(57)【要約】【課題】  サージ電圧の発生が抑制されたバイポーラ型半導体装置を提供すること。【解決手段】  ＩＧＢＴ１００は、ｐ型のボディ領域１４内に設けられており、ベース領域１３とエミッタ領域１６を結ぶ方向においてボディ領域１４を分断しているｎ型のフローティング領域１５を備えている。フローティング領域１５の自由電子総量とフローティング領域１５よりもベース領域１３側に存在するボディ領域１４ｂの正孔総量のキャリア総量比（自由電子総量／正孔総量）が、ターンオンしたときに、寄生サイリスタが動作しない範囲に設定されている。【選択図】  図１
2010114136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のベース領域と第１導電型のエミッタ領域を隔てている第２導電型のボディ領域に対向している絶縁ゲートを有する半導体装置であって、
ボディ領域内に設けられており、ベース領域とエミッタ領域を結ぶ方向においてボディ領域を分断している第１導電型のフローティング領域を備え、
フローティング領域の第１キャリア総量とフローティング領域よりもベース領域側に存在するボディ領域の第２キャリア総量のキャリア総量比（第１キャリア総量／第２キャリア総量）が、ターンオンしたときに、寄生サイリスタが動作しない範囲に設定されていることを特徴とするバイポーラ型半導体装置。
【請求項２】
第１導電型のベース領域と第１導電型のエミッタ領域を隔てている第２導電型のボディ領域に対向している絶縁ゲートを有する半導体装置であって、
ボディ領域内に設けられており、ベース領域とエミッタ領域を結ぶ方向においてボディ領域を分断している第１導電型のフローティング領域を備え、
フローティング領域の第１キャリア総量とフローティング領域よりもベース領域側に存在するボディ領域の第２キャリア総量のキャリア総量比（第１キャリア総量／第２キャリア総量）が、１．８３以下であることを特徴とするバイポーラ型半導体装置。
【請求項３】
前記キャリア総量比が、０．４以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のバイポーラ型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁ゲートを有するバイポーラ型半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁ゲートを有するバイポーラ型半導体装置の一例に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が知られている。ＩＧＢＴは、ｎ型のエミッタ領域から電子が注入され、ｐ型のコレクタ領域から正孔が注入され、これらの電子・正孔が伝導度変調を起こすことによって低オン電圧で駆動される。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２には、ｐ型のボディ領域内にｎ型のフローティング領域が設けられたＩＧＢＴが開示されている。フローティング領域は、エミッタ領域とベース領域を結ぶ方向においてボディ領域を分断している。フローティング領域は、正孔に対して電位障壁を形成する。これにより、フローティング領域よりもベース領域側に存在するボディ領域内に正孔が高濃度に蓄積され、さらに低いオン電圧を実現することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１００４７号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２００５／１０９５２１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
正孔の蓄積効果を向上させるためには、フローティング領域のドーパント濃度を増加させることが望ましい。ところが、フローティング領域のドーパント濃度を増加させると、ＩＧＢＴをターンオンさせた直後に、急激に電流が増加し、この急激な電流増加に誘発されてサージ電圧が発生することが分かってきた。この急激な電流増加を詳細に検討すると、ｐ型のコレクタ領域、ｎ型のベース領域、ベース領域側に存在するｐ型のボディ領域、及びｎ型のフローティング領域で構成されるｐｎｐｎの寄生サイリスタが原因であることが分かってきた。即ち、フローティング領域のドーパント濃度を増加させると、ＩＧＢＴをターンオンさせた直後に、フローティング領域からベース領域側に存在するボディ領域に電子が注入され、そのボディ領域の電位が上昇し、寄生サイリスタが動作して急激に電流が増加し、この急激な電流増加に誘発されてサージ電圧が発生することが分かってきた。本発明は、上記現象を初めて見出したことを契機として創作されたものである。本発明は、サージ電圧の発生が抑制されたバイポーラ型半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示される技術は、サージ電圧を抑制するために、ターンオンしたときに寄生サイリスタを実質的に動作させないことを特徴としている。本明細書で開示される技術は、寄生サイリスタを実質的に動作させないために、フローティング領域の好適な設計条件を提供することを特徴としている。従来のフローティング領域を利用する技術は、オン電圧を低減することに注視したものであり、サージ電圧を抑制するために寄生サイリスタの動作まで考慮してフローティング領域が設計されていない。本明細書で開示する技術は、オン電圧の低減化とサージ電圧の抑制の双方を考慮するものであり、極めて有用な効果を提供することができる。
【０００７】
本明細書で開示される技術は、第１導電型のベース領域と第１導電型のエミッタ領域を隔てている第２導電型のボディ領域に対向している絶縁ゲートを有するバイポーラ型半導体装置に具現化される。バイポーラ型半導体装置は、ボディ領域内に設けられており、ベース領域とエミッタ領域を結ぶ方向においてボディ領域を分断している第１導電型のフローティング領域を備えている。フローティング領域の第１キャリア総量とフローティング領域よりもベース領域側に存在するボディ領域の第２キャリア総量のキャリア総量比（第１キャリア総量を第２キャリア総量で除した値）が、ターンオンしたときに、寄生サイリスタが実質的に動作しない範囲に設定されていることを特徴とする。本明細書で開示される技術は、絶縁ゲートの形態がトレンチ型、プレーナ型のいずれの場合にも適用可能である。
ここで、キャリア総量とは、非動作状態（半導体装置が外部から電気的に絶縁された状態）における自由電子又は正孔の総量をいう。例えば、フローティング領域がｎ型の場合、フローティング領域の第１キャリア総量とは、非動作状態におけるフローティング領域に含まれる自由電子の総量をいう。具体的には、フローティング領域に含まれるｎ型ドーパントの総量からそこに含まれるｐ型ドーパントを差し引くことで算出することができる。ボディ領域がｐ型の場合、フローティング領域よりもベース領域側に存在するボディ領域の第２キャリア総量とは、非動作状態におけるフローティング領域よりもベース領域側に存在するボディ領域に含まれる正孔の総量をいう。具体的には、フローティング領域よりもベース領域側に存在するボディ領域に含まれるｐ型ドーパントからそこに含まれるｎ型ドーパントを差し引くことで算出することができる。本明細書で開示される技術は、サージ電圧の原因が寄生サイリスタであることを突き止め、その寄生サイリスタが動作するか否かが、第１キャリア総量と第２キャリア総量のキャリア総量比によって評価可能であることを初めて見出したことである。本明細書で開示される技術は、このキャリア総量比を利用することによって、寄生サイリスタが実質的に動作しないバイポーラ型半導体装置を設計可能なことを初めて提案するものである。
【０００８】
本明細書で開示される技術では、キャリア総量比を１．８３以下に設定することで、寄生サイリスタが実質的に動作しないバイポーラ型半導体装置を具現化可能なことを見出した。この範囲内にキャリア総量比が設定されていると、寄生サイリスタが実質的に動作しないことが本明細書において確認されている。
【０００９】
キャリア総量比が０．４以上であることが好ましい。
この範囲内にキャリア総量比が設定されていると、オン電圧が顕著に低減されることが本明細書において確認されている。
【発明の効果】
【００１０】
本明細書で開示される技術によると、寄生サイリスタの動作が抑えられ、サージ電圧が抑制されたバイポーラ型半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本明細書で開示される技術を整理しておく。
（第１特徴）  絶縁ゲートは、絶縁トレンチゲートである。
（第２特徴）  フローティング領域の第１キャリア総量とフローティング領域よりもベース領域側に存在するボディ領域の第２キャリア総量のキャリア総量比（第１キャリア総量／第２キャリア総量）は、下限値が０を超えており、上限値が１．８３以下であることが好ましい。オン電圧の低減効果とサージ電圧の抑制効果を得ることができる。
（第３特徴）キャリア総量比は、下限値が０．４以上であり、上限値が１．８３以下であることがより好ましい。オン電圧の顕著な低減効果とサージ電圧の抑制効果を得ることができる。
【実施例】
【００１２】
図１に、ＩＧＢＴ１００の要部斜視図を模式的に示す。図２に、図１のII−II線に対応した縦断面図を模式的に示す。図３に、図１のIII−III線に対応した縦断面図を模式的に示す。ＩＧＢＴ１００は、イオン注入技術を利用して、シリコン単結晶の半導体基板１０内にドーパントを導入することで製造されている。
【００１３】
ＩＧＢＴ１００は、ｐ＋型のコレクタ領域１１と、ｎ＋型のフィールドストップ領域１２と、ｎ−型のベース領域１３と、ｐ型のボディ領域１４と、ｎ型のフローティング領域１５と、ｎ＋型のエミッタ領域１６と、ｐ＋型のボディコンタクト領域１７と、絶縁トレンチゲート２０を備えている。
【００１４】
コレクタ領域１１は、半導体基板１０の裏面部に設けられている。コレクタ領域１１は、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の裏面からドーパントを導入することによって形成されている。ドーパントには、ボロンが用いられる。コレクタ領域１１は、図示しないコレクタ電極に電気的に接続されている。コレクタ領域１１の一例では、裏面におけるドーパント濃度のピーク値が約１×１０１８cm−３であり、厚みＴ１１が約０．２μmである。
【００１５】
フィールドストップ領域１２は、コレクタ領域１１上に設けられている。フィールドストップ領域１２は、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の裏面からドーパントを導入することによって形成されている。ドーパントには、リンが用いられる。フィールドストップ領域１２の一例では、ドーパント濃度のピーク値が約１×１０１７cm−３であり、厚みＴ１２が約０．３μmである。本実施例のＩＧＢＴ１００は、パンチスルー（ＰＴ）型であるが、フィールドストップ領域１２が除去されたノンパンチスルー（ＮＰＴ）型であってもよい。
【００１６】
ベース領域１３は、フィールドストップ領域１２上に設けられている。ベース領域１３は、半導体基板１０に各種半導体領域を形成した後の残部として形成されている。このため、ベース領域１３のドーパント濃度は、半導体基板１０に含まれていたドーパント濃度に一致しており、そのプロファイルは厚み方向に一定である。ベース領域１３の一例では、ドーパント濃度が約１×１０１４cm−３であり、厚みＴ１３が約１６５μmである。
【００１７】
ボディ領域１４は、ベース領域１３上に設けられている。ボディ領域１４は、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の表面からドーパントを導入することによって形成されている。ドーパントには、ボロン（Ｂ）が用いられる。ボディ領域１４は、ベース領域１３とエミッタ領域１６の間に介在して設けられており、両者を隔てている。ボディ領域１４の一例では、表面におけるドーパント濃度のピーク値が約１×１０１７cm−３であり、厚みＴ１４が約４．５μmである。
【００１８】
フローティング領域１５は、ボディ領域１４内に設けられている。フローティング領域１５は、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の表面からドーパントを導入することによって形成されている。ドーパントには、リン（Ｐ）が用いられる。フローティング領域１５は、電位が固定されておらず、周囲の電位に応じて変動する。本明細書では、このように電位が固定されていない状態をフローティング状態という。フローティング領域１５は、隣接する絶縁トレンチゲート２０間に亘って延びており、ベース領域１３とエミッタ領域１６を結ぶ方向（紙面上下方向）においてボディ領域１４を分断している。本実施例では、フローティング領域１５よりもエミッタ領域１６側に存在するボディ領域１４を第１ボディ領域１４ａといい、フローティング領域１５よりもベース領域１３側に存在するボディ領域１４を第２ボディ領域１４ｂという。第２ボディ領域１４ｂは、フローティング領域１５によって第１ボディ領域１４ａから隔てられており、フローティング状態である。フローティング領域１５の一例では、ドーパント濃度のピーク値が約１×１０１７cm−３であり、ピーク値の深さが半導体基板１０の表面から約２μｍであり、厚み（又は半値巾）Ｔ１５が約０．６μmである。また、第１ボディ領域１４ａの一例では、表面におけるドーパント濃度のピーク値が約１×１０１７cm−３であり、厚みＴ１４ａが約１．６μmである。第２ボディ領域１４ｂの一例では、ドーパント濃度のピーク値が約３×１０１６cm−３であり、ピーク値の深さが半導体基板１０の表面から約２．２μｍであり、厚みＴ１４ｂが約２．３μmである。なお、後述する実験では、ＩＧＢＴ１００のオン電圧及びターンオン時の電圧変化量に係る特性を評価するために、フローティング領域１５のドーパント濃度を変えたいくつかの例を検討する。
【００１９】
エミッタ領域１６は、半導体基板１０の表面部に分散して設けられている。エミッタ領域１６は、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の表面からドーパントを導入することによって形成されている。ドーパントには、リンが用いられる。なお、リンに代えてヒ素を用いてもよい。エミッタ領域１６は、絶縁トレンチゲート２０に接する部位を少なくとも有している。これにより、エミッタ領域１６から絶縁トレンチゲート２０の側面の反転層を経由しベース領域１３に電子が注入される。エミッタ領域１６は、図示しないエミッタ電極に電気的に接続されている。エミッタ領域１６の一例では、表面におけるドーパント濃度のピーク値が約１×１０１９cm−３であり、厚みＴ１６が約０．２μmである。
【００２０】
ボディコンタクト領域１７は、半導体基板１０の表面部に分散して設けられている。ボディコンタクト領域１７は、イオン注入技術を利用して、半導体基板１０の表面からドーパントを導入することによって形成されている。ドーパントには、ボロンが用いられる。ボディコンタクト領域１７は、図示しないエミッタ電極に電気的に接続されている。ボディコンタクト領域１７の一例では、表面におけるドーパント濃度のピーク値が約１×１０１９cm−３であり、厚みＴ１７が約０．３μmである。本実施例に係るボディコンタクト領域１７及びエミッタ領域１６のパターンは一例であり、必要に応じて他のパターンで形成することがある。
【００２１】
絶縁トレンチゲート２０は、酸化シリコンのゲート絶縁膜２４と、ゲート絶縁膜２４で被覆されたポリシリコンのゲート電極部２２を備えている。絶縁トレンチゲート２０は、半導体基板１０の表面から深部に向けて伸びており、ボディ領域１４を貫通している。絶縁トレンチゲート２０は、ベース領域１３とエミッタ領域１６を隔てているボディ領域１４に対向している。絶縁トレンチゲート２０の幅Ｗ２０は約１μmであり、隣接する絶縁トレンチゲート２０間の間隙Ｇ２０は約４μmであり、ボディ領域１４からベース領域１３内に突出する突出深さＴ２０は約５．５μmである。本実施例に係る絶縁トレンチゲート２０のパターンはストライプ状であるが、必要に応じて他のパターンで形成することがある。
【００２２】
図４（Ａ）に、半導体基板１０内におけるドーパント濃度の深さ方向のプロファイルを模式的に示す。図４（Ｂ）に、半導体基板１０内におけるキャリア濃度の深さ方向のプロファイルを模式的に示す。なお、図４（Ａ）及び（Ｂ）の縦軸は対数表示である。
【００２３】
図４（Ａ）に示すように、ボディ領域１４のｐ型ドーパント濃度のプロファイルは、表面から深部に向けて低下している。フローティング領域１５のｎ型ドーパント濃度のプロファイルは、ボディ領域１４内にピーク値を持つ。半導体基板１０には、元来含まれているｎ型ドーパントが存在しており、そのｎ型ドーパント濃度のプロファイルは深さ方向に一定である。
【００２４】
図４（Ｂ）に示すように、キャリア濃度は、ｎ型ドーパント濃度とｐ型ドーパント濃度の差である。ｐ型ドーパント濃度よりもｎ型ドーパント濃度の方が濃い領域では、キャリア濃度は自由電子の濃度となる。ｎ型ドーパント濃度よりもｐ型ドーパント濃度の方が濃い領域では、キャリア濃度は正孔の濃度となる。このため、ｎ型ドーパント濃度とｐ型ドーパント濃度が一致する領域、例えばフローティング領域１５と第１ボディ領域１４ａの界面、及びフローティング領域１５と第２ボディ領域１４ｂの界面では、キャリア濃度が存在しない。また、ベース領域１３と第２ボディ領域１４ｂの界面は、空乏化によってキャリア濃度が存在しない領域が広い。
【００２５】
ＩＧＢＴ１００は、ボディ領域１４内にフローティング領域１５を備えていることを特徴としている。フローティング領域１５は、正孔に対して電位障壁を形成する。このため、ＩＧＢＴ１００がオンしているときに、裏面のコレクタ領域１１から注入された正孔は、第２ボディ領域１４ｂ内に高濃度に蓄積される。このため、ＩＧＢＴ１００は、低いオン電圧で駆動することができる。
【００２６】
この正孔の蓄積効果を向上させるためには、フローティング領域１５のドーパント濃度を増加させることが望ましい。ところが、フローティング領域１５のドーパンド濃度を増加させると、ターンオンした直後に、ｐ型のコレクタ領域１１、ｎ型のベース領域１３、第２ボディ領域１４ｂ、及びｎ型のフローティング領域１５で構成されるｐｎｐｎの寄生サイリスタが動作して急激な電流増加が発生し、サージ電圧を誘発してしまう。ＩＧＢＴ１００では、ターンオンした直後に、この寄生サイリスタが実質的に動作しないように、フローティング領域１５のドーパンド濃度が調整されていることを特徴としている。
【００２７】
寄生サイリスタは、ＩＧＢＴ１００をターンオンさせた直後に、フローティング領域１５から第２ボディ領域１４ｂに電子が注入され、その第２ボディ領域１４ｂの電位が上昇することが原因である。この現象を抑制するためには、フローティング領域１５の自由電子総量と第２ボディ領域１４ｂの正孔総量のキャリア総量比（自由電子総量／正孔総量）を所定値よりも小さくすることが重要である。
【００２８】
図５に、フローティング領域１５の自由電子総量と第２ボディ領域１４ｂの正孔総量のキャリア総量比を変えたときの、ＩＧＢＴ１００のオン電圧及びターンオン時の電圧変化量を示す。オン電圧を左目盛りに示し、ターンオン時の電圧変化量を右目盛りに示す。図６は、キャリア総量比が０〜３までの結果を拡大したものである。なお、自由電子総量及び正孔総量は、ＳＩＭＳ（Secondary Ionization Mass Spectrometer：２次イオン質量分析）を用いて検出したドーパント濃度の深さ方向のプロファイルをデータとし、以下の数１を用いて深さ方向のキャリア濃度を算出し、以下の数２を用いてキャリア濃度を深さ方向に積分してフローティング領域１５の自由電子総量及び第２ボディ領域１４ｂの正孔総量を算出している。また、本実験では、キャリア総量比を変えたいくつかの例を比較しているが、このキャリア総量比の変化は、フローティング領域１５に導入するドーパント濃度を変えることによって実施している。図５及び図６において、キャリア総量比が「０」の例は、フローティング領域１５が形成されていない場合の結果である。キャリア総量比が増加した例は、フローティング領域１５のキャリア濃度（自由電子濃度）が濃い場合の結果である。
【００２９】
【数１】
2010114136.tif 000003
【００３０】
【数２】
2010114136.tif 000004
【００３１】
ここで、n(x)は深さ方向の自由電子濃度であり、p(x)は深さ方向の正孔濃度であり、Nfloating(x)はフローティング領域１５の深さ方向のドーパント濃度であり、Nsub(x)は半導体基板１０の深さ方向のドーパント濃度であり、Nbody(x)はボディ領域１４の深さ方向のドーパント濃度である。
【００３２】
図５及び図６に示すように、フローティング領域１５が設けられていると、オン電圧は急激に低下する。キャリア総量比が０．４以上になると、オン電圧の低減効果は飽和する。キャリア総量比が０．４以上であれば、顕著なオン電圧の低減効果が得られる。なお、キャリア総量比が０．４の場合、フローティング領域１５のキャリア濃度のピーク値と第２ボディ領域１４ｂのキャリア濃度のピーク値の濃度差で生じる内蔵電位が０．７３２ｅＶである。また、キャリア総量比が０．４の場合、フローティング領域１５の自由電子総量は５．３７×１０１１ｃｍ−２であり、第２ボディ領域の正孔総量は１．２８×１０１２ｃｍ−２である。
【００３３】
図５及び図６に示すように、ターンオン時の電圧変化量は、キャリア総量比が１．８３まで一定であり、キャリア総量比が１．８３を超えると急激に増加する。このキャリア総量比「１．８３」が寄生サイリスタが動作する点である。キャリア総量比が１．８３以下では、ターンオンに伴う必然的な電圧変化が存在するものの、寄生サイリスタが動作することに伴う電圧変化は存在しない。なお、キャリア総量比が１．８３の場合、フローティング領域１５のキャリア濃度のピーク値と第２ボディ領域１４ｂのキャリア濃度のピーク値の濃度差で生じる内蔵電位が０．７５４ｅＶである。また、キャリア総量比が１．８３の場合、フローティング領域１５の自由電子総量は１．９３×１０１２ｃｍ−２であり、第２ボディ領域の正孔総量は１．０９×１０１２ｃｍ−２である。
【００３４】
図５及び図６の結果から、キャリア総量比が０を超えるとともに１．８３以下であれば、オン電圧の低減効果を得るとともに、寄生サイリスタを実質的に動作させない状態を得ることができる。即ち、キャリア総量比が０を超えるとともに１．８３以下であれば、オン電圧の低減効果とサージ電圧の抑制効果の双方を同時に達成することができる。さらに、キャリア総量比が０．４以上であるとともに１．８３以下であれば、オン電圧の顕著な低減効果とサージ電圧の抑制効果の双方を同時に達成することができる。なお、製造公差等を考慮しても、キャリア総量比の下限値は０．６以上が好ましく、上限値は１．６０以下が好ましい。より好ましくは、キャリア総量比の下限値は０．８以上であり、上限値は１．４０以下である。
【００３５】
（シミュレーションによる検討）
上記の実験結果は、フローティング領域１５の厚み、第２ボディ領域１４ｂのドーパント濃度及び厚みが一定の条件で、フローティング領域１５のドーパント濃度を変えることによってキャリア総量比を変えた場合に得られた結果である。例えば、キャリア総量比は、フローティング領域１５の厚みを変えた場合でも、第２ボディ領域１４ｂのドーパント濃度を変えた場合でも、又は第２ボディ領域１４ｂの厚みを変えた場合でも変化するものである。以下のシミュレーションでは、寄生サイリスタが実質的に動作しない指標としてキャリア総量比のみで評価可能であることを検証した。
【００３６】
図７に、シミュレーションに用いた第１ボディ領域１４ａ、フローティング領域１５、及び第２ボディ領域１４ｂのそれぞれの濃度及び厚みの関係を模式的に示す。図７（Ａ）がシミュレーション例１であり、図７（Ｂ）がシミュレーション例２であり、図７（Ｃ）がシミュレーション例３であり、図７（Ｄ）がシミュレーション例４である。なお、図８に、シミュレーションに用いた試料の条件を具体的に示す。また、図８では、シミュレーション２〜４において、シミュレーション例１を基準として異なる部分を強調して示す。なお、シミュレーションでは、各領域のドーパント濃度が厚み方向に一定である。
【００３７】
シミュレーション例１では、第１ボディ領域１４ａのドーパント濃度が２×１０１７cm−３であり、その厚みが１．７μmであり、フローティング領域１５の厚みが０．４μmであり、その中心位置（ドーパント濃度のピーク位置）の深さが１．９μmであり、第２ボディ領域１４ｂの濃度が１．５×１０１６cm−３であり、その厚みが２．４μmであり、その中心位置（ドーパント濃度のピーク位置）の深さが３．３μmである。シミュレーション例１では、第１ボディ領域１４ａ、フローティング領域１５、及び第２ボディ領域１４ｂの合計の厚み（トータル深さ）が４．５μｍである。また、絶縁トレンチゲートの深さが５．５μｍであり、ベース領域に突出する深さ（トレンチ突出量）は１．０μｍである。
【００３８】
シミュレーション例２は、第２ボディ領域１４ｂの厚みにおいてシミュレーション例１から相違している。シミュレーション例３は、第２ボディ領域１４ｂの濃度においてシミュレーション例１から相違している。シミュレーション例４は、フローティング領域１５の厚みにおいてシミュレーション例１から相違している。
【００３９】
図９に、シミュレーション例１〜３において、フローティング領域１５の自由電子総量と第２ボディ領域１４ａの正孔総量のキャリア総量比を変えたときの、オン電圧及びターンオン時の電圧変化量を示す。オン電圧を左目盛りに示し、ターンオン時の電圧変化量を右目盛りに示す。また、シミュレーション例１〜３では、キャリア総量比を変えたいくつかの結果を示しているが、このキャリア総量比の変化は、フローティング領域１５のドーパント濃度を変えることによって実施している。
【００４０】
図９に示すように、シミュレーション例１〜４のいずれにもいても、同様の結果が得られることが分かる。即ち、フローティング領域１５及び第２ボディ領域１４ｂのそれぞれのドーパント濃度及び厚みのいずれを変更しても同様の結果が得られることから、オン電圧及びターンオン時の電圧変化量に係る特性は、キャリア総量比によって評価可能であることが分かる。
【００４１】
なお、シミュレーション例１〜４の結果では、寄生サイリスタが動作するキャリア総数比が上記実施例のＩＧＢＴ１００に係る実験結果（１．８３）と相違する。これは、実際に製造されたＩＧＢＴ１００とシミュレーションの相違から生じるものである。しかし、シミュレーション結果から得られる知見は、オン電圧及びターンオン時の電圧変化量に係る特性がキャリア総量比のみによって評価可能であるということである。このため、実際に製造されたＩＧＢＴ１００において、フローティング領域１５及び第２ボディ領域１４ｂのドーパント濃度及び厚みのいずれを変更しても、図５及び図６に示す結果（キャリア総量比が１．８３を超えると寄生サイリスタが実質的に動作する）が得られることが推測される。したがって、バイポーラ型半導体装置では、キャリア総量比が１．８３以下であれば寄生サイリスタが実質的に動作しないことが確認された。
【００４２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時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し得るものであり、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。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ＩＧＢＴの要部斜視図を模式的に示す。
【図２】図１のII−II線に対応した縦断面図を模式的に示す。
【図３】図１のIII−III線に対応した縦断面図を模式的に示す。
【図４】（Ａ）半導体基板内のドーパント濃度の厚み方向のプロファイルを示す。（Ｂ）半導体基板内のキャリア濃度の厚み方向のプロファイルを示す。
【図５】キャリア総量比をパラメータとしたときの、ＩＧＢＴに係るオン電圧及びターンオン時の電圧変化量を示す。
【図６】図５の一部拡大図を示す。
【図７】（Ａ）シミュレーション例１のドーパント濃度及び厚みの関係を模式的に示す。（Ｂ）シミュレーション例２のドーパント濃度及び厚みの関係を模式的に示す。（Ｃ）シミュレーション例３のドーパント濃度及び厚みの関係を模式的に示す。（Ｄ）シミュレーション例４のドーパント濃度及び厚みの関係を模式的に示す。
【図８】シミュレーションの条件を具体的に示す。
【図９】キャリア総量比をパラメータとしたときの、各シミュレーション例に係るオン電圧及びターンオン時の電圧変化量を示す。
【符号の説明】
【００４４】
１０：半導体基板
１１：コレクタ領域
１２：フィールドストップ領域
１３：ベース領域
１４：ボディ領域
１４ａ：第１ボディ領域
１４ｂ：第２ボディ領域
１５：フローティング領域
１６：エミッタ領域
１７：ボディコンタクト領域
２０：絶縁トレンチゲート
【図１】
2010114136.tif 000005
【図２】
2010114136.tif 000006
【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７】
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【図８】
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【図９】
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