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公開番号2025116951
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-12
出願番号2024011500
出願日2024-01-30
発明の名称半導体装置、半導体装置の製造方法
出願人ミネベアパワーデバイス株式会社
代理人ポレール弁理士法人
主分類H10D 84/80 20250101AFI20250804BHJP()
要約【課題】逆導通IGBT(RC-IGBT)において、ダイオード部のホール注入をより効果的に抑制し、リカバリー特性を向上する。
【解決手段】IGBT1は、第1のトレンチ(IGBT部3のトレンチ5)と、第1のトレンチ内の第1のボディ層12側の側壁に、ゲート絶縁膜6を介して形成された第1のゲート電極7と、第1のゲート電極と離間して形成された第2のゲート電極7と、を有し、ダイオード4は、半導体基板2の主面に形成されたトレンチの左側の第1導電型の第3のボディ層12及びトレンチの右側の第4のボディ層12と、第2のトレンチ(ダイオード部4のトレンチ5)と、ゲート絶縁膜6を介して形成された第2のトレンチ内の第1の電極9と、層間絶縁膜15を介して第1の電極と離間して形成された第2の電極9と、を有し、記第3のボディ層及び第4のボディ層の下部に、半導体基板の不純物濃度よりも高濃度なn層11が設けられている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
同一チップ内にＩＧＢＴとダイオードとを有する半導体装置であって、
前記ＩＧＢＴは、半導体基板の主面に形成された第１導電型の第１のボディ層および第２のボディ層と、
前記第１のボディ層および前記第２のボディ層の間に設けられた第１のトレンチと、
前記第１のトレンチ内の前記第１のボディ層側の側壁に、ゲート絶縁膜を介して形成された第１のゲート電極と、
前記第１のトレンチ内の前記第２のボディ層側の側壁に、ゲート絶縁膜を介して形成されるとともに、少なくとも第１の絶縁膜を介して前記第１のゲート電極と離間して形成された第２のゲート電極と、を有し、
前記ダイオードは、前記半導体基板の主面に形成された第１導電型の第３のボディ層および第４のボディ層と、
前記第３のボディ層および前記第４のボディ層の間に設けられた第２のトレンチと、
前記第２のトレンチ内の前記第３のボディ層側の側壁に、絶縁膜を介して形成された第１の電極と、
前記第２のトレンチ内の前記第４のボディ層側の側壁に、絶縁膜を介して形成されるとともに、少なくとも第２の絶縁膜を介して前記第１の電極と離間して形成された第２の電極と、を有し、
前記第３のボディ層および前記第４のボディ層の下部に、前記半導体基板の不純物濃度よりも高濃度なｎ層が設けられていることを特徴とする半導体装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記第１のボディ層および前記第２のボディ層の下部に、前記半導体基板の不純物濃度よりも高濃度なｎ層が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置であって、
前記ＩＧＢＴのエミッタ電極と前記第１のボディ層および前記第２のボディ層とをそれぞれ接続する第１のコンタクトおよび第２のコンタクトと、
前記ダイオードのアノード電極と前記第３のボディ層および前記第４のボディ層とをそれぞれ接続する第３のコンタクトおよび第４のコンタクトと、
を有し、
前記第１のコンタクト、前記第２のコンタクト、前記第３のコンタクト、前記第４のコンタクトの各コンタクトの下部に、前記ｎ層よりも高濃度なｎ’層が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体装置であって、
前記ＩＧＢＴのエミッタ電極と前記第１のボディ層および前記第２のボディ層とをそれぞれ接続する第１のコンタクトおよび第２のコンタクトと、
前記ダイオードのアノード電極と前記第３のボディ層および前記第４のボディ層とをそれぞれ接続する第３のコンタクトおよび第４のコンタクトと、
を有し、
前記第１のコンタクトおよび前記第２のコンタクトの各コンタクトの直下に、前記ｎ層よりも高濃度なｎ’層が設けられており、
前記第３のコンタクトおよび前記第４のコンタクトの各コンタクトの直下には、前記ｎ’層が設けられていないことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記第３のボディ層および前記第４のボディ層の下部全面に、前記ｎ層が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
（ａ）半導体基板の主面の第１の領域に第１のトレンチを形成し、第２の領域に第２のトレンチを形成するステップと、
（ｂ）前記第１のトレンチおよび前記第２のトレンチの各トレンチ内にゲート絶縁膜、ゲート電極膜を順に成膜し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより、前記第１のトレンチ内に第１のゲート電極および第２のゲート電極を形成し、前記第２のトレンチ内に第１の電極および第２の電極を形成するステップと、
（ｃ）前記第１のトレンチおよび前記第２のトレンチを除く半導体基板の主面に、ｐ型不純物のイオン打ち込みにより、ｐボディ層を形成するステップと、
（ｄ）前記第１のトレンチおよび前記第２のトレンチを除く半導体基板の主面に、ｎ型不純物のイオン打ち込みにより、ｎ層を形成するステップと、
を有し、
前記ｎ層は、前記半導体基板の不純物濃度よりも高濃度で、かつ、前記ｐボディ層の下部に形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第１の領域にＩＧＢＴが形成され、前記第２の領域にダイオードが形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｄ）ステップの前に、（ｅ）前記第１の領域上にマスクを形成するステップを有し、
前記ｎ層は、前記第２のトレンチを除く前記第２の領域に形成され、
前記第１の領域には形成されないことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項７に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｄ）ステップの後に、（ｆ）前記半導体基板の主面に層間絶縁膜を成膜し、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより、前記層間絶縁膜を貫通し、前記ｐボディ層を露出させるコンタクトホールを形成するステップと、
（ｇ）前記コンタクトホールを介して、前記ｎ層よりも高濃度なｎ型不純物のイオン打ち込みにより、前記コンタクトホールの下部に、ｎ’層を形成するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記（ｇ）ステップの前に、（ｈ）前記第２の領域上にマスクを形成するステップを有し、
前記ｎ’層は、前記第１の領域のコンタクトホールの下部に形成され、
前記第２の領域のコンタクトホールの下部には形成されないことを特徴とする半導体装置の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の構造とその製造方法に係り、特に、同一チップ内にＩＧＢＴとダイオードを内蔵した逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ－ＩＧＢＴ）に適用して有効な技術に関する。
続きを表示（約 1,100 文字）【背景技術】
【０００２】
大電力の高速スイッチングが可能なＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）は、電気自動車や電車のモータ制御用インバータ、ＩＨ調理器具や洗濯機、エアコンのインバータ回路など、産業用から民生用さらには車載用と幅広く使用されている。
【０００３】
ＩＧＢＴの多くの用途において、エミッタからコレクタ側へ環流電流が流れるモードが存在する。従来、この環流動作のために、ＩＧＢＴとは別チップで、ＩＧＢＴと逆並列にフリーホイールダイオードが接続されている。
【０００４】
近年、このＩＧＢＴとフリーホイールダイオードを１チップで構成した逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ－ＩＧＢＴ：Reverse Conducting IGBT）が普及しつつある。逆導通ＩＧＢＴは、フリーホイールダイオードをＩＧＢＴチップの中に組み込んだもので、ＩＧＢＴと逆並列にダイオードが接続され、環流動作を行う。
【０００５】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、「ＲＣ－ＩＧＢＴのダイオード部のｐボディ層面積を低減してホール注入を抑制し、リカバリー特性を向上できる半導体装置」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２３－１４７４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ－ＩＧＢＴ）は、ＩＧＢＴとダイオードのターミネーション領域を共通化できることによるチップサイズの低減や、ＩＧＢＴ領域またはダイオード領域で発生した損失がチップ全体で放熱されるために熱抵抗が低減できるといったメリットがある。
【０００８】
一方、ＩＧＢＴとダイオードを同一チップ内に作り込むため、各々のチップの同時最適化が難しく、特にダイオード部のライフタイム制御が困難であり、ダイオードの低注入化やリカバリー損失の低減が課題である。
【０００９】
上記特許文献１では、幅広のトレンチ構造の間にアノードｐ層を設けることで、アノード領域の面積を低減し、アノードからのホール注入を低減する構造を提案しているが、ダイオードの更なる低注入化には、改善の余地がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、同一チップ内にＩＧＢＴとダイオードを内蔵した逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ－ＩＧＢＴ）において、ダイオード部のホール注入をより効果的に抑制し、リカバリー特性を向上できる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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