JP5083468B2 - ダイオード領域とｉｇｂｔ領域を有する半導体基板を備える半導体装置 - Google Patents

ダイオード領域とｉｇｂｔ領域を有する半導体基板を備える半導体装置 Download PDF

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Description

本明細書に記載の技術は、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域が同一半導体基板に形成されている半導体装置に関する。
日本国特許公開公報２００８−１９２７３７号（特許文献１）には、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域が同一半導体基板に形成されている半導体装置が開示されている。半導体基板の裏面側は、ダイオード領域ではｎ型のカソード層となっており、ＩＧＢＴ領域では、ｐ型のコレクタ層となっている。カソード層とコレクタ層とは互いに接しており、その境界は、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域との境界領域内に存在している。
特開２００８−１９２７３７号公報
ＩＧＢＴ領域とダイオード領域との境界近傍においては、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域との間でキャリアが移動する場合がある。例えば、ＩＧＢＴ動作時には、キャリアがＩＧＢＴ領域からダイオード領域に移動する。その結果、ＩＧＢＴ領域のドリフト領域におけるキャリア密度が減少してドリフト領域の抵抗が高くなり、ＩＧＢＴ動作時のオン電圧が高くなってしまう。また、ダイオード領域に還流電流が流れている状態でＩＧＢＴ領域をオン状態に切換えると、ダイオード領域に逆回復電流が流れる。このダイオードの逆回復時には、キャリアがＩＧＢＴ領域からダイオード領域に移動する。その結果、ダイオードの逆回復電流が大きくなって、素子破壊が起こり易くなる。
本明細書は、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域が同一半導体基板に形成されている半導体装置であって、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域との間のキャリア移動を抑制し、ＩＧＢＴ動作時のオン電圧上昇を抑制するとともに、ダイオードのリカバリ特性を改善することが可能な半導体装置を提供する。
本明細書は、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域が同一半導体基板に形成されている半導体装置を提供する。この半導体装置では、ダイオード領域は、半導体基板の表面に露出している第１導電型のアノード領域と、アノード領域の裏面側に形成されている第２導電型のダイオードドリフト領域と、ダイオードドリフト領域より第２導電型の不純物濃度が高く、ダイオードドリフト領域の裏面側に形成されている第２導電型のカソード領域と、を備えている。ＩＧＢＴ領域は、半導体基板の表面に露出している第２導電型のエミッタ領域と、エミッタ領域の側方及び裏面側に形成されており、エミッタ電極に接している第１導電型のボディ領域と、ボディ領域の裏面側に形成されている第２導電型のＩＧＢＴドリフト領域と、ＩＧＢＴドリフト領域の裏面側に形成されている第１導電型のコレクタ領域と、エミッタ領域とＩＧＢＴドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向しているゲート電極と、を備えている。半導体基板の裏面側のカソード領域とコレクタ領域との間には、低濃度領域が設けられている。低濃度領域は、第１導電型であって、コレクタ領域よりも第１導電型の不純物濃度が低い第１低濃度領域と、第２導電型であって、カソード領域よりも第２導電型の不純物濃度が低い第２低濃度領域との少なくともいずれか一方を有している。
上記の構成によれば、カソード領域とコレクタ領域との間に、カソード領域およびコレクタ領域と比較して電気抵抗が高い、低濃度領域が形成されている。抵抗の高い低濃度領域には、キャリアが流れ込みにくいため、半導体基板の低濃度領域の上側の領域では、キャリア密度が小さくなる。このため、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域との間のキャリア密度を低減することができる。これによって、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域との間のキャリア移動を抑制し、ＩＧＢＴ動作時のオン電圧上昇を抑制するとともに、ダイオードのリカバリ特性を改善することができる。
カソード領域とコレクタ領域と低濃度領域を半導体基板の裏面に露出させ、半導体基板の裏面に接する電極を設けることができる。この場合には、低濃度領域と電極とのコンタクト抵抗は、カソード領域と電極のコンタクト抵抗およびコレクタ領域と電極のコンタクト抵抗のいずれよりも高いことが好ましい。ダイオード領域とＩＧＢＴ領域との間のキャリア密度をより低減することができる。
カソード領域と低濃度領域との境界は、半導体装置を平面視した場合に、ＩＧＢＴ領域のボディ領域の下方よりもダイオード領域の近くに位置していることが好ましい。
ダイオードドリフト領域内には、ライフタイム制御領域が形成されていてもよい。ライフタイム制御領域内でのキャリアのライフタイムは、ライフタイム制御領域外のダイオードドリフト領域でのキャリアのライフタイムより短い。ライフタイム制御領域のＩＧＢＴ領域側の端部は、半導体装置を平面視した場合に、低濃度領域の上方に位置していることが好ましい。
ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の間には、半導体基板の表面からアノード領域の下端及びボディ領域の下端より深い深さまでの範囲に、第１導電型の分離領域を形成することができる。この場合には、ライフタイム制御領域のＩＧＢＴ領域側の端部は、半導体装置を平面視した場合に、分離領域の下方に位置していてもよい。
本明細書は、上記の半導体装置の製造方法についても提供する。上記の半導体装置の第１の製造方法は、マスク工程と、イオン注入工程と、アニール工程とを含んでいる。マスク工程では、半導体ウェハのダイオード形成領域の裏面側もしくはＩＧＢＴ形成領域の裏面側にマスクを配置する。イオン注入工程では、マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に不純物イオンの注入を行ってイオン注入領域を形成する。このイオン注入工程は、マスク工程においてマスクを形成した領域側からマスクを形成していない領域側に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角を成す第１方向で半導体ウェハの裏面にイオン注入する第１イオン注入工程と、前記第１方向と交差する第２方向で半導体ウェハの裏面にイオン注入する第２イオン注入工程とを含んでいる。アニール工程では、イオン注入領域のアニール処理を行う。
マスク工程では、ダイオード形成領域とＩＧＢＴ形成領域とのいずれか一方にマスクが配置されている。マスク工程においてマスクを形成した領域側からマスクを形成していない領域側に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角を成す第１方向で半導体ウェハの裏面にイオン注入する第１イオン注入工程と、この第１方向と交差する第２方向で半導体ウェハの裏面にイオン注入する第２イオン注入工程とを行うと、ダイオード形成領域とＩＧＢＴ形成領域との境界の近傍において、第１方向のイオン注入と、第２方向のイオン注入とのいずれか一方のみが遮蔽されて到達しない部分が形成される。この部分は低イオン注入領域であり、ダイオード形成領域とＩＧＢＴ形成領域との境界の近傍に形成されている。低イオン注入領域を形成することによって、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域との間に、不純物濃度の低い領域を形成することができる。
上記の半導体装置の第２の製造方法は、半導体ウェハのダイオード領域の裏面側もしくはＩＧＢＴ領域の裏面側にマスクを配置する、マスク工程と、マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に不純物イオンの注入を行ってイオン注入領域を形成する、イオン注入工程と、マスクが配置された状態でイオン注入領域にレーザアニール処理を行うレーザアニール工程と、を含んでいる。
レーザアニール処理によってイオン注入領域のアニール処理を行う場合、イオン注入領域にレーザを照射することによってイオンを活性化する。マスクが配置されている領域との境界の近傍のイオン注入領域は、十分に高温とならないため、イオンが十分に活性化されず、不純物濃度の低い領域となる。ダイオード形成領域とＩＧＢＴ形成領域とのいずれか一方には、マスク工程においてマスクが配置されているから、ダイオード形成領域とＩＧＢＴ形成領域との間に、不純物濃度の低い領域を形成することができる。
上記の第１の製造方法および第２の製造方法について、マスク工程では、マスクは、半導体ウェハの裏面に接する接着層を介して、半導体ウェハに固定されていてもよい。
上記の半導体装置の第３の製造方法は、半導体ウェハのダイオード形成領域の裏面側もしくはＩＧＢＴ形成領域の裏面側にマスクを配置する、マスク工程と、マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面にイオン注入を行って、第１導電型のコレクタ領域と第２導電型のカソード領域を隣接して形成するイオン注入工程と、半導体ウェハの裏面の第コレクタ領域とカソード領域との境界にレーザアニール処理を行うレーザアニール工程と、を含んでいる。
レーザアニール処理を行うと、第１導電型のコレクタ領域と第２導電型のカソード領域との境界近傍に、コレクタ領域よりも第１導電型の不純物濃度が低く、カソード領域よりも第２導電型の不純物濃度が低い領域を形成することができる。
上記の第１ないし第３の製造方法は、結晶欠陥形成工程をさらに含んでいてもよい。この場合、マスク工程では、半導体ウェハのＩＧＢＴ形成領域の裏面側にマスクを配置し、結晶欠陥形成工程では、マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に、荷電粒子の照射を行って、半導体ウェハのダイオード形成領域に結晶欠陥を形成することが好ましい。マスク工程で配置したマスクは、イオン注入工程で不純物イオンを遮蔽するためのマスクとして使用できるとともに、結晶欠陥形成工程では荷電粒子を遮蔽するためのマスクとして使用できる。
実施形態に係る半導体装置の断面図である。 実施例１に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 実施例１に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 実施例１に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 実施例１に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 実施例１に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 実施例１に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 実施例１に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 変形例に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 変形例に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 変形例に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 実施例２に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 実施例２に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 実施例２に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 実施例３に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 実施例３に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 実施例３に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 他の実施形態に係る半導体装置の断面図である。 他の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
（半導体装置）
本明細書が開示する実施形態に係る半導体装置について説明する。
図１に示すように、実施形態に係る半導体装置１０は、半導体基板１２と、半導体基板１２の表面及び裏面に形成されている金属層及び絶縁膜等を備えている。半導体基板１２には、ダイオード領域２０とＩＧＢＴ領域４０と境界領域８０が形成されている。ダイオード領域２０とＩＧＢＴ領域４０との間に、境界領域８０が形成されている。
ダイオード領域２０内の半導体基板１２の表面には、アノード電極２２が形成されている。ＩＧＢＴ領域４０内の半導体基板１２の表面には、エミッタ電極４２が形成されている。半導体基板１２の裏面には、共通電極６０が形成されている。
ダイオード領域２０には、アノード層２６、ダイオードドリフト層２８、カソード層３０が形成されている。
アノード層２６は、ｐ型である。アノード層２６は、アノードコンタクト領域２６ａと低濃度アノード層２６ｂを備えている。アノードコンタクト領域２６ａは、半導体基板１２の表面に露出する範囲に、島状に形成されている。アノードコンタクト領域２６ａは、不純物濃度が高い。アノードコンタクト領域２６ａは、アノード電極２２に対してオーミック接続されている。低濃度アノード層２６ｂは、アノードコンタクト領域２６ａの下側及び側方に形成されており、アノードコンタクト領域２６ａを覆っている。低濃度アノード層２６ｂの不純物濃度は、アノードコンタクト領域２６ａより低い。
ダイオードドリフト層２８は、アノード層２６の下側に形成されている。ダイオードドリフト層２８は、ｎ型である。ダイオードドリフト層２８は、上部ドリフト層２８ａと下部ドリフト層２８ｂとを備えている。上部ドリフト層２８ａは、下部ドリフト層２８ｂよりも不純物濃度が低い。
カソード層３０は、ダイオードドリフト層２８の下側に形成されている。カソード層３０は、半導体基板１２の裏面に露出する範囲に形成されている。カソード層３０は、ｎ型であり、不純物濃度が高い。カソード層３０は、共通電極６０に対してオーミック接続されている。
アノード層２６、ダイオードドリフト層２８、及び、カソード層３０によってダイオードが形成されている。
ＩＧＢＴ領域４０には、エミッタ領域４４、ボディ層４８、ＩＧＢＴドリフト層５０、コレクタ層５２、及び、ゲート電極５４等が形成されている。
ＩＧＢＴ領域４０内の半導体基板１２の表面には、複数のトレンチが形成されている。各トレンチの内面には、ゲート絶縁膜５６が形成されている。各トレンチの内部に、ゲート電極５４が形成されている。ゲート電極５４の表面は絶縁膜５８により覆われている。ゲート電極５４は、エミッタ電極４２から絶縁されている。
エミッタ領域４４は、半導体基板１２の表面に露出する範囲に、島状に形成されている。エミッタ領域４４は、ゲート絶縁膜５６に接する範囲に形成されている。エミッタ領域４４は、ｎ型であり、不純物濃度が高い。エミッタ領域４４は、エミッタ電極４２に対してオーミック接続されている。
ボディ層４８は、ｐ型である。ボディ層４８は、ボディコンタクト領域４８ａと低濃度ボディ層４８ｂを備えている。ボディコンタクト領域４８ａは、半導体基板１２の表面に露出する範囲に、島状に形成されている。ボディコンタクト領域４８ａは、２つのエミッタ領域４４の間に形成されている。ボディコンタクト領域４８ａは、不純物濃度が高い。ボディコンタクト領域４８ａは、エミッタ電極４２に対してオーミック接続されている。低濃度ボディ層４８ｂは、エミッタ領域４４及びボディコンタクト領域４８ａの下側に形成されている。低濃度ボディ層４８ｂは、ゲート電極５４の下端より浅い範囲に形成されている。低濃度ボディ層４８ｂの不純物濃度は、ボディコンタクト領域４８ａよりも低い。低濃度ボディ層４８ｂによって、エミッタ領域４４がＩＧＢＴドリフト層５０から分離されている。ゲート電極５４は、エミッタ領域４４とＩＧＢＴドリフト層５０を分離している範囲の低濃度ボディ層４８ｂにゲート絶縁膜５６を介して対向している。
ＩＧＢＴドリフト層５０は、ボディ層４８の下側に形成されている。ＩＧＢＴドリフト層５０は、ｎ型である。ＩＧＢＴドリフト層５０は、ドリフト層５０ａとバッファ層５０ｂを備えている。ドリフト層５０ａは、ボディ層４８の下側に形成されている。ドリフト層５０ａは、不純物濃度が低い。ドリフト層５０ａは、ダイオード領域２０の上部ドリフト層２８ａと略同じ不純物濃度を有しており、上部ドリフト層２８ａと連続する層である。バッファ層５０ｂは、ドリフト層５０ａの下側に形成されている。バッファ層５０ｂは、ドリフト層５０ａよりも不純物濃度が高い。バッファ層５０ｂは、ダイオード領域２０の下部ドリフト層２８ｂと略同じ不純物濃度を有しており、下部ドリフト層２８ｂと連続する層である。
コレクタ層５２は、ＩＧＢＴドリフト層５０の下側に形成されている。コレクタ層５２は、半導体基板１２の裏面に露出する範囲に形成されている。コレクタ層５２は、ｐ型であり、不純物濃度が高い。コレクタ層５２は、共通電極６０に対してオーミック接続されている。
エミッタ領域４４、ボディ層４８、ＩＧＢＴドリフト層５０、コレクタ層５２、及び、ゲート電極５４によってＩＧＢＴが形成されている。
ダイオード領域２０とＩＧＢＴ領域４０の間には、境界領域８０が形成されている。境界領域は、素子構造が形成されていない不活性領域であり、境界領域８０の表面は、電極と接していない。境界領域８０の表面には、絶縁膜８２が形成されている。境界領域８０には、分離領域７０が形成されている。分離領域７０は、半導体基板１２の表面からアノード層２６の下端及びボディ層４８の下端より深い深さまでの範囲に形成されている。より詳細には、分離領域７０は、半導体基板１２の表面からゲート電極５４の下端より深い深さまでの範囲に形成されている。分離領域７０は、アノード層２６及びボディ層４８に接している。分離領域７０は、ｐ型である。分離領域７０の不純物濃度は、低濃度アノード層２６ｂ及び低濃度ボディ層４８ｂより高い。分離領域７０の底面は、平坦である。分離領域７０は、アノード層２６とボディ層４８の間において電界が集中することを抑制する。特に、分離領域７０がゲート電極５４の下端よりも深い位置まで形成されているので、分離領域７０近傍のゲート電極５４に電界が集中することが抑制される。
分離領域７０の下側では、上部ドリフト層２８ａとドリフト層５０ａが連続している。連続する上部ドリフト層２８ａとドリフト層５０ａの下側では、下部ドリフト層２８ｂとバッファ層５０ｂが連続している。低濃度層１００の上側で、下部ドリフト層２８ｂとバッファ層５０ｂが連続している。低濃度層１００は、カソード層３０とコレクタ層５２の間に形成されている。低濃度層１００は、ｎ型であり、カソード層３０よりも不純物濃度が低い。低濃度層１００の電気抵抗は、カソード層３０の電気抵抗およびコレクタ層５２の電気抵抗のいずれよりも高い。
カソード層３０およびコレクタ層５２と同様に、低濃度層１００は半導体基板１２の裏面に露出する範囲に形成されており、共通電極６０に対してオーミック接続されている。不純物濃度が低いため、低濃度層１００と共通電極６０とのコンタクト抵抗は、カソード層３０と共通電極６０とのコンタクト抵抗、コレクタ層５２と共通電極とのコンタクト抵抗と比較して高い。
ダイオード領域２０のカソード層３０は、分離領域７０の下側まで延出されており、分離領域７０の下側で、低濃度層１００と隣接している。低濃度層１００は、ＩＧＢＴ領域４０と境界領域８０との境界まで延びており、ＩＧＢＴ領域４０のコレクタ層５２と隣接している。すなわち、カソード層３０と低濃度層１００との境界７２は、半導体装置１０を平面視した場合に、ＩＧＢＴ領域４０のボディ領域４８の下方よりもダイオード領域２０に近い側に位置している。より詳細には、境界７２は、分離領域７０の底面（平坦部分）の下側に位置している。コレクタ層５２と低濃度層１００との境界７４は分離領域７０の傾斜部の下側に位置していると同時に、ＩＧＢＴ領域４０のボディ領域４８の下方に位置している。
ダイオードドリフト層２８の上部ドリフト層２８ａには、キャリアライフタイム制御領域３９が形成されている。キャリアライフタイム制御領域３９内には、半導体基板１２に荷電粒子を打ち込むことによって形成された結晶欠陥が存在している。キャリアライフタイム制御領域３９内の結晶欠陥密度は、その周囲の上部ドリフト層２８ａに比べて極めて高い。キャリアライフタイム制御領域３９は、アノード層２６の近傍の深さであり、分離領域７０の下端より深い深さに形成されている。また、キャリアライフタイム制御領域３９は、ダイオード領域２０から境界領域８０内に延びており、ＩＧＢＴ領域４０には侵入していない。
参照番号３９ａは、キャリアライフタイム制御領域３９のＩＧＢＴ領域４０側の端部を示している。キャリアライフタイム制御領域３９の端部３９ａは、境界領域８０の内部であって、分離領域７０の下側に位置している。より詳細には、端部３９ａは、分離領域７０の底面（平坦部分）の下側に位置している。また、端部３９ａは、低濃度層１００の上側に位置している。
図１に示す境界領域８０の構造は、ダイオード領域２０とＩＧＢＴ領域４０の間に沿って延設されている。すなわち、ダイオード領域２０とＩＧＢＴ領域４０の間において、低濃度層１００、境界７２、境界７４、キャリアライフタイム制御領域３９の端部３９ａは分離領域７０に沿って伸びている。
（半導体装置のＩＧＢＴの動作）
半導体装置１０のＩＧＢＴの動作について説明する。エミッタ電極４２と共通電極６０の間に共通電極６０がプラスとなる電圧を印加し、ゲート電極５４にオン電位（チャネルが形成されるのに必要な電位以上の電位）を印加すると、ＩＧＢＴがオンする。すなわち、ゲート電極５４へのオン電位の印加により、ゲート絶縁膜５６に接する範囲の低濃度ボディ層４８ｂにチャネルが形成される。すると、電子が、エミッタ電極４２から、エミッタ領域４４、チャネル、ＩＧＢＴドリフト層５０、及び、コレクタ層５２を介して、共通電極６０に流れる。また、ホールが、共通電極６０から、コレクタ層５２、ＩＧＢＴドリフト層５０、低濃度ボディ層４８ｂ、及び、ボディコンタクト領域４８ａを介して、エミッタ電極４２に流れる。すなわち、共通電極６０からエミッタ電極４２に電流が流れる。ＩＧＢＴドリフト層５０には、電子とホールが流れ込み、伝導度変調によって、抵抗が小さくなる。これによってＩＧＢＴ動作時のオン電圧が小さくなる。
境界領域８０の分離領域７０の下側を通過して、ＩＧＢＴドリフト層５０側のホールがダイオードドリフト層２８に移動すると、ＩＧＢＴドリフト層５０のホール密度が小さくなって、ＩＧＢＴ領域４０の伝導度変調が阻害され、ＩＧＢＴのオン電圧上昇の原因となる。
但し、半導体装置１０では、分離領域７０の下には低濃度層１００が形成されている。低濃度層１００は、カソード層３０およびコレクタ層５２よりも電気抵抗が高く、共通電極６０とのコンタクト抵抗が高いため、低濃度層１００を介して半導体基板１２と共通電極６０との間でキャリアの移動が起こりにくい。その結果、低濃度層１００の上側の半導体基板１２では、キャリア密度が低くなる。このため、ＩＧＢＴドリフト層５０に供給されたホールが境界領域８０側に移動して低濃度層１００に流れ込むことが抑制される。さらに、コレクタ層５２とカソード層３０との間には低濃度層１００が存在しており、ＩＧＢＴドリフト層５０からカソード層３０までの距離が長くなっているため、ＩＧＢＴドリフト層５０に供給されたホールがカソード層３０に向かって移動することが抑制される。このように、ホールがＩＧＢＴ領域４０からダイオード領域２０へと移動することが抑制されるため、ＩＧＢＴ動作時のオン電圧上昇が抑制される。
（半導体装置のダイオードの動作）
ゲート電極５４に印加する電位を、オン電位からオフ電位に切り換えると、ＩＧＢＴがターンオフする。さらに、半導体装置１０のダイオードをターンオンする。すなわち、アノード電極２２と共通電極６０の間に、アノード電極２２がプラスとなる電圧（すなわち、順電圧）を印加すると、ダイオードがターンオンする。これによって、アノード電極２２から、アノード層２６、ダイオードドリフト層２８、及び、カソード層３０を経由して、共通電極６０に電流が流れる。
ダイオードがオンしているときに、ＩＧＢＴ領域４０のボディ層４８のうちダイオード領域２０に近い部分、ＩＧＢＴドリフト層５０、ダイオード領域２０のカソード層３０のうちＩＧＢＴ領域４０に近い部分、が寄生ダイオードとして動作する場合がある。この場合、ボディ層４８側からＩＧＢＴドリフト層５０に注入されたキャリア（半導体装置１０においてはホール）は、境界領域のドリフト層を経由してカソード層３０に向かって移動し、境界領域８０内のドリフト層にキャリアが蓄積する。
さらに、ダイオードドリフト層２８にキャリアライフタイム制御領域３９が形成されている場合には、ダイオード領域４０の順方向電圧が大きくなる。その結果、ダイオードがオンしているときに、上記に説明した寄生ダイオードが動作し易くなる。寄生ダイオードが動作すると、ＩＧＢＴドリフト層５０側から境界領域８０側に移動するキャリアが増加し、キャリアライフタイム制御領域３９が形成されているにも関わらず、境界領域８０のドリフト層のキャリア濃度を低減させる効果が十分に得られない。
但し、図１に係る半導体装置１０では、境界領域８０の分離領域７０の下には低濃度層１００が形成されている。低濃度層１００は、カソード層３０およびコレクタ層５２よりも電気抵抗が高く、共通電極６０とのコンタクト抵抗が高いため、上記の寄生ダイオードが動作しにくい。すなわち、境界領域８０のドリフト層にはキャリアが蓄積しにくい。
次に、ダイオードに印加される電圧を順電圧から逆電圧に切り換えると、ダイオードが逆回復動作を行う。すなわち、順電圧印加時にダイオードドリフト層２８内に存在していたホールがアノード電極２２に排出され、順電圧印加時にダイオードドリフト層２８内に存在していた電子が共通電極６０に排出される。
境界領域８０のＩＧＢＴドリフト層５０にキャリアが蓄積する場合がある。境界領域８０のＩＧＢＴドリフト層５０に蓄積されるキャリアが多くなると、逆回復電流が大きくなり、ダイオードのリカバリ特性が低下する。
既に説明したように、分離領域７０の下には低濃度層１００が形成されているため、ダイオードがオンしているときに境界領域８０のＩＧＢＴドリフト層５０にキャリアが蓄積されることが抑制される。その結果、逆回復電流が大きくなることが抑制される。すなわち、ダイオードのリカバリ特性の低下が抑制される。
また、ダイオードドリフト層２８には、キャリアライフタイム制御領域３９が形成されている。キャリアライフタイム制御領域３９内の結晶欠陥は、キャリアの再結合中心として機能する。したがって、逆回復動作時に、ダイオードドリフト層２８内のキャリアの多くが、キャリアライフタイム制御領域３９内で再結合により消滅する。したがって、半導体装置１０では、逆回復動作時に生じる逆回復電流が抑制される。
また、半導体装置１０では、キャリアライフタイム制御領域３９が分離領域７０の下側まで伸びている。したがって、分離領域７０の下側のダイオードドリフト領域２８内に存在するキャリアが、キャリアライフタイム制御領域３９で再結合する。このため、逆回復動作時に、分離領域７０近傍で高い電流が生じることが防止される。
以上に説明したように、本実施形態の半導体装置１０では、コレクタ層５２とカソード層３０との間に低濃度層１００が設けられている。これによって、ＩＧＢＴ動作時にはオン電圧上昇が抑制される効果を得ることができる。また、ダイオード動作時には寄生ダイオード（ＩＧＢＴ領域４０のボディ層４８のうちダイオード領域２０に近い部分と、ＩＧＢＴドリフト層５０と、ダイオード領域２０のカソード層３０のうちＩＧＢＴ領域４０に近い部分とによって構成される）が動作することを抑制し、ダイオード逆回復時のリカバリ特性を改善する効果を得ることができる。
また、キャリアライフタイム制御領域を３９が存在することによってダイオード領域２０の順方向電圧が上昇しても、この寄生ダイオードが動作し難いため、キャリアライフタイム制御領域がキャリアを減衰する効果を十分に得ることができ、ダイオードのリカバリ特性の改善に効果的である。
なお、半導体装置１０では、分離領域７０の下にキャリアライフタイム制御領域３９の端部３９ａが位置している。製造誤差により分離領域７０の下において端部３９ａの位置（分離領域７０の幅方向（図１の左右方向）の位置）がずれたとしても、ダイオード領域２０内におけるキャリアライフタイム制御領域３９の面積は変わらない。また、上述したように、分離領域７０の下のダイオードドリフト層２８に流れる電流は小さい。したがって、端部３９ａの位置がずれることによって分離領域７０の下のダイオードドリフト層２８の特性が変化しても、ダイオードの逆回復特性に与える影響は小さい。このため、半導体装置１０は、端部３９ａの位置がずれても、ダイオードの逆回復特性が変動し難い。すなわち、半導体装置１０の量産時に、ダイオードの逆回復特性がばらつき難い。
（半導体装置の製造方法）
次に、半導体装置１０の製造方法を説明する。図１に係る半導体装置１０の素子構造を半導体ウェハに複数形成した後で、ダイシング等によって、それぞれの半導体装置を切り離すことによって、半導体装置１０の製造を行う。以下、半導体装置１０の素子構造を半導体ウェハに形成する第１〜第３の製造方法について説明する。
（第１の製造方法）
半導体装置１０の第１の製造方法は、マスク工程と、結晶欠陥形成工程と、イオン注入工程と、アニール工程とを含んでいる。
マスク工程では、半導体ウェハのダイオード形成領域（半導体装置のダイオード領域を形成する領域）の裏面側もしくはＩＧＢＴ形成領域（半導体装置のＩＧＢＴ領域を形成する領域）の裏面側にマスクを配置する。マスクの材料は、荷電粒子及び不純物イオンの遮蔽が可能なものであればよく、シリコン（Ｓｉ）等を好適に用いることができる。
結晶欠陥形成工程では、マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に、荷電粒子（イオン、中性子、電子線等）の照射を行って、半導体ウェハのダイオード形成領域のダイオードドリフト層２８に結晶欠陥を形成する。必要に応じて、アルミニウム等を材料とするエネルギー吸収材を介して荷電粒子の照射等を行ってもよい。
イオン注入工程では、半導体ウェハの裏面に対して、マスクが配置されている側と逆の導電型の不純物イオンを複数回注入してイオン注入領域を形成する。例えば、ダイオード形成領域の裏面側にマスクを配置した場合は、ｐ型の不純物イオンを注入する。ＩＧＢＴ形成領域の裏面側にマスクを配置した場合は、ｎ型の不純物イオンを注入する。複数回のイオン注入工程は、マスクを形成した領域側からマスクを形成していない領域側に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角を成す第１方向にイオン注入を行う第１イオン注入工程と、第１方向と交差する第２方向にイオン注入を行う第２イオン注入工程とを含んでいる。ダイオード形成領域の裏面側にマスクを配置した場合には、第１方向は、ＩＧＢＴ形成領域側からダイオード形成領域側に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角を成す方向である。ＩＧＢＴ形成領域の裏面側にマスクを配置した場合には、第１方向は、ダイオード形成領域側からＩＧＢＴ形成領域側に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角を成す方向である。第１イオン注入工程と第２イオン注入工程とは、いずれを先に行ってもよく、これによってダイオード形成領域とＩＧＢＴ形成領域との間に低イオン注入領域を形成することができる。アニール工程では、イオン注入領域および低イオン注入領域のアニール処理を行う。
マスク工程で配置したマスクは、イオン注入工程で第１導電型の不純物イオンを遮蔽するためのマスクとして使用できるとともに、結晶欠陥形成工程では荷電粒子を遮蔽するためのマスクとして使用できる。
実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する図２〜図８を用いて、実施例１として第１の製造方法をより具体的に説明する。
図２は、半導体装置１０の第１の製造方法に係る半導体ウェハの一部分の断面を示す図である。図２に示すウェハ６１０は、半導体装置１０のキャリアライフタイム制御領域３９、カソード層３０、低濃度層１００、共通電極６０が形成される前の状態を示すものであり、それ以外の半導体装置１０の構成は既に形成されている。ウェハ６１０の裏面側には、ｐ型のコレクタ層６５２が形成されている。ウェハ６１０では、製造工程が完了した後に、図１の半導体装置１０のダイオード領域２０となる領域をダイオード形成領域６２０、ＩＧＢＴ領域４０となる領域をＩＧＢＴ形成領域６４０、境界領域８０となる領域を境界形成領域６８０で示している。図１の半導体装置１０と同様の構成は、同一の参照番号を付している。第１の製造方法の各工程では、半導体装置１０のキャリアライフタイム制御領域３９、カソード層３０、低濃度層１００を形成する。
マスク工程では、図３に示すように、ウェハ６１０のＩＧＢＴ形成領域の裏面側にマスク７０１を配置する。マスク７０１は、イオン注入工程では、第１導電型の不純物イオンを遮蔽するためのマスクとして使用し、結晶欠陥形成工程では、荷電粒子を遮蔽するためのマスクとして使用する。図３に示すように、ウェハ６１０の周縁部にはリブ６６１が設けられており、リブ６６１の内側の素子形成領域に図２に示す素子構造が形成されている。平板状のマスク７０１をリブ６６１に固定することによって、ウェハ６１０の素子形成領域とマスク７０１とを離間した状態で固定することができる。図３には図示していないが、マスク７０１は、ウェハ６１０に結晶欠陥を形成する領域の下方となる位置が開口している。図４は、マスク７０１を設置した状態のウェハ６１０を、図２と同じ断面で示す図である。図４に示すように、キャリアライフタイム制御領域３９を形成する、ダイオード形成領域６２０と境界領域６８０の一部において、マスク７０１が開口している。マスク７０１の端部７０１ａの位置は、キャリアライフタイム制御領域３９の端部３９ａの位置に合わせて調整されている。
次に、結晶欠陥形成工程を行う。結晶欠陥形成工程では、図５に示すように、マスク７０１の裏面側から、ウェハ６１０の裏面に対して垂直な方向から荷電粒子の照射を行って、ウェハ６１０のダイオード形成領域６２０に結晶欠陥を形成する。荷電粒子は、ダイオードドリフト層２８の上部ドリフト層２８ａに停止するように照射エネルギーを調整されて、照射される。これによって、結晶欠陥密度の高い領域が上部ドリフト層２８ａに形成され、キャリアライフタイム制御領域３９となる。キャリアライフタイム制御領域３９の端部３９ａの位置は、マスク７０１のダイオード形成領域６２０側の端部７０１ａと略一致している。
次に、イオン注入工程を行う。イオン注入工程では、ウェハ６１０の裏面に対して、ｎ型の不純物イオンを２回注入して、ウェハ６１０の裏面のコレクタ層６５２の一部に、ｎ型のイオンが注入されたイオン注入領域を形成する。
図６に示すように、この２回のイオン注入の方向は、ＩＧＢＴ形成領域６４０側（マスク工程においてマスクを形成した領域側）からダイオード形成領域６２０側（マスク工程においてマスクを形成していない領域側）に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角を成す方向（以下、第１方向という。図６に破線の矢印６６２で示す方向である）と、ダイオード形成領域６２０側からＩＧＢＴ形成領域６４０側に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角を成す方向（以下、第２方向という。図６に実線の矢印６６４で示す方向である）とを含んでいる。図６に示す断面で、第２方向は、第１方向と交差している。図６に示すように、コレクタ層６５２の部分６００には、第２方向にｎ型のイオン注入を行った場合には、ｎ型のイオンが注入される。一方、部分６００には、第１方向にｎ型のイオン注入を行った場合には、ｎ型のイオンが注入されない。図６において、部分６００よりもダイオード形成領域６２０に近い側のコレクタ層６５２の部分６３０には、第１方向と、第２方向と、いずれの方向でｎ型のイオン注入を行った場合でも、ｎ型のイオンが注入される。
すなわち、ＩＧＢＴ形成領域６４０側からダイオード形成領域６２０側に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角を成す第１方向と、第１方向と交差する第２方向（より具体的にはダイオード形成領域６２０側からＩＧＢＴ形成領域６４０側に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角を成す第２方向）とを含む、少なくとも２回以上のイオン注入を行うことによって、ウェハ６１０のダイオード形成領域６２０の裏面に、ｎ型のイオン濃度の異なる２つの部分（部分６００と部分６３０）を形成することができる。部分６００に注入されるｎ型のイオン濃度は、部分６３０に注入されるｎ型のイオン濃度よりも低い。部分６００は、低イオン注入領域であり、マスク７０１のダイオード形成領域６２０側の端部７０１ａに沿って、ダイオード形成領域６２０とＩＧＢＴ形成領域６４０との間に形成される。
部分６００のダイオード形成領域６２０側の端部を境界６７２とし、ＩＧＢＴ形成領域６４０側の端部を境界６７４とする。マスク７０１の位置、第１方向および第２方向のイオン注入の角度を調整することによって、部分６００の幅（すなわち、境界６７２と境界６７４との間の長さ）を調整することができる。
実施例１では、結晶欠陥を形成する位置に基づいてマスク７０１の位置を固定しているため、第１方向および第２方向のイオン注入の角度を調整して、部分６００の幅を調整する。第１方向および第２方向のイオン注入の角度を設計する方法の一例について、図７を用いて説明する。図７は、図６に示すウェハ６１０およびマスク７０１の一部を模式的に示す図であって、マスク７０１の端部７０１ａと、その近傍に位置するコレクタ層６５２（部分６００および部分６３０を含む）を示している。ウェハ６１０を平面視した場合における図７の点Ａ、Ｂ，Ｃの位置は、マスク７０１の端部７０１ａと一致している。線分ＡＢは、ウェハ６１０の裏面とマスク７０１のウェハ６１０側の面との距離であり、ｄ１とする。線分ＢＣは、マスク７０１の厚さであり、ｄ２とする。線分ＣＤは、端部７０１ａによって規制される第１方向のイオン注入における荷電粒子の進路を模式的に示しており、点Ｄは境界６７２と同位置である。線分ＣＤとウェハ６１０の裏面が成す角をθ１（０＜θ１＜９０°）とすると、第１方向のイオン注入における荷電粒子の進路とウェハ６１０の裏面が成す角はθ１となる。線分ＢＥは、端部７０１ａによって規制される第２方向のイオン注入における荷電粒子の進路を模式的に示しており、点Ｅは境界６７４と同位置である。線分ＢＥとウェハ６１０の裏面が成す角はθ２（０＜θ２＜９０°）とすると、第２方向のイオン注入における荷電粒子の進路とウェハ６１０の裏面が成す角はθ２となる。
線分ＡＤの長さは、（ｄ１＋ｄ２）／ｔａｎθ１となり、端部７０１ａから境界６７２までのウェハ６１０の平面方向の距離を示している。線分ＡＥの長さは、ｄ１／ｔａｎθ２となり、端部７０１ａから境界６７４までのウェハ６１０の平面方向の距離を示している。従って、境界６７２と境界６７２の距離ＤＥは、下記の式（１）によって表すことができる。
（ｄ１＋ｄ２）／ｔａｎθ１＋ｄ１／ｔａｎθ２ … （１）
実施例１においては、低濃度層１００がＩＧＢＴ領域４０のボディ層４８の下側まで侵入しないように、上記の式（１）を用いて、θ２の値を調整する。
次に、マスク７０１を取り外し、その後にウェハ６１０のアニール工程を行う。アニール工程では、イオン注入領域である部分６００、部分６３０のアニール処理を行う。アニール処理を行うと、部分６３０はｎ型のカソード層３０となり、部分６００は、ｎ型の不純物濃度がカソード層３０よりも低い低濃度層１００となる。これによって、図８に示すように、ウェハ６１０の裏面は、コレクタ層５２、低濃度層１００、カソード層３０の３層を備えることができる。図８に示すウェハ６１０の裏面に、図１に示す共通電極６０を形成し、ダイシングして１つ１つの半導体装置に切り分けることによって、実施形態に係る半導体装置１０を形成することができる。
上記のとおり、第１の製造方法では、マスク工程において、半導体ウェハのダイオード形成領域とＩＧＢＴ形成領域とのいずれか一方の裏面側にマスクを配置する。この後に行うイオン注入工程では、ＩＧＢＴ形成領域側からダイオード形成領域側に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角を成す方向（第１方向）のイオン注入と、ダイオード形成領域側からＩＧＢＴ形成領域側に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角を成す方向（第２方向）のイオン注入とを行う。これによって、ダイオード形成領域とＩＧＢＴ形成領域との間に、第１方向のイオン注入と、第２方向のイオン注入とのいずれか一方が遮蔽されて到達しない、低イオン注入領域が生じる。低イオン注入領域を形成した後で、アニール工程を行うことによって、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域との間に、不純物濃度の低い領域を形成することができる。
第１の製造方法では、イオン注入工程で第１導電型の不純物イオンを遮蔽するためのマスクを、結晶欠陥形成工程では荷電粒子を遮蔽するためのマスクとして使用できる。１つのマスクをイオン注入工程と結晶欠陥形成工程で併用できるため、製造工程が簡略化される。
また、実施例１のように、マスク工程で配置するマスクの端部の位置を、キャリアライフタイム制御領域の端部の位置に合わせた上で、このマスクを用いて、イオン注入工程で、第１方向と第２方向のイオン注入を行うと、低濃度層とカソード層との境界は、キャリアライフタイム制御領域の端部よりもダイオード領域に近い側に位置し、低濃度層とコレクタ層との境界は、キャリアライフタイム制御領域の端部よりもＩＧＢＴ領域に近い側に位置するようにできる。すなわちキャリアライフタイム制御領域の端部が、低濃度層の上方に位置するようにすることができる。１つのマスクを利用して、キャリアライフタイム制御領域の端部の位置と低濃度層の位置を適切に整合させることが可能であるため、製造工程が簡略化する。また、マスクを複数用いる場合には、複数のマスクの位置が互いにずれることによって、キャリアライフタイム制御領域の端部の位置と低濃度層の位置がずれる場合があるが、１つのマスクを用いているため、複数のマスクの位置を互いに合わせる必要がない。
尚、図６では、第２方向は、マスク工程においてマスクを形成していないダイオード形成領域側から、マスク工程においてマスクを形成したＩＧＢＴ形成領域側に向かう方向であったが、これに限定されない。第２方向は、第１方向と交差する方向（第１方向と平行でない方向）であって、これによってダイオード形成領域とＩＧＢＴ形成領域との間に、第１方向のイオン注入と、第２方向のイオン注入とのいずれか一方のみが遮蔽されて到達しない部分（低イオン注入領域となる部分）を形成することができればよい。例えば、図９に示すように、第１方向が、ＩＧＢＴ形成領域側からダイオード形成領域側に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角を成す方向である場合に、第２方向は、第１方向と交差し、かつ、半導体ウェハの裏面に垂直な方向であってもよい。この場合、第２方向のイオン注入は、端部７０１ａよりもＩＧＢＴ形成領域６４０に近い側には行われないから、低濃度層１０２ａとＩＧＢＴ形成領域６４０との境界６７４ａは、マスク７０１のダイオード形成領域６２０側の端部７０１ａと一致する。また、図１０に示すように、第１方向が、ＩＧＢＴ形成領域側からダイオード形成領域側に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角θ１１を成す方向である場合に、第２方向は、ＩＧＢＴ形成領域側からダイオード形成領域側に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角θ２１を成す方向であって、かつθ２１＞θ１１となるようにしてもよい。この場合にも、第２方向は、第１方向と交差し、半導体ウェハの裏面に低イオン注入領域を形成することができる。低濃度層１０２ｂとＩＧＢＴ形成領域６４０との境界６７４ｂは、マスク７０１のダイオード形成領域６２０側の端部７０１ａよりもダイオード形成領域６４０側に近くなる。
尚、図１１に示すように、マスク７０１をレジスト７０３等を用いてウェハ６１０の裏面に貼り付けることもできる。この場合、イオン注入は、端部７０１ａよりもＩＧＢＴ形成領域６４０に近い側には行われないから、低濃度層１０２ｃとＩＧＢＴ形成領域６４０との境界６７４ｃは、マスク７０１のダイオード形成領域６２０側の端部７０１ａと一致する。
（第２の製造方法）
半導体装置１０の第２の製造方法は、半導体ウェハのダイオード形成領域の裏面側もしくはＩＧＢＴ形成領域の裏面側にマスクを配置するマスク工程と、マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に、荷電粒子の照射を行って、半導体ウェハのダイオード形成領域に結晶欠陥を形成する結晶欠陥形成工程と、マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に不純物イオンの注入を行ってイオン注入領域を形成するイオン注入工程と、マスクが配置された状態でイオン注入領域にレーザアニール処理を行うレーザアニール工程と、を含んでいる。
以下、実施形態に係る半導体装置１０の製造方法を例示する図１２〜図１４を用いて、第２の製造方法を実施例２として、具体的に説明する。
実施例２のマスク工程と結晶欠陥形成工程は、第１の製造方法に係る実施例１と同様であるので、説明を省略する。図２に示すウェハ６１０に対して、結晶欠陥形成工程まで完了した後のウェハ７１０を図１２に示す。ウェハ７１０のダイオードドリフト層２８の上部ドリフト層２８ａには、キャリアライフタイム制御領域３９が形成されている。ウェハ７１０の裏面側には、図４等と同様にマスク７０１が配置されている。図１２では、図１、図２と同様の構成には、同一の参照番号を付している。
次に、イオン注入工程を行う。イオン注入工程では、ウェハ７１０の裏面に対して、ｎ型の不純物イオンを注入して、図１３に示すように、ウェハ７１０の裏面のコレクタ層６５２の一部に、ｎ型のイオンが注入されたイオン注入領域７３０を形成する。
次に、マスク７０１が配置された状態でレーザアニール工程を行う。レーザアニール工程では、レーザアニール処理によってイオン注入領域のアニール処理を行う。イオン注入領域７３０にレーザ光を照射することによって、高エネルギー状態となる部分は十分にイオンが活性化される一方、マスクが配置されている領域との境界の近傍は、イオンの活性化に十分なエネルギーを得ることができない。図１４に示すように、マスク７０１の端部７０１ａの近傍にレーザを照射すると、部分１２０は高エネルギー状態となり、十分にイオンが活性化される一方、部分１２０よりもＩＧＢＴ形成領域６４０に近い側である部分１２３は、エネルギーが不十分な状態となって、イオンが十分に活性化されない。部分１２３はイオンの活性化が不十分となり、不純物濃度の低い低濃度層１０３となる。ダイオード形成領域６２０の裏面のイオン注入領域７３０の全体にレーザ光を走査すると、マスクが配置されている領域との境界の近傍を除く領域では、イオンが十分に活性化され、図１４に示すように、ダイオード形成領域６２０の裏面全体にカソード層３０を形成することができる。同時に、マスク７０１の端部７０１ａに沿って、カソード層３０とコレクタ層５２との間に低濃度層１０３を形成することができる。図１４に示すウェハ７１０の裏面に、図１に示す共通電極６０を形成し、ダイシングして１つ１つの半導体装置に切り分けることによって、実施形態に係る半導体装置１０を形成することができる。
上記のとおり、第２の製造方法を用いても、第１の製造方法を用いる場合と同様に、イオン注入工程で第１導電型の不純物イオンを遮蔽するためのマスクを、結晶欠陥形成工程では荷電粒子を遮蔽するためのマスクとして使用できる。１つのマスクを利用して、キャリアライフタイム制御領域の端部の位置と低濃度層の位置を適切に整合させることが可能であるため、製造工程が簡略化する。また、１つのマスクを用いているため、複数のマスクの位置を互いに合わせる必要がない。
（第３の製造方法）
上記の半導体装置１０の第３の製造方法は、半導体ウェハのダイオード形成領域の裏面側もしくはＩＧＢＴ形成領域の裏面側にマスクを配置するマスク工程と、マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に、荷電粒子の照射を行って、半導体ウェハのダイオード形成領域に結晶欠陥を形成する結晶欠陥形成工程と、マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に不純物イオンの注入を行って、第１導電型のコレクタ領域と第２導電型のカソード領域を隣接して形成するイオン注入工程と、半導体ウェハの裏面のコレクタ領域とカソード領域との境界にレーザアニール処理を行うレーザアニール工程と、を含んでいる。
以下、実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する図１５〜図１７を用いて、第３の製造方法を実施例３として、具体的に説明する。
実施例３では、第２の製造方法に係る実施例２と同様の製造工程によって図１３に示すウェハ７１０を製造した後に、マスク７０１を除去して、アニール処理を行う。これによって、図１５に示すウェハ８１０を製造することができる。図１５では、図１、図２、図１３等と同様の構成には、同一の参照番号を付している。
図１５に示すように、ウェハ８１０の裏面側には、ｎ型のカソード層８３０とｐ型のコレクタ層８５２が隣接して形成されている。境界１２１は、カソード層８３０とコレクタ層８５２との境界である。
図１５に示すウェハ８１０の裏面側の境界１２１に対してレーザアニール処理を行う。境界１２１にレーザ光を照射してレーザアニール処理を行うと、境界１２１近傍のカソード層８３０とコレクタ層８５２が局所的に加熱される。これによって、カソード層８３０のｎ型の不純物とコレクタ層８５２のｐ型の不純物とが相殺し合って、図１６に示すように、不純物濃度が低い低濃度層１０４が形成される。低濃度層１０４をｎ型の不純物層とするためには、例えば、カソード層８３０のｎ型の不純物濃度を、コレクタ層８５２のｐ型の不純物濃度よりも高くしておけばよい。
図１７は、ウェハ８１０を裏面側から見た図である。第３の製造方法によれば、図１７に示すように、カソード層８３０とコレクタ層８５２との間の一部に選択的に低濃度層１０４を形成することができる。境界１２１の全体にレーザアニール処理を行い、カソード層８３０とコレクタ層８５２との間に低濃度層１０４を形成した後で、ウェハ８１０の裏面に、図１に示す共通電極６０を形成し、ダイシングして１つ１つの半導体装置に切り分けることによって、実施形態に係る半導体装置１０を形成することができる。
上記のとおり、第３の製造方法を用いても、第１および第２の製造方法を用いる場合と同様に、イオン注入工程で第１導電型の不純物イオンを遮蔽するためのマスクを、結晶欠陥形成工程では荷電粒子を遮蔽するためのマスクとして使用できる。１つのマスクを利用して、キャリアライフタイム制御領域の端部の位置と低濃度層の位置を適切に整合させることが可能であるため、製造工程が簡略化する。また、１つのマスクを用いているため、複数のマスクの位置を互いに合わせる必要がない。
また、第３の製造方法によれば、図１７に示すように、カソード層とコレクタ層との間の一部に選択的に低濃度層が形成されている半導体装置を製造することができる。
尚、第１〜第３の製造方法においては、イオン注入工程と結晶欠陥形成工程のうちのいずれの工程を先に行ってもよい。
尚、上記で説明した、第１、第２、第３の製造方法以外の方法によっても、半導体装置１０を製造できることは、当業者であれば容易に理解できる。例えば、図３に示すウェハ６１０の裏面に、カソード層３０に合わせてパターニングされた第１のマスクを用いて第１のｎ型のイオン注入を行い、低濃度層１００に合わせてパターニングされた第２のマスクを用いて、第１のｎ型のイオン注入よりも低い不純物濃度で第２のｎ型のイオン注入を行い、コレクタ層５２に合わせてパターニングされた第３のマスクを用いてｐ型のイオン注入を行い、その後、アニール処理を行う方法を用いることができる。
上記では、低濃度層がｎ型である半導体装置を例示して説明したが、低濃度層は、ｐ型でもよい。図１に示す半導体装置１０において、ｎ型の低濃度層１００に代えて、ｐ型の低濃度層が形成されていてもよい。この場合、ｐ型の低濃度層の不純物濃度は、コレクタ層３０のｐ型の不純物濃度よりも低い。また、図１８に示す半導体装置１０ａのように、ｎ型の低濃度層１１１とｐ型の低濃度層１１２を両方とも設けることもできる。また、図１８において、ｎ型の低濃度層１１１とｐ型の低濃度層１１２の位置が入れ替わっていてもよい。尚、図１８では、図１と同様の構成には、同一の参照番号を付している。
ｎ型の低濃度層と同様に、ｐ型の低濃度層は、カソード層およびコレクタ層よりも電気抵抗が高い。このため、図１に示す半導体装置１０において、ｎ型の低濃度層１００に代えて、ｐ型の低濃度層が形成されている場合であっても、上記で説明したｎ型の低濃度層１００が形成されている場合と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、ｐ型の低濃度層が形成されていることによっても、ＩＧＢＴ動作時のオン電圧上昇を抑制する効果とダイオードのリカバリ特性を改善する効果を得ることができる。さらに、ｐ型の低濃度層と共通電極とのコンタクト抵抗が、カソード層と共通電極とのコンタクト抵抗、コレクタ層と共通電極とのコンタクト抵抗と比較して高い場合には、より効果的に、ＩＧＢＴ動作時のオン電圧上昇を抑制し、ダイオードのリカバリ特性を改善することが可能であることは、ｎ型の低濃度層の場合と同様である。
図１に示す半導体装置１０において、ｎ型の低濃度層１００に代えて、ｐ型の低濃度層を設ける場合にも、上記において説明した、第１〜第３の製造方法を応用して製造することが可能である。
上記においては、ダイオード領域２０にキャリアライフタイム制御領域３９が設けられている半導体装置を例示して説明したが、図１９に示すように、キャリアライフタイム制御領域を備えていない半導体装置１０ｂであってもよい。上記において説明した、半導体装置が低濃度層を備えることによって得られる作用効果は、キャリアライフタイム制御領域を備えていない半導体装置においても得ることができる。尚、図１９では、図１と同様の構成には、同一の参照番号を付している。キャリアライフタイム制御領域を備えていない半導体装置は、上記に説明した、半導体装置１０の第１〜第３の製造方法において、結晶欠陥形成工程を行わないことによって製造することができる。
また、上記においては、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型として説明したが、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としてもよい。
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、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。

Claims (10)

  1. ダイオード領域とＩＧＢＴ領域が同一半導体基板に形成されている半導体装置であって、
    ダイオード領域は、
    半導体基板の表面に露出している第１導電型のアノード領域と、
    アノード領域の裏面側に形成されている第２導電型のダイオードドリフト領域と、
    ダイオードドリフト領域より第２導電型の不純物濃度が高く、ダイオードドリフト領域の裏面側に形成されている第２導電型のカソード領域と、
    を備えており、
    ダイオードドリフト領域は、上部ドリフト層と、上部ドリフト層よりも第２導電型の不純物濃度が高い下部ドリフト層を備えており、
    ＩＧＢＴ領域は、
    半導体基板の表面に露出している第２導電型のエミッタ領域と、
    エミッタ領域の側方及び裏面側に形成されており、エミッタ電極に接している第１導電型のボディ領域と、
    ボディ領域の裏面側に形成されている第２導電型のＩＧＢＴドリフト領域と、
    ＩＧＢＴドリフト領域の裏面側に形成されている第１導電型のコレクタ領域と、
    エミッタ領域とＩＧＢＴドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向しているゲート電極と、
    を備えており、
    ＩＧＢＴドリフト領域は、ＩＧＢＴドリフト層と、ＩＧＢＴドリフト層よりも第２導電型の不純物濃度が高いバッファ層を備えており、
    半導体基板の裏面側のカソード領域とコレクタ領域との間には、低濃度領域が設けられており、
    低濃度領域は、第１導電型であって、コレクタ領域よりも第１導電型の不純物濃度が低い第１低濃度領域と、第２導電型であって、カソード領域よりも第２導電型の不純物濃度が低い第２低濃度領域との少なくともいずれか一方を有し、
    下部ドリフト層とバッファ層は、低濃度領域の上側で連続している、半導体装置。
  2. 半導体基板の裏面に接する電極をさらに備えており、
    カソード領域とコレクタ領域と低濃度領域は、半導体基板の裏面に露出しており、
    低濃度領域と電極とのコンタクト抵抗は、カソード領域と電極のコンタクト抵抗およびコレクタ領域と電極のコンタクト抵抗のいずれよりも高い、請求項１に記載の半導体装置。
  3. カソード領域と低濃度領域との境界は、半導体装置を平面視した場合に、ＩＧＢＴ領域のボディ領域の下方よりもダイオード領域の近くに位置している、請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. ダイオードドリフト領域内には、ライフタイム制御領域が形成されており、
    ライフタイム制御領域内でのキャリアのライフタイムは、ライフタイム制御領域外のダイオードドリフト領域でのキャリアのライフタイムより短く、
    ライフタイム制御領域のＩＧＢＴ領域側の端部は、半導体装置を平面視した場合に、低濃度領域の上方に位置している、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. ダイオード領域とＩＧＢＴ領域の間には、半導体基板の表面からアノード領域の下端及びボディ領域の下端より深い深さまでの範囲に、第１導電型の分離領域が形成されており、
    ライフタイム制御領域のＩＧＢＴ領域側の端部は、半導体装置を平面視した場合に、分離領域の下方に位置している、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
    半導体ウェハのダイオード形成領域の裏面側もしくはＩＧＢＴ形成領域の裏面側にマスクを配置する、マスク工程と、
    マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に不純物イオンの注入を行ってイオン注入領域を形成する、イオン注入工程と、
    イオン注入領域のアニール処理を行う、アニール工程と、を含んでおり、
    イオン注入工程は、マスク工程においてマスクを形成した領域側からマスクを形成していない領域側に向かって半導体ウェハの裏面と鋭角を成す第１方向で半導体ウェハの裏面にイオン注入する第１イオン注入工程と、前記第１方向と交差する第２方向で半導体ウェハの裏面にイオン注入する第２イオン注入工程とを含む、半導体装置の製造方法。
  7. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
    半導体ウェハのダイオード形成領域の裏面側もしくはＩＧＢＴ形成領域の裏面側にマスクを配置する、マスク工程と、
    マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に不純物イオンの注入を行ってイオン注入領域を形成する、イオン注入工程と、
    マスクが配置された状態でイオン注入領域にレーザアニール処理を行うレーザアニール工程と、を含む、半導体装置の製造方法。
  8. マスク工程では、マスクは、半導体ウェハの裏面に接する接着層を介して、半導体ウェハに固定される、請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
    半導体ウェハのダイオード形成領域の裏面側もしくはＩＧＢＴ形成領域の裏面側にマスクを配置する、マスク工程と、
    マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に不純物イオンの注入を行って、第１導電型のコレクタ領域と第２導電型のカソード領域を隣接して形成するイオン注入工程と、
    半導体ウェハの裏面のコレクタ領域とカソード領域との境界にレーザアニール処理を行うレーザアニール工程と、を含む、半導体装置の製造方法。
  10. マスク工程では、半導体ウェハのＩＧＢＴ形成領域の裏面側にマスクを配置し、
    マスクの裏面側から半導体ウェハの裏面に、荷電粒子の照射を行って、半導体ウェハのダイオード形成領域に結晶欠陥を形成する結晶欠陥形成工程をさらに含んでいる、請求項６ないし９のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
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