JP2019102773A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本明細書では、従来よりも容易に微細なパターンを有する結晶欠陥を形成可能な技術を提供する。【解決手段】 半導体装置の製造方法であって、半導体基板の裏面に不純物を注入することによって、前記裏面に沿って低濃度領域と前記低濃度領域よりも不純物濃度の高い高濃度領域とが隣接する低高隣接領域を形成する工程と、レーザアニールを実施することによって前記低高隣接領域を一時的に溶融させる工程と、を有する半導体装置の製造方法。【選択図】図２

Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の電気特性を改善するために、ライフタイム制御という技術が用いられている。ライフタイム制御は、半導体基板内に軽イオンを照射し、半導体基板内の所定深さに結晶欠陥を形成し、アニール処理によって結晶欠陥密度を調整することで、その所定深さのライフタイムを制御する技術である。例えば、特許文献１では、ＩＧＢＴ構造が形成されているＩＧＢＴ領域とダイオード構造が形成されているダイオード領域を半導体基板内に一体化させたＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor）において、ＩＧＢＴ構造の電気特性を改善するために、ＩＧＢＴ領域内の半導体基板の裏面側に結晶欠陥を形成するとともに、ダイオード構造の電気特性を改善するためにダイオード領域内の半導体基板の表面側に結晶欠陥を形成することが開示されている。

ＩＧＢＴ構造の電気特性の改善に適する結晶欠陥の性質（例えば深さ）と、ダイオード構造の電気特性の改善に適する結晶欠陥の性質（例えば深さ）は異なる場合がある。そのため、特許文献１のＲＣ−ＩＧＢＴの製造の際には、ＩＧＢＴ領域をマスクした状態で半導体基板の表面側から軽イオンを照射することによってダイオード領域内に結晶欠陥を形成し、ダイオード領域をマスクした状態で半導体基板の裏面側から軽イオンを照射することによってＩＧＢＴ領域内に結晶欠陥を形成している。

特開２０１３−１９７３０６号公報

結晶欠陥の形成のために照射される軽イオンは非常に高エネルギーである。そのため、軽イオンの照射によって半導体基板内に結晶欠陥を形成する方法を採用する場合、基板を保護するためのマスクを、ＡｌやＳｉ等の材料によって作成する必要があった。そのため、他の材料でマスクを作成する場合に比べ、マスクの加工精度が低くなり易く、また基板への配置の際も位置ズレも起こり易いという問題があり、微細なパターンを有する結晶欠陥を形成することが困難であった。

本明細書では、従来よりも容易に微細なパターンを有する結晶欠陥を形成可能な技術を提供する。

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、半導体基板の裏面に不純物を注入することによって、前記裏面に沿って低濃度領域と前記低濃度領域よりも不純物濃度の高い高濃度領域が隣接する低高隣接領域を形成する工程と、レーザアニールを実施することによって前記低高隣接領域を一時的に溶融させる工程と、を有する。

上記した製造方法によると、裏面拡散層内に低濃度領域と高濃度領域とが隣接する低高隣接領域を形成し、レーザアニールを実施することによって低高隣接領域を一時的に溶融させる。この際、不純物濃度の高い高濃度領域は、不純物濃度の低い低濃度領域に比べて多くのレーザ光を吸収し、両領域間に温度差が発生する。そのため、高濃度領域と低濃度領域との間で一時的に溶融した後の回復過程が異なる。その結果、回復後に、高濃度領域と低濃度領域との境界に結晶欠陥が形成される。また、裏面拡散層内に不純物を注入して連続領域を形成する工程は、半導体装置の裏面構造の製造過程の中で行うことができる。その際、例えば、レジストによるマスクを形成して不純物の注入を行うことができる。ＡｌやＳｉ等の材料でマスクを形成する場合に比べて、レジストによるマスクパターンの形成は、容易かつ高精度に行うことができる。そのため、上記の方法によると、従来の軽イオン照射による結晶欠陥形成方法に比べて、容易に微細なパターンの結晶欠陥を形成することができる。

第１実施例の半導体装置を示す要部断面図。 半導体装置の製造方法を説明するフローチャート。 第１実施例の半導体装置の製造過程を示す要部断面図（１）。 第１実施例の半導体装置の製造過程を示す要部断面図（２）。 第１実施例の半導体装置の製造過程における下面パターンを示す説明図。 第１実施例の半導体装置の製造過程を示す要部断面図（３）。 第１実施例の半導体装置の製造過程における下面パターンの他の例を示す説明図。 第１実施例の半導体装置の製造過程における下面パターンの他の例を示す説明図。 第２実施例の半導体装置を示す要部断面図。 第２実施例の半導体装置の製造過程を示す要部断面図。 第２実施例の半導体装置を示す要部断面図。 第２実施例の半導体装置の製造過程を示す要部断面図。

（第１実施例）
（半導体装置１０の構成）
図面を参照して、第１実施例の半導体装置１０について説明する。本実施例の半導体装置１０は、特に限定されないが、パワー半導体装置に属するものであり、例えば電動型の自動車において、コンバータやインバータのスイッチング素子として採用することができる。ここでいう電動型の自動車には、例えば、ハイブリッド車、燃料電池車又は再充電式の電気自動車といった、車輪をモータによって駆動する各種の自動車が含まれる。

図１に示すように、半導体装置１０は、半導体基板１２と、半導体基板１２の上面１２ａに設けられた上面電極１４と、半導体基板１２の下面１２ｂに設けられた下面電極１６とを備える。半導体基板１２は、シリコン（Ｓｉ）で構成されたシリコン基板である。但し、半導体基板１２は、シリコン基板に限定されず、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板又はその他の半導体材料で構成された基板（結晶体）であってもよい。上面電極１４と下面電極１６は、それぞれ導電性を有する材料で構成されている。上面電極１４と下面電極１６を構成する材料は特に限定されず、例えばアルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）といった金属材料であってよい。

なお、半導体基板１２の上面１２ａとは、半導体基板１２の一つの表面を意味し、半導体基板１２の下面１２ｂとは、半導体基板１２の他の一つの表面であって、上面１２ａとは反対側に位置する表面を意味する。本明細書において、「上面」及び「下面」という表現は、互いに反対側に位置する二つの表面を便宜的に区別するものであり、半導体装置１０の製造時や使用時における姿勢を限定するものではない。

半導体基板１２は、ダイオード領域１２ＸとＩＧＢＴ領域１２Ｙとを有する。ダイオード領域１２ＸとＩＧＢＴ領域１２Ｙは、それぞれ半導体基板１２の上面１２ａから下面１２ｂまで延びているとともに、半導体基板１２を平面視したときに互いに隣接する。後述する説明から理解されるように、ダイオード領域１２Ｘには、ｐｎ接合型ダイオードとショットキー接合型ダイオードの両構造が形成されており、ＩＧＢＴ領域１２Ｙには、ＩＧＢＴの構造が形成されている。即ち、半導体装置１０は、ダイオードの構造とＩＧＢＴの構造を併せ持つ半導体装置であり、一般にＲＣ−ＩＧＢＴと称される。

ダイオード領域１２Ｘは、アノード領域２２と、カソード領域２４と、バッファ領域２５と、ドリフト領域２６とを備える。アノード領域２２は、ｐ型の半導体領域であり、上面電極１４に接触している。なお、アノード領域２２の上面電極１４に接触する部分２２ａは、他の部分よりも不純物濃度が高くなっており、上面電極１４にオーミック接触している。カソード領域２４は、ｎ型の半導体領域であり、下面電極１６に接触している。カソード領域２４の不純物濃度は十分に高く（例えば３Ｅ１５／ｃｍ２以上）、カソード領域２４は下面電極１６にオーミック接触している。

バッファ領域２５は、カソード領域２４と同じくｎ型の半導体領域である。但し、バッファ領域２５の不純物濃度は、カソード領域２４の不純物濃度よりも低い。バッファ領域２５は、ドリフト領域２６とカソード領域２４との間に介在している。バッファ領域２５は、ダイオード領域１２Ｘだけでなく、ＩＧＢＴ領域１２Ｙにも広がっている。

ドリフト領域２６は、カソード領域２４及びバッファ領域２５と同じくｎ型の半導体領域である。但し、ドリフト領域２６の不純物濃度は、バッファ領域２５の不純物濃度よりも低い。ドリフト領域２６は、アノード領域２２とバッファ領域２５との間に介在している。即ち、アノード領域２２とカソード領域２４は、ドリフト領域２６及びバッファ領域２５によって互いに隔てられている。ドリフト領域２６は、バッファ領域２５と同様に、ダイオード領域１２Ｘだけでなく、ＩＧＢＴ領域１２Ｙにも広がっている。

ダイオード領域１２Ｘにはさらに、トレンチ３２が設けられている。トレンチ３２は、半導体基板１２の上面１２ａに設けられており、ドリフト領域２６に達する深さを有する。トレンチ３２内には、トレンチ絶縁膜３４と、ダミー電極３６とが設けられている。ダミー電極３６は、トレンチ絶縁膜３４によって半導体基板１２（即ち、トレンチ３２の内面）から隔てられている。また、ダミー電極３６と上面電極１４との間には、層間絶縁膜３８が設けられている。ダミー電極３６は、上面電極１４と同電位に維持されるように構成されている。なお、トレンチ３２、トレンチ絶縁膜３４、ダミー電極３６及び層間絶縁膜３８は、ダイオード領域１２Ｘにおいて必ずしも必要とされない構成であり、省略されてもよい。

次に、ＩＧＢＴ領域１２Ｙについて説明する。ＩＧＢＴ領域１２Ｙは、ボディ領域５２と、エミッタ領域５４と、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅと、ドリフト領域２６と、バッファ領域２５とを備える。ボディ領域５２は、ｐ型の半導体領域であり、上面電極１４に接触している。なお、ボディ領域５２の上面電極１４に接触する部分５２ａは、他の部分よりも不純物濃度が高くなっており、上面電極１４にオーミック接触している。

エミッタ領域５４は、ｎ型の半導体領域であり、上面電極１４に接触している。エミッタ領域５４のキャリア密度は十分に高く、エミッタ領域５４は上面電極１４にオーミック接触している。エミッタ領域５４は、ボディ領域５２によってドリフト領域２６から隔てられている。なお、本実施例の半導体装置１０では、エミッタ領域５４と同様のｎ型の半導体領域が、ダイオード領域１２Ｘにも設けられているが、ダイオード領域１２Ｘにおける当該ｎ型の半導体領域は必ずしも必要とされない構成であり、省略されてもよい。

コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅは、ｐ型の半導体領域であり、下面電極１６に接触している。コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅの不純物濃度も比較的高く、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅは下面電極１６にオーミック接触している。但し、本実施例では、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅの不純物濃度は比較的高い程度であり、例えば１Ｅ１４／ｃｍ２以下である。図１に示すように、前述したダイオード領域１２Ｘでは、半導体基板１２の下面１２ｂに沿ってｎ型のカソード領域２４が設けられているのに対して、ＩＧＢＴ領域１２Ｙでは、半導体基板１２の下面１２ｂに沿ってｐ型のコレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅが設けられており、この点においてダイオード領域１２ＸとＩＧＢＴ領域１２Ｙとは互いに相違する。また、図１の半導体装置１０では、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅのそれぞれの間に、ｎ型の高濃度領域５８ａ〜５８ｅが介在されている。コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅと高濃度領域５８ａ〜５８ｅとの関係については後で詳しく説明する。

ＩＧＢＴ領域１２Ｙには、トレンチ６２が設けられている。トレンチ６２は、半導体基板１２の上面１２ａに設けられており、ドリフト領域２６に達する深さを有する。トレンチ６２内には、ゲート絶縁膜６４と、ゲート電極６６とが設けられている。ゲート電極６６は、ゲート絶縁膜６４によって半導体基板１２（即ち、トレンチ６２の内面）から隔てられている。また、ゲート電極６６と上面電極１４との間には、層間絶縁膜６８が設けられている。ゲート電極６６は、ゲート絶縁膜６４を介して、エミッタ領域５４、ボディ領域５２及びドリフト領域２６に対向している。ゲート電極６６は、外部の駆動回路によって、所定のゲート電圧が印加されるように構成されている。

上記の通り、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅのそれぞれの間には、高濃度領域５８ａ〜５８ｅが介在されている。高濃度領域５８ａ〜５８ｅは、それぞれ、ｎ型の半導体領域であり、ダイオード領域１２Ｘのカソード領域２４と同等の十分に高い不純物濃度（例えば３Ｅ１５／ｃｍ２以上）を有する。そのため、各高濃度領域５８ａ〜５８ｅも、下面電極１６とオーミック接触している。高濃度領域５８ａ〜５８ｅの不純物濃度（例えば３Ｅ１５／ｃｍ２以上）は、それぞれと隣り合うコレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅの不純物濃度（例えば１Ｅ１４／ｃｍ２以下）よりも高い。このように、ＩＧＢＴ領域１２Ｙのうち、下面電極１６に接する範囲において、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅと高濃度領域５８ａ〜５８ｅとが交互に隣接する領域が形成される。

本実施例では、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅと高濃度領域５８ａ〜５８ｅとがそれぞれ接する境界部分と、コレクタ領域５６とカソード領域２４とが接する境界部分とには結晶欠陥８０が形成されている。結晶欠陥８０は、ＩＧＢＴ領域１２Ｙに形成されるＩＧＢＴ構造のスイッチング特性を改善することができる。

（製造方法）
続いて、本実施例の半導体装置１０の製造方法を説明する。図２は、半導体装置１０の各製造工程を順を追って表わすフローチャートである。以下、図２のフローチャートに沿って各工程を説明する。まず、Ｓ１０では、半導体装置１０のうちのいわゆる表面構造が形成される。具体的には、Ｓ１０では、図１の半導体装置１０のうち、アノード領域２２、ドリフト領域２６、トレンチ３２、トレンチ絶縁膜３４、ダミー電極３６、層間絶縁膜３８、ボディ領域５２、エミッタ領域５４、トレンチ６２、ゲート絶縁膜６４、ゲート電極６６、層間絶縁膜６８、及び、上面電極１４が形成される。この時点では、半導体装置１０のうちのいわゆる裏面構造、即ち、バッファ領域２５、カソード領域２４、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅ、高濃度領域５８ａ〜５８ｅ、及び、下面電極１６は形成されていない。

Ｓ１２では、半導体基板１２の厚みが所望の厚みになるまで、半導体基板１２の下面１２ｂ側を研磨する。

Ｓ１４では、半導体基板１２の下面１２ｂ側から、半導体基板１２の下面１２ｂ全面に向けて、ｎ型の不純物（例えばリン）をイオン注入する。これにより、半導体基板１２の下面１２ｂに露出する範囲に、バッファ領域のためのｎ型領域（図１の符号２５参照）が形成される。

Ｓ１６では、レーザアニールを実施して半導体基板１２の下面１２ｂを局所的に加熱する。これにより、Ｓ１４で形成されたｎ型領域が活性化され、バッファ領域２５（図１参照）が形成される。

Ｓ１８では、半導体基板１２の下面１２ｂ側から、半導体基板１２の下面１２ｂ全面に向けて、ｐ型の不純物（例えばボロン）をイオン注入する（図３参照）。これにより、図３に示すように、半導体基板１２の下面１２ｂに露出する範囲に、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅ（図１参照）のためのｐ型領域５６ｘが形成される。ｐ型領域５６ｘの不純物濃度は例えば１Ｅ１４／ｃｍ２以下である。

Ｓ２０では、半導体基板１２の下面１２ｂをパターニングする。具体的には、図４に示すように、半導体基板１２の下面１２ｂのうち、ＩＧＢＴ領域１２Ｙに相当する部分に、所定のパターンを有するマスク４０ａ〜４０ｆを形成する。この例では、マスク４０ａ〜４０ｆは、半導体基板１２の下面１２ｂのうち、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅ（図１参照）に対応する箇所をカバーするように形成される。マスク４０ａ〜４０ｆは、例えばレジストによって形成される。

Ｓ２２では、半導体基板１２の下面１２ｂ側から、マスク４０ａ〜４０ｆが配置された状態の半導体基板１２の下面１２ｂ全面に向けて、ｎ型の不純物をイオン注入する（図４参照）。これにより、図４に示すように、半導体基板１２の下面１２ｂに露出する範囲のうち、マスク４０ａ〜４０ｆでカバーされていない範囲に、ｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅが形成される。ｎ型領域２４ｘは、カソード領域２４（図１参照）のための領域である。ｎ型領域５８ｘａ〜５８ｘｅは、高濃度領域５８ａ〜５８ｅ（図１参照）のための領域である。ｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅの不純物濃度は例えば３Ｅ１５／ｃｍ２以上である。なお、マスク４０ａ〜４０ｆでカバーされている範囲には不純物は注入されない。そのため、マスク４０ａ〜４０ｆでカバーされている範囲には、ｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜ｘｅが残される。Ｓ２２のイオン注入により、半導体基板１２の下面１２ｂに露出する範囲には、不純物濃度が低いｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜５６ｘｅと、不純物濃度が高いｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅと、が交互に隣接する低高隣接領域が形成される。図５は、Ｓ２２の工程の結果、半導体基板１２の下面１２ｂに形成される低高隣接領域のパターンを模式的に示す。この例では、図５に示すように、帯状のｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜５６ｘｅと、ｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅとが交互に形成される。

Ｓ２４では、レーザアニールを実施して半導体基板１２の下面１２ｂを局所的に加熱する。これにより、ｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜ｘｅ、及び、ｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅ（図４参照）が活性化される。その結果、図６に示すように、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅ、カソード領域２４、及び、高濃度領域５８ａ〜５８ｅが形成される。Ｓ２４では、レーザアニールが実施されると、熱によってｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜５６ｘｅ、及び、ｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅが一時的に溶融される。この際、不純物濃度が高いｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅは、不純物濃度が低いｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜５６ｘｅに比べてレーザ光を吸収しやすい。そのため、溶融された際、ｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜５６ｘｅとｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅとの間に温度差が発生する。その結果、ｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜５６ｘｅとｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅとの間で、溶融後の回復過程が異なる。その結果、回復後に、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅと、カソード領域２４及び高濃度領域５８ａ〜５８ｅと、の境界部分に結晶欠陥８０が形成される。

Ｓ２６では、半導体基板１２の下面１２ｂに下面電極１６を形成する。Ｓ２６を終えると、図１の半導体装置１０が完成する。

以上、本実施例の半導体装置１０の構成及びその製造方法について説明した。上記の通り、本実施例の半導体装置１０を製造する場合、半導体基板１２の下面１２ｂに露出する範囲に、不純物濃度が低いｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜ｘｅと、不純物濃度が高いｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅと、が交互に隣接する低高隣接領域を形成し（図２のＳ２２、図４参照）、レーザアニールを実施する（Ｓ２４）。レーザアニールが実施されると、熱によってｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜５６ｘｅ、及び、ｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅが一時的に溶融される。この際、不純物濃度が高いｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅは、不純物濃度が低いｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜５６ｘｅに比べてレーザ光を吸収しやすい。そのため、溶融された際、ｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜ｘｅとｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅとの間に温度差が発生する。その結果、ｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜５６ｘｅとｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅとの間で、溶融後の回復過程が異なる。その結果、回復後に、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅと、カソード領域２４及び高濃度領域５８ａ〜５８ｅと、の境界部分に結晶欠陥８０が形成される（図６参照）。

また、半導体基板１２の下面１２ｂに露出する範囲内に、ｎ型領域５８ｘａ〜５８ｘｅを形成する工程（図２のＳ２０、Ｓ２２）は、半導体装置１０のカソード領域２４の形成のためのｎ型領域２４ｘの形成と同時に行うことができる。即ち、ｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜ｘｅとｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅとの連続領域の形成は、半導体装置１０の裏面構造の製造過程の中で行うことができる。その際、Ｓ２０では、半導体基板１２の下面１２ｂをレジストによるマスク４０ａ〜４０ｆでパターニングするが、ＡｌやＳｉ等の材料でマスクを形成する場合に比べて、レジストによるマスクパターンの形成は、容易かつ高精度に行うことができる。そのため、本実施例の製造方法によると、従来の軽イオン照射による結晶欠陥形成方法に比べて、容易に微細なパターンの結晶欠陥８０を形成することができる。

また、本実施例の製造方法によると、結晶欠陥８０の形成量を、ｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜ｘｅとｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅとの境界の数及び面積によって変えることができる。従って、ｐ型領域とｎ型領域の配置や各領域の大きさ、形状等を変えることで、結晶欠陥８０の形成量を調整することができる。

また、結晶欠陥８０の形成位置も、パターニングの際のマスクの位置によって調整することができる。

半導体基板１２の下面１２ｂが「裏面」の一例である。図３のｐ型領域５６ｘが「裏面拡散層」の一例である。図４のｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜５６ｘｅが「低濃度領域」の一例である。図４のｎ型領域２４ｘ、５８ｘａ〜５８ｘｅが「高濃度領域」の一例である。

（第１実施例の変形例）
図２のＳ２２の工程の結果として、半導体基板１２の下面１２ｂに形成される低高隣接領域のパターンは、上記の図５に示すパターンには限られず、他の任意のパターンであってもよい。例えば、図７に示すように、ｐ型領域５６ｘ内に、方形のｎ型領域５８ｘｆ〜５８ｘｈが形成されてもよい。さらに他の例では、図８に示すように、ｐ型領域５６ｘ内に、円形のｎ型領域５８ｘｉ〜５８ｘｋが形成されてもよい。このように、どのようなパターンにおいても、不純物濃度の低いｐ型領域と、不純物濃度の高いｎ型領域と、が隣接する低高隣接領域が形成されればよい。

（第２実施例）
第１実施例と異なる点を中心に説明する。図９に、本実施例の半導体装置１００を示す。図９では、第１実施例の半導体装置１０（図１参照）と同じ要素は同じ符号を用いて示し、詳しい説明を省略する。本実施例の半導体装置１００では、半導体基板１２の下面１２ｂに露出する拡散層の構成が第１実施例とは異なる。図９に示すように、ＩＧＢＴ領域１２Ｙでは、１個のコレクタ領域５６のみが形成され、高濃度領域は形成されていない。一方、ダイオード領域１２Ｘでは、ｎ型のカソード領域１２４、１２４ａ〜１２４ｅのそれぞれの間に、ｐ型の低濃度領域１５６ａ〜１５６ｅが介在されている。本実施例でも、カソード領域１２４、１２４ａ〜１２４ｅは、それぞれ、十分に高い不純物濃度（例えば３Ｅ１３／ｃｍ２以上）を有する。そして、低濃度領域１５６ａ〜１５６ｅは、ＩＧＢＴ領域１２Ｙのコレクタ領域５６と同等の不純物濃度（例えば１Ｅ１４／ｃｍ２以下）を有する。即ち、低濃度領域１５６ａ〜１５６ｅの不純物濃度は、それぞれと隣り合うカソード領域１２４、１２４ａ〜１２４ｅよりも低い。このように、本実施例では、ダイオード領域１２Ｘのうち、下面電極１６に接する範囲において、カソード領域１２４、１２４ａ〜１２４ｅと低濃度領域１５６ａ〜１５６ｅとが隣接する領域が形成される。カソード領域１２４、１２４ａ〜１２４ｅと低濃度領域１５６ａ〜１５６ｅとがそれぞれ接する境界部分と、カソード領域１２４とコレクタ領域５６とが接する境界部分とには結晶欠陥１８０が形成されている。

続いて、本実施例の半導体装置１００の製造方法を説明する。本実施例の半導体装置１００の製造方法も、基本的には、第１実施例と同様である（図２参照）。図２のフローチャート中のＳ１０〜Ｓ１８までの各工程は第１実施例と同様である。本実施例では、Ｓ２０〜Ｓ２４の各工程の内容の一部が第１実施例とは異なる。

本実施例でも、Ｓ２０では、半導体基板１２の下面１２ｂをパターニングする。具体的には、図１０に示すように、半導体基板１２の下面１２ｂに、所定のパターンを有するマスク１４０ａ〜１４０ｆを形成する。ただしこの例では、マスク１４０ａは、ＩＧＢＴ領域１２Ｙの半導体基板１２の下面１２ｂのうち、コレクタ領域５６（図９参照）に対応する箇所をカバーするように形成される。そして、マスク１４０ｂ〜１４０ｆは、それぞれ、ダイオード領域１２Ｘの半導体基板１２の下面１２ｂのうち、低濃度領域１５６ａ〜１５６ｅ（図９参照）に対応する箇所をカバーするように形成される。本実施例でも、マスク１４０ａ〜１４０ｆは、例えば酸化膜によって形成される。

続くＳ２２では、半導体基板１２の下面１２ｂ側から、マスク１４０ａ〜１４０ｆが配置された状態の半導体基板１２の下面１２ｂ全面に向けて、ｎ型の不純物をイオン注入する（図１０参照）。これにより、図１０に示すように、半導体基板１２の下面１２ｂに露出する範囲のうち、マスク１４０ａ〜１４０ｆでカバーされていない範囲に、ｎ型領域１２４ｘ、１２４ｘａ〜１２４ｘｅが形成される。ｎ型領域１２４ｘ、１２４ｘａ〜１２４ｘｅは、カソード領域１２４、１２４ａ〜１２４ｅ（図９参照）のための領域である。ｎ型領域１２４ｘ、１２４ｘａ〜１２４ｘｅの不純物濃度は例えば３Ｅ１５／ｃｍ２以上である。なお、マスク１４０ａ〜１４０ｆでカバーされている範囲には不純物は注入されない。そのため、マスク１４０ａ〜１４０ｆでカバーされている範囲には、ｐ型領域５６ｘ、１５６ｘａ〜１５６ｘｅが残される。ｐ型領域５６ｘは、コレクタ領域５６（図９参照）のための領域である。ｐ型領域１５６ｘａ〜１５６ｘｅは、低濃度領域１５６ａ〜１５６ｅ（図９参照）のための領域である。本実施例では、Ｓ２２のイオン注入により、半導体基板１２の下面１２ｂに露出する範囲には、不純物濃度が低いｐ型領域５６ｘ、１５６ｘａ〜１５６ｘｅと、不純物濃度が高いｎ型領域１２４ｘ、１２４ｘａ〜１２４ｘｅと、が交互に連続して配置される連続領域が形成される。

Ｓ２４では、レーザアニールを実施して半導体基板１２の下面１２ｂを局所的に加熱する。これにより、ｐ型領域５６ｘ、１５６ｘａ〜１５６ｘｅ、及び、ｎ型領域１２４ｘ、１２４ｘａ〜１２４ｘｅ（図１０参照）が活性化される。その結果、コレクタ領域５６、カソード領域１２４、１２４ａ〜１２４ｅ、及び、低濃度領域１５６ａ〜１５６ｅが形成される（図９参照）。Ｓ２４では、レーザアニールが実施されると、熱によってｐ型領域５６ｘ、１５６ｘａ〜１５６ｘｅ、及び、ｎ型領域１２４ｘ、１２４ｘａ〜１２４ｘｅが一時的に溶融される。この際、不純物濃度が高いｎ型領域１２４ｘ、１２４ｘａ〜１２４ｘｅは、不純物濃度が低いｐ型領域５６ｘ、１５６ｘａ〜１５６ｘｅに比べてレーザ光を吸収しやすい。そのため、溶融された際、ｐ型領域５６ｘ、１５６ｘａ〜１５６ｘｅとｎ型領域１２４ｘ、１２４ｘａ〜１２４ｘｅとの間に温度差が発生する。その結果、ｐ型領域５６ｘ、１５６ｘａ〜１５６ｘｅとｎ型領域１２４ｘ、１２４ｘａ〜１２４ｘｅとの間で、溶融後の回復過程が異なる。その結果、回復後に、カソード領域１２４、１２４ａ〜１２４ｅと、コレクタ領域５６及び低濃度領域１５６ａ〜１５６ｅと、の境界部分に結晶欠陥１８０が形成される。

その後のＳ２６の工程は第１実施例と共通であるため詳しい説明を省略する。Ｓ２６を終えると、図９の半導体装置１００が完成する。

本実施例の半導体装置１００の製造方法による場合も、第１実施例の製造方法と同様の作用効果を発揮することができる。本実施例では、図１０のｎ型領域１２４ｘ、１２４ｘａ〜１２４ｘｅが「高濃度領域」の一例であり、図１０のｐ型領域５６ｘ、１５６ｘａ〜１５６ｘｅが「低濃度領域」の一例である。

（第３実施例）
第１及び第２実施例と異なる点を中心に説明する。図１１に、本実施例の半導体装置２００を示す。図１１でも、第１及び第２実施例と同じ要素は同じ符号を用いて示し、詳しい説明を省略する。本実施例の半導体装置２００のＩＧＢＴ領域１２Ｙは、図１の半導体装置１０（即ち第１実施例の半導体装置１０）のＩＧＢＴ領域１２Ｙと共通している。そして、半導体装置２００のダイオード領域１２Ｘは、図９の半導体装置１００（即ち第２実施例の半導体装置１００）のダイオード領域１２Ｘと共通している。即ち、本実施例の半導体装置２００では、ＩＧＢＴ領域１２Ｙは、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅと高濃度領域５８ａ〜５８ｅとが交互に隣接する領域を有する。コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅと高濃度領域５８ａ〜５８ｅとがそれぞれ接する境界部分と、コレクタ領域５６とカソード領域１２４とが接する境界部分とには結晶欠陥８０が形成されている。そして、ダイオード領域１２Ｘは、カソード領域１２４、１２４ａ〜１２４ｅと低濃度領域１５６ａ〜１５６ｅとが交互に隣接する領域が形成される。また、カソード領域１２４、１２４ａ〜１２４ｅと低濃度領域１５６ａ〜１５６ｅとがそれぞれ接する境界部分にも、結晶欠陥１８０が形成されている。

続いて、本実施例の半導体装置２００の製造方法を説明する。本実施例の半導体装置２００の製造方法も、基本的には、第１及び第２実施例と同様である（図２参照）。図２のフローチャート中のＳ１０〜Ｓ１８までの各工程は第１及び第２実施例と同様である。本実施例では、Ｓ２０〜Ｓ２４の各工程の内容の一部が第１及び第２実施例とは異なる。

本実施例では、Ｓ２０では、図１２に示すように、半導体基板１２の下面１２ｂに、所定のパターンを有するマスク４０ａ〜４０ｆ、及び、マスク１４０ｂ〜１４０ｆを形成する。マスク４０ａ〜４０ｆは、図４のマスク４０ａ〜４０ｆと同様である。マスク４０ａ〜４０ｆは、半導体基板１２の下面１２ｂのうち、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅ（図１参照）に対応する箇所をカバーするように形成される。一方、マスク１４０ｂ〜１４０ｆは、図９のマスク１４０ｂ〜１４０ｆと同様である。マスク１４０ｂ〜１４０ｆは、ダイオード領域１２Ｘの半導体基板１２の下面１２ｂのうち、低濃度領域１５６ａ〜１５６ｅ（図９参照）に対応する箇所をカバーするように形成される。

続くＳ２２では、半導体基板１２の下面１２ｂ側から、マスク４０ａ〜４０ｆ、及び、マスク１４０ｂ〜１４０ｆが配置された状態の半導体基板１２の下面１２ｂ全面に向けて、ｎ型の不純物をイオン注入する（図１２参照）。これにより、図１０に示すように、半導体基板１２の下面１２ｂに露出する範囲のうち、マスク４０ａ〜４０ｆ及びマスク１４０ｂ〜１４０ｆでカバーされていない範囲に、ｐ型領域（即ち、図１２の符号５６ｘ、５６ｘａ〜５６ｅ、１５６ｘａ〜１５６ｘｅ）よりも不純物濃度が高いｎ型領域（即ち、符号５８ｘａ〜５８ｅ、１２４ｘ、１２４ｘａ〜１２４ｘｅ）が形成される。

Ｓ２４では、レーザアニールを実施して半導体基板１２の下面１２ｂを局所的に加熱する。これにより、ＩＧＢＴ領域１２Ｙには、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅと高濃度領域５８ａ〜５８ｅとが交互に隣接して形成され、ダイオード領域１２Ｘには、カソード領域１２４、１２４ａ〜１２４ｅと低濃度領域１５６ａ〜１５６ｅとが交互に隣接して形成される（図１１参照）。また、それに伴い、コレクタ領域５６、５６ａ〜５６ｅと高濃度領域５８ａ〜５８ｅとがそれぞれ接する境界部分と、コレクタ領域５６とカソード領域１２４とが接する境界部分とに結晶欠陥８０が形成され、カソード領域１２４、１２４ａ〜１２４ｅと低濃度領域１５６ａ〜１５６ｅとがそれぞれ接する境界部分に、結晶欠陥１８０が形成される。

本実施例の半導体装置１００の製造方法による場合も、第１及び第２実施例の製造方法と同様の作用効果を発揮することができる。本実施例では、図１２のｎ型領域５８ｘａ〜５８ｅ、１２４ｘ、１２４ｘａ〜１２４ｘｅが「高濃度領域」の一例であり、図１０のｐ型領域５６ｘ、５６ｘａ〜５６ｅ、１５６ｘａ〜１５６ｘｅが「低濃度領域」の一例である。

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。

（変形例）上記の各実施例では、半導体装置１０、１００、２００がいずれもＲＣ−ＩＧＢＴである例について説明した。これに限られず、本明細書で開示する方法で製造される半導体装置は、ＩＧＢＴ、ダイオードや、これら以外の任意の半導体装置であってもよい。

また、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。

１０：半導体装置
１２：半導体基板
１２Ｘ：ダイオード領域
１２Ｙ：ＩＧＢＴ領域
１２ａ：上面
１２ｂ：下面
１４：上面電極
１６：下面電極
２２：アノード領域
２４：カソード領域
２４ｘ：ｎ型領域
２５：バッファ領域
２６：ドリフト領域
３２：トレンチ
３４：トレンチ絶縁膜
３６：ダミー電極
３８：層間絶縁膜
４０ａ〜４０ｆ：マスク
５２：ボディ領域
５４：エミッタ領域
５６：コレクタ領域
５６ａ〜５６ｅ：コレクタ領域
５６ｘ：ｐ型領域
５６ｘａ〜５６ｘｅ：ｐ型領域
５８ａ〜５８ｅ：高濃度領域
５８ｘａ〜５８ｘｅ：ｎ型領域
５８ｘｆ〜５８ｘｈ：ｎ型領域
５８ｘｉ〜５８ｘｋ：ｎ型領域
６２：トレンチ
６４：ゲート絶縁膜
６６：ゲート電極
６８：層間絶縁膜
８０：結晶欠陥
１００：半導体装置
１２４：カソード領域
１２４ａ〜１２４ｅ：カソード領域
１２４ｘ：ｎ型領域
１２４ｘａ〜１２４ｘｅ：ｎ型領域
１４０ａ〜１４０ｆ：マスク
１５６ａ〜１５６ｅ：低濃度領域
１５６ｘａ〜１５６ｅ：ｐ型領域
１８０：結晶欠陥
２００：半導体装置

Claims (1)

1. 半導体装置の製造方法であって、
   半導体基板の裏面に不純物を注入することによって、前記裏面に沿って低濃度領域と前記低濃度領域よりも不純物濃度の高い高濃度領域とが隣接する低高隣接領域を形成する工程と、
   レーザアニールを実施することによって前記低高隣接領域を一時的に溶融させる工程と、
   を有する半導体装置の製造方法。

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