(57)【要約】半導体装置の短チャネル効果を抑制する。半導体装置においてゲートトレンチ部に接する少なくとも一つのメサ部は、半導体基板の上面に露出して、且つ、ゲートトレンチ部と接して設けられ、ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のエミッタ領域と、エミッタ領域の下方に設けられ、且つ、ゲートトレンチ部と接して設けられた第２導電型のベース領域と、ベース領域の下方に設けられ、ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型の蓄積領域と、ベース領域の上端と蓄積領域の下端との間の深さ位置に設けられた第２導電型の中間領域とを有し、ベース領域は、半導体基板の深さ方向のドーピング濃度分布において第１のピークを有し、中間領域は、深さ方向のドーピング濃度分布において、第１のピークからトレンチ部の下端の深さ位置までに第２のピークおよびキンク部の少なくとも一方を有する半導体装置を提供する。
2019244681.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、
前記半導体基板の上面から前記ドリフト領域まで達して設けられ、且つ、前記半導体基板の上面において配列方向に複数配列されたトレンチ部と、
前記半導体基板の内部において２つの前記トレンチ部に挟まれた領域であるメサ部と
を備え、
前記トレンチ部は、１つ以上のゲートトレンチ部および１つ以上のダミートレンチ部を有し、
前記ゲートトレンチ部に接する少なくとも一つの前記メサ部は、
前記半導体基板の上面に露出して、且つ、前記ゲートトレンチ部と接して設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域の下方に設けられ、且つ、前記ゲートトレンチ部と接して設けられた第２導電型のベース領域と、
前記ベース領域の下方に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型の蓄積領域と、
前記ベース領域の上端と前記蓄積領域の下端との間の深さ位置に設けられた第２導電型の中間領域と
を有し、
前記ベース領域は、前記半導体基板の深さ方向のドーピング濃度分布において第１のピークを有し、
前記中間領域は、前記深さ方向のドーピング濃度分布において、前記第１のピークから前記トレンチ部の下端の深さ位置までに第２のピークおよびキンク部の少なくとも一方を有する半導体装置。
【請求項２】
前記中間領域が設けられた深さ位置において、前記メサ部の前記配列方向の中央の第２導電型ドーパントのドーピング濃度が、前記トレンチ部に接する位置の第２導電型ドーパントのドーピング濃度よりも高い
請求項１に記載の半導体装置。
半導体装置。
【請求項３】
前記中間領域は前記第２のピークを有しており、
前記蓄積領域は、前記半導体基板の深さ方向のドーピング濃度分布において、１つ以上のピークを有しており、
前記第２のピークは、前記蓄積領域の最も下側の前記ピークよりも上側に配置されている
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２のピークは、前記蓄積領域の最も上側の前記ピークよりも上側に配置されている
請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ベース領域と前記蓄積領域との境界のうち、前記ゲートトレンチ部と接する部分の深さ位置が、前記第２のピークの深さ位置を基準とした前記中間領域のドーピング濃度分布の半値幅の範囲内である
請求項３または４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記中間領域の少なくとも一部は、前記ベース領域と前記蓄積領域との境界のうち、前記ゲートトレンチ部と接する部分の深さ位置よりも上側に設けられている
請求項３から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２のピークのドーピング濃度は、前記第１のピークのドーピング濃度よりも高い
請求項３から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２のピークのドーピング濃度は、前記蓄積領域のドーピング濃度よりも高い
請求項３から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記中間領域の前記第２のピークよりも下側における深さ方向のドーピング濃度分布は、前記ベース領域の前記第１のピークよりも下側における深さ方向のドーピング濃度分布よりも急峻に変化している
請求項３から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記中間領域は、前記ゲートトレンチ部と離れて配置されている
請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記中間領域は、前記ゲートトレンチ部と接して配置されており、
前記ゲートトレンチ部と接する位置の前記第２のピークのドーピング濃度は、前記第１のピークのドーピング濃度よりも低い
請求項３から９のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記メサ部は、前記半導体基板の上面において前記配列方向と直交する延伸方向に延伸して設けられており、
前記メサ部は、前記延伸方向において前記エミッタ領域と交互に前記半導体基板の上面に露出するように配置された、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のコンタクト領域を有し、
前記中間領域は、前記エミッタ領域の前記延伸方向における少なくとも一部の範囲と重なって配置されており、且つ、前記コンタクト領域の前記延伸方向における少なくとも一部の範囲に重ならずに配置されている
請求項１から１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
一つの前記中間領域の前記延伸方向における長さは、一つの前記エミッタ領域の前記延伸方向における長さよりも長い
請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記半導体基板の内部において、前記コンタクト領域と前記中間領域とは離れて配置されている
請求項１２または１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記半導体基板の内部において、前記エミッタ領域と前記中間領域とは離れて配置されている
請求項１２から１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記中間領域の少なくとも一部は、前記ゲートトレンチ部と前記ダミートレンチ部とに挟まれた前記メサ部に配置されており、
前記中間領域は、前記ダミートレンチ部と離れて配置されている
請求項１から１５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項に記載の半導体装置を製造する製造方法であって、
前記ドリフト領域を有する前記半導体基板に第２導電型のドーパントを注入する第１注入段階と、
前記半導体基板をアニールすることで、前記ベース領域を形成する第１アニール段階と、
前記第１アニール段階の後に、前記半導体基板に第２導電型のドーパントを注入する第２注入段階と、
前記第１アニール段階よりも低い温度で前記半導体基板をアニールすることで、前記中間領域を形成する第２アニール段階と
を備える製造方法。
【請求項１８】
前記第２アニール段階のアニール時間は、前記第１アニール段階のアニール時間よりも短い
請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記第１アニール段階と、前記第２注入段階との間に、
前記半導体基板に第１導電型のドーパントを注入して、前記半導体基板をアニールすることで、前記蓄積領域を形成する段階を備える
請求項１７または１８に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゲートトレンチを備える半導体装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。ゲートトレンチに所定の電圧が印加されると、ゲートトレンチに接するＰ型の領域に、縦方向のチャネルが形成される。
特許文献１  特開２０１８−１９０４６号公報
特許文献２  特開２０１７−１８３３４６号公報
【解決しようとする課題】
【０００３】
半導体装置においては、実行チャネル長が短くなる短チャネル効果を抑制することが好ましい。
【一般的開示】
【０００４】
本発明の第１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、半導体基板の上面からドリフト領域まで達して設けられ、且つ、半導体基板の上面において配列方向に複数配列されたトレンチ部を備えてよい。半導体装置は、半導体基板の内部において２つのトレンチ部に挟まれた領域であるメサ部を備えてよい。トレンチ部は、１つ以上のゲートトレンチ部および１つ以上のダミートレンチ部を有してよい。ゲートトレンチ部に接する少なくとも一つのメサ部は、半導体基板の上面に露出して、且つ、ゲートトレンチ部と接して設けられ、ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のエミッタ領域を有してよい。メサ部は、エミッタ領域の下方に設けられ、且つ、ゲートトレンチ部と接して設けられた第２導電型のベース領域を有してよい。メサ部は、ベース領域の下方に設けられ、ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型の蓄積領域を有してよい。メサ部は、ベース領域の上端と蓄積領域の下端との間の深さ位置に設けられた第２導電型の中間領域を有してよい。ベース領域は、半導体基板の深さ方向のドーピング濃度分布において第１のピークを有してよい。中間領域は、深さ方向のドーピング濃度分布において、第１のピークからトレンチ部の下端の深さ位置までに第２のピークおよびキンク部の少なくとも一方を有してよい。
【０００５】
中間領域が設けられた深さ位置において、メサ部の配列方向中央の第２導電型ドーパントのドーピング濃度が、トレンチ部に接する位置の第２導電型ドーパントのドーピング濃度よりも高くてよい。
【０００６】
中間領域は第２のピークを有してよい。蓄積領域は、半導体基板の深さ方向のドーピング濃度分布において、１つ以上のピークを有してよい。第２のピークは、蓄積領域の最も下側のピークよりも上側に配置されていてよい。
【０００７】
第２のピークは、蓄積領域の最も上側のピークよりも上側に配置されていてよい。
【０００８】
ベース領域と蓄積領域との境界のうち、ゲートトレンチ部と接する部分の深さ位置が、第２のピークの深さ位置を基準とした中間領域のドーピング濃度分布の半値幅の範囲内であってよい。
【０００９】
中間領域の少なくとも一部は、ベース領域と蓄積領域との境界のうち、ゲートトレンチ部と接する部分の深さ位置よりも上側に設けられていてよい。
【００１０】
第２のピークのドーピング濃度は、第１のピークのドーピング濃度よりも高くてよい。
【００１１】
第２のピークのドーピング濃度は、蓄積領域のドーピング濃度よりも高くてよい。
【００１２】
中間領域の第２のピークよりも下側における深さ方向のドーピング濃度分布は、ベース領域の第１のピークよりも下側における深さ方向のドーピング濃度分布よりも急峻に変化していてよい。
【００１３】
中間領域は、ゲートトレンチ部と離れて配置されていてよい。
【００１４】
中間領域は、ゲートトレンチ部と接して配置されていてよい。ゲートトレンチ部と接する位置の第２のピークのドーピング濃度は、第１のピークのドーピング濃度よりも低くてよい。
【００１５】
メサ部は、半導体基板の上面において配列方向と直交する延伸方向に延伸して設けられていてよい。メサ部は、延伸方向においてエミッタ領域と交互に半導体基板の上面に露出するように配置された、ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のコンタクト領域を有してよい。中間領域は、エミッタ領域の延伸方向における少なくとも一部の範囲と重なって配置されており、且つ、コンタクト領域の延伸方向における少なくとも一部の範囲に重ならずに配置されていてよい。
【００１６】
一つの中間領域の延伸方向における長さは、一つのエミッタ領域の延伸方向における長さよりも長くてよい。
【００１７】
半導体基板の内部において、コンタクト領域と中間領域とは離れて配置されていてよい。
【００１８】
半導体基板の内部において、エミッタ領域と中間領域とは離れて配置されていてよい。
【００１９】
中間領域の少なくとも一部は、ゲートトレンチ部とダミートレンチ部とに挟まれたメサ部に配置されていてよい。中間領域は、ダミートレンチ部と離れて配置されていてよい。
【００２０】
本発明の第２の態様においては、第１の態様に係る半導体装置を製造する製造方法を提供する。製造方法は、ドリフト領域を有する半導体基板に第２導電型のドーパントを注入する第１注入段階を備えてよい。製造方法は、半導体基板をアニールすることで、ベース領域を形成する第１アニール段階を備えてよい。製造方法は、第１アニール段階の後に、半導体基板に第２導電型のドーパントを注入する第２注入段階を備えてよい。製造方法は、第１アニール段階よりも低い温度で半導体基板をアニールすることで、中間領域を形成する第２アニール段階を備えてよい。
【００２１】
第２アニール段階のアニール時間は、第１アニール段階のアニール時間よりも短くてよい。
【００２２】
製造方法は、第１アニール段階と、第２注入段階との間に、半導体基板に第１導電型のドーパントを注入して、半導体基板をアニールすることで、蓄積領域を形成する段階を備えてよい。
【００２３】
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。これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置１００の上面を部分的に示す図である。
【図２】図１におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。
【図３】ゲートトレンチ部４０に接するメサ部６０の拡大図である。
【図４】図３のｃ−ｃ線におけるドーピング濃度分布の一例を示す図である。
【図５】ドーピング濃度分布における裾１１０、１１２、１１３の近傍を拡大した図である。
【図６】図３のｃ−ｃ線におけるドーピング濃度分布の他の例を示す図である。
【図７】図３のｃ−ｃ線におけるドーピング濃度分布の他の例を示す図である。
【図８】図３のｂ−ｂ線におけるアクセプタのドーピング濃度分布の一例を示す図である。
【図９】図３のｄ−ｄ線におけるドーピング濃度分布の一例を示す図である。
【図１０】図３のｂ−ｂ線におけるアクセプタのドーピング濃度分布の他の例を示す図である。
【図１１】図３のｄ−ｄ線におけるドーピング濃度分布の他の例を示す図である。
【図１２】メサ部６０の他の構成例を示す図である。
【図１３】図１２のｅ−ｅ線におけるドーピング濃度分布の一例を示す図である。
【図１４】上面視における中間領域１０２の他の配置例を示す図である。
【図１５】図１４におけるｆ−ｆ断面の一例を示す図である。
【図１６】ｆ−ｆ断面の他の例を示す図である。
【図１７】メサ部６０の他の例を示す拡大図である。
【図１８】図１７のｇ−ｇ線におけるドーピング濃度分布の一例を示す図である。
【図１９】半導体装置１００の製造方法の一例を示す図である。
【図２０】中間領域１０２の第２のピークＰ２の深さ位置と、半導体装置１００のオン電圧との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
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基板等への取り付け方向に限定されない。
【００２７】
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。本明細書では、半導体基板の上面と平行な面をＸＹ面とし、半導体基板の上面と垂直な深さ方向をＺ軸とする。
【００２８】
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、第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型としてもよい。この場合、各実施例における基板、層、領域等の導電型は、それぞれ逆の極性となる。また、本明細書においてＰ＋型（またはＮ＋型）と記載した場合、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。
【００２９】
本明細書においてドーピング濃度とは、ドナーまたはアクセプタ化したドーパントの濃度を指す。本明細書において、ドナーおよびアクセプタの濃度差（すなわちネットドーピング濃度）をドーピング濃度とする場合がある。この場合、ドーピング濃度はＳＲ法で測定できる。また、ドナーおよびアクセプタの化学濃度をドーピング濃度としてもよい。この場合、ドーピング濃度はＳＩＭＳ法で測定できる。特に限定していなければ、ドーピング濃度として、上記のいずれを用いてもよい。特に限定していなければ、ドーピング領域におけるドーピング濃度分布のピーク値を、当該ドーピング領域におけるドーピング濃度としてよい。
【００３０】
図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置１００の上面を部分的に示す図である。本例の半導体装置１００は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のトランジスタを含むトランジスタ部７０、および、還流ダイオード（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。ダイオード部８０は、半導体基板の上面においてトランジスタ部７０と所定の配列方向に並んで設けられる。本明細書において配列方向はＸ軸方向である。一例としてトランジスタ部７０およびダイオード部８０は、Ｘ軸方向において交互に設けられている。図１においてはチップ端部周辺のチップ上面を示しており、他の領域を省略している。
【００３１】
ダイオード部８０は、半導体基板の下面側にカソード領域８２が設けられた領域である。カソード領域８２は、半導体基板の下面側に露出しており、半導体基板の下面に設けられた電極と接触している。本明細書では、カソード領域８２とＺ軸方向において重なる領域をダイオード部８０とする。つまり、半導体基板の上面に対して、半導体基板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とする。また、当該投影領域を、Ｙ軸方向に活性領域の端まで延長した延長領域もダイオード部８０としてよい。活性領域については後述する。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の両方に垂直な方向である。ダイオード部８０は、投影領域および延長領域のうち、半導体基板の上面に第２導電型の領域が設けられた領域を指してもよい。
【００３２】
トランジスタ部７０は、活性領域におけるダイオード部８０以外の領域を指してよい。トランジスタ部７０は、半導体基板の下面に露出した第２導電型のコレクタ領域を有する。トランジスタ部７０は、半導体基板の上面に対してコレクタ領域を投影したときの投影領域であって、且つ、後述するエミッタ領域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指してもよい。
【００３３】
図１においては半導体装置１００における半導体基板の活性領域を示している。活性領域は、半導体装置１００をオン状態に制御した場合に、半導体基板の上面および下面の間で電流が流れる領域を指す。例えば活性領域は、図１に示したゲート金属層５０に囲まれた領域である。
【００３４】
半導体装置１００は、活性領域を囲んでエッジ終端構造部を有してもよい。例えばエッジ終端構造部は、図１に示したゲート金属層５０よりも、半導体基板の端部側に設けられている。エッジ終端構造部は、半導体基板の上面側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部は、例えばガードリング、フィールドプレート、リサーフおよびこれらを組み合わせた構造を有する。
【００３５】
本例の半導体装置１００は、半導体基板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、半導体基板の上面の上方に設けられたエミッタ電極５２およびゲート金属層５０を備える。エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は互いに分離して設けられる。
【００３６】
エミッタ電極５２およびゲート金属層５０と、半導体基板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５６、コンタクトホール４９およびコンタクトホール５４が、当該層間絶縁膜を貫通して設けられる。図１においては、それぞれのコンタクトホールに斜線のハッチングを付している。
【００３７】
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、コンタクトホール５６を通って、ダミートレンチ部３０内のダミー導電部と接続される。エミッタ電極５２とダミー導電部との間には、不純物がドープされたポリシリコン等の、導電性を有する材料で形成された接続部２５が設けられてよい。接続部２５は、半導体基板の上面に設けられる。接続部２５と半導体基板との間には、熱酸化膜等の絶縁膜が設けられる。
【００３８】
ゲート金属層５０は、トランジスタ部７０にゲート電圧を印加する。ゲート金属層５０は、半導体基板の上面の上方に設けられたゲートパッドに接続されてよい。ゲートパッドは、ワイヤー等により外部の装置と接続される。ゲート金属層５０は、上面視において、活性領域を囲むように設けられてよい。一例としてゲート金属層５０は、上面視において半導体基板の外周に沿って環状に設けられている。
【００３９】
ゲート金属層５０は、コンタクトホール４９を通って、ゲート配線４８と接触する。ゲート配線４８は、不純物がドープされたポリシリコン等で形成される。ゲート配線４８と半導体基板との間には、熱酸化膜等の絶縁膜が設けられる。ゲート配線４８は、半導体基板の上面において、ゲートトレンチ部４０内のゲート導電部と接続される。ゲート配線４８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。本例のゲート配線４８は、コンタクトホール４９と重なる位置から、ゲートトレンチ部４０の先端部４１と重なる位置まで設けられる。先端部４１は、ゲートトレンチ部４０において、最もゲート金属層５０に近い端部である。ゲートトレンチ部４０の先端部４１において、ゲート導電部が半導体基板の上面に露出しており、ゲート配線４８と接触する。
【００４０】
エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、金属を含む材料で形成される。例えば、各電極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‐シリコン合金で形成される。各電極は、アルミニウム等で形成された領域の下層に、チタン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。
【００４１】
ウェル領域１１は、ゲート金属層５０およびゲート配線４８と重なって設けられている。ウェル領域１１は、ゲート金属層５０およびゲート配線４８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、ゲート金属層５０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。
【００４２】
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。
【００４３】
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つの延伸部分３９（延伸方向に沿って直線状であるトレンチの部分）と、２つの延伸部分３９を接続する先端部４１を有してよい。図１における延伸方向はＹ軸方向である。
【００４４】
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つの延伸部分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、延伸部分３９の端部における電界集中を緩和できる。
【００４５】
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のそれぞれの延伸部分３９の間に設けられる。それぞれの延伸部分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、延伸部分２９と先端部３１とを有していてもよい。図１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。
【００４６】
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。本明細書では、深さ方向をＺ軸方向と称する場合がある。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。
【００４７】
配列方向において各トレンチ部の間には、メサ部６０が設けられている。メサ部６０は、半導体基板の内部において、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６０は、半導体基板の上面において、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。
【００４８】
それぞれのメサ部６０には、ベース領域１４が設けられる。メサ部６０において半導体基板の上面に露出したベース領域１４のうち、ゲート金属層５０に最も近く配置された領域をベース領域１４−ｅとする。図１においては、それぞれのメサ部６０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６０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６０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と半導体基板の上面との間に設けられてよい。
【００４９】
トランジスタ部７０のメサ部６０のうち、ゲートトレンチ部４０に接するメサ部６０は、半導体基板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。
【００５０】
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、ゲートトレンチ部４０に接するメサ部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。
【００５１】
他の例においては、ゲートトレンチ部４０に接するメサ部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。
【００５２】
トランジスタ部７０のメサ部６０のうち、２つのダミートレンチ部３０に挟まれたメサ部６０は、エミッタ領域１２が設けられていてよく、設けられていなくてもよい。本例では、トランジスタ部７０において２つのダミートレンチ部３０に挟まれたメサ部６０のうち、ダイオード部８０との境界に配置された境界部９０以外のメサ部６０には、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５が設けられている。２つのダミートレンチ部３０に挟まれたメサ部６０におけるエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の配置と、ゲートトレンチ部４０に接するメサ部６０におけるエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の配置は同一であってよい。
【００５３】
本明細書では、トランジスタ部７０のうち、配列方向におけるダイオード部８０との境界領域を、境界部９０と称する。境界部９０には、１つ以上のメサ部６０が含まれている。境界部９０のメサ部６０の上面には、コンタクト領域１５が設けられており、エミッタ領域１２が設けられていない。境界部９０の一つのメサ部６０の上面に設けられたコンタクト領域１５の面積は、ゲートトレンチ部４０に接する一つのメサ部６０の上面に設けられたコンタクト領域１５の面積よりも大きい。本例の境界部９０のメサ部６０の上面には、上面視においてベース領域１４−ｅに挟まれた領域全体に、コンタクト領域１５が設けられている。境界部９０のメサ部６０は、トランジスタ部７０のターンオフ時等にホール等のキャリアをエミッタ電極５２側に引き抜く機能を有する。
【００５４】
ダイオード部８０のメサ部６０には、エミッタ領域１２が設けられていなくてよい。ダイオード部８０のメサ部６０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。ダイオード部８０のメサ部６０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。ダイオード部８０のメサ部６０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。
【００５５】
それぞれのメサ部６０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。
【００５６】
ダイオード部８０において、半導体基板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。図１においては、カソード領域８２が設けられる領域を点線で示している。半導体基板の下面と隣接する領域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＋型のコレクタ領域が設けられてよい。
【００５７】
トランジスタ部７０の少なくとも一部の領域には、Ｎ＋型の蓄積領域１６が設けられる。図１においては、蓄積領域１６が設けられる領域を点線で示している。蓄積領域１６は、それぞれのメサ部６０において、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５よりも下方に設けられてよい。
【００５８】
ゲートトレンチ部４０に接する少なくとも一つのメサ部６０は、第２導電型（本例の第２導電型はＰ型）の中間領域１０２を有する。中間領域１０２は、メサ部６０の上面には露出していない。本例の中間領域１０２は、半導体基板の上面を基準として、エミッタ領域１２よりも深い位置に設けられている。
【００５９】
中間領域１０２は、ゲートトレンチ部４０に接する全てのメサ部６０に設けられてよい。中間領域１０２は、２つのダミートレンチ部３０に挟まれた少なくとも一つのメサ部６０にも設けられてよい。図１の例では、境界部９０およびダイオード部８０のメサ部６０には中間領域１０２が設けられていないが、他の例では、境界部９０およびダイオード部８０の少なくとも一つのメサ部６０にも中間領域１０２が設けられてよい。
【００６０】
一例として、境界部９０の少なくとも一つのメサ部６０に中間領域１０２が設けられており、ダイオード部８０には中間領域１０２が設けられていなくてよい。一例として、ダイオード部８０の少なくとも一つのメサ部６０に中間領域１０２が設けられており、境界部９０には中間領域１０２が設けられていなくてよい。一例として、半導体装置１００の全てのメサ部６０に中間領域１０２が設けられていてもよい。ただし中間領域１０２の配置は、これらの例に限定されない。
【００６１】
中間領域１０２は、配列方向（Ｘ軸方向）において、メサ部６０の中央を含む範囲に配置されてよい。中間領域１０２の配列方向における中央と、メサ部６０の中央とは、重なっていてよく、重なっていなくてもよい。中間領域１０２は、コンタクトホール５４と重なって配置されていてよい。中間領域１０２は、延伸方向（Ｙ軸方向）において、コンタクトホール５４とほぼ同一の長さを有して連続的に設けられてよく、コンタクトホール５４よりも短い長さの中間領域１０２が延伸方向に離散的に設けられてもよい。半導体装置１００は、中間領域１０２を備えることで、短チャネル効果を抑制する。短チャネル効果の抑制については後述する。
【００６２】
図２は、図１におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。ａ−ａ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、ボロン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である。層間絶縁膜３８は半導体基板１０の上面に接していてよく、層間絶縁膜３８と半導体基板１０の間に酸化膜等の他の膜が設けられていてもよい。層間絶縁膜３８には、図１において説明したコンタクトホール５４、４９、５６が設けられている。図２においては、コンタクトホール５４を示している。
【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、金属等の導電材料で設けられる。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、シリコン基板であってよく、炭化シリコン基板であってよく、窒化ガリウム等の窒化物半導体基板等であってもよい。本例の半導体基板１０はシリコン基板である。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の両方に設けられている。
【００６５】
境界部９０以外のトランジスタ部７０において、メサ部６０にはＮ＋型のエミッタ領域１２、Ｐ−型のベース領域１４およびＮ＋型の蓄積領域１６が、半導体基板１０の上面２１側から順番に設けられている。
【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。本例の蓄積領域１６は、ベース領域１４とドリフト領域１８との間に設けられている。蓄積領域１６は、ドリフト領域１８と同じドーパントが、ドリフト領域１８よりも高濃度に蓄積した領域であり、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度が高い。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】
境界部９０のメサ部６０には、Ｐ＋型のコンタクト領域１５、Ｐ−型のベース領域１４およびＮ＋型の蓄積領域１６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および蓄積領域１６は、トランジスタ部７０の他のメサ部６０におけるベース領域１４および蓄積領域１６と同一である。
【００７０】
コンタクト領域１５は半導体基板１０の上面２１に露出して設けられている。コンタクト領域１５は、メサ部６０の両側のトレンチ部と接していてよい。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。ベース領域１４は、コンタクト領域１５と接して設けられてよい。
【００７１】
ダイオード部８０のメサ部６０には、Ｐ−型のベース領域１４およびＮ＋型の蓄積領域１６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は、半導体基板１０の上面２１に露出して設けられている。蓄積領域１６は、他のメサ部６０における蓄積領域１６と同一である。なお蓄積領域１６は、ダイオード部８０および境界部９０の少なくとも一部のメサ部６０には設けられていなくてもよい。
【００７２】
ゲートトレンチ部４０に接するメサ部６０には、中間領域１０２が設けられている。一例として中間領域１０２はＰ＋型である。中間領域１０２は、ゲートトレンチ部４０に接しないメサ部６０にも設けられてよい。中間領域１０２は、ベース領域１４の上端と蓄積領域１６の下端との間に設けられた第２導電型の領域である。ただし中間領域１０２の上方にはベース領域１４が残存しており、且つ、中間領域１０２の下方には蓄積領域１６が残存している。図２の例における中間領域１０２は、ベース領域１４と蓄積領域１６との境界と重なる深さ位置に設けられているが、中間領域１０２は、当該境界と重ならない深さ位置に設けられていてもよい。
【００７３】
トランジスタ部７０およびダイオード部８０の双方において、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。バッファ領域２０は、深さ方向のドーピング濃度分布において、複数のピークを有してよく、単一のピークを有してもよい。
【００７４】
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。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。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に露出している。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
図３は、ゲートトレンチ部４０に接するメサ部６０の拡大図である。図３においては、エミッタ領域１２の下端の深さ位置をＤ１、ベース領域１４の下端の深さ位置をＤ２、蓄積領域１６の下端の深さ位置をＤ３、ゲートトレンチ部４０の下端１０４の深さ位置をＤ４とする。深さ位置Ｄ１、Ｄ２およびＤ３は、ゲートトレンチ部４０と接する領域における深さ位置であってよい。深さ位置Ｄ２は、ベース領域１４および蓄積領域１６の境界におけるＰＮ接合１０６の、Ｘ軸方向の端部１０８の深さ位置である。端部１０８は、ＰＮ接合１０６においてゲートトレンチ部４０と接する部分を指す。
【００８１】
中間領域１０２が設けられた領域の第２導電型ドーパント（本例ではアクセプタ）のドーピング濃度は、中間領域１０２が設けられていないメサ部６０において対応する領域の第２導電型ドーパントのドーピング濃度よりも高い。メサ部６０において対応する領域とは、メサ部６０の上面をＺ軸方向の原点位置とし、メサ部６０のＸ軸方向における中央をＸ軸方向の原点位置としたメサ部６０毎の座標系において、同一の座標となる領域を指す。中間領域１０２が設けられていないメサ部６０とは、例えば図１および図２に示したダイオード部８０におけるメサ部６０である。
【００８２】
また、中間領域１０２が設けられた深さ位置において、メサ部６０の配列方向（Ｘ軸方向）中央のアクセプタのドーピング濃度が、ゲートトレンチ部４０に接する位置のアクセプタのドーピング濃度よりも高い。図３の例における中間領域１０２は、ゲートトレンチ部４０と離れて設けられている。中間領域１０２は、ダミートレンチ部３０とも離れて設けられてよい。つまり、中間領域１０２と各トレンチ部との間には、ベース領域１４および蓄積領域１６の少なくとも一方が配置されている。
【００８３】
本例によれば、中間領域１０２を設けた領域のアクセプタのドーピング濃度を高くできる。これにより、蓄積領域１６に含まれるＮ型のドーパントがベース領域１４に拡散することを抑制できる。従って、短チャネル効果を抑制し、飽和電流等のバラツキを抑制できる。また、ゲートトレンチ部４０に接する位置のアクセプタのドーピング濃度を低くすることで、中間領域１０２におけるアクセプタが、チャネルの特性に影響を与えることを抑制できる。
【００８４】
また、ダミートレンチ部３０と中間領域１０２とを離して配置することで、蓄積領域１６をダミートレンチ部３０に接して配置できる。一般にトランジスタ部７０のターンオン時において、ダミートレンチ部３０の近傍には正孔が集まりやすい。正孔が集まることで、ダミートレンチ部３０の近傍の領域がＰ型の領域に反転すると、当該領域を通って、正孔がベース領域１４に抜けてしまう。この場合、ＩＥ効果が低減してしまう。ダミートレンチ部３０に接する蓄積領域１６を残存させることで、ダミートレンチ部３０の近傍の領域がＰ型の領域に反転することを抑制できる。
【００８５】
中間領域１０２の配列方向（Ｘ軸方向）における幅Ｗ２は、コンタクトホール５４の配列方向における幅Ｗ１と同一であってよく、幅Ｗ１より大きくてもよい。中間領域１０２の幅Ｗ２は、メサ部６０の配列方向の幅より小さくてよい。コンタクトホール５４を介して中間領域１０２のドーパントを注入することで、メサ部６０のＸ軸方向の中央に配置され、且つ、ゲートトレンチ部４０と離れた中間領域１０２を容易に形成できる。なお、中間領域１０２の幅Ｗ２は、コンタクトホール５４の幅Ｗ１より小さくてもよい。
【００８６】
図４は、図３のｃ−ｃ線におけるドーピング濃度分布の一例を示す図である。ｃ−ｃ線は、深さ方向（Ｚ軸方向）と平行な線であって、メサ部６０の配列方向（Ｘ軸方向）の中央を通過する線である。図４等に示す深さ方向のドーピング濃度分布は、ＳＲ法等で測定できるネットドーピング濃度であるが、ＳＩＭＳ法等で測定できる化学濃度を用いてもよい。本明細書においてドーピング濃度を示す図の横軸は線形軸であり、縦軸は対数軸である。本例では、ドリフト領域１８におけるドーピング濃度をＮ０としている。
【００８７】
ベース領域１４は、半導体基板１０の深さ方向のドーピング濃度分布において第１のピークＰ１を有する。第１のピークＰ１におけるドーピング濃度をＮｐ１とする。中間領域１０２は、深さ方向のドーピング濃度分布において、ピークまたはキンク部を有する。中間領域１０２のピークまたはキンク部は、第１のピークＰ１の深さ位置から、ゲートトレンチ部４０の下端１０４の深さ位置Ｄ４までに配置されていてよい。
【００８８】
図４の例では、中間領域１０２は第２のピークＰ２を有している。第２のピークＰ２におけるドーピング濃度をＮｐ２とする。中間領域１０２が、ベース領域１４の第１のピークＰ１とは異なる第２のピークＰ２を有することで、蓄積領域１６からのＮ型ドーパントが、ベース領域１４に拡散することを抑制しやすくなる。
【００８９】
本例の蓄積領域１６は、半導体基板１０の深さ方向のドーピング濃度分布において、１つ以上のピークを有する。図５の例では、蓄積領域１６は、第３のピークＰ３を有している。第３のピークＰ３のドーピング濃度をＮｃとする。中間領域１０２の第２のピークＰ２は、蓄積領域１６の第３のピークＰ３よりも上側に配置されている。本例において上側とは、ベース領域１４側を指す。このような配置により、比較的に高濃度の第３のピークＰ３のドーパントが、ベース領域１４側に拡散することを抑制できる。ドーピング濃度Ｎｐ２は、ドーピング濃度Ｎｃより高くてよい。ドーピング濃度Ｎｃはドーピング濃度Ｎｐ１より高くてよい。他の例では、ドーピング濃度Ｎｃはドーピング濃度Ｎｐ１より低くてもよい。
【００９０】
蓄積領域１６の深さ方向のドーピング濃度分布が複数のピークを有する場合、第２のピークＰ２は、蓄積領域１６の最も下側のピークよりも上側に配置されてよい。第２のピークＰ２は、蓄積領域１６の最も上側のピークよりも上側に配置されていることが好ましい。これにより、第２のピークＰ２よりも下側に配置された蓄積領域１６のピークから、ベース領域１４にドーパントが拡散することを抑制できる。
【００９１】
本例の中間領域１０２は、ベース領域１４と蓄積領域１６の境界となる深さ位置Ｄ２を含む範囲に設けられている。つまり、中間領域１０２は、深さ位置Ｄ２と重なる範囲に設けられている。本例では、中間領域１０２とベース領域１４との境界には、ドーピング濃度分布の第１の谷Ｖ１が配置されている。また、中間領域１０２と蓄積領域１６との境界には、ドーピング濃度分布の第２の谷Ｖ２が配置されている。第１の谷Ｖ１の深さ位置と、第２の谷Ｖ２の深さ位置との間に、深さ位置Ｄ２が配置されてよい。これにより、蓄積領域１６のドーパントがベース領域１４に拡散して、ベース領域１４の下端の深さ位置Ｄ２が変動することを効率よく抑制できる。谷Ｖ２ではアクセプタ濃度とドナー濃度が一致する。このため、谷Ｖ２のネットドーピング濃度は、理論上は０である。谷Ｖ２のアクセプタ濃度もしくはドナー濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度（本例ではドナー濃度）Ｎ０より高くてよい。
【００９２】
中間領域１０２の深さ方向のドーピング濃度分布は、第２のピークＰ２を基準として所定の半値全幅ＦＷＨＭを有する。半値全幅ＦＷＨＭは、第２のピークＰ２の上側におけるドーピング濃度がＮｐ２／２となる位置Ｚ１から、第２のピークＰ２の下側におけるドーピング濃度がＮｐ／２となる位置Ｚ２までの範囲の幅を指す。深さ位置Ｄ２は、第２のピークＰ２を基準とした半値全幅ＦＷＨＭの範囲内に配置されていてよい。
【００９３】
また、中間領域１０２の少なくとも一部は、深さ位置Ｄ２よりも上側に設けられていてよい。つまり深さ位置Ｚ１は、深さ位置Ｄ２よりも上側に配置されていてよい。中間領域１０２の少なくとも一部は、深さ位置Ｄ２よりも下側に設けられていてよい。つまり深さ位置Ｚ２は、深さ位置Ｄ２よりも下側に配置されていてよい。
【００９４】
このような構成により、ベース領域１４と蓄積領域１６の境界となる深さ位置Ｄ２におけるアクセプタの濃度を高くでき、蓄積領域１６からのドーパント拡散によるベース領域１４の下端の位置ずれを抑制できる。また、第１のピークＰ１と第２のピークＰ２との距離を確保しやすくなり、第２のピークＰ２が、第１のピークＰ１のドーピング濃度Ｎｐ１に与える影響を低減できる。また、蓄積領域１６に入り込む中間領域１０２の部分を小さくでき、蓄積領域１６の深さ方向における厚みを確保しやすくなる。これにより、蓄積領域１６によるＩＥ効果を維持しやすくなる。
【００９５】
第２のピークＰ２の深さ位置は、深さ位置Ｄ２と同一であってよい。他の例では、第２のピークＰ２の深さ位置は、深さ位置Ｄ２から０．２μｍ以内に配置されていてよく、０．１μｍ以内に配置されていてもよい。
【００９６】
第２のピークＰ２のドーピング濃度Ｎｐ２は、第１のピークＰ１のドーピング濃度Ｎｐ１より高くてよい。これにより、蓄積領域１６からベース領域１４へのドーパントの拡散を効率よく抑制できる。ドーピング濃度Ｎｐ２は、ドーピング濃度Ｎｐ１の２倍以上であってよく、５倍以上であってよく、１０倍以上であってもよい。
【００９７】
第２のピークＰ２のドーピング濃度Ｎｐ２は、第３のピークＰ３のドーピング濃度Ｎｃより高くてよい。これにより、蓄積領域１６からベース領域１４へのドーパントの拡散を効率よく抑制できる。ドーピング濃度Ｎｐ２は、ドーピング濃度Ｎｃの２倍以上であってよく、５倍以上であってよく、１０倍以上であってもよい。
【００９８】
中間領域１０２の第２のピークＰ２よりも下側における深さ方向のドーピング濃度分布は、ベース領域１４の第１のピークＰ１よりも下側における深さ方向のドーピング濃度分布よりも急峻に変化していてよい。つまり、深さ方向のドーピング濃度分布において、第２のピークＰ２の下側の裾１１２は、第１のピークＰ１の下側の裾１１０よりも急峻に変化している。これにより、中間領域１０２が蓄積領域１６に入り込む長さを小さくでき、蓄積領域１６の厚みを維持できる。
【００９９】
同様に、中間領域１０２の第２のピークＰ２よりも上側における深さ方向のドーピング濃度分布は、ベース領域１４の第１のピークＰ１よりも下側における深さ方向のドーピング濃度分布よりも急峻に変化していてよい。つまり、深さ方向のドーピング濃度分布において、第２のピークＰ２の上側の裾１１３は、第１のピークＰ１の下側の裾１１０よりも急峻に変化している。これにより、中間領域１０２と第１のピークＰ１との距離を確保できる。
【０１００】
図５は、ドーピング濃度分布における裾１１０、１１２、１１３の近傍を拡大した図である。本例では、第１のピークＰ１の深さ位置から、第１のピークＰ１の下側においてドーピング濃度がＮｐ１の半分となる深さ位置までの距離をＬ１とする。また、第２のピークＰ２の深さ位置から、第２のピークＰ２の下側においてドーピング濃度がＮｐ２の半分となる深さ位置までの距離をＬ２とする。裾１１２が裾１１０よりも急峻とは、距離Ｌ２が距離Ｌ１より小さいことを指してよい。距離Ｌ２は、距離Ｌ１の半分以下であってよく、１／５以下であってもよい。なお図５では、裾１１２について説明したが、裾１１３についても同様である。
【０１０１】
一例として、中間領域１０２に注入したドーパントに対する熱履歴を小さくすることで、急峻なドーピング濃度分布を有する中間領域１０２を形成できる。例えば、ベース領域１４へのドーパントの注入およびアニール処理よりも後の工程で、中間領域１０２にドーパントを注入することで、急峻なドーピング濃度分布を有する中間領域１０２を形成できる。
【０１０２】
図６は、図３のｃ−ｃ線におけるドーピング濃度分布の他の例を示す図である。本例のドーピング濃度分布は、第２のピークＰ２のドーピング濃度Ｎｐ２が、図４および図５に示した例とは異なる。他の構造は、図４および図５において説明した例と同一である。
【０１０３】
本例のドーピング濃度Ｎｐ２は、第１のピークＰ１のドーピング濃度Ｎｐ１よりも小さい。これにより、中間領域１０２が、チャネルに与える影響を低減しやすくなる。例えば、ゲートトレンチ部４０に接する位置、または、第１のピークＰ１の位置まで、中間領域１０２のドーパントが拡散することを抑制できる。ドーピング濃度Ｎｐ２は、ドーピング濃度Ｎｐ１の半分以下であってよく、１／５以下であってよく、１／１０以下であってもよい。ただし、ドーピング濃度Ｎｐ２は、中間領域１０２が設けられていないメサ部６０において、中間領域１０２に対応する領域のドーピング濃度よりも高い。
【０１０４】
ドーピング濃度Ｎｐ２は、第３のピークＰ３のドーピング濃度Ｎｃより小さくてよい。ドーピング濃度Ｎｐ２は、ドーピング濃度Ｎｃの半分以下であってよく、１／５以下であってよく、１／１０以下であってもよい。また、他の例においては、ドーピング濃度Ｎｐ２は、ドーピング濃度Ｎｐ１およびＮｃの少なくとも一方と等しくてもよい。また、他の例においては、ドーピング濃度Ｎｐ２はドーピング濃度Ｎｐ１よりも低く、さらにドーピング濃度Ｎｃはドーピング濃度Ｎｐ２より低くてもよい。
【０１０５】
図７は、図３のｃ−ｃ線におけるドーピング濃度分布の他の例を示す図である。本例のドーピング濃度分布は、中間領域１０２におけるドーピング濃度分布が、図４および図５に示した例とは異なる。他の構造は、図４および図５において説明した例と同一である。
【０１０６】
本例の中間領域１０２の深さ方向のドーピング濃度分布は、微分値が極値１２４を示すキンク部１２２を有する。ドーピング濃度分布の微分値とは、ドーピング濃度分布を深さ方向の位置で微分した値を指す。本例では、第１のピークＰ１の深さ位置で微分値が正から負に変化し、キンク部１２２の深さ位置において微分値が極小値を示す。
【０１０７】
キンク部１２２を設けることで、キンク部１２２よりも下側のドーピング濃度を、キンク部１２２を設けない場合に比べて高めることができる。本例の中間領域１０２の上側の端部は、ドーピング濃度分布の微分値が極値１２４（極小値）を示す位置である。中間領域１０２の下側の端部は、ドーピング濃度分布の谷Ｖ２の位置である。このようなキンク部１２２は、第２のピークＰ２が明瞭に観察されない程度の濃度のドーパントを注入することで形成できる。本例の中間領域１０２の深さ方向の位置および長さは、図４および図５において説明した中間領域１０２の位置および長さを適用してよい。また、キンク部１２２の極値１２４の位置を、図４および図５において説明した第２のピークＰ２の深さ位置に設けてもよい。
【０１０８】
図８は、図３のｂ−ｂ線におけるアクセプタのドーピング濃度分布の一例を示す図である。ｂ−ｂ線は、メサ部６０を挟む一方のトレンチ部から他方のトレンチ部まで伸びるＸ軸と平行な線であって、中間領域１０２を通過する線である。ｂ−ｂ線は、ＰＮ接合１０６より上側に配置されている。図８において、横軸は幅方向（Ｘ軸方向）の位置を示しており、縦軸はアクセプタのドーピング濃度を示している。図８におけるドーピング濃度は、一例としてＳＩＭＳ法等で測定できる化学濃度であるが、ＳＲ法等で測定できるｐ型層およびｎ型層のキャリア濃度であってよく、キャリア濃度から算出したネットドーピング濃度であってもよい。ネットドーピング濃度の場合、ドナーのドーピング濃度の影響を十分低減できる程度に、ｂ−ｂ線はＰＮ接合１０６から離れていることが好ましい。例えばｂ−ｂ線とＰＮ接合１０６との距離は、０．１μｍ以上である。
【０１０９】
本例のドーピング濃度分布は、メサ部６０のＸ軸方向の中央位置ｃにおいて、ピーク濃度Ｎｐとなる。ドーピング濃度分布は、Ｘ軸方向の所定の範囲において、一定のピーク濃度Ｎｐを有してもよい。一定のピーク濃度とは、１０％以内の誤差を含んでよい。本明細書において同一、一定等の用語を用いた場合、１０％以内の誤差を許容してよい。一定のピーク濃度Ｎｐを示す範囲のＸ軸方向における幅は、図３に示したコンタクトホール５４の幅Ｗ１と同一であってよい。他の例では、ドーピング濃度分布は、コンタクトホール５４の幅Ｗ１よりも短い範囲で、ピーク濃度Ｎｐを示してもよい。
【０１１０】
ｂ−ｂ線において、ゲートトレンチ部４０に接する位置のアクセプタのドーピング濃度Ｎ１は、ピーク濃度Ｎｐよりも低い。中間領域１０２とゲートトレンチ部４０との間には、ベース領域１４が設けられてよい。この場合、ドーピング濃度Ｎ１は、中間領域１０２が設けられていない他のメサ部６０において、ｂ−ｂ線と同一の深さ位置のベース領域１４のドーピング濃度と同一である。
【０１１１】
中間領域１０２とゲートトレンチ部４０との距離をＷ３とする。距離Ｗ３は、中間領域１０２の幅Ｗ２より小さくてよい。これにより、ゲートトレンチ部４０の近傍まで中間領域１０２を形成できる。このため、蓄積領域１６からのＮ型ドーパントが、ベース領域１４に拡散することを抑制しやすくなる。距離Ｗ３は、０．１μｍ以上であってよく、０．２μｍ以上であってもよい。これにより、中間領域１０２がチャネルに与える影響を抑制できる。
【０１１２】
図９は、図３のｄ−ｄ線におけるドーピング濃度分布の一例を示す図である。ｄ−ｄ線は、深さ方向（Ｚ軸方向）と平行な線であって、ゲートトレンチ部４０の近傍のメサ部６０を通過する線である。ｄ−ｄ線は、ゲートトレンチ部４０とメサ部６０との境界を通過してよい。本例では、中間領域１０２はゲートトレンチ部４０と離れて配置されている。このため、図９に示すドーピング濃度分布には、中間領域１０２が設けられていない。本例のドーピング濃度分布は、ベース領域１４と蓄積領域１６との境界の深さ位置Ｄ２において、第３の谷Ｖ３を有している。
【０１１３】
ゲート閾値は、ゲートトレンチ部４０に接するベース領域１４のピーク濃度Ｎｐ１に依存する。ピーク濃度Ｎｐ１は、中間領域１０２のドーパント（本例ではアクセプタ）の影響をできるだけ受けないことが好ましい。一例として、距離Ｗ３を上記のようにしてよい。
谷Ｖ３では、アクセプタ濃度とドナー濃度が一致する。このため、谷Ｖ３のネットドーピング濃度は、理論上は０である。谷Ｖ３のアクセプタ濃度もしくはドナー濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度（本例ではドナー濃度）Ｎ０より高くてよい。谷Ｖ３のアクセプタ濃度またはドナー濃度は、谷Ｖ２のアクセプタ濃度またはドナー濃度より低くてよい。
【０１１４】
図１０は、図３のｂ−ｂ線におけるアクセプタのドーピング濃度分布の他の例を示す図である。本例の中間領域１０２は、ゲートトレンチ部４０と接して設けられている。他の構造は、図２から図７において説明したいずれかの態様と同一である。中間領域１０２は、メサ部６０の両側のトレンチ部と接していてよい。
【０１１５】
本例のドーピング濃度分布は、メサ部６０のＸ軸方向の中央位置ｃにおいて、ピーク濃度Ｎｐとなる。ドーピング濃度分布は、Ｘ軸方向の所定の範囲において、一定のピーク濃度Ｎｐを有してもよい。ピーク濃度Ｎｐは、ドーピング濃度Ｎｐ１より低い。これにより、中間領域１０２を備えつつ、ゲート閾値はＮｐ１によって決定できる。ｂ−ｂ線において、ゲートトレンチ部４０に接する位置のアクセプタのドーピング濃度Ｎ２は、ピーク濃度Ｎｐよりも低い。ただし、中間領域１０２が設けられていないメサ部６０において、ｂ−ｂ線と同一の深さ位置のドーピング濃度（例えばＮ１）よりも高い。このような構成によっても、蓄積領域１６からベース領域１４へのドーパントの拡散を抑制できる。また、ドーピング濃度Ｎ２をピーク濃度Ｎｐよりも低くすることで、中間領域１０２がチャネルに与える影響を抑制できる。ドーピング濃度Ｎ２は、ピーク濃度Ｎｐの半分以下であってよく、１／５以下であってよく、１／１０以下であってもよい。
【０１１６】
図１１は、図３のｄ−ｄ線におけるドーピング濃度分布の他の例を示す図である。図１１の例においては、図１０において説明したように、中間領域１０２がゲートトレンチ部４０と接して配置されている。
【０１１７】
ゲートトレンチ部４０と接する位置における深さ方向のドーピング濃度分布は、中間領域１０２において第２のピークＰ２'を有する。第２のピークＰ２'の深さ位置は、メサ部６０の幅方向中央における第２のピークＰ２の深さ位置と同一である。第２のピークＰ２'のドーピング濃度はＮ３である。本例では、第２のピークＰ２'のドーピング濃度Ｎ３は、第１のピークＰ１のドーピング濃度Ｎｐ１より低い。これにより、蓄積領域１６からベース領域１４へのドーパントの拡散を抑制しつつ、中間領域１０２のチャネルへの影響を抑制できる。ドーピング濃度Ｎ３は、ドーピング濃度Ｎｐ１の半分以下であってよく、１／５以下であってよく、１／１０以下であってもよい。
【０１１８】
なお、ベース領域１４は、幅方向（Ｘ軸方向）において均一なドーピング濃度分布を有してよい。例えば、メサ部６０の幅方向中央における第１のピークＰ１のドーピング濃度と、ゲートトレンチ部４０に接する位置における第１のピークＰ１のドーピング濃度は等しい。
【０１１９】
本例のドーピング濃度分布は、図４に示した例、および、図６に示した例のいずれとも組み合わせることができる。図４の例と組み合わせた場合、メサ部６０の幅方向中央においては、第２のピークＰ２のドーピング濃度Ｎｐ２は、第１のピークＰ１のドーピング濃度Ｎｐ１より大きく、ゲートトレンチ部４０と接する位置においては、第２のピークＰ２'のドーピング濃度Ｎ３は、第１のピークＰ１のドーピング濃度Ｎｐ１より小さい。これにより、蓄積領域１６からベース領域１４へのドーパントの拡散を効率よく抑制しつつ、中間領域１０２のチャネルへの影響を抑制できる。図６の例と組み合わせた場合、メサ部６０の中央およびゲートトレンチ部４０と接する位置の両方において、第２のピークＰ２（Ｐ２'）のドーピング濃度Ｎｐ２（Ｎ３）は、第１のピークＰ１のドーピング濃度Ｎｐ１より小さい。
【０１２０】
図１２は、メサ部６０の他の構成例を示す図である。本例のメサ部６０は、深さ方向において複数の蓄積領域１６を有する。蓄積領域１６の深さ方向における段数は、２段であってよく、３段であってよく、他の段数であってもよい。
【０１２１】
図１３は、図１２のｅ−ｅ線におけるドーピング濃度分布の一例を示す図である。ｅ−ｅ線は、深さ方向（Ｚ軸方向）と平行な線であって、メサ部６０の配列方向（Ｘ軸方向）の中央を通過する線である。
【０１２２】
それぞれの蓄積領域１６は、深さ方向におけるドーピング濃度分布においてピークを有する。中間領域１０２の第２のピークＰ２よりも下側に、少なくとも２つの蓄積領域１６のピークが配置されていてよい。これにより、ベース領域１４を通過した電子電流を、メサ部６０の幅方向中央近傍に流しやすくなる。メサ部６０の中央に電子電流を流すことで、蓄積領域１６の下方においてダミートレンチ部３０からゲートトレンチ部４０にかけて連続的に分布している正孔の分布を分断できる。これにより、半導体装置１００のターンオン時にゲートトレンチ部４０に流れる変位電流を低減できる。変位電流の低減については、例えば、ＷＯ２０１８／０３０４４０号に開示されている。
【０１２３】
図１４は、上面視における中間領域１０２の配置例を示す図である。図１４においては、ゲートトレンチ部４０に接して配置された一つのメサ部６０を、部分的に示している。図１４においては、トレンチ部に接していない中間領域１０２を示しているが、中間領域１０２はトレンチ部に接していてもよい。図１に示したように、メサ部６０は、半導体基板１０の上面において配列方向（Ｘ軸方向）と直交する延伸方向（Ｙ軸方向）に延伸して設けられている。本例のメサ部６０には、延伸方向においてエミッタ領域１２とコンタクト領域１５とが交互に配置されている。
【０１２４】
本例の中間領域１０２は、延伸方向（Ｙ軸方向）において、離散的に配置されている。なお配列方向（Ｘ軸方向）においては、中間領域１０２は、メサ部６０の中央に配置されている。複数の中間領域１０２は、延伸方向に所定の間隔で配置されていてよい。本例の中間領域１０２は、エミッタ領域１２と一対一に対応して配置されている。それぞれの中間領域１０２は、対応するエミッタ領域１２の延伸方向（Ｙ軸方向）における少なくとも一部の範囲と重なって配置されている。
【０１２５】
図１４に示す例では、それぞれの中間領域１０２の延伸方向における長さは、対応するエミッタ領域１２の延伸方向における長さよりも長い。つまり、それぞれの中間領域１０２は、対応するエミッタ領域１２の延伸方向における全範囲にわたって設けられている。この場合、それぞれの中間領域１０２の延伸方向における両端は、コンタクト領域１５と重なる位置に配置されている。ただし、それぞれの中間領域１０２は、コンタクト領域１５の延伸方向における少なくとも一部の範囲に重ならずに配置されている。つまり、コンタクト領域１５は、メサ部６０のＸ軸方向の中央位置において、中間領域１０２と重ならない部分を有する。
【０１２６】
コンタクト領域１５と中間領域１０２とを重ねて配置すると、正孔が中間領域１０２およびコンタクト領域１５を通って、エミッタ電極５２に過剰に引き抜かれる場合がある。この場合、トランジスタ部７０のオン電圧が上昇してしまう。本例では、中間領域１０２をエミッタ領域１２と重なる位置に選択的に設けているので、短チャネル効果を抑制しつつ、オン電圧の上昇を抑制できる。
【０１２７】
なお、中間領域１０２の配置は、図１４の例に限定されない。図１に示したように、中間領域１０２は、１つ以上のエミッタ領域１２および１つ以上のコンタクト領域１５にまたがって、延伸方向において連続的に設けられていてもよい。
【０１２８】
図１５は、図１４におけるｆ−ｆ断面の一例を示す図である。ｆ−ｆ断面は、中間領域１０２を通過するＹＺ面である。図１４において説明したように、中間領域１０２は、上面視においてエミッタ領域１２と重なる位置に設けられる。つまり、中間領域１０２とエミッタ領域１２とは、Ｚ軸方向において対向して配置されている。
【０１２９】
Ｙ軸方向における、エミッタ領域１２の長さをＹ１、中間領域１０２の長さをＹ２、中間領域１０２の間隔をＹ３とする。長さＹ２は、長さＹ１よりも大きくてよい。長さＹ２は、長さＹ１の１．１倍以上であってよい。長さＹ２は、長さＹ３より大きくてよい。長さＹ２は、長さＹ３の１．５倍以上であってよく、２倍以上であってもよい。
【０１３０】
半導体基板１０の内部において、コンタクト領域１５と中間領域１０２とは離れて配置されている。本例では、コンタクト領域１５と中間領域１０２との間には、ベース領域１４が設けられている。これにより、中間領域１０２からコンタクト領域１５への正孔の移動を抑制できる。このため、半導体装置１００のオン電圧の上昇を抑制できる。
【０１３１】
また、半導体基板１０の内部において、エミッタ領域１２と中間領域１０２とは離れて配置されている。本例では、エミッタ領域１２と中間領域１０２との間には、ベース領域１４が設けられている。これにより、短チャネル効果を抑制できる。
【０１３２】
図１６は、ｆ−ｆ断面の他の例を示す図である。本例における中間領域１０２は、図１に示したように、Ｙ軸方向に連続して配置されている。他の構造は、図１５に示した例と同一である。このような構成によっても、短チャネル効果を抑制できる。
【０１３３】
図１７は、メサ部６０の他の例を示す拡大図である。本例のメサ部６０は、中間領域１０２の配置が、図３に示した例と異なる。中間領域１０２の配置以外の構造は、図１から図１６において説明したいずれかの態様と同一であってよい。
【０１３４】
本例の中間領域１０２は、ベース領域１４と蓄積領域１６の境界のＰＮ接合１０６よりも下側に配置されている。つまり中間領域１０２は、全体が蓄積領域１６の内側に配置されている。
【０１３５】
図１８は、図１７のｇ−ｇ線におけるドーピング濃度分布の一例を示す図である。ｇ−ｇ線は、深さ方向（Ｚ軸方向）と平行な線であって、メサ部６０の配列方向（Ｘ軸方向）の中央を通過する線である。
【０１３６】
中間領域１０２の上側および下側には、蓄積領域１６が配置されている。中間領域１０２は、蓄積領域１６の第３のピークＰ３よりも上側に配置されていることが好ましい。また、ＰＮ接合１０６と、中間領域１０２の第２のピークＰ２とのＺ軸方向における距離をＬ３とし、ＰＮ接合１０６と、ドリフト領域１８の上端（すなわち蓄積領域１６の下端）との距離をＬ４とする。距離Ｌ３は、距離Ｌ４の半分以下であってよく、１／３以下であってもよい。距離Ｌ３を小さくすることで、中間領域１０２の下側における蓄積領域１６の厚みを確保して、ＩＥ効果を維持しやすくなる。
【０１３７】
図１９は、半導体装置１００の製造方法の一例を示す図である。図１９においては、ベース領域１４、蓄積領域１６、中間領域１０２を形成する工程を示しており、他の工程を省略している。
【０１３８】
本例の製造方法は、第１注入段階Ｓ１８００および第１アニール段階Ｓ１８０２を有する。第１注入段階Ｓ１８００では、ドリフト領域１８を有する半導体基板１０に、第２導電型のドーパントを注入する。第２導電型のドーパントは、ベース領域１４を形成すべき領域に注入される。第２導電型のドーパントは、例えばボロン等のイオンである。第１アニール段階Ｓ１８０２では、半導体基板１０をアニールすることで、ドーパントを活性化させてベース領域１４を形成する。
【０１３９】
本例の製造方法は、第１アニール段階Ｓ１８０２の後に、蓄積領域形成段階Ｓ１８０４を有する。蓄積領域形成段階Ｓ１８０４においては、半導体基板１０に第１導電型のドーパントを注入してから、半導体基板１０をアニールすることで、蓄積領域１６を形成する。第１導電型のドーパントは、例えば水素またはリン等のイオンである。
【０１４０】
本例の製造方法は、蓄積領域形成段階Ｓ１８０４の後に、第２注入段階Ｓ１８０６および第２アニール段階Ｓ１８０８を有する。第２注入段階Ｓ１８０６では、半導体基板１０に第２導電型のドーパントを注入する。第２導電型のドーパントは、中間領域１０２を形成すべき領域に注入される。第２導電型のドーパントは、例えばボロン等のイオンである。第２アニール段階Ｓ１８０８では、半導体基板１０をアニールすることで、ドーパントを活性化させて中間領域１０２を形成する。
【０１４１】
ベース領域１４よりも中間領域１０２を後に形成することで、中間領域１０２における熱履歴を小さくできる。このため、中間領域１０２の深さ方向のドーピング濃度分布を急峻にできる。従って、短チャネル効果を抑制しつつ、中間領域１０２がチャネル等に与える影響を小さくできる。
【０１４２】
第２アニール段階Ｓ１８０８におけるアニール温度は、第１アニール段階Ｓ１８０２におけるアニール温度よりも低いことが好ましい。また、第２アニール段階Ｓ１８０８におけるアニール時間は、第１アニール段階Ｓ１８０２におけるアニール時間よりも短いことが好ましい。これにより、中間領域１０２の深さ方向のドーピング濃度分布をより急峻にできる。一例として、第１アニール段階Ｓ１８０２におけるアニール温度は１１００℃以上１２００℃以下であり、第２アニール段階Ｓ１８０８におけるアニール温度は８００℃以上９００℃以下である。また、第１アニール段階Ｓ１８０２におけるアニール時間は１時間以上３時間以下であり、第２アニール段階Ｓ１８０８におけるアニール時間は５秒以上、１分以内である。
【０１４３】
なお、第１アニール段階Ｓ１８０２は、第１注入段階Ｓ１８００の後に行うアニール工程のうち、第１注入段階Ｓ１８００に最も近いタイミングで行うアニール工程を指してよい。同様に、第２アニール段階Ｓ１８０８は、第２注入段階Ｓ１８０６の後に行うアニール工程のうち、第２注入段階Ｓ１８０６に最も近いタイミングで行うアニール工程を指してよい。
【０１４４】
また、第２アニール段階Ｓ１８０８におけるアニール温度は、蓄積領域形成段階Ｓ１８０４におけるアニール温度よりも低いことが好ましい。また、第２アニール段階Ｓ１８０８におけるアニール時間は、蓄積領域形成段階Ｓ１８０４におけるアニール時間よりも短いことが好ましい。一例として、蓄積領域形成段階Ｓ１８０４におけるアニール温度は９００℃以上１１００℃以下であり、アニール時間は５分以上１時間以下である。
【０１４５】
中間領域１０２を形成することで、第２注入段階Ｓ１８０６よりも後のアニール工程において、蓄積領域１６のドーパントがベース領域１４に拡散することを抑制できる。
【０１４６】
図２０は、中間領域１０２の第２のピークＰ２の深さ位置と、半導体装置１００のオン電圧との関係の一例を示す図である。本例では、ＰＮ接合１０６の深さ位置は、半導体基板１０の上面２１から２μｍである。また、蓄積領域１６の第３のピークＰ３の深さ位置は、２．５μｍである。また、中間領域１０２を設けない場合のオン電圧は３Ｖである。
【０１４７】
第２のピークＰ２の深さ位置が、第３のピークＰ３の深さ位置（２．５μｍ）より十分浅ければ、中間領域１０２を設けても蓄積領域１６のＩＥ効果はそれほど低減しないので、オン電圧もそれほど上昇しない。第２のピークＰ２の深さ位置が、ＰＮ接合１０６の深さ位置（２μｍ）よりも０．１μｍ程度深くなると、オン電圧は大幅に増大する。そして、第２のピークＰ２の深さ位置が、第３のピークＰ３の深さ位置と同一になると、オン電圧は極大値となる。
【０１４８】
このため、第２のピークＰ２は、第３のピークＰ３よりも浅い位置に配置されることが好ましい。第２のピークＰ２は、第３のピークＰ３と、ＰＮ接合１０６との中間点（本例では深さ２．２５μｍ）よりも浅い位置に配置されてよい。第２のピークＰ２は、ＰＮ接合１０６の深さ位置に対して、０．１μｍ以内に範囲に配置されてもよい。これにより、第２のピークＰ２を、第１のピークＰ１および第３のピークＰ３の両方から離すことができる。
【０１４９】
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。
【符号の説明】
【０１５０】
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、２５・・・接続部、２９・・・延伸部分、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・・・延伸部分、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、４８・・・ゲート配線、４９・・・コンタクトホール、５０・・・ゲート金属層、５２・・・エミッタ電極、５４・・・コンタクトホール、５６・・・コンタクトホール、６０・・・メサ部、７０・・・トランジスタ部、８０・・・ダイオード部、８２・・・カソード領域、９０・・・境界部、１００・・・半導体装置、１０２・・・中間領域、１０４・・・下端、１０６・・・ＰＮ接合、１０８・・・端部、１１０・・・裾、１１２・・・裾、１１３・・・裾、１２２・・・キンク部、１２４・・・極値
【図１】
2019244681.tif 000003
【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】
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【図８】
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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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年10月31日(2019.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、
前記半導体基板の上面から前記ドリフト領域まで達して設けられ、且つ、前記半導体基板の上面において配列方向に複数配列されたトレンチ部と、
前記半導体基板の内部において２つの前記トレンチ部に挟まれた領域であるメサ部と
を備え、
前記トレンチ部は、１つ以上のゲートトレンチ部および１つ以上のダミートレンチ部を有し、
前記ゲートトレンチ部に接する少なくとも一つの前記メサ部は、
前記半導体基板の上面に露出して、且つ、前記ゲートトレンチ部と接して設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域の下方に設けられ、且つ、前記ゲートトレンチ部と接して設けられた第２導電型のベース領域と、
前記ベース領域の下方に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型の蓄積領域と、
前記ベース領域の上端と前記蓄積領域の下端との間の深さ位置に設けられた第２導電型の中間領域と
を有し、
前記ベース領域は、前記半導体基板の深さ方向のドーピング濃度分布において第１のピークを有し、
前記中間領域は、前記深さ方向のドーピング濃度分布において、前記第１のピークから前記トレンチ部の下端の深さ位置までに第２のピークおよびキンク部の少なくとも一方を有する半導体装置。
【請求項２】
前記中間領域が設けられた深さ位置において、前記メサ部の前記配列方向の中央の第２導電型ドーパントのドーピング濃度が、前記トレンチ部に接する位置の第２導電型ドーパントのドーピング濃度よりも高い
請求項１に記載の半導体装置。
半導体装置。
【請求項３】
前記中間領域は前記第２のピークを有しており、
前記蓄積領域は、前記半導体基板の深さ方向のドーピング濃度分布において、１つ以上のピークを有しており、
前記第２のピークは、前記蓄積領域の最も下側の前記ピークよりも上側に配置されている
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２のピークは、前記蓄積領域の最も上側の前記ピークよりも上側に配置されている
請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ベース領域と前記蓄積領域との境界のうち、前記ゲートトレンチ部と接する部分の深さ位置が、前記第２のピークの深さ位置を基準とした前記中間領域のドーピング濃度分布の半値幅の範囲内である
請求項３または４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記中間領域の少なくとも一部は、前記ベース領域と前記蓄積領域との境界のうち、前記ゲートトレンチ部と接する部分の深さ位置よりも上側に設けられている
請求項３から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２のピークのドーピング濃度は、前記第１のピークのドーピング濃度よりも高い
請求項３から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２のピークのドーピング濃度は、前記蓄積領域のドーピング濃度よりも高い
請求項３から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記中間領域の前記第２のピークよりも下側における深さ方向のドーピング濃度分布は、前記ベース領域の前記第１のピークよりも下側における深さ方向のドーピング濃度分布よりも急峻に変化している
請求項３から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記中間領域の前記第２のピークよりも上側における深さ方向のドーピング濃度分布は、前記ベース領域の前記第１のピークよりも下側における深さ方向のドーピング濃度分布よりも急峻に変化している
請求項３から９のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記中間領域は、前記ゲートトレンチ部と離れて配置されている
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記中間領域は、
前記ベース領域と前記蓄積領域との境界をまたいで設けられ、
上端が前記ベース領域と接している
請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記中間領域は、前記ゲートトレンチ部と接して配置されており、
前記ゲートトレンチ部と接する位置の前記第２のピークのドーピング濃度は、前記第１のピークのドーピング濃度よりも低い
請求項３から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記メサ部は、前記半導体基板の上面において前記配列方向と直交する延伸方向に延伸して設けられており、
前記メサ部は、前記延伸方向において前記エミッタ領域と交互に前記半導体基板の上面に露出するように配置された、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のコンタクト領域を有し、
前記中間領域は、前記エミッタ領域の前記延伸方向における少なくとも一部の範囲と重なって配置されており、且つ、前記コンタクト領域の前記延伸方向における少なくとも一部の範囲に重ならずに配置されている
請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
一つの前記中間領域の前記延伸方向における長さは、一つの前記エミッタ領域の前記延伸方向における長さよりも長い
請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記半導体基板の内部において、前記コンタクト領域と前記中間領域とは離れて配置されている
請求項１４または１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記半導体基板の内部において、前記エミッタ領域と前記中間領域とは離れて配置されている
請求項１４から１６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記中間領域の少なくとも一部は、前記ゲートトレンチ部と前記ダミートレンチ部とに挟まれた前記メサ部に配置されており、
前記中間領域は、前記ダミートレンチ部と離れて配置されている
請求項１から１７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の半導体装置を製造する製造方法であって、
前記ドリフト領域を有する前記半導体基板に第２導電型のドーパントを注入する第１注入段階と、
前記半導体基板をアニールすることで、前記ベース領域を形成する第１アニール段階と、
前記第１アニール段階の後に、前記半導体基板に第２導電型のドーパントを注入する第２注入段階と、
前記第１アニール段階よりも低い温度で前記半導体基板をアニールすることで、前記中間領域を形成する第２アニール段階と
を備える製造方法。
【請求項２０】
前記第２アニール段階のアニール時間は、前記第１アニール段階のアニール時間よりも短い
請求項１９に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記第１アニール段階と、前記第２注入段階との間に、
前記半導体基板に第１導電型のドーパントを注入して、前記半導体基板をアニールすることで、前記蓄積領域を形成する段階を備える
請求項１９または２０に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記第２アニール段階のアニール温度は、前記蓄積領域を形成する段階のアニール温度よりも低く、
前記第２アニール段階のアニール時間は、前記蓄積領域を形成する段階のアニール時間よりも短い
請求項２１に記載の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月26日(2020.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、
前記半導体基板の上面から前記ドリフト領域まで達して設けられ、且つ、前記半導体基板の上面において配列方向に複数配列されたトレンチ部と、
前記半導体基板の内部において２つの前記トレンチ部に挟まれた領域であるメサ部と
を備え、
前記トレンチ部は、１つ以上のゲートトレンチ部および１つ以上のダミートレンチ部を有し、
前記ゲートトレンチ部に接する少なくとも一つの前記メサ部は、
前記半導体基板の上面に露出して、且つ、前記ゲートトレンチ部と接して設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域の下方に設けられ、且つ、前記ゲートトレンチ部と接して設けられた第２導電型のベース領域と、
前記ベース領域の下方に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型の蓄積領域と、
前記ベース領域の上端と前記蓄積領域の下端との間の深さ位置に設けられた第２導電型の中間領域と
を有し、
前記ベース領域は、前記半導体基板の深さ方向のドーピング濃度分布において第１のピークを有し、
前記中間領域は、前記深さ方向のドーピング濃度分布において、前記第１のピークから前記トレンチ部の下端の深さ位置までに第２のピークおよびキンク部の少なくとも一方を有する半導体装置。
【請求項２】
前記中間領域が設けられた深さ位置において、前記メサ部の前記配列方向の中央の第２導電型ドーパントのドーピング濃度が、前記トレンチ部に接する位置の第２導電型ドーパントのドーピング濃度よりも高い
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記中間領域は前記第２のピークを有しており、
前記蓄積領域は、前記半導体基板の深さ方向のドーピング濃度分布において、１つ以上のピークを有しており、
前記第２のピークは、前記蓄積領域の最も下側の前記ピークよりも上側に配置されている
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２のピークは、前記蓄積領域の最も上側の前記ピークよりも上側に配置されている
請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ベース領域と前記蓄積領域との境界のうち、前記ゲートトレンチ部と接する部分の深さ位置が、前記第２のピークの深さ位置を基準とした前記中間領域のドーピング濃度分布の半値幅の範囲内である
請求項３または４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記中間領域の少なくとも一部は、前記ベース領域と前記蓄積領域との境界のうち、前記ゲートトレンチ部と接する部分の深さ位置よりも上側に設けられている
請求項３から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２のピークのドーピング濃度は、前記第１のピークのドーピング濃度よりも高い
請求項３から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２のピークのドーピング濃度は、前記蓄積領域のドーピング濃度よりも高い
請求項３から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記中間領域の前記第２のピークよりも下側における深さ方向のドーピング濃度分布は、前記ベース領域の前記第１のピークよりも下側における深さ方向のドーピング濃度分布よりも急峻に変化している
請求項３から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記中間領域の前記第２のピークよりも上側における深さ方向のドーピング濃度分布は、前記ベース領域の前記第１のピークよりも下側における深さ方向のドーピング濃度分布よりも急峻に変化している
請求項３から９のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記中間領域は、前記ゲートトレンチ部と離れて配置されている
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記中間領域は、
前記ベース領域と前記蓄積領域との境界をまたいで設けられ、
上端が前記ベース領域と接している
請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記中間領域は、前記ゲートトレンチ部と接して配置されており、
前記ゲートトレンチ部と接する位置の前記第２のピークのドーピング濃度は、前記第１のピークのドーピング濃度よりも低い
請求項３から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記メサ部は、前記半導体基板の上面において前記配列方向と直交する延伸方向に延伸して設けられており、
前記メサ部は、前記延伸方向において前記エミッタ領域と交互に前記半導体基板の上面に露出するように配置された、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のコンタクト領域を有し、
前記中間領域は、前記エミッタ領域の前記延伸方向における少なくとも一部の範囲と重なって配置されており、且つ、前記コンタクト領域の前記延伸方向における少なくとも一部の範囲に重ならずに配置されている
請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
一つの前記中間領域の前記延伸方向における長さは、一つの前記エミッタ領域の前記延伸方向における長さよりも長い
請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記半導体基板の内部において、前記コンタクト領域と前記中間領域とは離れて配置されている
請求項１４または１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記半導体基板の内部において、前記エミッタ領域と前記中間領域とは離れて配置されている
請求項１４から１６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記中間領域の少なくとも一部は、前記ゲートトレンチ部と前記ダミートレンチ部とに挟まれた前記メサ部に配置されており、
前記中間領域は、前記ダミートレンチ部と離れて配置されている
請求項１から１７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の半導体装置を製造する製造方法であって、
前記ドリフト領域を有する前記半導体基板に第２導電型のドーパントを注入する第１注入段階と、
前記半導体基板をアニールすることで、前記ベース領域を形成する第１アニール段階と、
前記第１アニール段階の後に、前記半導体基板に第２導電型のドーパントを注入する第２注入段階と、
前記第１アニール段階よりも低い温度で前記半導体基板をアニールすることで、前記中間領域を形成する第２アニール段階と
を備える製造方法。
【請求項２０】
前記第２アニール段階のアニール時間は、前記第１アニール段階のアニール時間よりも短い
請求項１９に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記第１アニール段階と、前記第２注入段階との間に、
前記半導体基板に第１導電型のドーパントを注入して、前記半導体基板をアニールすることで、前記蓄積領域を形成する段階を備える
請求項１９または２０に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記第２アニール段階のアニール温度は、前記蓄積領域を形成する段階のアニール温度よりも低く、
前記第２アニール段階のアニール時間は、前記蓄積領域を形成する段階のアニール時間よりも短い
請求項２１に記載の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
半導体装置においては、実効チャネル長が短くなる短チャネル効果を抑制することが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
中間領域１０２の深さ方向のドーピング濃度分布は、第２のピークＰ２を基準として所定の半値全幅ＦＷＨＭを有する。半値全幅ＦＷＨＭは、第２のピークＰ２の上側におけるドーピング濃度がＮｐ２／２となる位置Ｚ１から、第２のピークＰ２の下側におけるドーピング濃度がＮｐ２／２となる位置Ｚ２までの範囲の幅を指す。深さ位置Ｄ２は、第２のピークＰ２を基準とした半値全幅ＦＷＨＭの範囲内に配置されていてよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２３】
図１４は、上面視における中間領域１０２の他の配置例を示す図である。図１４においては、ゲートトレンチ部４０に接して配置された一つのメサ部６０を、部分的に示している。図１４においては、トレンチ部に接していない中間領域１０２を示しているが、中間領域１０２はトレンチ部に接していてもよい。図１に示したように、メサ部６０は、半導体基板１０の上面において配列方向（Ｘ軸方向）と直交する延伸方向（Ｙ軸方向）に延伸して設けられている。本例のメサ部６０には、延伸方向においてエミッタ領域１２とコンタクト領域１５とが交互に配置されている。
【国際調査報告】
2019244681.tif 000023
2019244681.tif 000024
2019244681.tif 000025
2019244681.tif 000026