(57)【要約】【課題】ゲート閾値にばらつきが生じることを適切に抑制するとともに、ターンオフ時のサージ電圧を適切に抑制できる半導体装置を開示する。【解決手段】半導体装置１０を平面視した場合に、トレンチ１２の長手方向に沿ってチャネル領域２０と非チャネル領域が配置されている。トレンチ１２は、チャネル領域内に位置する第１トレンチ部と、非チャネル領域５０内に位置する第２トレンチ部１２ｂを含む。第１トレンチ部は、基板の表面からエミッタ領域及び第１ボディ領域を貫通して形成され、その下端部が第１ドリフト領域内に突き出している。第２トレンチ部１２ｂは、基板の表面から第２ボディ領域５４を貫通して形成され、その下端部が第２ドリフト領域５６内に突き出している。第２ドリフト領域５６内に突き出している第２トレンチ部１２ｂの突き出し長さは、第１ドリフト領域内に突き出している第１トレンチ部の突き出し長さと比べて短い。【選択図】図３
2014103352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に、トレンチと、トレンチの内面を覆う絶縁膜と、絶縁膜で覆われた状態でトレンチ内に収容されているゲート電極とが備えられている半導体装置であって、
半導体基板を平面視した場合に、トレンチの長手方向に沿ってチャネル領域と非チャネル領域が配置されており、
トレンチは、チャネル領域内に位置する第１トレンチ部と、非チャネル領域内に位置する第２トレンチ部を含み、
半導体基板の表面側には表面電極が接続されており、
半導体基板の裏面側には裏面電極が接続されており、
半導体基板を、チャネル領域においてトレンチの長手方向に直交する平面で切断した第１断面で見た場合に、
チャネル領域は、
半導体基板の表面側に設けられた第１導電型のコンタクト領域と、
コンタクト領域より深い位置に設けられているとともにコンタクト領域に隣接する第２導電型の第１ボディ領域と、
第１ボディ領域より深い位置に設けられているとともに第１ボディ領域によってコンタクト領域から分離されている第１導電型の第１ドリフト領域と、を有しており、
前記第１トレンチ部は、半導体基板の表面からコンタクト領域及び第１ボディ領域を貫通して形成され、その深さ方向の下端部が第１ドリフト領域内に突き出しており、
半導体基板を、非チャネル領域においてトレンチの長手方向に直交する平面で切断した第２断面で見た場合に、
非チャネル領域は、
半導体基板の表面側に設けられた第２導電型の第２ボディ領域と、
第２ボディ領域より深い位置に設けられているとともに第２ボディ領域に隣接する第１導電型の第２ドリフト領域と、を有しており、
前記第２トレンチ部は、半導体基板の表面から第２ボディ領域を貫通して形成され、その深さ方向の下端部が第２ドリフト領域内に突き出しており、
第２ドリフト領域内に突き出している第２トレンチ部の突き出し長さは、第１ドリフト領域内に突き出している第１トレンチ部の突き出し長さと比べて短い、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第２ボディ領域の深さ方向の下端部の位置は、第１ボディ領域の深さ方向の下端部の位置より深い、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
第２ボディ領域と第２ドリフト領域の間に、第２ドリフト領域よりも不純物濃度の高い第１導電型のキャリア蓄積領域が備えられている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
第２ボディ領域内に、第２ドリフト領域よりも不純物濃度の高い第１導電型のフローティング領域が備えられている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する技術は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、トレンチゲート構造のＩＧＢＴであって、ボディ領域の一部の深さ方向の下端部の位置が、トレンチの深さ方向の下端部の位置よりも深い位置に存在するＩＧＢＴが開示されている。特許文献１のＩＧＢＴでは、ＩＧＢＴをオフしている時に、トレンチ下端部に電界が集中することを抑制し、耐圧の向上が図られるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９０５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、トレンチゲート構造のＩＧＢＴにおけるゲート‐コレクタ間容量Ｃｇｃは、ドリフト領域内に突き出しているトレンチの長さ（即ち表面積）に比例する。また、ＩＧＢＴのターンオフ時のサージ電圧は、ＩＧＢＴのゲート‐コレクタ間容量Ｃｇｃの大きさに比例する。従って、ドリフト領域内に突き出しているトレンチの長さが長いほど、ターンオフ時のサージ電圧が大きくなる。
【０００５】
特許文献１のＩＧＢＴでは、複数のトレンチのそれぞれの下端部が、場所に関わらず一律に同じ長さだけドリフト領域内に突き出している。したがって、ＩＧＢＴのゲート‐コレクタ間容量Ｃｇｃを小さくするためには、各トレンチがドリフト領域内に突き出ている長さを短くしなければならない。しかしながら、各トレンチがドリフト領域内に突き出ている長さを短く設定すると、製造時の誤差等によってトレンチの下端部の位置がばらつくと、ゲート閾値にばらつきが生じてしまう。ゲート閾値にばらつきが生じることを抑制するためには、各トレンチの下端部が、少なくとも所定の長さだけドリフト領域内に突き出すように設定される。その結果、ゲート‐コレクタ間容量Ｃｇｃの値を低くすることができず、ターンオフ時のサージ電圧を抑制できない場合がある。
【０００６】
本明細書では、ゲート閾値にばらつきが生じることを適切に抑制するとともに、ターンオフ時のサージ電圧を適切に抑制できる半導体装置を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書で開示する半導体装置は、半導体基板に、トレンチと、トレンチの内面を覆う絶縁膜と、絶縁膜で覆われた状態でトレンチ内に収容されているゲート電極とが備えられている半導体装置である。半導体基板を平面視した場合に、トレンチの長手方向に沿ってチャネル領域と非チャネル領域が配置されている。トレンチは、チャネル領域内に位置する第１トレンチ部と、非チャネル領域内に位置する第２トレンチ部を含む。半導体基板の表面側には表面電極が接続されており、半導体基板の裏面側には裏面電極が接続されている。半導体基板を、チャネル領域においてトレンチの長手方向に直交する平面で切断した第１断面で見た場合に、チャネル領域は、半導体基板の表面側に設けられた第１導電型のコンタクト領域と、コンタクト領域より深い位置に設けられているとともにコンタクト領域に隣接する第２導電型の第１ボディ領域と、第１ボディ領域より深い位置に設けられているとともに第１ボディ領域によってコンタクト領域から分離されている第１導電型の第１ドリフト領域とを有している。第１トレンチ部は、半導体基板の表面からコンタクト領域及び第１ボディ領域を貫通して形成され、その深さ方向の下端部が第１ドリフト領域内に突き出している。半導体基板を、非チャネル領域においてトレンチの長手方向に直交する平面で切断した第２断面で見た場合に、非チャネル領域は、半導体基板の表面側に設けられた第２導電型の第２ボディ領域と、第２ボディ領域より深い位置に設けられているとともに第２ボディ領域に隣接する第１導電型の第２ドリフト領域とを有している。第２トレンチ部は、半導体基板の表面から第２ボディ領域を貫通して形成され、その深さ方向の下端部が第２ドリフト領域内に突き出している。第２ドリフト領域内に突き出している第２トレンチ部の突き出し長さは、第１ドリフト領域内に突き出している第１トレンチ部の突き出し長さと比べて短い。ここで、上記の「トレンチ部の下端部がドリフト領域内に突き出している」には、トレンチ部の下端部がドリフト領域と接するような場合も含まれる。したがって、トレンチ部の下端部の位置がボディ領域の下端部の位置と一致し、トレンチ部の下端部がドリフト領域と接する場合も、上記の「トレンチ部の下端部がドリフト領域内に突き出している」に相当する。なお、この場合のトレンチ部の突き出し長さは「０」となる。
【０００８】
この半導体装置では、非チャネル領域（即ち、第２断面）においては、半導体基板の表面側にコンタクト領域が形成されていない。そのため、非チャネル領域では、第２トレンチ部内のゲート電極に電圧を印加してもチャネルが形成されない。そのため、第２ドリフト領域内に突き出している第２トレンチ部の突き出し長さを、第１ドリフト領域内に突き出している第１トレンチ部の突き出し長さと比べて短くした場合であっても、半導体装置全体のゲート閾値に影響を与えない。即ち、半導体装置全体のゲート閾値にばらつきが生じることを適切に抑制できる。さらに、この半導体装置では、第２ドリフト領域内に突き出している第２トレンチ部の突き出し長さが、第１ドリフト領域内に突き出している第１トレンチ部の突き出し長さと比べて短い。即ち、非チャネル領域では、チャネル領域に比べて、ゲート‐裏面電極間容量の値を小さくすることができる。そのため、従来構造の半導体装置と比べて、半導体装置全体のゲート‐裏面電極間容量の値を小さくすることができる。その結果、ターンオフ時のサージ電圧を適切に抑制することができる。従って、この半導体装置によると、ゲート閾値にばらつきが生じることを適切に抑制するとともに、ターンオフ時のサージ電圧を適切に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施例の半導体装置を示す平面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ断面図。
【図５】第２実施例の半導体装置を示す断面図（図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図に相当）。
【図６】第３実施例の半導体装置を示す断面図（図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図に相当）。
【図７】第４実施例の半導体装置を示す断面図（図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図に相当）。
【図８】第５実施例の半導体装置を示す平面図。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ断面図。
【図１０】図８のＸ−Ｘ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、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。
【００１１】
（特徴１）第２ボディ領域の深さ方向の下端部の位置は、第１ボディ領域の深さ方向の下端部の位置より深くてもよい。この構成によると、トレンチの第１トレンチ部と第２トレンチ部を同じ深さに形成した場合であっても、第２ボディ領域の深さ方向の下端部の位置を、第１ボディ領域の深さ方向の下端部の位置より深くすることによって、上記の作用効果を発揮することができる。
【００１２】
（特徴２）第２ボディ領域と第２ドリフト領域の間に、第２ドリフト領域よりも不純物濃度の高い第１導電型のキャリア蓄積領域が備えられていてもよい。この構成によると、半導体装置をオンしている場合に、第２ドリフト領域から第２ボディ領域にキャリアが流入することが抑制される。そのため、第２ドリフト領域に多量のキャリアが存在する状態となり、ドリフト領域の電気抵抗が低減される。その結果、半導体装置のオン電圧が低減される。
【００１３】
（特徴３）第２ボディ領域内に、第２ドリフト領域よりも不純物濃度の高い第１導電型のフローティング領域が備えられていてもよい。この構成による場合も、半導体装置をオンしている場合に、第２ドリフト領域から第２ボディ領域にキャリアが流入することが抑制される。その結果、半導体装置のオン電圧が低減される。
【実施例】
【００１４】
（第１実施例）
図１に示す本実施例の半導体装置１０は、主にＳｉからなる半導体基板１１、各種電極、絶縁膜、金属配線等によって構成されている。本実施例の半導体装置１０は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。図１では、半導体基板１１の表面側に備えられる絶縁層４２、及び、エミッタ電極４０（図２参照）の図示を省略している。
【００１５】
図１に示すように、半導体基板１１には、複数本のトレンチ１２と、ゲート絶縁膜１４と、ゲート電極１６が備えられている。各トレンチ１２は、図１の上下方向に伸びており、且つ、図１の左右方向に等間隔に形成されている。ゲート絶縁膜１４は、各トレンチ１２の内側を被覆している。各ゲート電極１６は、ゲート絶縁膜１４で覆われた状態で各トレンチ１２内に収容されている。
【００１６】
図１に示すように、半導体基板１１を平面視した場合、半導体基板１１には、トレンチ１２の長手方向（図１の上下方向）に沿って、チャネル領域２０と非チャネル領域５０が交互に配置されている。
【００１７】
図２を参照して、チャネル領域２０について説明する。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図であって、半導体基板１１をチャネル領域２０においてトレンチ１２の長手方向に直交する平面で切断した断面で見た図である。図２に示すように、チャネル領域２０には、エミッタ領域２２、第１ボディ領域２４、第１ドリフト領域２６、第１コレクタ領域２８、及び、複数のゲート電極１６が形成されている。また、半導体基板の表面（図２の上面）全面に亘ってエミッタ電極４０が形成され、半導体基板１１の裏面（図２の下面）全面に亘ってコレクタ電極３０が形成されている。
【００１８】
エミッタ領域２２は、半導体基板１１の表面に露出する範囲に形成されている。エミッタ領域２２は、第１トレンチ部１２ａ内のゲート絶縁膜１４に接する範囲に形成されている。エミッタ領域２２は、ｎ型であり、その不純物濃度は高い。エミッタ領域２２の表面は、エミッタ電極４０に対してオーミック接続されている。
【００１９】
第１ボディ領域２４は、エミッタ領域２２より深い位置に設けられているとともに、エミッタ領域２２と隣接している。第１ボディ領域２４は、第１トレンチ部１２ａの下端部より浅い範囲に形成されている。第１ボディ領域２４は、ｐ型である。
【００２０】
第１ドリフト領域２６は、第１ボディ領域２４より深い位置に設けられている。第１ドリフト領域２６は、第１ボディ領域２４によってエミッタ領域２２から分離されている。第１ドリフト領域２６は、ｎ型であり、その不純物濃度は低い。
【００２１】
第１コレクタ領域２８は、第１ドリフト領域２６より深い位置に設けられている。第１コレクタ領域２８は、第１ドリフト領域２６によって第１ボディ領域２４から分離されている。また、第１コレクタ領域２８は、半導体基板の裏面に露出する範囲に形成されている。第１コレクタ領域２８は、ｐ型であり、その不純物濃度は高い。第１コレクタ領域２８の裏面は、コレクタ電極３０に対してオーミック接続されている。
【００２２】
チャネル領域２０には、トレンチ１２（図１参照）のうち、チャネル領域２０に位置する部分である第１トレンチ部１２ａが形成されている。第１トレンチ部１２ａは、半導体基板の表面からエミッタ領域２２及び第１ボディ領域２４を貫通して形成されている。第１トレンチ部１２ａの深さ方向の下端部は、第１ボディ領域２４の下端部から第１ドリフト領域２６内に所定の長さだけ突き出している。また、上記の通り、各第１トレンチ部１２ａの内側には、ゲート絶縁膜１４で覆われたゲート電極１６が備えられている。各ゲート電極１６は、その上面が絶縁層４２で覆われ、エミッタ電極４０から絶縁されている。ている。ただし、図示しない位置で、各ゲート電極１６は外部と接続可能とされている。
【００２３】
続いて、図３を参照して、非チャネル領域５０について説明する。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であって、半導体基板１１を非チャネル領域５０においてトレンチ１２の長手方向に直交する平面で切断した断面で見た図である。図３に示すように、非チャネル領域５０には、第２ボディ領域５４、第２ドリフト領域５６、第２コレクタ領域５８、及び、複数のゲート電極１６が形成されている。なお、非チャネル領域５０では、半導体基板の表面側にエミッタ領域２２は形成されていない。
【００２４】
第２ボディ領域５４は、半導体基板の表面に露出する範囲に形成されている。第２ボディ領域５４は、その深さ方向の下端部の位置が、チャネル領域２０の第１ボディ領域２４（図２参照）の下端部の位置よりも低くなるように形成されている。第２ボディ領域５４は、ｐ型である。第２ボディ領域５４の表面は、エミッタ電極４０に対してオーミック接続されている。なお、他の例では、第２ボディ領域５４のうち半導体基板の表面に露出する範囲には、第２ボディ領域５４の他の部分より不純物濃度が高いｐ＋型のコンタクト領域が備えられていてもよい。
【００２５】
第２ドリフト領域５６は、第２ボディ領域５４より深い位置に設けられているとともに、第２ボディ領域５４に隣接している。第２ドリフト領域５６は、ｎ型であり、その不純物濃度は低い。
【００２６】
第２コレクタ領域５８は、第２ドリフト領域５６より深い位置に設けられている。第２コレクタ領域５８は、第２ドリフト領域５６によって第２ボディ領域５４から分離されている。また、第２コレクタ領域５８は、半導体基板の裏面に露出する範囲に形成されている。第２コレクタ領域５８は、ｐ型であり、その不純物濃度は高い。第２コレクタ領域５８の裏面は、コレクタ電極３０に対してオーミック接続されている。
【００２７】
非チャネル領域５０には、トレンチ１２（図１参照）のうち、非チャネル領域５０に位置する部分である第２トレンチ部１２ｂが形成されている。第２トレンチ部１２ｂは、半導体基板１１の表面から第２ボディ領域５４を貫通して形成されている。第２トレンチ部１２ｂの深さ方向の下端部は、第２ボディ領域５４内に埋まることなく、第２ドリフト領域５６に接している。より詳細には、第２トレンチ部１２ｂの下端部は、第２ドリフト領域５６の表面側に面している。この場合も、「トレンチ部の下端部がドリフト領域内に突き出している」の一例である。なお、この場合の第２トレンチ部１２ｂの突き出し長さは「０」となる。また、上記の通り、各第２トレンチ部１２ｂの内側には、ゲート絶縁膜１４で覆われたゲート電極１６が備えられている。各ゲート電極１６は、その上面が絶縁層４２で覆われ、エミッタ電極４０から絶縁されている。
【００２８】
図４を参照して、チャネル領域２０と非チャネル領域５０についてさらに説明する。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ断面図であって、半導体基板１１をトレンチ１２の長手方向と平行となる平面で切断した断面で見た図である。図４に示すように、第１ボディ領域２４と第２ボディ領域５４は、略同じ不純物濃度を有しており、連続して形成されている。第２ボディ領域５４の深さ方向の下端部は、第１ボディ領域２４の深さ方向の下端部より深い位置に形成されている。また、第１ドリフト領域２６と第２ドリフト領域５６も、同様に略同じ不純物濃度を有しており、連続して形成されている。第１コレクタ領域２８と第２コレクタ領域５８についても同様である。
【００２９】
また、図２及び図３に示すように、本実施例では、トレンチ１２は、どの部分も一様の深さに形成されている。即ち、第１トレンチ部１２ａと第２トレンチ部１２ｂは同じ深さに形成されている。ただし、上記の通り、本実施例では、第２ボディ領域５４の下端部が、第１ボディ領域２４の下端部より深い位置に形成されている。そのため、第２トレンチ部１２ｂの下端部が第２ドリフト領域５６内へ突き出す突き出し長さは、第１トレンチ部１２ａの下端部が第１ドリフト領域２６内へ突き出す突き出し長さより短い。
【００３０】
続いて、本実施例の半導体装置（ＩＧＢＴ）１０の動作について説明する。エミッタ電極４０とコレクタ電極３０の間に、コレクタ電極３０がプラスとなる電圧（順電圧）を印加し、ゲート電極１６にオン電位（チャネルが形成されるのに必要な電位以上の電位）を印加すると、半導体装置１０がオンする。即ち、ゲート電極１６へのオン電位の印加により、エミッタ領域２２が形成されているチャネル領域２０（図２参照）では、ゲート絶縁膜１４に接する範囲の第１ボディ領域２４にチャネルが形成される。すると、電子が、エミッタ電極４０から、エミッタ領域２２、チャネル、第１及び第２ドリフト領域２６、５６、第１及び第２コレクタ領域２８、５８を介して、コレクタ電極３０に流れる。また、ホールが、コレクタ電極３０から、第１及び第２コレクタ領域２８、５８、第１及び第２ドリフト領域２６、５６、第１及び第２ボディ領域２４、５４を介して、エミッタ電極４０に流れる。すなわち、コレクタ電極３０からエミッタ電極４０に電流が流れる。一方、エミッタ領域２２を有していない非チャネル領域５０（図３参照）では、ゲート電極１６にオン電位が印加されても、ゲート絶縁膜１４に接する範囲の第２ボディ領域５４にチャネルは形成されない。
【００３１】
ゲート電極１６に印加する電位を、オン電位からオフ電位に切り替えると、チャネル領域２０内に形成されていたチャネルが消失する。しかしながら、第１ドリフト領域２６内に残留しているキャリアによって、短時間の間は半導体装置１０に電流（テール電流と呼ばれる）が流れ続ける。テール電流は、短時間で減衰し、その後は、半導体装置１０に流れる電流は略ゼロとなる。即ち、半導体装置１０はオフとなる。半導体装置１０がオフの間は、第１ボディ領域２４及び第２ボディ領域５４と、第１ドリフト領域２６及び第２ドリフト領域５６と、の間に空乏層が形成される。
【００３２】
以上、本実施例の半導体装置１０の構成及び動作について説明した。上記の通り、本実施例の半導体装置１０の非チャネル領域５０（図３参照）では、半導体基板１１の表面側にエミッタ領域２２が形成されていないため、第２トレンチ部１２ｂ内のゲート電極１６に電圧を印加してもチャネルが形成されない。そのため、第２ドリフト領域５６内に突き出している第２トレンチ部１２ｂの突き出し長さを、第１ドリフト領域２６内に突き出している第１トレンチ部１２ａの突き出し長さと比べて短くした場合であっても、半導体装置１０全体のゲート閾値に影響を与えない。即ち、半導体装置１０全体のゲート閾値にばらつきが生じることを適切に抑制できる。さらに、この半導体装置１０では、第２ドリフト領域５６内に突き出している第２トレンチ部１２ｂの突き出し長さが、第１ドリフト領域２６内に突き出している第１トレンチ部１２ａの突き出し長さと比べて短い。即ち、非チャネル領域５０では、チャネル領域２０に比べて、ゲート‐コレクタ間容量Ｃｇｃの値を小さくすることができる。そのため、トレンチの下端部が、場所に関わらず一律に同じ長さだけドリフト領域内に突き出しているような従来構造の半導体装置と比べて、半導体装置１０全体のゲート‐コレクタ間容量Ｃｇｃの値を小さくすることができる。その結果、ターンオフ時のサージ電圧を適切に抑制することができる。従って、本実施例の半導体装置１０によると、ゲート閾値にばらつきが生じることを適切に抑制するとともに、ターンオフ時のサージ電圧を適切に抑制することができる。
【００３３】
また、本実施例では、第２ボディ領域２４の下端部が、第１ボディ領域５４の下端部より深い位置に形成されているとともに、第２トレンチ部１２ｂの下端部は、第２ドリフト領域５６の表面側に面している。そのため、半導体装置１０がオフの間に、第２ボディ領域５４から伸びる空乏層の形状を滑らかにすることができ、第２トレンチ部１２ｂの下端部への電界集中を緩和することができる。その結果、半導体装置１０全体の耐圧の低下を防ぐことができる。
【００３４】
本実施例では、非チャネル領域５０（図３参照）において、第２トレンチ部１２ｂの下端部は、第２ボディ領域５４内に埋まることなく、第２ドリフト領域５６に突き出している（第２ドリフト領域５６の表面側に面している）。そのため、半導体装置１０をオンしている間に、第２ドリフト領域５６内のキャリア（ホール）が第２ボディ領域５４に流入することによって、第２ドリフト領域５６内のキャリアが減少することが抑制される。その結果、半導体装置１０のオン電圧の増加を抑制することができる。
【００３５】
本実施例と特許請求の範囲の記載の対応関係を説明しておく。エミッタ領域２２が、「コンタクト領域」の一例である。エミッタ電極４０、コレクタ電極３０が、それぞれ、「表面電極」、「裏面電極」の一例である。図２に示す断面が、図３に示す断面が、それぞれ、「第１断面」、「第２断面」の一例である。
【００３６】
（第２実施例）
続いて、図５を参照して、第２実施例の半導体装置１００について、第１実施例と異なる点を中心に説明する。本実施例の半導体装置１００も、第１実施例の半導体装置１０と同様にＩＧＢＴであり、そのチャネル領域２０の基本構成は、第１実施例と同様である。図５は、本実施例の半導体装置１００において、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面に相当する断面を示す図である。図５に示すように、本実施例の半導体装置１００は、非チャネル領域５０における第２ボディ領域１５４の形状が第１実施例とは異なる。本実施例の第２ボディ領域１５４の下端部は、深さ方向に凸に湾曲した形状に形成されている。より詳細には、第２ボディ領域１５４の下端部は、第２トレンチ部１２ｂと接する幅方向両端部分が最も浅く形成され、その中間部が最も深くなるように形成される。第２ボディ領域１５４の下端部のうち最も深い部分は、第２トレンチ部１２ｂの下端部よりも深い位置に形成される。
【００３７】
ただし、本実施例でも、第２トレンチ部１２ｂの下端部は、第２ボディ領域１５４内に埋まることなく、第２ドリフト領域５６に突き出している（正確には、第２ドリフト領域５６の表面側に面している）。
【００３８】
本実施例の半導体装置１００でも、上記の第１実施例の半導体装置１０と同様の作用効果を発揮することができる。さらに、本実施例では、第２ボディ領域１５４の下端部が、深さ方向に凸に湾曲した形状に形成されている。そのため、半導体装置１００がオフの間に、第２ボディ領域１５４から第２ドリフト領域５６に向かって伸びる空乏層の形状を滑らかにすることができ、第２トレンチ部１２ｂの下端部への電界集中を緩和することができる。その結果、半導体装置１０全体の耐圧の低下をより効果的に防ぐことができる。
【００３９】
（第３実施例）
続いて、図６を参照して、第３実施例の半導体装置２００について、第１実施例と異なる点を中心に説明する。本実施例の半導体装置２００も、第１実施例の半導体装置１０と同様にＩＧＢＴであり、そのチャネル領域２０の基本構成は、第１実施例と同様である。図６は、本実施例の半導体装置２００において、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面に相当する断面を示す図である。図６に示すように、本実施例の半導体装置２００は、非チャネル領域５０において、第２ボディ領域５４と第２ドリフト領域５６の間にｎ型のキャリア蓄積領域２５５が形成されている点で第１実施例とは異なる。キャリア蓄積領域２５５の不純物濃度は、第２ドリフト領域５６の不純物濃度よりも濃い。
【００４０】
本実施例では、第２ボディ領域５４と第２ドリフト領域５６の間に上記のようなキャリア蓄積領域２５５を有するため、半導体装置２００をオンしている場合に、第２ドリフト領域５６から第２ボディ領域５４にキャリア（ホール）が流入することが抑制される。そのため、第２ドリフト領域５６に多量のキャリアが存在する状態となり、第２ドリフト領域５６の電気抵抗が低減される。その結果、半導体装置２００のオン電圧が低減される。
【００４１】
（第４実施例）
続いて、図７を参照して、第４実施例の半導体装置３００について、第１実施例と異なる点を中心に説明する。本実施例の半導体装置３００も、第１実施例の半導体装置１０と同様にＩＧＢＴであり、そのチャネル領域２０の基本構成は、第１実施例と同様である。図７は、本実施例の半導体装置３００において、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面に相当する断面を示す図である。図７に示すように、本実施例の半導体装置３００は、非チャネル領域５０において、第２ボディ領域内にフローティング領域３５５が設けられている点で第１実施例とは異なる。本実施例では、非チャネル領域５０の第２ボディ領域は、浅い位置に設けられたトップボディ領域３５４ａと、トップボディ領域３５４ａよりも深い位置に設けられたボトムボディ領域３５４ｂとによって構成されている。本実施例では、トップボディ領域３５４ａとボトムボディ領域３５４ｂの間にフローティング領域３５５が形成されている。
【００４２】
トップボディ領域３５４ａと、ボトムボディ領域３５４ｂとは、いずれもｐ型である。本実施例でも、ボトムボディ領域３５４ｂは、その深さ方向の下端部の位置が、チャネル領域２０の第１ボディ領域２４（図２参照）の下端部の位置よりも低くなるように形成されている。フローティング領域３５５は、ｎ型であり、その不純物濃度は、第２ドリフト領域５６の不純物濃度よりも濃い。
【００４３】
本実施例では、第２ボディ領域内（即ち、トップボディ領域３５４ａとボトムボディ領域３５４ｂの間）に上記のようなフローティング領域３５５を有する。この場合も、半導体装置３００をオンしている場合に、第２ドリフト領域５６から第２ボディ領域（トップボディ領域３５４ａ及びボトムボディ領域３５４ｂ）を通ってエミッタ電極４０にキャリア（ホール）が流れることが抑制される。そのため、第２ドリフト領域５６に多量のキャリアが存在する状態となり、第２ドリフト領域５６の電気抵抗が低減される。その結果、半導体装置３００のオン電圧が低減される。
【００４４】
（第５実施例）
続いて、図８〜図１０を参照して、第５実施例の半導体装置４００について、第１実施例と異なる点を中心に説明する。本実施例の半導体装置４００は、半導体基板４０１にダイオード領域４８０とＩＧＢＴ領域４１０とが形成されているＲＣ−ＩＧＢＴである点で、第１実施例と異なる。図８でも、半導体基板４０１の表面側に備えられる絶縁層４４２、及び、表面電極４４０の図示を省略している。
【００４５】
図８に示すように、本実施例でも、半導体基板４０１は、複数本のトレンチ４１２と、ゲート絶縁膜４１４と、ゲート電極４１６を備える。本実施例では、トレンチ４１２の長手方向に直交する方向（図８の左右方向）において、半導体基板４０１の半分（図８の右半分）にＩＧＢＴ領域４１０が形成され、半導体基板４０１の他の半分（図８の左半分）にダイオード領域４８０が形成されている。また、ＩＧＢＴ領域４１０内では、トレンチ４１２の長手方向（図８の上下方向）に沿って、チャネル領域４２０と非チャネル領域４５０が交互に配置されている。
【００４６】
図９を参照して、ＩＧＢＴ領域４１０のうちのチャネル領域４２０、及び、ダイオード領域４８０について説明する。本実施例では、半導体基板の表面（図９の上面）全面に亘って表面電極４４０が形成され、半導体基板４０１の裏面（図９の下面）全面に亘って裏面電極４３０が形成されている。
【００４７】
図９に示すように、ＩＧＢＴ領域４１０のチャネル領域４２０には、エミッタ領域４２２、第１ボディ領域４２４、第１ドリフト領域４２６、第１コレクタ領域４２８、及び、複数のゲート電極４１６が形成されている。上記の各領域４２２〜４２８及びゲート電極４１６は、第１実施例の半導体装置（ＩＧＢＴ）１０のチャネル領域２０内の各領域２２〜２８及びゲート電極１６と同様である。また、本実施例でも、ＩＧＢＴ領域４１０のチャネル領域４２０には、トレンチ４１２（図８参照）のうち、チャネル領域４２０に位置する部分である第１トレンチ部４１２ａが形成されている。第１トレンチ部４１２ａは、半導体基板４０１の表面からエミッタ領域４２２及び第１ボディ領域４２４を貫通して形成されている。第１トレンチ部４１２ａの深さ方向の下端部は第１ドリフト領域４２６内に所定の長さだけ突き出している。各第１トレンチ部４１２ａの内側のゲート電極４１６は、その上面が絶縁層４４２で覆われ、表面電極４４０から絶縁されている。ただし、図示しない位置で、各ゲート電極４１６は外部と接続可能とされている。
【００４８】
ダイオード領域４８０には、アノード領域４８２、カソード領域４８４、及び、複数のゲート電極４１６が形成されている。
【００４９】
アノード領域４８２は、ｐ型であって、ダイオード領域４８０の表面に露出する範囲に形成されている。アノード領域４８２の不純物濃度は、第１ボディ領域４２４と略同じである。アノード領域４８２は、その深さ方向の下端部の位置が、第１ボディ領域４２４の下端部の位置よりも深い位置になるように形成されている。アノード領域４８２の表面は、表面電極４４０に対してオーミック接続されている。なお、本実施例のアノード領域４８２の下端部の位置と、第１ボディ領域４２４の下端部の位置との位置関係はあくまで一例であり、他の例では、種々の位置関係が採られていてもよい。
【００５０】
カソード領域４８４は、ｎ型であって、アノード領域４８２より深い位置に設けられている。カソード領域４８４の不純物濃度は、第１ドリフト領域４２６と略同じである。また、カソード領域４８４は、第１ドリフト領域４２６と連続して形成されている。カソード領域４８４は、半導体基板４０１の裏面に露出する範囲に形成されている。カソード領域の裏面は、裏面電極４３０に対してオーミック接続されている。
【００５１】
ダイオード領域４８０内にも第１トレンチ部４１２ａが形成されている。ダイオード領域４８０では、第１トレンチ部４１２ａは、半導体基板４０１の表面からアノード領域４８２を貫通して形成されている。第１トレンチ部４１２ａの下端部は、カソード領域４８４の表面側に面している。また、上記の通り、第１トレンチ部４１２ａの内側には、ゲート絶縁膜４１４で覆われたゲート電極４１６が備えられている。
【００５２】
続いて、図１０を参照して、ＩＧＢＴ領域４１０の非チャネル領域４５０について説明する。
【００５３】
図１０に示すように、非チャネル領域４５０には、第２ボディ領域４５４、第２ドリフト領域４５６、第２コレクタ領域４５８、及び、複数のゲート電極４１６が形成されている。上記の各領域４５４〜４５８及びゲート電極４１６は、第１実施例の半導体装置（ＩＧＢＴ）１０の非チャネル領域５０内の各領域５４〜５８及びゲート電極１６と同様である。
【００５４】
図１０に示すダイオード領域４８０は、図９のダイオード領域４８０と同様の構成を有する。なお、アノード領域４８２の不純物濃度は、第２ボディ領域４５４と略同じである。また、アノード領域４８２の下端部は、第２ボディ領域４５４の下端部と同じ深さに形成されている。カソード領域４８４の不純物濃度は、第２ドリフト領域４５６と略同じである。また、カソード領域４８４は、第２ドリフト領域４５６と連続して形成されている。
【００５５】
続いて、本実施例の半導体装置４００の動作について説明する。まず、ＩＧＢＴ領域４１０が動作する場合について説明する。表面電極４４０と裏面電極４３０との間に、裏面電極４３０がプラスとなる電圧（即ち、ＩＧＢＴ領域４１０に対する順電圧（ダイオード領域４８０に対する逆電圧））を印加し、ゲート電極４１６にオン電位を印加すると、ＩＧＢＴがオンする。即ち、ゲート電極４１６へのオン電位の印加により、チャネル領域４２０（図９参照）では、ゲート絶縁膜４１４に接する範囲の第１ボディ領域４２４にチャネルが形成される。すると、電子が、表面電極４４０から、エミッタ領域４２２、チャネル、第１及び第２ドリフト領域４２６、４５６、第１及び第２コレクタ領域４２８、４５８を介して、裏面電極４３０に流れる。また、ホールが、裏面電極４３０から、第１及び第２コレクタ領域４２８、４５８、第１及び第２ドリフト領域４２６、４５６、第１及び第２ボディ層４２４、４５４を介して、表面電極４４０に流れる。すなわち、裏面電極４３０から表面電極４４０に電流が流れる。一方、エミッタ領域４２２を有していない非チャネル領域４５０（図１０参照）では、ゲート電極４１６にオン電位が印加されても、ゲート絶縁膜４１４に接する範囲の第２ボディ領域４５４にチャネルは形成されない。
【００５６】
ゲート電極４１６に印加する電位を、オン電位からオフ電位に切り替えると、チャネル領域４２０内に形成されていたチャネルが消失する。しかしながら、第１ドリフト領域４２６及び第２ドリフト領域４５６内に残留しているキャリアによって、短時間の間は半導体装置４００に電流（テール電流と呼ばれる）が流れ続ける。テール電流は、短時間で減衰し、その後は、半導体装置１０に流れる電流は略ゼロとなる。即ち、半導体装置４００はオフとなる。半導体装置４００がオフの間は、ＩＧＢＴ領域４１０では、第１ボディ領域４２４及び第２ボディ領域５４と、第１ドリフト領域４２６及び第２ドリフト領域４５６と、の間に空乏層が形成される。また、半導体装置４００がオフの間は、ダイオード領域４８０でも、アノード領域４８２とカソード領域４８４の間に空乏層が形成される。
【００５７】
続いて、ダイオード領域４８０が動作する場合について説明する。表面電極４４０と裏面電極４３０の間に、表面電極４４０がプラスとなる電圧（即ち、ダイオード領域４８０に対する順電圧（ＩＧＢＴ領域４１０に対する逆電圧））を印加すると、ダイオードがオンする。なお、この場合、ゲート電極４１６にはオン電圧は印加されていない。ダイオードがオンすると、表面電極４４０から、アノード領域４８２、及び、カソード領域４８４を経由して、裏面電極４３０に電流が流れる。ダイオードに印加される電圧を順電圧から逆電圧に切り換えると、ダイオードが逆回復動作を行う。すなわち、順電圧印加時にカソード領域４８４内に存在していたホールが表面電極４４０に排出され、順電圧印加時にカソード領域４８４内に存在していた電子が裏面電極４３０に排出される。これによって、ダイオードに逆電流が流れる。逆電流は、短時間で減衰し、その後は、ダイオードに流れる電流は略ゼロとなる。
【００５８】
以上、本実施例の半導体装置４００の構成及び動作について説明した。本実施例の半導体装置４００でも、上記の第１実施例の半導体装置１０と同様の作用効果を発揮することができる。
【００５９】
以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、以下の変形例を採用してもよい。
【００６０】
（変形例１）上記の各実施例では、トレンチ１２（４１２）は、どの部分も一様の深さに形成されている。これに限られず、トレンチ１２（４１２）は、場所毎に深さが異なっていてもよい。その場合、チャネル領域２０（４２０）内に配置される第１トレンチ部１２ａ（４１２ａ）を、第２トレンチ部１２ｂ（４１２ｂ）よりも深く形成してもよい。また、第１ボディ領域２４（４２４）の下端部と、第２ボディ領域５４（４５４）の下端部を同じ深さに形成してもよい。本変形例によると、第１ボディ領域２４（４２４）の下端部と、第２ボディ領域５４（４５４）の下端部を同じ深さに形成する場合であっても、第２ドリフト領域５６（４５６）内に突き出している第２トレンチ部１２ｂ（４１２ｂ）の突き出し長さを、第１ドリフト領域２６（４２６）内に突き出している第１トレンチ部１２ａ（４１２ａ）の突き出し長さと比べて短くすることができる。従って、本変形例によっても、上記の各実施例と同様の作用効果を発揮することができる。
【００６１】
（変形例２）上記の第１実施例から第４実施例では、半導体装置がＩＧＢＴである場合について説明した。半導体装置は、ＩＧＢＴには限られず、ＭＯＳＦＥＴであってもよい。半導体装置がＭＯＳＦＥＴである場合も、上記の第１実施例から第４実施例の各技術を適用することができる。
【００６２】
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するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００６３】
１０、１００、２００、３００、４００：半導体装置
１１、４０１：半導体基板
１２、４１２：トレンチ
１２ａ、４１２ａ：第１トレンチ部
１２ｂ、４１２ｂ：第２トレンチ部
１４：４１４ゲート絶縁膜
１６、４１６：ゲート電極
２０、４２０：チャネル領域
２２、４２２：エミッタ領域
２４、４２４：第１ボディ領域
２６、４２６：第１ドリフト領域
２８、４２８：第１コレクタ領域
３０：コレクタ電極
４０：エミッタ電極
４２、４４２：絶縁層
５０、４５０：非チャネル領域
５４、１５４：第２ボディ領域
５６：第２ドリフト領域
５８：第２コレクタ領域
２５５：キャリア蓄積領域
３５４ａ：トップボディ領域
３５４ｂ：ボトムボディ領域
３５５：フローティング領域
４１０：ＩＧＢＴ領域
４３０：裏面電極
４４０：表面電極
４８０：ダイオード領域
４８２：アノード領域
４８４：カソード領域
【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７】
2014103352.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014103352.tif 000011
【図１０】
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