(57)【要約】【課題】  リカバリ損失を低減しつつ、スナップバック現象を抑制し得る技術を提供する。【解決手段】  半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の上面に設けられた複数のトレンチと、トレンチの内面を覆う絶縁膜と、トレンチ内に配置されている制御電極と、上部電極と、下部電極、を備える。半導体基板のダイオード領域が、絶縁膜に接しており、上部電極に接続されているｎ型のバイパス領域と、上部電極に接続されているｐ型のアノードコンタクト領域と、バイパス領域とアノードコンタクト領域の下側に配置されており、バイパス領域の下側で絶縁膜に接しているｐ型のボディ領域と、ボディ領域の下側で絶縁膜に接しているｎ型のドリフト領域と、ドリフト領域の下側に配置されており、下部電極に接続されているｎ型のカソード領域、を有する。アノードコンタクト領域の下端の位置が、バイパス領域の下端の位置よりも下側である。【選択図】図１
2019161112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＧＢＴ領域とダイオード領域を有する半導体基板を備える半導体装置であって、
前記ＩＧＢＴ領域内と前記ダイオード領域内の前記半導体基板の上面に設けられた複数のトレンチと、
前記トレンチの内面を覆う絶縁膜と、
前記トレンチ内に配置されており、前記絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されている制御電極と、
前記半導体基板の前記上面に設けられた上部電極と、
前記半導体基板の下面に設けられた下部電極、
を備えており、
前記ダイオード領域が、
前記上面に露出しており、前記絶縁膜に接しており、前記上部電極に接続されているｎ型のバイパス領域と、
前記上面に露出しており、前記上部電極に接続されているｐ型のアノードコンタクト領域と、
前記バイパス領域と前記アノードコンタクト領域の下側に配置されており、前記バイパス領域の下側で前記絶縁膜に接しており、前記アノードコンタクト領域のｐ型不純物濃度よりも低いｐ型不純物濃度を有するｐ型のボディ領域と、
前記ボディ領域の下側で前記絶縁膜に接しているｎ型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域の下側に配置されており、前記半導体基板の下面に露出しており、前記ドリフト領域のｎ型不純物濃度よりも高いｎ型不純物濃度を有しており、前記下部電極に接続されているｎ型のカソード領域、
を有しており、
前記アノードコンタクト領域の下端の位置が、前記バイパス領域の下端の位置よりも下側である、
半導体装置。
【請求項２】
前記ダイオード領域が、
前記ボディ領域と前記ドリフト領域の間に配置されており、前記ボディ領域の下側で前記絶縁膜に接しており、前記ドリフト領域のｎ型不純物濃度よりも高いｎ型不純物濃度を有するｎ型のバリア領域と、
前記バリア領域と前記ドリフト領域の間に配置されており、前記バリア領域の下側で前記絶縁膜に接しており、前記バリア領域と前記ドリフト領域を分離するｐ型の下部ボディ領域、
をさらに有している、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ダイオード領域が、
前記半導体基板の前記上面から、前記アノードコンタクト領域と前記ボディ領域を貫通して前記バリア領域まで伸びるｎ型のピラー領域をさらに有している、請求項２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。
【０００２】
特許文献１には、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域を有する半導体基板を備える半導体装置が開示されている。この半導体装置は、ＩＧＢＴ領域内とダイオード領域内の半導体基板の上面に設けられた複数のトレンチと、トレンチの内面を覆う絶縁膜と、トレンチ内に配置されており、絶縁膜によって半導体基板から絶縁されている制御電極と、半導体基板の上面に設けられた上部電極と、半導体基板の下面に設けられた下部電極、を備えている。この半導体装置では、ダイオード領域が、バイパス領域と、アノードコンタクト領域と、ボディ領域と、ドリフト領域と、カソード領域、を有している。バイパス領域は、半導体基板の上面に露出しており、絶縁膜に接しており、上部電極に接続されているｎ型領域である。アノードコンタクト領域は、半導体基板の上面に露出しており、上部電極に接続されているｐ型領域である。ボディ領域は、バイパス領域とアノードコンタクト領域の下側に配置されており、バイパス領域の下側で絶縁膜に接しており、アノードコンタクト領域のｐ型不純物濃度よりも低いｐ型不純物濃度を有するｐ型領域である。ドリフト領域は、ボディ領域の下側で絶縁膜に接しているｎ型領域である。カソード領域は、ドリフト領域の下側に配置されており、半導体基板の下面に露出しており、ドリフト領域のｎ型不純物濃度よりも高いｎ型不純物濃度を有しており、下部電極に接続されているｎ型領域である。
【０００３】
特許文献１の半導体装置では、ダイオードに印加する順方向電圧を上昇させていくと、カソード領域から上部電極へ向かって電子が流れる。電子は、主にバイパス領域を経由して上部電極へ流れるため、アノードコンタクト領域からドリフト領域へのホールの注入が抑制される。ダイオードに印加する電圧を順方向電圧から逆方向電圧に切り換えると、ダイオードがリカバリ動作を開始する。すなわち、ドリフト領域内のホールが上部電極へ排出され、ダイオードにリカバリ電流が流れる。この半導体装置では、ダイオードに順方向電圧を印加しているときにドリフト領域に注入されるホールが少ないので、リカバリ電流が小さい。したがって、この半導体装置は、リカバリ動作時に損失が生じ難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１７０７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の半導体装置では、ダイオードがオンするときに、ボディ領域からバイパス領域を経由して上部電極へ電子が流れる。電子がバイパス領域を経由して上部電極へ流れ易いので、ダイオードに印加する順方向電圧を上昇させるときに、順方向電圧の上昇に対して順方向電流の増大が一時的に遅延するスナップバック現象が生じる場合がある。このようなスナップバック現象が生じると、ダイオードの損失が増加する。本明細書では、リカバリ損失を低減しつつ、スナップバック現象を抑制し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する半導体装置は、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域を有する半導体基板を備える。前記半導体装置は、前記ＩＧＢＴ領域内と前記ダイオード領域内の前記半導体基板の上面に設けられた複数のトレンチと、前記トレンチの内面を覆う絶縁膜と、前記トレンチ内に配置されており、前記絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されている制御電極と、前記半導体基板の上面に設けられた上部電極と、前記半導体基板の下面に設けられた下部電極、を備えている。前記ダイオード領域が、バイパス領域と、アノードコンタクト領域と、ボディ領域と、ドリフト領域と、カソード領域、を有している。前記バイパス領域は、前記上面に露出しており、前記絶縁膜に接しており、前記上部電極に接続されているｎ型領域である。前記アノードコンタクト領域は、前記上面に露出しており、前記上部電極に接続されているｐ型領域である。前記ボディ領域は、前記バイパス領域と前記アノードコンタクト領域の下側に配置されており、前記バイパス領域の下側で前記絶縁膜に接しており、前記アノードコンタクト領域のｐ型不純物濃度よりも低いｐ型不純物濃度を有するｐ型領域である。前記ドリフト領域は、前記ボディ領域の下側で前記絶縁膜に接しているｎ型領域である。前記カソード領域は、前記ドリフト領域の下側に配置されており、前記半導体基板の下面に露出しており、前記ドリフト領域のｎ型不純物濃度よりも高いｎ型不純物濃度を有しており、前記下部電極に接続されているｎ型領域である。前記アノードコンタクト領域の下端の位置が、前記バイパス領域の下端の位置よりも下側である。
【０００７】
上記の半導体装置では、アノードコンタクト領域の下端の位置が、バイパス領域の下端の位置よりも下側に位置している。このため、トレンチの側面に沿ってカソード領域から上部電極へ向かって流れる電子の一部が、アノードコンタクト領域を介して上部電極へ排出され易い。したがって、バイパス領域を経由して上部電極へ流れる電子が減少し、スナップバック現象を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の半導体装置１０の縦断面図。
【図２】実施例２の半導体装置２１０の縦断面図。
【図３】実施例３の半導体装置３１０の縦断面図。
【図４】変形例の半導体装置の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００９】
図１に示す実施例１の半導体装置１０は、半導体基板１２と、半導体基板１２の上面１２ａ及び下面１２ｂに形成された電極、絶縁体等によって構成されている。半導体基板１２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が形成されているＩＧＢＴ領域１６と、ダイオードが形成されているダイオード領域１８を備えている。すなわち、半導体装置１０は、いわゆるＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting-IGBT）である。
【００１０】
半導体基板１２は、例えば、Ｓｉ（シリコン）により形成されている。半導体基板１２の上面１２ａには、複数のトレンチ４０が形成されている。各トレンチ４０は、図１の紙面に対して垂直方向に沿って互いに平行に伸びている。
【００１１】
ＩＧＢＴ領域１６内の各トレンチ４０の内面は、ゲート絶縁膜４２に覆われている。ＩＧＢＴ領域１６内の各トレンチ４０の内部には、ゲート電極４４が配置されている。ゲート電極４４は、ゲート絶縁膜４２によって半導体基板１２から絶縁されている。ゲート電極４４の表面は、層間絶縁膜４６に覆われている。
【００１２】
ダイオード領域１８内の各トレンチ４０の内面は、絶縁膜５２に覆われている。ダイオード領域１８内の各トレンチ４０の内部には、制御電極５４が配置されている。制御電極５４は、絶縁膜５２によって半導体基板１２から絶縁されている。制御電極５４の表面は、層間絶縁膜５６に覆われている。制御電極５４の電位は、ゲート電極４４の電位から独立して制御される。
【００１３】
半導体基板１２の上面１２ａには、上部電極６０が形成されている。上部電極６０は、層間絶縁膜４６によってゲート電極４４から絶縁されており、層間絶縁膜５６によって制御電極５４から絶縁されている。半導体基板１２の下面１２ｂには、下部電極６２が形成されている。
【００１４】
ＩＧＢＴ領域１６の内部には、エミッタ領域２０、ボディコンタクト領域２２、ボディ領域２４、ドリフト領域２６及びコレクタ領域２８が形成されている。
【００１５】
エミッタ領域２０は、ｎ型領域であり、半導体基板１２の上面１２ａに露出している。エミッタ領域２０は、上部電極６０にオーミック接触している。エミッタ領域２０は、ゲート絶縁膜４２に接している。
【００１６】
ボディコンタクト領域２２は、高濃度のｐ型不純物を含有するｐ型領域である。ボディコンタクト領域２２は、半導体基板１２の上面１２ａに露出している。ボディコンタクト領域２２は、上部電極６０にオーミック接触している。ボディコンタクト領域２２は、エミッタ領域２０に隣接している。
【００１７】
ボディ領域２４は、ボディコンタクト領域２２よりも低いｐ型不純物濃度を有するｐ型領域である。ボディ領域２４は、エミッタ領域２０とボディコンタクト領域２２の下側に形成されている。ボディ領域２４は、エミッタ領域２０の下側でゲート絶縁膜４２に接している。
【００１８】
ドリフト領域２６は、低濃度ドリフト領域２６ａとバッファ領域２６ｂを有している。
【００１９】
低濃度ドリフト領域２６ａは、エミッタ領域２０とバッファ領域２６ｂよりも低いｎ型不純物濃度を有するｎ型領域である。低濃度ドリフト領域２６ａは、ボディ領域２４の下側に形成されている。低濃度ドリフト領域２６ａは、ボディ領域２４によってエミッタ領域２０から分離されている。低濃度ドリフト領域２６ａは、ボディ領域２４の下側で、トレンチ４０の下端部近傍のゲート絶縁膜４２に接している。
【００２０】
バッファ領域２６ｂは、低濃度ドリフト領域２６ａよりも高いｎ型不純物濃度を有するｎ型領域である。バッファ領域２６ｂは、低濃度ドリフト領域２６ａの下側に形成されている。
【００２１】
コレクタ領域２８は、高濃度のｐ型不純物を含有するｐ型領域である。コレクタ領域２８は、バッファ領域２６ｂの下側に形成されている。コレクタ領域２８は、ドリフト領域２６によってボディ領域２４から分離されている。コレクタ領域２８は、半導体基板１２の下面１２ｂに露出している。コレクタ領域２８は、下部電極６２にオーミック接触している。
【００２２】
ＩＧＢＴ領域１６内には、エミッタ領域２０、ボディコンタクト領域２２、ボディ領域２４、ドリフト領域２６、コレクタ領域２８及びゲート電極４４等によって、上部電極６０と下部電極６２との間に接続されたＩＧＢＴが形成されている。半導体装置１０がＩＧＢＴとして動作する場合には、上部電極６０がエミッタ電極であり、下部電極６２がコレクタ電極である。
【００２３】
ダイオード領域１８の内部には、バイパス領域３０、アノードコンタクト領域３２、ボディ領域３４、ドリフト領域３６及びカソード領域３８が形成されている。
【００２４】
バイパス領域３０は、ｎ型領域であり、半導体基板１２の上面１２ａに露出している。バイパス領域３０は、上部電極６０にオーミック接触している。バイパス領域３０は、絶縁膜５２に接している。
【００２５】
アノードコンタクト領域３２は、高濃度のｐ型不純物を含有するｐ型領域である。アノードコンタクト領域３２は、半導体基板１２の上面１２ａに露出している。アノードコンタクト領域３２は、上部電極にオーミック接触している。アノードコンタクト領域３２は、バイパス領域３０に隣接している。アノードコンタクト領域３２の下端３２ａの位置は、バイパス領域３０の下端３０ａの位置よりも下側に位置している。
【００２６】
ボディ領域３４は、アノードコンタクト領域３２よりも低いｐ型不純物濃度を有するｐ型領域である。ボディ領域３４は、バイパス領域３０とアノードコンタクト領域３２の下側に形成されている。ボディ領域３４は、バイパス領域３０の下側で絶縁膜５２に接している。
【００２７】
ドリフト領域３６は、ドリフト領域２６と繋がっているｎ型領域である。ドリフト領域３６は、低濃度ドリフト領域３６ａとバッファ領域３６ｂを有している。
【００２８】
低濃度ドリフト領域３６ａは、バイパス領域３０よりも低いｎ型不純物濃度を有するｎ型領域である。低濃度ドリフト領域３６ａは、ボディ領域３４の下側に形成されている。低濃度ドリフト領域３６ａは、ボディ領域３４によってバイパス領域３０から分離されている。低濃度ドリフト領域３６ａは、ボディ領域３４の下側で、トレンチ４０の下端部近傍の絶縁膜５２に接している。低濃度ドリフト領域３６ａは、ＩＧＢＴ領域１６内の低濃度ドリフト領域２６ａと略同じｎ型不純物濃度を有している。低濃度ドリフト領域３６ａは、ＩＧＢＴ領域１６内の低濃度ドリフト領域２６ａと繋がっている。
【００２９】
バッファ領域３６ｂは、低濃度ドリフト領域３６ａの下側に形成されている。バッファ領域３６ｂは、低濃度ドリフト領域３６ａよりも高いｎ型不純物濃度を有するｎ型領域である。バッファ領域３６ｂは、ＩＧＢＴ領域１６内のバッファ領域２６ｂと略同じｎ型不純物濃度を有している。バッファ領域３６ｂは、ＩＧＢＴ領域１６内のバッファ領域２６ｂと繋がっている。
【００３０】
カソード領域３８は、バッファ領域３６ｂよりも高いｎ型不純物濃度を有するｎ型領域である。カソード領域３８は、バッファ領域３６ｂの下側に形成されている。カソード領域３８は、半導体基板１２の下面１２ｂに露出している。カソード領域３８は、下部電極６２にオーミック接触している。カソード領域３８は、ＩＧＢＴ領域１６内のコレクタ領域２８に隣接している。
【００３１】
ダイオード領域１８内には、アノードコンタクト領域３２、ボディ領域３４、ドリフト領域３６及びカソード領域３８等によって、上部電極６０と下部電極６２との間に接続されたダイオードが形成されている。半導体装置１０がダイオードとして動作する場合には、上部電極６０がアノード電極であり、下部電極６２がカソード電極である。すなわち、ダイオードは、ＩＧＢＴに対して逆並列に接続されている。
【００３２】
次に、ＩＧＢＴ領域１６内のＩＧＢＴの動作について説明する。ゲート電極４４に閾値以上の電位（すなわち、ゲート−エミッタ間電圧）を印加すると、ゲート絶縁膜４２に隣接する範囲のボディ領域２４にチャネルが形成される。下部電極６２が上部電極６０よりも高電位となる電位が印加されている状態では、チャネルが形成されると、電子が、上部電極６０から、エミッタ領域２０、ボディ領域２４のチャネル、ドリフト領域２６及びコレクタ領域２８を経由して下部電極６２へ流れる。また、ホールが、下部電極６２から、コレクタ領域２８、ドリフト領域２６、ボディ領域２４及びボディコンタクト領域２２を経由して上部電極６０へ流れる。すなわち、ＩＧＢＴがオンする。
【００３３】
その後、ゲート電極４４の電位を低下させると、チャネルが消失し、ＩＧＢＴがオフする。すると、ＩＧＢＴがオンしているときにドリフト領域２６内に存在していたホールが、ボディコンタクト領域２２を介して上部電極６０へ排出される。これにより、ＩＧＢＴがオフする。
【００３４】
次に、ダイオード領域１８内のダイオードの動作について説明する。ダイオードに印加する順方向電圧（すなわち、上部電極６０が下部電極６２に対してプラスとなる電圧）を徐々に上昇させていくと、ボディ領域３４とドリフト領域３６の間のｐｎ接合がオンして、カソード領域３８から上部電極６０へ向かって電子が流れる。制御電極５４が上部電極６０と略同じ低電位を有しているので、電子がトレンチ４０の側面に引き寄せられる。このため、多くの電子は、トレンチ４０の側面に沿って上部電極６０に向かう。そして、図１に実線矢印１００で示すように、電子は、主にバイパス領域３０を経由して上部電極６０へ流れる。すなわち、電子が、カソード領域３８から、ドリフト領域３６、ボディ領域３４及びバイパス領域３０を経由して上部電極６０へ流れる。このため、アノードコンタクト領域３２からドリフト領域３６へのホールの注入が抑制される。ダイオードに印加する電圧を順方向電圧から逆方向電圧に切り換えると、ダイオードがリカバリ動作を開始する。すなわち、ドリフト領域３６内のホールが上部電極６０へ排出され、ダイオードにリカバリ電流が流れる。この半導体装置１０では、ダイオードに順方向電圧を印加しているときにドリフト領域３６に注入されるホールが少ないので、リカバリ動作時にドリフト領域３６から上部電極６０へ排出されるホールも少ない。すなわち、この半導体装置１０では、リカバリ電流が小さい。したがって、この半導体装置１０は、リカバリ動作時に損失が生じ難い。
【００３５】
但し、矢印１００で示すようにバイパス領域３０へ流れる電子が多すぎると、ダイオードがオンするときに、スナップバック現象が生じる。これに対し、半導体装置１０では、アノードコンタクト領域３２の下端３２ａの位置が、バイパス領域３０の下端３０ａの位置よりも下側に位置していることで、スナップバック現象の発生が抑制されている。すなわち、アノードコンタクト領域３２の下端３２ａがバイパス領域３０の下端３０ａよりも下側に位置していると、図１に破線矢印１１０で示すように、カソード領域３８から上部電極６０へ向かって流れる電子の一部が、アノードコンタクト領域３２を経由して上部電極６０へ排出され易い。したがって、バイパス領域３０を経由して上部電極６０へ流れる電子が減少する。このため、この半導体装置１０では、ダイオードがオンするときに、スナップバック現象を抑制することができる。
【実施例２】
【００３６】
次に、図２を参照して、実施例２の半導体装置２１０について説明する。なお、実施例２の半導体装置２１０において、実施例１と同様の構成については、実施例１と同様の符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
実施例２の半導体装置２１０では、ＩＧＢＴ領域１６の内部に、ＩＧＢＴバリア領域７０及び下部ボディ領域７２が形成されており、ダイオード領域１８の内部に、ダイオードバリア領域８０及び下部ボディ領域８２が形成されている。
【００３８】
ＩＧＢＴバリア領域７０は、低濃度ドリフト領域２６ａよりも高いｎ型不純物濃度を有するｎ型領域であり、ボディ領域２４の下側に形成されている。ボディ領域２４とＩＧＢＴバリア領域７０の境界に、ｐｎ接合が形成されている。ＩＧＢＴバリア領域７０は、ボディ領域２４によってエミッタ領域２０から分離されている。ＩＧＢＴバリア領域７０は、ボディ領域２４の下側でゲート絶縁膜４２に接している。
【００３９】
下部ボディ領域７２は、ｐ型領域であり、ＩＧＢＴバリア領域７０の下側であって、低濃度ドリフト領域２６ａの上側に形成されている。下部ボディ領域７２は、ＩＧＢＴバリア領域７０によってボディ領域２４から分離されている。下部ボディ領域７２は、ＩＧＢＴバリア領域７０の下側でゲート絶縁膜４２に接している。
【００４０】
ダイオードバリア領域８０は、低濃度ドリフト領域３６ａよりも高いｎ型不純物濃度を有するｎ型領域であり、ボディ領域３４の下側に形成されている。ボディ領域３４とダイオードバリア領域８０の境界に、ｐｎ接合が形成されている。ダイオードバリア領域８０は、ボディ領域３４によってバイパス領域３０から分離されている。ダイオードバリア領域８０は、ボディ領域３４の下側で絶縁膜５２に接している。
【００４１】
下部ボディ領域８２は、ｐ型領域であり、ダイオードバリア領域８０の下側であって、低濃度ドリフト領域３６ａの上側に形成されている。下部ボディ領域８２は、ダイオードバリア領域８０によってボディ領域３４から分離されている。下部ボディ領域８２は、ダイオードバリア領域８０の下側で絶縁膜５２に接している。
【００４２】
本実施例の半導体装置２１０では、ダイオード領域１８内において、ダイオードバリア領域８０が、アノードコンタクト領域３２から注入されるホールに対する障壁を形成する。このため、ダイオードバリア領域８０が設けられることによって、順方向電圧が印加されているときに、アノードコンタクト領域３２からドリフト領域３６へ注入されるホールが抑制され、リカバリ損失がより低減される。
【００４３】
また、ＩＧＢＴ領域１６内において、ＩＧＢＴバリア領域７０が、コレクタ領域２８から注入されるホールに対する障壁を形成する。このため、ＩＧＢＴがオンするときに、ホールが下部ボディ領域７２からボディ領域２４に向かって流れ難い。このため、ドリフト領域２６内にホールが蓄積され、ドリフト領域２６の電気抵抗が低くなる。これにより、ＩＧＢＴで生じる損失が低減される。
【００４４】
ダイオードバリア領域８０が、バリア領域の一例である。
【実施例３】
【００４５】
次に、図３を参照して、実施例３の半導体装置３１０について説明する。実施例３の半導体装置３１０では、実施例２の半導体装置２１０の構成に加えて、ＩＧＢＴ領域１６の内部にＩＧＢＴピラー領域７４が形成されており、ダイオード領域１８の内部にダイオードピラー領域８４が形成されている。
【００４６】
ＩＧＢＴピラー領域７４は、ｎ型領域であり、ＩＧＢＴ領域１６内のトレンチ４０に挟まれた領域のそれぞれに形成されている。ＩＧＢＴピラー領域７４は、半導体基板１２の上面１２ａから半導体基板１２の厚み方向に長く伸びている。ＩＧＢＴピラー領域７４は、半導体基板１２の上面１２ａから、ボディコンタクト領域２２及びボディ領域２４を貫通してＩＧＢＴバリア領域７０に達している。ＩＧＢＴピラー領域７４の下端は、ＩＧＢＴバリア領域７０と繋がっている。ＩＧＢＴピラー領域７４の上端は、上部電極６０に対してショットキー接触している。すなわち、ＩＧＢＴピラー領域７４と上部電極６０の間にショットキー接合７６が形成されている。
【００４７】
ダイオードピラー領域８４は、ｎ型領域であり、ダイオード領域１８内のトレンチ４０に挟まれた領域のそれぞれに形成されている。ダイオードピラー領域８４は、半導体基板１２の上面１２ａから半導体基板１２の厚み方向に長く伸びている。ダイオードピラー領域８４は、半導体基板１２の上面１２ａから、アノードコンタクト領域３２及びボディ領域３４を貫通してダイオードバリア領域８０に達している。ダイオードピラー領域８４の下端は、ダイオードバリア領域８０と繋がっている。ダイオードピラー領域８４の上端は、上部電極６０に対してショットキー接触している。すなわち、ダイオードピラー領域８４と上部電極６０の間にショットキー接合８６が形成されている。
【００４８】
本実施例の半導体装置３１０では、ダイオードに印加する順方向電圧を上昇させると、上部電極６０とダイオードピラー領域８４との間のショットキー接合８６がオンする。すると、下部電極６２から、カソード領域３８、ドリフト領域３６、下部ボディ領域８２、ダイオードバリア領域８０及びダイオードピラー領域８４を経由して、上部電極６０に向かって電子が流れる。ショットキー接合８６がオンすると、ダイオードバリア領域８０の電位が上部電極６０の電位に近い電位となる。このため、ボディ領域３４とダイオードバリア領域８０の境界のｐｎ接合８８に電位差が生じ難くなる。このため、その後に上部電極６０の電位を上昇させても、しばらくの間は、ｐｎ接合８８はオンしない。上部電極６０の電位をさらに上昇させると、ショットキー接合８６を介して流れる電流が増加する。これによって、上部電極６０とダイオードバリア領域８０の間の電位差が大きくなり、ｐｎ接合８８に生じる電位差も大きくなる。したがって、上部電極６０の電位を所定の電位以上に上昇させると、ｐｎ接合８８（すなわち、ダイオード）がオンする。すなわち、ダイオードバリア領域８０とボディ領域３４を経由する経路で、下部電極６２から上部電極６０へ向かって電子が流れる。
【００４９】
このように、本実施例の半導体装置３１０では、上部電極６０の電位が上昇する際に、ショットキー接合８６が先にオンすることで、ｐｎ接合８８がオンするタイミングが遅れる。これによって、ドリフト領域３６へのホールの流入が抑制される。このため、ダイオードのリカバリ動作時にリカバリ電流が流れ難い。したがって、半導体装置３１０は、リカバリ動作時に損失が生じ難い。
【００５０】
なお、半導体装置３１０では、ＩＧＢＴ領域１６内にも、ボディ領域２４とＩＧＢＴバリア領域７０との間のｐｎ接合７８によって寄生ダイオードが形成されている。また、ｐｎ接合７８の下側のＩＧＢＴバリア領域７０が、ＩＧＢＴピラー領域７４によって上部電極６０に接続されている。したがって、上述したように順方向電圧（すなわち、上部電極６０の電位）が上昇するときには、最初にＩＧＢＴピラー領域７４に電流が流れる。その後にさらに順方向電圧が上昇すると、寄生ダイオードを構成するｐｎ接合７８がオンする。このように、ＩＧＢＴ領域１６内でも、ｐｎ接合７８がオンするタイミングが遅くなり、ドリフト領域２６、３６へのホールの流入が抑制される。これによっても、リカバリ電流が抑制される。
【００５１】
なお、ＩＧＢＴ領域１６の内部にＩＧＢＴピラー領域７４が形成されなくてもよい。すなわち、ダイオード領域１８の内部のみにピラー領域が形成されてもよい。
【００５２】
ダイオードピラー領域８４が、ピラー領域の一例である。
【００５３】
上述した実施例１では、カソード領域３８がダイオード領域１８内のほぼ全域において形成されていた。すなわち、ダイオード領域１８では、半導体基板１２の下面１２ｂのほぼ全域にカソード領域３８が露出していた。しかしながら、図４に示すように、ｐ型の介在領域９０によってカソード領域３８が複数の部分に分離されていてもよい。このような構成では、半導体基板１２の下面１２ｂからの電子の注入が抑制され、リカバリ損失をより低減することができる。なお、介在領域９０は、他の実施例に用いてもよい。
【００５４】
本明細書が開示する技術要素について、以下に列挙する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。
【００５５】
本明細書が開示する一例の構成では、ダイオード領域が、ボディ領域とドリフト領域の間に配置されており、ボディ領域の下側で絶縁膜に接しており、ドリフト領域のｎ型不純物濃度よりも高いｎ型不純物濃度を有するｎ型のバリア領域と、バリア領域とドリフト領域の間に配置されており、バリア領域の下側で絶縁膜に接しており、バリア領域とドリフト領域を分離するｐ型の下部ボディ領域、をさらに有していてもよい。
【００５６】
このような構成では、バリア領域が、アノードコンタクト領域から注入されるホールに対する電位障壁を形成する。このため、ダイオード領域に順方向電圧が印加されているときに、アノードコンタクト領域から注入されるホールが抑制され、リカバリ損失をより低減することができる。
【００５７】
本明細書が開示する一例の構成では、ダイオード領域が、半導体基板の上面から、アノードコンタクト領域とボディ領域を貫通してバリア領域まで伸びるｎ型のピラー領域をさらに有していてもよい。
【００５８】
このような構成では、ダイオード領域に印加する順方向電圧が上昇する際に、ボディ領域とバリア領域の境界のｐｎ接合がオンするタイミングが遅れる。これによって、ドリフト領域へのホールの流入が抑制される。このため、ダイオードのリカバリ動作時にリカバリ電流が流れ難い。したがって、リカバリ損失をより低減することができる。
【００５９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００６０】
１０：半導体装置、１２：半導体基板、１２ａ：上面、１２ｂ：下面、１６：ＩＧＢＴ領域、１８：ダイオード領域、２０：エミッタ領域、２２：ボディコンタクト領域、２４：ボディ領域、２６：ドリフト領域、２８：コレクタ領域、３０：バイパス領域、３０ａ：下端、３２：アノードコンタクト領域、３２ａ：下端、３４：ボディ領域、３６：ドリフト領域、３８：カソード領域、４０：トレンチ、４２：ゲート絶縁膜、４４：ゲート電極、４６：層間絶縁膜、５２：絶縁膜、５４：制御電極、５６：層間絶縁膜、６０：上部電極、６２：下部電極、７０：ＩＧＢＴバリア領域、７２：下部ボディ領域、７４：ＩＧＢＴピラー領域、８０：ダイオードバリア領域、８２：下部ボディ領域、８４：ダイオードピラー領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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