JP5630579B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本願は、同一半導体基板にＩＧＢＴ素子領域とダイオード素子領域が混在している逆導通型の半導体装置に関する。
特開２００８−１９２７３７号公報には、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）とＦＷＤ（free wheel diode）が同一半導体基板に混在している半導体装置が開示されている。この半導体装置では、ＦＷＤ領域に選択的にイオン照射を行なうことにより、他の領域に比して結晶欠陥を多く有する欠陥領域をＦＷＤ領域のみに形成している。欠陥領域は、キャリアのライフタイムを制御することができる領域（ライフタイム制御領域）として機能する。
イオン照射による結晶欠陥の導入では、照射イオンの飛程や分布の制御が難しいため、結晶欠陥の分布制御を高精度に行うことが困難である。例えば、ＦＷＤ領域に選択的にイオン照射を行なう方法として、ＦＷＤ領域に対応する部分に予め開口部が形成された照射用マスクをウェハ表面に形成し、照射用マスクを介してイオン照射を行なう方法が挙げられる。しかし、ウェハ表面へ照射用マスクを形成する際には、ウェハと照射用マスクとの位置合わせを行なう必要があるが、位置合わせを精度高く行なうことは困難である。結晶欠陥の分布制御の精度を高めることができないことによって、ＩＧＢＴ領域に欠陥領域が形成されてしまうと、ＩＧＢＴが高抵抗化してしまう。また、ＦＷＤ領域に欠陥領域が形成されないと、ダイオードの逆回復電荷の増大が発生してしまう。
本願の技術は、上記の問題を解決するために創案された。すなわち、本願は、同一半導体基板にＩＧＢＴ素子領域とダイオード素子領域が混在している半導体装置において、より高精度にライフタイム制御領域の位置制御を行うことが可能な技術を提供する。
本願に開示される半導体装置は、同一半導体基板にＩＧＢＴ素子領域とダイオード素子領域が混在している半導体装置である。ＩＧＢＴ素子領域は、第２導電型のドリフト層と第１導電型のボディ層を備えている。ダイオード素子領域は、第２導電型のドリフト層と第１導電型のアノード層を備えている。ダイオード素子領域のドリフト層に含まれる重金属の密度が、ＩＧＢＴ素子領域のドリフト層に含まれる重金属の密度に比して高くされている。
本願に係る半導体装置では、ダイオード素子領域のドリフト層に含まれる重金属の密度の方が、ＩＧＢＴ素子領域のドリフト層に含まれる重金属の密度に比して高くされている。そして、ドリフト層に含まれる重金属は、キャリアのライフタイムを短くする効果を有している。これにより、ダイオード素子領域に、キャリアのライフタイムを制御するライフタイム制御領域を形成することができる。そして、重金属の分布制御は、温度と物理定数だけで行うことができる。よって、照射による結晶欠陥の導入を用いる場合に比して、より高精度にライフタイムキラーの分布制御を行うことが可能となる。
また、本願に開示される半導体装置は、ＩＧＢＴ素子領域では、第１導電型のコレクタ層と第２導電型のドリフト層と第１導電型のボディ層が順に積層されていてもよい。ボディ層の表面からボディ層を貫通してドリフト層内に突出しているとともに絶縁膜で囲まれている第１トレンチ電極が形成されていてもよい。その絶縁膜を介して第１トレンチ電極に接しているとともに半導体基板の表面に臨む範囲に第２導電型のエミッタ領域が形成されており、そのエミッタ領域がボディ層によってドリフト層から分離されていてもよい。ダイオード素子領域では、第２導電型のカソード層と第２導電型のドリフト層と第１導電型のアノード層が順に積層されていてもよい。アノード層の表面からアノード層を貫通してドリフト層内に突出しているとともに絶縁膜で囲まれている第２トレンチ電極が形成されていてもよい。第１トレンチ電極の開口部が形成されているボディ層の表面、および、第２トレンチ電極の開口部が形成されているアノード層の表面を観測したときに、ダイオード素子領域の単位面積あたりの第２トレンチ電極の開口部を形成する開口部境界線の合計長さが、ＩＧＢＴ素子領域の単位面積あたりの第１トレンチ電極の開口部を形成する開口部境界線の合計長さに比して長くされていてもよい。
半導体装置が加熱されると、トレンチ全体に応力が発生し、トレンチ周囲の半導体領域に微小な結晶欠陥が形成される。このとき、応力は、トレンチと半導体領域との境界面を起点として発生する。本願に開示される半導体装置では、ダイオード素子領域の単位面積あたりに形成されている第２トレンチ電極の開口部境界線の合計長さが、ＩＧＢＴ素子領域の単位面積あたりに形成されている第１トレンチ電極の開口部境界線の合計長さに比して長くされている。よって、ＩＧＢＴ素子領域よりもダイオード素子領域の方が、トレンチと半導体領域との境界面の存在密度が高いため、より高密度で結晶欠陥が発生する。すなわち、ダイオード素子領域内のドリフト層の結晶欠陥数の方が、ＩＧＢＴ素子領域内のドリフト層の結晶欠陥数よりも多くなる。そして、結晶欠陥は、重金属をゲッタリング（捕獲・固着）する。よって、ダイオード素子領域は、ＩＧＢＴ素子領域よりも高密度で重金属をゲッタリングすることができる。これにより、ＩＧＢＴ素子領域よりもダイオード素子領域の方が、キャリアのライフタイムを短くすることができるため、ダイオード素子領域でのリカバリ損失を低減することができる。
また、本願に開示される半導体装置は、重金属を含む電極をさらに備え、ダイオード領域内の半導体層の少なくとも一部と電極とが接触していてもよい。重金属を含む電極と半導体層とが接触することによって、ダイオード領域内の半導体層に重金属を導入することができる。この方法では、イオン照射によって結晶欠陥を導入することでライフタイム制御領域を形成する場合に比して、イオン照射などの工程を行う必要がないため、ライフタイム制御領域を形成する工程を簡略化することが可能となる。
また、本願に開示される半導体装置では、重金属を含む電極とダイオード素子領域内の半導体層とが接触する接触領域と、ＩＧＢＴ素子領域内のエミッタ領域との間の第１距離が、電極に含まれる重金属の拡散距離以上であってもよい。重金属は、電極と半導体層との接触領域を起点として、略同心円状に拡散する。また、重金属の拡散距離は、温度と物理定数で決まる。本願に開示される半導体装置では、ＩＧＢＴ素子領域内のエミッタ領域と接触領域との間の第１距離が、拡散距離以上であるため、エミッタ領域まで重金属が拡散してしまうことを防止できる。よって、エミッタ領域近傍に重金属が存在することでＩＧＢＴのオン抵抗が増加してしまう事態を防止することができる。
また、本願に開示される半導体装置では、第１距離が、ダイオード素子領域のカソード層の厚さとドリフト層の厚さの和によって定まる第２距離以上であってもよい。これにより、エミッタ領域まで重金属が拡散しまうことを確実に防止できるため、ＩＧＢＴのオン抵抗が増加してしまう事態を防止できる。
また、本願に開示される半導体装置では、ダイオード領域内の半導体層と重金属を含む電極とが、重金属を拡散する性質を有する中間層を介して接触しており、中間層の厚さは、電極に含まれている重金属の拡散距離よりも小さくされていてもよい。中間層の例としては、シリコン酸化膜などが挙げられる。これにより、中間層が存在する場合においても、電極形成後の熱工程によって、重金属が中間層を通過することが可能となる。よって、半導体層内に重金属を充分に拡散させることができる。
また、本願に開示される半導体装置の製造方法は、同一半導体基板にＩＧＢＴ素子領域とダイオード素子領域が混在している半導体装置の製造方法である。重金属を含むウェハ保持台にウェハを接触させる接触工程と、接触工程の後に、ウェハを加熱する加熱工程と、を備える。これにより、ウェハ保持台とウェハの裏面とを接触させることによって、半導体層に重金属を導入することができる。この製造方法では、イオン照射によって結晶欠陥を導入することでライフタイム制御領域を形成する場合に比して、イオン照射などの工程を行う必要がないため、ライフタイム制御領域を形成する工程を簡略化することが可能となる。
また、本願に開示される半導体装置の製造方法は、ＩＧＢＴ素子領域に第１トレンチ電極を形成する第１形成工程と、ダイオード素子領域に第２トレンチ電極を形成する第２形成工程と、をさらに備えていてもよい。第１形成工程と第２形成工程が行われたウェハを表面から観測したときに、ダイオード素子領域の単位面積あたりの第２トレンチ電極の開口部を形成する開口部境界線の合計長さが、ＩＧＢＴ素子領域の単位面積あたりの第１トレンチ電極の開口部を形成する開口部境界線の合計長さに比して長くされていてもよい。第１形成工程および第２形成工程は、加熱工程の前に行われてもよい。加熱工程によって、ウェハ裏面から導入された重金属が、半導体層内を拡散する。また、ＩＧＢＴ素子領域よりもダイオード素子領域の方が、トレンチと半導体領域との境界面の存在密度が高いため、より高密度で結晶欠陥が発生する。よって、ダイオード素子領域は、ＩＧＢＴ素子領域よりも高密度で重金属をゲッタリングすることができる。これにより、ＩＧＢＴ素子領域よりもダイオード素子領域の方が、キャリアのライフタイムを短くすることができるため、ダイオード素子領域でのリカバリ損失を低減することができる。
また、本願に開示される半導体装置の製造方法は、ウェハの裏面を研磨する研磨工程をさらに備えてもよい。研磨工程は、接触工程の前に行われてもよい。研磨工程を接触工程の前に行うことにより、ウェハ裏面に不純物を捕獲するためのゲッタリング層などが形成されている場合においても、研磨によりゲッタリング層が除去された状態で、重金属を導入することができる。よって、半導体層内に重金属を充分に拡散させることができる。
本願に開示される半導体装置の製造方法によれば、ライフタイム制御領域を所定範囲に備えている半導体装置の製造方法において、高い位置決め精度でライフタイム制御領域を形成することが可能となる。
半導体装置１の平面図である。 半導体装置１の一部断面図である。 半導体装置１ａの一部断面図である。 半導体装置１ｂの一部断面図である。 半導体装置１ｃの一部断面図である。 半導体装置１の製造工程を説明する図である。 半導体装置１の一部断面図である。 半導体装置１の一部断面図である。 半導体装置１ｄの一部断面図である。 半導体装置１ｅの一部断面図である。 半導体装置１ｆの平面図である。 半導体装置１ｇの平面図である。 半導体装置１ｈの平面図である。 半導体装置１ｉの平面図である。 半導体装置１ｊの一部断面図である。 半導体装置１ｋの一部断面図である。 半導体装置１ｍの一部断面図である。 半導体装置１ｎの一部断面図である。 半導体装置１ｐの上面図である。 半導体装置１ｒの上面図である。
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。
（特徴１）重金属を含む電極は、ダイオード素子領域内のアノード層の一部と接触している。
（特徴２）重金属を含む電極は、ダイオード素子領域内のカソード領域の一部と接触している。
（特徴３）第１トレンチ電極の深さに比して、第２トレンチ電極の深さが深くされている。
（特徴４）ＩＧＢＴ素子領域は、プレーナ型の電極を備えている。
（特徴５）ウェハ保持台は、搬送ステージである。
（特徴６）重金属は、金、白金、銀、銅、クロム、カドミウム、水銀、亜鉛、ヒ素、マンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステン等が用いられる。
図１は、実施例１に係る半導体装置１の平面図である。半導体装置１は、ＩＧＢＴとダイオードが同一半導体基板に混在している、逆導通型の半導体装置である。なお図１では、見易さのため、トレンチ上の絶縁膜や電極の表示を省略している。半導体装置１は、図１に示すように、外周１０４を有する半導体基板１０２を利用して製造されている。半導体基板１０２は、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１とダイオード素子領域Ｊ２が作り込まれているセルエリアと、そのセルエリアを取り囲む終端エリア１０７に区分されている。
ここで、セルエリアおよび終端エリア１０７の定義を説明する。セルエリアは、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１やダイオード素子領域Ｊ２を駆動するための電極が、半導体基板１０２の表面に形成されている領域である。このような電極の一例としては、第１電極５や第２電極６（図２参照）が挙げられる。一方、終端エリア１０７は、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１やダイオード素子領域Ｊ２を駆動するための電極が形成されていない領域である。図１の半導体装置１では、点線で囲まれた領域内（ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１およびダイオード素子領域Ｊ２）には、電極（不図示）が形成されている。一方、点線で囲まれた領域外（終端エリア１０７）には、電極は形成されていない。なお、半導体基板１０２の表面に、フローティングされた電極が形成されている領域が存在する場合がある。これらの領域は、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１やダイオード素子領域Ｊ２を駆動するための電極ではないため、セルエリアには該当しない。また、セルエリアと終端エリア１０７の境界に、トレンチが形成されている場合や、不純物濃度が他の領域よりも高くされている領域が形成されている場合も存在するが、これらの領域もセルエリアには該当しない。
ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１には、２本の第１トレンチ４１が、図１の上下方向に伸びるように形成されている。また、ダイオード素子領域Ｊ２には、３本の第２トレンチ４２が、図１の上下方向に伸びるように形成されている。図１に示すように、第１トレンチ４１および第２トレンチ４２の開口部は、矩形の閉ループ形状となっている。
ここで、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１の単位面積あたりの、第１トレンチ４１の開口部を形成する開口部境界線の合計長さを、長さＬ１と定義する。また、ダイオード素子領域Ｊ２の単位面積あたりの、第２トレンチ４２の開口部を形成する開口部境界線の合計長さを、長さＬ２と定義する。図１に示すように、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１の面積とダイオード素子領域Ｊ２の面積は、略同一とされている。また、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１内には２本の第１トレンチ４１が存在し、ダイオード素子領域Ｊ２内には３本の第２トレンチ４２が存在している。また、図１に示すように、第１トレンチ４１の開口部の面積と第２トレンチ４２の開口部の面積は、略同一とされている。よって、長さＬ２の方が、長さＬ１よりも長い状態である。換言すると、ダイオード素子領域Ｊ２の方が、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１よりも高密度にトレンチが形成されている状態である。
なお、セルエリア内に含まれるＩＧＢＴ素子領域Ｊ１やダイオード素子領域Ｊ２の数は、本実施形態の説明例に限られず、任意の数に設定することが可能である。また、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１に含まれる第１トレンチ４１の数や、ダイオード素子領域Ｊ２に含まれる第２トレンチ４２の数は、本実施形態の説明例に限られず、任意の数に設定することが可能である。
図２は、図１のII−II線の一部断面図である。半導体装置１は、シリコンを材料とする半導体層２と、半導体層２の裏面２ｂに形成されている裏面電極３と、第１電極５と、第２電極６を備えている。第１電極５は、半導体層２の表面２ａに形成されている。また第１電極５には、トレンチ７が形成されている。第２電極６は、第１電極５の表面およびトレンチ７の内部に形成されている。よって、第２電極６は、ダイオード素子領域Ｊ２内の浅部２Ｕの一部と、接触面７ａを介して接触している。第１電極５は、重金属を含んでいない電極である。第２電極６は、重金属を含んでいる電極である。重金属は、比重が４〜５以上の金属元素であり、例えばＮｉが挙げられる。また第１電極５の材料の一例としては、Ａｌが挙げられる。
裏面電極３は、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１の裏面とダイオード素子領域Ｊ２の裏面に連続して伸びている。半導体層２は、浅部２Ｕと深部２Ｌを備えている。深部２Ｌは、ｐ型のコレクタ領域８０と、ｎ型のカソード領域７０を備えている。コレクタ領域８０は、半導体層２の裏面２ｂのうち、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１の範囲に形成されている。カソード領域７０は、裏面２ｂのうち、ダイオード素子領域Ｊ２の範囲に形成されている。前述した裏面電極３は、コレクタ領域８０とカソード領域７０に共通に接続されている。また、深部２Ｌは、ｎ−型のドリフト層６０を備えており、ドリフト層６０はコレクタ領域８０とカソード領域７０の上部に共通に形成されている。
ドリフト層６０には重金属６２が含まれている。重金属６２は、図２において白丸の記号で表されている。半導体装置１では、ダイオード素子領域Ｊ２のドリフト層６０に含まれる重金属の密度が、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１のドリフト層６０に含まれる重金属の密度に比して高くされている。これにより、ダイオード素子領域Ｊ２のドリフト層６０の少なくとも一部の領域に、低ライフタイム領域６１が形成されている。また、低ライフタイム領域６１は、隣接する第２トレンチ４２間に亘って伸びている。低ライフタイム領域６１は、ドリフト層６０の他の領域と比較して、重金属６２を高濃度に含んでいる領域である。そして重金属６２は、キャリアのライフタイムを短くする効果を有している。よって、低ライフタイム領域６１におけるホールのライフタイムは、低ライフタイム領域６１と同一深さにおけるＩＧＢＴ素子領域Ｊ１内のドリフト層６０におけるホールのライフタイムよりも短くなる。なお、重金属６２は、ドリフト層６０内に必ずしも均等に分布している必要はなく、不均等に分布している場合においても低ライフタイム領域６１としての効果を発揮する。
また、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１にも重金属が含まれている場合がある。しかし、前述のように、ダイオード素子領域Ｊ２のドリフト層６０に含まれる重金属の密度が、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１のドリフト層６０に含まれる重金属の密度に比して高くされていることから、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１内の重金属を無視することが可能である。よって以後の図では、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１中の重金属の表記（白丸の記号）を省略する。
半導体層２には、複数本の第１トレンチ４１および第２トレンチ４２が形成されている。第１トレンチ４１および第２トレンチ４２の各々は、その長手方向を図２に示す奥行き方向に揃えて伸びている。また、各々のトレンチは、半導体層２の表面２ａから半導体層２の深さ方向に伸びている。第１トレンチ４１内には、絶縁膜１４に囲まれている状態で、第１トレンチ電極１１が収容されている。第２トレンチ４２内には、絶縁膜１４に囲まれている状態で、第２トレンチ電極１２が収容されている。ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１内の浅部２Ｕは、第１トレンチ４１によって、複数個のｐ型のボディ層３０に区画されている。ダイオード素子領域Ｊ２内の浅部２Ｕは、第２トレンチ４２によって、複数個のｐ型のアノード層３１に区画されている。
ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１内のボディ層３０には、ｎ＋型のエミッタ領域２０が備えられている。エミッタ領域２０は、半導体層２の表面２ａの一部に露出するとともに、第１トレンチ４１と接している。したがって、エミッタ領域２０は、絶縁膜１４を介して第１トレンチ電極１１と対向している。また、エミッタ領域２０は、ボディ層３０によってドリフト層６０から分離されている。ダイオード素子領域Ｊ２内のアノード層３１は、半導体層２の表面２ａの一部に露出するとともに、第２トレンチ４２と接している。
半導体層２の表面２ａに形成されている第１電極５は、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１の表面とダイオード素子領域Ｊ２の表面に連続して伸びている。ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１では、第１電極５は、エミッタ領域２０およびボディ層３０と導通している。またダイオード素子領域Ｊ２では、第１電極５は、アノード層３１と導通している。第１トレンチ電極１１および第２トレンチ電極１２と第１電極５との間には絶縁膜１０が形成されており、両者は電気的に接続されていない。第１トレンチ電極１１および第２トレンチ電極１２は、第１電極５が形成されていない領域（図１の奥行き方向のいずれかの断面）で、図示していないゲート配線と接続されている。
これにより、逆導通ＩＧＢＴとして機能する半導体装置１が構成されている。半導体装置１は、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１で構成されるＩＧＢＴの一対の主電極間（コレクタ・エミッタ間）に、ダイオード素子領域Ｊ２で構成されるダイオードが逆並列に接続されている回路として機能する。半導体装置１は、モータに代表されるような電気負荷を駆動するために用いられる。
結晶欠陥について説明する。半導体装置１の製造工程中には、加熱工程が存在する。加熱工程では、第１トレンチ４１および第２トレンチ４２において、トレンチ内部の材料とトレンチ外部の材料との熱膨張率の差に起因して、トレンチ全体に熱応力が発生する。そして、トレンチ周囲の半導体領域に微小な結晶欠陥が形成される。
また、半導体装置１では、長さＬ２（ダイオード素子領域Ｊ２の単位面積あたりの、第２トレンチ４２の開口部境界線の合計長さ）が、長さＬ１（ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１の単位面積あたりの、第１トレンチ４１の開口部境界線の合計長さ）に比して長くされている。そして、上述した熱応力は、トレンチと半導体領域との境界面を起点として発生するため、開口部境界線の合計長さが長い方が、より広い領域に熱応力が発生する。よって、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１よりもダイオード素子領域Ｊ２の方が、より高密度で結晶欠陥が発生する。すなわち、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１内のドリフト層６０の結晶欠陥数よりも、ダイオード素子領域Ｊ２内のドリフト層６０の結晶欠陥数の方を、多くすることができる。
重金属６２の導入について説明する。第２電極６は、ダイオード素子領域Ｊ２内の浅部２Ｕの一部と、接触面７ａで接触している。これにより、接触面７ａを介して、ダイオード素子領域Ｊ２内のドリフト層６０に重金属６２を導入することができる。また、結晶欠陥は、重金属６２をゲッタリング（捕獲・固着）する性質を有している。そして、ダイオード素子領域Ｊ２内のドリフト層６０の結晶欠陥数の方が、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１内のドリフト層６０の結晶欠陥数よりも多くされているため、ダイオード素子領域Ｊ２は、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１よりも高密度で重金属６２をゲッタリングすることができる。
第２電極６と浅部２Ｕとの接触面７ａの位置について説明する。図２の接触面７ａにおける、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１側の端部位置を、位置Ｐ１と定義する。また、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１内のエミッタ領域２０の、ダイオード素子領域Ｊ２側の端部位置を、位置Ｐ２と定義する。位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の距離を、離反距離Ａ１と定義する。重金属６２は、接触面７ａを起点として、浅部２Ｕおよび深部２Ｌ内に略同心円状に拡散する。このときの重金属６２の拡散距離を、拡散距離Ａ２と定義する。
拡散距離Ａ２は、下式（１）（アレニウスの関係式）で求められる。
Ａ２＝（Ｄ×ｔ）１／２・・・式（１）
ここで、ｔは拡散時間、Ｄは拡散係数である。また、拡散係数Ｄは、下式（２）で求められる。
Ｄ＝Ｄ０×ｅｘｐ（−Ｅａ／ｋ×Ｔ）・・・式（２）
ここで、Ｄ０（ｃｍ２／ｓ）は拡散定数、Ｅａ（ｅＶ）は活性化エネルギー、ｋ（ｅＶ／Ｋ）はボルツマン定数、Ｔ（Ｋ）は絶対温度、である。式（１）および式（２）により、重金属の拡散距離Ａ２は、第２電極６を形成した後の熱履歴と、物理定数により決定されることが分かる。
そして実施例１に係る半導体装置１では、離反距離Ａ１が、拡散距離Ａ２以上とされている。これにより、エミッタ領域２０まで重金属６２が拡散しまうことを防止できる。よって、エミッタ領域２０近傍に重金属６２が存在してしまうことで、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１のオン抵抗が増加してしまう事態を防止することができる。
例えば、重金属６２がＮｉであり、第２電極６を形成した後の熱履歴が４００℃、１時間である場合を考える。この場合、重金属６２は約４０μｍ拡散する計算になるため、離反距離Ａ１を４０μｍ程度以上とすればよい。
ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１およびダイオード素子領域Ｊ２の定義を説明する。図３に、逆導通型の半導体装置１ａの一部断面図を示す。図３の半導体装置１ａにおいて、ドリフト層６０（ｎ型）と同一導電型の半導体領域（カソード領域７０）が裏面電極３と接する領域を、コレクタショート領域Ｃ１と定義する。半導体装置１ａの動作時には、図３の矢印Ｙ１に示すように、ダイオード素子領域Ｊ２側のみならずＩＧＢＴ素子領域Ｊ１側からも、コレクタショート領域Ｃ１に向かってキャリアが注入される。すなわち、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１もダイオードとして動作する。よって、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１とダイオード素子領域Ｊ２との境界を明確に特定することが困難である。
そこで、本願では、半導体装置を縦方向（図２〜図５などの上下方向）に見たときに、コレクタショート領域（カソード領域７０）が存在し、かつ、エミッタ領域２０が存在しない領域を、ダイオード素子領域Ｊ２と定義する。図３の半導体装置１ａでは、コレクタショート領域Ｃ１の全領域に亘って、その上方側にエミッタ領域２０が存在しない。よって半導体装置１ａでは、コレクタショート領域Ｃ１の全てを含む領域が、ダイオード素子領域Ｊ２となる。
また、図４に、半導体装置１ｂの一部断面図を示す。半導体装置１ｂにおいて、コレクタショート領域Ｃ１の一部の領域において、その上方側にエミッタ領域２０が存在しない。よって、半導体装置１ｂでは、コレクタショート領域Ｃ１の一部の領域が、ダイオード素子領域Ｊ２となる。このように、本願の技術は、コレクタショート領域Ｃ１よりも狭い幅を有するダイオード素子領域Ｊ２を備えた半導体装置に対しても、適用可能である。
また、図５に、半導体装置１ｃの一部断面図を示す。半導体装置１ｃでは、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１内に、ダミートレンチ４３が形成されている。ダミートレンチ４３は、エミッタ領域２０が形成されていないトレンチである。ダミートレンチ４３の垂直下方（図５の下側）には、コレクタ領域８０が存在しており、コレクタショート領域Ｃ１は存在していない。よってダミートレンチ４３は、ダイオード素子領域Ｊ２とはみなされない。なお、ダミートレンチの形態は、図５の形態に限られない。ダミートレンチには、ゲート電位に代えて、フローティング電位もしくはエミッタ電位がトレンチ電極に印加されるトレンチも含まれる。
半導体装置１の動作を説明する。ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１がオン状態となる場合を説明する。この場合、図２において、半導体装置１の裏面電極３に、第１電極５よりも高い電圧が印加される。また、第１トレンチ電極１１および第２トレンチ電極１２に、閾値以上のゲート電圧（ゲートオン電圧）が印加される。この場合には、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１で、第２トレンチ電極１２に絶縁膜１４を介して対向しているボディ層３０がｎ型に反転して、ｎ型チャネルが形成される。これにより、エミッタ領域２０から流出した電子が、ｎ型チャネルを介してドリフト層６０に注入される。この結果、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１のコレクタ領域８０からドリフト層６０に向けて、ホールが移動する。ドリフト層６０には電子とホールが注入されて伝導度変調現象が起こり、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１が、低いオン電圧でオン状態となる。そして、裏面電極３から第１電極５に電流が流れる。
また、ダイオード素子領域Ｊ２が導通状態となる場合を説明する。この場合、半導体装置１の第１電極５に、裏面電極３よりも高い順方向電圧が印加される。また、第１トレンチ電極１１および第２トレンチ電極１２には、ゲートオン電圧が印加されない。この場合には、ダイオード素子領域Ｊ２とＩＧＢＴ素子領域Ｊ１の双方で、ボディ層３０およびアノード層３１側からドリフト層６０側へ、ホールが流出する。その一方において、カソード領域７０からドリフト層６０に向けて、電子が移動する。その結果、ダイオード素子領域Ｊ２が導通状態になる。そして、第１電極５から裏面電極３に電流が流れる。
また、ダイオード素子領域Ｊ２が導通状態から非導通状態となる場合を説明する。第１電極５に裏面電極３よりも高い順方向電圧が印加されている状態から、第１電極５の電圧を裏面電極３の電圧よりも低くすると、アノード層３１側からドリフト層６０側にホールが流出しなくなる。これにより、ダイオード素子領域Ｊ２が非導通状態となる。ダイオード素子領域Ｊ２が導通状態から非導通状態に移行する際に、ドリフト層６０に注入されたホールがアノード層３１に戻ろうとする。この現象に起因して、ダイオード素子領域Ｊ２に、導通状態のときとは逆方向（裏面電極３から第１電極５側へ向かう方向）のリカバリ電流が流れようとする。ここで、図２の半導体装置１は、ダイオード素子領域Ｊ２内のドリフト層６０に、低ライフタイム領域６１を備えている。これにより、ダイオード素子領域Ｊ２のリカバリ動作時に、アノード層３１に戻るホールの一部が、低ライフタイム領域６１で消失する。よって、ダイオード素子領域Ｊ２のリカバリ電流を低減化することができ、ダイオード素子領域Ｊ２でのリカバリ損失を低減化することができる。
また、図２の半導体装置１では、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１には、低ライフタイム領域６１が形成されていない。ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１では、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１がオン状態のときにドリフト層６０に存在するホールが消失し難く、伝導度変調が活発に行われる。ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１のオン電圧は、低ライフタイム領域６１が形成されていない場合と同様に低い。よって、図２の半導体装置１によると、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１のオン電圧を増大させることなくリカバリ損失を低減化することができる。
以下に、本願の実施例１に係る半導体装置の効果を説明する。ダイオード素子領域Ｊ２に選択的に結晶欠陥を導入する際に、例えば、イオン照射を用いる場合には、照射イオンの飛程や分布の制御が難しいため、結晶欠陥の分布制御を高精度に行うことが困難である。また、照射用マスクをウェハ表面に形成してイオン照射を行なう場合には、マスクの形成工程が必要であるため、製造コストが高くなってしまう。一方、実施例１に係る半導体装置では、トレンチの開口部境界線の合計長さを、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１に比してダイオード素子領域Ｊ２の方を長くすることで、ダイオード素子領域Ｊ２により高濃度で結晶欠陥を導入することができる。そして、トレンチを形成する際の形状等の制御は、照射イオンの飛程や分布の制御に比して高精度に行うことができる。よって、結晶欠陥の分布制御をより高精度に行うことができる。また、実施例１に係る半導体装置では、トレンチ電極を形成する工程と、欠陥を導入するための工程とを共用化することができる。よって、照射用マスクを形成する工程など、欠陥導入のための工程を別途備える必要を無くすことができるため、製造コストを抑えることが可能となる。
また、ライフタイムキラー（結晶欠陥）を、イオン照射によって分布させる場合には、照射イオンの飛程や分布に関するパラメータが多いことなどから、ライフタイムキラーの分布制御を高精度に行うことが困難である。一方、実施例１に係る半導体装置１では、ライフタイムキラー（重金属）を、熱拡散によって分布させる。すると、ライフタイムキラーの分布制御を、熱履歴と物理定数とにより行うことができる。よって、取り扱うパラメータが少ないため、ライフタイムキラーの分布制御をより高精度に行うことが可能となる。
また、実施例１に係る半導体装置では、ライフタイムキラーとして重金属を用いている。そして重金属は、結晶欠陥に比して、ライフタイムキラーとしての効果が高い。よって、ダイオード素子領域Ｊ２でのリカバリ損失をより効果的に低減することができる。また、重金属は、半導体において通常用いられる不純物（例：ボロン（Ｂ）など）に比して、拡散係数が大きい。例えば、拡散層で使われるボロン（Ｂ）などは、加熱工程によりマイクロメートルオーダーで移動する。一方、重金属は、加熱工程によりミリメートルオーダーで移動する。トレンチ密度の制御により、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１に比してダイオード素子領域Ｊ２により高密度に結晶欠陥を形成すれば、重金属はダイオード素子領域Ｊ２により高密度にゲッタリングされる。よって、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１側に重金属が導入されてしまった場合においても、製造工程中の熱で重金属がダイオード素子領域Ｊ２まで移動し、ダイオード素子領域Ｊ２の結晶欠陥に重金属がゲッタリングされる。すなわち、加熱工程によって、ダイオード素子領域Ｊ２のドリフト層６０に含まれる重金属の密度が、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１のドリフト層６０に含まれる重金属の密度に比して高くなるように、重金属を移動させることができる。よってダイオード素子領域Ｊ２に高精度に低ライフタイム領域を与えるため、ダイオード素子領域Ｊ２を低リカバリ化できる。
また、実施例１に係る半導体装置では、重金属を含む第２電極６が、ダイオード素子領域Ｊ２の一部と、接触面７ａで接触した構造を有している。これにより、第２電極６を、重金属を導入するための部材としても使用することができる。よって、重金属を導入するための専用の部材を別途備える必要を無くすことができるため、製造コストを抑えることが可能となる。
また従来、ダイオード素子領域Ｊ２において、トレンチの先端近傍に集中して結晶欠陥を形成する構成がある。しかし、トレンチの先端は電界が最も高くなる部位の一つである。よって、トレンチの先端近傍に集中して結晶欠陥を形成すると、リーク電流が増大する恐れや、高電界でキャリアが加速されアバランシェ破壊が発生しやすくなる恐れがある。一方、実施例１に係る半導体装置では、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１のトレンチ間隔に比してダイオード素子領域Ｊ２のトレンチ間隔が狭くされている。よってダイオード素子領域Ｊ２では、第２トレンチ４２全体に発生する熱応力によって、第２トレンチ４２の先端近傍のみならず、第２トレンチ４２の周囲に広範囲に亘って結晶欠陥を形成することができる。これにより、リーク電流やアバランシェ破壊の発生を防止することが可能となる。
また、実施例１に係る半導体装置では、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１のトレンチ間隔に比して、ダイオード素子領域Ｊ２のトレンチ間隔の方が狭くされている。よって、ダイオード素子領域Ｊ２の方が、隣接するトレンチ間で空乏層が繋がりやすくなっているため、トレンチ先端の電界を上がりにくくすることができる。これにより、基板抵抗等を用いることなく、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１の耐圧とダイオード素子領域Ｊ２の耐圧とを個別に調整することができる。すなわち、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１の耐圧に比して、ダイオード素子領域Ｊ２の耐圧をより高くすることができる。よって、アバランシェ耐量（破壊耐量）（熱マス）を確保しつつ、ダイオード素子領域Ｊ２の面積を縮小することが可能となるため、チップサイズの小型可が実現できる。
本願に係る半導体装置の製造方法を、図６のフロー図と、図７および図８の要部断面図を参照して説明する。図６のステップＳ１１において、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１およびダイオード素子領域Ｊ２に、ウェハ表面側からトレンチが形成される。このとき、ダイオード素子領域Ｊ２に形成される第２トレンチ４２の形成密度が、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１に形成される第１トレンチ４１の形成密度よりも高くされる。また、トレンチの形成は、ウェハ裏面に重金属ゲッタリング層が存在する状態で行われる。ゲッタリング層とは、重金属等の不純物を捕獲するための層である。ゲッタリング層により、デバイス活性領域の重金属汚染を防止することができる。なお、ウェハ表面に素子構造を形成する工程は、従来公知の工程を用いることができるため、ここでは説明を省略する。
ステップＳ１２において、ウェハ表面に表面保護テープが貼付される。これにより、ウェハ表面側をステージ等に接触させることができるため、ウェハ裏面側を表出させるようにウェハをステージ上に載置することが可能となる。ステップＳ１３において、ウェハの裏面研磨が行われる。これにより、ウェハ裏面に形成されていた重金属ゲッタリング層が除去される。ステップＳ１４において、ウエットエッチングが行われ、ウェハの研磨面が洗浄される。また、ウェハ裏面からイオン打ち込みが行われることで、カソード領域７０およびコレクタ領域８０（図２）が形成される。
ステップＳ１５において、表面保護テープの剥離工程が行われる。剥離工程では、図７に示すように、ウェハ２０１の裏面２０２がステージ２１１の表面２１２に接触するように、ウェハ２０１がステージ２１１上に載置される。また、ステージ２１１において、ウェハ２０１の裏面２０２と接触する部分は、重金属を含む材料で形成されている。これにより図７に示すように、ウェハ２０１の裏面２０２とステージ２１１の表面２１２との接触部を介して、ステージ２１１の重金属２６２がウェハ２０１内に導入される。なお、重金属２６２は、図７において白丸の記号で表されている。
ステップＳ１６において、加熱工程が行われる。加熱工程により、ウェハ２０１内の重金属２６２が拡散する。また、前述したステップＳ１１によるトレンチ密度の制御により、ダイオード素子領域Ｊ２により高い密度で結晶欠陥が形成されている。よって図８に示すように、重金属２６２は、ダイオード素子領域Ｊ２側により高密度にゲッタリングされる。すなわち、加熱工程によって、ダイオード素子領域Ｊ２のドリフト層６０に含まれる重金属の密度が、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１のドリフト層６０に含まれる重金属の密度に比して高くなるように、重金属２６２を移動させることができる。また、加熱工程により、ウェハ裏面のイオン注入が行われた領域（カソード領域７０、コレクタ領域８０）の活性化を行うことができる。
以下に、本願の実施例２に係る半導体装置の製造方法の効果を説明する。従来、ライフタイムキラー（炭素や酸素等）を導入するために、打ち込み工程などの別工程を必要とする場合があった。一方、実施例２に係る製造方法では、表面保護テープの剥離工程（ステップＳ１５）において、重金属材料を用いたステージをウェハに接触させる。これにより、表面保護テープの剥離工程において、ライフタイムキラーである重金属を、ウェハ内に自動的に導入することができる。よって、ライフタイムキラーを導入するための専用の工程を別途備える必要を無くすことができるため、製造コストを抑えることが可能となる。
また、実施例２に係る製造方法では、重金属材料を用いたステージにウェハを接触させる工程（ステップＳ１５）の後に、加熱工程（ステップＳ１６）が備えられている。これにより、ステージから導入された重金属を拡散させ、微小欠陥にゲッタリングさせることができる。よって、加熱工程によって、ダイオード素子領域Ｊ２のドリフト層６０に含まれる重金属の密度が、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１のドリフト層６０に含まれる重金属の密度に比して高くなるように、重金属を移動させることができる。
また、実施例２に係る製造方法では、ウェハ裏面にゲッタリング層が形成されている場合においても、ウェハを裏面研磨する工程（ステップＳ１３）によりゲッタリング層が除去された状態で、重金属をウェハ内に導入することができる。よって、半導体層内に重金属を充分に拡散させることができる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。
＜実施例１の変形例＞
実施例１に係る半導体装置の変形例を、以下に説明する。図９に、半導体装置１ｄの一部断面図を示す。半導体装置１ｄは、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１内の第１トレンチ４１の深さＢ１に比して、ダイオード素子領域Ｊ２内の第２トレンチ４２の深さＢ２が深くされている点が、半導体装置１（図２）と異なっている。これにより、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１よりもダイオード素子領域Ｊ２の方が、深さ方向についても、より広い領域に熱応力を発生させることができる。よって、ダイオード素子領域Ｊ２に、より高密度で結晶欠陥を形成することができる。
また図１０に、半導体装置１ｅの一部断面図を示す。半導体装置１ｅは、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１がプレーナ型の第１電極１１ｅを備えている点が、半導体装置１（図２）と異なっている。第１電極１１ｅは、絶縁膜１４ｅに囲まれている状態で、半導体層２の表面２ａ上に形成されている。エミッタ領域２０ｅは、一部が半導体層２の表面２ａに露出するとともに、一部が第１電極１１ｅと接している。これにより、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１にトレンチが形成されず、ダイオード素子領域Ｊ２にのみトレンチが形成されている構造とすることができる。よって、ダイオード素子領域Ｊ２にのみトレンチによる結晶欠陥を形成することができるため、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１よりもダイオード素子領域Ｊ２の方に、さらに高密度で結晶欠陥を発生させることができる。
また、実施例１では、図１の平面図に示すように、第１トレンチ４１および第２トレンチ４２をストライプ状に配置する場合を説明したが、この形態に限られない。トレンチの配置は、以下の半導体装置１ｆ（図１１）ないし半導体装置１ｉ（図１４）の例に示すように、様々な構成とすることができる。なお、図１１ないし図１４では、トレンチ部分がハッチングで示されている。そして、半導体装置１ｆないし１ｉでは、ダイオード素子領域Ｊ２の方が、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１よりも高密度にトレンチが形成されている。
図１１に示す半導体装置１ｆは、トレンチがドット形状に配置されている例である。半導体装置１ｆでは、第１トレンチ４１ｆおよび第２トレンチ４２ｆの開口部が、円形状とされている。そして、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１内には４つの第１トレンチ４１ｆが形成され、ダイオード素子領域Ｊ２内には９つの第２トレンチ４２ｆが形成されている。
図１２に示す半導体装置１ｇは、トレンチが格子形状に配置されている例である。そして、ダイオード素子領域Ｊ２の方が、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１よりも格子の密度が高くされている。よって、第２トレンチ４２ｇの開口部境界線の合計長さが、第１トレンチ４１ｇの開口部境界線の合計長さに比して長い状態である。
図１３に示す半導体装置１ｈは、ドット形状の第１トレンチ４１ｆ（図１１）と、格子形状の第２トレンチ４２ｇ（図１２）とが組み合わされて配置されている例である。
図１４に示す半導体装置１ｉは、トレンチが不連続な格子形状に配置されている例である。そして、ダイオード素子領域Ｊ２の方が、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１よりも格子の密度が高くされている。よって、第２トレンチ４２ｉの開口部境界線の合計長さが、第１トレンチ４１ｉの開口部境界線の合計長さに比して長い状態である。
また、離反距離Ａ１（図２）の決定方法は、拡散距離Ａ２に基づく方法に限られない。例えば、離反距離Ａ１が、ダイオード素子領域Ｊ２のアノード層３１の厚さとドリフト層６０の厚さの和によって定まる距離Ａ３（図２）以上であるように決定されてもよい。これにより、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１のエミッタ領域２０まで重金属が拡散しまうことを防止できるため、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１のオン抵抗が増加してしまう事態を防止できる。
また、重金属を含んだ第２電極の配置形態は、図２の例に限られない。図１５に示す半導体装置１ｊでは、第２電極６ｊは、裏面電極３の表面およびトレンチ８の内部に形成されている。よって、第２電極６ｊは、ダイオード素子領域Ｊ２内のカソード領域７０の一部と、接触面８ａを介して接触している。また、図１６に示す半導体装置１ｋでは、第２電極６ｋは、第１電極５の空洞部９の内部に形成されている。よって第２電極６ｋは、半導体装置１ｋの表面に露出していない状態である。また第２電極６ｋは、ダイオード素子領域Ｊ２内の浅部２Ｕの一部と、接触面９ａを介して接触している。
図１７に示す半導体装置１ｍでは、第２電極６ｍは、ダイオード素子領域Ｊ２内の第１電極５の表面およびトレンチ５１の内部に形成されている。そして第２電極６ｍは、ダイオード素子領域Ｊ２内の浅部２Ｕの一部と、接触面５１ａを介して接触している。図１８に示す半導体装置１ｎでは、第２電極６ｎは、ダイオード素子領域Ｊ２内の裏面電極３の表面およびトレンチ５２の内部に形成されている。そして第２電極６ｎは、ダイオード素子領域Ｊ２内のカソード領域７０の一部と、接触面５２ａを介して接触している。
また、本願の半導体装置では、ダイオード素子領域Ｊ２のドリフト層６０に含まれる重金属の密度が、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１のドリフト層６０に含まれる重金属の密度に比して高くされていることが重要である。従って、ダイオード素子領域Ｊ２内のドリフト層６０内に、結晶欠陥を必ずしも導入する必要はない。よって、図１６ないし図１８に示すように、ダイオード素子領域Ｊ２にトレンチを形成しない態様とすることも可能である。
また、半導体装置の表面における、第２電極、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１、ダイオード素子領域Ｊ２等の配置形態は、様々な形態であってよい。図１９に、分離型の逆導通型の半導体装置１ｐの上面図を示す。分離型の半導体装置とは、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１とダイオード素子領域Ｊ２とが、それぞれ１つの領域にまとめて形成されている半導体装置である。ダイオード素子領域Ｊ２内には、重金属を含んでいる第２電極と接触する接触面５３が、２つ形成されている。またＩＧＢＴ素子領域Ｊ１内には、複数のエミッタ領域２０ｐが形成されている。ここで、接触面５３とエミッタ領域２０ｐとの最短距離を離反距離Ａ１１と定義すると、離反距離Ａ１１は、前述した拡散距離Ａ２や距離Ａ３以上とされていることが好ましい。なお、接触面５３やエミッタ領域２０ｐの形状は多様であってよく、例えばドット形状やストライプ形状であってもよいし、各種形状が混在していても良い。
図２０に、混在型の逆導通型の半導体装置１ｒの上面図を示す。混在型の半導体装置とは、ＩＧＢＴ素子領域Ｊ１とダイオード素子領域Ｊ２とが、それぞれ複数の領域に分かれている半導体装置である。半導体装置１ｒでは、３つのＩＧＢＴ素子領域Ｊ１と２つのダイオード素子領域Ｊ２とが、交互に並んで配置されている。ダイオード素子領域Ｊ２の各々には、重金属を含んでいる第２電極と接触する接触面５４が、３つ形成されている。またＩＧＢＴ素子領域Ｊ１内には、エミッタ領域２０ｒが形成されている。ここで、接触面５４とエミッタ領域２０ｒとの最短距離を離反距離Ａ２１と定義すると、離反距離Ａ２１は、前述した拡散距離Ａ２や距離Ａ３以上とされていることが好ましい。
また、重金属を含む第２電極として、他の用途に用いられる電極を流用することが可能である。例えばモールド実装においては、はんだと素子の間に、共晶をとるためのＮｉを含んだ電極が必要となる。この場合、Ａｌにより形成されている電極（図２の第１電極５に相当）の表面に、Ｎｉにより形成されている電極（図２の第２電極６に相当）が形成される。これにより、重金属を導入するための専用の電極を別途形成する必要を無くすことができるため、製造コストを抑えることが可能となる。なお、Ｎｉにより形成されている電極は、メッキやスパッタなど、各種の方法によって形成することができる。
また、図２、図７、図１５−図１８において、重金属を含む第２電極は、ダイオード素子領域Ｊ２内の半導体層と中間層を介して接触する形態であってもよい。中間層は、重金属を拡散する性質を有する層である。また中間層の厚さは、電極に含まれている重金属の拡散距離Ａ２よりも小さくされている。中間層の例としては、シリコン酸化膜などが挙げられる。これにより、自然酸化膜などの中間層が存在する場合においても、電極形成後の加熱工程によって、半導体層内に重金属を充分に拡散させることができる。
また、第２電極に含まれる重金属は、比重が４以上の金属であればよい。例えば、鉄、鉛、金、白金、銀、銅、クロム、カドミウム、水銀、亜鉛、ヒ素、マンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステン、錫、ビスマス、ウラン、プルトニウムなどがある。
＜実施例２の変形例＞
実施例２に係る半導体装置の変形例を、以下に説明する。図６のステップＳ１３において裏面研磨が行われた後において、重金属導入用の搬送ステージを使用する形態であってもよい。当該搬送ステージは、ウェハの裏面の全面と接触する保持面を備える、全面保持ステージである。また保持面は、重金属を含む材料で形成されている。これにより、ウェハの搬送時において、保持面とウェハ裏面とを接触させることで、ウェハ内に重金属を導入することができる。また、ウェハの全面を保持することでウェハに反りやたわみを発生させにくくすることができるため、大口径ウェハや薄化されたウェハを確実に搬送することが可能となる。なお、重金属導入用の搬送ステージを使用するタイミングは、ウェハ裏面の重金属ゲッタリング層が除去されてから、熱工程による重金属ゲッタリングが完了するまでの間であれば、何れのタイミングでもよい。
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。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、本明細書又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、３０：ボディ層、３１：アノード層、６０：ドリフト層、６２：重金属、Ｊ１：ＩＧＢＴ素子領域、Ｊ２：ダイオード素子領域

Claims (5)

  1. 同一半導体基板にＩＧＢＴ素子領域とダイオード素子領域が混在している半導体装置であり、
    ＩＧＢＴ素子領域では、第１導電型のコレクタ層と第２導電型のドリフト層と第１導電型のボディ層が順に積層されており、
    ボディ層の表面からボディ層を貫通してドリフト層内に突出しているとともに絶縁膜で囲まれている第１トレンチ電極が形成されており、
    その絶縁膜を介して第１トレンチ電極に接しているとともに半導体基板の表面に臨む範囲に第２導電型のエミッタ領域が形成されており、そのエミッタ領域がボディ層によってドリフト層から分離されており、
    ダイオード素子領域では、第２導電型のカソード層と第２導電型のドリフト層と第１導電型のアノード層が順に積層されており、
    アノード層の表面からアノード層を貫通してドリフト層内に突出しているとともに絶縁膜で囲まれている第２トレンチ電極が形成されており、
    第１トレンチ電極の開口部が形成されているボディ層の表面、および、第２トレンチ電極の開口部が形成されているアノード層の表面を観測したときに、ダイオード素子領域の単位面積あたりの第２トレンチ電極の開口部を形成する開口部境界線の合計長さが、ＩＧＢＴ素子領域の単位面積あたりの第１トレンチ電極の開口部を形成する開口部境界線の合計長さに比して長くされており、
    ダイオード素子領域のドリフト層に含まれる重金属の密度が、ＩＧＢＴ素子領域のドリフト層に含まれる重金属の密度に比して高いことを特徴とする半導体装置。
  2. 重金属を含む電極をさらに備え、
    ダイオード領域内の半導体層の少なくとも一部と電極とが接触していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 重金属を含む電極とダイオード素子領域内の半導体層とが接触する接触領域と、ＩＧＢＴ素子領域内のエミッタ領域との間の第１距離が、ダイオード素子領域のアノード層の厚さとドリフト層の厚さの和によって定まる第２距離以上であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
  4. 同一半導体基板にＩＧＢＴ素子領域とダイオード素子領域が混在している半導体装置の製造方法であって、
    ＩＧＢＴ素子領域に第１トレンチ電極を形成する第１形成工程と、
    ダイオード素子領域に第２トレンチ電極を形成する第２形成工程と、
    重金属を含むウェハ保持台にウェハを接触させる接触工程と、
    接触工程の後に、ウェハを加熱する加熱工程と、
    を備え、
    第１形成工程と第２形成工程が行われたウェハを表面から観測したときに、ダイオード素子領域の単位面積あたりの第２トレンチ電極の開口部を形成する開口部境界線の合計長さが、ＩＧＢＴ素子領域の単位面積あたりの第１トレンチ電極の開口部を形成する開口部境界線の合計長さに比して長くされており、
    第１形成工程および第２形成工程は、加熱工程の前に行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. ウェハの裏面を研磨する研磨工程をさらに備え、
    研磨工程は、接触工程の前に行われることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
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