(57)【要約】  本発明の半導体装置（ダイオード内蔵ＩＧＢＴ）は、ｎ−型ドリフト層１と、このｎ−型ドリフト層１の表面側に接して配置されたｐ型チャネル領域２と、このｐ型チャネル領域２を貫通し、ｎ−型ドリフト層１達するように設けられた溝Ｔ内にゲート絶縁膜３を介して設けられたゲート電極５と、ｐ型チャネル領域２の表面側に、溝Ｔに接するように設けられたｎ型ソース領域４と、ｎ−型ドリフト層１の裏面側に接して配置された高濃度ｎ型領域６と、この高濃度ｎ型領域６の裏面側に接して配置された高濃度ｐ型領域７と、を有し、高濃度ｎ型領域６と高濃度ｐ型領域７との接合は、トンネル接合である。かかる半導体装置によれば、ＩＧＢＴとダイオードとを１チップで構成することができる。また、“スナップバック”や“電流集中”の問題を回避することができる。
2013088544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体層と、
前記半導体層の第１面側に、前記半導体層と接して配置された前記第１導電型と逆導電型である第２導電型の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域を貫通し、前記半導体層に達するように設けられた溝内にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記第１半導体領域の前記第１面側に、前記溝に接するように設けられた前記第１導電型の第２半導体領域と、
前記半導体層の前記第１面側と逆側である第２面側に接して配置された前記第１導電型の第１高濃度半導体領域と、
前記第１高濃度半導体領域の前記第２面側に接して配置された前記第２導電型の第２高濃度半導体領域と、
を有し、
前記第１高濃度半導体領域と前記第２高濃度半導体領域との接合は、トンネル接合である半導体装置。
【請求項２】
前記半導体層の第１面側に配置され、前記第２半導体領域と電気的に接続される第１電極と、
前記半導体層の第２面側に配置され、第２高濃度半導体領域と接するように配置された第２電極と、
を有する請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１高濃度半導体領域と前記第２高濃度半導体領域の接合部における不純物濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上である請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１高濃度半導体領域と前記第２高濃度半導体領域の接合部における不純物濃度は、３×１０２０ｃｍ−３以下である請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１高濃度半導体領域の厚さは５０ｎｍ以下である請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２高濃度半導体領域の厚さは５０ｎｍ以下である請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体層と第１高濃度半導体領域とのとの間に前記半導体層より不純物濃度が高い前記第１導電型の第３半導体領域を有する請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体層と前記第１半導体領域との間に前記半導体層より不純物濃度が高い前記第１導電型の第４半導体領域を有する請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
第１導電型の半導体層と、
前記半導体層の第１面側の一部に前記半導体層と接して配置された前記第１導電型と逆導電型である第２導電型の第１半導体領域と、
前記第１半導体領域の前記第１面側の一部に前記第１半導体領域と接して設けられた前記第１導電型の第２半導体領域と、
前記第１半導体領域上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記半導体層の前記第１面側の一部に前記半導体層と接し、前記第１半導体領域と離間して配置された前記第１導電型の第１高濃度半導体領域と、
前記第１高濃度半導体領域の前記第１面側の一部に第１高濃度半導体領域と接して設けられた第２高濃度半導体領域と、
を有し、
前記第１高濃度半導体領域と前記第２高濃度半導体領域との接合は、トンネル接合である半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体層の第１面側に配置され、前記第２半導体領域と電気的に接続される第１電極と、
前記半導体層の第１面側に配置され、第２高濃度半導体領域と接するように配置された第２電極と、
を有する請求項９記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１高濃度半導体領域と前記第２高濃度半導体領域の接合部における不純物濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上である請求項９記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第１高濃度半導体領域と前記第２高濃度半導体領域の接合部における不純物濃度は、３×１０２０ｃｍ−３以下である請求項１１記載の半導体装置。
【請求項１３】
第１導電型の半導体層と、
前記半導体層の第１面側に前記半導体層と接して配置された前記第１導電型と逆導電型である第２導電型の第１半導体領域と、
前記半導体層の前記第１面側と逆側である第２面側に接して配置された前記第１導電型の第１高濃度半導体領域と、
前記第１高濃度半導体領域の前記第２面側に接して配置された前記第２導電型の第２高濃度半導体領域と、
を有し、
前記第１高濃度半導体領域と前記第２高濃度半導体領域との接合は、トンネル接合である半導体装置。
【請求項１４】
前記半導体層の第１面側に配置され、前記第１半導体領域と電気的に接続される第１電極と、
前記半導体層の第２面側に配置され、第２高濃度半導体領域と接するように配置された第２電極と、
を有する請求項１３記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記第１高濃度半導体領域と前記第２高濃度半導体領域の接合部における不純物濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上である請求項１３記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記第１高濃度半導体領域と前記第２高濃度半導体領域の接合部における不純物濃度は、３×１０２０ｃｍ−３以下である請求項１５記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記第２高濃度半導体領域の厚さは５０ｎｍ以下である請求項１３記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記第１高濃度半導体領域の厚さは５０ｎｍ以下である請求項１３記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記ＩＧＢＴと前記ダイオードとが、並列であって、順方向が逆向きに接続された並列回路を有する電力変換装置であって、
前記ＩＧＢＴと前記ダイオードとして、請求項１記載の半導体装置を有する電力変換装置。
【請求項２０】
前記ＩＧＢＴと前記ダイオードとが、並列であって、順方向が逆向きに接続された並列回路を有する電力変換装置であって、
前記ダイオードとして、請求項１３記載の半導体装置を有する電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、例えば、モータ制御用などの電力変換装置に使用される半導体装置に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコンや電子レンジなどの小電力機器から鉄道や製鉄所などで用いられる大電力機器の電力変換装置には、多くのインバータ回路やコンバータ回路が使われている。このような、インバータ回路やコンバータ回路には、後述するように、パワー半導体の一種であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やダイオードなどが用いられている。【０００３】
例えば、下記特許文献１には、ＩＧＢＴ１０１とＰｉＮダイオード１０２とが一体的に形成された半導体装置１が開示されている。また、下記非特許文献１および２にも、ＩＧＢＴとダイオードとを同一の半導体基板に内蔵した半導体装置が開示されている。【０００４】
なお、下記特許文献２には、コレクタ電極５００、コレクタ電極５００と低抵抗接触するｐ層１００、ｐ層１００よりキャリア濃度が低いｎ層１１２、ｎ層１１２よりキャリア濃度が低いドリフトｎ−層１１０を有するＩＧＢＴが開示されている。また、下記非特許文献３にも、コレクタ電極上にｐ層およびｎ層を有するＩＧＢＴが開示されている。【０００５】
また、下記非特許文献４には、Ｇｅのｐｎ接合およびトンネル現象についての開示があり、下記非特許文献５には、縦型ＩＧＢＴが開示され、下記非特許文献６には、ダイオード素子のリカバリーをソフト化する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１２９６９７号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４５１４４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】H. Ruthing et al.、“600-V Reverse Conducting （RC） IGBT for Drives Applications in Ultra-Thin Wafer Technology、” Proc. IEEE ISPSD07、 pp. 89-92、 May 2007.
【非特許文献２】M. Rahimo et al.、“A High Current 3300V Module Employing Reverse Conducting IGBTsSetting a New Benchmark in Output Power Capability、” Proc. IEEE ISPSD08、 pp. 68-71、 May 2008.
【非特許文献３】S. Watanabe et al.、 “1.7kV Trench IGBT with Deep and Separate Floating p-Layer Designed for Low Loss、 Low EMI Noise、 and High Reliability、” Proc. IEEE ISPSD’11、 pp. 48-51、 May 2011.
【非特許文献４】L. Esaki、 Phys. Rev. 109、 pp. 603、 1958.
【非特許文献５】D. Lu et al.、 “Retrograded Channel SOI LIGBTs with Enhanced Safe Operating Area、” Proc. IEEE ISPSD08、 pp. 32-35、 May 2008.
【非特許文献６】M. Mori et al.、 “6.5 kV Ultra Soft & Fast Recovery Diode （U-SFD） with High Reverse Recovery Capability、” Proc. IEEE ISPSD00、 pp. 115-118、 May 2000.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１、非特許文献１および２などに開示されるＩＧＢＴとダイオードとを一体的に形成した装置構造では、追って詳細に説明するように、ＩＧＢＴの動作時に“スナップバック”が生じ、装置特性が劣化する。また、ダイオード動作時に、電流が集中しやすく、ダイオードの順方向電圧降下が増大するなど、その特性が劣化する。【０００９】
そこで、本発明の目的は、半導体装置の特性を向上させることができる技術を提供することにある。具体的には、ＩＧＢＴとダイオードとを同一の半導体基板に内蔵した半導体装置の特性を向上させる技術を提供することにある。【００１０】
本発明の上記目的およびその他の目的と新規な特徴は、本願明細書の記載および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置は、第１導電型の半導体層と、上記半導体層の第１面側に、上記半導体層と接して配置された上記第１導電型と逆導電型である第２導電型の第１半導体領域と、上記第１半導体領域を貫通し、上記半導体層に達するように設けられた溝内にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、上記第１半導体領域の上記第１面側に、上記溝に接するように設けられた上記第１導電型の第２半導体領域と、上記半導体層の上記第１面側と逆側である第２面側に接して配置された上記第１導電型の第１高濃度半導体領域と、上記第１高濃度半導体領域の上記第２面側に接して配置された上記第２導電型の第２高濃度半導体領域と、を有し、上記第１高濃度半導体領域と上記第２高濃度半導体領域との接合は、トンネル接合である。【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置は、第１導電型の半導体層と、上記半導体層の第１面側の一部に上記半導体層と接して配置された上記第１導電型と逆導電型である第２導電型の第１半導体領域と、上記第１半導体領域の上記第１面側の一部に上記第１半導体領域と接して設けられた上記第１導電型の第２半導体領域と、上記第１半導体領域上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、上記半導体層の上記第１面側の一部に上記半導体層と接し、上記第１半導体領域と離間して配置された上記第１導電型の第１高濃度半導体領域と、上記第１高濃度半導体領域の上記第１面側の一部に第１高濃度半導体領域と接して設けられた第２高濃度半導体領域と、を有し、上記第１高濃度半導体領域と上記第２高濃度半導体領域との接合は、トンネル接合である。【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態に示される半導体装置は、第１導電型の半導体層と、上記半導体層の第１面側に上記半導体層と接して配置された上記第１導電型と逆導電型である第２導電型の第１半導体領域と、上記半導体層の上記第１面側と逆側である第２面側に接して配置された上記第１導電型の第１高濃度半導体領域と、上記第１高濃度半導体領域の上記第２面側に接して配置された上記第２導電型の第２高濃度半導体領域と、を有し、上記第１高濃度半導体領域と上記第２高濃度半導体領域との接合は、トンネル接合である。【００１５】
上記半導体装置は、上記ＩＧＢＴと上記ダイオードとが、並列であって、順方向が逆向きに接続された並列回路を有する電力変換装置の上記ＩＧＢＴと上記ダイオードとして、または、上記ダイオードととして組み込むことができる。【００１６】
上記電力変換装置（電力変換器）は、例えば、一対の直流端子と、交流の相数と同数の交流端子と、上記一対の直流端子間に接続され、それぞれスイッチング素子と逆極性のダイオードの並列回路を２個直列接続した構成からなり、並列回路の相互接続点が異なる交流端子に接続された交流の相数と同数の電力変換単位と、を具備する。
【発明の効果】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置によれば、半導体装置の特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１の半導体装置を示す要部断面図である。
【図２】高濃度のｐｎ接合からなるダイオードの出力特性を示す図である。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、高濃度ｐｎ接合間を流れる電流の伝導メカニズムを説明するためのバンド図である。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、高濃度ｐｎ接合部の不純物濃度が３×１０２０ｃｍ−３より大きい場合におけるｐｎ接合を流れる電流の伝導メカニズムを説明するバンド図である。
【図５】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
【図６】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
【図７】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
【図８】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
【図９】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
【図１０】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
【図１１】実施の形態２の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
【図１２】実施の形態２の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
【図１３】実施の形態２の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
【図１４】実施の形態３の半導体装置を示す要部断面図である。
【図１５】実施の形態４の半導体装置を示す要部断面図である。
【図１６】実施の形態５の半導体装置を示す要部断面図である。
【図１７】（Ａ）および（Ｂ）は、実施の形態６の半導体装置を示す要部断面図である。
【図１８】実施の形態７の半導体装置を示す要部断面図である。
【図１９】高濃度のｐｎ接合部の出力特性を示す図である。
【図２０】実施の形態８の半導体装置を示す要部断面図である。
【図２１】３相モータの回路図を示す図である。
【図２２】実施の形態１の比較例１の半導体装置を示す要部断面図である。
【図２３】実施の形態１の比較例２の半導体装置を示す要部断面図である。
【図２４】実施の形態１の比較例３の半導体装置を示す要部断面図である。
【図２５】比較例１および比較例３の半導体装置の順方向出力特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００２０】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００２２】
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
【００２３】
（実施の形態１）
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置の構造と製造方法について詳細に説明する。
【００２４】
［構造説明］
図１は、本実施の形態の半導体装置を示す要部断面図である。本実施の形態の半導体装置は、ＩＧＢＴ（ＩＧＢＴ部）とダイオード（ダイオード部、高濃度ｐｎ接合部）とを有する。当該半導体装置は、ダイオード内蔵のＩＧＢＴ（逆導通ＩＧＢＴ）とも言える。このＩＧＢＴは、いわゆる“トレンチゲート型”と呼ばれる構造である。ＩＧＢＴは、パワーＭＩＳＦＥＴの一種であり、いわゆる縦型や横型と呼ばれるものがあり、さらにゲート電極部の構造に応じて“トレンチ（溝）ゲート型”や“プレーナゲート型”といった構造に分類される。本実施の形態のＩＧＢＴは、いわゆる“縦型”のＭＩＳＦＥＴで、“トレンチゲート型”と呼ばれる構造である。
【００２５】
図１に示すように、ＩＧＢＴは、基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面（第１面、上面）側に配置されている。このＩＧＢＴは、ドレイン領域となるｎ−型ドリフト層１と、ソース領域となるｎ型ソース領域（ｎ型の半導体領域、エミッタ領域）４と、これらの間に位置し、チャネル領域となるｐ型チャネル領域（ｐ型の半導体領域）２と、このｐ型チャネル領域２に接するゲート絶縁膜３と、ｐ型チャネル領域２上にゲート絶縁膜３を介して配置されたゲート電極５とを有する。このゲート絶縁膜３とゲート電極５とは、溝Ｔ内に配置されている。また、別の言い方をすれば、ＩＧＢＴは、ｎ−型ドリフト層１と、この第１面側に接して配置されたｐ型チャネル領域２と、ｐ型チャネル領域２を貫通し、ｎ−型ドリフト層１に達するように設けられた溝Ｔ内にゲート絶縁膜３を介して設けられたゲート電極５と、ｐ型チャネル領域２の第１面側に溝Ｔに接するように設けられたｎ型ソース領域４とを有する。
【００２６】
ダイオードは、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面（第２面、下面）側に配置されている。このダイオードは、高濃度ｎ型領域６と高濃度ｐ型領域７とを有する。高濃度ｎ型領域６は、ｎ−型ドリフト層１の裏面側に接して配置され、この高濃度ｎ型領域６の裏面側には高濃度ｐ型領域７が配置されている。言い換えれば、高濃度ｐ型領域７は、高濃度ｎ型領域６の裏面側に接して配置されている。この高濃度ｎ型領域６と高濃度ｐ型領域７との接合は、後述するようにトンネル接合である。
【００２７】
また、基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側には、ｎ型ソース領域４と電気的に接続されるエミッタ電極８が配置され、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面側の高濃度ｐ型領域７上には、コレクタ電極９が配置されている。
【００２８】
なお、図中および本明細書において、のｎまたはｐの後の「−」は不純物濃度が低いこと、「＋」は不純物濃度が高いことを示す。また、ｎまたはｐの後に「−」または「＋」の表示がない場合は、「−」より不純物濃度が高く、「＋」より不純物濃度が低いことを示す。また、「＋＋」は、「＋」より、不純物濃度が高いことを示す。
【００２９】
よって、高濃度ｎ型領域６は、例えば、ｎ型ソース領域４よりｎ型の不純物濃度が高く、また、高濃度ｐ型領域７は、例えば、ｐ型チャネル領域２よりｐ型の不純物濃度が高い。これらの不純物濃度は、ｐｎ接合部の界面において、１×１０１９ｃｍ−３以上である。ここで、不純物濃度が高くなり、例えば、３×１０２０ｃｍ−３を越えると、後述するように、ＩＧＢＴ導通時（オン時）のオン電圧が高くなることが本発明者の検討により判明している。よって、高濃度ｎ型領域６の不純物濃度は、３×１０２０ｃｍ−３以下が好ましい。
【００３０】
このように、本実施の形態によれば、ＩＧＢＴとダイオードとを同一の基板中に複合的に組み込んだので、半導体装置の多機能化を図ることができる。具体的には、１チップで、ＩＧＢＴと、このＩＧＢＴに逆並列に接続されたダイオードとを構成することができる[効果１]。
【００３１】
このようなチップ（ＩＧＢＴとダイオード）は、実施の形態９（図２１）で詳細に説明する回路（インバータ回路、電力変換回路）に用いて好適である。図２１に示す回路において、フライホイールダイオード６０１ａ〜６０３ａ、６０１ｂ〜６０３ｂは、上記ダイオードと対応付けられ、ＩＧＢＴ７０１ａ〜７０３ａ、７０１ｂ〜７０３ｂは、上記ＩＧＢＴに対応付けられる。
【００３２】
ＩＧＢＴ７０１ｂには、ＩＧＢＴ７０１ｂと逆並列にフライホイールダイオード６０１ｂが接続されている。フライホイールダイオード６０１ｂは、例えば、ＩＧＢＴ７０１ａがオフした場合、そのＩＧＢＴ７０１ａに流れていた電流を、マイナス側の電源端子９０１にエミッタが繋がるＩＧＢＴ７０１ｂ（下アームのＩＧＢＴ）と逆並列のフライホイールダイオード６０１ｂに転流することで、モータ９５０のコイルに貯まっているエネルギーを開放する。
【００３３】
再び上アームのＩＧＢＴ７０１ａをオンすると、下アームのフライホイールダイオード６０１ｂは非導通状態となり、上アームのＩＧＢＴ７０１ａを通じてモータ９５０に電力が供給される。このように、フライホイールダイオード６０１ｂは、ＩＧＢＴ７０１ａのオン、オフに応じて非導通と導通を繰り返す。
【００３４】
図２２は、本実施の形態の比較例１の半導体装置を示す要部断面図である。図２２の半導体装置においても、ｎ−型ドリフト層１と、ｎ型ソース領域４と、これらの間のｐ型チャネル領域２と、ゲート絶縁膜３と、ゲート電極５とを有するＩＧＢＴが基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側に配置されている。しかしながら、この場合においては、ｎ−型ドリフト層１とコレクタ電極９との間にはｎ型バッファ層Ｂが設けられているだけで、ダイオード機能を有さない。よって、例えば、図２１に示すインバータに適用する場合には、フライホイールダイオード（６０１ａ〜６０３ａ、６０１ｂ〜６０３ｂ）を別チップとして組み込む必要がある。
【００３５】
具体的に、比較例１の半導体装置（ＩＧＢＴ、例えば、特許文献２および非特許文献３等も参照）においては、ＩＧＢＴが非導通時（オフ時）、即ち、逆並列に接続されたフライホイールダイオードを導通させる場合に、エミッタ電極８に正の電圧（例えば、１〜２Ｖ程度）が印加されても、ｐ型チャネル領域２とｎ−型ドリフト層１からなるｐｎ接合は逆バイアスされるので、ＩＧＢＴに電流は流れない。即ち、逆導通せず、ダイオードとしては機能し得ない。
【００３６】
図２３は、本実施の形態の比較例２の半導体装置を示す要部断面図である。図２３の半導体装置（ＩＧＢＴ）においては、ｎ−型ドリフト層１とコレクタ電極９との間には、ｎ型バッファ層Ｂとｐ型コレクタ層Ｃとが設けられているが、このｎ型バッファ層Ｂとｐ型コレクタ層Ｃの接合部もダイオードとしては機能しない。即ち、ＩＧＢＴが非導通時（オフ時）に逆導通せず、ダイオードとしては機能し得ない。
【００３７】
これに対し、本実施の形態の半導体装置においては、エミッタ電極８に正の電圧（例えば、１〜２Ｖ程度）が印加された場合に電流が流れる。即ち、逆導通する。
【００３８】
図２に、高濃度のｐｎ接合からなるダイオードの出力特性を示す。例えば、高濃度ｎ型領域６と高濃度ｐ型領域７からなる高濃度のｐｎ接合においては、アノード（高濃度ｐ型領域７）とカソード（高濃度ｎ型領域６）の間に、正の電圧を印加すると、０Ｖ（ゼロボルト）から電流が立ち上がった後、電圧が増加するにしたがい、電流が減少する領域（負性抵抗）を経て、再び電流が増加する（第１象限Ｉ）。一方、負の電圧を印加する（即ち、逆バイアスを印加する）と、逆方向に電流が流れる（第３象限ＩＩＩ）。このような出力特性を示すダイオードはトンネル・ダイオード、または発見者の名をとってエサキ・ダイオードと呼ばれる。
【００３９】
即ち、本実施の形態においては、ＩＧＢＴ動作時（オン時）には、第１象限Ｉの網掛け部分に示す特性を利用してＩＧＢＴとして動作させる。具体的には、エミッタ電極８とコレクタ電極９の間に正の電圧（例えば、数十ボルトから数千ボルト程度の電圧）を加えた後、ゲート電極５とエミッタ電極８との間に数十ボルトの電圧（例えば、１５Ｖ程度の電圧）を加える。
【００４０】
ゲート電極５に加えられた電圧によって、ｐ型チャネル領域２とゲート絶縁膜３との境界部分にチャネル（反転層）が形成される。この反転層により、ｎ−型ドリフト層１とｎ型ソース領域４とが電気的に接続され、電子がｎ型ソース領域４からｎ−型ドリフト層１に注入される。この電子の流れが、ｎ−型ドリフト層１、ｐ型チャネル領域２およびｎ型ソース領域４から成るバイポーラトランジスタのベース電流として作用し、バイポーラトランジスタが導通する。即ち、上記電子により、コレクタ電極９側からのホールの注入を促し、コレクタ電極９側から注入されたホールはｎ−型ドリフト層１を通り、さらに、ｐ型チャネル領域２を通ってエミッタ電極８に流れ込む。このように、コレクタ電流が流れる（ＩＧＢＴがオンする）。この際、ｎ−型ドリフト層１には、上記電子およびホールが供給されるので、ｎ−型ドリフト層１には過剰な電子とホールが蓄積される。これは伝導度変調と呼ばれる現象で、ＩＧＢＴ導通時（オン時）の抵抗を大きく減少させている。
【００４１】
一方、ＩＧＢＴとして動作させない時（オフ時）には、第３象限ＩＩＩの網掛け部分に示す特性を利用してダイオードとして動作させる。具体的には、トンネル現象を利用して、ダイオードを導通させる。言い換えれば、ＩＧＢＴを逆導通させる。
【００４２】
図３は、高濃度ｐｎ接合間を流れる電流の伝導メカニズムを説明するためのバンド図である。図３（Ａ）は、本実施の形態のダイオードが導通する時のバンド図であり、図２の第３象限ＩＩＩの網掛け部分に対応する。図３（Ａ）に示すように、エミッタ電極８に正の電圧（例えば、１〜２Ｖ程度）が印加された場合、ダイオードにおいて、電子は、ｐ＋＋層（高濃度ｐ型領域７）からｎ＋＋層（高濃度ｎ型領域６）に向かって、トンネル現象により流れる。即ち、高濃度ｎ型領域６から高濃度ｐ型領域７にトンネル電流が流れる。
【００４３】
一方、図３（Ｂ）は、本実施の形態のＩＧＢＴ導通時（オン時）のバンド図であり、図２の第１象限Ｉの網掛け部分に対応する。この時、ホールは、ｐ＋＋層（高濃度ｐ型領域７）からｎ＋＋層（高濃度ｎ型領域６）に向かって、拡散により流れる。よって、ダイオード（高濃度ｐｎ接合部、ここでは、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７）が、ＩＧＢＴの導通を阻害することはない。
【００４４】
このように、高濃度のｐｎ接合部（６、９）を設けることで、上記トンネル現象を生じさせることができる。有効にトンネル現象を生じさせるための、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７の不純物濃度は、前述したように、１×１０１９ｃｍ−３以上であることが好ましい。また、不純物濃度の上限について本発明者が検討したところ、不純物濃度が高すぎると、ＩＧＢＴ導通時（オン時）のオン抵抗が高くなるという知見を得た。
【００４５】
図４は、高濃度ｐｎ接合部の不純物濃度が３×１０２０ｃｍ−３より大きい場合におけるｐｎ接合を流れる電流の伝導メカニズムを説明するバンド図である。図４（Ａ）に示すように、ダイオードが導通する場合は、図３（Ａ）と同様にトンネル現象により、電流が流れる。しかしながら、ＩＧＢＴとして導通する場合は、図４（Ｂ）に示すように、トンネル現象により、電子が高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）から高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）に流れるので、高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）からｎ−型ドリフト層１にホールが注入されず、前述した伝導導変調が抑制される。このためオン抵抗が高くなり、オン電圧を大きくせざるを得ない。
【００４６】
以上により、高濃度ｐｎ接合部の不純物濃度を、１×１０１９ｃｍ−３以上３×１０２０ｃｍ−３以下の範囲とすることにより、ダイオード内蔵のＩＧＢＴとして動作させるとともに、ＩＧＢＴのオン電圧の増大を抑制することができる。
【００４７】
さらに、高濃度ｐｎ接合の構成について、本発明者が検討したところ、高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）の厚さおよび高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）の厚さについて、より好適な範囲があることを見出した。
【００４８】
即ち、高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）が厚いと、ＩＧＢＴ導通時（オン時）に、高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）から注入されたホールが、高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）において電子と再結合しやすくなるため、ｎ−型ドリフト層１にホールが注入され難くなる。これにより、前述した伝導導変調が抑制される。よって、伝導導変調を効率よく生じさせる観点から、高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）の厚さは５０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００４９】
また、高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）が厚すぎると、ＩＧＢＴ導通時（オン時）において、高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）から注入されるホールが増加するので、ＩＧＢＴがターンオフする時の損失（ターンオフ損失）が増加する。よって、このターンオフ損失の低減の観点から、高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）の厚さは５０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００５０】
一方、ダイオード内蔵のＩＧＢＴとしては、図２４に示す半導体装置の構成とすることも考えられる。図２４は、本実施の形態の比較例３の半導体装置を示す要部断面図である。図２４においては、ｎ−型ドリフト層１と、ｎ型ソース領域４と、これらの間のｐ型チャネル領域２と、ゲート絶縁膜３と、ゲート電極５とを有するＩＧＢＴが基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側に配置されている。さらに、ｎ−型ドリフト層１とコレクタ電極９との間には、ｎ型バッファ層Ｂとｐ型コレクタ層Ｃとが設けられ、ｐ型コレクタ層Ｃを分割するようにｎ型層Ｄが設けられている。このｎ型層Ｄ、ｐ型チャネル領域２およびｎ−型ドリフト層１により、ｐｉｎ型のダイオードが構成される。かかる構成の半導体装置を“コレクタショート構造の逆導通ＩＧＢＴ”と言うことがある。
【００５１】
しかしながら、上記比較例３の半導体装置においては、順方向の出力特性において、いわゆる“スナップバック（Ｓｎａｐ  Ｂａｃｋ）”が生じるという課題がある。図２５は、比較例１および比較例３の半導体装置の順方向出力特性を示すグラフである。横軸は、コレクタ電圧Ｖｃｅ[Ｖ]で、縦軸は、コレクタ電流Ｉｃ[Ａ]である。図示するように、比較例１の半導体装置、即ち、逆導通ではないＩＧＢＴのコレクタ電流−コレクタ電圧特性（実線）においては、コレクタ電圧が、ｐｎ接合の拡散電圧（例えば、０．７Ｖ程度）となると、コレクタ電流が、立ち上がり、指数関数的に増加する。一方、比較例３の半導体装置、即ち、コレクタショート構造の逆導通ＩＧＢＴのコレクタ電流−コレクタ電圧特性（点線）においては、コレクタ電圧が拡散電圧（例えば、０．７Ｖ程度）となっても、コレクタ電流が立ち上がらず、拡散電圧以上の電圧が印加された後、一旦、コレクタ電圧が急峻に降下し、その後、コレクタ電流が増加する。この現象が“スナップバック”と呼ばれる。
【００５２】
比較例３の半導体装置（ダイオード内蔵のＩＧＢＴ）においては、コレクタ電圧を上げると、コレクタ電流はコレクタショートのｎ型層Ｄ領域に集中して流れ（ＭＩＳＦＥＴ動作）、さらにコレクタ電圧を上げると、ｐ型チャネル領域２からｎ−型ドリフト層１にホールが注入され（ＩＧＢＴ動作）、伝導度変調により、ｎ−型ドリフト層１の抵抗が減少し、コレクタ電圧が低下する。上記ＭＩＳＦＥＴ動作から、ＩＧＢＴ動作に切り替わるタイミングで“スナップバック”が生じるのである。
【００５３】
さらに、比較例３の半導体装置（ダイオード内蔵のＩＧＢＴ）においては、上記“スナップバック”に加え、“電流集中”という課題もある。例えば、半導体装置が、ダイオードとして動作している時、ダイオード電流はコレクタショートのｎ型層Ｄに集中して流れる。このため、ダイオードの順方向電圧降下が増大し、装置特性の劣化を招くこととなる。
【００５４】
これに対し、本実施の形態の前述した構成によれば、比較例３のようなｎ型層Ｄに局所的に電流が流れる構成となっておらず、コレクタ電極９に接する領域（高濃度ｐｎ接合部、６、７）全面において電流が流れるため、上記“スナップバック”や“電流集中”の問題を回避することができる[効果２]。
【００５５】
［製法説明］
次いで、図５〜図１０を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するとともに、当該半導体装置の構成をより明確にする。図５〜図１０は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。
【００５６】
まず、図５に示すように、ｎ型（第１導電型）の不純物（例えばリン（Ｐ）など）を含有するｎ−型単結晶シリコンよりなる基板（半導体基板）の表面（第１面、上面）に、ｐ型チャネル領域（ｐ型の半導体領域）２を形成する。ｐ型チャネル領域２は、ｐ型（第２導電型）の不純物（例えばホウ素（Ｂ）など）をイオン注入することによって形成する。上記ｎ−型単結晶シリコンよりなる基板は、ｎ−型ドリフト層（ｎ型の半導体領域）１となる。なお、ｎ型の不純物を含有するｎ＋型単結晶シリコンよりなる支持基板上に、エピタキシャル成長させたｎ−型のシリコン層（ｎ−型ドリフト層１）を有する基板を用い、その表面に、ｐ型チャネル領域２を形成してもよい。
【００５７】
次いで、図６に示すように、トレンチ型のゲート電極（導電性膜）５を形成する。まず、フォトリソグラフィ技術を用いて露光・現像されたフォトレジスト膜（図示せず）をマスクとしてｐ型チャネル領域２およびｎ−型ドリフト層１をドライエッチングし、溝（トレンチ）Ｔを形成する。この溝Ｔは、ｐ型チャネル領域２を貫通し、ｎ−型ドリフト層１まで到達している。次いで、溝Ｔの側壁および底部にゲート絶縁膜３を形成する。例えば、基板に熱酸化処理を施すことにより、溝Ｔの側壁および底部に酸化シリコン膜よりなるゲート絶縁膜３を形成する。次いで、溝Ｔ内を含む基板上に、導電性膜として、例えば、ｎ型の不純物（例えばリン（Ｐ））がドープされた多結晶シリコン膜を、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長）法などを用いて、溝Ｔを埋め込む程度の膜厚で堆積する。次いで、上記多結晶シリコン膜を、例えば、全面エッチバックし、溝Ｔの内部に多結晶シリコン膜を残存させることにより、ゲート電極５を形成する。
【００５８】
次いで、図７に示すように、フォトリソグラフィ技術によってゲート電極５の近傍のｐ型チャネル領域２の表面において溝Ｔに接するようにｎ型ソース領域（ｎ型の半導体領域）４を形成する。ｎ型ソース領域４は、ｎ型（第１導電型）の不純物（例えばリン（Ｐ）など）を、フォトリソグラフィ技術を用いて露光・現像されたフォトレジスト膜（図示せず）をマスクとしてイオン注入することによって形成する。なお、ｎ型ソース領域４が形成されないｐ型の半導体領域（ｐ型チャネル領域２）を、ｐ型ウエル１０と呼ぶ。
【００５９】
ここまでの工程により、ｎ−型ドリフト層１をドレイン領域と、ｎ型ソース領域（ｎ型の半導体領域）４をソース領域と、これらの間のｐ型チャネル領域（ｐ型の半導体領域）２をチャネル領域とし、このチャネル領域に接するゲート絶縁膜３を介してゲート電極５が配置されたＩＧＢＴを形成することができる。
【００６０】
次いで、図８に示すように、ｎ型ソース領域４と電気的に接続されるエミッタ電極８を形成する。例えば、基板上に導電性膜として例えばアルミニウム（Ａｌ）膜をスパッタリング法などにより堆積する。なお、基板とＡｌ膜との間に、バリア導体膜として例えば窒化タングステン（ＴｉＷ）膜などを形成してもよい。その後、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたフォトレジスト膜をマスクとしてＡｌ膜をエッチング（ドライエッチングまたはウエットエッチング）することにより、エミッタ電極８を形成する。
【００６１】
次いで、図９に示すように、基板の裏面（第１面と逆側の面、第２面、下面）側、即ち、ｎ−型ドリフト層１を裏面側から薄膜化する。例えば、基板の表面をテープ等で保護した後、保護面を下側とし、ｎ−型ドリフト層１の裏面を研削する。
【００６２】
次いで、ｎ−型ドリフト層１の裏面側（研磨された面）に、ダイオードを構成する高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７を形成する。例えば、ｎ−型ドリフト層１の裏面側から、ｎ型の不純物（例えばリン（Ｐ）など）をイオン注入することによって、高濃度ｎ型領域６を形成する。次いで、ｎ−型ドリフト層１の裏面側から、ｐ型の不純物（例えばホウ素（Ｂ）など）をイオン注入することによって、高濃度ｐ型領域７を形成する。この後、熱処理（アニール）を行い、注入した不純物を活性化する。なお、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７の形成順序は逆でもよい。この際、図９に示すように、高濃度ｐ型領域７をｎ−型ドリフト層１の裏面側に形成し、高濃度ｎ型領域６は、ｎ−型ドリフト層１の裏面側から見て、高濃度ｐ型領域７より深い位置に延在するように、イオン打ち込みエネルギーなどのイオン注入条件を調整する。また、上記熱処理（アニール）温度としては、Ａｌ膜よりなるエミッタ電極８の特性を劣化させないように、エミッタ電極８の近傍では、６００℃以下としつつ、不純物の活性度を向上させるため、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７の近傍では８００℃以上の温度とすることが好ましい。例えば、レーザーアニールによれば、局所的な熱処理が可能であり、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７の近傍を十分高温としつつ、エミッタ電極８の近傍での温度上昇を抑制することができ、熱処理手段として有効である。
【００６３】
次いで、図１０に示すように、基板の裏面、即ち、ｎ−型ドリフト層１（ここでは、高濃度ｐ型領域７）の裏面上に、導電性膜として、例えば、チタン（Ｔｉ）膜、ニッケル（Ｎｉ）膜および金（Ａｕ）膜の積層膜を、スパッタリング法などにより堆積し、これらの積層膜よりなるコレクタ電極９を形成する。
【００６４】
この後、基板の表面の上記テープを剥がし、ウエハ状態の基板を、分割領域に沿ってダイシングし、複数のチップとする。さらに、個々のチップを、例えば、外部端子を有する実装板上などに搭載し、樹脂等で封止する（実装する）。これにより、本実施の形態の半導体装置が略完成する。
【００６５】
なお、本実施の形態の半導体装置（図１）においては、一のＩＧＢＴおよびダイオードを示して説明を行ったが、パワー半導体においては、大きな電力を得るために、上記部位（ＩＧＢＴおよびダイオード）を複数個繰り返し配置した構造が採用されている。
【００６６】
（実施の形態２）
実施の形態１においては、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７を、それぞれ、イオン注入によって形成したが、これらの領域をエピタキシャル成長により形成してもよい。なお、本実施の形態の半導体装置の構成は、実施の形態１において図１等を参照しながら説明した構成（動作も含む）と同様であるためその説明を省略する。
【００６７】
図１１〜図１３は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置の製造工程について説明する。
【００６８】
図１１に示すように、基板の主表面にＩＧＢＴを形成する。なお、このＩＧＢＴの形成工程は、図５〜図７を参照しながら説明した実施の形態１の場合と同様であるため、その詳細な説明を省略する。即ち、ｎ−型単結晶シリコンよりなる基板（ｎ−型ドリフト層）の表面に、ｐ型チャネル領域２を形成した後、ｐ型チャネル領域２を貫通し、ｎ−型ドリフト層１まで到達する溝Ｔを形成する。次いで、溝Ｔの内部に、ゲート絶縁膜３およびゲート電極５を形成し、さらに、ゲート電極５の近傍のｐ型チャネル領域２の表面にｎ型ソース領域４を形成する。これにより、ｎ−型ドリフト層１をドレイン領域と、ｎ型ソース領域４をソース領域と、これらの間のｐ型チャネル領域２をチャネル領域とし、このチャネル領域に接するゲート絶縁膜３を介してゲート電極５が配置されたＩＧＢＴを形成することができる。
【００６９】
次いで、図１２に示すように、基板の裏面（第１面と逆側の面、第２面、下面）側、即ち、ｎ−型ドリフト層１を裏面側から薄膜化する。例えば、基板の表面をテープ等で保護した後、保護面を下側とし、ｎ−型ドリフト層１の裏面を研削する。
【００７０】
次いで、ｎ−型ドリフト層１の裏面側（研磨された面）に、ダイオードを構成する高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７を形成する。例えば、ｎ−型ドリフト層１の裏面に、ｎ型の不純物（例えばリン（Ｐ）など）をドープしながら単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させることにより、高濃度ｎ型領域６を形成する。次いで、高濃度ｎ型領域６上に、ｐ型の不純物（例えばホウ素（Ｂ）など）をドープしながら単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させることにより、高濃度ｐ型領域７を形成する。
【００７１】
次いで、図１３に示すように、基板の表面にエミッタ電極８を、基板の裏面にコレクタ電極９を形成する。これらの形成工程の順序に制限はないが、例えば、基板の表面の上記テープを剥がし、基板上に導電性膜として例えばＡｌ膜をスパッタリング法などにより堆積した後、所望の形状にエッチングすることにより、エミッタ電極８を形成する。次いで、基板の裏面、即ち、ｎ−型ドリフト層１（ここでは、高濃度ｐ型領域７）の裏面上に、導電性膜として、例えば、チタン（Ｔｉ）膜、ニッケル（Ｎｉ）膜および金（Ａｕ）膜の積層膜を、スパッタリング法などにより堆積し、これらの積層膜よりなるコレクタ電極９を形成する。
【００７２】
この後、ウエハ状態の基板を、分割領域に沿ってダイシングし、複数のチップとする。さらに、個々のチップを、例えば、外部端子を有する実装板上などに搭載し、樹脂等で封止する（実装する）。これにより、本実施の形態の半導体装置が略完成する。
【００７３】
このように、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７を、エピタキシャル成長により形成した後、エミッタ電極８を形成することで、エピタキシャル成長温度を、Ａｌの融点以上（例えば、９００℃以上）とすることができ、特性の良好なエピタキシャル層を形成することができる。また、エミッタ電極８をその後形成することで、汎用性の高いＡｌを電極として用いることができる。
【００７４】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、実施の形態１のｎ−型ドリフト層１と高濃度ｎ型領域６との間に、ｎ型バッファ層１１が設けられている。
【００７５】
［構造説明］
図１４は、本実施の形態の半導体装置を示す要部断面図である。本実施の形態の半導体装置は、実施の形態１（図１）と同様に、ＩＧＢＴとダイオードとを有し、ダイオード内蔵のＩＧＢＴである。
【００７６】
即ち、実施の形態１と同様に、ｎ−型ドリフト層１と、ｎ型ソース領域４と、これらの間のｐ型チャネル領域２と、ゲート絶縁膜３と、ゲート電極５とを有するＩＧＢＴが基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側に配置されている。さらに、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面側に、高濃度ｎ型領域６と高濃度ｐ型領域７とを有するダイオードが配置されている。また、基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側には、ｎ型ソース領域４と電気的に接続されるエミッタ電極８が配置され、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面側の高濃度ｐ型領域７上には、コレクタ電極９が配置されている。
【００７７】
実施の形態１（図１）との違いは、ｎ−型ドリフト層１と高濃度ｎ型領域６との間に、ｎ型バッファ層１１が設けられている点である。このｎ型バッファ層１１の不純物濃度は、高濃度ｎ型領域６の不純物濃度より低く、ｎ−型ドリフト層１の不純物濃度より高い。
【００７８】
例えば、比較例２（図２３）の半導体装置において、ｎ型バッファ層Ｂは、空乏層がｐ型チャネル領域２まで到達することを抑制する役割を果たしている。本実施の形態においても、実施の形態１で説明した効果（例えば、前述の効果１および効果２）に加え、ｎ型バッファ層１１を設けることで、空乏層の伸びを押さえ、耐圧を確保することができる。また、比較例２（図２３）の半導体装置の耐圧設計を踏襲すれば、容易にダイオードを組み込んだＩＧＢＴを設計することができる。
【００７９】
［製法説明］
本実施の形態の半導体装置は、実施の形態１と同様に形成することができる。例えば、実施の形態１において、ダイオードを構成する高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７を形成する際、ｎ型バッファ層１１も同様に、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面側から、ｎ型の不純物（例えばリン（Ｐ）など）をイオン注入することによって形成すればよい。
【００８０】
（実施の形態４）
実施の形態１（図１）においては、ゲート電極５の一方にｐ型チャネル領域２を配置し、ゲート電極５の他方にｐ型ウエル（ｐ型の半導体領域）１０を配置したが、このｐ型ウエル１０を省略し、ゲート電極５およびｐ型チャネル領域２を密に配置してもよい。
【００８１】
［構造説明］
図１５は、本実施の形態の半導体装置を示す要部断面図である。本実施の形態の半導体装置は、実施の形態１（図１）と同様に、ＩＧＢＴとダイオードとを有し、ダイオード内蔵のＩＧＢＴである。
【００８２】
即ち、実施の形態１と同様に、ｎ−型ドリフト層１と、ｎ型ソース領域４と、これらの間のｐ型チャネル領域２と、ゲート絶縁膜３と、ゲート電極５とを有するＩＧＢＴが基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側に配置されている。さらに、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面側に、高濃度ｎ型領域６と高濃度ｐ型領域７とを有するダイオードが配置されている。また、基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側には、ｎ型ソース領域４と電気的に接続されるエミッタ電極８が配置され、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面側の高濃度ｐ型領域７上には、コレクタ電極９が配置されている。
【００８３】
実施の形態１（図１）との違いは、ｐ型ウエル１０が省略され、ゲート電極５およびｐ型チャネル領域２が繰り返し密に設けられている点である。
【００８４】
実施の形態１（図１）のｐ型ウエル１０は、ゲート電極５、エミッタ電極８およびコレクタ電極９のいずれとも接続されておらず、フローティング状態である。このような、フローティング状態のｐ型ウエル１０を設けた場合には、ＩＧＢＴの過電流による素子破壊を低減でき、また、導通損失の低減や、オン電圧の低減を図ることができる。
【００８５】
一方、ｐ型ウエル１０は電気的にフローティング状態となるため、ＩＧＢＴがターンオンする時に、ｐ型ウエル１０の電位が上昇し、ｐ型ウエル１０とゲート電極５の間の寄生容量を介して、ゲート電極５の電位が上昇し、ＩＧＢＴのターンオンが加速される。このため、コレクタ電流の変化率（ｄｉ／ｄｔ）が大きくなり、ＥＭＩ（Electromagnetic Interference：電磁妨害）ノイズが増加する恐れがある。
【００８６】
これに対し、本実施の形態によれば、実施の形態１で説明した効果（例えば、前述の効果１および効果２）に加え、ｐ型ウエル１０を省略した構成により、上記ＥＭＩノイズを抑制することができる。
【００８７】
［製法説明］
本実施の形態の半導体装置は、実施の形態１と同様に形成することができる。例えば、実施の形態１のｐ型ウエル１０に対応する領域にも、ｎ型ソース領域４およびエミッタ電極８を形成するとともに、ゲート電極５を蜜に形成すればよい。
【００８８】
（実施の形態５）
本実施の形態においては、実施の形態４のｐ型チャネル領域２とｎ−型ドリフト層１との間に、ｎ型ホールバリア層１２が設けられている。
【００８９】
［構造説明］
図１６は、本実施の形態の半導体装置を示す要部断面図である。本実施の形態の半導体装置は、実施の形態４（図１５）と同様に、ＩＧＢＴとダイオードとを有し、ダイオード内蔵のＩＧＢＴである。
【００９０】
即ち、実施の形態４と同様に、ｎ−型ドリフト層１と、ｎ型ソース領域４と、これらの間のｐ型チャネル領域２と、ゲート絶縁膜３と、ゲート電極５とを有するＩＧＢＴが基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側に配置されている。さらに、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面側に、高濃度ｎ型領域６と高濃度ｐ型領域７とを有するダイオードが配置されている。また、基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側には、ｎ型ソース領域４と電気的に接続されるエミッタ電極８が配置され、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面側の高濃度ｐ型領域７上には、コレクタ電極９が配置されている。
【００９１】
実施の形態４（図１５）との違いは、ｐ型チャネル領域２とｎ−型ドリフト層１との間に、ｎ型ホールバリア層（ｎ型の半導体領域）１２が設けられている点である。ここで、ゲート電極５およびゲート絶縁膜３が配置されている溝Ｔは、ｐ型チャネル領域２およびｎ型ホールバリア層１２を貫通し、ｎ−型ドリフト層１まで到達している。このように、ｐ型チャネル領域２の下部にｎ型ホールバリア層１２を設けることにより、ＩＧＢＴ導通時のオン電圧を低減できる。このｎ型ホールバリア層１２の不純物濃度は、ｎ−型ドリフト層１の不純物濃度より高く、高濃度ｎ型領域６の不純物濃度より低い。
【００９２】
即ち、本実施の形態のように、実施の形態１のｐ型ウエルを省略した構成においては、前述したとおり、ＥＭＩノイズを低減できるものの、ＩＧＢＴ導通時に、高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）から注入されたホールが、ｐ型チャネル領域２を経由して、エミッタ電極８に抜けやすくなる。その結果、ｎ−型ドリフト層１のホール濃度が低くなり、オン電圧が高くなりやすい。
【００９３】
これに対し、本実施の形態においては、ＩＧＢＴ導通時において、ｎ型ホールバリア層１２がホールに対する堰の役割を担うため、ホールがｎ−型ドリフト層１に滞留しやすくなり、オン電圧を低減できる。
【００９４】
このように、本実施の形態によれば、実施の形態１で説明した効果（例えば、前述の効果１および効果２）に加え、ｎ型ホールバリア層１２を設ける構成により、ＩＧＢＴ導通時のオン電圧を低減できる。
【００９５】
［製法説明］
本実施の形態の半導体装置は、実施の形態１と同様に形成することができる。例えば、実施の形態１のｐ型ウエル１０に対応する領域にも、ｎ型ソース領域４およびエミッタ電極８を形成するとともに、ゲート電極５を蜜に形成すればよい。また、ｎ−型単結晶シリコンよりなる基板（半導体基板）の表面に、ｐ型チャネル領域（ｐ型の半導体領域）２を形成する際、その下層に、ｎ型ホールバリア層１２をｎ型（第１導電型）の不純物（例えばリン（Ｐ）など）をイオン注入することによって形成しておく。さらに、ｐ型チャネル領域２およびｎ型ホールバリア層１２を貫通し、ｎ−型ドリフト層１まで到達する溝Ｔを形成した後、その内部に、実施の形態１と同様にゲート絶縁膜３およびゲート電極５を形成すればよい。
【００９６】
（実施の形態６）
実施の形態１（図１）においては、いわゆる、“縦型”のＭＩＳＦＥＴで、“トレンチゲート型”のＩＧＢＴを例に説明したが、前述したように、ＩＧＢＴの構造には、“縦型”や“横型”と呼ばれるものがあり、さらにゲート電極部の構造に応じて“トレンチ（溝）ゲート型”や“プレーナゲート型”といった構造のものがある。よって、他の構造を採用したＩＧＢＴとしてもよい。ここでは、“縦型”のＭＩＳＦＥＴで、“プレーナゲート型”のＩＧＢＴおよび、“横型”のＭＩＳＦＥＴで、“プレーナゲート型”のＩＧＢＴを例として説明する。
【００９７】
（Ａ）［構造説明］
図１７は、本実施の形態の半導体装置を示す要部断面図であり、図１７（Ａ）は、“縦型”のＭＩＳＦＥＴで、“プレーナゲート型”のＩＧＢＴの構成を示す。本実施の形態の半導体装置は、実施の形態１（図１）と同様に、ＩＧＢＴとダイオードとを有し、ダイオード内蔵のＩＧＢＴである。
【００９８】
但し、ＩＧＢＴのゲート電極５は、“プレーナゲート型”の構成となっている。具体的には、図１７（Ａ）に示すように、ドレイン領域となるｎ−型ドリフト層１の主表面に、チャネル領域となるｐ型チャネル領域（ｐ型の半導体領域）２が配置され、このｐ型チャネル領域２の内部に、ソース領域となるｎ型ソース領域（ｎ型の半導体領域）４が配置されている。この場合、ゲート電極５は、ｎ−型ドリフト層１、ｎ型ソース領域４およびｐ型チャネル領域２上にゲート絶縁膜３を介して配置されている。
【００９９】
ダイオードを構成する高濃度ｎ型領域６は、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面側に配置され、高濃度ｐ型領域７は、高濃度ｎ型領域６の内部に配置されている。
【０１００】
また、エミッタ電極８は、基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側に、ｎ型ソース領域４と電気的に接続されるように配置され、コレクタ電極９は、基板の表面側に、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７と接するように配置されている。
【０１０１】
ここで、高濃度ｎ型領域６は、例えば、ｎ型ソース領域４よりｎ型の不純物濃度が高く、また、高濃度ｐ型領域７は、例えば、ｐ型チャネル領域２よりｐ型の不純物濃度が高い。これらの不純物濃度は、ｐｎ接合部の界面において、１×１０１９ｃｍ−３以上である。また、上記ｐｎ接合部の不純物濃度が高くなり、例えば、３×１０２０ｃｍ−３以上となると、前述したように、ＩＧＢＴ導通時のオン電圧が高くなることが本発明者の検討により判明している。よって、上記ｐｎ接合部の不純物濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上３×１０２０ｃｍ−３以下が好ましい。また、実施の形態１等で説明したように、伝導導変調を効率よく生じさせる観点から、高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）の厚さは５０ｎｍ以下とすることが好ましい。また、ターンオフ損失の低減の観点から、高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）の厚さは５０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１０２】
このように、本実施の形態によれば、ＩＧＢＴとダイオードとを同一の基板中に複合的に組み込んだので、半導体装置の多機能化を図るなど、実施の形態１で詳細に説明した効果（例えば、前述の効果１および効果２）を奏することができる。
【０１０３】
［製法説明］
本実施の形態の半導体装置の製造方法について制限はないが、例えば、イオン注入技術を用いて、基板（ｎ−型ドリフト層１）に、ｐ型チャネル領域２、ｎ型ソース領域４、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７を形成した後、基板上に、熱酸化処理等によりゲート絶縁膜３を形成した後、ｎ型の不純物（例えばリン（Ｐ））がドープされた多結晶シリコン膜を堆積し、パターニングすることによりゲート電極５をｎ−型ドリフト層１からｐ型チャネル領域２を介してｎ型ソース領域４まで覆うように形成する。さらに、ゲート電極５上に絶縁膜ＩＬを形成した後、基板上に導電性膜として例えばアルミニウム（Ａｌ）膜を堆積し、パターニングすることにより、ｎ型ソース領域４上にエミッタ電極８を形成し、また、高濃度ｐ型領域７の裏面側に導電性膜よりなるコレクタ電極９を形成する。
【０１０４】
（Ｂ）［構造説明］
図１７は、本実施の形態の半導体装置を示す要部断面図であり、図１７（Ｂ）は、“横型”のＭＩＳＦＥＴで、“プレーナゲート型”のＩＧＢＴの構成を示す。本実施の形態の半導体装置は、実施の形態１（図１）と同様に、ＩＧＢＴとダイオードとを有し、ダイオード内蔵のＩＧＢＴである。
【０１０５】
但し、ＩＧＢＴは、“横型”の構成となっており、また、ダイオードを構成する高濃度ｎ型領域６と高濃度ｐ型領域７も横方向に配置されている。具体的には、図１７に示すように、ドレイン領域となるｎ−型ドリフト層１の主表面に、チャネル領域となるｐ型チャネル領域（ｐ型の半導体領域）２が配置され、このｐ型チャネル領域２の内部に、ソース領域となるｎ型ソース領域（ｎ型の半導体領域）４が配置されている。この場合、ゲート電極５は、ｎ−型ドリフト層１とｎ型ソース領域４との間に位置するｐ型チャネル領域２上にゲート絶縁膜３を介して配置されている。
【０１０６】
ダイオードを構成する高濃度ｎ型領域６は、基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側に配置され、ダイオードを構成する高濃度ｐ型領域７は、高濃度ｎ型領域６の内部配置されている。
【０１０７】
また、エミッタ電極８は、基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側に、ｎ型ソース領域４と電気的に接続されるように配置され、コレクタ電極９は、基板の表面側に、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７と接するように配置されている。
【０１０８】
ここで、高濃度ｎ型領域６は、例えば、ｎ型ソース領域４よりｎ型の不純物濃度が高く、また、高濃度ｐ型領域７は、例えば、ｐ型チャネル領域２よりｐ型の不純物濃度が高い。これらの不純物濃度は、ｐｎ接合部の界面において、１×１０１９ｃｍ−３以上である。また、上記ｐｎ接合部の不純物濃度が高くなり、例えば、３×１０２０ｃｍ−３以上となると、前述したように、ＩＧＢＴ導通時のオン電圧が高くなることが本発明者の検討により判明している。よって、上記ｐｎ接合部の不純物濃度は、１×１０１９ｃｍ−３以上３×１０２０ｃｍ−３以下が好ましい。また、実施の形態１等で説明したように、伝導導変調を効率よく生じさせる観点から、高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）の厚さ（深さ）は５０ｎｍ以下とすることが好ましい。また、ターンオフ損失の低減の観点から、高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）の厚さ（深さ）は５０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１０９】
このように、本実施の形態によれば、ＩＧＢＴとダイオードとを同一の基板中に複合的に組み込んだので、半導体装置の多機能化を図るなど、実施の形態１で詳細に説明した効果（例えば、前述の効果１および効果２）を奏することができる。
【０１１０】
また、“横型”の構成を採用することにより、制御回路や駆動回路の実装、集積化などが容易となり、付加的な機能の向上を図ることができる。また、ｐｎ分離や誘電体分離構造の採用や、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の活用により、寄生素子のラッチアップ対策が容易となり、機能的な電力変換装置などに適用することができる。
【０１１１】
［製法説明］
本実施の形態の半導体装置の製造方法について制限はないが、例えば、イオン注入技術を用いて、基板（ｎ−型ドリフト層１）に、ｐ型チャネル領域２、ｎ型ソース領域４、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７を形成した後、基板上に、熱酸化処理等によりゲート絶縁膜３を形成した後、ｎ型の不純物（例えばリン（Ｐ））がドープされた多結晶シリコン膜を堆積し、パターニングすることによりゲート電極５をｎ−型ドリフト層１からｐ型チャネル領域２を介してｎ型ソース領域４まで覆うように形成する。さらに、基板上に導電性膜として例えばアルミニウム（Ａｌ）膜を堆積し、パターニングすることにより、ｎ型ソース領域４上にエミッタ電極８を形成し、また、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７上に導電性膜を堆積し、パターニングすることによりコレクタ電極９を形成する。
【０１１２】
（実施の形態７）
上記実施の形態１〜６においては、ダイオード内蔵のＩＧＢＴに高濃度ｐｎ接合部（６、７）を適用したが、高濃度ｐｎ接合部（６、７）を適用した素子を単なるダイオード素子として用いてもよい。
【０１１３】
［構造説明］
図１８は、本実施の形態の半導体装置（ダイオード素子）を示す要部断面図である。本実施の形態の半導体装置（ダイオード素子）は、基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側に配置された、ｐ型アノード領域２０と、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面側に配置され、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７よりなる高濃度ｐｎ接合部とを有する。高濃度ｎ型領域６は、ｎ−型ドリフト層１の裏面側に配置され、この高濃度ｎ型領域６上には高濃度ｐ型領域７が配置されている。
【０１１４】
また、基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側には、ｐ型カソード領域（ｐ型半導体領域）２０と電気的に接続されるアノード電極２１が配置され、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面側の高濃度ｐ型領域７上にはカソード電極２２が配置されている。
【０１１５】
本実施の形態の半導体装置（ダイオード素子）は、図１のエミッタ電極８の中央部を縦方向に切り出した断面と対応する構成である。つまり、上記断面において、エミッタ電極８をアノード電極２１に、コレクタ電極９をカソード電極２２に、ｐ型チャネル領域２をｐ型アノード領域２０に置き代えたものと対応付けられる。
【０１１６】
ここで、高濃度ｎ型領域６は、例えば、ｎ−型ドリフト層１よりｎ型の不純物濃度が高く、また、高濃度ｐ型領域７は、例えば、ｐ型アノード領域２０よりｐ型の不純物濃度が高い。この高濃度ｎ型領域６と高濃度ｐ型領域７との接合は、後述するようにトンネル接合であり、これらの不純物濃度は、ｐｎ接合部の界面において、１×１０１９ｃｍ−３以上である。
【０１１７】
このように、ダイオード素子に、高濃度ｐｎ接合部（６、７）を組み込んだ場合、ダイオード素子のリカバリー特性が向上する。
【０１１８】
ダイオード素子のリカバリーがハードである、即ち、電流および電圧の変化率が急峻になると、ＥＭＩノイズが増大するという課題がある。
【０１１９】
図１９は、高濃度のｐｎ接合部の出力特性を示す。図２を参照しながら実施の形態１において説明したように、高濃度ｎ型領域６と高濃度ｐ型領域７からなる高濃度のｐｎ接合においては、アノード（高濃度ｐ型領域７）とカソード（高濃度ｎ型領域６）の間に、正の電圧を印加すると、０Ｖ（ゼロボルト）から電流が立ち上がった後、電圧が増加するにしたがい、電流が減少する領域（負性抵抗）を経て、再び電流が増加する（第１象限Ｉ）。一方、負の電圧を印加すると、逆方向に電流が流れる（第３象限ＩＩＩ）。
【０１２０】
本実施の形態において、高濃度のｐｎ接合部が導通する際には、第３象限ＩＩＩの網掛け部分に示す特性を利用して、トンネル電流により、ゼロボルトから電流が流れる。一方、ダイオード素子をリカバリーする際には、第１象限Ｉの網掛け部分に示す特性を利用して、拡散によりホールが、高濃度ｐ型領域７から高濃度ｎ型領域６を介してｎ−型ドリフト層１に注入される。ホールが注入されることで、リカバリーの電流と電圧の波形がソフトとなる。即ち、電流および電圧の変化率が穏やかとなり、ＥＭＩノイズが低減する。
【０１２１】
この場合も、有効にトンネル現象を生じさせるためには、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７のｐｎ接合部界面の不純物濃度が、１×１０１９ｃｍ−３以上であることが好ましい。また、不純物濃度の上限について本発明者が検討したところ、不純物濃度が高すぎると、リカバリーの時、ＥＭＩノイズが増加するという知見を得た。
【０１２２】
このＥＭＩノイズが増加する理由は、ホールが高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）から高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）に拡散注入されず、電子が高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）から高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）にトンネル現象により流れるためである。よって、高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）と高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）の不純物濃度を、１×１０１９ｃｍ−３以上３×１０２０ｃｍ−３以下とすることで、ＥＭＩノイズを低減し、また、ダイオードの順方向電圧降下の増大を抑制することができる。
【０１２３】
さらに、高濃度ｐｎ接合の構成について、本発明者が検討したところ、高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）および高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）の厚さについて、より好適な範囲があることを見出した。
【０１２４】
高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）の厚さについては、厚すぎると、リカバリーが導通する時、高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）から注入されたホールが、高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）で電子と再結合するため、ｎ−型ドリフト層１へのホールの注入が抑制され、ＥＭＩノイズの低下効果が小さくなる。このＥＭＩノイズの抑制効果の観点から、高濃度ｎ型領域６（ｎ＋＋層）の厚さは５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１２５】
また、高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）の厚さについては、厚すぎると、リカバリー時に、高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）から注入されるホールが増加するため、リカバリー損失が増加する。このリカバリー損失の低減の観点から、高濃度ｐ型領域７（ｐ＋＋層）の厚さは５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１２６】
［製法説明］
本実施の形態の半導体装置の製造方法について制限はないが、例えば、イオン注入技術を用いて、基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面に、ｐ型アノード領域２０を形成し、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面（カソード側）に、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７を形成する。その後、基板の表面および裏面上に導電性膜を堆積することにより、アノード電極２１およびカソード電極２２を形成する。
【０１２７】
（実施の形態８）
実施の形態７（図１８）においては、ｐ型アノード領域２０を、ほぼ単一のｐ型の不純物の濃度層としたが、このｐ型アノード領域をｐ型領域２０Ａおよびｐ−型領域２３で構成してもよい。
【０１２８】
［構造説明］
図２０は、本実施の形態の半導体装置を示す要部断面図である。本実施の形態の半導体装置（ダイオード素子）は、基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側に配置された、ｐ型アノード領域を構成するｐ型領域２０Ａおよびｐ−型領域２３と、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面側に配置され、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７よりなる高濃度ｐｎ接合部とを有する。高濃度ｎ型領域６は、ｎ−型ドリフト層１の裏面側に配置され、この高濃度ｎ型領域６の裏面側には高濃度ｐ型領域７が配置されている。
【０１２９】
また、基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面側には、ｐ型カソード領域（ｐ型半導体領域）２０と電気的に接続されるアノード電極２１が配置され、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面側の高濃度ｐ型領域７の裏面側にはカソード電極２２が配置されている。
【０１３０】
実施の形態７（図１９）との違いは、ｐ型アノード領域が、ｐ型領域２０Ａと、このｐ型領域２０Ａよりｐ型不純物濃度が低いｐ−型領域２３とを有する点である。
【０１３１】
このように、ｐ−型領域２３を設けることで、実施の形態７の場合と比較し、リカバリーをさらにソフト化することができる。特に、ｐ型領域２０Ａとｐ−型領域２３との面積比を最適化することで、さらに、リカバリーをソフト化することができる。
【０１３２】
このように、本実施の形態によれば、実施の形態７で説明した効果に加え、リカバリー特性のさらなる向上を図ることができる。
【０１３３】
［製法説明］
本実施の形態の半導体装置の製造方法について制限はないが、例えば、イオン注入技術を用いて、基板（ｎ−型ドリフト層１）の表面に、ｐ型領域２０Ａおよびｐ−型領域２３を形成し、基板（ｎ−型ドリフト層１）の裏面に、高濃度ｎ型領域６および高濃度ｐ型領域７を形成する。その後、基板の表面および裏面上に導電性膜を堆積することにより、アノード電極２１およびカソード電極２２を形成する。
【０１３４】
（実施の形態９）
上記実施の形態１〜６で説明した半導体装置（ダイオード内蔵のＩＧＢＴ）の適用箇所に制限はないが、例えば、ハイブリッド車などに使用される３相モータの駆動回路（インバータ回路、電力変換装置）に使用することができる。図２１は、本実施の形態における３相モータの回路図を示す図である。６０１ａ〜６０３ａおよび６０１ｂ〜６０３ｂはフライホイールダイオード、７０１ａ〜７０３ａおよび７０１ｂ〜７０３ｂはＩＧＢＴ、８０１ａ〜８０３ａおよび８０１ｂ〜８０３ｂはゲート回路、９００は電源端子のうちのＰ端子、９０１は電源端子のうちのＮ端子、９１０、９１１、９１２は、それぞれＵ端子、Ｖ端子、Ｗ端子、９５０はモータ、９６０は、電源である。かかる３相モータにおいては、いわゆる“インバータ回路”によりモータ９５０を可変速制御することができる。
【０１３５】
具体的には、電源９６０からの電気エネルギーを、ＩＧＢＴ（７０１ａ〜７０３ａ、７０１ｂ〜７０３ｂ）を使って、所望の周波数の交流に変え、モータ９５０の回転数を可変速制御する。モータ９５０は３相モータで、Ｕ相９１０、Ｖ相９１１、Ｗ相９１２の入力を持つ。
【０１３６】
例えば、Ｕ相９１０の入力電力は、プラス側の電源端子９００にコレクタが繋がるＩＧＢＴ７０１ａ（上アームのＩＧＢＴ）のゲート回路８０１ａをオンすると、供給される。一方、Ｕ相９１０の入力電力を停止するには、そのゲート回路８０１ａをオフすればよい。これを繰り返すことにより、所望の周波数の電力をモータ９５０に供給することができる。
【０１３７】
ＩＧＢＴ７０１ｂには、ＩＧＢＴ７０１ｂと逆並列にフライホイールダイオード６０１ｂが接続されている。フライホイールダイオード６０１ｂは、例えば、ＩＧＢＴ７０１ａがオフした場合、そのＩＧＢＴ７０１ａに流れていた電流を、マイナス側の電源端子９０１にエミッタが繋がるＩＧＢＴ７０１ｂ（下アームのＩＧＢＴ）と逆並列のフライホイールダイオード６０１ｂに転流することで、モータ９５０のコイルに貯まっているエネルギーを開放する。
【０１３８】
再び上アームのＩＧＢＴ７０１ａをオンすると、下アームのフライホイールダイオード６０１ｂは非導通状態となり、上アームのＩＧＢＴ７０１ａを通じてモータ９５０に電力が供給される。このように、フライホイールダイオード６０１ｂは、ＩＧＢＴ７０１ａのオン、オフに応じて非導通と導通を繰り返す。同様に、フライホイールダイオード６０１ａは、ＩＧＢＴ７０１ｂのオン、オフに応じて非導通と導通を繰り返す。このように、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子単体では、この逆方向電流を流し得る機能をもたないので、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子に逆並列にダイオードを接続することで、逆方向電流を流すことができる。
【０１３９】
よって、実施の形態１〜６で説明した半導体装置（ダイオード内蔵のＩＧＢＴ）を上記３相モータの回路のＩＧＢＴおよびこれと逆並列にフライホイールダイオードよりなる並列回路部に適用することができる。
【０１４０】
これにより、３相モータの回路に組み込むチップ数を低減することができる。即ち、各ＩＧＢＴおよび各フライホイールダイオードをそれぞれ別チップで構成した場合、６つのチップが必要であるのに対し、実施の形態１〜６で説明した半導体装置（ダイオード内蔵のＩＧＢＴ）を用いることで、チップ数を３個とすることができる。よって、インバータ回路の小型化や抵コスト化を図ることができる。さらに、前述したように実施の形態１〜６で説明した半導体装置（ダイオード内蔵のＩＧＢＴ）によれば、“スナップバック”や“電流集中”の問題を回避でき、その装置特性が良好であるため、モータの制御性を向上させるなど、３相モータの回路特性を向上させることができる。
【０１４１】
なお、実施の形態７および８で説明した半導体装置（ダイオード素子）をフライホイールダイオードとして上記３相モータの回路に組み込んでもよい。この場合も、前述したように、ＥＭＩノイズの低減など、半導体装置（ダイオード素子）の特性が向上しているため、それを組み込んだ３相モータの回路の特性を向上させることができる。
【０１４２】
なお、図２１に示す回路は、一例にすぎず、例えば、スッチング素子とダイオードが逆並列された並列回路が直列に組み合わせた回路部を、交流出力の相数と同数結合したインバータ回路に広く適用することができる。また、ここでは、直流を交流に変換するインバータ回路を例に説明したが、交流を直流に変換するコンバータ回路についても適用可能であることは明らかである。
【０１４３】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１４４】
例えば、実施の形態５のｎ型ホールバリア層１２を実施の形態１（図１）の半導体装置に適用する、また、ＩＧＢＴおよびダイオードの導電型を逆にするなど、種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明は、半導体装置およびこれを用いる産業に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１４６】
１    ｎ−型ドリフト層
２    ｐ型チャネル領域
３    ゲート絶縁膜
４    ｎ型ソース領域
５    ゲート電極
６    高濃度ｎ型領域
７    高濃度ｐ型領域
８    エミッタ電極
９    コレクタ電極
１０    ｐ型ウエル
１１    ｎ型バッファ層
１２    ｎ型ホールバリア層
２０    ｐ型アノード領域
２０Ａ    ｐ型領域
２１    アノード電極
２２    カソード電極
２３    ｐ−型領域
６０１ａ〜６０３ａ    フライホイールダイオード
６０１ｂ〜６０３ｂ    フライホイールダイオード
７０１ａ〜７０３ａ    ＩＧＢＴ
７０１ｂ〜７０３ｂ    ＩＧＢＴ
８０１ａ〜８０３ａ    ゲート回路
８０１ｂ〜８０３ｂ    ゲート回路
９００    電源端子（Ｐ端子）
９０１    電源端子（Ｎ端子）
９１０    Ｕ相（Ｕ端子）
９１１    Ｖ相（Ｖ端子）
９１２    Ｗ相（Ｗ端子）
９５０    モータ
９６０    電源
Ｂ    ｎ型バッファ層
Ｃ    ｐ型コレクタ層
Ｄ    ｎ型層、
Ｉ    第１象限
ＩＩＩ    第３象限
ＩＬ    絶縁膜
Ｉｃ    コレクタ電流
Ｔ    溝
Ｖｃｅ    コレクタ電圧
【図１】
2013088544.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】
2013088544.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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