(57)【要約】【課題】トランジスタ部とダイオード部とを備える半導体装置における特性を改善する。【解決手段】トランジスタ部およびダイオード部の双方が、半導体基板の内部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、半導体基板の上面からベース領域を貫通して設けられ、内部に導電部が設けられた複数のトレンチ部と、トレンチ部に挟まれたメサ部とを有し、トランジスタ部は、それぞれのメサ部においてベース領域とドリフト領域の間に設けられた一つ以上の第１導電型の蓄積領域を有し、ダイオード部は、それぞれのメサ部においてベース領域とドリフト領域の間に設けられた、一つ以上の第１導電型の高濃度領域を有し、トランジスタ部の少なくとも一部のメサ部における一つ以上の蓄積領域の積分濃度が、ダイオード部のメサ部における一つ以上の高濃度領域の積分濃度よりも高い半導体装置を提供する。【選択図】図２ａ
2019016765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板に設けられたトランジスタ部と、
前記半導体基板に設けられたダイオード部と
を備え、
前記トランジスタ部および前記ダイオード部の双方が、
前記半導体基板の内部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から前記ベース領域を貫通して設けられ、内部に導電部が設けられた複数のトレンチ部と、
トレンチ部に挟まれたメサ部と
を有し、
前記トランジスタ部は、それぞれの前記メサ部において前記ベース領域と前記ドリフト領域の間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い、一つ以上の第１導電型の蓄積領域を有し、
前記ダイオード部は、それぞれの前記メサ部において前記ベース領域と前記ドリフト領域の間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い、一つ以上の第１導電型の高濃度領域を有し、
前記トランジスタ部の少なくとも一部の前記メサ部における一つ以上の前記蓄積領域のドーピング濃度を前記半導体基板の深さ方向に積分した積分濃度が、前記ダイオード部の前記メサ部における一つ以上の前記高濃度領域のドーピング濃度を前記半導体基板の深さ方向に積分した積分濃度よりも高い半導体装置。
【請求項２】
前記トランジスタ部の少なくとも一つの前記メサ部において、深さ方向に形成された前記蓄積領域の数は、前記ダイオード部の前記メサ部において、深さ方向に形成された前記高濃度領域の数よりも多い
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ダイオード部の前記高濃度領域は、前記トランジスタ部のいずれかの前記蓄積領域と同一の深さに設けられている
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ダイオード部の前記高濃度領域のドーピング濃度は、前記トランジスタ部において同一の深さに設けられている前記蓄積領域のドーピング濃度と等しい
請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記トランジスタ部において最も深い位置に設けられた前記蓄積領域のドーピング濃度は、前記トランジスタ部の他の前記蓄積領域のいずれのドーピング濃度よりも高い
請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ダイオード部は、前記トランジスタ部において最も深い位置に設けられた前記蓄積領域と同一の深さにおいて、前記高濃度領域を有さない
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体基板に設けられ、前記トランジスタ部と前記ダイオード部との間に配置された境界部を更に備え、
前記境界部の前記メサ部においては、前記ベース領域と前記ドリフト領域との間に、前記ドリフト領域よりも高濃度の第１導電型の領域が設けられていない
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】
前記トランジスタ部の前記メサ部のうち、最も前記ダイオード部側に設けられた前記メサ部における一つ以上の前記蓄積領域の積分濃度は、前記トランジスタ部の他の前記メサ部における一つ以上の前記蓄積領域の積分濃度よりも低い
請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記トランジスタ部の前記メサ部のうち、最も前記ダイオード部側に設けられた前記メサ部における一つ以上の前記蓄積領域の積分濃度は、前記ダイオード部の前記メサ部における一つ以上の前記高濃度領域の積分濃度よりも高い
請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体基板の上面側に局所的なライフタイムキラーが設けられていない
請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記ダイオード部は、前記半導体基板の下面側に、電気的にフローティングとなっている第２導電型のフローティング領域を有する
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記ダイオード部は、前記半導体基板の下面に露出して設けられた、第１導電型のカソード領域を有し、
前記フローティング領域は、前記カソード領域の上方において前記カソード領域の一部を覆っている
請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記ダイオード部には、二つ以上の前記高濃度領域が設けられている
請求項１１または１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記トランジスタ部と前記ダイオード部は、予め定められた配列方向に沿って配列され、
前記トレンチ部は、前記半導体基板の上面において前記配列方向に直交する延伸方向に延伸して設けられ、
前記トランジスタ部は、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を有し、
前記ダイオード部は、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、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高いカソード領域を有し、
前記半導体基板の下面と平行な面内において、前記コレクタ領域および前記カソード領域の前記配列方向の境界位置から、前記フローティング領域の前記配列方向の境界位置に最も近い、前記配列方向の端部位置までの距離が、前記配列方向の境界位置および前記配列方向の端部位置を結ぶ直線方向における前記フローティング領域の前記配列方向の幅よりも小さい
請求項１１から１３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記トランジスタ部は、前記配列方向の一方および他方の双方に、前記ダイオード部と隣接して設けられ、
前記フローティング領域は、前記一方の側の前記配列方向の端部位置から前記他方の側の前記配列方向の端部位置まで、前記配列方向に複数設けられる、
請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記ダイオード部は、前記フローティング領域と同一の深さ位置において前記フローティング領域が設けられていない開口領域を有し、
前記コレクタ領域および前記カソード領域の前記配列方向の境界位置から、前記フローティング領域の前記境界位置に最も近い前記配列方向の端部位置までの距離が、前記開口領域の前記配列方向の幅よりも小さい
請求項１４または１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記半導体基板の下面側に設けられた、局所的なライフタイムキラーを更に備え、
前記フローティング領域の上方の少なくとも一部の領域には、前記ライフタイムキラーが設けられており、
前記開口領域の上方の少なくとも一部の領域には、前記ライフタイムキラーが設けられていない
請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記フローティング領域の上方に配置された前記メサ部のうちの少なくとも一つの前記メサ部における前記高濃度領域の積分濃度が、前記開口領域の上方に配置された前記メサ部のうちの少なくとも一つの前記メサ部における前記高濃度領域の積分濃度よりも低い
請求項１６または１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記開口領域の前記配列方向の幅が、前記フローティング領域の前記配列方向の幅よりも小さい、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記トランジスタ部は、前記配列方向の一方および他方の双方に、前記ダイオード部と隣接して設けられ、
前記フローティング領域は、前記一方の側の前記配列方向の端部位置から前記他方の側の前記配列方向の端部位置まで、前記配列方向に連続的に設けられる、
請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項２１】
前記半導体基板の下面と平行な面内において、前記コレクタ領域および前記カソード領域の前記延伸方向の境界位置から、前記フローティング領域の前記延伸方向の境界位置に最も近い前記延伸方向の端部位置までの距離が、前記フローティング領域の前記延伸方向の幅よりも小さい、
請求項１４から２０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項２２】
前記フローティング領域は、前記延伸方向の一方の側の端部位置から前記延伸方向の他方の側の端部位置まで、前記延伸方向に複数設けられる、
請求項２０に記載の半導体装置。
【請求項２３】
前記ダイオード部は、前記フローティング領域と同一の深さ位置において前記フローティング領域が設けられていない開口領域を有し、
前記コレクタ領域および前記カソード領域の前記延伸方向の境界位置から、前記フローティング領域の前記境界位置に最も近い前記延伸方向の端部位置までの距離が、前記開口領域の前記延伸方向の幅よりも小さい、
請求項２１または２２に記載の半導体装置。
【請求項２４】
前記開口領域の前記延伸方向の幅が、前記フローティング領域の前記延伸方向の幅よりも小さい、請求項２３に記載の半導体装置。
【請求項２５】
前記ダイオード部は、前記半導体基板の下面に交互に露出して設けられた、第１導電型のカソード領域と、第２導電型のダミー領域とを有する
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項２６】
前記半導体基板の下面側に局所的なライフタイムキラーが設けられていない
請求項１から１６および２５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項２７】
前記半導体基板は、前記ダイオード部の前記メサ部において、コンタクト領域をさらに備え、
前記ダイオード部の前記メサ部において、前記トレンチ部の前記上面における延伸方向に、前記ベース領域と前記コンタクト領域が交互に隣接して設けられる、請求項１から２６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項２８】
前記トレンチ部は、ゲートトレンチ部およびダミートレンチ部を有し、
前記トランジスタ部において、前記半導体基板の上面且つ前記ゲートトレンチ部の上方に、層間絶縁膜を有し、前記半導体基板の上面、且つ前記ダミートレンチ部と前記層間絶縁膜との間の上方に、層間絶縁膜を有さず、
前記ダイオード部において、前記ダミートレンチ部の上方および前記ベース領域の上方に、層間絶縁膜を有さない、
請求項１から２７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項２９】
前記半導体基板の上方にコンタクトホールをさらに備え、
前記コンタクトホールは、前記ダミートレンチ部の上方に、前記トランジスタ部と前記ダイオード部との配列方向における前記ダミートレンチ部の一方から他方に渡って設けられる、
請求項２８に記載の半導体装置。
【請求項３０】
前記トランジスタ部から前記ダイオード部にわたり、前記コンタクトホールが前記配列方向に連続的に設けられる、請求項２９に記載の半導体装置。
【請求項３１】
第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板に設けられたトランジスタ部と、
前記半導体基板に設けられたダイオード部と
を備え、
前記トランジスタ部は、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を有し、
前記ダイオード部は、
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、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高いカソード領域と、
前記ドリフト領域と前記カソード領域との間に設けられた第２導電型のフローティング領域と
を有し、
前記半導体基板の下面と平行な面内において、前記コレクタ領域および前記カソード領域の境界位置から、前記フローティング領域の前記境界位置に最も近い端部位置までの距離が、前記境界位置および前記端部位置を結ぶ直線方向における前記フローティング領域の幅よりも小さい半導体装置。
【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、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１  特開２００７−３１１６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
半導体装置においては、ターンオン損失等の特性を改善することが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一つの態様においては、第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、半導体基板に設けられたトランジスタ部と、半導体基板に設けられたダイオード部とを備える半導体装置を提供する。トランジスタ部およびダイオード部の双方が、半導体基板の内部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、半導体基板の上面からベース領域を貫通して設けられ、内部に導電部が設けられた複数のトレンチ部と、トレンチ部に挟まれたメサ部とを有してよい。トランジスタ部は、それぞれのメサ部においてベース領域とドリフト領域の間に設けられ、ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い、一つ以上の第１導電型の蓄積領域を有してよい。ダイオード部は、それぞれのメサ部においてベース領域とドリフト領域の間に設けられ、ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い、一つ以上の第１導電型の高濃度領域を有してよい。トランジスタ部の少なくとも一部のメサ部における一つ以上の蓄積領域のドーピング濃度を半導体基板の深さ方向に積分した積分濃度が、ダイオード部のメサ部における一つ以上の高濃度領域のドーピング濃度を半導体基板の深さ方向に積分した積分濃度よりも高くてよい。
【０００５】
トランジスタ部の少なくとも一つのメサ部において、深さ方向に形成された蓄積領域の数は、ダイオード部のメサ部において、深さ方向に形成された高濃度領域の数よりも多くてよい。ダイオード部の高濃度領域は、トランジスタ部のいずれかの蓄積領域と同一の深さに設けられていてよい。ダイオード部の高濃度領域のドーピング濃度は、トランジスタ部において同一の深さに設けられている蓄積領域のドーピング濃度と等しくてよい。
【０００６】
トランジスタ部において最も深い位置に設けられた蓄積領域のドーピング濃度は、トランジスタ部の他の蓄積領域のいずれのドーピング濃度よりも高くてよい。ダイオード部は、トランジスタ部において最も深い位置に設けられた蓄積領域と同一の深さにおいて、高濃度領域を有さなくてよい。
【０００７】
半導体装置は、半導体基板に設けられ、トランジスタ部とダイオード部との間に配置された境界部を更に備えてよい。境界部のメサ部においては、ベース領域とドリフト領域との間に、ドリフト領域よりも高濃度の第１導電型の領域が設けられていなくてよい。
【０００８】
トランジスタ部のメサ部のうち、最もダイオード部側に設けられたメサ部における一つ以上の蓄積領域の積分濃度は、トランジスタ部の他のメサ部における一つ以上の蓄積領域の積分濃度よりも低くてよい。
【０００９】
トランジスタ部のメサ部のうち、最もダイオード部側に設けられたメサ部における一つ以上の蓄積領域の積分濃度は、ダイオード部のメサ部における一つ以上の高濃度領域の積分濃度よりも高くてよい。
【００１０】
半導体基板の上面側に局所的なライフタイムキラーが設けられていなくてよい。ダイオード部は、半導体基板の下面側に、電気的にフローティングとなっている第２導電型のフローティング領域を有してよい。ダイオード部は、半導体基板の下面に露出して設けられた、第１導電型のカソード領域を有してよい。フローティング領域は、カソード領域の上方においてカソード領域の一部を覆っていてよい。
【００１１】
ダイオード部には、二つ以上の前記高濃度領域が設けられていてよい。トランジスタ部とダイオード部は、予め定められた配列方向に沿って配列されてよい。トレンチ部は、半導体基板の上面において配列方向に直交する延伸方向に延伸して設けられてよい。トランジスタ部は、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有してよい。ダイオード部は、半導体基板の下面とドリフト領域との間に設けられ、ドリフト領域よりもドーピング濃度の高いカソード領域を有してよい。半導体基板の下面と平行な面内において、コレクタ領域およびカソード領域の配列方向の境界位置から、フローティング領域の配列方向の境界位置に最も近い、配列方向の端部位置までの距離が、配列方向の境界位置および配列方向の端部位置を結ぶ直線方向におけるフローティング領域の配列方向の幅よりも小さくてよい。
【００１２】
トランジスタ部は、配列方向の一方および他方の双方に、ダイオード部と隣接して設けられてよい。フローティング領域は、一方の側の配列方向の端部位置から他方の側の配列方向の端部位置まで、配列方向に複数設けられてよい。ダイオード部は、フローティング領域と同一の深さ位置においてフローティング領域が設けられていない開口領域を有してよい。半導体基板の下面と平行な面内において、コレクタ領域およびカソード領域の境界位置から、フローティング領域の境界位置に最も近い端部位置までの距離が、境界位置および端部位置を結ぶ直線方向における開口領域の幅よりも小さくてよい。開口領域の配列方向の幅は、フローティング領域の配列方向の幅よりも小さくてよい。
【００１３】
トランジスタ部は、配列方向の一方および他方の双方に、ダイオード部と隣接して設けられてよい。フローティング領域は、一方の側の配列方向の端部位置から他方の側の配列方向の端部位置まで、配列方向に連続的に設けられてよい。半導体基板の下面と平行な面内において、コレクタ領域およびカソード領域の延伸方向の境界位置から、フローティング領域の延伸方向の境界位置に最も近い延伸方向の端部位置までの距離は、フローティング領域の延伸方向の幅よりも小さくてよい。
【００１４】
フローティング領域は、延伸方向の一方の側の端部位置から延伸方向の他方の側の端部位置まで、延伸方向に複数設けられてよい。ダイオード部は、フローティング領域と同一の深さ位置においてフローティング領域が設けられていない開口領域を有してよい。コレクタ領域およびカソード領域の延伸方向の境界位置から、フローティング領域の境界位置に最も近い延伸方向の端部位置までの距離は、開口領域の延伸方向の幅よりも小さくてよい。開口領域の延伸方向の幅は、フローティング領域の延伸方向の幅よりも小さくてよい。
【００１５】
半導体装置は、半導体基板の下面側に設けられた、局所的なライフタイムキラーを更に備えてよい。フローティング領域の上方の少なくとも一部の領域には、ライフタイムキラーが設けられていてよい。開口領域の上方の少なくとも一部の領域には、ライフタイムキラーが設けられていなくてよい。
【００１６】
フローティング領域の上方に配置されたメサ部のうちの少なくとも一つのメサ部における高濃度領域の積分濃度が、開口領域の上方に配置されたメサ部のうちの少なくとも一つのメサ部における高濃度領域の積分濃度よりも低くてよい。
【００１７】
ダイオード部は、半導体基板の下面に交互に露出して設けられた、第１導電型のカソード領域と、第２導電型のダミー領域とを有してよい。半導体基板の下面側に局所的なライフタイムキラーが設けられていなくてよい。
【００１８】
半導体基板は、ダイオード部のメサ部において、コンタクト領域をさらに備えてよい。ダイオード部のメサ部において、トレンチ部の上面における延伸方向に、ベース領域とコンタクト領域が交互に隣接して設けられてよい。
【００１９】
本発明の第２の態様においては、第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、半導体基板に設けられたトランジスタ部と、半導体基板に設けられたダイオード部とを備える半導体装置を提供する。トランジスタ部は、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有してよい。ダイオード部は、半導体基板の下面とドリフト領域との間に設けられ、ドリフト領域よりもドーピング濃度の高いカソード領域を有してよい。ダイオード部は、ドリフト領域とカソード領域との間に設けられた第２導電型のフローティング領域を有してよい。半導体基板の下面と平行な面内において、コレクタ領域およびカソード領域の境界位置から、フローティング領域の境界位置に最も近い端部位置までの距離が、境界位置および端部位置を結ぶ直線方向におけるフローティング領域の幅よりも小さくてよい。
【００２０】
トレンチ部は、ゲートトレンチ部およびダミートレンチ部を有してよい。トランジスタ部において、ゲートトレンチ部の上方且つ半導体基板の上面に、層間絶縁膜を有してよい。トランジスタ部において、ダミートレンチ部の上方且つ半導体基板の上面に、層間絶縁膜を有さなくてよい。ダイオード部において、ダミートレンチ部の上方且つ半導体基板の上面に、層間絶縁膜を有さなくてよい。
【００２１】
半導体基板の上方には、コンタクトホールをさらに備えてよい。コンタクトホールは、ダミートレンチ部の上方に、配列方向におけるダミートレンチ部の一方から他方に渡って設けられてよい。トランジスタ部からダイオード部にわたり、コンタクトホールが配列方向に連続的に設けられてよい。
【００２２】
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】
【００２３】
【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ｄ−ｄ'断面の一例を示す図である。
【図２ｂ】図１におけるｄ−ｄ'断面の他の一例を示す図である。
【図２ｃ】図１におけるｄ−ｄ'断面の他の一例を示す図である。
【図２ｄ】図１におけるｄ−ｄ'断面の他の一例を示す図である。
【図２ｅ】図２ｄにおけるｎ−ｎ'断面における結晶欠陥層８９の濃度分布を示す図である。
【図２ｆ】本発明の実施形態に係る半導体装置１５０の断面の一例を示す図である。
【図２ｇ】本発明の実施形態に係る半導体装置１５０の断面の他の一例を示す図である。
【図３】図２ａのｅ−ｅ'断面およびｆ−ｆ'断面におけるドーピング濃度分布の一例を示す図である。
【図４】ターンオン時におけるコレクタ電流Ｉｃの波形例を示す図である。
【図５】図２ａのｅ−ｅ'断面およびｆ−ｆ'断面におけるドーピング濃度分布の他の例を示す図である。
【図６】第１の蓄積領域１６−１、第２の蓄積領域１６−２および第３の蓄積領域１６−３を備える半導体装置１００におけるターンオン時の電子電流および変位電流を示す図である。
【図７ａ】図１におけるｄ−ｄ'断面の他の例を示す図である。
【図７ｂ】図７ａにおけるｅ−ｅ'断面、ｆ−ｆ'断面およびｇ−ｇ'断面におけるドーピング濃度分布の一例を示す図である。
【図８】図１におけるｄ−ｄ'断面の他の例を示す図である。
【図９】フローティング領域８４の配置例を説明する断面図である。
【図１０】ダイオード部８０におけるフローティング領域８４の配置例を示す上面図である。
【図１１】ダイオード部８０におけるフローティング領域８４の配置例を示す上面図である。
【図１２】ダイオード部８０におけるフローティング領域８４の他の配置例を示す上面図である。
【図１３】図１におけるｄ−ｄ'断面の他の例を示す図である。
【図１４】図１におけるｄ−ｄ'断面の他の例を示す図である。
【図１５】ライフタイムキラー８８の他の配置例を示す図である。
【図１６】ダイオード部８０の構成の一例を示す図である。
【図１７】ダイオード部８０の構成の他の例を示す図である。
【図１８】半導体装置１００の他の例を示す図である。
【図１９】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２０】図１９におけるｄ−ｄ'断面の一例を示す図である。
【図２１ａ】本発明の他の実施形態に係る半導体装置３００の上面を部分的に示す図である。
【図２１ｂ】図２１ａにおけるｓ−ｓ'断面の一例を示す図である。
【図２１ｃ】図２１ａにおけるｔ−ｔ'断面の一例を示す図である。
【図２２】比較例の半導体装置３５０の断面図である。
【図２３ａ】本発明の他の実施形態に係る半導体装置３００の上面を部分的に示す図である。
【図２３ｂ】図２３ａにおけるｕ−ｕ'断面の一例を示す図である。
【図２３ｃ】図２１ａにおけるｖ−ｖ'断面の一例を示す図である。
【図２４】本発明の他の実施形態に係る半導体装置３００の上面を部分的に示す図である。
【図２５】本発明の他の実施形態に係る半導体装置３００の上面を部分的に示す図である。
【図２６】本発明の実施形態に係る半導体チップ１２０の一例を示す図である。
【図２７ａ】図２６における領域Ａの拡大図である。
【図２７ｂ】図２７ａにおける領域Ｂ１の拡大図である。
【図２７ｃ】図２７ｂにおける領域Ｂ２の拡大図である。
【図２７ｄ】図２７ｂにおけるｈ−ｈ'断面の一例を示す図である。
【図２７ｅ】図２７ｂにおけるｊ−ｊ'断面の一例を示す図である。
【図２８ａ】図２６における領域Ａの他の拡大図である。
【図２８ｂ】図２８ａにおける領域Ｃ１の拡大図である。
【図２８ｃ】図２８ｂにおける領域Ｃ２の拡大図である。
【図２８ｄ】図２８ｂにおけるｋ−ｋ'断面の一例を示す図である。
【図２８ｅ】図２８ｂにおけるｍ−ｍ'断面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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」の方向は重力方向に限定されない。
【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。
【００２７】
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、トランジスタ部７０、ダイオード部８０および境界部９０を備える半導体チップである。境界部９０は、トランジスタ部７０の一部であってよい。トランジスタ部７０は、ＩＧＢＴ等のトランジスタを含む。ダイオード部８０は、半導体基板の上面においてトランジスタ部７０と隣接して設けられ、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌ  Ｄｉｏｄｅ）等のダイオードを含む。境界部９０は、半導体基板の上面においてトランジスタ部７０およびダイオード部８０の間に設けられる。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。
【００２８】
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構造部を有してよい。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。エッジ終端構造部は、半導体基板の上面側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部は、例えばガードリング、フィールドプレート、リサーフおよびこれらを組み合わせた構造を有する。
【００２９】
本例の半導体装置１００は、半導体基板の上面側の内部に形成されたゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、ウェル領域１１、エミッタ領域１２、ベース領域１４およびコンタクト領域１５を備える。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、トレンチ部の一例である。また、本例の半導体装置１００は、半導体基板の上面の上方に設けられたエミッタ電極５２およびゲート金属層５０を備える。エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は互いに分離して設けられる。
【００３０】
エミッタ電極５２およびゲート金属層５０と、半導体基板の上面との間には層間絶縁膜が形成されるが、図１では省略している。本例の層間絶縁膜には、コンタクトホール５６、コンタクトホール４９およびコンタクトホール５４が、当該層間絶縁膜を貫通して形成される。
【００３１】
エミッタ電極５２は、コンタクトホール５４を通って、半導体基板の上面におけるエミッタ領域１２、コンタクト領域１５およびベース領域１４と接触する。また、エミッタ電極５２は、コンタクトホール５６を通って、ダミートレンチ部３０内のダミー導電部と接続される。エミッタ電極５２とダミー導電部との間には、不純物がドープされたポリシリコン等の、導電性を有する材料で形成された接続部２５が設けられてよい。接続部２５は、半導体基板の上面に形成される。
【００３２】
ゲート金属層５０は、コンタクトホール４９を通って、ゲートランナー４８と接触する。ゲートランナー４８は、不純物がドープされたポリシリコン等で形成される。ゲートランナー４８は、半導体基板の上面において、ゲートトレンチ部４０内のゲート導電部と接続される。ゲートランナー４８は、ダミートレンチ部３０内のダミー導電部とは接続されない。本例のゲートランナー４８は、コンタクトホール４９の下方から、ゲートトレンチ部４０の先端部まで形成される。ゲートトレンチ部４０の先端部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、ゲートランナー４８と接触する。
【００３３】
エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、金属を含む材料で形成される。例えば、各電極の少なくとも一部の領域はアルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金で形成される。各電極は、アルミニウム等で形成された領域の下層にチタンやチタン化合物等で形成されたバリアメタルを有してよく、コンタクトホール内においてタングステン等で形成されたプラグを有してもよい。
【００３４】
１以上のゲートトレンチ部４０および１以上のダミートレンチ部３０は、トランジスタ部７０の領域において所定の配列方向に沿って所定の間隔で配列される。トランジスタ部７０においては、配列方向に沿って１以上のゲートトレンチ部４０と、１以上のダミートレンチ部３０とが交互に形成されてよい。
【００３５】
本例のゲートトレンチ部４０は、半導体基板の上面に平行であって配列方向と垂直な延伸方向に沿って延伸する２つの延伸部分と、２つの延伸部分を接続する接続部分を有してよい。接続部分の少なくとも一部は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つの延伸部分の端部を接続することで、延伸部分の端部における電界集中を緩和できる。ゲートランナー４８は、ゲートトレンチ部４０の接続部分において、ゲート導電部と接続してよい。
【００３６】
本例のダミートレンチ部３０は、ゲートトレンチ部４０のそれぞれの延伸部分の間に設けられる。ダミートレンチ部３０は、ゲートトレンチ部４０と同様に半導体基板の上面においてＵ字形状を有してよい。つまり、本例のダミートレンチ部３０は、延伸方向に沿って延伸する２つの延伸部分と、２つの延伸部分を接続する接続部分を有する。他の例においては、ダミートレンチ部３０は、延伸方向に延伸する直線形状を有してもよい。
【００３７】
なお、境界部９０およびダイオード部８０においては、複数のダミートレンチ部３０が連続して配列されている。また、トランジスタ部７０において境界部９０と隣接する領域においても、複数のダミートレンチ部３０が連続して配列されてよい。なお本例では、それぞれのトレンチ部の直線状の延伸部分を、１つのトレンチ部としている。
【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、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の上方に形成される。ウェル領域１１は第２導電型であり、ゲート金属層５０が設けられる側の活性領域の端部から、所定の範囲で形成される。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、ゲート金属層５０側の一部の領域はウェル領域１１に形成される。ダミートレンチ部３０の延伸方向の端の底は、ウェル領域１１に覆われていてよい。
【００３９】
各トレンチ部に挟まれたメサ部には、ベース領域１４が形成される。ベース領域１４は、ウェル領域１１よりもドーピング濃度の低い第２導電型である。本例のベース領域１４はＰ−型である。メサ部とは、隣り合う２つのトレンチ部に挟まれた半導体基板であって、半導体基板の上面から、各トレンチ部の最も深い底部の深さまでの部分であってよい。
【００４０】
メサ部のベース領域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第２導電型のコンタクト領域１５が選択的に形成される。本例のコンタクト領域１５はＰ＋型である。また、トランジスタ部７０においては、コンタクト領域１５の上面の一部に、半導体基板よりもドーピング濃度が高い第１導電型のエミッタ領域１２が選択的に形成される。本例のエミッタ領域１２はＮ＋型である。
【００４１】
コンタクト領域１５およびエミッタ領域１２のそれぞれは、隣接する一方のトレンチ部から、他方のトレンチ部まで形成される。トランジスタ部７０の１以上のコンタクト領域１５および１以上のエミッタ領域１２は、トレンチ部の延伸方向に沿って交互にメサ部の上面に露出するように形成される。コンタクト領域１５およびエミッタ領域１２のそれぞれは、各トレンチ部の延伸方向に沿って所定の長さにわたり、隣接する一方のトレンチ部または他方のトレンチ部に接してよい。
【００４２】
他の例においては、トランジスタ部７０におけるメサ部には、コンタクト領域１５およびエミッタ領域１２がトレンチ部の延伸方向に沿ってストライプ状に形成されていてもよい。例えばトレンチ部に隣接する領域にエミッタ領域１２が形成され、エミッタ領域１２に挟まれた領域にコンタクト領域１５が形成される。
【００４３】
本例のダイオード部８０および境界部９０のメサ部には、エミッタ領域１２が形成されていない。また、ダイオード部８０のメサ部には、トランジスタ部７０における少なくとも一つのコンタクト領域１５と対向する領域にコンタクト領域１５が形成される。境界部９０のメサ部には、トランジスタ部７０のコンタクト領域１５およびエミッタ領域１２と対向する領域にコンタクト領域１５が形成される。
境界部９０は複数のメサ部を備えてよい。境界部９０において、ダイオード部８０側に位置する１以上のメサ部では、トランジスタ部７０に隣接するメサ部よりも、コンタクト領域１５の半導体基板上面の面積が小さくてよい。境界部９０において、ダイオード部８０側に位置する１以上のメサ部では、ベース領域１４が半導体基板の上面に露出してよい。
【００４４】
トランジスタ部７０において、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の各領域の上方に形成される。コンタクトホール５４は、ベース領域１４およびウェル領域１１に対応する領域には形成されない。
【００４５】
ダイオード部８０において、コンタクトホール５４は、コンタクト領域１５およびベース領域１４の上方に形成される。本例のコンタクトホール５４は、ダイオード部８０のメサ部における複数のベース領域１４のうち、最もゲート金属層５０に近いベース領域１４に対しては形成されない。
【００４６】
ダイオード部８０は、半導体基板の下面側において、第１導電型のカソード領域８２を有する。本例のカソード領域８２はＮ＋型である。図１に、半導体基板の上面視でカソード領域８２が設けられる領域を破線部で示している。ダイオード部８０は、カソード領域８２を半導体基板の上面に投影した領域であってよい。カソード領域８２を半導体基板の上面に投影した領域は、コンタクト領域１５から＋Ｘ軸方向に離れていてよい。
【００４７】
ダイオード部８０のうち、半導体基板の下面においてカソード領域８２が形成されていない領域には、Ｐ＋型のコレクタ領域が形成されてよい。本例では、下面２３のカソード領域８２を投影した半導体基板の上面のダミートレンチ部３０またはメサ部９５について、当該メサ部９５のコンタクトホール５４の外周側（−Ｘ軸方向の向き）の端部を半導体基板の下面に投影した位置には、コレクタ領域が形成されている。一例として、半導体基板の下面の一部にカソード領域８２が形成されたダミートレンチ部３０またはメサ部９５で、ダミートレンチ部３０の延伸方向の端部（Ｕ字状につながる部分も含む）までのダミートレンチ部３０またはメサ部９５は、半導体基板の下面にコレクタ領域が形成されていても、便宜的にダイオード部８０としてよい。トランジスタ部７０は、コレクタ領域を半導体基板の上面に投影した領域のうち、トレンチ部またはメサ部が形成されている領域であってよい。
【００４８】
境界部９０において、コンタクトホール５４は、コンタクト領域１５の上方に形成される。本例のコンタクトホール５４は、境界部９０のベース領域１４に対しては形成されない。境界部９０において、ダイオード部８０側に位置する１以上のメサ部では、コンタクトホール５４はベース領域１４の上方に形成されてよい。本例においてトランジスタ部７０のコンタクトホール５４と、ダイオード部８０のコンタクトホール５４と、境界部９０のコンタクトホール５４とは、各トレンチ部の延伸方向において同一の長さを有する。
【００４９】
半導体装置１００は、半導体基板の内部において、ベース領域１４の下方に選択的に形成された第１導電型の蓄積領域１６と、第１導電型の高濃度領域１７を有する。図１においては、蓄積領域１６および高濃度領域１７が形成される範囲を一点鎖線で示している。蓄積領域１６は、トランジスタ部７０に形成され、高濃度領域１７は、ダイオード部８０に形成される。
【００５０】
図２ａは、図１におけるｄ−ｄ'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置１００は、当該断面において、半導体基板１０、層間絶縁膜３８、エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４を有する。エミッタ電極５２は、半導体基板１０および層間絶縁膜３８の上面２１に形成される。
【００５１】
コレクタ電極２４は、半導体基板１０の下面２３に形成される。エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４は、金属等の導電材料で形成される。本明細書において、エミッタ電極５２とコレクタ電極２４とを結ぶ方向を深さ方向と称する。
【００５２】
半導体基板１０は、シリコン基板であってよく、炭化シリコン基板であってよく、窒化ガリウム等の窒化物半導体基板等であってもよい。本例の半導体基板１０はシリコン基板である。半導体基板１０の上面側には、Ｐ−型のベース領域１４が形成される。
【００５３】
当該断面において、トランジスタ部７０の上面２１側には、Ｎ＋型のエミッタ領域１２、Ｐ−型のベース領域１４およびＮ＋型の１つ以上の蓄積領域１６が、上面２１側から順番に形成されている。当該断面において、ダイオード部８０の上面２１側には、Ｐ−型のベース領域１４およびＮ＋型の１つ以上の高濃度領域１７が、上面２１側から順番に形成されている。当該断面において、境界部９０の上面２１側には、Ｐ＋型のコンタクト領域１５およびＰ−型のベース領域１４が、上面２１側から順番に形成されている。
【００５４】
トランジスタ部７０において、蓄積領域１６の下面にはＮ−型のドリフト領域１８が形成される。ドリフト領域１８とベース領域１４との間に、ドリフト領域１８よりも高濃度の１つ以上の蓄積領域１６を設けることで、キャリア注入促進効果（ＩＥ効果）を高めて、オン電圧を低減することができる。
【００５５】
本例では、半導体基板１０の内部においてトレンチ部に挟まれた領域をメサ部９５とする。具体的には、隣り合う２つのトレンチ部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、隣り合う２つのトレンチ部のどちらかの最も深い底部の深さまでの部分であってよい。一つ以上の蓄積領域１６が、トランジスタ部７０の各メサ部９５に形成される。本例では、トランジスタ部７０の各メサ部９５には、半導体基板１０の深さ方向の異なる位置に、第１の蓄積領域１６−１、第２の蓄積領域１６−２および第３の蓄積領域１６−３が設けられている。蓄積領域１６は、各メサ部９５におけるベース領域１４の下面全体を覆うように設けられてよい。
【００５６】
一つ以上の高濃度領域１７が、ダイオード部８０の各メサ部９５に形成される。本例では、ダイオード部８０のメサ部９５には、半導体基板１０の深さ方向の異なる位置に第１の高濃度領域１７−１および第２の高濃度領域１７−２が設けられている。高濃度領域１７は、各メサ部９５におけるベース領域１４の下面全体を覆うように設けられてよい。境界部の各メサ部９５には、高濃度領域１７は形成されない。
【００５７】
ダイオード部８０の各メサ部９５に１つ以上のＮ＋型の高濃度領域１７を設けることで、ダイオード部８０のＰ型のアノード層となるベース領域１４と、Ｎ型のドリフト領域１８との間に、ドリフト領域１８より高濃度のＮ＋型高濃度領域１７が１つ以上挿入される。この１つ以上の高濃度領域１７では、ドリフト領域１８と比べて、電荷中性条件により正孔の濃度が減少する。すなわち、１つ以上の高濃度領域１７が、ベース領域１４からドリフト領域１８への正孔の注入を抑制する。これにより、少数キャリアの注入効率が格段に低減する。高濃度領域１７の個数が多いほど、少数キャリアの注入効率の低減が可能となる。これにより、ダイオード部８０の逆回復特性、特にリカバリー電流が大きく低減される。
【００５８】
なお、少数キャリアの注入効率とは、本例では、エミッタ電極５２をコレクタ電極２４より高い電圧で印加したときに、エミッタ電極５２を流れる全電流密度における、少数キャリアの電流密度（本例では正孔電流密度）の比を意味する。正孔電流密度と電子電流密度との和は、全電流密度である。
【００５９】
トランジスタ部７０、ダイオード部８０および境界部９０のそれぞれにおいて、ドリフト領域１８の下面にはＮ＋型のバッファ領域２０が形成される。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およびＮ＋型のカソード領域８２に到達することを防ぐフィールドストップ層として機能してよい。
【００６０】
トランジスタ部７０において、バッファ領域２０の下には、下面２３に露出するＰ＋型のコレクタ領域２２が形成される。ダイオード部８０において、バッファ領域２０の下には、下面２３に露出するＮ＋型のカソード領域８２が形成される。境界部９０において、バッファ領域２０の下には、コレクタ領域２２およびカソード領域８２のいずれかが形成される。本例の境界部９０において、バッファ領域２０の下は、コレクタ領域２２が形成される。なお、ダイオード部８０は、下面２３に垂直な方向においてカソード領域８２と重なる領域とする。また、トランジスタ部７０は、下面２３に垂直な方向においてコレクタ領域２２と重なる領域のうち、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５を含む所定の単位構成が規則的に配置された領域とする。
【００６１】
上面２１側には、１以上のゲートトレンチ部４０、および、１以上のダミートレンチ部３０が形成される。各トレンチ部は、上面２１から、ベース領域１４を貫通して、ドリフト領域１８に到達する。エミッタ領域１２、コンタクト領域１５、蓄積領域１６および高濃度領域１７の少なくともいずれかが設けられている領域においては、各トレンチ部はこれらの領域も貫通して、ドリフト領域１８に到達する。トレンチ部が不純物領域を貫通するとは、不純物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、トレンチ部の間に不純物領域を形成したものも、トレンチ部が不純物領域を貫通しているものに含まれる。
【００６２】
ゲートトレンチ部４０は、上面２１側に形成されたゲートトレンチ、ゲート絶縁膜４２およびゲート導電部４４を有する。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチの内壁を覆って形成される。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よりも内側に形成される。つまりゲート絶縁膜４２は、ゲート導電部４４と半導体基板１０とを絶縁する。ゲート導電部４４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。
【００６３】
ゲート導電部４４は、深さ方向において、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、上面２１において層間絶縁膜３８により覆われる。ゲート導電部４４に所定の電圧が印加されると、ベース領域１４のうちゲートトレンチに接する界面の表層にチャネルが形成される。
【００６４】
ダミートレンチ部３０は、当該断面において、ゲートトレンチ部４０と同一の構造を有してよい。ダミートレンチ部３０は、上面２１側に形成されたダミートレンチ、ダミー絶縁膜３２およびダミー導電部３４を有する。ダミー絶縁膜３２は、ダミートレンチの内壁を覆って形成される。ダミー導電部３４は、ダミートレンチの内部に形成され、且つ、ダミー絶縁膜３２よりも内側に形成される。ダミー絶縁膜３２は、ダミー導電部３４と半導体基板１０とを絶縁する。ダミー導電部３４は、ゲート導電部４４と同一の材料で形成されてよい。例えばダミー導電部３４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。ダミー導電部３４は、深さ方向においてゲート導電部４４と同一の長さを有してよい。当該断面におけるダミートレンチ部３０は、上面２１において層間絶縁膜３８により覆われる。
【００６５】
本例では、上面２１側にエミッタ領域１２が形成され、下面２３側にコレクタ領域２２が形成され、且つ、１つ以上の蓄積領域１６が形成されている領域をトランジスタ部７０とする。また、上面２１側に１つ以上の高濃度領域１７が形成され、且つ、下面２３側にカソード領域８２が形成されている領域をダイオード部８０とする。また、トランジスタ部７０とダイオード部８０との間において、上面２１側にエミッタ領域１２が形成されておらず、ダイオード部８０の下面２３にカソード領域８２が形成されていない領域を境界部９０とする。
【００６６】
本明細書では、半導体基板１０の深さ方向においてドーピング濃度を積分したものを、積分濃度と称する。トランジスタ部７０の少なくとも一つのメサ部９５において、１つ以上の蓄積領域１６の積分濃度（すなわち、ベース領域１４とドリフト領域１８との間において、ドリフト領域１８よりも高濃度のＮ型領域の積分濃度）が、ダイオード部８０のメサ部９５において、１つ以上の高濃度領域１７の積分濃度（すなわち、ベース領域１４とドリフト領域１８との間において、ドリフト領域１８よりも高濃度のＮ型領域の積分濃度）よりも高くてよい。
【００６７】
あるいは、蓄積領域１６の積分濃度が、境界部９０の高濃度領域１７の積分濃度より高くてよい。この場合、例えばターンオフ時の少数キャリアを、トランジスタ部７０よりも引抜きやすく、トランジスタ部７０の特にダイオード部８０側のメサ部９５におけるラッチアップを抑制できる。
【００６８】
あるいは、境界部９０の高濃度領域１７の積分濃度が、ダイオード部８０の高濃度領域１７の積分濃度より高くてよい。この場合、エミッタ電極５２にコレクタ電極２４よりも高い電圧が印加されてダイオード部８０が導通する動作モードのときに、境界部９０の少数キャリア（本例では正孔）の注入を、ダイオード部８０の少数キャリアの注入よりも抑えることができる。あるいは、境界部９０の高濃度領域１７の積分濃度が、ダイオード部８０の高濃度領域１７の積分濃度と略同じでもよく、低くてもよい。
【００６９】
トランジスタ部７０の蓄積領域１６の積分濃度と、境界部９０の高濃度領域１７の積分濃度は略同じであってよい。また、トランジスタ部７０の蓄積領域１６の積分濃度とダイオード部８０の高濃度領域１７の積分濃度は、略同じであってよい。
【００７０】
本例では、ダイオード部８０の各メサ部９５における当該積分濃度は同一である。ダイオード部８０の全てのメサ部９５が、同一のドーピング濃度分布を有していてもよい。トランジスタ部７０の全てのメサ部９５における積分濃度が、ダイオード部８０の各メサ部９５における積分濃度と同じか低くてよい。一方、トランジスタ部７０の全てのメサ部９５における積分濃度が、ダイオード部８０の各メサ部９５における積分濃度より高くてもよい。トランジスタ部７０の全てのメサ部９５が、同一の積分濃度を有してよい。また、トランジスタ部７０の全てのメサ部９５が、同一のドーピング濃度分布を有していてもよい。
【００７１】
トランジスタ部７０およびダイオード部８０において、蓄積領域１６または高濃度領域１７を設けることで、ダイオード部８０が動作する場合において、上面２１側からドリフト領域１８への正孔の注入が抑制できる。このため、半導体装置１００の逆回復特性を改善することができる。
【００７２】
本例の境界部９０には、ベース領域１４とドリフト領域１８との間に、ドリフト領域１８よりも高濃度の第１導電型の領域（高濃度領域１７）が形成されなくてよい。あるいは、トランジスタ部７０の蓄積領域１６およびダイオード部８０の高濃度領域１７よりも、境界部９０の高濃度領域１７の個数が少ないかまたは積分濃度が小さくてよい。これにより、境界部９０を介してドリフト領域１８の正孔を引き抜くことができる。従って、トランジスタ部７０のターンオフ時等において、ダイオード部８０のドリフト領域１８における正孔が、トランジスタ部７０に流れることを抑制できる。図１および図２ａの例においては、境界部９０は１つのメサ部９５を有しているが、境界部９０は複数のメサ部９５を有してもよい。
【００７３】
図２ｂは、図１におけるｄ−ｄ'断面の他の一例を示す図である。図２ｂに示す半導体装置１００は、図２ａに示す半導体装置１００において、境界部９０のメサ部９５に高濃度領域１７−１が設けられる点で、図２ａに示す半導体装置１００と異なる。図２ｂは、高濃度領域１７−１が１つ設けられる一例であるが、高濃度領域１７は、境界部９０の各メサ部９５に複数形成されてよい。
【００７４】
境界部９０の高濃度領域１７の個数は、トランジスタ部７０の蓄積領域１６の個数より少なくてよい。この場合は、例えばターンオフ時の少数キャリアを、トランジスタ部７０よりも引抜きやすく、トランジスタ部７０の特にダイオード部８０側のメサ部９５におけるラッチアップを抑制できる。あるいは、境界部９０の高濃度領域１７の個数は、トランジスタ部７０の蓄積領域１６の個数と同じでもよく、多くてもよい。
【００７５】
境界部９０の高濃度領域１７の個数は、ダイオード部８０の高濃度領域１７の個数より少なくてよく、同じでもよい。すなわち、トランジスタ部７０の蓄積領域１６の個数をＮｔ、境界部９０の高濃度領域１７の個数をＮｋ、ダイオード部８０の高濃度領域１７の個数をＮｄとすると、Ｎｔ≧Ｎｄ≧Ｎｋであってよい。また、Ｎｔ、ＮｋおよびＮｄの関係は、Ｎｄ≧Ｎｔ≧Ｎｋであってもよい。さらに、Ｎｔ＞Ｎｄ≧Ｎｋであってよく、Ｎｔ≧Ｎｄ＞Ｎｋであってよく、Ｎｔ＞Ｎｄ＞Ｎｋであってもよい。あるいは、Ｎｄ＞Ｎｔ≧Ｎｋであってよく、Ｎｄ≧Ｎｔ＞Ｎｋであってよく、Ｎｄ＞Ｎｔ＞Ｎｋであってよい。本例では、図２ｂに示すように、高濃度領域１７−１が１つ形成される。
【００７６】
図２ｃは、図１におけるｄ−ｄ'断面の他の一例を示す図である。図２ｃに示す半導体装置１００は、図２ａに示す半導体装置１００において、境界部９０のメサ部９５に２つの高濃度領域１７−１および高濃度領域１７−２が設けられ、ダイオード部のメサ部９５に１つの高濃度領域１７−１が設けられる点で、図２ａに示す半導体装置１００と異なる。なお、本例においても、トランジスタ部７０の蓄積領域１６の個数は３個である。
【００７７】
境界部９０の一つのメサ部９５に設けられる高濃度領域１７の個数は、図２ｃに示すように、ダイオード部８０の高濃度領域１７の個数より多くてよい。この場合、エミッタ電極５２にコレクタ電極２４よりも高い電圧が印加されてダイオード部８０が導通する動作モードのときに、境界部９０の少数キャリア（本例では正孔）の注入を、ダイオード部８０の少数キャリアの注入よりも抑えることができる。
【００７８】
トランジスタ部７０の蓄積領域１６の個数と、境界部９０の高濃度領域１７の個数、およびダイオード部８０の高濃度領域１７の個数は、同じでもよい。すなわち、トランジスタ部７０の蓄積領域１６の個数をＮｔ、境界部９０の高濃度領域１７の個数をＮｋ、ダイオード部８０の高濃度領域１７の個数をＮｄとすると、Ｎｔ≧Ｎｋ≧Ｎｄであってよい。また、Ｎｔ、ＮｋおよびＮｄの関係は、Ｎｋ≧Ｎｔ≧Ｎｄであってもよい。さらに、Ｎｔ≧Ｎｋ＞Ｎｄであってよく、Ｎｔ＞Ｎｋ≧Ｎｄであってよい。あるいは、Ｎｋ≧Ｎｔ＞Ｎｄであってよく、Ｎｋ＞Ｎｔ≧Ｎｄであってよく、Ｎｋ＞Ｎｔ＞Ｎｄであってもよい。
【００７９】
さらに、半導体基板１０の上面２１から下面２３に向かう深さ方向において、トランジスタ部７０の蓄積領域１６のドーピング濃度分布と、境界部９０の高濃度領域１７のドーピング濃度分布、およびダイオード部８０の高濃度領域１７のドーピング濃度分布は、略同じであってよい。この場合、トランジスタ部７０の蓄積領域１６、境界部９０の高濃度領域１７およびダイオード部８０の高濃度領域１７を、全て同一のイオン注入およびアニール処理で形成してもよいし、別の工程で形成してもよい。
【００８０】
図２ｄは、図１におけるｄ−ｄ'断面の他の一例を示す図である。図２ｄに示す半導体装置１００は、図２ａに示す半導体装置１００において、半導体基板１０の深さ方向の中間位置よりも上面２１側の深さ位置のドリフト領域１８に、結晶欠陥層８９が、トランジスタ部７０の境界部９０に隣接する領域からダイオード部８０に渡り、Ｙ軸方向に設けられる点で、図２ａに示す半導体装置１００と異なる。結晶欠陥層８９は、一例として、ヘリウム等のライフタイムキラーを局所的に注入して形成してよい。
【００８１】
結晶欠陥層８９は、結晶欠陥を含む層である。結晶欠陥は、再結合中心となる欠陥であればよく、例えば空孔、複空孔、転位、格子間原子、ヘリウム原子、金属原子などであってよい。このようにすることでも逆回復特性を改善することができる。結晶欠陥層８９は、トレンチ部の配列方向（Ｙ軸方向）において、ダイオード部８０と境界部９０に形成し、さらにトランジスタ部の所定のメサ部９５を１つ以上含むように延伸してよい。また、結晶欠陥層８９は、トレンチ部の延伸方向（Ｘ軸方向）において、上面視で、少なくともダミートレンチ部３０の延伸方向の端を含むように、ダミートレンチ部３０全体を覆うように配置されてよい。
【００８２】
図２ｅは、図２ｄのｎ−ｎ'断面における結晶欠陥層８９の濃度分布を示す図である。図２ｅに示すように、結晶欠陥層８９は、結晶欠陥のピーク濃度Ｐｅの位置が半導体基板１０の深さ方向の中間位置よりも上面２１側の深さ位置のドリフト領域１８にあればよい。すなわち、結晶欠陥層８９のうち、結晶欠陥のピーク濃度Ｐｅの位置から深さ方向の下面２３側の領域の一部が、半導体基板１０の深さ方向の中間位置よりも下面２３側に分布していてよい。
【００８３】
また、ダイオード部８０における結晶欠陥層８９の結晶欠陥濃度分布は、上面２１からピーク濃度Ｐｅの位置まで裾を引く分布であってよい。この場合、結晶欠陥濃度分布は、下面２３には届かなくてもよい。また、上面２１からピーク濃度Ｐｅの位置まで裾を引く分布であれば、ピーク濃度Ｐｅの深さ位置が半導体基板１０の深さ方向の中間位置よりも下面２３側にあってもよい。本例では、ピーク濃度Ｐｅの深さ位置は、結晶欠陥層８９の内部にある。
【００８４】
図２ｆは、本発明の実施形態に係る半導体装置１５０の断面の一例を示す図である。図２ｆに示す半導体装置１５０は、境界部９０のメサ部９５が複数設けられる点で、図２ａに示す半導体装置１００と異なる。また、半導体装置１５０は、半導体基板１０の深さ方向の中間位置よりも上面２１側の深さ位置のドリフト領域１８に、結晶欠陥層８９が、トランジスタ部７０の境界部９０に隣接する領域からダイオード部８０に渡り、Ｙ軸方向に設けられる点で、図２ａに示す半導体装置１００と異なる。結晶欠陥層８９は、図２ｄの例と同様に、空孔、複空孔、転位、格子間原子、ヘリウム原子、などであってよい。
【００８５】
本例の半導体装置１５０は、境界部９０のメサ部９５のうち、ダイオード部８０に隣接するメサ部９５に、ダイオード部８０の高濃度領域１７の個数よりも多い個数の高濃度領域１７が設けられる。また、本例の半導体装置１５０は、境界部９０のメサ部９５のうち、トランジスタ部７０に隣接するメサ部９５には、高濃度領域１７が設けられない。
【００８６】
なお、境界部９５のメサ部９５のうち、ダイオード部８０に隣接するメサ部９５とトランジスタ部７０に隣接するメサ部９５とに挟まれるメサ部９５には、ダイオード部８０に隣接するメサ部９５に設けられる高濃度領域１７の個数よりも多い個数の高濃度領域１７が設けられてよく、少ない個数の高濃度領域１７が設けられてもよく、高濃度領域１７が設けられなくてもよい。
【００８７】
本例の半導体装置１５０によれば、例えばターンオフ時の少数キャリアを、トランジスタ部７０よりも引抜きやすくすることができる。このため、トランジスタ部７０の特にダイオード部８０側のメサ部９５におけるラッチアップを抑制できる。
【００８８】
また、本例の半導体装置１５０によれば、境界部９０のメサ部９５のうち、ダイオード部８０に隣接するメサ部９５に、ダイオード部８０の高濃度領域１７の個数よりも多い個数の高濃度領域１７が設けられるので、図２ｃに示す例と同様に、エミッタ電極５２にコレクタ電極２４よりも高い電圧が印加されてダイオード部８０が導通する動作モードのときに、境界部９０の少数キャリア（本例では正孔）の注入を、ダイオード部８０の少数キャリアの注入よりも抑えることができる。
【００８９】
図２ｇは、本発明の実施形態に係る半導体装置１５０の断面の他の一例を示す図である。図２ｇに示す半導体装置１５０は、図２ｆに示す半導体装置１５０において、境界部９０のメサ部９５のうち、トランジスタ部７０に隣接するメサ部９５に、高濃度領域１７−１が１つ設けられる点で、図２ｆに示す半導体装置１５０と異なる。これにより、ダイオード部８０が導通する動作モードのときに、当該メサ部９５からの少数キャリア（本例では正孔）の注入を、ダイオード部８０の少数キャリアの注入よりも抑えることができる。
【００９０】
また、図２ｇに示すように、境界部９０のメサ部９５のうち、トランジスタ部７０に隣接するメサ部９５には、トランジスタ部７０に設けられる蓄積領域１６の個数よりも少ない個数の高濃度領域１７が設けられてよい。この場合は、例えばターンオフ時の少数キャリアを、トランジスタ部７０よりも引抜きやすく、トランジスタ部７０の特にダイオード部８０側のメサ部９５におけるラッチアップを抑制できる。
【００９１】
トランジスタ部７０の蓄積領域１６の個数をＮｔ、境界部９０のうちトランジスタ部７０に隣接するメサ部９５に設けられる高濃度領域１７の個数をＮｋｔ、境界部９０のうちダイオード部８０に隣接するメサ部９５に設けられる高濃度領域１７の個数をＮｋｄ、ダイオード部８０の高濃度領域１７の個数をＮｄとすると、図２ｆおよび図２ｇの例においては、Ｎｋｄ≧Ｎｄであればよく、Ｎｔ≧Ｎｋｔであればよい。また、ＮｋｔとＮｋｄとの関係は、Ｎｋｔ≧Ｎｋｄであってもよいし、Ｎｋｄ≧Ｎｋｔであってもよい。
【００９２】
一方、ライフタイムキラーを注入すると、トランジスタ部７０におけるオン電圧―オフ損失のトレードオフが悪化する場合がある。本例では、ライフタイムキラーを用いないか、または、少なくすることができるので、オン電圧―オフ損失特性の悪化を抑制しつつ、逆回復特性を改善できる。また、ライフタイムキラーに起因する特性ばらつき、および、リーク電流を抑制できる。また、ライフタイムキラー注入用のメタルマスクよりも単価が安いレジストマスクを用いることで、製造コストを低減できる。
【００９３】
なお、ダイオード部８０における高濃度領域１７の積分濃度が高くなりすぎると、ダイオード部８０における順方向電圧に対する、逆回復時のスイッチング損失と、オン損失とのトレードオフが悪化する場合がある。これに対して、ダイオード部８０における高濃度領域１７の積分濃度を、トランジスタ部７０における蓄積領域１６の積分濃度よりも低くすることで、トレードオフの悪化を抑制できる。ダイオード部８０における当該積分濃度は、トランジスタ部７０における当該積分濃度の７０％以下であってよく、５０％以下であってもよい。
【００９４】
図３は、図２ａのｅ−ｅ'断面およびｆ−ｆ'断面におけるドーピング濃度分布の一例を示す図である。ｅ−ｅ'断面はトランジスタ部７０のメサ部９５における断面であり、ｆ−ｆ'断面はダイオード部８０のメサ部９５における断面である。
【００９５】
それぞれの蓄積領域１６および高濃度領域１７において、半導体基板１０の深さ方向におけるドーピング濃度分布は１つのピークを有する。蓄積領域１６または高濃度領域１７が半導体基板１０の深さ方向に複数個形成される場合は、蓄積領域１６および高濃度領域１７は、当該深さ方向のドーピング濃度分布において、複数のピーク（極大値）と、深さ方向において当該複数のピークに挟まれた位置に極小値を備える。言い換えると、複数の極小値の間の領域を、一つの蓄積領域１６または一つの高濃度領域１７としてよい。それぞれの蓄積領域１６および高濃度領域１７は、上面２１または下面２３から不純物を注入して形成してよい。
【００９６】
図３においては、エミッタ領域１２からドリフト領域１８の上端までのドーピング濃度分布を示す。図３のように、不純物の濃度を示す図の縦軸は対数軸である。縦軸における一つの目盛が１０倍を示している。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。図３に示すドーピング濃度は、ドナーおよびアクセプタの濃度差に対応する。
【００９７】
本例のトランジスタ部７０の各メサ部９５は、複数の蓄積領域１６を有する。図３の例では、トランジスタ部７０は、第１の蓄積領域１６−１、第２の蓄積領域１６−２のドーピング濃度、および、第３の蓄積領域１６−３を有する。第１の蓄積領域１６−１のドーピング濃度をＤ１、第２の蓄積領域１６−２のドーピング濃度をＤ２、第３の蓄積領域１６−３のドーピング濃度をＤ３とする。ドーピング濃度の値は、ピーク値を用いてよい。
【００９８】
また、それぞれの蓄積領域１６の境界におけるドーピング濃度Ｄｖは、蓄積領域１６のドーピング濃度分布の極小値である。ドーピング濃度Ｄｖは、ドリフト領域１８のドーピング濃度Ｄｄより大きい。ドーピング濃度Ｄｖは、ドーピング濃度Ｄ１の１／１０以下であってよく、１／１００以下であってもよい。
【００９９】
複数の蓄積領域１６において、それぞれの蓄積領域１６の境界も複数あってよい。それぞれの蓄積領域１６の境界におけるドーピング濃度の極小値（Ｄｖ）も複数あってよい。複数のドーピング濃度の極小値（Ｄｖ）は、それぞれ異なる値であってもよい。本例では、２つのドーピング濃度Ｄｖは略同じ値である。
【０１００】
本例のダイオード部８０の各メサ部９５は、複数の高濃度領域１７を有する。ただし、ダイオード部８０の各メサ部９５において、深さ方向に形成された高濃度領域１７の数は、トランジスタ部７０の各メサ部９５において、深さ方向に形成された蓄積領域１６の数よりも少なくてよい。これにより、ダイオード部８０の各メサ部９５における１つ以上の高濃度領域１７の積分濃度を、トランジスタ部７０の各メサ部９５における１つ以上の蓄積領域１６の積分濃度よりも、容易に小さくできる。図３の例では、ダイオード部８０は、第１の高濃度領域１７−１および第２の高濃度領域１７−２を有する。第１の高濃度領域１７−１のドーピング濃度をＤ４、第２の高濃度領域１７−２のドーピング濃度をＤ５とする。
【０１０１】
ダイオード部８０のそれぞれの高濃度領域１７は、トランジスタ部７０のいずれかの蓄積領域１６と、同一の深さ位置に設けられていてよい。各領域の深さ位置とは、当該領域においてドーピング濃度分布がピークとなる位置であってよい。本例では、第１の高濃度領域１７−１が第１の蓄積領域１６−１と同一の深さ位置に形成され、第２の高濃度領域１７−２が第２の蓄積領域１６−２と同一の深さ位置に形成されている。なお同一の深さ位置とは、所定の誤差を有していてよい。例えば、ピークの位置が、当該ピークを含む山形のドーピング濃度分布の半値幅の１０％以内の誤差を有していても、同一の深さ位置とすることができる。それぞれの領域を同一の深さ位置に形成することで、製造工程を簡略化することが容易となる。
【０１０２】
また、ダイオード部８０のそれぞれの高濃度領域１７のドーピング濃度は、トランジスタ部７０において同一の深さに設けられている蓄積領域１６のドーピング濃度と等しくてよい。ここでドーピング濃度とは、当該領域におけるドーピング濃度のピーク値であってよい。本例では、第１の高濃度領域１７−１のドーピング濃度Ｄ４は、第１の蓄積領域１６−１のドーピング濃度Ｄ１と等しい。また、第２の高濃度領域１７−２のドーピング濃度Ｄ５は、第２の蓄積領域１６−２のドーピング濃度Ｄ２と等しい。なおドーピング濃度が等しいとは、所定の誤差を有してよい。例えば、ドーピング濃度が１０％以内の誤差を有していても、同一のドーピング濃度とすることができる。また、２つの高濃度領域１７の境界におけるドーピング濃度Ｄｖは、２つの蓄積領域１６の境界におけるドーピング濃度Ｄｖと等しくてよい。
【０１０３】
このように、それぞれの高濃度領域１７の深さ位置およびドーピング濃度を、いずれかの蓄積領域１６と同一にすることで、高濃度領域１７を、蓄積領域１６と同一の製造工程で形成できる。このため、製造工程を簡略化できる。
【０１０４】
トランジスタ部７０の各メサ部９５における複数の蓄積領域１６のうち、いずれかの蓄積領域１６のドーピング濃度は、異なる深さ位置に形成された他の蓄積領域１６のドーピング濃度よりも高くてよい。本例のトランジスタ部７０においては、最も深い位置に設けられた第３の蓄積領域１６−３のドーピング濃度Ｄ３は、トランジスタ部７０の他の蓄積領域１６のいずれのドーピング濃度（Ｄ１、Ｄ２）よりも高い。ドーピング濃度Ｄ３は、ドーピング濃度Ｄ１の３倍以上、７倍以下程度であってよい。ドーピング濃度Ｄ１およびＤ２は同一であってよい。
【０１０５】
なお、トランジスタ部７０の各メサ部９５における複数の蓄積領域１６において、複数のドーピング濃度Ｄｖは、上面２１から深くなるにつれて低くなってよい。ドーピング濃度Ｄｖは、ピーク濃度Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に対して、ドーピング濃度分布の谷に相当する。複数のドーピング濃度の谷の濃度が深さ方向に対して低くなることで、ゲートコレクタ間における容量を所定の大きさに調節することができる。
【０１０６】
ダイオード部８０は、トランジスタ部７０の蓄積領域１６のうち、最もドーピング濃度が高い領域に対応する高濃度領域１７を有さなくてよい。これにより、ダイオード部８０の高濃度領域１７の積分濃度を、トランジスタ部７０における蓄積領域１６の積分濃度よりも十分低くすることができる。本例では、ダイオード部８０は、トランジスタ部７０において最も深い位置に設けられた第３の蓄積領域１６−３と同一の深さにおいては、高濃度領域１７を有さない。
【０１０７】
ダイオード部８０の高濃度領域１７を３つ以上形成する場合は、複数のドーピング濃度Ｄｖは、上面２１から深くなるにつれて低くなってよい。境界部９０の高濃度領域１７を３つ以上形成する場合は、複数のドーピング濃度Ｄｖは、上面２１から深くなるにつれて低くなってよい。
【０１０８】
一例として、それぞれの蓄積領域１６のドーピング濃度のピーク位置は、深さ方向において等間隔に配置される。他の例では、それぞれの蓄積領域１６のドーピング濃度のピーク位置は、深さ方向において不等間隔に配置されてもよい。なお、トランジスタ部７０において複数の蓄積領域１６を設けることで、ゲート導電部４４と、コレクタ電極２４との間のターンオン時の過渡的な容量を増加させることができる。これにより、トランジスタ部７０におけるオン電圧とターンオフ損失のトレードオフを改善しつつ、ターンオン損失を低減することができる。
【０１０９】
図４は、ターンオン時におけるコレクタ電流Ｉｃの波形例を示す図である。波形９３は、蓄積領域１６を設けない場合のコレクタ電流Ｉｃを示している。波形９４は、第１の蓄積領域１６−１を設けた場合のコレクタ電流Ｉｃを示している。第１の蓄積領域１６−１は、ベース領域１４の近傍に設けられるので、ゲートコレクタ間における負性容量を増加させる。このため、ターンオン時のコレクタ電流Ｉｃのｄｉ／ｄｔが増加する。第１の蓄積領域１６−１を設けることで、オン電圧とターンオフ損失のトレードオフを改善することができるが、ターンオン時のｄｉ／ｄｔが増大するので、ゲート抵抗を大きくして、ｄｉ／ｄｔ増加を抑えると、ターンオン損失が増大してしまう。
【０１１０】
波形９１は、第１の蓄積領域１６−１および第３の蓄積領域１６−３を設けた場合のコレクタ電流Ｉｃを示している。第３の蓄積領域１６−３は、ベース領域１４から離れた位置に設けられるので、ゲートコレクタ間における容量を増加させる。このため、ターンオン時のコレクタ電流Ｉｃのｄｉ／ｄｔが減少する。従って、オン電圧とターンオフ損失のトレードオフを改善しつつ、ターンオン損失を低減することができる。
【０１１１】
波形９２は、第１の蓄積領域１６−１、第２の蓄積領域１６−２および第３の蓄積領域１６−３を設けた場合のコレクタ電流Ｉｃを示している。第２の蓄積領域１６−２を設けることで、ゲートコレクタ間の容量が更に増大する。このため、オン電圧とターンオフ損失のトレードオフを改善しつつ、ターンオン損失を更に低減することができる。
【０１１２】
図５は、図２ａのｅ−ｅ'断面およびｆ−ｆ'断面におけるドーピング濃度分布の他の例を示す図である。本例において、トランジスタ部７０におけるドーピング濃度分布は、図３の例と同一である。
【０１１３】
本例のダイオード部８０は、それぞれのメサ部９５において一つの高濃度領域１７を有する。つまり、ベース領域１４およびドリフト領域１８の間において、ドリフト領域１８よりも高濃度のＮ型のドーピング濃度分布が、１つのピークを有する。本例の高濃度領域１７は、いずれの蓄積領域１６よりも、深さ方向において長い範囲に形成されてよい。高濃度領域１７のドーピング濃度Ｄ６は、高濃度領域１７の積分濃度が、トランジスタ部７０における１つ以上の蓄積領域１６の積分濃度よりも低くなるように設定される。高濃度領域１７のドーピング濃度Ｄ６は、第１の蓄積領域１６のドーピング濃度Ｄ１よりも低くてよく、高くてもよい。
【０１１４】
このような構成によっても、トランジスタ部７０におけるオン電圧―オフ損失特性の悪化を抑制しつつ、逆回復特性を改善できる。また、ダイオード部８０における順方向電圧に対する、逆回復時のスイッチング損失と、オン損失とのトレードオフの悪化を抑制できる。
【０１１５】
図６は、トランジスタ部７０の所定のメサ部９５および当該メサ部９５に接するゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０において、第１の蓄積領域１６−１、第２の蓄積領域１６−２および第３の蓄積領域１６−３を備える場合におけるターンオン時の電子電流および変位電流を示す図である。チャネルを通過した電子は、第１の蓄積領域１６−１において配列方向（Ｘ軸方向）に行きかける。ただし本例においては、第１の蓄積領域１６−１の下方に第２の蓄積領域１６−２および第３の蓄積領域１６−３が設けられている。
【０１１６】
本例において、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。同様に、第２の蓄積領域１６−２の中央近傍からゲートトレンチ部４０近傍に戻って第３の蓄積領域１６−３に流れる経路よりも、第２の蓄積領域１６−２から第３の蓄積領域１６−３に直接流れる経路の方が低い。
【０１１７】
蓄積領域１６のそれぞれの下方のうち、ゲートトレンチ部４０に隣接するホール高濃度領域８７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９５中央近傍を流れることで、ホール高濃度領域８７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９５中央近傍に流れることが促進される。図６においては、正孔が蓄積されたホール高濃度領域８７を模式的に示しているが、ホール高濃度領域８７は、ゲートトレンチ部４０と半導体基板１０との境界近傍だけに存在していてもよい。
【０１１８】
上述したように、本例の電子電流は、ゲートトレンチ部４０近傍に戻ることなく、ゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０に挟まれたメサ部９５の中央付近を下方に進む。つまり、本例の電子電流は、ゲートトレンチ部４０近傍ではなくメサ部９５の中央付近を流れる。この電子電流がメサ部９５の中央付近を流れる効果は、複数の蓄積領域１６−１〜１６−３を深さ方向に配列することで生じる。
【０１１９】
電子電流がメサ部９５の中央付近を流れると、メサ部９５の底部近傍における正孔分布は、メサ部９５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９５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。その結果、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、コレクタ電極２４とエミッタ電極５２との間の電圧減少率（ｄＶ／ｄｔ）も抑制できる。
図６の例における正孔分布は、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０間の正孔分布が電子電流により分断されたことに起因すると考えられる。また、当該正孔分布に起因して、ターンオン時には、ダミートレンチ部３０の下端近傍からゲートトレンチ部４０の下端近傍へ流れる変位電流を低減できる。
【０１２０】
なお、第２の蓄積領域１６−２および第３の蓄積領域１６−３は、ダミートレンチ部３０に接していなくてもよい。この場合、正孔は、ダミートレンチ部３０の下端からダミートレンチ部３０の側部における第１の蓄積領域１６−１の直下まで存在することができる。これにより、ターンオフ時における、エミッタ電極５２への正孔の引き抜きを促進することができる。
【０１２１】
図７ａは、図１におけるｄ−ｄ'断面の他の例を示す図である。本例において、ダイオード部８０および境界部９０の構造は、図１から図５に示したいずれかの例と同一である。
【０１２２】
本例のトランジスタ部７０のメサ部９５のうち、最もダイオード部８０側に設けられたメサ部９５−１における１つ以上の蓄積領域１６の積分濃度は、トランジスタ部７０の他のメサ部９５（例えば、メサ部９５−２）における１つ以上の蓄積領域１６の積分濃度よりも低い。これにより、隣接するメサ部９５の間における積分濃度の変化を緩やかにすることができ、電界または電流等が集中することを抑制できる。トランジスタ部７０のメサ部９５のうち、ダイオード部８０側の複数のメサ部９５において、ダイオード部８０に近いほど積分濃度が減少してもよい。
【０１２３】
また、メサ部９５−１における１つ以上の蓄積領域１６の積分濃度は、ダイオード部８０のメサ部９５−３における１つ以上の高濃度領域１７の積分濃度よりも高くてよい。トランジスタ部７０の端のメサ部９５−１における積分濃度を、ダイオード部８０のメサ部９５−３における積分濃度よりも高くすることで、トランジスタ部７０からダイオード部８０に正孔が注入されることを抑制できる。
【０１２４】
図７ｂは、図７ａにおけるｅ−ｅ'断面、ｆ−ｆ'断面およびｇ−ｇ'断面におけるドーピング濃度分布の一例を示す図である。ｅ−ｅ'断面は、メサ部９５−２における断面であり、ｆ−ｆ'断面は、メサ部９５−３における断面であり、ｇ−ｇ'断面は、メサ部９５−１における断面である。
【０１２５】
本例においては、トランジスタ部７０の端のメサ部９５−１における蓄積領域１６の個数は、トランジスタ部７０の他のメサ部９５−２における蓄積領域１６の個数よりも少ない。また、ダイオード部８０における高濃度領域１７の個数は、メサ部９５−１における蓄積領域１６の個数よりも少ない。このような構成により、それぞれのメサ部９５における積分濃度を容易に調整できる。
【０１２６】
本例では、メサ部９５−１におけるそれぞれの蓄積領域１６は、メサ部９５−２におけるいずれかの蓄積領域１６と同一の深さ位置に設けられる。同一の深さに形成された蓄積領域１６のドーピング濃度は同一である。図７ｂの例におけるメサ部９５−１には、メサ部９５−２に設けられた蓄積領域１６のうち、最もドーピング濃度が高い第３の蓄積領域１６−３に対応する蓄積領域１６が形成されていない。他の例では、メサ部９５−１には、最もドーピング濃度が高い第３の蓄積領域１６−３に対応する蓄積領域１６が形成されていてもよい。この場合、メサ部９５−１には、第１の蓄積領域１６−１または第２の蓄積領域１６−２に対応する蓄積領域１６が形成されない。
【０１２７】
メサ部９５−３における高濃度領域１７は、メサ部９５−１におけるいずれかの蓄積領域１６と同一の深さ位置に設けられる。本例では、第１の蓄積領域１６−１と同一の深さ位置に設けられる。
【０１２８】
メサ部９５−１、メサ部９５−２およびメサ部９５−３において、同一の深さ位置に形成された高濃度のＮ型領域は、同一のドーピング濃度を有してよい。図７ｂの例においては、Ｄ１＝Ｄ６＝Ｄ８、Ｄ２＝Ｄ７である。このような構成により、製造工程を簡略化することができる。
【０１２９】
なお、それぞれのメサ部９５における高濃度Ｎ型領域のドーピング濃度分布は、図７ｂに示した例に限定されない。例えば、メサ部９５−１と、メサ部９５−３には、それぞれ一つの高濃度Ｎ型領域が形成されてよい。この場合、メサ部９５−１における高濃度Ｎ型領域のドーピング濃度は、メサ部９５−３における高濃度Ｎ型領域のドーピング濃度よりも高い。
【０１３０】
図８は、図１におけるｄ−ｄ'断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、図２ａから図７ｂにおいて説明したいずれかの半導体装置１００の構成に加え、フローティング領域８４を更に備える。フローティング領域８４は、ダイオード部８０において、下面２３側に設けられる。本例において下面２３側とは、半導体基板１０の深さ方向における中央と、カソード領域８２の上端との間の領域を指す。本例のフローティング領域８４は、カソード領域８２の上端と接して形成されている。
【０１３１】
フローティング領域８４は、電気的にフローティング状態である、第２導電型（本例ではＰ＋）の領域である。電気的にフローティング状態とは、コレクタ電極２４およびエミッタ電極５２のいずれにも電気的に接続されていない状態を指す。フローティング領域８４を設けることにより、カソード領域８２からの電子の注入を抑制できる。これにより、半導体基板１０の裏面側においてライフタイムキラーを形成しなくとも、半導体基板１０の深さ方向におけるキャリア分布を調整できる。このため、コストを低減することができ、また、ライフタイムキラーに起因するリーク電流を低減できる。
【０１３２】
なお、フローティング領域８４は、カソード領域８２を部分的に覆うように形成されている。つまり、カソード領域８２の一部分は、フローティング領域８４に覆われていない。これによりフローティング領域８４を設けても、ダイオード部８０がダイオード動作できる。電子の注入を抑制すべく、フローティング領域８４は、カソード領域８２の上面の半分より大きい範囲を覆って形成されていてよい。
【０１３３】
図９は、フローティング領域８４の配置例を説明する断面図である。図９においては、フローティング領域８４の近傍を拡大して示している。なお、図９においては、コレクタ電極２４を省略している。なお、図９においてはダイオード部８０に隣接して境界部９０が設けられているが、他の例では、ダイオード部８０に隣接してトランジスタ部７０が設けられていてもよい。
【０１３４】
本例においては、下面２３と平行な面内において、コレクタ領域２２およびカソード領域８２の境界位置をＰ１とする。図９においては、ｄ−ｄ'断面と平行な断面における境界位置をＰ１としている。一例としてｄ−ｄ'断面は、下面２３と垂直であり、且つ、各トレンチ部の配列方向と平行な面である。
【０１３５】
また、下面２３と平行な面内において、フローティング領域８４の端部位置をＰ２とする。端部位置Ｐ２は、フローティング領域８４のうち、境界位置Ｐ１に最も近い端部位置である。下面２３と平行な面内における、境界位置Ｐ１から端部位置Ｐ２までの距離をＬ１とする。距離Ｌ１は、ｄ−ｄ'断面と平行な断面における距離Ｌ１であってよい。
【０１３６】
また、下面２３と平行な面内において、フローティング領域８４の幅をＬ２とする。フローティング領域８４の幅Ｌ２は、境界位置Ｐ１および端部位置Ｐ２を結ぶ直線方向におけるフローティング領域８４の幅である。直線方向は、トレンチ部の配列方向と平行な方向であってよい。
【０１３７】
本例において、境界位置Ｐ１から端部位置Ｐ２までの距離Ｌ１は、フローティング領域８４の幅Ｌ２よりも小さい。距離Ｌ１は、幅Ｌ２の半分以下であってよく、１／４以下であってもよい。距離Ｌ１は、０より大きくてよい。つまり、フローティング領域８４は、コレクタ領域２２とつながっていなくともよい。他の例では、フローティング領域８４は、コレクタ領域２２の上まで形成されていてもよい。
【０１３８】
なお、当該断面においてフローティング領域８４が複数設けられている場合、フローティング領域８４の幅Ｌ２は、複数のフローティング領域８４の幅の平均値を用いてよい。距離Ｌ１を小さくすることで、ダイオード部８０の端部において、カソード領域８２からの電子の注入を抑制できる。
【０１３９】
また、ダイオード部８０は、フローティング領域８４と同一の深さ位置においてフローティング領域８４が設けられていない開口領域８５を有する。開口領域８５は、フローティング領域８４に挟まれた領域を指してよい。一例として開口領域８５は、Ｎ型の領域である。開口領域８５のドーピング濃度は、ドリフト領域１８またはバッファ領域２０のドーピング濃度と同一であってよい。開口領域８５は、フローティング領域８４が形成されずに残存したドリフト領域１８またはバッファ領域２０であってよい。
【０１４０】
本例では、前述した直線方向における開口領域８５の幅をＬ３とする。境界位置Ｐ１から端部位置Ｐ２までの距離Ｌ１は、開口領域８５の幅Ｌ３より小さくてよい。距離Ｌ１は、幅Ｌ３の半分以下であってよく、１／４以下であってもよい。また、幅Ｌ２は、幅Ｌ３の２倍以上であってよく、３倍以上であってよく、５倍以上であってもよい。
【０１４１】
なお、当該断面において開口領域８５が複数設けられている場合、開口領域８５の幅Ｌ３は、複数の開口領域８５の幅の平均値を用いてよい。距離Ｌ１を小さくすることで、ダイオード部８０の端部において、カソード領域８２からの電子の注入を抑制できる。
【０１４２】
また、フローティング領域８４の深さ方向の長さをＬ４とする。深さ方向とは、下面２３と垂直な方向を指す。境界位置Ｐ１から端部位置Ｐ２までの距離Ｌ１は、フローティング領域８４の深さ方向の長さＬ４よりも大きくてよい。距離Ｌ１は、長さＬ４の倍以上であってよく、３倍以上であってもよい。Ｌ４は、１μｍ以下であってよく、０．７５μｍ以下であってもよい。また、半導体基板１０の深さ方向および下面２３と平行な方向の少なくとも一方におけるフローティング領域８４のドーピング濃度分布は、ガウス分布かそれに近い分布で良い。フローティング領域８４のピーク濃度は、５×１０１６／ｃｍ３以上、１×１０１８／ｃｍ３以下であってよく、本例では３×１０１７／ｃｍ３である。
【０１４３】
図１０は、ダイオード部８０におけるフローティング領域８４を、半導体基板１０の下面２３側から半導体基板１０の上面２１に投影したときの配置例を示す上面図である。フローティング領域８４は、半導体基板１０の上面２１において、ダミートレンチ部３０が設けられた領域に配置されている。本例のフローティング領域８４は、Ｘ軸方向において、ダミートレンチ部３０の長手方向（延伸方向）の端の位置、またはダミートレンチ部３０がエミッタ電極５２に電気的に接続する接続部２５の位置を超える位置まで配置されている。本例のフローティング領域８４は、ゲートランナー４８またはゲート金属層５０と重なる位置までは達していない。トレンチ部の延伸方向におけるフローティング領域８４の端部は、ウェル領域１１と重なる位置に設けられてよい。
【０１４４】
本例のカソード領域８２は、コンタクトホール５４の端に形成されたコンタクト領域１５よりも内側（＋Ｘ軸方向の向き）に位置する。ダミートレンチ部３０の延伸方向におけるフローティング領域８４の端部は、コンタクトホール５４のＸ軸方向の端より外周側（−Ｘ軸方向の向き）に位置している。
【０１４５】
図１１は、ダイオード部８０におけるフローティング領域８４の配置例を示す上面図である。図１０はダイオード部８０の一部を示していたが、図１１においては、ダイオード部８０においてダミートレンチ部３０が設けられた領域全体を示している。ダイオード部８０は、カソード領域８２が形成された領域としてもよい。
【０１４６】
本例では、半導体基板１０の上面において、複数のフローティング領域８４が離散的に配置されている。それぞれのフローティング領域８４の間には、開口領域８５が配置されている。それぞれの開口領域８５は互いに接続されていてよい。
半導体基板１０の上面において、フローティング領域８４および開口領域８５の総面積に対する、フローティング領域８４の面積比は、８０％以上であってよく、９０％以上であってよく、９５％以上であってもよい。フローティング領域８４の距離Ｌ２は、５μｍ以上１０００μｍ以下でよく、本例では７２０μｍである。隣り合うフローティング領域８４の間の開口領域８５の距離Ｌ３は、１μｍ以上２００μｍ以下でよく、本例では１８０μｍである。
【０１４７】
図１２は、ダイオード部８０におけるフローティング領域８４の他の配置例を示す上面図である。本例では、半導体基板１０の上面において、複数の開口領域８５が離散的に配置されている。それぞれの開口領域８５の間には、フローティング領域８４が配置されている。それぞれのフローティング領域８４は互いに接続されていてよい。ダイオード部８０は、カソード領域８２が形成された領域としてよい。
【０１４８】
半導体基板１０の上面において、フローティング領域８４および開口領域８５の総面積に対する、フローティング領域８４の面積比は、８０％以上であってよく、９０％以上であってよく、９５％以上であってもよい。フローティング領域８４の距離Ｌ２は、５μｍ以上１０００μｍ以下でよく、本例では７２０μｍである。隣り合うフローティング領域８４の間の開口領域８５の距離Ｌ３は、１μｍ以上２００μｍ以下でよく、本例では１８０μｍである。
【０１４９】
図１３は、図１におけるｄ−ｄ'断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、図２ａから図７ｂにおいて示したいずれかの半導体装置１００の構成に対して、第２導電型（本例ではＰ＋）のダミー領域８６を更に備える。ダイオード部８０の下面２３においては、ダミー領域８６と、カソード領域８２とが交互に露出するように設けられている。ダミー領域８６は、コレクタ電極２４と電気的に接続されていてよい。
【０１５０】
このような構成によっても、カソード領域８２からの電子の注入を抑制できる。下面２３においてダミー領域８６が形成される面積は、カソード領域８２が形成される面積よりも大きくてよい。
【０１５１】
図１４は、図１におけるｄ−ｄ'断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、図２ａから図７ｂにおいて示したいずれかの半導体装置１００の構成に対して、ライフタイムキラー８８を更に備える。ライフタイムキラー８８は、下面２３側に形成されている。本例において下面２３側とは、半導体基板１０の深さ方向における中央と、下面２３との間の領域を指す。
【０１５２】
また、ライフタイムキラー８８は、半導体基板１０の深さ方向において局所的に形成されている。つまり、ライフタイムキラー８８が形成された領域は、半導体基板１０の他の領域に比べて欠陥密度が高くなっている。本例のライフタイムキラー８８は、所定の深さ位置に注入されたヘリウムである。ヘリウムを注入することで、半導体基板１０の内部に結晶欠陥を形成できる。ライフタイムキラー８８は、トランジスタ部７０、ダイオード部８０および境界部９０の全面に形成されてよい。
【０１５３】
なお、上面２１側には、局所的なライフタイムキラーが設けられていなくてよい。本例において上面２１側とは、半導体基板１０の深さ方向における中央と、トレンチ部の底部位置との間の領域を指す。本例では、上面２１側に、ヘリウム濃度（または結晶欠陥密度）が局所的に高い領域が形成されていない。
【０１５４】
上述したように、半導体装置１００はトランジスタ部７０およびダイオード部８０の各メサ部９５に高濃度Ｎ型領域を設けているので、上面２１側にライフタイムキラーによる結晶欠陥層を形成しないか、または、結晶欠陥層の結晶欠陥密度を少なくすることができるので、ダイオード部８０の少数キャリアの注入効率を調整することができる。このため、ライフタイムキラーを形成するためのコストを低減でき、また、ライフタイムキラーに起因するリーク電流等を抑制できる。
【０１５５】
なお、下面２３側においても、局所的なライフタイムキラーが形成されていなくともよい。この場合、下面２３側は、図８または図１３に示したような構造を有することが好ましい。これにより、ライフタイムキラーを形成するためのコストを更に低減でき、また、ライフタイムキラーに起因するリーク電流等を更に抑制できる。
【０１５６】
図１５は、ライフタイムキラー８８の他の配置例を示す図である。本例のダイオード部８０には、フローティング領域８４および開口領域８５が設けられている。本例では、フローティング領域８４の上方の少なくとも一部の領域には、ライフタイムキラー８８が設けられており、開口領域８５の上方の少なくとも一部の領域には、ライフタイムキラー８８が設けられていない。これにより、フローティング領域８４から注入されるキャリアのライフタイムを調整できる。また、開口領域８５の上方においては、ライフタイムキラーの注入に起因する欠陥の密度を低減できる。
【０１５７】
フローティング領域８４の上方全体にわたって、ライフタイムキラー８８が設けられてよい。また、開口領域８５の上方全体にわたって、ライフタイムキラー８８が設けられていなくともよい。
【０１５８】
本例の半導体装置１００は、深さ方向における位置が異なる複数のバッファ領域２０を有する。複数のバッファ領域２０は、プロトン等の不純物を、飛程を変更して複数回注入することで形成できる。図１５においては、それぞれのバッファ領域２０の、ドーピング濃度の深さ方向におけるピーク位置を示している。それぞれのバッファ領域２０の間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くてよい。
【０１５９】
また、図１５においては、ライフタイムキラー８８の濃度の、深さ方向におけるピーク位置をバツ印で示している。ライフタイムキラー８８のピーク位置は、バッファ領域２０のピーク位置とは異なっていることが好ましい。これにより、ライフタイムキラー８８における欠陥が、バッファ領域２０におけるプロトンで終端されてしまうことを抑制できる。ライフタイムキラー８８の濃度のピーク位置は、２つのバッファ領域２０のドーピング濃度のピーク位置の間に配置されてよい。
【０１６０】
図１６は、ダイオード部８０の構成の一例を示す図である。本例のダイオード部８０は、それぞれのメサ部９５に、二つ以上の高濃度領域１７が設けられている。一例としてそれぞれのメサ部９５には、二つの高濃度領域１７が設けられてよい。
【０１６１】
また、下面２３側の構造は、図１から図１５に示したいずれかのダイオード部８０と同一であってよい。図１６の例のダイオード部８０は、図８に示した例と同様に、フローティング領域８４および開口領域８５を有する。
【０１６２】
なお、図１から図１５においては、トランジスタ部７０、境界部９０およびダイオード部８０を備える半導体装置１００を説明した。他の例では、半導体装置１００は、ダイオード部８０だけを備えていてもよい。
【０１６３】
図１７は、ダイオード部８０の構成の他の例を示す図である。本例のダイオード部８０は、高濃度領域１７の配置以外は、図１６に示したダイオード部８０と同一である。本例では、フローティング領域８４の上方に配置されたメサ部９５のうちの少なくとも一つのメサ部９５における高濃度領域１７の積分濃度が、開口領域８５の上方に配置されたメサ部９５のうちの少なくとも一つのメサ部９５における高濃度領域１７の積分濃度よりも低い。一例として、メサ部９５の全体がフローティング領域８４の上方に配置されているメサ部９５は、メサ部９５の全体が開口領域８５の上方に配置されているメサ部９５よりも、高濃度領域１７の積分濃度が低い。
【０１６４】
図１７の例では、フローティング領域８４の上方に配置されたメサ部９５において深さ方向に配置された高濃度領域１７の個数が、開口領域８５の上方に配置されたメサ部９５において深さ方向に配置された高濃度領域の個数よりも少ない。このような構造により、フローティング領域８４を設けた部分と、開口領域８５を設けた部分とで、ダイオード特性の差異を小さくできる。
【０１６５】
図１８は、半導体装置１００の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、フローティング領域８４を備えており、蓄積領域１６および高濃度領域１７を備えていない。他の構造については、図１から図１７に示した半導体装置１００と同一である。なお、上面２１側および下面２３側の少なくとも一方において、局所的なライフタイムキラーが設けられてよく、設けられていなくともよい。また、境界部９０は設けられていなくともよい。
【０１６６】
図１９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。本例の半導体装置２００は、ダイオード部８０の上面におけるベース領域１４とコンタクト領域１５が、トレンチ部の延伸方向に沿ってメサ部９５の上面に露出するように、交互に隣接して設けられる点で、図１に示す半導体装置１００と異なる。一例として、ベース領域１４のトレンチ部延伸方向の幅は、コンタクト領域１５のトレンチ部延伸方向の幅よりも大きく設けられてよい。
【０１６７】
ダイオード部８０において、トレンチ部の延伸方向に沿ったコンタクト領域１５の長さをＬＡ、トレンチ部の延伸方向に沿ったベース領域１４をＬＢとしたときに、ＬＡ＞ＬＢであってよい。例えば定格電流密度の２〜３倍でｄＩＡＫ／ｄＶＡＫが大きくなり、サージ電流耐量を強く確保できる。
【０１６８】
あるいは、ダイオード部８０において、トレンチ部の延伸方向に沿ったコンタクト領域１５の長さをＬＡ、トレンチ部の延伸方向に沿ったベース領域１４をＬＢとしたときに、ＬＡ＜ＬＢであってもよい。例えば定格電流密度の５〜１０倍でｄＩＡＫ／ｄＶＡＫが大きくなるので、定格電流密度程度の逆回復では逆回復電流の低減効果を維持し、定格電流密度の５倍以上のサージ電流に対してはサージ電流耐量を強く確保できる。例えば、長さＬＡを長さＬＢで割った比率、ＬＡ／ＬＢは、１０％以上９０％以下であってもよい。
【０１６９】
カソード領域８２のＸ軸方向の外周側の端の位置を上面２１に投影した位置には、Ｘ軸方向で隣り合うコンタクト領域１５に挟まれていて、コンタクト領域１５が形成されていない領域があってよい。カソード領域８２のＸ軸方向の外周側の端の位置を上面２１に投影した位置よりも外周側（−Ｘ軸方向）のメサ部９５表面には、ベース領域１４が露出していてよい。
【０１７０】
図２０は、図１９におけるｄ−ｄ'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置２００は、当該断面において、ベース領域１４上にコンタクト領域１５を有する点で、図２ａに示す半導体装置１００と異なる。ダイオード部８０の上面を、ベース領域１４およびコンタクト領域１５が隣接する交互配置とすることで、大電流時の順電圧Ｖｆを小さくすることができる。
【０１７１】
図２１ａは、本発明の他の実施形態に係る半導体装置３００の上面を部分的に示す図である。本例の半導体装置３００は、コンタクトホール５４が、半導体基板１０の上方に、ダミートレンチ部３０のＹ軸方向負側からＹ軸方向正側に渡って設けられる点で、図１に示す半導体装置１００と異なる。
【０１７２】
トランジスタ部７０の境界部９０に隣接する領域からダイオード部８０までは、ゲートトレンチ部４０が設けられず、ダミートレンチ部３０が設けられる。このため、トランジスタ部７０の境界部９０に隣接する領域からダイオード部８０にわたり、コンタクトホール５４のＹ軸方向の幅は、トランジスタ部７０のうち境界部９０を除く領域に設けられるコンタクトホール５４よりも広い。
【０１７３】
なお、ダイオード部８０のＸ軸方向の端に形成されたコンタクト領域１５のうち＋Ｘ軸方向（半導体装置の内周側）の端の位置は、図１に示す半導体装置１００と同様に、カソード領域８２を半導体基板１０のおもて面に投影した位置よりも、−Ｘ軸方向（外周側）にあってよい。ダイオード部８０のベース領域１４のおもて面における面積は、カソード領域８２を半導体基板１０のおもて面に投影した領域よりも、大きくてよい。
【０１７４】
ダイオード部８０のコンタクトホール５４は、ダミートレンチ部３０の配列方向において、複数のメサ部９５およびダミートレンチ部３０にわたって形成されてよい。当該コンタクトホール５４が、ダイオード部８０における複数のメサ部９５およびダミートレンチ部３０にわたって形成されることで、ダイオード部８０におけるエミッタ電極５２との接触面積が広くなる。このため、層間絶縁膜３８の直下にキャリアが蓄積され難くなるので、少数キャリアの注入効率を低くできる。
【０１７５】
ダイオード部８０のコンタクトホール５４は、境界部９０に延伸してよい。さらに、ダイオード部８０のコンタクトホール５４は、境界部９０を含めて、トランジスタ部７０のゲートトレンチ部４０のうち、Ｙ軸方向において最もダイオード部８０側に位置するゲートトレンチ部４０に、ダイオード部８０側で接するメサ部９５まで延伸してよい。これにより、境界部９０を含めたトランジスタ部７０とダイオード部８０の境界の領域から、蓄積されたキャリアを引き抜きやすくできる。
【０１７６】
図２１ｂは、図２１ａにおけるｓ−ｓ'断面の一例を示す図である。ｓ−ｓ'断面は、本例の半導体装置３００のトランジスタ部７０において、ゲートトレンチ部４０のＹ軸方向負側で隣り合うダミートレンチ部３０からＹ軸方向正側で隣り合うダミートレンチ部３０に渡り、エミッタ領域１２を通過するＹＺ面である。
【０１７７】
ｓ−ｓ'断面において、半導体装置３００は、下面２３に設けられたコレクタ電極２４および上面２１に設けられたエミッタ電極５２を有する。また、上面２１側には、Ｎ＋型のエミッタ領域１２、Ｐ−型のベース領域１４およびＮ＋型の１つ以上の蓄積領域１６が、上面２１側から順番に配置される。蓄積領域１６の下方には、Ｎ−型のドリフト領域１８が形成される。ドリフト領域１８の下方には、Ｎ＋型のバッファ領域２０が形成される。バッファ領域２０の下方には、下面２３に露出するＰ＋型のコレクタ領域２２が形成される。
【０１７８】
ゲートトレンチ部４０の上方には、上面２１に層間絶縁膜３８が設けられる。Ｙ軸方向において、ダミートレンチ部３０と、ゲートトレンチ部４０上の層間絶縁膜３８との間には、上面２１に層間絶縁膜３８が設けられない。また、ダミートレンチ部３０の上方には、上面２１に層間絶縁膜３８が設けられない。
【０１７９】
ｓ−ｓ'断面において、幅Ｗｉは、ゲートトレンチ部４０のＹ軸方向の端部Ｐ３からコンタクトホール５４の端部Ｐ４までのＹ軸方向の幅である。端部Ｐ３は、ＸＺ面内において、ゲートトレンチ部４０のトレンチ側壁が上面２１と接する位置である。端部Ｐ４は、層間絶縁膜３８のＸＺ面内の端面の、ＹＺ面と平行な断面における位置である。より具体的には、端部Ｐ４は、層間絶縁膜３８のＸＺ面内の端面が、上面２１と接する位置であってよい。層間絶縁膜３８の上面や側面が平面ではなく曲面の場合は、端部Ｐ４は、層間絶縁膜３８が上面２１と接する位置であってよい。
【０１８０】
幅Ｗｍは、ゲートトレンチ部４０の端部Ｐ３から、当該ゲートトレンチ部４０に隣り合うダミートレンチ部３０における、当該ゲートトレンチ部４０側の端部Ｐ３'までの幅、即ちメサ幅である。幅Ｗｍは、幅Ｗｉの１．５倍以上３．５倍以下であってよい。幅Ｗｍは、一例として０．５μｍであってよい。幅Ｗｉは、一例として０．２μｍであってよい。
【０１８１】
端部Ｐ４から、ゲートトレンチ部４０に隣り合うダミートレンチ部３０の端部Ｐ３'までの幅は、幅Ｗｉより長くてよい。端部Ｐ４から端部Ｐ３'までの幅が幅Ｗｉよりも長いことで、トランジスタ部７０の、特にターンオフ時のキャリアを引き抜きやすくできる。また、トランジスタ部７０のラッチアップも抑制される。
【０１８２】
あるいは、端部Ｐ４から、ゲートトレンチ部４０に隣り合うダミートレンチ部３０の端部Ｐ３'までの幅は、幅Ｗｉより短くてもよい。端部Ｐ４から端部Ｐ３'までの幅が幅Ｗｉよりも短いことで、ゲートトレンチ部４０のまわりにキャリア濃度を増加させやすくなる。このため、トランジスタ部７０のオン電圧低減につながる。
【０１８３】
本例の半導体装置３００は、ダミートレンチ部３０の上方、並びにダミートレンチ部３０のＹ軸方向正側および負側の半導体基板１０の上方に、層間絶縁膜３８が設けられない。すなわち、エミッタ電極５２が、複数のダミートレンチ部３０およびメサ部９５上面にわたって、Ｙ軸方向に沿って連続的に接する。このため、メサ部９５において、コンタクトホール５４の端部Ｐ４のＹ軸方向における位置の設定に、余裕度を多く取ることができる。即ち、幅Ｗｍに対して幅Ｗｉを大きくして幅Ｗｍに占める幅Ｗｉの割合を大きくしても、エミッタ領域１２とコンタクトホール５４に設けられるエミッタ電極５２との接触面積を確保することができる。また、幅Ｗｍに対して幅Ｗｉを大きくすることにより、ゲート金属層５０とゲート導電部４４とを、より確実に絶縁することができる。
【０１８４】
また、本例の半導体装置３００は、エミッタ領域１２の上方において、端部Ｐ４から端部Ｐ３'までの間に層間絶縁膜３８が設けられないので、幅Ｗｉに対して幅Ｗｍを小さくして幅Ｗｍに占める幅Ｗｉの割合を大きくしても、エミッタ領域１２とコンタクトホール５４に設けられるエミッタ電極５２との接触面積を確保することができる。即ち、メサ幅Ｗｍを小さくすることができる。このため、トランジスタ部７０の特性を改善することができる。また、コンタクトホール５４の微細加工が不要なので、半導体装置３００の製造コストを低減することができる。
【０１８５】
図２１ｃは、図２１ａにおけるｔ−ｔ'断面の一例を示す図である。ｔ−ｔ'断面は、本例の半導体装置３００のトランジスタ部７０からダイオード部８０に渡り、エミッタ領域１２、コンタクト領域１５およびベース領域１４を通過するＹＺ面である。
【０１８６】
ｔ−ｔ'断面において、トランジスタ部７０は、下面２３に設けられたコレクタ電極２４および上面２１に設けられたエミッタ電極５２を有する。また、上面２１側には、Ｎ＋型のエミッタ領域１２、Ｐ−型のベース領域１４およびＮ＋型の１つ以上の蓄積領域１６が、上面２１側から順番に形成される。蓄積領域１６の下方には、Ｎ−型のドリフト領域１８が形成される。
【０１８７】
ドリフト領域１８の下方には、Ｎ＋型のバッファ領域２０が形成される。バッファ領域２０の下方には、下面２３に露出するＰ＋型のコレクタ領域２２が形成される。ゲートトレンチ部４０の上方には、上面２１に層間絶縁膜３８が設けられる。
【０１８８】
トランジスタ部７０のｔ−ｔ'断面のＹ軸方向において、ダミートレンチ部３０と、ゲートトレンチ部４０上の層間絶縁膜３８との間には、上面２１に層間絶縁膜３８が設けられない。また、ダミートレンチ部３０の上方には、上面２１に層間絶縁膜３８が設けられない。すなわち、エミッタ電極５２が、複数のダミートレンチ部３０およびメサ部９５上面にわたって、Ｙ軸方向に沿って連続的に接する。
【０１８９】
ｔ−ｔ'断面において、境界部９０は、下面２３に設けられたコレクタ電極２４および上面２１に設けられたエミッタ電極５２を有する。また、上面２１側には、Ｐ＋型のコンタクト領域１５およびＰ−型のベース領域１４が、上面２１側から順番に形成される。ベース領域１４の下方には、Ｎ−型のドリフト領域１８が形成される。
【０１９０】
ドリフト領域１８の下方には、Ｎ＋型のバッファ領域２０が形成される。バッファ領域２０の下方には、下面２３に露出するＰ＋型のコレクタ領域２２が形成される。コレクタ領域２２は、トランジスタ部７０のコレクタ領域２２がＹ軸方向に延伸した領域であってよい。境界部９０のｔ−ｔ'断面におけるＹ軸方向において、ダミートレンチ部３０の上方およびコンタクト領域１５の上方には、上面２１に層間絶縁膜３８が設けられない。
【０１９１】
エミッタ電極５２は、最も境界部９０側に設けられたゲートトレンチ部４０から境界部９０まで、層間絶縁膜３８を含まずに、Ｙ軸方向に沿ってダミートレンチ部３０およびメサ部９５上面と連続的に接する。
【０１９２】
ｔ−ｔ'断面において、ダイオード部８０は、下面２３に設けられたコレクタ電極２４および上面２１に設けられたエミッタ電極５２を有する。また、上面２１側には、Ｐ−型のベース領域１４およびＮ＋型の１つ以上の蓄積領域１６が、上面２１側から順番に形成される。蓄積領域１６の下方には、Ｎ−型のドリフト領域１８が形成される。ドリフト領域１８の下方には、Ｎ＋型のバッファ領域２０が形成される。バッファ領域２０の下方には、下面２３に露出するＮ＋型のカソード領域８２が形成される。
【０１９３】
ｔ−ｔ'断面において、ダイオード部８０には、ダミートレンチ部３０の上方およびベース領域１４の上方の上面２１に層間絶縁膜３８が設けられない。すなわち、エミッタ電極５２が、複数のダミートレンチ部３０およびメサ部９５上面と、Ｙ軸方向に沿って連続的に接する。エミッタ電極５２は、境界部９０とダイオード部８０の間に層間絶縁膜３８を含まずに、連続的にダミートレンチ部３０およびメサ部９５の上面と接する。
【０１９４】
本例の半導体装置３００は、コンタクトホール５４が、トランジスタ部７０のうち境界部９０に隣接する領域からダイオード部８０に渡り、Ｙ軸方向に連続的に設けられる。ここで、コンタクトホール５４がＹ軸方向に連続的に設けられるとは、トランジスタ部７０のうち境界部９０に隣接する領域からダイオード部８０に渡り、Ｙ軸方向に、コンタクトホール５４が設けられない領域が無いことをいう。
【０１９５】
本例の半導体装置３００は、エミッタ領域１２の上方において、端部Ｐ４から端部Ｐ３'までの間に層間絶縁膜３８が設けられないので、幅Ｗｍに対して幅Ｗｉを大きくして幅Ｗｍに占める幅Ｗｉの割合を大きくしても、エミッタ領域１２とコンタクトホール５４に設けられるエミッタ電極５２との接触面積を確保することができる。即ち、端部Ｐ３と端部Ｐ４との余裕度を多く取ることができる。また、幅Ｗｍに対して幅Ｗｉを大きくすることにより、ゲート金属層５０とゲート導電部４４とを、より確実に絶縁することができる。
【０１９６】
また、本例の半導体装置３００は、エミッタ領域１２の上方において、端部Ｐ４から端部Ｐ３'までの間に層間絶縁膜３８が設けられないので、幅Ｗｉに対して幅Ｗｍを小さくして幅Ｗｍに占める幅Ｗｉの割合を大きくしても、エミッタ領域１２とコンタクトホール５４に設けられるエミッタ電極５２との接触面積を確保することができる。即ち、メサ幅Ｗｍを小さくすることができる。このため、トランジスタ部７０の特性を改善することができる。また、コンタクトホール５４の微細加工が不要なので、半導体装置３００の製造コストを低減することができる。
【０１９７】
図２２は、比較例の半導体装置３５０の断面図である。比較例の半導体装置３５０は、ゲートトレンチ部４０の上方およびダミートレンチ部３０の上方に、層間絶縁膜３８が設けられる。このため、端部Ｐ４に加え、ダミートレンチ部３０の端部Ｐ３'からゲートトレンチ部４０の側に、ダミートレンチ部３０上方の層間絶縁膜３８の端部Ｐ４'が、幅Ｗｉをおいて配置される。このため、比較例の半導体装置３５０は、幅Ｗｍに対して幅Ｗｉを大きくして幅Ｗｍに占める幅Ｗｉの割合を大きくすると、端部Ｐ４と端部Ｐ４'とが近接する。このため、比較例の半導体装置３５０は、図２１ｂの半導体装置３００と比較して、エミッタ領域１２とコンタクトホール５４に設けられるエミッタ電極５２との接触面積を確保することが困難である。即ち、端部Ｐ３と端部Ｐ４との余裕度を多くとることが困難である。また、端部Ｐ３'と端部Ｐ４'との余裕度を多く取ることが困難である。
【０１９８】
また、比較例の半導体装置３５０は、端部Ｐ４に加え、ダミートレンチ部３０の端部Ｐ３'からゲートトレンチ部４０の側に、ダミートレンチ部３０上方の層間絶縁膜３８の端部Ｐ４'が配置されるので、幅Ｗｉに対して幅Ｗｍを小さくして幅Ｗｍに占める幅Ｗｉの割合を大きくすると、端部Ｐ４と端部Ｐ４'とが近接する。このため、比較例の半導体装置３５０は、図２１ｂの半導体装置３００と比較して、エミッタ領域１２とコンタクトホール５４に設けられるエミッタ電極５２との接触面積を確保することが困難である。即ち、メサ幅Ｗｍを小さくすることが困難である。このため、トランジスタ部７０の特性を改善することが困難である。また、コンタクトホール５４の微細加工が必要なので、半導体装置３００の製造コストを低減することが困難である。
【０１９９】
図２３ａは、本発明の他の実施形態に係る半導体装置３００の上面を部分的に示す図である。本例の半導体装置３００は、ダミートレンチ部３０が上面視でＵ字形状を有し、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の上方において、Ｙ軸方向に、ゲートトレンチ部４０に複数のダミートレンチ部３０が挟まれる点で、図２１ａの半導体装置３００と異なる。本例の半導体装置３００は、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の上方において、Ｙ軸方向に、ゲートトレンチ部４０に複数のダミートレンチ部３０が挟まれるので、トランジスタ部７０において、図２１ａに示す半導体装置３００よりも、コンタクトホール５４のＹ軸方向の幅が大きく設けられる。
【０２００】
カソード領域８２のＸ軸方向の外周側の端の位置を上面２１に投影した位置には、Ｘ軸方向で隣り合うコンタクト領域１５に挟まれていて、コンタクト領域１５が形成されていない領域があってよい。カソード領域８２のＸ軸方向の外周側の端の位置を上面２１に投影した位置よりも外周側（−Ｘ軸方向）のメサ部９５の表面には、ベース領域１４が露出していてよい。
【０２０１】
図２３ｂは、図２３ａにおけるｕ−ｕ'断面の一例を示す図である。ｕ−ｕ'断面は、本例の半導体装置３００のトランジスタ部７０において、ゲートトレンチ部４０のＹ軸方向正側に配置される２つのダミートレンチ部３０のうちＹ軸方向正側に位置するダミートレンチ部３０から、ゲートトレンチ部４０のＹ軸方向負側に配置される２つのダミートレンチ部３０のうちＹ軸方向負側に位置するダミートレンチ部３０に渡り、エミッタ領域１２を通過するＹＺ面である。
【０２０２】
本例の半導体装置３００は、エミッタ領域１２の上方において、端部Ｐ４から端部Ｐ３'までの間に層間絶縁膜３８が設けられないので、図２１ｂに示す半導体装置３００と同様に、幅Ｗｍに対して幅Ｗｉを大きくして幅Ｗｍに占める幅Ｗｉの割合を大きくしても、エミッタ領域１２とコンタクトホール５４に設けられるエミッタ電極５２との接触面積を確保することができる。即ち、端部Ｐ３と端部Ｐ４との余裕度を多く取ることができる。また、幅Ｗｍに対して幅Ｗｉを大きくすることにより、ゲート金属層５０とゲート導電部４４とを、より確実に絶縁することができる。
【０２０３】
また、本例の半導体装置３００は、エミッタ領域１２の上方において、端部Ｐ４から端部Ｐ３'までの間に層間絶縁膜３８が設けられないので、図２１ｂに示す半導体装置３００と同様に、幅Ｗｉに対して幅Ｗｍを小さくして幅Ｗｍに占める幅Ｗｉの割合を大きくしても、エミッタ領域１２とコンタクトホール５４に設けられるエミッタ電極５２との接触面積を確保することができる。即ち、メサ幅Ｗｍを小さくすることができる。このため、トランジスタ部７０の特性を改善することができる。また、コンタクトホール５４の微細加工が不要なので、半導体装置３００の製造コストを低減することができる。
【０２０４】
図２３ｃは、図２１ａにおけるｖ−ｖ'断面の一例を示す図である。ｖ−ｖ'断面は、本例の半導体装置３００のトランジスタ部７０からダイオード部８０に渡り、エミッタ領域１２、コンタクト領域１５およびベース領域１４を通過するＹＺ面である。
【０２０５】
本例の半導体装置３００は、図２１ｃに示す半導体装置３００と同様に、コンタクトホール５４が、トランジスタ部７０からダイオード部８０に渡って設けられる。本例の半導体装置３００は、エミッタ領域１２の上方において、端部Ｐ４から端部Ｐ３'までの間に層間絶縁膜３８が設けられないので、図２１ｃに示す半導体装置３００と同様に、幅Ｗｍに対して幅Ｗｉを大きくして幅Ｗｍに占める幅Ｗｉの割合を大きくしても、エミッタ領域１２とコンタクトホール５４に設けられるコンタクトとの接触面積を確保することができる。即ち、端部Ｐ３と端部Ｐ４との余裕度を多く取ることができる。
【０２０６】
また、本例の半導体装置３００は、エミッタ領域１２の上方において、端部Ｐ４から端部Ｐ３'までの間に層間絶縁膜３８が設けられないので、図２１ｃに示す半導体装置３００と同様に、幅Ｗｉに対して幅Ｗｍを小さくして幅Ｗｍに占める幅Ｗｉの割合を大きくしても、エミッタ領域１２とコンタクトホール５４に設けられるエミッタ電極５２との接触面積を確保することができる。即ち、メサ幅Ｗｍを小さくすることができる。このため、トランジスタ部７０の特性を改善することができる。また、コンタクトホール５４の微細加工が不要なので、半導体装置３００の製造コストを低減することができる。
【０２０７】
図２４は、本発明の他の実施形態に係る半導体装置３００の上面を部分的に示す図である。本例の半導体装置３００は、図２１ａの半導体装置３００において、ゲートトレンチ部４０とゲート金属層５０とを電気的に接続するゲートランナー４８が設けられず、ゲート金属層５０が、ゲートトレンチ部４０のＸ軸方向最も負側において、ゲートトレンチ部４０上に設けられたコンタクトホール４９を通じて、ゲートトレンチ部４０と電気的に接続される点で、図２１ａの半導体装置３００と異なる。
【０２０８】
本例の半導体装置３００は、ダミートレンチ部３０の上方に層間絶縁膜３８が設けられないので、図２１ａから図２１ｃに示す半導体装置３００と同様に、ダミートレンチ部３０の上方に層間絶縁膜３８が設けられる場合と比較して、コンタクトホール５４に設けられるコンタクトとエミッタ領域１２との接触面積を確保することができる。このため、トランジスタ部７０の特性を改善することができる。また、コンタクトホール５４の微細加工が不要なので、半導体装置３００の製造コストを低減することができる。
【０２０９】
図２５は、本発明の他の実施形態に係る半導体装置３００の上面を部分的に示す図である。本例の半導体装置３００は、図２３ａの半導体装置３００において、ゲートトレンチ部４０とゲート金属層５０とを電気的に接続するゲートランナー４８が設けられず、ゲート金属層５０が、ゲートトレンチ部４０のＹ軸方向最も負側において、ゲートトレンチ部４０上に設けられたコンタクトホール４９を通じて、ゲートトレンチ部４０と電気的に接続される点で、図２３ａの半導体装置３００と異なる。
【０２１０】
本例の半導体装置３００は、ダミートレンチ部３０の上方に層間絶縁膜３８が設けられないので、図２３ａから図２３ｃに示す半導体装置３００と同様に、ダミートレンチ部３０の上方に層間絶縁膜３８が設けられる場合と比較して、コンタクトホール５４に設けられるコンタクトとエミッタ領域１２との接触面積を確保することができる。このため、トランジスタ部７０の特性を改善することができる。また、コンタクトホール５４の微細加工が不要なので、半導体装置３００の製造コストを低減することができる。
【０２１１】
図２６は、本発明の実施形態に係る半導体チップ１２０の一例を示す図である。図２６に示すように、本例の半導体チップ１２０は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０が、ＸＹ面内において交互に周期的に配列されている。図２６は、トランジスタ部７０がＸ軸方向に３つ、Ｙ軸方向に７つ設けられ、ダイオード部８０がＸ軸方向に３つ、Ｙ軸方向に６つ設けられる一例を示している。
【０２１２】
幅ＷＩは、トランジスタ部７０のＹ軸方向の幅である。幅ＷＦはダイオード部８０のＹ軸方向の幅である。幅Ｗｈは、図２７ａにおいて後述するように、Ｘ軸方向正側のウェル領域１１の端部から、Ｘ軸方向負側のウェル領域１１の端部までの、ベース領域１４が半導体基板１０の上面２１側に形成され、且つウェル領域１１が形成されていない部分の幅である。
【０２１３】
幅Ｗｈは、トランジスタ部７０においては、Ｘ軸方向正側のウェル領域１１の端部に接し且つ半導体基板１０の上面２１に露出して形成されるベース領域１４のウェル領域１１に接する端部から、半導体基板１０の上面２１に露出して形成されるコンタクト領域１５およびエミッタ領域１２を経て、Ｘ軸方向正側のウェル領域１１の端部に接し且つ半導体基板１０の上面２１に露出して形成されるベース領域１４のウェル領域１１に接する端部までの幅である。幅Ｗｈは、ダイオード部８０においては、Ｘ軸方向正側のウェル領域１１の端部に接し且つ半導体基板１０の上面２１に露出して形成されるベース領域１４のウェル領域１１に接する端部から、半導体基板１０の上面２１に露出して形成されるコンタクト領域１５およびベース領域１４を経て、Ｘ軸方向正側のウェル領域１１の端部に接し且つ半導体基板１０の上面２１に露出して形成されるベース領域１４のウェル領域１１に接する端部までの幅である。
【０２１４】
半導体チップ１２０の外周縁と、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の間には、エッジ終端部があってよい。また、エッジ終端部とトランジスタ部７０およびダイオード部８０の間には、ゲート金属層５０と、ゲート金属層５０が集約されたゲートパッド部（不図示）、または他の所定のパッド部があってよい。トランジスタ部７０およびダイオード部８０の配列方向（Ｙ軸方向）において、トランジスタ部７０が外周側の端に配置されて、エッジ終端部と対向していてよい。
【０２１５】
図２７ａは、図２６における領域Ａの拡大図である。図２７ａは、ダイオード部８０におけるカソード領域８２およびフローティング領域８４の構成を示す図である。図２７ａにおいては、ダイオード部８０およびトランジスタ部７０に設けられるゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０等、カソード領域８２およびフローティング領域８４以外の構成を省略して示している。
【０２１６】
本例の半導体装置３００は、図２７ａに示す通り、ダイオード部８０において、カソード領域８２のＸＹ平面内における内側に、フローティング領域８４が、一例としてＸ軸方向に１０個、Ｙ軸方向に２個設けられる。また、ダイオード部８０およびトランジスタ部７０のＸ軸方向正側には、Ｐ＋型のウェル領域１１の端部Ｓが設けられる。また、ダイオード部８０およびトランジスタ部７０のＸ軸方向負側には、Ｐ＋型のウェル領域１１の端部Ｓ'が設けられる。ウェル領域１１は、トランジスタ部７０とダイオード部８０が交互に配置された領域の外側に形成されている。言い換えると、端部Ｓよりトランジスタ部７０およびダイオード部８０の内部には、ウェル領域１１は形成されていない。
【０２１７】
カソード領域８２と、コンタクトホール５４、ダミートレンチ部３０、コンタクトホール５４のＸ軸方向端部に形成されたコンタクト領域１５および高濃度領域１７等カソード領域８２以外の構成との位置関係は、図１、図１９、図２１ａ、図２３ａ、図２４および図２５の上面図に示した位置関係であってよい。
【０２１８】
本例の半導体装置３００は、図２７ａに示すように、ダイオード部８０とトランジスタ部７０の配列方向の一方側であるＹ軸方向正側および当該配列方向の他方側であるＹ軸方向負側の双方に、ダイオード部８０と隣接して、トランジスタ部７０が設けられる。トランジスタ部７０のＹ軸方向の幅ＷＩは、ダイオード部８０のＹ軸方向の幅ＷＦより大きくてよい。幅ＷＩは、幅ＷＦの２倍以上５倍以下であってよい。幅ＷＩは、一例として１５００μｍであってよい。幅ＷＦは、一例として５００μｍであってよい。即ち、本例の半導体装置３００は、図１から図１８に示した半導体装置１００および図１９から図２０に示した半導体装置２００と比較して、幅ＷＦが小さい一例である。
【０２１９】
また、Ｘ軸方向正側のウェル領域１１の端部Ｓから、Ｘ軸方向負側のウェル領域１１の端部Ｓ'までの幅Ｗｈは、幅ＷＩより大きくてよい。幅Ｗｈは、幅ＷＩの１．５倍以上３倍以下であってよい。幅Ｗｈは、一例として３１００μｍであってよい。
【０２２０】
幅Ｗｈは、幅ＷＩと幅ＷＦの和よりも大きくてよい。トランジスタ部７０がオン状態となるとき、あるいはダイオード部８０が導通状態となるときに、コレクタ電極２４とエミッタ電極５２との間に流れる電流の増加に対して、コレクタ電極２４とエミッタ電極５２との間の電圧が急に減少するスナップバック現象を抑制できる。
【０２２１】
図２７ｂは、図２７ａにおける領域Ｂ１の拡大図である。図２７ｂは、図２７ａにおけるダイオード部８０のＸ軸方向正側のウェル領域１１の端ＳからＸ軸方向負側のウェル領域１１の端Ｓ'までを、拡大して示している。図２７ｂに示す通り、本例の半導体装置３００は、ダイオード部８０において、カソード領域８２のＸＹ平面内における内側に、フローティング領域８４が、一例としてＸ軸方向に１０個、Ｙ軸方向に２個設けられる。
【０２２２】
Ｘ軸方向正側のウェル領域１１の端部Ｓからカソード領域８２のＸ軸方向正側の端までの上面視におけるＸ軸方向の幅Ｗｗｃは、ダイオード部８０の幅ＷＦより小さくてよい。幅Ｗｗｃは、幅ＷＦの０．２５倍以上０．７５倍以下であってよい。幅Ｗｗｃは、一例として２５０μｍであってよい。
【０２２３】
コンタクトホール５４のＸ軸方向正側の端部Ｔは、図２７ｂに示すように、ウェル領域１１のＸ軸方向正側の端部ＳからＸ軸方向負側に幅Ｗｗｃａを置いて設けられる。また、コンタクトホール５４のＸ軸方向負側の端部Ｔ'は、ウェル領域１１のＸ軸方向負側の端部Ｓ'からＸ軸方向正側に幅Ｗｗｃａを置いて設けられる。コンタクトホール５４は、端部Ｔから端部Ｔ'まで、Ｘ軸方向に設けられる。
【０２２４】
なお、コンタクトホール５４は、図２７ｂにおいては１つを図示しているが、実際には、図１、図１９、図２１ａ、図２３ａ、図２４および図２５の上面図から明らかなように、当該コンタクトホール５４の端部ＴのＹ軸方向の位置および端部Ｔ'のＹ軸方向の位置がそれぞれ等しいコンタクトホール５４が、Ｙ軸方向に複数設けられる。
【０２２５】
ウェル領域１１のＸ軸方向正側の端部Ｓから、ダイオード部８０に形成された複数のコンタクトホール５４のＸ軸方向正側の端部Ｔまでの幅Ｗｗｃａは、当該端部Ｔからカソード領域８２のＸ軸方向正側の端までの上面視におけるＸ軸方向の幅Ｗｗｃｂより小さくてよい。幅Ｗｗｃａは、幅Ｗｗｃｂの０．１倍以上０．９倍以下であってよい。一例として、幅Ｗｗｃａは１００μｍ、幅Ｗｗｃｂは１５０μｍであってよい。幅Ｗｗｃａと幅Ｗｗｃｂの和は、幅Ｗｗｃである。また、ウェル領域１１のＸ軸方向負側の端部Ｓ'から、ダイオード部８０に形成された複数のコンタクトホール５４のＸ軸方向負側の端部Ｔ'までの幅も、幅Ｗｗｃａに等しくてよい。当該端部Ｔ'からカソード領域８２のＸ軸方向負側の端までの上面視におけるＸ軸方向の幅も、幅Ｗｗｃｂに等しくてよい。
【０２２６】
なお、Ｘ軸方向負側のウェル領域１１の端部Ｓ'からカソード領域８２のＸ軸方向負側の端までの上面視におけるＸ軸方向の幅も、幅Ｗｗｃに等しくてよい。図２７ｂのコンタクトホール５４は、複数のコンタクトホールの１つを図示したものである。また、コンタクトホール５４は、図２１ａ〜図２５に示したコンタクトホール５４であってもよい。
【０２２７】
カソード領域８２のＸＹ平面内における内側には、図２７ｂに示すように、フローティング領域８４が設けられる。フローティング領域８４は、電気的にフローティング状態である第２導電型の領域である。本例においては、フローティング領域８４はＰ＋型である。電気的にフローティング状態とは、コレクタ電極２４およびエミッタ電極５２のいずれにも接続されていない状態を指す。
【０２２８】
本例の半導体装置３００においては、フローティング領域８４は、ＸＹ平面内において格子状に設けられる。ここで、格子状とは、フローティング領域８４がＸ軸方向およびＹ軸方向の双方に、周期的に配列されることをいう。図２７ｂは、フローティング領域８４がＹ軸方向に２つ設けられ、Ｘ軸方向には、カソード領域８２のＸ軸方向負側からＸ軸方向正側に渡り、開口領域８５を挟んで、１０個設けられる一例を示している。
【０２２９】
幅Ｗｆｆ１は、開口領域８５のＸ軸方向の幅である。幅Ｗｆｆ１は、フローティング領域８４のＸ軸方向の幅Ｗｆ１よりも小さい。幅Ｗｆｆ１は、ダイオード部８０の幅ＷＦより小さくてよい。幅Ｗｆｆ１は、幅ＷＦの０．０１倍以上０．０５倍以下であってよい。幅Ｗｆｆ１は、一例として１０μｍであってよい。
【０２３０】
フローティング領域８４のＸ軸方向の幅Ｗｆ１は、ダイオード部８０の幅ＷＦより小さくてよい。幅Ｗｆ１は、幅ＷＦの０．２５倍以上０．７５倍以下であってよい。幅Ｗｆ１は、一例として２４０μｍであってよい。
【０２３１】
フローティング領域８４のＹ軸方向の幅Ｗｆ２は、ダイオード部８０の幅ＷＦより小さくてよい。幅Ｗｆ２は、幅ＷＦの０．２５倍以上０．７５倍以下であってよい。幅Ｗｆ２は、幅Ｗｆ１と等しくてもよいし、異なっていてもよい。幅Ｗｆ２は、一例として２４０μｍであってよい。
【０２３２】
カソード領域８２のＸ軸方向正側の端から、Ｘ軸方向の最も正側に配置されるフローティング領域８４のＸ軸方向正側の端までの幅Ｗｃｆ１は、幅Ｗｆｆ１より小さくてよい。幅Ｗｃｆ１は、幅Ｗｆｆ１の０．１倍以上０．９倍以下であってよい。幅Ｗｃｆ１は、ゼロでなければよい。幅Ｗｃｆ１は、一例として５μｍであってよい。なお、カソード領域８２のＸ軸方向負側の端から、Ｘ軸方向の最も負側に配置されるフローティング領域８４のＸ軸方向負側の端までの幅も、幅Ｗｃｆ１に等しくてよい。
【０２３３】
本例の半導体装置３００においては、フローティング領域８４は、Ｙ軸方向に、開口領域８５を挟んで２つ設けられる。ここで、幅Ｗｆｆ２は、開口領域８５のＹ軸方向の幅である。幅Ｗｆｆ２は、幅Ｗｆ２よりも小さくてよい。幅Ｗｆｆ２は、ダイオード部８０の幅ＷＦの０．０１倍以上０．０５倍以下であってよい。幅Ｗｆｆ２は、幅Ｗｆｆ１と等しくてもよいし、異なっていてもよい。幅Ｗｆｆ２は、一例として１０μｍであってよい。
【０２３４】
カソード領域８２のＸＹ平面内における面積に占めるフローティング領域８４のＸＹ平面内における面積の割合は、５０％以上９９％以下であってよい。すなわち、フローティング領域８４のＸＹ平面内における面積は、カソード領域８２のＸＹ平面内における面積より小さくてよい。一例として、Ｗｈが３１００μｍ、Ｗｗｃが２５０μｍ、Ｗｆ１およびＷｆ２が２４０μｍ、Ｗｃｆ１およびＷｃｆ２が５μｍ、並びにＷｆｆ１およびＷｆｆ２が１０μｍの場合、ＸＹ平面内において、カソード領域８２の面積に占めるフローティング領域８４の面積の合計は、８８．６％となる。
【０２３５】
カソード領域８２のＹ軸方向正側の端から、Ｙ軸方向正側のフローティング領域８４のＹ軸方向正側の端までの幅Ｗｃｆ２は、ダイオード部８０の幅ＷＦより小さくてよい。幅Ｗｃｆ２は、幅ＷＦの０．０１倍以上０．０５倍以下であってよい。幅Ｗｃｆ２は、ゼロでなければよい。また、幅Ｗｃｆ２は、幅Ｗｃｆ１と等しくてもよいし、異なっていてもよい。なお、カソード領域８２のＹ軸方向負側の端から、Ｙ軸方向負側のフローティング領域８４のＹ軸方向負側の端までの幅も、幅Ｗｃｆ２に等しい。
【０２３６】
なお、本例においてコンタクトホール５４の配列方向（Ｙ軸方向）の幅Ｗｃｎｔは、Ｗｆｆ１より小さくてよい。本例において幅Ｗｃｎｔは、Ｗｆｆ２より小さくてよい。本例において幅Ｗｃｎｔは、Ｗｃｆ１より小さくてよい。本例において幅Ｗｃｎｔは、Ｗｃｆ２より小さくてよい。一例として、幅Ｗｃｎｔは、０．５μｍである。
【０２３７】
図２７ｃは、図２７ｂにおける領域Ｂ２の拡大図である。図２７ｃに示す通り、本例の半導体装置３００において、幅Ｗｃｆ１は、カソード領域８２のＸ軸方向正側の端から、Ｘ軸方向の最も正側に配置されるフローティング領域８４のＸ軸方向正側の端までの幅である。また、幅Ｗｃｆ２は、カソード領域８２のＹ軸方向正側の端から、Ｙ軸方向正側のフローティング領域８４のＹ軸方向正側の端までの幅である。幅Ｗｃｆ２は、一例として５μｍであってよい。幅Ｗｆｆ１は、開口領域８５のＸ軸方向の幅である。幅Ｗｆ１は、フローティング領域８４のＸ軸方向の幅である。
【０２３８】
図２７ｄは、図２７ａにおけるｈ−ｈ'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置３００は、ダイオード部８０において、カソード領域８２の上方に設けられたバッファ領域２０内に、フローティング領域８４が設けられる。フローティング領域８４は、ｈ−ｈ'断面において、Ｙ軸方向に２つ設けられる。
【０２３９】
本例においては、図２７ｄに示す通り、半導体基板１０の下面２３と平行な面内において、コレクタ領域２２とカソード領域８２との境界位置が２つ存在する。境界位置Ｐ１は、当該２つの境界位置のうち、Ｙ軸方向正側の境界位置である。また、境界位置Ｐ１'は、当該２つの境界位置のうち、Ｙ軸方向負側の境界位置である。境界位置Ｐ１およびＰ１'は、ｈ−ｈ'断面と平行な断面における境界位置である。一例として、ｈ−ｈ'断面は、下面２３と垂直であり、且つ、ダミートレンチ部３０の配列方向と平行な面である。
【０２４０】
本例においては、図２７ｄに示す通り、下面２３と平行な面内において、フローティング領域８４の端部位置が２つ存在する。境界位置Ｐ２は、下面２３と平行な面内において、Ｙ軸方向に配列される２つのフローティング領域８４のうち、Ｙ軸方向正側に配置されるフローティング領域８４の、境界位置Ｐ１に最も近い端部位置である。また、境界位置Ｐ２'は、下面２３と平行な面内において、Ｙ軸方向に配列される２つのフローティング領域８４のうち、Ｙ軸方向負側に配置されるフローティング領域８４の、境界位置Ｐ１'に最も近い端部位置である。
【０２４１】
また、本例においては、Ｚ軸方向において、フローティング領域８４と略同一の深さ位置には、フローティング領域８４が設けられていない開口領域８５が存在する。開口領域８５は、フローティング領域８４に挟まれた領域を指してよい。一例として、開口領域８５はＮ＋型の領域である。開口領域８５のドーピング濃度は、ドリフト領域１８またはバッファ領域２０のドーピング濃度と略同一であってよい。開口領域８５は、フローティング領域８４が形成されずに残存したドリフト領域１８またはバッファ領域２０であってよい。
【０２４２】
幅Ｗｃｆ２は、端部位置Ｐ１から端部位置Ｐ２までの距離である。また、幅Ｗｃｆ２は、端部位置Ｐ１'から端部位置Ｐ２'までの距離である。幅Ｗｃｆ２は、図９の例における距離Ｌ１と同じであってよい。
【０２４３】
幅Ｗｆｆ２は、Ｙ軸方向において、開口領域８５を挟んで隣り合うフローティング領域８４の間隔である。幅Ｗｆｆ２は、図９の例における距離Ｌ３と同じであってよい。
【０２４４】
幅Ｗｄは、フローティング領域８４のＺ軸方向の幅である。幅Ｗｄは、図９の例における距離Ｌ４と同じであってよい。フローティング領域８４のＺ軸方向の幅Ｗｄは、幅Ｗｃｆ２より小さくてよい。幅Ｗｄは、幅Ｗｃｆ２の０．０５倍以上０．５倍以下であってよい。一例として、幅Ｗｄは０．５μｍであってよい。
【０２４５】
図２７ｅは、図２７ａにおけるｊ−ｊ'断面の一例を示す図である。ｊ−ｊ'断面は、図２７ｄにおけるＪ''―Ｊ'''線を通るＸＺ平面である。本例の半導体装置３００は、ダイオード部８０において、カソード領域８２の上方に設けられたバッファ領域２０内に、フローティング領域８４が設けられる。
【０２４６】
本例においては、図２７ｅに示す通り、半導体基板１０の下面２３と平行な面内において、コレクタ領域２２とカソード領域８２との境界位置が２つ存在する。境界位置Ｐ５は、当該２つの境界位置のうち、Ｘ軸方向負側の境界位置である。また、境界位置Ｐ５'は、当該２つの境界位置のうち、Ｘ軸方向正側の境界位置である。境界位置Ｐ５およびＰ５'は、ｊ−ｊ'断面と平行な断面における境界位置である。一例として、ｊ−ｊ'断面は、下面２３と垂直であり、且つ、ダミートレンチ部３０の延伸方向と平行な面である。
【０２４７】
本例においては、図２７ｅに示す通り、下面２３と平行な面内において、フローティング領域８４の端部位置が２つ存在する。境界位置Ｐ６は、下面２３と平行な面内において、Ｘ軸方向に複数配列されるフローティング領域８４のうち、Ｘ軸方向の最も負側に配置されるフローティング領域８４の、境界位置Ｐ５に最も近い端部位置である。また、境界位置Ｐ６'は、下面２３と平行な面内において、Ｙ軸方向に複数配列されるフローティング領域８４のうち、Ｘ軸方向の最も正側に配置されるフローティング領域８４の、境界位置Ｐ５'に最も近い端部位置である。
【０２４８】
また、本例においては、Ｚ軸方向において、フローティング領域８４と略同一深さ位置には、フローティング領域８４が設けられていない開口領域８５が存在する。開口領域８５は、フローティング領域８４に挟まれた領域を指してよい。一例として、開口領域８５はＮ＋型の領域である。開口領域８５のドーピング濃度は、ドリフト領域１８またはバッファ領域２０のドーピング濃度と略同一であってよい。開口領域８５は、フローティング領域８４が形成されずに残存したドリフト領域１８またはバッファ領域２０であってよい。
【０２４９】
幅Ｗｆ１は、フローティング領域８４のＸ軸方向における幅である。幅Ｗｃｆ１は、端部位置Ｐ５から端部位置Ｐ６までのＸ軸方向における距離である。また、幅Ｗｃｆ１は、端部位置Ｐ５'から端部位置Ｐ６'までのＸ軸方向における距離である。また、幅Ｗｆｆ１は、Ｘ軸方向において、開口領域８５を挟んで隣り合うフローティング領域８４の間隔である。幅Ｗｃｆ１は、幅Ｗｆｆ１よりも小さくてよい。本例の半導体装置３００は、ダイオード部８０において、フローティング領域８４をＸＹ平面内において格子状に設けているので、ダイオード部８０の逆回復時のサージ電圧（オーバーシュート電圧）を抑制することができる。
【０２５０】
図２８ａは、図２６における領域Ａの他の拡大図である。本例の半導体装置３００は、図２７ａに示す半導体装置３００と同様に、ダイオード部８０のＹ軸方向正側および負側に、ダイオード部８０と隣接してトランジスタ部７０が設けられる。
【０２５１】
本例の半導体装置３００は、ダイオード部８０におけるフローティング領域８４の配置が、図２７ａに示す半導体装置３００と異なる。図２８ａに示す通り、本例の半導体装置３００は、ダイオード部８０において、ＸＹ平面内におけるカソード領域８２の内側に、フローティング領域８４が、破線部で示すカソード領域８２のＹ軸方向正側の境界側から、破線部で示すＹ軸方向負側の境界側まで、連続的に設けられる。ここで、フローティング領域８４がＹ軸方向に連続的に設けられるとは、カソード領域８２のＹ軸方向正側の境界側からＹ軸方向負側の境界側までのＹ軸方向何れの場所においても、Ｘ軸方向に、フローティング領域８４が設けられない領域が無いことをいう。
【０２５２】
図２８ｂは、図２８ａにおける領域Ｃ１の拡大図である。図２８ｂは、図２８ａにおけるダイオード部８０のＸ軸方向正側のウェル領域１１の端ＳからＸ軸方向負側のウェル領域１１の端Ｓ'までを、拡大して示している。
【０２５３】
本例においては、フローティング領域８４は、ＸＹ平面内においてストライプ状に設けられる。ここで、ストライプ状とは、長方形状のフローティング領域８４が、当該長方形の短辺方向に、所定の間隔を置いて複数設けられることをいう。図２８ｂは、Ｙ軸方向を長辺、Ｘ軸方向を短辺とする長方形状のフローティング領域８４が、Ｘ軸方向に、幅Ｗｆｆ１'を置いて、ＸＹ平面内におけるカソード領域８２のＸ軸方向の最も負側から最も正側に渡り、複数設けられる一例を示している。幅Ｗｆｆ１'は、ダイオード部８０の幅ＷＦより小さくてよい。幅Ｗｆｆ１'は、幅ＷＦの０．０１倍以上０．０５倍以下であってよい。幅Ｗｆｆ１'は、一例として１０μｍであってよい。
【０２５４】
フローティング領域８４のＸ軸方向の幅Ｗｆ１'は、ダイオード部８０の幅ＷＦより小さくてよい。幅Ｗｆ１'は、幅ＷＦの０．０４倍以上０．１３倍以下であってよい。幅Ｗｆ１'は、一例として４０μｍであってよい。
【０２５５】
フローティング領域８４のＹ軸方向の幅Ｗｆ２'は、ダイオード部８０の幅ＷＦより小さくてよい。幅Ｗｆ２'は、幅ＷＦの０．５倍以上０．９９倍以下であってよい。幅Ｗｆ２'は、一例として４９０μｍであってよい。
【０２５６】
幅Ｗｃｆ１は、カソード領域８２のＸ軸方向正側の端から、Ｘ軸方向の最も正側に配置されるフローティング領域８４のＸ軸方向正側の端までの幅である。幅Ｗｃｆ１は、幅Ｗｆｆ１'よりも小さくてよい。幅Ｗｃｆ１は、幅Ｗｆｆ１'の０．１倍以上０．９倍以下であってよい。幅Ｗｃｆ１は、ゼロでなければよい。幅Ｗｃｆ１は、図２７ｂの例と同様に、一例として５μｍであってよい。なお、カソード領域８２のＸ軸方向負側の端から、Ｘ軸方向の最も負側に配置されるフローティング領域８４のＸ軸方向負側の端までの幅も、幅Ｗｃｆ１に等しい。
【０２５７】
カソード領域８２のＸＹ平面内における面積に占めるフローティング領域８４のＸＹ平面内における面積の割合は、図２７ｂの例と同様に、５０％以上９９％以下であってよい。すなわち、フローティング領域８４のＸＹ平面内における面積は、カソード領域８２のＸＹ平面内における面積より小さくて良い。一例として、Ｗｈが３１００μｍ、Ｗｗｃが２５０μｍ、Ｗｆ１'が４０μｍ、Ｗｆ２'が４９０μｍ、Ｗｃｆ１およびＷｃｆ２が５μｍ、並びにＷｆｆ１'が１０μｍの場合、フローティング領域８４は、上面視で、カソード領域８２の内側にＸ軸方向に５１個、Ｙ軸方向に１個、設けられる。この場合、カソード領域８２のＸＹ平面内における面積に占めるフローティング領域８４のＸＹ平面内における面積の合計は、７６．８％となる。
【０２５８】
カソード領域８２のＹ軸方向正側の端から、フローティング領域８４のＹ軸方向正側の端までの幅Ｗｃｆ２は、図２７ｂの例と同様に、ダイオード部８０の幅ＷＦよりも小さくてよい。幅Ｗｃｆ２は、幅ＷＦの０．０１倍以上０．０５倍以下であってよい。また、幅Ｗｃｆ２は、幅Ｗｃｆ１と等しくてもよいし、異なっていてもよい。幅Ｗｃｆ２は、ゼロでなければよい。なお、カソード領域８２のＹ軸方向負側の端から、フローティング領域８４のＹ軸方向負側の端までの幅も、幅Ｗｃｆ２に等しい。
【０２５９】
図２８ｃは、図２８ｂにおける領域Ｃ２の拡大図である。図２８ｃに示す通り、本例の半導体装置３００において、幅Ｗｃｆ１は、カソード領域８２のＸ軸方向正側の端から、Ｘ軸方向の最も正側に配置されるフローティング領域８４のＸ軸方向正側の端までの幅である。また、本例の半導体装置３００において、幅Ｗｃｆ２は、カソード領域８２のＹ軸方向正側の端から、フローティング領域８４のＹ軸方向正側の端までの幅である。幅Ｗｃｆ２は、一例として５μｍであってよい。幅Ｗｆｆ１'は、開口領域８５のＸ軸方向の幅である。幅Ｗｆ１'は、フローティング領域８４のＸ軸方向の幅である。
【０２６０】
図２８ｄは、図２８ａにおけるｋ−ｋ'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置３００は、ダイオード部８０において、カソード領域８２の上方に設けられたバッファ領域２０内に、フローティング領域８４が設けられる。フローティング領域８４は、ｋ−ｋ'断面において、フローティング領域８４がＹ軸方向正側から負側に渡って連続的に設けられる。
【０２６１】
本例においては、図２８ｄに示す通り、図２７ｄの例と同様に、境界位置Ｐ１および境界位置Ｐ２、並びに境界位置Ｐ１'および境界位置Ｐ２'が存在する。本例においては、フローティング領域８４が、端部位置Ｐ２から端部位置Ｐ２'にわたり連続的に設けられるので、開口領域８５は存在しない。また、幅Ｗｃｆ２は、図２７ｄの例と同様に、端部位置Ｐ１から端部位置Ｐ２までの距離である。また、幅Ｗｃｆ２は、端部位置Ｐ１'から端部位置Ｐ２'までの距離である。フローティング領域８４のＺ軸方向の幅Ｗｄは、図２７ｃと同様に、幅Ｗｃｆ２より小さくてよい。の０．０５倍以上０．５倍以下であってよい。一例として、幅Ｗｄは０．５μｍであってよい。
【０２６２】
図２８ｅは、図２８ａにおけるｍ−ｍ'断面の一例を示す図である。ｍ−ｍ'断面は、図２８ｄにおけるｍ''―ｍ'''線を通るＸＺ平面である。本例の半導体装置３００は、ダイオード部８０において、カソード領域８２の上方に設けられたバッファ領域２０内に、フローティング領域８４が設けられる。
【０２６３】
本例においては、図２８ｅに示す通り、図２７ｅの例と同様に、境界位置Ｐ５および境界位置Ｐ６、並びに境界位置Ｐ５'および境界位置Ｐ６'が存在する。一例として、ｍ−ｍ'断面は、半導体基板１０の下面２３と垂直であり、且つ、ダミートレンチ部３０の延伸方向と平行な面である。本例においても、図２７ｅの例と同様に、Ｚ軸方向において、フローティング領域８４と同一深さ位置には、フローティング領域８４が設けられていない開口領域８５が存在する。
【０２６４】
幅Ｗｆ１'は、フローティング領域８４のＸ軸方向における幅である。幅Ｗｃｆ１は、図２７ｅの例と同様に、端部位置Ｐ５から端部位置Ｐ６までの距離である。また、幅Ｗｃｆ１は、端部位置Ｐ５'から端部位置Ｐ６'までの距離である。また、幅Ｗｆｆ１'は、Ｘ軸方向において、開口領域８５を挟んで隣り合うフローティング領域８４の間隔である。幅Ｗｃｆ１は、幅Ｗｆｆ１'よりも小さくてよい。
【０２６５】
本例の半導体装置３００は、ダイオード部８０において、フローティング領域８４が、端部位置Ｐ６から端部位置Ｐ６'に渡り、開口領域８５を挟んで複数設けられる。本例の半導体装置３００は、フローティング領域８４をＸＹ平面内においてストライプ状に設けているので、ダイオード部８０の逆回復時のサージを抑制することができる。
【０２６６】
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。一例として、境界部９０において、第１導電型の高濃度領域を形成しても構わない。この場合、境界部９０における高濃度領域の積分濃度は、トランジスタ部７０における蓄積領域１６の積分濃度より小さくてよく、ダイオード部８０の高濃度領域１７の積分濃度より小さくてよい。
【０２６７】
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】
【０２６８】
１０・・・半導体基板、１１・・・ウェル領域、１２・・・エミッタ領域、１４・・・ベース領域、１５・・・コンタクト領域、１６・・・蓄積領域、１６−１・・・蓄積領域、１６−２・・・蓄積領域、１６−３・・・蓄積領域、１７・・・高濃度領域、１７−１・・・高濃度領域、１７−２・・・高濃度領域、１８・・・ドリフト領域、２０・・・バッファ領域、２１・・・上面、２２・・・コレクタ領域、２３・・・下面、２４・・・コレクタ電極、２５・・・接続部、３０・・・ダミートレンチ部、３２・・・ダミー絶縁膜、３４・・・ダミー導電部、３８・・・層間絶縁膜、４０・・・ゲートトレンチ部、４２・・・ゲート絶縁膜、４４・・・ゲート導電部、４８・・・ゲートランナー、４９・・・コンタクトホール、５０・・・ゲート金属層、５２・・・エミッタ電極、５４・・・コンタクトホール、５６・・・コンタクトホール、７０・・・トランジスタ部、８０・・・ダイオード部、８２・・・カソード領域、８４・・・フローティング領域、８５・・・開口領域、８６・・・ダミー領域、８７・・・ホール高濃度領域、８８・・・ライフタイムキラー、８９・・・結晶欠陥層、９０・・・境界部、９１、９２、９３、９４・・・波形、９５・・・メサ部、９５−１・・・メサ部、９５−２・・・メサ部、９５−３・・・メサ部、１００・・・半導体装置、１５０・・・半導体装置、２００・・・半導体装置、３００・・・半導体装置、３５０・・・半導体装置
【図１】
2019016765.tif 000003
【図２ａ】
2019016765.tif 000004
【図２ｂ】
2019016765.tif 000005
【図２ｃ】
2019016765.tif 000006
【図２ｄ】
2019016765.tif 000007
【図２ｅ】
2019016765.tif 000008
【図２ｆ】
2019016765.tif 000009
【図２ｇ】
2019016765.tif 000010
【図３】
2019016765.tif 000011
【図４】
2019016765.tif 000012
【図５】
2019016765.tif 000013
【図６】
2019016765.tif 000014
【図７ａ】
2019016765.tif 000015
【図７ｂ】
2019016765.tif 000016
【図８】
2019016765.tif 000017
【図９】
2019016765.tif 000018
【図１０】
2019016765.tif 000019
【図１１】
2019016765.tif 000020
【図１２】
2019016765.tif 000021
【図１３】
2019016765.tif 000022
【図１４】
2019016765.tif 000023
【図１５】
2019016765.tif 000024
【図１６】
2019016765.tif 000025
【図１７】
2019016765.tif 000026
【図１８】
2019016765.tif 000027
【図１９】
2019016765.tif 000028
【図２０】
2019016765.tif 000029
【図２１ａ】
2019016765.tif 000030
【図２１ｂ】
2019016765.tif 000031
【図２１ｃ】
2019016765.tif 000032
【図２２】
2019016765.tif 000033
【図２３ａ】
2019016765.tif 000034
【図２３ｂ】
2019016765.tif 000035
【図２３ｃ】
2019016765.tif 000036
【図２４】
2019016765.tif 000037
【図２５】
2019016765.tif 000038
【図２６】
2019016765.tif 000039
【図２７ａ】
2019016765.tif 000040
【図２７ｂ】
2019016765.tif 000041
【図２７ｃ】
2019016765.tif 000042
【図２７ｄ】
2019016765.tif 000043
【図２７ｅ】
2019016765.tif 000044
【図２８ａ】
2019016765.tif 000045
【図２８ｂ】
2019016765.tif 000046
【図２８ｃ】
2019016765.tif 000047
【図２８ｄ】
2019016765.tif 000048
【図２８ｅ】
2019016765.tif 000049
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月29日(2017.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
【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ｄ−ｄ'断面の一例を示す図である。
【図２ｂ】図１におけるｄ−ｄ'断面の他の一例を示す図である。
【図２ｃ】図１におけるｄ−ｄ'断面の他の一例を示す図である。
【図２ｄ】図１におけるｄ−ｄ'断面の他の一例を示す図である。
【図２ｅ】図２ｄにおけるｎ−ｎ'断面における結晶欠陥層８９の濃度分布を示す図である。
【図２ｆ】本発明の実施形態に係る半導体装置１５０の断面の一例を示す図である。
【図２ｇ】本発明の実施形態に係る半導体装置１５０の断面の他の一例を示す図である。
【図３】図２ａのｅ−ｅ'断面およびｆ−ｆ'断面におけるドーピング濃度分布の一例を示す図である。
【図４】ターンオン時におけるコレクタ電流Ｉｃの波形例を示す図である。
【図５】図２ａのｅ−ｅ'断面およびｆ−ｆ'断面におけるドーピング濃度分布の他の例を示す図である。
【図６】第１の蓄積領域１６−１、第２の蓄積領域１６−２および第３の蓄積領域１６−３を備える半導体装置１００におけるターンオン時の電子電流および変位電流を示す図である。
【図７ａ】図１におけるｄ−ｄ'断面の他の例を示す図である。
【図７ｂ】図７ａにおけるｅ−ｅ'断面、ｆ−ｆ'断面およびｇ−ｇ'断面におけるドーピング濃度分布の一例を示す図である。
【図８】図１におけるｄ−ｄ'断面の他の例を示す図である。
【図９】フローティング領域８４の配置例を説明する断面図である。
【図１０】ダイオード部８０におけるフローティング領域８４の配置例を示す上面図である。
【図１１】ダイオード部８０におけるフローティング領域８４の配置例を示す上面図である。
【図１２】ダイオード部８０におけるフローティング領域８４の他の配置例を示す上面図である。
【図１３】図１におけるｄ−ｄ'断面の他の例を示す図である。
【図１４】図１におけるｄ−ｄ'断面の他の例を示す図である。
【図１５】ライフタイムキラー８８の他の配置例を示す図である。
【図１６】ダイオード部８０の構成の一例を示す図である。
【図１７】ダイオード部８０の構成の他の例を示す図である。
【図１８】半導体装置１００の他の例を示す図である。
【図１９】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２０】図１９におけるｄ−ｄ'断面の一例を示す図である。
【図２１ａ】本発明の他の実施形態に係る半導体装置３００の上面を部分的に示す図である。
【図２１ｂ】図２１ａにおけるｓ−ｓ'断面の一例を示す図である。
【図２１ｃ】図２１ａにおけるｔ−ｔ'断面の一例を示す図である。
【図２２】比較例の半導体装置３５０の断面図である。
【図２３ａ】本発明の他の実施形態に係る半導体装置３００の上面を部分的に示す図である。
【図２３ｂ】図２３ａにおけるｕ−ｕ'断面の一例を示す図である。
【図２３ｃ】図２３ａにおけるｖ−ｖ'断面の一例を示す図である。
【図２４】本発明の他の実施形態に係る半導体装置３００の上面を部分的に示す図である。
【図２５】本発明の他の実施形態に係る半導体装置３００の上面を部分的に示す図である。
【図２６】本発明の実施形態に係る半導体チップ１２０の一例を示す図である。
【図２７ａ】図２６における領域Ａの拡大図である。
【図２７ｂ】図２７ａにおける領域Ｂ１の拡大図である。
【図２７ｃ】図２７ｂにおける領域Ｂ２の拡大図である。
【図２７ｄ】図２７ｂにおけるｈ−ｈ'断面の一例を示す図である。
【図２７ｅ】図２７ｂにおけるｊ−ｊ'断面の一例を示す図である。
【図２８ａ】図２６における領域Ａの他の拡大図である。
【図２８ｂ】図２８ａにおける領域Ｃ１の拡大図である。
【図２８ｃ】図２８ｂにおける領域Ｃ２の拡大図である。
【図２８ｄ】図２８ｂにおけるｋ−ｋ'断面の一例を示す図である。
【図２８ｅ】図２８ｂにおけるｍ−ｍ'断面の一例を示す図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
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構造部を有してよい。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。エッジ終端構造部は、半導体基板の上面側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部は、例えばガードリング、フィールドプレート、リサーフまたはこれらを組み合わせた構造を有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
各トレンチ部に挟まれたメサ部には、ベース領域１４が形成される。ベース領域１４は、ウェル領域１１よりもドーピング濃度の低い第２導電型である。本例のベース領域１４はＰ−型である。メサ部とは、隣り合う２つのトレンチ部に挟まれた半導体基板の部分であって、半導体基板の上面から、各トレンチ部の最も深い底部の深さまでの部分であってよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
なお、境界部９０のメサ部９５のうち、ダイオード部８０に隣接するメサ部９５とトランジスタ部７０に隣接するメサ部９５とに挟まれるメサ部９５には、ダイオード部８０に隣接するメサ部９５に設けられる高濃度領域１７の個数よりも多い個数の高濃度領域１７が設けられてよく、少ない個数の高濃度領域１７が設けられてもよく、高濃度領域１７が設けられなくてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
本例のトランジスタ部７０の各メサ部９５は、複数の蓄積領域１６を有する。図３の例では、トランジスタ部７０は、第１の蓄積領域１６−１、第２の蓄積領域１６−２、および、第３の蓄積領域１６−３を有する。第１の蓄積領域１６−１のドーピング濃度をＤ１、第２の蓄積領域１６−２のドーピング濃度をＤ２、第３の蓄積領域１６−３のドーピング濃度をＤ３とする。ドーピング濃度の値は、ピーク値を用いてよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１３】
幅Ｗｈは、トランジスタ部７０においては、Ｘ軸方向負側のウェル領域１１の端部に接し且つ半導体基板１０の上面２１に露出して形成されるベース領域１４のウェル領域１１に接する端部から、半導体基板１０の上面２１に露出して形成されるコンタクト領域１５およびエミッタ領域１２を経て、Ｘ軸方向正側のウェル領域１１の端部に接し且つ半導体基板１０の上面２１に露出して形成されるベース領域１４のウェル領域１１に接する端部までの幅である。幅Ｗｈは、ダイオード部８０においては、Ｘ軸方向負側のウェル領域１１の端部に接し且つ半導体基板１０の上面２１に露出して形成されるベース領域１４のウェル領域１１に接する端部から、半導体基板１０の上面２１に露出して形成されるコンタクト領域１５およびベース領域１４を経て、Ｘ軸方向正側のウェル領域１１の端部に接し且つ半導体基板１０の上面２１に露出して形成されるベース領域１４のウェル領域１１に接する端部までの幅である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２３８】
図２７ｄは、図２７ｂにおけるｈ−ｈ'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置３００は、ダイオード部８０において、カソード領域８２の上方に設けられたバッファ領域２０内に、フローティング領域８４が設けられる。フローティング領域８４は、ｈ−ｈ'断面において、Ｙ軸方向に２つ設けられる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２４５】
図２７ｅは、図２７ｂにおけるｊ−ｊ'断面の一例を示す図である。ｊ−ｊ'断面は、図２７ｄにおけるＪ''―Ｊ'''線を通るＸＺ平面である。本例の半導体装置３００は、ダイオード部８０において、カソード領域８２の上方に設けられたバッファ領域２０内に、フローティング領域８４が設けられる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２６０】
図２８ｄは、図２８ｂにおけるｋ−ｋ'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置３００は、ダイオード部８０において、カソード領域８２の上方に設けられたバッファ領域２０内に、フローティング領域８４が設けられる。フローティング領域８４は、ｋ−ｋ'断面において、フローティング領域８４がＹ軸方向正側から負側に渡って連続的に設けられる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２６１】
本例においては、図２８ｄに示す通り、図２７ｄの例と同様に、境界位置Ｐ１および境界位置Ｐ２、並びに境界位置Ｐ１'および境界位置Ｐ２'が存在する。本例においては、フローティング領域８４が、端部位置Ｐ２から端部位置Ｐ２'にわたり連続的に設けられるので、開口領域８５は存在しない。また、幅Ｗｃｆ２は、図２７ｄの例と同様に、端部位置Ｐ１から端部位置Ｐ２までの距離である。また、幅Ｗｃｆ２は、端部位置Ｐ１'から端部位置Ｐ２'までの距離である。フローティング領域８４のＺ軸方向の幅Ｗｄは、図２７ｃと同様に、幅Ｗｃｆ２より小さくてよい。幅Ｗｄは、幅Ｗｃｆ２の０．０５倍以上０．５倍以下であってよい。一例として、幅Ｗｄは０．５μｍであってよい。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２６２】
図２８ｅは、図２８ｂにおけるｍ−ｍ'断面の一例を示す図である。ｍ−ｍ'断面は、図２８ｄにおけるｍ''―ｍ'''線を通るＸＺ平面である。本例の半導体装置３００は、ダイオード部８０において、カソード領域８２の上方に設けられたバッファ領域２０内に、フローティング領域８４が設けられる。