JP6164201B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本明細書では、IGBTとダイオードの機能を合わせ持つ半導体装置(RC−IGBT Reverse Conducting−Insulated Gate Bipolar Transistor)に関する技術を開示する。
特許文献1にRC−IGBTが開示されている。このRC−IGBTは、n型エミッタ領域、p型トップボディ領域、n型バリア領域、p型ボトムボディ領域、n型ドリフト領域、p型コレクタ領域、トレンチゲート電極等で構成されるIGBT構造を備えており、そのp型トップボディ領域がアノード領域となってダイオード構造をも提供する。このRC−IGBTでは、トップボディ領域とボトムボディ領域の間にバリア領域が形成されており、そのバリア領域と表面電極(エミッタ電極兼アノード電極)を接続するn型のピラー領域が形成されている。ピラー領域は、隣接するゲートトレンチ間の間隔に形成されている。
このRC−IGBTでは、バリア領域の電位が表面電極の電位に近い電位に維持されるので、ボディ領域とバリア領域間のpn接合によって構成されるダイオードがオンし難い。このダイオードは、表面電極の電位がさらに上昇したときにオンする。特許文献1のRC―IGBTは、バリア領域とピラー領域を利用してp型のボディ領域からn型のバリア領域とn型のドリフト領域にホールが流入することを抑制し、ダイオードの逆回復電流を抑制する。また、このRC−IGBTでは、逆電圧(表面電極が低電位となる電圧)が印加されると、トップボディ領域とバリア領域の間のpn接合から伸びる空乏層と、ドリフト領域とボトムボディ領域の間のpn接合から伸びる空乏層とで電界が分担され、逆電圧に対する耐圧を向上させる。
特開2013−48230号公報
特許文献1のRC−IGBTでは、逆電圧を印加した状態で、トレンチゲート電極に所定のオン電位を加えることにより、IGBTをオンさせることができる。その際、トレンチゲート電極と対向する範囲のトップボディ領域及びボトムボディ領域にチャネルが形成される。特許文献1のRC−IGBTでは、ボトムボディ領域のp型不純物濃度が、トップボディ領域のp型不純物濃度より低い。そのため、トレンチゲート電極に所定のオン電位を加える場合、トップボディ領域よりも先にボトムボディ領域にチャネルが形成される。ボトムボディ領域にのみチャネルが形成された状態では、コレクタ領域、ドリフト領域、ボトムボディ領域に形成されたチャネル、バリア領域、ピラー領域、を経由してリーク電流が流れる。その後、トップボディ領域にもチャネルが形成され、コレクタ領域、ドリフト領域、ボトムボディ領域に形成されたチャネル、バリア領域、トップボディ領域に形成されたチャネル、エミッタ領域、を経由して電流が流れる。すなわち、IGBTがオンする。本明細書では、ボトムボディ領域にチャネルが形成され、トップボディ領域にチャネルが形成されない状態で流れる電流をリーク電流という。リーク電流が大きいと、例えば、RC−IGBTが不良品であるか否かの判定が困難になるなど、問題がある。
本明細書では、従来の半導体装置と比べて、IGBTオン時のリーク電流を低減させることができる技術を開示する。
本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の表面に配置されている表面電極と、半導体基板の裏面に配置されている裏面電極を有している。半導体基板の表面には複数のゲートトレンチが形成されている。各ゲートトレンチ内には、ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜によって半導体基板から絶縁されているゲート電極が配置されている。半導体基板は、第1セル領域を有している。第1セル領域は、n型のエミッタ領域と、p型の第1トップボディ領域と、n型の第1バリア領域と、n型の第1ピラー領域と、p型の第1ボトムボディ領域を有している。n型のエミッタ領域は、複数のゲートトレンチのうちの第1ゲートトレンチと第1ゲートトレンチに隣接する第2ゲートトレンチとの間に配置されており、ゲート絶縁膜に接しており、表面電極に接続されている。p型の第1トップボディ領域は、第1ゲートトレンチと第2ゲートトレンチとの間に配置されており、エミッタ領域より深い位置でゲート絶縁膜に接している。n型の第1バリア領域は、第1ゲートトレンチと第2ゲートトレンチとの間に配置されており、第1トップボディ領域より深い位置でゲート絶縁膜に接している。n型の第1ピラー領域は、第1ゲートトレンチと第2ゲートトレンチとの間に配置されており、表面電極に接続されており、第1バリア領域と繋がっている。p型の第1ボトムボディ領域は、第1ゲートトレンチと第2ゲートトレンチとの間に配置されており、第1バリア領域より深い位置でゲート絶縁膜に接しており、第1バリア領域によって第1トップボディ領域から分離されており、第1トップボディ領域よりもp型不純物濃度が低い。半導体基板は、さらに、第1ボトムボディ領域よりも深い位置に配置されており、第1ボトムボディ領域によって第1バリア領域から分離されており、第1バリア領域よりもn型不純物濃度が低いn型のドリフト領域と、裏面電極に接続されているp型のコレクタ領域と、裏面電極に接続されており、ドリフト領域よりもn型不純物濃度が高いn型のカソード領域を有している。第1バリア領域のうち、第1ピラー領域と繋がっている部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の半導体基板の表面からの深さが、第1バリア領域のうち、ゲート絶縁膜と接する部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の半導体基板の表面からの深さと異なる。
上記の半導体装置では、エミッタ領域、第1トップボディ領域、第1バリア領域、第1ボトムボディ領域、ドリフト領域、コレクタ領域、第1ゲートトレンチ内のゲート電極及び第2ゲートトレンチ内のゲート電極等によってIGBTが形成されている。また、第1トップボディ領域、第1バリア領域、第1ボトムボディ領域、ドリフト領域及びカソード領域等によって、pnダイオードが形成されている。
この半導体装置では、第1バリア領域のうち、第1ピラー領域と繋がっている部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の半導体基板の表面からの深さが、第1バリア領域のうち、ゲート絶縁膜と接する部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の半導体基板の表面からの深さと異なる。そのため、IGBTをオンする過程でトップボディ領域よりも先にボトムボディ領域にチャネルが形成されたときに、特許文献1のRC−IGBTと比べて、リーク電流が流れる経路が長い。この経路が長くなることにより、リーク電流が流れる際の抵抗が高くなり、リーク電流が流れ難くなる。そのため、この半導体装置では、特許文献1の場合に比べて、IGBTオン時のリーク電流を低減させることができる。
第1実施例の半導体装置10の断面図。 半導体基板12の表面12aにおけるゲートトレンチ14a、14b、14c、14d、14e、14fの配置を示す平面図。 IGBTバリア領域34内の深さ方向におけるn型不純物濃度を示すグラフ。 第1実施例の半導体装置10のIGBT動作時の様子を示す説明図(1)。 第1実施例の半導体装置10のIGBT動作時の様子を示す説明図(2)。 従来の半導体装置110のIGBT動作時の様子を示す説明図。 ゲート電極18の電位とコレクタ電流の関係を示すグラフ。 第2実施例の半導体装置210の断面図。 第2実施例の半導体装置210のIGBT動作時の様子を示す説明図。 第3実施例の半導体装置310の断面図。 第3実施例の半導体装置310のIGBT動作時の様子を示す説明図。 第4実施例の半導体装置410の断面図。
(第1実施例)
図1〜図5を参照して説明する第1実施例の半導体装置10は、IGBTとダイオードを備えるRC−IGBTである。図1、図2に示すように、半導体装置10は、Siにより構成された半導体基板12を有する。図1、図2、図4、図5において、z方向は半導体基板12の厚み方向であり、x方向は半導体基板12の表面12aに平行な一方向であり、y方向はz方向とx方向に直交する方向である。
図1に示すように、半導体基板12の上面12aには、上部電極22が形成されている。上部電極22は、AlまたはAlSiにより構成されている。または、上部電極22は、上面12aに、Al(又はAlSi)、Ti、Ni及びAuを積層した積層電極であってもよい。上部電極22の厚み(即ちz方向の長さ)は5〜30μm程度である。
半導体基板12の下面12bには、下部電極26が形成されている。下部電極26は、下面12bに、Al(又はAlSi)、Ti、Ni及びAuを積層した積層電極である。または、下部電極26は、下面12bに、Ti、Ni及びAuを積層した積層電極であってもよい。下部電極26の厚みは1〜30μm程度である。
図2に示すように、半導体基板12の表面12aには、複数のゲートトレンチ14(14a、14b、14c、14d、14e、14f)が格子状に形成されている。なお、図2では、図示の明確化のために、各ゲートトレンチ14の上面に形成されている上部電極22及び層間絶縁膜20(後述)の図示を省略している。ゲートトレンチ14a、14b、14cは、y方向に直線状に伸びている。ゲートトレンチ14a、14b、14cは、x方向に互いに間隔を開けて配置されており、互いに略平行に伸びている。ゲートトレンチ14d、14e、14fは、x方向に直線状に伸びている。ゲートトレンチ14d、14e、14fは、y方向に互いに間隔を開けて配置されており、互いに略平行に伸びている。ゲートトレンチ14a、14b、14cはゲートトレンチ14d、14e、14fと交差している。
図1に示すように、各ゲートトレンチは、半導体基板12の表面12aからz方向(下方向)に伸びている。各ゲートトレンチ14の深さは略等しい。各ゲートトレンチの深さは、4〜6μm程度とすることができる。各ゲートトレンチ14の内面は、ゲート絶縁膜16によって覆われている。各ゲートトレンチ14内には、ゲート電極18が配置されている。図1では、図示の明確化のために、半導体基板12ではハッチングを省略している。各ゲート電極18は、ゲート絶縁膜16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18の上面は、層間絶縁膜20によって覆われている。各ゲート電極18は、層間絶縁膜20によって上部電極22から絶縁されている。各ゲート電極18は、図示しないコンタクト部において、図示しないゲート配線に電気的に接続されている。
半導体基板12のうち、隣接するゲートトレンチ14a、14bの間には、IGBT領域70が形成されている。IGBT領域70は、エミッタ領域30、IGBTトップボディ領域32、IGBTバリア領域34、IGBTピラー領域35、IGBTボトムボディ領域36を含んでいる。
エミッタ領域30は、不純物としてヒ素またはリンを含むn型の半導体領域である。エミッタ領域30は、半導体基板12の上面12aに露出している。エミッタ領域30は、上部電極22に対してオーミック接触している。エミッタ領域30は、ゲート絶縁膜16に接触している。エミッタ領域30のn型不純物濃度は、1×1017〜5×1020/cm程度である。エミッタ領域30の厚みは、0.2〜1.5μm程度である。
IGBTトップボディ領域32は、不純物としてボロンを含むp型の半導体領域である。IGBTトップボディ領域32は、エミッタ領域30の側方及び下側に形成されており、エミッタ領域30に接している。IGBTトップボディ領域32は、エミッタ領域30の側方において半導体基板12の上面12aに露出している。IGBTトップボディ領域32は、p型不純物濃度が高い高濃度領域32aと、p型不純物濃度が低い低濃度領域32bを含む。高濃度領域32aは、上部電極22に接する位置に設けられている。低濃度領域32bは、高濃度領域32aの下側に設けられている。高濃度領域32aは、上部電極22に対してオーミック接触している。また、低濃度領域32bは、エミッタ領域30の下側でゲート絶縁膜16に接触している。高濃度領域32aのp型不純物濃度は1×1017〜1×1020/cm程度である。低濃度領域32bのp型不純物濃度は1×1016〜1×1019/cm程度である。IGBTトップボディ領域32の厚みは、0.5〜5.0μm程度である。
IGBTバリア領域34は、不純物としてリンを含むn型の半導体領域である。IGBTバリア領域34は、IGBTトップボディ領域32の下側に形成されており、IGBTトップボディ領域32に接している。IGBTバリア領域34は、IGBTトップボディ領域32の下側でゲート絶縁膜16に接している。IGBTバリア領域34は、IGBTトップボディ領域32によってエミッタ領域30から分離されている。IGBTバリア領域34は、半導体基板12を断面視した場合において、半導体基板12の上面12a方向(即ち図中上方向)に凸のアーチ状に形成されている。IGBTバリア領域34のn型不純物濃度は、1×1015〜1×1018/cm程度である。IGBTバリア領域34の厚みは、0.2〜3.0μm程度である。
IGBTピラー領域35は、不純物としてリンを含むn型の半導体領域である。IGBTピラー領域35は、IGBTトップボディ領域32の側方に形成されており、IGBTトップボディ領域32に接している。IGBTピラー領域35は、半導体基板12の上面12aからIGBTバリア領域34まで半導体基板12の厚み方向(図中下方向)に伸びている。IGBTピラー領域35の上端部は、半導体基板12の上面12aに露出しており、上部電極22に対してショットキー接触している。IGBTピラー領域35の下端部は、IGBTバリア領域34と繋がっている。IGBTピラー領域35は、IGBTトップボディ領域32によってエミッタ領域30から分離されている。IGBTピラー領域35は、ゲート絶縁膜16から離れた位置に形成されている。すなわち、IGBTピラー領域35は、IGBT領域70の中央に形成されており、ゲート絶縁膜16に接していない。IGBTピラー領域35のn型不純物濃度は、1×1016〜1×1019/cm程度である。
図3は、IGBTバリア領域34内の深さ方向におけるn型不純物濃度を示している。グラフA1は図1中のA1−A1線における分布を示し、グラフA2は図1中のA2−A2線における分布を示している。上記の通り、IGBTバリア領域34は、半導体基板12の上面12a方向(即ち図中上方向)に凸のアーチ状に形成されている。そのため、IGBTバリア領域34のうち、IGBTピラー領域35と繋がっている部分におけるn型不純物濃度のピーク位置P1の上面12aからの深さは、IGBTバリア領域34のうち、ゲート絶縁膜16と接する部分におけるn型不純物濃度のピーク位置P2の上面12aからの深さよりも浅い。
図1のIGBTボトムボディ領域36は、不純物としてボロンを含むp型の半導体領域である。IGBTボトムボディ領域36は、IGBTバリア領域34の下側に形成されており、IGBTバリア領域34に接している。IGBTボトムボディ領域36は、IGBTバリア領域34の下側でゲート絶縁膜16に接している。IGBTボトムボディ領域36は、IGBTバリア領域34によってIGBTトップボディ領域32から分離されている。IGBTボトムボディ領域36は、IGBTトップボディ領域32の低濃度領域32bよりもp型不純物濃度が低い。IGBTボトムボディ領域36のp型不純物濃度は1×1015〜1×1019/cm程度である。IGBTボトムボディ領域36の厚みは、0.2〜3.0μm程度である。
半導体基板12のうち、隣接するゲートトレンチ14b、14cの間には、ダイオード領域80が形成されている。ダイオード領域80は、ダイオードトップボディ領域52、ダイオードバリア領域54、ダイオードピラー領域55、ダイオードボトムボディ領域56を含んでいる。
ダイオードトップボディ領域52は、不純物としてボロンを含むp型の半導体領域である。ダイオードトップボディ領域52は、半導体基板12の上面12aに露出している。ダイオードトップボディ領域52は、p型不純物濃度が高いアノード領域52aと、p型不純物濃度が低い低濃度領域52bを有する。アノード領域52aは、半導体基板12の上面12aに露出している範囲に形成されており、上部電極22とオーミック接触している。低濃度領域52bは、アノード領域52aの下側に設けられている。また、ダイオードトップボディ領域52は、ゲート絶縁膜16に接触している。アノード領域52aのp型不純物濃度は1×1017〜1×1020/cm程度である。低濃度領域52bのp型不純物濃度は1×1016〜1×1019/cm程度である。ダイオードトップボディ領域52の厚みは、0.2〜5.0μm程度である。
ダイオードバリア領域54は、不純物としてリンを含むn型の半導体領域である。ダイオードバリア領域54は、ダイオードトップボディ領域52の下側に形成されており、ダイオードトップボディ領域52に接している。ダイオードバリア領域54は、ダイオードトップボディ領域52の下側でゲート絶縁膜16に接している。ダイオードバリア領域54のn型不純物濃度は、1×1015〜1×1018/cm程度である。ダイオードバリア領域54の厚みは、0.2〜3.0μm程度である。
ダイオードピラー領域55は、不純物としてリンを含むn型の半導体領域である。ダイオードピラー領域55は、ダイオードトップボディ領域52の側方に形成されており、ダイオードトップボディ領域52に接している。ダイオードピラー領域55は、半導体基板12の上面12aからダイオードバリア領域54まで半導体基板12の厚み方向(図中下方向)に伸びている。ダイオードピラー領域55の上端部は、半導体基板12の上面12aに露出しており、上部電極22に対してショットキー接触している。ダイオードピラー領域55の下端部は、ダイオードバリア領域54と繋がっている。ダイオードピラー領域55は、ゲート絶縁膜16から離れた位置に形成されている。すなわち、ダイオード領域80内のダイオードピラー領域55は、ダイオード領域80の中央に形成されており、ゲート絶縁膜16に接していない。ダイオードピラー領域55のn型不純物濃度は、1×1016〜1×1019/cm程度である。
図1に示すように、ダイオードバリア領域54は、半導体基板12を断面視した場合において、上記のIGBTバリア領域34のようにアーチ状に形成されておらず、平坦に形成されている。そのため、ダイオードバリア領域54のうち、ダイオードピラー領域55と繋がっている部分におけるn型不純物濃度のピーク位置P3の上面12aからの深さL1は、ダイオードバリア領域54のうち、ゲート絶縁膜16と接する部分におけるn型不純物濃度のピーク位置P4の上面12aからの深さL2とほぼ等しい。すなわち、本実施例では、ピーク位置P1の深さとピーク位置P2の深さとの差ΔLは、ピーク位置P3の深さL1とピーク位置P4の深さL2との差よりも大きい。
ダイオードボトムボディ領域56は、不純物としてボロンを含むp型の半導体領域である。ダイオードボトムボディ領域56は、ダイオードバリア領域54の下側に形成されており、ダイオードバリア領域54に接している。ダイオードボトムボディ領域56は、ダイオードバリア領域54の下側でゲート絶縁膜16に接している。ダイオードボトムボディ領域56は、ダイオードバリア領域54によってダイオードトップボディ領域52から分離されている。ダイオードボトムボディ領域56のp型不純物濃度は1×1015〜1×1019/cm程度である。ダイオードボトムボディ領域56は、ダイオードトップボディ領域52の低濃度領域52bよりもp型不純物濃度が低い。ダイオードボトムボディ領域56の厚みは、0.2〜3.0μm程度である。
なお、ダイオード領域80には、IGBT領域70のエミッタ領域30に相当するn型の半導体領域(即ち、ゲート絶縁膜16に接しており、ダイオードバリア領域54とダイオードピラー領域55から分離されているn型の半導体領域)は形成されていない。
半導体基板12は、さらに、ドリフト領域38、コレクタ領域40、及び、カソード領域42を備えている。
ドリフト領域38は、不純物としてリンを含むn型の半導体領域である。ドリフト領域38は、IGBT領域70のIGBTボトムボディ領域36の下側の領域と、ダイオード領域80のダイオードボトムボディ領域56の下側の領域と、に跨って形成されている。ドリフト領域38は、IGBTボトムボディ領域36及びダイオードボトムボディ領域56に接している。また、ドリフト領域38は、各ゲート絶縁膜16の下端部に接している。ドリフト領域38は、IGBTボトムボディ領域36によってIGBTバリア領域34から分離されており、ダイオードボトムボディ領域56によってダイオードバリア領域54から分離されている。ドリフト領域38のn型不純物濃度は、IGBTバリア領域34のn型不純物濃度及びダイオードバリア領域54のn型不純物濃度よりも低い。ドリフト領域38のn型不純物濃度は、1×1012〜1×1015/cm程度である。
コレクタ領域40は、不純物としてボロンを含むp型の半導体領域である。コレクタ領域40は、IGBT領域70の下側の範囲であって、ドリフト領域38の下側に形成されている。コレクタ領域40は、ドリフト領域38に接している。コレクタ領域40は、半導体基板12の下面12bに露出している。コレクタ領域40は、下部電極26に対してオーミック接触している。コレクタ領域40のp型不純物濃度は、1×1017〜1×1020cm程度である。コレクタ領域40の厚みは、0.2〜3.0μm程度である。
カソード領域42は、不純物としてリンを含むn型の半導体領域である。カソード領域42は、ダイオード領域80の下側の範囲であって、ドリフト領域38の下側に形成されている。カソード領域42は、ドリフト領域38に接している。カソード領域42は、半導体基板12の下面12bに露出している。カソード領域42は、下部電極26に対してオーミック接触している。カソード領域42のn型不純物濃度は、ドリフト領域38、ダイオードバリア領域54及びダイオードピラー領域55のn型不純物濃度よりも高い。カソード領域42のn型不純物濃度は、1×1017〜1×1020cm程度である。カソード領域42の厚みは、0.2〜3.0μm程度である。
半導体基板12には、エミッタ領域30、IGBTトップボディ領域32、IGBTバリア領域34、IGBTボトムボディ領域36、ドリフト領域38、コレクタ領域40、ゲート電極18及びゲート絶縁膜16によって、上部電極22と下部電極26の間に接続されたIGBTが形成されている。IGBTが動作する際には、上部電極22はIGBTのエミッタ電極として機能し、下部電極26はIGBTのコレクタ電極として機能する。また、半導体基板12には、ダイオードトップボディ領域52、ダイオードバリア領域54、ダイオードボトムボディ領域56、ドリフト領域38及びカソード領域42によって、上部電極22と下部電極26の間に接続されたpnダイオードが形成されている。また、半導体基板12には、IGBTトップボディ領域32、IGBTバリア領域34、IGBTボトムボディ領域36、ドリフト領域38及びカソード領域42によっても、上部電極22と下部電極26の間に接続されたpnダイオードが形成されている。これらのpnダイオードが動作する際には、上部電極22はpnダイオードのアノード電極として機能し、下部電極26はpnダイオードのカソード電極として機能する。半導体基板12には、ダイオードピラー領域55、ダイオードバリア領域54、ドリフト領域38及びカソード領域42によって、上部電極22と下部電極26の間に接続されたショットキーバリアダイオード(以下、SBDという)が形成されている。また、半導体基板12には、IGBTピラー領域35、IGBTバリア領域34、ドリフト領域38及びカソード領域42によっても、上部電極22と下部電極26の間に接続されたSBDが形成されている。これらのSBDが動作する際には、上部電極22はSBDのアノード電極として機能し、下部電極26はSBDのカソード電極として機能する。
IGBTの動作について説明する。IGBTをオンさせる際には、下部電極26に上部電極22よりも高い電位が印加される。また、ゲート電極18の電位を上昇させる。ゲート電極18の電位が、所定の第1閾値に達すると、まず、図4に示すように、ゲート絶縁膜16近傍のIGBTボトムボディ領域36にチャネル90が形成される。この時点では、ゲート絶縁膜16近傍のIGBTトップボディ領域32にはチャネルは形成されていない。IGBTボトムボディ領域36にIGBTトップボディ領域32よりも先にチャネル90が先に形成されるのは、IGBTボトムボディ領域36のn型不純物濃度がIGBTトップボディ領域32のn型不純物濃度よりも低く、チャネルが形成されるための閾値電位が低いためである。IGBTボトムボディ領域36にチャネル90が形成されると、上部電極22から、IGBTピラー領域35、IGBTバリア領域34、チャネル90、ドリフト領域38及びコレクタ領域40を経由して、下部電極26に向かって電子が流れる。これにより、図4の矢印92に示すように、下部電極26から、コレクタ領域40、ドリフト領域38、チャネル90、IGBTバリア領域34及びIGBTピラー領域35を経由して、上部電極22に向かって電流が流れる。電流は、IGBTバリア領域34のピーク濃度の深さに沿って流れ易いので、矢印92のように、IGBTバリア領域34の深さ方向中央部分に多くの電流が流れる。以下、図4の矢印92に示す経路で流れる電流をリーク電流と呼ぶ。
その後、ゲート電極18の電位が第1閾値よりも高い第2閾値の電位(即ち、オン電位)に達すると、図5に示すように、ゲート絶縁膜16近傍のIGBTトップボディ領域32にもチャネル94が形成される。IGBTトップボディ領域32にチャネル94が形成されると、上部電極22から、エミッタ領域30、チャネル94、IGBTバリア領域34、チャネル90、ドリフト領域38及びコレクタ領域40を経由して、下部電極26に向かって電子が流れる。これにより、図5の矢印96に示すように、下部電極26から、コレクタ領域40、ドリフト領域38、チャネル90、IGBTバリア領域34、チャネル94及びエミッタ領域30を経由して、上部電極22に向かって電流が流れる。図5の矢印96の経路で電流が流れ始めると、リーク電流(図4の矢印92参照)は流れなくなる。すなわち、リーク電流はIGBTがオンするまでの間の短い期間だけ流れる。
その後、ゲート電極18の電位を第1閾値未満に低下させると、チャネル90、92が消失し、電流が停止する。即ち、IGBTがオフする。
ここで、本実施例の半導体装置10のIGBTを動作させる際の作用効果を十分に説明するために、図6を参照して、従来の半導体装置のIGBTを動作させる場合の比較例を説明する。図6に示すように、従来の半導体装置110も、図1の本実施例の半導体装置10とほぼ同様の構成を備える。図6では、図1の半導体装置10と同様の要素を、図1と同じ符号で示している。図6に示すように、従来の半導体装置110では、IGBTバリア領域134の形状が、図1の半導体装置10とは異なる。従来の半導体装置110では、IGBTバリア領域134の形状は、図1のIGBTバリア領域34のようにアーチ状に形成されておらず、平坦に形成されている。そのため、IGBTバリア領域134のうち、IGBTピラー領域35と繋がっている部分におけるn型不純物濃度のピーク位置P11の上面12aからの深さは、IGBTバリア領域134のうち、ゲート絶縁膜16と接する部分におけるn型不純物濃度のピーク位置P12の上面12aからの深さとほぼ等しい。
従来の半導体装置110のIGBTをオンさせる際に、ゲート電極18の電位が第1閾値に達すると、まず、図6に示すように、ゲート絶縁膜16近傍のIGBTボトムボディ領域36にチャネル190が形成される。この時点では、ゲート絶縁膜16近傍のIGBTトップボディ領域32にはチャネルは形成されていない。これにより、図6の矢印192に示すように、下部電極26から、コレクタ領域40、ドリフト領域38、チャネル190、IGBTバリア領域34及びIGBTピラー領域35を経由して、上部電極22に向かってリーク電流が流れる。その後に、ゲート電極18の電位をさらに上昇させると、本実施例と同様にIGBTがオンする。上記の通り、従来の半導体装置110では、IGBTバリア領域134は平坦に形成されており、ピーク位置P11の深さはピーク位置P12の深さとほぼ等しい。そのため、矢印192に示すようにリーク電流がIGBTバリア領域34内を流れる経路は、比較的短い。即ち、リーク電流が流れる際の抵抗が小さいため、比較的大きいリーク電流が流れる。
上記の通り、従来の半導体装置110では、IGBTをオンする際に流れるリーク電流が大きい。図7は、IGBTをオンする際におけるゲート電極18の電位とコレクタ電流との関係を示している。グラフB1は本実施例の半導体装置10におけるゲート電極18の電位とコレクタ電流との関係を示している。グラフB2は従来の半導体装置110におけるゲート電極18の電位とコレクタ電流との関係を示している。図7中のTh1、Th2は、それぞれ第1閾値と第2閾値を示している。グラフB2に示すように、ゲート電位が第1閾値を超えたときに流れるリーク電流が大きいと、別の要因で流れるリーク電流を検出することが困難となり、半導体装置10が不良品であるか否かの判別が困難になる。
これに対し、図1に示すように、本実施例の半導体装置10では、IGBTバリア領域34は、半導体基板12の上面12a方向(即ち図中上方向)に凸のアーチ状に形成されており、ピーク位置P1の深さはピーク位置P2の深さよりも浅い。そのため、従来の半導体装置110の場合に比べて、図4の矢印92が示すようにリーク電流がIGBTバリア領域34内を流れる経路は長くなる。即ち、リーク電流が流れる際の抵抗が大きいため、比較的小さいリーク電流が流れる。このように、本実施例の半導体装置10では、従来の半導体装置110に比べて、IGBTをオンする際のリーク電流を低減させることができる。そのため、半導体装置10が不良品であるか否かの判別が容易になる。また、本実施例の半導体装置10では、ダイオード領域80の下側にはカソード領域42が形成されている。コレクタ領域40は、IGBT領域70の下側にのみ形成されている。従って、ダイオード領域80では、ダイオードバリア領域54がほぼ平坦であってもリーク電流はほとんど流れない。
次に、本実施例の半導体装置10のpnダイオードとSBDの動作について説明する。pnダイオードとSBDをオンさせる際には、上部電極22と下部電極26の間に、上部電極22が高電位となる電圧(順電圧)を印加する。以下では、上部電極22の電位を、下部電極26と同等の電位から徐々に上昇させる場合について考える。上部電極22の電位を上昇させると、ダイオードピラー領域55と上部電極22との界面のショットキー接触部が導通する。すなわち、SBDがオンする。すると、下部電極26から、カソード領域42、ドリフト領域38、ダイオードボトムボディ領域56、ダイオードバリア領域54及びダイオードピラー領域55を経由して、上部電極22に向かって電子が流れる。なお、ダイオードボトムボディ領域56とダイオードバリア領域54の間にはpn接合が存在するが、ダイオードボトムボディ領域56のp型不純物濃度は低く、ダイオードボトムボディ領域56の厚みは薄いため、SBDに流れる電流に及ぼす影響は少ない。このようにSBDがオンすると、ダイオードバリア領域54の電位が上部電極22の電位に近い電位となる。このため、ダイオードトップボディ領域52とダイオードバリア領域54の境界のpn接合に電位差が生じ難くなる。とくに、本実施例では、ダイオードバリア領域54は平坦に形成されているため、IGBTバリア領域34のようなアーチ状に形成されている場合に比べて、ダイオードピラー領域55の下端からゲート絶縁膜16近傍のダイオードバリア領域54までの距離が短い。従って、ダイオードトップボディ領域52とダイオードバリア領域54の境界のpn接合に電位差が生じ難い。このため、その後に上部電極22の電位を上昇させても、しばらくの間は、pnダイオードはオンしない。上部電極22の電位をさらに上昇させると、SBDに流れる電流が増加する。SBDに流れる電流が増えるほど、上部電極22とダイオードバリア領域54の間の電位差が大きくなり、ダイオードトップボディ領域52とダイオードバリア領域54の境界のpn接合に生じる電位差も大きくなる。したがって、上部電極22の電位を所定の電位以上に上昇させると、pnダイオードがオンする。すなわち、上部電極22から、ダイオードトップボディ領域52、ダイオードバリア領域54、ダイオードボトムボディ領域56、ドリフト領域38及びカソード領域42を経由して下部電極26に向かってホールが流れる。また、下部電極26から、カソード領域42、ドリフト領域38、ダイオードボトムボディ領域56、ダイオードバリア領域54及びダイオードトップボディ領域52を経由して上部電極22に向かって電子が流れる。即ち、上部電極22から、ダイオードトップボディ領域52、ダイオードバリア領域54、ダイオードボトムボディ領域56、ドリフト領域38及びカソード領域42を経由して下部電極26に向かって電流が流れる。このように、半導体装置10では、上部電極22の電位が上昇する際に、SBDが先にオンすることで、pnダイオードがオンするタイミングが遅れる。これによって、ダイオードトップボディ領域52からドリフト領域38にホールが流入することが抑制される。
pnダイオードがオンした後に、上部電極22と下部電極26の間に逆電圧(上部電極22が低電位となる電圧)を印加すると、pnダイオードが逆回復動作を行う。すなわち、pnダイオードがオンしている際には、ドリフト領域38内にホールが存在している。逆電圧が印加されると、ドリフト領域38内のホールが、ダイオードトップボディ領域52を通って上部電極22に排出される。このホールの流れによって、pnダイオードに瞬間的に逆電流が発生する。しかしながら、半導体装置10では、pnダイオードがオンする際に、上記の通り、SBDによってダイオードトップボディ領域52からドリフト領域38にホールが流入することが抑制される。このため、pnダイオードが逆回復動作を行う際において、ドリフト領域38内に存在するホールが少ない。このため、pnダイオードの逆回復動作時に生じる逆電流も小さい。このように、半導体装置10では、pnダイオードの逆回復動作時に生じる逆電流が抑制される。
また、上部電極22と下部電極26の間に逆電圧が印加されると、ダイオードトップボディ領域52とダイオードバリア領域54の間のpn接合から伸びる空乏層と、ドリフト領域38とダイオードボトムボディ領域56の間のpn接合から伸びる空乏層とで電界が分担される。そのため、ダイオードボトムボディ領域56を備えない構造に比べて、逆電圧に対する耐圧が高い。
また、上記の通り、IGBT領域70にも、pnダイオードとSBDが形成されている。IGBT領域70内のpnダイオードとSBDも、ダイオード領域80内のpnダイオード及びSBDと同様に動作する。また、IGBT領域70にもIGBTピラー領域35が形成されているので、IGBT領域70でも、ダイオード領域80と同様に逆回復電流が抑制される。
以上、本実施例の半導体装置10の構成及び動作を説明した。以下、本実施例と請求項の記載の対応関係を説明する。上部電極22、下部電極26が、それぞれ「表面電極」、「裏面電極」の一例である。IGBT領域70、ダイオード領域80が、それぞれ、「第1セル領域」、「第2セル領域」の一例である。ゲートトレンチ14a、14bが、それぞれ、「第1ゲートトレンチ」、「第2ゲートトレンチ」の一例である。ゲートトレンチ14b、14cが、それぞれ、「第3ゲートトレンチ」、「第4ゲートトレンチ」の一例である。IGBTトップボディ領域32、IGBTバリア領域34、IGBTピラー領域35、IGBTボトムボディ領域36が、それぞれ、「第1トップボディ領域」、「第1バリア領域」、「第1ピラー領域」、「第1ボトムボディ領域」の一例である。ダイオードトップボディ領域52、ダイオードバリア領域54、ダイオードピラー領域55、ダイオードボトムボディ領域56が、それぞれ、「第2トップボディ領域」、「第2バリア領域」、「第2ピラー領域」、「第2ボトムボディ領域」の一例である。
(第2実施例)
続いて、図8、図9を参照して、第2実施例の半導体装置210について、第1実施例と異なる点を中心に説明する。本実施例の半導体装置210は、その基本的構成は第1実施例の半導体装置10(図1参照)と共通する。図8、図9では、第1実施例の半導体装置10と共通する要素については同じ符号を用いて示している。
本実施例の半導体装置210では、IGBTバリア領域234の形状が第1実施例とは異なる。図8に示すように、IGBTバリア領域234は、半導体基板12を断面視した場合において、半導体基板12の下面12b方向(即ち図中下方向)に凸のアーチ状に形成されている。そのため、IGBTバリア領域234のうち、IGBTピラー領域35と繋がっている範囲の下側の部分におけるn型不純物濃度のピーク位置P21の上面12aからの深さは、IGBTバリア領域234のうち、ゲート絶縁膜16と接する部分におけるn型不純物濃度のピーク位置P22の上面12aからの深さよりも深い。
本実施例の半導体装置210のIGBTをオンさせる際に、ゲート電極18の電位が所定の第1閾値に達すると、まず、図9に示すように、ゲート絶縁膜16近傍のIGBTボトムボディ領域36にチャネル290が形成される。この時点では、ゲート絶縁膜16近傍のIGBTトップボディ領域32にはチャネルは形成されていない。これにより、図9の矢印292に示すように、下部電極26から、コレクタ領域40、ドリフト領域38、チャネル290、IGBTバリア領域34及びIGBTピラー領域35を経由して、上部電極22に向かってリーク電流が流れる。上記の通り、本実施例の半導体装置210では、IGBTバリア領域234は、半導体基板12の下面12b方向(即ち図中下方向)に凸のアーチ状に形成されており、ピーク位置P21の深さは、ピーク位置P22の位置よりも深い。そのため、本実施例でも、従来の半導体装置110(図6参照)の場合に比べて、矢印292が示すようにリーク電流がIGBTバリア経路234内を流れる経路は長くなる。本実施例の半導体装置210でも、従来の半導体装置110に比べて、IGBTをオンする際のリーク電流を低減させることができる。そのため、本実施例の半導体装置210も、第1実施例と同様の作用効果を発揮することができる。
(第3実施例)
続いて、図10、図11を参照して、第3実施例の半導体装置310について、第1実施例と異なる点を中心に説明する。本実施例の半導体装置310は、その基本的構成は第1実施例の半導体装置10(図1参照)と共通する。図10、図11でも、第1実施例の半導体装置10と共通する要素については同じ符号を用いて示している。
本実施例の半導体装置310では、IGBTバリア領域334の形状が第1実施例とは異なる。図10に示すように、IGBTバリア領域334は、半導体基板12を断面視した場合において、ゲートトレンチ14a側からゲートトレンチ14b側に向けて上面12aからの深さが浅くなるように形成されている。そのため、本実施例では、IGBTバリア領域334のうち、IGBTピラー領域35と繋がっている範囲の下側の部分におけるn型不純物濃度のピーク位置P31の上面12aからの深さは、IGBTバリア領域334のうち、ゲートトレンチ14a内のゲート絶縁膜16と接する部分におけるn型不純物濃度のピーク位置P32aの深さよりも浅い。また、ピーク位置P31の深さは、IGBTバリア領域334のうち、ゲートトレンチ14b内のゲート絶縁膜16と接する部分におけるn型不純物濃度のピーク位置P32bの深さよりも深い。
本実施例の半導体装置310のIGBTをオンさせる際に、ゲート電極18の電位が所定の第1閾値に達すると、まず、図11に示すように、ゲート絶縁膜16近傍のIGBTボトムボディ領域36にチャネル390a、390bが形成される。チャネル390aは、ゲートトレンチ14a内のゲート絶縁膜16近傍に形成され、チャネル390bは、ゲートトレンチ14b内のゲート絶縁膜16近傍に形成される。この時点では、ゲート絶縁膜16近傍のIGBTトップボディ領域32にはチャネルは形成されていない。これにより、図11の矢印392に示すように、下部電極26から、コレクタ領域40、ドリフト領域38、チャネル390a、IGBTバリア領域34及びIGBTピラー領域35を経由して、上部電極22に向かってリーク電流が流れる。なお、図11に示すように、チャネル390bを経由する経路は、チャネル390aを経由する経路よりも長いため、抵抗が高い。そのため、リーク電流は、チャネル390bを経由する経路は流れない。上記の通り、本実施例の半導体装置310では、IGBTバリア領域334は、半導体基板12を断面視した場合において、ゲートトレンチ14a側からゲートトレンチ14b側に向けて上面12aからの深さが浅くなるように形成されている。ピーク位置P31の深さは、ピーク位置P32a、P32bの深さとは異なっている。そのため、本実施例でも、従来の半導体装置110(図6参照)の場合に比べて、矢印392が示すようにリーク電流がIGBTバリア経路334内を流れる経路は長くなる。本実施例の半導体装置310でも、従来の半導体装置110に比べて、IGBTをオンする際のリーク電流を低減させることができる。そのため、本実施例の半導体装置310も、第1実施例と同様の作用効果を発揮することができる。
(第4実施例)
続いて、図12を参照して、第4実施例の半導体装置410について、第1実施例と異なる点を中心に説明する。本実施例の半導体装置410も、その基本的構成は第1実施例の半導体装置10(図1参照)と共通する。図12でも、第1実施例の半導体装置10と共通する要素については同じ符号を用いて示している。
本実施例の半導体装置410では、ダイオードバリア領域454の形状が第1実施例とは異なる。図12に示すように、ダイオードバリア領域454は、IGBTバリア領域34と同様に、半導体基板12を断面視した場合において、半導体基板12の上面12a方向(即ち図中上方向)に凸のアーチ状に形成されている。本実施例では、ダイオードバリア領域454のうち、ダイオードピラー領域55と繋がっている範囲の下側の部分におけるn型不純物濃度のピーク位置P43の上面12aからの深さは、ダイオードバリア領域454のうち、ゲート絶縁膜16と接する部分におけるn型不純物濃度のピーク位置P44の上面12aからの深さよりも浅い。
本実施例の半導体装置410のpnダイオードとSBDの動作も、第1実施例とほぼ同様である。ただし、本実施例では、ダイオードバリア領域454がアーチ状に形成されているため、平坦な形状のダイオードバリア領域54が形成されている第1実施例の半導体装置10に比べると、SBDがオンした後であってpnダイオードがオンする前の状態において、ダイオードトップボディ領域52とダイオードバリア領域454との間には電位差が生じ易い。
以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。例えば、以下の変形例を採用してもよい。
(変形例1)上記の各実施例では、ダイオード領域80内の半導体基板12の上面12aに露出する範囲には、IGBT領域70のエミッタ領域30に相当するn型の半導体領域は存在しない。これに限られず、ダイオード領域80内の半導体基板12の表面にも、n型の半導体領域が設けられていてもよい。このような構成であれば、IGBT領域の表面構造とダイオード領域の表面構造とを共通化することができる。
(変形例2)IGBTバリア領域34、234、334の形状は、第1〜第4実施例で説明した形状に限られず、他の任意の形状とすることができる。その場合、IGBTバリア領域のうち、IGBTピラー領域35と繋がっている範囲の下側の部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の上面12aからの深さは、IGBTバリア領域のうち、ゲート絶縁膜16と接する部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の深さと異なっていればよい。
(変形例3)上記の各実施例では、カソード領域42は、ダイオード領域80の下側の範囲にのみ形成されており、IGBT領域70の下側の範囲には形成されていない。これに限られず、IGBT領域70の下側の範囲にも、カソード領域が形成されていてもよい。即ち、IGBT領域70の下側の範囲に、コレクタ領域とカソード領域の両方が形成されていてもよい。この場合、IGBTトップボディ領域32、IGBTバリア領域34、IGBTボトムボディ領域36、ドリフト領域38、及び、IGBT領域70の下側の範囲のカソード領域によって、上部電極22と下部電極26の間に接続されたpnダイオードが形成されてもよい。即ち、IGBTトップボディ領域32がアノード領域として兼用されてもよい。
本明細書が開示する技術について、以下に説明する。なお、以下に説明する技術事項は、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半導体装置においては、半導体基板は、さらに、第2セル領域を有していてもよい。第2セル領域は、p型の第2トップボディ領域と、n型の第2バリア領域と、n型の第2ピラー領域と、p型の第2ボトムボディ領域を有していてもよい。p型の第2トップボディ領域は、複数のゲートトレンチのうちの第3ゲートトレンチと第3ゲートトレンチに隣接する第4ゲートトレンチとの間に配置されており、ゲート絶縁膜に接していてもよい。n型の第2バリア領域は、第3ゲートトレンチと第4ゲートトレンチとの間に配置されており、第2トップボディ領域より深い位置でゲート絶縁膜に接していてもよい。p型の第2ボトムボディ領域は、第3ゲートトレンチと第4ゲートトレンチとの間に配置されており、表面電極に接続されており、第2バリア領域と繋がっているn型の第2ピラー領域と、第3ゲートトレンチと第4ゲートトレンチとの間に配置されており、第2バリア領域より深い位置でゲート絶縁膜に接しており、第2バリア領域によって第2トップボディ領域から分離されており、第2トップボディ領域よりもp型不純物濃度が低くてもよい。第3ゲートトレンチと第4ゲートトレンチとの間には、ゲート絶縁膜に接しており、第2バリア領域と第2ピラー領域から分離されているn型の半導体領域は形成されていなくてもよい。コレクタ領域は、第1セル領域の下側に形成されていてもよい。カソード領域は、第2セル領域の下側に形成されていてもよい。第1バリア領域のうち、第1ピラー領域と繋がっている部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の半導体基板の表面からの深さと、第1バリア領域のうち、ゲート絶縁膜と接する部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の半導体基板の表面からの深さとの差が、第2バリア領域のうち、第2ピラー領域と繋がっている部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の半導体基板の表面からの深さと、第2バリア領域のうち、ゲート絶縁膜と接する部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の半導体基板の表面からの深さとの差よりも大きくてもよい。
この構成の半導体装置では、第2トップボディ領域、第2バリア領域、第2ボトムボディ領域、ドリフト領域及びカソード領域等によって、pnダイオードが形成されている。
この半導体装置では、第3ゲートトレンチと第4ゲートトレンチとの間に、pnダイオードを構成するpn接合(即ち、第2トップボディ領域と第2バリア領域の境界)が形成されている。このpnダイオードも、第2ピラー領域を有するので、逆回復電流が生じ難い。特に、第2バリア領域内のピーク位置の深さの差が小さいので、第2トップボディ領域と第2バリア領域との境界に電位差がより生じ難い。このため、pnダイオードがよりオンし難く、逆回復電流を効果的に抑制することができる。また、コレクタ領域が第1セル領域の下側に形成され、カソード領域が第2セル領域の下側に形成されているため、IGBTを動作させる場合、第2セル領域ではリーク電流が殆ど流れない。
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。
10:半導体装置
12:半導体基板
12a:上面
12b:下面
14(14a、14b、14c、14d、14e、14f):ゲートトレンチ
16:ゲート絶縁膜
18:ゲート電極
20:層間絶縁膜
22:上部電極
26:下部電極
30:エミッタ領域
32:IGBTトップボディ領域
32a:高濃度領域
32b:低濃度領域
34:IGBTバリア領域
35:IGBTピラー領域
36:IGBTボトムボディ領域
38:ドリフト領域
40:コレクタ領域
42:カソード領域
52:ダイオードトップボディ領域
52 アノード領域
52 ダイオードトップボディ領域
52a:アノード領域
52b:低濃度領域
54:ダイオードバリア領域
55:ダイオードピラー領域
56:ダイオードボトムボディ領域
70:IGBT領域
80:ダイオード領域
90:チャネル
94:チャネル
110:半導体装置
134:IGBTバリア領域
190:チャネル
210:半導体装置
234:IGBTバリア領域
290:チャネル
310:半導体装置
334:IGBTバリア領域
390a:チャネル
390b:チャネル
410:半導体装置
454:ダイオードバリア領域

Claims (1)

  1. 半導体装置であって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の表面に配置されている表面電極と、
    前記半導体基板の裏面に配置されている裏面電極、
    を有し、
    前記半導体基板の前記表面には複数のゲートトレンチが形成されており、
    各ゲートトレンチ内に、ゲート絶縁膜と、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が配置されており、
    前記半導体基板は、第1セル領域と、第2セル領域と、を有しており、
    前記第1セル領域は、
    前記複数のゲートトレンチのうちの第1ゲートトレンチと前記第1ゲートトレンチに隣接する第2ゲートトレンチとの間に配置されており、前記ゲート絶縁膜に接しており、前記表面電極に接続されているn型のエミッタ領域と、
    前記第1ゲートトレンチと前記第2ゲートトレンチとの間に配置されており、前記エミッタ領域より深い位置で前記ゲート絶縁膜に接しているp型の第1トップボディ領域と、
    前記第1ゲートトレンチと前記第2ゲートトレンチとの間に配置されており、前記第1トップボディ領域より深い位置で前記ゲート絶縁膜に接しているn型の第1バリア領域と、
    前記第1ゲートトレンチと前記第2ゲートトレンチとの間に配置されており、前記表面電極に接続されており、前記第1バリア領域と繋がっているn型の第1ピラー領域と、
    前記第1ゲートトレンチと前記第2ゲートトレンチとの間に配置されており、前記第1バリア領域より深い位置で前記ゲート絶縁膜に接しており、前記第1バリア領域によって前記第1トップボディ領域から分離されており、前記第1トップボディ領域よりもp型不純物濃度が低いp型の第1ボトムボディ領域、
    を有しており、
    前記第2セル領域は、
    前記複数のゲートトレンチのうちの第3ゲートトレンチと前記第3ゲートトレンチに隣接する第4ゲートトレンチとの間に配置されているp型の第2トップボディ領域と、
    前記第3ゲートトレンチと前記第4ゲートトレンチとの間に配置されており、前記第2トップボディ領域より深い位置で前記ゲート絶縁膜に接しているn型の第2バリア領域と、
    前記第3ゲートトレンチと前記第4ゲートトレンチとの間に配置されており、前記表面電極に接続されており、前記第2バリア領域と繋がっているn型の第2ピラー領域と、
    前記第3ゲートトレンチと前記第4ゲートトレンチとの間に配置されており、前記第2バリア領域より深い位置で前記ゲート絶縁膜に接しており、前記第2バリア領域によって前記第2トップボディ領域から分離されており、前記第2トップボディ領域よりもp型不純物濃度が低いp型の第2ボトムボディ領域、
    を有しており、
    前記第3ゲートトレンチと前記第4ゲートトレンチとの間には、前記ゲート絶縁膜に接しており、前記第2バリア領域と前記第2ピラー領域から分離されているn型の半導体領域は形成されておらず、
    前記半導体基板は、さらに、
    前記第1ボトムボディ領域よりも深い位置に配置されており、前記第1ボトムボディ領域によって前記第1バリア領域から分離されており、前記第1バリア領域よりもn型不純物濃度が低いn型のドリフト領域と、
    前記裏面電極に接続されており、前記第1セル領域の下側に形成されているp型のコレクタ領域と、
    前記裏面電極に接続されており、前記第2セル領域の下側に形成されており、前記ドリフト領域よりもn型不純物濃度が高いn型のカソード領域、
    を有しており、
    前記第1バリア領域のうち、前記第1ピラー領域と繋がっている部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の前記半導体基板の前記表面からの深さが、前記第1バリア領域のうち、前記ゲート絶縁膜と接する部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の前記半導体基板の前記表面からの深さと異なり、かつ、
    前記第1バリア領域のうち、前記第1ピラー領域と繋がっている部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の前記半導体基板の前記表面からの前記深さと、前記第1バリア領域のうち、前記ゲート絶縁膜と接する部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の前記半導体基板の前記表面からの前記深さとの差が、前記第2バリア領域のうち、前記第2ピラー領域と繋がっている部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の前記半導体基板の前記表面からの深さと、前記第2バリア領域のうち、前記ゲート絶縁膜と接する部分におけるn型不純物濃度のピーク位置の前記半導体基板の前記表面からの深さとの差よりも大きい、
    半導体装置。
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