JPWO2021009801A1 - 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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Abstract

通電能力を向上させるため、少数キャリア注入効率を高める。半導体装置においては、ＩＧＢＴは、第１のドリフト層と、コレクタ領域と、ベース領域と、エミッタ領域と、絶縁膜と、ゲート電極と、ベース領域よりもコレクタ領域に近い位置に形成され、キャリア寿命が第１のドリフト層より長い第１の高キャリア寿命領域とを備える。ＦＷＤは、第２のドリフト層と、アノード領域と、第２のドリフト層の下面よりもアノード領域に近い位置に形成され、キャリア寿命が第２のドリフト層より長い第２の高キャリア寿命領域とを備える。

Description

本願明細書に開示される技術は、半導体装置、および、半導体装置の製造方法に関するものである。
従来から、半導体材料として珪素（Ｓｉ）を用いる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、ＩＧＢＴ）と、ＩＧＢＴに逆並列に接続されたフリーホイールダイオード（ｆｒｅｅ−ｗｈｅｅｌｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、すなわち、ＦＷＤ）とが、同一の半導体基板内に形成された電力用半導体装置が公知となっている。
たとえば、特許文献１では、同一の半導体基板にＩＧＢＴとＦＷＤとが形成され、半導体基板の上面側に、ＩＧＢＴのエミッタ電極およびＦＷＤのアノード電極として機能する共通の電極が形成され、半導体基板の下面側に、ＩＧＢＴのコレクタ電極およびＦＷＤのカソード電極として機能する共通の電極が形成された半導体装置が開示されている。
このような半導体装置は、逆導通型ＩＧＢＴ（ｒｅｖｅｒｓｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＩＧＢＴ、すなわち、ＲＣ−ＩＧＢＴ）と呼称されている。
Ｓｉを用いる半導体基板は一般的に高キャリア寿命なので（すなわち、キャリア寿命が長いので）、ＲＣ−ＩＧＢＴにおいても、しばしばＦＷＤのリカバリー特性が問題となる。
ＦＷＤの還流動作（すなわち、順方向通電）状態からＦＷＤの逆回復（リカバリー）状態に切り替わる際、すなわち、ＦＷＤへの電流導通状態から高電圧保持状態への遷移期間においては、半導体基板に蓄積している少数キャリアが再結合によって消滅するまで逆回復（リカバリー）電流が流れ続ける。そのため、電圧保持状態と電流導通状態とがＦＷＤの内部に同時に出現し、結果としてリカバリー損失が増大（リカバリー特性が悪化）する。
ＦＷＤのリカバリー特性を改善する手法として、半導体基板全体、すなわち、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との全領域に渡って、キャリアライフタイムキラーとして軽イオンまたは電子線などの放射線を照射し、半導体基板中に結晶欠陥を導入することによって低キャリア寿命層（キャリア寿命が短い層）を形成する、キャリア寿命制御法が用いられている。
この手法によって、半導体基板中に導入された結晶欠陥が再結合中心となり、ＦＷＤのリカバリー時に少数キャリアの再結合が促進される。そのため、リカバリー特性を改善することができる。
また、たとえば、特許文献２では、低キャリア寿命層を形成する領域を、ＦＷＤ領域のみに限定する（すなわち、ＩＧＢＴ領域にはキャリアライフタイムキラーを導入しない）方法が提案されている。当該方法によれば、ＩＧＢＴの通電能力を損ねずに、ＦＷＤのリカバリー特性を向上させることができる。
また、たとえば、特許文献３では、ＩＧＢＴ領域のコレクタ側、および、ＦＷＤ領域のアノード側に低キャリア寿命層を設ける方法が提案されている。当該方法によれば、ＩＧＢＴのターンオフ損失を低減しつつ、ＦＷＤのソフトリカバリー化を実現することができる。
特許第４７９１７０４号公報 特開２００８−１９２７３７号公報 特開２０１３−１９７３０６号公報
近年、ワイドバンドギャップ半導体材料であるシリコンカーバイド（ＳｉＣ）をＩＧＢＴに適用する、ＳｉＣ−ＩＧＢＴが提案されている。ＳｉＣ−ＩＧＢＴは、Ｓｉ−ＩＧＢＴでは実現不可能な、超高耐電圧領域（たとえば、１０ｋＶ以上など）の低損失デバイスを実現することができると期待されている（たとえば、特開２０１２−０３３６１８号公報を参照）。
しかしながら、ＳｉＣ半導体基板特有の問題として、半導体基板そのもののキャリア寿命が著しく短いことが挙げられる。
したがって、ＳｉＣ半導体基板を用いるＲＣ−ＩＧＢＴ、すなわち、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴにおいては、従来の、Ｓｉ半導体基板を用いるＲＣ−ＩＧＢＴの特性向上手法である、軽イオンまたは電子線などの放射線を照射することによって部分的な領域に低キャリア寿命層を形成する方法を適用することができない。
一般的に、Ｓｉ半導体基板はキャリア寿命が長く、少数キャリア輸送効率が高い。そのため、Ｓｉ−ＲＣ−ＩＧＢＴでは少数キャリア注入効率を低くして、通電能力とターンオフ特性およびリカバリー特性の両立を図っている。
Ｓｉ−ＩＧＢＴを例にとると、コレクタ側から電子線照射を行う、または、コレクタ領域そのものの不純物濃度を低くすることによって、少数キャリア注入効率を低くして、コレクタ側のキャリア寿命を“短く”することが一般的である。
一方で、Ｓｉ半導体基板に比べキャリア寿命が短いＳｉＣ半導体基板では、少数キャリア輸送効率が低いので、通電能力を向上させるためには少数キャリア注入効率を高くする必要がある。
ＳｉＣ−ＩＧＢＴを例にとると、何らかの手法によってコレクタ側のキャリア寿命を“長く”することが求められる。
つまり、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴの特性を向上するためには、Ｓｉ−ＲＣ−ＩＧＢＴの特性向上技術とは異なる技術思想が必要である。
本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を鑑みてなされたものであり、通電能力を向上させるため、少数キャリア注入効率を高める技術を提供することを目的とするものである。
本願明細書に開示される技術の第１の態様は、ＩＧＢＴとＦＷＤとが同一のＳｉＣ半導体基板に形成され、かつ、前記ＩＧＢＴと前記ＦＷＤとが逆並列に接続される半導体装置であり、前記ＩＧＢＴは、第１の導電型の第１のドリフト層と、前記第１のドリフト層の下面における第２の導電型のコレクタ領域と、前記第１のドリフト層の表層に選択的に形成される第２の導電型のベース領域と、前記ベース領域の表層に選択的に形成される第１の導電型のエミッタ領域と、前記エミッタ領域と前記第１のドリフト層とに挟まれる前記ベース領域に接触する絶縁膜と、前記絶縁膜に接触するゲート電極と、前記第１のドリフト層内における前記ベース領域よりも前記コレクタ領域に近い位置に形成され、かつ、キャリア寿命が前記第１のドリフト層よりも長い第１の高キャリア寿命領域とを備え、前記ＦＷＤは、第１の導電型の第２のドリフト層と、前記第２のドリフト層の下面における第１の導電型のカソード領域と、前記第２のドリフト層の表層に選択的に形成される第２の導電型のアノード領域と、前記第２のドリフト層内における前記カソード領域よりも前記アノード領域に近い位置に形成され、かつ、キャリア寿命が前記第２のドリフト層よりも長い第２の高キャリア寿命領域とを備え、前記エミッタ領域および前記アノード領域に接続されるエミッタ電極と、前記コレクタ領域および前記カソード領域に接続されるコレクタ電極とをさらに備える。
本願明細書に開示される技術の第２の態様は、ＩＧＢＴとＦＷＤとが同一のＳｉＣ半導体基板に形成され、かつ、前記ＩＧＢＴと前記ＦＷＤとが逆並列に接続される半導体装置の製造方法であり、第１の導電型のドリフト層を用意し、前記ドリフト層の前記ＩＧＢＴとなる領域における表層に第２の導電型のベース領域を選択的に形成し、かつ、前記ドリフト層の前記ＦＷＤとなる領域における表層に第２の導電型のアノード領域を選択的に形成し、前記ベース領域の表層に第１の導電型のエミッタ領域を選択的に形成し、前記ドリフト層の前記ＩＧＢＴとなる領域における下面に第２の導電型のコレクタ領域を形成し、前記ドリフト層の前記ＦＷＤとなる領域における下面に第１の導電型のカソード領域を形成し、前記ドリフト層の前記ＩＧＢＴとなる領域における前記ベース領域よりも前記コレクタ領域に近い位置に、キャリア寿命が前記ドリフト層よりも長い第１の高キャリア寿命領域を形成し、前記ドリフト層の前記ＦＷＤとなる領域における前記カソード領域よりも前記アノード領域に近い位置に、キャリア寿命が前記ドリフト層よりも長い第２の高キャリア寿命領域を形成し、前記エミッタ領域と前記ドリフト層とに挟まれる前記ベース領域に接触する絶縁膜を形成し、前記絶縁膜に接触するゲート電極を形成し、前記エミッタ領域および前記アノード領域に接続されるエミッタ電極を形成し、前記コレクタ領域および前記カソード領域に接続されるコレクタ電極を形成する。
本願明細書に開示される技術の第１の態様は、ＩＧＢＴとＦＷＤとが同一のＳｉＣ半導体基板に形成され、かつ、前記ＩＧＢＴと前記ＦＷＤとが逆並列に接続される半導体装置であり、前記ＩＧＢＴは、第１の導電型の第１のドリフト層と、前記第１のドリフト層の下面における第２の導電型のコレクタ領域と、前記第１のドリフト層の表層に選択的に形成される第２の導電型のベース領域と、前記ベース領域の表層に選択的に形成される第１の導電型のエミッタ領域と、前記エミッタ領域と前記第１のドリフト層とに挟まれる前記ベース領域に接触する絶縁膜と、前記絶縁膜に接触するゲート電極と、前記第１のドリフト層内における前記ベース領域よりも前記コレクタ領域に近い位置に形成され、かつ、キャリア寿命が前記第１のドリフト層よりも長い第１の高キャリア寿命領域とを備え、前記ＦＷＤは、第１の導電型の第２のドリフト層と、前記第２のドリフト層の下面における第１の導電型のカソード領域と、前記第２のドリフト層の表層に選択的に形成される第２の導電型のアノード領域と、前記第２のドリフト層内における前記カソード領域よりも前記アノード領域に近い位置に形成され、かつ、キャリア寿命が前記第２のドリフト層よりも長い第２の高キャリア寿命領域とを備え、前記エミッタ領域および前記アノード領域に接続されるエミッタ電極と、前記コレクタ領域および前記カソード領域に接続されるコレクタ電極とをさらに備える。このような構成によれば、少数キャリア注入効率を高めることによって通電能力を向上させ、また、ターンオフ損失の低減およびリカバリー損失の低減を実現することができる。
本願明細書に開示される技術の第２の態様は、ＩＧＢＴとＦＷＤとが同一のＳｉＣ半導体基板に形成され、かつ、前記ＩＧＢＴと前記ＦＷＤとが逆並列に接続される半導体装置の製造方法であり、第１の導電型のドリフト層を用意し、前記ドリフト層の前記ＩＧＢＴとなる領域における表層に第２の導電型のベース領域を選択的に形成し、かつ、前記ドリフト層の前記ＦＷＤとなる領域における表層に第２の導電型のアノード領域を選択的に形成し、前記ベース領域の表層に第１の導電型のエミッタ領域を選択的に形成し、前記ドリフト層の前記ＩＧＢＴとなる領域における下面に第２の導電型のコレクタ領域を形成し、前記ドリフト層の前記ＦＷＤとなる領域における下面に第１の導電型のカソード領域を形成し、前記ドリフト層の前記ＩＧＢＴとなる領域における前記ベース領域よりも前記コレクタ領域に近い位置に、キャリア寿命が前記ドリフト層よりも長い第１の高キャリア寿命領域を形成し、前記ドリフト層の前記ＦＷＤとなる領域における前記カソード領域よりも前記アノード領域に近い位置に、キャリア寿命が前記ドリフト層よりも長い第２の高キャリア寿命領域を形成し、前記エミッタ領域と前記ドリフト層とに挟まれる前記ベース領域に接触する絶縁膜を形成し、前記絶縁膜に接触するゲート電極を形成し、前記エミッタ領域および前記アノード領域に接続されるエミッタ電極を形成し、前記コレクタ領域および前記カソード領域に接続されるコレクタ電極を形成する。このような構成によれば、少数キャリア注入効率を高めることによって通電能力を向上させ、また、ターンオフ損失の低減およびリカバリー損失の低減を実現することができる。
また、本願明細書に開示される技術に関連する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。
実施の形態に関する、半導体装置（具体的には、プレーナゲート型のＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ）の構成の例を概略的に示す平面図である。 実施の形態に関する、半導体装置（具体的には、プレーナゲート型のＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ）の構成の例を概略的に示す断面図である。 図２における電極および絶縁膜の図示を省略した場合の平面図である。 図２における電極および絶縁膜の図示を省略した場合の平面図である。 図２における電極および絶縁膜の図示を省略した場合の平面図である。 図２における電極および絶縁膜の図示を省略した場合の平面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の製造工程の例を示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の製造工程の例を示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の製造工程の例を示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の製造工程の例を示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の製造工程の例を示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の製造工程の例を示す断面図である。 図１２のＩＧＢＴ領域のＺａ−Ｚａ’断面におけるキャリア寿命分布の例を示す図である。 図１２のＦＷＤ領域のＺｂ−Ｚｂ’断面におけるキャリア寿命分布の例を示す図である。 実施の形態に関する、半導体装置の製造工程の例を示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の製造工程の例を示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置の製造工程の例を示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置（具体的には、トレンチゲート型のＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ）の構成の例を概略的に示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置（具体的には、プレーナゲート型のＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ）の構成の例を概略的に示す断面図である。 実施の形態に関する、半導体装置（具体的には、プレーナゲート型のＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ）の構成の他の例を概略的に示す断面図である。
以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。以下の実施の形態では、技術の説明のために詳細な特徴なども示されるが、それらは例示であり、実施の形態が実施可能となるためにそれらすべてが必ずしも必須の特徴ではない。
なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化が図面においてなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。また、断面図ではない平面図などの図面においても、実施の形態の内容を理解することを容易にするために、ハッチングが付される場合がある。
また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。
また、以下に記載される説明において、ある構成要素を「備える」、「含む」または「有する」などと記載される場合、特に断らない限りは、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
また、以下に記載される説明において、「第１の」または「第２の」などの序数が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、これらの序数によって生じ得る順序などに限定されるものではない。
また、以下に記載される説明において、等しい状態であることを示す表現、たとえば、「同一」、「等しい」、「均一」または「均質」などは、特に断らない限りは、厳密に等しい状態であることを示す場合、および、公差または同程度の機能が得られる範囲において差が生じている場合を含むものとする。
また、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置と方向とを意味する用語が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、実際に実施される際の方向とは関係しないものである。
また、以下に記載される説明において、「…の上面」または「…の下面」などと記載される場合、対象となる構成要素の上面自体に加えて、対象となる構成要素の上面に他の構成要素が形成された状態も含むものとする。すなわち、たとえば、「甲の上面に設けられる乙」と記載される場合、甲と乙との間に別の構成要素「丙」が介在することを妨げるものではない。
近年、ワイドバンドギャップ半導体材料であるシリコンカーバイド（ＳｉＣ）をＩＧＢＴに適用する、ＳｉＣ−ＩＧＢＴが提案されている。ＳｉＣ−ＩＧＢＴは、Ｓｉ−ＩＧＢＴでは実現不可能な、超高耐電圧領域（たとえば、１０ｋＶ以上など）の低損失デバイスを実現することができると期待されている（たとえば、特開２０１２−０３３６１８号公報を参照）。
しかしながら、ＳｉＣ半導体特有の問題として、半導体そのもののキャリア寿命が著しく短いことが挙げられる。すなわち、ＳｉＣ半導体基板については、Ｓｉ半導体基板並みに高純度なものを得ることは非常に困難であり、浮遊帯域溶融法（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｚｏｎｅ法、すなわち、ＦＺ法）を用いて作製されたＳｉ半導体基板のキャリア寿命が１ｍｓ以上であるのに対して、市販のＳｉＣ半導体基板（ＳｉＣ半導体基板の上面にエピタキシャル成長層が形成されたＳｉＣエピタキシャル基板を含む）の一般的なキャリア寿命は１μｓ程度であり極めて短い。
これは、ＳｉＣ半導体基板内に不純物、真性欠陥、転位または積層欠陥などの結晶欠陥が多数存在するために、それらが再結合中心、および、キャリアライフタイムキラー（キャリアトラップ）となっているためと考えられている。
したがって、ＳｉＣ半導体基板を用いるＲＣ−ＩＧＢＴ、すなわち、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴにおいては、従来の、Ｓｉ半導体基板を用いるＲＣ−ＩＧＢＴの特性向上手法である、軽イオンまたは電子線などの放射線を照射することによって部分的な領域に低キャリア寿命層を形成する方法を適用することができない。
一方、ＳｉＣ半導体そのもののキャリア寿命を向上する技術として、たとえば、特開２０１３−０４８２４７号公報には、キャリアライフタイムキラー（キャリアトラップ）が多数存在するＳｉＣ半導体に、ドーパントとはならないイオンを注入する方法が開示されている。
当該方法では、注入された当該イオンで格子間炭素を導入し、続くアニーリングによって当該格子間炭素をＳｉＣ半導体内へ拡散させる。それとともに、当該格子間炭素をＳｉＣ半導体中の点欠陥（キャリアトラップ）と結合させることによって、電気的に活性な点欠陥が低減された領域を形成する。
さらに、上記のＳｉＣ半導体におけるキャリア寿命向上技術の応用として、たとえば、特許第６１６９２４９号公報には、部分的にキャリアトラップが低減された領域（すなわち、キャリア寿命が向上した領域）を形成する技術、および、当該技術を用いて製造されたＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴが開示されている。
すなわち、ＩＧＢＴの主電流の通電領域のみにキャリアトラップが低減された領域（すなわち、キャリア寿命が向上した領域）を形成することによって、ＦＷＤのリカバリー時に少数キャリアの再結合が低減されず、かつ、ＦＷＤのリカバリー特性を損なわずに、ＩＧＢＴの通電能力を向上させることができる。
先に述べられたように、ＲＣ−ＩＧＢＴの特性を向上させる（すなわち、通電能力を向上させつつ、ＩＧＢＴ領域のターンオフ損失またはＦＷＤ領域のリカバリー損失を低減する）ためには、半導体基板の厚み方向におけるキャリア寿命制御が必要である。
すなわち、単純に半導体基板の厚み方向の全域に渡って一様にキャリア寿命を長くする、または、キャリア寿命を短くするだけでは、通電能力、ターンオフ損失、リカバリー損失のいずれかが極端に悪化してしまう。そこで、キャリア寿命が長い領域とキャリア寿命が短い領域とを共存させることによって、これらを両立することができる。
一般的に、Ｓｉ半導体基板はキャリア寿命が長く、少数キャリア輸送効率が高い。そのため、少数キャリア注入効率を低くして、通電能力とターンオフ特性およびリカバリー特性の両立を図っている。
Ｓｉ−ＩＧＢＴを例にとると、コレクタ側から電子線照射を行う、または、コレクタ領域そのものの不純物濃度を低くすることによって、少数キャリア注入効率を低くして、コレクタ側のキャリア寿命を“短く”することが一般的である。
一方で、Ｓｉ半導体基板に比べキャリア寿命が短いＳｉＣ半導体基板では、少数キャリア輸送効率が低いので、通電能力を向上させるためには少数キャリア注入効率を高くする必要がある。
ＳｉＣ−ＩＧＢＴを例にとると、コレクタ側のキャリア寿命を“長く”することが求められる。
つまり、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴの特性を向上するためには、Ｓｉ−ＲＣ−ＩＧＢＴの特性向上技術とは正反対の技術思想が必要である。
しかしながら、上記の特許文献では、ＩＧＢＴ領域およびＦＷＤ領域において、少数キャリア注入効率が高く、かつ、少数キャリア輸送効率が低い構成とはなっておらず、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴの特性向上が困難である。
＜第１の実施の形態＞
以下、本実施の形態に関する半導体装置、および、半導体装置の製造方法について説明する。
なお、以下の説明においては、不純物の導電型に関して、第１の導電型がｎ型であり、第２の導電型がｐ型であるものとするが、その逆の定義であっても構わない。
また、ＳｉＣ結晶の面方位に関して、Ｓｉ面を「上面」、Ｃ面を「下面」として一般的に定義するが、その逆の定義であっても構わない。また、当該定義における「上下」は、実際に実施される際の方向とは関係しないものである。
＜半導体装置の構成について＞
図１は、本実施の形態に関する半導体装置（具体的には、プレーナゲート型のＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ）の構成の例を概略的に示す平面図である。
図１に例が示されるように、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴは、活性領域１０００と、活性領域１０００を取り囲む終端領域１００１とを備える。
また、活性領域１０００においては、ＩＧＢＴ構造が形成されたＩＧＢＴ領域１０００Ａと、ＦＷＤ構造が形成されたＦＷＤ領域１０００Ｂとが交互に形成されている。
図２は、本実施の形態に関する半導体装置（具体的には、プレーナゲート型のＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ）の構成の例を概略的に示す断面図である。また、図２は、図１におけるＸ−Ｘ’断面に相当する。
図２に例が示されるように、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ１００は、ＩＧＢＴ領域１０００ＡとＦＷＤ領域１０００ＢとがＳｉＣ半導体基板に一体で形成されたＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴである。
なお、図２は、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ１００におけるＩＧＢＴ領域１０００ＡとＦＷＤ領域１０００Ｂとの間の境界を拡大する断面図であり、実際の半導体チップにおいては同様の構成が活性領域内に複数配列されている（たとえば、図１を参照）。ここでは便宜的に、図２に例が示された構成を、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ１００と呼称する。
図２に例が示されるように、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ１００のＩＧＢＴ領域には、第１の導電型（ｎ型）のドリフト層５ａと、ｎ型のドリフト層５ａの下面に形成された第２の導電型（ｐ型）のコレクタ領域２と、ｎ型のドリフト層５ａの表層に選択的に形成されたｐ型のベース領域６ａと、ｐ型のベース領域６ａの表層に選択的に形成されたｎ型のエミッタ領域７と、ｎ型のエミッタ領域７の上面からｐ型のベース領域６ａ内に達して形成されたｐ型のベースコンタクト領域８ａと、ｎ型のエミッタ領域７とｎ型のドリフト層５ａとに挟まれたｐ型のベース領域６ａの上面に形成された絶縁膜１０と、絶縁膜１０の上面に形成されたゲート電極９とが備えられる。ゲート電極９は、ｐ型のベース領域６ａの表層にチャネルを形成可能である。
また、図２に例が示されるように、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ１００のＦＷＤ領域には、ｎ型のドリフト層５ｂと、ｎ型のドリフト層５ｂの下面に形成されたｎ型のカソード領域３と、ｎ型のドリフト層５ｂの表層に選択的に形成されたｐ型のアノード領域６ｂと、ｐ型のアノード領域６ｂの表層に選択的に形成されたｐ型のアノードコンタクト領域８ｂと、ｐ型のアノード領域６ｂ間に挟まれたｎ型のドリフト層５ｂの上面に形成された絶縁膜１０と、絶縁膜１０の上面に形成されたゲート電極９とが備えられる。
また、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ１００は、ｎ型のエミッタ領域７、ｐ型のベースコンタクト領域８ａ、ｐ型のアノードコンタクト領域８ｂおよびｐ型のアノード領域６ｂに接続されたエミッタ電極１１と、ｐ型のコレクタ領域２およびｎ型のカソード領域３に接続されたコレクタ電極１とを備える。
また、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ１００は、ＩＧＢＴ領域におけるｎ型のドリフト層５ａ内のｐ型のコレクタ領域２側の部分的領域に、キャリア寿命がｎ型のドリフト層５ａよりも高い（すなわち、長い）高キャリア寿命領域１２ａを備える。
また、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ１００は、ＦＷＤ領域におけるｎ型のドリフト層５ｂ内のｐ型のアノード領域６ｂ側の部分的領域に、キャリア寿命がｎ型のドリフト層５ｂよりも高い（すなわち、長い）高キャリア寿命領域１２ｂを備える。
ｎ型のドリフト層５ａの不純物濃度は、たとえば、１×１０１３ｃｍ−３以上、かつ、１×１０１５ｃｍ−３以下である。また、ｎ型のドリフト層５ａの厚み（すなわち、半導体装置の厚み方向の長さ）は、たとえば、１００μｍ以上、かつ、３００μｍ以下の範囲内である。
また、ｎ型のドリフト層５ｂの不純物濃度は、たとえば、１×１０１３ｃｍ−３以上、かつ、１×１０１５ｃｍ−３以下である。また、ｎ型のドリフト層５ｂの厚み（すなわち、半導体装置の厚み方向の長さ）は、たとえば、１００μｍ以上、かつ、３００μｍ以下の範囲内である。
ここで、ｎ型のドリフト層５ａの厚みとは、ｐ型のベース領域６ａの底部からｐ型のコレクタ領域２の上面までの距離を指す。
また、ｎ型のドリフト層５ｂの厚みとは、ｐ型のアノード領域６ｂの底部からｎ型のカソード領域３の上面までの距離を指す。
ｎ型のドリフト層５ａの厚みおよびｎ型のドリフト層５ｂの厚みをそれぞれ１００μｍ以上とする理由は、これらの層の厚みが半導体装置の耐圧性能に資するためである。
たとえば、耐圧１３ｋＶを確保するためには、これらの層の不純物濃度を、たとえば、２×１０１４ｃｍ−３とし、これらの層の厚みを、たとえば、１００μｍとすることができる。また、耐圧２７ｋＶを確保するためには、これらの層の不純物濃度を、たとえば、１×１０１４ｃｍ−３とし、これらの層の厚みを、たとえば、２５０μｍとすることができる。
また、便宜上、ＩＧＢＴ領域におけるｎ型のドリフト層５ａと、ＦＷＤ領域におけるｎ型のドリフト層５ｂとを分けているが、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域とは同一の半導体基板内に形成されるので、基本的には、ｎ型のドリフト層５ａとｎ型のドリフト層５ｂとは、不純物濃度および厚みが同一である。
また、ｎ型のドリフト層５ａの下面、および、ｎ型のドリフト層５ｂの下面に、ｎ型のフィールドストップ層（ｆｉｅｌｄ ｓｔｏｐ層、すなわち、ＦＳ層）が形成されていてもよい。
ＦＳ層によって、半導体装置のオフ動作時に、ｎ型のドリフト層５ａおよびｎ型のドリフト層５ｂにおいて伸展する空乏層を確実に停止させることができる。
なお、ＦＳ層の不純物濃度は、たとえば、１×１０１６ｃｍ−３以上、かつ、１×１０１８ｃｍ−３以下である。また、ＦＳ層の厚みは、たとえば、０．１μｍ以上、かつ、１０μｍ以下の範囲内である。
またＦＳ層は、半導体装置のオフ動作時に、ｎ型のドリフト層５ａおよびｎ型のドリフト層５ｂにおいて伸展する空乏層を確実に停止する層として機能する必要がある。
たとえば、耐圧１３ｋＶを確保するために、ｎ型のドリフト層５ａおよびｎ型のドリフト層５ｂの不純物濃度を２×１０１４ｃｍ−３とし、ｎ型のドリフト層５ａおよびｎ型のドリフト層５ｂの厚みを１００μｍとした場合には、ＦＳ層の不純物濃度をたとえば、７×１０１６ｃｍ−３とし、ＦＳ層の厚みをたとえば、２μｍとすることができる。
すなわち、ＦＳ層の不純物濃度は、ｎ型のドリフト層５ａの不純物濃度およびｎ型のドリフト層５ｂの不純物濃度よりも高い。
また、ＦＳ層の不純物濃度は、半導体装置の厚み方向で一定とする「ボックスプロファイル」であってもよく、半導体装置の厚み方向で勾配を有する「傾斜（またはグラディエント）プロファイル」であってもよい。
また、ｎ型のドリフト層５ａの不純物濃度およびｎ型のドリフト層５ｂの不純物濃度が高い、または、ｎ型のドリフト層５ａの厚みおよびｎ型のドリフト層５ｂの厚みが厚く、半導体装置のオフ動作時にｎ型のドリフト層５ａおよびｎ型のドリフト層５ｂにおいて伸展する空乏層を停止する必要がない場合には、ＦＳ層は形成されなくともよい。
すなわち、図２に例が示されるように、ｎ型のドリフト層５ａの下面にｐ型のコレクタ領域２が接触し、また、ｎ型のドリフト層５ｂの下面にｎ型のカソード領域３が接触していてもよい。
ＩＧＢＴ領域においては、ｎ型のドリフト層５ａの下面に接触して、ｐ型のコレクタ領域２が形成されている。
ｐ型のコレクタ領域２の不純物濃度は、たとえば、１×１０１８ｃｍ−３以上、かつ、１×１０２１ｃｍ−３以下である。また、ｐ型のコレクタ領域２の厚みは、たとえば、０．１μｍ以上、かつ、３μｍ以下の範囲内である。
ｎ型のドリフト層５ａの表層には、ｐ型のベース領域６ａと、ｎ型のエミッタ領域７と、ｐ型のベースコンタクト領域８ａとが形成されている。
ｐ型のベース領域６ａの不純物濃度は、たとえば、１×１０１７ｃｍ−３以上、かつ、１×１０１９ｃｍ−３以下の範囲内である。
ｎ型のエミッタ領域７の不純物濃度は、たとえば、１×１０１８ｃｍ−３以上、かつ、１×１０２０ｃｍ−３以下の範囲内である。
ｐ型のベースコンタクト領域８ａの不純物濃度は、たとえば、１×１０１９ｃｍ−３以上、かつ、１×１０２１ｃｍ−３以下の範囲内である。
また、ｐ型のベース領域６ａの不純物濃度、ｎ型のエミッタ領域７の不純物濃度、および、ｐ型のベースコンタクト領域８ａの不純物濃度は、半導体装置の厚み方向で一定とする「ボックスプロファイル」であってもよく、半導体装置の厚み方向で勾配を有する「傾斜（またはグラディエント）プロファイル」または「レトログレードプロファイル」であってもよい。
ｐ型のベース領域６ａの厚みは、たとえば、０．５μｍ以上、かつ、３μｍ以下の範囲内である。
ｎ型のエミッタ領域７の厚みは、たとえば、０．２μｍ以上、かつ、１μｍ以下の範囲内である。
ｐ型のベースコンタクト領域８ａの厚みは、たとえば、０．２μｍ以上、かつ、１μｍ以下の範囲内である。
また、ゲート電極９は、絶縁膜１０を介することで、ｐ型のベース領域６ａから離間して形成されている。
ＦＷＤ領域においては、ｎ型のドリフト層５ｂの下面に接触して、ｎ型のカソード領域３が形成されている。
ｎ型のカソード領域３の不純物濃度は、たとえば、１×１０１８ｃｍ−３以上、かつ、１×１０２１ｃｍ−３以下の範囲内である。また、ｎ型のカソード領域３の厚みは、たとえば、０．１μｍ以上、かつ、３μｍ以下の範囲内である。
ｎ型のドリフト層５ｂの表層には、ｐ型のアノード領域６ｂと、ｐ型のアノードコンタクト領域８ｂとが形成されている。
ｐ型のアノード領域６ｂの不純物濃度は、たとえば、１×１０１７ｃｍ−３以上、かつ、１×１０１９ｃｍ−３以下の範囲内である。
ｐ型のアノードコンタクト領域８ｂの不純物濃度は、たとえば、１×１０１９ｃｍ−３以上、かつ、１×１０２１ｃｍ−３以下の範囲内である。
また、ｐ型のアノード領域６ｂの不純物濃度およびｐ型のアノードコンタクト領域８ｂの不純物濃度は、半導体装置の厚み方向で一定とする「ボックスプロファイル」であってもよく、半導体装置の厚み方向で勾配を有する「傾斜（またはグラディエント）プロファイル」または「レトログレードプロファイル」であってもよい。
ｐ型のアノード領域６ｂの厚みは、たとえば、０．５μｍ以上、かつ、３μｍ以下の範囲内である。
ｐ型のアノードコンタクト領域８ｂの厚みは、たとえば、０．２μｍ以上、かつ、１μｍ以下の範囲内であることが望ましい。
エミッタ電極１１は、ｎ型のエミッタ領域７、ｐ型のベースコンタクト領域８ａおよびｐ型のアノードコンタクト領域８ｂとの間でオーミック接触しており、かつ、絶縁膜１０を介することで、ゲート電極９から離間して形成されている。
なお、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ１００では、ＦＷＤ領域にもゲート電極９が形成されているが、ＦＷＤ領域には本来チャネルを形成する必要がないので、ＦＷＤ領域にはゲート電極９を形成しなくてもよい。
ＦＷＤ領域におけるゲート電極９を省略することによって、容量成分を低減することができる。そのため、ＦＷＤの高速化を図ることができる。
ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ１００の下面には、ｐ型のコレクタ領域２およびｎ型のカソード領域３との間でオーミック接触するコレクタ電極１が形成されている。
さらに、ＩＧＢＴ領域におけるｎ型のドリフト層５ａ内のｐ型のコレクタ領域２側の部分的領域には、高キャリア寿命領域１２ａが形成されている。また、ＦＷＤ領域におけるｎ型のドリフト層５ｂ内のｐ型のアノード領域６ｂ側の部分的領域には、高キャリア寿命領域１２ｂが形成されている。
高キャリア寿命領域１２ａはｎ型のドリフト層５ａの一部であるため、導電型または不純物濃度は、ｎ型のドリフト層５ａと同一である。
同様に、高キャリア寿命領域１２ｂはｎ型のドリフト層５ｂの一部であるため、導電型または不純物濃度は、ｎ型のドリフト層５ｂと同一である。
高キャリア寿命領域１２ａ内のキャリア寿命は、ｎ型のドリフト層５ａよりも一桁以上高く、たとえば、３μｓ以上、かつ、５０μｓ以下の範囲内である。一方、ｎ型のドリフト層５ａ内のキャリア寿命は、たとえば、１μｓ以下である。
同様に、高キャリア寿命領域１２ｂ内のキャリア寿命は、ｎ型のドリフト層５ｂよりも一桁以上高く、たとえば、３μｓ以上、かつ、５０μｓ以下の範囲内である。一方、ｎ型のドリフト層５ｂ内のキャリア寿命は、たとえば、１μｓ以下である。
さらに、高キャリア寿命領域１２ａ内のキャリア寿命、および、高キャリア寿命領域１２ｂ内のキャリア寿命は、ドリフト層の厚みが大きいほど（すなわち、半導体装置の耐圧性能が高いほど）長くすることが望ましい。
より具体的には、たとえば、ドリフト層の厚みが１００μｍの場合には３μｓ以上、ドリフト層の厚みが２５０μｍの場合には２０μｓ以上、などとする。
この理由は、ドリフト層の厚みが大きいほど、十分な伝導度変調効果を得るために長いキャリア寿命が必要になるからである。
キャリア寿命は、たとえば、ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｈｏｔｏ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｄｅｃａｙ（μ−ＰＣＤ）法、ｐｈｏｔｏ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＰＬ）法、または、ｆｒｅｅ ｃａｒｒｉｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ（ＦＣＡ）法などによって測定することができる。
また、ＩＧＢＴ領域においては、高キャリア寿命領域１２ａの厚みがｎ型のドリフト層５ａの厚みに近づくほど通電能力が向上し、かつ、ターンオフ損失が増大する。また、ＦＷＤ領域においては、高キャリア寿命領域１２ｂの厚みがｎ型のドリフト層５ｂの厚みに近づくほど通電能力が向上し、かつ、リカバリー損失が増大する。そのため、ＩＧＢＴおよびＦＷＤにそれぞれ要求される通電能力に応じて、高キャリア寿命領域の厚みが適宜選択される。
また、高キャリア寿命領域１２ａと高キャリア寿命領域１２ｂとは、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との間の境界で接触していてもよく、また、離間していてもよい。
本実施の形態では、高キャリア寿命領域１２ａと高キャリア寿命領域１２ｂとが、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との間の境界において互いに離間する場合の例が示されている。
ＩＧＢＴのターンオフ損失またはＦＷＤのリカバリー損失を低減する観点からは、高キャリア寿命領域１２ａと高キャリア寿命領域１２ｂとが離間していることが望ましい。その理由を以下に説明する。
ＩＧＢＴ領域のターンオフ損失、および、ＦＷＤのリカバリー損失を低減するためには、ＩＧＢＴ領域のターンオフ時、および、ＦＷＤ領域のリカバリー時、すなわち、電流導通状態から高電圧保持状態への遷移期間において、高キャリア寿命領域内に蓄積された少数キャリアを速やかに除去する必要がある。
そのためには、ＩＧＢＴ領域に蓄積された少数キャリアを、同じＩＧＢＴ領域のｐ型のベースコンタクト領域８ａを通じてエミッタ電極１１へ排出し、ＦＷＤ領域に蓄積された少数キャリアを、同じＦＷＤ領域のｐ型のアノードコンタクト領域８ｂを通じてエミッタ電極１１へ排出する必要がある。なお、遷移期間においては、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との間で少数キャリアが移動することを抑制する必要がある。
ここで、例としてＩＧＢＴ領域がターンオフする状況を考えてみる。高キャリア寿命領域１２ａと高キャリア寿命領域１２ｂとが、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との間の境界で互いに接触している場合、ＩＧＢＴ領域に蓄積された少数キャリアが、ＦＷＤ領域のｐ型のアノードコンタクト領域８ｂを通じて排出される経路が形成されることになる。そのため、蓄積された少数キャリアを効率的に除去することができない。
一方、高キャリア寿命領域１２ａと高キャリア寿命領域１２ｂとが、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との間の境界で離間している場合、ＩＧＢＴ領域に蓄積された少数キャリアは、同じＩＧＢＴ領域のｐ型のベースコンタクト領域８ａを通じてのみ排出されることになる。そのため、蓄積された少数キャリアを効率的に除去することができ、結果としてＩＧＢＴ領域のターンオフ損失が低減する。
したがって、高キャリア寿命領域１２ａと高キャリア寿命領域１２ｂとを、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との間の境界で離間させることが望ましい。
また、遷移期間において、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との間で少数キャリアが移動することを確実に抑制するためには、高キャリア寿命領域１２ａと高キャリア寿命領域１２ｂとの間の間隔は、少なくともｎ型のドリフト層５ａの厚み以上、または、ｎ型のドリフト層５ｂの厚み以上であることが望ましい。
図３、図４、図５および図６は、図２における電極および絶縁膜の図示を省略した場合の平面図である。すなわち、図３、図４、図５および図６それぞれにおけるＸ２−Ｘ２’断面は、図２に相当する。
図３、図４、図５および図６は、単位セルの配置例として４種類の例を示すものであり、図３が格子状に、図４が櫛状に、図５が梯子状に、図６がストライプ状に単位セルを配置する場合をそれぞれ示している。
なお、図３、図４、図５および図６では、ＩＧＢＴ領域およびＦＷＤ領域がともにセル配置が同じである例が示されているが、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域とでセル配置が異なっていてもよく、たとえば、ＩＧＢＴ領域のセル配置がストライプ状であり、ＦＷＤ領域のセル配置が櫛状であってもよい。
＜半導体装置の製造方法について＞
次に、図７から図１７を参照しつつ、本実施の形態に関する半導体装置（具体的には、プレーナゲート型のＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ）の製造方法を説明する。なお、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１５、図１６および図１７は、本実施の形態に関する半導体装置の製造工程の例を示す断面図である。
まず、図７に例が示されるように、ｎ型のＳｉＣ支持基板０の上面に、ｎ型のドリフト層５をエピタキシャル成長法によって形成する。
ここで、ｎ型のＳｉＣ支持基板０とｎ型のドリフト層５との間に、ｎ型のドリフト層５よりも不純物濃度の高いｎ型またはｐ型のバッファ層が形成されてもよい。
このような構成によれば、ｎ型のＳｉＣ支持基板０に含まれる結晶欠陥であるｂａｓａｌ ｐｌａｎｅ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ（ＢＰＤ）を、当該バッファ層でｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ（ＴＥＤ）に転換することができるため、ＢＰＤを含まない、または、ＢＰＤの密度が極めて小さいｎ型のドリフト層５を形成することができる。
次に、ｎ型のＳｉＣ支持基板０の下面を、研削（グラインディング）、研磨（ポリッシング）、化学的機械研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）、反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）、または、これらの方法の組み合わせ、または、その他の方法によって加工し、ｎ型のＳｉＣ支持基板０を除去する。
これによって、図８に例が示されるように、ｎ型のＳｉＣ支持基板０が除去されて、ｎ型のドリフト層５の下面が露出する。なお、ｎ型のドリフト層５の厚みは、加工処理の前後で同じであってもよく、異なっていてもよい。
次に、ｎ型のドリフト層５の上面の部分的な領域に対してイオン注入処理を施す。これによって、図９に例が示されるように、ｎ型のドリフト層５の上面の表層に、ｐ型のベース領域６ａと、ｎ型のエミッタ領域７と、ｐ型のベースコンタクト領域８ａと、ｐ型のアノード領域６ｂと、ｐ型のアノードコンタクト領域８ｂとが形成される。
ｐ型のベース領域６ａおよびｐ型のアノード領域６ｂ、または、ｐ型のベースコンタクト領域８ａおよびｐ型のアノードコンタクト領域８ｂは、それぞれ同じタイミングで形成されてもよく、異なるタイミングで形成されてもよい。
当該イオン注入処理は、単一注入エネルギーで行ってもよく、段階的に注入エネルギーを、たとえば、高いエネルギーから低いエネルギーへと変化させながら行ってもよい。
また、当該イオン注入処理は、所定の領域にイオン注入を施すために、注入マスクを介して行う。注入マスクとしては、たとえば、写真製版用のフォトレジストまたは酸化膜を用いる。
当該イオン注入処理に用いられる不純物元素としては、ｎ型を実現するためには、たとえば、リンまたは窒素などが挙げられ、ｐ型を実現するためには、たとえば、アルミニウムまたはボロンなどが挙げられる。
なお、上記イオン注入処理に際しては、その一部またはすべての処理を、ｎ型のドリフト層５の温度を、たとえば、１０℃以上、かつ、１０００℃以下、より望ましくは、１００℃以上、かつ、６００℃以下の範囲内に設定して行う。これによって、イオン注入時に発生する結晶欠陥（注入欠陥）をある程度回復させることができるという効果が得られる。
次に、ｎ型のドリフト層５の下面の部分的な領域に対してイオン注入処理を施す。これによって、図１０に例が示されるように、ｐ型のコレクタ領域２、および、ｎ型のカソード領域３が形成される。
ここで、便宜上、ｐ型のコレクタ領域２が形成されている側の領域をＩＧＢＴ領域とし、ｎ型のカソード領域３が形成されている側の領域をＦＷＤ領域とし、ＩＧＢＴ領域におけるドリフト層をｎ型のドリフト層５ａとし、ＦＷＤ領域におけるドリフト層をｎ型のドリフト層５ｂとする。
なお、本実施の形態では、ｐ型のコレクタ領域２、および、ｎ型のカソード領域３がイオン注入によって形成される場合が説明されたが、これらの一方または両方がエピタキシャル成長によって形成してもよい。
エピタキシャル成長するタイミングは、ｎ型のＳｉＣ支持基板０の加工（除去）前であっても加工（除去）後であってもよく、適宜に変更が可能である。
また、ｐ型のコレクタ領域２およびｎ型のカソード領域３と、ｎ型のドリフト層５との間に、ｎ型のＦＳ層が形成されてもよい。
次に、ｎ型のドリフト層５ａの下面の部分的な領域およびｎ型のドリフト層５ｂの上面の部分的な領域に対して、それぞれ格子間炭素誘起イオン注入処理を施す。
当該処理は、単一注入エネルギーで行ってもよく、段階的に注入エネルギーを、たとえば、高いエネルギーから低いエネルギーへと変化させながら行ってもよい。
格子間炭素誘起イオンとしては、たとえば、炭素、珪素、水素またはヘリウムなどが挙げられる。本実施の形態では、ｎ型のドリフト層５ａの下面の部分的な領域およびｎ型のドリフト層５ｂの上面の部分的な領域に対して、格子間炭素誘起イオンとして炭素イオンを注入する場合を説明する。
炭素イオン注入処理によって、図１１に例が示されるように、余剰な格子間炭素原子が存在する領域（余剰格子間炭素含有領域１２）が形成される。当該炭素イオン注入処理におけるイオン注入ドーズ量は、たとえば、１×１０１３ｃｍ−２以上、かつ、１×１０１６ｃｍ−２以下の範囲内である。また、当該炭素イオン注入処理における注入エネルギーは、たとえば、１０ｋｅＶ以上、かつ、１０ＭｅＶ以下の範囲内である。アノード領域およびコレクタ領域を形成するための注入エネルギーを超えるエネルギーであることが望ましい。
これによって、余剰格子間炭素含有領域１２をｎ型のドリフト層５ａの内部およびｎ型のドリフト層５ｂの内部（それぞれ、ｐｎ接合部よりも内側）に形成することができる。
また、当該炭素イオン注入処理を施す領域は、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との間の境界からある程度間隔を空けることが望ましい。具体的には、ｎ型のドリフト層５ａの厚みまたはｎ型のドリフト層５ｂの厚みよりも大きい間隔を空けることが望ましい。
また、当該炭素イオン注入処理におけるｎ型のドリフト層５ａおよびｎ型のドリフト層５ｂの温度は、たとえば、１０℃以上、かつ、１０００℃以下の範囲内であり、５００℃以上、かつ、８００℃以下の範囲内であることが望ましい。
当該炭素イオン注入処理におけるイオン注入ドーズ量または注入エネルギーは、ｎ型のドリフト層５ａの下面の部分的な領域およびｎ型のドリフト層５ｂの上面の部分的な領域で同じであってもよく、異なっていてもよい。
次に、余剰格子間炭素含有領域１２を含むｎ型のドリフト層５ａおよびｎ型のドリフト層５ｂに対して加熱処理を施す。当該加熱処理の温度は、たとえば、１４００℃以上、かつ、１８００℃以下の範囲内であり、１６５０℃以下であることが望ましい。
これによって、ｐ型のベース領域６ａ、ｎ型のエミッタ領域７、ｐ型のベースコンタクト領域８ａ、ｐ型のコレクタ領域２、ｐ型のアノード領域６ｂ、ｐ型のアノードコンタクト領域８ｂ、および、ｎ型のカソード領域３における不純物元素（ドーパント）が活性化されるとともに、余剰な格子間炭素原子がｎ型のドリフト層の内部に拡散し、ｐ型のコレクタ領域２とｎ型のドリフト層５ａとの間の界面、ｐ型のアノード領域６ｂとｎ型のドリフト層５ｂとの間の界面、すなわち、ｐｎ接合部の注入欠陥と結合され、さらに、ｎ型のドリフト層に存在するＺ１／２センターと結合する。
余剰格子間炭素含有領域１２は、ｎ型のドリフト層の内部（ｐｎ接合部よりも内側）に形成されているので、ｐ型のコレクタ領域２内またはｐ型のアノード領域６ｂ内の注入欠陥ではなく、ｐｎ接合部の注入欠陥と効率的に結合される。
これによって、図１２に例が示されるように、ＩＧＢＴ領域におけるｎ型のドリフト層５ａ内のｐ型のコレクタ領域２側の部分的領域に、ｎ型のドリフト層５ａよりもキャリア寿命が長い、高キャリア寿命領域１２ａが形成される。
また、ＦＷＤ領域におけるｎ型のドリフト層５ｂ内のｐ型のアノード領域６ｂ側の部分的領域に、ｎ型のドリフト層５ｂよりもキャリア寿命が長い、高キャリア寿命領域１２ｂが形成される。
ここで、Ｚ１／２センターとは、ＳｉＣ結晶中の炭素空孔が関連する点欠陥のことを指す。Ｚ１／２センターが、ＳｉＣにおいてライフタイムキラー（キャリア再結合中心）となることは、一般的によく知られている事実である。
Ｚ１／２センターの密度が高くなるとＳｉＣ中のキャリア寿命が短くなって、電流通電状態での伝導度変調効果が促進されず、オン電圧の低い半導体装置が得られない。長いキャリア寿命を得るという観点からは、Ｚ１／２センターの密度は低いほど好ましい。たとえば、高キャリア寿命領域１２ａ内および高キャリア寿命領域１２ｂ内のキャリア寿命を３μｓ以上とする場合は、Ｚ１／２センターの密度は、たとえば、５×１０１１ｃｍ−３以下である。Ｚ１／２センターの密度は、たとえば、ｄｅｅｐ ｌｅｖｅｌ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＤＬＴＳ）法、または、ｉｓｏ−ｔｈｅｒｍａｌ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＩＣＴＳ）法などによって測定することができる。
また、高キャリア寿命領域１２ａの厚みおよび高キャリア寿命領域１２ｂの厚みは、当該加熱処理の条件を調整することで適宜選択が可能である。たとえば、高キャリア寿命領域１２ａの厚みおよび高キャリア寿命領域１２ｂの厚みを１００μｍとする場合は、当該加熱処理の温度を１６００℃、加熱処理の時間を３０分などとすることができる。
高キャリア寿命領域１２ａの厚みおよび高キャリア寿命領域１２ｂの厚みを適宜選択し、ＩＧＢＴ領域のベース領域側、および、ＦＷＤ領域のカソード領域側にキャリア寿命の低いドリフト層を残存させることによって、ＩＧＢＴの通電能力およびターンオフ特性、および、ＦＷＤの通電能力およびリカバリー特性を調整することができる。
図１３は、図１２のＩＧＢＴ領域のＺａ−Ｚａ’断面におけるキャリア寿命分布の例を示す図である。また、図１４は、図１２のＦＷＤ領域のＺｂ−Ｚｂ’断面におけるキャリア寿命分布の例を示す図である。
図１３に例が示されるように、高キャリア寿命領域１２ａのキャリア寿命は、ｐ型のコレクタ領域２側（下面側）に向かうほど長い。
また、図１４に例が示されるように、高キャリア寿命領域１２ｂのキャリア寿命は、ｐ型のアノード領域６ｂ側（上面側）に向かうほど長い。
すなわち、炭素イオン注入処理が施された面に近いほどキャリア寿命が長く、遠ざかるほどキャリア寿命が短い。これは、余剰な格子間炭素原子が、拡散によってライフタイムキラーであるＺ１／２センターと結合することに起因している。
また、図１３および図１４では簡便化のために、それぞれの領域の境界でキャリア寿命が不連続的に変化する例が示されたが、キャリア寿命が連続的に変化していてもよい。
なお、本実施の形態では、ｐ型のコレクタ領域２またはｎ型のカソード領域３などを形成するためのドーパントのイオン注入処理の後に炭素イオン注入処理を施す例が示されたが、当該炭素イオン注入処理を施すタイミングは、ｎ型のドリフト層に対する加熱処理を施す前であれば適宜に変更が可能である。たとえば、ｎ型のＳｉＣ支持基板０の加工（除去）後に炭素イオン注入処理を施してから、各種ドーパントのイオン注入処理を施してもよい。
また、本実施の形態では、ｐｎ接合部の近傍における注入欠陥、および、ｎ型のドリフト層におけるＺ１／２センター密度を低減するために、炭素イオン注入処理および加熱処理を施す方法が説明されたが、ｎ型のドリフト層の上面および下面の少なくとも一方を熱酸化することによって、熱酸化の過程で生じる余剰な格子間炭素原子をｎ型のドリフト層の内部に拡散させる方法を用いてもよい。
次に、これらを酸素雰囲気中で熱酸化することで、ゲート絶縁膜となる絶縁膜１０Ａを形成する。絶縁膜１０Ａの厚みは、たとえば、１０ｎｍ以上、かつ、１００ｎｍ以下の範囲内である。
当該熱酸化において、ｐ型のコレクタ領域２およびｎ型のカソード領域３が熱酸化されることを防止するために、これらが露出している面をｔｅｔｒａ ｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏ ｓｉｌｉｃａｔｅ（ＴＥＯＳ）膜などの堆積酸化膜などで保護してもよい。
本実施の形態では、ゲート絶縁膜としてＳｉＣの熱酸化膜を用いたが、高温シリコン酸化膜（ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｘｉｄｅ、すなわち、ＨＴＯ）、アルミニウム酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）、または、ハフニウム酸化膜（Ｈｆ２Ｏ３）などの各種堆積膜をゲート絶縁膜として用いてもよい。
続いて、絶縁膜１０Ａの上面における部分的な領域に、堆積膜としてゲート電極９を形成する。ゲート電極の材料としては、たとえば、ｐｏｌｙ−Ｓｉが用いられる。
これによって、図１５に例が示されるように、絶縁膜１０Ａを介することでｐ型のベース領域６ａから離間するゲート電極９が形成される。
続いて、ゲート電極９の一部および絶縁膜１０Ａの一部を除去し、ゲート電極９の上面および測面に、堆積膜として層間絶縁膜となる絶縁膜１０を形成した後、絶縁膜１０を覆うエミッタ電極１１を形成する。
絶縁膜１０としては、たとえば、ＴＥＯＳなどを用いる。エミッタ電極１１は、たとえば、アルミニウム、チタン、ニッケル、金、銀、銅、または、それらの合金、または、それらの積層構造からなる。エミッタ電極１１は、たとえば、電子ビーム蒸着法またはスパッタ法などを用いて形成される。
これによって、図１６に例が示されるように、絶縁膜１０を介することでゲート電極９から離間するエミッタ電極１１が形成される。
エミッタ電極１１は、ｎ型のエミッタ領域７、ｐ型のベースコンタクト領域８ａおよびｐ型のアノードコンタクト領域８ｂとオーミック接触する。
最後に、ｐ型のコレクタ領域２、および、ｎ型のカソード領域３の露出面に、コレクタ電極１を形成する。これによって、図１７に例が示されるように、エミッタ電極１１が形成される上面とは反対側の下面にコレクタ電極１が形成される。
コレクタ電極１の材料および形成方法は、エミッタ電極１１と同様である。コレクタ電極１は、ｐ型のコレクタ領域２、および、ｎ型のカソード領域３とオーミック接触する。
本実施の形態に記載された半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、ＩＧＢＴ領域におけるｎ型のドリフト層５ａ内のｐ型のコレクタ領域２側に高キャリア寿命領域１２ａを備えており、また、ＦＷＤ領域におけるｎ型のドリフト層５ｂ内のｐ型のアノード領域６ｂ側に、高キャリア寿命領域１２ｂを備えている。
そのため、ＩＧＢＴ領域におけるｐ型のコレクタ領域２からｎ型のドリフト層５ａへの少数キャリア注入効率、および、ＦＷＤ領域におけるｐ型のアノード領域６ｂからｎ型のドリフト層５ｂへの少数キャリア注入効率を向上させることができる。その結果、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴの通電能力を向上することができる。
さらに、ＩＧＢＴ領域におけるｐ型のベース領域６ａ側（上面側）、および、ＦＷＤ領域におけるｎ型のカソード領域３側（下面側）に、キャリア寿命が低いｎ型のドリフト層が残存しているので、ＩＧＢＴ領域のターンオフ損失の低減、および、ＦＷＤ領域のリカバリー損失の低減を実現することができる。すなわち、通電能力の向上と、ターンオフ損失の低減と、リカバリー損失の低減とを両立するＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴを実現することができる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜半導体装置の構成について＞
図１８は、本実施の形態に関する半導体装置（具体的には、トレンチゲート型のＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ）の構成の例を概略的に示す断面図である。図１８に例が示されるように、本実施の形態に関する半導体装置は、第１の実施の形態における半導体装置と構成が類似している。したがって、本実施の形態では、特に、第１の実施の形態における半導体装置の構成と異なる部分について説明する。
図１８に例が示されるように、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ２００のＩＧＢＴ領域には、ｎ型のドリフト層５ａと、ｐ型のコレクタ領域２と、ｎ型のドリフト層５ａの表層に選択的に形成されたｐ型のベース領域６０ａと、ｐ型のベース領域６０ａの表層に選択的に形成されたｎ型のエミッタ領域７０と、ｎ型のエミッタ領域７０の上面からｐ型のベース領域６０ａ内に達して形成されたｐ型のベースコンタクト領域８０ａと、ｎ型のエミッタ領域７０の上面からｐ型のベース領域６０ａを貫通してｎ型のドリフト層５ａに至るトレンチ２０００と、トレンチ２０００の内壁に形成されたゲート絶縁膜１０Ｂと、トレンチ２０００内のゲート絶縁膜１０Ｂに囲まれる領域に形成されたゲート電極９０と、ｎ型のエミッタ領域７０の上面の一部とゲート電極９０の上面とを覆って形成される層間絶縁膜１０Ｃが備えられる。
また、図１８に例が示されるように、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ２００のＦＷＤ領域には、ｎ型のドリフト層５ｂと、ｎ型のカソード領域３と、ｎ型のドリフト層５ｂの表層に選択的に形成されたｐ型のアノード領域６０ｂと、ｐ型のアノード領域６０ｂの表層に選択的に形成されたｐ型のアノードコンタクト領域８０ｂと、ｐ型のアノード領域６０ｂの上面からｐ型のアノード領域６０ｂを貫通するトレンチ２０００と、トレンチ２０００の内壁に形成されたゲート絶縁膜１０Ｂと、トレンチ２０００内のゲート絶縁膜１０Ｂに囲まれる領域に形成されたゲート電極９０と、ｐ型のアノード領域６０ｂの上面の一部とゲート電極９０の上面とを覆って形成される層間絶縁膜１０Ｃが備えられる。
また、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ２００は、ｎ型のエミッタ領域７０、ｐ型のベースコンタクト領域８０ａおよびｐ型のアノードコンタクト領域８０ｂに接続されたエミッタ電極１１０と、ｐ型のコレクタ領域２およびｎ型のカソード領域３に接続されたコレクタ電極１とを備える。
また、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ２００は、ＩＧＢＴ領域におけるｎ型のドリフト層５ａ内のｐ型のコレクタ領域２側の部分的領域に、キャリア寿命がｎ型のドリフト層５ａよりも高い（すなわち、長い）高キャリア寿命領域１２ａを備える。
また、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ２００は、ＦＷＤ領域におけるｎ型のドリフト層５ｂ内のｐ型のアノード領域６０ｂ側の部分的領域に、キャリア寿命がｎ型のドリフト層５ｂよりも高い（すなわち、長い）高キャリア寿命領域１２ｂを備える。
本実施の形態に記載された半導体装置によれば、トレンチ型のゲート構造を備えているので、第１の実施の形態に記載された半導体装置と比べて、セルピッチ（すなわち、単位セル同士の間の距離）が縮小されるため、単位セルの面積に占めるチャネル幅の割合、すなわち、チャネル幅密度が向上する。したがって、チャネル抵抗成分が低減され、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴの通電能力を向上させることができる。
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
図１９は、本実施の形態に関する半導体装置（具体的には、プレーナゲート型のＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ）の構成の例を概略的に示す断面図である。図１９に例が示されるように、本実施の形態に関する半導体装置は、第１の実施の形態における半導体装置と構成が類似している。したがって、本実施の形態では、特に、第１の実施の形態における半導体装置の構成と異なる部分について説明する。
図１９に例が示されるように、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ３００のＩＧＢＴ領域には、ｎ型のドリフト層５ａと、ｐ型のコレクタ領域２と、ｎ型のドリフト層５ａの表層に選択的に形成されたｎ型のキャリア蓄積層１３と、ｎ型のキャリア蓄積層１３の表層に選択的に形成されたｐ型のベース領域６ａと、ｎ型のエミッタ領域７と、ｐ型のベースコンタクト領域８ａと、ｎ型のエミッタ領域７とｎ型のキャリア蓄積層１３とに挟まれたｐ型のベース領域６ａの上面に形成された絶縁膜１０と、絶縁膜１０の上面に形成されたゲート電極９とが備えられる。
また、図１９に例が示されるように、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ３００のＦＷＤ領域には、ｎ型のドリフト層５ｂと、ｎ型のカソード領域３と、ｐ型のアノード領域６ｂと、ｐ型のアノードコンタクト領域８ｂと、絶縁膜１０と、ゲート電極９とが備えられる。
また、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ３００は、エミッタ電極１１と、コレクタ電極１とを備える。また、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ３００は、高キャリア寿命領域１２ａと、高キャリア寿命領域１２ｂとを備える。
ｎ型のキャリア蓄積層１３の不純物濃度は、たとえば、１×１０１５ｃｍ−３以上、かつ、１×１０１７ｃｍ−３以下の範囲内であり、ｎ型のドリフト層５ａの不純物濃度よりも高いことが望ましい。
また、ｎ型のキャリア蓄積層１３の厚みは、たとえば、０．１μｍ以上、かつ、３μｍ以下の範囲内であり、ｐ型のベース領域６ａの厚みよりも厚いことが望ましい。
キャリア蓄積層はイオン注入法によって形成されてもよく、エピタキシャル成長法およびエッチング技術を用いて形成されてもよい。
本実施の形態に記載された半導体装置によれば、ＩＧＢＴ領域におけるｎ型のドリフト層５ａの表層に、ｎ型のドリフト層５ａの不純物濃度よりも高いｎ型のキャリア蓄積層１３が形成される。よって、ＩＧＢＴの電流導通状態において、ｐ型のコレクタ領域２から注入された少数キャリアを、ｎ型のドリフト層５ａ内に留める（すなわち、ｐ型のベース領域６ａを通じてエミッタ電極１１に抜ける少数キャリアを低減する）ことができる。
したがって、ｎ型のドリフト層５ａにおけるエミッタ側の少数キャリア濃度を高めることができるので、ＩＧＢＴの通電能力を向上することができる。
なお、図１９では、ｎ型のキャリア蓄積層１３がＩＧＢＴ領域のみに形成される場合が示されたが、図２０に例が示されるように、ｎ型のキャリア蓄積層１３がＦＷＤ領域にも形成されてもよい。
図２０は、本実施の形態に関する半導体装置（具体的には、プレーナゲート型のＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ）の構成の他の例を概略的に示す断面図である。
図２０に例が示されるように、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ４００のＩＧＢＴ領域には、ｎ型のドリフト層５ａと、ｐ型のコレクタ領域２と、ｎ型のドリフト層５ａの表層に選択的に形成されたｎ型のキャリア蓄積層１３と、ｎ型のキャリア蓄積層１３の表層に選択的に形成されたｐ型のベース領域６ａと、ｎ型のエミッタ領域７と、ｐ型のベースコンタクト領域８ａと、ｎ型のエミッタ領域７とｎ型のキャリア蓄積層１３とに挟まれたｐ型のベース領域６ａの上面に形成された絶縁膜１０と、絶縁膜１０の上面に形成されたゲート電極９とが備えられる。
また、図２０に例が示されるように、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ４００のＦＷＤ領域には、ｎ型のドリフト層５ｂと、ｎ型のカソード領域３と、ｎ型のドリフト層５ｂの表層に選択的に形成されたｎ型のキャリア蓄積層１３と、ｎ型のキャリア蓄積層１３の表層に選択的に形成されたｐ型のアノード領域６ｂと、ｐ型のアノードコンタクト領域８ｂと、絶縁膜１０と、ゲート電極９とが備えられる。
また、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ４００は、エミッタ電極１１と、コレクタ電極１とを備える。また、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ４００は、高キャリア寿命領域１２ａと、高キャリア寿命領域１２ｂとを備える。
＜以上に記載された実施の形態によって生じる効果について＞
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果の例を示す。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例が示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例が示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。
また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例が示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。
以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置において、ＩＧＢＴは、第１の導電型（ｎ型）の第１のドリフト層と、第２の導電型（ｐ型）のコレクタ領域２と、ｐ型のベース領域６ａと、ｎ型のエミッタ領域７と、絶縁膜１０と、ゲート電極９と、第１の高キャリア寿命領域とを備える。ここで、第１のドリフト層は、たとえば、ｎ型のドリフト層５ａに対応するものである。また、第１の高キャリア寿命領域は、たとえば、高キャリア寿命領域１２ａに対応するものである。ｐ型のコレクタ領域２は、ｎ型のドリフト層５ａの下面に形成される。ｐ型のベース領域６ａは、ｎ型のドリフト層５ａの表層に選択的に形成される。ｎ型のエミッタ領域７は、ｐ型のベース領域６ａの表層に選択的に形成される。絶縁膜１０は、ｎ型のエミッタ領域７とｎ型のドリフト層５ａとに挟まれるｐ型のベース領域６ａに接触する。ゲート電極９は、絶縁膜１０に接触する。高キャリア寿命領域１２ａは、ｎ型のドリフト層５ａ内におけるｐ型のベース領域６ａよりもｐ型のコレクタ領域２に近い位置に形成される。また、高キャリア寿命領域１２ａは、キャリア寿命がｎ型のドリフト層５ａよりも長い。また、ＦＷＤは、ｎ型の第２のドリフト層と、ｐ型のアノード領域６ｂと、第２の高キャリア寿命領域とを備える。ここで、第２のドリフト層は、たとえば、ｎ型のドリフト層５ｂに対応するものである。また、第２の高キャリア寿命領域は、たとえば、高キャリア寿命領域１２ｂに対応するものである。ｐ型のアノード領域６ｂは、ｎ型のドリフト層５ｂの表層に選択的に形成される。高キャリア寿命領域１２ｂは、ｎ型のドリフト層５ｂ内におけるｎ型のドリフト層５ｂの下面よりもｐ型のアノード領域６ｂに近い位置に形成される。また、高キャリア寿命領域１２ｂは、キャリア寿命がｎ型のドリフト層５ｂよりも長い。また、半導体装置は、エミッタ電極１１と、コレクタ電極１とを備える。エミッタ電極１１は、ｎ型のエミッタ領域７およびｐ型のアノード領域６ｂに接続される。また、コレクタ電極１は、ｐ型のコレクタ領域２およびｎ型のドリフト層５ｂに接続される。
このような構成によれば、少数キャリア注入効率を高めることによって通電能力を向上させ、また、ターンオフ損失の低減およびリカバリー損失の低減を実現することができる。
なお、本願明細書に例が示される他の構成のうちの少なくとも１つを、上記の構成に適宜追加した場合、すなわち、上記の構成としては言及されなかった本願明細書に例が示される他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、高キャリア寿命領域１２ａのキャリア寿命は、ｎ型のドリフト層５ａのキャリア寿命の１０倍以上である。このような構成によれば、ＩＧＢＴ領域におけるｐ型のコレクタ領域２からｎ型のドリフト層５ａへの少数キャリア注入効率が向上するため、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴの通電能力を向上させることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、高キャリア寿命領域１２ｂのキャリア寿命は、ｎ型のドリフト層５ｂのキャリア寿命の１０倍以上である。このような構成によれば、ＦＷＤ領域におけるｐ型のアノード領域６ｂからｎ型のドリフト層５ｂへの少数キャリア注入効率が向上するため、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴの通電能力を向上させることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、高キャリア寿命領域１２ａのキャリア寿命は３μｓ以上、かつ、５０μｓ以下であり、かつ、ｎ型のドリフト層５ａのキャリア寿命は１μｓ以下である。このような構成によれば、ＩＧＢＴ領域におけるｐ型のコレクタ領域２からｎ型のドリフト層５ａへの少数キャリア注入効率が向上するため、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴの通電能力を向上させることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、高キャリア寿命領域１２ｂのキャリア寿命は３μｓ以上、かつ、５０μｓ以下であり、かつ、ｎ型のドリフト層５ｂのキャリア寿命は１μｓ以下である。このような構成によれば、ＦＷＤ領域におけるｐ型のアノード領域６ｂからｎ型のドリフト層５ｂへの少数キャリア注入効率が向上するため、ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴの通電能力を向上させることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、高キャリア寿命領域１２ａと高キャリア寿命領域１２ｂとが、互いに離間する。このような構成によれば、ＩＧＢＴ領域に蓄積された少数キャリアは、同じＩＧＢＴ領域のｐ型のベースコンタクト領域８ａを通じてのみ排出されることになる。そのため、蓄積された少数キャリアを効率的に除去することができ、結果としてＩＧＢＴ領域のターンオフ損失が低減する。
また、以上に記載された実施の形態によれば、高キャリア寿命領域１２ａと高キャリア寿命領域１２ｂとの間の距離は、ｎ型のドリフト層５ａの厚みまたはｎ型のドリフト層５ｂの厚みよりも長い。このような構成によれば、遷移期間において、ＩＧＢＴ領域とＦＷＤ領域との間で少数キャリアが移動することを確実に抑制することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、ＩＧＢＴは、ｎ型のキャリア蓄積層１３を備える。ｎ型のキャリア蓄積層１３は、ｎ型のドリフト層５ａの表層に選択的に形成される。また、ｎ型のキャリア蓄積層１３は、不純物濃度がｎ型のドリフト層５ａよりも高い。そして、ｐ型のベース領域６ａは、ｎ型のキャリア蓄積層１３の表層に選択的に形成される。また、絶縁膜１０は、ｎ型のエミッタ領域７とｎ型のキャリア蓄積層１３とに挟まれるｐ型のベース領域６ａに接触する。このような構成によれば、ＩＧＢＴの電流導通状態において、ｐ型のコレクタ領域２から注入された少数キャリアを、ｎ型のドリフト層５ａ内に留めることができる。したがって、ｎ型のドリフト層５ａにおけるエミッタ側の少数キャリア濃度を高めることができるので、ＩＧＢＴの通電能力を向上することができる。
以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置の製造方法において、ｎ型のドリフト層を用意する。そして、ドリフト層のＩＧＢＴとなる領域における表層にｐ型のベース領域６ａを選択的に形成し、かつ、ドリフト層のＦＷＤとなる領域における表層にｐ型のアノード領域６ｂを選択的に形成する。そして、ｐ型のベース領域６ａの表層にｎ型のエミッタ領域７を選択的に形成する。そして、ドリフト層のＩＧＢＴとなる領域における下面にｐ型のコレクタ領域２を形成する。そして、ドリフト層のＩＧＢＴとなる領域におけるｐ型のベース領域６ａよりもｐ型のコレクタ領域２に近い位置に、キャリア寿命がｎ型のドリフト層５ａよりも長い高キャリア寿命領域１２ａを形成する。そして、ドリフト層のＦＷＤとなる領域におけるｎ型のドリフト層５ｂの下面よりもｐ型のアノード領域６ｂに近い位置に、キャリア寿命がｎ型のドリフト層５ｂよりも長い高キャリア寿命領域１２ｂを形成する。そして、ｎ型のエミッタ領域７とｎ型のドリフト層５ａとに挟まれるｐ型のベース領域６ａに接触する絶縁膜１０を形成する。そして、絶縁膜１０に接触するゲート電極９を形成する。そして、ｎ型のエミッタ領域７およびｐ型のアノード領域６ｂに接続されるエミッタ電極１１を形成する。そして、ｐ型のコレクタ領域２およびｎ型のドリフト層５ｂに接続されるコレクタ電極１を形成する。
このような構成によれば、少数キャリア注入効率を高めることによって通電能力を向上させ、また、ターンオフ損失の低減およびリカバリー損失の低減を実現することができる。
なお、特段の制限がない場合には、それぞれの処理が行われる順序は変更することができる。
また、本願明細書に例が示される他の構成のうちの少なくとも１つを、上記の構成に適宜追加した場合、すなわち、上記の構成としては言及されなかった本願明細書に例が示される他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、高キャリア寿命領域１２ａを形成するために、ｎ型のドリフト層のＩＧＢＴとなる領域における下面から格子間炭素を誘起するイオンを注入し、さらに、格子間炭素をｎ型のドリフト層５ａに熱拡散させる。このような構成によれば、余剰格子間炭素含有領域１２をｎ型のドリフト層５ａの内部（ｐｎ接合部よりも内側）に形成することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、高キャリア寿命領域１２ｂを形成するために、ｎ型のドリフト層のＦＷＤとなる領域における上面から格子間炭素を誘起するイオンを注入し、さらに、格子間炭素をｎ型のドリフト層５ｂに熱拡散させる。このような構成によれば、余剰格子間炭素含有領域１２をｎ型のドリフト層５ｂの内部（ｐｎ接合部よりも内側）に形成することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、格子間炭素を誘起するイオンは、炭素、珪素、水素またはヘリウムである。このような構成によれば、余剰格子間炭素含有領域１２をｎ型のドリフト層５ａの内部およびｎ型のドリフト層５ｂの内部に形成することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、高キャリア寿命領域１２ａを形成するために、ｎ型のドリフト層のＩＧＢＴとなる領域における下面を熱酸化し、さらに、熱酸化の過程で生じる余剰な格子間炭素をｎ型のドリフト層５ａに拡散させる。このような構成によれば、ｎ型のドリフト層５ａの内部に、高キャリア寿命領域１２ａを形成することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、高キャリア寿命領域１２ｂを形成するために、ｎ型のドリフト層のＦＷＤとなる領域における上面を熱酸化し、さらに、熱酸化の過程で生じる余剰な格子間炭素をｎ型のドリフト層５ｂに拡散させる。このような構成によれば、ｎ型のドリフト層５ｂの内部に、高キャリア寿命領域１２ｂを形成することができる。
＜以上に記載された実施の形態における変形例について＞
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面においてひとつの例であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。
したがって、例が示されていない無数の変形例、および、均等物が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの実施の形態における少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態における構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
また、矛盾が生じない限り、以上に記載された実施の形態において「１つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「１つ以上」備えられていてもよいものとする。
さらに、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素は概念的な単位であって、本願明細書に開示される技術の範囲内には、１つの構成要素が複数の構造物から成る場合と、１つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合と、さらには、複数の構成要素が１つの構造物に備えられる場合とを含むものとする。
また、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素には、同一の機能を発揮する限り、他の構造または形状を有する構造物が含まれるものとする。
また、本願明細書における説明は、本技術に関連するすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。
また、以上に記載された実施の形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。
０ ｎ型のＳｉＣ支持基板、１ コレクタ電極、２ ｐ型のコレクタ領域、３ ｎ型のカソード領域、５，５ａ，５ｂ ｎ型のドリフト層、６ａ，６０ａ ｐ型のベース領域、６ｂ，６０ｂ ｐ型のアノード領域、７，７０ ｎ型のエミッタ領域、８ａ，８０ａ ｐ型のベースコンタクト領域、８ｂ，８０ｂ ｐ型のアノードコンタクト領域、９，９０ ゲート電極、１０，１０Ａ 絶縁膜、１０Ｂ ゲート絶縁膜、１０Ｃ 層間絶縁膜、１１，１１０ エミッタ電極、１２ 余剰格子間炭素含有領域、１２ａ，１２ｂ 高キャリア寿命領域、１３ ｎ型のキャリア蓄積層、１００，２００，３００，４００ ＳｉＣ−ＲＣ−ＩＧＢＴ、１０００ 活性領域、１０００Ａ ＩＧＢＴ領域、１０００Ｂ ＦＷＤ領域、１００１ 終端領域、２０００ トレンチ。

Claims (14)

  1. ＩＧＢＴとＦＷＤとが同一のＳｉＣ半導体基板に形成され、かつ、前記ＩＧＢＴと前記ＦＷＤとが逆並列に接続される半導体装置であり、
    前記ＩＧＢＴは、
    第１の導電型の第１のドリフト層と、
    前記第１のドリフト層の下面における第２の導電型のコレクタ領域と、
    前記第１のドリフト層の表層に選択的に形成される第２の導電型のベース領域と、
    前記ベース領域の表層に選択的に形成される第１の導電型のエミッタ領域と、
    前記エミッタ領域と前記第１のドリフト層とに挟まれる前記ベース領域に接触する絶縁膜と、
    前記絶縁膜に接触するゲート電極と、
    前記第１のドリフト層内における前記ベース領域よりも前記コレクタ領域に近い位置に形成され、かつ、キャリア寿命が前記第１のドリフト層よりも長い第１の高キャリア寿命領域とを備え、
    前記ＦＷＤは、
    第１の導電型の第２のドリフト層と、
    前記第２のドリフト層の下面における第１の導電型のカソード領域と、
    前記第２のドリフト層の表層に選択的に形成される第２の導電型のアノード領域と、
    前記第２のドリフト層内における前記カソード領域よりも前記アノード領域に近い位置に形成され、かつ、キャリア寿命が前記第２のドリフト層よりも長い第２の高キャリア寿命領域とを備え、
    前記エミッタ領域および前記アノード領域に接続されるエミッタ電極と、
    前記コレクタ領域および前記カソード領域に接続されるコレクタ電極とをさらに備える、
    半導体装置。
  2. 請求項１に記載の半導体装置であり、
    前記第１の高キャリア寿命領域のキャリア寿命は、前記第１のドリフト層のキャリア寿命の１０倍以上である、
    半導体装置。
  3. 請求項１または２に記載の半導体装置であり、
    前記第２の高キャリア寿命領域のキャリア寿命は、前記第２のドリフト層のキャリア寿命の１０倍以上である、
    半導体装置。
  4. 請求項１から３のうちのいずれか１つに記載の半導体装置であり、
    前記第１の高キャリア寿命領域のキャリア寿命は３μｓ以上、かつ、５０μｓ以下であり、かつ、前記第１のドリフト層のキャリア寿命は１μｓ以下である、
    半導体装置。
  5. 請求項１から４のうちのいずれか１つに記載の半導体装置であり、
    前記第２の高キャリア寿命領域のキャリア寿命は３μｓ以上、かつ、５０μｓ以下であり、かつ、前記第２のドリフト層のキャリア寿命は１μｓ以下である、
    半導体装置。
  6. 請求項１から５のうちのいずれか１つに記載の半導体装置であり、
    前記第１の高キャリア寿命領域と前記第２の高キャリア寿命領域とが、互いに離間する、
    半導体装置。
  7. 請求項６に記載の半導体装置であり、
    前記第１の高キャリア寿命領域と前記第２の高キャリア寿命領域との間の距離は、前記第１のドリフト層の厚みまたは前記第２のドリフト層の厚みよりも長い、
    半導体装置。
  8. 請求項１から７のうちのいずれか１つに記載の半導体装置であり、
    前記ＩＧＢＴは、
    前記第１のドリフト層の表層に選択的に形成され、かつ、不純物濃度が前記第１のドリフト層よりも高い第１の導電型のキャリア蓄積層をさらに備え、
    前記ベース領域は、前記キャリア蓄積層の表層に選択的に形成され、
    前記絶縁膜は、前記エミッタ領域と前記キャリア蓄積層とに挟まれる前記ベース領域に接触する、
    半導体装置。
  9. ＩＧＢＴとＦＷＤとが同一のＳｉＣ半導体基板に形成され、かつ、前記ＩＧＢＴと前記ＦＷＤとが逆並列に接続される半導体装置の製造方法であり、
    第１の導電型のドリフト層を用意し、
    前記ドリフト層の前記ＩＧＢＴとなる領域における表層に第２の導電型のベース領域を選択的に形成し、かつ、前記ドリフト層の前記ＦＷＤとなる領域における表層に第２の導電型のアノード領域を選択的に形成し、
    前記ベース領域の表層に第１の導電型のエミッタ領域を選択的に形成し、
    前記ドリフト層の前記ＩＧＢＴとなる領域における下面に第２の導電型のコレクタ領域を形成し、
    前記ドリフト層の前記ＦＷＤとなる領域における下面に第１の導電型のカソード領域を形成し、
    前記ドリフト層の前記ＩＧＢＴとなる領域における前記ベース領域よりも前記コレクタ領域に近い位置に、キャリア寿命が前記ドリフト層よりも長い第１の高キャリア寿命領域を形成し、
    前記ドリフト層の前記ＦＷＤとなる領域における前記カソード領域よりも前記アノード領域に近い位置に、キャリア寿命が前記ドリフト層よりも長い第２の高キャリア寿命領域を形成し、
    前記エミッタ領域と前記ドリフト層とに挟まれる前記ベース領域に接触する絶縁膜を形成し、
    前記絶縁膜に接触するゲート電極を形成し、
    前記エミッタ領域および前記アノード領域に接続されるエミッタ電極を形成し、
    前記コレクタ領域および前記カソード領域に接続されるコレクタ電極を形成する、
    半導体装置の製造方法。
  10. 請求項９に記載の半導体装置の製造方法であり、
    前記第１の高キャリア寿命領域を形成するために、前記ドリフト層の前記ＩＧＢＴとなる領域における下面から格子間炭素を誘起するイオンを注入し、さらに、前記格子間炭素を前記ドリフト層に熱拡散させる、
    半導体装置の製造方法。
  11. 請求項９または１０に記載の半導体装置の製造方法であり、
    前記第２の高キャリア寿命領域を形成するために、前記ドリフト層の前記ＦＷＤとなる領域における上面から格子間炭素を誘起するイオンを注入し、さらに、前記格子間炭素を前記ドリフト層に熱拡散させる、
    半導体装置の製造方法。
  12. 請求項１０または１１に記載の半導体装置の製造方法であり、
    前記格子間炭素を誘起する前記イオンは、炭素、珪素、水素またはヘリウムである、
    半導体装置の製造方法。
  13. 請求項９に記載の半導体装置の製造方法であり、
    前記第１の高キャリア寿命領域を形成するために、前記ドリフト層の前記ＩＧＢＴとなる領域における下面を熱酸化し、さらに、前記熱酸化の過程で生じる余剰な格子間炭素を前記ドリフト層に拡散させる、
    半導体装置の製造方法。
  14. 請求項９または１３に記載の半導体装置の製造方法であり、
    前記第２の高キャリア寿命領域を形成するために、前記ドリフト層の前記ＦＷＤとなる領域における上面を熱酸化し、さらに、前記熱酸化の過程で生じる余剰な格子間炭素を前記ドリフト層に拡散させる、
    半導体装置の製造方法。
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