(57)【要約】【課題】    オン電圧を低減化した半導体装置の、製造に要する時間を短縮化する技術を提供する。【解決手段】  隣接するトレンチ３０（第１トレンチ）の間に、ボディ領域５０の表面から、その底面３７がボディ領域５０内に位置するダミートレンチ３５（第２トレンチ）を形成する工程と、ダミートレンチ３５において開口するマスクでボディ領域５０の表面を覆う工程と、マスク越しにダミートレンチ３５の内面に向けてｎ型（第１導電型）の不純物を注入し、ダミートレンチ３５の底面３７の周囲にｎ型のキャリア移動抑制領域７０を形成する工程とを備えている。【選択図】  図１
2008251620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体層の表面から第２導電型の不純物を注入し、半導体層の表面から所定の深さまでの領域に第２導電型のボディ領域を形成する工程と、
ボディ領域の表面から、その底面が第１導電型の半導体層に突出する複数個の第１トレンチを形成する工程と、
隣接する第１トレンチの間に、ボディ領域の表面から、その底面がボディ領域内に位置する第２トレンチを形成する工程と、
第２トレンチにおいて開口するマスクでボディ領域の表面を覆う工程と、
マスク越しに第２トレンチの内面に向けて第１導電型の不純物を注入し、第２トレンチの底面の周囲に第１導電型のキャリア移動抑制領域を形成する工程と、
マスクを除去する工程と、
ボディ領域の表面に臨むとともに第１トレンチに接する範囲に、第１導電型の不純物を注入し、第１導電型のエミッタ領域を形成する工程と、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体層の表面の一部に臨んで形成されている第１導電型の複数個のエミッタ領域と、
エミッタ領域を取り囲んでいるとともに、半導体層の表面から所定の深さまでの領域に形成されている第２導電型のボディ領域と、
ボディ領域の下部に形成されており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されている第１導電型のドリフト領域と、
ボディ領域内の中間深さの領域および／またはボディ領域とドリフト領域に挟まれている領域に形成されており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されている第１導電型のキャリア移動抑制領域と、
各エミッタ領域の表面からボディ領域を貫通して伸びており、その底面がドリフト領域に突出している第１トレンチと、
第１トレンチの内面を覆っているゲート絶縁層と、
ゲート絶縁層で取り囲まれた状態で第１トレンチ内に収容されているトレンチゲート電極と、
隣接している第１トレンチ間に形成されているとともに、ボディ領域の表面からキャリア移動抑制領域内に至るまで伸びている第２トレンチと、
を備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記キャリア移動抑制領域が、第１導電型の不純物を含んでおり、その不純物の濃度が、前記第２トレンチに近づくほど高いことを特徴とする請求項２の半導体装置。
【請求項４】
前記キャリア移動抑制領域が、隣接している第１トレンチ間に連続して伸びていることを特徴とする請求項２又は３の半導体装置。
【請求項５】
前記第２トレンチの内面を覆っている絶縁層と、
絶縁層で取り囲まれた状態で前記第２トレンチ内に収容されている導電性部材と、
前記トレンチゲート電極と前記導電性部材に接続されているゲート電極と、
を備えていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかの半導体装置。
【請求項６】
前記第２トレンチの内面を覆っている絶縁層と、
絶縁層で取り囲まれた状態で前記第２トレンチ内に収容されている導電性部材と、
前記トレンチゲート電極と接続されているゲート電極と、
前記エミッタ領域と前記導電性部材に接続されているエミッタ電極と、
を備えていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかの半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オン電圧を低減化した半導体装置と、その製造方法に関する。特に、製造に要する時間を短縮化することができる半導体装置と、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のオン電圧あるいはオン抵抗を低減化する技術が研究されている。一例として、特許文献１にオン電圧を低減化することができるＩＧＢＴが開示されている。本明細書に添付した図１０に示すように、このＩＧＢＴ１００は、エミッタ電極Ｅとコレクタ電極Ｃ間を流れる電流のオン・オフを制御するゲート電極Ｇを備えている。
【０００３】
ここで、ＩＧＢＴ１００のオン状態の動作を説明する。ＩＧＢＴ１００をオン状態とするためには、エミッタ電極Ｅを接地し、コレクタ電極Ｃに正電圧を印加し、ゲート電極Ｇを介してトレンチゲート電極１３４に閾値以上のゲート電圧を印加する。これにより、ｐ型のボディ領域１５０のうち、ゲート絶縁膜１３２を介してトレンチゲート電極１３４と対向する箇所がｎ型に反転し、チャネル領域が形成される。ｎ型のエミッタ領域１６０から放出された多数キャリア（電子）がチャネル領域を経由してｎ−型のドリフト領域１２０へ注入され、ｎ＋型のバッファ領域１４０内に蓄積する。多数キャリアがバッファ領域１４０に蓄積すると、バッファ領域１４０とｐ＋型のコレクタ領域１４２の接触電位差が低下し、コレクタ領域１４２からバッファ領域１４０とドリフト領域１２０へ少数キャリア（ホール）が注入される。これによりバッファ領域１４０及びドリフト領域１２０に伝導度変調現象が起こり、ＩＧＢＴ１００が低いオン電圧でオン状態となる。コレクタ領域１４２から注入された少数キャリアは、多数キャリアと再結合して消滅するか、ボディ領域１５０とボディコンタクト領域（図示していない。）を経由して接地されているエミッタ電極Ｅへと排出される。なお、ボディコンタクト領域は、図１０に示すＩＧＢＴ１００の断面の奥行き方向のいずれかの位置に形成されている。ボディコンタクト領域は、半導体基板１１１の表面１１１ａに臨んで形成されているとともに、エミッタ領域１６０とともにエミッタ電極Ｅに接続されている。
【０００４】
ＩＧＢＴ１００の場合、ボディ領域１５０とドリフト領域１２０の間に、キャリア移動抑制領域１７０が形成されている。キャリア移動抑制領域１７０は、エミッタ領域１６０よりも低濃度であるとともに、ドリフト領域１２０よりも高濃度のｎ型の不純物を含んでいる。キャリア移動抑制領域１７０とボディ領域１５０の界面に形成されるポテンシャル障壁によって、エミッタ電極Ｅへと排出される少数キャリアがドリフト領域１２０内に溜まり易くなる。これにより、ＩＧＢＴ１００では、エミッタ電極Ｅとコレクタ電極Ｃの間の少数キャリア濃度が大きくなり、オン電圧が低減化される。
【０００５】
図１１〜図１４を参照してＩＧＢＴ１００の製造方法を説明する。
ＩＧＢＴ１００を製造するために、まず、ｎ−型の半導体基板１１１を準備する。
図１１に示すように、半導体基板１１１の表面１１１ａ上に、選択的にマスクＡを形成する。そして、マスク越しにｎ型不純物を注入する。図１１では、注入されているｎ型不純物がバツ印にて模式的に示されている。
次に、図１２に示すように、半導体基板に熱処理を行ない、注入した不純物を表面１１１ａから深い位置にまで拡散する。これにより、ｎ型不純物の拡散領域Ｎ１１が形成される。
次に、図１３に示すように、表面１１１ａからｐ型不純物を注入して拡散し、ｐ型のボディ領域１５０を形成する。この際、ボディ領域１５０の下部にｎ型の拡散領域Ｎ１１の一部が残るようにボディ領域１５０を形成する。
その後、一般的な方法で、トレンチ１３０の形成と、ゲート絶縁膜１３２の形成と、トレンチゲート電極１３４の形成と、エミッタ領域１６０の形成等を行い、ＩＧＢＴ１００を製造する。
【０００６】
図１４には、ＩＧＢＴ１００の表面１１１ａからの深さＤに対応する不純物濃度Ｍを示す。図１４では、実線でｎ型不純物の濃度を示す。また、一点鎖線でｐ型不純物の濃度を示す。
ここで、ｐ型不純物とｎ型不純物の双方が含まれている半導体領域では、同濃度ずつの不純物が、実質的には相殺されるとみることができる。そして、その半導体領域は、濃度が高い方の不純物と同じ導電型の半導体領域となる。
したがって、図１４に示すように、表面１１１ａから浅い領域では、ｐ型不純物の拡散領域Ｐ１１によるｐ型半導体領域が形成されている。この領域がボディ領域１５０となる。ボディ領域１５０の下部には、ｎ型不純物の拡散領域Ｎ１１によるｎ型半導体領域が形成される。この領域がキャリア移動抑制領域１７０となる。
なお、この図１４では、半導体基板１１１にもともと含まれているｎ型不純物の濃度は薄いので、省略して記載してある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３４７２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の技術では、図１１、図１２に示すように、キャリア移動抑制領域１７０を形成するために、ｎ型不純物の拡散領域Ｎ１１を形成している。拡散領域Ｎ１１を形成する工程では、ｎ型不純物を表面１１１ａに注入し、熱処理を行なうことによって注入した不純物を表面１１１ａから深い位置まで拡散している。したがって、熱処理を長い時間にわたって行なう必要がある。
本発明は、上記の問題点を解決するために創案された。すなわち、本発明は、オン電圧を低減化する半導体装置であって、製造に要する時間を短縮化する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法は、第１導電型の半導体層の表面から第２導電型の不純物を注入し、半導体層の表面から所定の深さまでの領域に第２導電型のボディ領域を形成する工程と、ボディ領域の表面から、その底面が第１導電型の半導体層に突出する複数個の第１トレンチを形成する工程と、隣接する第１トレンチの間に、ボディ領域の表面から、その底面がボディ領域内に位置する第２トレンチを形成する工程と、第２トレンチにおいて開口するマスクでボディ領域の表面を覆う工程と、マスク越しに第２トレンチの内面に向けて第１導電型の不純物を注入し、第２トレンチの底面の周囲に、第１導電型のキャリア移動抑制領域を形成する工程と、マスクを除去する工程と、ボディ領域の表面に臨むとともに第１トレンチに接する範囲に、第１導電型の不純物を注入し、第１導電型のエミッタ領域を形成する工程とを備えている。第１トレンチ内には、既知の方法で、ゲート絶縁層とトレンチゲート電極を形成する。
【００１０】
上記工程を実施する順序は、上記した記載の順序に限定されるものではない。
第１トレンチを形成する工程と第２トレンチを形成する工程は、同時に実施してもよいし、別々に実施してもよい。
第２トレンチの底面が位置している「ボディ領域内」とは、第２トレンチの底面がボディ領域と第１導電型の半導体層との界面に一致している場合を含む。
隣接する第１トレンチの間には、１個の第２トレンチを形成してもよいし、複数個の第２トレンチを形成してもよい。
複数個の第２トレンチの底面の深さは、全て同じ深さに位置していてもよい。あるいは、複数個の第２トレンチにおいて、底面の深さが相違する複数種類の第２トレンチが含まれていてもよい。例えば、ボディ領域内の第１深さに底面が位置する第２トレンチと、ボディ領域内の第２深さに底面が位置する第２トレンチの双方を形成する場合、それらの内面に不純物を注入して形成するキャリア移動抑制領域を、第１深さの領域と第２深さの領域の双方に形成することができる。
また、キャリア移動抑制領域は、隣接する第１トレンチ間に亘って連続していてもよいし、連続していなくてもよい。
【００１１】
従来の技術の半導体装置も、少数キャリア（ｎチャネル型ＩＧＢＴの場合にはホール）の移動を抑制してドリフト領域にキャリアを蓄積し易くするために、キャリア移動抑制領域を備えている。従来の半導体装置では、このキャリア移動抑制領域を形成するための第１導電型の拡散領域を、半導体層の表面に第１導電型の不純物を注入して形成している。そして、熱処理を行なうことによって注入した不純物を表面から深い位置に至るまで拡散させている。このため、熱処理に要する時間が長かった。
本明細書で開示している半導体装置の製造方法では、半導体層の表面から、その底面がボディ領域内に位置する第２トレンチを形成している。そして、第２トレンチの内面に向けて第１導電型の不純物を注入することによってキャリア移動抑制領域を形成している。第２トレンチを用いてボディ領域内の表面から深い領域に、不純物を直接注入している。したがって、注入した不純物の拡散に要する熱処理の時間を短縮化することができる。
【００１２】
本発明は、新規な半導体装置を実現する。
この半導体装置は、第１導電型の複数個のエミッタ領域と、第２導電型のボディ領域と、第１導電型のドリフト領域と、第１導電型のキャリア移動抑制領域と、第１トレンチと、ゲート絶縁層と、トレンチゲート電極と、第２トレンチを備えている。エミッタ領域は、半導体層の表面の一部に臨んで形成されている。ボディ領域は、エミッタ領域を取り囲んでいるとともに、半導体層の表面から所定の深さまでの領域に形成されている。ドリフト領域は、ボディ領域の下部に形成されており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されている。キャリア移動抑制領域は、ボディ領域内の中間深さの領域および／またはボディ領域とドリフト領域に挟まれている領域に形成されており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されている。第１トレンチは、各エミッタ領域の表面からボディ領域を貫通して伸びており、その底面がドリフト領域に突出している。ゲート絶縁層は、第１トレンチの内面を覆っている。トレンチゲート電極は、ゲート絶縁層で取り囲まれた状態で第１トレンチ内に収容されている。第２トレンチは、隣接している第１トレンチ間に形成されているとともに、ボディ領域の表面からキャリア移動抑制領域内に至るまで伸びている。
上記半導体装置によれば、第２トレンチの内面に向けて不純物を注入することによって、キャリア移動抑制領域を形成する第１導電型の不純物拡散領域を短時間に容易に形成することができる。
【００１３】
上記キャリア移動抑制領域が、第１導電型の不純物を含んでおり、その不純物の濃度が、第２トレンチに近づくほど高い構成となっていてもよい。
上記キャリア移動抑制領域が、隣接している第１トレンチ間に連続して伸びていることが好ましい。
上記構成のキャリア移動抑制領域を備えることにより、少数キャリアがエミッタ領域に接続されているエミッタ電極へ移動することを充分に抑制することができる。したがって、ドリフト領域内に充分な少数キャリアを蓄積することができる。
【００１４】
さらに、第２トレンチの内面を覆っている絶縁層と、絶縁層で取り囲まれた状態で第２トレンチ内に収容されている導電性部材と、トレンチゲート電極と前記導電性部材に接続されているゲート電極を備えていてもよい。
また、第２トレンチの内面を覆っている絶縁層と、絶縁層で取り囲まれた状態で第２トレンチ内に収容されている導電性部材と、トレンチゲート電極と接続されているゲート電極と、エミッタ領域と前記導電性部材に接続されているエミッタ電極を備えていてもよい。
なお、第２トレンチ内は、絶縁層で充填されていてもよい。この構成によると、半導体装置のゲート容量を低減化することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、オン電圧の低い半導体装置を短時間で製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。
（第１特徴）  半導体装置はトレンチゲート電極を備えている縦型のＩＧＢＴである。
（第２特徴）  キャリア移動抑制領域７０が、ボディ領域５０の中間深さの領域に形成されている（図１）。
（第３特徴）  キャリア移動抑制領域７０ａが、ボディ領域５０とドリフト領域２０に挟まれている領域に形成されている（図８）。
（第４特徴）  複数個の第２トレンチの底面がボディ領域内の同じ深さに位置している。
（第５特徴）  ボディ領域内の第１深さに底面が位置する第２トレンチと、ボディ領域内の第２深さに底面が位置する第２トレンチを備えている（図９）。
（第６特徴）  トレンチ３０の開口がダミートレンチ３５（第２トレンチ）の開口よりも大きい。
（第７特徴）  トレンチ３０とダミートレンチ３５（第２トレンチ）を同時に形成する。
（第８特徴）  ダミートレンチ３５（第２トレンチ）の底面３７にｎ型不純物を注入し、キャリア移動抑制領域７０のためのｎ型不純物の拡散領域を形成する。
（第９特徴）  ダミートレンチ３５（第２トレンチ）の底面３７の近傍の側面にｎ型不純物を斜めに注入し、キャリア移動抑制領域７０のためのｎ型不純物の拡散領域を形成する。
【実施例】
【００１７】
（第１実施例）
本発明を具現化した半導体装置とその製造方法の実施例を、図１〜図７を参照して説明する。本実施例は、本発明をトレンチゲート型の縦型ＩＧＢＴに適用したものである。本実施例の半導体装置１０の特徴は、図１に示すように、ボディ領域５０の中間深さ領域にキャリア移動抑制領域７０が形成されていることである。また、半導体基板１１の表面１１ａからキャリア移動抑制領域７０内に至っているダミートレンチ３５（第２トレンチの実施例）が形成されている。キャリア移動抑制領域７０は、ダミートレンチ３５の内面に向けてｎ型の不純物を注入することにって形成する。
【００１８】
図１の断面図を参照して半導体装置１０の構成を説明する。
半導体装置１０は、半導体基板１１の表面１１ａに接続されているエミッタ電極Ｅを備えている。半導体装置１０は、半導体基板１１の表面１１ａに臨んでいるとともに、エミッタ電極Ｅと接続している複数個のｎ＋型エミッタ領域６０を備えている。また、半導体装置１０は、特に図示していないが、ｐ＋型のボディコンタクト領域を備えている。ボディコンタクト領域は、図１の断面の奥行き方向の位置に形成されており、半導体基板１１の表面１１ａに臨んでいる。ボディコンタクト領域は、エミッタ領域６０とともにエミッタ電極Ｅに接続されている。さらに、半導体装置１０は、エミッタ領域６０とボディコンタクト領域とを取り囲んでいるとともに、表面１１ａから所定の深さまでの領域に連続的に形成されているｐ型ボディ領域５０を備えている。ボディ領域５０の下部には、ボディ領域５０によってエミッタ領域６０から分離されているｎ−型ドリフト領域２０が形成されている。
【００１９】
ボディ領域５０内の中間深さの領域５３には、ｎ型のキャリア移動抑制領域７０が形成されている。キャリア移動抑制領域７０は、隣接するトレンチ３０（第１トレンチの実施例）間に連続して形成されている。キャリア移動抑制領域７０のｎ型不純物の濃度は、エミッタ領域６０よりも低く、ドリフト領域２０よりも高い。キャリア移動抑制領域７０は、ボディ領域５０によってエミッタ領域６０とドリフト領域２０から分離されている。ここで、キャリア移動抑制領域７０の上に配置されているボディ領域５０を上部ボディ領域５１という。また、キャリア移動抑制領域７０の下に配置されているボディ領域５０を下部ボディ領域５２という。
【００２０】
トレンチ３０（第１トレンチの実施例）は、エミッタ領域６０の表面から半導体基板１１の深さ方向（図１の下方向）に伸びている。トレンチ３０は、ボディ領域５０を貫通しているとともに、その底面３１がドリフト領域２０に突出している。また、トレンチ３０は、紙面の奥行き方向に長く伸びている。トレンチ３０の内面は、ゲート絶縁膜３２で覆われている。その内部にポリシリコンが充填されている。そのポリシリコンがトレンチゲート電極３４を構成している。トレンチゲート電極３４は、ゲート絶縁膜３２で取り囲まれた状態で、トレンチ３０内に収容されている。トレンチゲート電極３４は、ゲート絶縁膜３２を介してボディ領域５０に対向している。トレンチゲート電極３４は、ゲート電極Ｇに接続されており、エミッタ電極Ｅから絶縁されている。
【００２１】
また、半導体装置１０は、さらにダミートレンチ３５（第２トレンチの実施例）を備えている。ダミートレンチ３５は、隣接しているトレンチ３０の間に複数個が形成されている。ダミートレンチ３５は。ボディ領域５０の表面からキャリア移動抑制領域７０内に至るまで伸びている。なお、図１では、模式的に隣接するトレンチ３０間に３個のダミートレンチ３５を記載してあるが、実際には、隣接するトレンチ３０間にはさらに多くのダミートレンチ３５が形成されている。ダミートレンチ３５の内面は、絶縁膜３６で覆われている。その内部にポリシリコン（導電性部材３８）が充填されている。導電性部材３８は、絶縁膜３６で取り囲まれた状態で、ダミートレンチ３５内に収容されている。
【００２２】
さらに、半導体装置１０は、ドリフト領域２０の裏面側にドリフト領域２０と接するｎ＋型のバッファ領域４０を備えている。また、半導体装置１０は、バッファ領域４０と接するｐ＋型のコレクタ領域４２とを備えている。そのコレクタ領域４２は、半導体基板１１の裏面１１ｂに形成されているコレクタ電極Ｃに接続されている。
【００２３】
図２〜図７を参照して半導体装置１０の製造方法を説明する。なお、図７には、半導体装置１０の半導体基板１１の表面１１ａからの深さＤに対応する不純物濃度Ｍを示す。図７では、実線のグラフでｎ型不純物の拡散領域Ｎ１の濃度を示す。また、一点鎖線のグラフでｐ型不純物の拡散領域Ｐ１の濃度を示す。
半導体装置１０を製造するために、ｎ−型の半導体基板１１を準備する。
まず、図２に示すように、半導体基板１１の表面１１ａからｐ型不純物を注入する。その後熱処理を行なうことにより、図７に示す濃度プロファイルのｐ型不純物の拡散領域Ｐ１が形成される。拡散領域Ｐ１は、表面１１ａから約４．５μｍの深さまで形成されている。
【００２４】
次に、表面１１ａにトレンチ３０とダミートレンチ３５を同時に形成するためのマスクを形成する。このマスクには、トレンチ３０とダミートレンチ３５を形成する位置にそれぞれ開口が形成されている。マスクＲのダミートレンチ３５用の開口幅Ｈ２は、マスクＲのトレンチ３０用の開口幅Ｈ１の１／４程度とする。この状態で異方性エッチングによってトレンチ３０とダミートレンチ３５を同時に形成する。また、ダミートレンチ３５の開口幅Ｈ２は、トレンチ３０の開口幅Ｈ１よりも狭い。このため、トレンチ３０とダミートレンチ３５を同時に形成しても、トレンチ３０の底面３１よりもダミートレンチ３５の底面３７の方が、表面１１ａから浅い位置に形成される。これにより、図３に示すように、表面１１ａからボディ領域５０を貫通してドリフト領域２０に突出しているトレンチ３０と、底面３１がドリフト領域２０内に留まっているダミートレンチ３５が形成される。
なお、上記工程により、トレンチ３０の深さは、約５．５μｍとなるように形成する。トレンチ３０の開口幅は、約２μｍとなるように形成する。ダミートレンチ３５の深さは、約２．５μｍとなるように形成する。ダミートレンチ３５の開口幅は、約０．５μｍとなるように形成する。隣接するトレンチ３０間でダミートレンチ３５はピッチが約１μｍとなるように形成する。
【００２５】
次に、図４に示すように、マスクＲを除去し、トレンチ３０及びダミートレンチ３５の内面に、約０．１μｍの熱酸化膜を形成する。なお、表面１１ａに形成された熱酸化膜は除去する。トレンチ３０の内面に形成された熱酸化膜がゲート絶縁膜３２となる。
【００２６】
次に、図５に示すように、ダミートレンチ３５に対応する箇所において開口するステンシルマスクＬを表面１１ａ上に配置する。そして、ステンシルマスクＬ越しに、ダミートレンチ３５の内面に向けてｎ型不純物を注入する。ｎ型不純物は、図５に示すように斜め方向に注入し、ダミートレンチ３５の底面３７と底面３７近傍の側面の半導体層に導入される。
その後熱処理を行なうことにより、図７に示すように、ｎ型不純物の拡散領域Ｎ１が形成される。なお、本実施例では、ｎ−型の半導体基板１１を用いているので、半導体基板１１には、元々、ｎ型不純物が少量含まれている。このため、図７では、拡散領域Ｎ１のｎ型不純物の濃度と、半導体基板１１に元々含まれているｎ型不純物の濃度が連続しているグラフを記載している。
【００２７】
ここで、ｐ型不純物とｎ型不純物の双方が含まれている半導体領域では、同濃度ずつの不純物が実質的には相殺されるとみることができる。そして、その半導体領域は、濃度が高い方の不純物と同じ導電型の半導体領域となる。
図７の拡散領域Ｎ１の不純物濃度と拡散領域Ｐ１の不純物濃度のグラフは、深さｘ１で交差している。深さｘ１よりも表面側ではｐ型不純物の濃度の方が高く、この領域はｐ型半導体領域となる。このｐ型半導体領域が上部ボディ領域５１となる。
また、拡散領域Ｎ１の不純物濃度と拡散領域Ｐ１の不純物濃度のグラフは、深さｘ２で交差している。深さｘ１よりも深部側であるとともに深さｘ２よりも表面側ではｎ型不純物の濃度の方が高く、この領域はｎ型半導体領域となる。このｎ型半導体領域がキャリア移動抑制領域７０となる。
また、深さｘ３で、元々半導体基板１１に含まれているｎ型不純物濃度が、拡散領域Ｐ１のｐ型不純物濃度をうわまわっている。深さｘ２よりも深部側であるとともに深さｘ３よりも表面側でｐ型不純物の濃度の方が高く、この領域はｐ型半導体領域となる。このｐ型半導体領域が下部ボディ領域５２となる。
そして、深さｘ３よりも深部側のｎ−型半導体領域が、ドリフト領域２０となる。
これにより、キャリア移動抑制領域７０がボディ領域５０の中間深さの領域５３（併せて図５参照）に形成される。
なお、図７は、図１に示す断面で、図１に示す横方向の所定の位置で分断した面における不純物濃度を示している。図１に示す横方向について、拡散領域Ｎ１（また、拡散領域Ｎ１によって形成されるキャリア移動抑制領域７０）のｎ型不純物の濃度を観察すると（図示していない。）、ダミートレンチ３５に近づくほど濃度が高くなっている。これは、ダミートレンチ３５の内面に向けてｎ型不純物を注入していることに由来する。
【００２８】
次に、図６に示すように、トレンチ３０及びダミートレンチ３５内にポリシリコンを堆積させる。表面１１ａに堆積したポリシリコンは除去し、表面１１ａに層間絶縁膜８０を形成する。層間絶縁膜８０には、図６に示す断面で、エミッタ領域６０の表面を露出させるコンタクトホールが形成されている。また、図６の奥行き方向のいずれかの断面で、ボディコンタクト領域の表面を露出させるコンタクトホールが形成されている。これらのコンタクトホールを介してエミッタ領域６０とボディコンタクト領域に接続するエミッタ電極Ｅが形成されている。また、層間絶縁膜８０には、図６の奥行き方向のいずれかの断面で、トレンチゲート電極３４の表面と、ダミートレンチ３５に収容されている導電性部材３８を露出させるコンタクトホールが形成されている。これらのコンタクトホールを介してトレンチゲート電極３４と導電性部材３８に接続するゲート電極Ｇが形成されている。
また、半導体基板１１を裏面から所望の厚さまで削り、裏面１１ｂから各不純物を注入し、ｎ型のバッファ領域４０とｐ型のコレクタ領域４２を形成する。そして、コレクタ領域４２に接続するコレクタ電極Ｃを形成する。
各工程を実施する順序は、上記した順序に限定されるものではない。また、不純物注入後の熱処理は、少なくとも一部をまとめて実施してもよい。また、熱酸化膜を形成する際の熱処理が不純物注入後の熱処理を兼ねてもよい。
【００２９】
半導体装置１０は、エミッタ電極Ｅを接地し、コレクタ電極Ｃに数百Ｖ〜１０００Ｖ程度の正電圧を印加した状態で、トレンチゲート電極３４に印加するゲート電圧をオン・オフする。これにより、エミッタ電極Ｅとコレクタ電極Ｃ間を流れる電流がオン・オフする。
以下に、半導体装置１０がオン状態のときの動作を説明する。
トレンチゲート電極３４に閾値以上のゲート電圧を印加すると、トレンチゲート電極３４にゲート絶縁膜３２を介して対向しているｐ型のボディ領域５０がｎ型に反転し、チャネル領域が形成される。これにより、ｎ＋型のエミッタ領域６０から流出した電子が、チャネル領域を介してドリフト領域２０に注入される。また、ｐ＋型のコレクタ領域４２からは、ドリフト領域２０に向けてホールが移動する。ドリフト領域２０には電子とホールが注入されて伝導度変調現象が起こり、半導体装置１０が低いオン電圧でオン状態となる。ホールは、電子と再結合して消滅するか、ボディ領域５０と前述したボディコンタクト領域を経由してエミッタ電極Ｅへと排出される。
【００３０】
半導体装置１０には、上部ボディ領域５１と下部ボディ領域５２に挟まれているとともに、エミッタ領域６０とドリフト領域２０の双方から分離されているｎ型のキャリア移動抑制領域７０が形成されている。キャリア移動抑制領域７０と上部ボディ領域５１の界面に形成されるポテンシャル障壁によって、エミッタ電極Ｅへと排出される少数キャリアがドリフト領域２０内に溜まり易くなる。これにより、エミッタ・コレクタ電極間の少数キャリア濃度が大きくなり、オン電圧が低減化される。
【００３１】
従来の半導体装置でも、図１２〜図１４に示すように、ホールの移動を抑制してドリフト領域１２０にホールを蓄積し易くするために、ｎ型不純物の拡散領域Ｎ１１によるキャリア移動抑制領域１７０を備えている。しかしながら、従来の技術では、このキャリア移動抑制領域１７０を形成するために、半導体層の表面にｎ型不純物を注入し、表面１１１ａから深い位置までｎ型不純物を拡散させていた。したがって、不純物の拡散のための熱処理を実施する時間が長かった。
本実施例の半導体装置１０では、図１に示すように、半導体基板１１の表面１１ａから、その底面３７がボディ領域５０内に位置するダミートレンチ３５を形成している。そして、キャリア移動抑制領域７０を形成するために、ダミートレンチ３５の内面に向けてｎ型の不純物を注入してｎ型の拡散領域を形成している。ダミートレンチ３５を用いて表面１１ａからボディ領域５０内の深い位置に不純物を直接注入することができる。したがって、注入した不純物を長時間にわたって熱処理して拡散をする必要がなく、熱処理を実施する時間を短縮化することができる。
【００３２】
また、従来の技術では、注入したｎ型の不純物を表面１１１ａから深い位置に至るまで拡散させるので、拡散のための熱処理の条件や個体差等により、キャリア移動抑制領域７０の濃度プロファイルにバラツキが生じ易い。また、従来の技術では、半導体基板１１１の表面１１１ａにｎ型の不純物を注入し、表面から深い位置に至るまで拡散させているので、この拡散領域Ｎ１１は、表面１１１ａで最も濃度が高い拡散領域しか形成することができない。
本発明で開示している半導体装置１０の製造方法では、キャリア移動抑制領域７０を形成するボディ領域５０の中間深さの領域５３に直接的に不純物を注入しているので、容易に所望の範囲に所望の濃度プロファイルを有するキャリア移動抑制領域７０を形成することができる。また、このように形成されたキャリア移動抑制領域７０の不純物の濃度分布にばらつきが少ない。
【００３３】
なお、従来より、高エネルギーで半導体層の内部に不純物を注入する高エネルギーインプラント技術が知られている。高エネルギーインプラントを実施すると、半導体層内に結晶欠陥が発生しやすい。この結晶欠陥によってコレクタ・エミッタ間のリーク電流が増加してしまう。
本発明で開示している半導体装置１０の製造方法では、高エネルギーインプラントを実施することなく、表面１１ａからボディ領域５０内の深い位置にｎ型不純物を注入している。したがって、結晶欠陥を増加させない。本実施例の半導体装置１０を用いると、リーク電流を抑制することができる。
【００３４】
本実施例の半導体装置１０では、キャリア移動抑制領域７０が隣接するトレンチ３０間に亘って連続している場合について説明したが、キャリア移動抑制領域７０はトレンチ３０間に亘って連続していなくてもよい。キャリア移動抑制領域７０は、ドリフト領域２０のホールの蓄積効果が上がる形状で形成されていればよい。
【００３５】
本実施例の半導体装置１０では、ダミートレンチ３５内に収容されている導電性部材３８が、ゲート電極Ｇに接続されている場合について説明したが、導電性部材３８はエミッタ電極Ｅと接続されていてもよい。
本実施例の半導体装置１０では、ダミートレンチ３５内に導電性部材３８が配置されている場合について説明したが、ダミートレンチ３５内は、絶縁膜で充填されていてもよい。この構成によると、半導体装置のゲート容量を低減化することができる。
【００３６】
（第２実施例）
本発明を具現化した半導体装置の第２実施例を、図８を参照して説明する。なお、図１の半導体装置１０と略同一の構成に関しては、同一の番号を付してその説明を省略する。
第２実施例の半導体装置１０ａの特徴としては、図８の要部断面図に示すように、キャリア移動抑制領域７０ａが、ボディ領域５０とドリフト領域２０に挟まれて形成されている。このためには、ダミートレンチ３５ａを形成する工程で、ダミートレンチ３５ａを、その底面がボディ領域５０とドリフト領域２０の界面に配置されるように形成する。
【００３７】
（第３実施例）
本発明を具現化した半導体装置の第３実施例を、図９を参照して説明する。なお、図１の半導体装置１０と略同一の構成に関しては、同一の番号を付してその説明を省略する。
第３実施例の半導体装置１０ａの特徴としては、図９の要部断面図に示すように、ダミートレンチ３５と、ダミートレンチ３５と深さが相違するダミートレンチ３５ｂを備えている。ダミートレンチ３５ｂの底面３７ｂの方が、ダミートレンチ３５の底面３７よりも表面１１ａから深い位置に存在する。したがって、ダミートレンチ３５とダミートレンチ３５ｂの双方の内面に向けて不純物を注入して形成するキャリア移動抑制領域７０ｂは、隣接するトレンチ３０間で一様な深さに形成されておらず、図９の上下方向に湾曲している。
【００３８】
本実施例では、キャリア移動抑制領域７０ｂが湾曲している場合について説明した。例えば、底面３７が第１深さにあるダミートレンチ３５と、底面３７ｂが第２深さにあるダミートレンチ３５ｂを交互に形成するとともに、ダミートレンチ３５及びダミートレンチ３５ｂを密集して形成すると、第１深さの周囲で連続している第１のキャリア移動抑制領域や、第２深さの周囲で連続している第２のキャリア移動抑制領域を形成することができる。
【００３９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。
また、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合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】半導体装置１０の要部断面図である。
【図２】半導体装置１０の製造工程を示す。
【図３】半導体装置１０の製造工程を示す。
【図４】半導体装置１０の製造工程を示す。
【図５】半導体装置１０の製造工程を示す。
【図６】半導体装置１０の製造工程を示す。
【図７】半導体装置１０の表面１１ａからの深さＤに対応する不純物濃度Ｍを示す。
【図８】半導体装置１０ａの要部断面図である。
【図９】半導体装置１０ｂの要部断面図である。
【図１０】従来のＩＧＢＴ１００の要部断面図である。
【図１１】従来のＩＧＢＴ１００の製造工程を示す。
【図１２】従来のＩＧＢＴ１００の製造工程を示す。
【図１３】従来のＩＧＢＴ１００の製造工程を示す。
【図１４】従来のＩＧＢＴ１００の表面１１１ａからの深さＤに対応する不純物濃度Ｍを示す。
【符号の説明】
【００４１】
１０：半導体装置
１１：半導体基板
１１ａ：表面
１１ｂ：裏面
２０：ドリフト領域
３０：トレンチ
３１：底面
３２：ゲート絶縁膜
３４：トレンチゲート電極
３５：ダミートレンチ
３６：絶縁膜
３７：底面
３８：導電性部材
４０：バッファ領域
４２：コレクタ領域
５０：ボディ領域
５１：上部ボディ領域
５２：下部ボディ領域
６０：エミッタ領域
７０：キャリア移動抑制領域
８０：層間絶縁膜
Ｃ：コレクタ電極
Ｅ：エミッタ電極
Ｇ：ゲート電極
Ｈ１，Ｈ２：開口幅
Ｌ：ステンシルマスク
Ｎ１：拡散領域
Ｐ１：拡散領域
Ｒ：マスク
【図１】
2008251620.tif 000003
【図２】
2008251620.tif 000004
【図３】
2008251620.tif 000005
【図４】
2008251620.tif 000006
【図５】
2008251620.tif 000007
【図６】
2008251620.tif 000008
【図７】
2008251620.tif 000009
【図８】
2008251620.tif 000010
【図９】
2008251620.tif 000011
【図１０】
2008251620.tif 000012
【図１１】
2008251620.tif 000013
【図１２】
2008251620.tif 000014
【図１３】
2008251620.tif 000015
【図１４】
2008251620.tif 000016