(57)【要約】【課題】ＩＧＢＴ又はＩＧＢＴと類似の動作をする半導体装置のラッチアップ耐量の向上及び低オン電圧化を図る。【解決手段】半導体装置１Ａは、第１導電型のドリフト層３と、ドリフト層３上において互いに隣り合うトレンチ４で挟まれたメサ領域５と、トレンチ４のそれぞれの内部にゲート絶縁膜６を介して設けられたゲート電極８と、メサ領域５に設けられた第２導電型のベース領域９と、ベース領域９の表層部に、トレンチ４の長手方向に沿って周期的に複数個配置された第１導電型のエミッタ領域１１と、エミッタ領域１１のそれぞれを挟むように長手方向に沿って交互に配置され、エミッタ領域１１よりも深く形成され、かつエミッタ領域１１の直下に廻り込んで互いに離間した第２導電型のコンタクト領域１２と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層上において、互いに隣り合うトレンチで挟まれたメサ領域と、
前記トレンチのそれぞれの内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記メサ領域に設けられた第２導電型のベース領域と、
前記ベース領域の表層部に、前記トレンチの長手方向に沿って周期的に複数個配置された第１導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域のそれぞれを挟むように前記長手方向に沿って交互に配置され、前記エミッタ領域よりも深く形成され、かつ前記エミッタ領域の直下に廻り込んで互いに離間した第２導電型のコンタクト領域であって、前記コンタクト領域の表面に定義される前記長手方向に測ったコンタクト領域接触幅が、前記エミッタ領域の表面に定義される前記長手方向に測ったエミッタ領域接触幅よりも狭い前記コンタクト領域と、
を備え、
前記コンタクト領域と前記ベース領域との界面の前記長手方向に測った実効コンタクト領域幅は、前記エミッタ領域と前記ベース領域とのｐｎ接合界面の前記長手方向に測ったエミッタ注入幅よりも広いことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記コンタクト領域の深さが、前記エミッタ領域の深さから０．５μｍ以上、２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記エミッタ注入幅の半分の長さは、前記エミッタ領域と前記コンタクト領域とのｐｎ接合界面の沿面距離よりも短いことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記エミッタ領域及び前記コンタクト領域は、隣り合う前記トレンチを繋ぐようにして設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記エミッタ領域は前記コンタクト領域よりも高不純物濃度であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記エミッタ領域及び前記コンタクト領域を覆うようにして設けられた層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通するコンタクト孔の内壁と前記コンタクト孔の底部に露出した前記エミッタ領域及び前記コンタクト領域の各々の表面に設けられたバリアメタル膜と、
前記コンタクト孔の内部に前記バリアメタル膜を介して設けられたコンタクトプラグと、
前記層間絶縁膜上に前記コンタクトプラグと接続して設けられたエミッタ電極と、
を更に備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記コンタクト孔は、前記長手方向に沿ってストライプ状に延伸していることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記バリアメタル膜の上縁部は、前記コンタクト孔の上縁部よりも一段低くなっていることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記コンタクトプラグの表面は凹形状になっていることを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記バリアメタル膜は、チタン膜及びチタンナイトライド膜を含む複合膜で形成され、
前記コンタクトプラグは、タングステン膜で形成されていることを特徴とする請求項６〜９の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記ドリフト層上において、互いに隣り合う前記トレンチで挟まれたダイオード用メサ領域と、
前記ダイオード用メサ領域の表層部に設けられた第２導電型のアノード領域と、
前記ドリフト層の表層部とは反対側の裏面に、前記ダイオード用メサ領域と対向して設けられた第１導電型のカソード領域と、
を更に備えることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記ゲート絶縁膜は、少なくとも前記エミッタ領域直下の前記ベース領域を挟む位置の前記トレンチの側壁に設けられた第１の部分と、前記第１の部分よりも厚い膜厚で形成され、かつ少なくとも前記コンタクト領域直下の前記ベース領域を挟む位置の前記トレンチの側壁に設けられた第２の部分とを有することを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第１の部分は、前記エミッタ領域直下の前記ベース領域と前記ゲート電極との間から、前記コンタクト領域直下の前記ベース領域と前記ゲート電極との間に亘って設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第２の部分は、前記コンタクト領域直下の前記ベース領域と前記ゲート電極との間から、前記エミッタ領域直下の前記ベース領域と前記ゲート電極との間に亘って設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記第１の部分は、前記エミッタ領域直下の前記ベース領域と前記ゲート電極との間から、前記エミッタ領域と前記ゲート電極との間に亘って設けられていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記第２の部分は、前記コンタクト領域直下の前記ベース領域と前記ゲート電極との間から、前記コンタクト領域と前記ゲート電極との間に亘って設けられていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記ゲート絶縁膜は、前記第１の部分よりも厚い膜厚で前記トレンチの底部に設けられた第３の部分を更に有することを特徴とする請求項１２〜１６の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記第１の部分は熱酸化膜で形成され、前記第２及び第３の部分は堆積膜で形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記エミッタ領域の直下に設けられ前記コンタクト領域より高濃度の第２導電型の低抵抗化層を更に備えることを特徴とする請求項１〜１８の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記ゲート絶縁膜は、前記低抵抗化層に接する部分の厚みが他の部分より薄いことを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置。
【請求項２１】
第１導電型の半導体基板の表層部に第２導電型のベース領域を形成する工程と、
前記ベース領域の表層部の周期的な複数の領域に、第２導電型を呈する第１不純物イオンを選択的に一方向に沿って注入する工程と、
前記複数の領域の配列パターンの間隔よりも間隔が広く前記複数の領域の配列と同一配列ピッチのパターンで、かつ前記第１不純物イオンよりも低い加速エネルギで、前記第１不純物イオンが注入された前記複数の領域の間の前記ベース領域の表層部に、第１導電型を呈する第２不純物イオンを前記一方向に沿って選択的に注入する工程と、
前記第１不純物イオンが注入された領域で第２導電型のコンタクト領域が形成され、かつ前記第２不純物イオンが注入された領域で第１導電型のエミッタ領域が形成されるように前記第１及び第２不純物イオンを活性化する工程と、
を含み、
前記活性化する工程は、前記コンタクト領域と前記ベース領域との界面の前記一方向に測った実効コンタクト領域幅が、前記エミッタ領域と前記ベース領域とのｐｎ接合界面の前記一方向に測ったエミッタ注入幅よりも広いように熱処理を施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記活性化する工程は、前記コンタクト領域の表面に定義される前記一方向に測ったコンタクト領域接触幅が、前記エミッタ領域の表面に定義される前記一方向に測ったエミッタ領域接触幅よりも狭いように熱処理を施すことを特徴とする請求項２１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記活性化する工程は、前記コンタクト領域が前記エミッタ領域よりも深く、かつ前記エミッタ領域の直下に廻り込むように熱処理を施すことを含むことを特徴とする請求項２１又は２２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記第２不純物イオンの注入は、前記第１不純物イオンよりも高いドーズ量で行うことを特徴とする請求項２１〜２３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
半導体基板の主面にトレンチを形成すると共に、前記トレンチで挟まれたメサ領域を形成する工程と、
前記メサ領域を含む前記半導体基板の主面上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を貫通するようにコンタクト孔を開孔する工程と、
前記コンタクト孔の内部を含む前記層間絶縁膜上にバリアメタル膜を形成する工程と、
前記コンタクト孔の内部を埋め尽くすように前記バリアメタル膜上にプラグ材を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上の前記プラグ材及び前記バリアメタル膜を選択的に除去して、前記コンタクト孔の内部に前記プラグ材からなるコンタクトプラグを埋め込む工程と、
前記半導体基板の主面側の上方から前記半導体基板の主面に向って荷電粒子を照射してライフタイム制御を行う工程と、
前記半導体基板に水素アニールを施す工程と、
を含むことを特徴とする請求項２１〜２４の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
半導体基板の主面にトレンチを形成すると共に、前記トレンチで挟まれたメサ領域を形成する工程と、
前記メサ領域の側壁に前記メサ領域の長手方向に沿って周期的に前記メサ領域の側壁が露出するパターンとなるように堆積膜を形成する工程と、
前記半導体基板に熱酸化処理を施し、前記メサ領域の長手方向において隣り合う前記堆積膜の間の前記側壁の前記露出した箇所に前記堆積膜よりも膜厚が薄い熱酸化膜を形成することにより、前記堆積膜及び前記熱酸化膜を有するゲート絶縁膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
第１導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層上において、互いに隣り合うトレンチで挟まれたメサ領域と、
前記トレンチのそれぞれの内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記メサ領域に設けられた第２導電型のベース領域と、
前記ベース領域の表層部に、前記トレンチの長手方向に沿って周期的に複数個配置された第１導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域のそれぞれを挟むように前記長手方向に沿って交互に配置され、前記エミッタ領域よりも深く形成され、かつ前記エミッタ領域の直下に廻り込んで互いに離間した第２導電型のコンタクト領域であって、前記コンタクト領域の表面に定義される前記長手方向に測ったコンタクト領域接触幅が、前記エミッタ領域の表面に定義される前記長手方向に測ったエミッタ領域接触幅よりも狭い前記コンタクト領域と、
を備え、
前記ゲート絶縁膜は、少なくとも前記エミッタ領域直下の前記ベース領域を挟む位置の前記トレンチの側壁に設けられた第１の部分と、前記第１の部分よりも厚い膜厚で形成され、かつ少なくとも前記コンタクト領域直下の前記ベース領域を挟む位置の前記トレンチの側壁に設けられた第２の部分とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２８】
第１導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層上において、互いに隣り合うトレンチで挟まれたメサ領域と、
前記トレンチのそれぞれの内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記メサ領域に設けられた第２導電型のベース領域と、
前記ベース領域の表層部に、前記トレンチの長手方向に沿って周期的に複数個配置された第１導電型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域のそれぞれを挟むように前記長手方向に沿って交互に配置され、前記エミッタ領域よりも深く形成され、かつ前記エミッタ領域の直下に廻り込んで互いに離間した第２導電型のコンタクト領域であって、前記コンタクト領域の表面に定義される前記長手方向に測ったコンタクト領域接触幅が、前記エミッタ領域の表面に定義される前記長手方向に測ったエミッタ領域接触幅よりも狭い前記コンタクト領域と、
を備え、
前記エミッタ領域の直下に設けられ前記コンタクト領域より高濃度の第２導電型の低抵抗化層を更に備えることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、トレンチ構造のＩＧＢＴなどに関係した半導体装置及びその製造方法に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の主面にトレンチを設け、このトレンチの内部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を埋設したトレンチ構造の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴと称する。）が知られている。トレンチ構造のＩＧＢＴは、プレーナ構造のＩＧＢＴと比較して、チャネル密度を大きくすることができ、オン電圧を低くすることができることから、近年適用分野が増えつつある。
またトレンチ構造のＩＧＢＴとして、互いに隣り合うトレンチで挟まれた島領域に、この島領域の長手方向に沿ってｎ型エミッタ領域及びｐ型コンタクト領域を交互に配置したＩＧＢＴがある。このＩＧＢＴにおいては、ｎ型エミッタ領域とｐ型ベース領域とのｐｎ接合界面の島領域長手方向に測ったエミッタ注入幅を狭くしてゲート幅を狭くすることで、寄生サイリスタに対するラッチアップ耐量を向上させることができる。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示された縦型トレンチＩＧＢＴでは、島領域長手方向に定義されるｎ型エミッタ領域の表面の幅（エミッタ領域接触幅）にエミッタ注入幅が相対的に依存する。このため、エミッタ注入幅を狭くしてゲート幅を狭くすると、ｎ型エミッタ領域の表面積が縮小し、このｎ型エミッタ領域に電気的に接続されるエミッタ電極とのコンタクト抵抗が増加するので、オン電圧が高くなるという問題があった。
特に、トレンチ構造のＩＧＢＴでは、高電流密度化を図るために、島領域の幅を狭くして島領域の数を多くする傾向にある。そのため、島領域の幅を狭くすることでｎ型エミッタ領域の表面積が縮小し、エミッタ電極とのコンタクト抵抗が増加するので、島領域の微細化を図る上でもエミッタ領域の表面積はできるだけ確保する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１８７４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、個別デバイス又はパワーＩＣに用いられるＩＧＢＴ又はＩＧＢＴと類似な動作をする半導体装置のラッチアップ耐量の向上及び低オン電圧化を図ることが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る半導体装置は、第１導電型のドリフト層と、ドリフト層上において、互いに隣り合うトレンチで挟まれたメサ領域と、トレンチのそれぞれの内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、メサ領域に設けられた第２導電型のベース領域と、ベース領域の表層部に、トレンチの長手方向に沿って周期的に複数個配置された第１導電型のエミッタ領域と、エミッタ領域のそれぞれを挟むように長手方向に沿って交互に配置され、エミッタ領域よりも深く形成され、かつエミッタ領域の直下に廻り込んで互いに離間した第２導電型のコンタクト領域であって、コンタクト領域の表面に定義される長手方向に測ったコンタクト領域接触幅が、エミッタ領域の表面 に定義される長手方向に測ったエミッタ領域接触幅よりも狭いコンタクト領域と、を備えることを要旨とする。
【０００７】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板の表層部に第２導電型のベース領域を形成する工程と、ベース領域の表層部の周期的な複数の領域に、第２導電型を呈する第１不純物イオンを選択的に一方向に沿って注入する工程と、複数の領域の配列パターンの間隔よりも間隔が広く複数の領域の配列と同一配列ピッチのパターンで、かつ第１不純物イオンよりも低い加速エネルギで、第１不純物イオンが注入された複数の領域の間のベース領域の表層部に、第１導電型を呈する第２不純物イオンを一方向に沿って選択的に注入する工程と、第１不純物イオンが注入された領域で第２導電型のコンタクト領域が形成され、かつ第２不純物イオンが注入された領域で第１導電型のエミッタ領域が形成されるように第１及び第２不純物イオンを活性化する工程と、を含むことを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＩＧＢＴ又はＩＧＢＴと類似な動作をする半導体装置のラッチアップ耐量の向上及び低オン電圧化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の要部平面図である。
【図２】図１のIIａ−IIａ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
【図３】図１のIIｂ−IIｂ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
【図４】図１のIIｃ−IIｃ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
【図５】図４の一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図６】図４の一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図７】図２の一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（不純物導入用マスクの平面パターンを示す要部平面図）である。
【図１３】図１２のIIIａ−IIIａ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
【図１４】図１２のIIIｂ−IIIｂ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（不純物導入用マスクの平面パターンを示す要部平面図）である。
【図１６】図１５のIVａ−IVａ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
【図１７】図１５のIVｂ−IVｂ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
【図１８】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図１９】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図１のIIｂ−IIｂ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図２０】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図１のIIｃ−IIｃ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図２１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図２２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図２３】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図２４】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図２５】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図２６】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図２７】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図２８】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。
【図２９】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の要部平面図である。
【図３０】図２９のVａ−Vａ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
【図３１】図２９のVｂ−Vｂ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
【図３２】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の要部平面図である。
【図３３】図３２のVIａ−VIａ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
【図３４】図３２のVIｂ−VIｂ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
【図３５】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図３２のVIａ−VIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図３６】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図３２のVIａ−VIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図３７】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（エッチング用マスクの平面パターンを示す要部平面図）である。
【図３８】図３７のVIIａ−VIIａ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
【図３９】図３７のVIIｂ−VIIｂ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
【図４０】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図３２のVIａ−VIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図４１】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図３２のVIａ−VIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図４２】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図３２のVIａ−VIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図４３】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図３２のVIａ−VIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図４４】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図（図３２のVIａ−VIａ線に対応する位置での要部断面図）である。
【図４５】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の変形例を示す要部平面図である。
【図４６】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。
【図４７】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。
【図４８】図４７中のＡ部分の拡大図である。
【図４９】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図５０】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図５１】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図５２】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図５３】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図５４】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図５５】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図５６】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図５７】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図５８】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図５９】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図６０】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の変形例の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態乃至第４の実施形態に係る半導体装置を説明する。以下の第１乃至第４の実施形態の説明では、第１導電型がｎ型、第２導電型がｐ型の場合について例示的に説明するが、導電型を逆の関係に選択して、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型としても構わない。また、本明細書及び添付図面においては、ｎ又はｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子又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＋や−は、＋及び−が付記されていない半導体領域に比してそれぞれ相対的に不純物濃度が高い又は低い半導体領域であることを意味する。
【００１１】
なお、以下の第１乃至第４の実施形態の説明及び添付図面において、同様の構成には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、第１乃至第４の実施形態で説明される添付図面は、見易く又は理解し易くするために正確なスケール、寸法比で描かれていない。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する第１乃至第４の実施形態の記載に限定されるものではない。
【００１２】
また、以下の一実施形態では、同一平面内で互いに直交する第１及び第２方向をそれぞれＸ方向及びＹ方向と呼ぶ。図１、図１２、図１３、図１５、図２９、図３２、図３７、図４５では、水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向と定義している。
また図２、図３、図７乃至図１１、図１３、図１６乃至図１９、図２１乃至図２７、図３０、図３１、図３３乃至図３６、図３８乃至図４４、図４７乃至図６０では、水平方向をＸ方向と定義している。図４乃至図６、図１４、図１７、図２０、図４６では、水平方向をＹ方向と定義している。
なお、図５及び図６においては、図面を見易くするため、断面を表すハッチングを省略している。
【００１３】
（第１の実施形態）
＜第１の実施形態に係る半導体装置の構造＞
本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１Ａとしては、図１乃至図４に示すように、半導体基板の一部をドリフト層３として構成したトレンチ構造のＩＧＢＴを例示的に説明する。
図１に示すように、ドリフト層３を内部に含む半導体基板の主面内には互いに直交するＸ方向及びＹ方向が定義され、図２に示すように、Ｘ方向に互いに隣り合うトレンチ４でメサ領域５がそれぞれ区画される。図１から分かるように、トレンチ４及びメサ領域５の各々は、Ｘ方向に沿って複数個周期的に配置され、かつＹ方向に沿ってストライプ状に平行に延伸する平面パターンを構成している。
トレンチ構造のバイポーラトランジスタは、微細パターンのトランジスタセル２を電気的に複数個並列に接続している。これにより、大電流を得るマルチセル構造になっている。図１乃至図３は、これに限定されないが、第１の実施形態に係る半導体装置１Ａの一部としてトランジスタセル２及びメサ領域５がそれぞれ３つ配列された部分を例示的に示している。
【００１４】
図２に示すように、ドリフト層３の上に、Ｘ方向において互いに隣り合うトレンチ４が複数本掘られている。この複数本のトレンチ４のうちそれぞれ対向する１対のトレンチ４に挟まれて区画された領域を、メサ領域５と定義する。複数のトレンチ４のそれぞれの内壁は、内壁に沿ってゲート絶縁膜６が設けられる。
このゲート絶縁膜６を介して、ゲート電極８がトレンチ４の内部のそれぞれに設けられている。また、図１乃至図３から分かるように、トランジスタセル２のそれぞれには、メサ領域５の表層部に設けられた第２導電型（ｐ型）のベース領域９を備える。
また、このベース領域９の表層部には、Ｙ方向に沿って周期的に複数個配置された第１導電型（ｎ+型）のエミッタ領域１１を備える。また、エミッタ領域１１のそれぞれを挟むように、第２導電型（ｐ+型）のコンタクト領域１２を備えている。
【００１５】
エミッタ領域１１及びコンタクト領域１２はＹ方向に沿って交互に複数個配置されている。さらにコンタクト領域１２の深さは、エミッタ領域１１よりも深く形成され、かつエミッタ領域１１の直下に廻り込んで互いに離間している。
また、複数のトランジスタセル２は、共通領域として、半導体基板からなる共通のドリフト層３と、ドリフト層３の裏面に設けられた第１導電型（ｎ型）のバッファ層２１及び第２導電型（ｐ+型）のコレクタ領域２２とを備えている。
ドリフト層３は、例えば単結晶シリコンで形成されている。トレンチ４及びメサ領域５の各々は、メサ領域５の表面から深さ方向に伸びている。トレンチ４は、例えば幅１μｍ程度、深さ５μｍ〜１０μｍ程度で形成されているが、これに限定されない。また、メサ領域５は、Ｘ方向における幅が例えば０．１μｍ〜１．０μｍで、例えば０．５μｍであってもよい。
【００１６】
ゲート絶縁膜６は、例えば熱酸化法による二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成されている。ゲート絶縁膜６としては、熱酸化法の他に化学的気相堆積（ＣＶＤ）法などにより形成された堆積膜である酸化シリコン膜や窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）膜、或いはこれらのうちの複数の組み合わせである積層膜を用いることができる。
特に高耐圧が要求されるパワーデバイス（電力用半導体装置）においては緻密性に有利な熱酸化法によるＳｉＯ2膜を用いることが好ましい。
ゲート電極８には、例えば不純物が添加された多結晶シリコン膜（ドープドポリシリコン膜）が低比抵抗な導電膜として採用可能である。ベース領域９はトレンチ４の底部の深さよりも浅く形成されている。ゲート電極８に閾値以上の電圧が印加されると、エミッタ領域１１の直下であってトレンチ４の側壁に接するベース領域９には、反転層のチャネルが形成される。
【００１７】
エミッタ領域１１及びコンタクト領域１２は、互いに対向する側壁部として隣り合うトレンチ４の側壁部を繋ぐように形成される。また、エミッタ領域１１及びコンタクト領域１２は、メサ領域５のＸ方向の幅と同等の幅で設けられている。換言すればエミッタ領域１１及びコンタクト領域１２は、メサ領域５のＸ方向において互いに対向する位置にある１対のゲート絶縁膜６に亘って形成されている。
ベース領域９は、ドリフト層３よりも高不純物濃度で形成されている。エミッタ領域１１は、ベース領域９及びコンタクト領域１２よりも高不純物濃度で形成されている。コンタクト領域１２は、後述するエミッタ電極２０とベース領域９とのコンタクト抵抗を低減する目的でベース領域９よりも高不純物濃度で形成されている。
バッファ層２１は、ドリフト層３とコレクタ領域２２との間の位置に設けられている。バッファ層２１及びコレクタ領域２２は、ドリフト層３よりも高不純物濃度で形成されている。
【００１８】
ｎ-型のドリフト層３は、例えば７×１０13／ｃｍ3程度の不純物濃度で形成されている。ｐ型のベース領域９は例えば１×１０17／ｃｍ3程度で形成される。ｎ+型のエミッタ領域１１は例えば１×１０20／ｃｍ3程度、ｐ+型のコンタクト領域１２はおよそ３×１０18／ｃｍ3〜３×１０19／ｃｍ3の範囲で、例えば１×１０19／ｃｍ3程度の不純物濃度で形成されている。
また、ｎ型のバッファ層２１は例えば１×１０16／ｃｍ3程度、ｐ+型のコレクタ領域２２は例えば１×１０18／ｃｍ3程度の不純物濃度で形成することが好ましい。
【００１９】
トレンチ４及びメサ領域５の全面を覆うようにして、図２及び図３に示すように、例えばＳｉＯ2膜からなる層間絶縁膜１５が設けられている。そして、層間絶縁膜１５には、層間絶縁膜１５の表面からメサ領域５の表面に到達するように層間絶縁膜１５を貫通するコンタクト孔１６が設けられている。
コンタクト孔１６は、図１に点線で示すように、メサ領域５上をＹ方向（メサ領域５の長手方向）に沿って延在する。コンタクト孔１６は、マスクレベルでは例えばＸ方向の幅が０．５μｍ程度のストライプ状又は矩形のパターンとなるように設けられている。
【００２０】
図２及び図３に示すように、コンタクト孔１６の内部には、コンタクト孔１６の内壁と、コンタクト孔１６の底部に露出したエミッタ領域１１及びコンタクト領域１２の表面に沿って選択的に形成されたバリアメタル膜１７が設けられている。また、コンタクト孔１６の内部には、バリアメタル膜１７を介してコンタクトプラグ１９が埋設されている。
バリアメタル膜１７は、例えば下側からチタン（Ｔｉ）膜／チタンナイトライド（ＴｉＮ）膜を含む複合膜で形成されている。コンタクトプラグ１９は例えば高融点金属であるタングステン（Ｗ）膜で形成されている。バリアメタル膜１７は、コンタクトプラグ１９の金属原子がメサ領域５の半導体中に拡散するのを防止する目的で設けられている。
これは、コンタクトプラグ１９の金属原子がメサ領域５の半導体中に拡散するとメサ領域５にダメージを与え、コンタクト抵抗が増加するためである。バリアメタル膜１７は、層間絶縁膜１５の表面上には設けられておらず、コンタクト孔１６の内部に選択的に設けられている。
【００２１】
図２乃至図４に示すように、トレンチ４上及びメサ領域５上には、層間絶縁膜１５及びコンタクトプラグ１９を覆うようにしてエミッタ電極２０が設けられている。このエミッタ電極２０は、コンタクト孔１６の内部に設けられたコンタクトプラグ１９及びバリアメタル膜１７を介してエミッタ領域１１及びコンタクト領域１２の各々と電気的に接続されている。
エミッタ電極２０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜、又はアルミニウム・シリコン（Ａｌ−Ｓｉ），アルミニウム・銅（Ａｌ−Ｃｕ），アルミニウム・銅・シリコン（Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ）などのアルミ合金膜で形成されている。
【００２２】
エミッタ電極２０上には、このエミッタ電極２０を覆うようにして保護膜２３が設けられている。この保護膜２３には、図示していないが、エミッタ電極２０の一部からなるボンディングパッドと外部とを電気的に接続するためのボンディング開口などが設けられている。保護膜２３は、例えばポリイミド系の絶縁樹脂で形成されている。
コレクタ領域２２にはコレクタ電極２４が電気的に低い接触抵抗をなすように、かつ金属学的に接続されている。コレクタ電極２４は、例えば金（Ａｕ）膜を最表層とする複数の金属（Ａｌ、Ｎｉ等）を含む複合層で形成されている。
【００２３】
＜第１の実施形態に係る半導体装置の動作＞
次に、第１の実施形態に係る半導体装置の動作について、図２及び図３を用いて説明する。
エミッタ電極２０に第１の基準電位（例えば０Ｖ）を印加し、コレクタ電極２４に第１の基準電位よりも高い第２の基準電位（例えば６５０Ｖ）を印加した状態で、ゲート電極８の電圧が閾値よりも低い電圧ではＩＧＢＴはオフ状態である。
次に、ＩＧＢＴのエミッタ電極２０とコレクタ電極２４の電位差を０Ｖとする。図示しないゲート駆動回路よりゲート抵抗を介して閾値より高い電圧をゲート電極８に印加すると、ｐ型のベース領域９のうち、ゲート絶縁膜６を介してゲート電極８と対向している部分にｎ型の反転層が形成される。この反転層がチャネルとなる。
【００２４】
続いて、コレクタ領域２２とバッファ層２１とのｐｎ接合のビルトイン電圧（約０．８Ｖ）よりも高い電圧を、コレクタ電極２４が正バイアスとなるように印加する。電子がエミッタ電極２０からｎ+型のエミッタ領域１１、ｐ型のベース領域９のチャネルを通り、ｎ-型のドリフト層３を経由して、コレクタ領域２２に注入される。
さらにコレクタ領域２２からバッファ層２１を介してドリフト層３に正孔が注入される。これにより、ＩＧＢＴはオン状態となる。このオン状態において、エミッタ電極２０とコレクタ電極２４との間の電圧降下がＩＧＢＴのオン電圧である。
ＩＧＢＴをオン状態からオフ状態にするには、エミッタ電極２０とゲート電極８との間の電圧を閾値以下にすることによって、ゲート電極８に蓄積されていた電荷はゲート抵抗を介してゲート駆動回路へ放電される。
その際、ｎ型に反転していたチャネルがｐ型に戻り、チャネルが無くなることにより電子の供給がなされなくなり、ＩＧＢＴがオフ状態になる。
【００２５】
＜エミッタ領域及びコレクタ領域の具体的な構成＞
次に、エミッタ領域１１及びコンタクト領域１２について説明する。
図５に示すように、ｎ+型のエミッタ領域１１とｐ+型のコンタクト領域１２はトレンチ４の長手方向に沿って複数個が配列され、エミッタ領域１１を挟んで互いに隣り合うコンタクト領域１２は、エミッタ領域１１よりも深く形成されている。
そして、コンタクト領域１２は、エミッタ領域１１の直下に廻り込んで互いに離間している。コンタクト領域１２の深さｄbcは例えば１．５μｍ程度、エミッタ領域１１の深さｄeは例えば０．５μｍ程度になっている。
【００２６】
図５に示すように、コンタクト領域１２の表面のＹ方向（トレンチ４又はメサ領域５の長手方向）に測った長さであるコンタクト領域接触幅Ｗbcは、エミッタ領域１１の表面のＹ方向に測った長さであるエミッタ領域接触幅Ｗeよりも狭くなっている。コンタクト領域１２とエミッタ領域１１は、エミッタ電極２０にコンタクトプラグ１９及びバリアメタル膜１７を介して接触する。
また、ｐ+型のコンタクト領域１２とｐ型のベース領域９とが接するコンタクト・ベース間界面１２ｐのＹ方向に測った、コンタクト・ベース間界面１２ｐのＹ方向の両端を結ぶ直線上の距離を「実効コンタクト領域幅Ｗeff」と定義する。また、ｎ+型のエミッタ領域１１とｐ型のベース領域９とが接するエミッタ・ベース間ｐｎ接合界面１１ｎ１のＹ方向に測った、エミッタ・ベース間ｐｎ接合界面１１ｎ１のＹ方向の両端を結ぶ直線上の距離を「エミッタ注入幅Ｗinj」と定義する。
実効コンタクト領域幅Ｗeffは、エミッタ注入幅Ｗinjよりも広くなっている。第１の実施形態では、以下の値に限定されないが、例えば、コンタクト領域接触幅Ｗbcは２μｍ程度、エミッタ領域接触幅Ｗeは３μｍ程度になっている。
コンタクト領域接触幅Ｗbcはコンタクト領域１２の表面の長さであり、エミッタ領域接触幅Ｗeはエミッタ領域１１の表面の長さである。また、実効コンタクト領域幅Ｗeffは４μｍ程度、エミッタ注入幅Ｗinjは１μｍ程度になっている。
【００２７】
図６に示すように、エミッタ注入幅Ｗinjの半分の長さＡは、エミッタ領域１１とコンタクト領域１２とが接するエミッタ・コンタクト間ｐｎ接合界面１１ｎ２のＹ方向に沿う断面図上での曲線に沿った沿面距離ｄcrpよりも短くなっている。
第１の実施形態に係る半導体装置１Ａは、図１乃至図４に示すように、ｎ+型のエミッタ領域１１とｐ+型のコンタクト領域１２とがＹ方向に沿って交互に配置された構造になっている。このような構造では、図５を参照すれば、エミッタ注入幅Ｗinjを狭くしてエミッタ領域１１直下のゲート幅を狭くすることで、寄生サイリスタに対するラッチアップ耐量を向上させることができる。
また、エミッタ領域接触幅Ｗeを広くしてエミッタ領域１１の表面積を大きくすることで、低オン抵抗化を図ることができる。
【００２８】
第１の実施形態に係る半導体装置１Ａは、図４乃至図６に示したように、エミッタ領域１１を挟んで互いに隣り合うコンタクト領域１２が、エミッタ領域１１よりも深く形成される。さらに、エミッタ領域１１直下に廻り込んで互いに離間している。このため、特許文献１に開示の縦型トレンチＩＧＢＴとは異なり、エミッタ領域１１の表面のＹ方向に測ったエミッタ領域接触幅Ｗｅに、エミッタ注入幅Ｗinjが相対的に依存しない。
その結果、コンタクトプラグ１９及びバリアメタル膜１７を介してエミッタ電極２０に接触するエミッタ領域接触幅Ｗｅを狭くすることなく、エミッタ注入幅Ｗinjを狭くすることができる。逆に言えば、エミッタ注入幅Ｗinjを広くすることなく、エミッタ領域接触幅Ｗeを広くすることができる。
【００２９】
その理由は、エミッタ注入幅Ｗinjは、エミッタ領域１１の直下に廻り込んだコンタクト領域１２の離間距離で決まるため、エミッタ領域接触幅Ｗeを広くしてエミッタ領域１１自体の長さが長くなってもエミッタ注入幅Ｗinjは変わらないからである。
したがって、第１の実施形態に係る半導体装置１Ａは、エミッタ領域１１の表面におけるエミッタ領域接触幅Ｗeを狭くすることなく、エミッタ注入幅Ｗinjを狭くしてエミッタ領域１１直下の総チャネル長を短く（チャネル密度を低く）することができる。
また、エミッタ注入幅Ｗinjを広くすることなく、エミッタ領域接触幅Ｗeを広くする。これにより、トレンチ構造のＩＧＢＴのラッチアップ耐量の向上及び低オン電圧化を図ることができる。
【００３０】
なお、エミッタ領域接触幅Ｗeがコンタクト領域接触幅Ｗbcより小さい場合であってもよい。すなわち、エミッタ領域１１を、エミッタ領域１１に接する２つのコンタクト領域１２が、エミッタ領域１１の底面の直下に廻り込んで挟むようにしていればよい。
図５に示すように、ｎ+型のエミッタ領域１１及びｐ+型のコンタクト領域１２をＹ方向（トレンチ４又はメサ領域５の長手方向）に沿って交互に配置する構造では、エミッタ領域１１直下のｐ型のベース領域９がチャネルの実質的な形成領域となる。そのため、エミッタ領域接触幅Ｗe及びエミッタ注入幅Ｗinjが同じ長さのエミッタ領域１１を周期的に形成すると、エミッタ領域１１をＹ方向に沿ってストライプ状に連続的に形成する従来構造と比較してチャネル密度が低くなる傾向が生じる。そしてチャネル密度の低下に伴ってオン電圧が高くなることがある。
【００３１】
これに対し、チャネル密度を増やしてオン電圧を低くするためには、エミッタ注入幅Ｗinjを広くすればよい。しかし、このエミッタ注入幅Ｗinjを広くすると、ターンオフ時にエミッタ領域１１直下を通過する正孔による電圧降下がエミッタ領域１１とベース領域９とのｐｎ接合のビルトイン電圧を超えてラッチアップし易くなる。これは、コンタクト領域１２もエミッタ領域１１と共に交互に繰り返し配置されていることにも起因する。
すなわち、エミッタ領域１１は図２に示したように隣り合うトレンチ４を繋ぐようにして設けられているので、正孔は図５のＹ方向に進んでｐ+型のコンタクト領域１２に流れなければならない。
このため、エミッタ・ベース間ｐｎ接合界面１１ｎ１の長さであるエミッタ注入幅Ｗinjの長さ分だけ電圧降下が増加し、ラッチアップし易くなる。したがって、エミッタ領域１１及びコンタクト領域１２をＹ方向に沿って交互に配置する構造では、どうしてもエミッタ・ベース間ｐｎ接合界面１１ｎ１の長さであるエミッタ注入幅Ｗinjを所定の長さ（数μｍ）を超えて広くすることは難しい。
【００３２】
そこで第１の実施形態に係る半導体装置では、エミッタ領域接触幅Ｗeとエミッタ注入幅Ｗinjのそれぞれの長さを異ならせる。より具体的には、エミッタ領域１１の両側に接するコンタクト領域１２が、エミッタ領域１１よりも深く、かつエミッタ領域１１の底面の直下に廻りこんでエミッタ領域１１を挟み込む。
このエミッタ領域１１の底面の直下でコンタクト領域１２が挟み込む間隔（エミッタ注入幅Ｗinj）の長さが、例えば０．１μｍ〜２．０μｍで、より好ましくは０．１μｍ〜２．０μｍであってもよい。
【００３３】
一方、コンタクト領域１２自体のＹ方向の長さを単に相対的に短くしてエミッタ領域の割合（個数）を増やすことであっても、チャネル密度を増やすことができる。しかしながら、コンタクト領域１２自体のＹ方向の長さを単に相対的に短くしてエミッタ領域１１の割合（個数）を増やすと、今度は正孔の電流密度がエミッタ領域１１直下で増加する。その理由は、電子の注入が増えることで、チャネル中の電子に引き寄せられて流れてくる正孔の濃度も増加するためである。
ラッチアップは、正孔の通る箇所の抵抗成分だけでなく、正孔の電流密度でも決まる。そのため、コンタクト領域１２自体のＹ方向の長さを相対的に短くしてエミッタ領域１１の割合（個数）を増やすだけでは、チャネル密度は増やせても、やはりラッチアップし易くなる。
【００３４】
エミッタ注入幅Ｗinjを一定としたとき、上述の正孔電流密度は、実効コンタクト領域幅Ｗeffを広くすることで小さくすることができる。第１の実施形態に係る半導体装置１Ａでは、上述したように、コンタクト領域接触幅Ｗbcが、エミッタ領域接触幅Ｗeよりも狭くなっている。また、実効コンタクト領域幅Ｗeffが、エミッタ注入幅Ｗinjよりも広くなっている。
このような構成とすることにより、コンタクト領域接触幅Ｗbcよりも実効コンタクト領域幅Ｗeffを広くすることができる。このため、チャネル中の電子に引き寄せられて流れてくる正孔がポテンシャルに沿ってｐ+型のコンタクト領域１２にも流れる割合を高くすることができる。
その結果、ｎ+型のエミッタ領域１１直下の正孔電流密度は小さくなる。これにより、コンタクト領域１２の表面におけるコンタクト領域接触幅Ｗbcを相対的に狭くし、エミッタ領域接触幅Ｗeの割合を増やしてチャネル密度を増やしても、エミッタ領域１１のラッチアップ耐量を高めることができる。さらに、チャネル密度を増やすことができるので、オン電圧を低くすることができる。
【００３５】
エミッタ領域１１直下のベース領域９の比抵抗は、コンタクト領域１２よりも高い。しかしながら、第１の実施形態では、図６に示すように、エミッタ注入幅Ｗinjの半分の長さＡが、沿面距離ｄcrpよりも短くなっている。そのため、エミッタ領域１１直下のベース領域９のエミッタ注入幅Ｗinjの中心からコンタクト領域１２までの抵抗Ｒ１を小さくでき、ラッチアップ耐量の向上を図ることができる。
また、コンタクト領域１２がエミッタ領域１１よりも深く、かつエミッタ領域１１の底面直下に廻りこむように形成されているので、正孔電流Ｉholeをコンタクト領域１２側に分散することができる。これにより、エミッタ領域１１直下に溜まった正孔をコンタクト領域１２を介してエミッタ電極２０に素早く引き抜くことができる。
なお、ラッチアップ耐量は、コンタクト領域１２をエミッタ領域１１よりも深くして飽和電流値を低くすることで高めることができるが、深すぎると低下する。したがって、コンタクト領域の深さｄbcはエミッタ領域１１の深さｄeから０．５μｍ以上、２μｍ以下が好ましい。
【００３６】
また、図７に示すように、バリアメタル膜１７の上縁部１７ｄは、コンタクト孔１６の上縁部１６ｄよりも一段低くなっている。また、コンタクトプラグ１９の表面１９ａは、中央部が窪む凹面形状になっている。このように、コンタクトプラグ１９の表面１９ａを凹面形状とすることにより、このコンタクトプラグ１９と、このコンタクトプラグ１９の上層のエミッタ電極２０との接触面積を増やすことができる。
そのため、エミッタ領域１１及びコンタクト領域１２とエミッタ電極２０とのコンタクト抵抗を低くすることができる。この結果、微細化に伴ってコンタクト孔１６の幅が縮小されても、ＩＧＢＴの低オン電圧化を図ることができる。
【００３７】
＜第１の実施形態の半導体装置の製造方法＞
次に、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図８乃至図２８を用いて説明する。以下の説明では、エミッタ領域１１を形成するための不純物イオンとコンタクト領域１２を形成するための不純物イオンとをベース領域９の表層部に注入した後、これらの不純物イオンを活性化させる熱処理を一括して施す場合について説明する。しかし本発明は、このような手順に限定されるものではない。
【００３８】
（ａ）まず、ｎ-型の半導体基板３SUBを準備する。そして、図８に示すように、半導体基板３SUBの主面に複数本のトレンチ４を形成すると共に、互いに隣り合うトレンチ４で挟まれて区画されるメサ領域５を形成する。トレンチ４及びメサ領域５は、図１に示すように、例えば幅１μｍ、深さ５μｍ〜１０μｍ程度のストライプ状の平行パターンで形成する。
トレンチ４は、フォトリソグラフィ技術を用いて半導体基板３SUBの主面を例えばＲＩＥなどのドライエッチングで選択的にエッチングすることにより形成される。この結果、メサ領域５は、Ｘ方向（トレンチ４又はメサ領域５の幅方向）に沿って複数配置される。
【００３９】
（ｂ）次に、半導体基板３SUBの主面において、トレンチ４の内部に例えば熱酸化処理によりＳｉＯ2膜からなるゲート絶縁膜６を形成する。この工程において、ゲート絶縁膜６は、半導体基板３SUBの主面であってメサ領域５の上部表面にも形成され、トレンチ４の内部及びメサ領域５の上部表面に亘って連続的に形成される。
次に、図９に示すように、半導体基板３SUBの主面にトレンチ４の内部を埋め尽くすように、ゲート材７として例えば低比抵抗のドープドポリシリコン膜を形成する。ゲート材７は、例えば１μｍのトレンチ幅に対して、１μｍ程度の膜厚で形成する。
【００４０】
（ｃ）次に、ゲート材７をＲＩＥなどのドライエッチングでエッチバックすることによって、図１０に示すように、トレンチ４上及びメサ領域５上のゲート材７を選択的に除去して、トレンチ４の内部にゲート材７からなるゲート電極８を形成する。この工程において、トレンチ４の内部にゲート絶縁膜６を介してゲート電極８が選択的に埋め込まれ、半導体基板３SUBの主面側は略平坦になる。
また、この工程において、ゲート絶縁膜６に対して選択性を有するエッチングレートでゲート材７をエッチバックすることでメサ領域５上のゲート絶縁膜６はエッチングストッパとして機能し、メサ領域５の上部表面のエッチングを防止することができる。
【００４１】
（ｄ）次に、メサ領域５の上部表面のゲート絶縁膜６をウエットエッチングなどにより選択的に除去してメサ領域５の上部表面を露出させる。そして、図１１に示すように、メサ領域５の表層部にｐ型のベース領域９を形成する。このベース領域９は、ｐ型を呈する不純物イオンとして例えばボロンイオン（11Ｂ+）又は二フッ化ボロンイオン（49ＢＦ2+）を注入し、その後、注入された不純物イオンを活性化させる熱処理を施すことによって形成される。
このベース領域９は、トレンチ４よりも浅く形成する。例えば、ベース領域９は、トレンチ４の深さ５〜１０μｍに対して、２〜８μｍ程度の深さで形成する。なお、この第１の実施形態では、トレンチ４の内部にゲート電極８を形成した後にベース領域９を形成しているが、ベース領域９は、半導体基板３SUBの主面にトレンチ４を形成する前に、半導体基板３SUBの主面の表層部全面に形成してもよい。この場合、トレンチ４は、ベース領域９を突き抜けるようにして半導体基板３SUBの主面に形成される。
【００４２】
（ｅ）次に、ベース領域９の表層部の周期的な複数の領域に、ｐ型を呈する第１不純物イオンを選択的にＹ方向に沿って注入する。具体的には、まず、図１２乃至図１４に示すように、ベース領域９の表層部上にＹ方向に所定の間隔ｂ１を置いて複数の不純物導入用マスクとしての第１マスクＲＭ１を形成する。
第１マスクＲＭ１は、半導体基板３SUBの主面上の全面に感光性レジスト膜を形成し、その後、この感光性レジスト膜に感光及び現像処理などを施して所定のパターンに加工することによって形成される。第１マスクＲＭ１は、互いに隣り合うメサ領域５の間のトレンチ４を横切るようにしてＸ方向に連続的に延在するストライプ状の平行パターンで形成される。第１マスクＲＭ１は、例えば４μｍ程度の幅ａ１で形成し、Ｙ方向に沿って２μｍ程度の間隔ｂ１、６μｍ程度の配列ピッチで配列する。
【００４３】
（ｆ）そして、図１３及び図１４に示すように、Ｙ方向において互いに隣り合う第１マスクＲＭ１の間のベース領域９の表層部に第１不純物イオンとして例えばボロンイオン（11Ｂ+）を選択的に注入する。ここで、図１３は、図１２のIIIａ−IIIａ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。図１４は、図１２のIIIｂ−IIIｂ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。ボロンイオン（11Ｂ+）の注入は、例えばドーズ量が１×１０15／ｃｍ2〜１×１０16／ｃｍ2程度、加速エネルギが１２０ｋｅＶ程度の条件で行う。この工程において、ベース領域９の表層部に、第１不純物イオン（ボロンイオン（11Ｂ+））の注入領域である第１不純物イオン注入領域１２ＡがＹ方向に沿って第１マスクＲＭ１の配列ピッチＭＰ１で周期的に複数配列される。
【００４４】
（ｇ）次に、第１マスクＲＭ１を除去した後、複数の第１不純物イオン注入領域１２Ａの間のベース領域９の表層部に、ｎ型を呈する第２不純物イオンをＹ方向に沿って選択的に注入する。この注入は、複数の第１不純物イオン注入領域１２Ａの配列パターンの間隔よりも間隔が広く、複数の第１不純物イオン注入領域１２Ａと同一の配列ピッチで、かつ第１不純物イオンよりも低い加速エネルギで行う。
具体的には、まず、図１５乃至図１７に示すように、第２マスクＲＭ２を第１マスクＲＭ１と同一の配列ピッチＭＰ２で形成する。この第２マスクＲＭ２は、第１不純物イオン注入領域１２Ａ上に、隣り合う第１マスクＲＭ１の間の間隔ｂ１よりも同一方向の間隔ｂ２が広く、第１マスクＲＭ１の幅ａ１よりも同一方向の幅ａ２が狭い。
【００４５】
第２マスクＲＭ２は、上述の第１マスクＲＭ１と同様に、半導体基板３SUBの主面上の全面に形成された感光性レジスト膜を所定のパターンに加工することによって形成される。
また、第２マスクＲＭ２は、上述の第１マスクＲＭ１と同様に、互いに隣り合うメサ領域５の間のトレンチ４を横切るようにしてＸ方向に連続的に延在するストライプ状の平行パターンで形成される。第２マスクＲＭ２は、例えば３μｍ程度の幅ａ２で形成し、Ｙ方向に沿って３μｍ程度の間隔ｂ２、第１マスクＲＭ１と同様の配列ピッチで配列する。
【００４６】
（ｈ）そして、図１６及び図１７に示すように、互いに隣り合う第２マスクＲＭ２の間のベース領域９の表層部に、第１不純物イオン（ボロンイオン（11Ｂ+））よりも低い加速エネルギで第２不純物イオンを選択的に注入する。第２不純物イオンとしては例えば砒素イオン（75Ａｓ+）が使用可能である。
ここで、図１６は、図１５のIVａ−IVａ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。図１７は、図１５のIVｂ−IVｂ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。砒素イオン（75Ａｓ+）の注入は、例えばドーズ量が１×１０15／ｃｍ2〜１×１０16／ｃｍ2程度、加速エネルギが１２０ｋｅＶ程度の条件で行う。
【００４７】
この工程において、図１７に示すように、第１不純物イオン注入領域１２Ａの間のベース領域９の表層部で、第２不純物イオン（砒素イオン（75Ａｓ+））の注入領域である第２不純物イオン注入領域１１Ａが、第１不純物イオン注入領域１２Ａよりも浅い。さらに第２不純物イオン注入領域１１Ａは、第１不純物イオン注入領域１２Ａと同一の配列ピッチで複数配列される。
また、互いに隣り合う第１マスクＲＭ１の間の間隔ｂ１よりも第２マスクＲＭ２のＹ方向の幅ａ２の方が広い。一方、第１マスクＲＭ１のＹ方向の幅ａ１よりも互いに隣り合う第２マスクＲＭ２の間の間隔ｂ２の方が狭い。そのため、図１７に示すように、第１不純物イオン注入領域１２Ａの一部に第２不純物イオン注入領域１１Ａの一部が畳重する。
【００４８】
（ｉ）次に、第２マスクＲＭ２を除去した後、第１及び第２不純物イオンを活性化させる。すなわち、第１不純物イオン（ボロンイオン（11Ｂ+））が注入された第１不純物イオン注入領域１２Ａでｐ+型のコンタクト領域１２が形成される。また第２不純物イオン（砒素イオン（75Ａｓ+））が注入された第２不純物イオン注入領域１１Ａでｎ+型のエミッタ領域１１が形成される。
具体的には、注入されたボロンイオン（11Ｂ+）及びヒ素イオン（75Ａｓ+）を活性化させる熱処理を一括して施す。これにより、図１８乃至図２０に示すように、第２不純物イオンとしてヒ素イオン（75Ａｓ+）が添加されたｎ+型のエミッタ領域１１と、第１不純物イオンとしてボロンイオン（11Ｂ+）が添加されたｐ+型のコンタクト領域１２が形成される。
【００４９】
ここで、図１８は、図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図である。図１９は、図１のIIｂ−IIｂ線に対応する位置での要部断面図である。図２０は、図１のIIｃ−IIｃ線に対応する位置での要部断面図である。
この工程において、砒素イオン（75Ａｓ+）はボロンイオン（11Ｂ+）のドーズ量よりも高いドーズ量で注入されている。そのため、図２０に示すように、ボロンイオン（11Ｂ+）が注入された領域の一部と砒素イオン（75Ａｓ+）が注入された領域の一部とが重複する領域はｎ+型のエミッタ領域１１となる。
【００５０】
また、この工程において、砒素イオン（75Ａｓ+）は、以下のように選択的に注入される。すなわち、砒素イオン（75Ａｓ+）が注入された第２不純物イオン注入領域１１Ａは、第１不純物イオン（ボロンイオン（11Ｂ+））が注入された複数の第１不純物イオン注入領域１２Ａの配列パターンの間隔よりも間隔が広い。また、第２不純物イオン注入領域１１Ａは、複数の第１不純物イオン注入領域１２Ａと同一の配列ピッチで、かつ第１不純物イオンよりも低い加速エネルギで注入される。
また、第２不純物イオン注入領域１１Ａは、複数の第１不純物イオン注入領域１２Ａの間のベース領域９の表層部にＹ方向に沿って注入される。このため、図２０に示すように、エミッタ領域１１を挟んで互いに隣り合うコンタクト領域１２が、エミッタ領域１１よりも深く形成され、かつエミッタ領域１１直下に廻り込んで互いに離間する構造とすることができる。
【００５１】
また、図２０に示すエミッタ注入幅Ｗinjは隣り合うコンタクト領域１２のＹ方向の離間距離、すなわち第１マスクＲＭ１のＹ方向の幅ａ１に依存する。
そのため、コンタクト領域１２を形成するための第１マスクＲＭ１とエミッタ領域１１を形成するための第２マスクＲＭ２との合わせズレに起因する、エミッタ注入幅Ｗinjのバラツキを抑制することができる。また、図５に示すように、コンタクト領域接触幅Ｗbcがエミッタ領域接触幅Ｗeよりも狭く、実効コンタクト領域幅Ｗeffが、エミッタ注入幅Ｗinjよりも広い構造とすることができる。
なお、配置によっては、第１不純物イオン注入領域１２Ａの一部に第２不純物イオン注入領域１１Ａの一部が、最大０．３μｍ程度は畳重しなくてもよい。前述の熱処理による拡散で、図４に示すように、エミッタ領域１１の両側に接するコンタクト領域１２が、エミッタ領域１１よりも深く、かつエミッタ領域１１の底面の直下に廻りこんでエミッタ領域１１を挟みこむ構造が達成できる。
【００５２】
（ｊ）次に、図２１に示すように、トレンチ４上及びメサ領域５上を含む半導体基板３SUBの主面上の全面に、例えばＣＶＤ法でＳｉＯ2膜からなる層間絶縁膜１５を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術などを用いて、層間絶縁膜１５の上部表面からメサ領域５の上部表面に到達するように層間絶縁膜１５を貫通するコンタクト孔１６を開孔する。
このコンタクト孔１６は、図１に点線で示すように、メサ領域５上にＹ方向（トレンチ４又メサ領域５の長手方向）に沿ってストライプ状の平行平面パターンで形成される。またコンタクト孔１６は、メサ領域５の表層部に設けられたエミッタ領域１１及びコンタクト領域１２に亘って形成される。
次に、図２２に示すように、例えばＰＶＤ法でコンタクト孔１６の内壁、メサ領域５の表面及び層間絶縁膜１５の表面に沿ってバリアメタル膜１７を形成する。バリアメタル膜１７は、下側からチタン（Ｔｉ）膜／チタンナイトライド（ＴｉＮ）膜を含む複合膜で形成される。チタン膜は例えば４０ｎｍ程度の膜厚で形成する。チタンナイトライド膜は例えば１００ｎｍ程度の膜厚で形成する。
【００５３】
（ｋ）次に、図２３に示すように、コンタクト孔１６の内部を埋め尽くすように、プラグ材１８として例えばタングステン（Ｗ）膜をＣＶＤ法で形成する。プラグ材１８は、例えば、コンタクト孔１６の０．５μｍ幅に対して０．７μｍ程度の膜厚で形成する。この工程において、ＣＶＤ法で成膜されるタングステン膜は、スパッタリング法で成膜されるアルミニウム膜やアルミニウム合金膜と比較して、微細な段差部でのステップカバレージが優れている。
そのため、メサ領域５のＸ方向の幅が微細化により縮小されてコンタクト孔１６のアスペクト比が高くなっても、このコンタクト孔１６の内部にタングステン膜を良好なステップカバレージで埋め尽くすことができる。また、コンタクト孔１６のＸ方向の幅と深さとのアスペクト比（深さ／幅）が、０．８〜１．５程度であってもよい。
【００５４】
（ｌ）次に、プラグ材１８及びバリアメタル膜１７をＲＩＥなどのドライエッチングでエッチバックすることにより、コンタクト孔１６上及び層間絶縁膜１５上のプラグ材１８を選択的に除去する。また、層間絶縁膜１５上のバリアメタル膜１７を選択的に除去して、図２４に示すように、コンタクト孔１６の内部にプラグ材１８からなるコンタクトプラグ１９を埋め込む。
さらに、コンタクト孔１６の内部に選択的に残存するバリアメタル膜１７を形成する。この工程において、コンタクト孔１６の内部にバリアメタル膜１７を介してコンタクトプラグ１９が選択的に埋め込まれ、層間絶縁膜１５の表面側は略平坦になる。
また、この工程においては、図４に示したように、コンタクトプラグ１９は、バリアメタル膜１７を介してベース領域９の表層部に設けられたｎ+型のエミッタ領域１１及びｐ+型のコンタクト領域１２と電気的に接続されることになる。
また、図２４に示すように、コンタクト孔１６の内部に残存するバリアメタル膜１７の上縁部１７ｄは、コンタクト孔１６の上縁部１６ｄよりも一段低くなる。また、コンタクトプラグ１９の表面１９ａは、中央部が窪む凹面形状で形成される。
【００５５】
（ｍ）次に、層間絶縁膜１５上及びコンタクトプラグ１９上を含む半導体基板３SUBの主面上の全面に、スパッタリング法などにより、例えばＡｌ膜、又はＡｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉなどのアルミニウム合金膜からなる金属膜を形成する。
その後、この金属膜をエッチングによりパターンニングして、図２５に示すように、層間絶縁膜１５上にコンタクト孔１６内のバリアメタル膜１７及びコンタクトプラグ１９と接触して電気的に接続されるエミッタ電極２０を形成する。
この工程において、エミッタ電極２０は、図４に示したように、ｐ型のベース領域９の表層部に設けられたｎ+型のエミッタ領域１１及びｐ+型のコンタクト領域１２とコンタクトプラグ１９及びバリアメタル膜１７を介して電気的に接続されることになる。エミッタ電極２０と接触するコンタクトプラグ１９の表面１９ａは中央部が窪む凹面形状になっている。
そのため、コンタクトプラグ１９の表面が平坦な場合と比較して、エミッタ電極２０とコンタクトプラグ１９との接触面積が増加し、エミッタ領域１１及びコンタクト領域１２とエミッタ電極２０との間のコンタクト抵抗を低くすることができる。
【００５６】
（ｎ）次に、図２８の基板裏面研削工程Ｓ１１により、半導体基板３SUBの裏面を例えばバックグラインド法で研削して半導体基板３SUBの厚さを薄くする。
次に、図２８のバッファ層及びコレクタ領域形成工程Ｓ１２により、図２６に示すように、半導体基板３SUBの裏面の表層部にｎ型のバッファ層２１及びｐ+型のコレクタ領域２２を形成する。
バッファ層２１及びコレクタ領域２２の形成方法としては、まず、半導体基板３SUBの裏面に、ｎ型を呈する不純物イオンとして例えばリンイオン（31Ｐ+）を注入すると共に、ｐ型を呈する不純物イオンとして例えばボロンイオン（11Ｂ+）を注入する。その後、注入された不純物イオンを活性化させる熱処理を施すことによってバッファ層２１及びコレクタ領域２２が形成される。
バッファ層２１は、半導体基板３SUBの裏面から深さ方向にコレクタ領域２２よりも深い位置に形成され、残余の半導体基板３SUBがドリフト層３となる。ｎ型のバッファ層２１を形成するための不純物イオンは、加速エネルギがｐ型のコレクタ領域２２を形成するための不純物イオンよりも高い条件で注入される。この工程により、トレンチ構造のＩＧＢＴを構成するトランジスタセル２が複数個並列に形成される。
【００５７】
（ｏ）次に、図２８の保護膜形成工程Ｓ１３により、図２７に示すように、エミッタ電極２０の全面に例えばポリイミド系の絶縁樹脂からなる保護膜２３を被覆する。そして、図２８のライフタイム制御工程Ｓ１４により、図２７に示すように、半導体基板３SUBの主面側の上方から半導体基板３SUBの主面に向って電子線、ヘリウム（Ｈｅ）線若しくはＸ線などの荷電粒子を照射する。照射された荷電粒子が半導体基板３SUB中の結晶を破壊して欠陥を誘起することでライフタイム制御が行われる。
【００５８】
（ｐ）次に、図２８の水素アニール工程Ｓ１５により、半導体基板３SUBに水素アニールを施し、前段の図２８のライフタイム制御工程Ｓ１４での荷電粒子の照射により生成された欠陥の回復やＩＧＢＴの閾値変動の回復を行う。水素アニールは、例えば摂氏３６０度程度の水素雰囲気中に半導体基板３SUBを約６０分間曝して行う。
この工程において、水素（Ｈ2）は、チタン膜を含むバリアメタル膜１７を通過することができない。しかし、図２７に示すように、バリアメタル膜１７はコンタクト孔１６の内部に選択的に形成され、層間絶縁膜１５の表面には設けられていない。そのため、水素は、半導体基板３SUBの主面側の上方から保護膜２３、エミッタ電極２０、層間絶縁膜１５などを通過する。
よって半導体基板３SUBの主面に水素を容易に供給することができ、水素アニールによる効果、すなわち荷電粒子の照射により生成された欠陥の回復やＩＧＢＴの閾値変動の回復を十分に行うことができる。最後に、図２８のコレクタ電極形成工程Ｓ１６により、コレクタ領域２２にコレクタ電極２４を形成する。これにより、図１乃至図７に示した本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１Ａのウエハプロセスがほぼ完成する。
【００５９】
なお、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１Ａの製造方法は、ライフタイム制御工程Ｓ１４及び水素アニール工程Ｓ１５の適用を必須とするものではない。ＩＧＢＴのオン電圧低減とスイッチング損失（ターンオフ損失等）低減は、コレクタ領域２２からの正孔注入効率低減による方法が一般的である。
このため、少数キャリアのライフタイムを低減させる必要が特段無い場合は、前述のライフタイム制御工程Ｓ１４及び水素アニール工程Ｓ１５については、行わなくてもよい。
【００６０】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１Ａの製造方法では、砒素イオン（75Ａｓ+）は、以下のように選択的に注入される。すなわち、第１不純物イオン（ボロンイオン（11Ｂ+））が注入された第１不純物イオン注入領域１２Ａ上に、隣り合う第１マスクＲＭ１の間の間隔ｂ１よりも、第２マスクＲＭ２の間の間隔ｂ２が広い。また、第１マスクＲＭ１の幅ａ１よりも、第２マスクＲＭ２の幅ａ２が狭い。
また、第１マスクＲＭ１の配列ピッチＭＰ１と同一の配列ピッチＭＰ２で配置された第２マスクＲＭ２を用いて、第１不純物イオン注入領域１２Ａの間のベース領域９の表層部に、砒素イオン（75Ａｓ+）が注入される。砒素イオン（75Ａｓ+）の注入は、第１不純物イオンよりも射影飛程が浅くなるような加速エネルギを選択して行われる。
【００６１】
したがって、第１の実施形態に係る半導体装置１Ａの製造方法によれば、図５及び図２０に示すように、エミッタ領域１１を挟んで互いに隣り合うコンタクト領域１２が、エミッタ領域１１よりも深く形成される。また、エミッタ領域１１を挟んで互いに隣り合うコンタクト領域１２が、エミッタ領域１１直下に廻り込んで互いに離間する構造とすることができる。
また、図１２及び図１４に示す第１マスクＲＭ１とエミッタ領域１１を形成するための図１５及び図１７に示す第２マスクＲＭ２との合わせズレに起因する、エミッタ注入幅Ｗinjのバラツキを抑制することができる。また、図５に示すように、コンタクト領域接触幅Ｗbcがエミッタ領域接触幅Ｗeよりも狭く、実効コンタクト領域幅Ｗeffが、エミッタ注入幅Ｗinjよりも広い構造とすることができる。
【００６２】
また、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１Ａの製造方法では、前述のように必要に応じて、ライフタイム制御工程での荷電粒子の照射と、水素アニール工程を実施してもよい。
この場合、水素は、前段のライフタイム制御工程での荷電粒子の照射により生成された欠陥の回復やＩＧＢＴの閾値変動の回復を行う際に、チタン膜を通過できない。そしてチタン膜を含むバリアメタル膜１７はコンタクト孔１６の内部に選択的に形成され、層間絶縁膜１５の表面には設けられていない。
このため、半導体基板３SUBの主面側の上方から保護膜２３、エミッタ電極２０、層間絶縁膜１５などを通過して半導体基板３SUBの主面に水素を容易に供給することができる。これにより、水素アニールによる効果、すなわち荷電粒子の照射により生成された欠陥の回復やＩＧＢＴの閾値変動の回復を十分に行うことができる。
また、バリアメタル膜１７を用いることができるので、コンタクトプラグ１９中の原子の拡散に起因するコンタクト抵抗の増加を抑制することができる。この結果、ＩＧＢＴのスイッチング速度を速くすることができる。
【００６３】
また、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１Ａの製造方法では、プラグ材１８のエッチバックにより層間絶縁膜１５上のバリアメタル膜１７を除去し、コンタクト孔１６の内部に選択的にバリアメタル膜１７を形成する。これにより、製造工程数を低減することができ、スイッチング速度が速いＩＧＢＴを有する半導体装置１Ａの低コスト化を図ることができる。
また、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１Ａの製造方法では、プラグ材１８のエッチバックにより層間絶縁膜１５上のバリアメタル膜１７を除去する。また、コンタクト孔１６の内部に選択的に残存するバリアメタル膜１７を形成する。そのため、コンタクト孔１６の内部のバリアメタル膜１７はコンタクト孔１６に対して自己整合で形成される。
したがって、コンタクト孔１６の位置に対してバリアメタル膜１７のパターンニングの位置ずれを考慮する必要がないので、微細なトランジスタセル２で構成されるＩＧＢＴの製造を容易に行うことができる。
【００６４】
なお、第１の実施形態に係る半導体装置１Ａの製造方法では、エミッタ領域１１を形成するための第２不純物イオンと、コンタクト領域１２を形成するための第１不純物イオンとを、まずベース領域９の表層部に注入した。その後、これらの不純物イオンを活性化させる熱処理を一括して施してエミッタ領域１１及びコンタクト領域１２を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、それぞれの熱処理を別工程で行ってもよい。この場合、エミッタ領域１１及びコンタクト領域１２の何れを先に形成してもよい。しかし、ｐ型を呈する不純物イオンであるボロンイオン（11Ｂ+）や二フッ化ボロンイオン（49ＢＦ2+）は、ｎ型を呈する不純物イオンであるヒ素イオン（75Ａｓ+）やリンイオン（31Ｐ+）と比較して拡散係数が大きい。
そのため、ｐ型の不純物イオンであるボロンイオン（11Ｂ+）や二フッ化ボロンイオン（49ＢＦ2+）を先に注入し、この不純物イオンを活性化させる熱処理の方を先に実施することが好ましい。
【００６５】
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、単体のＩＧＢＴを有する個別デバイスである半導体装置１Ａについて説明した。これに対し、第２の実施形態では、トレンチ構造のＩＧＢＴとダイオードを集積化した半導体装置１Ｂについて説明する。
本発明の第２の実施形態に係る半導体装置１Ｂは、図２９乃至図３１に示すように、例えば単結晶シリコンからなるｎ-型の半導体基板の一部をドリフト層３として構成している。そして、第２の実施形態に係る半導体装置１Ｂは、半導体基板にトレンチ構造のＩＧＢＴ及びダイオードを逆並列で接続した逆導通ＩＧＢＴ（Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ＩＧＢＴ，ＲＣ−ＩＧＢＴ）である。
【００６６】
図２９に示すように、ドリフト層３を内部に含む半導体基板の主面内には互いに直交するＸ方向及びＹ方向が定義される。また半導体基板の主面内には、図３０及び図３１に示すように、Ｘ方向に互いに隣り合うトレンチ４でトランジスタ用メサ領域５ａ、ダイオード用メサ領域５ｂ及びフローティング用メサ領域５ｃを含む複数のメサ領域５が区画される。図２９から分かるように、トレンチ４はＸ方向に複数個周期的に配置されている。
トランジスタ用メサ領域５ａ及びダイオード用メサ領域５ｂは、例えばＸ方向に沿って交互にそれぞれ複数個周期的に配置されている。フローティング用メサ領域５ｃは、例えばトランジスタ用メサ領域５ａとダイオード用メサ領域５ｂとの間に配置され、集積化構造を実現している。トレンチ４、トランジスタ用メサ領域５ａ、ダイオード用メサ領域５ｂ及びフローティング用メサ領域５ｃの各々は、Ｙ方向に沿ってストライプ状に平行に延伸する平面パターンを構成している。
【００６７】
トレンチ構造のＩＧＢＴは、微細なパターンのトランジスタセル２ａを電気的に複数個並列に接続して大電流を得るマルチセル構造になっている。また、ダイオードも、微細なパターンのダイオードセル２ｂを電気的に複数個並列に接続して高耐圧を得るマルチセル構造になっている。
図２９乃至図３１は、トランジスタセル２ａ、ダイオードセル２ｂ、トランジスタ用メサ領域５ａ、ダイオード用メサ領域５ｂ及びフローティング用メサ領域５ｃがそれぞれ１つ配列された部分を第２の実施形態に係る半導体装置１Ｂの一部として例示する。
しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６８】
図３０及び図３１に示すように、ドリフト層３の上に、Ｘ方向において互いに隣り合うトレンチ４が複数本掘られている。この複数本のトレンチ４のうちそれぞれ対向する１対のトレンチ４に挟まれて区画されて複数のメサ領域５（トランジスタ用メサ領域５ａ，ダイオード用メサ領域５ｂ，フローティング用メサ領域５ｃ）が定義されている。
複数のトレンチ４のそれぞれの内壁に沿ってゲート絶縁膜６が設けられ、このゲート絶縁膜６を介してゲート電極８がトレンチ４の内部のそれぞれに設けられている。
【００６９】
また、図２９乃至図３１から分かるように、トランジスタセル２ａは、トランジスタ用メサ領域５ａの表層部に設けられたｐ型のベース領域９と、このベース領域９の表層部にＹ方向に沿って周期的に複数個配置されたｎ+型のエミッタ領域１１とを備える。
また、トランジスタセル２ａは、エミッタ領域１１のそれぞれを挟むようにＹ方向に沿って交互に複数個配置され、エミッタ領域１１よりも深く形成され、かつエミッタ領域１１の直下に廻り込んで互いに離間したｐ+型のコンタクト領域１２を備えている。
また、トランジスタセル２ａは、半導体基板からなる共通のドリフト層３と、ドリフト層３の裏面に設けられたｎ型のバッファ層２１及び第２導電型で高不純物濃度のコレクタ領域２２とを共通領域として備えている。
【００７０】
後述するダイオードセル２ｂとトランジスタセル２ａとの間には、フローティング用メサ領域５ｃが形成されている。フローティング用メサ領域５ｃには、エミッタ領域１１を形成せず、さらにエミッタ電極２０に電気的に接続しない、電気的に浮遊のｐ型のフローティング領域９ａが形成されている。
フローティング用メサ領域５ｃに対向する他方の主面側（裏面）には、トランジスタセル２ａに対向する裏面のコレクタ領域２２が延在している。
【００７１】
ダイオードセル２ｂは、ダイオード用メサ領域５ｂの表層部に設けられた第２導電型のアノード領域２９を備えている。また、ダイオードセル２ｂは、半導体基板からなる共通のドリフト層３と、ドリフト層３の裏面の表層部に設けられた第１導電型のバッファ層２１と、ドリフト層３の裏面の表層部にダイオード用メサ領域５ｂと対向して設けられた第１導電型で高不純物濃度のカソード領域２２ｂとを備えている。
アノード領域２９はトレンチ４よりも浅く形成されており、例えばベース領域９と同一工程で形成されている。カソード領域２２ｂは、ｎ+型のコレクタ領域２２と共に、ドリフト層３の裏面から深さ方向に向かってバッファ層２１よりも浅い位置に配置され、かつドリフト層３の裏面に設けられたコレクタ電極２４と電気的にかつ金属学的に接続されている。カソード領域２２ｂは、バッファ層２１よりも高不純物濃度で形成されている。
【００７２】
トレンチ４、トランジスタ用メサ領域５ａ、ダイオード用メサ領域５ｂ及びフローティング用メサ領域５ｃの全面を覆うようにして層間絶縁膜１５が設けられている。
そして層間絶縁膜１５には、層間絶縁膜１５の表面からトランジスタ用メサ領域５ａに到達するように層間絶縁膜１５を貫通するコンタクト孔１６ａが設けられている。また層間絶縁膜１５には、層間絶縁膜１５の表面からダイオード用メサ領域５ｂに到達するように層間絶縁膜１５を貫通するコンタクト孔１６ｂが設けられている。
コンタクト孔１６ａは図２９に点線で示すように、トランジスタ用メサ領域５ａ上をＹ方向（トレンチ４又はトランジスタ用メサ領域５ａの長手方向）に沿って延伸し、エミッタ領域１１及びコンタクト領域１２の配列位置に対応するように設けられている。
コンタクト孔１６ｂは、図２９に点線で示すように、ダイオード用メサ領域５ｂ上をＹ方向（トレンチ４又はダイオード用メサ領域５ｂの長手方向）に沿って延伸し、アノード領域２９と対向するようにして設けられている。コンタクト孔１６ａ及び１６ｂは、前述の第１の実施形態のコンタクト孔１６と同様に、例えば幅０．５μｍのストライプ状の平行平面パターンで構成されている。
【００７３】
図３０及び図３１に示すように、コンタクト孔１６ａの内部には、第１の実施形態のコンタクト孔１６と同様に、バリアメタル膜１７が設けられている。このバリアメタル膜１７は、コンタクト孔１６ａの内壁とコンタクト孔１６ａの底部に露出したエミッタ領域１１及びコンタクト領域１２の表面に沿って選択的に形成されている。
また、コンタクト孔１６ａの内部には、バリアメタル膜１７を介してコンタクトプラグ１９が埋設されている。コンタクト孔１６ｂの内部にも、第１の実施形態のコンタクト孔１６と同様に、コンタクト孔１６ｂの内壁とコンタクト孔１６ｂの底部に露出したアノード領域２９の表面に沿って選択的に形成されたバリアメタル膜１７が設けられている。
また、コンタクト孔１６ｂの内部にも、バリアメタル膜１７を介してコンタクトプラグ１９が埋設されている。バリアメタル膜１７は、層間絶縁膜１５の表面上には設けられておらず、コンタクト孔１６ａ及び１６ｂの各々の内部に選択的に設けられている。
【００７４】
図３０及び３１に示すように、トレンチ４上及びメサ領域５には、層間絶縁膜１５及びコンタクトプラグ１９を覆うようにしてエミッタ電極２０が設けられている。このエミッタ電極２０は、コンタクト孔１６ａの内部に設けられたコンタクトプラグ１９及びバリアメタル膜１７を介してエミッタ領域１１及びコンタクト領域１２の各々と電気的に接続されている。
また、このエミッタ電極２０は、コンタクト孔１６ｂの内部に設けられたコンタクトプラグ１９及びバリアメタル膜１７を介してアノード領域２９と電気的に接続されている。エミッタ電極２０上には、このエミッタ電極２０を覆うようにして保護膜２３が設けられている。
【００７５】
ドリフト層３の裏面には、この裏面を覆うようにしてコレクタ電極２４が設けられている。コレクタ電極２４はコレクタ領域２２及びカソード領域２２ｂと電気的に低い接触抵抗をなすように、かつ金属学的に接続されている。
第２の実施形態に係るｎ+型のエミッタ領域１１及びｐ+型のコンタクト領域１２は、前述の第１の実施形態に係るｎ+型のエミッタ領域１１及びｐ+型のコンタクト領域１２と同様の構成になっている。すなわち、図５を参照すれば、ｎ+型のエミッタ領域１１を挟んで互いに隣り合うｐ+型のコンタクト領域１２は、エミッタ領域１１よりも深く形成されている。そして、コンタクト領域１２は、エミッタ領域１１の直下に廻り込んで互いに離間している。
【００７６】
また、コンタクト領域１２のコンタクト領域接触幅Ｗbcは、エミッタ電極２０にコンタクトプラグ１９及びバリアメタル膜１７を介して接触するエミッタ領域１１の表面のエミッタ領域接触幅Ｗeよりも狭くなっている。また、コンタクト・ベース間界面１２ｐのＹ方向に測った実効コンタクト領域幅Ｗeffは、エミッタ・ベース間ｐｎ接合界面１１ｎ１のＹ方向に測ったエミッタ注入幅Ｗinjよりも広くなっている。
また、図６を参照すれば、エミッタ・ベース間ｐｎ接合界面１１ｎ１のＹ方向に測ったエミッタ注入幅Ｗinjの半分の長さＡは、エミッタ・コンタクト間ｐｎ接合界面１１ｎ２のＹ方向に沿う断面図上での曲面に沿った沿面距離ｄcrpよりも短くなっている。
【００７７】
また、第２の実施形態に係るバリアメタル膜１７及びコンタクトプラグ１９は、上述の第１の実施形態に係るバリアメタル膜１７及びコンタクトプラグ１９と同様の構成になっている。すなわち、図７を参照すれば、バリアメタル膜１７の上縁部１７ｄは、コンタクト孔１６ａ及び１６ｂに対応するコンタクト孔１６の上縁部１６ｄよりも一段低くなっている。また、コンタクトプラグ１９の表面１９ａは、中央部が窪む凹面形状になっている。
【００７８】
また、第２の実施形態に係る半導体装置１Ｂは、前述の第１の実施形態に係る半導体装置１Ａとは異なってダイオードを構成するダイオードセル２ｂと、フローティング用メサ領域５ｃとを備えている。そのため、主に不純物導入用のマスクパターンを変更することで、前述の第１の実施形態に係る半導体装置１Ａとほぼ同様の製造方法で、第２の実施形態に係る半導体装置１Ｂを形成することができる。
したがって、このように構成された第２の実施形態に係る半導体装置１Ｂにおいても、上述した第１の実施形態に係る半導体装置１Ａと同様の効果を得ることができる。
【００７９】
（第３の実施形態）
＜第３の実施形態に係る半導体装置の構造＞
本発明の第３の実施形態に係る半導体装置１Ｃは、図３２乃至図３４に示すように、上述した本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１Ａとほぼ同様の構成になっているが、ゲート絶縁膜３６の構成が異なっている。第３の実施形態に係る半導体装置１Ｃは、第１の実施形態のゲート絶縁膜６に代えて膜厚が異なるゲート絶縁膜３６を備えている。
【００８０】
図３２乃至図３４に示すように、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置１Ｃは、上述の第１の実施形態に係る半導体装置１Ａと同様に、半導体基板の一部で構成されたドリフト層３を備える。また、第３の実施形態に係る半導体装置１Ｃは、ドリフト層３上にＸ方向において互いに隣り合うトレンチ４で挟まれて区画されたメサ領域５と、トレンチ４の内部にゲート絶縁膜３６を介して設けられたゲート電極８とを備えている。
また、第３の実施形態に係る半導体装置１Ｃは、メサ領域５の表層部に設けられたｐ型のベース領域９と、このベース領域９の表層部に、Ｙ方向に沿って周期的に複数個配置されたｎ+型のエミッタ領域１１とを備える。
また、第３の実施形態に係る半導体装置１Ｃは、このエミッタ領域１１のそれぞれを挟むようにＹ方向に沿って交互に複数個配置され、エミッタ領域１１よりも深く形成され、かつエミッタ領域１１の直下に廻り込んで互いに離間したｐ+型のコンタクト領域１２を備えている。
【００８１】
更に、第３の実施形態に係る半導体装置１Ｃは、ドリフト層３上にエミッタ領域１１及びコンタクト領域１２を覆うようにして設けられた層間絶縁膜１５を備える。層間絶縁膜１５には、エミッタ領域１１及びコンタクト領域１２と対向して設けられたコンタクト孔１６が設けられている。
第３の実施形態に係る半導体装置１Ｃは、コンタクト孔１６の内部に設けられ、コンタクト孔１６の内壁とコンタクト孔１６の底部に露出したエミッタ領域１１及びコンタクト領域１２の表面に沿って選択的に設けられたバリアメタル膜１７を備えている。
また、第３の実施形態に係る半導体装置１Ｃは、コンタクト孔１６の内部にバリアメタル膜１７を介して設けられたコンタクトプラグ１９と、層間絶縁膜１５上にコンタクトプラグ１９と接続して設けられたエミッタ電極２０とを備えている。
【００８２】
ゲート絶縁膜３６は、図３２乃至図３４から分かるように、少なくともエミッタ領域１１直下のベース領域９とゲート電極８との間に設けられた第１の部分３６ａ（図３２及び図３３参照）を有している。また、ゲート絶縁膜３６は、少なくともコンタクト領域１２直下のベース領域９とゲート電極８との間に設けられた第２の部分３６ｂ（図３２及び図３４参照）を有している。
換言すれば、ゲート絶縁膜３６は、少なくともエミッタ領域１１直下のベース領域９を挟む位置のトレンチ４の側壁に設けられた第１の部分３６ａを有している。また、ゲート絶縁膜３６は、第１の部分３６ａよりも厚い膜厚で形成され、かつ、少なくともコンタクト領域１２直下のベース領域９を挟む位置のトレンチ４の側壁に設けられた第２の部分３６ｂを有している。
また、ゲート絶縁膜３６は、第１の部分３６ａよりも厚い膜厚で形成され、かつ、少なくともトレンチ４の底部（ドリフト層３とゲート電極８との間）に設けられた第３の部分３６ｃ（図３３及び図３４参照）を有している。第１の部分３６ａ、第２の部分３６ｂ及び第３の部分３６ｃは、それぞれ連続して一体に形成されている。
【００８３】
第１の部分３６ａは、図３２及び図３３に示すように、エミッタ領域１１直下のベース領域９とゲート電極８との間からコンタクト領域１２直下のベース領域９とゲート電極８との間に亘って設けられている。第１の部分３６ａは、Ｙ方向においては、一部がコンタクト領域１２直下のベース領域９側に食み出て第２の部分３６ｂと繋がっている。
また、第１の部分３６ａは、図３３に示すように、エミッタ領域１１直下のベース領域９とゲート電極８との間からエミッタ領域１１とゲート電極８との間に亘って設けられ、一部がエミッタ領域１１側に食み出てメサ領域５の上部表面で終端している。
また、第１の部分３６ａは、エミッタ領域１１直下のベース領域９とゲート電極８との間からトレンチ４の底部とゲート電極８との間（ドリフト層３とゲート電極８との間）に亘って設けられている。第１の部分３６ａは、一部がトレンチ４の底部側（ドリフト層３側）に食み出て第３の部分３６ｃと繋がっている。
【００８４】
第２の部分３６ｂも、第１の部分３６ａと同様に、図３４に示すように、コンタクト領域１２直下のベース領域９とゲート電極８との間からコンタクト領域１２とゲート電極８との間に亘って設けられている。第２の部分３６ｂは、一部がコンタクト領域１２側に食み出てメサ領域５の表面で終端している。
また、第２の部分３６ｂも、コンタクト領域１２直下のベース領域９とゲート電極８との間からトレンチ４の底部とゲート電極８との間（ドリフト層３とゲート電極８との間）に亘って設けられている。第２の部分３６ｂは、一部がトレンチ４の底部側（ドリフト層３側）に食み出て第３の部分３６ｃと繋がっている。
【００８５】
第１の部分３６ａは、例えば熱酸化法による熱酸化膜からなるＳｉＯ2膜で形成されている。第２の部分３６ｂ及び第３の部分３６ｃは、例えばＣＶＤ法などの堆積法による堆積膜からなるＳｉＯ2膜で形成されている。
第１の部分３６ａは、例えば１００ｎｍ程度の膜厚で形成されている。第２の部分３６ｂは、例えば１５０ｎｍ程度の膜厚で形成されている。第３の部分３６ｃは、例えば２００ｎｍ程度の膜厚で形成されている。
【００８６】
第３の実施形態に係る半導体装置１Ｃでは、エミッタ領域１１直下のベース領域９とゲート電極８との間に設けられたゲート絶縁膜３６を介してエミッタ領域１１直下のベース領域９にチャネルの電荷が誘起される。そのため、エミッタ領域１１直下のベース領域９とゲート電極８との間に設けられた第１の部分３６ａが実質的にチャネルの電荷を誘起するゲート膜として機能する。
一方、コンタクト領域１２直下のベース領域９とゲート電極８との間の第２の部分３６ｂや、トレンチ４の底部に設けられた第３の部分３６ｃは実質的にチャネルの電荷を誘起するゲート膜として機能しない。第３の実施形態に係る半導体装置１Ｃでは、この第２の部分３６ｂ及び第３の部分３６ｃの膜厚が第１の部分３６ａよりも厚くなっている。
これにより、第１の部分３６ａの膜厚に合わせて第２の部分３６ｂ及び第３の部分３６ｃも同一の膜厚で均一に形成する従来の場合と比較して、ゲート−エミッタ間容量、及びゲート−コレクタ間容量を低減することができる。その結果、トレンチ構造のＩＧＢＴのスイッチング時間、スイッチング損失を改善することができる。また、トレンチ構造のＩＧＢＴのスイッチング速度の高速化を図ることができる。
【００８７】
特に、トレンチ構造のＩＧＢＴでは、高電流密度化を図るため、メサ領域５の幅を狭くしてメサ領域５の数を多くする傾向にある。これに伴ってトレンチ４の本数も多くなり、実質的にチャネルの電荷を誘起するゲート膜として機能しない第２の部分３６ｂ及び第３の部分３６ｃが必然的に増加する。よって、第３の実施形態に係る半導体装置１Ｃのように、第１の部分３６ａよりも第２の部分３６ｂ及び第３の部分３６ｃの膜厚を厚くすることは、ＩＧＢＴのスイッチング速度の高速化を図る上で有用である。
【００８８】
＜第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法＞
次に、第３の実施形態に係る半導体装置１Ｃの製造方法について、図３５乃至図４４を用いて説明する。第３の実施形態に係る半導体装置１Ｃの製造方法では、ゲート絶縁膜３６の形成工程以外は上述した第１の実施形態に係る半導体装置１Ａの製造方法とほぼ同一なので、ゲート絶縁膜３６の形成工程に特化して説明し、その他の工程については詳細な説明を省略する。
【００８９】
（ａ１）まず、ｎ-型の半導体基板３SUBを準備する。その後、上述した第１の実施形態と同様の工程を施して、図８に示すように、半導体基板３SUBの主面にトレンチ４を形成すると共に、Ｘ方向において互いに隣り合うトレンチ４で挟まれて区画されたメサ領域５を形成する。
（ｂ１）次に、図３５に示すように、半導体基板３SUBの主面にトレンチ４の内部を埋め尽くすように、例えばＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜からなる堆積膜３１を形成する。堆積膜３１は、例えば１μｍのトレンチ幅に対して、１μｍ程度の膜厚で形成する。
（ｃ１）次に、堆積膜３１をＲＩＥなどのドライエッチングでエッチバックする。このエッチングによって、図３６に示すように、半導体基板３SUBの主面上、すなわちトレンチ４上及びメサ領域５上の堆積膜３１を選択的に除去して、トレンチ４の内部に埋設された堆積膜３１を形成する。
【００９０】
（ｄ１）次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、図３７乃至図３９に示すように、メサ領域５上にエッチング用マスクとしての第３マスクＲＭ３を形成する。ここで、図３７は、エッチング用マスクの平面パターンを示す要部平面図である。図３８は、図３７のVIIａ−VIIａ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。図３９は、図３７のVIIｂ−VIIｂ線に沿った断面構造を示す要部断面図である。
第３マスクＲＭ３は、図３７及び図３８に示すような第１の部分ｍ３ａと、図３７及び図３９に示すような第２の部分ｍ３ｂとがＹ方向に沿って交互に繰り返し配置されたストライプ状平行平面パターンで形成される。
第１の部分ｍ３ａは、Ｘ方向の幅ｘａがメサ領域５のＸ方向の幅５ｘとほぼ同等であり、第２の部分ｍ３ｂは、Ｘ方向の幅ｘｂがメサ領域５のＸ方向の幅５ｘよりも広い。
【００９１】
図３８に示すように、第１の部分ｍ３ａのＸ方向において互いに反対側に位置する側面は、メサ領域５のＸ方向において互いに反対側に位置する側面と面一になっている。図３９に示すように、第２の部分ｍ３ｂのＸ方向において互いに反対側に位置する側面は、メサ領域５のＸ方向において互いに反対側に位置する側面よりも外側に位置している。
この第２の部分ｍ３ｂの側面の位置とメサ領域５の側面の位置との寸法差がゲート絶縁膜３６の第２の部分３６ｂの膜厚に相当する。第１の部分ｍ３ａの幅ｘａは例えば０．５μｍ程度、第２の部分ｍ３ｂの幅ｘｂは例えば０．７μｍ程度になっている。
第３マスクＲＭ３は、上述した第１の実施形態での第１マスクＲＭ１や第２マスクＲＭ２と同様に、半導体基板３SUBの主面上の全面に形成された感光性レジスト膜を所定のパターンに加工することによって形成される。
【００９２】
（ｅ１）次に、第３マスクＲＭ３をエッチング用マスクとして使用し、トレンチ４に埋め込まれた堆積膜３１をＲＩＥやイオンミリングなどの指向性の高いドライエッチングにより表面から順次エッチングする。このエッチングにより、図４０及び図４１に示すように、第３マスクＲＭ３の間のトレンチ４の底部に例えば２００ｎｍ程度の膜厚で残存する堆積膜３１ｃを形成する。
また、図４１に示すように、第３マスクＲＭ３の第２の部分ｍ３ｂ直下のメサ領域５の側壁に例えば１５０ｎｍ程度の膜厚で残存する堆積膜３１ｂを形成する。堆積膜３１ｃは、トレンチ４及びメサ領域５の長手方向（Ｙ方向）に沿ってストライプ状で形成される。堆積膜３１ｂは、メサ領域５の上部から下部に向かって伸びており、堆積膜３１ｃと一体的に繋がっている。堆積膜３１ｂは、図４０に示すように、第３マスクＲＭ３の第１の部分ｍ３ａの直下のメサ領域５の側壁には形成されていない。
すなわち、メサ領域５の側壁にメサ領域５の長手方向（Ｙ方向）に沿って周期的にメサ領域５の側壁が露出するパターンとなるように堆積膜３１ｃを形成する。
【００９３】
（ｆ１）次に、第３マスクＲＭ３を除去した後、熱酸化処理を施して、メサ領域５の側壁のうち、堆積膜３１ｂ及び堆積膜３１ｃで覆われていない部分に、図４２に示すように、例えば１００ｎｍ程度の膜厚のＳｉＯ2膜からなる熱酸化膜３２を形成する。
すなわち、メサ領域５の長手方向（Ｙ方向）において隣り合う堆積膜３１ｂの間のメサ領域５の側壁の露出した箇所に堆積膜３１ｂ及び堆積膜３１ｃよりも膜厚が薄い熱酸化膜３２を形成する。この工程において、図４２及び図４３に示すように、メサ領域５の上部表面にも熱酸化膜３２が形成される。
また、この工程において、熱酸化膜３２からなる第１の部分３６ａと、堆積膜３１ｂからなる第２の部分３６ｂと、堆積膜３１ｃからなる第３の部分３６ｃとを有するゲート絶縁膜３６が形成される。
【００９４】
次に、上述した第１の実施形態と同様に、図９を参照すれば、半導体基板３SUBの主面にトレンチ４の内部を埋め尽くすように、ゲート材７を形成する。その後、ゲート材７をＲＩＥなどのドライエッチングでエッチバックすることによって、図４４に示すように、トレンチ４の内部にゲート電極８を形成する。
この工程において、メサ領域５の上部表面に熱酸化膜３２が形成されている。そのため、上述した第１の実施形態と同様に、熱酸化膜３２に対して選択性を有するエッチングレートでゲート材７をエッチバックすることでメサ領域５上の熱酸化膜はエッチングストッパとして機能し、メサ領域５の上部表面のエッチングを防止できる。
【００９５】
次に、上述した第１の実施形態と同様の工程を施して、ｐ型のベース領域９、ｎ+型のエミッタ領域１１、ｐ+型のコンタクト領域１２、層間絶縁膜１５、コンタクト孔１６、バリアメタル膜１７、コンタクトプラグ１９などを形成する。
また第１の実施形態と同様の工程を施して、エミッタ電極２０、ｎ型のバッファ層２１、ｐ+型のコレクタ領域２２、保護膜２３、コレクタ電極２４などを形成する。
また併せて、ライフタイム制御工程（Ｓ１４）及び水素アニール工程（Ｓ１５）を施すことにより、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置３Ｃのウエハプロセスがほぼ完了する。
【００９６】
以上説明したように、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、厚さが異なるゲート絶縁膜３６を形成することができる。
なお、第３の実施形態に係る半導体装置１Ｃでは、ゲート絶縁膜３６の第１の部分３６ａが、エミッタ領域１１直下のベース領域９とゲート電極８との間からコンタクト領域１２直下のベース領域９とゲート電極８との間に亘って設けられていた。そして、図３２及び図３３に示すように、ゲート絶縁膜３６の第１の部分３６ａの一部がコンタクト領域１２直下のベース領域９側に食み出て第２の部分３６ｂと繋がっている場合について説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではない。
【００９７】
図４５に示すように、ゲート絶縁膜３６は、第２の部分３６ｂがコンタクト領域１２直下のベース領域９とゲート電極８との間からエミッタ領域１１直下のベース領域９とゲート電極８との間に亘って設けられてもよい。そしてゲート絶縁膜３６の一部がエミッタ領域１１直下のベース領域９側に食み出て第１の部分３６ａと繋がるようにしてもよい。
この場合、図３７に示す第３マスクＲＭ３において、第２の部分ｍ３ｂのＹ方向の幅を広くし、第１の部分３ｍａのＹ方向の幅を狭くすることで、容易にゲート絶縁膜３６の第２の部分３６ｂのＹ方向の幅を広くすることができる。また、第１の部分３６ａのＹ方向の幅を狭くすることができる。
【００９８】
（第４の実施形態）
第４の実施形態に係る半導体装置１Ｄは、図４６に示すように、エミッタ領域の直下に設けられた低抵抗化層４１及び、この低抵抗化層４１に接する領域に対応する部分の厚みが、他の部分よりも薄いゲート絶縁膜４６を備えることを特徴とする。
第４の実施形態に係る半導体装置１Ｄの低抵抗化層４１は、隣り合うコンタクト領域１２の間を架け渡すように、ベース領域９の上部に、ベース領域９より高濃度（ｐ++）で設けられている。図４６は、図１のIIｃ−IIｃ線に対応する位置での要部断面図である。
【００９９】
また図４７は、図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図である。図４７に示すように、第４の実施形態に係る半導体装置の低抵抗化層４１と同じ高さに位置するゲート絶縁膜４６の厚みを、他の位置のゲート絶縁膜４６より薄くすることが好ましい。
具体的には、低抵抗化層４１と同じ高さに位置するゲート絶縁膜４６の領域の厚みを、低抵抗化層４１の上側のエミッタ領域１１、低抵抗化層４１の下側のベース領域９及びベース領域９の下側のドリフト層３と接する領域のゲート絶縁膜４６より薄くする。
ゲート絶縁膜４６の低抵抗化層４１と同じ高さに位置する部分の厚みは、図４８に示すように、ゲート電極４８との界面側が低抵抗化層４１側に引っ込む凹部を設けることで薄肉化されている。薄肉化された領域の厚みｔは、ゲート電圧印加時にトレンチ４の側壁側の低抵抗化層４１の表面の表面ポテンシャルが変化し、所望の反転層が形成されるように考慮して設定されている。
【０１００】
第４の実施形態に係る半導体装置１Ｄの、低抵抗化層４１及びゲート絶縁膜４６以外の構造については、第１〜第３の実施形態に係る半導体装置において、同一又は類似の符号を付した部材、層又は領域のそれぞれと等価であるため、重複説明を省略する。
第４の実施形態に係る半導体装置１Ｄによれば、高濃度の低抵抗化層４１がエミッタ領域１１の下側に設けられていることにより、エミッタ領域１１の下側の領域の抵抗が低下し、ｐｎ接合が導通し難くなる。そしてターンオフ動作時に正孔電流が流れた際の低抵抗化層４１の領域における電位上昇を抑制して、第４の実施形態に係る半導体装置１Ｄをラッチアップし難くすることができる。
またエミッタ領域接触幅Ｗeを大きくして、チャネル密度を上げることが可能になり、オン電圧を低減することができる。
【０１０１】
また第４の実施形態に係る半導体装置１Ｄによれば、低抵抗化層４１に接する位置のゲート絶縁膜４６の厚みを薄く構成する。
ゲート絶縁膜４６の厚みをトレンチ４の側壁に沿って一様とすれば、エミッタ領域１１の下に低抵抗化層４１の表面に反転層が形成され難くなり、ゲート閾値電圧が上昇し、半導体装置がターンオンし難くなる。
そのため、低抵抗化層４１に接する位置のゲート絶縁膜４６の厚みを端部の領域より相対的に薄くすることにより、低抵抗化層４１の表面ポテンシャルの制御を容易にして、ゲート閾値電圧の上昇を抑制することができる。このように低抵抗化層４１の設置及びゲート絶縁膜４６の膜厚の制御を組み合わせて構成することにより、ラッチアップし難く、ゲート閾値電圧の上昇を抑制した、第４の実施の形態に係る半導体装置を提供することができる。
【０１０２】
ここで、エミッタ領域１１とベース領域９の間ではなく、エミッタ領域１１の下で更にベース領域９の下の、ドリフト層３の上部に接する位置のゲート絶縁膜の厚みを他の位置よりも薄くする方法がある。こうした方法は例えば、特開平６−１３６２１号公報に記載された発明に示されている。
この方法の場合、ゲート電極に逆バイアスを印加した時に、ドリフト層３のゲートに近接する部分の導電型が反転し、高耐圧化を図ることができるというメリットがある。しかしベース領域９の濃度が薄く抵抗が高いとｐｎ接合が導通し易くなり、ラッチアップして半導体装置が破壊し易くなるという問題がある。
この点、第４の実施形態に係る半導体装置によれば、ドリフト層３の上部ではなく、エミッタ領域１１とベース領域９の間におけるゲート絶縁膜４６の厚みを、他の部分よりも薄く構成するのでラッチアップし難くなる。第４の実施形態に係る半導体装置１Ｄの他の効果については、第１の実施形態に係る半導体装置の場合と同様である。
【０１０３】
＜第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法＞
次に、第４の実施形態に係る半導体装置１Ｄの製造方法について、図４９乃至図５９を用いて説明する。図４９乃至図５９は、図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図である。
第４の実施形態に係る半導体装置１Ｄの製造方法では、低抵抗化層４１、ゲート絶縁膜４６及びゲート電極４８のそれぞれの形成工程以外は上述した第１の実施形態に係る半導体装置１Ａの製造方法とほぼ同一である。そのため、低抵抗化層４１、ゲート絶縁膜４６及びゲート電極４８のそれぞれの形成工程に特化して説明し、その他の工程については詳細な説明を省略する。
【０１０４】
（ａ２）まず、ｎ-型の半導体基板３SUBを準備する。次に、図４９に示すように、半導体基板３SUBの上面に、絶縁膜４５を、熱酸化法等により形成する。絶縁膜４５は、後述する複数回の絶縁膜形成処理に耐え得るエッチングストッパとしても機能する。図４９中に例示された絶縁膜４５は、後述するゲート絶縁膜に比して遥かに厚く形成されている。
（ｂ２）次に、上述した第１の実施形態と同様の工程を施して、図５０に示すように、絶縁膜４５をエッチングマスクとして、半導体基板３SUBの主面にトレンチ４を形成すると共に、Ｘ方向において互いに隣り合うトレンチ４で挟まれて区画されたメサ領域５を形成する。
【０１０５】
（ｃ２）次に、図５１に示すように、トレンチ４の内側にＳｉＯ2膜からなる第１のゲート絶縁膜４６ａを、例えば熱酸化法等により一定の膜厚で形成する。熱酸化により半導体基板３SUB上の絶縁膜４５の側壁部の厚さも成長する。
図５１では、絶縁膜４５の側壁部に新たに出来る熱酸化膜の厚さとトレンチ４の側壁に出来る熱酸化膜の厚さを同じ厚さで表現しているが、これは模式的表現である。実際には絶縁膜４５の側壁部に成長する熱酸化膜の厚さは、トレンチ４の側壁に成長する熱酸化膜の厚さより薄い。
【０１０６】
（ｄ２）次に、第１のゲート絶縁膜４６ａの内側に、第１のゲート電極４８ａとして機能する低比抵抗のドープドポリシリコン膜を堆積してトレンチ４を埋め込む。
その後、図５２に示すように、ドープドポリシリコン膜をＲＩＥ等でエッチバックしてドープドポリシリコン膜の上面が、後述する工程で形成される予定の低抵抗化層４１の下面の位置となるように、エッチバックの量を調整する。エッチバックにより残ったドープドポリシリコン膜が第１のゲート電極４８ａとなる。
【０１０７】
（ｅ２）次に、図５３に示すように、酸化膜とドープドポリシリコン膜のエッチング速度の違いを用いた全面エッチによって、ドープドポリシリコン膜から露出した部分の第１のゲート絶縁膜４６ａを選択的にエッチングして除去する。
（ｆ２）次に、図５４に示すように、トレンチ４の内側に、例えばＳｉＯ2膜からなる第２のゲート絶縁膜４６ｂを、例えば熱酸化法等により一定の膜厚で形成する。第２のゲート絶縁膜４６ｂは、絶縁膜４５の上面及び側面、トレンチ４の上部の内壁面、第１のゲート絶縁膜４６ａの上端面並びに第１のゲート電極４８ａの上面に亘って形成される。図５４中に例示された第２のゲート絶縁膜４６ｂは、第１のゲート絶縁膜４６ａに比して薄く形成されている。
【０１０８】
（ｇ２）次に、図５５に示すように、トレンチ４の内側に形成された第２のゲート絶縁膜４６ｂのうち、第１のゲート電極４８ａの上面に形成された部分のみを選択的に除去する。この除去は、例えばＲＩＥなどの指向性の高いドライエッチングで行う。
すなわち、第１のゲート電極４８ａの上面が露出し、第２のゲート絶縁膜４６ｂの下端が、第１のゲート絶縁膜４６ａの上端から連続するように指向性エッチングを施す。指向性エッチングであるので、エッチング後の第２のゲート絶縁膜４６ｂは当初設定された厚みｔが維持でき、高濃度の低抵抗化層４１中に反転層が形成し易い第２のゲート絶縁膜４６ｂの厚さが維持できる。
【０１０９】
（ｈ２）次に、上面が露出した第１のゲート電極４８ａ、及び、上面が露出した第１のゲート絶縁膜４６ａの上に、第２のゲート電極４８ｂとして機能する予定のゲート材を、例えばＣＶＤ法により堆積してトレンチ４を埋め戻す。このゲート材としては、ドープドポリシリコンの他、例えばタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）等の高融点金属を用いることができる。
その後、ゲート材の上部をエッチバックして第２のゲート電極４８ｂを形成し、図５６に示すように、第２のゲート電極４８ｂの厚みが、所定の寸法となるように制御する。すなわちエッチバックにより第２のゲート電極４８ｂの厚みは、上面が、後述する工程で形成される予定の低抵抗化層４１の上面の位置に揃うように設定される。
【０１１０】
（ｉ２）次に、図５７に示すように、エッチバックした空間に露出したトレンチ４の内側に、例えばＳｉＯ2膜やシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4膜）等の第３のゲート絶縁膜４６ｃを、例えばＣＶＤ法により一定の膜厚で形成する。第３のゲート絶縁膜４６ｃは、第２のゲート絶縁膜４６ｂの表面及び第２のゲート電極４８ｂの上面に亘って形成される。
第３のゲート絶縁膜４６ｃは、図５７中に例示したように第２のゲート絶縁膜４６ｂの厚みｔと併せて、第１のゲート絶縁膜４６ａの厚みと略等しくなるようにしても良いし、或いは更に厚くても構わない。
【０１１１】
（ｊ２）次に、図５８に示すように、トレンチ４の内側に形成された第３のゲート絶縁膜４６ｃのうち、第２のゲート電極４８ｂの上面の部分を、ＲＩＥなどの指向性の高いドライエッチングで選択的に除去して、第２のゲート電極４８ｂの上面を露出させる。
選択的に除去され残った部分の第３のゲート絶縁膜４６ｃと、第１のゲート絶縁膜４６ａと第２のゲート絶縁膜４６ｂとが一体で、図４７に示したようなゲート絶縁膜４６となる。
【０１１２】
（ｋ２）次に、上面が露出した第２のゲート電極４８ｂの上に、第３のゲート電極４８ｃとして機能する予定のゲート材を、例えばＣＶＤ法により第２のゲート電極４８ｂに連続するように堆積してトレンチ４の上部の空間を埋め戻す。このゲート材としては、例えばドープドポリシリコン、高融点金属、高融点金属のシリサイドやポリサイド等を用いることができる。
その後、ゲート材の上面が図５９に示すレベルとなるようにエッチバックして、第３のゲート電極４８ｃを形成する。エッチバックされ残った部分の第３のゲート電極４８ｃと、第１のゲート電極４８ａと第２のゲート電極４８ｂとが一体で、図４７に示したようなゲート電極４８となる。
【０１１３】
次に、図示を省略するが、図１２〜図１４で説明したのと同様に、コンタクト領域１２が形成されるように、ｐ型を呈する第１不純物イオンをＹ方向に沿って選択的に注入する。次に、低抵抗化層４１が形成されるように、複数の第１不純物イオンが注入された領域の間に、ｐ型を呈する第１不純物イオンを選択的に注入する。
次に、エミッタ領域１１が形成されるように、ｎ型を呈する第２不純物イオンを選択的に注入する。これらのイオン注入の際、第１不純物イオン及び第２不純物イオンの拡散係数及び射影距離をそれぞれ選択することにより、エミッタ領域１１の下側に低抵抗化層４１が形成される。
その後、図１５〜図２７で説明したのと同様にそれぞれの工程を施す。このとき、低抵抗化層４１は活性化後に、第２のゲート電極４８ｂ及び第２のゲート絶縁膜４６ｂと同じ高さに揃って位置するように、活性化処理が施される。
以上の工程により、図４６〜図４８に示したような第４の実施形態に係る半導体装置１Ｄを製造することができる。
【０１１４】
（第４の実施形態の第１変形例）
第４の実施形態に係る半導体装置は、低抵抗化層４１に接する位置のゲート絶縁膜４６の厚みのみを選択的に薄くして、反転層の形成を容易化した。しかし低抵抗化層４１における反転層の形成を容易化できる限り、図６０に示した第４の実施形態の第１変形例に係る半導体装置１Ｅのように、エミッタ領域１１に接する領域のゲート絶縁膜５６の厚みも薄くしてもよい。
図６０は、図１のIIａ−IIａ線に対応する位置での要部断面図である。図６０中には、低抵抗化層４１及びエミッタ領域１１に接する領域が、ベース領域９に接する領域のゲート絶縁膜５６の厚みよりも薄い厚みで、上下方向に一定の厚みで延びるように設けられた状態が例示されている。
【０１１５】
このように、ゲート絶縁膜５６の厚みを、低抵抗化層４１に接する領域だけでなく、低抵抗化層４１及びエミッタ領域１１に接する領域に亘って薄くする構造の場合は、ゲート絶縁膜５６及びゲート電極５８を形成する製造工程がより簡単になる。
具体的には、図５７に示したような第３のゲート絶縁膜４６ｃを成膜する必要が省ける。また図５９に示したような、第３のゲート電極４８ｃの製造工程を第２のゲート電極４８ｂの製造工程と別に施すことなく、１回の製造工程で一体的に形成できる。よって、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を簡素化し、生産性を高めることができる。
【０１１６】
（第４の実施形態の第２変形例）
また、第４の実施形態に係る半導体装置は、ゲート電極４８の上面の最も高い位置がエミッタ領域１１の上面と同じ位置となるような深さでゲート電極４８が形成されていた。しかしゲート電極の上面が低抵抗化層４１の上面に揃う位置となるように、図４７に示した場合より低くなるように形成してもよい。
第４の実施形態の第２変形例に係る半導体装置の製造方法としては、例えば図５７において示した第３のゲート絶縁膜４６ｃを、トレンチ４の内側を埋め戻す程度まで厚く形成する。その後、第３のゲート絶縁膜４６ｃの内部に、第２のゲート電極４８ｂに達するコンタクトホール（ビアホール）を形成すれば、第２のゲート電極４８ｂがゲート電極の一番上の層として機能する。
その後、コンタクトホール（ビアホール）の中にビアプラグを埋めることにより、第２のゲート電極４８ｂと表面配線との電気的な接続が可能になる。その他の工程については、上記した第４の実施形態に係る半導体装置１Ｄの製造方法の場合と同様である。
このようにゲート電極の上面をエミッタ領域１１の下面より低くした第４の実施形態の第２変形例によれば、エミッタ・ゲート間の寄生容量を低減でき、低抵抗化層４１における反転層の形成を容易化できる。
【０１１７】
（第４の実施形態の第３変形例）
また、上記した第４の実施形態に係る半導体装置１Ｄの製造方法の説明では、トレンチ４を掘り込んだ後に、図６０に示したようなエミッタ領域１１や低抵抗化層４１等の表面構造を形成した。しかしこれに限定されず、エミッタ領域１１や低抵抗化層４１等の表面構造を形成した後で、図５０に示したようなトレンチ４を形成するように工程の順番を変更すれば、ゲート電極の材料の選択の自由度が向上する。
以上、本発明を上述した第１乃至第４の実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【０１１８】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…半導体装置
２，２ａ…トランジスタセル
２ｂ…ダイオードセル
３…ｎ-型のドリフト層
３SUB…半導体基板
４…トレンチ
５…メサ領域
５ａ…トランジスタ用メサ領域
５ｂ…ダイオード用メサ領域
５ｃ…フローティング用メサ領域
６…ゲート絶縁膜
７…ゲート材（ポリシリコン膜）
８…ゲート電極
９…ｐ型のベース領域
９ａ…フローティング領域
１１…ｎ+型のエミッタ領域
１１ｎ１…エミッタ・ベース間ｐｎ接合界面
１１ｎ２…エミッタ・コンタクト間ｐｎ接合界面
１２…ｐ+型のコンタクト領域
１２ｐ…コンタクト・ベース間界面
１５…層間絶縁膜
１６，１６ａ，１６ｂ…コンタクト孔
１７…バリアメタル膜
１８…プラグ材
１９…コンタクトプラグ
２０…エミッタ電極
２１…ｎ型のバッファ層
２２…ｐ+型のコレクタ領域
２３…保護膜
２４…コレクタ電極
４１…低抵抗化層
４５…絶縁膜
４６…ゲート絶縁膜
４６ａ…第１のゲート絶縁膜
４６ｂ…第２のゲート絶縁膜
４６ｃ…第３のゲート絶縁膜
４８…ゲート電極
４８ａ…第１のゲート電極
４８ｂ…第２のゲート電極
４８ｃ…第３のゲート電極
５６…ゲート絶縁膜
５８…ゲート電極
ｄbc…コンタクト領域の深さ
ｄe…エミッタ領域の深さ
Ｗbc…コンタクト領域接触幅
Ｗe…エミッタ領域接触幅
Ｗeff…実効コンタクト領域幅
Ｗinj…エミッタ注入幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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