(57)【要約】【課題】  破損しにくい半導体装置を提供すること。【解決手段】  本発明の半導体装置１０は、第１半導体領域１４と第２半導体領域１６と第３半導体領域３２と第４半導体領域３４とトレンチゲート３６と内部絶縁体領域３０を有する。内部絶縁体領域３０は、第２半導体領域１６の第１低濃度領域２０と第２低濃度領域２２の間に配置されている。内部絶縁体領域３０の全体が、トレンチゲート３６の底面３７よりも深い位置に配置されている。【選択図】  図１
2008130843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の不純物を含んでいる第１半導体領域と、
第１半導体領域に接しており、かつ、第２導電型の不純物を含んでいる第２半導体領域と、
第２半導体領域に接しており、第２半導体領域によって第１半導体領域から隔てられており、かつ、第１導電型の不純物を含んでいる第３半導体領域と、
第３半導体領域に接しており、第３半導体領域によって第２半導体領域から隔てられており、かつ、第２導電型の不純物を含んでいる第４半導体領域と、
導体領域とゲート絶縁体領域を有しており、かつ、第２半導体領域と第３半導体領域と第４半導体領域のそれぞれにゲート絶縁体領域を介して導体領域が対向しているトレンチゲートと、
第２半導体領域内に配置されている内部絶縁体領域とを備えており、
内部絶縁体領域の全体が、トレンチゲートの底面より深い位置に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
内部絶縁体領域は、第２半導体領域が広がる面内において広がりを有しており、
内部絶縁体領域が広がる面内には、内部絶縁体領域が形成されていない非絶縁体領域が存在しており、
内部絶縁体領域が広がる面を平面視した場合、トレンチゲートと非絶縁体領域の間に、トレンチゲートの側面の少なくとも一部が非絶縁体領域に重複しているパターンが形成されていることを特徴とする請求項１の半導体装置。
【請求項３】
複数のトレンチゲートを備えており、
内部絶縁体領域が広がる面内には、複数の前記非絶縁体領域が分散して存在しており、
それぞれのトレンチゲートは、異なる１つの前記非絶縁体領域に対応しており、
内部絶縁体領域が広がる面を平面視した場合、それぞれのトレンチゲートと当該トレンチゲートに対応する前記非絶縁体領域の間に、前記パターンが形成されていることを特徴とする請求項２の半導体装置。
【請求項４】
内部絶縁体領域が広がる面内には、複数の前記非絶縁体領域が分散して存在しており、
内部絶縁体領域が広がる面を平面視した場合、トレンチゲートと複数の前記非絶縁体領域の間に、トレンチゲートの側面が複数の前記非絶縁体領域に跨っているパターンが形成されていることを特徴とする請求項２の半導体装置。
【請求項５】
第２半導体領域は、
内部絶縁体領域より第１半導体領域側に配置されており、かつ、低濃度の第２導電型の不純物を含んでいる第１低濃度領域と、
内部絶縁体領域より第３半導体領域側に配置されており、かつ、低濃度の第２導電型の不純物を含んでいる第２低濃度領域と、
第１低濃度領域と第２低濃度領域の間に配置されており、前記非絶縁体領域を含んでおり、かつ、高濃度の第２導電型の不純物を含んでいる中間領域と
を有していることを特徴とする請求項２から４のいずれかの半導体装置。
【請求項６】
第２半導体領域は、
第１半導体領域に接しており、かつ、高濃度の第２導電型の不純物を含んでいる高濃度領域と、
高濃度領域に接しており、高濃度領域によって第１半導体領域から隔てられており、第３半導体領域に接しており、かつ、低濃度の第２導電型の不純物を含んでいる低濃度領域と
を有しており、
内部絶縁体領域は、低濃度領域内に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかの半導体装置。
【請求項７】
半導体装置を製造する方法であり、
第１半導体基板を用意する工程と、
第１半導体基板の一方側の主面に、絶縁体層で被覆されている被覆領域と絶縁体層で被覆されていない非被覆領域を形成する工程と、
第１半導体基板の前記非被覆領域から結晶成長させることによって、絶縁体層の前記一方側の主面を被覆する第１結晶成長層を形成する工程と、
トレンチゲートの全体が絶縁体層より前記一方側に配置されるようにして、第１結晶成長層の内部にトレンチゲートを形成する工程とを備えている製造方法。
【請求項８】
第１結晶成長層を形成する工程では、第１半導体基板の前記非被覆領域に向けて不純物を照射し、その後に結晶成長させることを特徴とする請求項７の製造方法。
【請求項９】
半導体装置を製造する方法であり、
一対の半導体層の間に絶縁体層が配置されている第２半導体基板を用意する工程と、
第２半導体基板の一方側の主面から絶縁体層を貫通する有底の孔を形成する工程と、
前記孔の底面と側面から結晶成長させることによって、第２結晶成長層を形成する工程と、
トレンチゲートの全体が絶縁体層より前記一方側に配置されるようにして、第２結晶成長層の内部にトレンチゲートを形成する工程とを備えている製造方法。
【請求項１０】
第２結晶成長層を形成する工程では、前記孔の底面に向けて不純物を照射し、その後に結晶成長させることを特徴とする請求項９の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイポーラで動作する縦型の半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一方の主電極が半導体基板の表面に設けられているとともに、他方の主電極が半導体基板の裏面に設けられている縦型の半導体装置が開発されている。縦型の半導体装置は、大電流を扱うことができ、例えば車載用のモータをインバータ制御するために用いられる。
車載用の縦型の半導体装置の一例として、バイポーラで動作するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が知られている。特許文献１には、ＩＧＢＴの一例が開示されている。図１６は、特許文献１に開示されている半導体装置６１０の要部断面図を模式的に示す。
【０００３】
半導体装置６１０は、一対の電極６１２，６４６と、それらの間に配置されている半導体領域６１４，６１６，６３２，６３４と、複数のトレンチゲート６３６と、内部絶縁体領域６３０を備えている。
半導体領域６１４，６１６，６３２，６３４は、裏面側から順に、ｐ型の第１半導体領域６１４と、ｎ型の第２半導体領域６１６と、ｐ型の第３半導体領域６３２と、ｎ型の第４半導体領域６３４が積層されて形成されている。第２半導体領域６１６は、高濃度領域６１８と低濃度領域６２０を有する。高濃度領域６１８が下方に配置されており、低濃度領域６２０が上方に配置されている。第１半導体領域６１４の裏面にコレクタ電極６１２が接しており、第３半導体領域６３２と第４半導体領域６３４の表面にエミッタ電極６４６が接している。
各トレンチゲート６３６は、導体領域６３８とゲート絶縁体領域６４０を有する。各導体領域６３８は、第２半導体領域６１６と第３半導体領域６３２と第４半導体領域６３４のそれぞれにゲート絶縁体領域６４０を介して対向している。
内部絶縁体領域６３０は、第２半導体領域６１６の低濃度領域６２０内に配置されている。隣接する２つのトレンチゲート６３６の間に１つの内部絶縁体領域６３０が配置されている。内部絶縁体領域６３０の全体が、トレンチゲート６３６の底面６３７よりも高い位置に配置されている。
【０００４】
半導体装置６１０がオン状態になると、第４半導体領域６３４から電子が供給される。供給された電子は、第３半導体領域６３２の中でトレンチゲート６３６の側面に沿った領域に形成される反転領域を介して第２半導体領域６１６に到達する。一方、第１半導体領域６１４から第２半導体領域６１６に正孔が供給される。電子と正孔がそれぞれ逆方向に移動することによって、半導体装置６１０は、バイポーラで動作する。
第２半導体領域６１６内の正孔は、第３半導体領域６３２に移動する。内部絶縁体領域６３０は、正孔が第３半導体領域６３２の側に移動するのを妨げる。即ち、内部絶縁体領域６３０の下方において正孔が蓄積され、低濃度領域６２０の正孔濃度が上昇する。これにより、低濃度領域６２０において伝導度変調が活発化され、半導体装置６１０のオン電圧が低減される。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３３１０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体装置６１０をターンオフすると、第２半導体領域６１６と第３半導体領域６３２の間の界面に瞬間的に電流が集中することが知られている（ダイナミック特性）。
また、半導体装置６１０をターンオフすると、第２半導体領域６１６に蓄積されている正孔は、第３半導体領域６３２を経由してエミッタ電極６４６に排出される。特許文献１の構成では、内部絶縁体領域６３０の下方に蓄積されている多くの正孔が、トレンチゲート６３６と内部絶縁体領域６３０の間の隙間Ｇ１を通過して第３半導体領域６３２に移動する。この結果、ターンオフ時に電流が集中し易い２つの半導体領域６１６，６３２の界面の中でも、隙間Ｇ１の真上の部分６５０に非常に大きな電流が集中する。特許文献１の構成では、ターンオフ時に極めて大きい電流が集中する部分６５０が形成されてしまうために、その部分６５０から半導体装置６１０が破損する可能性が高い。
【０００７】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、破損しにくい半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体装置は、第２半導体領域内に配置されている内部絶縁体領域の全体が、トレンチゲートの底面より深い位置（トレンチゲートの底面よりも第１半導体領域側）に配置されていることを特徴とする。
この構成によると、トレンチゲートの底面より高い位置に内部絶縁体領域が配置されない。トレンチゲートとトレンチゲートの間に内部絶縁体領域が配置されない。ターンオフ時に内部絶縁体領域を越えて第３半導体領域に移動するキャリア（図１６の例では正孔）の通過経路が絞られることがない。第２半導体領域と第３半導体領域の界面に、非常に大きな電流が集中する部分が形成されない。このために、この半導体装置は、特許文献１の構成よりも破損しにくい。
【０００９】
なお、図１６の例では、第１半導体領域６１４と第３半導体領域６３２がｐ型であり、第２半導体領域６１６と第４半導体領域６３４がｎ型である。しかしながら、図１６の例の半導体装置６１０の各半導体領域においてｐ型とｎ型が逆であっても、本発明の技術を適用することができる。
即ち、第１半導体領域と第３半導体領域が第１導電型（ｐ型又はｎ型）の不純物を含んでいると記載する場合、第２半導体領域と第４半導体領域が第２導電型（ｎ型又はｐ型）の不純物を含んでいると記載することができる。以下では、この記載に従って、本発明の好ましい形態について説明していく。
なお、本発明の技術的範囲は、図１６に例示された構成から限定を受けるものではなく、特許請求の範囲の記載内容に基づいて客観的に定められる。
【００１０】
内部絶縁体領域は、第２半導体領域が広がる面内において広がりを有していてもよい。一体に形成されている１つの内部絶縁体領域が、第２半導体領域が広がる面内において広がりを有していてもよい。また、別体に形成されている複数の内部絶縁体領域の全体が、第２半導体領域が広がる面内において広がりを有していてもよい。
内部絶縁体領域が広がる面内には、内部絶縁体領域が形成されていない非絶縁体領域が存在している。この非絶縁体領域をキャリアが通過する。
内部絶縁体領域が広がる面を平面視した場合、トレンチゲートと非絶縁体領域の間に、トレンチゲートの側面の少なくとも一部が非絶縁体領域に重複しているパターンが形成されていていることが好ましい。
半導体装置がオン状態である場合、第３半導体領域に反転領域が形成され、第２半導体領域と第３半導体領域と第４半導体領域が導通する。この反転領域は、トレンチゲートの側面に対向する部分に形成される。上記のパターンが形成されていると、反転領域の直下に非絶縁体領域が存在することになる。このために、半導体装置のオン時に第３半導体領域の反転領域から第２半導体領域に移動したキャリアが、非絶縁体領域を通過しやすい。キャリアの移動が内部絶縁体領域によって阻害されにくい。このために、オン電圧を低減させることができる。
【００１１】
以下の（１）又は（２）の構成を採用して、オン電圧を低減させてもよい。
（１）半導体装置が、複数のトレンチゲートを備えていてもよい。内部絶縁体領域が広がる面内には、複数の非絶縁体領域が分散して存在していてもよい。この場合、それぞれのトレンチゲートは、異なる１つの非絶縁体領域に対応していてもよい。内部絶縁体領域が広がる面を平面視した場合、それぞれのトレンチゲートと当該トレンチゲートに対応する非絶縁体領域の間に、上記したパターンが形成されている。
【００１２】
（２）内部絶縁体領域が広がる面内には、複数の非絶縁体領域が分散して存在していてもよい。内部絶縁体領域が広がる面を平面視した場合、トレンチゲートと複数の非絶縁体領域の間に、トレンチゲートの側面が複数の非絶縁体領域に跨っているパターンが形成されていてもよい。
【００１３】
第２半導体領域は、第１低濃度領域と第２低濃度領域と中間領域を有していてもよい。第１低濃度領域は、内部絶縁体領域より第１半導体領域側に配置されており、かつ、低濃度の第２導電型の不純物を含んでいる。第２低濃度領域は、内部絶縁体領域より第３半導体領域側に配置されており、かつ、低濃度の第２導電型の不純物を含んでいる。中間領域は、第１低濃度領域と第２低濃度領域の間に配置されており、上記の非絶縁体領域を含んでおり、かつ、高濃度の第２導電型の不純物を含んでいる。なお、第１低濃度領域の不純物濃度と第２低濃度領域の不純物濃度は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。
この構成では、第１半導体領域から供給されるキャリアの通過経路である非絶縁体領域（中間領域）が、その周辺の領域（第１低濃度領域と第２低濃度領域）と比べて高濃度の不純物を含んでいる。この場合、非絶縁体領域（中間領域）が、第１半導体領域から供給されるキャリアに対してエネルギー障壁になる。そのキャリアが非絶縁体領域（中間領域）を越えて第３半導体領域の側に移動しにくくなる。このために、第１半導体領域から供給されるキャリアが、第２半導体領域に蓄積されやすい。第２半導体領域において伝導度変調がより活発化され、オン電圧がより低減される。
【００１４】
なお、第２半導体領域は、その全域において不純物濃度が均一であってもよい。一方において、第２半導体領域は、高濃度領域と低濃度領域を有していてもよい。この場合、高濃度領域は、第１半導体領域に接しており、かつ、高濃度の第２導電型の不純物を含んでいる。低濃度領域は、高濃度領域に接しており、高濃度領域によって第１半導体領域から隔てられており、第３半導体領域に接しており、かつ、低濃度の第２導電型の不純物を含んでいる。この場合、内部絶縁体領域は、低濃度領域内に配置されていてもよい。
【００１５】
上記した半導体装置は、次の方法によって製造されてもよい。この製造方法は、第１半導体基板を用意する工程と、第１半導体基板の一方側の主面に絶縁体層で被覆されている被覆領域と絶縁体層で被覆されていない非被覆領域を形成する工程を有する。さらに、第１半導体基板の非被覆領域から結晶成長させることによって、絶縁体層の上記した一方側の主面を被覆する第１結晶成長層を形成する工程を有する。さらに、トレンチゲートの全体が絶縁体層より上記した一方側に配置されるようにして、第１結晶成長層の内部にトレンチゲートを形成する工程とを備える。
この方法によると、内部絶縁体領域がトレンチゲートの底面より深い位置に配置されている半導体装置を製造することができる。
【００１６】
第１結晶成長層を形成する工程では、第１半導体基板の非被覆領域に向けて不純物を照射し、その後に結晶成長させてもよい。
この方法を採用すると、不純物照射領域に高濃度の不純物が含まれる。第１結晶成長層の中において、不純物照射領域の周辺の領域に高濃度の不純物が含まれる。その周辺の領域より高濃度の不純物を含む中間領域（上記の段落「００１３」参照）を形成することができる。
【００１７】
また、上記した半導体装置は、次の方法によって製造されてもよい。この製造方法は、一対の半導体層の間に絶縁体層が配置されている第２半導体基板を用意する工程と、第２半導体基板の一方側の主面から絶縁体層を貫通する有底の孔を形成する工程を有する。さらに、上記の孔の底面と側面から結晶成長させることによって、第２結晶成長層を形成する工程を有する。なお、この際に、第２半導体基板の上記の一方側の主面からも結晶成長させてもよい。この方法は、トレンチゲートの全体が絶縁体層より上記の一方側に配置されるようにして、第２結晶成長層の内部にトレンチゲートを形成する工程を有する。
この方法によると、内部絶縁体領域がトレンチゲートより深い位置に配置されている半導体装置を製造することができる。
【００１８】
第２結晶成長層を形成する工程では、上記の孔の底面に向けて不純物を照射し、その後に結晶成長させてもよい。
この方法を採用すると、その周辺の領域より高濃度の不純物を含む中間領域（上記の段落「００１３」参照）を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下の実施例に記載されている技術の特徴を列記しておく。
（形態１）トレンチゲートは、第２半導体領域と第３半導体領域の間の界面を越えて第２半導体領域の側に伸びている。
（形態２）内部絶縁体領域が広がる面を平面視した場合、トレンチゲートと非絶縁体領域の間に、トレンチゲートの側面の全体が非絶縁体領域に重複しているパターンが形成されている。
【実施例】
【００２０】
（第１実施例）
図面を参照して、本発明の第１実施例を説明する。図１は、半導体装置１０の要部断面図を模式的に示す。半導体装置１０は、バイポーラで動作する縦型のＩＧＢＴである。
なお、図１では、図面の明瞭化のために、繰返されている同一の構成要素に関しては、その一部の符号を省略している。また、以下の説明では、各構成要素について、図１の上側の面を表面とし、図１の下側の面を裏面とする。
【００２１】
半導体装置１０は、一対の電極１２，４６と、４つの半導体領域１４，１６，３２，３４と、内部絶縁体領域３０と、複数のトレンチゲート３６を有する。各半導体領域１４，１６，３２，３４は、シリコン単結晶の半導体領域である。
第１半導体領域１４は、ｐ型の不純物を含んでいる。第１半導体領域１４の裏面にコレクタ電極１２が接している。
第２半導体領域１６は、第１半導体領域１４の表面に接している。第２半導体領域１６は、第１半導体領域１４によってコレクタ電極１２から隔てられている。第２半導体領域１６は、ｎ型の不純物を含んでいる。
【００２２】
第２半導体領域１６の内部には、内部絶縁体領域３０が配置されている。第２半導体領域１６は、高濃度領域１８と第１低濃度領域２０と第２低濃度領域２２と中間領域２４を有する。
高濃度領域１８は、第１半導体領域１４の表面に接している。高濃度領域１８は、第１半導体領域１４によってコレクタ電極１２から隔てられている。第１低濃度領域２０は、高濃度領域１８の表面に接している。第１低濃度領域２０は、内部絶縁体領域３０の裏面に接している。第２低濃度領域２２は、内部絶縁体領域３０の表面に接している。中間領域２４と内部絶縁体領域３０が、第１低濃度領域２０と第２低濃度領域２２の間に配置されている。中間領域２４と内部絶縁体領域３０は、ほぼ同じ深さに位置している。
図１では、２つの中間領域２４しか見えないが、実際はより多数の中間領域２４が設けられている。図１の左右方向に複数の中間領域２４が並んでいるとともに、図１の紙面垂直方向にも複数の中間領域２４が並んでいる。以下では、１つの中間領域２４の構成について説明するが、他の中間領域２４も同じ構成を有する。
【００２３】
中間領域２４の表面及び裏面は、湾曲している。中間領域２４の表面は、上方に凸の形状を有する。中間領域２４の表面の一部は、内部絶縁体領域３０の表面より上方に位置している。中間領域２４の裏面は、下方に凸の形状を有する。中間領域２４の裏面の全体は、内部絶縁体領域３０の裏面より下方に位置している。内部絶縁体領域３０の表面には中間領域２４が接しておらず、内部絶縁体領域３０の裏面の一部には中間領域２４が接している。
中間領域２４の不純物濃度は、約１×１０１５ｃｍ−３〜１×１０１６ｃｍ−３に調整されている。第１低濃度領域２０の不純物濃度と第２低濃度領域２２の不純物濃度は、中間領域２４の不純物濃度より小さくなるように調整されている。第１低濃度領域２０の不純物濃度と第２低濃度領域２２の不純物濃度は、ほぼ等しい。高濃度領域１８の不純物濃度は、中間領域２４の不純物濃度より大きくなるように調整されている。
【００２４】
第３半導体領域３２は、第２半導体領域１６の第２低濃度領域２２の表面に接している。第３半導体領域３２は、第２半導体領域１６によって第１半導体領域１４から隔てられている。第３半導体領域３２は、ｐ型の不純物を含んでいる。第３半導体領域３２の不純物濃度は、第１半導体領域１４の不純物濃度より小さくなるように調整されている。
【００２５】
複数の第４半導体領域３４が第３半導体領域３２の表面に接している。後述する１つのトレンチゲート３６に対して１つの第４半導体領域３４が設けられている。半導体装置１０を平面視した場合、各第４半導体領域３４は、１つのトレンチゲート３６の周囲を取り囲むリング形状を有する。以下では、１つの第４半導体領域３４の構成について説明するが、他の第４半導体領域３４も同じ構成を有する。
第４半導体領域３４は、第３半導体領域３２によって第２半導体領域１６から隔てられている。第４半導体領域３４は、ｎ型の不純物を含んでいる。第４半導体領域３４の不純物濃度は、第２半導体領域１６の不純物濃度より大きくなるように調整されている。
第３半導体領域３２と第４半導体領域３４の表面にエミッタ電極４６が接している。エミッタ電極４６は、第３半導体領域３２と第４半導体領域３４によって第２半導体領域１６から隔てられている。
【００２６】
複数のトレンチゲート３６が、第４半導体領域３４の表面から下方に伸びている。図１では、２つのトレンチゲート３６しか見えないが、実際はより多数のトレンチゲート３６が設けられている。図１の左右方向に複数のトレンチゲート３６が並んでいるとともに、図１の紙面垂直方向に複数のトレンチゲート３６が並んでいる。以下では、１つのトレンチゲート３６の構成について説明するが、他のトレンチゲート３６も同じ構成を有する。
トレンチゲート３６は、第２半導体領域１６の第２低濃度領域２２と第３半導体領域３２の間の界面を越えて下方に伸びている。トレンチゲート３６は、導体領域３８とゲート絶縁体領域４０を有する。トレンチゲート３６の導体領域３８は、第２半導体領域１６の第２低濃度領域２２と第３半導体領域３２と第４半導体領域３４のそれぞれに、ゲート絶縁体領域４０を介して対向している。トレンチゲート３６の導体領域３８は、ゲート絶縁体領域４０によってエミッタ電極４６から隔てられている。
【００２７】
半導体装置１０の構成の概要を説明した。続いて、内部絶縁体領域３０の構成について詳しく説明する。
図２は、図１のII−II線断面図を示す。なお、図２は、図１のII−II線の左右方向の範囲内のみならず、それより広い範囲の断面図を示す。
内部絶縁体領域３０は、図２の紙面内において広がりを有する。即ち、内部絶縁体領域３０は、第２半導体領域１６が広がる面内（図１の左右方向及び紙面垂直方向に広がる面内）において広がりを有する。
内部絶縁体領域３０が広がる面内には、複数の非絶縁体領域（開口）６０が形成されている。各非絶縁体領域６０は、略正方形状を有する。各非絶縁体領域６０は、上記した中間領域２４（図１参照）に含まれる。
【００２８】
図２の破線で示した略正方形は、トレンチゲート３６を示す。即ち、半導体装置１０を平面視すると、トレンチゲート３６は略正方形状を有する。１つのトレンチゲート３６に対して１つの非絶縁体領域６０が対応している。各トレンチゲート３６の側面３６ａの全体が、対応する非絶縁体領域６０に重複している。即ち、各トレンチゲート３６の側面３６ａの全体が、中間領域２４（図１参照）に重複している。
【００２９】
エミッタ電極４６に対して正の電圧がコレクタ電極１２に印加され、トレンチゲート３６の導体領域３８に所定のゲートオン電圧が印加されると、半導体装置１０はオン状態になる。半導体装置１０がオン状態になると、第４半導体領域３４から電子が供給される。供給された電子は、第３半導体領域３２の中でトレンチゲート３６の側面３６ａに沿った領域に形成される反転領域５０を介して第２半導体領域１６（第２低濃度領域２２）に到達する。一方、裏面側の第１半導体領域１４から第２半導体領域１６に正孔が供給される。電子と正孔がそれぞれ逆方向に移動することによって、半導体装置１０は、バイポーラで動作する。さらに、電子と正孔は、第１低濃度領域２０と第２低濃度領域２２において伝導度変調を活発化させ、低いオン電圧を実現する。
【００３０】
第１半導体領域１４から供給された正孔の一部は、第２半導体領域１６で電子と結合して消滅する。消滅しなかった正孔は、第１低濃度領域２０、中間領域２４、及び第２低濃度領域２２を経由して、第３半導体領域３２に移動する。これにより、正孔が排出される。本実施例の半導体装置１０は、第２半導体領域１６の第２低濃度領域２２の内部に内部絶縁体領域３０が配置されている。このために、正孔が第１低濃度領域２０を越えて第２低濃度領域２２の側に移動しにくい。第１低濃度領域２０に正孔を蓄積することができ、正孔が排出される速度が低下する。これにより、第１低濃度領域２０の正孔濃度が上昇し、第１低濃度領域２０において伝導度変調が活発化する。半導体装置１０のオン電圧が低減される。
また、中間領域２４は、第１低濃度領域２０及び第２低濃度領域２２より不純物濃度が大きい。第１半導体領域１４から第２半導体領域１６に移動してきた正孔に対して、中間領域２４がエネルギー障壁になる。このために、第１低濃度領域２０に正孔をより蓄積することができ、半導体装置１０のオン電圧がより低減される。
また、半導体装置１０を平面視すると、各トレンチゲート３６の側面３６ａが非絶縁体領域６０（中間領域２４）に重複する。即ち、反転領域５０の直下に中間領域２４が存在する。このために、反転領域５０から第２低濃度領域２２に移動してきた電子が、中間領域２４を抜けやすい。電子の移動が内部絶縁体領域３０によって阻害されにくい。オン電圧をより低減させることができる。
【００３１】
本実施例によると、トレンチゲート３６の底面３７より深い位置（第１半導体領域１４側）に内部絶縁体領域３０が配置されている。隣接する２つのトレンチゲート３６の間に内部絶縁体領域３０が配置されていない。このために、ターンオフ時に内部絶縁体領域３０を越えて第３半導体領域３２に移動する正孔の通過経路が制限されることがない。第２半導体領域１６と第３半導体領域３２の界面の中に、極めて大きな電流が集中する部分が形成されない。本実施例の半導体装置１０は、従来の構成の半導体装置よりも破損しにくい。
【００３２】
続いて、図３から図７を参照して、半導体装置１０の製造方法について説明する。
まず、図３に示される半導体基板７０を用意する。半導体基板７０は、ｐ＋型領域７４と、その表面に接しているｎ＋型領域７８と、その表面に接しているｎ−型領域８０とを有する。ｐ＋型領域７４は、図１の第１半導体領域１４に対応する。ｎ＋型領域７８は、高濃度領域１８に対応する。ｎ−型領域８０は、第１低濃度領域２０に対応する。
続いて、ｎ−型領域８０の表面８０ａを酸化させることによって、絶縁体層９０を形成する。絶縁体層９０が形成された後の状態は、図４に示されている。絶縁体層９０は、図１の内部絶縁体領域３０に対応する。
【００３３】
次いで、絶縁体層９０の所定の部分を除去する。これにより、図５に示されるように、ｎ−型領域８０の表面８０ａには、絶縁体層９０で被覆されている領域８０ｂと、絶縁体層９０で被覆されていない領域８０ｃが形成される。絶縁体層９０に開口が形成されることになる。
続いて、非被覆領域８０ｃに向けてｎ型の不純物が照射される。これにより、ｎ−型領域８０の中に、不純物が注入された領域８４が形成される。不純物注入領域８４は、ｎ−型領域８０より高濃度の不純物を含んでいる。
次いで、非被覆領域８０ｃから結晶成長させる。これにより、図６に示されるように、絶縁体層９０の表面がｎ−型領域８２によって覆われる。結晶成長する際に、不純物注入領域８４がやや上方まで広がる。これにより、絶縁体層９０の開口にｎ型の不純物注入領域８４が形成される。この不純物注入領域８４は、図１の中間領域２４に対応する。また、結晶成長によって形成されたｎ−型領域８２は、第２低濃度領域２２に対応する。
【００３４】
続いて、図７に示されるように、ｎ−型領域８２の表面にｐ型領域９２を形成し、ｐ型領域９２の表面に複数のｎ＋型領域９４を形成する。ｐ型領域９２は、図１の第３半導体領域３２に対応する。ｎ＋型領域９４は、第４半導体領域３４に対応する。ｐ型領域９２とｎ＋型領域９４は、結晶成長によって形成されてもよいし、ｎ−型領域８２にイオン注入することによって形成されてもよい。
それぞれのｎ＋型領域９４の表面から下方に伸びる孔９５を形成する。この孔９５の深さは、Ｄ１である。Ｄ１は、ｎ−型領域８２とｐ型領域９２の間の境界よりも下方に位置している。また、Ｄ１は、絶縁体層９０とｎ型領域８４よりも上方に位置している。
図１に示されるトレンチゲート３６を孔９５に形成する。その後にエミッタ電極４６とコレクタ電極１２を形成する。これにより、半導体装置１０が完成する。
【００３５】
上記の方法を利用すると、ｎ−型領域８０とｎ−型領域８２の間に絶縁体層９０とｎ型領域８４が形成された半導体装置１０を製造することができる。
【００３６】
（第２実施例）
本実施例では、半導体装置１０の製造方法が第１実施例と異なる。図８から図１０を参照して、本実施例の製造方法について説明する。
まず、図８に示される半導体基板１７０を用意する。半導体基板１７０は、ｐ＋型領域１７４と、その表面に接しているｎ＋型領域１７８と、その表面に接しているｎ−型領域１８０と、その表面に接している絶縁体層１９０と、その表面に接しているｎ−型領域１８２を有する。
この半導体基板１７０は、ｎ−型領域１８０とｎ−型領域１８２の間に絶縁体層１９０が配置されているＳＩＯ基板（サイモックス基板）１８３から形成される。ＳＩＯ基板１８３に対して処理（イオン注入等）を施すことによって、ｐ＋型領域１７４とｎ＋型領域１７８が形成される。これにより、半導体基板１７０が仕上がる。
ｐ＋型領域１７４は、図１の第１半導体領域１４に対応する。ｎ＋型領域１７８は、高濃度領域１８に対応する。ｎ−型領域１８０は、第１低濃度領域２０に対応する。絶縁体層１９０は、内部絶縁体領域３０に対応する。ｎ−型領域１８２は、第２低濃度領域２２に対応する。
【００３７】
続いて、ｎ−型領域１８２の表面から下方に伸びる複数の孔１８５を形成する。孔１８５が形成された後の状態は、図９に示されている。各孔１８５は、絶縁体層１９０を貫通している。各孔１８５の底面１８５ａは、絶縁体層１９０の裏面とほぼ同じ深さに位置している。
各孔１８５の底面１８５ａに向けてｎ型の不純物が照射される。これにより、ｎ−型領域１８０の中に、不純物が注入された領域１８４が形成される。不純物注入領域１８４は、ｎ−型領域１８０及びｎ−型領域１８２より高濃度の不純物を含んでいる。
次に、ｎ−型領域１８２の表面１８２ａと各孔１８５の底面１８５ａと側面１８５ｂとから結晶成長させる。これにより、図１０に示されるように、孔１８５の内部とｎ−型領域１８２の表面１８２ａの上方にｎ−型領域１８２ｂが形成される。図１０の破線は、結晶成長の前から存在するｎ−型領域１８２を示す。ｎ−型領域１８２ｂは、ｎ−型領域１８２とほぼ同じ不純物濃度を有する。ｎ−型領域１８２ｂとｎ−型領域１８２の両方によって、図１の第２低濃度領域２２が構成される。なお、結晶成長する際に、不純物注入領域１８４がやや上方まで広がる。これにより、絶縁体層１９０の開口にｎ型の不純物注入領域１８４が形成される。この不純物注入領域１８４は、図１の中間領域２４に対応する。
【００３８】
後の工程は、第１実施例と同様である。即ち、ｎ−型領域１８２ｂの表面にｐ型領域を形成し、そのｐ型領域の表面に複数のｎ＋型領域を形成する。その後にトレンチゲート３６が形成され、エミッタ電極４６とコレクタ電極１２が形成される。これにより、半導体装置１０が完成する。
本実施例の方法を利用しても、ｎ−型領域１８０とｎ−型領域１８２，１８２ｂの間に絶縁体層１９０とｎ型領域１８４が形成された半導体装置１０を製造することができる。
【００３９】
（第３実施例）
図１１は、本実施例の内部絶縁体領域１３０の横断面図を示す。内部絶縁体領域１３０の形状は、第１実施例のものと同様である。
本実施例では、トレンチゲート１３６の形状が第１実施例と異なる。各トレンチゲート１３６は、図２の上下方向に伸びている。複数のトレンチゲート１３６が横方向に平行に並んでいる。即ち、本実施例では、複数のトレンチゲート１３６がストライプ状に配置されている。
１つのトレンチゲート１３６に対して４つの非絶縁体領域１６０（４つの中間領域２４）が対応している。各トレンチゲート１３６の側面１３６ａは、対応する４つの非絶縁体領域１６０を跨いでいる。
【００４０】
本実施例の構成によっても、反転領域５０の直下に中間領域２４が配置されることになる。電子の移動が内部絶縁体領域１３０によって阻害されにくく、オン電圧を低減させることができる。
なお、以下の第４実施例から第７実施例によっても、反転領域５０の直下に中間領域２４を配置させることができ、オン電圧を低減させることができる。
【００４１】
（第４実施例）
図１２は、本実施例の内部絶縁体領域２３０の横断面図を示す。本実施例の内部絶縁体領域２３０は、第１実施例のものと異なる。各非絶縁体領域２６０は、第１実施例の非絶縁体領域６０より小さい。本実施例のトレンチゲート２３６の形状は、第１実施例と同じである。各非絶縁体領域２６０は、１つのトレンチゲート２３６より小さい。
１つのトレンチゲート２３６に２つの非絶縁体領域２６０が対応している。各トレンチゲート２３６の側面（図２の上側の側面と下側の側面）２３６ａは、対応する２つの非絶縁体領域２６０に重複している。
【００４２】
本実施例によると、内部絶縁体領域２３０が大きいために、第１低濃度領域２０により多くの正孔を蓄積することができる。このために、オン電圧をより低減させることができる。
【００４３】
（第５実施例）
図１３は、本実施例の内部絶縁体領域３３０の横断面図を示す。本実施例の内部絶縁体領域３３０には、図２の上下方向に伸びる複数の非絶縁体領域３６０が形成されている。複数の非絶縁体領域３６０は、横方向に平行に並んでいる。また、複数のトレンチゲート３３６が横方向に平行に並んでいる。即ち、本実施例では、複数の非絶縁体領域３６０がストライプ状に配置されているとともに、複数のトレンチゲート３３６がストライプ状に配置されている。
１つのトレンチゲート３３６に１つの非絶縁体領域３６０が対応している。各トレンチゲート３３６の側面３３６ａの全体は、対応する非絶縁体領域３６０に重複している。
【００４４】
（第６実施例）
図１４は、本実施例の内部絶縁体領域４３０の横断面図を示す。本実施例の内部絶縁体領域４３０には、略円形状の複数の非絶縁体領域４６０が形成されている。複数の非絶縁体領域４６０は、千鳥格子状に配置されている。
１つのトレンチゲート４３６に１つの非絶縁体領域４６０が対応している。各トレンチゲート４３６の側面４３６ａの全体は、対応する非絶縁体領域４６０に重複している。
【００４５】
（第７実施例）
図１５は、本実施例の内部絶縁体領域５３０の横断面図を示す。本実施例の内部絶縁体領域５３０には、略正六角形状の複数の非絶縁体領域５６０が形成されている。複数の非絶縁体領域５６０は、千鳥格子状に配置されている。
１つのトレンチゲート５３６に１つの非絶縁体領域５６０が対応している。各トレンチゲート５３６の側面５３６ａの全体は、対応する非絶縁体領域５６０に重複している。
【００４６】
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。
例えば、上記の実施例では、半導体材料にシリコンを用いた例を説明するが、それ以外の半導体材料を用いてもよい。例えば、半導体材料に窒化ガリウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素などを用いてもよい。
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し得るものであり、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】
【００４７】
【図１】第１実施例の半導体装置の要部断面図を示す。
【図２】図１のII−II線断面図を示す。
【図３】第１実施例の半導体装置の製造過程を示す。
【図４】半導体装置の製造過程を示す（図３の続き）。
【図５】半導体装置の製造過程を示す（図４の続き）。
【図６】半導体装置の製造過程を示す（図５の続き）。
【図７】半導体装置の製造過程を示す（図６の続き）。
【図８】第２実施例の半導体装置の製造過程を示す。
【図９】半導体装置の製造過程を示す（図８の続き）。
【図１０】半導体装置の製造過程を示す（図９の続き）。
【図１１】第３実施例の内部絶縁体領域の横断面図を示す。
【図１２】第４実施例の内部絶縁体領域の横断面図を示す。
【図１３】第５実施例の内部絶縁体領域の横断面図を示す。
【図１４】第６実施例の内部絶縁体領域の横断面図を示す。
【図１５】第７実施例の内部絶縁体領域の横断面図を示す。
【図１６】従来の半導体装置の要部断面図を示す。
【符号の説明】
【００４８】
１０：半導体装置
１２：コレクタ電極
１４：第１半導体領域
１６：第２半導体領域
１８：高濃度領域
２０：第１低濃度領域
２２：第２低濃度領域
２４：中間領域
３０：内部絶縁体領域
３２：第３半導体領域
３４：第４半導体領域
３６：トレンチゲート
３６ａ：トレンチゲートの側面
３７：トレンチゲートの底面
３８：導体領域
４０：ゲート絶縁体領域
４６：エミッタ電極
５０：反転領域
６０：非絶縁体領域
【図１】
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【図２】
2008130843.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008130843.tif 000006
【図５】
2008130843.tif 000007
【図６】
2008130843.tif 000008
【図７】
2008130843.tif 000009
【図８】
2008130843.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2008130843.tif 000012
【図１１】
2008130843.tif 000013
【図１２】
2008130843.tif 000014
【図１３】
2008130843.tif 000015
【図１４】
2008130843.tif 000016
【図１５】
2008130843.tif 000017
【図１６】
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