(57)【要約】【課題】ガードリングの底部近傍における電界集中を緩和する。【解決手段】第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、半導体基板に設けられた活性領域と、半導体基板に設けられ、半導体基板の上面において活性領域と半導体基板の端部との間に設けられたエッジ終端構造部とを備え、エッジ終端構造部は、半導体基板の上面と接する第２導電型の複数のガードリングと、隣り合う２つのガードリングの間においてガードリングの下端よりも浅い位置からガードリングの下端よりも深い位置まで設けられた、ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型の高濃度領域とを有し、それぞれのガードリングは、半導体基板の下面側から見て、高濃度領域に覆われていない領域を有する半導体装置を提供する。【選択図】図５
2020205408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板に設けられた活性領域と、
前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の上面において前記活性領域と前記半導体基板の端部との間に設けられたエッジ終端構造部と
を備え、
前記エッジ終端構造部は、
前記半導体基板の前記上面と接する第２導電型の複数のガードリングと、
隣り合う２つのガードリングの間において前記ガードリングの下端よりも浅い位置から前記ガードリングの下端よりも深い位置まで設けられた、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型の高濃度領域と
を有し、
それぞれの前記ガードリングは、前記半導体基板の下面側から見て、前記高濃度領域に覆われていない領域を有する半導体装置。
【請求項２】
それぞれの前記ガードリングの下面の少なくとも一部は、前記ドリフト領域と接している
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記高濃度領域は、前記半導体基板の前記上面と接している
請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記高濃度領域は、
前記半導体基板の前記上面と接している上側部分と、
前記上側部分とは分離して設けられ、前記ガードリングの下端よりも浅い位置から前記ガードリングの下端よりも深い位置まで設けられた下側部分と
を有する請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記上側部分は第１導電型の第１のドーパントを含み、
前記下側部分は、前記第１のドーパントとは異なる元素の、第１導電型の第２のドーパントを含む
請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２のドーパントは水素である
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記活性領域は、
第２導電型のベース領域と、
前記ベース領域よりもドーピング濃度が高く、且つ、前記半導体基板の前記上面から前記ベース領域よりも深い位置まで設けられた第２導電型のウェル領域と
を有し、
前記下側部分のドーピング濃度は、前記ウェル領域のドーピング濃度よりも低い
請求項４から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記下側部分の下端は、前記ウェル領域の下端よりも浅い位置に配置されている
請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記高濃度領域の上端は、隣り合う前記ガードリングの上端よりも下側に配置されている
請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記ガードリングは前記半導体基板の上面と接しており、
前記高濃度領域の上端は、前記半導体基板の上面よりも下側に配置されている
請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記高濃度領域を覆う層間絶縁膜を更に備える
請求項１０に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等の半導体素子が形成されたＮ型の半導体基板の外周部分に、Ｐ型のガードリングを設けた構造が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１  特開平８−１６７７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ガードリングの底部近傍において、電界が強くなる場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の一つの態様においては、第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板を備える半導体装置を提供する。半導体装置は、半導体基板に設けられた活性領域を備えてよい。半導体装置は、半導体基板に設けられ、半導体基板の上面において活性領域と半導体基板の端部との間に設けられたエッジ終端構造部を備えてよい。エッジ終端構造部は、半導体基板の上面と接する第２導電型の複数のガードリングを有してよい。エッジ終端構造部は、隣り合う２つのガードリングの間においてガードリングの下端よりも浅い位置からガードリングの下端よりも深い位置まで設けられた、ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型の高濃度領域を有してよい。それぞれのガードリングは、半導体基板の下面側から見て、高濃度領域に覆われていない領域を有してよい。
【０００５】
それぞれのガードリングの下面の少なくとも一部は、ドリフト領域と接していてよい。
【０００６】
高濃度領域は、半導体基板の上面と接していてよい。
【０００７】
高濃度領域は、半導体基板の上面と接している上側部分を有してよい。高濃度領域は、上側部分とは分離して設けられ、ガードリングの下端よりも浅い位置からガードリングの下端よりも深い位置まで設けられた下側部分を有してよい。
【０００８】
上側部分は第１導電型の第１のドーパントを含んでよい。下側部分は、第１のドーパントとは異なる元素の、第１導電型の第２のドーパントを含んでよい。
【０００９】
第２のドーパントは水素であってよい。
【００１０】
活性領域は、第２導電型のベース領域を有してよい。活性領域は、ベース領域よりもドーピング濃度が高く、且つ、半導体基板の上面からベース領域よりも深い位置まで設けられた第２導電型のウェル領域を有してよい。下側部分のドーピング濃度は、ウェル領域のドーピング濃度よりも低くてよい。
【００１１】
下側部分の下端は、ウェル領域の下端よりも浅い位置に配置されていてよい。高濃度領域の上端は、隣り合う前記ガードリングの上端よりも下側に配置されていてよい。ガードリングは半導体基板の上面と接していてよい。高濃度領域の上端は、半導体基板の上面よりも下側に配置されていてよい。半導体装置は、高濃度領域を覆う層間絶縁膜を備えてよい。
【００１２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一つの実施形態に係る半導体装置１００の一例を示す上面図である。
【図２】図１における領域Ａの拡大図である。
【図３】図２におけるｂ−ｂ断面の一例を示す図である。
【図４】図１におけるｃ−ｃ断面の一例を示す図である。
【図５】図４におけるウェル領域１１およびガードリング９２の近傍における半導体基板１０を拡大した図である。
【図６】高濃度領域２０２の他の例を示す図である。
【図７Ａ】半導体装置１００の一部の製造工程を説明する図である。
【図７Ｂ】半導体装置１００の一部の製造工程の他の例を説明する図である。
【図８Ａ】エミッタ電極５２および外周ゲート配線１３０の近傍における断面図である。
【図８Ｂ】エミッタ電極５２および外周ゲート配線１３０の近傍における断面の他の例を示す図である。
【図９】半導体装置１００の一部の製造工程の他の例を説明する図である。
【図１０】エミッタ電極５２および外周ゲート配線１３０の近傍における断面の他の例を示す図である。
【図１１】エッジ終端構造部９０の他の構造例を示す図である。
【図１２】フィールドプレート９４の他の配置例を示す図である。
【図１３】図１におけるｃ−ｃ断面の他の例を示す図である。
【図１４】最も外側に配置されたガードリング９２と、チャネルストッパ１７４との間の他の構造例を示す図である。
【図１５】半導体装置１００の他の構成例を示す図である。
【図１６】層間絶縁膜３８の他の構造例を示す図である。
【図１７】層間絶縁膜３８の他の構造例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許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。
【００１５】
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、重力方向または半導体装置の実装時における方向に限定されない。
【００１６】
本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。直交座標軸は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えば、Ｚ軸は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。なお、＋Ｚ軸方向と−Ｚ軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Ｚ軸方向と記載した場合、＋Ｚ軸および−Ｚ軸に平行な方向を意味する。
【００１７】
本明細書では、半導体基板の上面および下面に平行な直交軸をＸ軸およびＹ軸とする。また、半導体基板の上面および下面と垂直な軸をＺ軸とする。本明細書では、Ｚ軸の方向を深さ方向と称する場合がある。また、本明細書では、Ｘ軸およびＹ軸を含めて、半導体基板の上面および下面に平行な方向を、水平方向と称する場合がある。
【００１８】
本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。
【００１９】
本明細書においては、不純物がドーピングされたドーピング領域の導電型をＰ型またはＮ型として説明している。本明細書においては、不純物とは、特にＮ型のドナーまたはＰ型のアクセプタのいずれかを意味する場合があり、ドーパントと記載する場合がある。本明細書においては、ドーピングとは、半導体基板にドナーまたはアクセプタを導入し、Ｎ型の導電型を示す半導体またはＰ型の導電型を示す半導体とすることを意味する。
【００２０】
本明細書においては、ドーピング濃度とは、熱平衡状態におけるドナーの濃度またはアクセプタの濃度を意味する。本明細書においては、ネット・ドーピング濃度とは、ドナー濃度を正イオンの濃度とし、アクセプタ濃度を負イオンの濃度として、電荷の極性を含めて足し合わせた正味の濃度を意味する。一例として、ドナー濃度をＮＤ、アクセプタ濃度をＮＡとすると、任意の位置における正味のネット・ドーピング濃度はＮＤ−ＮＡとなる。
【００２１】
ドナーは、半導体に電子を供給する機能を有している。アクセプタは、半導体から電子を受け取る機能を有している。ドナーおよびアクセプタは、不純物自体には限定されない。例えば、半導体中に存在する空孔（Ｖ）、酸素（Ｏ）および水素（Ｈ）が結合したＶＯＨ欠陥は、電子を供給するドナーとして機能する。
【００２２】
本明細書においてＰ＋型またはＮ＋型と記載した場合、Ｐ型またはＮ型よりもドーピング濃度が高いことを意味し、Ｐ−型またはＮ−型と記載した場合、Ｐ型またはＮ型よりもドーピング濃度が低いことを意味する。また、本明細書においてＰ＋＋型またはＮ＋＋型と記載した場合には、Ｐ＋型またはＮ＋型よりもドーピング濃度が高いことを意味する。
【００２３】
本明細書において化学濃度とは、電気的な活性化の状態によらずに測定される不純物の濃度を指す。化学濃度は、例えば二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により計測できる。上述したネット・ドーピング濃度は、電圧−容量測定法（ＣＶ法）により測定できる。また、拡がり抵抗測定法（ＳＲ法）により計測されるキャリア濃度を、ネット・ドーピング濃度としてよい。ＣＶ法またはＳＲ法により計測されるキャリア濃度は、熱平衡状態における値としてよい。また、Ｎ型の領域においては、ドナー濃度がアクセプタ濃度よりも十分大きいので、当該領域におけるキャリア濃度を、ドナー濃度としてもよい。同様に、Ｐ型の領域においては、当該領域におけるキャリア濃度を、アクセプタ濃度としてもよい。
【００２４】
また、ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度分布がピークを有する場合、当該ピーク値を当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度がほぼ均一な場合等においては、当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度の平均値をドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。
【００２５】
ＳＲ法により計測されるキャリア濃度が、ドナーまたはアクセプタの濃度より低くてもよい。拡がり抵抗を測定する際に電流が流れる範囲において、半導体基板のキャリア移動度が結晶状態の値よりも低い場合がある。キャリア移動度の低下は、格子欠陥等による結晶構造の乱れ（ディスオーダー）により、キャリアが散乱されることで生じる。
【００２６】
ＣＶ法またはＳＲ法により計測されるキャリア濃度から算出したドナーまたはアクセプタの濃度は、ドナーまたはアクセプタを示す元素の化学濃度よりも低くてよい。一例として、シリコンの半導体においてドナーとなるリンまたはヒ素のドナー濃度、あるいはアクセプタとなるボロン（ホウ素）のアクセプタ濃度は、これらの化学濃度の９９％程度である。一方、シリコンの半導体においてドナーとなる水素のドナー濃度は、水素の化学濃度の０．１％から１０％程度である。
【００２７】
図１は、本発明の一つの実施形態に係る半導体装置１００の一例を示す上面図である。図１においては、各部材を半導体基板１０の上面に投影した位置を示している。図１においては、半導体装置１００の一部の部材だけを示しており、一部の部材は省略している。
【００２８】
半導体装置１００は、半導体基板１０を備えている。半導体基板１０は、上面視において端辺１０２を有する。本明細書で単に上面視と称した場合、半導体基板１０の上面側から見ることを意味している。本例の半導体基板１０は、上面視において互いに向かい合う２組の端辺１０２を有する。図１においては、Ｘ軸およびＹ軸は、いずれかの端辺１０２と平行である。またＺ軸は、半導体基板１０の上面と垂直である。
【００２９】
半導体基板１０には活性部１６０が設けられている。活性部１６０は、半導体装置１００が動作した場合に半導体基板１０の上面と下面との間で、深さ方向に主電流が流れる領域である。活性部１６０の上方には、エミッタ電極が設けられているが図１では省略している。
【００３０】
活性部１６０には、ＩＧＢＴ等のトランジスタ素子を含むトランジスタ部７０と、還流ダイオード（ＦＷＤ）等のダイオード素子を含むダイオード部８０の少なくとも一方が設けられている。図１の例では、トランジスタ部７０およびダイオード部８０は、半導体基板１０の上面における所定の配列方向（本例ではＸ軸方向）に沿って、交互に配置されている。他の例では、活性部１６０には、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の一方だけが設けられていてもよい。
【００３１】
図１においては、トランジスタ部７０が配置される領域には記号「Ｉ」を付し、ダイオード部８０が配置される領域には記号「Ｆ」を付している。本明細書では、上面視において配列方向と垂直な方向を延伸方向（図１ではＹ軸方向）と称する場合がある。トランジスタ部７０およびダイオード部８０は、それぞれ延伸方向に長手を有してよい。つまり、トランジスタ部７０のＹ軸方向における長さは、Ｘ軸方向における幅よりも大きい。同様に、ダイオード部８０のＹ軸方向における長さは、Ｘ軸方向における幅よりも大きい。トランジスタ部７０およびダイオード部８０の延伸方向と、後述する各トレンチ部の長手方向とは同一であってよい。
【００３２】
ダイオード部８０は、半導体基板１０の下面と接する領域に、Ｎ＋型のカソード領域を有する。本明細書では、カソード領域が設けられた領域を、ダイオード部８０と称する。つまりダイオード部８０は、上面視においてカソード領域と重なる領域である。半導体基板１０の下面には、カソード領域以外の領域には、Ｐ＋型のコレクタ領域が設けられてよい。本明細書では、ダイオード部８０を、後述するゲート配線までＹ軸方向に延長した延長領域８１も、ダイオード部８０に含める場合がある。延長領域８１の下面には、コレクタ領域が設けられている。
【００３３】
トランジスタ部７０は、半導体基板１０の下面と接する領域に、Ｐ＋型のコレクタ領域を有する。また、トランジスタ部７０は、半導体基板１０の上面側に、Ｎ型のエミッタ領域、Ｐ型のベース領域、ゲート導電部およびゲート絶縁膜を有するゲート構造が周期的に配置されている。
【００３４】
半導体装置１００は、半導体基板１０の上方に１つ以上のパッドを有してよい。本例の半導体装置１００は、ゲートパッド１１２を有している。半導体装置１００は、アノードパッド、カソードパッドおよび電流検出パッド等のパッドを有してもよい。各パッドは、端辺１０２の近傍に配置されている。端辺１０２の近傍とは、上面視における端辺１０２と、エミッタ電極との間の領域を指す。半導体装置１００の実装時において、各パッドは、ワイヤ等の配線を介して外部の回路に接続されてよい。
【００３５】
ゲートパッド１１２には、ゲート電位が印加される。ゲートパッド１１２は、活性部１６０のゲートトレンチ部の導電部に電気的に接続される。半導体装置１００は、ゲートパッド１１２とゲートトレンチ部とを接続するゲート配線を備える。図１においては、ゲート配線に斜線のハッチングを付している。
【００３６】
本例のゲート配線は、外周ゲート配線１３０と、活性側ゲート配線１３１とを有している。外周ゲート配線１３０は、上面視において活性部１６０と半導体基板１０の端辺１０２との間に配置されている。本例の外周ゲート配線１３０は、上面視において活性部１６０を囲んでいる。上面視において外周ゲート配線１３０に囲まれた領域を活性部１６０としてもよい。また、外周ゲート配線１３０は、ゲートパッド１１２と接続されている。外周ゲート配線１３０は、半導体基板１０の上方に配置されている。外周ゲート配線１３０は、アルミニウム等を含む金属配線であってよい。
【００３７】
活性側ゲート配線１３１は、活性部１６０に設けられている。活性部１６０に活性側ゲート配線１３１を設けることで、半導体基板１０の各領域について、ゲートパッド１１２からの配線長のバラツキを低減できる。
【００３８】
活性側ゲート配線１３１は、活性部１６０のゲートトレンチ部と接続される。活性側ゲート配線１３１は、半導体基板１０の上方に配置されている。活性側ゲート配線１３１は、不純物がドープされたポリシリコン等の半導体で形成された配線であってよい。
【００３９】
活性側ゲート配線１３１は、外周ゲート配線１３０と接続されてよい。本例の活性側ゲート配線１３１は、Ｙ軸方向の略中央で一方の外周ゲート配線１３０から他方の外周ゲート配線１３０まで、活性部１６０を横切るように、Ｘ軸方向に延伸して設けられている。活性側ゲート配線１３１により活性部１６０が分割されている場合、それぞれの分割領域において、トランジスタ部７０およびダイオード部８０がＸ軸方向に交互に配置されてよい。
【００４０】
また、半導体装置１００は、ポリシリコン等で形成されたＰＮ接合ダイオードである不図示の温度センス部や、活性部１６０に設けられたトランジスタ部の動作を模擬する不図示の電流検出部を備えてもよい。
【００４１】
本例の半導体装置１００は、活性部１６０と端辺１０２との間に、エッジ終端構造部９０を備える。本例のエッジ終端構造部９０は、外周ゲート配線１３０と端辺１０２との間に配置されている。エッジ終端構造部９０は、半導体基板１０の上面側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部９０は、複数のガードリング９２を有する。ガードリング９２は、半導体基板１０の上面と接するＰ型の領域である。ガードリング９２は、上面視において活性部１６０を囲んでいてよい。複数のガードリング９２は、外周ゲート配線１３０と端辺１０２との間において、所定の間隔で配置されている。外側に配置されたガードリング９２は、一つ内側に配置されたガードリング９２を囲んでいてよい。外側とは、端辺１０２に近い側を指し、内側とは、外周ゲート配線１３０に近い側を指す。複数のガードリング９２を設けることで、活性部１６０の上面側における空乏層を外側に伸ばすことができ、半導体装置１００の耐圧を向上できる。エッジ終端構造部９０は、活性部１６０を囲んで環状に設けられたフィールドプレートおよびリサーフのうちの少なくとも一つを更に備えていてもよい。
【００４２】
図２は、図１における領域Ａの拡大図である。領域Ａは、トランジスタ部７０、ダイオード部８０、および、活性側ゲート配線１３１を含む領域である。本例の半導体装置１００は、半導体基板１０の上面側の内部に設けられたゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、ウェル領域１１、エミッタ領域１２、ベース領域１４およびコンタクト領域１５を備える。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、それぞれがトレンチ部の一例である。また、本例の半導体装置１００は、半導体基板１０の上面の上方に設けられたエミッタ電極５２および活性側ゲート配線１３１を備える。エミッタ電極５２および活性側ゲート配線１３１は互いに分離して設けられる。
【００４３】
エミッタ電極５２および活性側ゲート配線１３１と、半導体基板１０の上面との間には層間絶縁膜が設けられるが、図１では省略している。本例の層間絶縁膜には、コンタクトホール５４が、当該層間絶縁膜を貫通して設けられる。図２においては、それぞれのコンタクトホール５４に斜線のハッチングを付している。
【００４４】
エミッタ電極５２は、ゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、ウェル領域１１、エミッタ領域１２、ベース領域１４およびコンタクト領域１５の上方に設けられる。エミッタ電極５２は、コンタクトホール５４を通って、半導体基板１０の上面におけるエミッタ領域１２、コンタクト領域１５およびベース領域１４と接触する。また、エミッタ電極５２は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを通って、ダミートレンチ部３０内のダミー導電部と接続される。エミッタ電極５２は、Ｙ軸方向におけるダミートレンチ部３０の先端において、ダミートレンチ部３０のダミー導電部と接続されてよい。
【００４５】
活性側ゲート配線１３１は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを通って、ゲートトレンチ部４０と接続する。活性側ゲート配線１３１は、Ｙ軸方向におけるゲートトレンチ部４０の先端部４１において、ゲートトレンチ部４０のゲート導電部と接続されてよい。活性側ゲート配線１３１は、ダミートレンチ部３０内のダミー導電部とは接続されない。
【００４６】
エミッタ電極５２は、金属を含む材料で形成される。図２においては、エミッタ電極５２が設けられる範囲を示している。例えば、エミッタ電極５２の少なくとも一部の領域はアルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金、例えばＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕ等の金属合金で形成される。エミッタ電極５２は、アルミニウム等で形成された領域の下層に、チタンや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。さらにコンタクトホール内において、バリアメタルとアルミニウム等に接するようにタングステン等を埋め込んで形成されたプラグを有してもよい。
【００４７】
ウェル領域１１は、活性側ゲート配線１３１と重なって設けられている。ウェル領域１１は、活性側ゲート配線１３１と重ならない範囲にも、所定の幅で延伸して設けられている。本例のウェル領域１１は、コンタクトホール５４のＹ軸方向の端から、活性側ゲート配線１３１側に離れて設けられている。ウェル領域１１は、ベース領域１４よりもドーピング濃度の高い第２導電型の領域である。本例のベース領域１４はＰ−型であり、ウェル領域１１はＰ＋型である。
【００４８】
トランジスタ部７０およびダイオード部８０のそれぞれは、配列方向に複数配列されたトレンチ部を有する。本例のトランジスタ部７０には、配列方向に沿って１以上のゲートトレンチ部４０と、１以上のダミートレンチ部３０とが交互に設けられている。本例のダイオード部８０には、複数のダミートレンチ部３０が、配列方向に沿って設けられている。本例のダイオード部８０には、ゲートトレンチ部４０が設けられていない。
【００４９】
本例のゲートトレンチ部４０は、配列方向と垂直な延伸方向に沿って延伸する２つの直線部分３９（延伸方向に沿って直線状であるトレンチの部分）と、２つの直線部分３９を接続する先端部４１を有してよい。図２における延伸方向はＹ軸方向である。
【００５０】
先端部４１の少なくとも一部は、上面視において曲線状に設けられることが好ましい。２つの直線部分３９のＹ軸方向における端部どうしを先端部４１が接続することで、直線部分３９の端部における電界集中を緩和できる。
【００５１】
トランジスタ部７０において、ダミートレンチ部３０はゲートトレンチ部４０のそれぞれの直線部分３９の間に設けられる。それぞれの直線部分３９の間には、１本のダミートレンチ部３０が設けられてよく、複数本のダミートレンチ部３０が設けられていてもよい。ダミートレンチ部３０は、延伸方向に延伸する直線形状を有してよく、ゲートトレンチ部４０と同様に、直線部分２９と先端部３１とを有していてもよい。図２に示した半導体装置１００は、先端部３１を有さない直線形状のダミートレンチ部３０と、先端部３１を有するダミートレンチ部３０の両方を含んでいる。
【００５２】
ウェル領域１１の拡散深さは、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の深さよりも深くてよい。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０のＹ軸方向の端部は、上面視においてウェル領域１１に設けられる。つまり、各トレンチ部のＹ軸方向の端部において、各トレンチ部の深さ方向の底部は、ウェル領域１１に覆われている。これにより、各トレンチ部の当該底部における電界集中を緩和できる。
【００５３】
配列方向において各トレンチ部の間には、メサ部が設けられている。メサ部は、半導体基板１０の内部において、トレンチ部に挟まれた領域を指す。一例としてメサ部の上端は半導体基板１０の上面である。メサ部の下端の深さ位置は、トレンチ部の下端の深さ位置と同一である。本例のメサ部は、半導体基板１０の上面において、トレンチに沿って延伸方向（Ｙ軸方向）に延伸して設けられている。本例では、トランジスタ部７０にはメサ部６０が設けられ、ダイオード部８０にはメサ部６１が設けられている。本明細書において単にメサ部と称した場合、メサ部６０およびメサ部６１のそれぞれを指している。
【００５４】
それぞれのメサ部には、ベース領域１４が設けられる。メサ部において半導体基板１０の上面に露出したベース領域１４のうち、活性側ゲート配線１３１に最も近く配置された領域をベース領域１４−ｅとする。図２においては、それぞれのメサ部の延伸方向における一方の端部に配置されたベース領域１４−ｅを示しているが、それぞれのメサ部の他方の端部にもベース領域１４−ｅが配置されている。それぞれのメサ部には、上面視においてベース領域１４−ｅに挟まれた領域に、第１導電型のエミッタ領域１２および第２導電型のコンタクト領域１５の少なくとも一方が設けられてよい。本例のエミッタ領域１２はＮ＋型であり、コンタクト領域１５はＰ＋型である。エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５は、深さ方向において、ベース領域１４と半導体基板１０の上面との間に設けられてよい。
【００５５】
トランジスタ部７０のメサ部６０は、半導体基板１０の上面に露出したエミッタ領域１２を有する。エミッタ領域１２は、ゲートトレンチ部４０に接して設けられている。ゲートトレンチ部４０に接するメサ部６０は、半導体基板１０の上面に露出したコンタクト領域１５が設けられていてよい。
【００５６】
メサ部６０におけるコンタクト領域１５およびエミッタ領域１２のそれぞれは、Ｘ軸方向における一方のトレンチ部から、他方のトレンチ部まで設けられる。一例として、メサ部６０のコンタクト領域１５およびエミッタ領域１２は、トレンチ部の延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って交互に配置されている。
【００５７】
他の例においては、メサ部６０のコンタクト領域１５およびエミッタ領域１２は、トレンチ部の延伸方向（Ｙ軸方向）に沿ってストライプ状に設けられていてもよい。例えばトレンチ部に接する領域にエミッタ領域１２が設けられ、エミッタ領域１２に挟まれた領域にコンタクト領域１５が設けられる。
【００５８】
ダイオード部８０のメサ部６１には、エミッタ領域１２が設けられていない。メサ部６１の上面には、ベース領域１４およびコンタクト領域１５が設けられてよい。メサ部６１の上面においてベース領域１４−ｅに挟まれた領域には、それぞれのベース領域１４−ｅに接してコンタクト領域１５が設けられてよい。メサ部６１の上面においてコンタクト領域１５に挟まれた領域には、ベース領域１４が設けられてよい。ベース領域１４は、コンタクト領域１５に挟まれた領域全体に配置されてよい。
【００５９】
それぞれのメサ部の上方には、コンタクトホール５４が設けられている。コンタクトホール５４は、ベース領域１４−ｅに挟まれた領域に配置されている。本例のコンタクトホール５４は、コンタクト領域１５、ベース領域１４およびエミッタ領域１２の各領域の上方に設けられる。コンタクトホール５４は、ベース領域１４−ｅおよびウェル領域１１に対応する領域には設けられない。コンタクトホール５４は、メサ部６０の配列方向（Ｘ軸方向）における中央に配置されてよい。
【００６０】
ダイオード部８０において、半導体基板１０の下面と隣接する領域には、Ｎ＋型のカソード領域８２が設けられる。半導体基板１０の下面において、カソード領域８２が設けられていない領域には、Ｐ＋型のコレクタ領域２２が設けられてよい。図２においては、カソード領域８２およびコレクタ領域２２の境界を点線で示している。
【００６１】
カソード領域８２は、Ｙ軸方向においてウェル領域１１から離れて配置されている。これにより、比較的にドーピング濃度が高く、且つ、深い位置まで形成されているＰ型の領域（ウェル領域１１）と、カソード領域８２との距離を確保して、耐圧を向上できる。本例のカソード領域８２のＹ軸方向における端部は、コンタクトホール５４のＹ軸方向における端部よりも、ウェル領域１１から離れて配置されている。他の例では、カソード領域８２のＹ軸方向における端部は、ウェル領域１１とコンタクトホール５４との間に配置されていてもよい。
【００６２】
図３は、図２におけるｂ−ｂ断面の一例を示す図である。ｂ−ｂ断面は、エミッタ領域１２およびカソード領域８２を通過するＸＺ面である。本例の半導体装置１００は、当該断面において、半導体基板１０、層間絶縁膜３８、エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４を有する。層間絶縁膜３８は、半導体基板１０の上面に設けられている。層間絶縁膜３８は、ホウ素またはリン等の不純物が添加されたシリケートガラス等の絶縁膜、熱酸化膜、および、その他の絶縁膜の少なくとも一層を含む膜である。層間絶縁膜３８には、図２において説明したコンタクトホール５４が設けられている。
【００６３】
エミッタ電極５２は、層間絶縁膜３８の上方に設けられる。エミッタ電極５２は、層間絶縁膜３８のコンタクトホール５４を通って、半導体基板１０の上面２１と接触している。コレクタ電極２４は、半導体基板１０の下面２３に設けられる。エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４は、アルミニウム等の金属材料で形成されている。本明細書において、エミッタ電極５２とコレクタ電極２４とを結ぶ方向（Ｚ軸方向）を深さ方向と称する。
【００６４】
半導体基板１０は、Ｎ−型のドリフト領域１８を有する。ドリフト領域１８は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０のそれぞれに設けられている。
【００６５】
トランジスタ部７０のメサ部６０には、Ｎ＋型のエミッタ領域１２およびＰ−型のベース領域１４が、半導体基板１０の上面２１側から順番に設けられている。ベース領域１４の下方にはドリフト領域１８が設けられている。メサ部６０には、Ｎ＋型の蓄積領域１６が設けられてもよい。蓄積領域１６は、ベース領域１４とドリフト領域１８との間に配置される。
【００６６】
エミッタ領域１２は半導体基板１０の上面２１に露出しており、且つ、ゲートトレンチ部４０と接して設けられている。エミッタ領域１２は、メサ部６０の両側のトレンチ部と接していてよい。エミッタ領域１２は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度が高い。
【００６７】
ベース領域１４は、エミッタ領域１２の下方に設けられている。本例のベース領域１４は、エミッタ領域１２と接して設けられている。ベース領域１４は、メサ部６０の両側のトレンチ部と接していてよい。
【００６８】
蓄積領域１６は、ベース領域１４の下方に設けられている。蓄積領域１６は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度が高いＮ＋型の領域である。ドリフト領域１８とベース領域１４との間に高濃度の蓄積領域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、オン電圧を低減できる。蓄積領域１６は、各メサ部６０におけるベース領域１４の下面全体を覆うように設けられてよい。
【００６９】
ダイオード部８０のメサ部６１には、半導体基板１０の上面２１に接して、Ｐ−型のベース領域１４が設けられている。ベース領域１４の下方には、ドリフト領域１８が設けられている。メサ部６１において、ベース領域１４の下方に蓄積領域１６が設けられていてもよい。
【００７０】
トランジスタ部７０およびダイオード部８０のそれぞれにおいて、ドリフト領域１８の下にはＮ＋型のバッファ領域２０が設けられてよい。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、ドリフト領域１８よりもドナー濃度の高い１つまたは複数のドナー濃度ピークを有する。複数のドナー濃度ピークは、半導体基板１０の深さ方向における異なる位置に配置される。バッファ領域２０のドナー濃度ピークは、例えば水素（プロトン）またはリンの濃度ピークであってよい。バッファ領域２０は、ベース領域１４の下端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してよい。
【００７１】
トランジスタ部７０において、バッファ領域２０の下には、Ｐ＋型のコレクタ領域２２が設けられる。コレクタ領域２２のアクセプタ濃度は、ベース領域１４のアクセプタ濃度より高い。コレクタ領域２２は、ベース領域１４と同一のアクセプタを含んでよく、異なるアクセプタを含んでもよい。コレクタ領域２２のアクセプタは、例えばボロンである。
【００７２】
ダイオード部８０において、バッファ領域２０の下には、Ｎ＋型のカソード領域８２が設けられる。カソード領域８２のドナー濃度は、ドリフト領域１８のドナー濃度より高い。カソード領域８２のドナーは、例えば水素またはリンである。なお、各領域のドナーおよびアクセプタとなる元素は、上述した例に限定されない。コレクタ領域２２およびカソード領域８２は、半導体基板１０の下面２３に露出しており、コレクタ電極２４と接続している。コレクタ電極２４は、半導体基板１０の下面２３全体と接触してよい。エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４は、アルミニウム等の金属材料で形成される。
【００７３】
半導体基板１０の上面２１側には、１以上のゲートトレンチ部４０、および、１以上のダミートレンチ部３０が設けられる。各トレンチ部は、半導体基板１０の上面２１から、ベース領域１４を貫通して、ドリフト領域１８に到達している。エミッタ領域１２、コンタクト領域１５および蓄積領域１６の少なくともいずれかが設けられている領域においては、各トレンチ部はこれらのドーピング領域も貫通して、ドリフト領域１８に到達している。トレンチ部がドーピング領域を貫通するとは、ドーピング領域を形成してからトレンチ部を形成する順序で製造したものに限定されない。トレンチ部を形成した後に、トレンチ部の間にドーピング領域を形成したものも、トレンチ部がドーピング領域を貫通しているものに含まれる。
【００７４】
上述したように、トランジスタ部７０には、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０が設けられている。ダイオード部８０には、ダミートレンチ部３０が設けられ、ゲートトレンチ部４０が設けられていない。本例においてダイオード部８０とトランジスタ部７０のＸ軸方向における境界は、カソード領域８２とコレクタ領域２２の境界である。
【００７５】
ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面２１に設けられたゲートトレンチ、ゲート絶縁膜４２およびゲート導電部４４を有する。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチの内壁を覆って設けられる。ゲート絶縁膜４２は、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してよい。ゲート導電部４４は、ゲートトレンチの内部においてゲート絶縁膜４２よりも内側に設けられる。つまりゲート絶縁膜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、ポリシリコン等の導電材料で形成される。
【００７６】
ゲート導電部４４は、深さ方向において、ベース領域１４よりも長く設けられてよい。当該断面におけるゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面２１において層間絶縁膜３８により覆われる。ゲート導電部４４は、ゲート配線に電気的に接続されている。ゲート導電部４４に所定のゲート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電子の反転層によるチャネルが形成される。
【００７７】
ダミートレンチ部３０は、当該断面において、ゲートトレンチ部４０と同一の構造を有してよい。ダミートレンチ部３０は、半導体基板１０の上面２１に設けられたダミートレンチ、ダミー絶縁膜３２およびダミー導電部３４を有する。ダミー導電部３４は、エミッタ電極５２に電気的に接続されている。ダミー絶縁膜３２は、ダミートレンチの内壁を覆って設けられる。ダミー導電部３４は、ダミートレンチの内部に設けられ、且つ、ダミー絶縁膜３２よりも内側に設けられる。ダミー絶縁膜３２は、ダミー導電部３４と半導体基板１０とを絶縁する。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、深さ方向においてゲート導電部４４と同一の長さを有してよい。
【００７８】
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、半導体基板１０の上面２１において層間絶縁膜３８により覆われている。なお、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０の底部は、下側に凸の曲面状（断面においては曲線状）であってよい。
【００７９】
図４は、図１におけるｃ−ｃ断面の一例を示す図である。ｃ−ｃ断面は、エッジ終端構造部９０、トランジスタ部７０およびダイオード部８０を通過するＸＺ面である。トランジスタ部７０およびダイオード部８０の構造は、図２および図３において説明したトランジスタ部７０およびダイオード部８０と同一である。図４においては、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の構造を簡略化して示している。
【００８０】
半導体基板１０において、エッジ終端構造部９０およびトランジスタ部７０の間には、ウェル領域１１が設けられている。ウェル領域１１は、半導体基板１０の上面２１に接するＰ＋型の領域である。ウェル領域１１は、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の下端よりも深い位置まで設けられてよい。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の一部は、ウェル領域１１の内部に配置されていてもよい。
【００８１】
半導体基板１０の上面２１には、ウェル領域１１を覆う層間絶縁膜３８が設けられてよい。層間絶縁膜３８の上方には、エミッタ電極５２および外周ゲート配線１３０等の電極および配線が設けられている。エミッタ電極５２は、活性部１６０の上方から、ウェル領域１１の上方まで延伸して設けられている。エミッタ電極５２は、層間絶縁膜３８に設けられたコンタクトホールを介して、ウェル領域１１と接続されていてよい。
【００８２】
外周ゲート配線１３０は、エミッタ電極５２と、エッジ終端構造部９０との間に配置されている。エミッタ電極５２および外周ゲート配線１３０は、互いに分離して配置されているが、図４においては、エミッタ電極５２および外周ゲート配線１３０の間の間隙は省略されている。外周ゲート配線１３０は、層間絶縁膜３８によりウェル領域１１とは電気的に絶縁されている。
【００８３】
エッジ終端構造部９０には、複数のガードリング９２、複数の高濃度領域２０２、複数のフィールドプレート９４およびチャネルストッパ１７４が設けられている。エッジ終端構造部９０において、下面２３に接する領域には、コレクタ領域２２が設けられていてよい。各ガードリング９２は、上面２１において活性部１６０を囲むように設けられてよい。複数のガードリング９２は、活性部１６０において発生した空乏層を半導体基板１０の外側へ広げる機能を有してよい。これにより、半導体基板１０内部における電界集中を防ぐことができ、半導体装置１００の耐圧を向上できる。
【００８４】
本例のガードリング９２は、上面２１近傍にイオン注入により形成されたＰ＋型の半導体領域である。ガードリング９２の底部の深さは、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の底部の深さより深くてよい。ガードリング９２の底部の深さは、ウェル領域１１の底部の深さと同一であってよく、異なっていてもよい。
【００８５】
ガードリング９２の上面は、層間絶縁膜３８により覆われている。フィールドプレート９４は、アルミニウム等の金属またはポリシリコン等の導電材料で形成される。フィールドプレート９４は、アルミニウム‐シリコン合金、例えばＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕ等の金属合金で形成されてもよい。フィールドプレート９４は、外周ゲート配線１３０またはエミッタ電極５２と同じ材料で形成されてよい。フィールドプレート９４は、層間絶縁膜３８上に設けられている。本例のフィールドプレート９４は、層間絶縁膜３８に設けられた貫通孔を通って、ガードリング９２に接続されている。
【００８６】
チャネルストッパ１７４は、半導体基板１０の端辺１０２近傍における上面２１および側壁に露出して設けられる。チャネルストッパ１７４は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度の高いＮ型の領域である。チャネルストッパ１７４は、活性部１６０において発生した空乏層を半導体基板１０の端辺１０２近傍において終端させる機能を有する。なお、図４においてはトランジスタ部７０、ダイオード部８０、エッジ終端構造部９０の層間絶縁膜３８は同じ厚さで描かれているが、厚さは異なっても良く、また、形成するプロセスが異なって組成が異なっていても良い。なお、フィールドプレート９４、外周ゲート配線１３０およびエミッタ電極５２の少なくとも一部は、ポリイミドまたは窒化膜等の保護膜で覆われているが、本明細書の図面では保護膜を省略する場合がある。
【００８７】
高濃度領域２０２は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度の高いＮ型の領域である。高濃度領域２０２は、隣り合う２つのガードリング９２の間において、ガードリング９２の下端よりも浅い位置から、ガードリング９２の下端よりも深い位置まで設けられている。高濃度領域２０２は、ウェル領域１１と、ガードリング９２との間にも設けられていてよい。高濃度領域２０２は、ウェル領域１１の下端よりも深い位置まで設けられてよい。
【００８８】
高濃度領域２０３は、チャネルストッパ１７４に最も近いガードリング９２と、チャネルストッパ１７４との間に配置されている。高濃度領域２０３は、高濃度領域２０２と同一の構造およびドーピング濃度分布を有してよい。他の例では、高濃度領域２０３は、高濃度領域２０２とは異なる深さ位置に設けられていてもよい。高濃度領域２０３は、高濃度領域２０２の下端よりも浅い位置まで設けられてよく、深い位置まで設けられてもよい。本例の高濃度領域２０３は、半導体基板１０の上面２１から、ガードリング９２の下端よりも深い位置まで設けられている。
【００８９】
また、高濃度領域２０３は、高濃度領域２０２よりもドーピング濃度が高くてよく、低くてもよい。これにより、最も外側に配置されたガードリング９２と、チャネルストッパ１７４との間における電界集中を緩和できる。
【００９０】
図５は、図４におけるウェル領域１１およびガードリング９２の近傍における半導体基板１０を拡大した図である。本例では、ガードリング９２の下端のＺ軸方向における位置をＺ１とする。
【００９１】
高濃度領域２０２は、位置Ｚ１よりも上面２１側に配置された領域と、位置Ｚ１よりも下面２３側に配置された領域とを有する。本例の高濃度領域２０２は、半導体基板１０の上面２１と接する位置Ｚ０から、深さ位置Ｚ２まで連続して設けられている。位置Ｚ２は、位置Ｚ１よりも上面２１から離れた位置である。
【００９２】
本例の高濃度領域２０２は、半導体基板１０の下面２３側から見て、ガードリング９２の一部を覆っている。つまり、Ｚ軸方向において、高濃度領域２０２の一部は、ガードリング９２の一部と重なっている。高濃度領域２０２のうち、深さ位置Ｚ１からＺ２までに設けられた領域が、ガードリング９２の一部を覆っていてよい。これにより、ガードリング９２の下端近傍における電界集中を緩和するとともに空乏層の拡がりを抑制できる。
【００９３】
図５には、等電位線２６２を模式的に示している。図５に示すように、ガードリング９２の下部領域２６０の近傍に電界が集中する場合がある。下部領域２６０は、ガードリング９２とＮ型の領域との境界線の曲率が最大となる領域であってよい。下部領域２６０は、ガードリング９２とＮ型の領域との境界線の傾きの変化（すなわち二階微分値）が最大となる領域であってもよい。下部領域２６０は、ガードリング９２の下端近傍に配置されている。ガードリング９２の下端とは、ガードリング９２のうち、最も深い位置に配置された部分である。
【００９４】
なお、ガードリング９２は、下部領域２６０および下部領域２６１を有していてもよい。ガードリング９２の断面形状がＺ軸と平行な中心線に対して線対称の場合、ガードリング９２は、線対称な位置に下部領域２６０および下部領域２６１を有する。２つの下部領域２６０のうち、ウェル領域１１に近い方を下部領域２６１とし、ウェル領域１１から遠い方を下部領域２６０とする。図５に示すように、下部領域２６０の近傍において、電界が集中しやすい。
【００９５】
高濃度領域２０２を設けることで、下部領域２６０および下部領域２６１の近傍に、高濃度のＮ型領域を配置できる。これにより、下部領域２６０および下部領域２６１の近傍における電界集中を緩和するとともに空乏層の拡がりを抑制できる。高濃度領域２０２は、下部領域２６０を覆っていることが好ましい。つまり、高濃度領域２０２は、下部領域２６０と接していることが好ましい。高濃度領域２０２は、下部領域２６１を更に覆っていてもよい。高濃度領域２０２の断面形状は、Ｚ軸と平行な中心線に対して線対称であってよい。
【００９６】
また、ガードリング９２の間、および、ガードリング９２の下端近傍の領域には電界が集中するので、当該領域におけるドナー濃度にばらつきが生じると、耐圧にばらつきが生じてしまう。高濃度領域２０２を設けない場合、当該領域にはドリフト領域１８が形成される。ドリフト領域１８におけるドナー濃度は、半導体基板１０の製造時から含まれているドナーの濃度なので、比較的にばらつきが生じやすい。これに対して本例では、当該領域に高濃度領域２０２を設けている。高濃度領域２０２は、イオン注入等により形成される。イオン注入の濃度は、比較的に制御しやすいので、高濃度領域２０２のドナー濃度のばらつきは比較的に小さい。このため、高濃度領域２０２を設けることで、半導体装置１００の耐圧ばらつきも小さくできる。
【００９７】
高濃度領域２０２は、ガードリング９２に挟まれた領域のうちの少なくとも一つに設けられている。高濃度領域２０２は、ガードリング９２で挟まれた領域の全てに配置されていてもよい。
【００９８】
それぞれのガードリング９２は、半導体基板１０の下面２３側から見て、高濃度領域２０２に覆われていない領域２０４を有する。領域２０４は、ガードリング９２のＸ軸方向中央における下端を含む領域であってよい。領域２０４は、ドリフト領域１８と接していてよい。高濃度のガードリング９２が全て高濃度領域２０２に覆われる場合、電界強度がガードリング９２の底面でも増加する。そのため、比較的低い電圧で電界強度が臨界電界強度に達しやすくなり、アバランシェ降伏が発生して、半導体装置１００の耐圧が低下する。領域２０４を備えることで、ガードリング９２の底面は低濃度のドリフト領域１８と接するため、電界強度の増加は抑えられる。
【００９９】
高濃度領域２０２におけるドナー濃度の最大値をＤｍａｘとする。また、ドリフト領域１８のドナー濃度をＤｂとする。ガードリング９２の下方であって、半導体基板１０の深さ方向の中央におけるドリフト領域１８のドナー濃度を、ドナー濃度Ｄｂとしてよい。ドナー濃度Ｄｍａｘはドナー濃度Ｄｂよりも１０倍以上高くてよい。この場合は、ドナー濃度がＤｂの２倍となる位置を、高濃度領域２０２とドリフト領域１８との境界としてよい。あるいは、ドリフト領域１８のドナー濃度が、Ｄｂよりも高く増加し始める位置を、高濃度領域２０２とドリフト領域１８との境界としてもよい。
【０１００】
領域２０４のＸ軸方向における幅Ｗ２は、半導体基板１０の上面２１におけるガードリング９２の幅Ｗ１よりも小さい。幅Ｗ２は、幅Ｗ１の１０％以上であってよく、３０％以上であってよく、５０％以上であってよく、７０％以上であってもよい。
【０１０１】
図６は、高濃度領域２０２の他の例を示す図である。高濃度領域２０２以外の構造は、図５に示した例と同一である。本例の高濃度領域２０２は、上側部分２０６と、下側部分２０８とを有する。上側部分２０６と、下側部分２０８とは互いに分離して設けられている。本例では、上側部分２０６と、下側部分２０８との間にはドリフト領域１８が設けられている。なお、上面２１から下側部分２０８にＮ型ドーパントを注入した場合、Ｎ型ドーパントが通過した領域にもドナーが形成される場合がある。この場合、下側部分２０８から上面２１に向けて、ドナー濃度が徐々に減少する。下側部分２０８と上側部分２０６の間において、下側部分２０８から上側部分２０６に向かってドナー濃度が徐々に減少していてもよい。例えばＮ型ドーパントとして水素を用いた場合、水素が通過した領域に形成された空孔欠陥（Ｖ）と、半導体基板１０に含まれる酸素（Ｏ）と、下側部分２０８から拡散した水素（Ｈ）とが結合して、ＶＯＨ欠陥が形成される。ＶＯＨ欠陥は、ドナーとして機能する。
【０１０２】
上側部分２０６は、２つのガードリング９２の間において、半導体基板１０の上面２１と接して設けられている。上側部分２０６は、ガードリング９２とは離れて配置されてよい。これにより、上側部分２０６に高濃度にドープされたドナーが、ガードリング９２内に拡散することを抑制できる。他の例では、上側部分２０６は、ガードリング９２と接していてもよい。
【０１０３】
下側部分２０８は、ガードリング９２の下端よりも浅い位置から、ガードリング９２の下端よりも深い位置Ｚ２まで設けられている。本例の下側部分２０８は、ガードリング９２の２つの側面９３−１、９３−２のうち、ウェル領域１１から遠い方の側面９３−２に接して設けられている。図６におけるガードリング９２の側面９３−１は、ガードリング９２のＸ軸方向の中央よりもウェル領域１１側の面である。ガードリング９２の側面９３−２は、側面９３−１とは逆側の面である。下側部分２０８は、側面９３−１と接していなくてよく、接していてもよい。側面９３−２に接して下側部分２０８を設けることで、電界が集中しやすい領域を保護できる。下側部分２０８は、下部領域２６０と接していることが好ましい。また、本例の領域２０４の幅Ｗ２は、ガードリング９２の幅Ｗ１の半分より大きい。
【０１０４】
下側部分２０８の上端のＺ軸方向における位置をＺ３とする。Ｚ軸方向における位置Ｚ１とＺ３との距離Ｚ１−Ｚ３は、Ｚ軸方向における位置Ｚ１とＺ２との距離Ｚ２−Ｚ１と同一であってよい。距離Ｚ２−Ｚ１は、距離Ｚ１−Ｚ３より大きくてもよい。これにより、電界が集中しやすい領域を保護しやすくなる。距離Ｚ２−Ｚ１は、距離Ｚ１−Ｚ３より小さくてもよい。
【０１０５】
図１から図６において説明したガードリング９２および高濃度領域２０２は、半導体基板１０の上面２１からドーパントを注入して形成してよい。ガードリング９２は、半導体基板１０の上面２１から、ボロン等のＰ型ドーパントを選択的に注入し、熱処理することで形成できる。
【０１０６】
高濃度領域２０２（本例では上側部分２０６および下側部分２０８）は、半導体基板１０の上面２１から、水素またはリン等のＮ型ドーパントを選択的に注入し、熱処理することで形成できる。Ｎ型ドーパントは、加速エネルギーを変化させて、複数の深さ位置に注入してよい。
【０１０７】
なおＮ型ドーパントとして水素を用いることで、深い位置の高濃度領域２０２を容易に形成できる。ただし、水素を注入した後に、高温で長時間の熱処理を行うと、水素ドナーが消失してしまう。このため、水素の注入および熱処理工程は、半導体装置１００の製造工程の終盤で行うことが好ましい。例えば、フィールドプレート９４等の上方に保護膜を形成した後に水素を注入することで、水素ドナーの消失を抑制できる。水素の注入は、半導体基板１０の上面２１から行ってよく、下面２３から行ってもよい。
【０１０８】
図１から図６において説明した例において、高濃度領域２０２の少なくとも一部は、フィールドプレート９４に覆われていない領域に設けられてよい。つまり高濃度領域２０２の少なくとも一部は、Ｚ軸方向において、フィールドプレート９４と重なっていない。高濃度領域２０２の少なくとも一部は、フィールドプレート９４をマスクとしてＮ型ドーパントを注入することで形成してよい。
【０１０９】
また、複数の種類のＮ型ドーパントを用いて高濃度領域２０２を形成してもよい。例えばリン等の第１のドーパントを注入して上側部分２０６を形成し、水素等の第２のドーパントを注入して下側部分２０８を形成してよい。この場合、上側部分２０６には、第２のドーパント（水素）よりも高濃度の第１のドーパント（リン）が含まれ、下側部分２０８には、第１のドーパント（リン）よりも高濃度の第２のドーパント（水素）が含まれる。
【０１１０】
また、高濃度領域２０２に注入するＮ型ドーパントのドーズ量を、Ｎ型ドーパントの注入前における半導体基板１０の比抵抗またはドナー濃度に応じて調整してもよい。これにより、高濃度領域２０２を形成した後の半導体基板１０の比抵抗またはドナー濃度を、より精度よく調整できる。
【０１１１】
図７Ａおよび図７Ｂは、半導体装置１００の一部の製造工程を説明する図である。図７Ａおよび図７Ｂにおいては、高濃度領域２０２の下側部分２０８を形成する工程を示している。本例においては、フィールドプレート９４、外周ゲート配線１３０およびエミッタ電極５２等の各電極をマスクとして、下側部分２０８にＮ型ドーパントを注入する。エッジ終端構造部９０においては、互いに隣り合うフィールドプレート９４の間隙９５から、Ｎ型ドーパントを注入する。
【０１１２】
本例では、層間絶縁膜３８、フィールドプレート９４等の各電極を形成した後に、Ｎ型ドーパントを注入している。Ｎ型ドーパントは例えば水素である。また、ウェル領域１１、上側部分２０６およびガードリング９２を形成した後に、下側部分２０８にＮ型ドーパントを注入してよい。Ｎ型ドーパントを注入して下側部分２０８を形成した後に、フィールドプレート９４、外周ゲート配線１３０およびエミッタ電極５２等の各電極の上方に、ポリイミドまたは窒化膜等の保護膜を形成してよい。
【０１１３】
本例によれば、フィールドプレート９４をマスクとして用いるので、半導体装置１００の製造工程を簡略化できる。本例の下側部分２０８の少なくとも一部の領域は、Ｚ軸方向において間隙９５と重なっている。下側部分２０８において、ドナー濃度が最大値となる領域が、Ｚ軸方向において間隙９５と重なっていてもよい。
【０１１４】
フィールドプレート９４は、Ｚ軸方向において下側部分２０８の一部の領域と重なっていてもよい。下側部分２０８に注入したＮ型ドーパントがＸ軸方向に拡散することで、フィールドプレート９４と重なる位置に、下側部分２０８の一部を形成できる。フィールドプレート９４は、上側部分２０６の一部または全部の領域と重なっていてもよい。
【０１１５】
フィールドプレート９４のＸ軸方向の中央位置をＸ１とし、ガードリング９２のＸ軸方向の中央位置をＸ２とする。フィールドプレート９４の中央位置Ｘ１は、ガードリング９２の中央位置Ｘ２よりも、ウェル領域１１側に配置されてよい。これにより、図５に示した下部領域２６１には下側部分２０８を形成せずに、下部領域２６０に下側部分を形成しやすくなる。
【０１１６】
本例においては、ウェル領域１１の下端のＺ軸方向の位置をＺ４とする。図７Ａにおいてはガードリング９２の下端の位置Ｚ１は、ウェル領域１１の下端の位置Ｚ４と一致する。つまり、下側部分２０８は、ウェル領域１１よりも深い領域にまで配置される。一方、図７Ｂにおいては、ウェル領域１１の下端の位置Ｚ４は、ガードリング９２の下端の位置Ｚ１よりも深い位置に配置されている。また、図７Ｂにおいては、下側部分２０８の下端の位置Ｚ２は、ウェル領域１１の下端の位置Ｚ４よりも、上面２１の近くに配置される。つまり、下側部分２０８は、ウェル領域１１よりも浅い領域に配置される。また、図７Ａおよび図７Ｂのいずれにおいても、下側部分２０８のドーピング濃度は、ウェル領域１１のドーピング濃度よりも低い。
【０１１７】
図８Ａおよび図８Ｂは、エミッタ電極５２および外周ゲート配線１３０の近傍における断面図である。図８Ａは、図７Ａの例に対応しており、図８Ｂは、図７Ｂの例に対応している。つまり、図８Ａのウェル領域１１の深さ位置Ｚ４は、図７Ａに示した例と同一であり、図８Ｂのウェル領域１１の深さ位置Ｚ４は、図７Ｂに示した例と同一である。図８Ａおよび図８Ｂにおいては、トレンチ等の構造を簡略化し、また、層間絶縁膜３８におけるコンタクトホールを省略している。エミッタ電極５２および外周ゲート配線１３０の間には、間隙９５が設けられている。
【０１１８】
フィールドプレート９４、外周ゲート配線１３０およびエミッタ電極５２等の各電極をマスクとしてＮ型ドーパントを注入すると、外周ゲート配線１３０とエミッタ電極５２との間の間隙９５からも、Ｎ型ドーパントが注入されてしまう。図８Ａおよび図８Ｂにおいては、Ｎ型ドーパントが注入される領域を領域２０９とする。領域２０９は、図７Ａおよび図７Ｂ等に示した下側部分２０８と同一の深さ位置に配置されている。
【０１１９】
間隙９５の下方にはウェル領域１１が形成されている。このため、図７Ａのようにウェル領域１１とガードリング９２の下端が揃う場合は、下側部分２０８をウェル領域１１よりも深い位置に配置すると、図８Ａのようにウェル領域１１の下端から突出するように、下側部分２０８が形成される。
【０１２０】
これに対して、図７Ｂに示したように、ウェル領域１１の下端の位置Ｚ４がガードリング９２の下端の位置Ｚ１よりも深い場合は、下側部分２０８をウェル領域１１よりも浅い領域に配置することで、図８Ｂのように下側部分２０８がウェル領域１１の下端から突出しないようにできる。この場合、ウェル領域１１の下端の位置Ｚ４は、ガードリング９２の下端の位置Ｚ２よりも、半導体基板１０の上面２１から離れている。つまり、ウェル領域１１は、ガードリング９２よりも深くまで設けられている。これにより、下側部分２０８をガードリング９２よりも深く形成しつつ、ウェル領域１１よりも浅く形成できる。なお、図７Ａおよび図８Ａの例において、ウェル領域１１の上方の間隙９５を覆う位置に、イオンを減速または遮蔽するマスクを設けてもよい。これによっても、下側部分２０８が、ウェル領域１１の下端から突出しないようにできる。
【０１２１】
また、下側部分２０８のドーピング濃度が、ウェル領域１１のドーピング濃度よりも高い場合、図８Ａおよび図８Ｂの領域２０９の導電型が、Ｐ型からＮ型に反転してしまう。このため、意図しない位置にＰＮ接合が形成されてしまい、半導体装置１００の特性が変動する場合がある。
【０１２２】
これに対して、下側部分２０８のドーピング濃度を、ウェル領域１１のドーピング濃度よりも低くすることで、領域２０９の導電型がＮ型になるのを防げる。ウェル領域１１のドーピング濃度は、ガードリング９２のドーピング濃度より高くてよく、同一であってよく、低くてもよい。ガードリング９２のドーピング濃度は、１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であってよい。
【０１２３】
図７Ａから図８Ｂの例では、フィールドプレート９４をマスクとして下側部分２０８のイオン注入を行う例を説明した。他の例では、フィールドプレート９４等の上方にポリイミド等の保護膜を形成した後に、保護膜をマスクとしてイオン注入を行ってもよい。
【０１２４】
図９および図１０は、保護膜１４０をマスクとしてイオン注入を行う例を示す図である。図９は、エッジ終端構造部９０の近傍における断面の他の例を示す図である。図１０は、エミッタ電極５２および外周ゲート配線１３０の近傍における断面の他の例を示す図である。
【０１２５】
図９に示すように、保護膜１４０は、下側部分２０８の上方において開口９８を有する。開口９８は、フィールドプレート９４の間隙９５を通過している。開口９８と間隙９５が重なる位置には、保護膜１４０およびフィールドプレート９４のいずれも設けられていない。本例では、開口９８および間隙９５を介して、下側部分２０８の領域にＮ型ドーパントを注入する。このとき、図１０に示すように、ウェル領域１１の上には保護膜１４０の開口を設けないことで、ウェル領域１１にはイオン注入されないようにすることもできる。なお、開口９８の代わりに窪みであっても良い。窪みは保護膜１４０に対するエッチングで形成されても良く、保護膜１４０の堆積時に形成されても良い。保護膜１４０が窒化膜などの場合は、堆積時に、フィールドプレート９４の間隙９５の有無を反映した窪みが形成されうる。
【０１２６】
また、保護膜１４０に代えて、フォトレジストなどでマスクパターンを形成してＮ型ドーパント注入を行ってもよい。或いは、ガードリング９２の上のフィールドプレート９４の間隙をマスクとして下側部分２０８のイオン注入を行う際に、ウェル領域１１の上のフィールドプレート９４の間隙９５の上をレジストで覆っても良い。その場合、レジストで遮蔽されることで半導体基板１０にイオン注入されないようにすることもでき、或いは、レジストによって減速されることで、領域２０９が浅くなりウェル領域１１の下側に突出しないようにすることもできる。
【０１２７】
図１１は、エッジ終端構造部９０の他の構造例を示す図である。本例のエッジ終端構造部９０は、半導体基板１０の上面２１に窪み部９７を有する点で、図１から図１０において説明したエッジ終端構造部９０と相違する。窪み部９７以外の構造は、図１から図１０において説明したエッジ終端構造部９０と同一であってよい。
【０１２８】
窪み部９７は、半導体基板１０の上面２１において、Ｚ軸方向に設けられた窪みである。窪み部９７は、半導体基板１０の上面２１をエッチングすることで形成できる。本例の窪み部９７は、ガードリング９２が設けられた領域に形成されている。つまり窪み部９７の底面には、ガードリング９２が露出している。本例の窪み部９７の底面には、高濃度領域２０２が露出していない。他の例においては、窪み部９７の底面には、高濃度領域２０２も露出していてよい。
【０１２９】
図１１に示すように、窪み部９７の内部には、層間絶縁膜３８が設けられてよい。窪み部９７の内部には、フィールドプレート９４が設けられていてもよい。図１１において破線で示すように、フィールドプレート９４は、窪み部９７の底面において、ガードリング９２と接触してよい。フィールドプレート９４は、ガードリング９２と接触していなくてもよい。
【０１３０】
窪み部９７を形成した後に、ガードリング９２を形成するためのＰ型ドーパントを注入してよい。これにより、ガードリング９２を深い位置まで形成しやすくなる。他の例では、ガードリング９２を形成した後に、窪み部９７を形成してもよい。
【０１３１】
窪み部９７は、ガードリング９２ではなく、高濃度領域２０２が設けられた領域に形成されていてもよい。この場合、高濃度領域２０２を深い位置まで形成しやすくなる。
【０１３２】
図１２は、フィールドプレート９４の他の配置例を示す図である。本例のフィールドプレート９４の配置は、図１から図６、および、図１１において説明した各例に適用してよい。
【０１３３】
本例のフィールドプレート９４は、高濃度領域２０２の上方に配置されている。フィールドプレート９４は、高濃度領域２０２の全体を覆うように配置されてよい。つまり、フィールドプレート９４のＸ軸方向における幅Ｗ３は、高濃度領域２０２のＸ軸方向における幅Ｗ４よりも大きい。フィールドプレート９４は、Ｘ軸方向において隣り合う２つのガードリング９２に跨って配置されてよい。本例において、フィールドプレート９４は、ガードリング９２と接続されていない。
【０１３４】
図１３は、図１におけるｃ−ｃ断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、図４等に関連して説明した半導体装置１００の構成において、高濃度領域２０３を備えない点で相違する。他の構造は、本明細書等において説明するいずれかの態様の半導体装置１００と同一である。つまり、半導体装置１００は、高濃度領域２０３を備えなくてもよい。
【０１３５】
図１４は、最も外側に配置されたガードリング９２と、チャネルストッパ１７４との間の他の構造例を示す図である。本例の半導体装置１００は、図４に示した高濃度領域２０３に代えて、上側部分２０７および下側部分２１１を備える。上側部分２０７および下側部分２１１は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度が高いＮ型の領域である。つまり上側部分２０７および下側部分２１１は、高濃度領域の一例である。
【０１３６】
上側部分２０７は、図６等において説明した上側部分２０６と同一の構造およびドーピング濃度分布を有してよい。下側部分２１１は、図６等において説明した下側部分２０８と同一の構造およびドーピング濃度分布を有してよい。他の例では、上側部分２０７は、上側部分２０６の下端よりも浅い位置まで設けられてよく、深い位置まで設けられてもよい。また、下側部分２１１は、下側部分２０８の下端よりも浅い位置まで設けられてよく、深い位置まで設けられてもよい。上側部分２０７は、上側部分２０６よりもドーピング濃度が高くてよく、低くてもよい。下側部分２１１は、下側部分２０８よりもドーピング濃度が高くてよく、低くてもよい。
【０１３７】
図１５は、半導体装置１００の他の構成例を示す図である。本例においては、高濃度領域２０２の上端２２１が、隣り合うガードリング９２の上端２４１よりも下側（すなわち、半導体基板１０の下面２３に近い側）に配置されている。他の構造は、本明細書において説明するいずれかの態様の半導体装置１００と同一である。
【０１３８】
本例においては、ガードリング９２が半導体基板１０の上面２１と接している。つまり、ガードリング９２の上端２４１は、半導体基板１０の上面２１と同一の深さ位置に配置されている。また、高濃度領域２０２の上端２２１は、半導体基板１０の上面２１よりも下側に配置されている。
【０１３９】
高濃度領域２０２は、層間絶縁膜３８に覆われていてよい。本例の層間絶縁膜３８は、少なくとも一部分が、半導体基板１０の上面２１よりも下側に配置されている。層間絶縁膜３８は、半導体基板１０の上面２１に形成されたリセスに配置されてよい。本例の層間絶縁膜３８は、全体が、上面２１より下側に配置されている。層間絶縁膜３８の上端が、半導体基板１０の上面２１と同じ深さ位置に配置されていてもよい。
【０１４０】
また、層間絶縁膜３８は、半導体基板１０の上面２１の一部の領域を局所的に酸化することで形成されてもよい。この場合においても、層間絶縁膜３８の下端は、上面２１よりも下側に配置され得る。本例では、高濃度領域２０２の上端２２１を説明したが、高濃度領域２０３の上端、上側部分２０６の上端、上側部分２０７の上端も、同様の位置に配置されていてよい。
【０１４１】
図１６は、層間絶縁膜３８の他の構造例を示す図である。層間絶縁膜３８以外の構造は、本明細書において説明するいずれかの態様の半導体装置１００と同一である。本例の層間絶縁膜３８は、側壁がテーパー状に形成されている。層間絶縁膜３８は、上側ほど、ＸＹ面における断面積が大きくなっている。本例の層間絶縁膜３８は、半導体基板１０の上面２１を局所的に酸化して形成したＬＯＣＯＳ膜を、半導体基板１０の上面２１と同じ高さに平坦化することで形成できる。或いは、半導体基板１０の上面２１をリセスにエッチングした後に、リセス部を局所的に酸化してＬＯＣＯＳ膜を形成することでも本例の層間絶縁膜３８を形成できる。或いは、半導体基板１０の上面２１をリセスにエッチングした後に半導体基板１０を熱酸化し、全体が平坦となるように熱酸化膜を除去してＳｉを露出させることでも本例の層間絶縁膜３８を形成できる。
【０１４２】
図１７は、層間絶縁膜３８の他の構造例を示す図である。層間絶縁膜３８以外の構造は、本明細書において説明するいずれかの態様の半導体装置１００と同一である。本例の層間絶縁膜３８は、下部が上面２１よりも下側に配置され、上部が上面２１よりも上側に配置されている。また、本例の層間絶縁膜３８は、下部の少なくとも一部がテーパー状に形成されている。層間絶縁膜３８の下部は、上側ほど、ＸＹ面における断面積が大きくなっている。層間絶縁膜３８の上部の少なくとも一部もテーパー状に形成されている。層間絶縁膜３８の上部は、下側ほど、ＸＹ面における断面積が大きくなっている。本例の層間絶縁膜３８は、半導体基板１０の上面２１を局所的に酸化して形成したＬＯＣＯＳ膜である。或いは、半導体基板１０の上面２１をリセスにエッチングした後に半導体基板１０を熱酸化し、選択的に熱酸化膜を除去してＳｉを露出させることでも本例の層間絶縁膜３８を形成できる。
【０１４３】
なお、上述の工程に限らず、製造工程や製造方法により、層間絶縁膜３８などの組成や形状が種々異なる態様で製造されてよい。一例として、活性部１６０の層間絶縁膜３８と、エッジ終端構造部９０の層間絶縁膜３８は異なる材質または膜厚であってよい。また、図１５から図１７の例では、層間絶縁膜３８が上面２１よりも下面２３側に形成されている。これをリセスというが、活性部１６０の層間絶縁膜３８はリセスされずに上面２１から＋Ｚ方向に形成されてよい。
【０１４４】
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、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【０１４５】
１０・・・半導体基板、１１・・・ウェル領域、１２・・・エミッタ領域、１４・・・ベース領域、１５・・・コンタクト領域、１６・・・蓄積領域、１８・・・ドリフト領域、２０・・・バッファ領域、２１・・・上面、２２・・・コレクタ領域、２３・・・下面、２４・・・コレクタ電極、２９・・・直線部分、３０・・・ダミートレンチ部、３１・・・先端部、３２・・・ダミー絶縁膜、３４・・・ダミー導電部、３８・・・層間絶縁膜、３９・・・直線部分、４０・・・ゲートトレンチ部、４１・・・先端部、４２・・・ゲート絶縁膜、４４・・・ゲート導電部、５２・・・エミッタ電極、５４・・・コンタクトホール、６０、６１・・・メサ部、７０・・・トランジスタ部、８０・・・ダイオード部、８１・・・延長領域、８２・・・カソード領域、９０・・・エッジ終端構造部、９２・・・ガードリング、９３・・・側面、９４・・・フィールドプレート、９５・・・間隙、９７・・・窪み部、９８・・・開口、１００・・・半導体装置、１０２・・・端辺、１１２・・・ゲートパッド、１３０・・・外周ゲート配線、１３１・・・活性側ゲート配線、１４０・・・保護膜、１６０・・・活性部、１７４・・・チャネルストッパ、２０２、２０３・・・高濃度領域、２０４・・・領域、２０６、２０７・・・上側部分、２０８、２１１・・・下側部分、２０９・・・領域、２２１、２４１・・・上端、２６０・・・下部領域、２６１・・・下部領域、２６２・・・等電位線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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