(57)【要約】【課題】キャリアの引き抜きが容易な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体基板と、半導体基板の内部に設けられた第１導電型のドリフト領域と、半導体基板の上面からドリフト領域まで設けられた複数のゲートトレンチ部と、２つのゲートトレンチ部の間に設けられ、半導体基板の上面からドリフト領域まで設けられたダミートレンチ部と、いずれかのゲートトレンチ部に隣接する半導体基板の領域において、半導体基板の上面とドリフト領域との間に設けられた第２導電型のベース領域と、ダミートレンチ部と隣接する半導体基板の領域において、ダミートレンチ部の下端よりも深い位置まで設けられ、ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型の第１ウェル領域とを備える半導体装置を提供する。【選択図】図２Ａ
2018182279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の内部に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
前記半導体基板の上面から前記ドリフト領域まで設けられた複数のゲートトレンチ部と、
２つのゲートトレンチ部の間に設けられ、前記半導体基板の前記上面から前記ドリフト領域まで設けられたダミートレンチ部と、
いずれかの前記ゲートトレンチ部に隣接する前記半導体基板の領域において、前記半導体基板の前記上面と前記ドリフト領域との間に設けられた第２導電型のベース領域と、
前記ダミートレンチ部と隣接する前記半導体基板の領域において、前記ダミートレンチ部の下端よりも深い位置まで設けられ、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型の第１ウェル領域と
を備える半導体装置。
【請求項２】
前記２つのゲートトレンチ部の間に、前記ダミートレンチ部が２つ以上設けられており、
前記半導体基板の内部において、２つの前記ダミートレンチ部の間にはダミーメサ部が形成されており、
前記ダミーメサ部に前記第１ウェル領域が設けられている
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１ウェル領域は、２つの前記ダミートレンチ部の双方に接して設けられている
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１ウェル領域は、前記ダミートレンチ部の底部の少なくとも一部を覆う
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ダミートレンチ部は、前記第１ウェル領域が隣接する第１ダミー側壁を有し、
前記ダミートレンチ部の底部において、幅方向における中央と、前記第１ダミー側壁との間の領域の少なくとも一部を前記第１ウェル領域が覆う
請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ダミートレンチ部は、前記第１ダミー側壁とは逆側の第２ダミー側壁を有し、
前記第１ウェル領域は、前記ダミートレンチ部の底部の前記幅方向における中央よりも前記第２ダミー側壁側まで、前記ダミートレンチ部の底部を覆う
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ダミートレンチ部と、前記ゲートトレンチ部とは、同一の深さまで形成されている
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記ダミートレンチ部は、前記ゲートトレンチ部よりも深く形成されている
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体基板の下面と前記ドリフト領域との間に設けられた第２導電型のコレクタ領域と、
前記ダミーメサ部の下方の少なくとも一部の領域において、前記コレクタ領域と同一の深さ位置に設けられた第１導電型の下面側領域と
を更に備える請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記ダミートレンチ部は、前記半導体基板の前記上面において長手および短手を有しており、
前記ダミーメサ部の下方において、前記ダミートレンチ部の長手方向に沿って前記コレクタ領域と前記下面側領域とが交互に配置されている
請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体基板の内部において前記ゲートトレンチ部に隣接する領域には、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い蓄積領域が設けられ、
前記半導体基板の内部において前記ダミートレンチ部に隣接し、且つ、前記蓄積領域と同一の深さ位置の領域の第１導電型のドーピング濃度が、前記蓄積領域よりも低い
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項１２】
少なくとも一方が前記ゲートトレンチ部である２つのトレンチ部に挟まれたメサ部において、一方の前記トレンチ部と接する位置から、他方の前記トレンチ部に接する位置まで、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い蓄積領域が設けられ、
前記ダミーメサ部には、前記蓄積領域が設けられていない
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記蓄積領域は、隣接する前記ゲートトレンチ部および前記ダミートレンチ部に挟まれたメサ部において、前記ゲートトレンチ部と接しており、且つ、前記ダミートレンチ部とは接しないで設けられる
請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記ゲートトレンチ部は、前記半導体基板の前記上面において長手および短手を有しており、
前記ゲートトレンチ部は、前記半導体基板の内部において前記ゲートトレンチ部の長手方向に沿った第１ゲート側壁と、前記第１ゲート側壁とは逆側の第２ゲート側壁とを有し、
前記半導体基板の内部には、前記ゲートトレンチ部の前記第１ゲート側壁と隣接する第１メサ部と、前記ゲートトレンチ部の前記第２ゲート側壁と隣接する第２メサ部とが設けられ、
前記第１メサ部および前記第２メサ部の上面に、第１導電型のエミッタ領域と、第２導電型のコンタクト領域とが、前記ゲートトレンチ部の長手方向に沿って交互に露出するように配置され、
前記第１メサ部における少なくとも一つの前記エミッタ領域の少なくとも一部の領域が、前記第２メサ部における前記コンタクト領域と対向する位置に配置されている
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】
前記ゲートトレンチ部に隣接した前記半導体基板の上面に設けられた第１導電型のエミッタ領域をさらに備え、
前記第１ウェル領域上に形成されたコンタクトのコンタクト幅は、前記エミッタ領域上に形成されたコンタクトのコンタクト幅よりも大きい
請求項１から１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記ダミートレンチ部の間のメサ部のメサ幅は、少なくとも一方が前記ゲートトレンチ部である２つのトレンチ部に挟まれたメサ部のメサ幅よりも大きい
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】
前記ダミーメサ部において、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い蓄積領域が設けられる
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記ダミートレンチ部のダミー絶縁膜の膜厚は、前記ゲートトレンチ部のゲート絶縁膜の膜厚よりも厚い
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】
半導体基板と、
前記半導体基板の上面から前記半導体基板の内部まで設けられ、前記半導体基板の前記上面において長手および短手を有し、前記半導体基板の内部において長手方向に沿った第１ゲート側壁と、前記第１ゲート側壁とは逆側の第２ゲート側壁とを有するゲートトレンチ部と、
前記半導体基板の内部において、前記ゲートトレンチ部の前記第１ゲート側壁と隣接する第１メサ部、および、前記ゲートトレンチ部の前記第２ゲート側壁と隣接する第２メサ部と
を備え、
前記第１メサ部および前記第２メサ部のそれぞれの上面に、第１導電型のエミッタ領域と、第２導電型のコンタクト領域とが、前記ゲートトレンチ部の長手方向に沿って交互に露出するように配置され、
前記第１メサ部における少なくとも一つの前記エミッタ領域の少なくとも一部の領域が、前記第２メサ部における前記コンタクト領域と対向する位置に配置されている半導体装置。
【請求項２０】
前記第１メサ部における少なくとも一つの前記コンタクト領域の少なくとも一部の領域が、前記第２メサ部における前記エミッタ領域と対向する位置に配置されている
請求項１９に記載の半導体装置。
【請求項２１】
前記第１メサ部において、前記エミッタ領域が、前記コンタクト領域よりも、前記ゲートトレンチ部の長手方向において長く形成されている
請求項１９または２０に記載の半導体装置。
【請求項２２】
前記第１メサ部において、前記コンタクト領域が、前記エミッタ領域よりも、前記ゲートトレンチ部の長手方向において長く形成されている
請求項１９または２０に記載の半導体装置。
【請求項２３】
前記第１メサ部において、前記エミッタ領域および前記コンタクト領域の前記ゲートトレンチ部の長手方向における長さが同一である
請求項１９または２０に記載の半導体装置。
【請求項２４】
前記第１メサ部において、前記エミッタ領域または前記コンタクト領域が形成されている領域には、前記ゲートトレンチ部の短手方向に伸びるトレンチ部が形成されていない
請求項１９から２３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゲート絶縁型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のパワー半導体素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＩＧＢＴ等の半導体素子においては、ドリフト領域に正孔等のキャリアを蓄積することで、オン電圧を低下させることができる。
特許文献１  特開２０１５−７２９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ドリフト領域に蓄積されたキャリアの濃度に対して、半導体装置のターンオフ時などにおけるキャリアの引き抜きが不十分だと、半導体装置の耐量が低下してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、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、半導体基板の内部に設けられた第１導電型のドリフト領域を備えてよい。半導体装置は、半導体基板の上面からドリフト領域まで設けられた複数のゲートトレンチ部を備えてよい。半導体装置は、２つのゲートトレンチ部の間に設けられ、半導体基板の上面からドリフト領域まで設けられたダミートレンチ部を備えてよい。半導体装置は、いずれかのゲートトレンチ部に隣接する半導体基板の領域において、半導体基板の上面とドリフト領域との間に設けられた第２導電型のベース領域を備えてよい。半導体装置は、ダミートレンチ部と隣接する半導体基板の領域において、ダミートレンチ部の下端よりも深い位置まで設けられ、ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型の第１ウェル領域を備えてよい。
【０００５】
２つのゲートトレンチ部の間に、ダミートレンチ部が２つ以上設けられてよい。半導体基板の内部において、２つのダミートレンチ部の間にはダミーメサ部が形成されてよい。ダミーメサ部に第１ウェル領域が設けられていてよい。第１ウェル領域は、２つのダミートレンチ部の双方に接して設けられていてよい。
【０００６】
第１ウェル領域は、ダミートレンチ部の底部の少なくとも一部を覆ってよい。ダミートレンチ部は、第１ウェル領域が隣接する第１ダミー側壁を有してよい。ダミートレンチ部の底部において、幅方向における中央と、第１ダミー側壁との間の領域の少なくとも一部を第１ウェル領域が覆ってよい。ダミートレンチ部は、第１ダミー側壁とは逆側の第２ダミー側壁を有してよい。第１ウェル領域は、ダミートレンチ部の底部の幅方向における中央よりも第２ダミー側壁側まで、ダミートレンチ部の底部を覆ってよい。
【０００７】
ダミートレンチ部と、ゲートトレンチ部とは、同一の深さまで形成されていてよい。ダミートレンチ部は、ゲートトレンチ部よりも深く形成されていてよい。
【０００８】
半導体装置は、半導体基板の下面とドリフト領域との間に設けられた第２導電型のコレクタ領域を備えてよい。半導体装置は、ダミーメサ部の下方の少なくとも一部の領域において、コレクタ領域と同一の深さ位置に設けられた第１導電型の下面側領域を備えてよい。
【０００９】
ダミートレンチ部は、半導体基板の上面において長手および短手を有してよい。ダミーメサ部の下方において、ダミートレンチ部の長手方向に沿ってコレクタ領域と下面側領域とが交互に配置されていてよい。
【００１０】
半導体基板の内部においてゲートトレンチ部に隣接する領域には、ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い蓄積領域が設けられてよい。半導体基板の内部においてダミートレンチ部に隣接し、且つ、蓄積領域と同一の深さ位置の領域の第１導電型のドーピング濃度が、蓄積領域よりも低くてよい。
【００１１】
蓄積領域は、少なくとも一方がゲートトレンチ部である２つのトレンチ部に挟まれたメサ部において、一方のトレンチ部と接する位置から、他方のトレンチ部に接する位置まで連続して設けられてよい。ダミーメサ部には、蓄積領域が設けられていなくてよい。
【００１２】
蓄積領域は、隣接するゲートトレンチ部およびダミートレンチ部に挟まれたメサ部において、ゲートトレンチ部と接していてよい。蓄積領域は、ダミートレンチ部とは接しないで設けられてよい。
【００１３】
ゲートトレンチ部は、半導体基板の上面において長手および短手を有してよい。ゲートトレンチ部は、半導体基板の内部においてゲートトレンチ部の長手方向に沿った第１ゲート側壁と、第１ゲート側壁とは逆側の第２ゲート側壁とを有してよい。半導体基板の内部には、ゲートトレンチ部の第１ゲート側壁と隣接する第１メサ部と、ゲートトレンチ部の第２ゲート側壁と隣接する第２メサ部とが設けられてよい。第１メサ部および第２メサ部の上面に、第１導電型のエミッタ領域と、第２導電型のコンタクト領域とが、ゲートトレンチ部の長手方向に沿って交互に露出するように配置されてよい。第１メサ部における少なくとも一つのエミッタ領域の少なくとも一部の領域が、第２メサ部におけるコンタクト領域と対向する位置に配置されていてよい。
【００１４】
半導体装置は、ゲートトレンチ部に隣接した半導体基板の上面に設けられた第１導電型のエミッタ領域をさらに備えてよい。第１ウェル領域上に形成されたコンタクトのコンタクト幅は、エミッタ領域上に形成されたコンタクトのコンタクト幅よりも大きくてよい。
【００１５】
ダミートレンチ部の間のメサ部のメサ幅は、少なくとも一方がゲートトレンチ部である２つのトレンチ部に挟まれたメサ部のメサ幅よりも大きくてよい。
【００１６】
ダミーメサ部において、ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い蓄積領域が設けられてよい。
【００１７】
ダミートレンチ部のダミー絶縁膜の膜厚は、ゲートトレンチ部のゲート絶縁膜の膜厚よりも厚くてよい。
【００１８】
本発明の第２の態様においては、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半導体基板の内部まで設けられ、半導体基板の上面において長手および短手を有し、第１ゲート側壁および第２ゲート側壁を有するゲートトレンチ部を備えてよい。第１ゲート側壁は、半導体基板の内部において長手方向に沿って設けられてよい。第２ゲート側壁は、第１ゲート側壁とは逆側の第２ゲート側壁であってよい。半導体装置は、半導体基板の内部において、ゲートトレンチ部の第１ゲート側壁と隣接する第１メサ部を備えてよい。半導体装置は、ゲートトレンチ部の第２ゲート側壁と隣接する第２メサ部を備えてよい。第１メサ部および第２メサ部のそれぞれの上面に、第１導電型のエミッタ領域と、第２導電型のコンタクト領域とが、ゲートトレンチ部の長手方向に沿って交互に露出するように配置されてよい。第１メサ部における少なくとも一つのエミッタ領域の少なくとも一部の領域が、第２メサ部におけるコンタクト領域と対向する位置に配置されていてよい。
【００１９】
第１メサ部における少なくとも一つのコンタクト領域の少なくとも一部の領域が、第２メサ部におけるエミッタ領域と対向する位置に配置されていてよい。第１メサ部において、エミッタ領域が、コンタクト領域よりも、ゲートトレンチ部の長手方向において長く形成されていてよい。第１メサ部において、コンタクト領域が、エミッタ領域よりも、ゲートトレンチ部の長手方向において長く形成されていてよい。
【００２０】
第１メサ部において、エミッタ領域およびコンタクト領域のゲートトレンチ部の長手方向における長さが同一であってよい。第１メサ部において、エミッタ領域またはコンタクト領域が形成されている領域には、ゲートトレンチ部の短手方向に伸びるトレンチ部が形成されていなくてよい。
【００２１】
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】
【００２２】
【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２Ａ】図１におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。
【図２Ｂ】図１におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。
【図２Ｃ】図１におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。
【図２Ｄ】図２Ａのｃ−ｃ断面およびｄ−ｄ断面を切断したときのドーピング濃度の分布図の例である。
【図２Ｅ】図２Ａのｃ−ｃ断面およびｄ−ｄ断面を切断したときのドーピング濃度の分布図の他の例である。
【図３】半導体装置１００の上面の他の例を示す図である。
【図４Ａ】図３におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。
【図４Ｂ】図３におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｂのｃ−ｃ断面およびｄ−ｄ断面を切断したときのドーピング濃度の分布図の例である。
【図４Ｄ】図４Ｂのｃ−ｃ断面およびｄ−ｄ断面を切断したときのドーピング濃度の分布図の他の例である。
【図４Ｅ】図３におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。
【図５】半導体装置１００の上面の他の例を示す図である。
【図６】図５におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。
【図７】図５におけるａ−ａ断面の他の例を示す図である。
【図８】図５におけるａ−ａ断面の他の例を示す図である。
【図９】図３におけるａ−ａ断面の他の例を示す図である。
【図１０】図３におけるａ−ａ断面の他の例を示す図である。
【図１１】第１ウェル領域１３の近傍を拡大した断面図である。
【図１２】図１１に示した構造において、底部３５を覆う第１ウェル領域１３の端部３６の位置を変更した例を示す断面図である。
【図１３】図１１に示した構造において、底部３５を覆う第１ウェル領域１３の端部３６の位置を変更した例を示す断面図である。
【図１４】ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０の他の例を示す図である。
【図１５】第１ウェル領域１３の他の例を示す図である。
【図１６】半導体装置１００のａ−ａ断面の他の例を示す図である。
【図１７】図３に示したｂ−ｂ断面の一例を示す図である。
【図１８】本発明の他の実施形態に係る半導体装置２００の上面を部分的に示す図である。
【図１９】図１８におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。
【図２０】図１８におけるａ−ａ断面の他の例を示す図である。
【図２１】第１メサ部７１−１および第２メサ部７１−２の上面における、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の配置例を示す図である。
【図２２】第１メサ部７１−１および第２メサ部７１−２の上面における、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の他の配置例を示す図である。
【図２３】第１メサ部７１−１および第２メサ部７１−２の上面における、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の他の配置例を示す図である。
【図２４】蓄積領域１６の配置例を示す図である。
【図２５】半導体装置１００の製造方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許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。
【００２４】
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。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。半導体基板の深さ方向をＺ軸とする。また、直交座標系は、本例ではいわゆる右手系である。
【００２５】
本明細書においては「エミッタ」、「コレクタ」の用語を用いているが、半導体装置はＩＧＢＴに限定されない。ＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタにおける「ソース」および「ドレイン」も、本明細書における「エミッタ」および「コレクタ」の用語の範囲に含まれ得る。
【００２６】
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。本明細書において領域間のドーピング濃度を比較する場合、それぞれの領域におけるピーク濃度を用いてよい。
【００２７】
本明細書において「同一」と称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。
【００２８】
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、ＩＧＢＴ等のトランジスタを含む半導体チップである。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。
【００２９】
また、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すが、半導体装置１００は、活性領域を囲んでエッジ終端部を有してよい。活性領域は、半導体装置１００をオン状態に制御した場合に電流が流れる領域を指す。エッジ終端部は、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。
【００３０】
本例の半導体装置１００は、半導体基板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、エミッタ領域１２、ベース領域１４、コンタクト領域１５、第１ウェル領域１３および第２ウェル領域１１を備える。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およびゲート電極４６を備える。エミッタ電極５２およびゲート電極４６は互いに分離して設けられる。
【００３１】
エミッタ電極５２およびゲート電極４６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５４、コンタクトホール５５およびコンタクトホール５６が、当該層間絶縁膜を貫通して設けられる。
【００３２】
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、ベース領域１４および第１ウェル領域１３と接触する。本例のコンタクトホール５４は、それぞれのトレンチ部の間に設けられている。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５７が設けられてよい。接続部５７は、熱酸化膜等の絶縁膜を挟んで、半導体基板の上面に設けられる。本例においてコンタクトホール５６は、Ｘ軸方向におけるダミートレンチ部３０の先端に配置される。
【００３３】
ゲート電極４６は、コンタクトホール５５を通って、ゲート配線４５と接触する。ゲート配線４５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４５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４５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４５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４５は、コンタクトホール５５の下方から、ゲートトレンチ部４０の先端部４３まで設けられる。ゲートトレンチ部４０の先端部４３においてゲート導電部は半導体基板の上面に露出しており、ゲート配線４５と接触する。
【００３４】
エミッタ電極５２およびゲート電極４６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。
【００３５】
１つ以上のゲートトレンチ部４０および１つ以上のダミートレンチ部３０は、半導体基板の上面において所定の配列方向（短手方向）に沿って所定の間隔で配列される。図１における配列方向はＹ軸方向である。
【００３６】
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（トレンチの長手方向、本例ではＸ軸方向）に沿って直線形状に延伸する２つの延伸部４１と、延伸部４１の先端において２つの延伸部４１を接続する先端部４３を有してよい。先端部４３の少なくとも一部は、半導体基板の上面において曲線状に形成されることが好ましい。ゲートトレンチ部４０の２つの延伸部４１の先端を先端部４３で接続することで、延伸部４１の端部における電界集中を緩和できる。本明細書では、先端部４３で接続された二つの延伸部４１を、二つのゲートトレンチ部４０として扱う場合がある。
【００３７】
ゲートトレンチ部４０のそれぞれの延伸部４１の間には、１つ以上のダミートレンチ部３０が設けられる。ダミートレンチ部３０は、ゲートトレンチ部４０と同様に、２つの延伸部３１の先端を接続する先端部３３を有してよい。本例では、ゲートトレンチ部４０のそれぞれの延伸部４１の間に、２つの延伸部３１および先端部３３を有するダミートレンチ部３０が設けられている。他の例のダミートレンチ部３０は、先端部３３を有さずに直線形状であってもよい。ダミートレンチ部３０は、ゲート配線４５とは重ならない位置に設けられる。本明細書では、先端部３３で接続された二つの延伸部３１を、二つのダミートレンチ部３０として扱う場合がある。
【００３８】
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、第１ウェル領域１３、第２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。第２ウェル領域１１は、コンタクトホール５４の長手方向の端からゲート電極４６に向かう方向に離れて、所定の範囲で設けられる。第２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、ゲート電極４６側の一部の領域は第２ウェル領域１１に設けられる。ダミートレンチ部３０の延伸方向の端および先端部の底は、第２ウェル領域１１に覆われていてよい。
【００３９】
本例では、各トレンチ部に挟まれた半導体基板の領域をメサ部７１と称する。ただし、２つのダミートレンチ部３０（または２つの延伸部３１）に挟まれた半導体基板の領域をダミーメサ部７２と称する。メサ部７１およびダミーメサ部７２は、各トレンチ部に挟まれた半導体基板の領域において、トレンチ部の最も深い底部よりも上面側の領域である。
【００４０】
メサ部７１には、ベース領域１４が設けられる。第２ウェル領域１１は第２導電型である。ベース領域１４は、第２ウェル領域１１よりもドーピング濃度の低いＰ−型であり、第２ウェル領域１１はＰ＋型である。
【００４１】
メサ部７１のベース領域１４の上面には、ベース領域１４よりもドーピング濃度の高いＰ＋型のコンタクト領域１５が設けられる。第２ウェル領域１１は、活性領域におけるコンタクト領域１５のうち、トレンチ部の延伸方向で最も端に配置されたコンタクト領域１５から、ゲート電極４６の方向に離れて設けられている。また、ベース領域１４の上面には、半導体基板よりもドーピング濃度が高いＮ＋型のエミッタ領域１２が選択的に形成される。
【００４２】
コンタクト領域１５およびエミッタ領域１２のそれぞれは、Ｙ軸方向において隣接す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。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（Ｘ軸方向）に沿って、交互に半導体基板の上面に露出するように設けられる。コンタクト領域１５およびエミッタ領域１２は、メサ部７１の上面において、Ｘ軸方向の両端部において露出するベース領域１４に挟まれた領域に設けられてよい。
【００４３】
他の例のメサ部７１には、コンタクト領域１５およびエミッタ領域１２が延伸方向（Ｘ軸方向）に沿ってストライプ状に設けられてもよい。例えばトレンチ部に隣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。
【００４４】
ダミーメサ部７２には、ベース領域１４よりもドーピング濃度の高い第２導電型の第１ウェル領域１３が設けられる。本例の第１ウェル領域１３は、Ｐ＋型である。第１ウェル領域１３のドーピング濃度は、第２ウェル領域１１のドーピング濃度と同一であってよく、異なっていてもよい。第１ウェル領域１３のドーピング濃度は、ベース領域１４のドーピング濃度の５倍以上であってよく、１０倍以上であってもよい。
【００４５】
第１ウェル領域１３は、ダミーメサ部７２の上面に露出して設けられる。本例の第１ウェル領域１３は、Ｙ軸方向において隣接するメサ部７１におけるエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５と対向する範囲に設けられている。第１ウェル領域１３は、ダミーメサ部７２の上面において、一方のダミートレンチ部３０と接する位置から、他方のダミートレンチ部３０と接する位置までＹ軸方向に連続して設けられる。第１ウェル領域１３は、ダミーメサ部７２の上面において、Ｘ軸方向の両端部において露出するベース領域１４に挟まれた領域に、連続して設けられてよい。
【００４６】
メサ部７１に設けられたコンタクトホール５４は、コンタクト領域１５およびエミッタ領域１２の各領域の上方に設けられる。ダミーメサ部７２に設けられたコンタクトホール５４は、第１ウェル領域１３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および第２ウェル領域１１に対応する領域には設けられない。ダミーメサ部７２の上面には、エミッタ領域は設けられなくてよい。ダミーメサ部７２の上面の、少なくともコンタクトホール５４が形成される領域に、コンタクト領域１５が設けられてもよい。
【００４７】
図２Ａは、図１におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。本例のａ−ａ断面は、エミッタ領域１２を通過するＹＺ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２６、エミッタ電極５２およびコレクタ電極５８を有する。層間絶縁膜２６は、例えばボロンおよびリン等の不純物が添加されたシリケートガラスである。層間絶縁膜２６は、半導体基板１０の上面２１において選択的に形成される。エミッタ電極５２は、半導体基板１０および層間絶縁膜２６の上面２１に設けられる。コレクタ電極５８は、半導体基板１０の下面２３に設けられる。コレクタ電極５８は、半導体基板１０の下面２３全体に設けられてよい。
【００４８】
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。
【００４９】
半導体基板１０の内部には、Ｎ−型のドリフト領域１８が設けられる。当該断面におけるドリフト領域１８は、半導体基板１０のうち、エミッタ領域１２、ベース領域１４、第１ウェル領域１３、バッファ領域２０およびコレクタ領域２２が形成されずに残存した領域である。
【００５０】
いずれかのゲートトレンチ部４０に隣接する半導体基板１０の領域において、半導体基板１０の上面２１と、ドリフト領域１８との間には、Ｐ−型のベース領域が設けられる。本例では、それぞれのメサ部７１に、Ｐ−型のベース領域が設けられる。ベース領域１４は、半導体基板１０の上面からボロン等のＰ型の不純物を注入することで形成されてよい。
【００５１】
メサ部７１において、ベース領域１４の上面には、Ｎ＋型のエミッタ領域１２が設けられる。エミッタ領域１２は、半導体基板１０の上面からリンや砒素等のＮ型の不純物を注入することで形成されてよい。
【００５２】
いずれかのダミートレンチ部３０と隣接する半導体基板１０の領域において、半導体基板１０の上面２１と、ドリフト領域１８との間には、第１ウェル領域１３が設けられる。第１ウェル領域１３は、半導体基板１０の上面２１から、ダミートレンチ部３０の下端よりも深い位置まで設けられる。図２Ａに示す断面においては、ダミーメサ部７２の全体と、ダミーメサ部７２の下方の領域とに第１ウェル領域１３が設けられている。
【００５３】
第１ウェル領域１３の下端は、第１ウェル領域１３およびドリフト領域１８の深さ方向（Ｚ軸方向）におけるドーピング濃度分布に基づいて定めてよい。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不純物（ドーパント）の濃度を指す。拡がり抵抗（ＳＲ）法等により測定した、ドナーおよびアクセプタの濃度差（ネットドーピング濃度）分布が極小値となる深さ位置を、第１ウェル領域１３の下端としてよい。
【００５４】
ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面２１から半導体基板１０の内部まで形成され、側壁においてエミッタ領域１２およびベース領域１４と接している。本例のゲートトレンチ部４０は、第１ウェル領域１３とは接していない。本例のゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面２１から、エミッタ領域１２およびベース領域１４を貫通して設けられる。
【００５５】
ダミートレンチ部３０は、半導体基板１０の上面２１から半導体基板１０の内部まで形成され、側壁において第１ウェル領域１３と接している。ダミートレンチ部３０の側壁のうち、ゲートトレンチ部４０と対向する側壁は、エミッタ領域１２およびベース領域１４と接していてよい。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、Ｚ軸方向において、同一の深さ位置Ｚ１まで設けられてよい。
【００５６】
本例のゲートトレンチ部４０の底部は、ドリフト領域１８内に配置される。ダミートレンチ部３０の底部は、ドリフト領域１８内に配置されてよく、第１ウェル領域１３に覆われていてもよい。なお、トレンチ部が各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。
【００５７】
バッファ領域２０は、ドリフト領域１８の下面側に形成される。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の下面側から広がる空乏層が、Ｐ＋型のコレクタ領域２２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の下面側には、Ｐ＋型のコレクタ領域２２が形成される。
【００５８】
ゲートトレンチ部４０は、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形成される。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に覆われている。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。
【００５９】
ゲート導電部４４は、深さ方向において、ゲート絶縁膜４２を挟んで、少なくとも隣接するベース領域１４と対向する領域を含む。当該断面におけるゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面において層間絶縁膜２６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部４０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。
【００６０】
本例のダミートレンチ部３０は、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形成される。ダミー導電部３４は、ダミートレンチ部３０の内部に形成され、且つ、ダミー絶縁膜３２により覆われている。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。当該断面におけるダミートレンチ部３０は、半導体基板１０の上面において層間絶縁膜２６により覆われる。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。
【００６１】
メサ部７１の幅とダミーメサ部７２の幅は等しくてよい。メサ部７１の幅は、典型的には１．０μｍであり、０．１μｍ以上３．０μｍ以下であってよい。ゲートトレンチ部の幅ＷＧＴとダミートレンチ部３０の幅ＷＤＴは、等しくてもよいし、異なっていてもよい。本例では、等しい。また、メサ部７１の幅Ｃはダミーメサ部７２の幅Ｄと等しくてよい。
【００６２】
コンタクトホール５４のＹ軸方向の幅は、メサ部７１とダミーメサ部７２とで等しくてよい。コンタクトホール５４の幅は、典型的には０．６μｍであり、メサ幅やダミーメサ幅を越えない範囲で、０．０５μｍ以上２．０μｍ以下であってよい。
【００６３】
ダミートレンチ部３０を設けることで、キャリアの蓄積効果を高めて伝導度変調を促進し、オン電圧を低下させることができる。また、ゲートトレンチ部４０に対するダミートレンチ部３０の割合を調整することで、半導体装置１００のスイッチング速度を調整することができる。
【００６４】
半導体装置１００のターンオフ時には、ドリフト領域１８のトレンチ底部近傍に蓄積されたキャリアは、第２導電型の領域を介してエミッタ電極５２に引き抜かれる。蓄積されたキャリアの濃度に対してターンオフ時におけるキャリアの引き抜き速度が遅いと、半導体装置１００の耐量が低下してしまう。キャリアの引き抜き速度とは、半導体装置１００のターンオフ時において、単位時間当たりにドリフト領域１８からエミッタ電極５２等に引き抜かれる正孔等のキャリア量を指す。
【００６５】
半導体装置１００では、ダミートレンチ部３０よりも深く形成した第１ウェル領域１３を設けることで、トレンチ底部近傍に蓄積された正孔等のキャリアを効率よく引き抜くことができる。このため、半導体装置１００のオン電圧を低下させることと、半導体装置１００の耐量の維持を容易に両立することができる。
【００６６】
図２Ｂは、図１におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。本例の半導体装置１００では、半導体基板１０と接続するためのコンタクトのコンタクト幅が図２Ａの場合と異なる。本例では、第１ウェル領域１３上に形成されたコンタクトのコンタクト幅Ｂが、エミッタ領域１２上に形成されたコンタクトのコンタクト幅Ａと異なる。本例のコンタクト幅Ｂは、コンタクト幅Ａよりも大きくてもよいし、小さくてもよい。本例ではコンタクト幅Ｂがコンタクト幅Ａより大きい。即ち、ダミートレンチ部３０同士の間のコンタクト幅Ｂを、ダミートレンチ部３０とゲートトレンチ部４０との間のコンタクト幅Ａよりも大きくすることにより、半導体装置１００のターンオフ耐量を改善できる。
【００６７】
コンタクト幅Ａとコンタクト幅Ｂとの比（Ａ／Ｂ）は、０．２以上２．０以下であってよい。コンタクト幅Ｂがコンタクト幅Ａより大きい場合は、比（Ａ／Ｂ）は０．２以上１．０未満で、さらに０．４以上０．７以下であってよい。一方、コンタクト幅Ｂがコンタクト幅Ａより小さい場合は、比（Ａ／Ｂ）は１．０より大きく２．０以下で、さらに１．３以上１．７以下であってよい。
【００６８】
図２Ｃは、図１におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。本例の半導体装置１００では、ダミーメサ部７２のＹ軸方向の幅が、メサ部７１のＹ軸方向の幅と異なる点で、図２Ａの場合と相違する。本例では、ダミーメサ部７２の幅Ｄが、ダミートレンチ部３０とゲートトレンチ部４０との間のメサ部７１の幅Ｃと異なる。本例のダミーメサ部７２の幅Ｄは、メサ部７１の幅Ｃよりも大きくてよい。ダミーメサ部７２の幅Ｄを、他のメサ部７１の幅Ｃよりも大きくすることにより、半導体装置１００のターンオフ耐量を改善できる。
【００６９】
メサ部７１の幅Ｃとダミーメサ部７２の幅Ｄとの比（Ｄ／Ｃ）は、０．２より大きく５．０以下であってよい。ダミーメサ部７２の幅Ｄがメサ部７１の幅Ｃより小さい場合は、比（Ｄ／Ｃ）は０．２以上１．０未満で、さらに０．４以上０．７以下であってよい。一方、ダミーメサ部７２の幅Ｄがメサ部７１の幅Ｃより大きい場合は、比（Ｄ／Ｃ）は１．０より大きく５．０以下で、さらに２．０以上４．０以下であってよい。
【００７０】
図２Ｄは、図２Ａのｃ−ｃ断面およびｄ−ｄ断面を切断したときのドーピング濃度の分布図の例である。ｃ−ｃ断面では、半導体基板１０の上面側からエミッタ領域１２、ベース領域１４、ドリフト領域１８の順で配置される。ｄ−ｄ断面では、第１ウェル領域１３のドーピング濃度分布は、半導体基板１０の上面からガウス分布状であってよい。ガウス分布は、半導体基板１０の上面に導入されたドーパントが熱拡散で拡散したときのプロファイルである。
【００７１】
ベース領域１４とドリフト領域１８とのｐｎ接合の上面からの深さ、すなわちベース領域１４の深さは、トレンチ部の下端位置Ｚ１より深い。一方、第１ウェル領域１３とドリフト領域１８とのｐｎ接合の深さ、すなわち第１ウェル領域１３の深さは、トレンチ部の下端位置Ｚ１より深くてよい。ベース領域１４の深さは、典型的には３．０μｍであり、０．５μｍ以上５．０μｍ以下であってよい。第１ウェル領域１３の深さは、典型的には７．０μｍであり、２．０μｍ以上１０μｍ以下であってよい。
【００７２】
図２Ｅは、図２Ａのｃ−ｃ断面およびｄ−ｄ断面を切断したときのドーピング濃度の分布図の他の例である。本例のｃ−ｃ断面でのドーピング濃度分布は、図２Ｄにおけるｃ−ｃ断面でのドーピング濃度分布と同一である。本例では、図２Ｄの場合に対して、ｄ−ｄ断面のドーピング濃度分布が異なる。本例の第１ウェル領域１３は、第１ウェル領域１３−１〜第１ウェル領域１３−４の４つのピークを有する。例えば、ｄ−ｄ断面では、第１ウェル領域１３のドーピング濃度分布は、コンタクト抵抗を下げる一段目、ベース領域１４とほぼ同じドーピング濃度分布の二段目、ベース領域１４より深い位置に濃度ピークを備える三段目、三段目よりもさらに深い位置に濃度ピークを備える四段目からなる。
【００７３】
なお、第１ウェル領域１３のピーク位置の個数や深さは、この例に限らない。第１ウェル領域１３の四段目は、ドリフト領域１８に接し、ｐｎ接合を有する。各濃度ピーク間の谷の部分の極小濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度より高くてよい。図２Ｅの第１ウェル領域１３の三段目および四段目のピーク濃度は、ベース領域１４のピーク濃度より高くてよく、ベース領域１４より低くてもよい。
【００７４】
また、三段目のピーク位置は、ベース領域１４とドリフト領域１８とのｐｎ接合の位置よりも深くてよい。また、四段目のピーク位置は、トレンチ部の下端位置Ｚ１より浅くてもよい。
【００７５】
図３は、半導体装置１００の上面の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、図１および図２Ａにおいて説明した半導体装置１００の構成に加え、蓄積領域１６を更に備える。蓄積領域１６は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度の高い、第１導電型の領域である。本例の蓄積領域１６は、Ｎ＋型である。
【００７６】
蓄積領域１６は、半導体基板１０の上面には露出しない。蓄積領域１６は、ドリフト領域１８と、ベース領域１４との間に形成されてよい。図３では、半導体基板１０の上面２１と平行なＸＹ面内において蓄積領域１６が設けられる領域を、破線で示している。本例では、当該面内において互いに分離した複数の蓄積領域１６が設けられる。
【００７７】
少なくとも一方がゲートトレンチ部４０である２つのトレンチ部に挟まれたメサ部７１の少なくとも一部の領域には、蓄積領域１６が設けられる。本例の蓄積領域１６は、少なくともエミッタ領域１２の下方に設けられる。蓄積領域１６は、コンタクト領域１５の下方にも設けられてよい。本例の蓄積領域１６は、幅方向（Ｙ軸方向）におけるメサ部７１の全体に設けられている。蓄積領域１６は、メサ部７１の上面に露出するベース領域１４の下方には設けられなくともよい。これに対して、ダミーメサ部７２には、ベース領域１４よりもドーピング濃度の高い蓄積領域１６が設けられていない。
【００７８】
図４Ａは、図３におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。本例のａ−ａ断面は、エミッタ領域１２を通過するＹＺ面である。本例の半導体装置１００は、図２Ａに示した半導体装置１００の構成に加え、蓄積領域１６を更に備える。蓄積領域１６は、それぞれのメサ部７１において、ベース領域１４とドリフト領域１８との間に設けられる。本例の蓄積領域１６は、それぞれのメサ部７１において、一方のトレンチ部に隣接する領域から、他方のトレンチ部に隣接する領域まで設けられている。
【００７９】
蓄積領域１６は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度の高いＮ＋型の領域である。例えば、ドリフト領域１８およびベース領域１４の間において、ドリフト領域１８のドーピング濃度の平均値よりも、１０倍以上のドーピング濃度を有する領域を蓄積領域１６としてよい。蓄積領域１６のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度の５０倍以上であってよく、１００倍以上であってもよい。蓄積領域１６は、半導体基板１０の上面２１から、リンまたはプロトン等のＮ型の不純物を注入することで形成されてよい。
【００８０】
蓄積領域１６を設けることで、蓄積領域１６の下方に蓄積されるキャリア濃度を更に高めることができる。このため、半導体装置１００のオン電圧を低減できる。また、第１ウェル領域１３を設けることで、蓄積領域１６により蓄積されたキャリアを効率よく引き抜くことができる。このため、蓄積領域１６を設けても、半導体装置１００の耐量を維持できる。
【００８１】
図４Ｂは、図３におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。本例の半導体装置１００では、ダミーメサ部７２に蓄積領域１６を有する点で、図４Ａの場合と相違する。本例の蓄積領域１６は、メサ部７１に形成された蓄積領域１６−１と、ダミーメサ部７２に形成された蓄積領域１６−２とを含む。蓄積領域１６−１および蓄積領域１６−２は、同一のプロセスで同時に形成されてよい。また、蓄積領域１６−１および蓄積領域１６−２は、異なるプロセスにより、異なるドーパント濃度で形成されてもよい。
【００８２】
蓄積領域１６−２は、ダミーメサ部７２において、ダミートレンチ部３０で挟まれて形成される。即ち、蓄積領域１６−２の上端および下端は、第１ウェル領域１３に接して設けられている。蓄積領域１６−２は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度の高い、第１導電型の領域である。本例の半導体装置１００は、ダミーメサ部７２に蓄積領域１６−２を設けることにより、ターンオン時にダミートレンチ部３０の底部におけるＰ型の反転層を経由したキャリアの引抜きを抑制し、ターンオン損失を低減できる。
【００８３】
図４Ｃは、図４Ｂのｃ−ｃ断面およびｄ−ｄ断面を切断したときのドーピング濃度の分布図の例である。ｃ−ｃ断面では、半導体基板１０の上面側からエミッタ領域１２、ベース領域１４、ドリフト領域１８の順で配置される。ｄ−ｄ断面では、第１ウェル領域１３のドーピング濃度分布は、半導体基板１０の上面からガウス分布状であってよい。ガウス分布は、半導体基板１０の上面に導入されたドーパントが熱拡散で拡散したときのプロファイルである。
【００８４】
半導体基板１０の上面から蓄積領域１６のドーピング濃度のピーク位置までの深さは、当該ピーク位置からトレンチ部の下端位置Ｚ１までの深さよりも深くてよい。蓄積領域１６のピーク位置は、典型的には４．０μｍであり、１．０μｍ以上６．０μｍ以下であってよい。
【００８５】
図４Ｄは、図４Ｂのｃ−ｃ断面およびｄ−ｄ断面を切断したときのドーピング濃度の分布図の他の例である。図２Ｄの場合に対して、ｄ−ｄ断面のドーピング濃度分布が異なる。本例の第１ウェル領域１３は、第１ウェル領域１３−１〜第１ウェル領域１３−３の３つのピークを有する。例えば、ｄ−ｄ断面では、ドーピング濃度分布は、コンタクト抵抗を下げる第１ウェル領域１３の一段目、ベース領域１４とほぼ同じ分布の第１ウェル領域１３の二段目、蓄積領域１６−２、蓄積領域１６−２より深い位置に濃度ピークを備える第１ウェル領域１３の三段目からなる。図４Ｄの第１ウェル領域１３の三段目のピーク濃度は、蓄積領域１６−２のピーク濃度より高くてよく、蓄積領域１６−２より低くてもよい。本例では、第１ウェル領域１３の三段目のピーク濃度は、蓄積領域１６−２のピーク濃度より高い。
【００８６】
図４Ｅは、図３におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。本例の半導体装置１００では、ダミー絶縁膜３２の膜厚ｄ１とゲート絶縁膜４２の膜厚ｄ２が異なる点で、図４Ａの場合と相違する。本例のダミー絶縁膜３２の膜厚ｄ１は、ゲート絶縁膜４２の膜厚ｄ２よりも厚い。これにより、ターンオン時にダミートレンチ部３０の底部におけるＰ型の反転層を経由したキャリアの引抜きを抑制し、ターンオン損失を低減できる。膜厚ｄ２は、典型的には０．１μｍであり、０．０５μｍ以上０．３μｍ以下であってよい。膜厚ｄ１は、典型的には０．２μｍであり、膜厚ｄ２より厚い範囲で０．１μｍ以上１．０μｍ以下であってよい。これにより、ターンオン時にダミートレンチ部３０の底部におけるＰ型の反転層を経由したキャリアの引抜きを抑制し、ターンオン損失を低減できる。
【００８７】
本例では、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０のＹ軸方向の幅が同一で、ダミー絶縁膜３２の膜厚ｄ１が厚くなるので、ダミー導電部３４のＹ軸方向の幅がゲート導電部４４のＹ軸方向の幅よりも小さくなる。なお、ダミートレンチ部３０のＹ軸方向の幅をゲートトレンチ部４０のＹ軸方向の幅よりも大きくすることにより、ダミー絶縁膜３２の膜厚ｄ１をゲート絶縁膜４２の膜厚ｄ２よりも大きくしてもよい。
【００８８】
図５は、半導体装置１００の上面の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、図３および図４Ａに示した半導体装置１００の構成に対して、蓄積領域１６の配置が異なる。他の構成は、図３および図４Ａに示した半導体装置１００と同一である。
【００８９】
本例の蓄積領域１６は、少なくとも一部のメサ部７１において、少なくとも一方のトレンチ部に隣接する領域には設けられていない。図５の例では、蓄積領域１６は、それぞれのメサ部７１において、ゲートトレンチ部４０には接しており、ダミートレンチ部３０には接していない。また、蓄積領域１６は、ダミーメサ部７２には設けられていない。
【００９０】
図６は、図５におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。本例のａ−ａ断面は、エミッタ領域１２を通過するＹＺ面である。本例の半導体装置１００は、図４Ａに示した半導体装置１００の構成に対して、蓄積領域１６の配置が異なる。他の構成は、図４Ａに示した半導体装置１００と同一である。
【００９１】
本例の蓄積領域１６は、半導体基板１０の内部においてゲートトレンチ部４０に隣接する領域に設けられる。蓄積領域１６は、ベース領域１４と接して設けられていてよく、ベース領域１４と離れて設けられていてもよい。ただし、蓄積領域１６は、メサ部７１の内部（すなわち、半導体基板１０の上面２１から、トレンチ部の下端までの領域）に設けられることが好ましい。
【００９２】
それぞれのメサ部７１では、半導体基板１０の内部においてダミートレンチ部３０に隣接し、且つ、蓄積領域１６と同一の深さ位置の領域１７のＮ型のドーピング濃度が、蓄積領域１６よりも低い。本例の領域１７は、ドリフト領域１８と同一のドーピング濃度を有する。蓄積領域１６は、Ｙ軸方向において、メサ部７１の幅の半分以下の領域に設けられてよく、半分以上の領域に設けられてもよい。
【００９３】
このような構造により、ゲートトレンチ部４０の下端近傍においてキャリアを蓄積することができ、且つ、ターンオフ時には、メサ部７１からも正孔等のキャリアを引き抜くことができる。例えば、ダミートレンチ部３０の近傍を通過したキャリアは、ベース領域１４およびコンタクト領域１５を通って、エミッタ電極５２に引き抜かれる。
【００９４】
図７は、図５におけるａ−ａ断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、図６に示した半導体装置１００の構成に対して、蓄積領域１６のＺ軸方向における配置が異なる。他の構成は、図６に示した半導体装置１００と同一である。
【００９５】
本例の蓄積領域１６は、ベース領域１４と離れて配置されている。蓄積領域１６とベース領域１４との間には、ドリフト領域１８が設けられてよい。なお、蓄積領域１６は、ゲートトレンチ部４０に接しており、且つ、ダミートレンチ部３０には接していない。蓄積領域１６の一部の領域は、ゲートトレンチ部４０の下端よりも下側に設けられてよい。
【００９６】
本例のゲートトレンチ部４０の底部は、下側に凸の曲面形状を有する。蓄積領域１６は、ゲートトレンチ部４０の底部における曲面の一部を覆ってよい。このような構造によっても、ゲートトレンチ部４０の下端近傍においてキャリアを蓄積することができ、且つ、ターンオフ時には、メサ部７１からも正孔等のキャリアを引き抜くことができる。
【００９７】
図８は、図５におけるａ−ａ断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、図６に示した半導体装置１００の構成に対して、蓄積領域１６の配置が異なる。他の構成は、図６に示した半導体装置１００と同一である。
【００９８】
本例の半導体装置１００は、それぞれのメサ部７１において、第１の蓄積領域１６−１および第２の蓄積領域１６−２を有する。第１の蓄積領域１６−１は、図６に示した蓄積領域１６と同一であり、第２の蓄積領域１６−２は、図７に示した蓄積領域１６と同一である。
【００９９】
第１の蓄積領域１６−１および第２の蓄積領域１６−２は、同一のドーピング濃度であってよく、異なるドーピング濃度であってもよい。Ｚ軸方向から見て、第１の蓄積領域１６−１の少なくとも一部の領域と、第２の蓄積領域１６−２の少なくとも一部の領域とは重なって配置されている。
【０１００】
第１の蓄積領域１６−１および第２の蓄積領域１６−２は、Ｚ軸方向において離れて設けられてよい。この場合、第１の蓄積領域１６−１および第２の蓄積領域１６−２の間には、ドリフト領域１８が設けられてよい。第１の蓄積領域１６−１および第２の蓄積領域１６−２は、Ｚ軸方向において連続して設けられてよい。この場合、第１の蓄積領域１６−１および第２の蓄積領域１６−２の深さ方向におけるドーピング濃度分布は、第１の蓄積領域１６−１および第２の蓄積領域１６−２のそれぞれの領域内にピークを有してよい。当該ピーク間におけるドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも大きい。
【０１０１】
このような構造によっても、ゲートトレンチ部４０の下端近傍においてキャリアを蓄積することができ、且つ、ターンオフ時には、メサ部７１からも正孔等のキャリアを引き抜くことができる。
【０１０２】
図９は、図３におけるａ−ａ断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、図４Ａに示した半導体装置１００の構成に対して、蓄積領域１６の配置が異なる。他の構成は、図４Ａに示した半導体装置１００と同一である。
【０１０３】
本例の半導体装置１００は、それぞれのメサ部７１において、第１の蓄積領域１６−１および第２の蓄積領域１６−２を有する。第１の蓄積領域１６−１は、図４Ａに示した蓄積領域１６と同一である。第２の蓄積領域１６−２は、メサ部７１の内部において第１の蓄積領域１６−１よりも下方に設けられる。第２の蓄積領域１６−２は、第１の蓄積領域１６−１と同一のドーピング濃度を有してよく、異なるドーピング濃度を有してもよい。半導体装置１００は、メサ部７１の内部において、深さ方向に３段以上設けられた蓄積領域１６を備えてもよい。
【０１０４】
第２の蓄積領域１６−２は、第１の蓄積領域１６−１と同様に、Ｙ軸方向において、一方のトレンチ部に接する領域から、他方のトレンチ部に接する領域まで設けられる。第１の蓄積領域１６−１および第２の蓄積領域１６−２は、Ｚ軸方向において離れて設けられてよく、連続して設けられてもよい。このような構造により、キャリア蓄積効果を更に高めることができる。
【０１０５】
なお、蓄積領域１６を深さ方向に多段に設けることで、ターンオン時において、ベース領域１４のゲートトレンチ部４０との界面近傍に形成されたチャネルを通過した電子電流が、メサ部７１のＹ軸方向における中央近傍に流れやすくなる。
【０１０６】
ターンオン時の初期における電流の主体は、正孔電流ではなく電子電流である。初期とは、ゲート電圧Ｖｇｅが、閾値電圧に達する直前から、ほぼ閾値電圧の値でＶｇｅが一定となるミラー期間に入る前までの期間である。Ｖｇｅが閾値電圧に近くなると、チャネルが開きかけ、電子のドリフト領域１８への注入が始まる。
【０１０７】
チャネルから下方に向かう電子は、第１の蓄積領域１６−１において一旦配列方向（Ｙ軸方向、または、ゲートトレンチ部４０の近傍からメサ部７１中央に向かう方向）に流れる可能性がある。第２の蓄積領域１６−２が設けられていない場合、第１の蓄積領域１６−１よりも下方のドリフト領域１８においては、ゲートトレンチ部４０近傍は、電子の蓄積層が既に形成されているため（Ｎ型領域の電子の蓄積層が形成される閾値電圧は、Ｐ型領域の反転層の閾値電圧よりはるかに小さい）、ドリフト領域１８よりも低インピーダンスである。そのため、電子電流はゲートトレンチ部４０近傍を主として流れる。
【０１０８】
電子が裏面のコレクタ領域２２に達すると、コレクタ領域２２からバッファ領域２０およびドリフト領域１８にかけて、正孔の注入が開始する。これにより、トレンチ部の下端近傍に正孔が蓄積される。一例として、ゲートトレンチ部４０の下端近傍から、第１の蓄積領域１６よりも下方のダミートレンチ部３０の側部にかけて、正孔が１．０×１０１６［ｃｍ−３］のオーダーで存在する。
【０１０９】
正孔は、ゲートトレンチ部４０の下端と、ダミートレンチ部３０の下端に集まる。特にダミー導電部３４はエミッタ電極５２と同電位であるため、ダミートレンチ部３０の側壁には正孔の反転層が形成されやすい。コレクタ領域２２から注入された正孔は、この正孔の反転層の近傍に集まる。正孔は、ダミートレンチ部３０からゲートトレンチ部４０の下端にかけて連続的に分布する。この正孔分布に起因して、ターンオン時に、ゲートトレンチ部４０の下端近傍へ、大きな変位電流が流れる場合がある。
【０１１０】
本例の半導体装置１００は、第２の蓄積領域１６−２を更に備えている。この場合、電子電流にとってのインピーダンスは、第１の蓄積領域１６−１の中央近傍からゲートトレンチ部４０近傍に戻って第２の蓄積領域１６−２に流れる経路よりも、第１の蓄積領域１６−１から第２の蓄積領域１６−２に直接流れる経路の方が低い。
【０１１１】
それぞれの蓄積領域の下方のうち、ゲートトレンチ部４０に隣接するホール高濃度領域には正孔が蓄積されやすい。また、電子電流がゲートトレンチ部４０の近傍ではなく、メサ部７１中央近傍を流れることで、当該ホール高濃度領域への正孔の蓄積が促進される。このため、電子電流がメサ部７１中央近傍に流れることが促進される。
【０１１２】
蓄積領域１６を深さ方向に多段に設けることで、電子電流がメサ部７１の中央付近を下方に進みやすくなる。電子電流がメサ部７１の中央付近を流れると、メサ部７１の底部近傍における正孔分布は、電子電流によりメサ部７１中央付近で分断される。このため電子電流の経路よりもダミートレンチ部３０側の正孔は、ゲートトレンチ部４０側には流れない。このメサ部７１中央部における正孔分布の分断が、ゲートトレンチ部４０の下端における正孔の蓄積を抑制する。このため、変位電流を小さくできる。変位電流を小さくできるので、ゲート導電部４４の充電も小さくなり、ゲート電極Ｖｇｅの瞬間的な増加も抑制される。これにより、コレクタ・エミッタ間電圧の電圧減少率（ｄＶ／ｄｔ）も抑制できる。
【０１１３】
図１０は、図３におけるａ−ａ断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、図１から図９において説明したいずれかの態様の半導体装置１００に比べて、第１ウェル領域１３の形状が異なる。他の構成は、図１から図９において説明したいずれかの半導体装置１００と同一である。図１０においては、図９に示した半導体装置１００において、第１ウェル領域１３の形状を変化させた例を示している。
【０１１４】
本例の第１ウェル領域１３は、ＹＺ面において、Ｙ軸方向の幅が極小となる窪み部７３を有する。また、第１ウェル領域１３は、Ｚ軸方向における位置が異なる複数の窪み部７３を有してよい。少なくとも一つの窪み部７３は、ダミートレンチ部３０の下端よりも下側に設けられてよい。第１ウェル領域１３は、窪み部７３よりも上側と、下側のそれぞれにおいて、ドーピング濃度のピークを有する。
【０１１５】
本例の第１ウェル領域１３は、Ｐ型の不純物を、注入深さを変えて複数回注入することで形成できる。不純物の注入深さを変化させることで、より深い位置まで第１ウェル領域１３を形成することができる。つまり、Ｙ軸方向における幅が比較的に小さく、且つ、Ｚ軸方向における深さが大きい第１ウェル領域１３を容易に形成できる。第１ウェル領域１３を深くまで形成することで、正孔等のキャリアを容易に引き抜くことができる。
【０１１６】
一例として、第１ウェル領域１３は、ダミートレンチ部３０よりも２０％以上深く形成されてよく、５０％以上深く形成されてもよい。また、第１ウェル領域１３と、ダミートレンチ部３０との深さの差分は、Ｙ軸方向におけるダミーメサ部７２の幅よりも大きくてよい。第１ウェル領域１３は、第２ウェル領域１１よりも深く形成されてもよい。
【０１１７】
図１１は、第１ウェル領域１３の近傍を拡大した断面図である。本例のダミートレンチ部３０は、ＹＺ面において、第１ダミー側壁３８、第２ダミー側壁３７および底部３５を有する。第１ダミー側壁３８は、第１ウェル領域１３と接する。第２ダミー側壁３７は、ＹＺ面において、第１ダミー側壁３８とは逆側の側壁である。
【０１１８】
本例の第１ウェル領域１３は、ダミートレンチ部３０の底部３５の少なくとも一部を覆う。本例の底部３５は、第１ダミー側壁３８および第２ダミー側壁３７の下端から、下側に突出した曲面形状を有する。第１ウェル領域１３の下端位置Ｚ２は、ダミートレンチ部３０の下端位置Ｚ１よりも下側に配置されている。
【０１１９】
ダミートレンチ部３０の側壁のうち、ベース領域１４と接する部分と同一の傾きを有する領域を、第２ダミー側壁３７としてよい。第１ダミー側壁３８は、第２ダミー側壁３７と逆側の側壁であって、且つ、第２ダミー側壁３７と同一の深さ範囲の側壁である。底部３５は、第１ダミー側壁３８および第２ダミー側壁３７に比べて、半導体基板１０の上面２１に対する傾きが小さい領域を指してよい。第１ウェル領域１３がダミートレンチ部３０の底部３５の少なくとも一部を覆うことで、キャリアの引き抜き速度を更に向上させることができる。
【０１２０】
第１ウェル領域１３は、ダミートレンチ部３０の底部３５において、幅方向（Ｙ軸方向）における中央Ｙ１と、第１ダミー側壁３８との間の領域の少なくとも一部を覆う。つまり、底部３５を覆う第１ウェル領域１３のＹ軸方向の端部３６の位置Ｙ２は、底部３５の中央位置Ｙ１と、第１ダミー側壁３８との間に配置される。このような構造により、キャリアの引き抜き速度を更に向上させることができる。
【０１２１】
図１２は、図１１に示した構造において、底部３５を覆う第１ウェル領域１３の端部３６の位置を変更した例を示す断面図である。本例の第１ウェル領域１３は、底部３５の中央Ｙ１よりも、第２ダミー側壁３７側まで、底部３５を覆う。つまり、第１ウェル領域１３の端部３６の位置Ｙ２は、底部３５の中央位置Ｙ１と、第２ダミー側壁３７との間に配置される。このような構造により、キャリアの引き抜き速度を更に向上させることができる。
【０１２２】
図１３は、図１１に示した構造において、底部３５を覆う第１ウェル領域１３の端部３６の位置を変更した例を示す断面図である。本例の第１ウェル領域１３は、底部３５の全体を覆う。つまり、第１ウェル領域１３の端部３６の位置Ｙ２は、第２ダミー側壁３７よりもメサ部７１の中央側に配置されている。この場合、第１ウェル領域１３は、メサ部７１の下方まで設けられている。このような構造により、キャリアの引き抜き速度を更に向上させることができる。
【０１２３】
メサ部７１に接するトレンチ部において、メサ部７１側のトレンチ部側壁からＹ２までの長さは、当該トレンチ部側壁からＹ１までの長さより短くてもよいし、長くてもよい。本例では、メサ部７１に接するトレンチ部において、メサ部７１側のトレンチ部側壁からＹ２までの長さは、当該トレンチ部側壁からＹ１までの長さより短い。
【０１２４】
図１４は、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０の他の例を示す図である。本例のダミートレンチ部３０は、半導体基板１０の上面２１から見て、ゲートトレンチ部４０よりも深く形成されている。つまり、ダミートレンチ部３０の下端位置Ｚ３が、ゲートトレンチ部４０の下端位置Ｚ１よりも下側に配置されている。半導体基板１０の上面２１から見て、ダミートレンチ部３０は、ゲートトレンチ部４０よりも１０％以上深く形成されてよく、２０％以上形成されてもよい。このような構造により、キャリアの引き抜き速度を更に向上させることができる。
【０１２５】
図１５は、第１ウェル領域１３の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、３つ以上のダミートレンチ部３０が、Ｙ軸方向に連続して配列されている。３つ以上のダミートレンチ部３０は、Ｙ軸方向においてゲートトレンチ部４０に挟まれてよい。本例では、２つ以上のダミーメサ部７２に設けられた第１ウェル領域１３が互いに連結している。
【０１２６】
本例では、連続して配列された複数のダミートレンチ部３０のうち、Ｙ軸方向において両端に配置されたダミートレンチ部３０以外のダミートレンチ部３０は、底部全体が第１ウェル領域１３に覆われてよい。Ｙ軸方向において両端に配置されたダミートレンチ部３０と、第１ウェル領域１３との関係は、図１から図１４において説明したいずれかの態様と同一である。このような構造により、キャリアの引き抜き速度を更に向上させることができる。
【０１２７】
図１６は、半導体装置１００のａ−ａ断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、図１から図１５において説明した半導体装置１００に比べて、下面側領域２８を更に備える点が異なる。他の構成は、図１から図１５において説明したいずれかの態様の半導体装置１００と同一である。
【０１２８】
下面側領域２８は、ダミーメサ部７２の下方の少なくとも一部の領域において、コレクタ領域２２と同一の深さ位置に設けられる。下面側領域２８は、Ｎ型の領域である。下面側領域２８は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度が高くてよい。下面側領域２８は、バッファ領域２０よりもドーピング濃度が高くてもよい。
【０１２９】
下面側領域２８は、Ｙ軸方向において、ダミーメサ部７２と同一の幅を有してよい。下面側領域２８は、Ｙ軸方向において、ダミーメサ部７２よりも小さい幅を有してよく、大きい幅を有してもよい。下面側領域２８は、ダミートレンチ部３０の下方にも形成されてよく、メサ部７１の下方の一部の領域にも形成されてよい。
【０１３０】
下面側領域２８を設けることで、ダミーメサ部７２の下方における第２導電型のキャリア蓄積を抑制できる。ダミーメサ部７２の下方におけるキャリア濃度は、半導体装置１００のオン電圧への影響が小さい。このため、オン電圧を低減しつつ、ターンオフ時等におけるキャリア引き抜きを容易にすることができる。
【０１３１】
図１７は、図３に示したｂ−ｂ断面の一例を示す図である。ただし、図１７に示す構造は、図３以外に示した半導体装置１００にも適用できる。ｂ−ｂ断面は、ダミーメサ部７２においてコンタクトホール５４を通過するＸＺ面である。
【０１３２】
本例の半導体装置１００は、ダミーメサ部７２の下方において、ダミートレンチ部３０の長手方向に沿って、コレクタ領域２２および下面側領域２８が交互に配置されている。このような構造により、コレクタ領域２２および下面側領域２８の面積比を容易に調整できる。Ｘ軸方向における一つのコレクタ領域２２の幅と、一つの下面側領域２８の幅は同一であってよい。Ｘ軸方向において、一つのコレクタ領域２２の幅が、一つの下面側領域２８の幅より大きくてよく、一つの下面側領域２８の幅が、一つのコレクタ領域２２の幅より大きくてもよい。
【０１３３】
また、Ｘ軸方向においてコレクタ領域２２が設けられる範囲は、Ｘ軸方向においてエミッタ領域１２が設けられる範囲と、少なくとも一部が重なってもよい。Ｘ軸方向においてコレクタ領域２２が設けられる範囲は、Ｘ軸方向においてエミッタ領域１２が設けられる範囲と一致してよい。Ｘ軸方向においてコレクタ領域２２が設けられる範囲は、Ｘ軸方向においてエミッタ領域１２が設けられる範囲に包含されてよく、Ｘ軸方向においてエミッタ領域１２が設けられる範囲が、Ｘ軸方向においてコレクタ領域２２が設けられる範囲に包含されてもよい。
【０１３４】
２つの下面側領域２８にＸ軸方向において挟まれるコレクタ領域２２の、Ｘ軸方向の長さＬｐは、下面側領域２８の長さＬｎより長くてもよいし、短くてもよい。本例では等しい。コレクタ領域２２のＸ軸方向の長さＬｐは、典型的には１０μｍであり、５μｍ以上１５μｍ以下であってよい。下面側領域２８の長さＬｎは、典型的には５μｍであり、５μｍ以上１５μｍ以下であってよい。
【０１３５】
図１８は、本発明の他の実施形態に係る半導体装置２００の上面を部分的に示す図である。半導体装置２００は、図１から図１７において説明した半導体装置１００に対して、エミッタ領域１２、コンタクト領域１５および蓄積領域１６の配置が異なる。他の構成は、図１から図１７において説明したいずれかの半導体装置１００と同一であってよい。
【０１３６】
本例において、ゲートトレンチ部４０の延伸部４１は、半導体基板１０の上面において長手および短手を有する。図１８の例では、延伸部４１は、Ｘ軸方向に長手を有し、Ｙ軸方向に短手を有する。
【０１３７】
ゲートトレンチ部４０は、長手方向に沿った第１ゲート側壁７４と、第１ゲート側壁７４とは逆側の第２ゲート側壁７５とを有する。第１ゲート側壁７４および第２ゲート側壁７５は、半導体基板１０の内部において互いに対向して配置されている。
【０１３８】
本例では、メサ部７１のうち、第１ゲート側壁７４に隣接するメサ部７１を第１メサ部７１−１とし、第２ゲート側壁７５に隣接するメサ部７１を第２メサ部７１−２とする。つまり、ゲートトレンチ部４０を挟んで配置された一方のメサ部７１を第１メサ部７１−１とし、他方のメサ部７１を第２メサ部７１−２とする。
【０１３９】
第１メサ部７１−１および第２メサ部７１−２のそれぞれの上面には、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５がＸ軸方向に沿って交互に露出するように配置されている。本例の半導体装置１００においては、第１メサ部７１−１における少なくとも一つのエミッタ領域１２の少なくとも一部の領域が、第２メサ部７１−２におけるコンタクト領域１５と対向する位置に配置されている。つまり、第１メサ部７１−１における少なくとも一つのエミッタ領域１２が設けられるＸ軸方向における範囲の少なくとも一部が、第２メサ部７１−２におけるコンタクト領域１５が設けられるＸ軸方向における範囲と重なっている。
【０１４０】
図１８の例では、第１メサ部７１−１における全てのエミッタ領域１２の全体が、第２メサ部７１−２におけるいずれかのコンタクト領域１５と対向する位置に配置されている。第１メサ部７１−１におけるエミッタ領域１２のＸ軸方向における幅は、第２メサ部７１−２におけるコンタクト領域１５のＸ軸方向における幅と同一であってよい。
【０１４１】
また、第１メサ部７１−１における少なくとも一つのコンタクト領域１５の少なくとも一部の領域が、第２メサ部７１−２におけるエミッタ領域１２と対向する位置に配置されている。つまり、第１メサ部７１−１における少なくとも一つのコンタクト領域１５が設けられるＸ軸方向における範囲の少なくとも一部が、第２メサ部７１−２におけるエミッタ領域１２が設けられるＸ軸方向における範囲と重なっている。
【０１４２】
図１８の例では、第１メサ部７１−１における各コンタクト領域１５の全体が、第２メサ部７１−２におけるいずれかのエミッタ領域１２と対向する位置に配置されている。第１メサ部７１−１におけるコンタクト領域１５のＸ軸方向における幅は、第２メサ部７１−２におけるエミッタ領域１２のＸ軸方向における幅と同一であってよい。ただし、第１メサ部７１−１におけるコンタクト領域１５のうち、Ｘ軸方向における両端に設けられたコンタクト領域１５は、第２メサ部７１−２のエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の双方に対向して配置されている。つまり、第１メサ部７１−１および第２メサ部７１−２の双方において、Ｘ軸方向における両端に設けられたベース領域１４と隣接して、コンタクト領域１５が配置されている。これにより、Ｘ軸方向における両端に設けられたベース領域１４の下方のキャリアを効率よく引き抜くことができる。第１メサ部７１−１における当該コンタクト領域１５のＸ軸方向における幅は、第２メサ部７１−２のエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５のＸ軸方向における幅の和と同一であってよい。
【０１４３】
ゲートトレンチ部４０を挟んで隣接する２つのメサ部７１において、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５をＸ軸方向においてずらして配置することで、正孔の引き抜きに寄与するコンタクト領域１５を分散して配置することができる。このため、ＸＹ面において、正孔を偏りなく引き抜くことができ、半導体装置１００のターンオフ時における耐量を向上させることができる。
【０１４４】
なお、本例の半導体装置２００においては、ダミーメサ部７２の上面にはコンタクト領域１５が露出している。コンタクト領域１５の下方にはベース領域１４が形成されてよい。また、本例の半導体装置２００においては、メサ部７１およびダミーメサ部７２に蓄積領域１６が形成されている。
【０１４５】
また、第１メサ部７１−１および第２メサ部７１−２において、エミッタ領域１２またはコンタクト領域１５が形成されている領域には、ゲートトレンチ部４０の短手方向（Ｙ軸方向）に伸びるトレンチ部が形成されていない。つまり、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５が規則的に配置されている領域においては、ゲートトレンチ部４０はメサ部７１の内側に伸びる枝部または分岐部を有さない。また、当該領域には、ダミートレンチ部３０も設けられていない。このような構造により、トレンチ部に阻害されずに、分散して配置したコンタクト領域１５を介して正孔等のキャリアを効果的に引き抜くことができる。
【０１４６】
図１９は、図１８におけるａ−ａ断面の一例を示す図である。本例のａ−ａ断面は、第１メサ部７１−１のコンタクト領域１５および第２メサ部７１−２のエミッタ領域１２を通過するＹＺ面である。
【０１４７】
上述したように、第１メサ部７１−１のコンタクト領域１５と、第２メサ部７１−２のコンタクト領域１５とが、Ｘ軸方向においてずれて配置されている。このため、図１９に示す断面において、第１メサ部７１−１にはコンタクト領域１５が設けられ、第２メサ部７１−２にはエミッタ領域１２が設けられている。このような配置により、正孔を偏りなく引き抜くことができる。
【０１４８】
本例のダミーメサ部７２には、コンタクト領域１５、ベース領域１４および蓄積領域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。他の例では、ダミーメサ部７２には、蓄積領域１６が設けられていなくともよい。また、図１および図２Ａに示した半導体装置１００と同様に、メサ部７１にも、蓄積領域１６が設けられていなくてよい。
【０１４９】
図２０は、図１８におけるａ−ａ断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置２００は、ダミーメサ部７２の構造が、図１から図１７において説明した半導体装置１００と同様である。つまり、本例の半導体装置２００は、ダミーメサ部７２において、第１ウェル領域１３を有する。このような構造により、キャリアを更に容易に引き抜くことができる。また、半導体装置２００における蓄積領域１６の構造も、半導体装置１００の蓄積領域１６と同様であってよい。また、半導体装置２００は、図１６および図１７に示した下面側領域２８を備えてもよい。
【０１５０】
図２１は、第１メサ部７１−１および第２メサ部７１−２の上面における、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の配置例を示す図である。本例では、各メサ部７１におけるエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５は、Ｘ軸方向における長さが同一である。第１メサ部７１−１におけるコンタクト領域１５は、第２メサ部７１−２のエミッタ領域１２と対向する位置に配置されており、第１メサ部７１−１におけるエミッタ領域１２は、第２メサ部７１−２のコンタクト領域１５と対向する位置に配置されている。
【０１５１】
図２２は、第１メサ部７１−１および第２メサ部７１−２の上面における、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の他の配置例を示す図である。本例では、第１メサ部７１−１および第２メサ部７１−２において、コンタクト領域１５が、エミッタ領域１２よりも、Ｘ軸方向において長く形成されている。コンタクト領域１５の長さは、エミッタ領域１２の長さの倍以上であってよい。
【０１５２】
第１メサ部７１−１のエミッタ領域１２が設けられるＸ軸方向における範囲は、第２メサ部７１−２のコンタクト領域１５が設けられるＸ軸方向における範囲に包含されている。第２メサ部７１−２のエミッタ領域１２が設けられるＸ軸方向における範囲は、第１メサ部７１−１のコンタクト領域１５が設けられるＸ軸方向における範囲に包含されている。このような構造により、キャリアの引き抜き速度を向上させることができる。
【０１５３】
図２３は、第１メサ部７１−１および第２メサ部７１−２の上面における、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の他の配置例を示す図である。本例では、第１メサ部７１−１および第２メサ部７１−２において、エミッタ領域１２が、コンタクト領域１５よりも、Ｘ軸方向において長く形成されている。エミッタ領域１２の長さは、コンタクト領域１５の長さの倍以上であってよい。
【０１５４】
第１メサ部７１−１のコンタクト領域１５が設けられるＸ軸方向における範囲は、第２メサ部７１−２のエミッタ領域１２が設けられるＸ軸方向における範囲に包含されている。第２メサ部７１−２のコンタクト領域１５が設けられるＸ軸方向における範囲は、第１メサ部７１−１のエミッタ領域１２が設けられるＸ軸方向における範囲に包含されている。このような構造により、チャネル密度を向上できる。
【０１５５】
図２４は、蓄積領域１６の配置例を示す図である。本例の蓄積領域１６は、ＸＹ面において、開口９２を有する。開口９２の内部には、ドリフト領域１８が設けられてよい。開口９２は、第１メサ部７１−１および第２メサ部７１−２において、コンタクト領域１５と重なるように配置されてよい。このような構造により、第１メサ部７１−１および第２メサ部７１−２においてキャリアを引き抜くことができる。ＸＹ面における開口９２の面積は、コンタクト領域１５の面積と同一であってよく、小さくてもよい。開口９２の面積は、コンタクト領域１５の面積の半分以下であってもよい。
【０１５６】
図２５は、半導体装置１００の製造方法の一例を示す図である。なお、半導体装置２００も同様の方法で製造してよい。ステップＳ２５０において、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０が設けられた半導体基板１０にベース領域１４を形成する。ベース領域１４は、半導体基板１０の上面側からボロン等のＰ型の不純物を注入して形成してよい。
【０１５７】
ステップＳ２５２において、蓄積領域１６を形成する。蓄積領域１６は、フォトレジスト等のマスクを用いて、半導体基板１０の上面側からリン等のＮ型の不純物を注入して形成してよい。
【０１５８】
ステップＳ２５４において、第１ウェル領域１３を形成する。第１ウェル領域１３は、フォトレジスト等のマスクを用いて、半導体基板１０の上面側からボロン等のＰ型の不純物を注入して形成してよい。Ｐ型の不純物は、加速電圧を変更して、複数回に分けて異なる深さに注入してよい。
【０１５９】
ステップＳ２５６において、コンタクト領域１５を形成する。コンタクト領域１５は、フォトレジスト等のマスクを用いて、半導体基板１０の上面側からボロン等のＰ型の不純物を注入して形成してよい。
【０１６０】
ステップＳ２５８において、半導体基板１０の下面側の構造を形成する。例えばコレクタ領域２２を形成する。
【０１６１】
ステップＳ２６０において、所定の条件で半導体基板１０をアニールする。これにより、ステップＳ２５０からＳ２５８において注入した不純物をドナーまたはアクセプタ化させて、各領域を形成する。
【０１６２】
ステップＳ２６２において、エミッタ領域１２を形成する。エミッタ領域１２は、フォトレジスト等のマスクを用いて、半導体基板１０の上面側からヒ素等のＮ型の不純物を注入して形成してよい。
【０１６３】
ステップＳ２６４において、所定の条件で半導体基板１０をアニールする。これにより、ステップＳ２６２において注入した不純物をドナー化させて、エミッタ領域１２を形成する。
【０１６４】
ステップＳ２６４の後に、層間絶縁膜２６、コンタクトホール５４、エミッタ電極５２等を形成する。これにより、半導体装置１００を製造できる。
【０１６５】
なお、ステップＳ２５４は、ステップＳ２６４の後に行ってもよい。この場合、ステップＳ２５４の後に、アニール工程を有してよい。この場合、第１ウェル領域１３を形成した後のアニールの回数を低減できるので、第１ウェル領域１３の深さを精度よく制御できる。
【０１６６】
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、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１６７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した方法における各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の結果物を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１６８】
１０・・・半導体基板、１１・・・第２ウェル領域、１２・・・エミッタ領域、１３・・・第１ウェル領域、１４・・・ベース領域、１５・・・コンタクト領域、１６・・・蓄積領域、１７・・・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、２６・・・層間絶縁膜、２８・・・下面側領域、３０・・・ダミートレンチ部、３１・・・延伸部、３２・・・ダミー絶縁膜、３３・・・先端部、３４・・・ダミー導電部、３５・・・底部、３６・・・端部、３７・・・第２ダミー側壁、３８・・・第１ダミー側壁、４０・・・ゲートトレンチ部、４１・・・延伸部、４２・・・ゲート絶縁膜、４３・・・先端部、４４・・・ゲート導電部、４５・・・ゲート配線、４６・・・ゲート電極、５２・・・エミッタ電極、５４、５５、５６・・・コンタクトホール、５７・・・接続部、５８・・・コレクタ電極、７１・・・メサ部、７２・・・ダミーメサ部、７３・・・窪み部、７４・・・第１ゲート側壁、７５・・・第２ゲート側壁、９２・・・開口、１００・・・半導体装置、２００・・・半導体装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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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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【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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