JP2015154000A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スナップバック現象の抑制技術を提供する。
【解決手段】半導体装置１では、同一の半導体基板４にＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３が隣接して形成され、ＩＧＢＴ領域２からダイオード領域３にわたるｎ型ドリフト領域１３と、領域１３下に領域１３よりも不純物濃度が高いｎ型バッファ領域１２とが備わる。また、ＩＧＢＴ領域２内のバッファ領域１２下には基板４の裏面に露出するｐ型コレクタ領域１１が、ダイオード領域３内のバッファ領域１２下には、コレクタ領域１１に隣接し基板４裏面に露出するｎ型カソード領域１７とが備わる。また、バッファ領域１２の、ダイオード領域３とＩＧＢＴ領域２との境界を少なくとも含む特定範囲ＩＩにおいて、ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３とが隣接する方向で交互に形成された複数の高／低キャリア濃度領域２１／２２が備わる。高キャリア濃度領域２１のキャリア濃度は低キャリア濃度領域２２よりも高い。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

従来から、同一の半導体基板にＩＧＢＴ領域とダイオード領域が形成されている半導体装置が知られている。特許文献１にはこのような半導体装置が開示されている。特許文献１の半導体装置は、ＩＧＢＴ領域およびダイオード領域を備えており、ＩＧＢＴ領域には、コレクタ領域、バッファ領域、ドリフト領域、ボディ領域、エミッタ領域、およびコンタクト領域が形成されている。また、ダイオード領域には、カソード領域、ドリフト領域、およびアノード領域が形成されている。

特開２０１０−１７１３８５号公報

ＩＧＢＴ領域とダイオード領域を有する半導体装置では、ＩＧＢＴ領域をターンオンするときにダイオード領域を通じて電流が流れてしまう現象が起こることがある。そこで本明細書は、この現象を抑制することができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本明細書に開示する半導体装置では、同一の半導体基板にＩＧＢＴ領域とダイオード領域が隣接して形成されている。この半導体装置は、前記ＩＧＢＴ領域から前記ダイオード領域にわたって形成されたｎ型のドリフト領域と、前記ドリフト領域の下に形成され、前記ドリフト領域よりもｎ型不純物濃度が高いｎ型のバッファ領域と、を備えている。また、半導体装置は、前記ＩＧＢＴ領域内の前記バッファ領域の下に形成され、前記半導体基板の裏面に露出するｐ型のコレクタ領域と、前記ダイオード領域内の前記バッファ領域の下に形成され、前記コレクタ領域に隣接する位置で前記半導体基板の前記裏面に露出するｎ型のカソード領域と、を備えている。また、半導体装置は、前記バッファ領域の、前記ダイオード領域と前記ＩＧＢＴ領域の境界を少なくとも含む特定範囲において、前記ＩＧＢＴ領域と前記ダイオード領域とが隣接する方向において交互に形成された複数の高キャリア濃度領域および低キャリア濃度領域を備えている。この半導体装置では、前記高キャリア濃度領域のキャリア濃度が前記低キャリア濃度領域のキャリア濃度よりも高い。

このような構成によれば、コレクタ領域と前記カソード領域の境界の上の部分におけるバッファ領域に高キャリア濃度領域と低キャリア濃度領域が前記ＩＧＢＴ領域から前記ダイオード領域に向かう方向（すなわち、横方向）に交互に形成されことにより、この部分のバッファ領域の横方向の抵抗を大きくすることができる。したがって、バッファ領域においてキャリアが横方向に移動しにくくなる。そのため、ＩＧＢＴ領域側をターンオンするときにダイオード領域側に電流が流れることを抑制できる。その結果、ＩＧＢＴをターンオンするときに電流がダイオードを通じて流れてしまう現象を抑制することができる。

また、上記の半導体装置は、前記ＩＧＢＴ領域内の前記半導体基板の表面に形成された複数のトレンチゲートを備えていてもよい。この半導体装置では、隣り合う前記高キャリア濃度領域同士の間隔が、隣り合う前記トレンチゲート同士の間隔より短くてもよい。

また、前記高キャリア濃度領域および前記低キャリア濃度領域は、前記バッファ領域の厚み方向の全域にわたって形成されていてもよい。

また、本明細書に開示する半導体装置の製造方法は、ｎ型のドリフト領域を有する半導体基板の前記ドリフト領域よりも前記半導体基板の表面側に、前記ドリフト領域よりもｎ型不純物濃度が高いバッファ領域を形成するバッファ領域形成工程と、前記バッファ領域の下に、前記半導体基板の裏面に露出するｐ型のコレクタ領域を形成するコレクタ領域形成工程と、前記バッファ領域の下に、前記半導体基板の裏面に露出するｎ型のカソード領域を形成するカソード領域形成工程と、を備えている。前記バッファ領域形成工程は、前記半導体基板の前記裏面から不純物イオンを注入するイオン注入工程と、前記半導体基板の前記裏面にレーザーを照射することによりレーザーアニールを行うアニール工程とを備えている。前記アニール工程は、前記半導体基板の前記裏面のうちの特定範囲内において、レーザー照射領域同士が重なり合うように前記照射領域を第１方向に位置をずらして複数回レーザーを照射する第１ステップを有している。前記コレクタ領域と前記カソード領域は、前記第１方向に互いに隣接し、前記半導体基板の前記裏面に露出するとともに、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界が前記特定範囲内に位置するように形成される。

このような構成によれば、照射領域同士が重なり合う領域において半導体基板にレーザーが重複して照射される。レーザーが重複する部分では、多くのｎ型不純物が活性かされることによって、高キャリア濃度領域が形成される。一方、レーザーが重複しない部分では、ｎ型不純物の活性化率が低いため、低キャリア濃度領域が形成される。これにより、コレクタ領域とカソード領域の境界の上の部分におけるバッファ領域に高キャリア濃度領域と低キャリア濃度領域が横方向に交互に形成される。その結果、この部分のバッファ領域において横方向の抵抗を大きくすることができる。したがって、ＩＧＢＴをターンオンするときに電流がダイオードを通じて流れてしまうスナップバック現象を抑制することができる。

また、上記の半導体装置の製造方法では、前記アニール工程において、前記第１方向におけるレーザー照射領域のオーバーラップ率が５０％未満であってもよい。

前記アニール工程は、前記特定範囲内において、レーザー照射領域同士が重なり合うように、前記第１方向と交差する第２方向に前記照射領域の位置をずらして複数回レーザーを照射する第２ステップをさらに有していてもよい。また、前記第１ステップの第１方向におけるレーザー照射領域のオーバーラップ率が、第２ステップの第２方向におけるレーザー照射領域のオーバーラップ率と異なっていてもよい。

実施形態に係る半導体装置の斜視図である。 図１の要部IIを拡大して示す図である。 スナップバック現象を説明する図である。 実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である（１）。 実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である（２）。 実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である（３）。 実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である（４）。 レーザーアニール装置の概略構成図である。 図８の要部IXを拡大して示す図（レーザーの照射領域を示す図）である。 レーザーの複数の照射領域が重なり合う状態を示す図である。 実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である（５）。

以下、実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、図面に示す一部の構成では、図面を見易くするためにハッチングを省略して示している。実施形態に係る半導体装置は、ＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）としての機能と、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）としての機能とを備えている。ＩＧＢＴとＦＷＤは、逆並列の状態で配置されている。なお、以下の説明では、半導体基板４の厚み方向をｚ方向といい、ｚ方向に直交する一方向をｘ方向といい、ｚ方向及びｘ方向に直交する方向をｙ方向という。

図１に示すように、半導体装置１は、ＩＧＢＴとして機能するＩＧＢＴ領域２と、ＦＷＤとして機能するダイオード領域３とを備えている。同一の半導体基板４にＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３がｘ方向に隣接して形成されており、逆導通型の半導体装置１が形成されている。また、半導体装置１は、半導体基板４の表面に複数のトレンチゲート５が形成されたトレンチゲート型の半導体装置である。

半導体基板４の材料としては例えばシリコン（Ｓｉ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）等を用いることができ、内部に不純物がドープされることにより半導体素子が形成される。半導体基板４は、ＩＧＢＴ領域２内において、ｐ型のコレクタ領域１１と、コレクタ領域１１の上に形成されたｎ型のバッファ領域１２（ＩＧＢＴバッファ領域１２ａ）と、バッファ領域１２の上に形成されたｎ型のドリフト領域１３（ＩＧＢＴドリフト領域１３ａ）と、ドリフト領域１３の上に形成されたｐ型のボディ領域１４と、ボディ領域１４の上に形成されたｎ型のエミッタ領域１５と、ボディ領域１４の上に形成されたｐ型のコンタクト領域１６とを備えている。また、半導体基板４は、ダイオード領域３内において、ｎ型のカソード領域１７と、カソード領域１７の上に形成されたｎ型のバッファ領域１２（ダイオードバッファ領域１２ｂ）と、バッファ領域１２の上に形成されたｎ型のドリフト領域１３（ダイオードドリフト領域１３ｂ）と、ドリフト領域１３の上に形成されたｐ型のアノード領域１８とを備えている。

半導体基板４の表面には表面側共通電極４１が配置されている。半導体基板４の裏面には裏面側共通電極４２が配置されている。表面側共通電極４１及び裏面側共通電極４２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）等の導電性を有る金属から形成されている。表面側共通電極４１は、エミッタ領域１５に対するエミッタ電極としての機能と、アノード領域１８に対するアノード電極としての機能とを有している。また、裏面側共通電極４２は、コレクタ領域１１に対するコレクタ電極としての機能と、カソード領域１７に対するカソード電極としての機能とを有している。

コレクタ領域１１は半導体基板４の裏面側に露出する範囲に形成されている。コレクタ領域１１の下に裏面側共通電極４２が形成されている。コレクタ領域１１のｐ型不純物濃度は１×１０^１７〜１×１０^２０［ｃｍ^−３］程度である。コレクタ領域１１は、裏面側共通電極４２に対してオーミック接続されている。

カソード領域１７は半導体基板４の裏面側に露出する範囲に形成されている。カソード領域１７の下に裏面側共通電極４２が形成されている。カソード領域１７のｐ型不純物濃度は１×１０^１５〜５×１０^２０［ｃｍ^−３］である。カソード領域１７は、裏面側共通電極４２に対してオーミック接続されている。カソード領域１７は、コレクタ領域１１に対してｘ方向に隣接する位置に形成されている。したがって、カソード領域１７とコレクタ領域１１の境界２３は、ｙ方向に沿って伸びている。ＩＧＢＴ領域２は、境界２３よりもコレクタ領域１１側の領域であり、ダイオード領域３は、境界２３よりもカソード領域１７側の領域である。また、コレクタ領域１１とカソード領域１７は、バッファ領域１２の下に形成されている。詳細には、コレクタ領域１１は、ＩＧＢＴバッファ領域１２ａの下に形成されている。また、カソード領域１７は、ダイオードバッファ領域１２ｂの下に形成されている。

バッファ領域１２は、ＩＧＢＴ領域２からダイオード領域３にわたって形成されている。バッファ領域１２は、ＩＧＢＴバッファ領域１２ａとダイオードバッファ領域１２ｂに区分される。ＩＧＢＴバッファ領域１２ａはＩＧＢＴ領域２に位置しており、ダイオードバッファ領域１２ｂはダイオード領域３に位置している。ＩＧＢＴバッファ領域１２ａとダイオードバッファ領域１２ｂは一体になっている。ＩＧＢＴバッファ領域１２ａはコレクタ領域１１とドリフト領域１３の間に形成されている。ダイオードバッファ領域１２ｂはカソード領域１７とドリフト領域１３の間に形成されている。バッファ領域１２（ＩＧＢＴバッファ領域１２ａ及びダイオードバッファ領域１２ｂ）のｎ型不純物濃度は１×１０^１２〜１×１０^１５［ｃｍ^−３］である。ドリフト領域１３の下にバッファ領域１２が形成されている。バッファ領域１２は、カソード領域１７よりもｎ型不純物濃度が低い。また、バッファ領域１２は、ドリフト領域１３よりもｎ型不純物濃度が高い。

バッファ領域１２は、ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３の境界部分（すなわち、境界２３の上に位置する部分）において複数の高キャリア濃度領域２１及び低キャリア濃度領域２２を備えている。高キャリア濃度領域２１は低キャリア濃度領域２２よりキャリア濃度が高い。図２に示すように、各高キャリア濃度領域２１及び各低キャリア濃度領域２２は、バッファ領域１２の厚み方向の全域にわたって形成されており、バッファ領域１２の下端から上端まで延びている。図２に示すように、高キャリア濃度領域２１の上端部はドリフト領域１３側に突出するように形成されている。なお、本明細書において、不純物濃度とキャリア濃度とは異なる概念である。不純物濃度とは、半導体基板４に不純物イオンを注入した後の半導体基板４内の不純物の濃度である。一方、キャリア濃度とは、半導体基板４に不純物イオンを注入した後にアニール処理をして不純物を活性化させた後の半導体基板４内のキャリアの濃度である。

図２に示すように、複数の高キャリア濃度領域２１及び低キャリア濃度領域２２は、ｘ方向に交互に並んで形成されている。すなわち、高キャリア濃度領域２１と低キャリア濃度領域２２が、ＩＧＢＴ領域２からダイオード領域３に向かう方向において、交互に形成されている。高キャリア濃度領域２１と低キャリア濃度領域２２はｘ方向に縞状に表れる。複数の高キャリア濃度領域２１は、ｘ方向に等間隔で並んで形成されている。ｘ方向に隣り合う高キャリア濃度領域２１同士の間隔ｗ１は、ｘ方向に隣り合うトレンチゲート５同士の間隔ｗｔ（図１参照）より短い。また、複数の高キャリア濃度領域２１及び低キャリア濃度領域２２は、縦方向（ｙ方向）にも交互に並んで形成されている（図示省略）。高キャリア濃度領域２１と低キャリア濃度領域２２は縦方向（ｙ方向）にも縞状に表れる（図示省略）。複数の高キャリア濃度領域２１と低キャリア濃度領域２２が並ぶことによりバッファ領域１２にキャリア濃度の濃度分布ができている。

複数の高キャリア濃度領域２１及び低キャリア濃度領域２２は、ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３の境界部分に形成されている。境界部分は、ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３の厳密な境界面だけでなく、ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３の境界面を含み、ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３の境界面からＩＧＢＴ領域２側およびダイオード領域３側に幅がある範囲のことである。すなわち、複数の高キャリア濃度領域２１及び低キャリア濃度領域２２は、ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３が隣接する方向に沿って、境界面を横断するように形成されている。複数の高キャリア濃度領域２１及び低キャリア濃度領域２２は、コレクタ領域１１及びカソード領域１７の境界の上の部分において形成されている。

ドリフト領域１３は、図１に示すように、ＩＧＢＴ領域２からダイオード領域３にわたって形成されている。ドリフト領域１３は、ＩＧＢＴドリフト領域１３ａとダイオードドリフト領域１３ｂに区分される。ＩＧＢＴドリフト領域１３ａはＩＧＢＴ領域２に位置しており、ダイオードドリフト領域１３ｂはダイオード領域３に位置している。ＩＧＢＴドリフト領域１３ａとダイオードドリフト領域１３ｂは一体になっている。ＩＧＢＴドリフト領域１３ａはバッファ領域１２とボディ領域１４の間に形成されている。ダイオードドリフト領域１３ｂはバッファ領域１２とアノード領域１８の間に形成されている。ドリフト領域１３（ＩＧＢＴドリフト領域１３ａ及びダイオードドリフト領域１３ｂ）のｎ型不純物濃度は１×１０^１２〜１×１０^１５［ｃｍ^−３］である。ドリフト領域１３は、バッファ領域１２よりもｎ型不純物濃度が低い。

ボディ領域１４はドリフト領域１３とエミッタ領域１５およびコンタクト領域１６との間に形成されている。ボディ領域１４はエミッタ領域１５およびコンタクト領域１６に接している。ボディ領域１４には電子が通過するチャネルが形成される。ボディ領域１４のｐ型不純物濃度は１×１０^１６〜１×１０^１９［ｃｍ^−３］程度である。

エミッタ領域１５は半導体基板４の表面側に露出する範囲に形成されている。エミッタ領域１５の上に表面側共通電極４１が形成されている。エミッタ領域１５のｎ型不純物濃度は１×１０^１８〜１×１０^２０［ｃｍ^−３］程度である。エミッタ領域１５は、表面側共通電極４１に対してオーミック接続されている。

コンタクト領域１６は半導体基板４の表面側に露出する範囲に形成されている。コンタクト領域１６の上に表面側共通電極４１が形成されている。コンタクト領域１６のｐ型不純物濃度は１×１０^１７〜１×１０^２０［ｃｍ^−３］程度である。コンタクト領域１６は、表面側共通電極４１に対してオーミック接続されている。

アノード領域１８は半導体基板４の表面側に露出する範囲に形成されている。アノード領域１８の上に表面側共通電極４１が形成されている。アノード領域１８のｐ型不純物濃度は１×１０^１６〜１×１０^１９［ｃｍ^−３］程度である。アノード領域１８は、表面側共通電極４１に対してオーミック接続されている。

また、半導体基板４の表面には複数のトレンチ５１が形成されている。各トレンチ５１の内面にゲート絶縁膜５２が形成されている。各トレンチ５１の内部（ゲート絶縁膜５２の内側）にゲート電極５３が形成されている。トレンチ５１、ゲート絶縁膜５２およびゲート電極５３によりトレンチゲート５が構成されている。複数のトレンチゲート５は、横方向（ｘ方向）に等間隔（ｗｔ）で並んで配置されている。各トレンチゲート５は、縦方向（ｙ方向）に直線状に延びるように形成されている。複数のトレンチゲート５は、縦方向（ｙ方向）に平行に延びるように形成されている。複数のトレンチゲート５は、ＩＧＢＴ領域２内およびダイオード領域３内に形成されている。

トレンチ５１は、半導体基板４の表面から深さ方向（ｚ方向）に延びている。トレンチ５１は、エミッタ領域１５およびボディ領域１４を貫通してドリフト領域１３の内部まで延びている。ゲート絶縁膜５２はトレンチ５１の内面を被覆している。ゲート絶縁膜５２は、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）から形成されている。ゲート絶縁膜５２によってゲート電極５３が半導体基板４から絶縁されている。ゲート電極５３は、半導体基板４の表面に露出している。ゲート電極５３は、図示しないゲート配線に接続されている。ゲート電極５３は、例えばアルミニウムやポリシリコンから形成されている。ゲート電極５３の上には層間絶縁膜５４が配置されている。層間絶縁膜５４は、ゲート電極５３と表面側共通電極４１を絶縁している。

上述した構成を備える半導体装置１では、表面側共通電極４１と裏面側共通電極４２の間に、表面側（アノード領域１８側）がプラスとなる電圧（すなわち、ＦＷＤに対する順方向の電圧）を印加すると、ＦＷＤがターンオンする。これによって、裏面側共通電極４２から、カソード領域１７、バッファ領域１２、ドリフト領域１３、及びアノード領域１８を介して表面側共通電極４１へキャリア（電子）が流れる。これとは逆に、表面側共通電極４１と裏面側共通電極４２の間に、裏面側（コレクタ領域１１側）がプラスとなる電圧（すなわち、ＩＧＢＴに対する順方向の電圧：以下、電圧Ｖｃｅと呼ぶ）を印加し、ゲート電極５３にオン電位を印加すると、ＩＧＢＴがターンオンする。すなわち、ボディ領域１４にキャリアが通過するチャネルが形成され、表面側共通電極４１から、エミッタ領域１５、ボディ領域１４に形成されたチャネル、ドリフト領域１３、バッファ領域１２、及びコレクタ領域１１を介して、裏面側共通電極４２へキャリア（電子）が流れる。また、裏面側共通電極４２から、コレクタ領域１１、バッファ領域１２、ドリフト領域１３、ボディ領域１４、及びコンタクト領域１６を介して、表面側共通電極４１へキャリア（ホール）が流れる。

従来のＲＣ−ＩＧＢＴでは、ＩＧＢＴがターンオンする際に、図３に示すスナップバック現象が生じる場合がある。スナップバック現象は、ＩＧＢＴがターンオンする際に、上述した電圧Ｖｃｅが一旦、比較的高い電圧ＶＨまで上昇した後に、その後、より低い電圧ＶＬに低下し、その後、電流Ｉ（裏面側共通電極４２から表面側共通電極４１に向かって流れる電流）が増加する現象である。スナップバック現象が生じるのは、電圧Ｖｃｅが低い場合に、図１の矢印２５に示すように、ボディ領域１４のチャネルを通過した電子が、バッファ領域１２を通ってダイオード領域３へ移動し、カソード領域１７に流入するためであると考えられる。しかしながら、本実施例の半導体装置１では、ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３の境界部分のバッファ領域１２に、高キャリア濃度領域２１と低キャリア濃度領域２２がｘ方向に交互に繰り返し形成されている。これにより、境界部分のバッファ領域１２のｘ方向の抵抗が大きくなっている。したがって、本実施例の半導体装置１では、矢印２５に示す電子の流れが抑制され、これによってスナップバック現象が抑制される。また、バッファ領域１２において高キャリア濃度領域２１が分布することにより、電流が一箇所に集中することを抑制でき、局所的な発熱や破壊を少なくすることもできる。

また、本実施例の半導体装置１では、高キャリア濃度領域２１同士の間隔ｗ１が、トレンチゲート５同士の間隔ｗｔより短い。これにより、高キャリア濃度領域２１が密に形成されるので、ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３の境界部分におけるｘ方向の抵抗を大きくすることができる。また、高キャリア濃度領域２１および低キャリア濃度領域２２がバッファ領域１２の厚み方向（ｚ方向）の全域にわたって形成されている。これにより、ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３の境界部分においてバッファ領域１２の厚み方向の全域にわたって抵抗を大きくすることができる。

次に上述した構成を備える半導体装置の製造方法について説明する。半導体装置１を製造するときは、まず図４に示すように、半導体基板４の表面側の構造を形成する。

次に、半導体基板４のｎ型のドリフト領域１３の下にバッファ領域１２を形成する（バッファ領域形成工程）。具体的には、バッファ領域形成工程では、まず図５に示すように、半導体基板４の裏面からｎ型の不純物イオンを注入する（イオン注入工程）。より詳細には、ドリフト領域１３の裏面側の領域に不純物イオンを注入する。不純物イオンを注入するときは、後に形成されるバッファ領域１２の位置を考慮してエネルギーを調節する。不純物イオンはほぼ均一に注入される。

続いて、バッファ領域形成工程では、不純物イオンが注入された半導体基板４をアニール処理する（アニール工程）。より詳細には、図６に示すように、半導体基板４の裏面にレーザーを照射することによりレーザーアニールを行う。これによって、イオン注入工程で注入されたｎ型不純物を活性化し、図７に示すようにバッファ領域１２を形成する。以下、アニール工程について、より詳細に説明する。

アニール工程では、図８に示すレーザーアニール装置により半導体基板４にレーザーを照射する。レーザーアニール装置１０１は、装置本体１０２と、装置本体１０２に接続されたレーザーヘッド１０３とを備えている。装置本体１０２は、レーザーに関する各種の制御を行うことができる。例えば、装置本体１０２は、レーザーの出力やレーザーヘッド１０３の移動を制御することができる。

レーザーヘッド１０３は半導体基板４に向けてレーザーを照射できるように構成されている。レーザーヘッド１０３は、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向にそれぞれ移動可能に構成されている。なお、レーザーヘッド１０３が移動するｘ方向、ｙ方向およびｚ方向は、それぞれ、上述した半導体装置１のｘ方向、ｙ方向およびｚ方向に相当する。レーザーヘッドがｘ方向およびｙ方向に移動することにより、ｘ方向およびｙ方向に位置をずらして半導体基板４にレーザーを複数回照射することができる。レーザーの照射領域１１０は、図９に示すように、略長方形状を有している。照射領域１１０の全域においてほぼ均一にレーザーを照射することができる。

アニール工程では、図６の特定範囲７１にレーザーを照射する際と、特定範囲７１の外側の範囲にレーザーを照射する際とで、レーザーの照射方法を変更する。

特定範囲７１の外側の範囲にレーザーを照射する際には、半導体基板４の裏面に略一様にレーザーを照射することで、半導体基板４の裏面近傍を略均一に加熱する。これによって、イオン注入工程で注入されたｎ型不純物を活性化させ、バッファ領域１４を形成する。このように、特定範囲７１の外側の範囲の裏面を略均一に加熱するので、特定範囲７１の外側では、バッファ領域１４のキャリア濃度が略均一となる。

他方、特定範囲７１にレーザーを照射する際には、レーザーアニール装置によって、図８に示すように、レーザーヘッド１０３をｘ方向に移動させながら間欠的にレーザーを照射し、その後レーザーヘッド１０３をｙ方向に移動させ、再びレーザーヘッド１０３をｘ方向に移動させながら間欠的にレーザーを照射する。レーザーの照射範囲をｘ方向及びｙ方向にずらしながら、レーザー照射を繰り返すことで、特定範囲７１にレーザーを照射していく。すなわち、アニール工程では、レーザーの照射領域１１０をｘ方向にずらして複数回レーザーが照射されるとともに、レーザーの照射領域１１０をｙ方向にずらして複数回レーザーが照射される。

レーザーは、図１０に示すように、隣り合う照射領域１１０が互いに重なり合う（オーバーラップする）ように照射される。なお、図１０では、隣り合う照射領域１１０が互いに重なり合う領域を重複領域１１１として示し、照射領域１１０が重なり合わない領域（レーザーが１回だけ照射される領域）を非重複領域１１２として示している。ここで、レーザーの照射領域１１０同士が重なり合う面積の割合を、オーバーラップ率という。例えば、隣り合う照射領域１１０と照射領域１１０の半分が互いに重なり合っている場合は、オーバーラップ率は５０％である。また、照射領域１１０同士が全く重なり合っていない場合は、オーバーラップ率は０％である。また、照射領域１１０同士が完全に重なり合って一致している場合は、オーバーラップ率は１００％である。レーザーのオーバーラップ率は、ｘ方向およびｙ方向共に５０％未満であることが好ましい。オーバーラップ率の調節は、ｘ方向およびｙ方向においてそれぞれ行うことができる。本実施例では、ｘ方向におけるオーバーラップ率とｙ方向におけるオーバーラップ率は異なっている。

特定範囲７１のレーザーアニールを行うと、イオン注入工程で特定範囲７１に注入されたｎ型不純物が活性化する。ここで、重複領域１１１は、レーザーの照射を複数回受けるので、高温に曝される時間が長い。このため、重複領域１１１では、多くのｎ型不純物が活性化する。これに対し、非重複領域１１２は、レーザーの照射を１回だけ受けるので、高温に曝される時間が短い。このため、非重複領域１１２では、活性化するｎ型不純物の量が少ない。したがって、図７に示すように、重複領域１１１内の半導体層は、高キャリア濃度領域２１となり、非重複領域１１２内の半導体層は、高キャリア濃度領域２１よりもキャリア濃度が低い低キャリア濃度領域２２となる。また、重複領域１１１では非重複領域１１２よりもｎ型不純物の拡散距離も長くなるので、図２に示すように、高キャリア濃度領域２１は低キャリア濃度領域２２よりも上側に突出するように形成される。なお、以上のように高キャリア濃度領域２１と低キャリア濃度領域２２が形成されるため、アニール工程における重複領域１１１同士の間隔ｗ２（図１０参照）は、上述した隣り合う高キャリア濃度領域２１同士の間隔ｗ１（図２参照）に対応する。隣り合う重複領域１１１同士の間隔ｗ２は、上述した隣り合うトレンチゲート５同士の間隔ｗｔより短いことが好ましい。

その後、図１１に示すように、半導体基板４にコレクタ領域１１およびカソード領域１７を形成する。具体的には、ＩＧＢＴ領域において半導体基板４の裏面からｐ型の不純物イオンを注入し、その後にレーザーアニールを行うことによりコレクタ領域１１を形成する。また、ダイオード領域において半導体基板４の裏面からｎ型の不純物イオンを注入し、その後にレーザーアニールを行うことによりカソード領域１７を形成する。コレクタ領域１１とカソード領域１７は、ｘ方向に互いに隣接して形成される。コレクタ領域１１とカソード領域１７は半導体基板４の裏面に露出する。また、このとき、コレクタ領域１１とカソード領域１７の境界２３が半導体基板４の裏面の特定範囲７１内に位置するようにコレクタ領域１１とカソード領域１７を形成する。これにより図２に示すように、コレクタ領域１１及びカソード領域１７の境界２３の上の部分（半導体基板４のＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３の境界部分）において、キャリア濃度が比較的高い高キャリア濃度領域２１と、キャリア濃度が比較的低い低キャリア濃度領域２２が形成される。

その後、裏面共通電極４２を形成することで、図１に示す半導体装置１を製造することができる。

上述の説明から明らかなように、実施形態に係る半導体装置１の製造方法では、半導体基板４にレーザーを照射するときに、半導体基板４の裏面の特定範囲７１内において、隣り合う照射領域１１０が重なり合うようにレーザーを照射する。これにより、照射領域１１０同士が重なり合う重複領域１１１において半導体基板４にレーザーが重複して照射される。レーザーが重複する部分では、高キャリア濃度領域２１を有するバッファ領域１２が形成される。一方、重複領域１１１と重複領域１１１の間の非重複領域１１２ではレーザーが重複しない。これにより、バッファ領域１２の高キャリア濃度領域２１と高キャリア濃度領域２１の間に低キャリア濃度領域２２が形成される。したがって、コレクタ領域１１及びカソード領域１７の境界の上の部分（ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３の境界部分）におけるバッファ領域１２に高キャリア濃度領域２１と低キャリア濃度領域２２がｘ方向に交互に形成される。これにより、スナップバック現象が生じ難いＲＣ−ＩＧＢＴを製造することができる。

以上、一実施形態について説明したが、具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では複数の高キャリア濃度領域２１及び低キャリア濃度領域２２がコレクタ領域１１及びカソード領域１７の境界の上の部分（ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３の境界部分）のみに形成されていたが、この構成に限定されるものではない。例えば、複数の高キャリア濃度領域２１及び低キャリア濃度領域２２がＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３の境界部分およびダイオード領域３の全域にわたって形成されていてもよい。また、ＩＧＢＴ領域２の全域にわたって形成されていてもよい。

また、複数の高キャリア濃度領域２１及び低キャリア濃度領域２２が形成されるＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３の境界部分（コレクタ領域１１及びカソード領域１７の境界の上の部分）は、ある程度の範囲（幅）を有する部分であり、この範囲（幅）は適宜調節することができる。例えば、レーザーを照射する範囲を広げることにより、高キャリア濃度領域２１及び低キャリア濃度領域２２が形成される範囲を広げることができる。

また、上記実施形態では、レーザーの照射領域１１０をｘ方向（第１方向）にずらしてレーザー照射した後、照射領域１１０をｙ方向（第２方向）にずらす構成であったが、この構成に限定されるものではない。この構成とは逆に、レーザーの照射領域１１０をｙ方向（第２方向）にずらしてレーザー照射した後、照射領域１１０をｘ方向（第１方向）にずらす構成であってもよい。この構成によっても、ｘ方向（第１方向）及びｙ方向（第２方向）にそれぞれ複数回レーザーを照射することができる。

また、上記実施形態では、レーザーヘッド１０３をｘ方向（すなわち、ＩＧＢＴ領域からダイオード領域に向かう方向）に移動させたが、ｘ方向に対して９０°未満の角度を有する方向にレーザーヘッド１０３を移動させてもよい。このような方向にレーザーヘッド１０３を移動させても、レーザーの照射領域をｘ方向に位置をずらして複数回レーザーを照射することができる。例えば、ｘ方向に対して４５°の方向にレーザーヘッド１０３を移動させ、その方向における照射範囲の間隔がｗである場合には、ｘ方向における照射範囲の間隔はｗｃｏｓ４５°となる。同様の理由により、上記実施形態では、レーザーヘッド１０３をｙ方向に移動させたが、ｙ方向に対して９０°未満の角度を有する方向にレーザーヘッド１０３を移動させてもよい。また、上記実施形態では、レーザーヘッド１０３を移動させる方向が互いに直交するｘ方向とｙ方向であったが、必ずしもレーザーヘッド１０３を移動させる２方向が直交している必要はない。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１；半導体装置
２；ＩＧＢＴ領域
３；ダイオード領域
４；半導体基板
５；トレンチゲート
１１；コレクタ領域
１２；バッファ領域
１２ａ；ＩＧＢＴバッファ領域
１２ｂ；ダイオードバッファ領域
１３；ドリフト領域
１３ａ；ＩＧＢＴドリフト領域
１３ｂ；ダイオードドリフト領域
１４；ボディ領域
１５；エミッタ領域
１６；コンタクト領域
１７；カソード領域
１８；アノード領域
２１；高キャリア濃度領域
２２；低キャリア濃度領域
２３；境界
４１；表面側共通電極
４２；裏面側共通電極
５１；トレンチ
５２；ゲート絶縁膜
５３；ゲート電極
５４；層間絶縁膜
７１；特定範囲
１０１；レーザーアニール装置
１０２；装置本体
１０３；レーザーヘッド
１１０；照射領域
１１１；重複領域
１１２；非重複領域

Claims (6)

1. 同一の半導体基板にＩＧＢＴ領域とダイオード領域が隣接して形成されている半導体装置であって、
   前記ＩＧＢＴ領域から前記ダイオード領域にわたって形成されたｎ型のドリフト領域と、
   前記ドリフト領域の下に形成され、前記ドリフト領域よりもｎ型不純物濃度が高いｎ型のバッファ領域と、
   前記ＩＧＢＴ領域内の前記バッファ領域の下に形成され、前記半導体基板の裏面に露出するｐ型のコレクタ領域と、
   前記ダイオード領域内の前記バッファ領域の下に形成され、前記コレクタ領域に隣接する位置で前記半導体基板の前記裏面に露出するｎ型のカソード領域と、
   前記バッファ領域の、前記ダイオード領域と前記ＩＧＢＴ領域の境界を少なくとも含む特定範囲において、前記ＩＧＢＴ領域と前記ダイオード領域とが隣接する方向において交互に形成された複数の高キャリア濃度領域および低キャリア濃度領域と、を備え、
   前記高キャリア濃度領域のキャリア濃度が前記低キャリア濃度領域のキャリア濃度よりも高い、半導体装置。
2. 前記ＩＧＢＴ領域内の前記半導体基板の表面に形成された複数のトレンチゲートを備え、
   隣り合う前記高キャリア濃度領域同士の間隔が、隣り合う前記トレンチゲート同士の間隔より短い、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記高キャリア濃度領域および前記低キャリア濃度領域は、前記バッファ領域の厚み方向の全域にわたって形成されている、請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. ｎ型のドリフト領域を有する半導体基板の前記ドリフト領域よりも前記半導体基板の表面側に、前記ドリフト領域よりもｎ型不純物濃度が高いバッファ領域を形成するバッファ領域形成工程と、
   前記バッファ領域の下に、前記半導体基板の裏面に露出するｐ型のコレクタ領域を形成するコレクタ領域形成工程と、
   前記バッファ領域の下に、前記半導体基板の裏面に露出するｎ型のカソード領域を形成するカソード領域形成工程と、
   を備え、
   前記バッファ領域形成工程は、前記半導体基板の前記裏面から不純物イオンを注入するイオン注入工程と、前記半導体基板の前記裏面にレーザーを照射することによりレーザーアニールを行うアニール工程を備え、
   前記アニール工程は、前記半導体基板の前記裏面のうちの特定範囲内において、レーザー照射領域同士が重なり合うように前記照射領域を第１方向に位置をずらして複数回レーザーを照射する第１ステップを有し、
   前記コレクタ領域と前記カソード領域は、前記第１方向に互いに隣接し、前記半導体基板の前記裏面に露出するとともに、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の境界が前記特定範囲内に位置するように形成される、半導体装置の製造方法。
5. 前記アニール工程において、前記第１方向におけるレーザー照射領域のオーバーラップ率が５０％未満である請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記アニール工程は、前記特定範囲内において、レーザー照射領域同士が重なり合うように、前記第１方向と交差する第２方向に前記照射領域の位置をずらして複数回レーザーを照射する第２ステップをさらに有し、
   前記第１ステップの第１方向におけるレーザー照射領域のオーバーラップ率が、第２ステップの第２方向におけるレーザー照射領域のオーバーラップ率と異なる請求項４又は５に記載の半導体装置の製造方法。

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