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JP2019121786A - Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device Download PDF

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JP2019121786A JP2018219144A JP2018219144A JP2019121786A JP 2019121786 A JP2019121786 A JP 2019121786A JP 2018219144 A JP2018219144 A JP 2018219144A JP 2018219144 A JP2018219144 A JP 2018219144A JP 2019121786 A JP2019121786 A JP 2019121786A
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和貴 上村
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源宜 窪内
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

To preferably allow for accurate adjustment of an amount of injection of carriers from a cathode in a diode.SOLUTION: A semiconductor device is provided with a diode region in a semiconductor substrate. The diode region comprises: a base region of a first conductivity type provided exposed on an upper surface of the semiconductor substrate; a cathode region of a second conductivity type provided exposed on a lower surface of the semiconductor substrate; an inter-cathode region of the first conductivity type provided exposed on the lower surface of the semiconductor substrate and alternately arranged with the cathode region in a predetermined direction; and a floating region of the second conductivity type provided above the cathode region and above the inter-cathode region.SELECTED DRAWING: Figure 14

Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the semiconductor device.

従来、ダイオードにP型の埋め込み層を設けることが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、SJ−MOSFET(Super Junction‐Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)部およびIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)部を1つの半導体チップに有する半導体装置において、SJ−MOSFET部にP型のフローティング領域を設けることが知られている(例えば、特許文献2参照)。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 国際公開第2014/156849号
[特許文献2] 国際公開第2016/063683号
Conventionally, it is known to provide a P-type buried layer in a diode (see, for example, Patent Document 1). Further, in a semiconductor device having a SJ-MOSFET (Super Junction-Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) portion and an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) portion in one semiconductor chip, providing a P-type floating region in the SJ-MOSFET portion. Are known (see, for example, Patent Document 2).
[Prior art document]
[Patent Document]
[Patent Document 1] International Publication No. 2014/156849 [Patent Document 2] International Publication No. 2016/063683

ダイオードにおいては、カソードからのキャリアの注入量を精度よく調整できることが好ましい。   In the diode, it is preferable that the amount of carrier injection from the cathode can be accurately adjusted.

本発明の第1の態様においては、半導体基板にダイオード領域が設けられた半導体装置を提供する。ダイオード領域は、半導体基板の上面に露出して設けられた第1導電型のベース領域を有してよい。ダイオード領域は、半導体基板の下面に露出して設けられた第2導電型のカソード領域を有してよい。ダイオード領域は、半導体基板の下面に露出して設けられ、且つ、予め定められた方向においてカソード領域と交互に配置された第1導電型のカソード間領域を有してよい。ダイオード領域は、カソード領域の上方と、カソード間領域の上方とに設けられた第2導電型のフローティング領域を有してよい。   A first aspect of the present invention provides a semiconductor device in which a diode region is provided on a semiconductor substrate. The diode region may have a base region of the first conductivity type exposed on the top surface of the semiconductor substrate. The diode region may have a cathode region of the second conductivity type exposed on the lower surface of the semiconductor substrate. The diode region may be exposed on the lower surface of the semiconductor substrate and may have an inter-cathode region of the first conductivity type alternately arranged with the cathode region in a predetermined direction. The diode region may have a floating region of the second conductivity type provided above the cathode region and above the inter-cathode region.

半導体装置は、半導体基板に設けられ、半導体基板の上面視においてダイオード領域と並んで配置されたトランジスタ領域を備えてよい。   The semiconductor device may be provided with a transistor region provided on the semiconductor substrate and arranged in parallel with the diode region in a top view of the semiconductor substrate.

半導体基板の深さ方向において、カソード間領域と、フローティング領域とが離れて配置されていてよい。   The inter-cathode region and the floating region may be spaced apart in the depth direction of the semiconductor substrate.

ダイオード領域は、半導体基板の上面において延伸方向に延伸して設けられたダミートレンチ部を有してよい。カソード領域およびカソード間領域は、前記延伸方向において交互に配置されていてよい。   The diode region may have a dummy trench portion extended in the extending direction on the upper surface of the semiconductor substrate. The cathode region and the inter-cathode region may be alternately arranged in the extending direction.

ダイオード領域において、カソード領域は、半導体基板の下面を基準として、カソード間領域よりも深くまで設けられていてよい。   In the diode region, the cathode region may be provided deeper than the inter-cathode region with reference to the lower surface of the semiconductor substrate.

半導体基板の深さ方向において、カソード領域の上端とフローティング領域の下端との距離は、カソード間領域の上端とフローティング領域の下端との距離よりも小さくてよい。   In the depth direction of the semiconductor substrate, the distance between the upper end of the cathode region and the lower end of the floating region may be smaller than the distance between the upper end of the inter-cathode region and the lower end of the floating region.

半導体基板の上面視において、ダイオード領域に設けられたフローティング領域の面積は、カソード領域の面積より大きくてよい。半導体基板の上面視において、ダイオード領域に設けられたカソード間領域の面積は、カソード領域の面積より大きくてよい。   In the top view of the semiconductor substrate, the area of the floating region provided in the diode region may be larger than the area of the cathode region. In the top view of the semiconductor substrate, the area of the inter-cathode area provided in the diode area may be larger than the area of the cathode area.

本発明の第2の態様においては、半導体装置の製造方法を提供する。半導体装置は、1つの半導体基板にトランジスタ領域とダイオード領域とを有してよい。半導体装置の製造方法は、コレクタ領域用注入段階と、カソード領域用注入段階と、フローティング領域用注入段階とを備えてよい。コレクタ領域用注入段階においては、トランジスタ領域におけるコレクタ領域を形成するべく、半導体基板の下面へ第1導電型のドーパントを注入してよい。カソード領域用注入段階においては、ダイオード領域におけるカソード領域を形成するべく、半導体基板の下面へ第2導電型のドーパントを注入してよい。フローティング領域用注入段階は、カソード領域用注入段階の後であってよい。フローティング領域用注入段階においては、ダイオード領域に設けられる第1導電型のフローティング領域を形成するべく、半導体基板の下面へ第1導電型のドーパントを注入してよい。   A second aspect of the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device. The semiconductor device may have a transistor region and a diode region on one semiconductor substrate. The method of manufacturing the semiconductor device may include an implant stage for the collector region, an implant stage for the cathode region, and an implant stage for the floating region. In the collector region implantation step, a dopant of the first conductivity type may be implanted into the lower surface of the semiconductor substrate to form a collector region in the transistor region. In the cathode region implantation step, a dopant of the second conductivity type may be implanted into the lower surface of the semiconductor substrate to form a cathode region in the diode region. The floating region implant phase may be after the cathode region implant phase. In the floating region implantation step, a dopant of the first conductivity type may be implanted into the lower surface of the semiconductor substrate to form a floating region of the first conductivity type provided in the diode region.

コレクタ領域用注入段階の後にカソード領域用注入段階を行ってよい。これに代えて、カソード領域用注入段階の後にコレクタ領域用注入段階を行い、かつ、コレクタ領域用注入段階の後にフローティング領域用注入段階を行ってよい。さらにこれに代えて、フローティング領域用注入段階の後にコレクタ領域用注入段階を行ってもよい。   The injection step for the cathode region may be performed after the injection step for the collector region. Alternatively, the implantation step for the collector region may be performed after the implantation step for the cathode region and the implantation step for the floating region may be performed after the implantation step for the collector region. Alternatively, the implant step for the collector region may be performed after the implant step for the floating region.

本発明の第3の態様においては、半導体装置の他の製造方法を提供する。半導体装置は、1つの半導体基板にトランジスタ領域とダイオード領域とを有してよい。半導体装置の他の製造方法は、コレクタ領域用注入段階と、フローティング領域用注入段階と、カソード領域用注入段階とを備えてよい。コレクタ領域用注入段階においては、トランジスタ領域におけるコレクタ領域を形成するべく、半導体基板の下面へ第1導電型のドーパントを注入してよい。フローティング領域用注入段階においては、ダイオード領域に設けられる第1導電型のフローティング領域を形成するべく、半導体基板の下面へ第1導電型のドーパントを注入してよい。カソード領域用注入段階は、コレクタ領域用注入段階およびフローティング領域用注入段階の後であってよい。カソード領域用注入段階においては、ダイオード領域におけるカソード領域を形成するべく、半導体基板の下面へ第2導電型のドーパントを注入してよい。   In a third aspect of the present invention, another method of manufacturing a semiconductor device is provided. The semiconductor device may have a transistor region and a diode region on one semiconductor substrate. Another method of manufacturing a semiconductor device may include an implant stage for the collector region, an implant stage for the floating region, and an implant stage for the cathode region. In the collector region implantation step, a dopant of the first conductivity type may be implanted into the lower surface of the semiconductor substrate to form a collector region in the transistor region. In the floating region implantation step, a dopant of the first conductivity type may be implanted into the lower surface of the semiconductor substrate to form a floating region of the first conductivity type provided in the diode region. The implantation step for the cathode region may be after the implantation step for the collector region and the implantation step for the floating region. In the cathode region implantation step, a dopant of the second conductivity type may be implanted into the lower surface of the semiconductor substrate to form a cathode region in the diode region.

コレクタ領域用注入段階の後に、フローティング領域用注入段階を行ってよい。これに代えて、フローティング領域用注入段階の後に、コレクタ領域用注入段階を行ってよい。さらにこれに代えて、カソード領域用注入段階の後にコレクタ領域用注入段階を行ってもよい。   The implantation step for the floating region may be performed after the implantation step for the collector region. Alternatively, the implantation step for the collector region may be performed after the implantation step for the floating region. Alternatively, the collector region implant step may be performed after the cathode region implant step.

コレクタ領域用注入段階、カソード領域用注入段階およびフローティング領域用注入段階の後において、フローティング領域の端部は、コレクタ領域とカソード領域との境界に達しなくてよい。フローティング領域の端部は、コレクタ領域とカソード領域との境界に最も近いフローティング領域の端部であってよい。フローティング領域の端部は、カソード領域からコレクタ領域に向かうカソード領域およびコレクタ領域の配列方向と平行な方向において、コレクタ領域とカソード領域との境界に達しなくてよい。フローティング領域は、ダイオード領域内に位置してよい。   After the collector region implant step, the cathode region implant step and the floating region implant step, the end of the floating region may not reach the boundary between the collector region and the cathode region. The end of the floating region may be the end of the floating region closest to the boundary between the collector region and the cathode region. The end of the floating region may not reach the boundary between the collector region and the cathode region in the direction parallel to the arrangement direction of the cathode region and the collector region from the cathode region to the collector region. The floating region may be located in the diode region.

代替的に、コレクタ領域用注入段階、カソード領域用注入段階およびフローティング領域用注入段階の後において、フローティング領域の端部は、コレクタ領域とカソード領域との境界に位置してもよい。フローティング領域の端部は、コレクタ領域とカソード領域との境界に最も近いフローティング領域の端部であってよい。フローティング領域の端部は、カソード領域からコレクタ領域に向かうカソード領域およびコレクタ領域の配列方向と平行な方向において、コレクタ領域とカソード領域との境界に位置してよい。   Alternatively, after the collector region implant step, the cathode region implant step and the floating region implant step, the end of the floating region may be located at the boundary between the collector region and the cathode region. The end of the floating region may be the end of the floating region closest to the boundary between the collector region and the cathode region. The end of the floating region may be located at the boundary between the collector region and the cathode region in a direction parallel to the arrangement direction of the cathode region and the collector region from the cathode region to the collector region.

フローティング領域の下端は、コレクタ領域の上端よりも半導体基板の上面に近くてよい。   The lower end of the floating region may be closer to the upper surface of the semiconductor substrate than the upper end of the collector region.

コレクタ領域用注入段階、カソード領域用注入段階およびフローティング領域用注入段階の後において、フローティング領域の少なくとも一部は、カソード領域中に位置してよい。   After the collector region implant step, the cathode region implant step and the floating region implant step, at least a portion of the floating region may be located in the cathode region.

カソード領域は、下面から前記上面に向かう深さ方向において異なる位置に電子濃度のピークを少なくとも二つ有してよい。フローティング領域における正孔濃度のピーク位置は、深さ方向において、カソード領域における少なくとも二つの電子濃度のピークのうち二つのピークの間に位置してよい。   The cathode region may have at least two peaks of electron concentration at different positions in the depth direction from the lower surface to the upper surface. The peak position of the hole concentration in the floating region may be located between two peaks of at least two electron concentration peaks in the cathode region in the depth direction.

フローティング領域の下端は、カソード領域の上端から離間していてよい。   The lower end of the floating region may be spaced apart from the upper end of the cathode region.

コレクタ領域用注入段階、カソード領域用注入段階およびフローティング領域用注入段階の後において、カソード領域の上端は、コレクタ領域の上端よりも半導体基板の上面に近くてよい。   After the collector region implant step, the cathode region implant step and the floating region implant step, the upper end of the cathode region may be closer to the top surface of the semiconductor substrate than the upper end of the collector region.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な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。   Note that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a subcombination of these feature groups can also be an invention.

本発明の一実施形態に係る半導体装置100の上面視図である。FIG. 1 is a top view of a semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention. 図1のA‐A断面を示す図である。It is a figure which shows the AA cross section of FIG. 図1の領域Bの拡大図である。It is an enlarged view of the area | region B of FIG. 第1実施形態における半導体装置100の製造方法を示すフロー図である。FIG. 7 is a flowchart showing a method of manufacturing the semiconductor device 100 in the first embodiment. 第1実施形態における半導体装置100の製造方法の各段階を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing each step of the method of manufacturing the semiconductor device 100 in the first embodiment. 第1実施形態の第1変形例における半導体装置120の製造方法を示すフロー図である。FIG. 16 is a flowchart showing a method of manufacturing the semiconductor device 120 in the first modified example of the first embodiment. 第1実施形態の第1変形例における半導体装置120の製造方法の各段階を示す図である。FIG. 18 is a view showing each step of the method of manufacturing the semiconductor device 120 in the first modified example of the first embodiment. 第1実施形態の第2変形例における半導体装置140の製造方法を示すフロー図である。FIG. 16 is a flowchart showing a method of manufacturing the semiconductor device 140 in the second modification of the first embodiment. 第1実施形態の第2変形例における半導体装置140の製造方法の各段階を示す図である。FIG. 18 is a view showing each step of the method of manufacturing the semiconductor device 140 in the second modified example of the first embodiment. 第1実施形態における境界72近傍の電子および正孔の濃度分布を示す図である。It is a figure which shows density | concentration distribution of the electron and the hole vicinity of the boundary 72 in 1st Embodiment. 第1実施形態の第3変形例における半導体装置160の製造方法の段階を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a stage of a method of manufacturing the semiconductor device 160 in the third modified example of the first embodiment. 第1実施形態の第4変形例における半導体装置180の製造方法の段階を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a stage of a method of manufacturing the semiconductor device 180 in the fourth modification example of the first embodiment. 第2実施形態における半導体装置200の製造方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the semiconductor device 200 in 2nd Embodiment. 第2実施形態における半導体装置200の製造方法の各段階を示す図である。FIG. 14 is a view showing each step of the method of manufacturing the semiconductor device 200 in the second embodiment. 第2実施形態の第1変形例における半導体装置220の製造方法を示すフロー図である。FIG. 21 is a flow chart showing a method of manufacturing the semiconductor device 220 in the first modified example of the second embodiment. 第2実施形態の第1変形例における半導体装置220の製造方法の各段階を示す図である。FIG. 19 is a view showing each step of the method of manufacturing the semiconductor device 220 in the first modified example of the second embodiment. 第2実施形態の第2変形例における半導体装置240の製造方法を示すフロー図である。FIG. 21 is a flow chart showing a method of manufacturing the semiconductor device 240 in the second modified example of the second embodiment. 第2実施形態の第2変形例における半導体装置240の製造方法の各段階を示す図である。FIG. 19 is a view showing each step of the method of manufacturing the semiconductor device 240 in the second modified example of the second embodiment. 第3実施形態における半導体装置300の製造方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the semiconductor device 300 in 3rd Embodiment. 第3実施形態における半導体装置300の製造方法の段階を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing the stage of the method of manufacturing the semiconductor device 300 according to the third embodiment. 第3実施形態における境界72近傍の電子および正孔の濃度分布を示す図である。It is a figure which shows density | concentration distribution of the electron near the boundary 72 in 3rd Embodiment, and a hole. 第3実施形態の第1変形例における境界72近傍の電子および正孔の濃度分布を示す図である。It is a figure which shows density | concentration distribution of the electron and the hole vicinity of the boundary 72 in the 1st modification of 3rd Embodiment. 第3実施形態の第2変形例における境界72近傍の電子および正孔の濃度分布を示す図である。It is a figure which shows density | concentration distribution of the electron and the hole vicinity of the boundary 72 in the 2nd modification of 3rd Embodiment. 第4実施形態に係るFWD領域80の上面視図である。It is an upper surface view of FWD field 80 concerning a 4th embodiment. 図14におけるK−K断面およびL−L断面を含む斜視断面図である。FIG. 15 is a perspective cross-sectional view including a K-K cross section and an L-L cross section in FIG. 14. フローティング領域84、カソード領域82およびカソード間領域81の配置例を説明する拡大上面図である。FIG. 16 is an enlarged top view illustrating an arrangement example of floating region 84, cathode region 82, and inter-cathode region 81. YZ面におけるカソード領域82およびカソード間領域81を示す図である。It is a figure which shows the cathode area | region 82 and the area | region 81 between cathodes in YZ surface. 第4実施形態の第1変形例に係るFWD領域80の上面視図である。It is an upper surface view of FWD field 80 concerning the 1st modification of a 4th embodiment. 第4実施形態の第2変形例に係るFWD領域80の上面視図である。It is an upper surface view of FWD field 80 concerning the 2nd modification of a 4th embodiment. 第4実施形態の第3変形例に係るFWD領域80の上面視図である。It is an upper surface view of FWD field 80 concerning the 3rd modification of a 4th embodiment. 第4実施形態の第3変形例に係るFWD領域80の上面視図である。It is an upper surface view of FWD field 80 concerning the 3rd modification of a 4th embodiment. 図21におけるM−M断面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the MM cross section in FIG. 第4実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 4th Embodiment. 図23におけるコレクタ領域用注入段階S620、カソード領域用注入段階S632およびフローティング領域用注入段階S640を説明する図である。FIG. 24 is a view for explaining a collector region injection step S620, a cathode region injection step S632 and a floating region injection step S640 in FIG. 23; 第4実施形態に係る半導体装置の製造方法の他の例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the other example of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 4th Embodiment. 図25におけるコレクタ領域用注入段階S620、フローティング領域用注入段階S642およびカソード領域用注入段階S634を説明する図である。FIG. 26 is a view for explaining a collector region injection step S620, a floating region injection step S642 and a cathode region injection step S634 in FIG. 25. 第4実施形態に係る半導体装置の製造方法の他の例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the other example of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態に係る半導体装置の製造方法の他の例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the other example of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態に係る半導体装置の製造方法の他の例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the other example of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態に係る半導体装置の製造方法の他の例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the other example of the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 4th Embodiment.

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。   Hereinafter, the present invention will be described through the embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Moreover, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the solution of the invention.

本明細書においては半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、領域、層またはその他の部材の2つの主要な面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は重力方向、または、半導体装置を配線基板等に取り付けるときの取り付け方向に限定されない。   In the present specification, one side in a direction parallel to the depth direction of the semiconductor substrate is referred to as “upper”, and the other side is referred to as “lower”. Of the two major faces of the substrate, region, layer or other member, one face is referred to as the upper face and the other face is referred to as the lower face. The directions of “upper” and “lower” are not limited to the gravity direction or the mounting direction when the semiconductor device is mounted on a wiring board or the like.

本明細書では、X軸、Y軸およびZ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。本明細書においては、X軸、Y軸およびZ軸は右手系を構成する。本明細書では、半導体基板の上面または下面と平行な面をX‐Y面とし、半導体基板の上面または下面と垂直である半導体基板の深さ方向をZ軸とする。   In this specification, technical matters may be described using orthogonal coordinate axes of the X axis, the Y axis, and the Z axis. In the present specification, the X-axis, the Y-axis and the Z-axis constitute a right-handed system. In this specification, a plane parallel to the upper surface or the lower surface of the semiconductor substrate is taken as an XY plane, and a depth direction of the semiconductor substrate which is perpendicular to the upper surface or the lower surface of the semiconductor substrate is taken as a Z axis.

本明細書においては、第1導電型はP型であり、第2導電型はN型であるが、第1導電型がN型、第2導電型がP型であってもよい。この場合、各実施形態における基板、層、領域等の導電型は、それぞれ逆の導電型となる。また、本明細書においてP+型またはN+型と記載した場合、P型またはN型よりもドーピング濃度が高いことを意味し、P−型またはN−型と記載した場合、P型またはN型よりもドーピング濃度が低いことを意味する。   In the present specification, the first conductivity type is P type and the second conductivity type is N type, but the first conductivity type may be N type and the second conductivity type may be P type. In this case, the conductivity types of the substrate, layer, region and the like in each embodiment are opposite to each other. In addition, in the present specification, when described as P + type or N + type, it means that the doping concentration is higher than P type or N type, and when described as P type or N type, it is higher than P type or N type Also means that the doping concentration is low.

本明細書においてドーピング濃度とは、ドナー化またはアクセプタ化した不純物の濃度を指す。本明細書において、ドナーおよびアクセプタの濃度差をネットドーピング濃度または単にドーピング濃度と称する場合がある。また、ドーピング濃度分布のピーク値を、ドーピング濃度と称する場合がある。   As used herein, doping concentration refers to the concentration of a donor or acceptor impurity. In the present specification, the concentration difference between donor and acceptor may be referred to as net doping concentration or simply doping concentration. Also, the peak value of the doping concentration distribution may be referred to as doping concentration.

図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置100の上面視図である。つまり、図1は、半導体基板10の上面側からZ軸と平行に半導体装置100を見た図である。ただし、図1においては、各領域の配置関係の理解を容易にするべく、エミッタ電極およびパッシベーション膜等の部材を適宜省略している。   FIG. 1 is a top view of a semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention. That is, FIG. 1 is a view of the semiconductor device 100 viewed from the upper surface side of the semiconductor substrate 10 in parallel to the Z axis. However, in FIG. 1, members such as the emitter electrode and the passivation film are appropriately omitted to facilitate understanding of the arrangement relationship of the respective regions.

半導体装置100は、半導体基板10を有する。半導体基板10は、シリコン(Si)基板であってよく、炭化シリコン(SiC)基板であってよく、窒化ガリウム(GaN)等の窒化物半導体基板等であってもよい。本実施形態における半導体基板10はシリコン基板である。シリコン基板を用いる場合に、N型ドーパントはリン(P)およびヒ素(As)の一種類以上の元素であってよく、P型ドーパントはホウ素(B)およびアルミニウム(Al)の一種類以上の元素であってよい。   The semiconductor device 100 has a semiconductor substrate 10. The semiconductor substrate 10 may be a silicon (Si) substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, or a nitride semiconductor substrate such as gallium nitride (GaN). The semiconductor substrate 10 in the present embodiment is a silicon substrate. When a silicon substrate is used, the N-type dopant may be one or more elements of phosphorus (P) and arsenic (As), and the P-type dopant is one or more elements of boron (B) and aluminum (Al) It may be.

半導体装置100は、活性領域110、エッジ終端構造領域90およびゲートランナー部50を備える。活性領域110は、半導体装置100に設けられたトランジスタをオン状態にした場合に半導体基板10の上面と下面との間で主電流が流れるトランジスタ領域と、当該トランジスタをオフ状態にした場合に半導体基板10の上面と下面との間で主電流が流れるダイオード領域とを含んでよい。これに代えて、活性領域110は、上面視においてエミッタ電極が設けられた領域であるとしてもよい。本実施形態の活性領域110は、上面視においてゲートランナー部50により囲まれた領域のうち、パッド領域112を除く領域である。   The semiconductor device 100 includes an active region 110, an edge termination structure region 90, and a gate runner portion 50. Active region 110 is a transistor region where a main current flows between the upper surface and the lower surface of semiconductor substrate 10 when the transistor provided in semiconductor device 100 is turned on, and the semiconductor substrate when the transistor is turned off It may include a diode region in which a main current flows between the upper surface and the lower surface of 10. Alternatively, active region 110 may be a region provided with an emitter electrode in top view. The active region 110 of the present embodiment is a region excluding the pad region 112 in the region surrounded by the gate runner portion 50 in top view.

本実施形態の半導体装置100は、1つの半導体基板10の活性領域110にIGBT領域70とFWD(Free Wheeling Diode:還流ダイオード)領域80とを有する。つまり、本実施形態の半導体装置100は、RC‐IGBTである。IGBT領域70はトランジスタ領域の一例であり、FWD領域80はダイオード領域の一例である。本実施形態において、IGBT領域70とFWD領域80とは、X軸方向において交互に配置される。また、本実施形態において、活性領域110のX軸方向の両端には、IGBT領域70が設けられる。   The semiconductor device 100 of the present embodiment has an IGBT region 70 and a free wheeling diode (FWD) region 80 in the active region 110 of one semiconductor substrate 10. That is, the semiconductor device 100 of the present embodiment is an RC-IGBT. The IGBT region 70 is an example of a transistor region, and the FWD region 80 is an example of a diode region. In the present embodiment, the IGBT regions 70 and the FWD regions 80 are alternately arranged in the X-axis direction. In the present embodiment, IGBT regions 70 are provided at both ends of the active region 110 in the X-axis direction.

IGBT領域70は、半導体基板10の下面に接する領域にP+型のコレクタ領域を有してよい。本実施形態のIGBT領域70は、活性領域110内に位置し、且つ、半導体基板10の下面にコレクタ領域が設けられた領域である。IGBT領域70は、半導体基板10の上面にN+型のエミッタ領域およびP+型のコンタクト領域を含む単位構造が周期的に設けられてよい。   The IGBT region 70 may have a P + -type collector region in a region in contact with the lower surface of the semiconductor substrate 10. The IGBT region 70 of the present embodiment is a region located in the active region 110 and provided with a collector region on the lower surface of the semiconductor substrate 10. The IGBT region 70 may periodically have a unit structure including an N + -type emitter region and a P + -type contact region on the upper surface of the semiconductor substrate 10.

本実施形態のFWD領域80は、活性領域110内に位置し、且つ、半導体基板10の下面に接する領域にN+型のカソード領域が設けられた領域である。カソード領域は、ゲートランナー部50およびパッド領域112の近傍では、Y軸方向において活性領域110の内側に後退してもよい。例えば、カソード領域のY軸方向の端部は、ゲートランナー部50の近傍では、ゲートランナー部50よりも活性領域110の内側に位置する。ただし、カソード領域のY軸方向の端部が活性領域110の内側に位置する場合であっても、ゲートトレンチ部およびエミッタ領域が設けられていないことを理由に、ゲートランナー部50の一端からY軸方向において当該一端に対して対向する他端まではFWD領域80であると見なしてよい。   The FWD region 80 of the present embodiment is a region located in the active region 110 and provided with an N + -type cathode region in a region in contact with the lower surface of the semiconductor substrate 10. The cathode region may be retracted to the inside of the active region 110 in the Y-axis direction in the vicinity of the gate runner portion 50 and the pad region 112. For example, the end of the cathode region in the Y-axis direction is located closer to the gate runner portion 50 than the gate runner portion 50 on the inner side of the active region 110. However, even if the end of the cathode region in the Y-axis direction is located inside the active region 110, Y from one end of the gate runner portion 50 because the gate trench portion and the emitter region are not provided. The FWD region 80 may be considered to be the other end opposite to the one end in the axial direction.

本実施形態において、X軸方向におけるIGBT領域70とFWD領域80との境界72は、カソード領域とコレクタ領域との境界である。図1においては、図面の見易さを考慮してA‐Aが横切る境界72にのみ符号を付す。   In the present embodiment, the boundary 72 between the IGBT region 70 and the FWD region 80 in the X-axis direction is the boundary between the cathode region and the collector region. In FIG. 1, in consideration of the viewability of the drawing, only the boundary 72 crossed by AA is marked.

エッジ終端構造領域90は、上面視において、活性領域110と半導体基板10の外周端との間に設けられてよい。エッジ終端構造領域90は、半導体基板10の上面において活性領域110を囲むように配置されてよい。本実施形態のエッジ終端構造領域90は、半導体基板10の外周端に沿って矩形環状に配置される。エッジ終端構造領域90は、半導体基板10の上面側の電界集中を緩和する機能を有してよい。エッジ終端構造領域90は、例えばガードリング、フィールドプレートおよびリサーフのいずれか、または、これらの2つ以上を組み合わせた構造を有してよい。   The edge termination structure region 90 may be provided between the active region 110 and the outer peripheral edge of the semiconductor substrate 10 in top view. Edge termination structure region 90 may be arranged to surround active region 110 on the top surface of semiconductor substrate 10. The edge termination structure region 90 of the present embodiment is arranged in a rectangular ring along the outer peripheral edge of the semiconductor substrate 10. The edge termination structure region 90 may have a function of relaxing electric field concentration on the upper surface side of the semiconductor substrate 10. The edge termination structure region 90 may have, for example, a guard ring, a field plate and a resurf, or a combination of two or more of these.

本実施形態のゲートランナー部50は、上面視において、活性領域110とエッジ終端構造領域90との間に設けられる。ゲートランナー部50は、ゲートパッド114から供給されるゲート信号をIGBT領域70のゲートトレンチ部に伝達してよい。ゲートランナー部50は、金属層とポリシリコン層との積層構造を有してよい。   The gate runner portion 50 of the present embodiment is provided between the active region 110 and the edge termination structure region 90 in top view. Gate runner portion 50 may transmit a gate signal supplied from gate pad 114 to the gate trench portion of IGBT region 70. The gate runner portion 50 may have a laminated structure of a metal layer and a polysilicon layer.

ゲートランナー部50の金属層は、アルミニウム、アルミニウム‐シリコン合金、またはアルミニウム‐シリコン‐銅(Cu)合金で形成された金属層であってよい。ゲートランナー部50のポリシリコン層は、リン等の不純物がドーピングされたポリシリコン層であってよい。   The metal layer of the gate runner portion 50 may be a metal layer formed of aluminum, aluminum-silicon alloy, or aluminum-silicon-copper (Cu) alloy. The polysilicon layer of the gate runner portion 50 may be a polysilicon layer doped with an impurity such as phosphorus.

ゲートランナー部50のポリシリコン層と半導体基板10の上面との間には、絶縁膜が設けられてよい。ゲートランナー部50は、ゲートトレンチ部と接続する部分以外の部分においては、当該絶縁膜により半導体基板10から電気的に分離されてよい。また、当該ポリシリコン層上にゲートランナー部50の金属層が設けられてよい。当該金属層は、所定のコンタクト領域(例えば、層間絶縁膜の開口領域)を介してポリシリコン層に接続してよい。   An insulating film may be provided between the polysilicon layer of the gate runner portion 50 and the upper surface of the semiconductor substrate 10. The gate runner portion 50 may be electrically separated from the semiconductor substrate 10 by the insulating film in the portion other than the portion connected to the gate trench portion. In addition, the metal layer of the gate runner portion 50 may be provided on the polysilicon layer. The metal layer may be connected to the polysilicon layer through a predetermined contact region (for example, an opening region of the interlayer insulating film).

本実施形態のパッド領域112は、活性領域110の一部を切り欠いた領域である。つまり、本実施形態のパッド領域112は、活性領域110に含まれない。上面視におけるパッド領域112の範囲は、半導体基板10の上面に接する領域に設けられたP+型のウェル領域の範囲であってよい。ゲートパッド114は、P+型のウェル領域より狭い範囲に設けられてよい。本実施形態のゲートパッド114は、ゲートランナー部50に電気的に接続する。ゲート信号は、半導体装置100の外部からゲートパッド114へ供給されてよい。   The pad area 112 in the present embodiment is an area in which a part of the active area 110 is cut out. That is, the pad area 112 of the present embodiment is not included in the active area 110. The range of the pad region 112 in top view may be the range of a P + -type well region provided in a region in contact with the top surface of the semiconductor substrate 10. The gate pad 114 may be provided in a narrower range than the P + -type well region. The gate pad 114 of the present embodiment is electrically connected to the gate runner unit 50. The gate signal may be supplied to the gate pad 114 from the outside of the semiconductor device 100.

図2は、図1のA‐A断面を示す図である。A‐A断面は、IGBT領域70のコレクタ領域22とFWD領域80のカソード領域82との境界72を通るX‐Z面に平行な断面である。A‐A断面においては、半導体装置100は、エミッタ電極52、層間絶縁膜38、半導体基板10およびコレクタ電極24を有する。   FIG. 2 is a view showing an AA cross section of FIG. The AA cross section is a cross section parallel to the XZ plane passing through the boundary 72 between the collector region 22 of the IGBT region 70 and the cathode region 82 of the FWD region 80. In the AA cross section, the semiconductor device 100 has an emitter electrode 52, an interlayer insulating film 38, a semiconductor substrate 10, and a collector electrode 24.

層間絶縁膜38は、二酸化シリコン(SiO)、BPSG(Boro‐Phospho Silicate Glass)、PSG(Phosphorus Silicate Glass)およびBSG(Borosilicate Glass)のうち、一種類以上の材料で形成されてよい。本実施形態の層間絶縁膜38は、ダミートレンチ部30およびゲートトレンチ部40上に設けられる。本実施形態の層間絶縁膜38は、複数の開口54を有する。当該開口54は、エミッタ電極52と半導体基板10の上面62とが電気的に接続するコンタクト部として機能してよい。 The interlayer insulating film 38 may be formed of one or more materials of silicon dioxide (SiO 2 ), BPSG (Boro-Phospho Silicate Glass), PSG (Phosphorus Silicate Glass), and BSG (Borosilicate Glass). The interlayer insulating film 38 of the present embodiment is provided on the dummy trench portion 30 and the gate trench portion 40. The interlayer insulating film 38 of the present embodiment has a plurality of openings 54. The opening 54 may function as a contact portion in which the emitter electrode 52 and the upper surface 62 of the semiconductor substrate 10 are electrically connected.

エミッタ電極52およびコレクタ電極24は、アルミニウム、アルミニウム‐シリコン合金、またはアルミニウム‐シリコン‐銅(Cu)合金で形成されてよい。エミッタ電極52およびコレクタ電極24は、下層にチタン(Ti)またはチタン化合物等で形成されたバリアメタル層を有してよい。半導体基板10の上面62とエミッタ電極52とは、直接接続してよい。なお、タングステン(W)等で形成されたプラグが、開口54に設けられてもよい。半導体基板10の上面62とエミッタ電極52とは、プラグを介して電気的に接続してよい。   Emitter electrode 52 and collector electrode 24 may be formed of aluminum, aluminum-silicon alloy, or aluminum-silicon-copper (Cu) alloy. The emitter electrode 52 and the collector electrode 24 may have a barrier metal layer formed of titanium (Ti) or a titanium compound in the lower layer. The upper surface 62 of the semiconductor substrate 10 and the emitter electrode 52 may be directly connected. A plug made of tungsten (W) or the like may be provided in the opening 54. The upper surface 62 of the semiconductor substrate 10 and the emitter electrode 52 may be electrically connected via a plug.

本実施形態の半導体基板10は、上面62に接する領域に複数のトレンチ部を有する。複数のトレンチ部は、ゲートトレンチ部40とダミートレンチ部30とを含む。X軸方向において隣接するトレンチ部間の距離は、一定であってよい。   The semiconductor substrate 10 of the present embodiment has a plurality of trench portions in a region in contact with the upper surface 62. The plurality of trench portions include a gate trench portion 40 and a dummy trench portion 30. The distance between adjacent trench portions in the X-axis direction may be constant.

各トレンチ部の間には、メサ部60が設けられる。本実施形態においてメサ部60とは、トレンチ部の底部から上面62までの領域であって、X軸方向に隣接する2個のトレンチ部に挟まれた半導体基板10の領域である。メサ部60は、N+型のエミッタ領域12、P+型のコンタクト領域15、P−型のベース領域14およびN+型の蓄積領域16を有してよい。なお、メサ部60には、後述のメサ部60‐1および後述のメサ部60‐2が含まれる。   A mesa portion 60 is provided between the trench portions. In the present embodiment, the mesa portion 60 is a region from the bottom of the trench portion to the top surface 62, and is a region of the semiconductor substrate 10 sandwiched between two trench portions adjacent in the X-axis direction. The mesa portion 60 may have an N + -type emitter region 12, a P + -type contact region 15, a P − -type base region 14 and an N + -type storage region 16. The mesa unit 60 includes a later-described mesa unit 60-1 and a later-described mesa unit 60-2.

本実施形態において、IGBT領域70のメサ部60は、Y軸方向において交互に設けられ、且つ、上面62に各々露出するエミッタ領域12およびコンタクト領域15を有する。なお、A‐A断面において、IGBT領域70のメサ部60‐1にはエミッタ領域12が存在し、コンタクト領域15が存在しない。   In the present embodiment, the mesa portions 60 of the IGBT regions 70 are provided alternately in the Y-axis direction, and have emitter regions 12 and contact regions 15 exposed on the upper surface 62 respectively. In the cross section AA, the emitter region 12 is present in the mesa 60-1 of the IGBT region 70, and the contact region 15 is not present.

境界72に最も近いIGBT領域70のメサ部60‐1aにおいては、IGBT領域70とFWD領域80との電流干渉を低減するべく、エミッタ領域12が設けられなくてよい。IGBT領域70のメサ部60‐1aにおいては、Y軸方向においてコンタクト領域15およびP−型のベース領域14が上面62に各々露出してよい。なお、A‐A断面において、メサ部60‐1aにはコンタクト領域15が存在し、ベース領域14が存在しない。   In the mesa portion 60-1a of the IGBT region 70 closest to the boundary 72, the emitter region 12 may not be provided to reduce current interference between the IGBT region 70 and the FWD region 80. In the mesa portion 60-1a of the IGBT region 70, the contact region 15 and the P-type base region 14 may be exposed on the upper surface 62 in the Y-axis direction. In the cross section AA, the contact region 15 is present in the mesa 60-1a, and the base region 14 is not present.

IGBT領域70のメサ部60において、エミッタ領域12およびコンタクト領域15が存在する範囲においては、ベース領域14は、エミッタ領域12およびコンタクト領域15の下方に位置する。ベース領域14のうちゲートトレンチ部40に接する部分は、チャネル形成領域として機能してよい。ゲートトレンチ部40にゲート信号としてオン電圧が印加されると、ベース領域14において電荷反転層であるチャネルが形成されてよい。ベース領域14にチャネルが形成されることで、エミッタ領域12とドリフト領域18との間に電子が流れてよい。   In the mesa portion 60 of the IGBT region 70, the base region 14 is located below the emitter region 12 and the contact region 15 in the range where the emitter region 12 and the contact region 15 exist. The portion of the base region 14 in contact with the gate trench portion 40 may function as a channel formation region. When an on voltage is applied to the gate trench portion 40 as a gate signal, a channel which is a charge inversion layer may be formed in the base region 14. By forming a channel in the base region 14, electrons may flow between the emitter region 12 and the drift region 18.

本実施形態における蓄積領域16は、各メサ部60におけるベース領域14の下面全体を覆うように設けられる。蓄積領域16は、X軸方向において2つのトレンチ部に挟まれてよい。蓄積領域16の底部は、各トレンチ部の底部よりも上面62に近い位置に設けられてよい。即ち、蓄積領域16の底部は、各トレンチ部の底部よりも浅い位置に設けられてよい。ドリフト領域18とベース領域14との間に蓄積領域16を設けることにより、キャリア注入促進効果(IE効果:Injection‐Enhancement effect)を高めて、IGBT領域70におけるオン電圧を低減することができる。   The storage region 16 in the present embodiment is provided to cover the entire lower surface of the base region 14 in each of the mesa portions 60. The storage region 16 may be sandwiched between two trench portions in the X-axis direction. The bottom of the storage region 16 may be provided closer to the top surface 62 than the bottom of each trench. That is, the bottom of the storage region 16 may be provided shallower than the bottom of each trench. By providing storage region 16 between drift region 18 and base region 14, the carrier injection promoting effect (IE effect: Injection-Enhancement effect) can be enhanced to reduce the on-voltage in IGBT region 70.

ゲートトレンチ部40は、ゲートトレンチ42、ゲート絶縁膜43およびゲート導電部44を有する。ゲートトレンチ42は、半導体基板10を上面62から所定深さまで選択的にエッチングすることにより形成してよい。ゲート絶縁膜43は、ゲートトレンチ42の内壁に接して設けられてよい。ゲート絶縁膜43は、ゲートトレンチ42の内壁の半導体を酸化または窒化することにより形成してよい。ゲート導電部44は、ゲート絶縁膜43に接してゲート絶縁膜43よりもゲートトレンチ42の内側に設けられる。ゲート絶縁膜43は、ゲート導電部44と半導体基板10とを電気的に絶縁してよい。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てよい。   The gate trench portion 40 has a gate trench 42, a gate insulating film 43 and a gate conductive portion 44. The gate trench 42 may be formed by selectively etching the semiconductor substrate 10 from the top surface 62 to a predetermined depth. The gate insulating film 43 may be provided in contact with the inner wall of the gate trench 42. The gate insulating film 43 may be formed by oxidizing or nitriding the semiconductor on the inner wall of the gate trench 42. The gate conductive portion 44 is provided in contact with the gate insulating film 43 and on the inner side of the gate trench 42 than the gate insulating film 43. The gate insulating film 43 may electrically insulate the gate conductive portion 44 and the semiconductor substrate 10. The gate conductive portion 44 may be formed of a conductive material such as polysilicon.

ダミートレンチ部30は、ダミートレンチ32、ダミートレンチ絶縁膜33およびダミートレンチ導電部34を有する。ダミートレンチ絶縁膜33およびダミートレンチ導電部34は、ゲート絶縁膜43およびゲート導電部44と同様の手法で形成されてよい。   The dummy trench portion 30 has a dummy trench 32, a dummy trench insulating film 33 and a dummy trench conductive portion 34. The dummy trench insulating film 33 and the dummy trench conductive portion 34 may be formed in the same manner as the gate insulating film 43 and the gate conductive portion 44.

本実施形態において、IGBT領域70は、複数のゲートトレンチ部40と複数のダミートレンチ部30とを有する。境界72の上方に位置するダミートレンチ部30‐bと、X軸方向においてダミートレンチ部30‐bに最も近いゲートトレンチ部40との間には2つのダミートレンチ部30が設けられる。2つのダミートレンチ部30および1つのゲートトレンチ部40のセットは、X軸方向において繰り返し設けられてよい。   In the present embodiment, the IGBT region 70 has a plurality of gate trench portions 40 and a plurality of dummy trench portions 30. Two dummy trench portions 30 are provided between the dummy trench portion 30-b located above the boundary 72 and the gate trench portion 40 closest to the dummy trench portion 30-b in the X-axis direction. A set of two dummy trench portions 30 and one gate trench portion 40 may be repeatedly provided in the X-axis direction.

IGBT領域70と、当該IGBT領域70のX軸負方向に接するFWD領域80との境界72の上方にも、同様にダミートレンチ部30‐bが設けられてよい。当該ダミートレンチ部30‐bと、X軸方向において当該ダミートレンチ部30‐bに最も近いゲートトレンチ部40との間にも、2つのダミートレンチ部30が設けられてよい。これに対して、FWD領域80におけるトレンチ部は、全てダミートレンチ部30であってよい。   A dummy trench portion 30-b may be similarly provided above the boundary 72 between the IGBT region 70 and the FWD region 80 in contact with the IGBT region 70 in the negative X-axis direction. Two dummy trench portions 30 may be provided also between the dummy trench portion 30-b and the gate trench portion 40 closest to the dummy trench portion 30-b in the X-axis direction. On the other hand, all the trench portions in the FWD region 80 may be the dummy trench portions 30.

本実施形態において、FWD領域80のメサ部60‐2は、上面62に各々露出するベース領域14およびコンタクト領域15を有する。なお、A‐A断面において、メサ部60‐2にはベース領域14が存在する。   In the present embodiment, the mesa portion 60-2 of the FWD region 80 has the base region 14 and the contact region 15 exposed on the top surface 62 respectively. In the cross section AA, the base region 14 exists in the mesa portion 60-2.

FWD領域80において、上面62に露出する面積は、ベース領域14の方がコンタクト領域15より多くてよい。FWD領域80におけるベース領域14は、ダイオードにおけるアノード領域として機能してよい。コンタクト領域15は、Y軸方向の端部近傍における所定の領域(例えば、ゲートランナー部50の近傍領域)にのみ、部分的に設けられてよい。本実施形態におけるメサ部60‐2においては、ベース領域14の下面全体を覆うように蓄積領域16が設けられる。   In the FWD region 80, the area exposed on the upper surface 62 may be larger in the base region 14 than in the contact region 15. Base region 14 in FWD region 80 may function as an anode region in a diode. The contact region 15 may be partially provided only in a predetermined region (for example, a region near the gate runner portion 50) in the vicinity of the end in the Y-axis direction. In the mesa portion 60-2 in the present embodiment, a storage region 16 is provided so as to cover the entire lower surface of the base region 14.

本実施形態においては、メサ部60、トレンチ部、層間絶縁膜38およびエミッタ電極52を含む構造を、上面構造116と称する。但し、上面構造116は、半導体基板10の上面62近傍にライフタイム制御領域を含んでもよい。半導体基板10の上面62近傍とは、半導体基板10の厚さ(即ち、Z軸方向における上面62から下面64までの長さ)の半分の位置よりも上方を意味してよい。   In the present embodiment, a structure including the mesa portion 60, the trench portion, the interlayer insulating film 38, and the emitter electrode 52 is referred to as a top surface structure 116. However, the top surface structure 116 may include a lifetime control region in the vicinity of the top surface 62 of the semiconductor substrate 10. The vicinity of the upper surface 62 of the semiconductor substrate 10 may mean above half the thickness of the semiconductor substrate 10 (that is, the length from the upper surface 62 to the lower surface 64 in the Z-axis direction).

ライフタイム制御領域とは、半導体基板10の内部に不純物を注入すること等により意図的にライフタイムキラーが形成された領域である。ライフタイムキラーとは、半導体基板10の内部におけるキャリアの再結合中心であってよい。キャリアの再結合中心は、結晶欠陥、空孔、複空孔、これらと半導体基板10を構成する元素との複合欠陥、転位、ヘリウムおよびネオンなどの希ガス元素、または、白金などの金属元素などであってよい。   The lifetime control region is a region in which a lifetime killer is intentionally formed by implanting an impurity into the inside of the semiconductor substrate 10 or the like. The lifetime killer may be a carrier recombination center inside the semiconductor substrate 10. Carrier recombination centers include crystal defects, vacancies, double vacancies, complex defects of these with elements constituting the semiconductor substrate 10, dislocations, rare gas elements such as helium and neon, metal elements such as platinum, etc. It may be.

本実施形態においては、N+型のフィールドストップ(Field Stop:以下、FSと略記する)領域20、P型のフローティング領域84、P+型のコレクタ領域22およびN+型のカソード領域82を含む構造を、下面構造118と称する。下面構造118は、半導体基板10の厚さの半分の位置とFS領域20の上部との間に、ライフタイム制御領域を含んでもよい。   In this embodiment, a structure including an N + -type field stop (abbreviated as FS hereinafter) region 20, a P-type floating region 84, a P + -type collector region 22 and an N + -type cathode region 82 is The lower surface structure 118 is referred to. The lower surface structure 118 may include a lifetime control region between the position of half of the thickness of the semiconductor substrate 10 and the top of the FS region 20.

FS領域20は、半導体装置100がターン・オフするときにベース領域14の底部から下面64へ広がる空乏層がコレクタ領域22に到達することを防ぐ機能を有してよい。FS領域20は、N型の半導体領域であってよく、ドーピング濃度分布における1以上のピークを有してよい。FS領域20におけるドーピング濃度分布の複数のピークは、Z軸方向において離散的に設けられてよい。   The FS region 20 may have a function of preventing the depletion layer extending from the bottom of the base region 14 to the lower surface 64 from reaching the collector region 22 when the semiconductor device 100 is turned off. The FS region 20 may be an N-type semiconductor region and may have one or more peaks in the doping concentration distribution. The plurality of peaks of the doping concentration distribution in the FS region 20 may be discretely provided in the Z-axis direction.

フローティング領域84は、電気的にフローティング状態であるP型の領域である。フローティング領域84は、FWD領域80に設けられてよい。本実施形態において、フローティング領域84は、FWD領域80の全体に分散的に設けられる。   Floating region 84 is a P-type region which is in an electrically floating state. The floating region 84 may be provided in the FWD region 80. In the present embodiment, the floating regions 84 are dispersively provided in the entire FWD region 80.

電気的にフローティング状態であるとは、原則として、コレクタ電極24およびエミッタ電極52のいずれにも電気的に接続されていない状態を指す。フローティング領域84を設けることにより、カソード領域82からの電子の注入を抑制できる。これにより、半導体基板10の下面64側においてライフタイムキラーを設けなくとも、半導体基板10の深さ方向におけるキャリア分布を調節することができる。このため、ライフタイム制御領域を設けるコストを削減することができる。加えて、ライフタイム制御領域に起因するリーク電流を低減することもできる。   The electrically floating state means, in principle, a state in which the collector electrode 24 and the emitter electrode 52 are not electrically connected. By providing the floating region 84, injection of electrons from the cathode region 82 can be suppressed. Thereby, the carrier distribution in the depth direction of the semiconductor substrate 10 can be adjusted without providing the lifetime killer on the lower surface 64 side of the semiconductor substrate 10. Therefore, the cost of providing the lifetime control area can be reduced. In addition, the leak current due to the lifetime control region can also be reduced.

フローティング領域84は、FWD領域80内に位置してよい。本実施形態において、フローティング領域84の端部91は、X軸方向において境界72に達しない。なお、本実施形態の端部91は、境界72に最も近いフローティング領域84の端部である。境界72と端部91との距離Lは、数nm以上数μm以下であってよい。なお、本実施形態において、X軸方向は、カソード領域82からコレクタ領域22に向かうカソード領域82およびコレクタ領域22の配列方向と平行な方向である。 Floating region 84 may be located within FWD region 80. In the present embodiment, the end 91 of the floating region 84 does not reach the boundary 72 in the X-axis direction. The end 91 of this embodiment is the end of the floating region 84 closest to the boundary 72. The distance L 1 between the boundary 72 and the end 91 may be several nm or more and several μm or less. In the present embodiment, the X-axis direction is a direction parallel to the arrangement direction of the cathode region 82 and the collector region 22 from the cathode region 82 toward the collector region 22.

本実施形態のフローティング領域84は、Z軸方向においてFS領域20内に位置する。つまり、本実施形態において、フローティング領域84の上端は、FS領域20の上端よりも下面64に近い。また、本実施形態において、フローティング領域84の下端はFS領域20の下端と一致するが、フローティング領域84の下端はFS領域20の下端よりも上面62に近くてもよい。   The floating region 84 of the present embodiment is located in the FS region 20 in the Z-axis direction. That is, in the present embodiment, the upper end of the floating region 84 is closer to the lower surface 64 than the upper end of the FS region 20. In the present embodiment, the lower end of the floating region 84 coincides with the lower end of the FS region 20, but the lower end of the floating region 84 may be closer to the upper surface 62 than the lower end of the FS region 20.

図3は、図1の領域Bの拡大図である。半導体基板10のX軸およびY軸方向の長さは、それぞれ数mm以上十数mm以下であってよい。IGBT領域70のX軸方向の幅は、FWD領域80のX軸方向の幅の1倍以上3倍以下であってよく、2倍以上3倍以下であってもよい。例えば、IGBT領域70のX軸方向の幅は1000μm以上1500μm以下であり、FWD領域80のX軸方向の幅は400μm以上500μm以下である。なお、IGBT領域70およびFWD領域80のY軸方向の幅は、同じであってよい。   FIG. 3 is an enlarged view of area B of FIG. The length in the X-axis and Y-axis directions of the semiconductor substrate 10 may be several mm or more and ten or less mm or less. The width of the IGBT region 70 in the X-axis direction may be 1 to 3 times the width of the FWD region 80 in the X-axis direction, or may be 2 to 3 times the width. For example, the width of the IGBT region 70 in the X-axis direction is 1000 μm to 1500 μm, and the width of the FWD region 80 in the X-axis direction is 400 μm to 500 μm. The width in the Y-axis direction of IGBT region 70 and FWD region 80 may be the same.

X‐Y平面において、フローティング領域84の面積は、FWD領域80の面積よりも小さくてよい。X‐Y平面において、フローティング領域84は、カソード領域82の90%以上100%未満の範囲を覆ってよく、カソード領域82の90%以上95%以下の範囲を覆ってよい。フローティング領域84の各々は、X‐Y平面において分散配置された島状の領域であってよい。各フローティング領域84は、X軸およびY軸方向において所定の同じ距離Lだけ離間してよい。 The area of floating region 84 may be smaller than the area of FWD region 80 in the XY plane. In the XY plane, the floating region 84 may cover a range of 90% or more and less than 100% of the cathode region 82, and may cover a range of 90% or more and 95% or less of the cathode region 82. Each of the floating regions 84 may be island-like regions distributed in the XY plane. Each floating region 84 may be separated by a predetermined same distance L F in the X-axis and Y-axis directions.

図4Aは、第1実施形態における半導体装置100の製造方法を示すフロー図である。第1実施形態の製造方法は、上面構造116形成段階(S10)と、コレクタ領域22用注入段階(S20)と、カソード領域82用注入段階(S30)と、フローティング領域84用注入段階(S40)と、第1のアニール段階(S50)と、FS領域20用注入段階(S60)と、第2のアニール段階(S70)と、コレクタ電極24形成段階(S80)とを備える。第1実施形態においては、Sに続く数字が小さい順に各段階が行われる。   FIG. 4A is a flowchart showing a method of manufacturing the semiconductor device 100 in the first embodiment. In the manufacturing method of the first embodiment, the upper surface structure 116 formation step (S10), the injection step (S20) for the collector region 22, the injection step (S30) for the cathode region 82, and the injection step (S40) for the floating region 84 , A first annealing step (S50), an implantation step (S60) for the FS region 20, a second annealing step (S70), and a collector electrode 24 forming step (S80). In the first embodiment, each step is performed in ascending order of numbers following S.

図4Bは、第1実施形態における半導体装置100の製造方法の各段階を示す図である。図4Bの(a)は、上面構造116を形成する段階(S10)を示す。段階S10においては、N−型の半導体基板10にトレンチ部を形成してよい。ダミートレンチ導電部34およびゲート導電部44を形成するときに、ゲートランナー部50のポリシリコン層を形成してよい。トレンチ部を形成した後に、半導体基板10の上面62へベース領域14用のP型ドーパントを注入する。ドーパントは、イオンの状態で注入装置により加速されて、半導体基板10へ注入されてよい。その後、1150℃程度で3時間、半導体基板10をアニールしてよい。   FIG. 4B is a diagram showing each step of the method of manufacturing the semiconductor device 100 in the first embodiment. FIG. 4B (a) shows the step (S10) of forming the top surface structure 116. In step S <b> 10, a trench portion may be formed in the N − -type semiconductor substrate 10. When the dummy trench conductive portion 34 and the gate conductive portion 44 are formed, the polysilicon layer of the gate runner portion 50 may be formed. After forming the trench portion, a P-type dopant for the base region 14 is implanted into the upper surface 62 of the semiconductor substrate 10. The dopant may be accelerated into the ion state by the implanter and implanted into the semiconductor substrate 10. Thereafter, the semiconductor substrate 10 may be annealed at about 1150 ° C. for 3 hours.

段階S10においては、その後、蓄積領域16用のN型ドーパント、エミッタ領域12用のN型ドーパント、および、コンタクト領域15用のP型ドーパントを選択的に順次注入してよい。ただし、注入順序は適宜変更してもよい。その後、1000℃程度で30分間、半導体基板10をアニールしてよい。段階S10においては、さらにその後、CVDにより層間絶縁膜38を形成してよい。その後、上面62上の層間絶縁膜38および熱酸化膜をエッチングにより選択的に除去することにより、開口54を形成してよい。熱酸化膜は、例えば、ゲート絶縁膜43およびダミートレンチ絶縁膜33を形成するときに上面62上に設けられた絶縁膜である。   Thereafter, in step S10, an N-type dopant for storage region 16, an N-type dopant for emitter region 12, and a P-type dopant for contact region 15 may be selectively sequentially implanted. However, the order of injection may be changed as appropriate. Thereafter, the semiconductor substrate 10 may be annealed at about 1000 ° C. for 30 minutes. Thereafter, in step S10, the interlayer insulating film 38 may be formed by CVD. Thereafter, the opening 54 may be formed by selectively removing the interlayer insulating film 38 and the thermal oxide film on the upper surface 62 by etching. The thermal oxide film is, for example, an insulating film provided on the upper surface 62 when the gate insulating film 43 and the dummy trench insulating film 33 are formed.

段階S10においては、さらにその後、エミッタ電極52をスパッタリングにより堆積させてよい。エミッタ電極52をスパッタリングにより堆積させるときに、ゲートランナー部50の金属層およびゲートパッド114も堆積させてよい。堆積後に、エミッタ電極52、ゲートランナー部50の金属層およびゲートパッド114を所定の形状にパターニングしてよい。段階S10は、エミッタ電極52等の上部に、所定の開口を含むパッシベーション層を形成する段階を含んでもよい。   In step S10, emitter electrode 52 may then be deposited by sputtering. When the emitter electrode 52 is deposited by sputtering, the metal layer of the gate runner portion 50 and the gate pad 114 may also be deposited. After the deposition, the emitter electrode 52, the metal layer of the gate runner portion 50 and the gate pad 114 may be patterned into a predetermined shape. The step S10 may include forming a passivation layer including a predetermined opening on the emitter electrode 52 or the like.

なお、本実施形態の段階S10は、上面構造116形成後に、Z軸方向において上面62とは反対側の半導体基板10の表面を研削することを含む。半導体基板10は予め定められた耐圧に対応する厚さを有するよう、薄化されてよい。本実施形態の下面64は、薄化後に露出する半導体基板10の表面である。   Note that step S10 of the present embodiment includes grinding the surface of the semiconductor substrate 10 opposite to the upper surface 62 in the Z-axis direction after the upper surface structure 116 is formed. The semiconductor substrate 10 may be thinned to have a thickness corresponding to a predetermined breakdown voltage. The lower surface 64 of the present embodiment is the surface of the semiconductor substrate 10 exposed after thinning.

図4Bの(b)は、コレクタ領域22用注入段階(S20)を示す。段階S20においては、半導体基板10の下面64の全体へP型ドーパントを注入する。段階S20は、IGBT領域70におけるコレクタ領域22を形成することを目的としたドーパント注入であってよい。つまり、段階S20においては、半導体装置100におけるコレクタ領域22のドーピング濃度に対応するドーズ量で、P型ドーパントをドーピングしてよい。   (B) of FIG. 4B shows the injection step (S20) for the collector region 22. In step S20, a P-type dopant is implanted into the entire lower surface 64 of the semiconductor substrate 10. Step S20 may be a dopant implantation intended to form the collector region 22 in the IGBT region 70. That is, in step S20, the P-type dopant may be doped at a dose corresponding to the doping concentration of the collector region 22 in the semiconductor device 100.

図4Bの(c)は、カソード領域82用注入段階(S30)を示す。段階S30では、まずフォトレジスト材料等のマスク68を下面64全体に接して形成する。その後、X‐Y平面においてコレクタ領域22に対応する範囲にマスク68‐1をパターニングする。その後、半導体基板10の下面64へN型のドーパントを注入する。段階S30は、FWD領域80におけるカソード領域82を形成することを目的としたドーパント注入であってよい。つまり、段階S30においては、半導体装置100におけるカソード領域82のドーピング濃度に対応するドーズ量で、N型ドーパントをドーピングしてよい。   (C) of FIG. 4B shows the injection step (S30) for the cathode region 82. In step S30, first, a mask 68 of a photoresist material or the like is formed in contact with the entire lower surface 64. Thereafter, the mask 68-1 is patterned in the range corresponding to the collector region 22 in the XY plane. Thereafter, an N-type dopant is implanted into the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10. Step S30 may be a dopant implant aimed at forming cathode region 82 in FWD region 80. That is, in step S30, the N-type dopant may be doped at a dose corresponding to the doping concentration of the cathode region 82 in the semiconductor device 100.

これにより、マスク68‐1が設けられていない範囲においては、P型ドーパントが注入された領域がカウンタードープされる。なお、マスク68‐1が設けられた範囲においては、N型ドーパントが注入されなくてよい。ドーピング後に、マスク68‐1は除去してよい。   Thereby, in the range where the mask 68-1 is not provided, the region where the P-type dopant is implanted is counter-doped. In the range where the mask 68-1 is provided, the N-type dopant may not be implanted. After doping, the mask 68-1 may be removed.

図4Bの(d)は、フローティング領域84用注入段階(S40)を示す。段階S40においては、X‐Y平面においてフローティング領域84に対応する範囲にマスク68‐2を設ける。本実施形態のマスク68‐2は、マスク68‐1と同様の手法で形成されるが、X‐Y平面においてマスク68‐1とは異なる範囲に設けられる。   (D) of FIG. 4B shows the implantation step (S40) for the floating region 84. In step S40, a mask 68-2 is provided in the range corresponding to the floating region 84 in the XY plane. The mask 68-2 of the present embodiment is formed in the same manner as the mask 68-1, but provided in a range different from the mask 68-1 in the XY plane.

その後、半導体基板10の下面64へP型のドーパントを注入する。段階S40は、P型のフローティング領域84を形成することを目的としたドーパント注入であってよい。つまり、段階S40においては、半導体装置100におけるフローティング領域84のドーピング濃度に対応するドーズ量で、P型ドーパントをドーピングしてよい。段階S40の注入深さ範囲は、カソード領域82の注入深さ範囲よりも浅くてよい。ドーピング後に、マスク68‐2は除去してよい。   Thereafter, a P-type dopant is implanted into the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10. Step S40 may be a dopant implantation intended to form P-type floating region 84. That is, in step S40, the P-type dopant may be doped at a dose corresponding to the doping concentration of the floating region 84 in the semiconductor device 100. The implantation depth range of step S40 may be shallower than the implantation depth range of the cathode region 82. After doping, the mask 68-2 may be removed.

上述のように、段階S30およびS40においては、マスク68を形成、パターニングおよび除去する複数回のマスクプロセスを実行する。それゆえ、複数の注入段階のうち後ろの注入段階ほど、パーティクル86の発生や付着の可能性が高くなる。すると、パーティクルに起因して半導体基板10中に欠陥88が生じたり、傷が生じたりする可能性がある。カソード領域82に生じた欠陥88や傷は、FWD領域80の電気的特性に直接的に影響するので、半導体装置100への影響が大きい。例えば、カソード領域82に欠陥88や傷が生じると、接合リーク、耐圧不良およびスイッチング特性の低下等の影響が生じ得る。   As described above, in steps S30 and S40, multiple mask processes are performed to form, pattern and remove the mask 68. Therefore, the later of the multiple injection steps, the higher the probability of particle 86 generation and adhesion. Then, there is a possibility that defects 88 or scratches may occur in the semiconductor substrate 10 due to particles. The defects 88 and flaws generated in the cathode region 82 directly affect the electrical characteristics of the FWD region 80, so the semiconductor device 100 is greatly affected. For example, if defects 88 or scratches occur in the cathode region 82, effects such as junction leakage, breakdown voltage failure, and deterioration in switching characteristics may occur.

そこで、本実施形態においては、カソード領域82用注入段階(S30)の後にフローティング領域84用注入段階(S40)を実行する。これにより、フローティング領域84用注入段階後にカソード領域82用注入段階を実行する場合に比べて、より清浄な状態である下面64に対してカソード領域82用注入段階を実行することができる。それゆえ、段階S30においてカソード領域82に欠陥88や傷が生じるリスクを低減することができる。それゆえ、半導体装置100において、電流リークおよび耐圧不良を低減することができる。このように、本実施形態においては、RC−IGBTの良品率を向上することができる。   Therefore, in the present embodiment, the implantation step (S40) for the floating region 84 is performed after the implantation step (S30) for the cathode region 82. Thereby, the implantation step for the cathode region 82 can be performed on the lower surface 64 that is in a cleaner state as compared to the case where the implantation step for the cathode region 82 is performed after the implantation step for the floating region 84. Therefore, the risk of defects 88 or flaws in the cathode region 82 in step S30 can be reduced. Therefore, in the semiconductor device 100, current leak and withstand voltage failure can be reduced. Thus, in the present embodiment, the non-defective rate of the RC-IGBT can be improved.

なお、本実施形態においては、下面64が清浄な状態においてコレクタ領域22用注入段階(S20)を実行するので、コレクタ領域22における欠陥88や傷も低減することができる。これにより、コレクタ領域22においても電流リークおよび耐圧不良を低減することもできる。ただし、本実施形態においては、フローティング領域84用注入段階(S40)の後に、カソード領域82用注入段階(S30)を実行する場合に比べて、フローティング領域84には多くの欠陥88が導入され得る。しかしながら、カソード領域82に欠陥88や傷が導入される場合に比べて、フローティング領域84に導入された欠陥88は、FWD領域80への影響が小さい。それゆえ、本実施形態においては、フローティング領域84に導入された欠陥88は許容できるものと見なしてよい。   In the present embodiment, since the implantation step (S20) for the collector region 22 is performed in a state where the lower surface 64 is clean, defects 88 and scratches in the collector region 22 can also be reduced. Thereby, current leak and withstand voltage failure can be reduced also in the collector region 22. However, in the present embodiment, after the implantation step (S40) for the floating region 84, more defects 88 may be introduced in the floating region 84 than when the implantation step (S30) for the cathode region 82 is performed. . However, the defect 88 introduced into the floating region 84 has less influence on the FWD region 80 than when the defect 88 or a defect is introduced into the cathode region 82. Therefore, in the present embodiment, the defects 88 introduced into the floating region 84 may be considered to be acceptable.

図4Bの(e)は、第1のアニール段階(S50)を示す。本実施形態においては、下面64にレーザー光を照射することにより1000℃の温度で半導体基板10をアニールする。レーザー光は、半導体基板10のバンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーを有してよい。段階S50により、ドーパントイオン注入により生じた結晶欠陥を回復し、かつ、注入したドーパントを活性化することができる。   FIG. 4B (e) shows a first annealing step (S50). In the present embodiment, the semiconductor substrate 10 is annealed at a temperature of 1000 ° C. by irradiating the lower surface 64 with a laser beam. The laser light may have energy higher than the band gap energy of the semiconductor substrate 10. Step S50 can recover the crystal defects generated by the dopant ion implantation and activate the implanted dopant.

図4Bの(f)は、FS領域20用注入段階(S60)を示す。本実施形態においては、FS領域20を形成することを目的として、水素を下面64から所定の深さ範囲まで注入する。なお、水素は、水素イオン(即ち、プロトン)の状態で、半導体基板10へ注入されてよい。FS領域20にはZ軸方向において複数のピークが設けられるように、注入エネルギーを変えて水素イオンを半導体基板10へ多段注入してよい。   (F) of FIG. 4B shows the injection step (S60) for the FS region 20. In the present embodiment, in order to form the FS region 20, hydrogen is injected from the lower surface 64 to a predetermined depth range. Hydrogen may be implanted into the semiconductor substrate 10 in the state of hydrogen ions (ie, protons). The implantation energy may be changed to implant hydrogen ions in multiple stages into the semiconductor substrate 10 so that a plurality of peaks are provided in the FS region 20 in the Z-axis direction.

図4Bの(g)は、第2のアニール段階(S70)を示す。本実施形態においては、熱処理炉150中に半導体基板10を載置して約400℃の温度で半導体基板10をアニールする。FS領域20のアニールを段階S50とは別途に実行することにより、段階S20から段階S40において注入したP型およびN型ドーパントとは異なる温度であって、水素の活性化に最も適した温度で、FS領域20の水素を活性化することができる。加えて、段階S50の後にFS領域20用注入段階を実行することにより、段階S50の前にFS領域20用注入段階を実行する場合に比べて、FS領域20用のドーパント注入精度を向上させることができる。   FIG. 4B (g) shows a second annealing step (S70). In the present embodiment, the semiconductor substrate 10 is placed in the heat treatment furnace 150, and the semiconductor substrate 10 is annealed at a temperature of about 400.degree. By annealing the FS region 20 separately from step S50, the temperature is different from that of the P-type and N-type dopants implanted in step S20 to step S40, and at a temperature most suitable for the activation of hydrogen. Hydrogen in the FS region 20 can be activated. In addition, by performing the implantation step for FS region 20 after step S50, the dopant implantation accuracy for FS region 20 is improved as compared to the case where the implantation step for FS region 20 is performed before step S50. Can.

図4Bの(h)は、コレクタ電極24形成段階(S80)を示す。本実施形態においては、下面64の全体に接するコレクタ電極24をスパッタリングにより形成する。これにより、半導体装置100が完成する。なお、端部91の位置は、コレクタ領域22用注入段階、カソード領域82用注入段階およびフローティング領域84用注入段階の後における位置であってよい。本実施形態における端部91の位置は、段階S80後における端部91の位置である。   (H) of FIG. 4B shows the step of forming the collector electrode 24 (S80). In the present embodiment, the collector electrode 24 in contact with the entire lower surface 64 is formed by sputtering. Thus, the semiconductor device 100 is completed. The position of the end portion 91 may be a position after the injection stage for the collector region 22, the injection stage for the cathode region 82, and the injection stage for the floating region 84. The position of the end 91 in this embodiment is the position of the end 91 after step S80.

図5Aは、第1実施形態の第1変形例における半導体装置120の製造方法を示すフロー図である。なお、半導体装置120は次図にて示す。本実施形態においては、カソード領域82用注入段階(S12)の後にコレクタ領域22用注入段階(S20)を行い、かつ、コレクタ領域22用注入段階(S20)の後にフローティング領域84用注入段階(S40)を行う。係る点が、第1実施形態と異なる。第1実施形態と同じ段階については、説明を省略する。   FIG. 5A is a flowchart showing a method of manufacturing the semiconductor device 120 according to the first modification of the first embodiment. The semiconductor device 120 is shown in the next drawing. In this embodiment, the implantation step (S20) for the collector region 22 is performed after the implantation step (S12) for the cathode region 82, and the implantation step (S40) for the floating region 84 is performed after the implantation step (S20) for the collector region 22. )I do. The point which concerns is different from 1st Embodiment. The description of the same steps as in the first embodiment is omitted.

図5Bは、第1実施形態の第1変形例における半導体装置120の製造方法の各段階を示す図である。図5Bの(a)の段階S12は図4Bの(c)の段階S30に対応し、図5Bの(b)の段階S20は図4Bの(b)の段階S20に対応し、図5Bの(c)の段階S40は図4Bの(d)の段階S40に対応し、図5Bの(d)の段階S80は図4Bの(h)の段階S80に対応する。第1変形例においても、カソード領域82およびコレクタ領域22における電流リークおよび耐圧不良を低減することができるので、RC−IGBTの良品率を向上することができる。   FIG. 5B is a diagram showing each step of the method of manufacturing the semiconductor device 120 according to the first modification of the first embodiment. Step S12 of (a) of FIG. 5B corresponds to step S30 of (c) of FIG. 4B, and step S20 of (b) of FIG. 5B corresponds to step S20 of (b) of FIG. Step S40 of c) corresponds to step S40 of (d) of FIG. 4B, and step S80 of (d) of FIG. 5B corresponds to step S80 of (h) of FIG. 4B. Also in the first modification, the current leak and the withstand voltage failure in the cathode region 82 and the collector region 22 can be reduced, so that the yield rate of the RC-IGBT can be improved.

図6Aは、第1実施形態の第2変形例における半導体装置140の製造方法を示すフロー図である。なお、半導体装置140は次図にて示す。本実施形態においては、カソード領域82用注入段階(S30)の後にフローティング領域84用注入段階(S40)を行い、且つ、フローティング領域84用注入段階(S40)の後にコレクタ領域22用注入段階(S42)を行う。係る点が、第1実施形態と異なる。第1実施形態と同じ段階については、説明を省略する。   FIG. 6A is a flowchart showing a method of manufacturing the semiconductor device 140 in the second modified example of the first embodiment. The semiconductor device 140 is shown in the next drawing. In this embodiment, the implantation step (S40) for the floating region 84 is performed after the implantation step (S30) for the cathode region 82, and the implantation step (S42) for the collector region 22 after the implantation step (S40) for the floating region 84. )I do. The point which concerns is different from 1st Embodiment. The description of the same steps as in the first embodiment is omitted.

図6Bは、第1実施形態の第2変形例における半導体装置140の製造方法の各段階を示す図である。図6Bの(a)の段階S30は図4Bの(c)の段階S30に対応し、図6Bの(b)の段階S40は図4Bの(d)の段階S40に対応し、図6Bの(c)の段階S42は図4Bの(b)の段階S20に対応し、図6Bの(d)の段階S80は図4Bの(h)の段階S80に対応する。第2変形例においては、カソード領域82における電流リークおよび耐圧不良を低減することができるので、RC−IGBTの良品率を向上することができる。   FIG. 6B is a diagram showing each step of the method of manufacturing the semiconductor device 140 in the second modified example of the first embodiment. Step S30 of (a) of FIG. 6B corresponds to step S30 of (c) of FIG. 4B, and step S40 of (b) of FIG. 6B corresponds to step S40 of (d) of FIG. Step S42 of c) corresponds to step S20 of (b) of FIG. 4B, and step S80 of (d) of FIG. 6B corresponds to step S80 of (h) of FIG. 4B. In the second modification, the current leak and the withstand voltage failure in the cathode region 82 can be reduced, so the yield rate of RC-IGBT can be improved.

図7は、第1実施形態における境界72近傍の電子および正孔の濃度分布を示す図である。図7の中央に、半導体装置100における境界72近傍の部分拡大図を示す。図7では、境界72近傍の部分拡大図を挟んで、部分拡大図のC‐C断面およびD‐D断面における電子正孔濃度分布をそれぞれ示す。C‐C断面およびD‐D断面において、横軸は電子濃度または正孔濃度(cm−3)であり、縦軸は深さ位置(μm)である。なお、本明細書において、電子濃度および正孔濃度は、実効的な(即ち、正味の)濃度である。実効的な濃度とは、例えば電子濃度および正孔濃度の差分である。 FIG. 7 is a view showing the concentration distribution of electrons and holes in the vicinity of the boundary 72 in the first embodiment. A partially enlarged view of the vicinity of the boundary 72 in the semiconductor device 100 is shown in the center of FIG. FIG. 7 shows the electron-hole concentration distributions in the CC cross section and the DD cross section of the partial enlarged view, with the partial enlarged view in the vicinity of the boundary 72 interposed therebetween. In the CC cross section and the DD cross section, the horizontal axis is the electron concentration or the hole concentration (cm −3 ), and the vertical axis is the depth position (μm). As used herein, electron concentration and hole concentration are effective (ie, net) concentrations. The effective concentration is, for example, the difference between the electron concentration and the hole concentration.

C‐C断面は、上面62に近い順に、ドリフト領域18、FS領域20およびコレクタ領域22を通る。ドリフト領域18およびFS領域20は、N型領域であるので、電子が多数キャリアとなる領域である。なお、N型領域の濃度は、電子濃度を意味する。これに対して、コレクタ領域22は、P型領域であるので、正孔が多数キャリアとなる領域である。なお、P型領域の濃度は、正孔濃度を意味する。深さ方向において、イオン注入したP型およびN型のドーパント濃度分布のピークは、それぞれ正孔濃度および電子濃度のピーク位置に一致してよい。なお、ドーパント注入後のアニール等に起因して、注入したドーパントの濃度ピーク位置と電子または正孔の濃度ピーク位置とは完全に一致しなくてもよい。ただし、各ピークの相対的な位置関係は、ほぼ同じであると見なしてよい。   The CC cross section passes through the drift region 18, the FS region 20 and the collector region 22 in order of proximity to the top surface 62. Since the drift region 18 and the FS region 20 are N-type regions, they are regions in which electrons are majority carriers. The concentration in the N-type region means the electron concentration. On the other hand, since the collector region 22 is a P-type region, it is a region where holes are majority carriers. The concentration of the P-type region means the concentration of holes. In the depth direction, the peaks of the ion-implanted P-type and N-type dopant concentration distributions may coincide with the peak positions of the hole concentration and the electron concentration, respectively. Note that the concentration peak position of the implanted dopant and the concentration peak position of the electron or hole do not have to completely coincide with each other due to annealing or the like after the dopant implantation. However, the relative positional relationship of each peak may be considered to be approximately the same.

D‐D断面は、上面62に近い順に、ドリフト領域18、FS領域20、フローティング領域84およびカソード領域82を通る。フローティング領域84における濃度は正孔濃度であり、カソード領域82における濃度は電子濃度である。   The DD cross section passes through the drift region 18, the FS region 20, the floating region 84 and the cathode region 82 in order of proximity to the top surface 62. The concentration in the floating region 84 is the hole concentration, and the concentration in the cathode region 82 is the electron concentration.

図8は、第1実施形態の第3変形例における半導体装置160の製造方法の段階を示す図である。図8の(a)の段階S140は図4Bの(d)の段階S40に対応し、図8の(b)の段階S180は図4Bの(h)の段階S80に対応する。なお、第1実施形態と同じ段階については、説明を省略する。第3変形例は、フローティング領域84をカソード領域82中に形成する点が、第1実施形態と異なる。第3変形例において、フローティング領域84の上端とFS領域20との間におけるカソード領域82には、フローティング領域84形成に用いたP型ドーパント濃度分布のテール領域が存在してよい。同様に、フローティング領域84の下端と下面64との間におけるカソード領域82にも、フローティング領域84形成に用いたP型ドーパント濃度分布のテール領域が存在してよい。   FIG. 8 is a diagram showing a stage of a method of manufacturing the semiconductor device 160 in the third modified example of the first embodiment. Step S140 of FIG. 8 (a) corresponds to step S40 of FIG. 4B (d), and step S180 of FIG. 8 (b) corresponds to step S80 of FIG. 4B (h). The description of the same steps as those of the first embodiment will be omitted. The third modification differs from the first embodiment in that the floating region 84 is formed in the cathode region 82. In the third modification, in the cathode region 82 between the upper end of the floating region 84 and the FS region 20, a tail region of the P-type dopant concentration distribution used to form the floating region 84 may be present. Similarly, in the cathode region 82 between the lower end of the floating region 84 and the lower surface 64, a tail region of the P-type dopant concentration distribution used to form the floating region 84 may be present.

また、フローティング領域84のP型ドーパント濃度分布のピークは、カソード領域82の深さ位置の半分よりもFS領域20に近い位置に存在してよい。第3変形例においては、フローティング領域84を下面64よりもFS領域20の近くに設ける。これにより、カソード領域82中にフローティング領域84を設けつつも、半導体装置120の下面64にフローティング領域84が露出するリスクを低減することができる。図8の第3変形例は、図5Aおよび図5Bの第1変形例ならびに図6Aおよび図6Bの第2変形例と組み合わせてもよい。   In addition, the peak of the P-type dopant concentration distribution of floating region 84 may be present at a position closer to FS region 20 than half the depth position of cathode region 82. In the third modification, floating region 84 is provided closer to FS region 20 than to lower surface 64. Thereby, the risk of the floating region 84 being exposed to the lower surface 64 of the semiconductor device 120 can be reduced while the floating region 84 is provided in the cathode region 82. The third variation of FIG. 8 may be combined with the first variation of FIGS. 5A and 5B and the second variation of FIGS. 6A and 6B.

図9は、第1実施形態の第4変形例における半導体装置180の製造方法の段階を示す図である。図9の(a)の段階S240は図4Bの(d)の段階S40に対応し、図9の(b)の段階S280は図4Bの(h)の段階S80に対応する。なお、第1実施形態と同じ段階については説明を省略する。第4変形例は、フローティング領域84の下端をカソード領域82よりも上方に形成する点が、第1実施形態と異なる。図9の(b)においては、フローティング領域84の下端とカソード領域82の上端との距離をLとして示す。第4変形例において、フローティング領域84の下端とカソード領域82の上端との間のFS領域20には、フローティング領域84形成に用いたP型ドーパント濃度分布のテール領域が存在してよい。また、第1実施形態と同様に、フローティング領域84の上端とFS領域20の上端との間には、フローティング領域84形成に用いたP型ドーパント濃度分布のテール領域が存在してよい。図9の第4変形例は、図5Aおよび図5Bの第1変形例ならびに図6Aおよび図6Bの第2変形例と組み合わせてもよい。 FIG. 9 is a diagram showing a stage of a method of manufacturing the semiconductor device 180 in the fourth modified example of the first embodiment. Step S240 of (a) of FIG. 9 corresponds to step S40 of (d) of FIG. 4B, and step S280 of (b) of FIG. 9 corresponds to step S80 of (h) of FIG. 4B. The description of the same steps as in the first embodiment will be omitted. The fourth modification is different from the first embodiment in that the lower end of the floating region 84 is formed above the cathode region 82. In (b) of FIG. 9, it indicates the distance between the upper end of the lower end and the cathode region 82 of the floating region 84 as L 2. In the fourth modification, in the FS region 20 between the lower end of the floating region 84 and the upper end of the cathode region 82, a tail region of the P-type dopant concentration distribution used to form the floating region 84 may be present. Further, as in the first embodiment, a tail region of the P-type dopant concentration distribution used to form the floating region 84 may be present between the upper end of the floating region 84 and the upper end of the FS region 20. The fourth modification of FIG. 9 may be combined with the first modification of FIGS. 5A and 5B and the second modification of FIGS. 6A and 6B.

図10Aは、第2実施形態における半導体装置200の製造方法を示すフロー図である。なお、半導体装置200は次図にて示す。第2実施形態の製造方法は、上面構造116を形成する段階(S410)と、コレクタ領域22用注入段階(S420)と、フローティング領域84用注入段階(S440)と、カソード領域82用注入段階(S444)と、第1のアニール段階(S450)と、FS領域20用注入段階(S460)と、第2のアニール段階(S470)と、コレクタ電極24形成段階(S480)とを備える。第2実施形態においても、Sに続く数字が小さい順に各段階が行われる。   FIG. 10A is a flowchart showing a method of manufacturing the semiconductor device 200 in the second embodiment. The semiconductor device 200 is shown in the next figure. The manufacturing method of the second embodiment includes the steps of forming the top surface structure 116 (S410), injecting the collector region 22 (S420), injecting the floating region 84 (S440), and injecting the cathode region 82 (S44). S444), a first annealing step (S450), an implantation step for FS region 20 (S460), a second annealing step (S470), and a collector electrode 24 forming step (S480). Also in the second embodiment, the steps are performed in ascending order of the number following S.

図10Bは、第2実施形態における半導体装置200の製造方法の各段階を示す図である。図10Bの(a)の段階S410は、図4Bの(a)の段階S10に対応する。図10Bの(b)の段階S420は、図4Bの(b)の段階S20に対応する。図10Bの(c)の段階S440は、図4Bの(d)の段階S40に対応する。図10Bの(d)の段階S444は、図4Bの(c)の段階S30に対応する。図10Bの(e)の段階S450は、図4Bの(e)の段階S50に対応する。図10Bの(f)の段階S460は、図4Bの(f)の段階S60に対応する。図10Bの(g)の段階S470は、図4Bの(g)の段階S70に対応する。図10Bの(h)の段階S480は、図4Bの(h)の段階S80に対応する。   FIG. 10B is a diagram showing each step of the method of manufacturing the semiconductor device 200 in the second embodiment. Step S410 of (a) of FIG. 10B corresponds to step S10 of (a) of FIG. 4B. Step S420 of (b) of FIG. 10B corresponds to step S20 of (b) of FIG. 4B. Step S440 of (c) of FIG. 10B corresponds to step S40 of (d) of FIG. 4B. Step S444 of (d) of FIG. 10B corresponds to step S30 of (c) of FIG. 4B. Step S450 of (e) of FIG. 10B corresponds to step S50 of (e) of FIG. 4B. Step S460 of (f) of FIG. 10B corresponds to step S60 of (f) of FIG. 4B. Step S470 of (g) of FIG. 10B corresponds to step S70 of (g) of FIG. 4B. Step S480 of (h) of FIG. 10B corresponds to step S80 of (h) of FIG. 4B.

コレクタ領域22用注入段階およびカソード領域82用注入段階の後にフローティング領域84用注入段階を実行する場合、カソード領域82には、コレクタ領域22用のP型ドーパントに加えて、カソード領域82用のN型ドーパントが注入されることとなる。それゆえ、フローティング領域84直下のカソード領域82における結晶性の乱れが大きくなり得る。カソード領域82における結晶性の乱れが大きい場合、フローティング領域84用のP型ドーパントの注入範囲が設計範囲からばらつく可能性がある。例えば、P型ドーパントはZ軸方向に加えて、X‐Y平面方向にもばらつく可能性がある。   If the implantation step for floating region 84 is performed after the implantation step for collector region 22 and the implantation step for cathode region 82, the cathode region 82 includes N for the cathode region 82 in addition to the P-type dopant for collector region 22. Type dopant is to be implanted. Therefore, the disorder of crystallinity in the cathode region 82 immediately below the floating region 84 may be large. If the crystalline disorder in the cathode region 82 is large, the implantation range of the P-type dopant for the floating region 84 may vary from the design range. For example, P-type dopants may also vary in the XY plane direction in addition to the Z-axis direction.

これに対して、第2実施形態においては、コレクタ領域22用注入段階(S420)およびフローティング領域84用注入段階(S440)の後に、カソード領域82用注入段階(S444)を実行する。第2実施形態においては、コレクタ領域22用のP型ドーパント注入段階(S420)の後、且つ、カソード領域82用のN型ドーパント注入段階(S444)の前に、フローティング領域84用のP型ドーパントを注入する(S440)ので、フローティング領域84をより制御性良く設けることができる。これにより、フローティング領域84用のP型ドーパントの注入範囲を設計範囲に設けることができる。それゆえ、複数の半導体装置200における特性ばらつきを小さくすることができる。   On the other hand, in the second embodiment, after the injection step for the collector region 22 (S420) and the injection step for the floating region 84 (S440), the injection step for the cathode region 82 (S444) is performed. In the second embodiment, the P-type dopant for floating region 84 after the P-type dopant implantation step for collector region 22 (S420) and before the N-type dopant implantation step for cathode region 82 (S444). Since the floating region 84 is injected (S440), the floating region 84 can be provided with better controllability. Thereby, the implantation range of the P-type dopant for floating region 84 can be provided in the design range. Therefore, characteristic variations in the plurality of semiconductor devices 200 can be reduced.

さらに、本実施形態においては、下面64が清浄な状態においてコレクタ領域22用注入段階(S420)を実行するので、コレクタ領域22における欠陥88や傷を低減することができる。これにより、半導体装置200において電流リークおよび耐圧不良を低減することができる。なお、本実施形態においても、図8の半導体装置160のように、フローティング領域84をカソード領域82中に形成してよい。また、図9の半導体装置180のように、フローティング領域84の下端をカソード領域82よりも上方に形成してもよい。   Furthermore, in the present embodiment, since the implantation step (S420) for the collector region 22 is performed in a state where the lower surface 64 is clean, defects 88 and flaws in the collector region 22 can be reduced. Thus, current leak and withstand voltage failure can be reduced in the semiconductor device 200. Also in the present embodiment, the floating region 84 may be formed in the cathode region 82 as in the semiconductor device 160 of FIG. 8. In addition, as in the semiconductor device 180 of FIG. 9, the lower end of the floating region 84 may be formed above the cathode region 82.

図11Aは、第2実施形態の第1変形例における半導体装置220の製造方法を示すフロー図である。なお、半導体装置220は次図にて示す。第1変形例においては、フローティング領域84用注入段階(S440)の後にコレクタ領域22用注入段階(S442)を行い、且つ、コレクタ領域22用注入段階(S442)の後にカソード領域82用注入段階(S444)を行う。係る点が、第2実施形態と異なる。   FIG. 11A is a flowchart showing a method of manufacturing the semiconductor device 220 in the first modified example of the second embodiment. The semiconductor device 220 is shown in the next drawing. In the first modification, the injection step for collector region 22 (S 442) is performed after the injection step for floating region 84 (S 440), and the injection step for cathode region 82 (S 442) is performed after the injection step for collector region 22 (S 442). S444) is performed. The point which concerns is different from 2nd Embodiment.

図11Bは、第2実施形態の第1変形例における半導体装置220の製造方法の各段階を示す図である。図11Bの(a)の段階S440は、図10Bの(c)の段階S440に対応する。図11Bの(b)の段階S442は、図10Bの(b)の段階S420に対応する。図11Bの(c)の段階S444は、図10Bの(d)の段階S444に対応する。図11Bの(d)の段階S480は、図10Bの(h)の段階S480に対応する。第1変形例においては、下面構造118の形成においてフローティング領域84を最初に形成するので、第2実施形態に比べてフローティング領域84の制御性をさらに向上させることができる。   FIG. 11B is a diagram showing each step of the method of manufacturing the semiconductor device 220 in the first modified example of the second embodiment. Step S440 of (a) of FIG. 11B corresponds to step S440 of (c) of FIG. 10B. Step S442 of (b) of FIG. 11B corresponds to step S420 of (b) of FIG. 10B. Step S444 of (c) of FIG. 11B corresponds to step S444 of (d) of FIG. 10B. Step S480 of (d) of FIG. 11B corresponds to step S480 of (h) of FIG. 10B. In the first modification, since the floating region 84 is first formed in the formation of the lower surface structure 118, the controllability of the floating region 84 can be further improved as compared with the second embodiment.

図12Aは、第2実施形態の第2変形例における半導体装置240の製造方法を示すフロー図である。なお、半導体装置240は次図にて示す。第2変形例においては、フローティング領域84用注入段階(S440)の後にカソード領域82用注入段階(S444)を行い、且つ、カソード領域82用注入段階(S444)の後にコレクタ領域22用注入段階(S448)を行う。係る点が、第2実施形態と異なる。   FIG. 12A is a flowchart showing a method of manufacturing the semiconductor device 240 in the second modified example of the second embodiment. The semiconductor device 240 is shown in the next drawing. In the second modification, the implantation step (S444) for the cathode region 82 is performed after the implantation step (S440) for the floating region 84, and the implantation step for the collector region 22 (S444) after the implantation step (S444) for the cathode region 82. S448) is performed. The point which concerns is different from 2nd Embodiment.

図12Bは、第2実施形態の第2変形例における半導体装置240の製造方法の各段階を示す図である。図12Bの(a)の段階S440は、図10Bの(c)の段階S440に対応する。図12Bの(b)の段階S444は、図10Bの(d)の段階S444に対応する。図12Bの(c)の段階S448は、図10Bの(b)の段階S420に対応する。図12Bの(d)の段階S480は、図10Bの(h)の段階S480に対応する。第2変形例においても、下面構造118の形成においてフローティング領域84を最初に形成するので、第2実施形態に比べてフローティング領域84の制御性をさらに向上させることができる。   FIG. 12B is a diagram showing each step of the method of manufacturing the semiconductor device 240 in the second modified example of the second embodiment. Step S440 of (a) of FIG. 12B corresponds to step S440 of (c) of FIG. 10B. Step S444 of (b) of FIG. 12B corresponds to step S444 of (d) of FIG. 10B. Step S448 of (c) of FIG. 12B corresponds to step S420 of (b) of FIG. 10B. Step S480 of (d) of FIG. 12B corresponds to step S480 of (h) of FIG. 10B. Also in the second modification, since the floating region 84 is first formed in the formation of the lower surface structure 118, the controllability of the floating region 84 can be further improved compared to the second embodiment.

なお、第2実施形態、第2実施形態の第1変形例、および、第2実施形態の第2変形例においても、図8の半導体装置160のように、フローティング領域84をカソード領域82中に形成してよい。また、図9の半導体装置180のように、フローティング領域84の下端をカソード領域82よりも上方に形成してもよい。   Also in the second embodiment, the first modified example of the second embodiment, and the second modified example of the second embodiment, as in the semiconductor device 160 of FIG. You may form. In addition, as in the semiconductor device 180 of FIG. 9, the lower end of the floating region 84 may be formed above the cathode region 82.

図13Aは、第3実施形態における半導体装置300の製造方法を示すフロー図である。なお、半導体装置300は次図にて示す。第3実施形態は、境界72の位置とフローティング領域84の端部91とが一致する点において、上述の実施形態と異なる。図13Aに示す各段階の順序は図4Aと同じであるが、段階S520、S530およびS540は、図5A、6A、10A、11Aおよび12Aの各実施形態のように、適宜入れ替えてもよい。   FIG. 13A is a flowchart showing a method of manufacturing the semiconductor device 300 in the third embodiment. The semiconductor device 300 is shown in the next drawing. The third embodiment is different from the above-described embodiment in that the position of the boundary 72 coincides with the end 91 of the floating region 84. The order of the steps shown in FIG. 13A is the same as in FIG. 4A, but steps S520, S530 and S540 may be replaced as appropriate, as in the embodiments of FIGS. 5A, 6A, 10A, 11A and 12A.

図13Bの(a)及び(b)は、第3実施形態における半導体装置300の製造方法の段階を示す図である。図13Bの(a)は、フローティング領域84用注入段階(S540)であり、図13Bの(b)は、コレクタ電極24形成段階(S580)である。段階S540においては、フローティング領域84に対応するマスク68‐2のX軸方向の端部69を境界72に一致させる。これにより、段階S580に示すように、半導体装置300におけるフローティング領域84の端部91が、X軸方向において境界72に位置する。なお、本実施形態においても、端部91の位置は、コレクタ領域22用注入段階(S520)、カソード領域82用注入段階(S530)およびフローティング領域84用注入段階(S540)の後である段階S580における位置である。   FIGS. 13A and 13B are views showing steps of a method of manufacturing the semiconductor device 300 in the third embodiment. FIG. 13B (a) shows the implantation step (S540) for the floating region 84, and FIG. 13B (b) shows the step of forming the collector electrode 24 (S580). In step S540, the end 69 in the X-axis direction of the mask 68-2 corresponding to the floating region 84 is aligned with the boundary 72. Thereby, as shown in step S580, the end 91 of the floating region 84 in the semiconductor device 300 is located at the boundary 72 in the X-axis direction. Also in the present embodiment, the position of the end 91 is after the injection step for the collector region 22 (S520), the injection step for the cathode region 82 (S530), and the injection step for the floating region 84 (S540). Position in the

段階S540においては、カソード領域82よりも上面62に近い範囲にP型ドーパントを注入してよい。この結果、半導体装置300において、フローティング領域84の下端94は、カソード領域82の上端83から離間してよい。   In step S540, a P-type dopant may be implanted in a range closer to the top surface 62 than the cathode region 82. As a result, in the semiconductor device 300, the lower end 94 of the floating region 84 may be separated from the upper end 83 of the cathode region 82.

本実施形態においては、X‐Y平面方向においてフローティング領域84を可能な限りIGBT領域70に近づけつつも、Z軸方向においてフローティング領域84を確実にコレクタ領域22から離間させることができる。従って、フローティング領域84がIGBT領域70にまで設けられる場合に比べて、フローティング領域84とコレクタ領域22とが短絡することをより確実に防ぐことができる。なお、半導体装置300において、フローティング領域84の上端93は、FS領域20の上端よりも下面64に近くてよい。つまり、フローティング領域84の上端93の上方にはFS領域20が存在してよい。   In the present embodiment, the floating region 84 can be reliably separated from the collector region 22 in the Z-axis direction while bringing the floating region 84 as close as possible to the IGBT region 70 in the XY plane direction. Therefore, compared to the case where floating region 84 is provided up to IGBT region 70, short circuit between floating region 84 and collector region 22 can be more reliably prevented. In the semiconductor device 300, the upper end 93 of the floating region 84 may be closer to the lower surface 64 than the upper end of the FS region 20. That is, the FS region 20 may exist above the upper end 93 of the floating region 84.

図13Cは、第3実施形態における境界72近傍の電子および正孔の濃度分布を示す図である。図13Cの中央に、半導体装置300における境界72近傍の部分拡大図を示す。図13Cでは、境界72近傍の部分拡大図を挟んで、部分拡大図のE‐E断面およびF‐F断面における電子正孔濃度分布をそれぞれ示す。E‐E断面およびF‐F断面において、横軸は電子濃度または正孔濃度(cm−3)であり、縦軸は深さ位置(μm)である。 FIG. 13C is a view showing concentration distribution of electrons and holes in the vicinity of the boundary 72 in the third embodiment. A partially enlarged view of the vicinity of the boundary 72 in the semiconductor device 300 is shown in the center of FIG. 13C. FIG. 13C shows the electron-hole concentration distribution in the EE cross section and the FF cross section of the partial enlarged view, with the partial enlarged view in the vicinity of the boundary 72 interposed therebetween. In the EE cross section and the FF cross section, the horizontal axis is the electron concentration or the hole concentration (cm −3 ), and the vertical axis is the depth position (μm).

E‐E断面は図7のC‐C断面と同じであるので、説明を省略する。F‐F断面は、図7のD‐D断面に類似する。ただし、F‐F断面においては、カソード領域82の上端83とフローティング領域84の下端94との間に、FS領域20が設けられる。F‐F断面は、フローティング領域84の端部91の位置以外の点において、図9の(b)と同じであってよい。   The EE cross section is the same as the CC cross section in FIG. The FF cross section is similar to the DD cross section of FIG. However, in the F-F cross section, the FS region 20 is provided between the upper end 83 of the cathode region 82 and the lower end 94 of the floating region 84. The F-F cross section may be the same as (b) of FIG. 9 except for the position of the end 91 of the floating region 84.

図13Cに示す様に、フローティング領域84は、カソード領域82の上端83から離間してよい。Z軸方向においてカソード領域82とコレクタ領域22との上端の位置が同じである本実施形態においては、フローティング領域84の下端94は、コレクタ領域22の上端23よりも上面62に近い。また、フローティング領域84の上端93は、FS領域20の上端よりも下に位置する。なお、本実施形態において、Z軸方向においてカソード領域82の上端83は、コレクタ領域22の上端23よりも上面62に近く、且つ、フローティング領域84は、カソード領域82の上端83から離間してもよい。   The floating region 84 may be spaced from the top end 83 of the cathode region 82, as shown in FIG. 13C. In the present embodiment in which the positions of the upper end of the cathode region 82 and the collector region 22 are the same in the Z-axis direction, the lower end 94 of the floating region 84 is closer to the upper surface 62 than the upper end 23 of the collector region 22. Further, the upper end 93 of the floating region 84 is located below the upper end of the FS region 20. In the present embodiment, the upper end 83 of the cathode region 82 is closer to the upper surface 62 than the upper end 23 of the collector region 22 in the Z-axis direction, and the floating region 84 is separated from the upper end 83 of the cathode region 82. Good.

図13Dは、第3実施形態の第1変形例における境界72近傍の電子および正孔の濃度分布を示す図である。図13Dの中央に境界72近傍の部分拡大図を示し、図13Dの左側および右側に部分拡大図のG‐G断面およびH‐H断面におけるドーパント濃度分布をそれぞれ示す。G‐G断面およびH‐H断面の横軸および縦軸は、図13Cと同じである。   FIG. 13D is a view showing concentration distribution of electrons and holes in the vicinity of the boundary 72 in the first modified example of the third embodiment. A partial enlarged view in the vicinity of the boundary 72 is shown in the center of FIG. 13D, and dopant concentration distributions in the GG section and the HH cross section of the partial enlarged view are shown on the left and right of FIG. 13D, respectively. The horizontal and vertical axes of the GG and HH cross sections are the same as in FIG. 13C.

当該第1変形例においては、カソード領域82のZ軸方向の厚さをコレクタ領域22のZ軸方向の厚さよりも厚くする。カソード領域82の上端83及びフローティング領域84の下端94は、電子濃度及び正孔濃度が谷を形成する位置とする。例えば、下面64にP型ドーパントを注入するコレクタ領域22用注入段階S520の後に、N型ドーパントを注入するカソード領域82用注入段階S530を実行することで、コレクタ領域22よりも厚いカソード領域82を形成する。なお、N型ドーパントを注入するカソード領域82用注入段階S530を先に実行し、この後に、コレクタ領域22用注入段階S520を実行してもよい。   In the first modification, the thickness in the Z-axis direction of the cathode region 82 is made thicker than the thickness in the Z-axis direction of the collector region 22. The upper end 83 of the cathode region 82 and the lower end 94 of the floating region 84 are positions where the electron concentration and the hole concentration form a valley. For example, by performing the implantation step S530 for the cathode region 82 for implanting the N-type dopant after the implantation step S520 for the collector region 22 for implanting the P-type dopant into the lower surface 64, the cathode region 82 thicker than the collector region 22 is implemented. Form. Alternatively, the implantation step S530 for the cathode region 82 for implanting the N-type dopant may be performed first, and then the implantation step S520 for the collector region 22 may be performed.

当該第1変形例においては、カソード領域82の方がコレクタ領域22よりも厚いので、カソード領域82の上端93は、コレクタ領域22の上端23よりも上面62の近くに位置する。また、フローティング領域84の下端94は、コレクタ領域22の上端23よりも上面62に近い。これにより、フローティング領域84とコレクタ領域22とが短絡することを確実に防ぐことができる。それゆえ、半導体装置300の特性を、設計された特性に近づけることができる。また、境界72の位置とフローティング領域84の端部91とが一致する第3実施形態に限らず、第1実施形態、第2実施形態においても、コレクタ領域22よりも厚いカソード領域82とすることで、意図した構造を製造しやすくなり、より信頼性を高めることできる。なお、カソード領域82の方がコレクタ領域22よりも厚いとは、カソード領域82の方が微差によりコレクタ領域22よりも厚い場合に限らず、カソード領域82の方がコレクタ領域22よりも明確に厚い場合を意図するものとしてもよい。具体的には、カソード領域82の方がコレクタ領域22よりも1.2倍程度厚くてよく、好ましくは、カソード領域82の方がコレクタ領域22よりも1.4倍程度厚くてよく、より好ましくは、カソード領域82の方がコレクタ領域22よりも1.6倍程度厚くてよい。   In the first modification, since the cathode region 82 is thicker than the collector region 22, the upper end 93 of the cathode region 82 is closer to the upper surface 62 than the upper end 23 of the collector region 22. Further, the lower end 94 of the floating region 84 is closer to the upper surface 62 than the upper end 23 of the collector region 22. Thereby, short circuit between floating region 84 and collector region 22 can be reliably prevented. Therefore, the characteristics of the semiconductor device 300 can be made close to the designed characteristics. Further, not only in the third embodiment in which the position of the boundary 72 coincides with the end 91 of the floating region 84, but also in the first and second embodiments, the cathode region 82 is thicker than the collector region 22. In this way, it is easier to manufacture the intended structure, and the reliability can be further improved. The cathode region 82 being thicker than the collector region 22 is not limited to the case where the cathode region 82 is thicker than the collector region 22 due to a slight difference, and the cathode region 82 is clearer than the collector region 22. A thick case may be intended. Specifically, the cathode region 82 may be about 1.2 times thicker than the collector region 22, and preferably the cathode region 82 may be about 1.4 times thicker than the collector region 22, more preferably The cathode region 82 may be about 1.6 times thicker than the collector region 22.

なお、フローティング領域84用注入段階S540は、コレクタ領域22用注入段階S520及びカソード領域82用注入段階S530の前に実行してもよい。また、フローティング領域84用注入段階S540は、コレクタ領域22用注入段階S520とカソード領域82用注入段階S530との間、または、コレクタ領域22用注入段階S520及びカソード領域82用注入段階S530の後に実行してもよい。なお、当該第1変形例においても、フローティング領域84の端部91は、境界72に位置する。   The implantation step S540 for the floating region 84 may be performed before the implantation step S520 for the collector region 22 and the implantation step S530 for the cathode region 82. Also, the implantation step S540 for the floating region 84 is performed between the implantation step S520 for the collector region 22 and the implantation step S530 for the cathode region 82 or after the implantation step S520 for the collector region 22 and the implantation step S530 for the cathode region 82. You may Also in the first modification, the end 91 of the floating region 84 is located at the boundary 72.

図13Eは、第3実施形態の第2変形例における境界72近傍の電子および正孔の濃度分布を示す図である。図13Eの中央に境界72近傍の部分拡大図を示し、図13Eでは、境界72近傍の部分拡大図を挟んで、部分拡大図のI‐I断面およびJ‐J断面におけるドーパント濃度分布をそれぞれ示す。I‐I断面およびJ‐J断面の横軸および縦軸は、図13Cと同じである。   FIG. 13E is a view showing concentration distribution of electrons and holes in the vicinity of the boundary 72 in the second modified example of the third embodiment. A partial enlarged view in the vicinity of the boundary 72 is shown in the center of FIG. 13E, and in FIG. 13E, the dopant concentration distribution in the I-I cross section and the JJ cross section of the partial enlarged view is shown respectively . The horizontal and vertical axes of the I-I cross section and the JJ cross section are the same as in FIG. 13C.

当該第2変形例においても、カソード領域82の深さ方向の厚さをコレクタ領域22のZ軸方向の厚さよりも厚くする。なお、深さ方向は、下面64から上面62に向かう方向と平行であってよい。カソード領域82用注入段階において、異なる加速エネルギーによりN型イオンを注入してもよい。つまり、カソード領域82用注入段階において、N型イオンの濃度分布が深さ方向の一つの位置にピークを有するようにイオン注入を実行してよく、N型イオンの濃度分布が深さ方向の異なる複数の位置にピークを有するようにイオン注入を実行してもよい。   Also in the second modification, the thickness in the depth direction of the cathode region 82 is made thicker than the thickness in the Z-axis direction of the collector region 22. The depth direction may be parallel to the direction from the lower surface 64 toward the upper surface 62. In the implantation step for the cathode region 82, N-type ions may be implanted with different acceleration energy. That is, in the implantation step for the cathode region 82, the ion implantation may be performed so that the concentration distribution of the N-type ions has a peak at one position in the depth direction, and the concentration distribution of the N-type ions differs in the depth direction The ion implantation may be performed to have peaks at a plurality of positions.

カソード領域82が深さ方向の異なる複数の位置にピークを有する場合、フローティング領域84のP型ドーパント濃度分布のピーク位置は、カソード領域82のN型ドーパント濃度分布の複数のピークの間に設けられてよい。カソード領域82のN型ドーパント濃度分布における複数のピーク濃度の各々は、同じであってよく、上面62に向かうにつれて減少してよく、上面62に向かうにつれて増加してもよい。また、フローティング領域84用注入段階S540で注入されるP型ドーパント濃度は、フローティング領域84の領域にカソード領域82用注入段階S530で注入されるN型ドーパント濃度より、高くてよい。   When cathode region 82 has peaks at a plurality of different positions in the depth direction, the peak position of the P-type dopant concentration distribution of floating region 84 is provided between the plurality of peaks of the N-type dopant concentration distribution of cathode region 82 You may Each of the plurality of peak concentrations in the N-type dopant concentration distribution of cathode region 82 may be the same, may decrease toward upper surface 62, and may increase toward upper surface 62. Further, the P-type dopant concentration implanted in the implantation step S540 for the floating region 84 may be higher than the N-type dopant concentration implanted in the implantation step S530 for the cathode region 82 in the region of the floating region 84.

当該第2変形例において、カソード領域82が深さ方向の異なる位置にN型のドーパント濃度のピークを二つ有するように、段階S530においてN型ドーパントを注入する。これにより、カソード領域82は、深さ方向の異なる位置に電子濃度のピークを二つ有する。さらに、当該第2変形例において、フローティング領域84のP型のドーパント濃度のピークがN型のドーパント濃度の二つのピークの間に位置するように、段階S540においてP型ドーパントを注入する。これにより、フローティング領域84における正孔濃度のピーク位置は、深さ方向において、カソード領域82における二つの電子濃度のピークの間に位置する。当該第2変形例においては、カソード領域82のピーク位置とフローティング領域84のピーク位置とが深さ方向において重なる場合に比べて、フローティング領域84用注入段階においてP型ドーパント濃度を低減しても、十分なP型特性を有するフローティング領域84を得ることができる。   In the second modification, N-type dopant is implanted in step S530 such that the cathode region 82 has two peaks of N-type dopant concentration at different positions in the depth direction. Thus, the cathode region 82 has two electron concentration peaks at different positions in the depth direction. Furthermore, in the second modification, the P-type dopant is implanted in step S540 such that the P-type dopant concentration peak of the floating region 84 is located between the two N-type dopant concentration peaks. Thereby, the peak position of the hole concentration in the floating region 84 is located between the two electron concentration peaks in the cathode region 82 in the depth direction. In the second modification, even if the P-type dopant concentration is reduced in the implantation step for floating region 84 as compared with the case where the peak position of cathode region 82 and the peak position of floating region 84 overlap in the depth direction, A floating region 84 having sufficient P-type characteristics can be obtained.

また、他の実施形態において、カソード領域82は深さ方向の異なる位置に三つ以上のN型ドーパント濃度のピークを有してもよい。この場合、フローティング領域84のピーク位置は、カソード領域82のいずれか二つのピーク位置の間に設けられてよい。   In another embodiment, the cathode region 82 may have three or more N-type dopant concentration peaks at different positions in the depth direction. In this case, the peak position of the floating region 84 may be provided between any two peak positions of the cathode region 82.

第2変形例においては、フローティング領域84のZ軸方向の全範囲は、カソード領域82中に位置する。また、フローティング領域84の下端94は、コレクタ領域22の上端23よりも上面62に近い。それゆえ、X‐Y平面方向においてフローティング領域84を可能な限りIGBT領域70に近づけつつも、Z軸方向においてフローティング領域84を確実にコレクタ領域22から離間させることができる。なお、他の実施形態においては、フローティング領域84の少なくとも一部が、カソード領域82中に位置してもよい。つまり、フローティング領域84の下部がカソード領域82の上部と部分的に重なって、フローティング領域84の上端93がカソード領域82の上端83よりも上にあってもよい。フローティング領域84のピークがカソード領域82のピークよりも高濃度の場合、こうした形状が容易に形成される。   In the second modification, the entire range in the Z-axis direction of floating region 84 is located in cathode region 82. Further, the lower end 94 of the floating region 84 is closer to the upper surface 62 than the upper end 23 of the collector region 22. Therefore, floating region 84 can be reliably separated from collector region 22 in the Z-axis direction while floating region 84 is as close as possible to IGBT region 70 in the XY plane direction. However, in other embodiments, at least a portion of floating region 84 may be located in cathode region 82. That is, the lower portion of the floating region 84 may partially overlap the upper portion of the cathode region 82, and the upper end 93 of the floating region 84 may be above the upper end 83 of the cathode region 82. Such a shape is easily formed when the peak of floating region 84 is higher in concentration than the peak of cathode region 82.

なお、図13Bから図13Eのコレクタ領域22、カソード領域82、フローティング領域84の説明は、フローティング領域84の端部91がX軸方向において境界72に達しない第1実施形態及び第2実施形態にも適用してよい。   The description of collector region 22, cathode region 82, and floating region 84 in FIGS. 13B to 13E corresponds to the first embodiment and the second embodiment in which end portion 91 of floating region 84 does not reach boundary 72 in the X-axis direction. May also apply.

図14は、第4実施形態に係るFWD領域80の上面視図である。第4実施形態の半導体装置は、一つの半導体基板10に、FWD領域80およびIGBT領域70の両方を有してよく、FWD領域80だけを有していてもよい。IGBT領域70は、第1から第3実施形態におけるいずれかのIGBT領域70と同一である。IGBT領域70は、上面視においてFWD領域80と並んで配置されている。   FIG. 14 is a top view of the FWD region 80 according to the fourth embodiment. The semiconductor device of the fourth embodiment may have both the FWD region 80 and the IGBT region 70 in one semiconductor substrate 10, and may have only the FWD region 80. The IGBT region 70 is the same as the IGBT region 70 in any of the first to third embodiments. The IGBT region 70 is arranged side by side with the FWD region 80 in top view.

本例では、ゲートトレンチ部40およびエミッタ領域12を含むゲート構造が周期的に配置された領域をIGBT領域70とする。また、当該ゲート構造が設けられておらず、且つ、半導体基板10の下面64にカソード領域82が周期的に配置された領域をFWD領域80とする。FWD領域80の各メサ部60の上面においては、80%以上の面積がベース領域14等のP型領域であってよい。   In this example, a region in which a gate structure including the gate trench portion 40 and the emitter region 12 is periodically arranged is referred to as an IGBT region 70. Further, a region in which the gate structure is not provided and in which the cathode region 82 is periodically arranged on the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10 is referred to as an FWD region 80. In the upper surface of each mesa 60 in the FWD region 80, an area of 80% or more may be a P-type region such as the base region 14.

本例のFWD領域80は、半導体基板10の下面64に露出する、第1導電型(本例ではP+型)のカソード間領域81を備える点で、第1から第3実施形態におけるFWD領域80と相違する。カソード間領域81以外の構造は、第1から第3の各実施形態におけるいずれかの例と同一である。カソード間領域81のドーピング濃度およびZ軸方向の厚みは、IGBT領域70のコレクタ領域22と同一であってよい。   The FWD region 80 according to the first to third embodiments in that the FWD region 80 of the present embodiment includes the inter-cathode region 81 of the first conductivity type (P + type in this embodiment) exposed on the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10. It is different from. The structure other than the inter-cathode region 81 is the same as any one of the first to third embodiments. The doping concentration of the inter-cathode region 81 and the thickness in the Z-axis direction may be the same as that of the collector region 22 of the IGBT region 70.

カソード間領域81は、下面64と平行な面内の予め定められた方向において、カソード領域82と交互に配置されている。図14の例では、カソード間領域81とカソード領域82は、Y軸方向に沿って交互に配置されている。カソード間領域81およびカソード領域82は、FWD領域80のX軸方向における一方の端から他方の端まで、X軸方向に伸びる帯形状を有してよい。   The inter-cathode regions 81 are alternately arranged with the cathode regions 82 in a predetermined direction in a plane parallel to the lower surface 64. In the example of FIG. 14, the inter-cathode regions 81 and the cathode regions 82 are alternately arranged along the Y-axis direction. The inter-cathode region 81 and the cathode region 82 may have a band shape extending in the X-axis direction from one end to the other end of the FWD region 80 in the X-axis direction.

他の例では、カソード間領域81とカソード領域82は、Y軸方向とは異なる方向に沿って交互に配置されていてもよい。また、カソード間領域81とカソード領域82は、2つの方向において交互に配置されていてもよい。カソード間領域81とカソード領域82は、X軸方向およびY軸方向の両方において交互に配置されていてもよい。   In another example, the inter-cathode regions 81 and the cathode regions 82 may be alternately arranged along a direction different from the Y-axis direction. In addition, the inter-cathode regions 81 and the cathode regions 82 may be alternately arranged in two directions. The inter-cathode regions 81 and the cathode regions 82 may be alternately arranged in both the X-axis direction and the Y-axis direction.

フローティング領域84は、カソード領域82の上方と、カソード間領域81の上方とに設けられている。ただし、カソード領域82の一部の領域の上方には、フローティング領域84が設けられていない。また、カソード間領域81の一部の領域の上方には、フローティング領域84が設けられていない。   Floating region 84 is provided above cathode region 82 and above inter-cathode region 81. However, the floating region 84 is not provided above the partial region of the cathode region 82. In addition, the floating region 84 is not provided above the partial region of the inter-cathode region 81.

FWD領域80において、カソード間領域81と、フローティング領域84とを設けることで、カソード領域82からのキャリアの注入量を、より精度よく調整できる。このため、半導体装置の特性を、より精度よく調整できる。   By providing the inter-cathode region 81 and the floating region 84 in the FWD region 80, the amount of carriers injected from the cathode region 82 can be adjusted more accurately. Therefore, the characteristics of the semiconductor device can be adjusted more accurately.

図15は、図14におけるK−K断面およびL−L断面を含む斜視断面図である。K−K断面はXZ面であり、L−L断面はYZ面である。図15においては、半導体基板10の断面を示しており、層間絶縁膜38、エミッタ電極52およびコレクタ電極24を省略している。   FIG. 15 is a perspective sectional view including the K-K cross section and the L-L cross section in FIG. The KK cross section is an XZ plane, and the LL cross section is a YZ plane. In FIG. 15, the cross section of the semiconductor substrate 10 is shown, and the interlayer insulating film 38, the emitter electrode 52 and the collector electrode 24 are omitted.

図14および図15に示すように、本例のフローティング領域84は、X軸方向において、それぞれのカソード領域82の一部と重なって配置されている。つまり、カソード領域82のX軸方向における一部は、フローティング領域84と重なっていない。フローティング領域84は、X軸方向において、それぞれのカソード間領域81の一部と重なって配置されていてよい。カソード間領域81のX軸方向における一部は、フローティング領域84と重なっていなくてよい。なお重なるとは、Z軸方向において対向する位置に配置されることを指す。図14に示すように、フローティング領域84は、X軸方向において離散的に配置されていてよい。2つのフローティング領域84の間には、ドリフト領域18またはFS領域20が設けられてよい。   As shown in FIGS. 14 and 15, the floating regions 84 in this example are arranged to overlap with part of the respective cathode regions 82 in the X-axis direction. That is, a part of the cathode region 82 in the X-axis direction does not overlap with the floating region 84. The floating regions 84 may be arranged to overlap with part of the respective inter-cathode regions 81 in the X-axis direction. A part of the inter-cathode region 81 in the X-axis direction may not overlap with the floating region 84. Note that “overlap” means being disposed at opposing positions in the Z-axis direction. As shown in FIG. 14, the floating regions 84 may be discretely arranged in the X-axis direction. Between the two floating regions 84, a drift region 18 or FS region 20 may be provided.

図14および図15に示すように、本例のフローティング領域84は、Y軸方向において、それぞれのカソード領域82の全体と重なって配置されている。本例のフローティング領域84は、Y軸方向において、カソード間領域81の一部と重なる位置まで延伸している。図14に示すように、フローティング領域84は、Y軸方向において離散的に配置されていてよい。それぞれのカソード領域82のY軸方向における両端部は、フローティング領域84と重なっていてよい。また、他の例においては、フローティング領域84は、Y軸方向において、それぞれのカソード間領域81の全体と重なって配置されていてもよい。この場合フローティング領域84は、Y軸方向において、カソード領域82の一部と重なる位置まで延伸していてよい。   As shown in FIGS. 14 and 15, the floating region 84 of this example is disposed to overlap the entire cathode region 82 in the Y-axis direction. The floating region 84 in this example extends to a position overlapping a part of the inter-cathode region 81 in the Y-axis direction. As shown in FIG. 14, the floating regions 84 may be discretely arranged in the Y-axis direction. Both ends of each cathode region 82 in the Y-axis direction may overlap with the floating region 84. In another example, floating regions 84 may be arranged to overlap the entire inter-cathode regions 81 in the Y-axis direction. In this case, floating region 84 may extend to a position overlapping a portion of cathode region 82 in the Y-axis direction.

図15に示すように、ダミートレンチ部30は、所定の延伸方向(本例ではY軸方向)に延びて設けられている。ダミートレンチ部30の延伸方向は、上面視図においてダミートレンチ部30の長手方向である。カソード間領域81とカソード領域82は、ダミートレンチ部30の延伸方向(Y軸方向)に沿って交互に配置されている。このため、それぞれのメサ部60−2の下方には、カソード間領域81とカソード領域82の両方が配置される。このため、それぞれのメサ部60−2において、カソード領域82からのキャリア注入量を均一化できる。   As shown in FIG. 15, the dummy trench portion 30 is provided to extend in a predetermined extending direction (in this example, the Y-axis direction). The extending direction of the dummy trench portion 30 is the longitudinal direction of the dummy trench portion 30 in a top view. The inter-cathode regions 81 and the cathode regions 82 are alternately arranged along the extension direction (Y-axis direction) of the dummy trench portion 30. Therefore, both of the inter-cathode region 81 and the cathode region 82 are disposed below the respective mesa portions 60-2. Therefore, in each of the mesa portions 60-2, the carrier injection amount from the cathode region 82 can be made uniform.

また、フローティング領域84は、半導体基板10の深さ方向において、カソード間領域81と離れて配置されている。これによりフローティング領域84が、カソード間領域81を介して、コレクタ電極24と接続されることを防げる。カソード間領域81とフローティング領域84との間には、FS領域20またはドリフト領域18が設けられていてよい。   Further, the floating region 84 is disposed apart from the inter-cathode region 81 in the depth direction of the semiconductor substrate 10. Thereby, floating region 84 can be prevented from being connected to collector electrode 24 via inter-cathode region 81. FS region 20 or drift region 18 may be provided between inter-cathode region 81 and floating region 84.

図16は、フローティング領域84、カソード領域82およびカソード間領域81の配置例を説明する拡大上面図である。本例では、フローティング領域84とカソード間領域81が重なっている領域を第1領域101、カソード間領域81が設けられフローティング領域84が設けられていない領域を第2領域102、カソード領域82とフローティング領域84が重なっている領域を第3領域103、カソード領域82が設けられフローティング領域84が設けられていない領域を第4領域104とする。第1領域101は下面64側からの電子の注入量が最も少ない領域、すなわち電子の注入量が実質的にない領域であり、第4領域104は下面64側からの電子の注入量が最も多い領域である。第2領域102も、第1領域101と同様に電子の注入量が実質的にない領域である。一方、これらの第1領域101、第2領域102は、逆回復時に正孔を注入する効果を有し、フローティング領域84によって正孔の注入量も調整することができる。第3領域103は、下面64側からの電子の注入量が、第1領域101、第2領域102よりも多く、第4領域104よりも少ない領域である。なお電子の注入量は、単位面積当たりの注入量である。   FIG. 16 is an enlarged top view for explaining an arrangement example of floating region 84, cathode region 82 and inter-cathode region 81. Referring to FIG. In this example, the area where the floating area 84 and the inter-cathode area 81 overlap is the first area 101, the area between the cathode 81 is provided, and the area where the floating area 84 is not provided is floating with the second area 102, the cathode area 82. A region where the regions 84 overlap is referred to as a third region 103, and a region where the cathode region 82 is provided and the floating region 84 is not provided is referred to as a fourth region 104. The first region 101 is a region in which the electron injection amount from the lower surface 64 side is the smallest, that is, a region in which the electron injection amount is substantially zero, and the fourth region 104 is a region in which the electron injection amount from the lower surface 64 side is the largest. It is an area. Similarly to the first region 101, the second region 102 is also a region where there is substantially no electron injection. On the other hand, the first region 101 and the second region 102 have an effect of injecting holes at the time of reverse recovery, and the floating region 84 can also adjust the injection amount of holes. The third region 103 is a region where the injection amount of electrons from the lower surface 64 side is larger than that of the first region 101 and the second region 102 and smaller than that of the fourth region 104. The electron injection amount is the injection amount per unit area.

このように、フローティング領域84と、カソード領域82およびカソード間領域81とを重ねて配置することで、キャリア(電子・正孔)の注入を調整するための第1領域101、第2領域102、第3領域103、第4領域104を設けることができる。これらの領域の面積比を調整することで、FWD領域80におけるキャリア(電子・正孔)の総注入量を精度よく調整できる。また、Y軸方向において、フローティング領域84をカソード間領域81毎に設け、且つ、フローティング領域84の幅をカソード間領域81の幅よりも大きくすることで、カソード領域82およびカソード間領域81の各境界に第3領域103を配置できる。   Thus, by arranging the floating region 84 and the cathode region 82 and the inter-cathode region 81 in an overlapping manner, the first region 101 and the second region 102 for adjusting the injection of carriers (electrons and holes), A third region 103 and a fourth region 104 can be provided. By adjusting the area ratio of these regions, the total injection amount of carriers (electrons and holes) in the FWD region 80 can be accurately adjusted. Further, floating regions 84 are provided for each of the inter-cathode regions 81 in the Y-axis direction, and the width of the floating regions 84 is larger than the width of the inter-cathode regions 81, whereby each of the cathode region 82 and the inter-cathode region 81 is formed. The third area 103 can be arranged at the boundary.

一例として、上面視におけるフローティング領域84の面積は、カソード領域82の面積より大きくてよい。フローティング領域84の面積は、第1領域101の面積より大きい。また、フローティング領域84の面積は、第3領域103の面積より大きい。フローティング領域84の面積は、カソード領域82およびカソード間領域81の面積の和の90%以下であってよい。また、カソード間領域81の面積は、カソード領域82の面積より大きくてよい。なお各領域の面積は、FWD領域80における領域毎の総面積を指す。   As an example, the area of floating region 84 in top view may be larger than the area of cathode region 82. The area of the floating region 84 is larger than the area of the first region 101. In addition, the area of the floating region 84 is larger than the area of the third region 103. The area of floating region 84 may be 90% or less of the sum of the areas of cathode region 82 and inter-cathode region 81. In addition, the area of the inter-cathode region 81 may be larger than the area of the cathode region 82. The area of each region indicates the total area of each region in FWD region 80.

図17は、YZ面におけるカソード領域82およびカソード間領域81を示す図である。カソード領域82は、半導体基板10の下面64を基準として、カソード間領域81よりも深くまで設けられている。深さ方向(Z軸方向)におけるカソード領域82の厚みをZ2、カソード間領域81の厚みをZ1とする。厚みZ2は、厚みZ1より大きい。   FIG. 17 is a view showing the cathode region 82 and the inter-cathode region 81 in the YZ plane. The cathode region 82 is provided to be deeper than the inter-cathode region 81 with reference to the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10. The thickness of the cathode region 82 in the depth direction (Z-axis direction) is Z2, and the thickness of the inter-cathode region 81 is Z1. The thickness Z2 is larger than the thickness Z1.

フローティング領域84は、カソード領域82の上端よりも上方に配置される。カソード領域82の厚みZ2を大きくすることで、フローティング領域84とカソード間領域81とが接触することを抑制できる。なお、フローティング領域84は、カソード領域82と接していてよく、離れていてもよい。   The floating region 84 is disposed above the upper end of the cathode region 82. By increasing the thickness Z2 of the cathode region 82, contact between the floating region 84 and the inter-cathode region 81 can be suppressed. The floating region 84 may be in contact with or separated from the cathode region 82.

図18は、第4実施形態の第1変形例に係るFWD領域80の上面視図である。本例のFWD領域80は、Y軸方向におけるフローティング領域84の配置が、図14から図16において説明した例とは異なる。他の構造は、図14から図16において説明した例と同様である。   FIG. 18 is a top view of the FWD area 80 according to a first modification of the fourth embodiment. In the FWD region 80 of this example, the arrangement of the floating region 84 in the Y-axis direction is different from the example described in FIGS. 14 to 16. The other structure is the same as the example described in FIG. 14 to FIG.

本例のフローティング領域84は、カソード間領域81のY軸方向の全体と重なり、且つ、カソード領域82のY軸方向の一部の領域と重なって配置されている。図14に示した例においては、図16に示した第4領域104の面積を低減でき、カソード領域82からの電子の注入量を低減できる。本例においては、第4領域104の面積が増大するので、カソード領域82からの電子の注入量は増大する。このように、フローティング領域84およびカソード間領域81を設けることで、カソード領域82からの電子の注入量を容易に調整できる。   The floating region 84 in this example overlaps with the whole of the inter-cathode region 81 in the Y-axis direction, and overlaps with a partial region of the cathode region 82 in the Y-axis direction. In the example shown in FIG. 14, the area of the fourth region 104 shown in FIG. 16 can be reduced, and the amount of injected electrons from the cathode region 82 can be reduced. In this example, since the area of the fourth region 104 is increased, the injection amount of electrons from the cathode region 82 is increased. Thus, the amount of injected electrons from the cathode region 82 can be easily adjusted by providing the floating region 84 and the inter-cathode region 81.

図19は、第4実施形態の第2変形例に係るFWD領域80の上面視図である。本例のFWD領域80は、カソード領域82およびカソード間領域81が、X軸方向に沿って交互に配置されている点で、図14から図18において説明した例とは異なる。他の構造は、図14から図18において説明した例と同様である。   FIG. 19 is a top view of an FWD region 80 according to a second modification of the fourth embodiment. The FWD regions 80 of this example differ from the examples described in FIGS. 14 to 18 in that cathode regions 82 and inter-cathode regions 81 are alternately arranged along the X-axis direction. The other structure is the same as the example described in FIG. 14 to FIG.

図19においては、フローティング領域84が、カソード領域82のX軸方向の全体と重なり、且つ、カソード間領域81のX軸方向の一部の領域と重なって配置されている。他の例では、フローティング領域84は、カソード間領域81のX軸方向の全体と重なり、且つ、カソード領域82のX軸方向の一部の領域と重なって配置されていてもよい。本例によっても、FWD領域80のカソード領域82からの電子注入量を精度よく制御できる。   In FIG. 19, floating region 84 is disposed so as to overlap the whole of cathode region 82 in the X-axis direction, and to overlap a partial region of inter-cathode region 81 in the X-axis direction. In another example, floating region 84 may overlap with the whole of inter-cathode region 81 in the X-axis direction, and may overlap with a partial region of cathode region 82 in the X-axis direction. Also in this example, it is possible to control the electron injection amount from the cathode region 82 of the FWD region 80 with high accuracy.

図20は、第4実施形態の第3変形例に係るFWD領域80の上面視図である。本例のFWD領域80は、フローティング領域84の配置が、図14から図19において説明した例とは異なる。他の構造は、図14から図19において説明した例と同様である。   FIG. 20 is a top view of an FWD region 80 according to a third modification of the fourth embodiment. In the FWD region 80 of this example, the arrangement of the floating region 84 is different from the example described in FIGS. 14 to 19. The other structure is the same as the example described in FIG. 14 to FIG.

本例では、IGBT領域70との境界72の最も近くに配置されたフローティング領域84のX軸方向の幅をX1とする。また、FWD領域80のX軸方向における中央に配置されたフローティング領域84のX軸方向の幅をX2とする。本例の幅X1は、幅X2よりも大きい。幅X1は、幅X2の1.5倍以上であってよく、2倍以上であってもよい。これにより、IGBT領域70との境界72の近傍において、カソード領域82からの電子の注入を抑制できる。このため、FWD領域80からIGBT領域70に流れるキャリアを低減できる。IGBT領域70との境界72の最も近くに配置されたフローティング領域84は、複数のフローティング領域84において、X軸方向の幅が最大であってよい。   In this example, the width in the X-axis direction of floating region 84 arranged closest to boundary 72 with IGBT region 70 is X1. Further, the width in the X-axis direction of the floating region 84 disposed at the center in the X-axis direction of the FWD region 80 is X2. The width X1 of this example is larger than the width X2. The width X1 may be 1.5 times or more of the width X2 or may be twice or more. Thereby, in the vicinity of the boundary 72 with the IGBT region 70, the injection of electrons from the cathode region 82 can be suppressed. Therefore, carriers flowing from the FWD region 80 to the IGBT region 70 can be reduced. The floating region 84 disposed closest to the boundary 72 with the IGBT region 70 may have the largest width in the X-axis direction in the plurality of floating regions 84.

また他の例においては、幅X1は、幅X2より小さくてもよい。幅X2は、幅X1の1.5倍以上であってよく、2倍以上であってもよい。IGBT領域70との境界72の最も近くに配置されたフローティング領域84は、複数のフローティング領域84において、X軸方向の幅が最小であってもよい。   In another example, the width X1 may be smaller than the width X2. The width X2 may be 1.5 times or more of the width X1 or may be twice or more. The floating region 84 disposed closest to the boundary 72 with the IGBT region 70 may have a minimum width in the X-axis direction in the plurality of floating regions 84.

図21は、第4実施形態の第3変形例に係るFWD領域80の上面視図である。本例のFWD領域80は、フローティング領域84の配置が、図14から図20において説明した例とは異なる。他の構造は、図14から図20において説明した例と同様である。   FIG. 21 is a top view of an FWD region 80 according to a third modification of the fourth embodiment. In the FWD region 80 of this example, the arrangement of the floating region 84 is different from the example described in FIGS. 14 to 20. The other structure is the same as the example described in FIGS. 14 to 20.

本例のフローティング領域84は、Y軸方向において、1つ以上のカソード領域82全体と、1つ以上のカソード間領域81全体とに跨って連続して設けられている。フローティング領域84は、複数のカソード領域82と、複数のカソード間領域81とに跨って連続して設けられていてもよい。   The floating region 84 in this example is continuously provided across the entire one or more cathode regions 82 and the entire one or more inter-cathode regions 81 in the Y-axis direction. The floating region 84 may be provided continuously across the plurality of cathode regions 82 and the plurality of inter-cathode regions 81.

図22は、図21におけるM−M断面の一例を示す図である。図22においては、半導体基板10の下面64近傍の断面を示している。本例において、カソード領域82の上端とフローティング領域84の下端との深さ方向(Z軸方向)の距離をZ5とする。また、カソード間領域81の上端とフローティング領域84の下端との深さ方向(Z軸方向)の距離をZ3とする。   FIG. 22 is a diagram showing an example of the M-M cross section in FIG. FIG. 22 shows a cross section in the vicinity of the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10. In this example, the distance in the depth direction (Z-axis direction) between the upper end of the cathode region 82 and the lower end of the floating region 84 is Z5. Further, the distance in the depth direction (Z-axis direction) between the upper end of the inter-cathode region 81 and the lower end of the floating region 84 is taken as Z3.

深さ方向の各距離は、Y軸方向におけるカソード領域82の中央、および、カソード間領域81の中央で測定してよい。また、カソード領域82とフローティング領域84との距離の平均値を距離Z5としてもよい。また、カソード間領域81とフローティング領域84との距離の平均値を距離Z3としてもよい。   Each distance in the depth direction may be measured at the center of the cathode region 82 and the center of the inter-cathode region 81 in the Y-axis direction. Further, the average value of the distance between the cathode region 82 and the floating region 84 may be the distance Z5. Further, the average value of the distance between the inter-cathode region 81 and the floating region 84 may be set as the distance Z3.

距離Z5は、距離Z3よりも小さくてよい。これにより、電子が注入されるカソード領域82と、フローティング領域84との距離を小さくして、電子の注入を抑制しやすくなる。また、距離Z3を距離Z5よりも大きくすることで、フローティング領域84が、カソード間領域81に接触することを抑制できる。距離Z3は、距離Z5の1.1倍以上であってよく、1.2倍以上であってよく、1.5倍以上であってもよい。また、距離Z5はゼロであり、距離Z3はゼロより大きくてよい。   The distance Z5 may be smaller than the distance Z3. As a result, the distance between the cathode region 82 into which electrons are injected and the floating region 84 can be reduced to facilitate the suppression of electron injection. Further, by making the distance Z3 larger than the distance Z5, the floating region 84 can be prevented from contacting the inter-cathode region 81. The distance Z3 may be 1.1 times or more, 1.2 times or more, or 1.5 times or more of the distance Z5. Also, the distance Z5 may be zero and the distance Z3 may be greater than zero.

本例では、図21に示した例を用いてフローティング領域84の形状を説明したが、図14から図20に示した例においても、フローティング領域84は同様の形状を有してよい。カソード領域82およびカソード間領域81の両方を形成した後に、下面64側からP型ドーパントを注入してフローティング領域84を形成した場合には、図14から図20に示した例においても、距離Z5は距離Z3より小さくなる。このようなフローティング領域84の形状は、図21および図22に示したような、フローティング領域84が複数のカソード領域82および複数のカソード間領域81にわたって形成された場合に限られない。また、当該断面においてフローティング領域84の形状は、境界72の近傍でステップ状であるが、他の例では、フローティング領域84の形状は、境界72の近傍で曲線状であってもよい。   In the present embodiment, the shape of the floating region 84 is described using the example shown in FIG. 21. However, the floating region 84 may have the same shape also in the examples shown in FIGS. 14 to 20. In the case where the floating region 84 is formed by implanting a P-type dopant from the lower surface 64 side after forming both the cathode region 82 and the inter-cathode region 81, the distance Z5 is obtained also in the example shown in FIGS. Is smaller than the distance Z3. The shape of such floating region 84 is not limited to the case where floating region 84 is formed across a plurality of cathode regions 82 and a plurality of inter-cathode regions 81 as shown in FIGS. 21 and 22. In the cross section, the shape of the floating region 84 is stepped near the boundary 72, but in another example, the shape of the floating region 84 may be curved near the boundary 72.

図23は、第4実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフロー図である。本例では、図22に示したFWD領域80を有する半導体装置の製造方法を示している。本例の段階S610およびS650−S680は、図13Aにおける段階S510およびS550−S580と同一である。   FIG. 23 is a flowchart showing an example of a method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment. In this example, a method of manufacturing a semiconductor device having the FWD region 80 shown in FIG. 22 is shown. Steps S610 and S650-S680 of this example are identical to steps S510 and S550-S580 in FIG. 13A.

図24は、図23におけるP型ドーパント注入段階S620、カソード領域用注入段階S632およびフローティング領域用注入段階S640を説明する図である。図24においてはFWD領域80だけを示しているが、半導体装置は、第1から第3実施形態と同様のIGBT領域70を有してよい。   FIG. 24 is a view for explaining the P-type dopant implantation step S620, the cathode region implantation step S632 and the floating region implantation step S640 in FIG. Although only the FWD region 80 is shown in FIG. 24, the semiconductor device may have an IGBT region 70 similar to the first to third embodiments.

段階S620においてP+型のコレクタ領域22およびP+型のカソード間領域81を形成する。コレクタ領域22は、IGBT領域70の下面全体に形成してよい。カソード間領域81は、FWD領域80の下面全体に形成してよい。コレクタ領域22およびカソード間領域81は同一の工程で形成してよい。次に段階S632において、半導体基板10の下面64から、FWD領域80のカソード間領域81に、選択的にN型ドーパントをカウンタードーピングする。これにより、FWD領域80のカソード間領域81の一部の領域をN+型に反転させる。FWD領域80のカソード間領域81のうち、N+型に反転した領域がカソード領域82となり、P+型のまま残った領域がカソード間領域81として残存する。段階S632においては、カソード領域82とカソード間領域81が、予め定められた方向において交互に配置されるように、N型ドーパントを選択的に注入する。段階S632においては、マスク68−1を用いて、N型ドーパントを注入する領域を選択してよい。   In step S620, the P + -type collector region 22 and the P + -type inter-cathode region 81 are formed. Collector region 22 may be formed on the entire lower surface of IGBT region 70. The inter-cathode region 81 may be formed on the entire lower surface of the FWD region 80. The collector region 22 and the inter-cathode region 81 may be formed in the same step. Next, in step S632, N-type dopant is selectively counterdoped from the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10 to the inter-cathode region 81 of the FWD region 80. Thereby, a part of the inter-cathode region 81 of the FWD region 80 is inverted to the N + -type. In the inter-cathode region 81 of the FWD region 80, the region inverted to the N + -type becomes the cathode region 82, and the region remaining as the P + -type remains as the inter-cathode region 81. In step S632, the N-type dopant is selectively implanted such that the cathode regions 82 and the inter-cathode regions 81 are alternately arranged in a predetermined direction. In step S632, the mask 68-1 may be used to select the region into which the N-type dopant is to be implanted.

次に段階S640において、半導体基板10の下面64から、フローティング領域84を形成するためのP型ドーパントを注入する。P型ドーパントを注入する前に、マスク68−1を除去して、半導体基板10の下面64に新たなマスク68−2を設けてよい。カソード領域82には、カソード間領域81を形成するためのP型ドーパントと、カソード領域82を形成するためのN型ドーパントの両方が含まれている。このため、段階S640において、カソード領域82を通過するP型ドーパントは、カソード間領域81を通過するP型ドーパントに比べて、下面64からの距離が短い位置に注入されやすくなる。   Next, in step S640, a P-type dopant for forming the floating region 84 is implanted from the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10. Before implanting the P-type dopant, the mask 68-1 may be removed and a new mask 68-2 may be provided on the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10. The cathode region 82 includes both a P-type dopant for forming the inter-cathode region 81 and an N-type dopant for forming the cathode region 82. For this reason, in step S640, the P-type dopant passing through the cathode region 82 is easily implanted at a position where the distance from the lower surface 64 is short as compared with the P-type dopant passing through the inter-cathode region 81.

従って、カソード領域82およびカソード間領域81に対して、同一の条件でP型ドーパントを注入することで、図22において説明した形状のフローティング領域84を形成できる。他の例では、カソード領域82の下面にP型ドーパントの飛程を短くするためのマスク等を選択的に設けてから、P型ドーパントを注入してもよい。   Therefore, floating region 84 having the shape described in FIG. 22 can be formed by implanting a P-type dopant into cathode region 82 and inter-cathode region 81 under the same conditions. In another example, a mask or the like for shortening the range of the P-type dopant may be selectively provided on the lower surface of the cathode region 82, and then the P-type dopant may be implanted.

また、フローティング領域84の形成前に、カソード領域82を形成するので、図4Bにおいて説明したパーティクル86の発生や付着の可能性を低減できる。このため、接合リーク、耐圧不良およびスイッチング特性等への影響を抑制できる。   In addition, since the cathode region 82 is formed before the formation of the floating region 84, the possibility of the generation and adhesion of the particles 86 described in FIG. 4B can be reduced. For this reason, it is possible to suppress the influence on junction leak, breakdown voltage failure, switching characteristics and the like.

図25は、第4実施形態に係る半導体装置の製造方法の他の例を示すフロー図である。本例の段階S610およびS650−S680は、図13Aにおける段階S510およびS550−S580と同一である。また、本例の製造方法は、図23および図24に示した製造方法に対して、フローティング領域用注入段階と、カソード領域用注入段階の順番が入れ替わっている。   FIG. 25 is a flowchart showing another example of the method of manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment. Steps S610 and S650-S680 of this example are identical to steps S510 and S550-S580 in FIG. 13A. Further, in the manufacturing method of this example, the order of the injection step for the floating region and the injection step for the cathode region is switched with respect to the manufacturing method shown in FIG. 23 and FIG.

図26は、図25におけるP型ドーパント注入段階S620、フローティング領域用注入段階S642およびカソード領域用注入段階S634を説明する図である。図26においてはFWD領域80だけを示しているが、半導体装置は、第1から第3実施形態と同様のIGBT領域70を有してよい。   FIG. 26 is a diagram for explaining a P-type dopant implantation step S620, a floating region implantation step S642 and a cathode region implantation step S634 in FIG. Although only the FWD region 80 is shown in FIG. 26, the semiconductor device may have an IGBT region 70 similar to the first to third embodiments.

段階S620においてP+型のカソード間領域81を形成する。段階S620は、図23および図24における段階S620と同一である。次に段階S642において、半導体基板10の下面64から、フローティング領域84を形成するためのP型ドーパントを注入する。P型ドーパントを注入する前に、半導体基板10の下面64にマスク68−2を設けてよい。   In step S620, the P + -type inter-cathode region 81 is formed. Step S620 is identical to step S620 in FIGS. Next, in step S 642, a P-type dopant for forming the floating region 84 is implanted from the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10. Before implanting the P-type dopant, the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10 may be provided with a mask 68-2.

次に段階S634において、半導体基板10の下面64から、FWD領域80のカソード間領域81に、選択的にN型ドーパントをカウンタードーピングする。これにより、カソード間領域81の一部の領域をN+型に反転させる。FWD領域80のカソード間領域81のうち、N+型に反転した領域がカソード領域82となり、P+型のまま残った領域がカソード間領域81として残存する。段階S634は、図23および図24における段階S632と同様である。   Next, in step S634, N-type dopant is selectively counterdoped from the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10 to the inter-cathode region 81 of the FWD region 80. Thereby, a part of the inter-cathode region 81 is inverted to the N + -type. In the inter-cathode region 81 of the FWD region 80, the region inverted to the N + -type becomes the cathode region 82, and the region remaining as the P + -type remains as the inter-cathode region 81. Step S634 is similar to step S632 in FIGS.

本例においては、カソード領域82の形成前に、フローティング領域84形成用のP型ドーパントを注入する。このため、フローティング領域84は、一定の深さ位置に形成される。つまり、フローティング領域84を所定の深さ位置に容易に形成できる。例えば、ドーピング濃度が比較的に低いドリフト領域18までフローティング領域84が形成されると、P型に反転する領域が広がりやすくなり、フローティング領域84の深さ位置を制御することが難しくなる場合がある。本例によれば、フローティング領域84の全体を、ドーピング濃度が比較的に高いFS領域20内に容易に形成できるので、フローティング領域84の位置を容易に制御できる。   In this example, a P-type dopant for forming the floating region 84 is implanted prior to the formation of the cathode region 82. Thus, floating region 84 is formed at a constant depth position. That is, the floating region 84 can be easily formed at a predetermined depth position. For example, when the floating region 84 is formed to the drift region 18 having a relatively low doping concentration, the P-type inversion region is likely to spread, and it may be difficult to control the depth position of the floating region 84 . According to this example, the entire floating region 84 can be easily formed in the FS region 20 having a relatively high doping concentration, so that the position of the floating region 84 can be easily controlled.

図27Aは、第4実施形態に係る半導体装置の製造方法の他の例を示すフロー図である。本例の段階S610およびS620−S680は、図23における段階S610およびS620−S680と同一である。また、本例の製造方法は、図23および図24に示した製造方法に対して、カソード領域用注入段階と、コレクタ領域およびカソード間領域用の注入段階の順番が入れ替わっている。   FIG. 27A is a flowchart showing another example of the method of manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment. Steps S610 and S620-S680 in this example are identical to steps S610 and S620-S680 in FIG. In addition, in the manufacturing method of this example, the order of the injecting step for the cathode region and the injecting step for the collector region and the inter-cathode region are reversed with respect to the manufacturing method shown in FIGS.

本例では、段階S610の後に、カソード領域用注入段階S636を行う。段階S636においては、図24の段階S632等に示したようなマスク68−1を用いて、カソード領域82を形成すべき領域に選択的にN型ドーパントを注入する。マスク68−1は、IGBT領域70の下面全体と、FWD領域80においてカソード間領域81を形成すべき領域を覆って設けられる。   In this example, a cathode region injection step S636 is performed after step S610. In step S636, an N-type dopant is selectively implanted into the region where the cathode region 82 is to be formed, using the mask 68-1 as shown in step S632 and the like of FIG. The mask 68-1 is provided to cover the entire lower surface of the IGBT region 70 and the region where the inter-cathode region 81 is to be formed in the FWD region 80.

次に段階S620において、半導体基板10の下面64からP型ドーパントを注入して、コレクタ領域22およびカソード間領域81を形成する。段階S620においては、半導体基板10の下面64の全体にP型ドーパントを注入してよい。つまり、段階S636においてN型ドーパントを注入したカソード領域82にも、P型ドーパントを注入してよい。この場合、段階S620においてP型ドーパントが注入されても、カソード領域82がN+型を維持できる程度の濃度で、段階S636においてN型ドーパントを注入する。   Next, in step S620, a P-type dopant is implanted from the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10 to form the collector region 22 and the inter-cathode region 81. In step S620, the P-type dopant may be implanted into the entire lower surface 64 of the semiconductor substrate 10. That is, the P-type dopant may be implanted also into the cathode region 82 implanted with the N-type dopant in step S636. In this case, even if the P-type dopant is implanted in step S620, the N-type dopant is implanted in step S636 at a concentration that allows the cathode region 82 to maintain the N + -type.

段階S620の後に、フローティング領域84を形成する。本例においても、図23および図24の例と同様に、図22において説明した形状のフローティング領域84を形成できる。また、フローティング領域84の形成前に、カソード領域82を形成するので、図4Bにおいて説明したパーティクル86の発生や付着の可能性を低減できる。このため、接合リーク、耐圧不良およびスイッチング特性等への影響を抑制できる。   After step S620, the floating region 84 is formed. Also in this example, as in the examples of FIGS. 23 and 24, the floating region 84 having the shape described in FIG. 22 can be formed. In addition, since the cathode region 82 is formed before the formation of the floating region 84, the possibility of the generation and adhesion of the particles 86 described in FIG. 4B can be reduced. For this reason, it is possible to suppress the influence on junction leak, breakdown voltage failure, switching characteristics and the like.

図27Bは、第4実施形態に係る半導体装置の製造方法の他の例を示すフロー図である。本例の製造方法は、段階S620と、段階S640の順番が入れ替わっている点で、図27Aにおいて説明した製造方法と相違する。他の段階は、図27Aの例と同一である。   FIG. 27B is a flowchart showing another example of the method of manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment. The manufacturing method of this example is different from the manufacturing method described in FIG. 27A in that the order of step S620 and step S640 is switched. The other steps are identical to the example of FIG. 27A.

本例では、段階S636の後に、フローティング領域用注入段階S640を行う。段階S640においては、図24等に示したように、マスク68−2を用いてP型ドーパントを注入してよい。段階S640の後に、段階S620において、半導体基板10の下面64からP型ドーパントを注入して、コレクタ領域22およびカソード間領域81を形成する。段階S620は、図27Aにおける段階S620と同様である。本例においても、カソード領域82を選択的に形成した後にフローティング領域84を形成するので、図22において説明した形状のフローティング領域84を形成できる。   In this example, the floating region injection step S640 is performed after the step S636. In step S640, as shown in FIG. 24 and the like, the mask 68-2 may be used to implant a P-type dopant. After step S640, in step S620, a P-type dopant is implanted from the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10 to form the collector region 22 and the inter-cathode region 81. Step S620 is similar to step S620 in FIG. 27A. Also in this example, since the floating region 84 is formed after the cathode region 82 is selectively formed, the floating region 84 having the shape described in FIG. 22 can be formed.

図28Aは、第4実施形態に係る半導体装置の製造方法の他の例を示すフロー図である。本例の段階S610およびS620−S680は、図23における段階S610およびS620−S680と同一である。また、本例の製造方法は、図23および図24に示した製造方法に対して、フローティング領域用注入段階と、カソード領域、コレクタ領域およびカソード間領域用の注入段階の順番が入れ替わっている。   FIG. 28A is a flowchart showing another example of the manufacturing method of the semiconductor device according to the fourth embodiment. Steps S610 and S620-S680 in this example are identical to steps S610 and S620-S680 in FIG. Further, in the manufacturing method of the present example, the order of the injection step for the floating region and the injection step for the cathode region, the collector region and the inter-cathode region is switched with respect to the manufacturing method shown in FIGS.

本例では、段階S610の後に、フローティング領域用注入段階S644を行う。段階S644においては、図26の段階S642等に示したようなマスク68−2を用いて、フローティング領域84を形成すべき領域に選択的にP型ドーパントを注入する。   In this example, after the step S610, the floating region injection step S644 is performed. In step S644, a P-type dopant is selectively implanted into the region where the floating region 84 is to be formed, using the mask 68-2 as shown in step S642 and the like of FIG.

次に段階S620において、半導体基板10の下面64からP型ドーパントを注入して、コレクタ領域22およびカソード間領域81を形成する。段階S620においては、半導体基板10の下面64の全体にP型ドーパントを注入してよい。   Next, in step S620, a P-type dopant is implanted from the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10 to form the collector region 22 and the inter-cathode region 81. In step S620, the P-type dopant may be implanted into the entire lower surface 64 of the semiconductor substrate 10.

次に段階S632において、半導体基板10の下面64から、FWD領域80のカソード間領域81に、選択的にN型ドーパントをカウンタードーピングする。これにより、カソード間領域81の一部分をN+型の領域に反転させて、カソード領域82を形成する。   Next, in step S632, N-type dopant is selectively counterdoped from the lower surface 64 of the semiconductor substrate 10 to the inter-cathode region 81 of the FWD region 80. Thereby, a part of the inter-cathode region 81 is inverted to the N + -type region to form the cathode region 82.

本例においても、図25および図26の例と同様に、フローティング領域84は、一定の深さ位置に形成される。つまり、フローティング領域84を所定の深さ位置に容易に形成できる。   Also in this example, as in the example of FIGS. 25 and 26, floating region 84 is formed at a constant depth position. That is, the floating region 84 can be easily formed at a predetermined depth position.

図28Bは、第4実施形態に係る半導体装置の製造方法の他の例を示すフロー図である。本例の製造方法は、段階S620と、段階S632の順番が入れ替わっている点で、図28Aにおいて説明した製造方法と相違する。他の段階は、図28Aの例と同一である。   FIG. 28B is a flowchart showing another example of the method of manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment. The manufacturing method of this example is different from the manufacturing method described in FIG. 28A in that the order of step S620 and step S632 is interchanged. The other steps are identical to the example of FIG. 28A.

本例では、段階S644の後に、段階S620および段階S632を行う。段階S620および段階S632は、図27Aの段階S620および段階S636と同様である。   In this example, steps S620 and S632 are performed after step S644. Steps S620 and S632 are similar to steps S620 and S636 of FIG. 27A.

本例においても、図25および図26の例と同様に、フローティング領域84は、一定の深さ位置に形成される。つまり、フローティング領域84を所定の深さ位置に容易に形成できる。   Also in this example, as in the example of FIGS. 25 and 26, floating region 84 is formed at a constant depth position. That is, the floating region 84 can be easily formed at a predetermined depth position.

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、多様な変更又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。その様な変更又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。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It is apparent to those skilled in the art that various changes or modifications can be added to the above embodiment. It is also apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such alterations or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

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、システム、プログラム、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、この順序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。   The execution order of each process such as operations, procedures, steps, and steps in the apparatuses, systems, programs, and methods shown in the claims, the specification, and the drawings is particularly “before”, “preceding” It is to be noted that “it is not explicitly stated as“ etc. ”and can be realized in any order as long as the output of the previous process is not used in the later process. With regard to the flow of operations in the claims, the specification and the drawings, even if it is described using “first,” “next,” etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.

10・・半導体基板、12・・エミッタ領域、14・・ベース領域、15・・コンタクト領域、16・・蓄積領域、18・・ドリフト領域、20・・FS領域、22・・コレクタ領域、23・・上端、24・・コレクタ電極、30・・ダミートレンチ部、32・・ダミートレンチ、33・・ダミートレンチ絶縁膜、34・・ダミートレンチ導電部、38・・層間絶縁膜、40・・ゲートトレンチ部、42・・ゲートトレンチ、43・・ゲート絶縁膜、44・・ゲート導電部、50・・ゲートランナー部、52・・エミッタ電極、54・・開口、60・・メサ部、62・・上面、64・・下面、68・・マスク、69・・端部、70・・IGBT領域、72・・境界、80・・FWD領域、81・・・カソード間領域、82・・カソード領域、83・・上端、84・・フローティング領域、86・・パーティクル、88・・欠陥、90・・エッジ終端構造領域、91・・端部、93・・上端、94・・下端、100・・半導体装置、101・・・第1領域、102・・・第2領域、103・・・第3領域、104・・・第4領域、110・・活性領域、112・・パッド領域、114・・ゲートパッド、116・・上面構造、118・・下面構造、120、140、160、180・・半導体装置、150・・熱処理炉、200、220、240、300・・半導体装置   10 semiconductor substrate 12 emitter region 14 base region 15 contact region 16 storage region 18 drift region 20 FS region 22 collector region 23 Upper end 24, Collector electrode 30, Dummy trench portion 32, Dummy trench 33, Dummy trench insulating film 34, Dummy trench conductive portion 38, Interlayer insulating film 40, Gate trench · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · Gate trench, 43 · · · · gate insulating film The lower surface 68, the mask 69, the end portion 70, the IGBT region 72, the boundary 80, the FWD region 81, the inter-cathode region 82, the cathode region 82 3 · · Upper end, 84 · · Floating area, 86 · · · Particle, 88 · · · · · · · · · · · · · 30 30 · · · · · · · · · 30 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · semiconductor device 101: first area 102: second area 103: third area 104: fourth area 110: active area 112: pad area 114: gate pad · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · Heat treatment furnace, 200, 220, 240, 300 · · · semiconductor devices

本発明の第3の態様においては、半導体装置の他の製造方法を提供する。半導体装置は、1つの半導体基板にトランジスタ領域とダイオード領域とを有してよい。半導体装置の他の製造方法は、コレクタ領域用注入段階と、フローティング領域用注入段階と、カソード領域用注入段階とを備えてよい。コレクタ領域用注入段階においては、トランジスタ領域におけるコレクタ領域を形成するべく、半導体基板の下面へ第1導電型のドーパントを注入してよい。フローティング領域用注入段階においては、ダイオード領域に設けられる第1導電型のフローティング領域を形成するべく、半導体基板の下面へ第1導電型のドーパントを注入してよい。カソード領域用注入段階は、フローティング領域用注入段階の後であってよい。カソード領域用注入段階においては、ダイオード領域におけるカソード領域を形成するべく、半導体基板の下面へ第2導電型のドーパントを注入してよい。 In a third aspect of the present invention, another method of manufacturing a semiconductor device is provided. The semiconductor device may have a transistor region and a diode region on one semiconductor substrate. Another method of manufacturing a semiconductor device may include an implant stage for the collector region, an implant stage for the floating region, and an implant stage for the cathode region. In the collector region implantation step, a dopant of the first conductivity type may be implanted into the lower surface of the semiconductor substrate to form a collector region in the transistor region. In the floating region implantation step, a dopant of the first conductivity type may be implanted into the lower surface of the semiconductor substrate to form a floating region of the first conductivity type provided in the diode region. Implantation step for the cathode region may be after the full injection stage for route area. In the cathode region implantation step, a dopant of the second conductivity type may be implanted into the lower surface of the semiconductor substrate to form a cathode region in the diode region.

コレクタ領域用注入段階の後に、フローティング領域用注入段階を行ってよい。これに代えて、フローティング領域用注入段階の後に、コレクタ領域用注入段階を行い、かつ、コレクタ領域用注入段階の後にカソード領域用注入段階を行ってよい。さらにこれに代えて、カソード領域用注入段階の後にコレクタ領域用注入段階を行ってもよい。 The implantation step for the floating region may be performed after the implantation step for the collector region. Alternatively, after the floating region for implantation step, it has rows collector region for implantation step, and good I rows implantation step for the cathode region after the implantation step for the collector region. Alternatively, the collector region implant step may be performed after the cathode region implant step.

コレクタ領域用注入段階、カソード領域用注入段階およびフローティング領域用注入段階の後において、カソード領域の上端は、コレクタ領域の上端よりも半導体基板の上面に近くてよい。カソード領域用注入段階は、ダイオード領域において、カソード領域と、予め定められた方向においてカソード領域と交互に配置される第1導電型のカソード間領域とを形成すべく、半導体基板の下面の一部の領域へ第2導電型のドーパントを注入してよい。 After the collector region implant step, the cathode region implant step and the floating region implant step, the upper end of the cathode region may be closer to the top surface of the semiconductor substrate than the upper end of the collector region. The implantation step for the cathode region is a part of the lower surface of the semiconductor substrate to form a cathode region and an inter-cathode region of the first conductivity type alternately arranged in the predetermined direction with the cathode region in the diode region. A dopant of the second conductivity type may be implanted into the region of.

また、フローティング領域84のP型ドーパント濃度分布のピークは、カソード領域82の深さ位置の半分よりもFS領域20に近い位置に存在してよい。第3変形例においては、フローティング領域84を下面64よりもFS領域20の近くに設ける。これにより、カソード領域82中にフローティング領域84を設けつつも、半導体装置160の下面64にフローティング領域84が露出するリスクを低減することができる。図8の第3変形例は、図5Aおよび図5Bの第1変形例ならびに図6Aおよび図6Bの第2変形例と組み合わせてもよい。 In addition, the peak of the P-type dopant concentration distribution of floating region 84 may be present at a position closer to FS region 20 than half the depth position of cathode region 82. In the third modification, floating region 84 is provided closer to FS region 20 than to lower surface 64. Thus, the risk of the floating region 84 being exposed to the lower surface 64 of the semiconductor device 160 can be reduced while the floating region 84 is provided in the cathode region 82. The third variation of FIG. 8 may be combined with the first variation of FIGS. 5A and 5B and the second variation of FIGS. 6A and 6B.

図9は、第1実施形態の第4変形例における半導体装置180の製造方法の段階を示す図である。図9の(a)の段階S240は図4Bの(d)の段階S40に対応し、図9の(b)の段階S280は図4Bの(h)の段階S80に対応する。なお、第1実施形態と同じ段階については説明を省略する。第4変形例は、フローティング領域84の下端をカソード領域82よりも上方に形成する点が、第1実施形態と異なる。図9の(b)においては、フローティング領域84の下端とカソード領域82の上端との距離をLとして示す。第4変形例において、フローティング領域84の下端とカソード領域82の上端との間のFS領域20には、フローティング領域84形成に用いたP型ドーパント濃度分布のテール領域が存在してよい。また、第1実施形態の第3変形例と同様に、フローティング領域84の上端とFS領域20の上端との間には、フローティング領域84形成に用いたP型ドーパント濃度分布のテール領域が存在してよい。図9の第4変形例は、図5Aおよび図5Bの第1変形例ならびに図6Aおよび図6Bの第2変形例と組み合わせてもよい。 FIG. 9 is a diagram showing a stage of a method of manufacturing the semiconductor device 180 in the fourth modified example of the first embodiment. Step S240 of (a) of FIG. 9 corresponds to step S40 of (d) of FIG. 4B, and step S280 of (b) of FIG. 9 corresponds to step S80 of (h) of FIG. 4B. The description of the same steps as in the first embodiment will be omitted. The fourth modification is different from the first embodiment in that the lower end of the floating region 84 is formed above the cathode region 82. In (b) of FIG. 9, it indicates the distance between the upper end of the lower end and the cathode region 82 of the floating region 84 as L 2. In the fourth modification, in the FS region 20 between the lower end of the floating region 84 and the upper end of the cathode region 82, a tail region of the P-type dopant concentration distribution used to form the floating region 84 may be present. Further, as in the third modification of the first embodiment, a tail region of the P-type dopant concentration distribution used to form floating region 84 exists between the upper end of floating region 84 and the upper end of FS region 20. You may The fourth modification of FIG. 9 may be combined with the first modification of FIGS. 5A and 5B and the second modification of FIGS. 6A and 6B.

当該第1変形例においては、カソード領域82の方がコレクタ領域22よりも厚いので、カソード領域82の上端83は、コレクタ領域22の上端23よりも上面62の近くに位置する。また、フローティング領域84の下端94は、コレクタ領域22の上端23よりも上面62に近い。これにより、フローティング領域84とコレクタ領域22とが短絡することを確実に防ぐことができる。それゆえ、半導体装置300の特性を、設計された特性に近づけることができる。また、境界72の位置とフローティング領域84の端部91とが一致する第3実施形態に限らず、第1実施形態、第2実施形態においても、コレクタ領域22よりも厚いカソード領域82とすることで、意図した構造を製造しやすくなり、より信頼性を高めることできる。なお、カソード領域82の方がコレクタ領域22よりも厚いとは、カソード領域82の方が微差によりコレクタ領域22よりも厚い場合に限らず、カソード領域82の方がコレクタ領域22よりも明確に厚い場合を意図するものとしてもよい。具体的には、カソード領域82の方がコレクタ領域22よりも1.2倍程度厚くてよく、好ましくは、カソード領域82の方がコレクタ領域22よりも1.4倍程度厚くてよく、より好ましくは、カソード領域82の方がコレクタ領域22よりも1.6倍程度厚くてよい。 In the first modification, since the cathode region 82 is thicker than the collector region 22, the upper end 83 of the cathode region 82 is closer to the upper surface 62 than the upper end 23 of the collector region 22. Further, the lower end 94 of the floating region 84 is closer to the upper surface 62 than the upper end 23 of the collector region 22. Thereby, short circuit between floating region 84 and collector region 22 can be reliably prevented. Therefore, the characteristics of the semiconductor device 300 can be made close to the designed characteristics. Further, not only in the third embodiment in which the position of the boundary 72 coincides with the end 91 of the floating region 84, but also in the first and second embodiments, the cathode region 82 is thicker than the collector region 22. In this way, it is easier to manufacture the intended structure, and the reliability can be further improved. The cathode region 82 being thicker than the collector region 22 is not limited to the case where the cathode region 82 is thicker than the collector region 22 due to a slight difference, and the cathode region 82 is clearer than the collector region 22. A thick case may be intended. Specifically, the cathode region 82 may be about 1.2 times thicker than the collector region 22, and preferably the cathode region 82 may be about 1.4 times thicker than the collector region 22, more preferably The cathode region 82 may be about 1.6 times thicker than the collector region 22.

このように、フローティング領域84と、カソード領域82およびカソード間領域81とを重ねて配置することで、キャリア(電子・正孔)の注入を調整するための第1領域101、第2領域102、第3領域103、第4領域104を設けることができる。これらの領域の面積比を調整することで、FWD領域80におけるキャリア(電子・正孔)の総注入量を精度よく調整できる。また、Y軸方向において、フローティング領域84をカソード領82毎に設け、且つ、フローティング領域84の幅をカソード領82の幅よりも大きくすることで、カソード領域82およびカソード間領域81の各境界に第領域101を配置できる。 Thus, by arranging the floating region 84 and the cathode region 82 and the inter-cathode region 81 in an overlapping manner, the first region 101 and the second region 102 for adjusting the injection of carriers (electrons and holes), A third region 103 and a fourth region 104 can be provided. By adjusting the area ratio of these regions, the total injection amount of carriers (electrons and holes) in the FWD region 80 can be accurately adjusted. Further, in the Y-axis direction, provided the floating region 84 for each cathode de area 82, and the width of the floating region 84 is made larger than the width of the cathode de area 82, the cathode region 82 and cathode region 81 The first area 101 can be arranged at each boundary of

一例として、上面視におけるフローティング領域84の面積は、カソード領域82の面積より大きくてよい。フローティング領域84の面積は、第1領域101の面積より大きい。また、フローティング領域84の面積は、第3領域103の面積より大きい。フローティング領域84の面積は、カソード領域82およびカソード間領域81の面積の和の90%以下であってよい。また、上面視におけるカソード間領域81の面積は、カソード領域82の面積より大きくてよい。なお各領域の面積は、FWD領域80における領域毎の総面積を指す。 As an example, the area of floating region 84 in top view may be larger than the area of cathode region 82. The area of the floating region 84 is larger than the area of the first region 101. In addition, the area of the floating region 84 is larger than the area of the third region 103. The area of floating region 84 may be 90% or less of the sum of the areas of cathode region 82 and inter-cathode region 81. In addition, the area of the inter-cathode region 81 in top view may be larger than the area of the cathode region 82. The area of each region indicates the total area of each region in FWD region 80.

Claims (24)

半導体基板にダイオード領域が設けられた半導体装置であって、
前記ダイオード領域は、
前記半導体基板の上面に露出して設けられた第1導電型のベース領域と、
前記半導体基板の下面に露出して設けられた第2導電型のカソード領域と、
前記半導体基板の下面に露出して設けられ、且つ、予め定められた方向において前記カソード領域と交互に配置された第1導電型のカソード間領域と、
前記カソード領域の上方と、前記カソード間領域の上方とに設けられた第2導電型のフローティング領域と
を備える半導体装置。
A semiconductor device in which a diode region is provided on a semiconductor substrate,
The diode region is
A base region of a first conductivity type provided exposed on the upper surface of the semiconductor substrate;
A cathode region of a second conductivity type exposed on the lower surface of the semiconductor substrate;
An inter-cathode region of a first conductivity type provided on the lower surface of the semiconductor substrate and disposed alternately with the cathode region in a predetermined direction;
A semiconductor device comprising: a floating region of a second conductivity type provided above the cathode region and above the inter-cathode region.
前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の上面視において前記ダイオード領域と並んで配置されたトランジスタ領域を更に備える
請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a transistor region provided on the semiconductor substrate and arranged side by side with the diode region in a top view of the semiconductor substrate.
前記半導体基板の深さ方向において、前記カソード間領域と、前記フローティング領域とが離れて配置されている
請求項1または2に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the inter-cathode region and the floating region are disposed apart in the depth direction of the semiconductor substrate.
前記ダイオード領域は、前記半導体基板の上面において延伸方向に延伸して設けられたダミートレンチ部を更に備え、
前記カソード領域および前記カソード間領域は、前記延伸方向において交互に配置されている
請求項1から3のいずれか一項に記載の半導体装置。
The diode region further includes a dummy trench portion extended in the extending direction on the upper surface of the semiconductor substrate,
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the cathode region and the inter-cathode region are alternately arranged in the extending direction.
前記ダイオード領域において、前記カソード領域は、前記半導体基板の前記下面を基準として、前記カソード間領域よりも深くまで設けられている
請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein in the diode region, the cathode region is provided deeper than the inter-cathode region with reference to the lower surface of the semiconductor substrate.
前記半導体基板の深さ方向において、前記カソード領域の上端と前記フローティング領域の下端との距離は、前記カソード間領域の上端と前記フローティング領域の下端との距離よりも小さい
請求項1から5のいずれか一項に記載の半導体装置。
The distance between the upper end of the cathode region and the lower end of the floating region in the depth direction of the semiconductor substrate is smaller than the distance between the upper end of the inter-cathode region and the lower end of the floating region. The semiconductor device according to claim 1.
前記半導体基板の上面視において、前記ダイオード領域に設けられた前記フローティング領域の面積は、前記カソード領域の面積より大きい
請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein in a top view of the semiconductor substrate, an area of the floating region provided in the diode region is larger than an area of the cathode region.
前記半導体基板の上面視において、前記ダイオード領域に設けられた前記カソード間領域の面積は、前記カソード領域の面積より大きい
請求項1から7のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein an area of the inter-cathode region provided in the diode region is larger than an area of the cathode region in a top view of the semiconductor substrate.
1つの半導体基板にトランジスタ領域とダイオード領域とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記トランジスタ領域におけるコレクタ領域を形成するべく、前記半導体基板の下面へ第1導電型のドーパントを注入するコレクタ領域用注入段階と、
前記ダイオード領域におけるカソード領域を形成するべく、前記半導体基板の下面へ第2導電型のドーパントを注入するカソード領域用注入段階と、
前記カソード領域用注入段階の後において、前記ダイオード領域に設けられる第1導電型のフローティング領域を形成するべく、前記半導体基板の下面へ第1導電型のドーパントを注入するフローティング領域用注入段階と
を備える半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a transistor region and a diode region on one semiconductor substrate,
Injecting a dopant for the first conductivity type into the lower surface of the semiconductor substrate to form a collector region in the transistor region;
Injecting the second conductivity type dopant into the lower surface of the semiconductor substrate to form a cathode region in the diode region;
After the implanting step for the cathode region, the implanting step for implanting the floating region of the first conductivity type to the lower surface of the semiconductor substrate to form the floating region of the first conductivity type provided in the diode region, A manufacturing method of a semiconductor device provided.
前記コレクタ領域用注入段階の後に前記カソード領域用注入段階を行う
請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the implantation step for the cathode region is performed after the implantation step for the collector region.
前記カソード領域用注入段階の後に前記コレクタ領域用注入段階を行い、かつ、前記コレクタ領域用注入段階の後に前記フローティング領域用注入段階を行う
請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the implantation step for the collector region is performed after the implantation step for the cathode region, and the implantation step for the floating region is performed after the implantation step for the collector region.
前記フローティング領域用注入段階の後に前記コレクタ領域用注入段階を行う
請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
10. The method according to claim 9, wherein the step of implanting the collector region is performed after the step of implanting the floating region.
1つの半導体基板にトランジスタ領域とダイオード領域とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記トランジスタ領域におけるコレクタ領域を形成するべく、前記半導体基板の下面へ第1導電型のドーパントを注入するコレクタ領域用注入段階と、
前記ダイオード領域に設けられる第1導電型のフローティング領域を形成するべく、前記半導体基板の下面へ第1導電型のドーパントを注入するフローティング領域用注入段階と、
前記フローティング領域用注入段階の後に、前記ダイオード領域におけるカソード領域を形成するべく、前記半導体基板の下面へ第2導電型のドーパントを注入するカソード領域用注入段階と
を備える半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a transistor region and a diode region on one semiconductor substrate,
Injecting a dopant for the first conductivity type into the lower surface of the semiconductor substrate to form a collector region in the transistor region;
Implanting a floating region for implanting a dopant of the first conductivity type into the lower surface of the semiconductor substrate to form a floating region of the first conductivity type provided in the diode region;
A cathode region implantation step of implanting a dopant of a second conductivity type on the lower surface of the semiconductor substrate to form a cathode region in the diode region after the floating region implantation step;
前記コレクタ領域用注入段階の後に前記フローティング領域用注入段階を行う
請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
14. The method of claim 13, wherein the step of implanting the floating region is performed after the step of implanting the collector region.
前記フローティング領域用注入段階の後に前記コレクタ領域用注入段階を行い、かつ、前記コレクタ領域用注入段階の後に前記カソード領域用注入段階を行う
請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the implantation step for the collector region is performed after the implantation step for the floating region, and the implantation step for the cathode region is performed after the implantation step for the collector region.
前記カソード領域用注入段階の後に前記コレクタ領域用注入段階を行う
請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the implantation step for the collector region is performed after the implantation step for the cathode region.
前記コレクタ領域用注入段階、前記カソード領域用注入段階および前記フローティング領域用注入段階の後において、
前記コレクタ領域と前記カソード領域との境界に最も近い前記フローティング領域の端部は、前記カソード領域から前記コレクタ領域に向かう前記カソード領域および前記コレクタ領域の配列方向と平行な方向において、前記境界に達せず、
前記フローティング領域は、前記ダイオード領域内に位置する
請求項9から16のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
After the implantation step for the collector region, the implantation step for the cathode region and the implantation step for the floating region,
The end of the floating region closest to the boundary between the collector region and the cathode region reaches the boundary in a direction parallel to the arrangement direction of the cathode region and the collector region from the cathode region to the collector region. Well,
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 9 to 16, wherein the floating region is located in the diode region.
前記コレクタ領域用注入段階、前記カソード領域用注入段階および前記フローティング領域用注入段階の後において、
前記コレクタ領域と前記カソード領域との境界に最も近い前記フローティング領域の端部は、前記カソード領域から前記コレクタ領域に向かう前記カソード領域および前記コレクタ領域の配列方向と平行な方向において、前記境界に位置する
請求項9から16のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
After the implantation step for the collector region, the implantation step for the cathode region and the implantation step for the floating region,
The end of the floating region closest to the boundary between the collector region and the cathode region is located at the boundary in the direction parallel to the arrangement direction of the cathode region and the collector region from the cathode region to the collector region. A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 9 to 16.
前記フローティング領域の下端は、前記コレクタ領域の上端よりも前記半導体基板の上面に近い
請求項9から18のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 9 to 18, wherein a lower end of the floating region is closer to the upper surface of the semiconductor substrate than an upper end of the collector region.
前記コレクタ領域用注入段階、前記カソード領域用注入段階および前記フローティング領域用注入段階の後において、
前記フローティング領域の少なくとも一部は、前記カソード領域中に位置する
請求項19に記載の半導体装置の製造方法。
After the implantation step for the collector region, the implantation step for the cathode region and the implantation step for the floating region,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, wherein at least a part of the floating region is located in the cathode region.
前記カソード領域は、前記下面から前記上面に向かう深さ方向において異なる位置に電子濃度のピークを少なくとも二つ有し、
前記フローティング領域における正孔濃度のピーク位置は、前記深さ方向において、前記カソード領域における少なくとも二つの電子濃度のピークのうち二つのピークの間に位置する
請求項20に記載の半導体装置の製造方法。
The cathode region has at least two peaks of electron concentration at different positions in a depth direction from the lower surface to the upper surface,
21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 20, wherein the peak position of the hole concentration in the floating region is located between two peaks of at least two electron concentration peaks in the cathode region in the depth direction. .
前記フローティング領域の下端は、前記カソード領域の上端から離間している
請求項9から19のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein a lower end of the floating region is separated from an upper end of the cathode region.
前記コレクタ領域用注入段階、前記カソード領域用注入段階および前記フローティング領域用注入段階の後において、
前記カソード領域の上端は、前記コレクタ領域の上端よりも前記半導体基板の上面に近い、
請求項9から22のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
After the implantation step for the collector region, the implantation step for the cathode region and the implantation step for the floating region,
The upper end of the cathode region is closer to the upper surface of the semiconductor substrate than the upper end of the collector region.
A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 9 to 22.
前記カソード領域用注入段階は、前記ダイオード領域において、前記カソード領域と、予め定められた方向において前記カソード領域と交互に配置される第1導電型のカソード間領域とを形成すべく、前記半導体基板の下面の一部の領域へ第2導電型のドーパントを注入する
請求項9から23のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
In the cathode region injection step, the semiconductor substrate is formed in the diode region to form the cathode region and an inter-cathode region of a first conductivity type alternately arranged with the cathode region in a predetermined direction. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 9 to 23, wherein a dopant of the second conductivity type is implanted into a partial region of the lower surface of the semiconductor device.
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