体装置１０ｂによると、フローティング半導体領域７０を形成するｎ型不純物領域Ｎ２が、深さＤ１で濃度の極大値を有するｐ型不純物の拡散領域Ｐ１と重なっていない。したがって、実際に形成されるフローティング半導体領域７０に含まれる不純物量が、実際に形成される上部ボディ領域５０のｐ型不純物の存在に影響を受けることなく安定している。

第１〜第３実施例では、フローティング半導体領域７０と上部ボディ領域５０の間とフローティング半導体領域７０と下部ボディ領域５１の間のうち少なくとも一方に、高抵抗領域が形成されている場合について説明したが、高抵抗領域は形成されていなくてもよい。上部ボディ領域５０と下部ボディ領域５１を別々の拡散領域によって形成するだけでも、フローティング半導体領域７０の形成領域や不純物濃度分布の個体差の発生を抑制することができる。
また、第１〜第３実施例では、トレンチ１４の深さ方向に、１個のフローティング半導体領域７０が形成されている場合について説明したが、トレンチ１４の深さ方向に、複数個のフローティング半導体領域７０が形成されていてもよい。
また、フローティング半導体領域７０は、隣接するトレンチ間に亘って連続していてもよいし、連続していなくてもよい。

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。

半導体装置１０の要部斜視図である。半導体装置１０の表面１１ａからの深さＤに対応する不純物濃度を示す。半導体装置１０の表面１１ａからの深さＤに対応する不純物濃度の別の例を示す。半導体装置１０の表面１１ａからの深さＤに対応する不純物濃度の別の例を示す。半導体装置１０の表面１１ａからの深さＤに対応する不純物濃度の別の例を示す。半導体装置１０ａの要部斜視図である。半導体装置１０ａの表面１１ａからの深さＤに対応する不純物濃度を示す。半導体装置１０ａの表面１１ａからの深さＤに対応する不純物濃度の別の例を示す。半導体装置１０ｂの要部斜視図である。従来のＩＧＢＴ１００の要部断面図である。ＩＧＢＴ１００の表面１１１ａからの深さＤに対応する不純物濃度Ｍを示す。

符号の説明

１０，１０ａ，１０ｂ半導体装置
１１半導体層
１１ａ表面
１２ゲート絶縁膜
１３トレンチゲート電極
１４トレンチ
２０ドリフト領域
３０バッファ領域
４０コレクタ領域
５０上部ボディ領域
５１下部ボディ領域
６０エミッタ領域
６１ボディコンタクト領域
７０フローティング半導体領域
７１，７２高抵抗領域
１４１底面

Claims

半導体層の表面に臨んでいるとともに、第１導電型の不純物を含んでいる第１半導体領域と、
第１半導体領域を取り囲んでいるとともに、第２導電型の不純物を含んでいる第２半導体領域と、
第２半導体領域の下部に形成されており、第２半導体領域によって第１半導体領域から分離されているとともに、第１導電型の不純物を含んでいる第３半導体領域と、
第２半導体領域内の中間深さに形成されており、第１導電型の不純物を含んでいるとともに、第１半導体領域と第３半導体領域の双方から第２半導体領域によって電気的に絶縁されているフローティング半導体領域と、
第１半導体領域の表面から半導体層の深さ方向に伸びており、第２半導体領域を貫通しているとともに、その底面が第３半導体領域に突出しているトレンチと、
トレンチの内面を覆っている絶縁層と、
絶縁層で取り囲まれた状態でトレンチ内に収容されているトレンチゲート電極を備えており、
第２半導体領域の不純物濃度は半導体層の表面からの深さに依存して変化しており、フローティング半導体領域が形成されている中間深さよりも表面側の第１深部とフローティング半導体領域が形成されている中間深さよりも深部側の第２深部の双方において濃度の極大値を有しており、
第２半導体領域の前記第１深部における濃度の極大値の深さが半導体層の表面にあることを特徴とする半導体装置。
前記第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域と前記第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域が分離されていることを特徴とする請求項１の半導体装置。
前記第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域が分離されていることを特徴とする請求項１又は２の半導体装置。
前記第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域の間に、不純物濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の高抵抗領域が形成されていることを特徴とする請求項３の半導体装置。
前記第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域が分離されていることを特徴とする請求項１又は２の半導体装置。
前記第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域の間に、不純物濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の高抵抗領域が形成されていることを特徴とする請求項５の半導体装置。
前記第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域が分離されており、かつ、前記第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域が分離されていることを特徴とする請求項１又は２の半導体装置。
前記第１深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域の間に、不純物濃度が１×１０^１４／ｃｍ^３以下の高抵抗領域が形成されており、かつ、前記第２深部で濃度の極大値を有する第２導電型不純物の拡散領域とフローティング半導体領域を形成する第１導電型不純物の拡散領域の間に、不純物濃度が１×１０ ^１４／ｃｍ ^３以下の高抵抗領域が形成されていることを特徴とする請求項７の半導体装置。
半導体層の深さ方向にトレンチを形成するトレンチ形成工程と、
トレンチの内面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
半導体層の表面から第１導電型の不純物を注入し、半導体層の表面に臨んでいるとともに前記トレンチに接している第１半導体領域を形成する第１半導体領域形成工程と、
第１半導体領域よりも深部側であるとともに、トレンチの底面よりも表面側である中間深さにその注入量が極大となるように第１導電型の不純物を注入し、第１半導体領域と離間しているフローティング半導体領域を形成するフローティング半導体領域形成工程と、
前記中間深さよりも表面側の第１深部であって半導体層の表面においてその注入量が極大となるように第２導電型の不純物を注入し、トレンチに接するとともに第１半導体領域を取り囲む上部第２半導体領域を形成する第２半導体領域の第１形成工程と、
前記中間深さよりも深部側の第２深部でその注入量が極大となるように第２導電型の不純物を注入し、トレンチに接し、上部第２半導体領域と連通するとともに、上部第２半導体領域との間でフローティング半導体領域を挟む下部第２半導体領域を形成する第２半導体領域の第２形成工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。