(57)【要約】【課題】本発明は、安定的なスイッチング動作を行うことが可能な電力用半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による電力用半導体装置は、ｎドリフト層４と、ｎドリフト層４上に形成されたチャネルドープ層３と、チャネルドープ層３の表面に複数蛇行して延設され、隣り合うもの同士間の蛇行した延設において、予め定められた間隔を有する第１の領域と、予め定められた間隔よりも大きい間隔を有する第２の領域とが延設の方向に沿って交互に存在し、かつ各々の深さにおいて、表面から基板に達するように形成されたトレンチゲート１０と、第１の領域に形成された高濃度ｎ型半導体層８と、第２の領域に形成された高濃度ｐ型半導体層９とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の基板と、
前記基板上に形成された第２導電型のチャネルドープ層と、
前記チャネルドープ層の表面に複数蛇行して延設され、隣り合うもの同士間の前記蛇行した延設において、予め定められた間隔を有する第１の領域と、前記予め定められた間隔よりも大きい間隔を有する第２の領域とが前記延設の方向に沿って交互に存在し、かつ各々の深さにおいて、前記表面から前記基板に達するように形成されたトレンチゲートと、
前記第１の領域に形成された前記第１導電型の第１の半導体層と、
前記第２の領域に形成された前記第２導電型の第２の半導体層と、
を備える、電力用半導体装置。
【請求項２】
前記トレンチゲートは、当該トレンチゲートを充填するゲート電極を含み、
前記ゲート電極は、隣り合う前記トレンチゲートを前記第１の領域を跨いで電気的に接続するように形成されることを特徴とする、請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記チャネルドープ層の直下に形成された前記第１導電型のキャリア蓄積層をさらに備え、
前記キャリア蓄積層は、前記基板よりも前記第１導電型の不純物濃度が高いことを特徴とする、請求項１または２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記第２の領域は、前記チャネルドープ層の表面に対して凹形状に形成され、
前記第２の半導体層は、前記凹形状の底面および側面に渡って形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
前記基板の裏面は、凹凸形状に形成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力用半導体装置に関し、特に、パワーエレクトロニクスで用いられるバイポーラ型スイッチング半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーエレクトロニクスで用いられるバイポーラ型スイッチング半導体装置（パワー半導体デバイス）の代表的なものとしては、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が挙げられる。ＩＧＢＴは、表面に対して垂直方向に高電圧を保持し、あるいは大電流を流すことができるスイッチング半導体装置（縦型デバイス）である。具体的には、ＩＧＢＴは、ゲート電極に対して１５Ｖ程度の電圧を周期的に印加することによって、高電圧を保持する状態（ＩＧＢＴオフ状態）と、大電流を流す状態（ＩＧＢＴオン状態）とを交互に切り替える（スイッチング動作させる）ことができる。
【０００３】
一般的に、ＩＧＢＴをスイッチング動作させる場合において、ゲート電極に１５Ｖ程度の電圧を印加してＩＧＢＴオン状態にするとき、ＩＧＢＴには当該ＩＧＢＴに接続している機器の動作を安定させるための高い駆動能力が求められる。例えば、同じ電源電圧を用いてＩＧＢＴを動作させる場合において、ＩＧＢＴの定格が１０Ａのときは、その２倍となる２０Ａ以上の電流を流すことが可能なＩＧＢＴを用いる必要がある。
【０００４】
また、ＩＧＢＴには、正確なスイッチング動作を繰り返して行うことができるように、ナノ秒（ｎｓｅｃ）オーダでＩＧＢＴオン状態からＩＧＢＴオフ状態に移行する能力も求められている。具体的には、ゲート電極に印加された電圧を１５Ｖ程度から−１５Ｖ〜０Ｖ程度へと切り替えた場合において、ＩＧＢＴから当該ＩＧＢＴに接続している機器への電流の供給がナノ秒オーダで遮断され、かつナノ秒オーダでＩＧＢＴオフ状態に移行することが求められる。
【０００５】
従来、上記の要求を実現すべく種々の半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１では、平面視において八角形状のトレンチゲートと正方形状のトレンチゲートとを組み合わせ、かつ断面視においてトレンチゲートの側面全てにチャネルを形成する層を設けることによって、単位体積当たりのチャネルの密度を高めて従来の構造よりも高い駆動能力を達成している。また、八角形状のトレンチゲートと正方形状のトレンチゲートとを電気的に接続することによって、トレンチゲートの総延長が長くなることに起因するゲート抵抗の増大を抑制している。ゲート抵抗の増大を抑制することができれば、ゲート抵抗の影響を受けることなく、ゲート電極に印加する電圧の切り替えをナノ秒オーダでＩＧＢＴ全体に行き渡らせることができ、ＩＧＢＴオン状態からＩＧＢＴオフ状態に簡単に移行することができるようになる。
【０００６】
また、特許文献２では、トレンチゲート内のゲート電極をＩＧＢＴの表面から突出して形成することによって、ゲート抵抗の増大を抑制している。また、駆動能力とのトレードオフになるが、ＩＧＢＴの奥行き方向（特許文献２の図８（ｃ）の紙面奥側の方向）において、チャネルを形成しない層であり、かつホール（正孔）キャリアが抜ける領域を広く確保することができれば、ＩＧＢＴをナノ秒オーダでＩＧＢＴオフ状態に移行することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３３６９３８８号公報（第１図）
【特許文献２】特許第３９７６３７４号公報（第８図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の通り、ＩＧＢＴの安定的なスイッチング動作を実現するためには、駆動能力を十分に確保する（例えば、定格の２倍以上の電流を流すことが可能な駆動能力を確保する）ことと、ＩＧＢＴに接続している機器に供給する電流をナノ秒オーダで遮断すること（すなわち、ＩＧＢＴをナノ秒オーダでＩＧＢＴオン状態からＩＧＢＴオフ状態に移行させること）との両立が重要である。
【０００９】
特許文献１では、平面視において八角形状のトレンチゲートと正方形状のトレンチゲートとを組み合わせ、かつ断面視においてトレンチゲートの側面全てにチャネルを形成する層を設けることによって、従来の構造よりもＩＧＢＴの駆動能力を高めている。しかし、単位体積当たりのトレンチゲートとチャネルを形成する層との占有率が従来の構造よりも高くなるため、ＩＧＢＴから当該ＩＧＢＴに接続している機器に供給する電流の遮断性、すなわちＩＧＢＴ内のホールキャリアの抜け性（ＩＧＢＴからホールキャリアが抜ける程度）については不明である。特に、ホールキャリアは、電子キャリアよりも移動度が低く、かつＩＧＢＴの表面から抜けていくため、ＩＧＢＴの表面側でトレンチゲートやチャネルを形成する層の占有率が高い特許文献１のような構造では、ナノ秒オーダでＩＧＢＴオン状態からＩＧＢＴオフ状態に移行することができない可能性がある。
【００１０】
また、特許文献２では、特許文献１と比較して、駆動能力と電流の遮断性においてバランスの取れた構造を有している。しかし、特許文献２の構造では、トレンチゲートの間隔を４．０μｍ以下に狭めることによって、単位体積当たりのチャネル密度が高くなりＩＧＢＴの駆動能力を高めることができるが、ＩＧＢＴの奥行き方向において隣り合うトレンチゲートの間隔は変わらないため、当該間隔をサブミクロンオーダに狭めると、製造上トレンチゲート間の構造を維持することができなくなる。隣り合うトレンチゲートの間隔を狭めるにあたり、トレンチゲートの深さを３．０μｍ以下に浅くすれば、物理的な構造の維持は容易となるが、深さ方向のマージンが少なくなるため、電気的にチャネルを形成する層を維持することが困難となる。
【００１１】
このように、従来のＩＧＢＴでは、駆動能力を十分に確保することと、ＩＧＢＴに接続している機器に供給する電流をナノ秒オーダで遮断すること（すなわち、ＩＧＢＴをナノ秒オーダでＩＧＢＴオン状態からＩＧＢＴオフ状態に移行させること）とを両立することが構造上困難であると予想され、必ずしも安定的なスイッチング動作を行っているとはいえなかった。
【００１２】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、安定的なスイッチング動作を行うことが可能な電力用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】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明による電力用半導体装置は、第１導電型の基板と、基板上に形成された第２導電型のチャネルドープ層と、チャネルドープ層の表面に複数蛇行して延設され、隣り合うもの同士間の蛇行した延設において、予め定められた間隔を有する第１の領域と、予め定められた間隔よりも大きい間隔を有する第２の領域とが延設の方向に沿って交互に存在し、かつ各々の深さにおいて、表面から基板に達するように形成されたトレンチゲートと、第１の領域に形成された第１導電型の第１の半導体層と、第２の領域に形成された第２導電型の第２の半導体層とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、電力用半導体装置は、第１導電型の基板と、基板上に形成された第２導電型のチャネルドープ層と、チャネルドープ層の表面に複数蛇行して延設され、隣り合うもの同士間の蛇行した延設において、予め定められた間隔を有する第１の領域と、予め定められた間隔よりも大きい間隔を有する第２の領域とが延設の方向に沿って交互に存在し、かつ各々の深さにおいて、表面から基板に達するように形成されたトレンチゲートと、第１の領域に形成された第１導電型の第１の半導体層と、第２の領域に形成された第２導電型の第２の半導体層とを備えるため、安定的なスイッチング動作を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１による電力用半導体装置のセル部の構造の一例を示す立体断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１による電力用半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による電力用半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１による電力用半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１による電力用半導体装置の構造の一例を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２による電力用半導体装置のセル部の構造の一例を示す立体断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３による電力用半導体装置の構造の一例を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４による電力用半導体装置のセル部の構造の一例を示す立体断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。
【００１７】
＜実施の形態１＞
まず、本発明の実施の形態１による電力用半導体装置の構造について説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態１による電力用半導体装置のセル部の構造の一例を示す立体断面図である。なお、本実施の形態では、電力用半導体装置はＩＧＢＴであるものとして説明する。
【００１９】
図１に示すように、ＩＧＢＴは、ｎ型（第１導電型）の基板であるｎドリフト層４の表面側にチャネルドープ層３が形成され、ｎドリフト層４の裏面側にｎバッファ層５およびｐコレクタ層６が形成されている。また、チャネルドープ層３の表面からｎドリフト層４に達するようにトレンチが形成されている。ここで、当該トレンチに形成されたゲート電極１およびゲート酸化膜２（図１中の破線で囲んだ部分）を総称してトレンチゲート１０という。
【００２０】
トレンチゲート１０は、チャネルドープ層３の表面に複数蛇行して延設され、隣り合うもの同士間の蛇行した延設において、狭い領域（予め定められた間隔を有する第１の領域）と、広い領域（予め定められた間隔よりも大きい間隔を有する第２の領域）とが延設の方向に沿って交互に存在し、かつ各々の深さにおいて、表面からｎドリフト層４に達するように形成されている。このように、隣り合うトレンチゲート１０間において、広い領域と狭い領域とが存在する。
【００２１】
ゲート電極１は、外部からゲート電圧を印加するために高伝導性の材料がトレンチに充填されている。また、ゲート電極１は、隣り合うトレンチゲート１０間における狭い領域を跨いで、隣り合うトレンチゲート１０同士が電気的に接続するように形成されており、トレンチゲート１０のブリッジ構成となっている。
【００２２】
ゲート酸化膜２は、ゲート電極１をＩＧＢＴのセル部から電気的に絶縁するために形成されており、トレンチの壁面と、高濃度ｎ型半導体層８の表面とを覆うように形成されている。
【００２３】
チャネルドープ層３は、ｐ型（第２導電型）の半導体層であり、１０１７ｃｍ−３オーダの不純物濃度を有している。
【００２４】
高濃度ｎ型半導体層８（第１導電型の第１の半導体層）は、隣り合うトレンチゲート１０間における狭い領域に形成されている。また、高濃度ｎ型半導体層８は、１０１９ｃｍ−３以上の不純物濃度を有している。
【００２５】
高濃度ｐ型半導体層９（第２導電型の第２の半導体層）は、隣り合うトレンチゲート１０間における広い領域に形成される。また、高濃度ｐ型半導体層９は、ホールキャリアをＩＧＢＴから抜くために形成され、１０１９ｃｍ−３以上の不純物濃度を有している。ホールキャリアは、高濃度ｐ型半導体層９におけるコンタクト７（図１の破線で囲んだ領域のうちの高濃度ｐ型半導体層９の領域）を通ってＩＧＢＴから抜ける。
【００２６】
上記のＩＧＢＴにおいて、ゲート電極１に１５Ｖ程度の電圧が印加されると、チャネルドープ層３におけるトレンチゲート１０の側壁部分にチャネル（反転層）が形成され、当該チャネルを介して、高濃度ｎ型半導体層８からｎドリフト層４、ｎバッファ層５、およびｐコレクタ層６に順に電子キャリアが供給される。このようなＩＧＢＴオン状態では、高濃度ｎ型半導体層８からの電子キャリアの供給量が多い程、ｐコレクタ層６から多くのホールキャリアが誘起されるため、ＩＧＢＴの駆動能力を高めることができる。
【００２７】
また、トレンチゲート１０間における狭い領域の間隔がサブミクロンオーダになると、チャネルドープ層３では、隣り合うトレンチゲート１０の影響を受けて従来の構造よりも強いチャネルが形成され、高濃度ｎ型半導体層８から供給される電子キャリアの量が増える。従って、ＩＧＢＴオン状態において、高濃度ｎ型半導体層８の領域（すなわち、トレンチゲート１０間における狭い領域の間隔）をサブミクロンオーダで狭くなるようにすれば、ＩＧＢＴの駆動能力が向上することになる。
【００２８】
一方、ＩＧＢＴオン状態からＩＧＢＴオフ状態に移行するときは、ＩＧＢＴの損失や温度上昇を抑制するために、高濃度ｎ型半導体層８から過剰に供給されたホールキャリアをＩＧＢＴから抜く必要がある。上述の通り、高濃度ｐ型半導体層９は、ホールキャリアをＩＧＢＴから抜くために形成されており、その領域は広い方が良い。しかし、高濃度ｐ型半導体層９の領域は、無制限に広ければ良いわけではなく、ＩＧＢＴオフ状態となったときにおけるトレンチゲート１０の底部（図１中のｎドリフト層４側）のゲート酸化膜２で発生する電界を緩和するために、隣り合うトレンチゲート１０間における広い領域の最大の間隔が４．０μｍ以下となるように形成する必要がある。
【００２９】
次に、本実施の形態１による電力用半導体装置（ＩＧＢＴ）の製造方法について、図２〜５を用いて説明する。
【００３０】
図２に示すように、ｎドリフト層４である半導体基板に対してイオン注入および熱拡散を行うことによって、チャネルドープ層３、高濃度ｎ型半導体層８、および高濃度ｐ型半導体層９を形成する。その後、エッチングによってトレンチを形成後、基板全体を熱酸化することによってゲート酸化膜２を形成する。
【００３１】
次に、図３に示すように、トレンチを充填するように、ゲート酸化膜２上にゲート電極１を形成する。
【００３２】
次に、図４に示すように、高濃度ｎ型半導体層８上にエッチングマスク（図示せず）を形成し、当該エッチングマスク以外の部分におけるゲート電極１およびゲート酸化膜２をエッチングによって除去する。なお、エッチング後におけるゲート電極１の突出部分（ＩＧＢＴの表面から突出した部分）の厚さは、約１．０μｍである。また、ゲート電極１の突出部分を形成するために用いたエッチングマスクは、ＩＧＢＴのセル部以外の領域においてゲート配線を形成するためにも用いるため、エッチングマスクを形成することはＩＧＢＴの製造上コストアップとはならず、従来の構造を製造する場合と同じコストで製造することができる。
【００３３】
次に、図５に示すように、ゲート電極１の突出部分から隣り合う高濃度ｐ型半導体層９の一部に渡って覆うように層間絶縁膜１１を形成する。その後、高濃度ｐ型半導体層９および層間絶縁膜１１を覆うようにエミッタ電極１２を形成する。なお、層間絶縁膜１１の膜厚は、ゲート電極１の突出部分の厚さと同様、約１．０μｍである。また、高濃度ｐ型半導体層９におけるエミッタ電極１２と接する領域がコンタクト７となる。
【００３４】
層間絶縁膜１１は、ゲート電極１の突出部分を覆うように形成されているため、ゲート電極１の突出部分の厚さ分の段差を有している。従って、層間絶縁膜１１を覆うように形成されるエミッタ電極１２も、ゲート電極１の突出部分の厚さ分の段差を有することになる。このように、エミッタ電極１２に段差を設けることによって、エミッタ電極１２の表面積を従来の構造よりも大きくすることができるため、ＩＧＢＴのスイッチング動作時に発生する熱の放熱効果を高めることができる。
【００３５】
以上のことから、本実施の形態１によれば、隣り合うトレンチゲート１０間における狭い領域でＩＧＢＴの駆動能力を確保する効果が得られるとともに、隣り合うトレンチゲート１０間における広い領域でホールキャリアの抜け性を良くしてＩＧＢＴから流れる電流の遮断性を向上させる効果が得られる。なお、これらの効果は相反するものではなく、ホールキャリアの抜け性を向上させるために広い領域を４．０μｍの間隔を上限として広げると、それに伴って狭い領域の間隔が狭くなり、サブミクロンオーダまで狭くなることになる。これにより隣り合うトレンチゲートの相互作用が生じて、ＩＧＢＴオン状態のときに従来の構造よりも強い反転層（チャネル）が形成され、ＩＧＢＴの駆動能力を向上させることができる。すなわち、従来の構造では得られない安定したスイッチング動作を行うことができる。
【００３６】
また、トレンチゲート１０をブリッジ構成とすることによって、隣り合うトレンチゲート１０をゲート電極１の突出部分によって電気的に接続しているため、トレンチゲート１０を蛇行して延設したことによるゲート抵抗の増大を抑制し、ＩＧＢＴオン状態からＩＧＢＴオフ状態に移行するときのゲート電圧の変化をナノ秒オーダでＩＧＢＴ全体に行き渡らせることができる。このとき、ゲート電極１の突出部分の奥行き（例えば図１の紙面奥側の方向）の長さは約１．０μｍであるが、ＩＧＢＴのセル内にはゲート電極１の突出部分の形成箇所が数万箇所以上存在するため、ゲート抵抗を減らすには十分である。
【００３７】
例えば、ＩＧＢＴを多数並列接続して用いる場合において、ＩＧＢＴオフ状態への移行のタイミングは、ホールキャリアの抜け性のみならず、装置間のバラツキによって最も応答性の遅いＩＧＢＴに律速されるが、ブリッジ構成により各ＩＧＢＴのゲート抵抗を減らすことによって、トレンチゲート１０をブリッジ構成としないＩＧＢＴよりも安全にオフ状態に移行することができる。
【００３８】
通常、ＩＧＢＴのサイズは数ｍｍ□（一辺が数ｍｍ）以上であるが、１０数ｍｍ□以上のサイズになると、トレンチゲート１０をブリッジ構成とする部分が数１０〜１００万箇所に及ぶため、ゲート抵抗の低減効果はより高まる。
【００３９】
また、隣り合うトレンチゲート１０間において、狭い領域と広い領域とを交互に設けているため、狭い領域の間隔がサブミクロンオーダになったとしても、狭い領域を広い領域が支えることによって構造を維持することができ、製造上での問題は生じない。
【００４０】
また、トレンチゲート１０を蛇行して延設しているため、ゲート電極１をトレンチに埋め込んで形成することに起因する応力のベクトルを発散させることができ、従来の構造よりもＩＧＢＴ自体の反りを低減することができる。
【００４１】
＜実施の形態２＞
まず、本発明の実施の形態２による電力用半導体装置の構造について説明する。
【００４２】
図６は、本実施の形態２による電力用半導体装置（ＩＧＢＴ）のセル部の構造の一例を示す立体断面図である。
【００４３】
図６に示すように、本実施の形態２によるＩＧＢＴは、キャリア蓄積層１３を備えることを特徴としている。その他の構造は、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００４４】
キャリア蓄積層１３は、チャネルドープ層３の直下に形成され、ｎドリフト層４の不純物濃度（１０１３ｃｍ−３程度）よりも高濃度（１０１５ｃｍ−３程度）のｎ型（第１導電型）の半導体層である。
【００４５】
次に、本実施の形態２による電力用半導体装置（ＩＧＢＴ）の製造方法について説明する。
【００４６】
キャリア蓄積層１３は、チャネルドープ層３の形成前に、ｎドリフト層４に対してリンなどのドナーをイオン注入した後に熱拡散処理を行うことによって形成される。なお、ＩＧＢＴの製造工程において、実施の形態１と比較して、キャリア蓄積層１３を形成するためのイオン注入工程が増えるが、熱拡散処理はチャネルドープ層３の形成時の処理と共通化できるため、ＩＧＢＴの製造上のコストアップはほとんどない。また、トレンチゲート１０は、ＩＧＢＴオフ状態のときにトレンチゲート１０の底部のゲート酸化膜２で発生する電界を緩和するために、キャリア蓄積層１３を突き抜けるように形成する必要がある。
【００４７】
以上のことから、本実施の形態２によれば、キャリア蓄積層１３を形成することによってｎドリフト層４内にホールキャリアが蓄積され、蓄積されたホールキャリアと電子キャリアとの相互作用で電導度変調効果が高められてＩＧＢＴが低抵抗化されるため、従来の構造よりも多くの電流が流れる（電流密度が高くなる）。すなわち、ＩＧＢＴの駆動能力を向上させることができる。
【００４８】
なお、ｎドリフト層４にホールキャリアが蓄積することによって、ＩＧＢＴオン状態からＩＧＢＴオフ状態に移行する場合において、ホールキャリアの抜け性が悪くなり安定的なスイッチング動作に影響を及ぼすことが懸念されるが、キャリア蓄積層１３の不純物濃度は十分に低濃度であり、高濃度ｐ型半導体層９の形成領域は従来の構造よりも広く確保されているため問題とならない。
【００４９】
＜実施の形態３＞
まず、本発明の実施の形態３による電力用半導体装置の構造について説明する。
【００５０】
図７は、本実施の形態３による電力用半導体装置（ＩＧＢＴ）のセル部の構造の一例を示す断面図である。
【００５１】
図７に示すように、本実施の形態３によるＩＧＢＴは、隣り合うトレンチゲート１０間における広い領域が、チャネルドープ層３の表面に対して凹形状に形成され、当該凹形状の底面および側面に渡って高濃度ｐ型半導体層９が形成されることを特徴としている。その他の構造は、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００５２】
次に、本実施の形態３による電力用半導体装置（ＩＧＢＴ）の製造方法について説明する。
【００５３】
まず、高濃度ｐ型半導体層９以外の高濃度ｎ型半導体層８やトレンチゲート１０などを形成する（図４の例において、高濃度ｐ型半導体層９以外を形成する）。
【００５４】
次に、コンタクト７に対応するチャネルドープ層３の表面に対して、エッチングマスク（図示せず）を用いてエッチングすることによって凹形状を形成する。そして、当該凹形状に対してボロンなどのイオン注入後に熱拡散処理を行うことによって高濃度ｐ型半導体層９を形成する。
【００５５】
なお、エミッタ電極１２を形成する際に、凹形状に対するエミッタ電極１２の埋め込み性の低下（エミッタ電極１２とコンタクト７との接触性が低下）する懸念があるが、コンタクト７（すなわち、高濃度ｐ型半導体層９）は隣り合うトレンチゲート１０間における広い領域（隣り合うトレンチゲート１０の間隔が数μｍ程度）を確保しているため問題とならない。
【００５６】
以上のことから、本実施の形態３によれば、凹形状に高濃度ｐ型半導体層９を形成することによって、高濃度ｐ型半導体層９をｎドリフト層４に近づけることができるため、従来の構造よりもホールキャリアの抜け性が良くなり、ＩＧＢＴオン状態からＩＧＢＴオフ状態に移行するときのスイッチング時間を短縮することができる。すなわち、より安定したスイッチング動作が可能となる。
【００５７】
また、ＩＧＢＴオン状態ときに電流が異常に流れる場合であっても、従来の構造よりも耐性が向上し、ＩＧＢＴの動作の不具合が生じにくくなる。すなわち、短絡耐量が向上する。
【００５８】
また、凹形状を形成することによってエミッタ電極１２の表面積が大きくなり、従来の構造よりも放熱性が向上する。
【００５９】
なお、本実施の形態３では、実施の形態１によるＩＧＢＴと組み合わせる場合について説明したが、実施の形態２によるＩＧＢＴと組み合わせてもよい。この場合、実施の形態２と同様の効果（ＩＧＢＴの駆動能力の向上）が得られる。
【００６０】
＜実施の形態４＞
まず、本発明の実施の形態４による電力用半導体装置の構造について説明する。
【００６１】
図８は、本実施の形態４による電力用半導体装置（ＩＧＢＴ）のセル部の構造の一例を示す立体断面図である。
【００６２】
図８に示すように、本実施の形態４によるＩＧＢＴは、ｐコレクタ層６の裏面側（基板の裏面）が凹凸形状に形成されることを特徴としている。その他の構造は、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６３】
次に、本実施の形態４による電力用半導体装置（ＩＧＢＴ）の製造方法について説明する。
【００６４】
まず、ｎドリフト層４の表面側上をエッチングマスク（図示せず）で保護する。このとき、ｎドリフト層４上にはチャネルドープ層３、高濃度ｎ型半導体層８、高濃度ｐ型半導体層９、およびトレンチゲート１０が形成された状態であってもよく、何も形成されていない状態であってもよく、どのような状態であってもよい。
【００６５】
次に、ｐコレクタ層の裏面側に対して、アルカリ性の溶液などでエッチングすることによって、裏面側に凹凸形状を形成する。なお、エッチングの前にｎバッファ層５を形成しておく必要があるが、ｐコレクタ層６はエッチングの前後のいずれにおいて形成してもよい。ただし、エッチングの深さは数μｍに及ぶため、ｐコレクタ層６をエッチング後に形成する場合は、凹凸形状の表面を全て覆う必要がある。
【００６６】
以上のことから、本実施の形態４によれば、従来の構造よりもＩＧＢＴの裏面からの放熱性を向上させることができる。
【００６７】
なお、本実施の形態４では、実施の形態１によるＩＧＢＴと組み合わせる場合について説明したが、実施の形態２，３の少なくとも一方によるＩＧＢＴと組み合わせてもよい。実施の形態２によるＩＧＢＴと組み合わせた場合は実施の形態２と同様の効果（ＩＧＢＴの駆動能力の向上）が得られ、実施の形態３によるＩＧＢＴと組み合わせた場合は実施の形態３と同様の効果（安定的なスイッチング動作および放熱性の向上）が得られ、実施の形態２および実施の形態３によるＩＧＢＴと組み合わせた場合は実施の形態２，３と同様の効果が得られる。
【００６８】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１  ゲート電極、２  ゲート酸化膜、３  チャネルドープ層、４  ｎドリフト層、５  ｎバッファ層、６  ｐコレクタ層、７  コンタクト、８  高濃度ｎ型半導体層、９  高濃度ｐ型半導体層、１０  トレンチゲート、１１  層間絶縁膜、１２  エミッタ電極、１３  キャリア蓄積層。
【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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