(57)【要約】【課題】コンタクト領域を有する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体基板と、半導体基板のおもて面側に形成され、平面視で、予め定められた延伸方向に延伸する複数の第１トレンチ部と、複数の第１トレンチ部の隣接するトレンチ間において、半導体基板のおもて面側に形成された第１導電型のエミッタ領域と、複数の第１トレンチ部の隣接するトレンチ間に形成され、延伸方向において、エミッタ領域と交互に配置された第２導電型の第１コンタクト領域と、第１コンタクト領域の上方において、エミッタ領域と離間して形成された、第１コンタクト領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型の第２コンタクト領域とを備える半導体装置を提供する。【選択図】図１
2017168829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板のおもて面側に形成され、平面視で、予め定められた延伸方向に延伸する複数の第１トレンチ部と、
前記複数の第１トレンチ部の隣接するトレンチ間において、前記半導体基板のおもて面側に形成された第１導電型のエミッタ領域と、
前記複数の第１トレンチ部の隣接するトレンチ間に形成され、前記延伸方向において、前記エミッタ領域と交互に配置された第２導電型の第１コンタクト領域と、
前記第１コンタクト領域の上方において、前記エミッタ領域と離間して形成された、前記第１コンタクト領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型の第２コンタクト領域と
を備える半導体装置。
【請求項２】
離間して形成された前記第２コンタクト領域と前記エミッタ領域との平面視での間隔は、前記第１コンタクト領域の下端の深さと前記エミッタ領域の下端の深さとの差よりも大きい
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１コンタクト領域は、前記エミッタ領域の下方の少なくとも一部の領域に形成されている
請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記エミッタ領域および前記第１コンタクト領域は、前記エミッタ領域および前記第１コンタクト領域の両端に形成された前記複数の第１トレンチ部に接している
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２コンタクト領域と、前記複数の第１トレンチ部および前記エミッタ領域の接点との最短距離は、平面視で、前記エミッタ領域と前記第１コンタクト領域とが前記延伸方向において重複する距離よりも大きい
請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２コンタクト領域と、前記複数の第１トレンチ部および前記エミッタ領域の接点との最短距離は、前記第１コンタクト領域の下端の深さと前記エミッタ領域の下端の深さとの差よりも大きい
請求項４又は５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２コンタクト領域は、前記エミッタ領域よりも浅く形成されている
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２コンタクト領域は、前記第２コンタクト領域の両端に形成された前記複数の第１トレンチ部に接している
請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体基板のおもて面上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の上方に形成されたエミッタ電極と
を更に備え、
前記複数の第１トレンチ部は、平面視で、予め定められた配列方向に配列され、
前記第２コンタクト領域の前記配列方向の幅は、前記エミッタ電極と前記第２コンタクト領域とを接続するために前記層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールの前記配列方向の幅より広い
請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記エミッタ電極と前記第２コンタクト領域とは、タングステンプラグを介して電気的に接続される
請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記複数の第１トレンチ部、前記エミッタ領域、前記第１コンタクト領域および前記第２コンタクト領域を有するトランジスタ部と、
前記半導体基板のおもて面側に形成され、平面視で、予め定められた延伸方向に延伸する複数の第２トレンチ部、および前記半導体基板のおもて面側に形成された、前記第１コンタクト領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型の第３コンタクト領域を有するダイオード部と
を備える
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第３コンタクト領域は、前記延伸方向に離散的に設けられる
請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第３コンタクト領域は、平面視で、前記ダイオード部におけるエミッタ電極と前記半導体基板とのコンタクト面積の５０％以下の面積を有する
請求項１１又は１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
半導体基板を有し、前記半導体基板に形成されたトランジスタ部およびダイオード部を備える半導体装置であって、
前記トランジスタ部は、
前記半導体基板のおもて面側に形成され、平面視で、予め定められた延伸方向に延伸する複数の第１トレンチ部と、
前記複数の第１トレンチ部の隣接するトレンチ間において、前記半導体基板のおもて面側に形成された第１導電型のエミッタ領域と、
前記複数の第１トレンチ部の隣接するトレンチ間に形成され、前記延伸方向において、前記エミッタ領域と交互に配置された第２導電型の第１コンタクト領域と、
前記第１コンタクト領域の上方に形成された、前記第１コンタクト領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型の第２コンタクト領域と
を備え、
前記ダイオード部は、
前記半導体基板のおもて面側に形成され、平面視で、予め定められた延伸方向に延伸する複数の第２トレンチ部と、
前記半導体基板のおもて面側に形成された、前記第１コンタクト領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型の第３コンタクト領域と
を備える半導体装置。
【請求項１５】
前記ダイオード部に設けられた前記第３コンタクト領域は前記延伸方向に離散的に設けられる
請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記第３コンタクト領域は、平面視で、前記ダイオード部におけるエミッタ電極と前記半導体基板とのコンタクト面積の５０％以下の面積を有する
請求項１４又は１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
半導体基板と、
前記半導体基板のおもて面側に形成され、平面視で、予め定められた延伸方向に延伸する複数の第１トレンチ部と、
前記複数の第１トレンチ部の隣接するトレンチ間において、前記半導体基板のおもて面側に形成された第１導電型のエミッタ領域と、
前記複数の第１トレンチ部の隣接するトレンチ間に形成され、前記延伸方向において、前記エミッタ領域と交互に配置された第２導電型の第１コンタクト領域と、
前記第１コンタクト領域の上方において、前記エミッタ領域と接して形成され、前記第１コンタクト領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型の第２コンタクト領域と、
を備え、
前記第１コンタクト領域は、前記半導体基板のおもて面側から裏面側に向かって、前記エミッタ領域よりも深く、
前記複数の第１トレンチ部の延伸方向に沿った前記第１コンタクト領域の端が、前記エミッタ領域の底面に達しており、
前記第１コンタクト領域の前記延伸方向の端が前記エミッタ領域の底面と接する位置を前記半導体基板のおもて面に投影した接合位置は、前記第２コンタクト領域の前記延伸方向の端の位置から離れており、
前記接合位置は前記エミッタ領域の内側にある
半導体装置。
【請求項１８】
前記第２コンタクト領域は、前記エミッタ領域の前記トレンチ部の延伸方向の端の上方に被さっている
請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記第２コンタクト領域と前記接合位置との距離は、前記エミッタ領域の接合深さよりも大きい
請求項１７又は請求項１８に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トレンチ部を有する半導体装置において、コンタクト用のＰ＋層をトレンチ部と平行なストライプ状に形成することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１  特開２０１１−１８７５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の半導体装置は、微細化が進みトレンチ間隔が狭くなると、Ｐ＋層がトレンチ部と接触して、ゲート閾値電圧が意図せずに上昇する場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、半導体基板と、半導体基板のおもて面側に形成され、平面視で、予め定められた延伸方向に延伸する複数の第１トレンチ部と、複数の第１トレンチ部の隣接するトレンチ間において、半導体基板のおもて面側に形成された第１導電型のエミッタ領域と、複数の第１トレンチ部の隣接するトレンチ間に形成され、延伸方向において、エミッタ領域と交互に配置された第２導電型の第１コンタクト領域と、第１コンタクト領域の上方において、エミッタ領域と離間して形成された、第１コンタクト領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型の第２コンタクト領域とを備える半導体装置を提供する。
【０００５】
離間して形成された第２コンタクト領域とエミッタ領域との平面視での間隔は、第１コンタクト領域の下端の深さとエミッタ領域の下端の深さとの差よりも大きくてよい。
【０００６】
第１コンタクト領域は、エミッタ領域の下方の少なくとも一部の領域に形成されてよい。
【０００７】
エミッタ領域および第１コンタクト領域は、エミッタ領域および第１コンタクト領域の両端に形成された複数の第１トレンチ部に接していてよい。
【０００８】
第２コンタクト領域と、複数の第１トレンチ部およびエミッタ領域の接点との最短距離は、平面視で、エミッタ領域と第１コンタクト領域とが延伸方向において重複する距離よりも大きくてよい。
【０００９】
第２コンタクト領域と、複数の第１トレンチ部およびエミッタ領域の接点との最短距離は、第１コンタクト領域の下端の深さとエミッタ領域の下端の深さとの差よりも大きくてよい。
【００１０】
第２コンタクト領域は、エミッタ領域よりも浅く形成されていてよい。
【００１１】
第２コンタクト領域は、第２コンタクト領域の両端に形成された複数の第１トレンチ部に接していてよい。
【００１２】
半導体装置は、半導体基板のおもて面上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜の上方に形成されたエミッタ電極とを更に備えてよい。複数の第１トレンチ部は、平面視で、予め定められた配列方向に配列されてよい。第２コンタクト領域の配列方向の幅は、エミッタ電極と第２コンタクト領域とを接続するために層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールの配列方向の幅より広くてよい。
【００１３】
エミッタ電極と第２コンタクト領域とは、タングステンプラグを介して電気的に接続されてよい。
【００１４】
半導体装置は、複数の第１トレンチ部、エミッタ領域、第１コンタクト領域および第２コンタクト領域を有するトランジスタ部と、半導体基板のおもて面側に形成され、平面視で、予め定められた延伸方向に延伸する複数の第２トレンチ部、および半導体基板のおもて面側に形成された、第１コンタクト領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型の第３コンタクト領域を有するダイオード部とを備えてよい。
【００１５】
第３コンタクト領域は、延伸方向に離散的に設けられてよい。
【００１６】
第３コンタクト領域は、平面視で、ダイオード部におけるエミッタ電極と半導体基板とのコンタクト面積の５０％以下の面積を有してよい。
【００１７】
本発明の第２の態様においては、半導体基板を有し、半導体基板に形成されたトランジスタ部およびダイオード部を備える半導体装置であって、トランジスタ部は、半導体基板のおもて面側に形成され、平面視で、予め定められた延伸方向に延伸する複数の第１トレンチ部と、複数の第１トレンチ部の隣接するトレンチ間において、半導体基板のおもて面側に形成された第１導電型のエミッタ領域と、複数の第１トレンチ部の隣接するトレンチ間に形成され、延伸方向において、エミッタ領域と交互に配置された第２導電型の第１コンタクト領域と、第１コンタクト領域の上方に形成された、第１コンタクト領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型の第２コンタクト領域とを備える半導体装置を提供する。ダイオード部は、半導体基板のおもて面側に形成され、平面視で、予め定められた延伸方向に延伸する複数の第２トレンチ部と、半導体基板のおもて面側に形成された、第１コンタクト領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型の第３コンタクト領域とを備えてよい。
【００１８】
ダイオード部に設けられた第３コンタクト領域は延伸方向に離散的に設けられてよい。
【００１９】
第３コンタクト領域は、平面視で、ダイオード部におけるエミッタ電極と半導体基板とのコンタクト面積の５０％以下の面積を有してよい。
【００２０】
本発明の第３の態様においては、半導体基板と、半導体基板のおもて面側に形成され、平面視で、予め定められた延伸方向に延伸する複数の第１トレンチ部と、複数の第１トレンチ部の隣接するトレンチ間において、半導体基板のおもて面側に形成された第１導電型のエミッタ領域と、複数の第１トレンチ部の隣接するトレンチ間に形成され、延伸方向において、エミッタ領域と交互に配置された第２導電型の第１コンタクト領域と、第１コンタクト領域の上方において、エミッタ領域と接して形成され、第１コンタクト領域よりも高ドーピング濃度である第２導電型の第２コンタクト領域と、を備える半導体装置を提供する。第１コンタクト領域は、半導体基板のおもて面側から裏面側に向かって、エミッタ領域よりも深くてよい。複数の第１トレンチ部の延伸方向に沿った第１コンタクト領域の端が、エミッタ領域の底面に達してよい。第１コンタクト領域の延伸方向の端がエミッタ領域の底面と接する位置を半導体基板のおもて面に投影した接合位置は、第２コンタクト領域の延伸方向の端の位置から離れてよい。接合位置はエミッタ領域の内側にあってよい。
【００２１】
第２コンタクト領域は、エミッタ領域のトレンチ部の延伸方向の端の上方に被さっていてよい。
【００２２】
第２コンタクト領域と接合位置との距離は、エミッタ領域の接合深さよりも大きくてよい。
【００２３】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。
【図２】実施例１に係る半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。
【図３】実施例１に係る半導体装置１００のｂ−ｂ'断面の一例を示す図である。
【図４】比較例１に係る半導体装置５００の一例を示す平面図である。
【図５】比較例１に係る半導体装置５００のｃ−ｃ'断面の一例を示す。
【図６】実施例２に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。
【図７】実施例２に係る半導体装置１００のｄ−ｄ'断面の一例を示す。
【図８】半導体装置１００の拡大した平面図の一例を示す。
【図９】半導体装置１００の拡大したｂ−ｂ'断面の一例を示す。
【図１０】実施例３に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。
【図１１】実施例３に係る半導体装置１００のｅ−ｅ'断面の一例を示す図である。
【図１２】実施例４に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。
【図１３】実施例５に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。
【図１４】実施例６に係る半導体装置１００の一例を示す断面図である。
【図１５】実施例６に係る半導体装置１００の平面図の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２６】
［実施例１］
図１は、実施例１に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。本例の半導体装置１００は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタを含むトランジスタ部７０を備える半導体チップである。また、半導体装置１００は、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌ  Ｄｉｏｄｅ）等のダイオードを含むダイオード部８０を有してよい。図１においてはチップ端部周辺のチップのおもて面を示しており、他の領域を省略している。
【００２７】
本明細書において、Ｘ方向とＹ方向とは互いに垂直な方向であり、Ｚ方向はＸ‐Ｙ平面に垂直な方向である。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、いわゆる右手系を成す。本例の半導体基板は、＋Ｚ方向におもて面を有し、−Ｚ方向に裏面を有する。なお、「上」および「上方」とは、＋Ｚ方向を意味する。これに対して、「下」および「下方」とは、−Ｚ方向を意味する。
【００２８】
また、図１においては半導体装置１００における半導体基板の活性領域を示すが、半導体装置１００は、活性領域を囲んでエッジ終端領域を有してよい。活性領域は、半導体装置１００をオン状態に制御した場合に電流が流れる領域を指す。エッジ終端領域は、半導体基板のおもて面側の電界集中を緩和する。エッジ終端領域は、例えばガードリング、フィールドプレート、リサーフおよびこれらを組み合わせた構造を有する。
【００２９】
本例の半導体装置１００は、半導体基板のおもて面側の内部に、ゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、エミッタトレンチ部６０、ウェル領域１７、エミッタ領域１２、ベース領域１４、第１コンタクト領域１５および第２コンタクト領域１６を有する。半導体装置１００は、半導体基板のおもて面の上方に、エミッタ電極５２、ゲート電極５０およびコンタクトホール５４，５５、５６を有する。エミッタ電極５２およびゲート電極５０と、半導体基板のおもて面との間には層間絶縁膜が形成されるが、図１では省略している。
【００３０】
コンタクトホール５４，５５，５６は、半導体基板の上方に形成された層間絶縁膜を貫通して形成される。コンタクトホール５４，５５，５６を形成する位置は特に本例に限られない。
【００３１】
エミッタ電極５２は、ゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、エミッタトレンチ部６０、ウェル領域１７、エミッタ領域１２、ベース領域１４、第１コンタクト領域１５および第２コンタクト領域１６の上方に形成される。エミッタ電極５２は、コンタクトホール５４を通って半導体基板と接触する。エミッタ電極５２は、コンタクトホール５６を通って、後述するようにダミートレンチ部３０の内部に形成されたダミー導電部３４と接触する。エミッタ電極５２は、コンタクトホール５６を通って、後述するようにエミッタトレンチ部６０の内部に形成されたエミッタ導電部６４と接触する。エミッタ電極５２は、金属を含む材料で形成される。一例において、エミッタ電極５２の少なくとも一部の領域はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成される。さらにエミッタ電極５２は、タングステンを含む材料で形成される領域を有してもよい。
【００３２】
ゲート電極５０は、コンタクトホール５５を通って、後述するゲートトレンチ部４０の内部に形成されたゲート導電部４４と接触する。但し、ゲート電極５０は、ダミートレンチ部３０およびエミッタトレンチ部６０の上方には形成されない。ゲート電極５０は、金属を含む材料で形成される。一例において、ゲート電極５０の少なくとも一部の領域はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成される。さらにゲート電極５０は、ゲート導電部４４と接触する箇所において、タングステンを含む材料で形成される領域を有してもよい。本例のゲート電極５０は、エミッタ電極５２と同一の材料で形成される。但し、ゲート電極５０は、エミッタ電極５２と異なる材料で形成されてもよい。
【００３３】
ダミートレンチ部３０は、半導体基板のおもて面において予め定められた延伸方向に延伸して形成される。ダミートレンチ部３０は、トランジスタ部７０の領域において所定の配列方向に沿って、ゲートトレンチ部４０と所定の間隔で１つ以上配列されている。本例におけるダミートレンチ部３０は直線形状を有しており、配列方向とは垂直な方向に延伸して形成される。本明細書において、トレンチ部の配列方向とはＸ軸方向であってトレンチの短手方向を指し、トレンチ部の延伸方向とはＹ軸方向であってトレンチの長手方向を指す。
【００３４】
コンタクトホール５６は、ダミートレンチ部３０を覆う層間絶縁膜に形成される。本例のコンタクトホール５６は、ダミートレンチ部３０の端部に形成されている。コンタクトホール５６の位置は、ダミートレンチ部３０と対応して設けられていれば、本例に限られない。
【００３５】
ゲートトレンチ部４０は、半導体基板のおもて面において予め定められた延伸方向に延伸して形成される。本例のゲートトレンチ部４０は、所定の配列方向において、ダミートレンチ部３０と交互に配置される。また、本例のゲートトレンチ部４０は、ダミートレンチ部３０と一定の間隔で配置されている。但し、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０の配置は本例に限定されない。一例において、ゲートトレンチ部４０は、２つのダミートレンチ部３０の間に連続して形成されてもよい。
【００３６】
また、ゲートトレンチ部４０は、対向部４１および突出部４３を有する。対向部４１は、ダミートレンチ部３０と対向する範囲において、上述した延伸方向に延伸して形成される。つまり、対向部４１は、ダミートレンチ部３０と平行に形成される。突出部４３は、対向部４１から更に延伸して、ダミートレンチ部３０と対向しない範囲に形成される。本例において、ダミートレンチ部３０の両側に設けられた２つの対向部４１が、１つの突出部４３により接続される。突出部４３の少なくとも一部は曲線形状を有してよい。なお、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０は、第１トレンチ部の一例である。
【００３７】
コンタクトホール５５は、突出部４３を覆う層間絶縁膜に形成される。コンタクトホール５５は、突出部４３において対向部４１から最も離れた領域に対応して形成されてよい。本例の突出部４３は、対向部４１から最も離れた領域において、対向部４１とは直交する方向に延伸する部分を有する。コンタクトホール５５は、突出部４３の当該部分に対応して形成されてよい。
【００３８】
エミッタトレンチ部６０は、ダイオード部８０の領域に設けられる。エミッタトレンチ部６０は、半導体基板１０のおもて面側に形成され、平面視で、予め定められた延伸方向に延伸する。エミッタトレンチ部６０は、ゲートトレンチ部４０と同様の形状を有してよい。但し、エミッタトレンチ部６０の延伸方向における長さは、ゲートトレンチ部４０よりも短くてよい。本例のエミッタトレンチ部６０の長さは、ダミートレンチ部３０と同一である。なお、エミッタトレンチ部６０は、第２トレンチ部の一例である。
【００３９】
ウェル領域１７は、ゲート電極５０が設けられる側の半導体基板の端部から、所定の範囲で形成される。ダミートレンチ部３０、ゲートトレンチ部４０およびエミッタトレンチ部６０の、ゲート電極５０側の少なくとも一部の領域はウェル領域１７に形成される。ゲートトレンチ部４０においては、対向部４１の少なくとも一部の領域がウェル領域１７に形成され、突出部４３の全体がウェル領域１７に形成されてよい。半導体基板は第１導電型を有し、ウェル領域１７は半導体基板とは異なる第２導電型を有する。本例の半導体基板はＮ−型であり、ウェル領域１７はＰ＋型である。本例においては、第１導電型をＮ型として、第２導電型をＰ型として説明する。但し、第１導電型をＰ型として、第２導電型をＮ型としてもよい。
【００４０】
ベース領域１４は、各トレンチ部に挟まれる領域に形成される。ベース領域１４は、ウェル領域１７よりもドーピング濃度の低い第２導電型である。本例のベース領域１４はＰ−型である。
【００４１】
第１コンタクト領域１５は、ベース領域１４のおもて面において、ベース領域１４よりもドーピング濃度の高い第２導電型の領域である。本例の第１コンタクト領域１５はＰ＋型である。なお、ダイオード部８０においては、第１コンタクト領域１５は形成しなくても良い。
【００４２】
エミッタ領域１２は、トランジスタ部７０において、半導体基板のおもて面の一部に、半導体基板よりもドーピング濃度が高い第１導電型の領域として選択的に形成される。本例のエミッタ領域１２はＮ＋型である。
【００４３】
第１コンタクト領域１５およびエミッタ領域１２のそれぞれは、隣接する一方のトレンチ部から、他方のトレンチ部まで形成される。即ち、第１コンタクト領域１５およびエミッタ領域１２は、トレンチ部の配列方向で第１コンタクト領域１５およびエミッタ領域１２の両端に形成された複数のトレンチ部に接している。トランジスタ部７０の１以上の第１コンタクト領域１５および１以上のエミッタ領域１２は、各トレンチ部に挟まれる領域において、トレンチ部の延伸方向に沿って交互に露出するように形成される。
【００４４】
第２コンタクト領域１６は、第１コンタクト領域１５よりもドーピング濃度の高い第２導電型の領域である。本例の第２コンタクト領域１６は、Ｐ＋＋型である。第２コンタクト領域１６は、第１コンタクト領域１５の上方に形成される。本例の第２コンタクト領域１６は、矩形の形状を有する。但し、第２コンタクト領域１６は、角部が丸みを帯びた形状を有してもよい。なお、第２コンタクト領域１６は、エミッタ電極５２との界面における接触抵抗を低減するために形成されてよい。
【００４５】
第２コンタクト領域１６は、エミッタ領域１２と離間して形成されている。ここで、半導体装置１００のゲート閾値電圧Ｖｔｈは、ゲートトレンチ部４０に隣接するメサ部におけるドーピング濃度のピークに応じて決定される。そのため、第２コンタクト領域１６がエミッタ領域１２と接触すると、ゲートトレンチ部４０の近傍のピーク濃度が低減される場合がある。即ち、第２コンタクト領域１６をエミッタ領域１２と離間して形成することにより、ゲート閾値電圧Ｖｔｈを決めるベース領域１４のピーク濃度が低減されるのを抑制できる。また、第２コンタクト領域１６がエミッタ領域１２と離間して形成されることにより、第２コンタクト領域１６の位置がずれた場合においてもゲート閾値電圧Ｖｔｈの変動を小さくできる。
【００４６】
コンタクトホール５４は、トランジスタ部７０において、第２コンタクト領域１６およびエミッタ領域１２の上方の少なくとも一部に形成される。また、コンタクトホール５４は、第１コンタクト領域１５の上方に形成されてもよい。本例のコンタクトホール５４は、エミッタ領域１２、第１コンタクト領域１５および第２コンタクト領域１６にまたがって形成されている。但し、トランジスタ部７０において、コンタクトホール５４は、ベース領域１４およびウェル領域１７に対応する領域には形成されない。
【００４７】
また、本例のコンタクトホール５４の配列方向の幅は、第２コンタクト領域１６の配列方向の幅と等しい。即ち、第２コンタクト領域１６は、コンタクトホール５４をマスクとして用いて形成されている。これにより、第２コンタクト領域１６を形成するための工程が少なくなるので、製造コストが低減される。
【００４８】
一方、コンタクトホール５４は、ダイオード部８０において、ベース領域１４の上方に形成される。本例においてトランジスタ部７０のコンタクトホール５４と、ダイオード部８０のコンタクトホール５４とは、各トレンチ部の延伸方向において同一の長さを有する。但し、トランジスタ部７０のコンタクトホール５４と、ダイオード部８０のコンタクトホール５４とは、各トレンチ部の延伸方向において異なる長さを有してよい。
【００４９】
図２は、実施例１に係る半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置１００は、当該断面において、半導体基板１０、エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４を有する。エミッタ電極５２は、半導体基板１０のおもて面に形成される。エミッタ電極５２は、エミッタ端子５３と電気的に接続される。
【００５０】
コレクタ電極２４は、半導体基板１０の裏面に形成される。コレクタ電極２４は、コレクタ端子と電気的に接続される。エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４は、金属等の導電材料で形成される。また本明細書において、基板、層、領域等の各部材のエミッタ電極５２側の面をおもて面、コレクタ電極２４側の面を裏面または底部と称する。また、エミッタ電極５２とコレクタ電極２４とを結ぶ方向を深さ方向と称する。
【００５１】
半導体基板１０は、シリコン基板であってよく、炭化シリコン基板、窒化物半導体基板といった化合物半導体基板等であってもよい。半導体基板１０のおもて面側には、Ｐ−型のベース領域１４が形成される。また、Ｎ＋型のエミッタ領域１２が、ベース領域１４のおもて面側における一部の領域に選択的に形成される。また、半導体基板１０は、Ｎ−型のドリフト領域１８、Ｎ−型のバッファ領域２０、Ｐ＋型のコレクタ領域２２、および、Ｎ＋型のカソード領域８２を更に有する。
【００５２】
ドリフト領域１８は、ベース領域１４の裏面側に形成される。バッファ領域２０は、ドリフト領域１８の裏面側に形成される。バッファ領域２０のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高い。バッファ領域２０は、ベース領域１４の裏面側から広がる空乏層が、コレクタ領域２２およびカソード領域８２に到達することを防ぐフィールドストップ層として機能してよい。
【００５３】
コレクタ領域２２は、トランジスタ部７０の領域において、バッファ領域２０の裏面側に形成される。カソード領域８２は、ダイオード部８０の領域において、バッファ領域２０の裏面側に形成される。また、コレクタ領域２２およびカソード領域８２の裏面にはコレクタ電極２４が設けられる。
【００５４】
半導体基板１０のおもて面側には、１以上のゲートトレンチ部４０、１以上のダミートレンチ部３０、および、１以上のエミッタトレンチ部６０が形成される。各トレンチ部は、半導体基板１０のおもて面から、ベース領域１４を貫通して、ドリフト領域１８に到達する。本例においてゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、半導体基板１０のおもて面から、エミッタ領域１２およびベース領域１４を貫通して、ドリフト領域１８に到達する。また、エミッタトレンチ部６０は、半導体基板１０のおもて面から、ベース領域１４を貫通して、ドリフト領域１８に到達する。
【００５５】
ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のおもて面側に形成された絶縁膜４２およびゲート導電部４４を有する。ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のエッチングにより形成されたトレンチに形成される。
【００５６】
ゲート導電部４４は、ゲートトレンチ部４０において、半導体基板１０のおもて面側に形成される。ゲート導電部４４は、少なくとも隣接するベース領域１４と対向する領域を含む。それぞれのゲート導電部４４は、ゲート端子５１に電気的に接続される。本例では、図１に示したように突出部４３においてゲート導電部４４がゲート電極５０と電気的に接続される。また、ゲート電極５０がゲート端子５１に電気的に接続される。ゲート端子５１を介してゲート導電部４４に所定の電圧が印加されると、ベース領域１４のうちゲートトレンチに接する界面の表層にチャネルが形成される。本例のゲート導電部４４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。ゲート導電部４４は、ゲートトレンチ部４０における第１導電部の一例である。
【００５７】
絶縁膜４２は、ゲート導電部４４の周囲を覆うように形成される。即ち、絶縁膜４２は、ゲート導電部４４と半導体基板１０とを絶縁する。絶縁膜４２は、ゲートトレンチの内壁の半導体を酸化または窒化して形成されてよい。
【００５８】
ダミートレンチ部３０は、半導体基板１０のおもて面側に形成された絶縁膜３２およびダミー導電部３４を有する。ダミートレンチ部３０は、半導体基板１０のエッチングにより形成されたトレンチに形成される。
【００５９】
ダミー導電部３４は、ダミートレンチ部３０において、半導体基板１０のおもて面側に形成される。ダミー導電部３４は、ゲート導電部４４と同一の材料で形成されてよい。例えばダミー導電部３４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。ダミー導電部３４は、深さ方向においてゲート導電部４４と同一の長さを有してよい。ダミー導電部３４は、ダミートレンチ部３０における第１導電部の一例である。
【００６０】
絶縁膜３２は、ダミー導電部３４の側面および底面を覆うように形成される。即ち、絶縁膜３２は、ダミー導電部３４と半導体基板１０とを絶縁する。絶縁膜３２は、ダミートレンチの内壁の半導体を酸化または窒化して形成されてよい。
【００６１】
ダイオード部８０は、トランジスタ部７０の近傍の領域に設けられる。ダイオード部８０は、トランジスタ部７０と同一層のベース領域１４、ドリフト領域１８およびバッファ領域２０を有する。ダイオード部８０のバッファ領域２０の裏面側にはカソード領域８２が設けられる。また、ダイオード部８０は、１以上のエミッタトレンチ部６０を有する。また、ダイオード部８０には、エミッタ領域１２が形成されない。
【００６２】
エミッタトレンチ部６０は、ベース領域１４のおもて面側からベース領域１４を貫通して、ドリフト領域１８まで到達して形成される。それぞれのエミッタトレンチ部６０は、絶縁膜６２およびエミッタ導電部６４を備える。
【００６３】
エミッタ導電部６４は、エミッタトレンチ部６０において、半導体基板１０のおもて面側に形成される。エミッタ導電部６４は、エミッタ端子５３に電気的に接続される。
【００６４】
絶縁膜６２は、エミッタ導電部６４の側面および底面を覆うように形成される。また、絶縁膜６２は、エミッタトレンチの内壁を覆って形成される。
【００６５】
なお、ダイオード部８０は、活性領域において、カソード領域８２に一致する裏面の領域、またはおもて面側に対して、半導体基板１０の裏面に垂直にカソード領域８２を投影したときの投影領域として定義される。また、トランジスタ部７０は、活性領域において、おもて面側に対して、半導体基板１０の裏面に垂直にコレクタ領域２２を投影したときの投影領域であって、エミッタ領域１２および第１コンタクト領域１５を含む予め定められた単位構成が規則的に配置された領域として定義される。
【００６６】
図３は、実施例１に係る半導体装置１００のｂ−ｂ'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置１００は、当該断面において、半導体基板１０、エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４を有する。
【００６７】
ベース領域１４は、ｂ−ｂ'断面において、半導体基板１０のおもて面に一様の深さで形成されている。本例のベース領域１４は、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０で囲まれる領域の全域に一様に形成される。
【００６８】
第１コンタクト領域１５は、ベース領域１４の上方に形成されている。第１コンタクト領域１５は、エミッタ領域１２と交互に配置されるように形成されている。但し、第１コンタクト領域１５は、平面視で、エミッタ領域１２と重複する領域を有してよい。即ち、本例の第１コンタクト領域１５は、エミッタ領域１２の下方の少なくとも一部の領域に形成されている。具体的には、第１コンタクト領域１５のトレンチに沿ったＹ軸方向側の端は、エミッタ領域１２のトレンチに沿ったＹ軸方向側の端を、下方から覆うように形成されてよい。これにより、少数キャリアがエミッタ領域１２の下方から第１コンタクト領域１５に流れるときに、エミッタ領域１２の下方の電圧降下の増加を抑制し、ラッチアップを防止する。少数キャリアは、本例では正孔である。なお、本明細書において、平面視とは、半導体基板１０のおもて面側から裏面側に見た場合の視点を指す。
【００６９】
第２コンタクト領域１６は、ベース領域１４の上方において、エミッタ領域１２よりも浅く形成されている。例えば、第２コンタクト領域１６がエミッタ領域１２よりも浅く形成されるとは、第２コンタクト領域１６の最下端がエミッタ領域１２の最下端よりも半導体基板１０のおもて面側に位置するように、第２コンタクト領域１６が浅く形成されることを指す。また、第２コンタクト領域１６がエミッタ領域１２よりも浅く形成されるとは、第２コンタクト領域１６のドーピング濃度ピークがエミッタ領域１２のドーピング濃度ピークよりも浅く形成されることを指してもよい。
【００７０】
実施例１に係る半導体装置１００の第２コンタクト領域１６は、一例として以下のように製造する。トレンチ部を形成後、トレンチ部に挟まれたメサ部にベース領域１４を形成する。ベース領域１４は、Ｐ型のドーパントをイオン注入し、１１００℃〜１２００℃程度の熱拡散により形成する。続いて、第１コンタクト領域１５を形成する。第１コンタクト領域１５は、レジストマスクを用いて選択的にＰ型のドーパント（例えばボロン）をイオン注入し、１０００℃程度の熱アニールにより形成してよい。Ｐ型ドーパントのイオン注入領域Ａは、例えば図示の通りである。続いて、エミッタ領域１２を形成する。エミッタ領域１２は、レジストマスクを用いて選択的にＮ型のドーパント（例えば砒素）をイオン注入し、１０００℃程度の熱アニールにより形成してよい。Ｎ型ドーパントのイオン注入領域Ｂは、例えば図示の通りである。Ｎ型ドーパントのイオン注入領域Ｂは、Ｐ型ドーパントのイオン注入領域Ａと、トレンチ部延伸方向に沿って離してもよい。なお、第１コンタクト領域１５とエミッタ領域１２を形成する順番は逆でも良い。
【００７１】
続いて、層間絶縁膜を堆積後パターニングし、コンタクトホール５４を形成する。続いて、第２コンタクト領域１６を形成する。第２コンタクト領域１６は、レジストマスクを用いて選択的にＰ型のドーパント（例えばボロン、フッ化ボロンＢＦ２等）をイオン注入し、９００℃程度の熱アニールにより形成してよい。アニールは、フラッシュランプアニールでもよい。第２コンタクト領域１６を形成するときの熱アニールの温度は、第１コンタクト領域１５を形成するときの熱アニールの温度より低い。上記以外の製造工程は、一般的な周知の製造工程であってよい。
【００７２】
第１コンタクト領域１５と第２コンタクト領域１６は、同じフォトマスクを用いてパターンしたレジストマスクを用いてよい。第２コンタクト領域１６を形成するときの温度を低くする。そのため、同じフォトマスクであっても、第１コンタクト領域１５および第２コンタクト領域１６の半導体装置１００の製造プロセス終了後の仕上がり（以下、単に仕上がりと称する）形状において、Ｐ型ドーパントの拡散深さ（接合深さ）および横方向拡散（図３ではＸ−Ｙ平面に平行な拡散）の長さは、第２コンタクト領域１６の方が短い。
【００７３】
一例として、エミッタ領域１２形成時のイオン注入のドーパントを砒素とすると、１０００℃程度のアニールで拡散する距離は、第１コンタクト領域１５のボロンの拡散距離よりも小さい。さらに第２コンタクト領域１６形成時のイオン注入のドーパントをフッ化ボロンとし、アニールをフラッシュランプアニールとすると、第２コンタクト領域１６は、エミッタ領域１２の砒素と比較して、拡散する深さは小さい。即ち、第２コンタクト領域１６は、エミッタ領域１２と比較して、横方向にはほとんど拡散しない。これにより、第２コンタクト領域１６は、エミッタ領域１２に達することなく、第１コンタクト領域１５の内側に形成される。
【００７４】
あるいは、第１コンタクト領域１５と第２コンタクト領域１６は、異なるフォトマスクを用いてパターンしたレジストマスクを用いてよい。この場合は、第２コンタクト領域１６が第１コンタクト領域１５の内側にあるように描画したフォトマスクを用いればよい。
【００７５】
［比較例１］
図４は、比較例１に係る半導体装置５００の一例を示す平面図である。図５は、比較例１に係る半導体装置５００のｃ−ｃ'断面の一例を示す。本例の半導体装置５００は、延伸方向に形成されたコンタクト領域５１５を有する。
【００７６】
本例の半導体装置５００は、トランジスタ部５７０およびダイオード部５８０を備える。半導体装置５００は、半導体基板５１０のおもて面において、エミッタ領域５１２、ベース領域５１４、コンタクト領域５１５、ウェル領域５１７、層間絶縁膜５２６、ダミートレンチ部５３０、ゲートトレンチ部５４０、エミッタトレンチ部５６０、ゲート電極５５０およびエミッタ電極５５２を備える。ダミートレンチ部５３０は、絶縁膜５３２およびダミー導電部５３４を有し、ゲートトレンチ部５４０は、絶縁膜５４２およびゲート導電部５４４を有する。また、ゲートトレンチ部５４０は、対向部５４１および突出部５４３を有する。エミッタトレンチ部５６０は、絶縁膜５６２およびエミッタ導電部５６４を有する。
【００７７】
また、本例の半導体装置５００は、半導体基板５１０に形成されたドリフト領域５１８、バッファ領域５２０、コレクタ領域５２２およびカソード領域５８２を有する。半導体基板５１０の裏面側には、コレクタ電極５２４が形成されている。なお、ゲート電極５５０は、ゲート端子５５１に接続され、コンタクトホール５５５を介してゲートトレンチ部５４０の内部に形成されたゲート導電部に接続される。また、エミッタ電極５５２は、エミッタ端子５５３に接続される。エミッタ電極５５２は、コンタクトホール５５４を介して半導体基板５１０に接続される。エミッタ電極５５２は、コンタクトホール５５６を介して、ダミートレンチ部５３０またはエミッタトレンチ部５６０の内部に形成された導電部に接続される。
【００７８】
コンタクト領域５１５は、トレンチ部の延伸方向に延伸して形成されている。また、エミッタ領域５１２およびコンタクト領域５１５は、トレンチ部の延伸方向において、交互に形成されている。即ち、本例のコンタクト領域５１５は、エミッタ領域５１２と接して形成されている。しかし、微細化が進み、トレンチ間隔が狭くなると、コンタクト領域５１５のＰ型ドーパントが、エミッタ領域５１２下方でベース領域５１４のピーク濃度位置に拡散し、ベース領域５１４のドーピング濃度を増加させることがある。ベース領域５１４のドーピング濃度が増加すると、ゲート閾値電圧が上昇する。また、本例の半導体装置５００は、エミッタ領域５１２とコンタクト領域５１５とを交互に形成した構造を有するところ、更に高ドーピング濃度のＰ＋＋型のコンタクト領域が形成されると、ゲート閾値電圧Ｖｔｈへの影響が出やすくなる場合がある。
【００７９】
［実施例２］
図６は、実施例２に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。本例の半導体装置１００は、トレンチ部と接触した第２コンタクト領域１６を有する。実施例２は、第２コンタクト領域１６が両端に形成された複数のトレンチ部に接している点で実施例１と相違する。
【００８０】
第２コンタクト領域１６は、第２コンタクト領域１６の両端に形成されたダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０に接して形成される。但し、第２コンタクト領域１６は、エミッタ領域１２と離間して形成されている。このように、第２コンタクト領域１６は、エミッタ領域１２と離間して形成されていれば、第２コンタクト領域１６の配列方向の幅は特に制限されない。即ち、第２コンタクト領域１６の配列方向の幅は、半導体装置１００の特性に応じて適宜変更されてよい。なお、ダイオード部８０においては、第１コンタクト領域１５は形成してもよいし、あるいは実施例１と同様に、形成しなくても良い。
【００８１】
図７は、実施例２に係る半導体装置１００のｄ−ｄ'断面の一例を示す。本例の半導体装置１００は、タングステンプラグ９５を備える。
【００８２】
タングステンプラグ９５は、エミッタ電極５２と第２コンタクト領域１６とを電気的に接続する。本例の半導体装置１００は、第２コンタクト領域１６がタングステンプラグ９５と接して形成されているので、タングステンプラグ９５界面の接触抵抗を低減できる。これにより、本例の半導体装置１００は、タングステンプラグ９５を用いた場合の接触抵抗の上昇を抑制できる。なお、実施例１において、トランジスタ部７０とダイオード部８０の両方に、タングステンプラグ９５を形成してもよい。
【００８３】
図８は、半導体装置１００の拡大した平面図の一例を示す。本例では、第２コンタクト領域１６とそれ以外の領域との位置関係の一例を示す。
【００８４】
距離Ｌａは、第２コンタクト領域１６と、ゲートトレンチ部４０およびエミッタ領域１２の接点との最短距離を示す。また、距離Ｌａは、第２コンタクト領域１６と、ダミートレンチ部３０およびエミッタ領域１２の接点との最短距離を示してよい。
【００８５】
本例では、エミッタ領域１２は、ゲートトレンチ部４０の延伸方向において、第１コンタクト領域１５を挟んで離間している。同様に、後述するＶｔｈ決定領域６５も、ゲートトレンチ部４０の側壁に接するベース領域１４で、ゲートトレンチ部４０の延伸方向において、第１コンタクト領域１５を挟んで離間している。
【００８６】
図９は、半導体装置１００の図１におけるｂ−ｂ'断面の一例を示す。距離Ｌｂは、平面視で、エミッタ領域１２と第１コンタクト領域１５とが、延伸方向において重複する距離を示す。または、距離Ｌｂは、平面視で、第１コンタクト領域１５のトレンチに沿ったＹ軸方向側の端が、エミッタ領域１２のトレンチに沿ったＹ軸方向側の端を、下方から覆う距離といってよい。また、距離Ｌｂは、エミッタ領域１２の−Ｙ軸方向側の端部と、第１コンタクト領域１５の＋Ｙ軸方向側の端部までの距離であってよい。
【００８７】
ここで、距離Ｌａは、距離Ｌｂよりも大きいことが好ましい。これにより、第２コンタクト領域１６の位置が多少ずれたとしても、第２コンタクト領域１６とエミッタ領域１２とを離間させることができる。また、ゲート閾値電圧Ｖｔｈを決めるベース領域１４のピーク濃度の増加を抑制できる。
【００８８】
ゲート閾値電圧Ｖｔｈの決定領域（本明細書においてＶｔｈ決定領域６５とする）は、ゲートトレンチ部４０に接するベース領域１４のうち、エミッタ領域１２直下でベース領域１４がピーク濃度となる箇所である。図９に示すＶｔｈ決定領域６５は、ｂ−ｂ'断面をゲートトレンチ部４０の側壁に投影したときの、トレンチ側壁における当該位置を模式的に示した領域である。実際のＶｔｈ決定領域６５は、図９に示す形状や位置に限られない。
【００８９】
平面視において、第２コンタクト領域１６の中でＶｔｈ決定領域６５に最も距離が近いのは、図８における第２コンタクト領域１６の四隅である。第２コンタクト領域１６の四隅から、第２コンタクト領域１６のドーパント（例えばボロン）がＶｔｈ決定領域６５に達することがある。この場合、第２コンタクト領域１６のドーパントは、例えば第１コンタクト領域１５を通り、さらにエミッタ領域１２のうち平面視の深さ方向で第１コンタクト領域１５と重なる部分を通って、Ｖｔｈ決定領域６５に達する。第１コンタクト領域１５の最大ドーピング濃度は、Ｖｔｈ決定領域６５のベース領域１４のピーク濃度に比べれば２桁程度ドーピング濃度が高い。さらに第２コンタクト領域１６の最大ドーピング濃度は、第１コンタクト領域１５の最大ドーピング濃度に比べれば１桁程度濃度が高い。この濃度比のため、第２コンタクト領域１６のドーパントがＶｔｈ決定領域６５に達すると、Ｖｔｈ決定領域６５におけるベース領域１４のピーク濃度が増加しやすく、ゲート閾値電圧Ｖｔｈが増加する。
【００９０】
本例では、距離Ｌａを距離Ｌｂよりも大きくすることで、第２コンタクト領域１６のドーパントがＶｔｈ決定領域６５に達し難くなる。これにより、ゲート閾値電圧Ｖｔｈの増加が抑えられる。
【００９１】
距離Ｌｃは、第２コンタクト領域１６とエミッタ領域１２との間隔を示す。例えば、距離Ｌｃは、エミッタ領域１２の＋Ｙ軸方向側の端部と、第２コンタクト領域１６の−Ｙ軸方向側の端部との距離を示す。
【００９２】
距離Ｌｄは、第１コンタクト領域１５の下端の深さとエミッタ領域１２の下端の深さとの差を示す。つまり、距離Ｌｄは、エミッタ領域１２の−Ｚ軸方向側の端部と、第１コンタクト領域１５の−Ｚ軸方向側の端部との深さの差を示す。
【００９３】
ここで、距離Ｌｃは、距離Ｌｄよりも大きいことが好ましい。これにより、第２コンタクト領域１６の位置が多少ずれたとしても、第２コンタクト領域１６とエミッタ領域１２とを離間させることができる。また、ゲート閾値電圧Ｖｔｈを決めるベース領域１４のピーク濃度の増加を抑制できる。
【００９４】
また、距離Ｌｃは、第２コンタクト領域１６の下端の深さＬｅよりも大きいことが好ましい。距離Ｌｃを距離Ｌｅよりも大きくすることにより、第２コンタクト領域１６の位置が多少ずれたとしても、第２コンタクト領域１６とエミッタ領域１２とを離間させることができる。そのため、第２コンタクト領域１６とエミッタ領域１２とが重なることによるエミッタ領域１２の正味のドーピング濃度の低下を抑制できる。
【００９５】
また、距離Ｌｃは、エミッタ領域１２の下端の深さＬｆより小さくてもよい。第２コンタクト領域１６がエミッタ領域１２よりも浅い場合、エミッタ領域１２の正味のドーピング濃度の低下の影響は小さくなる。
【００９６】
また、距離Ｌａは、距離Ｌｄよりも大きいことが好ましい。これにより、第２コンタクト領域１６の位置が多少ずれたとしても、第２コンタクト領域１６とエミッタ領域１２とを離間させることができる。また、Ｖｔｈ決定領域６５におけるベース領域１４のピーク濃度の増加を抑制できる。
【００９７】
他に、距離Ｌａは、エミッタ領域１２の下端の深さＬｆより大きいことが好ましい。さらに、距離Ｌａは、エミッタ領域１２の下端の深さＬｆと第２コンタクト領域１６の下端の深さＬｅとの差（Ｌｆ−Ｌｅ）よりも大きくてよい。これにより、Ｖｔｈ決定領域６５と第２コンタクト領域１６との距離を確保でき、Ｖｔｈ決定領域６５への第２コンタクト領域１６のドーパントの影響を低減できる。
【００９８】
なお、実施例２においては、第２コンタクト領域１６とゲートトレンチ部４０が接している。このため、実施例２における距離Ｌａは、第２コンタクト領域１６とゲートトレンチ部４０との接点から、エミッタ領域１２との距離としてよい。実施例２では、距離Ｌａは距離Ｌｃと同じとしてよい。
【００９９】
［実施例３］
図１０は、実施例３に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。本例の半導体装置１００は、第３コンタクト領域１９を更に備える点で実施例１に係る半導体装置１００と相違する。本例では、実施例１に係る半導体装置１００と相違する点について、特に説明する。
【０１００】
第３コンタクト領域１９は、ダイオード部８０に形成されている。第３コンタクト領域１９は、第１コンタクト領域１５よりもドーピング濃度の高い第２導電型の領域である。本例の第３コンタクト領域１９は、Ｐ＋＋型である。第３コンタクト領域１９は、半導体基板１０のおもて面側に形成されている。本例の第３コンタクト領域１９は、矩形の形状を有する。但し、第３コンタクト領域１９は、角部が丸みを帯びた形状を有してもよい。第３コンタクト領域１９は、エミッタ電極５２と半導体基板１０との界面付近に形成されることにより、エミッタ電極５２と半導体基板１０との間の接触抵抗を低減する。特に、エミッタ電極５２と半導体基板１０との間に、半導体基板１０と接するチタン化合物と、チタン化合物とエミッタ電極５２のアルミニウムまたはアルミニウム合金に接するタングステンによるプラグが形成されている場合に有利である。
【０１０１】
マスク開口領域８５は、図１０の点線で囲まれた領域であり、第３コンタクト領域１９を形成するためのドーパントが注入される領域を示す。マスク開口領域８５は、イオン注入におけるレジスト等のマスクの開口部であってよい。本例のマスク開口領域８５は、ダイオード部８０の全面である。マスク開口領域８５以外の領域は、マスク等によりドーパントが遮断され、半導体装置１００にドーパントが注入されない。本例の第３コンタクト領域１９は、コンタクトホール５４が形成された後に、マスクを用いてダイオード部８０のマスク開口領域８５にのみ第３コンタクト領域１９のドーパントを注入する。これにより、第３コンタクト領域１９は、マスクの開口部であるマスク開口領域８５において、さらに層間絶縁膜の開口部であるコンタクトホール５４が形成された領域の、半導体基板１０の露出面にのみ、形成される。
【０１０２】
第３コンタクト領域１９は、第２コンタクト領域１６と同一のドーパント注入工程を用いて形成されてよい。この場合、図１０に示すように、マスク開口領域８５は、トランジスタ部７０の第２コンタクト領域１６の形成領域まで延伸してよい。
【０１０３】
トランジスタ部７０は、トレンチ間において、エミッタ領域１２、ベース領域１４、第１コンタクト領域１５および第２コンタクト領域１６を備える。本例では、トランジスタ部７０において、第２コンタクト領域１６がエミッタ領域１２と離間して形成されている。つまり、マスク開口領域８５は、延伸方向に沿った第１コンタクト領域１５の半導体基板１０のおもて面における仕上がりの位置に対して、第１コンタクト領域１５の内側に位置してよい。
【０１０４】
ダイオード部８０は、トレンチ間において、ベース領域１４、第１コンタクト領域１５および第３コンタクト領域１９を備える。ここで、トランジスタ部７０において、第２コンタクト領域１６は、平面視で、第１コンタクト領域１５に周囲が覆われている。
【０１０５】
一方、ダイオード部８０において、第１コンタクト領域１５は、コンタクトホール５４のトレンチ延伸方向の端部のみを取り囲むように形成されている。つまり、ダイオード部８０では、平面視で、トレンチに挟まれたメサ領域において、コンタクトホール５４のトレンチ延伸方向の一方の端部に形成された第１コンタクト領域１５と、コンタクトホール５４のトレンチ延伸方向の一方の端部に形成された第１コンタクト領域１５に接するようにおもて面に露出したベース領域１４と、ベース領域１４に接するとともにコンタクトホール５４のトレンチ延伸方向の他方の端部に形成された第１コンタクト領域１５と、を備える。言い換えると、平面視で、第３コンタクト領域１９のトレンチ部延伸方向の両方の端を除いて、第１コンタクト領域１５に周囲が覆われていない。
【０１０６】
第１コンタクト領域１５のトレンチ延伸方向の形成長さは、コンタクトホール５４のトレンチ延伸方向の長さに対して、５０％よりも小さくてよく、３０％よりも小さくてよく、２０％よりも小さくてよく、１０％よりも小さくてよい。また、ダイオード部８０の第１コンタクト領域１５の位置は、トランジスタ部７０の最外の第１コンタクト領域１５をトレンチ配列方向に延伸した位置と同じでよい。ここで、トランジスタ部７０の最外の第１コンタクト領域１５とは、コンタクトホール５４のトレンチ延伸方向の一方の端部に形成された第１コンタクト領域１５のことである。これにより、ダイオード部８０における第１コンタクト領域１５の面積割合を、ベース領域１４が露出した面積に対して上記比率で小さくできる。
【０１０７】
一例において、第３コンタクト領域１９の濃度は、第２コンタクト領域１６の濃度と同一である。但し、第３コンタクト領域１９の濃度は、第２コンタクト領域１６の濃度よりも低くてもよい。例えば、第２コンタクト領域１６がＰ＋型の第１コンタクト領域１５に形成され、第３コンタクト領域１９がＰ−型のベース領域１４に形成される。即ち、第２コンタクト領域１６および第３コンタクト領域１９を同一のプロセスで形成する場合、第３コンタクト領域１９のドーピング濃度が、第２コンタクト領域１６のドーピング濃度よりも低くなる。
【０１０８】
図１１は、実施例３に係る半導体装置１００のｅ−ｅ'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置１００は、タングステンプラグ９５を備える。本例のタングステンプラグ９５は、トランジスタ部７０とダイオード部８０の両方に設けられている。但し、タングステンプラグ９５は、トランジスタ部７０とダイオード部８０の一方に設けてもよい。
【０１０９】
また、第３コンタクト領域１９の深さは、第２コンタクト領域１６の深さと同一であってよい。但し、第３コンタクト領域１９の深さは、第２コンタクト領域１６の深さよりも浅くてよい。例えば、第２コンタクト領域１６がＰ＋型の第１コンタクト領域１５に形成され、第１コンタクト領域１５はＰ−型のベース領域１４に形成される。一方、第３コンタクト領域１９は、第１コンタクト領域１５無しにＰ−型のベース領域１４上に形成される。これにより、第２コンタクト領域１６および第３コンタクト領域１９を同一のプロセスで形成する場合、第３コンタクト領域１９の深さは、第２コンタクト領域１６の深さよりも若干深くなってよい。
【０１１０】
第２コンタクト領域１６のトレンチ配列方向の幅は、コンタクトホール５４のトレンチ配列方向の幅よりも広くてよい。また、第３コンタクト領域１９のトレンチ配列方向の幅は、コンタクトホール５４のトレンチ配列方向の幅よりも広くてよい。これにより、第２コンタクト領域１６又は第３コンタクト領域１９がコンタクトホール５４のトレンチ配列方向の幅よりも狭い場合に比べて、エミッタ電極５２と半導体基板１０との接触抵抗を低減できる。
【０１１１】
本例の半導体装置１００は、ダイオード部８０に第３コンタクト領域１９を形成することにより、エミッタ電極５２と半導体基板１０との接触抵抗を低減できる。また、本例の半導体装置１００は、第３コンタクト領域１９がダイオード部８０のコンタクトホール５４の全面に形成されているので、エミッタ電極５２と半導体基板１０との安定したコンタクトが得られる。ダイオード部８０には、第１コンタクト領域１５がトレンチ延伸方向の端にのみ形成されているので、第１コンタクト領域１５の面積割合を最小限に抑えることができる。これにより、第１コンタクト領域１５の正孔注入への影響が最小限に抑えられる。即ち、ダイオード部８０の少数キャリアの注入効率は、ほぼＰ型のベース領域１４の濃度のみで設定ができる。そのため、ダイオード動作の逆回復特性がソフトリカバリーにできる。
【０１１２】
［実施例４］
図１２は、実施例４に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。本例の半導体装置１００は、第３コンタクト領域１９のパターンが実施例３に係る半導体装置１００と相違する。本例では、実施例３に係る半導体装置１００と相違する点について、特に説明する。
【０１１３】
第３コンタクト領域１９は、延伸方向に離散的に設けられる。一例において、第３コンタクト領域１９は、延伸方向に予め定められた間隔を有するように均等に設けられる。例えば、第３コンタクト領域１９は、延伸方向における間隔が１０μｍ以下又は５μｍ以下となるように配置される。これにより、第３コンタクト領域１９が設けられる領域の面積は、ダイオード部８０におけるエミッタ電極５２と半導体基板１０とのコンタクト面積よりも小さくなる。
【０１１４】
ここで、第３コンタクト領域１９が形成された場合、半導体基板１０のおもて面側のドーズ量が増えるので、ＦＷＤ動作時の逆回復電流が増大し、損失が増加する場合がある。しかしながら、本例の第３コンタクト領域１９は、ダイオード部８０におけるエミッタ電極５２と半導体基板１０とのコンタクト面積の一部に設けられるので、逆回復電流および損失を抑制できる。即ち、第３コンタクト領域１９のパターンは、エミッタ電極５２と半導体基板１０との間の接触抵抗と、半導体装置１００の逆回復特性とに応じて適宜設計されてよい。これにより、実施例３と比べて、さらに正孔注入を抑え、ソフトリカバリー特性のうち特に逆回復電流を低減することができる。
【０１１５】
一例において、第３コンタクト領域１９は、平面視で、ダイオード部８０におけるエミッタ電極５２と半導体基板１０とのコンタクト面積の５０％以下又は２０％以下の面積を有してよく、１０％以下の面積を有してよい。なお、本例の第３コンタクト領域１９は、延伸方向に離散的に設けられたが、配列方向に対しても離散的に設けられてもよい。この場合、隣接するコンタクトホール５４の一方に第３コンタクト領域１９が形成され、他方に第３コンタクト領域１９が形成されない。これにより、配列方向において、第３コンタクト領域１９が間引いて設けられる。
【０１１６】
ダイオード部８０のマスク開口領域８５は、トランジスタ部７０のマスク開口領域８５よりも、トレンチ延伸方向において短くてよい。これにより、ダイオード部８０で接触抵抗の低減を維持しつつ、正孔注入をより抑制することができる。
【０１１７】
本例の半導体装置１００は、ダイオード部８０に第３コンタクト領域１９を形成することにより、エミッタ電極５２と半導体基板１０との間の接触抵抗を低減できる。本例の半導体装置１００は、第３コンタクト領域１９をダイオード部８０において間引いて形成することにより、エミッタ電極５２と半導体基板１０との安定したコンタクトと、逆回復電流および損失の抑制とを両立できる。
【０１１８】
［実施例５］
図１３は、実施例５に係る半導体装置１００の一例を示す平面図である。本例の半導体装置１００は、第２コンタクト領域１６のパターンが実施例３に係る半導体装置１００と相違する。本例では、実施例３に係る半導体装置１００と相違する点について、特に説明する。
【０１１９】
トランジスタ部７０の第２コンタクト領域１６を形成するためのマスク開口領域８５の位置は、第１コンタクト領域１５の仕上がりの端の位置と同じでよい。エミッタ領域１２のうち、トレンチ延伸方向において横方向拡散により濃度が低下する領域に、第２コンタクト領域１６と第１コンタクト領域１５があれば、第２コンタクト領域１６のゲート閾値への影響は抑えることができる。これにより、プラグと第２コンタクト領域１６の接触抵抗をさらに低減するとともに、実施例３および実施例４と同じ効果を奏することができる。
【０１２０】
［実施例６］
図１４は、実施例６に係る半導体装置１００の一例であって、図１におけるｂ−ｂ'断面の変形例を示す断面図である。本例の半導体装置１００は、第２コンタクト領域１６のパターンが実施例１に係る半導体装置１００と相違する。本例では、実施例１に係る半導体装置１００と相違する点について、特に説明する。
【０１２１】
第２コンタクト領域１６は、延伸方向において、仕上がりでエミッタ領域１２と接してよい。あるいは、第２コンタクト領域１６は、延伸方向において、仕上がりでエミッタ領域１２に重なってよい。図１４の例では、仕上がりで、第２コンタクト領域１６がエミッタ領域１２の延伸方向の端の上方に重なっている。平面視では、トレンチ延伸方向における第２コンタクト領域１６の端の位置は、第２コンタクト領域１６がエミッタ領域１２と接している場合は、第１コンタクト領域１５の端の位置と同じとなる。
【０１２２】
なお、図１４に示すＶｔｈ決定領域６５は、延伸方向に沿った断面をゲートトレンチ部４０の側壁に投影したときの、トレンチ側壁における当該位置を模式的に示した領域である。実際のＶｔｈ決定領域６５は、図１４に示す形状や位置に限られない。また、第１コンタクト領域１５の延伸方向の端がエミッタ領域１２の底面と接する位置を、半導体基板１０のおもて面に投影した位置を、接合位置６８とする。接合位置６８は、平面視でエミッタ領域１２の内部に位置する。
【０１２３】
接合位置６８から、第２コンタクト領域１６とエミッタ領域１２が半導体基板１０のおもて面で接する位置までの、延伸方向に沿った距離を距離Ｌｚとする。第２コンタクト領域１６は、延伸方向に沿って、Ｖｔｈ決定領域６５と少なくとも距離Ｌｚだけ離れていることになる。これにより、Ｖｔｈ決定領域６５への第２コンタクト領域１６のドーパントの影響を低減できる。
【０１２４】
距離Ｌｚは、例えばＬａより小さくてよい。これにより、Ｖｔｈ決定領域６５への第２コンタクト領域１６のドーパントの影響を低減できる。
【０１２５】
また距離Ｌｚは、エミッタ領域１２の接合深さＬｆより大きくてよい。さらに距離Ｌｚは、エミッタ領域１２の下端の深さＬｆと第２コンタクト領域１６の下端の深さＬｅとの差（Ｌｆ−Ｌｅ）よりも大きくてよい。これにより、Ｖｔｈ決定領域６５と第２コンタクト領域１６との距離を確保でき、Ｖｔｈ決定領域６５への第２コンタクト領域１６のドーパントの影響を低減できる。
【０１２６】
図１５は、実施例６に係る半導体装置１００の平面図の一例を示す。図１５は、図１４をＺ軸方向に平面視した平面図であって、ゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０との間の領域を示す。本例では、第２コンタクト領域１６とそれ以外の領域との位置関係の一例を示す。図１５では、第２コンタクト領域１６は、延伸方向において、仕上がりでエミッタ領域１２と重なっている。即ち、図１５と図８との相違点は、仕上がりで、第２コンタクト領域１６がエミッタ領域１２の延伸方向の端の上方に被さっている点である。
【０１２７】
距離Ｌｙは、第２コンタクト領域１６と、ゲートトレンチ部４０および接合位置６８の接点との最短距離を示す。本例では、第２コンタクト領域１６のトレンチ延伸方向の端は、エミッタ領域１２に被さっているが、接合位置６８よりは第１コンタクト領域１５の側に位置する。即ち、第２コンタクト領域１６のトレンチ延伸方向の端の位置は、平面視でエミッタ領域１２の内部に位置するとともに、接合位置６８とは離れている。距離Ｌｙは、距離Ｌｚより大きくてよい。また、距離Ｌｙは、第１コンタクト領域１５のトレンチ延伸方向の長さより長くてよい。これにより、Ｖｔｈ決定領域６５への第２コンタクト領域１６のドーパントの影響を低減できる。
【０１２８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１２９】
１０・・・半導体基板、１２・・・エミッタ領域、１４・・・ベース領域、１５・・・第１コンタクト領域、１６・・・第２コンタクト領域、１７・・・ウェル領域、１８・・・ドリフト領域、１９・・・第３コンタクト領域、２０・・・バッファ領域、２２・・・コレクタ領域、２４・・・コレクタ電極、２６・・・層間絶縁膜、３０・・・ダミートレンチ部、３２・・・絶縁膜、３４・・・ダミー導電部、４０・・・ゲートトレンチ部、４１・・・対向部、４２・・・絶縁膜、４３・・・突出部、４４・・・ゲート導電部、５０・・・ゲート電極、５１・・・ゲート端子、５２・・・エミッタ電極、５３・・・エミッタ端子、５４・・・コンタクトホール、５５・・・コンタクトホール、５６・・・コンタクトホール、６０・・・エミッタトレンチ部、６２・・・絶縁膜、６４・・・エミッタ導電部、６５・・・Ｖｔｈ決定領域、６８・・・接合位置、７０・・・トランジスタ部、８０・・・ダイオード部、８２・・・カソード領域、８５・・・マスク開口領域、９５・・・タングステンプラグ、１００・・・半導体装置、５００・・・半導体装置、５１０・・・半導体基板、５１２・・・エミッタ領域、５１４・・・ベース領域、５１５・・・コンタクト領域、５１７・・・ウェル領域、５１８・・・ドリフト領域、５２０・・・バッファ領域、５２２・・・コレクタ領域、５２４・・・コレクタ電極、５２６・・・層間絶縁膜、５３０・・・ダミートレンチ部、５３２・・・絶縁膜、５３４・・・ダミー導電部、５４０・・・ゲートトレンチ部、５４１・・・対向部、５４２・・・絶縁膜、５４３・・・突出部、５４４・・・ゲート導電部、５５０・・・ゲート電極、５５１・・・ゲート端子、５５２・・・エミッタ電極、５５３・・・エミッタ端子、５５４・・・コンタクトホール、５５５・・・コンタクトホール、５５６・・・コンタクトホール、５６０・・・エミッタトレンチ部、５６２・・・絶縁膜、５６４・・・エミッタ導電部、５７０・・・トランジスタ部、５８０・・・ダイオード部、５８２・・・カソード領域
【図１】
2017168829.tif 000003
【図２】
2017168829.tif 000004
【図３】
2017168829.tif 000005
【図４】
2017168829.tif 000006
【図５】
2017168829.tif 000007
【図６】
2017168829.tif 000008
【図７】
2017168829.tif 000009
【図８】
2017168829.tif 000010
【図９】
2017168829.tif 000011
【図１０】
2017168829.tif 000012
【図１１】
2017168829.tif 000013
【図１２】
2017168829.tif 000014
【図１３】
2017168829.tif 000015
【図１４】
2017168829.tif 000016
【図１５】
2017168829.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月21日(2017.3.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
ゲート閾値電圧Ｖｔｈの決定領域（本明細書においてＶｔｈ決定領域６５とする）は、ゲートトレンチ部４０に接するベース領域１４のうち、エミッタ領域１２直下でベース領域１４がピーク濃度となる箇所である。図９に示すＶｔｈ決定領域６５は、ｂ−ｂ'断面をゲートトレンチ部４０の側壁に投影したときの、トレンチ側壁におけるＶｔｈ決定領域６５を模式的に示した領域である。実際のＶｔｈ決定領域６５は、図９に示す形状や位置に限られない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
また、第３コンタクト領域１９の深さは、第２コンタクト領域１６の深さと同一であってよい。但し、第３コンタクト領域１９の深さは、第２コンタクト領域１６の深さよりも深くてよい。例えば、第２コンタクト領域１６がＰ＋型の第１コンタクト領域１５に形成され、第１コンタクト領域１５はＰ−型のベース領域１４に形成される。一方、第３コンタクト領域１９は、第１コンタクト領域１５無しにＰ−型のベース領域１４上に形成される。これにより、第２コンタクト領域１６および第３コンタクト領域１９を同一のプロセスで形成する場合、第３コンタクト領域１９の深さは、第２コンタクト領域１６の深さよりも若干深くなってよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２２】
なお、図１４に示すＶｔｈ決定領域６５は、延伸方向に沿った断面をゲートトレンチ部４０の側壁に投影したときの、トレンチ側壁におけるＶｔｈ決定領域６５を模式的に示した領域である。実際のＶｔｈ決定領域６５は、図１４に示す形状や位置に限られない。また、第１コンタクト領域１５の延伸方向の端がエミッタ領域１２の底面と接する位置を、半導体基板１０のおもて面に投影した位置を、接合位置６８とする。接合位置６８は、平面視でエミッタ領域１２の内部に位置する。