(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板にＩＧＢＴ領域とダイオード領域とが形成されている半導体装置であって、
前記ＩＧＢＴ領域は、
前記半導体基板の表面の一部に露出しているｎ型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域より深い位置に設けられているｐ型のＩＧＢＴボディ領域と、
前記ＩＧＢＴボディ領域より深い位置に設けられているｎ型のＩＧＢＴバリア領域と、
前記ＩＧＢＴバリア領域より深い位置に設けられており、ＩＧＢＴバリア領域よりもｎ型不純物濃度が低いｎ型のＩＧＢＴドリフト領域と、
前記ＩＧＢＴドリフト領域より深い位置であって、前記半導体基板の裏面に露出しているｐ型のコレクタ領域と、
前記エミッタ領域と、前記ＩＧＢＴボディ領域と、ＩＧＢＴバリア領域とを貫通し、その下端部が前記ＩＧＢＴドリフト領域内に突き出している第１トレンチと、
前記第１トレンチの内面を覆う第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜で覆われた状態で前記第１トレンチ内に収容されている第１ゲート電極、を有しており、
前記ダイオード領域は、
前記半導体基板の表面に露出しているｐ型のダイオードトップボディ領域と、
前記ダイオードトップボディ領域より深い位置に設けられているｎ型のダイオードバリア領域と、
前記ダイオードバリア領域より深い位置に設けられているｐ型のダイオードボトムボディ領域と、
前記ダイオードボトムボディ領域より深い位置に設けられており、前記半導体基板の裏面に露出しているｎ型のカソード領域と、
前記ダイオードトップボディ領域と前記ダイオードバリア領域と前記ダイオードボトムボディ領域とを貫通し、その下端部が前記カソード領域内に突き出している第２トレンチと、
前記第２トレンチの内面を覆う第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜で覆われた状態で前記第２トレンチ内に収容されている第２ゲート電極、を有しており、
前記ダイオードバリア領域のうち、前記第２絶縁膜に接する特定部分のｎ型不純物濃度は、前記ＩＧＢＴバリア領域のｎ型不純物濃度よりも高い、
半導体装置。
【請求項２】
前記特定部分のｎ型不純物濃度は、前記ダイオードバリア領域のうち、前記特定部分外の部分のｎ型不純物濃度よりも高い、
請求項１の半導体装置。
【請求項３】
前記ＩＧＢＴボディ領域、ダイオードトップボディ領域、及び、ダイオードボトムボディ領域は、同等のｐ型不純物濃度を有する、
請求項１又は２の半導体装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかの半導体装置を使用する方法であって、
前記ダイオード領域をオンする場合において、第２ゲート電極に負電圧を印加し、前記特定部分をｐ型に反転させる、
半導体装置の使用方法。
【請求項５】
半導体基板にＩＧＢＴ領域とダイオード領域とが形成されている半導体装置を使用する方法であって、
前記ＩＧＢＴ領域は、
前記半導体基板の表面の一部に露出しているｎ型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域より深い位置に設けられているｐ型のＩＧＢＴボディ領域と、
前記ＩＧＢＴボディ領域より深い位置に設けられているｎ型のＩＧＢＴバリア領域と、
前記ＩＧＢＴバリア領域より深い位置に設けられており、ＩＧＢＴバリア領域よりもｎ型不純物濃度が低いｎ型のＩＧＢＴドリフト領域と、
前記ＩＧＢＴドリフト領域より深い位置であって、前記半導体基板の裏面に露出しているｐ型のコレクタ領域と、
前記エミッタ領域と、前記ＩＧＢＴボディ領域と、ＩＧＢＴバリア領域とを貫通し、その下端部が前記ＩＧＢＴドリフト領域内に突き出している第１トレンチと、
前記第１トレンチの内面を覆う第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜で覆われた状態で前記第１トレンチ内に収容されている第１ゲート電極、を有しており、
前記ダイオード領域は、
前記半導体基板の表面に露出しているｐ型のダイオードトップボディ領域と、
前記ダイオードトップボディ領域より深い位置に設けられているｎ型のダイオードバリア領域と、
前記ダイオードバリア領域より深い位置に設けられているｐ型のダイオードボトムボディ領域と、
前記ダイオードボトムボディ領域より深い位置に設けられており、前記半導体基板の裏面に露出しているｎ型のカソード領域と、
前記ダイオードトップボディ領域と前記ダイオードバリア領域と前記ダイオードボトムボディ領域とを貫通し、その下端部が前記カソード領域内に突き出している第２トレンチと、
前記第２トレンチの内面を覆う第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜で覆われた状態で前記第２トレンチ内に収容されている第２ゲート電極、を有しており、
前記第２絶縁膜は前記第１絶縁膜よりも厚く、
前記ダイオード領域をオンする場合において、第２ゲート電極に負電圧を印加し、前記ダイオードバリア領域のうち、前記第２絶縁膜に接する部分をｐ型に反転させる、
半導体装置の使用方法。
【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、半導体基板にＩＧＢＴ領域とダイオード領域とが形成されている半導体基板を有する半導体装置が開示されている。ＩＧＢＴ領域及びダイオード領域には、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域に亘って形成されているｎ型のドリフト領域と、ｐ型のボディ領域が形成されている。ボディ領域内には、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域に亘って形成されているｎ型のバリア領域が形成されている。さらに、ＩＧＢＴ領域及びダイオード領域には、半導体基板を貫通してドリフト領域に達している複数のトレンチと、各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設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５３００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような半導体装置（即ち、ダイオード一体型のＩＧＢＴ）において、ＩＧＢＴ領域が意図せずにオンしてしまう現象（いわゆるセルフターンオン）を防ぐために、ＩＧＢＴ領域がオフしている間は常にゲート電極に負電圧（即ち、負バイアス）を印加する手法がある。ゲート電極に負電圧を印加することにより、ダイオード領域のバリア領域のうちの絶縁膜に接する範囲にｐ型のチャネルが形成される。ダイオード領域がオンされる場合には、バリア領域の上側のボディ領域（以下トップボディ領域と呼ぶ）、チャネル、バリア領域の下側のボディ領域（以下ボトムボディ領域と呼ぶ）、ドリフト領域の順にホールが流れる。この場合、チャネルを通ってドリフト領域に流れ込むホールの量が過度に多くなると、ダイオードリカバリ特性が悪化する場合がある。
【０００５】
本明細書では、ゲート電極に負電圧を印加した際にダイオードリカバリ特性の悪化を抑制することが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】
【０００６】
本明細書で開示する一つの半導体装置は、半導体基板にＩＧＢＴ領域とダイオード領域とが形成されている半導体装置である。ＩＧＢＴ領域は、半導体基板の表面の一部に露出しているｎ型のエミッタ領域と、エミッタ領域より深い位置に設けられているｐ型のＩＧＢＴボディ領域と、ＩＧＢＴボディ領域より深い位置に設けられているｎ型のＩＧＢＴバリア領域と、ＩＧＢＴバリア領域より深い位置に設けられており、ＩＧＢＴバリア領域よりもｎ型不純物濃度が低いｎ型のＩＧＢＴドリフト領域と、ＩＧＢＴドリフト領域より深い位置であって、半導体基板の裏面に露出しているｐ型のコレクタ領域と、エミッタ領域と、ＩＧＢＴボディ領域と、ＩＧＢＴバリア領域とを貫通し、その下端部がＩＧＢＴドリフト領域内に突き出している第１トレンチと、第１トレンチの内面を覆う第１絶縁膜と、第１絶縁膜で覆われた状態で第１トレンチ内に収容されている第１ゲート電極、を有している。ダイオード領域は、半導体基板の表面に露出しているｐ型のダイオードトップボディ領域と、ダイオードトップボディ領域より深い位置に設けられているｎ型のダイオードバリア領域と、ダイオードバリア領域より深い位置に設けられているｐ型のダイオードボトムボディ領域と、ダイオードボトムボディ領域より深い位置に設けられており、半導体基板の裏面に露出しているｎ型のカソード領域と、ダイオードトップボディ領域とダイオードバリア領域とダイオードボトムボディ領域とを貫通し、その下端部がカソード領域内に突き出している第２トレンチと、第２トレンチの内面を覆う第２絶縁膜と、第２絶縁膜で覆われた状態で第２トレンチ内に収容されている第２ゲート電極、を有している。ダイオードバリア領域のうち、第２絶縁膜に接する特定部分のｎ型不純物濃度は、ＩＧＢＴバリア領域のｎ型不純物濃度よりも高い。
【０００７】
上記の半導体装置では、ＩＧＢＴ領域は、ＩＧＢＴバリア領域とＩＧＢＴドリフト領域の間に、ｐ型の半導体領域（即ち、ＩＧＢＴボトムボディ領域）を有していてもよい。
【０００８】
上記の半導体装置では、ＩＧＢＴ領域のセルフターンオンを防ぐために、第２ゲート電極に負電圧を印加する。第２ゲート電極に負電圧を印加することにより、ダイオードバリア領域のうちの第２絶縁膜に接する特定部分にｐ型のチャネルが形成される。ダイオードバリア領域に形成されるチャネルの幅は、特定部分のｎ型不純物濃度に反比例する。上記の半導体装置では、ダイオードバリア領域のうち、第２絶縁膜に接する特定部分のｎ型不純物濃度が、ＩＧＢＴバリア領域のｎ型不純物濃度よりも高い。ここで、「不純物濃度」の語は、当該領域における平均不純物濃度のことを含む。そのため、第２ゲート電極に負電圧を印加した場合に特定部分に形成されるチャネルの幅は、第１ゲート電極に負電圧を印加した場合にＩＧＢＴバリア領域に形成されるチャネルの幅よりも狭くなる。そのため、ダイオード領域をオンする場合に、チャネルを通って、ボディ領域からカソード領域に向かって流れるホールの量を少なくすることができる。その結果、チャネルを通ってカソード領域に流れ込むホールの量が過大になることを抑制することができる。従って、上記の半導体装置によると、ダイオードリカバリ特性の悪化を抑制することができる。
【０００９】
特定部分のｎ型不純物濃度は、ダイオードバリア領域のうち、特定部分外の部分のｎ型不純物濃度よりも高くてもよい。
【００１０】
ダイオード領域をオンする場合、ドリフト領域に流れ込むホールの量が少なくなり過ぎると、ダイオード領域のオン抵抗が高くなり、好ましくない。上記の構成によると、ダイオードバリア領域のうち、特定部分外の部分のｎ型不純物濃度は、特定部分のｎ型不純物濃度よりも低い。そのため、一部のホールが、ダイオードバリア領域のうちの特定部分外の部分を通過してボディ領域からカソード領域に流れ込むことができる。従って、オン抵抗が高くなり過ぎることを抑制することもできる。
また、ＩＧＢＴボディ領域、ダイオードトップボディ領域、及び、ダイオードボトムボディ領域は、同等のｐ型不純物濃度を有していてもよい。
また、本明細書では、上記のいずれかの半導体装置を使用する方法も開示する。この方法では、ダイオード領域をオンする場合において、第２ゲート電極に負電圧を印加し、特定部分をｐ型に反転させてもよい。
【００１１】
本明細書では、もう一つの半導体装置を使用する方法も開示する。この使用方法に係る半導体装置も、同一半導体基板にＩＧＢＴ領域とダイオード領域とが形成されている半導体装置である。ＩＧＢＴ領域とダイオード領域の基本的構成は、上記と同様である。即ち、ＩＧＢＴ領域は、ｎ型のエミッタ領域と、ｐ型のＩＧＢＴボディ領域と、ｎのＩＧＢＴバリア領域と、ｎのＩＧＢＴドリフト領域と、ｐ型のコレクタ領域と、第１トレンチと、第１絶縁膜と、第１ゲート電極を有している。ダイオード領域は、ｐ型のダイオードトップボディ領域と、ｎ型のダイオードバリア領域と、ｐ型のダイオードボトムボディ領域と、ｎ型のカソード領域と、第２トレンチと、第２絶縁膜と、第２ゲート電極を有している。この半導体装置は、第２絶縁膜が第１絶縁膜よりも厚いことを特徴とする。なお、この半導体装置でも、ＩＧＢＴ領域は、ＩＧＢＴバリア領域とＩＧＢＴドリフト領域の間に、ｐ型の半導体領域（即ち、ＩＧＢＴボトムボディ領域）を有していてもよい。この半導体装置の使用方法では、ダイオード領域をオンする場合において、第２ゲート電極に負電圧を印加し、ダイオードバリア領域のうち、第２絶縁膜に接する部分をｐ型に反転させる。
【００１２】
上記の使用方法に係る半導体装置では、第２絶縁膜が第１絶縁膜よりも厚い。そのため、第２ゲート電極に負電圧を印加した場合に、ダイオードバリア領域のうちの第２絶縁膜に接する部分に形成されるチャネルの幅が、第１ゲート電極に負電圧を印加した場合にＩＧＢＴバリア領域に形成されるチャネルの幅よりも狭くなる。そのため、ダイオード領域をオンする場合に、チャネルを通って、ボディ領域からカソード領域に向かって流れるホールの量を少なくすることができる。チャネルを通ってカソード領域に流れ込むホールの量が過大になることを抑制することができる。従って、上記の使用方法に係る半導体装置によると、ダイオードリカバリ特性の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施例の半導体装置の断面図。
【図２】第２実施例の半導体装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施例）
（半導体装置１００の構成）
図１に示すように、本実施例の半導体装置１００は、主にＳｉからなる半導体基板１０を有している。半導体装置１００は、半導体基板１０にＩＧＢＴ領域１１０とダイオード領域１２０とが形成されているＲＣ−ＩＧＢＴである。半導体基板１０の表面には、層間絶縁膜３６、８６、及び、表面電極４０が形成されており、半導体基板１０の裏面には、裏面電極５０が形成されている。
【００１７】
ＩＧＢＴ領域１１０には、エミッタ領域１２、コンタクト領域１４、ＩＧＢＴトップボディ領域１６ａ、ＩＢＧＴバリア領域１８、ＩＧＢＴボトムボディ領域１６ｂ、ＩＧＢＴドリフト領域２０、コレクタ領域２２、第１トレンチ３０、第１絶縁膜３２、及び、第１ゲート電極３４が形成されている。以下では、ＩＧＢＴトップボディ領域１６ａとＩＧＢＴボトムボディ領域１６ｂとを合わせて「ＩＧＢＴボディ領域１６」と呼ぶ場合がある。
【００１８】
エミッタ領域１２は、ｎ型の半導体領域である。エミッタ領域１２は、半導体基板１０の表面に露出する範囲に形成されている。エミッタ領域１２は、第１トレンチ３０内の第１絶縁膜３２に接する範囲に形成されている。エミッタ領域１２のｎ型不純物の濃度は、ＩＧＢＴドリフト領域２０のｎ型不純物濃度よりも高い。ここで、「不純物濃度」の語は、当該領域における平均不純物濃度のことを意味する。エミッタ領域１２の表面は、表面電極４０に対してオーミック接続されている。
【００１９】
コンタクト領域１４は、ｐ型の半導体領域である。コンタクト領域１４は、半導体基板１０の表面に露出する範囲に形成されている。コンタクト領域１４のｐ型不純物の濃度は、ＩＧＢＴボディ領域１６のｐ型不純物濃度よりも高い。コンタクト領域１４の表面は、表面電極４０に対してオーミック接続されている。
【００２０】
ＩＧＢＴトップボディ領域１６ａは、ｐ型の半導体領域である。ＩＧＢＴトップボディ領域１６ａは、エミッタ領域１２及びコンタクト領域１４よりも深い位置に設けられている。ＩＧＢＴトップボディ領域１６ａは、第１トレンチ３０内の第１絶縁膜３２と接している。ＩＧＢＴトップボディ領域１６ａのｐ型不純物濃度はコンタクト領域１４のｐ型不純物濃度よりも低い。
【００２１】
ＩＧＢＴバリア領域１８は、ｎ型の半導体領域である。ＩＧＢＴバリア領域１８は、ＩＧＢＴボディ領域１６内（即ち、ＩＧＢＴトップボディ領域１６ａとＩＧＢＴボトムボディ領域１６ｂの間）に設けられている。ＩＧＢＴバリア領域１８は、ＩＧＢＴトップボディ領域１６ａによって、エミッタ領域１２及びコンタクト領域１４から分離されている。ＩＧＢＴバリア領域１８は、第１トレンチ３０内の第１絶縁膜３２と接している。本実施例では、ＩＧＢＴバリア領域１８のｎ型不純物濃度は、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。また、ＩＧＢＴバリア領域１８の厚さ（即ち、図１の上下方向の長さ）は、０．５μｍ以上３．０μｍ以下である。
【００２２】
ＩＧＢＴボトムボディ領域１６ｂは、ｐ型の半導体領域である。ＩＧＢＴボトムボディ領域１６ｂは、ＩＧＢＴバリア領域１８より深い位置に設けられている。ＩＧＢＴボトムボディ領域１６ｂは、ＩＧＢＴバリア領域１８によって、ＩＧＢＴトップボディ領域１６ａから分離されている。ＩＧＢＴボトムボディ領域１６ｂは、第１トレンチ３０内の第１絶縁膜３２と接している。本実施例では、ＩＧＢＴボトムボディ領域１６ｂのｐ型不純物濃度は、ＩＧＢＴトップボディ領域１６ａのｐ型不純物濃度と同等である。
【００２３】
ＩＧＢＴドリフト領域２０は、ｎ型の半導体領域である。ＩＧＢＴドリフト領域２０は、ＩＧＢＴボトムボディ領域１６ｂよりも深い位置に設けられている。ＩＧＢＴドリフト領域２０は、ＩＧＢＴボトムボディ領域１６ｂによって、ＩＧＢＴバリア領域１８から分離されている。ＩＧＢＴドリフト領域２０のｎ型不純物濃度は、ＩＧＢＴバリア領域１８のｎ型不純物濃度よりも低い。本実施例では、ＩＧＢＴドリフト領域２０のｎ型不純物濃度は、１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【００２４】
コレクタ領域２２は、ｐ型の半導体領域である。コレクタ領域２２は、ＩＧＢＴドリフト領域２０よりも深い位置に設けられている。コレクタ領域２２は、半導体基板１０の裏面に露出する範囲に形成されている。コレクタ領域２２のｐ型不純物濃度はＩＧＢＴボディ領域１６のｐ型不純物濃度よりも高い。コレクタ領域２２の裏面は、裏面電極５０に対してオーミック接続されている。
【００２５】
ＩＧＢＴ領域１１０内の半導体基板１０の表面には、複数の第１トレンチ３０が形成されている。第１トレンチ３０は、半導体基板１０の表面からエミッタ領域１２、ＩＧＢＴトップボディ領域１６ａ、ＩＧＢＴバリア領域１８、及び、ＩＧＢＴボトムボディ領域１６ｂを貫通して形成されている。第１トレンチ３０の下端部は、ＩＧＢＴドリフト領域２０内に突出している。第１トレンチ３０の内側には、第１絶縁膜３２で覆われた第１ゲート電極３４が備えられている。本実施例では、第１絶縁膜３２の厚さは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。各第１ゲート電極３４は、その上面が層間絶縁膜３６で覆われ、表面電極４０から電気的に絶縁されている。ただし、図示しない位置で、各第１ゲート電極３４は外部と電気的に接続可能とされている。
【００２６】
ダイオード領域１２０には、アノード領域６４、ダイオードトップボディ領域６６ａ、ダイオードバリア領域６８、ダイオードボトムボディ領域６６ｂ、カソード領域６９、第２トレンチ８０、第２絶縁膜８２、及び、第２ゲート電極８４が形成されている。以下では、ダイオードトップボディ領域６６ａとダイオードボトムボディ領域６６ｂとを合わせて「ダイオードボディ領域６６」と呼ぶ場合がある。
【００２７】
アノード領域６４は、ｐ型の半導体領域である。アノード領域６４は、半導体基板１０の表面に露出する範囲に形成されている。アノード領域６４は、第２トレンチ８０内の第２絶縁膜８２と接している。アノード領域６４は、第２トレンチ８０内の第２絶縁膜８２に接している。アノード領域６４のｐ型不純物濃度は、ダイオードボディ領域６６のｐ型不純物濃度よりも高い。
【００２８】
ダイオードトップボディ領域６６ａは、ｐ型の半導体領域である。ダイオードトップボディ領域６６ａは、アノード領域６４よりも深い位置に設けられているとともに、アノード領域６４に隣接して設けられている。本実施例では、ダイオードトップボディ領域６６ａは、ＩＧＢＴ領域１１０内のＩＧＢＴトップボディ領域１６ａと連続するように設けられている。ダイオードトップボディ領域６６ａのｐ型不純物濃度はアノード領域６４のｐ型不純物濃度よりも低い。
【００２９】
ダイオードバリア領域６８は、ｎ型の半導体領域である。ダイオードバリア領域６８は、ダイオードボディ領域６６内（即ち、ダイオードトップボディ領域６６ａとダイオードボトムボディ領域６６ｂの間）に設けられている。本実施例では、ダイオードバリア領域６８は、ＩＧＢＴ領域１１０内のＩＧＢＴバリア領域１８と連続するように設けられている。ダイオードバリア領域６８は、ダイオードトップボディ領域６６ａによって、アノード領域６４から分離されている。
【００３０】
ダイオードバリア領域６８は、第１部分６８ａと第２部分６８ｂとの２つの部分を有している。第１部分６８ａは、第２トレンチ８０内の第２絶縁膜８２に接している部分である。第２部分６８ｂは、ダイオードバリア領域６８のうちの第１部分６８ａ以外の部分であって、二つの第１部分６８ａの間に設けられている部分である。第１部分６８ａのｎ型不純物濃度は、ＩＧＢＴ領域１１０内のＩＧＢＴバリア領域１８のｎ型不純物濃度よりも高い。また、第１部分６８ａのｎ型不純物濃度は、第２部分６８ｂのｎ型不純物濃度よりも高い。本実施例では、第２部分６８ａのｎ型不純物濃度は、ＩＧＢＴバリア領域１８のｎ型不純物濃度と同等である。本実施例では、第１部分６８ａのｎ型不純物濃度は、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。また、第２部分６８ｂのｎ型不純物濃度は、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。また、ダイオードバリア領域６８の厚さ（即ち、図１の上下方向の長さ）は、０．５μｍ以上３．０μｍ以下である。また、本実施例では、第１部分６８ａの幅（すなわち、図１の左右方向の長さ）は、０．５μｍ以上３．０μｍ以下である。
【００３１】
ダイオードボトムボディ領域６６ｂは、ｐ型の半導体領域である。ダイオードボトムボディ領域６６ｂは、ダイオードバリア領域６８よりも深い位置に設けられている。ダイオードボトムボディ領域６６ｂは、ダイオードバリア領域６８によって、ダイオードトップボディ領域６６ａから分離されている。ダイオードボトムボディ領域６６ｂは、第２トレンチ８０内の第２絶縁膜８２と接している。本実施例では、ダイオードボトムボディ領域６６ｂのｐ型不純物濃度は、ダイオードトップボディ領域６６ａのｐ型不純物濃度と同等である。
【００３２】
カソード領域６９は、ｎ型の半導体領域である。カソード領域６９は、ダイオードドリフト領域７０とカソードコンタクト領域７２を有している。ダイオードドリフト領域７０は、ダイオードボトムボディ領域６６ｂよりも深い位置に設けられている。ダイオードドリフト領域７０は、ダイオードボトムボディ領域６６ｂによって、ダイオードバリア領域６８から分離されている。本実施例では、ダイオードドリフト領域７０は、ＩＧＢＴ領域１１０内のＩＧＢＴドリフト領域２０と連続するように設けられている。ダイオードドリフト領域７０のｎ型不純物濃度は、ダイオードバリア領域６８のｎ型不純物濃度よりも低い。本実施例では、ダイオードドリフト領域７０のｎ型不純物濃度は、１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【００３３】
カソードコンタクト領域７２は、ｎ型の半導体領域である。カソードコンタクト領域７２は、ダイオードドリフト領域７０よりも深い位置に設けられている。また、カソードコンタクト領域７２は、半導体基板１０の裏面に露出する範囲に形成されている。カソードコンタクト領域７２のｎ型不純物濃度はダイオードドリフト領域７０のｎ型不純物濃度よりも高い。カソードコンタクト領域７２の裏面は、裏面電極５０に対してオーミック接続されている。
【００３４】
ダイオード領域１２０内の半導体基板１０の表面には、複数の第２トレンチ８０が形成されている。第２トレンチ８０は、半導体基板１０の表面からアノード領域６４、ダイオードトップボディ領域６６ａ、ダイオードバリア領域６８、及び、ダイオードボトムボディ領域６６ｂを貫通して形成されている。第２トレンチ８０の下端部は、ダイオードドリフト領域７０内に突出している。第２トレンチ８０の内側には、第２絶縁膜で覆われた第２ゲート電極８４が備えられている。本実施例では、第１絶縁膜３２の厚さは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。各第２ゲート電極８４は、その上面が層間絶縁膜８６で覆われ、表面電極４０から電気的に絶縁されている。ただし、図示しない位置で、各第２ゲート電極８４は外部と電気的に接続可能とされている。
【００３５】
（半導体装置１００の動作）
続いて、本実施例の半導体装置１００の動作について説明する。まず、ＩＧＢＴ領域１１０が動作する場合について説明する。表面電極４０と裏面電極５０との間に、裏面電極５０がプラスになる電圧（即ち、ＩＧＢＴ領域１１０に対する順電圧（ダイオード領域１２０に対する逆電圧））を印加し、第１ゲート電極３４及び第２ゲート電極８４に所定の大きさの正電圧（エミッタ電位に対する正電位：以下、ＩＧＢＴオン電圧と呼ぶ）を印加すると、ＩＧＢＴがオンする。本実施例では、第１ゲート電極３４及び第２ゲート電極８４に印加されるＩＧＢＴオン電圧は、１Ｖ〜１０Ｖである。第１ゲート電極３４にＩＧＢＴオン電圧が印加されることにより、ＩＧＢＴ領域１１０では、第１絶縁膜３２に接する範囲のＩＧＢＴボディ領域１６（即ち、ＩＧＢＴトップボディ領域１６ａ及びＩＧＢＴボトムボディ領域１６ｂ）に、ｎ型のチャネルが形成される。すると、電子が、表面電極４０から、エミッタ領域１２、チャネル、ＩＧＢＴドリフト領域２０、コレクタ領域２２を介して、裏面電極５０に流れる。また、裏面電極５０から注入されたホールの一部は、コレクタ領域２２、ＩＧＢＴドリフト領域２０、ＩＧＢＴボトムボディ領域１６ｂ、ＩＧＢＴバリア領域１８、ＩＧＢＴトップボディ領域１６ａ、及び、コンタクト領域１４を介して、表面電極４０に流れる。これにより、裏面電極５０から表面電極４０に電流が流れる。なお、上記の通り、ＩＧＢＴ領域１１０内の第１ゲート電極３４と同時に、ダイオード領域１２０内の第２ゲート電極８４にもＩＧＢＴオン電圧が印加される。これにより、第２絶縁膜８２に接する範囲のダイオードボディ領域６６にもｎ型のチャネルが形成されるが、ダイオードはオンしない。
【００３６】
続けて、ダイオード領域１２０が動作する場合について説明する。表面電極４０と裏面電極５０との間に、表面電極４０がプラスになる電圧（即ち、ダイオード領域１２０に対する順電圧（ＩＧＢＴ領域１１０に対する逆電圧））を印加すると、ダイオードがオンする。ダイオード領域１２０動作時、ＩＧＢＴ領域１１０のセルフターンオン防止のため、第２ゲート電極８４及び第１ゲート電極３４に負電圧（負バイアス）が印加されるモードがある。このとき、ダイオード領域１２０では、第２絶縁膜８２に接する範囲のダイオードバリア領域６８（即ち、第１部分６８ａ）に、ｐ型のチャネルが形成される。すると、電子が、裏面電極５０から、カソードコンタクト領域７２、ダイオードドリフト領域７０、ダイオードボトムボディ領域６６ｂ、チャネル、ダイオードトップボディ領域６６ａ、及び、アノード領域６４を介して、表面電極４０に流れる。また、ホールが、表面電極４０から、アノード領域６４、ダイオードトップボディ領域６６ａ、ダイオードバリア領域６８、ダイオードボトムボディ領域６６ｂ、ダイオードドリフト領域７０、及び、カソードコンタクト領域７２を介して、裏面電極５０に流れる。また、ホールの一部は、ダイオードバリア領域６８ではなく、チャネルを通過して、裏面電極５０に向けて流れる。これにより、表面電極４０から裏面電極５０に電流が流れる。なお、上記の通り、ダイオード領域１２０内の第２ゲート電極８４と同時に、ＩＧＢＴ領域１１０内の第１ゲート電極３４にもダイオードオン電圧が印加される。これにより、第１絶縁膜３２に接する範囲のＩＧＢＴバリア領域１８にもｐ型のチャネルが形成されるが、ＩＧＢＴはオンしない。
【００３７】
本実施例の半導体装置１００では、ダイオードバリア領域６８の第１部分６８ａのｎ型不純物濃度は、ＩＧＢＴバリア領域１８及び第２部分６８ｂのｎ型不純物濃度よりも高い。従って、ダイオードがオンされる場合に第１部分６８ａに形成されるｐ型のチャネルの幅は、ＩＧＢＴバリア領域１８に形成されるｐ型のチャネルの幅よりも狭い。このため、ダイオードバリア領域６８の第１部分６８ａに形成されるｐ型のチャネルの抵抗は、ＩＧＢＴバリア領域１８に形成されるｐ型のチャネルの抵抗よりも大きい。このように、第１部分６８ａに形成されるチャネルの抵抗が大きいため、ダイオード領域をオンする場合に、チャネルを通ってダイオードドリフト領域７０に向かって流れるホールの量を少なくすることができる。従って、ダイオードドリフト領域７０に流れ込むホールの量が過大になることを抑制することができる。
【００３８】
一方で、ダイオードをオンする場合、ダイオードドリフト領域７０に流れ込むホールの量が少なくなり過ぎると、ダイオードのオン抵抗が高くなり好ましくない。本実施例の半導体装置１００では、ダイオードバリア領域６８の第２部分６８ｂのｎ型不純物濃度は、第１部分６８ａのｎ型不純物濃度よりも低い。そのため、一部のホールが、ダイオードバリア領域６８の第２部分６８ｂを通過して、ダイオードドリフト領域７０に流れ込む。従って、ダイオードのオン抵抗が高くなり過ぎることも抑制することができる。
【００３９】
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替えると、ダイオードが逆回復動作を行う。即ち、順電圧印加時にダイオードドリフト領域７０に存在していたホールが表面電極４０に排出される。これによって、短時間の間、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。本実施例の半導体装置では、上述したように、ダイオードがオンしている際にダイオードドリフト領域７０に流れ込むホールの量が過大となることが防止されている。このため、逆回復動作時に表面電極４０に排出されるホールの量もそれほど多くない。このため、この半導体装置では、逆回復動作時にダイオードに流れる逆電流がそれほど高くない。
【００４０】
以上に説明したように、本実施例の半導体装置１００では、第１部分６８ａのｎ型不純物濃度が高いことによって、ダイオードのオン時にチャネルを通してダイオードドリフト領域７０に多量のホールが流入することが防止される。これによって、ダイオードのリカバリ特性が改善されている。また、第２部分６８ｂのｎ型不純物濃度が低いことによって、ダイオードのオン時に、ある程度の量のホールがダイオードドリフト領域７０に流入するようになっている。これによって、ダイオードのオン抵抗が低減されている。
【００４１】
以上、本実施例の半導体装置１００の構成及び動作を説明した。本実施例の第１部分６８ａが「特定部分」の一例である。本実施例の第２部分６８ｂが「特定部分以外の部分」の一例である。
【００４２】
（第２実施例）
（半導体装置２００の構成）
続いて、図２を参照して、第２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は、その基本的構成は第１実施例の半導体装置１００（図１参照）と共通する。図２では、第１実施例の半導体装置１００と共通する要素については同じ符号を用いて示している。
【００４３】
本実施例の半導体装置２００でも、ダイオードバリア領域２６８は、ＩＧＢＴ領域１１０内のＩＧＢＴバリア領域１８と連続するように設けられている。ただし、ダイオードバリア領域２６８が、単一のｎ型不純物濃度に形成されている点が第１実施例とは異なる。本実施例では、ダイオードバリア領域２６８のｎ型不純物濃度は、ＩＧＢＴバリア領域１８のｎ型不純物濃度と同等である。
【００４４】
さらに、本実施例では、第２トレンチ８０内を覆う第２絶縁膜２８２が、第１トレンチ３０内を覆う第１絶縁膜３２よりも厚く形成されている点が第１実施例とは異なる。本実施例では、第１絶縁膜３２の厚さは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、第２絶縁膜２８２の厚さは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
【００４５】
（半導体装置２００の動作）
半導体装置２００の動作も、基本的には第１実施例の半導体装置１００の動作と共通する。即ち、本実施例でも、ダイオードをオンする場合には、表面電極４０と裏面電極５０との間に、表面電極４０がプラスになる電圧（即ち、ダイオード領域１２０に対する順電圧（ＩＧＢＴ領域１１０に対する逆電圧））を印加し、第２ゲート電極８４及び第１ゲート電極３４に所定のダイオードオン電圧を印加する。第２ゲート電極８４にダイオードオン電圧が印加されることにより、ダイオード領域１２０では、第２絶縁膜８２に接する範囲のダイオードバリア領域２６８に、ｐ型のチャネルが形成される。すると、電子が、裏面電極５０から、カソードコンタクト領域７２、ダイオードドリフト領域７０、ダイオードボトムボディ領域６６ｂ、チャネル、ダイオードトップボディ領域６６ａ、及び、アノード領域６４を介して、表面電極４０に流れる。また、ホールが、表面電極４０から、アノード領域６４、ダイオードトップボディ領域６６ａ、ダイオードバリア領域６８、ダイオードボトムボディ領域６６ｂ、ダイオードドリフト領域７０、及び、カソードコンタクト領域７２を介して、裏面電極５０に流れる。また、ホールの一部は、ダイオードバリア領域６８ではなく、チャネルを通過して、裏面電極５０に向けて流れる。これにより、表面電極４０から裏面電極５０に電流が流れる。
【００４６】
本実施例では、ダイオードバリア領域２６８に接する第２絶縁膜２８２は、第１絶縁膜３２よりも厚く形成されている。従って、ダイオードがオンされる場合にダイオードバリア領域２６８に形成されるｐ型のチャネルの幅は、ＩＧＢＴバリア領域１８に形成されるｐ型のチャネルの幅よりも狭い。このため、ダイオードバリア領域２６８にｐ型のチャネルの抵抗は、ＩＧＢＴバリア領域１８に形成されるｐ型のチャネルの抵抗よりも大きい。このように、ダイオードバリア領域２６８に形成されるチャネルの抵抗が大きいため、ダイオード領域をオンする場合に、チャネルを通って、ダイオードドリフト領域７０に向かって流れるホールの量を少なくすることができる。チャネルを通ってダイオードドリフト領域７０に流れ込むホールの量が過大になることを抑制することができる。
【００４７】
一方で、ダイオードをオンする場合、ダイオードドリフト領域７０に流れ込むホールの量が少なくなり過ぎると、ダイオードのオン抵抗が高くなり好ましくない。本実施例の半導体装置１００では、ダイオードバリア領域２６８のｎ型不純物濃度は、ＩＧＢＴバリア領域１８のｎ型不純物濃度と同等である。そのため、一部のホールが、ダイオードバリア領域２６８の中央部分を通過して、ダイオードドリフト領域７０に流れ込む。従って、ダイオードのオン抵抗が高くなり過ぎることも抑制することができる。
【００４８】
以上に説明したように、本実施例の半導体装置２００では、第２絶縁膜２８２が厚いことによって、ダイオードのオン時にチャネルを通してダイオードドリフト領域７０に多量のホールが流入することが防止される。これによって、ダイオードのリカバリ特性が改善されている。また、ダイオードバリア領域２６８のｎ型不純物濃度が低い（即ち、ＩＧＢＴバリア領域１８のｎ型不純物濃度と同等である）ことによって、ダイオードのオン時に、ある程度の量のホールがダイオードドリフト領域７０に流入するようになっている。これによって、ダイオードのオン抵抗が低減されている。
【００４９】
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。
【００５０】
（変形例１）上記の第１実施例では、ダイオードバリア領域６８の第２部分６８ｂのｎ型不純物濃度は、第１部分６８ａのｎ型不純物濃度よりも低い。これに限られず、第２部分６８ｂのｎ型不純物濃度を、第１部分６８ａのｎ型不純物濃度と同等にしてもよい。即ち、ダイオードバリア領域６８のｎ型不純物濃度を、ＩＧＢＴバリア領域１８のｎ型不純物濃度よりも高くしてもよい。これにより、ダイオードオン時に、ＩＧＢＴバリア領域１８を通過してダイオードドリフト領域７０内に流れ込むホールの量を少なくすることができるため、ダイオードリカバリ特性が向上する。一般的に言うと、ダイオードバリア領域のうち、第２絶縁膜に接する特定部分のｎ型不純物濃度が、ＩＧＢＴバリア領域のｎ型不純物濃度よりも高ければよい。
【００５１】
（変形例２）上記の各実施例では、ＩＧＢＴバリア領域１８は、ＩＧＢＴボディ領域１６内（即ち、ＩＧＢＴトップボディ領域１６ａとＩＧＢＴボトムボディ領域１６ｂの間）に形成されている。これに限られず、ＩＧＢＴバリア領域１８は、ＩＧＢＴボディ領域１６の下方に設けられていてもよい。言い換えると、ＩＧＢＴボトムボディ領域１６ｂを省略してもよい。
【００５２】
（変形例３）上記の各実施例では、ダイオード領域１２０内の半導体基板１０の表面に露出する範囲には、ＩＧＢＴ領域１１０のエミッタ領域１２に相当するｎ型の半導体領域は存在しない。これに限られず、ダイオード領域１２０内の半導体基板１０の表面にも、ｎ型の半導体領域が設けられていてもよい。このような構成であれば、ＩＧＢＴ領域の表面構造とダイオード領域の表面構造とを共通化することができる。
【００５３】
（変形例４）即ち、第２実施例の第２絶縁膜２８２の特徴を、第１実施例の第２絶縁膜８２に適用してもよい。即ち、上記の第１実施例において、第２絶縁膜８２を、第１絶縁膜３２よりも厚く形成してもよい。
【００５４】
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】
【００５５】
１０：半導体基板
１２：エミッタ領域
１４：コンタクト領域
１６：ＩＧＢＴボディ領域
１６ａ：ＩＧＢＴトップボディ領域
１６ｂ：ＩＧＢＴボトムボディ領域
１８：ＩＧＢＴバリア領域
２０：ＩＧＢＴドリフト領域
２２：コレクタ領域
３０：第１トレンチ
３２：第１絶縁膜
３４：第１ゲート電極
３６：層間絶縁膜
４０：表面電極
５０：裏面電極
６４：アノード領域
６６：ダイオードボディ領域
６６ａ：ダイオードトップボディ領域
６６ｂ：ダイオードボトムボディ領域
６８：ダイオードバリア領域
６８ａ：第１部分
６８ｂ：第２部分
６９：カソード領域
７０：ダイオードドリフト領域
７２：カソードコンタクト領域
８０：第２トレンチ
８２：第２絶縁膜
８４：ゲート電極
８６：層間絶縁膜
１００：半導体装置
１１０：ＩＧＢＴ領域
１２０：ダイオード領域
２００：半導体装置
２６８：ダイオードバリア領域
２８２：第２絶縁膜
【図１】
0005989689.tif 000002
【図２】
0005989689.tif 000003