JP6645594B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関する。
従来、Ｎ型の電荷蓄積層を絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴ）領域に設けていた（例えば、特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００８−２０５０１５号公報
 解決しようとする課題
電荷蓄積層は、半導体基板の表面から例えばリンをイオン注入することにより形成することができる。リンをイオン注入する範囲は、例えばフォトレジストからなるマスクを用いることにより制限することができる。しかしながら、マスクの端部は、半導体基板の表面に対して必ずしも垂直とならず、当該端部の上面が下方へ沈下し且つ水平方向に拡張する（いわゆる、マスク垂れが生じる）場合がある。また、マスクパターンが所定の位置からずれて形成される場合がある。このような場合に、半導体基板における所定位置よりも浅い位置に電荷蓄積層が形成された結果、半導体基板の表面に露出するＰ型領域がＮ型領域に変わる場合がある。
一般的開示
本発明の第１の態様においては、半導体装置を提供する。半導体装置は半導体基板を有してよい。また、半導体基板はトランジスタ領域を含んでよい。トランジスタ領域は、第１導電型のドリフト領域と、複数のトレンチ部と、第１導電型の複数のエミッタ領域および第２導電型の複数のコンタクト領域と、蓄積領域とを有してよい。複数のトレンチ部は、半導体基板の表面から深さ方向に延伸してドリフト領域に達し、かつ、表面において第１方向に各々延伸してよい。複数のエミッタ領域および複数のコンタクト領域は、ドリフト領域の上方に設けられてよい。複数のエミッタ領域および複数のコンタクト領域は、各々の上面が表面に露出してよい。複数のエミッタ領域および複数のコンタクト領域は、複数のトレンチ部のうち隣接する２つのトレンチ部の間において第１方向に交互に設けられてよい。蓄積領域は、深さ方向においてドリフト領域と複数のエミッタ領域との間に設けられてよい。蓄積領域は、ドリフト領域よりも高い第１導電型のドーピング濃度を有してよい。第１の最外コンタクト領域は、第１方向における長さが、第１の最外コンタクト領域を除く複数のコンタクト領域のうち一つのコンタクト領域に比べて長くてよい。第１の最外コンタクト領域は、複数のコンタクト領域のうち第１方向と平行な方向において最も外側に位置してよい。蓄積領域は、第１の最外コンタクト領域の下方で終端してよい。
蓄積領域は、第１方向と平行な方向において延伸し、第１の最外コンタクト領域の第１方向における中央位置の手前で終端してよい。
第１の最外コンタクト領域の第１方向における長さは、第１の最外コンタクト領域を除く複数のコンタクト領域のうち一つのコンタクト領域における第１方向の長さに比べて１０倍以上長くてよい。
半導体装置は、層間絶縁膜をさらに備えてよい。層間絶縁膜は、半導体基板の表面上に設けられてよい。コンタクトホールは、層間絶縁膜に設けられてよい。コンタクトホールは、複数のコンタクト領域および複数のエミッタ領域上において第１方向に延伸して第１の最外コンタクト領域上にまで設けられてよい。
半導体基板は、ベース領域を有してよい。ベース領域は、第１方向と平行な方向において第１の最外コンタクト領域の外側に設けられてよい。ベース領域は、第１の最外コンタクト領域よりも低い第２導電型のドーピング濃度を有してよい。ベース領域の第１方向における長さは、第１の最外コンタクト領域を除く複数のコンタクト領域のうち一つのコンタクト領域における第１方向の長さに比べて１０倍以上長くてよい。
半導体基板は、ダイオード領域を備えてよい。ダイオード領域は、半導体基板の表面内において第１方向に直交する第２方向において、トランジスタ領域に隣接してよい。ダイオード領域は、境界ダミートレンチ部を有してよい。境界ダミートレンチ部は、複数のトレンチ部とは異なるトレンチ部であって、トランジスタ領域とダイオード領域との境界領域に位置してよい。境界ダミートレンチ部は、エミッタ電位が供給されるダミー導電部を有してよい。複数のトレンチ部は、複数のダミートレンチ部と、複数のゲートトレンチ部とを有してよい。複数のダミートレンチ部は、エミッタ電位が供給されるダミー導電部を各々有してよい。複数のゲートトレンチ部は、ゲート電位が供給されるゲート導電部を各々有してよい。蓄積領域は、第２方向においてトランジスタ領域からダイオード領域へ延伸してよい。蓄積領域は、境界ダミートレンチ部で終端してよい。これに代えて、蓄積領域は、複数のダミートレンチ部のうち境界ダミートレンチ部に最も近接する第１のダミートレンチ部と、境界ダミートレンチ部との間で終端してもよい。
半導体基板は、境界ダミートレンチ部と第１のダミートレンチ部との間の境界メサ領域において、第２導電型の拡張コンタクト領域をさらに有してよい。拡張コンタクト領域は、複数のエミッタ領域を有しなくてよい。拡張コンタクト領域は、第１方向と平行な方向において複数のコンタクト領域よりも長く延伸してよい。
ドリフト領域は第１の欠陥領域を有してよい。第１の欠陥領域は、深さ方向において半導体基板の裏面よりも蓄積領域に近い位置に設けられてよい。第１の欠陥領域は、第２方向と平行な方向においてダイオード領域からトランジスタ領域の一部まで設けられてよい。第１の欠陥領域は、キャリアのライフタイムを短くしてよい。
半導体基板のダイオード領域は、高濃度コンタクト領域を有してよい。高濃度コンタクト領域は、深さ方向において複数のコンタクト領域よりも浅い位置に設けられてよい。高濃度コンタクト領域は、複数のコンタクト領域よりも高い第２導電型のドーピング濃度を有してよい。
半導体基板は、ベース領域を有してよい。ベース領域は、第１方向と平行な方向において第１の最外コンタクト領域の外側に設けられてよい。ベース領域は、第１の最外コンタクト領域よりも低い第２導電型のドーピング濃度を有してよい。第１方向と平行な方向において、ベース領域の長さは第１の最外コンタクト領域の長さよりも短くてよい。
長さＬａは、長さＬｂよりも短くてよい。長さＬａは、トランジスタ領域における第１方向と平行な方向において、第１の最外コンタクト領域の外側の端部と第１の最外コンタクト領域上において層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールの外側の端部との長さであってよい。長さＬｂは、第１方向と平行な方向における第１の最外コンタクト領域上におけるコンタクトホールの外側の端部と蓄積領域の外側の端部との長さであってよい。
半導体基板の表面内において第１方向に直交する第２方向においてトランジスタ領域に隣接するダイオード領域は、半導体基板の裏面に露出するカソード領域を含んでよい。長さＬ１ｃは、長さＬ１５よりも長くてよい。長さＬ１ｃは、第１方向と平行な方向において、カソード領域における外側の端部と第１の最外コンタクト領域の内側の端部との長さであってよい。長さＬ１５は、第１方向と平行な方向における第１の最外コンタクト領域の長さであってよい。
半導体基板は、ダイオード領域を備えてよい。ダイオード領域は、第２方向においてトランジスタ領域に隣接してよい。第２方向は、半導体基板の表面内において第１方向に直交してよい。ダイオード領域は、第１導電型のドリフト領域と、第２導電型のベース領域と、蓄積領域と、境界ダミートレンチ部とを備えてよい。蓄積領域は、深さ方向においてドリフト領域とベース領域との間に設けられてよい。蓄積領域は、ドリフト領域よりも高い第１導電型のドーピング濃度を有してよい。境界ダミートレンチ部は、複数のトレンチ部とは異なるトレンチ部であってよい。境界ダミートレンチ部は、トランジスタ領域とダイオード領域との境界領域に位置してよい。境界ダミートレンチ部は、エミッタ電位が供給されるダミー導電部を有してよい。ダイオード領域と境界メサ領域とにおける蓄積領域は、境界メサ領域以外のトランジスタ領域における蓄積領域に比べて、第１方向において外側に位置してよい。境界メサ領域は、境界ダミートレンチ部に接してよい。
ダイオード領域は、第２の最外コンタクト領域を有してよい。第２の最外コンタクト領域は、第１方向と平行な方向においてベース領域の外側に設けられてよい。第２の最外コンタクト領域は、ベース領域よりも高い第２導電型のドーピング濃度を有してよい。ダイオード領域および境界メサ領域における蓄積領域は、第１方向と平行な方向において第２の最外コンタクト領域よりも外側に位置してよい。
第１方向と平行な方向において、第２の最外コンタクト領域の外側の端部は、第１の最外コンタクト領域の外側の端部よりも外側に位置してよい。第１方向と平行な方向において、第２の最外コンタクト領域の長さＬ１５'は、第１の最外コンタクト領域の長さＬ１５よりも長くてよい。
ダイオード領域は、カソード領域を含んでよい。カソード領域は、半導体基板の裏面に露出してよい。第１方向と平行な方向において、カソード領域における外側の端部から第２の最外コンタクト領域の内側の端部までの長さＬ１ｃは、第２の最外コンタクト領域の長さＬ１５'よりも長い。
第１方向と平行な方向において第２の最外コンタクト領域の内側の端部からダイオード領域における蓄積領域の外側の端部までの長さＬｃ'は、第１方向と平行な方向において第１の最外コンタクト領域の内側の端部から境界メサ領域以外のトランジスタ領域における蓄積領域の外側の端部までの長さＬｃよりも大きい。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
第１実施形態における半導体装置１００の上面図である。 図１のＡ‐Ａ断面を示す図である。 図１のＢ‐Ｂ断面を示す図である。 図１のＣ‐Ｃ断面を示す図である。 比較例における図１のＣ‐Ｃ断面に対応する断面図である。 ゲート閾値電圧Ｖｇに対するコレクタ電流Ｉｃのシミュレーション結果を示す図である。 第２実施形態における図１のＣ‐Ｃ断面に対応する断面図である。 第３実施形態における図１のＡ‐Ａ断面を示す図である。 ダイオード領域８０の変形例を示す図である。 図９のＤ‐Ｄ断面を示す図である。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
本明細書においては半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は重力方向に限定されない。また、各実施形態においては、第１導電型をＮ型とし、第２導電型をＰ型とした例を示すが、他の実施形態においては第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型としてもよい。
図１は、第１実施形態における半導体装置１００の上面図である。半導体装置１００は、半導体チップと読み替えてもよい。本例の半導体装置１００は、半導体基板を有する。半導体基板は、ＩＧＢＴ等のトランジスタを含むトランジスタ領域７０と、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等のダイオードを含むダイオード領域８０とを含んでよい。本例の半導体装置１００は、ＩＧＢＴとＦＷＤとが１つの半導体基板に設けられたＲＣ‐ＩＧＢＴ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ‐ＩＧＢＴ）である。
半導体基板の表（おもて）面において、トランジスタ領域７０とダイオード領域８０とは、互いに隣接する。半導体基板の表面とは、半導体基板において対向する２つの主面の一方を指す。図１においては半導体基板の端部周辺の表面を示しており、他の領域を省略している。なお、ゲート金属層５０およびエミッタ電極５２は、その外形のみを示す。
図１においては半導体装置１００における半導体基板の活性領域を示すが、半導体装置１００は、活性領域を囲んで設けられるエッジ終端構造を有してよい。活性領域は、半導体基板の厚み方向に電流が流れる領域を指す。エッジ終端構造は、半導体基板の表面近傍の電界集中を緩和する機能を有する。エッジ終端構造は、例えばガードリング、フィールドプレート、リサーフおよびこれらを組み合わせた構造を有する。
本例の半導体基板は、ダミートレンチ部３０、ゲートトレンチ部４０、Ｎ＋型のエミッタ領域１２、Ｐ型のベース領域１３、Ｐ＋型のコンタクト領域１４、Ｐ＋型の第１の最外コンタクト領域１５‐１、Ｎ＋型の蓄積領域１６およびＰ＋型のウェル領域１７を有する。また、本例の半導体装置１００は、半導体基板の表面の上方に設けられたゲート金属層５０およびエミッタ電極５２を備える。なお、図１においては、ゲート金属層５０およびエミッタ電極５２の外形を点線で示す。ゲート金属層５０およびエミッタ電極５２は互いに分離して設けられる。
本例の半導体装置１００は、ゲート金属層５０およびエミッタ電極５２と半導体基板の表面との間に、層間絶縁膜を有する。ただし、理解を容易にすることを目的として、図１においては層間絶縁膜を省略する。なお、層間絶縁膜には、当該層間絶縁膜を貫通してコンタクトホール５４、５５および５６が設けられる。
本例のエミッタ電極５２は、コンタクトホール５４を通じて、半導体基板の表面におけるエミッタ領域１２、ベース領域１３、コンタクト領域１４および第１の最外コンタクト領域１５‐１と接続する。また、本例のエミッタ電極５２は、コンタクトホール５６を通って、ダミートレンチ部３０内のダミー導電部と接続する。それゆえ、ダミー導電部をエミッタ導電部と称してもよい。エミッタ電極５２とダミー導電部との間には、ドーパントが注入されたポリシリコン等の導電性材料で形成された接続部５７が設けられてよい。接続部５７は、半導体基板の表面上に設けられてよい。ダミートレンチ部３０は接続部５７の下に設けられるが、ダミートレンチ部３０の外形を明確にすることを目的としてダミートレンチ部３０は全て実線で示す。
本例のゲート金属層５０は、部分的にゲートランナー部５１と重なり、ゲートランナー部５１の上方に設けられる。本例のゲート金属層５０は、コンタクトホール５５を通じて、ゲートランナー部５１と接続する。本例のゲートランナー部５１は、半導体基板の表面上に位置し、ゲートトレンチ部４０とコンタクトホール５５との間に設けられる。ただし、ゲートトレンチ部４０の外形を明確にすることを目的としてゲートトレンチ部４０は全て実線で示す。ゲートランナー部５１は、ドーパントが注入されたポリシリコン等の導電性材料で形成されてよい。ゲートランナー部５１は、半導体基板の表面において、ゲートトレンチ部４０内のゲート導電部と接続してよい。
エミッタ電極５２は、エミッタ領域１２、ベース領域１３、コンタクト領域１４、ウェル領域１７、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０の上方に形成される。エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、金属を含む材料で形成される。例えば、各電極はアルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金で形成される。各電極は、アルミニウム等で形成された領域の下層にチタンまたはチタン化合物等で形成されたバリアメタルを有してよい。また、コンタクトホール５４、５５および５６内には、バリアメタルと当該バリアメタル上に設けられたタングステンとを含むプラグが設けられてもよい。
トランジスタ領域７０には、複数のゲートトレンチ部４０が、トレンチ部の短手方向に沿って所定の間隔で配列される。本例においては、トレンチ部の短手方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向は、第２方向の例である。Ｘ軸およびＹ軸は、半導体基板の表面内において互いに直交する軸である。また、Ｘ軸およびＹ軸と直交する軸をＺ軸とする。なお、本明細書においては、Ｚ軸方向は、深さ方向と平行である。ゲートトレンチ部４０の内部のゲート導電部は、ゲート金属層５０と電気的に接続され、ゲート電位が印加される。
トランジスタ領域７０には、複数のダミートレンチ部３０が短手方向に沿って所定の間隔で配列される。ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０は、境界領域７５近傍を除いて、Ｘ軸方向において交互に設けられる。ただし、トランジスタ領域７０のうち境界領域７５近傍においては、２つのダミートレンチ部３０がＸ軸方向に沿って所定の間隔で配列される。ダミートレンチ部３０の内部のダミー導電部には、ゲート電位とは異なる電位が印加される。本例のダミー導電部は、エミッタ電極５２と電気的に接続され、エミッタ電位が印加される。
ダイオード領域８０には、複数のダミートレンチ部３０が設けられる。本例のダイオード領域８０は、トランジスタ領域７０とダイオード領域８０との境界領域７５に位置する境界ダミートレンチ部６０を有する。図１においては、境界領域７５を破線で示す。トランジスタ領域７０に設けられたダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０とは異なり、境界ダミートレンチ部６０はエミッタ領域１２に接しない。ただし、境界ダミートレンチ部６０は、ダイオード領域８０のダミートレンチ部３０と同じ機能および構造を有する。この点を考慮して、本例の境界ダミートレンチ部６０は、ダイオード領域８０に含まれるとする。
本明細書においては、ダミートレンチ部３０、境界ダミートレンチ部６０およびゲートトレンチ部４０を合わせてトレンチ部と総称する場合がある。また、本例においては、トレンチ部の長手方向をＹ軸方向とする。Ｙ軸方向は、各トレンチ部が半導体基板の表面において延伸する方向である。なお、Ｙ軸方向は、第１方向の例である。
トランジスタ領域７０は、ダイオード領域８０よりも広い範囲に設けられてよい。トランジスタ領域７０のＸ軸方向の長さは、５００μｍ以上１５００μｍ以下であってよい。これに対して、ダイオード領域８０のＸ軸方向の長さは、２００μｍ以上５００μｍ以下であってよい。トランジスタ領域７０およびダイオード領域８０のＹ軸方向の長さは、同じであってよい。
トランジスタ領域７０およびダイオード領域８０のＹ軸方向の長さは、ダミートレンチ部３０および境界ダミートレンチ部６０のＹ軸方向の長さＬ０よりも長くてよい。なお、長さＬ０は、１０００μｍ以上２０００μｍ以下であってよい。それゆえ、トランジスタ領域７０およびダイオード領域８０を合わせた領域は、矩形領域であってよい。
ダイオード領域８０は、半導体基板の裏面に露出するＮ＋型のカソード領域８２を有する。図１においては、カソード領域８２を点線にて示す。カソード領域８２は、Ｙ軸方向における一部の領域に設けられてよい。本例のダイオード領域８０は、Ｙ軸方向の一部にカソード領域８２を有し、カソード領域８２と同じ深さ位置の他の一部に後述のコレクタ領域を有する。
図１においては、カソード領域８２の＋Ｙ軸方向の端部と、ダイオード領域８０に設けられる第１の最外コンタクト領域１５‐１の−Ｙ軸方向の端部との長さをＬ１ｃとして示す。図１においては、カソード領域８２の＋Ｙ軸方向の端部をカソード領域８２の外側の端部と読み替えてよく、第１の最外コンタクト領域１５‐１の−Ｙ軸方向の端部を第１の最外コンタクト領域１５‐１の内側の端部と読み替えてよい。長さＬ１ｃは、例えば２００μｍである。長さＬ１ｃは、第１の最外コンタクト領域１５‐１のＹ軸方向の長さＬ１５よりも長くてよい（Ｌ１５＜Ｌ１ｃ）。なお、Ｌ１ｃについては、図４の説明も参照されたい。
本例のダミートレンチ部３０は、Ｙ軸方向に延伸する直線部分を有する。２つのダミートレンチ部３０の直線部分は、ダミートレンチ接続部３８により直線部分の先端が互いに接続されてよい。ダミートレンチ接続部３８は、上面視において曲線形状を有してよい。本例のダミートレンチ接続部３８は、Ｕ字形状を有する。なお、ダミートレンチ接続部３８は、ダミートレンチ部３０と同じ構造を有する。ダミートレンチ接続部３８は、ダミートレンチ部３０の延長とみなしてもよい。ダミートレンチ接続部３８とダミートレンチ部３０との境界は説明の便宜上の境界であってよく、実際にはダミートレンチ接続部３８とダミートレンチ部３０とは連続してよい。
図１においては、トランジスタ領域７０のうちＸ軸方向において２つのゲートトレンチ部４０に挟まれて設けられるダミートレンチ部３０は直線部のみを有し、曲線形状のダミートレンチ接続部３８を有しない。これに対して、ダイオード領域８０における２つのダミートレンチ部３０は、端部がダミートレンチ接続部３８により接続される。同様に、ゲートトレンチ部４０において境界領域７５近傍に位置する２つのダミートレンチ部３０も、端部がダミートレンチ接続部３８により接続される。ただし、ダミートレンチ部３０の形状は図１の例に限定されなくてよい。
本例のゲートトレンチ部４０は、Ｙ軸方向に延伸する直線部分を有する。２つのゲートトレンチ部４０の直線部分は、ゲートトレンチ接続部４８により直線部分の先端が互いに接続される。ゲートトレンチ接続部４８は、上面視において曲線形状を有してよい。本例のゲートトレンチ接続部４８は、Ｕ字形状を有する。なお、ゲートトレンチ接続部４８は、ゲートトレンチ部４０と同様の構造を有してよい。ゲートトレンチ接続部４８は、ゲートトレンチ部４０の延長とみなしてもよい。ダミートレンチ部３０と同様に、ゲートトレンチ接続部４８とゲートトレンチ部４０との境界は説明の便宜上の境界であってよい。
ゲートトレンチ部４０のゲートトレンチ接続部４８は、Ｙ軸方向において、ダミートレンチ部３０のダミートレンチ接続部３８よりもゲートランナー部５１に向かって突出してよい。上述のように、ゲートトレンチ部４０の先端に位置するゲートトレンチ接続部４８のゲート導電部と、ゲートランナー部５１とが接続してよい。
ウェル領域１７は、ゲート金属層５０が設けられる活性領域の端部から、所定の範囲で形成される。ウェル領域１７は、第２導電型のドーピング領域であってよい。本例のウェル領域１７は、Ｐ＋型のドーピング領域である。
本例においてウェル領域１７のＹ軸方向の端部は、ベース領域１３の端部に接続する。ウェル領域１７の底部は、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の底部よりも深くてよい。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０のうちゲート金属層５０に近接する一部の領域は、ウェル領域１７内に設けられてよい。本例では、少なくともダミートレンチ部３０のダミートレンチ接続部３８およびゲートトレンチ部４０のゲートトレンチ接続部４８の底は、深さ方向においてウェル領域１７により覆われていてよい。
本例において、トレンチ部、ウェル領域１７およびゲートランナー部５１等は、上面図において、Ｘ軸方向に平行な所定の直線に関して線対称に設けられる。図１の例においては、紙面の＋Ｙ軸方向の端部に位置するダミートレンチ接続部３８およびゲートトレンチ接続部４８は、対称軸となる所定の直線に関して、紙面の−Ｙ軸方向の端部に位置するダミートレンチ接続部３８およびゲートトレンチ接続部４８と線対称である。本例では、上面図において、対称軸に近い位置を内側と称し、対称軸から離れた位置を外側と称する。
本例においては、Ｙ軸方向と平行な方向において、ウェル領域１７の内側にはベース領域１３が設けられる。ベース領域１３は、Ｙ軸方向と平行な方向において第１の最外コンタクト領域１５‐１の外側において表面に露出する。つまり、ベース領域１３は、第１の最外コンタクト領域１５‐１とウェル領域１７との間において表面に露出する。ベース領域１３は、ウェル領域１７または第１の最外コンタクト領域１５‐１よりも低いＰ型のドーピング濃度を有する。本例のベース領域１３は、Ｐ−型のドーピング領域である。
本例において、トランジスタ領域７０の第１の最外コンタクト領域１５‐１は、複数のコンタクト領域のうちＹ軸方向と平行な方向において最も外側に位置するコンタクト領域１４である。本例において、両者の違いを明瞭にするべく、第１の最外コンタクト領域１５‐１と、第１の最外コンタクト領域１５‐１を除く一つのコンタクト領域１４とをこのように区別する。なお、本例において一つのコンタクト領域１４とは、Ｙ軸方向において、２つのエミッタ領域１２に挟まれた領域、または、１つのエミッタ領域１２と第１の最外コンタクト領域１５‐１とに挟まれた領域をいう。ただし、本例のコンタクト領域１４および第１の最外コンタクト領域１５‐１は、ともにＰ＋型であり、同じドーピング濃度を有する。第１の最外コンタクト領域１５‐１のＹ軸方向における長さは、一つのコンタクト領域１４のＹ軸方向における長さに比べて長くてよい。本例において、第１の最外コンタクト領域１５‐１のＹ軸方向の長さＬ１５は、第１の最外コンタクト領域１５‐１以外の各コンタクト領域１４のＹ軸方向の長さＬ１４よりも長い。なお、本例のトランジスタ領域７０およびダイオード領域８０においては、Ｙ軸方向における第１の最外コンタクト領域１５‐１の長さおよび位置は同じである。
第１の最外コンタクト領域１５‐１の内側、かつ、隣接する２つのトレンチ部の間において、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１４は、Ｙ軸方向に交互に設けられてよい。エミッタ領域１２およびコンタクト領域１４は、各々の上面が半導体基板の表面に露出する。エミッタ領域１２は第１導電型のドーピング領域であってよく、コンタクト領域１４は第２導電型のドーピング領域であってよい。本例において、エミッタ領域１２はＮ＋型のドーピング領域である。
本例において、半導体基板の表面に露出するエミッタ領域１２のＹ軸方向の長さＬ１２は１．６μｍである。また、本例において、半導体基板の表面に露出するコンタクト領域１４のＹ軸方向の長さＬ１４は０．６μｍである。
本例のトランジスタ領域７０は、所定の深さ位置においてトランジスタ領域７０の全体に第１導電型の蓄積領域１６を有する。本例の蓄積領域１６は、Ｎ＋型のドーピング領域である。図１において、蓄積領域１６が設けられる範囲を破線で示す。本例の蓄積領域１６は、Ｙ軸方向に平行な方向に延伸し、第１の最外コンタクト領域１５‐１の下方で終端する。
上述のように、蓄積領域１６を形成するためのマスクには、マスク垂れが生じる場合またはマスクパターンの位置ずれが生じる場合がある。マスクのＹ軸方向の端部を、表面に露出するベース領域１３の上方とした場合には、Ｐ−型のベース領域１３の一部がＮ型に変わる場合がある。その結果、ベース領域１３のうちＮ型に変わった領域がエミッタ領域１２として機能し得る。これにより、ＩＧＢＴのゲート閾値電圧が当初の設計値からずれる場合がある。
本例においては、当該マスクのＹ軸方向と平行な方向の端部を、第１の最外コンタクト領域１５‐１の上方とする。Ｐ＋型の第１の最外コンタクト領域１５‐１は、Ｐ−型のベース領域１３よりも高いＰ型ドーピング濃度を有する。それゆえ、たとえ蓄積領域１６形成用のＮ型ドーパントがイオン注入されても、ベース領域１３に比べてＮ型に変わりにくい。このように、本例においては、表面に露出するベース領域１３が意図せずＮ型に変わることを防ぐので、ゲート閾値電圧が当初の設計値からずれることを防ぐことができる。
蓄積領域１６は、第１の最外コンタクト領域１５‐１のＹ軸方向における中央位置Ｌｍの手前で終端してもよい。つまり、蓄積領域１６は、第１の最外コンタクト領域１５‐１の中央位置Ｌｍの内側で終端してよい。これにより、蓄積領域１６を設けつつも、より確実にベース領域１３の一部がＮ型に変わることを防ぐことができる。
また、本例においては、中央位置Ｌｍの外側における第１の最外コンタクト領域１５‐１においてＰ＋型領域を確実に残すことができるので、この残された第１の最外コンタクト領域１５‐１によって半導体装置１００のオフ時における正孔引抜き作用を確保することができる。なお、本例において、Ｙ軸方向における第１の最外コンタクト領域１５‐１の長さをＬ１５とする。Ｌ１５は、例えば２５μｍである。
第１の最外コンタクト領域１５‐１のＹ軸方向における長さＬ１５は、コンタクト領域１４におけるＹ軸方向の長さＬ１４に比べて１０倍以上長くてよい。Ｌ１５は、Ｌ１４の２０倍以上であってよく、３０倍以上であってよく、４０倍以上であってもよい。
本例においては、Ｌ１５は２５μｍであり、Ｌ１４は０．６μｍであるので、Ｌ１５はＬ１４の約４２倍である。Ｌ１５をＬ１４に比べて十分大きくすることにより、ベース領域１３の一部がＮ型に変わることを防ぎ、かつ、正孔引抜き作用を有するＰ＋型の第１の最外コンタクト領域１５‐１を確実に残すことができる。
また、本例の蓄積領域１６は、Ｘ軸方向においてトランジスタ領域７０からダイオード領域８０へ延伸し、境界ダミートレンチ部６０で終端する。本例の蓄積領域１６は、境界ダミートレンチ部６０のトレンチ側壁であってトランジスタ領域７０のダミートレンチ部３０に最も近いトレンチ側壁に達する。これにより、境界ダミートレンチ部６０を超えてダイオード領域８０にまで蓄積領域１６が設けられる場合に比べて、トランジスタ領域７０からダイオード領域８０への電荷の移動を抑制することができる。
第１の最外コンタクト領域１５‐１とウェル領域１７との間に位置するベース領域１３のＹ軸方向における長さＬ１３は、コンタクト領域１４におけるＹ軸方向の長さＬ１４に比べて１０倍以上長くてよい。Ｌ１３は、Ｌ１４の２０倍以上であってよく、３０倍以上であってよく、４０倍以上であってもよい。本例においては、Ｌ１３は２５μｍであり、Ｌ１４は０．６μｍであるので、Ｌ１３はＬ１４の約４２倍である。
Ｌ１３をＬ１４に比べて十分大きくすることにより、第１の最外コンタクト領域１５‐１とウェル領域１７との間に位置するベース領域１３を正孔にとっての高抵抗領域として機能させることができる。したがって、ダイオード領域８０が通電したときにエッジ終端構造に蓄積される正孔・電子対の数を抑制することができる。それゆえ、ダイオード領域８０が逆回復状態になったときに生じるエッジ終端構造からダイオード領域８０への電流集中を、低減することができる。
Ｌ１３はＬ１５より短くてもよい（Ｌ１３＜Ｌ１５）。この場合、ターンオフ時および逆回復時等において、コンタクトホール５４の長手方向（Ｙ軸方向）の端部よりも外側の正孔を引き抜く効果を高めることができる。これに代えて、Ｌ１３はＬ１５より長くてもよい（Ｌ１５＜Ｌ１３）。この場合、コンタクトホール５４の長手方向の端部よりも外側の正孔の濃度を、コンタクトホール５４の下方の濃度よりも十分低くできる。
本例の半導体基板は、Ｘ軸方向と平行な方向においてダイオード領域８０からトランジスタ領域７０の一部まで第１の欠陥領域９３を有する。第１の欠陥領域９３は、半導体基板の表面近傍の所定の深さ位置に設けられる。第１の欠陥領域９３は、キャリアのライフタイムを短くする機能を有する。それゆえ、第１の欠陥領域９３は、ライフタイムキラーとも呼ばれる。一例として第１の欠陥領域９３は、ヘリウムイオンを、半導体基板の表面から所定の深さ位置に注入することで形成される。
ダイオード領域８０の全体に第１の欠陥領域９３を設けることで、ダイオード領域８０におけるキャリアライフタイムを調整することができる。例えば、ダイオード領域８０におけるキャリアライフタイムを短くすることができる。これにより、逆回復時における損失（Ｅｏｆｆ）を低減することができる。また、本例では、トランジスタ領域７０とダイオード領域８０との境界領域７５から、Ｘ軸方向と平行にトランジスタ領域７０の方へ１５０μｍ進んだ位置まで、第１の欠陥領域９３を設ける。つまり、トランジスタ領域７０には、部分的に第１の欠陥領域９３を設ける。
本例では、トランジスタ領域７０のＸ軸方向における全長の１０％（＝１５０μｍ／１５００μｍ）以上３０％（＝１５０μｍ／５００μｍ）以下の範囲に第１の欠陥領域９３を設ける。したがって、半導体基板の表面からヘリウムイオンを注入しても、トランジスタ領域７０におけるゲート絶縁膜等へのダメージを少なくとも部分的に低減することができる。それゆえ、トランジスタ領域７０におけるゲート閾値電圧等の変動を低減することができる。また、半導体基板の表面からイオンを注入できるので、裏面から注入する場合に比べて、イオンが注入される深さ位置を浅くすることができる。それゆえ、第１の欠陥領域９３の深さ位置を精度よく制御できる。
半導体基板は、境界ダミートレンチ部６０と、ダイオード領域８０に設けられ境界領域７５に最も近いダミートレンチ部３０との間の境界メサ領域６５において、エミッタ領域１２を有しない。当該境界メサ領域６５には、ベース領域１３およびコンタクト領域１４が設けられる。境界領域７５に最も近いダミートレンチ部３０は、第１のダミートレンチ部３０の一例である。
当該境界メサ領域６５に設けられる拡張コンタクト領域１４‐Ｅは、Ｙ軸方向と平行な方向においてトランジスタ領域７０のコンタクト領域１４よりも長く延伸する。本例において、拡張コンタクト領域１４‐Ｅは、トランジスタ領域７０においてＹ軸方向に離間した１つの第１の最外コンタクト領域１５‐１の外側から他の第１の最外コンタクト領域１５‐１の外側までの距離と同じである。拡張コンタクト領域１４‐Ｅは、コンタクト領域１４がＹ軸方向に拡張したものとみなしてよい。拡張コンタクト領域１４‐Ｅは、コンタクト領域１４と同じＰ型ドーピング濃度を有してよい。
エミッタ電極５２は、Ｙ軸方向に延伸したコンタクトホール５４を通じて、当該拡張コンタクト領域１４に接続する。これにより、拡張コンタクト領域１４を設けない場合に比べて、エミッタ電極５２とコンタクト領域１４との接触面積を増やすことができる。本例では、拡張コンタクト領域１４を設けない場合に比べて、オフ時の正孔を引き抜き易い点が有利である。
図２は、図１のＡ‐Ａ断面を示す図である。Ａ‐Ａ断面は、Ｙ‐Ｚ面と平行であり、Ｙ軸方向に延びるコンタクトホール５４を通る断面である。図２に示すように、本例の半導体装置１００は、半導体基板１０、層間絶縁膜２８、ゲート金属層５０、エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４を有する。本例のエミッタ電極５２は、半導体基板１０および層間絶縁膜２８の表面９２上に設けられる。
なお、半導体基板１０の裏面９４とは、表面９２とは逆側の面を指す。半導体基板１０は、シリコン基板であってよく、炭化シリコン基板であってもよく、窒化ガリウム基板であってもよい。コレクタ電極２４は、半導体基板１０の裏面９４に接して設けられる。コレクタ電極２４は、金属等の導電材料で形成される。
半導体基板１０は、コレクタ領域２２、バッファ領域２０およびドリフト領域１８を含む。コレクタ領域２２は、第２導電型のドーピング領域である。本例のコレクタ領域２２は、Ｐ＋型のドーピング領域である。コレクタ領域２２の下面は、半導体基板１０の裏面９４に露出してよい。本例においては、コレクタ領域２２の下面が、半導体基板１０の裏面９４に対応する。コレクタ領域２２の上面にはバッファ領域２０が設けられる。
バッファ領域２０は、第１導電型のドーピング領域である。本例のバッファ領域２０は、Ｚ軸方向において離散して設けられた複数のＮ型ドーピング濃度のピークを有する。例えば、バッファ領域２０は、Ｚ軸方向において離散して３つ以上のピークを有する。一例において、半導体基板１０の裏面９４からプロトンをイオン注入するときに、深さ方向において異なる飛程となるように加速エネルギーを調節することにより、複数のＮ型ドーピング濃度のピークを形成してよい。
本例において、バッファ領域２０のＮ型ドーピング濃度は、ドリフト領域１８のＮ型ドーピング濃度よりも高い。なお、ドリフト領域１８は、バッファ領域２０の上面に位置するＮ型のドーピング領域である。バッファ領域２０は、ベース領域１３の下面から広がる空乏層が、Ｐ＋型のコレクタ領域２２およびＮ＋型のカソード領域に到達することを防ぐフィールドストップ層として機能してよい。
バッファ領域２０とコレクタ領域２２との境界近傍には、第２の欠陥領域９５が設けられてよい。本例においては、当該境界近傍のバッファ領域２０内に第２の欠陥領域９５が設けられる。第２の欠陥領域９５は、第１の欠陥領域９３と同様に、キャリアのライフタイムを短くする機能を有する。なお、図２において、第１の欠陥領域９３および第２の欠陥領域９５に「×」を付して示す。一例として第２の欠陥領域９５は、ヘリウムイオンを、半導体基板１０の裏面９４から所定の深さ位置に注入することで形成される。所定の深さ位置は、例えば、裏面９４から上に１０μｍの位置である。所定の深さ位置は、所定の加速エネルギーにおける平均飛程であってよい。
ウェル領域１７およびベース領域１３は、ドリフト領域１８上に設けられる。ウェル領域１７は、ベース領域１３よりも深い位置に設けられる。本例のウェル領域１７は、表面９２からトレンチ部の下端よりも深い位置まで形成される。
蓄積領域１６は、ドリフト領域１８よりも高いＮ型ドーピング濃度を有する。ベース領域１３とドリフト領域１８との間に、蓄積領域１６を設けることで、キャリア注入促進効果（ＩＥ効果）を高めて、ＩＧＢＴのオン電圧（Ｖｏｎ）を低減することができる。また、本例では、蓄積領域１６のＹ軸方向の端部をＰ＋型の第１の最外コンタクト領域１５‐１の下に設けるので、上述のマスク垂れまたはマスクパターンの位置ずれが生じたとしても、表面９２に露出するベース領域１３が意図せずＮ型に変わることを防ぐことができる。
本例において、第１の欠陥領域９３は、深さ方向において半導体基板１０の裏面９４よりも蓄積領域１６に近い所定の深さ位置に設けられる。図２において、第１の欠陥領域９３は、ドリフト領域１８およびウェル領域１７に主に設けられる。第１の欠陥領域９３は、深さ方向において蓄積領域１６と部分的に重なってもよい。第１の欠陥領域９３により、ダイオード領域８０の裏面９４に加えて表面９２近傍においても、キャリアライフタイムを制御することができる。
第１の最外コンタクト領域１５‐１の内側（図２では−Ｙ軸方向）において、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１４はＹ軸方向において交互に設けられる。エミッタ領域１２およびコンタクト領域１４は、深さ方向においてベース領域１３上に設けられる。本例においては、エミッタ領域１２、ベース領域１３、蓄積領域１６およびドリフト領域１８の順に表面９２に近い。つまり、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１４は、ドリフト領域１８の上方に設けられる。
層間絶縁膜２８は、半導体基板１０の表面９２上に設けられる。層間絶縁膜２８に設けられたコンタクトホール５４は、コンタクト領域１４およびエミッタ領域１２上においてＹ軸方向に延伸する。本例のコンタクトホール５４は、第１の最外コンタクト領域１５‐１上にまで設けられる。これにより、コンタクト領域１４のみにコンタクトホール５４を設ける場合に比べて、オフ時の正孔引き抜きがより容易になる。
エミッタ電極５２は、コンタクトホール５４を通じてエミッタ領域１２、コンタクト領域１４および第１の最外コンタクト領域１５‐１に接続する。ただし、上述のように、コンタクトホール５４内にはプラグが設けられてもよい。プラグを設けることにより、プラグがない場合と比較して、エミッタ電極５２とコンタクト領域１４および第１の最外コンタクト領域１５‐１との接触抵抗を低減することができる。
ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の表面９２近傍に設けられたゲート絶縁膜４２、ゲート導電部４４およびゲートトレンチ４６を有する。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチ４６の内壁を覆って形成される。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチ４６の内壁の半導体を酸化または窒化して形成してよい。ゲート導電部４４は、ゲートトレンチ４６の内部においてゲート絶縁膜４２の内側に形成される。ゲート絶縁膜４２は、ゲート導電部４４と半導体基板１０とを絶縁する。ゲート導電部４４は、ドーパントが添加されたポリシリコン等の導電材料で形成される。
本例の半導体装置１００は、層間絶縁膜２８と表面９２との間に酸化膜２６を有する。酸化膜２６は、トレンチ部に設けられる酸化膜と同じタイミングで形成されてよい。図２において、ゲートトレンチ部４０のゲート絶縁膜４２と、表面９２上の酸化膜２６は、シリコン基板を熱酸化することにより形成した二酸化シリコン膜であってよい。
ゲートランナー部５１は、Ｚ軸方向における酸化膜２６と層間絶縁膜２８との間に設けられてよい。ゲートランナー部５１は、層間絶縁膜２８に設けられたコンタクトホール５５を通じてゲート金属層５０と接続してよい。
Ｙ軸方向において、第１の最外コンタクト領域１５‐１のゲート金属層５０側（即ち、外側）の端部と第１の最外コンタクト領域１５‐１上におけるコンタクトホール５４の外側の端部との長さＬａは、コンタクトホール５４の外側の端部と蓄積領域１６の外側の端部との長さＬｂより短くてよい。また、Ｙ軸方向において、蓄積領域１６の外側の端部と最外のエミッタ領域１２における外側の端部との長さＬｃと上述の長さＬａの和は、長さＬｂより短くてよい（Ｌａ＋Ｌｃ＜Ｌｂ）。蓄積領域１６は、正孔の排出を阻害する影響がある。そのため、ＬｂをＬａよりも長く、さらにはＬａ＋Ｌｃよりも長くすることで、正孔の排出に対する蓄積領域１６の影響を十分小さくできる。
図３は、図１のＢ‐Ｂ断面を示す図である。Ｂ‐Ｂ断面は、Ｘ‐Ｚ面と平行であり、トランジスタ領域７０のコンタクト領域１４を通る断面である。コレクタ電極２４、バッファ領域２０、ドリフト領域１８および第２の欠陥領域９５は、トランジスタ領域７０およびダイオード領域８０に設けられる。図３においては、トランジスタ領域７０およびダイオード領域８０にＰ＋型のコレクタ領域２２が設けられる。
トレンチ部は、半導体基板１０の表面９２から深さ方向に延伸してドリフト領域１８に達する。ゲートトレンチ部４０と同様に、ダミートレンチ部３０および境界ダミートレンチ部６０は、ダミートレンチ絶縁膜３２、ダミー導電部３４およびダミートレンチ３６を有する。ダミートレンチ絶縁膜３２、ダミー導電部３４およびダミートレンチ３６は、ゲート絶縁膜４２、ゲート導電部４４およびゲートトレンチ４６と同様に各々形成されてよい。
本例においては、Ｘ軸方向における各トレンチ部の間の領域をメサ領域と称する。図３において、トランジスタ領域７０のメサ領域は、蓄積領域１６、ベース領域１３およびコンタクト領域１４を有する。これに対して、ダイオード領域８０のメサ領域は、ベース領域１３および高濃度コンタクト領域１９を有する。
本例において、ダイオード領域８０の高濃度コンタクト領域１９は、深さ方向においてトランジスタ領域７０におけるコンタクト領域１４よりも浅い位置に設けられる。つまり、高濃度コンタクト領域１９の底部は、トランジスタ領域７０におけるコンタクト領域１４および第１の最外コンタクト領域１５‐１の底部よりも表面９２に近い。高濃度コンタクト領域１９は、トランジスタ領域７０におけるコンタクト領域１４よりも高いＰ型のドーピング濃度を有してよい。本例の高濃度コンタクト領域１９は、Ｐ＋＋型である。Ｐ＋型のコンタクト領域１４に比べてＰ＋＋型の高濃度コンタクト領域１９は、ダイオード領域８０におけるアノードとエミッタ電極５２との接触抵抗を低減することができる。
また、第１の欠陥領域９３は、所定の深さ位置において、ダイオード領域８０の全体と、トランジスタ領域７０の一部とに設けられる。本例のトランジスタ領域７０において、直下に第１の欠陥領域９３が設けられるゲートトレンチ部４０の数は、２つに過ぎない。なお、ダイオード領域８０から、境界領域７５に２番目に近いトランジスタ領域７０のダミートレンチ部３０と、境界領域７５に最も近いゲートトレンチ部４０との間まで、第１の欠陥領域９３を設けてもよい。
第１の欠陥領域９３を設けることで、ゲートトレンチ部４０のゲート閾値電圧が所定値から変動し得る。ただし、本例においては、トランジスタ領域７０の全体ではなく、トランジスタ領域７０の一部のみに第１の欠陥領域９３を設ける。これにより、ダイオード領域８０の所定の深さ位置の全体に確実に第１の欠陥領域９３を設けつつも、トランジスタ領域７０においてゲート閾値電圧が所定値から変更される領域を低減することができる。
図４は、図１のＣ‐Ｃ断面を示す図である。Ｃ‐Ｃ断面は、Ｘ‐Ｚ面と平行であり、トランジスタ領域７０のエミッタ領域１２およびダイオード領域８０のカソード領域８２を通る断面である。トランジスタ領域７０における２つのトレンチ部間のメサ領域においては、表面９２にエミッタ領域１２が露出する。ただし、境界ダミートレンチ部６０と境界領域７５にもっと近いダミートレンチ部３０との間の境界メサ領域６５においては、表面９２に拡張コンタクト領域１４‐Ｅが露出する。また、ダイオード領域８０の裏面９４にカソード領域８２が設けられている。かかる点が、図３と異なる。
本明細書において、トランジスタ領域７０とは、半導体基板１０の裏面９４に露出してコレクタ領域２２が設けられた領域を指す。なお、トランジスタ領域７０においては、表面９２に露出してエミッタ領域１２が設けられるが、境界ダミートレンチ部６０に接する境界メサ領域６５においては、拡張コンタクト領域１４‐Ｅが表面９２に露出する。また、ダイオード領域８０とは、半導体基板１０の表面９２に露出してエミッタ領域１２が設けられておらず、かつ、半導体基板１０の裏面９４に露出してカソード領域８２が設けられた領域を指す。ただし、下記の点で、ダイオード領域８０のＹ方向の両端部側には、カソード領域８２が形成されずコレクタ領域２２が設けられているが、ダイオード領域８０としてよい。
カソード領域８２は、図１において、第１の最外コンタクト領域１５‐１からＹ方向に十分離して形成してよい。特に、カソード領域８２のゲート金属層５０側の端部の位置と、第１の最外コンタクト領域１５‐１とのＹ方向の長さＬ１ｃは、Ｌ１５より長くてよい（Ｌ１ｃ＞Ｌ１５）。また、Ｌ１ｃは、Ｌ１５の５倍より長くてよく、１０倍より長くてよい。また、Ｌ１ｃは、Ｌ１３とＬ１５を足した値よりも長くてよい（Ｌ１ｃ＞Ｌ１３＋Ｌ１５）。あるいはまた、Ｌ１ｃは、ドリフト領域１８における正孔のキャリア拡散長ＬｈとＬ１５との和よりも長くてよい（Ｌ１ｃ＞Ｌｈ＋Ｌ１５）。さらに、Ｌ１ｃ＞Ｌｈ＋Ｌ１５＋Ｌ１３であってよい。
ダイオード領域８０において、第１の最外コンタクト領域１５‐１は、ベース領域１３よりも高濃度であるため、ドリフト領域１８へ過剰な正孔を注入させ得る。カソード領域８２を、第１の最外コンタクト領域１５‐１よりも離しておくことで、第１の最外コンタクト領域１５‐１からの過剰な正孔の注入を抑制できる。Ｌ１ｃをＬ１５より長くすることで、正孔注入の抑制効果をさらに強くできる。Ｌ１ｃをＬ１３＋Ｌ１５よりも長くすることで、第１の最外コンタクト領域１５‐１の外側のウェル領域１７の注入への影響を排除できる。Ｌ１ｃをＬｈ＋Ｌ１５よりも長くすることで、Ｌ１ｃに対する第１の最外コンタクト領域１５‐１の長さＬ１５の割合を十分小さくできるので、正孔注入抑制を増強できる。
図５は、比較例における図１のＣ‐Ｃ断面に対応する断面図である。図５においては、半導体装置１００の製造時に用いるマスク２００を合わせて示す。なお、図面を見易くするために、図５においては表面９２上の構造を省略する。マスク２００は、一定の厚みを有する本体領域２１０と、マスク２００の端部に位置しておりマスクの端部の上面が下方へ沈下し且つ水平方向に拡張した（いわゆる、マスク垂れが生じた）端部領域２２０とを有する。
マスク２００のＸ‐Ｙ平面における端部は、境界領域７５において、表面９２に対して垂直に形成されることが理想的である。この理想的な端部の位置を破線で示す。しかし、実際には、マスク２００の材料としてフォトレジストを用いる場合、マスク２００の端部にマスク垂れ（レジスト垂れとも称される。）が生じ得る。マスク垂れが生じた端部領域２２０が、ゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０との間のメサ領域上に位置する場合、蓄積領域１６が所定の深さよりも浅く形成され得る。一例において、図５に示す様に、深さ方向においてエミッタ領域１２とベース領域１３との間にＮ＋型の領域が形成される。
これに対して、第１実施形態の例においては、マスク２００を境界領域７５近傍で終端させる。これにより、トランジスタ領域７０の所定の深さ位置には蓄積領域１６を形成するが、ダイオード領域８０には蓄積領域１６を形成しない。つまり、境界ダミートレンチ部６０で終端させる。これにより、トランジスタ領域７０におけるゲート閾値電圧の変動を抑制することができる。
さらに、第１実施形態の例においては、境界領域７５に接する境界メサ領域６５の上面に露出する拡張コンタクト領域１４‐Ｅを設ける。これにより、マスク垂れが生じた端部領域２２０が境界領域７５上に位置したとしても、表面９２にｎ型領域が形成されることを防ぐことができる。また、このｎ型領域が形成されることを防ぐことで、半導体装置１００のラッチアップ耐量が低下することを防ぐことができる。マスクパターンの位置ずれが生じた場合についても同様の効果を得ることができる。
図６は、ゲート閾値電圧Ｖｇに対するコレクタ電流Ｉｃのシミュレーション結果を示す図である。横軸は、ゲート金属層５０に供給されるゲート電位Ｖｇ［Ｖ］である。縦軸は、コレクタ電極２４からエミッタ電極５２に流れるコレクタ電流Ｉｃ［Ａ］である。本シミュレーションにおいては、ゲート電位Ｖｇを増加させて、コレクタ電極２４からエミッタ電極５２に流れるコレクタ電流Ｉｃを測定した。
破線は、図５の比較例におけるＶｇ‐Ｉｃ曲線である。比較例においては、Ｖｇ＝約１［Ｖ］において、Ｉｃが立ち上がり始める。そして、Ｖｇ＝約２［Ｖ］からＶｇ＝約５［Ｖ］までにおいて緩やかにＩｃが増加する。Ｉｃは、上記Ｖｇの範囲において上に凸の曲線でもある。このように、比較例においては、ゲート閾値電圧が所定の電圧値に定まりにくい。比較例においては、ゲート閾値電圧が所定の電圧から変動するとも言うことができる。
実線は、第１実施形態におけるＶｇ‐Ｉｃ曲線である。第１実施形態においては、Ｖｇ＝約４［Ｖ］からＶｇ＝約６．５［Ｖ］までにおいてＩｃが線型にかつ急激に増加する。このように、第１実施形態においては、Ｖｇ＝約４［Ｖ］以上Ｖｇ＝約６．５［Ｖ］以下の範囲において、ゲート閾値電圧を所定の電圧値に決定することができる。第１実施形態においては、ゲート閾値電圧の変動を抑制できるとも言える。
図７は、第２実施形態における図１のＣ‐Ｃ断面に対応する断面図である。本例は、蓄積領域１６が、境界ダミートレンチ部６０に最も近接するダミートレンチ部３０と、境界ダミートレンチ部６０との間で終端している。つまり、蓄積領域１６のＸ軸方向の端部は、境界ダミートレンチ部６０に最も近接するトランジスタ領域７０の境界メサ領域６５に設けられる。係る点が、第１実施形態と異なる。
本例においても、ゲートトレンチ部４０近傍の蓄積領域１６の深さ位置を所定の深さにすることができるので、トランジスタ領域７０におけるゲート閾値電圧の変動を抑制することができる。加えて、本例では、トランジスタ領域７０に加えてダイオード領域８０にも蓄積領域１６を設ける場合に比べて、トランジスタ領域７０からダイオード領域８０への電荷の移動を抑制することができる。なお、他の一例において、蓄積領域１６の端部領域は、境界領域７５に近づくにつれて浅くなってもよい。当該態様を図７において破線により示す。このように蓄積領域１６のＸ軸方向の端部領域は、境界領域７５に近づくにつれて連続的に浅くなってよい。
図８は、第３実施形態における図１のＡ‐Ａ断面を示す図である。蓄積領域１６のＹ軸方向の端部は、第１の最外コンタクト領域１５‐１のＺ軸方向の下部において浅くてよい。蓄積領域１６のＹ軸方向の端部が浅いとは、蓄積領域１６のピーク位置が、エミッタ領域１２とコンタクト領域１４が交互配置されている領域の下部におけるＺ軸方向の深さよりも、Ｙ軸方向の端部において半導体基板１０のおもて面側に近いことであってよい。さらに、相対的に浅い蓄積領域１６のＹ軸方向の端部が、第１の最外コンタクト領域１５‐１の底面であって、コンタクトホール５４のゲート金属層５０側（即ち、外側）の端部と蓄積領域１６の外側の端部との長さＬｂの領域の下部に位置してよい。蓄積領域１６のＹ軸方向の端部が第１の最外コンタクト領域１５‐１のＺ軸方向の下部であれば、ラッチアップ耐量が低下することを防ぐことができる。マスクパターンの位置ずれが生じた場合についても同様の効果を得ることができる。
図９は、ダイオード領域８０の変形例を示す図である。本例において、ダイオード領域８０と境界メサ領域６５とにおける蓄積領域１６は、トランジスタ領域７０における蓄積領域１６よりもＹ軸方向に突出している。より具体的には、ダイオード領域８０と境界メサ領域６５とにおける蓄積領域１６の外側の端部２９‐２は、境界メサ領域６５以外のトランジスタ領域７０における蓄積領域１６の外側の端部２９‐１に比べて、Ｙ軸方向において外側に位置する。なお、境界メサ領域６５は、境界ダミートレンチ部６０に接するトランジスタ領域７０のメサ領域である。
本例において、トランジスタ領域７０（境界メサ領域６５を除く）は、第１の最外コンタクト領域１５‐１を有する。これに対して、ダイオード領域８０は、トランジスタ領域７０における第１の最外コンタクト領域１５‐１とはＹ軸方向の長さが異なる第２の最外コンタクト領域１５‐２を有する。また、本例においては、ダイオード領域８０および境界メサ領域６５における蓄積領域１６が、第２の最外コンタクト領域１５‐２および拡張コンタクト領域１４‐Ｅよりも外側に位置する。つまり、本例においては、蓄積領域１６が、共にＰ＋型である第２の最外コンタクト領域１５‐２および拡張コンタクト領域１４‐Ｅよりも外側に突出する。このように本例では、第２の最外コンタクト領域１５‐２および拡張コンタクト領域１４‐ＥのＸ‐Ｙ平面の全体下方に蓄積領域１６を設けるので、第１から第３の実施形態に比べて、これらのＰ＋型の領域からカソード領域８２へ正孔が過剰に注入されることを抑制することができる。
本例において、第２の最外コンタクト領域１５‐２の内側の端部２７‐２の位置と、第１の最外コンタクト領域１５‐１の内側の端部２７‐１の位置とは、Ｙ軸方向において一致している。これに対して、第２の最外コンタクト領域１５‐２の外側の端部２５‐２は、第１の最外コンタクト領域１５‐１の外側の端部２５‐１よりもＹ軸方向において外側に位置する。このことを図９中においてΔＹとして示す。また、第２の最外コンタクト領域１５‐２の長さＬ１５'は、Ｙ軸方向において第１の最外コンタクト領域１５‐１の長さＬ１５よりも長い。つまり、各メサ領域のＸ軸方向の幅がトランジスタ領域７０およびダイオード領域８０において同じである場合に、第２の最外コンタクト領域１５‐２の面積は第１の最外コンタクト領域１５‐１の面積よりも大きい。
ただし、本例においては、Ｙ軸方向における第２の最外コンタクト領域１５‐２の内側の端部２７‐２から蓄積領域１６の外側の端部２９‐２までの長さである長さＬｃ'は、Ｙ軸方向における第１の最外コンタクト領域１５‐１の内側の端部２７‐１から蓄積領域１６の外側の端部２９‐１までの長さである長さＬｃよりも大きい。このように本例においては、共にＰ＋型である第２の最外コンタクト領域１５‐２および拡張コンタクト領域１４‐Ｅと蓄積領域１６との重なり面積を、第１の最外コンタクト領域１５‐１と蓄積領域１６との重なり面積よりも大きくすることにより、カソード領域８２への過剰な正孔注入を抑制することができる。
また、本例において、カソード領域８２における外側の端部から第２の最外コンタクト領域１５‐２の内側の端部２７‐２までのＹ軸方向の長さは、上述の実施形態と同様にＬ１ｃである。ただし、長さＬ１ｃは、Ｙ軸方向における第２の最外コンタクト領域１５‐２の長さＬ１５'よりも長い。それゆえ、長さＬ１ｃが長さＬ１５'よりも短い場合に比べて、第２の最外コンタクト領域１５‐２からカソード領域８２へ流れる正孔の量を低減することができる。
図１０は、図９のＤ‐Ｄ断面を示す図である。Ｄ‐Ｄ断面は、Ｙ‐Ｚ面と平行であり、ダイオード領域８０においてＹ軸方向に延びるコンタクトホール５４を通る断面である。図１０においては、カソード領域８２と、第２の最外コンタクト領域１５‐２の長さＬ１５'と、第２の最外コンタクト領域１５‐２の内側の端部２７‐２から蓄積領域１６の外側の端部２５‐２までの長さＬｃ'と、カソード領域８２における外側の端部と第２の最外コンタクト領域１５‐２の内側の端部２７‐２とのＹ軸方向の長さＬ１ｃとを明示する。なお、ダイオード領域８０の長さＬ１５'は、トランジスタ領域７０の長さＬ１５よりも大きく、ダイオード領域８０の長さＬｃ'は、トランジスタ領域７０の長さＬｃよりも大きい。なお、本例におけるダイオード領域８０のメサ領域は、コンタクトホール５４の直下にＰ＋＋型の高濃度コンタクト領域１９を有しない。ただし、第１から第３の実施形態と同様に、ダイオード領域８０のメサ領域が、高濃度コンタクト領域１９を有してもよい。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。
１０・・半導体基板、１２・・エミッタ領域、１３・・ベース領域、１４・・コンタクト領域、１４‐Ｅ・・拡張コンタクト領域、１５・・最外コンタクト領域、１６・・蓄積領域、１７・・ウェル領域、１８・・ドリフト領域、１９・・高濃度コンタクト領域、２０・・バッファ領域、２２・・コレクタ領域、２４・・コレクタ電極、２５・・端部、２６・・酸化膜、２７・・端部、２８・・層間絶縁膜、２９・・端部、３０・・ダミートレンチ部、３２・・ダミートレンチ絶縁膜、３４・・ダミー導電部、３６・・ダミートレンチ、３８・・ダミートレンチ接続部、４０・・ゲートトレンチ部、４２・・ゲート絶縁膜、４４・・ゲート導電部、４６・・ゲートトレンチ、４８・・ゲートトレンチ接続部、５０・・ゲート金属層、５１・・ゲートランナー部、５２・・エミッタ電極、５７・・接続部、５４、５５、５６・・コンタクトホール、６０・・境界ダミートレンチ部、６５・・境界メサ領域、７０・・トランジスタ領域、７５・・境界領域、８０・・ダイオード領域、８２・・カソード領域、９２・・表面、９３・・第１の欠陥領域、９４・・裏面、９５・・第２の欠陥領域、１００・・半導体装置、２００・・マスク、２１０・・本体領域、２２０・・端部領域

Claims (17)

  1. 半導体基板を有する半導体装置であって、
    前記半導体基板はトランジスタ領域を含み、
    前記トランジスタ領域は、
    第１導電型のドリフト領域と、
    前記半導体基板の表面から深さ方向に延伸して前記ドリフト領域に達し、かつ、前記表面において第１方向に各々延伸する複数のトレンチ部と、
    前記ドリフト領域の上方に設けられ、各々の上面が前記表面に露出し、前記複数のトレンチ部のうち隣接する２つのトレンチ部の間において前記第１方向に交互に設けられた、第１導電型の複数のエミッタ領域および第２導電型の複数のコンタクト領域と、
    前記深さ方向において前記ドリフト領域と前記複数のエミッタ領域との間に設けられ、前記ドリフト領域よりも高い第１導電型のドーピング濃度を有する蓄積領域と
    を備え、
    前記複数のコンタクト領域のうち前記第１方向と平行な方向において最も外側に位置する第１の最外コンタクト領域は、前記第１方向における長さが、前記第１の最外コンタクト領域を除く前記複数のコンタクト領域のうち一つのコンタクト領域に比べて長く、
    前記蓄積領域は、前記第１の最外コンタクト領域の下方で終端している
    半導体装置。
  2. 前記蓄積領域は、前記第１方向と平行な方向において延伸し、前記第１の最外コンタクト領域の前記第１方向における中央位置の手前で終端している
    請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記第１の最外コンタクト領域の前記第１方向における長さは、前記第１の最外コンタクト領域を除く前記複数のコンタクト領域のうち一つのコンタクト領域における前記第１方向の長さに比べて１０倍以上長い
    請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 前記半導体装置は前記半導体基板の表面上に設けられた層間絶縁膜をさらに備え、
    前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールは、前記複数のコンタクト領域および前記複数のエミッタ領域上において前記第１方向に延伸して前記第１の最外コンタクト領域上にまで設けられる
    請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記半導体基板は、前記第１方向と平行な方向において前記第１の最外コンタクト領域の外側に設けられ、前記第１の最外コンタクト領域よりも低い第２導電型のドーピング濃度を有するベース領域を有し、
    前記ベース領域の前記第１方向における長さは、前記第１の最外コンタクト領域を除く前記複数のコンタクト領域のうち一つのコンタクト領域における前記第１方向の長さに比べて１０倍以上長い
    請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 前記半導体基板は、前記半導体基板の前記表面内において前記第１方向に直交する第２方向において、前記トランジスタ領域に隣接するダイオード領域を備え、
    前記ダイオード領域は、前記複数のトレンチ部とは異なるトレンチ部であって、前記トランジスタ領域と前記ダイオード領域との境界領域に位置し、エミッタ電位が供給されるダミー導電部を有する境界ダミートレンチ部を有し、
    前記複数のトレンチ部は、前記エミッタ電位が供給される前記ダミー導電部を各々有する複数のダミートレンチ部と、ゲート電位が供給されるゲート導電部を各々有する複数のゲートトレンチ部とを有し、
    前記蓄積領域は、前記第２方向において前記トランジスタ領域から前記ダイオード領域へ延伸し、前記境界ダミートレンチ部で、または、前記複数のダミートレンチ部のうち前記境界ダミートレンチ部に最も近接する第１のダミートレンチ部と前記境界ダミートレンチ部との間で終端している
    請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
  7. 前記半導体基板は、前記境界ダミートレンチ部と前記第１のダミートレンチ部との間の境界メサ領域において、前記複数のエミッタ領域を有せず、前記第１方向と平行な方向において前記複数のコンタクト領域よりも長く延伸する第２導電型の拡張コンタクト領域をさらに有する
    請求項６に記載の半導体装置。
  8. 前記深さ方向において前記半導体基板の裏面よりも前記蓄積領域に近い位置に設けられた第１の欠陥領域であって、前記第２方向と平行な方向において前記ダイオード領域から前記トランジスタ領域の一部まで設けられ、キャリアのライフタイムを短くする前記第１の欠陥領域を、前記ドリフト領域は有する
    請求項６または７に記載の半導体装置。
  9. 前記深さ方向において前記複数のコンタクト領域よりも浅い位置に設けられた高濃度コンタクト領域であって、前記複数のコンタクト領域よりも高い第２導電型のドーピング濃度を有する前記高濃度コンタクト領域を、前記半導体基板の前記ダイオード領域は有する
    請求項６から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
  10. 前記半導体基板は、前記第１方向と平行な方向において前記第１の最外コンタクト領域の外側に設けられ、前記第１の最外コンタクト領域よりも低い第２導電型のドーピング濃度を有するベース領域を有し、
    前記第１方向と平行な方向において、前記ベース領域の長さは前記第１の最外コンタクト領域の長さよりも短い
    請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体装置。
  11. 前記トランジスタ領域における前記第１方向と平行な方向において、前記第１の最外コンタクト領域の外側の端部と前記第１の最外コンタクト領域上において層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールの外側の端部との長さＬａは、前記第１方向と平行な方向における前記第１の最外コンタクト領域上における前記コンタクトホールの外側の端部と前記蓄積領域の外側の端部との長さＬｂよりも短い
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
  12. 前記半導体基板の前記表面内において前記第１方向に直交する第２方向において前記トランジスタ領域に隣接するダイオード領域は、前記半導体基板の裏面に露出するカソード領域を含み、
    前記第１方向と平行な方向において、前記カソード領域における外側の端部と前記第１の最外コンタクト領域の内側の端部との長さＬ１ｃは、前記第１の最外コンタクト領域の長さＬ１５よりも長い
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
  13. 前記半導体基板は、前記半導体基板の前記表面内において前記第１方向に直交する第２方向において、前記トランジスタ領域に隣接するダイオード領域を備え、
    前記ダイオード領域は、
    第１導電型のドリフト領域と、
    第２導電型のベース領域と、
    前記深さ方向において前記ドリフト領域と前記ベース領域との間に設けられ、前記ドリフト領域よりも高い第１導電型のドーピング濃度を有する蓄積領域と、
    前記複数のトレンチ部とは異なるトレンチ部であって、前記トランジスタ領域と前記ダイオード領域との境界領域に位置し、エミッタ電位が供給されるダミー導電部を有する境界ダミートレンチ部と
    を備え、
    前記ダイオード領域と前記境界ダミートレンチ部に接する境界メサ領域とにおける前記蓄積領域は、前記境界メサ領域以外の前記トランジスタ領域における前記蓄積領域に比べて、第１方向において外側に位置する
    請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
  14. 前記ダイオード領域は、前記第１方向と平行な方向において前記ベース領域の外側に設けられ、前記ベース領域よりも高い第２導電型のドーピング濃度を有する第２の最外コンタクト領域を有し、
    前記ダイオード領域および前記境界メサ領域における前記蓄積領域は、前記第１方向と平行な方向において前記第２の最外コンタクト領域よりも外側に位置する
    請求項１３に記載の半導体装置。
  15. 前記第１方向と平行な方向において、前記第２の最外コンタクト領域の外側の端部は、前記第１の最外コンタクト領域の外側の端部よりも外側に位置し、
    前記第１方向と平行な方向において、前記第２の最外コンタクト領域の長さＬ１５'は、前記第１の最外コンタクト領域の長さＬ１５よりも長い
    請求項１４に記載の半導体装置。
  16. 前記ダイオード領域は、前記半導体基板の裏面に露出するカソード領域を含み、
    前記第１方向と平行な方向において、前記カソード領域における外側の端部から前記第２の最外コンタクト領域の内側の端部までの長さＬ１ｃは、前記第２の最外コンタクト領域の長さＬ１５'よりも長い
    請求項１５に記載の半導体装置。
  17. 前記第１方向と平行な方向において前記第２の最外コンタクト領域の内側の端部から前記ダイオード領域における前記蓄積領域の外側の端部までの長さＬｃ'は、前記第１方向と平行な方向において前記第１の最外コンタクト領域の内側の端部から前記境界メサ領域以外の前記トランジスタ領域における前記蓄積領域の外側の端部までの長さＬｃよりも大きい
    請求項１４から１６のいずれか一項に記載の半導体装置。
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