(57)【要約】【課題】トレンチ部を有する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、半導体基板の上面側において、ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と半導体基板の上面において、予め定められた配列方向に複数配列されたトレンチ部と、隣接するトレンチ部の間のメサ部に設けられ、ドリフト領域よりも高ドーピング濃度である第１導電型のエミッタ領域と、隣接するトレンチ部の間のメサ部に設けられ、ドリフト領域よりも高ドーピング濃度である第１導電型の蓄積領域と、隣接するトレンチ部の間のメサ部に設けられ、ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型の第２導電型領域と、を備え、蓄積領域および第２導電型領域は、隣接するトレンチ部の間のメサ部のうち、エミッタ領域が設けられていない非チャネルメサ部において、ベース領域とドリフト領域との間に設けられる半導体装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
前記半導体基板の上面側において、前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と
前記半導体基板の上面において、予め定められた配列方向に複数配列されたトレンチ部と、
隣接する前記トレンチ部の間のメサ部に設けられ、前記ドリフト領域よりも高ドーピング濃度である第１導電型のエミッタ領域と、
隣接する前記トレンチ部の間のメサ部に設けられ、前記ドリフト領域よりも高ドーピング濃度である第１導電型の蓄積領域と、
隣接する前記トレンチ部の間のメサ部に設けられ、前記ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型の第２導電型領域と、
を備え、
前記蓄積領域および前記第２導電型領域は、隣接する前記トレンチ部の間のメサ部のうち、前記エミッタ領域が設けられていない非チャネルメサ部において、前記ベース領域と前記ドリフト領域との間に設けられる
半導体装置。
【請求項２】
前記半導体基板の上方に設けられたエミッタ電極を更に備え、
前記非チャネルメサ部は、前記エミッタ電極と電気的に接続されている
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記蓄積領域は、前記第２導電型領域の上方であって、前記ベース領域の下方に設けられる
請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記非チャネルメサ部において、前記ベース領域と、前記第２導電型領域との間に設けられ、前記蓄積領域よりも低ドーピング濃度である第１導電型の第１導電型領域を更に備える
請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１導電型領域は、前記ドリフト領域と同一のドーピング濃度を有する
請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１導電型領域は、前記蓄積領域の上方に設けられる
請求項４又は５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１導電型領域は、前記蓄積領域の下方に設けられる
請求項４又は５に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２導電型領域は、前記蓄積領域の下端と接して設けられる
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】
前記エミッタ領域が設けられたメサ部であるチャネルメサ部を備え、
前記蓄積領域は、前記チャネルメサ部および前記非チャネルメサ部のそれぞれに設けられ、
前記非チャネルメサ部の前記蓄積領域は、前記チャネルメサ部の前記蓄積領域と同一の深さを有する
請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記エミッタ領域が設けられたメサ部であるチャネルメサ部を備え、
前記蓄積領域は、前記チャネルメサ部および前記非チャネルメサ部のそれぞれに設けられ、
前記非チャネルメサ部の前記蓄積領域は、前記チャネルメサ部の前記蓄積領域と深さが異なる
請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記非チャネルメサ部の前記ベース領域は、前記チャネルメサ部の前記ベース領域よりも深く設けられる
請求項９又は１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記チャネルメサ部に設けられ、前記エミッタ領域と前記配列方向に配列されたコンタクト領域を更に備える
請求項９から１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第２導電型領域は、前記トレンチ部に接して設けられている
請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第２導電型領域のドーピング濃度は、前記非チャネルメサ部の前記蓄積領域のドーピング濃度よりも高い
請求項１から１３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、フローティング層を有す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）。
特許文献１  特開２００７−２６６１３４号公報
特許文献２  特開２０１２−１３８５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
半導体装置のオン電圧を低減し、耐圧を向上させることが好ましい。
【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、半導体基板の上面側において、ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と半導体基板の上面において、予め定められた配列方向に複数配列されたトレンチ部と、隣接するトレンチ部の間のメサ部に設けられ、ドリフト領域よりも高ドーピング濃度である第１導電型のエミッタ領域と、隣接するトレンチ部の間のメサ部に設けられ、ドリフト領域よりも高ドーピング濃度である第１導電型の蓄積領域と、隣接するトレンチ部の間のメサ部に設けられ、ベース領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型の第２導電型領域と、を備え、蓄積領域および第２導電型領域は、隣接するトレンチ部の間のメサ部のうち、エミッタ領域が設けられていない非チャネルメサ部において、ベース領域とドリフト領域との間に設けられる半導体装置を提供する。
【０００５】
半導体装置は、半導体基板の上方に設けられたエミッタ電極を更に備えてよい。非チャネルメサ部は、エミッタ電極と電気的に接続されてよい。
【０００６】
蓄積領域は、第２導電型領域の上方であって、ベース領域の下方に設けられてよい。
【０００７】
半導体装置は、非チャネルメサ部において、ベース領域と、第２導電型領域との間に設けられ、蓄積領域よりも低ドーピング濃度である第１導電型の第１導電型領域を更に備えてよい。
【０００８】
第１導電型領域は、ドリフト領域と同一のドーピング濃度を有してよい。
【０００９】
第１導電型領域は、蓄積領域の上方に設けられてよい。
【００１０】
第１導電型領域は、蓄積領域の下方に設けられてよい。
【００１１】
第２導電型領域は、蓄積領域の下端と接して設けられてよい。
【００１２】
半導体装置は、エミッタ領域が設けられたメサ部であるチャネルメサ部を備えてよい。
蓄積領域は、チャネルメサ部および非チャネルメサ部のそれぞれに設けられてよい。非チャネルメサ部の蓄積領域は、チャネルメサ部の蓄積領域と同一の深さを有してよい。
【００１３】
半導体装置は、エミッタ領域が設けられたメサ部であるチャネルメサ部を備えてよい。蓄積領域は、チャネルメサ部および非チャネルメサ部のそれぞれに設けられてよい。非チャネルメサ部の蓄積領域は、チャネルメサ部の蓄積領域と深さが異っていてよい。
【００１４】
第２導電型領域は、トレンチ部に接して設けられていてよい。
【００１５】
第２導電型領域のドーピング濃度は、非チャネルメサ部の蓄積領域のドーピング濃度よりも高くてよい。
【００１６】
非チャネルメサ部のベース領域は、チャネルメサ部のベース領域よりも深く設けられてよい。
【００１７】
半導体装置は、チャネルメサ部に設けられ、エミッタ領域と配列方向に配列されたコンタクト領域を更に備えてよい。
【００１８】
なお、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。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１に係る半導体装置１００の断面図の一例を示す。
【図２Ａ】比較例に係る半導体装置５００の構成の一例を示す。
【図２Ｂ】半導体装置５００のターンオン特性を示す。
【図３】半導体装置１００のターンオン特性を示す。
【図４Ａ】蓄積領域１６が浅く設けられる場合の実施例である。
【図４Ｂ】図４Ａの場合よりも、蓄積領域１６が深く設けられる場合の実施例である。
【図４Ｃ】図４Ａおよび図４Ｂの場合よりも、蓄積領域１６が深く設けられる場合の実施例である。
【図４Ｄ】図４Ａ〜図４Ｃに係る半導体装置１００のターンオン特性を示す。
【図５Ａ】第２導電型領域１９が浅く設けられる場合の実施例である。
【図５Ｂ】図５Ａの場合よりも、第２導電型領域１９が深く設けられる場合の実施例である。
【図５Ｃ】図５Ａおよび図５Ｂの場合よりも、第２導電型領域１９が深く設けられる場合の実施例である。
【図５Ｄ】図５Ａ〜図５Ｃに係る半導体装置１００のターンオン特性を示す。
【図６】実施例に係る半導体装置１００の構成の一例を示す。
【図７】実施例に係る半導体装置１００の構成の一例を示す。
【図８】実施例に係る半導体装置１００の構成の一例を示す。
【図９】非チャネルメサ部９２におけるドーピング濃度とオン電圧との関係を示す。
【図１０】非チャネルメサ部９２におけるドーピング濃度と耐圧との関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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」、「おもて」、「裏」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。
【００２２】
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、半導体基板の深さ方向をＺ軸とする。なお、本明細書において、Ｚ軸方向に半導体基板を視た場合について平面視と称する。
【００２３】
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。
【００２４】
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をドーピング濃度とする場合がある。また、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する場合がある。
【００２５】
本明細書では、ＮまたはＰを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ＮやＰに付す＋および−は、それぞれ、それが付されていない層や領域よりも高ドーピング濃度および低ドーピング濃度であることを意味する。
【００２６】
図１は、実施例１に係る半導体装置１００の断面図の一例を示す。同図は、半導体装置１００のＹＺ断面図を示している。ＹＺ断面は、トランジスタ部７０において、エミッタ領域１２、ベース領域１４およびコンタクト領域１５を通過するＹＺ面である。本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０を備えるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。
【００２７】
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。
【００２８】
エミッタ電極５２は、半導体基板１０の上面２１の上方に設けられる。エミッタ電極５２は、金属を含む材料で形成される。例えば、エミッタ電極５２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てよい。エミッタ電極５２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。エミッタ電極５２は、トレンチ部４０、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。本例のエミッタ電極５２は、層間絶縁膜３８に設けられたコンタクトホール５４を介して、半導体基板１０と接続されている。なお、半導体基板１０の上方には、ゲート金属層が設けられてよい。
【００２９】
トレンチ部４０は、半導体基板１０の上面２１に複数設けられる。トレンチ部４０は、予め定められた配列方向（本例ではＹ軸方向）に沿って予め定められた間隔で配列される。本例のトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面２１に平行であって配列方向と垂直な延伸方向（本例ではＸ軸方向）に沿って延伸する。本例のトレンチ部４０は、ゲート金属層と電気的に接続されている。トレンチ部４０は、エミッタ領域１２、ベース領域１４、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る領域においては、これらの領域を貫通して設けられる。トレンチ部４０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４０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４０を形成した後に、トレンチ部４０の間にドーピング領域を形成したものも、トレンチ部４０がドーピング領域を貫通しているものに含まれる。
【００３０】
また、トレンチ部４０は、上面２１に設けられたゲートトレンチ、トレンチ絶縁膜４２およびトレンチ導電部４４を有する。トレンチ部４０は、トレンチ導電部４４に予め定められたゲート電圧が印加されると、ベース領域１４のうちトレンチ部４０に接する界面の表層に、電子の反転層であるチャネルを形成することができる。
【００３１】
トレンチ絶縁膜４２は、ゲートトレンチの内壁を覆って設けられる。トレンチ絶縁膜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されてよい。
【００３２】
トレンチ導電部４４は、ゲートトレンチの内部においてトレンチ絶縁膜４２よりも内側に設けられる。トレンチ絶縁膜４２は、トレンチ導電部４４と半導体基板１０とを絶縁する。トレンチ導電部４４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。トレンチ部４０は、上面２１において層間絶縁膜３８により覆われる。
【００３３】
層間絶縁膜３８は、半導体基板１０の上面の上方に設けられている。層間絶縁膜３８の上方には、エミッタ電極５２が設けられている。層間絶縁膜３８は、エミッタ電極５２と半導体基板１０とを電気的に接続するための１又は複数のコンタクトホール５４が設けられている。
【００３４】
コンタクトホール５４は、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の各領域の上方に設けられる。本例のコンタクトホール５４は、Ｘ軸方向に延伸して設けられている。
【００３５】
チャネルメサ部９１および非チャネルメサ部９２は、Ｙ軸方向において、トレンチ部４０と隣接して設けられたメサ部である。メサ部とは、隣り合う２つのトレンチ部４０に挟まれた半導体基板１０の部分であって、半導体基板１０の上面２１から、各トレンチ部４０の最も深い底部の深さまでの部分であってよい。
【００３６】
チャネルメサ部９１は、半導体基板１０の上面２１においてエミッタ領域１２が設けられているメサ部である。チャネルメサ部９１では、半導体基板１０の上面２１において、エミッタ領域１２がトレンチ部４０と隣接して設けられている。また、チャネルメサ部９１では、Ｙ軸方向において隣接するエミッタ領域１２の間にコンタクト領域１５が設けられている。即ち、本例のエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５は、Ｙ軸方向において交互に設けている。但し、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５は、Ｘ軸方向において交互に設けられていてもよい。
【００３７】
非チャネルメサ部９２は、半導体基板１０の上面２１においてエミッタ領域１２が設けられていないメサ部である。例えば、非チャネルメサ部９２は、半導体基板１０の上面２１において、ベース領域１４およびコンタクト領域１５等の第２導電型の領域を有する。また、非チャネルメサ部９２は、エミッタ電極５２と電気的に接続されている。即ち、非チャネルメサ部９２は、フローティングではないメサ部である。非チャネルメサ部９２をエミッタ電極５２と電気的に接続することにより、半導体装置１００のゲート制御性が向上する。
【００３８】
ベース領域１４は、半導体基板１０の上面２１側において、ドリフト領域１８の上方に設けられた第２導電型の領域である。ベース領域１４は、一例としてＰ−型である。ベース領域１４は、チャネルメサ部９１および非チャネルメサ部９２の両方に設けられる。ベース領域１４は、トレンチ部４０に接して設けられる。例えば、ベース領域１４は、１Ｅ１３ｃｍ−３以上、１Ｅ１４ｃｍ−３以下のドーピング濃度を有する。例えば、１Ｅ１３ｃｍ−３は、１×１０１３ｃｍ−３であることを示す。
【００３９】
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の高い第１導電型の領域である。エミッタ領域１２は、一例としてＮ＋型である。例えば、エミッタ領域１２のドーパントは、ヒ素（Ａｓ）である。エミッタ領域１２は、ベース領域１４の上方において、チャネルメサ部９１の上面に設けられる。エミッタ領域１２は、ベース領域１４と半導体基板１０の上面２１との間に設けられる。エミッタ領域１２は、トレンチ部４０と接して設けられる。本例のエミッタ領域１２は、半導体基板１０の上面２１において、Ｘ軸方向に延伸して設けられる。但し、エミッタ領域１２は、チャネルメサ部９１を挟んでＸ軸方向に延伸する２本のトレンチ部４０の一方から他方まで、Ｙ軸方向に設けられてよい。例えば、エミッタ領域１２の深さは、０．１μｍ以上、０．２μｍ以下である。
【００４０】
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の高い第２導電型の領域である。本例のコンタクト領域１５は、一例としてＰ＋型である。コンタクト領域１５は、半導体基板１０の上面２１に設けられる。本例のコンタクト領域１５は、チャネルメサ部９１および非チャネルメサ部９２の両方に設けられる。チャネルメサ部９１のコンタクト領域１５は、エミッタ領域１２と接して設けられている。コンタクト領域１５は、トレンチ部４０と接してよく、接しなくてもよい。本例のコンタクト領域１５は、トレンチ部４０と離れて設けられている。コンタクト領域１５は、コンタクトホール５４の下方にも設けられている。例えば、コンタクト領域１５は、１Ｅ１９ｃｍ−３以上、１Ｅ２０ｃｍ−３以下のドーピング濃度を有する。
【００４１】
ドリフト領域１８は、半導体基板１０に設けられた第１導電型の領域である。本例のドリフト領域１８は、一例としてＮ−型である。ドリフト領域１８は、半導体基板１０において他のドーピング領域が形成されずに残存した領域であってよい。即ち、ドリフト領域１８のドーピング濃度は半導体基板１０のドーピング濃度であってよい。
【００４２】
バッファ領域２０は、ドリフト領域１８の下方に設けられた第１導電型の領域である。本例のバッファ領域２０は、一例としてＮ＋型である。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、第２導電型のコレクタ領域２２および第１導電型のカソード領域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。
【００４３】
コレクタ領域２２は、トランジスタ部７０において、半導体基板１０の下面側に設けられる第２導電型の領域である。コレクタ領域２２は、一例としてＰ＋型である。本例のコレクタ領域２２は、バッファ領域２０の下方に設けられる。
【００４４】
コレクタ電極２４は、半導体基板１０の下面２３に形成される。コレクタ電極２４は、金属等の導電材料で形成される。
【００４５】
蓄積領域１６は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高い第１導電型の領域である。本例の蓄積領域１６は、一例としてＮ＋型である。蓄積領域１６は、非チャネルメサ部９２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。また、蓄積領域１６は、第２導電型領域１９の上方であって、ベース領域１４の下方に設けられる。蓄積領域１６は、トレンチ部４０に接して設けられる。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、トランジスタ部７０のオン電圧を低減することができる。なお、蓄積領域１６は、チャネルメサ部９１および非チャネルメサ部９２の両方に設けられてもよい。蓄積領域１６をチャネルメサ部９１にも設けることにより、オン電圧を自由に設定しやすくなる。
【００４６】
第１導電型領域１７は、ドリフト領域１８の上方に設けられた第１導電型の領域である。第１導電型領域１７は、一例としてＮ−型である。第１導電型領域１７は、非チャネルメサ部９２において、ベース領域１４と、第２導電型領域１９との間に設けられる。例えば、第１導電型領域１７は、蓄積領域１６の下方に設けられる。第１導電型領域１７のドーピング濃度は、蓄積領域１６よりも低ドーピング濃度である。例えば、第１導電型領域１７は、ドリフト領域１８と同一のドーピング濃度を有する。この場合、第１導電型領域１７は、蓄積領域１６および第２導電型領域１９が設けられずに、ドリフト領域１８が残存した領域であってよい。例えば、第１導電型領域１７は、１Ｅ１３ｃｍ−３以上、１Ｅ１４ｃｍ−３以下のドーピング濃度を有する。
【００４７】
第２導電型領域１９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。第２導電型領域１９は、一例として、Ｐ＋型である。第２導電型領域１９は、隣接するトレンチ部４０の間のメサ部に設けられる。第２導電型領域１９は、非チャネルメサ部９２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。本例の第２導電型領域１９は、トレンチ部４０に接して設けられている。非チャネルメサ部９２において、第２導電型領域１９を設けることにより、高ドーピング濃度の蓄積領域１６を有する場合であっても、オフ時に空乏化しやすくなる。これにより、半導体装置１００の耐圧が向上する。なお、本例の第２導電型領域１９は、蓄積領域１６の下方に設けられるが、蓄積領域１６の上方に設けられてもよい。また、第２導電型領域１９は、チャネルメサ部９１に設けられてもよい。
【００４８】
ここで、半導体装置１００は、非チャネルメサ部９２を設けてチャネルメサ部９１を間引くことにより耐圧を向上することができる。但し、フローティングした非チャネルメサ部９２を設けると、ゲートの制御性が悪化する場合がある。本例の半導体装置１００は、非チャネルメサ部９２をエミッタ電極５２と電気的に接続することにより、耐圧を向上させつつ、ゲート制御性を向上することができる。
【００４９】
一例において、蓄積領域１６および第２導電型領域１９のドーピング濃度は、オン電圧および耐圧のバランスを考慮して設定される。蓄積領域１６のドーピング濃度を高くすることにより、半導体装置１００のオン電圧を低くすることができる。但し、蓄積領域１６のドーピング濃度を高くすると、半導体装置１００の耐圧が低下する場合がある。本例の半導体装置１００は、蓄積領域１６のドーピング濃度を高くした場合であっても、第２導電型領域１９を設けることにより、耐圧を維持することができる。
【００５０】
蓄積領域１６のドーピング濃度は、第２導電型領域１９のドーピング濃度よりも低くてよい。一例において、蓄積領域１６は、５Ｅ１７ｃｍ−３以上、５Ｅ１８ｃｍ−３以下のドーピング濃度を有する。第２導電型領域１９は、５Ｅ１６ｃｍ−３以上、１Ｅ１７ｃｍ−３以下のドーピング濃度を有する。蓄積領域１６および第２導電型領域１９のドーピング濃度は、オン電圧と耐圧との関係に基づいて、適宜設定されてよい。これにより、半導体装置１００は、蓄積領域１６のドーピング濃度を濃くしてオン電圧を低減しつつ、耐圧を向上させることができる。また、半導体装置１００は、蓄積領域１６および第２導電型領域１９のドーピング濃度を調整することにより、コレクタ領域２２のドーピング濃度を変更することなく、オン電圧およびターンオフ損失Ｅｏｆｆの関係を調整することができる。
【００５１】
図２Ａは、比較例に係る半導体装置５００の構成の一例を示す。半導体装置５００は、フローティングメサ部５９２において、第１導電型領域１７および第２導電型領域１９を有さない点で実施例に係る半導体装置１００と相違する。また、フローティングメサ部５９２は、エミッタ電極５２と電気的に接続されていない点で、半導体装置１００の非チャネルメサ部９２と相違する。
【００５２】
半導体装置５００は、エミッタ電極５２と電気的に接続されていないフローティングメサ部５９２を有するので、フローティングメサ部５９２を有さない場合と比較して、ゲートの制御性が悪化する場合がある。例えば、フローティングメサ部５９２を有する半導体装置５００では、ターンオン時にフローティングメサ部５９２に過剰なホールが蓄積され、フローティングメサ部５９２の電位が上昇する。フローティングメサ部５９２の電位が上昇すると変位電流によって、ゲートの入力容量が充電され、ゲート電圧が持ち上がる場合がある。変位電流は、ゲート絶縁膜の帰還容量Ｃ、コレクタ電圧の時間変化率ｄＶ／ｄｔを用いて、Ｃ・ｄＶ／ｄｔで示される。
【００５３】
ゲート電圧が持ち上がると、ターンオン時のコレクタ電流の電流変化率ｄＩ／ｄｔであるスイッチング速度が速くなる。スイッチング速度は、ゲート金属層と直列にゲート抵抗を挿入することにより制御されるが、フローティングメサ部５９２を有する半導体装置５００では、ゲート抵抗Ｒｇを大きくしてもターンオン時のスイッチング速度を遅くすることができないおそれがある。
【００５４】
図２Ｂは、半導体装置５００のターンオン特性を示す。同図は、ゲート抵抗Ｒｇを変化させた場合の、ゲート電圧（Ｖ）およびコレクタ電流（Ａ）のターンオン時の時間変化の依存性を示す。本例では、ゲート抵抗Ｒｇを１０Ωから５０Ωまで１０Ω毎に変化させた場合のターンオフ特性を示している。半導体装置５００の場合、ゲート抵抗Ｒｇを大きくした場合であっても、コレクタ電流の電流変化率ｄＩ／ｄｔが十分に小さくならない。そのため、半導体装置５００では、ゲート制御性が悪く、コレクタ電流にサージ電圧が発生する。
【００５５】
図３は、半導体装置１００のターンオン特性を示す。同図は、ゲート抵抗Ｒｇを変化させた場合の、ゲート電圧（Ｖ）およびコレクタ電流（Ａ）のターンオン時の時間変化の依存性を示す。本例では、ゲート抵抗Ｒｇを１０Ωから５０Ωまで１０Ω毎に変化させた場合のターンオフ特性を示している。半導体装置１００の場合、ゲート抵抗Ｒｇを大きくするにつれて、コレクタ電流の電流変化率ｄＩ／ｄｔが小さくなる。そのため、半導体装置１００では、ゲート制御性がよく、サージ電圧が抑制されている。
【００５６】
図４Ａ〜図４Ｃは、実施例に係る半導体装置１００の構成の一例を示す。図４Ａ〜図４Ｃでは、第２導電型領域１９の深さを固定し、蓄積領域１６の深さを変化させている。図４Ａ〜図４Ｃでは、蓄積領域１６を次第に深くしている。
【００５７】
図４Ａは、蓄積領域１６が浅く設けられる場合の実施例である。本例の蓄積領域１６の上端は、ベース領域１４の下端と接している。また、蓄積領域１６の下端は、第２導電型領域１９と離間している。即ち、蓄積領域１６と第２導電型領域１９との間には、第１導電型領域１７が設けられている。例えば、蓄積領域１６の下端の深さは、２．６μｍである。
【００５８】
図４Ｂは、図４Ａの場合よりも、蓄積領域１６が深く設けられる場合の実施例である。本例の蓄積領域１６の上端は、ベース領域１４の下端と接している。但し、蓄積領域１６の下端は、図４Ａにおける蓄積領域１６の下端よりも深い。また、蓄積領域１６の下端は、第２導電型領域１９と離間している。即ち、蓄積領域１６と第２導電型領域１９との間には、第１導電型領域１７が設けられている。例えば、蓄積領域１６の下端の深さは、３．０μｍである。
【００５９】
図４Ｃは、図４Ａおよび図４Ｂの場合よりも、蓄積領域１６が深く設けられる場合の実施例である。本例の蓄積領域１６の上端は、ベース領域１４の下端と離間している。即ち、蓄積領域１６とベース領域１４との間には、第１導電型領域１７が設けられている。本例の第１導電型領域１７は、蓄積領域１６の上方に設けられる。また、第２導電型領域１９は、蓄積領域１６と接している。蓄積領域１６の下端は、第２導電型領域１９と接している。例えば、蓄積領域１６の下端の深さは、４．０μｍである。
【００６０】
図４Ｄは、図４Ａ〜図４Ｃに係る半導体装置１００のターンオン特性を示す。曲線１１０、曲線１１２および曲線１１４は、図４Ａ〜図４Ｃに係る半導体装置１００のターンオン特性をそれぞれ示す。曲線１１４の場合、特に、半導体装置１００のゲート制御性を改善し、サージ電圧を抑制することができている。この結果から、半導体装置１００は、蓄積領域１６が深く第２導電型領域１９との間隔が狭くなるほど、スイッチング速度の制御性を向上させることができる。
【００６１】
図５Ａ〜図５Ｃは、実施例に係る半導体装置１００の構成の一例を示す。図５Ａ〜図５Ｃでは、蓄積領域１６の深さを固定し、第２導電型領域１９の深さを変化させている。図５Ａ〜図５Ｃでは、第２導電型領域１９を次第に深くしている。
【００６２】
図５Ａは、第２導電型領域１９が浅く設けられる場合の実施例である。本例の第２導電型領域１９の上端は、蓄積領域１６の下端と接している。また、第２導電型領域１９の下端は、トレンチ部４０の下端よりも上側に設けられる。例えば、第２導電型領域１９の下端の深さは、３．０μｍである。
【００６３】
図５Ｂは、図５Ａの場合よりも、第２導電型領域１９が深く設けられる場合の実施例である。本例の第２導電型領域１９の上端は、蓄積領域１６の下端と離間している。即ち、蓄積領域１６と第２導電型領域１９との間には、第１導電型領域１７が設けられている。また、第２導電型領域１９の下端は、トレンチ部４０の下端よりも上側に設けられる。例えば、第２導電型領域１９の下端の深さは、４．０μｍである。
【００６４】
図５Ｃは、図５Ａおよび図５Ｂの場合よりも、第２導電型領域１９が深く設けられる場合の実施例である。本例の第２導電型領域１９の上端は、蓄積領域１６の下端と離間している。即ち、蓄積領域１６と第２導電型領域１９との間には、第１導電型領域１７が設けられている。また、第２導電型領域１９の下端は、トレンチ部４０の下端よりも下側に設けられる。例えば、第２導電型領域１９の下端の深さは、４．５μｍである。
【００６５】
図５Ｄは、図５Ａ〜図５Ｃに係る半導体装置１００のターンオン特性を示す。曲線１２０、曲線１２２および曲線１２４は、図５Ａ〜図５Ｃに係る半導体装置１００のターンオン特性をそれぞれ示す。曲線１２０の場合、特に、半導体装置１００のゲート制御性を改善し、サージ電圧を抑制することができている。この結果から、半導体装置１００は、第２導電型領域１９が浅く蓄積領域１６との間隔が狭くなるほど、スイッチング速度の制御性を向上させることができる。
【００６６】
図４Ｄおよび図５Ｄで示されたターンオフ特性の結果より、蓄積領域１６および第２導電型領域１９が、接して設けられることが好ましい。蓄積領域１６の下端に第２導電型領域１９が接していない場合、蓄積領域１６の下方にホールが蓄積して変位電流が生じる場合がある。変位電流が生じると、ゲートの制御性が悪化する。しかしながら、蓄積領域１６の下方に第２導電型領域１９が接して設けられる場合、ホールが第２導電型領域１９に蓄積される。高いドーピング濃度の第２導電型領域１９にホールが蓄積されていれば、ゲート容量に影響を与えにくいので変位電流が生じにくい。そのため、蓄積領域１６の下方に第２導電型領域１９を接して設けることにより、蓄積したホールに起因する変位電流を抑制することができる。
【００６７】
図６は、実施例に係る半導体装置１００の構成の一例を示す。本例の半導体装置１００は、チャネルメサ部９１にも蓄積領域１６を有する点で他の実施例と相違する。本例の半導体装置１００は、蓄積領域１６をチャネルメサ部９１および非チャネルメサ部９２の両方に設けることにより、オン電圧をさらに低減することができる。
【００６８】
本例において、非チャネルメサ部９２の蓄積領域１６は、チャネルメサ部９１の蓄積領域１６と同一の深さを有する。但し、非チャネルメサ部９２の蓄積領域１６は、チャネルメサ部９１の蓄積領域１６と異なる深さを有してよい。例えば、蓄積領域１６は、チャネルメサ部９１において、ベース領域１４と接するように設けられる。一方、非チャネルメサ部９２において、蓄積領域１６は、第２導電型領域１９と接するように設けられていれば、チャネルメサ部９１の蓄積領域１６と異なる深さに設けられてもよい。このように、蓄積領域１６は、チャネルメサ部９１および非チャネルメサ部９２で異なる条件で設けられることにより、オン電圧と耐圧の関係を最適に設定することができる。
【００６９】
図７は、実施例に係る半導体装置１００の構成の一例を示す。本例の半導体装置１００は、非チャネルメサ部９２において、第１導電型領域１７を有さない点で図４Ｃに係る半導体装置１００と相違する。即ち、本例のベース領域１４は、非チャネルメサ部９２において、蓄積領域１６と接している。また、本例では、チャネルメサ部９１のベース領域１４と、非チャネルメサ部９２のベース領域１４と異なる深さに設けられている。本例のベース領域１４は、チャネルメサ部９１よりも非チャネルメサ部９２で深く設けられている。これにより、半導体装置１００は、高いコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅが印加された場合であっても、トレンチ部４０の底部の電界を緩和し、耐圧を高くすることができる。
【００７０】
図８は、実施例に係る半導体装置１００の構成の一例を示す。本例の半導体装置１００は、チャネルメサ部９１におけるエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の配列方法が図７の場合と相違する。本例のエミッタ領域１２およびコンタクト領域１５は、配列方向に配列されている。即ち、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５は、Ｘ軸方向において、交互に設けられている。これにより、チャネルメサ部９１のメサ幅が狭くなった場合であっても、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５のパターニングが容易になる。よって、チャネルメサ部９１のメサ幅が狭くなった場合であっても、パターニング精度の制約が生じにくい。このように、本例の半導体装置１００は、チャネルメサ部９１のメサ幅を狭くしても、パターニング精度の問題が生じにくいので、キャリアの排出を抑制して、オン電圧を低減することができる。なお、本例では、図を簡潔にするため、層間絶縁膜３８およびエミッタ電極５２を省略している。
【００７１】
図９は、非チャネルメサ部９２におけるドーピング濃度とオン電圧との関係を示す。縦軸はオン電圧Ｖｏｎ（Ｖ）を示し、横軸は第２導電型領域１９のドーピング濃度（ｃｍ−３）を示す。また、各曲線は、蓄積領域１６のドーピング濃度（ｃｍ−３）を変化させた場合のオン電圧と第２導電型領域１９のドーピング濃度との関係を示す。蓄積領域１６のドーピング濃度が高い程、オン電圧が低下する。一方、第２導電型領域１９のドーピング濃度が低い程、オン電圧が増加する。但し、蓄積領域１６のドーピング濃度が高ければ、第２導電型領域１９のドーピング濃度の影響が少ない。
【００７２】
図１０は、非チャネルメサ部９２におけるドーピング濃度と耐圧との関係を示す。縦軸は耐圧ＢＶｃｅｓ（Ｖ）を示し、横軸は第２導電型領域１９のドーピング濃度（ｃｍ−３）を示す。また、各曲線は、蓄積領域１６のドーピング濃度（ｃｍ−３）を変化させた場合の耐圧と第２導電型領域１９のドーピング濃度との関係を示す。蓄積領域１６のドーピング濃度が高い程、オン電圧が低下する。一方、第２導電型領域１９のドーピング濃度が低い程、オン電圧が増加する。但し、蓄積領域１６のドーピング濃度が高ければ、第２導電型領域１９のドーピング濃度の影響が少ない。
【００７３】
また、第２導電型領域１９のドーピング濃度が５Ｅ１６ｃｍ−３よりも低い場合、第２導電型領域１９のドーピング濃度が高いほど耐圧が向上する。一方、第２導電型領域１９が５Ｅ１６ｃｍ−３よりも高い場合、第２導電型領域１９のドーピング濃度の影響が少なく耐圧が一定である。このように耐圧が一定となる第２導電型領域１９のドーピング濃度は、蓄積領域１６のドーピング濃度に依存しない。これは、耐圧を決める領域が蓄積領域１６と第２導電型領域１９とのＰＮ接合から、トレンチ部４０の底部の高電界部に移ることが原因である。
【００７４】
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。
【００７５】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の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、前の処理の出力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】
【００７６】
１０・・・半導体基板、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、１７・・・第１導電型領域、１８・・・ドリフト領域、１９・・・第２導電型領域、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、３８・・・層間絶縁膜、４０・・・トレンチ部、４２・・・トレンチ絶縁膜、４４・・・トレンチ導電部、５２・・・エミッタ電極、５４・・・コンタクトホール、７０・・・トランジスタ部、９１・・・チャネルメサ部、９２・・・非チャネルメサ部、１００・・・半導体装置、１１０、１１２、１１４、１２０、１２２、１２４・・・曲線、５００・・・半導体装置、５９２・・・フローティングメサ部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
2019186313.tif 000009
【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
2019186313.tif 000011
【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
2019186313.tif 000013
【図５Ｄ】
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【図６】
2019186313.tif 000015
【図７】
2019186313.tif 000016
【図８】
2019186313.tif 000017
【図９】
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【図１０】
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