JP6881463B2 - Ｒｃ−ｉｇｂｔおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ＲＣ−ＩＧＢＴおよびその製造方法に関する。
従来、トレンチ間のホールを引き抜くために、高濃度のＰ型層を設けることが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、トランジスタ部とダイオード部とを有するＲＣ−ＩＧＢＴにおいて、アノードからのホールの注入を低減する高濃度のＮ型層をダイオード部に設けることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献１ 特開２０１３−０６５７２４号公報
特許文献２ 特開２０１５−１３５９５４号公報
 解決しようとする課題
しかしながら、従来の半導体装置では、ダイオード部の逆回復特性を十分に低減できない。
一般的開示
本発明の第１の態様においては、トランジスタ部とダイオード部とを有するＲＣ−ＩＧＢＴであって、半導体基板と、半導体基板の上面側に設けられた第１導電型のドリフト領域と、ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、ベース領域の上方に設けられた第１導電型のソース領域と、ソース領域の上端側から、ソース領域およびベース領域を貫通して設けられた２以上のトレンチ部とを備えるＲＣ−ＩＧＢＴを提供してよい。ダイオード部は、ソース領域と、２以上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、半導体基板の上面側に設けられたコンタクトトレンチと、コンタクトトレンチの下方に設けられ、ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型のコンタクト層とを備えてよい。
コンタクト層の下端は、ソース領域の下端よりも浅くてよい。
ソース領域は、ダイオード部において、コンタクトトレンチと接していてよい。
トランジスタ部は、２以上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、半導体基板の上面側に設けられたコンタクトトレンチと、トランジスタ部のコンタクトトレンチの下方に設けられ、ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型のコンタクト層とを備えてよい。ダイオード部のコンタクトトレンチの幅は、トランジスタ部のコンタクトトレンチの幅よりも狭くてよい。
ダイオード部のコンタクトトレンチは、トランジスタ部のコンタクトトレンチよりもアスペクト比が高くてよい。
ダイオード部のコンタクトトレンチの下端は、トランジスタ部のコンタクトトレンチの下端よりも深くてよい。
ダイオード部のコンタクト層の下端は、トランジスタ部のコンタクト層の下端よりも浅くてよい。
ダイオード部のコンタクト層におけるドーピング濃度のピークの個数は、トランジスタ部のコンタクト層におけるドーピング濃度のピークの個数よりも少なくてよい。
ダイオード部のコンタクト層のドーピング濃度は、トランジスタ部のコンタクト層のドーピング濃度よりも薄くてよい。
ＲＣ−ＩＧＢＴは、ドリフト領域よりもドーピング濃度が高い第１導電型の第１蓄積領域と、第１蓄積領域よりも深く形成され、ドリフト領域よりもドーピング濃度が高い第１導電型の第２蓄積領域とを更に備えてよい。また、第１蓄積領域および第２蓄積領域は、トランジスタ部に形成されてよい。
第１蓄積領域および第２蓄積領域は、ダイオード部にも形成されてよい。
本発明の第２の態様においては、トランジスタ部とダイオード部とを有するＲＣ−ＩＧＢＴの製造方法であって、半導体基板の上面側に、第１導電型のドリフト領域、第２導電型のベース領域、第１導電型のソース領域、および、ソース領域およびベース領域を貫通する２以上のトレンチ部を形成する段階と、ダイオード部において、２つのトレンチ部の間であって、半導体基板の上面側にコンタクトトレンチを形成する段階と、ダイオード部において、コンタクトトレンチの下方に、ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型のコンタクト層を形成する段階とを備えるＲＣ−ＩＧＢＴの製造方法を提供してよい。
トランジスタ部において、２つのトレンチ部の間であって、半導体基板の上面側にコンタクトトレンチを形成する段階と、トランジスタ部において、コンタクトトレンチの下方に第２導電型のコンタクト層を形成する段階とを更に備えてよい。また、トランジスタ部のコンタクト層を２段階のイオン注入で形成し、ダイオード部のコンタクト層を１段階のイオン注入で形成してよい。
なお、上記の発明の概要は、本発明の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。
実施例１に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。 実施例１に係る半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。 コンタクト層２８の周辺の拡大図の一例を示す。 コンタクト層２８の周辺のドーピング濃度分布の一例を示す。 より具体的な半導体装置１００の構造の一例を示す。 比較例１に係る半導体装置５００の一例を示す平面図である。 比較例１に係る半導体装置５００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。 比較例１に係る半導体装置５００のｂ−ｂ'断面の一例を示す図である。 実施例１と比較例２，３の内蔵電位ΔＶｂｉを示すグラフである。 実施例２に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。 実施例２に係る半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。 実施例２に係る半導体装置１００のｂ−ｂ'断面の一例を示す図である。 実施例３に係る半導体装置１００の構成の一例を示す。 半導体装置１００の製造方法の一例を示す。 実施例４に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。 実施例４に係る半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。 より具体的な実施例４に係る半導体装置１００の構造の一例を示す。 実施例５に係る半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。 より具体的な実施例５に係る半導体装置１００の構造の一例を示す。 実施例６に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。 実施例６に係る半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。 実施例７に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。 実施例７に係る半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。
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。
［実施例１］
図１Ａは、実施例１に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。図１Ｂは、実施例１に係る半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置１００は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタを含むトランジスタ部７０、および、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌ Ｄｉｏｄｅ）等のダイオードを含むダイオード部８０を有する半導体チップである。図１Ａにおいてはチップ端部周辺のチップ表面を示しており、他の領域を省略している。
なお、本明細書においては半導体基板１０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。「上」および「下」は重力方向に限定されない。エミッタ電極とコレクタ電極とを結ぶ方向を深さ方向と称する。また、各実施例においては、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型とした例を示しているが、基板、層、領域等の導電型は、それぞれ逆の極性であってもよい。
本例の半導体装置１００は、チップの上面側において、ソース領域１２、コンタクト領域１５、ウェル領域１７、コンタクトトレンチ２７、ダミートレンチ部３０、ゲートトレンチ部４０、ゲート金属層５０、エミッタ電極５２、コンタクトホール５５，５６，５７およびエミッタトレンチ部６０を有する。なお、本明細書において、単にトレンチ部と称する場合、ダミートレンチ部３０、ゲートトレンチ部４０およびエミッタトレンチ部６０を指す。
半導体基板１０は、シリコン等の半導体で形成された基板である。半導体基板１０は、シリコンカーバイドおよび窒化ガリウム等の化合物半導体で形成されてもよい。本例の半導体基板１０は、Ｎ＋型である。半導体基板１０は、ソース領域１２、ベース領域１４、コンタクト領域１５、蓄積領域１６、ウェル領域１７、ドリフト領域１８、バッファ領域２０、コレクタ領域２２およびカソード領域８２を含む。また、半導体基板１０の上面にはゲート金属層５０およびエミッタ電極５２が形成され、下面にはコレクタ電極２４が形成される。エミッタ電極５２およびゲート金属層５０と、半導体基板１０の上面との間には層間絶縁膜が形成されるが、本例では省略している。
ドリフト領域１８は、半導体基板１０の上面側に形成されている。半導体基板１０の上面側とは、半導体基板１０の上面の上方であってよく、半導体基板１０の内部における上面近傍であってもよい。ドリフト領域１８は、蓄積領域１６の裏面側に形成される。本例のドリフト領域１８は、Ｎ−型である。
ベース領域１４は、ドリフト領域１８の上方に形成されている。ベース領域１４は、ドリフト領域１８の上面側からドーパントを注入して形成してよい。ベース領域１４は、各トレンチ部に挟まれたメサ部に形成される。メサ部とは、隣接するトレンチ部同士の間の領域を指す。ベース領域１４は、ウェル領域１７よりもドーピング濃度が低い。本例のベース領域１４は、Ｐ−型である。
ソース領域１２は、ベース領域１４の上方に形成されている。また、ソース領域１２は、トレンチ部の延伸方向に延伸して形成されている。本例のソース領域１２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のメサ部に形成されている。ソース領域１２は、ベース領域１４の上面側からドーパントを注入することにより形成されてよい。本例のソース領域１２は、Ｎ＋型である。なお、本明細書において、トレンチ部の延伸方向はＹ軸方向であり、トレンチ部の配列方向はＸ軸方向である。半導体装置１００の深さ方向はＺ軸方向である。
コンタクトトレンチ２７は、半導体基板１０の上面側に形成される。コンタクトトレンチ２７は、隣接するトレンチ部の間に形成され、ソース領域１２と隣接して設けられる。一例において、コンタクトトレンチ２７は、ソース領域１２をエッチングすることにより形成される。コンタクトトレンチ２７には、エミッタ電極５２と同一のプロセスにより、導電性の材料が埋め込まれてよい。
コンタクト層２８は、コンタクトトレンチ２７の下方に設けられる。また、コンタクト層２８は、２つのトレンチ部の間において２つのトレンチ部の延伸方向に延伸して形成される。コンタクト層２８は、コンタクトトレンチ２７を介してドーパントを注入することにより形成されてよい。例えば、コンタクト層２８は、ボロン（Ｂ）又はフッ化ボロン（ＢＦ２）を注入することにより形成される。コンタクト層２８は、２種類以上のドーパントを２段階以上の注入で形成されてよい。本例のコンタクト層２８は、Ｐ＋型である。コンタクト層２８は、ホールを引き抜くことにより、ラッチアップを抑制する。
また、コンタクト層２８におけるドーピング濃度のピークは、ソース領域１２の下端よりも浅い。即ち、本例のコンタクト層２８におけるドーピング濃度のピークが、閾値電圧Ｖｔｈを決定するベース領域１４の側壁から離れて形成されている。これにより、本例のコンタクト層２８は、微細化された場合であっても、閾値電圧Ｖｔｈに対する影響が小さい。また、コンタクト層２８は、ドーピング濃度の複数のピークを有してよい。コンタクト層２８における複数のピークのうちの最大のピーク位置が、ソース領域１２の下端よりも浅いことが好ましい。
バッファ領域２０は、ドリフト領域１８の裏面側に形成される。バッファ領域２０のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高い。バッファ領域２０は、ベース領域１４の裏面側から広がる空乏層が、コレクタ領域２２およびカソード領域８２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する。本例のバッファ領域２０は、Ｎ−型である。
コンタクト領域１５は、ベース領域１４の上方に形成される。コンタクト領域１５は、ベース領域１４よりもドーピング濃度が高い。コンタクト領域１５は、ベース領域１４の上面側からドーパントを注入することにより形成されてよい。本例のコンタクト領域１５はＰ＋型である。
蓄積領域１６は、ドリフト領域１８とベース領域１４との間に形成される。蓄積領域１６は、半導体基板１０のドーピング濃度よりも高濃度に形成される。また、蓄積領域１６のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高い。一例において、蓄積領域１６のドーピング濃度は、１Ｅ１６ｃｍ−３以上、１Ｅ１８ｃｍ−３以下である。例えば、蓄積領域１６は、半導体基板１０の上面側からリン等のＮ型ドーパントを注入することにより形成される。なお、Ｅは１０のべき乗を意味し、例えば１Ｅ１６ｃｍ−３は１×１０１６ｃｍ−３を意味する。
また、蓄積領域１６は、隣接するトレンチ部の間に形成される。例えば、蓄積領域１６は、トランジスタ部７０において、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０の間に形成される。蓄積領域１６は、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０の間の全領域を覆うように設けられてよい。蓄積領域１６を設けることにより、オン状態においてコレクタ領域２２からドリフト領域１８に注入されたホールのベース領域１４への流れ込みが抑制されるので、ソース領域１２からベース領域１４への電子の注入促進が高まる。これにより、半導体装置１００のオン電圧が低減される。
但し、半導体装置１００が蓄積領域１６を有する場合、キャリアの注入促進（Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ−Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ，ＩＥ）効果によりキャリア密度が上昇し、ラッチアップが生じやすくなる場合がある。本例の半導体装置１００は、ターンオフ時にコンタクト層２８によりホールを引き抜くので、ラッチアップを抑制できる。そのため、半導体装置１００は、オン電圧を低減しつつ、ラッチアップを抑制できる。
コレクタ領域２２は、トランジスタ部７０において、バッファ領域２０の裏面側に形成される。カソード領域８２は、ダイオード部８０において、バッファ領域２０の裏面側に形成される。また、コレクタ領域２２およびカソード領域８２の裏面にはコレクタ電極２４が設けられる。コレクタ電極２４は、アルミニウムや金、銀等の金属材料で形成される。
コンタクトホール５５、５６，５７は、半導体基板１０の上方に形成された層間絶縁膜を貫通して形成される。コンタクトホール５５は、ゲート金属層５０とゲート導電部４４とを接続する。コンタクトホール５６は、エミッタ電極５２とダミー導電部３４とを接続する。コンタクトホール５７は、エミッタ電極５２とエミッタ導電部６４とを接続する。コンタクトホール５５、５６，５７を形成する位置は特に本例に限られない。
エミッタ電極５２は、コンタクトホール５６，５７を通って半導体基板１０と接触する。エミッタ電極５２は、金属を含む材料で形成される。一例において、エミッタ電極５２の少なくとも一部の領域はアルミで形成される。エミッタ電極５２は、タングステンを含む材料で形成される領域を有してもよい。
ゲート金属層５０は、コンタクトホール５５を通って半導体基板と接触する。ゲート金属層５０は、金属を含む材料で形成される。一例において、ゲート金属層５０の少なくとも一部の領域はアルミで形成される。ゲート金属層５０は、タングステンを含む材料で形成される領域を有してもよい。本例のゲート金属層５０は、エミッタ電極５２と同一の材料で形成される。但し、ゲート金属層５０は、エミッタ電極５２と異なる材料で形成されてもよい。
半導体基板１０の上面側には、２以上のゲートトレンチ部４０、２以上のダミートレンチ部３０、および、２以上のエミッタトレンチ部６０が形成される。トレンチ部の配列順序は本例に限られない。
ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０は、ソース領域１２の上端側から、ソース領域１２、ベース領域１４および蓄積領域１６を貫通して形成されている。また、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面において予め定められた延伸方向に延伸して形成される。ダミートレンチ部３０は、トランジスタ部７０の領域において所定の配列方向に沿って、ゲートトレンチ部４０と所定の間隔で１つ以上配列されている。本例のダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０は、配列方向とは垂直な方向に延伸して形成される。ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０は、延伸方向の端部がそれぞれループ形状を有してもよい。
本例のゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、所定の配列方向において交互に配置される。また、各トレンチ部は一定の間隔で配置されてよい。但し、各トレンチの配置は上記の例に限定されない。２つのダミートレンチ部３０の間に複数のゲートトレンチ部４０が配置されてよい。また、それぞれのダミートレンチ部３０の間に設けられるゲートトレンチ部４０の数は一定でなくともよい。
エミッタトレンチ部６０は、ソース領域１２の上端側から、ソース領域１２、ベース領域１４および蓄積領域１６を貫通して形成されている。エミッタトレンチ部６０は、ダイオード部８０の領域に設けられる。エミッタトレンチ部６０は、半導体基板１０の上面において予め定められた延伸方向に延伸して形成される。本例のエミッタトレンチ部６０の間隔は、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０の間隔と同一であるが、異なっていてもよい。なお、ダミートレンチ部３０、ゲートトレンチ部４０およびエミッタトレンチ部６０の延伸方向の端部には、Ｐ＋型のウェル領域１７が形成される。
ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面側に形成された絶縁膜４２およびゲート導電部４４を有する。ゲート導電部４４は、少なくとも隣接するベース領域１４と対向する領域を含む。ゲート金属層５０を介してゲート導電部４４に所定の電圧が印加されると、ベース領域１４のうちゲートトレンチ部４０に接する界面の表層にチャネルが形成される。本例のゲート導電部４４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。ゲート導電部４４は、トレンチ導電部の一例である。絶縁膜４２は、ゲート導電部４４の周囲を覆うように、ゲートトレンチの内壁の半導体を酸化または窒化して形成されてよい。
ダミートレンチ部３０は、半導体基板１０の上面側に形成された絶縁膜３２およびダミー導電部３４を有する。ダミー導電部３４は、ゲート導電部４４と同一の材料で形成されてよい。例えば、ダミー導電部３４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。ダミー導電部３４は、トレンチ導電部の一例である。絶縁膜３２は、ダミー導電部３４の周囲を覆うように、ダミートレンチの内壁の半導体を酸化または窒化して形成されてよい。
ダイオード部８０は、トランジスタ部７０と隣接した領域に設けられる。ダイオード部８０は、トランジスタ部７０と同一層のベース領域１４、蓄積領域１６、ドリフト領域１８およびバッファ領域２０を有する。ダイオード部８０のバッファ領域２０の裏面側にはカソード領域８２が設けられる。なお、本明細書では、活性領域において、カソード領域８２に一致する下面の領域をダイオード部８０とする。または、半導体基板１０の上面に対して、半導体基板１０の下面と垂直な方向にカソード領域８２を投影したときの投影領域をダイオード部８０としてもよい。また、活性領域において、半導体基板１０の上面に対して、半導体基板１０の下面と垂直な方向にコレクタ領域２２を投影したときの投影領域であって、且つ、ソース領域１２およびコンタクト領域１５を含む所定の単位構成が規則的に配置された領域をトランジスタ部７０とする。
ダイオード部８０において、カソード領域８２は、ソース領域１２と、Ｙ軸方向で最も端のコンタクト領域１５との半導体基板１０の上面における境界位置よりも、コンタクト領域１５から離れる向き（図１ＡにおいてＹ軸方向の＋Ｙの向き）に離れて位置してよい。また、カソード領域８２は、コンタクトトレンチ２７のうちＹ軸方向の端部より、当該端部からは離れる向き（図１ＡにおいてＹ軸方向の＋Ｙの向き）に離れて位置してよい。これにより、コンタクト領域１５からの正孔の過大な注入を抑制できる。
エミッタトレンチ部６０は、ベース領域１４の上面側からベース領域１４および蓄積領域１６を貫通して、ドリフト領域１８まで到達して形成される。それぞれのエミッタトレンチ部６０は、絶縁膜６２およびエミッタ導電部６４を備える。絶縁膜６２は、エミッタ導電部６４の周囲を覆うように、エミッタトレンチの内壁の半導体を酸化または窒化して形成されてよい。
図２は、コンタクト層２８の周辺の拡大図の一例を示す。本例では、ダミートレンチ部３０とゲートトレンチ部４０との間のメサ部について示しているが、ダミートレンチ部３０、ゲートトレンチ部４０およびエミッタトレンチ部６０のいずれの間のメサ部についても同様の構造を設けてよい。
メサ幅ＷＭは、メサ部のＸ軸方向の幅を指す。本例のメサ幅ＷＭは、ダミートレンチ部３０とゲートトレンチ部４０との間のメサ部のメサ幅である。本例のメサ幅ＷＭは、０．７μｍである。
ホール引抜き幅ＷＨは、ソース領域１２の下端のＸ軸方向の幅である。即ち、ホール引抜き幅ＷＨは、トレンチ部の側壁からコンタクト層２８までの距離である。ホール引抜き幅ＷＨは、トレンチ部の側壁を通過したホールがコンタクト層２８に向かって流れるまでの距離に対応する。ホール引抜き幅ＷＨを短くすることにより、ホールを引き抜くための経路の抵抗値が低くなるので、ターンオフ時にホールが引き抜かれやすくなる。ホールが引き抜かれやすくなると、ＮＰＮの寄生トランジスタが動作しにくくなるのでラッチアップが抑制される。
一例において、ホール引抜き幅ＷＨは、メサ幅ＷＭの１０％以上、３０％以下の大きさである。ホール引抜き幅ＷＨは、本例のように隣接するトレンチ部の間に２つのソース領域１２が形成されている場合、いずれか一方のソース領域１２の下端の幅を指す。即ち、ソース領域１２がメサの両端に形成される場合、ホール引抜き幅ＷＨがメサ幅ＷＭの２０〜６０％を占める。例えば、ホール引抜き幅ＷＨは、０．０５μｍ以上、０．２５μｍ以下である。本例のホール引抜き幅ＷＨは、０．１μｍである。
コンタクト幅ＷＣは、メサ幅ＷＭにおける、ホール引抜き幅ＷＨ以外の領域のＸ軸方向の幅である。即ち、コンタクト幅ＷＣは、ソース領域１２の下端と同じ深さにおける、コンタクト層２８のＸ軸方向の幅を指す。一例において、コンタクト幅ＷＣは、メサ幅ＷＭの４０％〜８０％を占める。例えば、コンタクト幅ＷＣは、０．２μｍ以上、０．６μｍ以下である。本例のコンタクト幅ＷＣは、０．５μｍである。
コンタクトトレンチ幅ＷＣＴは、コンタクトトレンチ２７のＸ軸方向の幅である。一例において、コンタクトトレンチ幅ＷＣＴは、０．１μｍ以上、０．４μｍ以下である。本例のコンタクトトレンチ幅ＷＣＴは、０．３μｍである。また、コンタクトトレンチ２７の深さＤ２は、半導体基板１０の上端から０．３μｍである。コンタクトトレンチ幅ＷＣＴおよび深さＤ２は、必要な接触抵抗に応じて決定されてよい。また、コンタクトトレンチ幅ＷＣＴは、コンタクトトレンチ２７越しのイオン注入により形成するコンタクト層２８の大きさに応じて決定されてよい。
ソース領域１２の下端は、コンタクトトレンチ２７の下端よりも深い。そして、コンタクト層２８のドーピング濃度のピーク位置は、ソース領域１２の下端よりも浅く形成される。これにより、微細化された場合であっても、閾値電圧Ｖｔｈに対するコンタクト層２８の影響が小さくなる。なお、ソース領域１２の下端は、ダミー導電部３４およびゲート導電部４４の上端より深い。本例のソース領域１２の下端の深さＤ１は、半導体基板１０の上端から０．４５μｍである。
コンタクト層２８の上端は、ソース領域１２の下端よりも浅い。また、コンタクト層２８の下端は、ソース領域１２の下端よりも深い。コンタクト層２８を厚く形成することにより、ホールが引き抜かれやすくなるので、ラッチアップを抑制しやすくなる。一例において、コンタクト層２８の下端は、ベース領域１４の下端の深さと等しくてよい。この場合、コンタクト層２８の下端がソース領域１２から遠ざけられるので、ホールの引き抜き効果がより顕著になる。例えば、コンタクト層２８の深さ方向の厚さＤ３は、０．１μｍ以上、１．０μｍ以下である。本例のコンタクト層２８の深さ方向の厚さＤ３は、０．５μｍである。
なお、コンタクト層２８は、コンタクト層２８の下端が、ベース領域１４の厚さの半分の位置よりも浅くなるように形成されてよい。コンタクト層２８を浅く形成することにより、コンタクト層２８を形成するためのイオン注入の回数を減らすことができる。そして、半導体装置１００の製造コストが低減される。
また、コンタクトトレンチ２７の下方において、コンタクト層２８のドーピング濃度は、同一の深さのソース領域１２のドーピング濃度よりも大きくてよい。即ち、コンタクトトレンチ２７の下方の領域は、高濃度のドーパントを注入することにより、Ｎ＋型のソース領域１２がＰ＋型のコンタクト層２８に変化した領域である。なお、点Ｏおよび点Ｏ'は、図３で示すドーピング濃度のグラフの原点を指す。
図３は、コンタクト層２８の周辺のドーピング濃度分布の一例を示す。縦軸はドーピング濃度を示し、横軸はコンタクトトレンチ２７の下端から深さ方向への距離を示す。実線は、点Ｏから深さ方向におけるコンタクト層２８およびベース領域１４のドーピング濃度を示す。破線は、点Ｏ'から深さ方向におけるソース領域１２のドーピング濃度を示す。即ち、本例のドーピング濃度分布のグラフは、異なる２つの点Ｏおよび点Ｏ'からの深さ方向のドーピング濃度を重ねて表示している。点Ｏおよび点Ｏ'の深さは、コンタクトトレンチ２７の下端の深さに対応している。
ソース領域１２は、ヒ素（Ａｓ）をベース領域１４の上面側からイオン注入することにより形成される。ソース領域１２のドーピング濃度は、コンタクトトレンチ２７の下端の点Ｏ'において、およそ１Ｅ１８ｃｍ−３である。
コンタクト層２８は、フッ化ボロンおよびボロンをコンタクトトレンチ２７越しに２段階でイオン注入することにより形成される。コンタクト層２８の第１のピークＰ１は、およそ１Ｅ２０ｃｍ−３である。コンタクト層２８の第１のピークＰ１は、ソース領域１２の下端よりも浅い位置に形成されている。本例の第２のピークＰ２は、ソース領域１２の下端よりも深い位置に形成されている。但し、第２のピークＰ２は、ソース領域１２の下端よりも浅く形成されてよい。
また、コンタクト層２８は、３以上のピークを有してもよい。この場合、全てのピークがソース領域１２の下端よりも浅く形成されてよいし、ピークの一部がソース領域１２の下端よりも深く形成されてもよい。即ち、コンタクト層２８のドーピング濃度のピークの少なくとも１つがソース領域１２の下端よりも浅く形成されていればよい。また、コンタクト層２８のドーピング濃度のピークのうち最大のピークがソース領域１２の下端よりも浅く形成されてよい。
なお、本例のドーピング濃度の分布は、あくまで一例である。本願明細書に開示された半導体装置１００を実現するために、ピークの個数および深さ等が適宜変更されてよい。
図４は、より具体的な半導体装置１００の構造の一例を示す。本例では、層間絶縁膜２６を省略せずに示している。
層間絶縁膜２６は、半導体基板１０の上方に形成される。本例の層間絶縁膜２６は、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜である。層間絶縁膜２６は、異なる材料で形成された複数の層を有してもよい。層間絶縁膜２６は、ソース領域１２の上端から厚さＤ１の層において、下端の開口幅がＷ１であり、上端の開口幅がＷ２である。
コンタクトトレンチ２７は、テーパ形状を有する。本例のコンタクトトレンチ２７は、上端の幅が下端の幅よりも大きくなるようなテーパ形状を有する。コンタクトトレンチ２７がテーパ形状を有することにより、コンタクトトレンチ２７の側壁にもドーパントが注入されやすくなる。
コンタクト層２８は、テーパ形状を有するコンタクトトレンチ２７越しに形成される。これにより、コンタクトトレンチ２７の側壁の少なくとも一部に、コンタクト層２８が形成されている。例えば、本例のコンタクト層２８は、コンタクトトレンチ２７の下端から、側壁と接して上側に延伸して形成される。また、コンタクト幅ＷＣは、ＢＰＳＧ膜の下端の開口幅Ｗ２に応じて変化する。即ち、ホール引抜き幅ＷＨも、ＢＰＳＧ膜の下端の開口幅Ｗ２に応じて変化する。本例のＢＰＳＧ膜の上端の開口幅Ｗ１は、０．４５μｍであり、ＢＰＳＧ膜の下端の開口幅Ｗ２は０．３μｍである。
また、コンタクト層２８は、蓄積領域１６と接して形成されてよい。この場合、Ｌ１＝Ｌ２が成り立つ。距離Ｌ１は、ソース領域１２の下端と蓄積領域１６の上端との間の深さ方向の距離を示す。距離Ｌ２は、ソース領域１２の下端とコンタクト層２８の下端との間の深さ方向の距離を示す。また、コンタクト層２８の下端は、蓄積領域１６の上端とソース領域１２の下端との距離の半分よりも深い位置に設けられてよい。この場合、Ｌ１／２＜Ｌ２が成り立つ。
なお、コンタクトトレンチ２７および開口された層間絶縁膜２６には、エミッタ電極５２として多層の膜が形成されてよい。一例において、エミッタ電極５２は、チタン／窒化チタン（Ｔｉ／ＴｉＮ）と、タングステンと、アルミニウムとを積層した構造を有してよい。
［比較例１］
図５Ａは、比較例１に係る半導体装置５００の一例を示す平面図である。図５Ｂは、比較例１に係る半導体装置５００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。図５Ｃは、比較例１に係る半導体装置５００のｂ−ｂ'断面の一例を示す図である。
本例の半導体装置５００は、コンタクトトレンチ２７およびコンタクト層２８を有さない。ホール引抜き幅ＷＨ０は、トレンチ部の側壁に沿って流れたキャリアが、コンタクト領域１５に向けて流れるまでの距離を示す。半導体装置５００においてホールは、ソース領域１２の下部であって、ゲートトレンチ部４０の側壁を通り、その後ゲートトレンチ部４０の側壁からコンタクト領域１５に向かって流れる。
ここで、トレンチ部の延伸方向におけるホール引抜き幅ＷＨ０は、トレンチ部の配列方向におけるホール引抜き幅よりも大きくなる場合がある。この場合、半導体装置５００のホール引抜き幅ＷＨ０は、半導体装置１００のホール引抜き幅ＷＨよりも大きくなる。即ち、ホールの引き抜きが悪くなり、半導体装置５００では、ラッチアップを抑制しにくくなる。特に、微細化が進むと、メサ部における電流密度が上昇するので、ターンオフ時に半導体装置５００がラッチアップしやすくなる。
図６は、実施例１と比較例２，３の内蔵電位ΔＶｂｉを示すグラフである。縦軸は内蔵電位ΔＶｂｉの相対値を示し、横軸はホール引抜き幅ＷＨ，ＷＨ０の相対値を示す。実施例１および比較例２は、１．９μｍピッチの場合である。比較例３は、２．３μｍピッチの場合である。ピッチとは、あるトレンチ部の中心から、当該トレンチ部と配列方向に隣接する他のトレンチ部の中心までの距離を指す。内蔵電位ΔＶｂｉの相対値が２になると、ラッチアップが生じる。
実施例１に係るホール引抜き幅ＷＨは、微細化によりピッチが小さくなるに従い小さくなる。一方、比較例２および３に係るホール引抜き幅ＷＨ０は、微細化によりピッチが小さくなっても、必ずしも小さくなるわけではない。そのため、微細化によりピッチが小さくなると、ホール引抜き幅ＷＨがホール引抜き幅ＷＨ０と比較して相対的に小さくなる。例えば、実施例１に係るホール引抜き幅ＷＨを１とした場合、比較例２および３のホール引抜き幅ＷＨが実施例の５倍から１７程度の大きさになる。
また、比較例２および３では、ピッチを２．３μｍから１．９μｍに微細化すると、内蔵電位ΔＶｂｉが上昇する。内蔵電位ΔＶｂｉが上昇すると、半導体装置５００がラッチアップしやすくなる。一方、実施例１の場合は、ホール引抜き幅ＷＨが短く、ホールが引き抜かれやすいので、微細化が進んだ場合であってもラッチアップを抑制できる。むしろ、実施例１の場合は、ホールを配列方向に引き抜くので、ピッチが小さくなるほど、ホール引抜き幅ＷＨが短くなる。
［実施例２］
図７Ａは、実施例２に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。図７Ｂは、実施例２に係る半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。図７Ｃは、実施例２に係る半導体装置１００のｂ−ｂ'断面の一例を示す図である。本例のソース領域１２およびコンタクト領域１５は、トランジスタ部７０におけるトレンチ部の延伸方向において、交互に設けられている。
ソース領域１２およびコンタクト領域１５は、半導体基板１０の上面側に形成される。ソース領域１２およびコンタクト領域１５は、隣接する一方のトレンチ部から、他方のトレンチ部まで形成され、その後、コンタクトトレンチ２７がソース領域１２およびコンタクト領域１５を横断するように、トレンチ部の延伸方向に形成されている。これにより、ソース領域１２およびコンタクト領域１５は、それぞれトレンチ部の側壁に沿って、トレンチ部の延伸方向に交互に設けられている。なお、本例のダイオード部８０では、実施例１の場合と同様に、隣接するエミッタトレンチ部６０の間には、ソース領域１２が形成されている。
ダイオード部８０において、カソード領域８２は、ソース領域１２と、Ｙ軸方向で最も端のコンタクト領域１５との半導体基板１０の上面における境界位置よりも、コンタクト領域１５から離れる向き（図７ＡにおいてＹ軸方向の＋Ｙの向き）に離れて位置してよい。また、カソード領域８２は、コンタクトトレンチ２７のうちＹ軸方向の端部より、当該端部からは離れる向き（図７ＡにおいてＹ軸方向の＋Ｙの向き）に離れて位置してよい。これにより、コンタクト領域１５からの正孔の過大な注入を抑制できる。
本例の半導体装置１００は、実施例１に係る半導体装置１００と同様に、コンタクトトレンチ２７の下方に形成されたコンタクト層２８を有するので、ホールの引き抜きにより、ラッチアップを抑制できる。また、本例の半導体装置１００は、ソース領域１２とコンタクト領域１５とを交互に設けている。これにより飽和電流が抑制されるので、ラッチアップを更に抑制できる。
［実施例３］
図８は、実施例３に係る半導体装置１００の構成の一例を示す。本例のコンタクト層２８は、ドーパントを多段で注入することにより形成される。例えば、コンタクト層２８は、３段の注入工程により形成される。
コンタクト層２８は、層間絶縁膜２６をマスクとして、ドーパントが注入される。また、本例の層間絶縁膜２６は、テーパ形状を有する。そのため、コンタクト層２８は、ドーパントの注入位置によってマスクである層間絶縁膜２６の厚さが異なる。層間絶縁膜２６が厚く形成された領域では、ドーパントの注入深さが浅くなる。そのため、コンタクト層２８は、コンタクトトレンチ２７の中心付近においてドーパントが深く注入され、コンタクトトレンチ２７の端部においてドーパントが浅く注入される。
これにより、コンタクト層２８の下端の幅は、コンタクト層２８の上端の幅よりも狭くなる。即ち、本例のコンタクト層２８は、上側から下側にかけて徐々に窄まるような形状を有する。ここで、コンタクト層２８の幅が徐々に窄まる形状ではなく、途中で幅が厚くなる形状の場合、コンタクト層２８の端部に電界が集中する恐れがある。一方、本例のコンタクト層２８は、徐々に窄まる形状を有するので、空乏層が広がった場合にコンタクト層２８の端部に電界が集中しにくい。
図９は、半導体装置１００の製造方法の一例を示す。本例では、実施例３に係る半導体装置１００の製造方法について特に説明する。同図においては、１セル分の断面図を示しているが、他のセルについても同様に形成してよい。
まず、半導体基板１０を準備する。半導体基板１０は、ドリフト領域１８を有するシリコン基板である。本例のドリフト領域１８のドーピング濃度は、例えば３．０Ｅ＋１３ｃｍ−３以上、２．０Ｅ＋１４ｃｍ−３以下である。ドリフト領域１８の厚みは、半導体装置１００の耐圧クラスによって異なる。
次に段階Ｓ３００において、半導体基板１０の表面にソース領域１２、ベース領域１４およびゲートトレンチ部４０を形成する。まず、半導体基板１０の表面に所定のパターンのエッチングマスクを設け、ゲートトレンチ部４０の溝部を形成する。ゲートトレンチ部４０の溝部の内壁には、ゲート絶縁膜が形成される。そして、Ｎ型のドーパントが高濃度にドープされたポリシリコンを、トレンチ部内に堆積させて、ゲート導電部４４を形成する。これにより、ゲートトレンチ部４０が形成される。
次に、半導体基板１０の上面においてベース領域１４およびソース領域１２を形成しない領域に酸化膜を形成する。そして、半導体基板１０の表面側から選択的にＰ型ドーパントを注入して、１１００℃程度の温度で２時間程度の熱処理を行う。これにより、半導体基板１０の表面全体に、Ｐ−型のベース領域１４を形成する。Ｐ型ドーパントは、ボロンであってよい。Ｐ−型のベース領域１４には２．５Ｅ＋１３ｃｍ−２のドーピング濃度でＰ型ドーパントがドープされてよい。ベース領域１４は、ゲートトレンチ部４０と接して形成されており、ゲートトレンチ部４０と接触する領域がチャネルとして機能する。
次に、半導体基板１０の上面側からソース領域１２を形成するためのＮ型ドーパントとしてヒ素又はリン等をイオン注入する。ソース領域１２は、ベース領域１４が形成された領域の全面に形成される。ソース領域１２には５．０Ｅ＋１９ｃｍ−２のドーピング濃度でＮ型ドーパントをドープしてよい。イオン注入後、熱処理等を行いソース領域１２を形成する。ソース領域１２も、ゲートトレンチ部４０と接して形成されている。次に、ＣＶＤ法により、半導体基板１０の上面に層間絶縁膜２６を形成する。
次に段階Ｓ３０２において、層間絶縁膜２６の上面にレジストパターンを形成する。レジストパターンの開口部により露出した層間絶縁膜２６をＲＩＥによりエッチングして、半導体基板１０を露出させる。次に、露出した半導体基板１０の上面をエッチングして、２つのトレンチ部の間に、層間絶縁膜２６を貫通し、ソース領域１２と隣接してコンタクトトレンチ２７を形成する。また、コンタクトトレンチ２７は、全面に形成されたソース領域１２の内部に形成される。ソース領域１２の内部にコンタクトトレンチ２７を形成することにより、後続のプロセスでコンタクト層２８を形成した場合に、コンタクト層２８のピーク位置をソース領域１２の下端よりも浅く形成できる。
次に段階Ｓ３０４において、コンタクトトレンチ２７の下端に隣接する注入領域９３に、ボロン等のＰ型ドーパントをイオン注入する。本例においてＰ型ドーパントの加速エネルギーは３０ｋｅＶ程度であり、ドーズ量は１．０Ｅ＋１５ｃｍ−２以上、５．０Ｅ＋１５ｃｍ−２以下である。
次に、コンタクトトレンチ２７の下端から、ベース領域１４の下方にドーパントを注入する。例えば、ベース領域１４よりも下方にボロン等のＰ型ドーパントを注入すべく、コンタクトトレンチ２７の下端から垂直にイオン注入する。これにより、コンタクトトレンチ２７の下端と対向する領域において、ドーピング濃度のピーク位置がソース領域１２の下端よりも浅くなるようにコンタクト層２８を形成する。コンタクト層２８は、複数の段階に分けてドーパントが注入されてよい。本例のコンタクト層２８を形成する段階は、第１のドーパントを注入する段階と、第２のドーパントを注入する段階とを有する。例えば、第１のドーパントとしてボロンを注入し、第２のドーパントとしてフッ化ボロンを注入する。また、Ｐ型ドーパントの注入は、形成すべきコンタクト層２８の深さに応じて、それぞれ加速エネルギーを変化させてよい。Ｐ型ドーパントの注入により、注入領域９３の下方に１以上の注入領域９４が形成される。
次に、注入領域９３および注入領域９４に注入したＰ型ドーパントを活性化させるべく、段階３０６において半導体装置１００を熱処理する。Ｐ型ドーパントが拡散しすぎないように、当該熱処理は短時間で行うことが好ましい。一例として、熱処理の温度は９５０度程度であり、時間は３０分以内である。
これにより、コンタクト層２８が形成される。段階Ｓ３０６の後に、エミッタ電極５２、コレクタ電極２４等を形成して半導体装置１００が完成する。なお、エミッタ電極５２と半導体領域との間の相互拡散を抑制すべく、コンタクトトレンチ２７の内壁には、チタン膜、窒化チタン膜、タンタル膜、または窒化タンタル膜等を含むバリアメタル層を形成することが好ましい。また、エミッタ電極５２の平坦性を向上させるべく、エミッタ電極５２を形成する前に、コンタクトトレンチ２７の内部にタングステン、モリブデン、または、ドーパントをドープしたポリシリコン等を充填してもよい。
［実施例４］
図１０Ａは、実施例４に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。図１０Ｂは、実施例４に係る半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０とダイオード部８０とで構造の異なるメサ部を有する。
トランジスタ部７０は、半導体基板１０の上面側において、ソース領域１２、ベース領域１４、コンタクト領域１５、蓄積領域１６、コンタクトトレンチ２７およびコンタクト層２８を備える。トランジスタ部７０は、ダイオード部８０との境界側の端部において、蓄積領域１６を有さなくてよい。また、トランジスタ部７０は、ダイオード部８０との境界側の端部において、ソース領域１２を有さなくてよい。本例のトランジスタ部７０は、ダイオード部８０の境界側の端部から数えて１つ目のメサ部において蓄積領域１６を有さず、１つ目および２つ目のメサ部においてソース領域１２を有さない。但し、トランジスタ部７０は、ダイオード部８０の境界側のメサ部においても、蓄積領域１６およびソース領域１２を有してよい。
ダイオード部８０は、トランジスタ部７０と隣接した領域に設けられる。本例のダイオード部８０は、半導体基板１０の上面側において、ソース領域１２、ベース領域１４、コンタクト領域１５、コンタクトトレンチ２７およびコンタクト層２８を備える。
コンタクトトレンチ２７は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０のいずれの領域にも形成されている。本例のコンタクトトレンチ２７は、トランジスタ部７０とダイオード部８０とで異なる構造を有する。但し、コンタクトトレンチ２７は、トランジスタ部７０とダイオード部８０とで同一の構造を有してよい。
一例において、ダイオード部８０のコンタクトトレンチ２７の幅は、トランジスタ部７０のコンタクトトレンチ２７の幅よりも狭い。コンタクトトレンチ２７の深さがダイオード部８０とトランジスタ部７０とで等しい場合、ダイオード部８０のコンタクトトレンチ２７は、トランジスタ部７０のコンタクトトレンチ２７よりもアスペクト比が高くなる。この場合、コンタクト層２８を形成するためにイオン注入される領域が狭くなるので、ダイオード部８０のコンタクト層２８の幅は、トランジスタ部７０のコンタクト層２８の幅よりも狭くなる。即ち、トランジスタ部７０では、コンタクト層２８の幅が広くなることにより、ターンオフ時にラッチアップを抑制しやすくなる。また、ダイオード部８０では、コンタクト層２８の幅が狭くなることにより、ダイオード部８０におけるコンタクト層２８のドーピング濃度の総量が低下するので逆回復特性が向上する。
コンタクト層２８は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０のいずれの領域にも形成されている。本例のコンタクト層２８は、トランジスタ部７０とダイオード部８０とで異なる構造を有する。トランジスタ部７０とダイオード部８０とでコンタクトトレンチ２７の構造が同一の場合であっても、ドーパントのイオン注入の回数等を変更することにより、トランジスタ部７０とダイオード部８０とでコンタクト層２８の構造が異なってよい。
一例において、ダイオード部８０のコンタクト層２８の下端は、ソース領域１２の下端よりも浅い。ダイオード部８０では、逆回復特性を向上させるために、コンタクト層２８が浅く形成されることが好ましい。一方、トランジスタ部７０のコンタクト層２８の下端は、ソース領域１２の下端よりも深くてよい。トランジスタ部７０では、ターンオフ時にホールを引き抜くためにコンタクト層２８がソース領域１２よりも深いことが好ましい。
ここで、半導体装置１００は、トランジスタ部７０とダイオード部８０で同一の構造を有してよい。同一の構造とは、コンタクトトレンチ２７およびコンタクト層２８の形状、サイズ、ドーピング濃度等が、トランジスタ部７０とダイオード部８０とで等しいことを指す。例えばこの場合、半導体装置１００は、トランジスタ部７０がラッチアップしない範囲でコンタクトトレンチ２７の幅を狭くなるように設定する。半導体装置１００は、コンタクトトレンチ２７の深さを深くして、高アスペクト比の形状としてもよい。
図１１は、より具体的な実施例４に係る半導体装置１００の構造の一例を示す。同図は、トランジスタ部７０のメサ部とダイオード部８０のメサ部とをそれぞれ示している。トランジスタ部７０およびダイオード部８０のメサ幅ＷＭは等しい。
ソース領域１２は、コンタクトトレンチ２７と接している。ソース領域１２は、コンタクトトレンチ２７と接することにより、電気的に接続されてよい。例えば、ソース領域１２がコンタクトトレンチ２７と離間されている場合、ソース領域１２がフローティング状態となる。ソース領域１２がフローティング状態になると、電位が安定せずにホールが蓄積されてしまう場合もある。本例のソース領域１２は、コンタクトトレンチ２７と接しているので、ホールの蓄積を抑制できる。なお、ソース領域１２の下端の深さＤ１は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０で等しい。
コンタクトトレンチ２７は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０において、同一の深さＤ２を有する。但し、ダイオード部８０のコンタクトトレンチ幅ＷＣＴは、トランジスタ部７０のコンタクトトレンチ幅ＷＣＴよりも狭い。即ち、ダイオード部８０ではソース領域１２の下端の幅が広くなる。ここで、トランジスタ部７０ではホールを引き抜くことによりラッチアップを抑制する必要があるので、ソース領域１２の下端の幅を狭くすることが好ましい。一方、ダイオード部８０ではラッチアップの問題がないので、ソース領域１２の下端の幅を狭くする必要がない。
コンタクト層２８は、トランジスタ部７０とダイオード部８０とで、ドーパントの注入回数が異なる。本例では、ダイオード部８０のコンタクト層２８を形成するためのイオン注入の回数は、トランジスタ部７０のコンタクト層２８を形成するためのイオン注入の回数よりも少ない。即ち、ダイオード部８０のコンタクト層２８におけるドーピング濃度のピークの個数は、トランジスタ部７０のコンタクト層２８におけるドーピング濃度のピークの個数よりも少ない。例えば、ダイオード部８０におけるコンタクト層２８は、ドーピング濃度のピークを１つ有する。一方、トランジスタ部７０におけるコンタクト層２８は、ドーピング濃度のピークを複数有する。本例のトランジスタ部７０のコンタクト層２８の深さ方向の厚さＤ３は、ダイオード部８０の厚さＤ３よりも厚い。即ち、ダイオード部８０のコンタクト層２８の下端は、トランジスタ部７０のコンタクト層２８の下端よりも浅い。
また、ダイオード部８０のコンタクト層２８のドーピング濃度は、トランジスタ部７０のコンタクト層２８のドーピング濃度よりも薄くてよい。例えば、トランジスタ部７０よりもダイオード部８０のドーピング濃度が薄いとは、ダイオード部８０における１つのメサ部において注入されるドーパントの総量が、トランジスタ部７０における１つのメサ部において注入されるドーパントの総量よりも少ないことを指す。また、イオン注入されるドーパント濃度がトランジスタ部７０よりもダイオード部８０の方が薄いことを指してよい。
これにより、ダイオード部８０では、ドーピング濃度が低下して逆回復特性が向上する。また、トランジスタ部７０では、コンタクト層２８がより深く形成されることにより、ターンオフ時にホールを引き抜きやすくなり、ラッチアップを抑制できる。ダイオード部８０では、ラッチアップが問題とならないので、コンタクト層２８を濃く形成する必要がない。
また、本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０だけでなく、ダイオード部８０にもＮ＋型のソース領域１２を有するので、ダイオード部８０におけるコンタクト層２８のドーピング濃度を実質的に低減できる。したがって、本例の半導体装置１００は、ダイオード部８０におけるコンタクト層２８のドーピング濃度をさらに低減しやすくなる。このように、本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０とダイオード部８０とで、コンタクト層２８の濃度を別々に最適化することにより、ラッチアップを抑制し、且つ、逆回復特性を向上させる。
なお、本例の半導体装置１００の製造方法は、実施例３に係る半導体装置１００の製造方法におけるフローと基本的に同一のフローであってよい。但し、トランジスタ部７０の構造とダイオード部８０の構造を異ならせる場合、トランジスタ部７０とダイオード部８０のマスクを異ならせてよい。特に、トランジスタ部７０とダイオード部８０とでコンタクト層２８を形成するためのイオン注入の回数を異ならせる場合、トランジスタ部７０とダイオード部８０とで異なるマスクを用いる。これにより、トランジスタ部７０のコンタクト層２８を２段階のイオン注入で形成し、ダイオード部のコンタクト層２８を１段階のイオン注入で形成できる。この場合、ダイオード部８０にイオン注入をせずトランジスタ部７０のみにイオン注入するためのマスクを用いてよい。
図１２は、実施例５に係る半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置１００の平面図は、図１０Ａで示した実施例４に係る半導体装置１００の平面図に対応する。即ち、本例のａ−ａ'断面は、図１０Ａのａ−ａ'断面に対応する。
本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０において、蓄積領域１６ａおよび蓄積領域１６ｂを備える。但し、トランジスタ部７０は、ダイオード部８０との境界側の端部において、蓄積領域１６ａを有さなくてよい。一方、半導体装置１００は、ダイオード部８０において、蓄積領域１６ｂのみを備える。
蓄積領域１６ａおよび蓄積領域１６ｂは、深さの異なる蓄積領域１６の一例である。蓄積領域１６ａは、蓄積領域１６ｂよりも浅く形成される。蓄積領域１６ａおよび蓄積領域１６ｂのドーピング濃度は同一であってよい。なお、蓄積領域１６ａは、第１蓄積領域の一例である。蓄積領域１６ｂは、第２蓄積領域の一例である。
図１３は、より具体的な実施例５に係る半導体装置１００の構造の一例を示す。本例のトランジスタ部７０は、ダイオード部８０との境界側の端部において、蓄積領域１６ａおよび蓄積領域１６ｂを備える点で図１２と異なる。また、ダイオード部８０は、蓄積領域１６ａおよび蓄積領域１６ｂを備える点で図１２と異なる。
ダイオード部８０のコンタクトトレンチ２７の下端は、トランジスタ部７０のコンタクトトレンチ２７の下端よりも深く形成されている。即ち、ダイオード部８０のコンタクトトレンチ２７の深さＤ２は、トランジスタ部７０のコンタクトトレンチ２７の深さＤ２よりも大きい。また、ダイオード部８０のコンタクトトレンチ幅ＷＣＴは、トランジスタ部７０のコンタクトトレンチ幅ＷＣＴよりも短い。つまり、ダイオード部８０のコンタクトトレンチ２７は、トランジスタ部７０のコンタクトトレンチ２７よりもアスペクト比が高い。
また、ダイオード部８０のコンタクト層２８は、トランジスタ部７０のコンタクト層２８よりも浅く形成されている。例えば、ダイオード部８０のコンタクト層２８の下端（即ち、Ｄ２＋Ｄ３）は、トランジスタ部７０のコンタクト層２８の下端よりも浅い。また、ダイオード部８０のコンタクト層２８の厚み（即ち、Ｄ３）は、トランジスタ部７０のコンタクト層２８の厚みよりも薄い。
本例のダイオード部８０は、トランジスタ部７０よりもコンタクトトレンチ２７を深くすることにより、コンタクト層２８を低濃度化できる。このように、ダイオード部８０のコンタクトトレンチ２７を深くしているので、コンタクト層２８を低濃度化した場合に、コンタクト層２８がＮ転しにくくなる。本例の半導体装置１００は、ダイオード部８０のコンタクト層２８を低濃度化することにより、逆回復特性を改善できる。なお、ソース領域１２の下端の深さＤ１は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０で同一であってよい。また、トランジスタ部７０およびダイオード部８０のメサ幅ＷＭは等しくてよい。
図１４Ａは、実施例６に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。本例の半導体装置１００は、コンタクトトレンチ２７の配置が実施例１に係る半導体装置１００と相違する。
本例のコンタクトトレンチ２７は、Ｙ軸方向の端部が、平面視で、コンタクト領域１５の内部に設けられる。即ち、コンタクトトレンチ２７は、平面視で、ソース領域１２からコンタクト領域１５の内部まで延伸して設けられている。また、コンタクトトレンチ２７のＹ軸方向の端部は、コンタクト領域１５と接して設けられてもよい。本例のコンタクトトレンチ２７は、Ｙ軸方向の端部において、容易に外側のキャリアを引き抜くことができる。これにより、半導体装置１００のターンオフ耐量および逆回復耐量が向上する。
また、本例のトランジスタ部７０は、最もダイオード部８０側に設けられたメサ部において、半導体基板１０のおもて面にソース領域１２が形成されていない。但し、トランジスタ部７０は、最もダイオード部８０側に設けられたメサ部において、ソース領域１２を形成してもよい。
図１４Ｂは、実施例６に係る半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置１００では、コンタクト層２８の配置方法が、実施例１に係る半導体装置１００と相違する。本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０とダイオード部８０とで、コンタクト層２８の配置を変更している。
例えば、本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０においてコンタクト層２８を有するが、ダイオード部８０において、トランジスタ部７０のコンタクト層２８よりも浅くドーピング濃度が低いコンタクト層２８を形成してもよい。この場合、ダイオード部８０において、コンタクト層２８の第１のピークＰ１とベース領域１４が、コンタクトトレンチ２７の底面に直接接してよい。これにより、コンタクト領域１５からの正孔の過大な注入を抑制できる。
図１５Ａは、実施例７に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。本例の半導体装置１００は、コンタクトトレンチ２７の配置が実施例２に係る半導体装置１００と相違する。
本例のコンタクトトレンチ２７は、Ｙ軸方向の端部が、平面視で、コンタクト領域１５の内部に設けられる。即ち、コンタクトトレンチ２７は、平面視で、ソース領域１２からコンタクト領域１５の内部まで延伸して設けられている。また、コンタクトトレンチ２７のＹ軸方向の端部は、コンタクト領域１５と接して設けられてもよい。本例のコンタクトトレンチ２７は、Ｙ軸方向の端部において、容易に外側のキャリアを引き抜くことができる。これにより、半導体装置１００のターンオフ耐量および逆回復耐量が向上する。
また、本例のトランジスタ部７０は、最もダイオード部８０側に設けられたメサ部において、半導体基板１０のおもて面にソース領域１２が形成されていない。但し、トランジスタ部７０は、最もダイオード部８０側に設けられたメサ部において、ソース領域１２を形成してもよい。
図１５Ｂは、実施例７に係る半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置１００では、コンタクト層２８の配置方法が、実施例２に係る半導体装置１００と相違する。本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０とダイオード部８０とで、コンタクト層２８の配置を変更している。
例えば、本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０においてコンタクト層２８を有するが、ダイオード部８０において、トランジスタ部７０のコンタクト層２８よりも浅くドーピング濃度が低いコンタクト層２８を形成してもよい。この場合、ダイオード部８０において、コンタクト層２８の第１のピークＰ１とベース領域１４が、コンタクトトレンチ２７の底面に直接接してよい。これにより、コンタクト領域１５からの正孔の過大な注入を抑制できる。
以上の通り、本明細書に係る半導体装置１００は、ダイオード部８０にソース領域１２、コンタクトトレンチ２７およびコンタクト層２８を形成することにより、ダイオード部８０の逆回復特性を向上させる。また、本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０にコンタクトトレンチ２７とコンタクト層２８を形成することにより、ラッチアップを抑制する。このように、本明細書に係る半導体装置１００は、共通のプロセスにより、ラッチアップを抑制するトランジスタ部７０および逆回復特性の優れたダイオード部８０を形成できる。
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、多様な変更また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。その様な変更また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・・・ソース領域、１４・・・ベース領域、１５・・・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、２０・・・バッファ領域、２２・・・コレクタ領域、２４・・・コレクタ電極、２６・・・層間絶縁膜、２７・・・コンタクトトレンチ、２８・・・コンタクト層、３０・・・ダミートレンチ部、３２・・・絶縁膜、３４・・・ダミー導電部、４０・・・ゲートトレンチ部、４２・・・絶縁膜、４４・・・ゲート導電部、５０・・・ゲート金属層、５２・・・エミッタ電極、５５・・・コンタクトホール、５６・・・コンタクトホール、５７・・・コンタクトホール、６０・・・エミッタトレンチ部、６２・・・絶縁膜、６４・・・エミッタ導電部、７０・・・トランジスタ部、８０・・・ダイオード部、８２・・・カソード領域、９３・・・注入領域、９４・・・注入領域、１００・・・半導体装置、５００・・・半導体装置

Claims (18)

  1. トランジスタ部とダイオード部とを有するＲＣ−ＩＧＢＴであって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の上面側に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
    前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、
    前記ベース領域の上方に設けられた第１導電型のソース領域と、
    前記ソース領域の上端側から、前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して設けられた２以上のトレンチ部と
    を備え、
    前記ダイオード部は、
    前記ソース領域と、
    前記２以上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、前記半導体基板の上面側に設けられたコンタクトトレンチと、
    前記コンタクトトレンチの下方に設けられ、前記ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型のコンタクト層と
    を含み、
    前記コンタクト層の下端は、前記ソース領域の下端よりも深く、
    前記コンタクトトレンチの下方において、前記コンタクト層のドーピング濃度は、同一の深さの前記ソース領域のドーピング濃度よりも大きく、
    前記ソース領域は、前記半導体基板のおもて面および前記コンタクトトレンチの側壁に接して設けられ、
    前記コンタクト層は、前記トランジスタ部の前記コンタクトトレンチの底面から、前記ソース領域に張り出して設けられる
    ＲＣ−ＩＧＢＴ。
  2. トランジスタ部とダイオード部とを有するＲＣ−ＩＧＢＴであって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の上面側に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
    前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、
    前記ベース領域の上方に設けられた第１導電型のソース領域と、
    前記ソース領域の上端側から、前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して設けられた２以上のトレンチ部と
    を備え、
    前記ダイオード部は、
    前記ソース領域と、
    前記２以上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、前記半導体基板の上面側に設けられたコンタクトトレンチと、
    前記コンタクトトレンチの下方に設けられ、前記ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型のコンタクト層と
    を含み、
    前記コンタクト層の下端は、前記ソース領域の下端よりも深く、
    前記コンタクト層は、前記コンタクトトレンチの側壁の少なくとも一部に設けられる
    ＲＣ−ＩＧＢＴ。
  3. トランジスタ部とダイオード部とを有するＲＣ−ＩＧＢＴであって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の上面側に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
    前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、
    前記ベース領域の上方に設けられた第１導電型のソース領域と、
    前記ソース領域の上端側から、前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して設けられた２以上のトレンチ部と
    を備え、
    前記ダイオード部は、
    前記ソース領域と、
    前記２以上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、前記半導体基板の上面側に設けられたコンタクトトレンチと、
    前記コンタクトトレンチの下方に設けられ、前記ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型のコンタクト層と
    を含み、
    前記トランジスタ部は、
    前記２以上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、前記半導体基板の上面側に設けられたコンタクトトレンチと、
    前記トランジスタ部の前記コンタクトトレンチの下方に設けられ、前記ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型のコンタクト層と
    を含み、
    前記ダイオード部の前記コンタクトトレンチの幅は、前記トランジスタ部の前記コンタクトトレンチの幅よりも狭く、
    前記ソース領域は、前記半導体基板のおもて面および前記コンタクトトレンチの側壁に接して設けられ、
    前記コンタクト層は、前記トランジスタ部の前記コンタクトトレンチの底面から、前記ソース領域に張り出して設けられる
    ＲＣ−ＩＧＢＴ。
  4. トランジスタ部とダイオード部とを有するＲＣ−ＩＧＢＴであって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の上面側に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
    前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、
    前記ベース領域の上方に設けられた第１導電型のソース領域と、
    前記ソース領域の上端側から、前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して設けられた２以上のトレンチ部と
    を備え、
    前記ダイオード部は、
    前記ソース領域と、
    前記２以上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、前記半導体基板の上面側に設けられたコンタクトトレンチと、
    前記コンタクトトレンチの下方に設けられ、前記ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型のコンタクト層と
    を含み、
    前記ダイオード部の前記コンタクト層の下端は、前記トランジスタ部の前記コンタクト層の下端よりも浅い
    ＲＣ−ＩＧＢＴ。
  5. トランジスタ部とダイオード部とを有するＲＣ−ＩＧＢＴであって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の上面側に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
    前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、
    前記ベース領域の上方に設けられた第１導電型のソース領域と、
    前記ソース領域の上端側から、前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して設けられた２以上のトレンチ部と
    を備え、
    前記ダイオード部は、
    前記ソース領域と、
    前記２以上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、前記半導体基板の上面側に設けられたコンタクトトレンチと、
    前記コンタクトトレンチの下方に設けられ、前記ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型のコンタクト層と
    を含み、
    前記ダイオード部の前記コンタクト層におけるドーピング濃度のピークの個数は、前記トランジスタ部の前記コンタクト層におけるドーピング濃度のピークの個数よりも少ない
    ＲＣ−ＩＧＢＴ。
  6. トランジスタ部とダイオード部とを有するＲＣ−ＩＧＢＴであって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の上面側に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
    前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、
    前記ベース領域の上方に設けられた第１導電型のソース領域と、
    前記ソース領域の上端側から、前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して設けられた２以上のトレンチ部と
    を備え、
    前記ダイオード部は、
    前記ソース領域と、
    前記２以上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、前記半導体基板の上面側に設けられたコンタクトトレンチと、
    前記コンタクトトレンチの下方に設けられ、前記ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型のコンタクト層と
    を含み、
    前記ダイオード部の前記コンタクト層のドーピング濃度は、前記トランジスタ部の前記コンタクト層のドーピング濃度よりも薄い
    ＲＣ−ＩＧＢＴ。
  7. トランジスタ部とダイオード部とを有するＲＣ−ＩＧＢＴであって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の上面側に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
    前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、
    前記ベース領域の上方に設けられた第１導電型のソース領域と、
    前記ソース領域の上端側から、前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して設けられた２以上のトレンチ部と
    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濃度である第１導電型の第１蓄積領域と、
    を備え、
    前記ダイオード部は、
    前記ソース領域と、
    前記２以上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、前記半導体基板の上面側に設けられたコンタクトトレンチと、
    前記コンタクトトレンチの下方に設けられ、前記ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型のコンタクト層と
    を含み、
    前記コンタクト層の下端は、前記ソース領域の下端よりも深い
    ＲＣ−ＩＧＢＴ。
  8. 前記ソース領域は、前記ダイオード部において、前記コンタクトトレンチと接している
    請求項１から７のいずれか一項に記載のＲＣ−ＩＧＢＴ。
  9. 前記ダイオード部の前記コンタクトトレンチは、前記トランジスタ部の前記コンタクトトレンチよりもアスペクト比が高い
    請求項１から８のいずれか一項に記載のＲＣ−ＩＧＢＴ。
  10. 前記ダイオード部の前記コンタクトトレンチの下端は、前記トランジスタ部の前記コンタクトトレンチの下端よりも深い
    請求項１から９のいずれか一項に記載のＲＣ−ＩＧＢＴ。
  11. 前記ドリフト領域よりもドーピング濃度が高い第１導電型の第１蓄積領域と、
    前記第１蓄積領域よりも深く形成され、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度が高い第１導電型の第２蓄積領域と
    を更に備え、
    前記第１蓄積領域および前記第２蓄積領域は、前記トランジスタ部に形成されている
    請求項１から６のいずれか一項に記載のＲＣ−ＩＧＢＴ。
  12. 前記第１蓄積領域よりも深く形成され、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度が高い第１導電型の第２蓄積領域と
    を更に備え、
    前記第１蓄積領域および前記第２蓄積領域は、前記トランジスタ部に形成されている
    請求項７に記載のＲＣ−ＩＧＢＴ。
  13. 前記第１蓄積領域および前記第２蓄積領域は、前記ダイオード部にも形成されている
    請求項１１または１２に記載のＲＣ−ＩＧＢＴ。
  14. 前記コンタクト層の下端は、前記ソース領域の下端よりも浅い
    請求項３から６のいずれか一項に記載のＲＣ−ＩＧＢＴ。
  15. 前記コンタクト層の下端は、前記ソース領域の下端よりも深い
    請求項３から６のいずれか一項に記載のＲＣ−ＩＧＢＴ。
  16. トランジスタ部とダイオード部とを有するＲＣ−ＩＧＢＴの製造方法であって、
    半導体基板の上面側に、第１導電型のドリフト領域、第２導電型のベース領域、第１導電型のソース領域、および、前記ソース領域および前記ベース領域を貫通する２以上のトレンチ部を形成する段階と、
    前記ダイオード部において、２つのトレンチ部の間であって、前記半導体基板の上面側にコンタクトトレンチを形成する段階と、
    前記ダイオード部において、前記コンタクトトレンチの下方に、前記ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型のコンタクト層を形成する段階と、
    前記トランジスタ部において、２つのトレンチ部の間であって、前記半導体基板の上面側にコンタクトトレンチを形成する段階と、
    前記トランジスタ部において、前記コンタクトトレンチの下方に第２導電型のコンタクト層を形成する段階と
    を備え、
    前記トランジスタ部の前記コンタクト層を２段階のイオン注入で形成し、前記ダイオード部の前記コンタクト層を１段階のイオン注入で形成する
    ＲＣ−ＩＧＢＴの製造方法。
  17. 前記コンタクト層の下端は、前記ソース領域の下端よりも浅い
    請求項１６に記載のＲＣ−ＩＧＢＴの製造方法。
  18. 前記ダイオード部の前記コンタクトトレンチの幅は、前記トランジスタ部の前記コンタクトトレンチの幅よりも狭い
    請求項１６又は１７に記載のＲＣ−ＩＧＢＴの製造方法。
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