特許 7677531 半導体装置および半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-05-07

(45)【発行日】2025-05-15

(54)【発明の名称】半導体装置および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H10D 12/00 20250101AFI20250508BHJP

   H10D 30/66 20250101ALI20250508BHJP

   H10D 30/01 20250101ALI20250508BHJP

   H10D 84/80 20250101ALI20250508BHJP

   H10D 8/50 20250101ALI20250508BHJP

   H10D 62/10 20250101ALI20250508BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20250508BHJP

   H01L 21/322 20060101ALI20250508BHJP

【ＦＩ】

H10D12/00 101P

H10D30/66 101T

H10D12/00 103S

H10D30/66 201A

H10D30/66 101H

H10D30/01 301H

H10D84/80 203D

H10D30/66 103Q

H10D8/50 C

H10D8/50 J

H10D62/10 101D

H10D62/10 101V

H10D30/01 301A

H01L21/265 602C

H01L21/322 L

H01L21/265 F

H10D84/80 101A

【請求項の数】 34

(21)【出願番号】P 2024508223

(86)(22)【出願日】2023-03-15

(86)【国際出願番号】 JP2023010080

(87)【国際公開番号】W WO2023176887

(87)【国際公開日】2023-09-21

【審査請求日】2024-03-01

(31)【優先権主張番号】P 2022040938

(32)【優先日】2022-03-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】内田 美佐稀

(72)【発明者】

【氏名】吉村 尚

(72)【発明者】

【氏名】谷口 竣太郎

【審査官】杉山 芳弘

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／０２９２８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－２０５４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２５５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０１５８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７０７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１３８２１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１３５４４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００６／００８１９２３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｄ １２／００

Ｈ１０Ｄ ３０／６６

Ｈ１０Ｄ ３０／０１

Ｈ１０Ｄ ８４／８０

Ｈ１０Ｄ ８／５０

Ｈ１０Ｄ ６２／１０

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

おもて面および裏面を有する半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
前記半導体基板の深さ方向において、前記ドリフト領域よりも前記半導体基板の前記裏面側に設けられた第１導電型のバッファ領域と、
を備え、
前記バッファ領域は、ドーピング濃度の１または複数の濃度ピークを含む濃度ピーク群を有し、
前記濃度ピーク群は、
前記半導体基板の深さ方向において、前記１または複数の濃度ピークのうち最も前記半導体基板の前記裏面側に設けられた第１濃度ピークと、
前記半導体基板の深さ方向において、前記第１濃度ピークよりも前記半導体基板の前記おもて面側に設けられた副ピーク群と、
を含み、
前記半導体基板は、前記半導体基板の深さ方向において、前記第１濃度ピークの深さ位置と同じか、前記第１濃度ピークの深さ位置よりも前記半導体基板の前記裏面側に設けられた、水素の原子密度のピークである第１水素ピークを含み、
前記副ピーク群は、水素以外の予め定められた第１ドーパントを有する１または複数の濃度ピークを含む
半導体装置。

【請求項2】

前記副ピーク群における前記１または複数の濃度ピークのドーピング濃度は、１．０Ｅ＋１５ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋１６ｃｍ^－３以下である
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記第１水素ピークは、前記半導体基板の深さ方向において、前記副ピーク群の前記１または複数の濃度ピークよりも前記半導体基板の前記裏面側に設けられる
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記第１濃度ピークのドーパントは、前記水素である
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記第１濃度ピークのドーパントは、前記第１ドーパントである
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記第１濃度ピークのドーパントは、前記水素および前記第１ドーパントである
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記副ピーク群における前記１または複数の濃度ピークの深さは、０．５μｍ以上、１０．０μｍ以下である
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記副ピーク群における前記１または複数の濃度ピークのうち、前記半導体基板の深さ方向において、最も前記半導体基板の前記裏面側の第２濃度ピークの深さ位置は、前記半導体基板の前記裏面から３．０μｍ以上である
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記副ピーク群における前記１または複数の濃度ピークのうち、前記半導体基板の深さ方向において、最も前記半導体基板の前記おもて面側の濃度ピークの深さ位置は、前記半導体基板の前記裏面から１０．０μｍ以下である
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項10】

前記第１ドーパントがリンである
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項11】

前記半導体基板は、前記半導体基板の深さ方向において、前記副ピーク群の前記１または複数の濃度ピークのうち最も前記半導体基板の前記おもて面側の濃度ピークよりも前記半導体基板の前記おもて面側に第２水素ピークを有する
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記第２水素ピークは、前記半導体基板の深さ方向において、前記副ピーク群の前記１または複数の濃度ピークのうち最も前記半導体基板の前記おもて面側の濃度ピークと前記ドリフト領域との間に設けられる
請求項１１に記載の半導体装置。

【請求項13】

前記第１水素ピークの原子密度は、１．０Ｅ＋１７ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋１９ｃｍ^－３以下である
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項14】

前記第１水素ピークの深さ位置は、前記半導体基板の深さ方向において、前記半導体基板の前記裏面から０μｍより大きく、１０．０μｍ未満である
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項15】

前記半導体基板の前記おもて面に設けられたエッジ終端構造部を備える
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項16】

前記半導体基板の深さ方向において、前記ドリフト領域の上端から前記半導体基板の前記裏面側に向けてドーピング濃度を積分した積分濃度が、前記バッファ領域において臨界積分濃度に達する
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項17】

前記第１水素ピークは、前記半導体基板の深さ方向において、前記積分濃度が前記臨界積分濃度に達する深さ位置よりも、前記半導体基板の前記裏面側に設けられる
請求項１６に記載の半導体装置。

【請求項18】

前記半導体基板の深さ方向において、前記ドリフト領域よりも前記半導体基板の前記裏面側に設けられ、第１導電型または第２導電型のドーピング濃度の濃度ピークを有する裏面側領域を備える
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項19】

前記第１水素ピークは、前記半導体基板の深さ方向において、前記裏面側領域の前記濃度ピークよりも前記半導体基板の前記裏面側に設けられる
請求項１８に記載の半導体装置。

【請求項20】

前記第１水素ピークは、前記半導体基板の深さ方向において、前記裏面側領域の前記濃度ピークよりも前記半導体基板の前記おもて面側に設けられる
請求項１８に記載の半導体装置。

【請求項21】

ダイオード部を備え、
前記ダイオード部は、前記裏面側領域として第１導電型のカソード領域を備える
請求項１８に記載の半導体装置。

【請求項22】

前記カソード領域の濃度ピークのドーピング濃度は、１．０Ｅ＋１８ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋２０ｃｍ^－３以下である
請求項２１に記載の半導体装置。

【請求項23】

前記カソード領域のドーピング濃度の濃度ピークの深さ位置は、前記半導体基板の深さ方向において、前記半導体基板の前記裏面から０μｍより大きく、１．０μｍ未満である
請求項２１に記載の半導体装置。

【請求項24】

トランジスタ部を備え、
前記トランジスタ部は、前記裏面側領域として、第２導電型のコレクタ領域を有する
請求項１８に記載の半導体装置。

【請求項25】

前記コレクタ領域の濃度ピークのドーピング濃度は、１．０Ｅ＋１５ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋１８ｃｍ^－３以下である
請求項２４に記載の半導体装置。

【請求項26】

前記コレクタ領域のドーピング濃度の濃度ピークの深さ位置は、前記半導体基板の深さ方向において、前記半導体基板の前記裏面から０μｍより大きく、０．５μｍ未満である
請求項２４に記載の半導体装置。

【請求項27】

前記半導体装置は、トランジスタ部およびダイオード部を有するＲＣ－ＩＧＢＴである
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項28】

おもて面および裏面を有する半導体基板に第１導電型のドリフト領域を形成する段階と、
前記半導体基板の深さ方向において、前記ドリフト領域よりも前記半導体基板の前記裏面側に第１導電型のバッファ領域を形成する段階と、
を備え、
前記バッファ領域は、ドーピング濃度の１または複数の濃度ピークを含む濃度ピーク群を有し、
前記濃度ピーク群は、
前記半導体基板の深さ方向において、前記１または複数の濃度ピークのうち最も前記半導体基板の前記裏面側に設けられた第１濃度ピークと、
前記半導体基板の深さ方向において、前記第１濃度ピークよりも前記半導体基板の前記おもて面側に設けられた副ピーク群と、
を含み、
前記半導体基板は、前記半導体基板の深さ方向において、前記第１濃度ピークの深さ位置と同じか、前記第１濃度ピークの深さ位置よりも前記半導体基板の前記裏面側に設けられた、水素の原子密度のピークである第１水素ピークを含み、
前記副ピーク群は、水素以外の予め定められた第１ドーパントを有する１または複数の濃度ピークを含む
半導体装置の製造方法。

【請求項29】

前記半導体基板の深さ方向において、前記ドリフト領域よりも前記半導体基板の前記裏面側に、第１導電型または第２導電型のドーピング濃度の濃度ピークを有する裏面側領域を形成する段階を備える
請求項２８に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項30】

前記裏面側領域を形成する段階の後に、前記半導体基板の深さ方向において、前記第１濃度ピークよりも前記半導体基板の前記おもて面側に設けられた１または複数の濃度ピークを含む副ピーク群を形成するために、水素以外の予め定められた第１ドーパントを前記半導体基板にイオン注入する段階を備える
請求項２９に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項31】

前記裏面側領域を形成する段階の後であって、前記副ピーク群を形成するために、前記半導体基板に前記第１ドーパントをイオン注入する段階の前に、前記半導体基板をレーザアニールする段階を備えない
請求項３０に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項32】

前記裏面側領域を形成する段階の後であって、前記副ピーク群を形成するために、前記半導体基板に前記第１ドーパントをイオン注入する段階の前に、前記半導体基板をレーザアニールする段階を備える
請求項３０に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項33】

前記副ピーク群を形成するために、前記半導体基板に前記第１ドーパントをイオン注入する段階の後に、前記半導体基板をレーザアニールする段階と、
前記第１水素ピークを形成するために、前記半導体基板に水素をイオン注入する段階と、
前記水素をイオン注入した後に前記半導体基板を熱アニールする段階と、
を備える請求項３０から３２のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項34】

前記副ピーク群を形成するために、前記半導体基板に前記第１ドーパントをイオン注入する段階の後に、前記第１水素ピークを形成するために、前記半導体基板に水素をイオン注入する段階と、
前記水素をイオン注入した後に前記半導体基板を熱アニールする段階と、
を備え、
前記半導体基板に前記第１ドーパントをイオン注入する段階の後であって、前記半導体基板に水素をイオン注入する段階の前に、前記半導体基板をレーザアニールする段階を含まない
請求項３０から３２のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、「ＦＳ層」に「プロトンがドープされたプロトン層」を有する半導体装置が記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
特許文献１ 特許第５８１７６８６号
特許文献２ 国際公開２０１８／１７９７９８号

【解決しようとする課題】

【0003】

半導体装置の電気的特性を改善することが好ましい。

【一般的開示】

【0004】

本発明の第１の態様においては、おもて面および裏面を有する半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、前記半導体基板の深さ方向において、前記ドリフト領域よりも前記半導体基板の前記裏面側に設けられた第１導電型のバッファ領域と、を備える半導体装置を提供する。前記バッファ領域は、ドーピング濃度の１または複数の濃度ピークを含む濃度ピーク群を有してよい。前記濃度ピーク群は、前記半導体基板の深さ方向において、前記１または複数の濃度ピークのうち最も前記半導体基板の前記裏面側に設けられた第１濃度ピークを含んでよい。前記半導体基板は、前記半導体基板の深さ方向において、前記第１濃度ピークの深さ位置と同じか、前記第１濃度ピークの深さ位置よりも前記半導体基板の前記裏面側に設けられた、水素の原子密度のピークである第１水素ピークを含んでよい。

【0005】

前記半導体装置において、前記濃度ピーク群は、前記半導体基板の深さ方向において、前記第１濃度ピークよりも前記半導体基板の前記おもて面側に設けられた副ピーク群を含んでよい。前記副ピーク群は、水素以外の予め定められた第１ドーパントを有する１または複数の濃度ピークを含んでよい。

【0006】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記副ピーク群における前記１または複数の濃度ピークのドーピング濃度は、１．０Ｅ＋１５ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋１６ｃｍ^－３以下であってよい。

【0007】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記第１水素ピークは、前記半導体基板の深さ方向において、前記副ピーク群の前記１または複数の濃度ピークよりも前記半導体基板の前記裏面側に設けられてよい。

【0008】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記第１濃度ピークのドーパントは、前記水素であってよい。

【0009】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記第１濃度ピークのドーパントは、前記第１ドーパントであってよい。

【0010】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記第１濃度ピークのドーパントは、前記水素および前記第１ドーパントであってよい。

【0011】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記副ピーク群における前記１または複数の濃度ピークの深さは、０．５μｍ以上、１０．０μｍ以下であってよい。

【0012】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記副ピーク群における前記１または複数の濃度ピークのうち、前記半導体基板の深さ方向において、最も前記半導体基板の前記裏面側の第２濃度ピークの深さ位置は、前記半導体基板の前記裏面から３．０μｍ以上であってよい。

【0013】

前上記いずれかの前記半導体装置において、記副ピーク群における前記１または複数の濃度ピークのうち、前記半導体基板の深さ方向において、最も前記半導体基板の前記おもて面側の濃度ピークの深さ位置は、前記半導体基板の前記裏面から１０．０μｍ以下であってよい。

【0014】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記第１ドーパントがリンであってよい。

【0015】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記半導体基板は、前記半導体基板の深さ方向において、前記副ピーク群の前記１または複数の濃度ピークのうち最も前記半導体基板の前記おもて面側の濃度ピークよりも前記半導体基板の前記おもて面側に第２水素ピークを有してよい。

【0016】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記第２水素ピークは、前記半導体基板の深さ方向において、前記副ピーク群の前記１または複数の濃度ピークのうち最も前記半導体基板の前記おもて面側の濃度ピークと前記ドリフト領域との間に設けられてよい。

【0017】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記第１水素ピークの原子密度は、１．０Ｅ＋１７ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋１９ｃｍ^－３以下であってよい。

【0018】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記第１水素ピークの深さ位置は、前記半導体基板の深さ方向において、前記半導体基板の前記裏面から０μｍより大きく、１０．０μｍ未満であってよい。

【0019】

上記いずれかの前記半導体装置は、前記半導体基板の前記おもて面に設けられたエッジ終端構造部を備えてよい。

【0020】

上記いずれかの前記半導体装置は、前記半導体基板の深さ方向において、前記ドリフト領域の上端から前記半導体基板の前記裏面側に向けてドーピング濃度を積分した積分濃度が、前記バッファ領域において臨界積分濃度に達してよい。

【0021】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記第１水素ピークは、前記半導体基板の深さ方向において、前記積分濃度が前記臨界積分濃度に達する深さ位置よりも、前記半導体基板の前記裏面側に設けられてよい。

【0022】

上記いずれかの前記半導体装置は、前記半導体基板の深さ方向において、前記ドリフト領域よりも前記半導体基板の前記裏面側に設けられ、第１導電型または第２導電型のドーピング濃度の濃度ピークを有する裏面側領域を備えてよい。

【0023】

前記第１水素ピークは、前記半導体基板の深さ方向において、前記裏面側領域の前記濃度ピークよりも前記半導体基板の前記裏面側に設けられてよい。

【0024】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記第１水素ピークは、前記半導体基板の深さ方向において、前記裏面側領域の前記濃度ピークよりも前記半導体基板の前記おもて面側に設けられてよい。

【0025】

上記いずれかの前記半導体装置は、ダイオード部を備えてよい。前記ダイオード部は、前記裏面側領域として第１導電型のカソード領域を備えてよい。

【0026】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記カソード領域の濃度ピークのドーピング濃度は、１．０Ｅ＋１８ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋２０ｃｍ^－３以下であってよい。

【0027】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記カソード領域のドーピング濃度の濃度ピークの深さ位置は、前記半導体基板の深さ方向において、前記半導体基板の前記裏面から０μｍより大きく、１．０μｍ未満であってよい。

【0028】

上記いずれかの前記半導体装置は、トランジスタ部を備えてよい。前記トランジスタ部は、前記裏面側領域として、第２導電型のコレクタ領域を有してよい。

【0029】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記コレクタ領域の濃度ピークのドーピング濃度は、１．０Ｅ＋１５ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋１８ｃｍ^－３以下であってよい。

【0030】

上記いずれかの前記半導体装置において、前記コレクタ領域のドーピング濃度の濃度ピークの深さ位置は、前記半導体基板の深さ方向において、前記半導体基板の前記裏面から０μｍより大きく、０．５μｍ未満であってよい。

【0031】

上記いずれかの前記半導体装置は、トランジスタ部およびダイオード部を有するＲＣ－ＩＧＢＴであってよい。

【0032】

本発明の第２の態様においては、おもて面および裏面を有する半導体基板に第１導電型のドリフト領域を形成する段階と、前記半導体基板の深さ方向において、前記ドリフト領域よりも前記半導体基板の前記裏面側に第１導電型のバッファ領域を形成する段階と、を備える半導体装置の製造方法を提供する。前記バッファ領域は、ドーピング濃度の１または複数の濃度ピークを含む濃度ピーク群を有してよい。前記濃度ピーク群は、前記半導体基板の深さ方向において、前記１または複数の濃度ピークのうち最も前記半導体基板の前記裏面側に設けられた第１濃度ピークを含んでよい。前記半導体基板は、前記半導体基板の深さ方向において、前記第１濃度ピークの深さ位置と同じか、前記第１濃度ピークの深さ位置よりも前記半導体基板の前記裏面側に設けられた、水素の原子密度のピークである第１水素ピークを含んでよい。

【0033】

前記半導体装置の製造方法は、前記半導体基板の深さ方向において、前記ドリフト領域よりも前記半導体基板の前記裏面側に、第１導電型または第２導電型のドーピング濃度の濃度ピークを有する裏面側領域を形成する段階を備えてよい。

【0034】

上記いずれかの前記半導体装置の製造方法は、前記裏面側領域を形成する段階の後に、前記半導体基板の深さ方向において、前記第１濃度ピークよりも前記半導体基板の前記おもて面側に設けられた１または複数の濃度ピークを含む副ピーク群を形成するために、水素以外の予め定められた第１ドーパントを前記半導体基板にイオン注入する段階を備えてよい。

【0035】

上記いずれかの前記半導体装置の製造方法は、前記裏面側領域を形成する段階の後であって、前記副ピーク群を形成するために、前記半導体基板に前記第１ドーパントをイオン注入する段階の前に、前記半導体基板をレーザアニールする段階を備えなくてよい。

【0036】

上記いずれかの前記半導体装置の製造方法は、前記裏面側領域を形成する段階の後であって、前記副ピーク群を形成するために、前記半導体基板に前記第１ドーパントをイオン注入する段階の前に、前記半導体基板をレーザアニールする段階を備えてよい。

【0037】

上記いずれかの前記半導体装置の製造方法は、前記副ピーク群を形成するために、前記半導体基板に前記第１ドーパントをイオン注入する段階の後に、前記半導体基板をレーザアニールする段階と、前記第１水素ピークを形成するために、前記半導体基板に水素をイオン注入する段階と、前記水素をイオン注入した後に前記半導体基板を熱アニールする段階と、を備えてよい。

【0038】

上記いずれかの前記半導体装置の製造方法は、前記副ピーク群を形成するために、前記半導体基板に前記第１ドーパントをイオン注入する段階の後に、前記第１水素ピークを形成するために、前記半導体基板に水素をイオン注入する段階と、前記水素をイオン注入した後に前記半導体基板を熱アニールする段階と、を備えてよい。前記半導体装置の製造方法は、前記半導体基板に前記第１ドーパントをイオン注入する段階の後であって、前記半導体基板に水素をイオン注入する段階の前に、前記半導体基板をレーザアニールする段階を含まなくてよい。

【0039】

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1A】半導体装置１００の上面図の一例を示す。

【図1B】図１Ａにおけるａ－ａ'断面の一例を示す。

【図2A】半導体装置１００の変形例を示す上面図の一例である。

【図2B】図２Ａにおける領域Ａの拡大図である。

【図2C】半導体装置１００の変形例のｂ－ｂ'断面を示す。

【図3A】バッファ領域２０におけるドーピング濃度の濃度分布の一例を示す。

【図3B】バッファ領域２０におけるドーピング濃度の濃度分布の変形例を示す。

【図3C】バッファ領域２０におけるドーピング濃度の濃度分布の変形例を示す。

【図3D】バッファ領域２０におけるドーピング濃度の濃度分布の変形例を示す。

【図3E】バッファ領域２０におけるドーピング濃度の濃度分布の変形例を示す。

【図4A】半導体基板１０におけるドーピング濃度分布の一例を示す。

【図4B】変形例である半導体基板１０におけるドーピング濃度分布の一例を示す。

【図5】アニール温度に応じた活性化度合いの違いを説明するための図である。

【図6】比較例であるバッファ領域５２０のドーピング濃度の分布の一例である。

【図7A】半導体装置１００の製造工程の一例を示すフローチャートである。

【図7B】半導体装置１００の製造工程の変形例を示すフローチャートである。

【図7C】半導体装置１００の製造工程の変形例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0041】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0042】

本明細書においては半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は、重力方向または半導体装置の実装時における方向に限定されない。

【0043】

本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。直交座標軸は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えば、Ｚ軸は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。なお、＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Ｚ軸方向と記載した場合、＋Ｚ軸および－Ｚ軸に平行な方向を意味する。

【0044】

本明細書では、半導体基板の上面および下面に平行な直交軸をＸ軸およびＹ軸とする。また、半導体基板の上面および下面と垂直な軸をＺ軸とする。本明細書では、Ｚ軸の方向を深さ方向と称する場合がある。また、本明細書では、Ｘ軸およびＹ軸を含めて、半導体基板の上面および下面に平行な方向を、水平方向と称する場合がある。

【0045】

本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。

【0046】

本明細書においては、不純物がドーピングされたドーピング領域の導電型をＰ型またはＮ型として説明している。本明細書においては、不純物とは、特にＮ型のドナーまたはＰ型のアクセプタのいずれかを意味する場合があり、ドーパントと記載する場合がある。本明細書においては、ドーピングとは、半導体基板にドナーまたはアクセプタを導入し、Ｎ型の導電型を示す半導体またはＰ型の導電型を示す半導体とすることを意味する。

【0047】

本明細書においては、ドーピング濃度とは、熱平衡状態におけるドナーの濃度またはアクセプタの濃度を意味する。本明細書においては、ネット・ドーピング濃度とは、ドナー濃度を正イオンの濃度とし、アクセプタ濃度を負イオンの濃度として、電荷の極性を含めて足し合わせた正味の濃度を意味する。一例として、ドナー濃度をＮ_Ｄ、アクセプタ濃度をＮ_Ａとすると、任意の位置における正味のネット・ドーピング濃度はＮ_Ｄ－Ｎ_Ａとなる。本明細書では、ネット・ドーピング濃度を単にドーピング濃度と記載する場合がある。

【0048】

ドナーは、半導体に電子を供給する機能を有している。アクセプタは、半導体から電子を受け取る機能を有している。ドナーおよびアクセプタは、不純物自体には限定されない。例えば、半導体中に存在する空孔（Ｖ）、酸素（Ｏ）および水素（Ｈ）が結合したＶＯＨ欠陥は、電子を供給するドナーとして機能する。本明細書では、ＶＯＨ欠陥を水素ドナーと称する場合がある。また、本明細書では、水素ドナーを形成するためにイオン注入される水素をドーパントと称する場合がある。

【0049】

本明細書においてＰ＋型またはＮ＋型と記載した場合、Ｐ型またはＮ型よりもドーピング濃度が高いことを意味し、Ｐ－型またはＮ－型と記載した場合、Ｐ型またはＮ型よりもドーピング濃度が低いことを意味する。また、本明細書においてＰ＋＋型またはＮ＋＋型と記載した場合には、Ｐ＋型またはＮ＋型よりもドーピング濃度が高いことを意味する。

【0050】

本明細書において化学濃度とは、電気的な活性化の状態によらずに測定される不純物の原子密度を指す。化学濃度は、例えば二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により計測できる。上述したネット・ドーピング濃度は、電圧－容量測定法（ＣＶ法）により測定できる。また、拡がり抵抗測定法（ＳＲ法）により計測されるキャリア濃度を、ネット・ドーピング濃度としてよい。ＣＶ法またはＳＲ法により計測されるキャリア濃度は、熱平衡状態における値としてよい。また、Ｎ型の領域においては、ドナー濃度がアクセプタ濃度よりも十分大きいので、当該領域におけるキャリア濃度を、ドナー濃度としてもよい。同様に、Ｐ型の領域においては、当該領域におけるキャリア濃度を、アクセプタ濃度としてもよい。本明細書では、Ｎ型領域のドーピング濃度をドナー濃度と称する場合があり、Ｐ型領域のドーピング濃度をアクセプタ濃度と称する場合がある。

【0051】

また、ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度分布がピークを有する場合、当該ピーク値を当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度がほぼ均一な場合等においては、当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度の平均値をドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。

【0052】

ＳＲ法により計測されるキャリア濃度が、ドナーまたはアクセプタの濃度より低くてもよい。拡がり抵抗を測定する際に電流が流れる範囲において、半導体基板のキャリア移動度が結晶状態の値よりも低い場合がある。キャリア移動度の低下は、格子欠陥等による結晶構造の乱れ（ディスオーダー）により、キャリアが散乱されることで生じる。

【0053】

ＣＶ法またはＳＲ法により計測されるキャリア濃度から算出したドナーまたはアクセプタの濃度は、ドナーまたはアクセプタを示す元素の化学濃度よりも低くてよい。一例として、シリコンの半導体においてドナーとなるリンまたはヒ素のドナー濃度、あるいはアクセプタとなるボロン（ホウ素）のアクセプタ濃度は、これらの化学濃度の９９％程度である。一方、シリコンの半導体においてドナーとなる水素のドナー濃度は、水素の化学濃度の０．１％から１０％程度である。本明細書では、ＳＩ単位系を採用する。本明細書において、距離や長さの単位がｃｍ（センチメートル）で表されることがある。この場合、諸計算はｍ（メートル）に換算して計算してよい。１０のべき乗の数値表示について、例えば１Ｅ＋１６の表示は、１×１０^１６を示し、１Ｅ－１６の表示は、１×１０^－１６を示す。

【0054】

図１Ａは、半導体装置１００の上面図の一例を示す。本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０を備える半導体チップである。

【0055】

トランジスタ部７０は、半導体基板１０の裏面側に設けられたコレクタ領域２２を半導体基板１０の上面に投影した領域である。コレクタ領域２２については後述する。トランジスタ部７０は、ＩＧＢＴ等のトランジスタを含む。本例では、トランジスタ部７０はＩＧＢＴである。なお、トランジスタ部７０は、ＭＯＳＦＥＴ等の他のトランジスタであってもよい。

【0056】

本図においては、半導体装置１００のエッジ側であるチップ端部周辺の領域を示しており、他の領域を省略している。例えば、本例の半導体装置１００のＹ軸方向の負側の領域には、エッジ終端構造部が設けられてよい。エッジ終端構造部は、半導体基板１０の上面側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部は、例えばガードリング、フィールドプレート、リサーフおよびこれらを組み合わせた構造を有する。なお、本例では、便宜上、Ｙ軸方向の負側のエッジについて説明するものの、半導体装置１００の他のエッジについても同様である。

【0057】

半導体基板１０は、半導体材料で形成された基板である。半導体基板１０は、シリコン基板であってよく、炭化シリコン基板であってよく、窒化ガリウム等の窒化物半導体基板等であってもよい。本例の半導体基板１０は、シリコン基板である。なお、本明細書で単に上面視と称した場合、半導体基板１０の上面側から見ることを意味している。半導体基板１０は、後述の通り、おもて面２１および裏面２３を有する。

【0058】

本例の半導体装置１００は、半導体基板１０のおもて面２１において、ゲートトレンチ部４０と、ダミートレンチ部３０と、エミッタ領域１２と、ベース領域１４と、コンタクト領域１５と、ウェル領域１７とを備える。また、本例の半導体装置１００は、半導体基板１０のおもて面２１の上方に設けられたエミッタ電極５２およびゲート金属層５０を備える。

【0059】

エミッタ電極５２は、ゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、エミッタ領域１２、ベース領域１４、コンタクト領域１５およびウェル領域１７の上方に設けられている。また、ゲート金属層５０は、ゲートトレンチ部４０およびウェル領域１７の上方に設けられている。

【0060】

エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、金属を含む材料で形成される。エミッタ電極５２の少なくとも一部の領域は、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、または、アルミニウム‐シリコン合金（ＡｌＳｉ）、アルミニウム‐シリコン‐銅合金（ＡｌＳｉＣｕ）等の金属合金で形成されてよい。ゲート金属層５０の少なくとも一部の領域は、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、または、アルミニウム‐シリコン合金（ＡｌＳｉ）、アルミニウム‐シリコン‐銅合金（ＡｌＳｉＣｕ）等の金属合金で形成されてよい。エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、アルミニウム等で形成された領域の下層にチタンやチタン化合物等で形成されたバリアメタルを有してよい。エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、互いに分離して設けられる。

【0061】

エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、層間絶縁膜３８を挟んで、半導体基板１０の上方に設けられる。層間絶縁膜３８は、図１Ａでは省略されている。層間絶縁膜３８には、コンタクトホール５４、コンタクトホール５５およびコンタクトホール５６が貫通して設けられている。

【0062】

コンタクトホール５５は、ゲート金属層５０とトランジスタ部７０内のゲート導電部とを接続する。コンタクトホール５５の内部には、タングステン等で形成されたプラグ金属層が形成されてもよい。

【0063】

コンタクトホール５６は、エミッタ電極５２とダミートレンチ部３０内のダミー導電部とを接続する。コンタクトホール５６の内部には、タングステン等で形成されたプラグ金属層が形成されてもよい。

【0064】

接続部２５は、エミッタ電極５２またはゲート金属層５０等のおもて面側電極と接続される。一例において、接続部２５は、ゲート金属層５０とゲート導電部との間に設けられる。接続部２５は、エミッタ電極５２とダミー導電部との間にも設けられている。接続部２５は、不純物がドープされたポリシリコン等の、導電性を有する材料である。本例の接続部２５は、Ｎ型の不純物がドープされたポリシリコン（Ｎ＋）である。接続部２５は、酸化膜等の絶縁膜等を介して、半導体基板１０のおもて面２１の上方に設けられる。

【0065】

ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のおもて面２１側において、予め定められた延伸方向に延伸した複数のトレンチ部の一例である。ゲートトレンチ部４０は、予め定められた配列方向（本例ではＸ軸方向）に沿って予め定められた間隔で配列される。本例のゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のおもて面２１に平行であって配列方向と垂直な延伸方向（本例ではＹ軸方向）に沿って延伸する２つの延伸部分４１と、２つの延伸部分４１を接続する接続部分４３を有してよい。

【0066】

接続部分４３は、少なくとも一部が曲線状に形成されることが好ましい。ゲートトレンチ部４０の２つの延伸部分４１の端部を接続することで、延伸部分４１の端部における電界集中を緩和できる。ゲートトレンチ部４０の接続部分４３において、ゲート金属層５０がゲート導電部と接続されてよい。

【0067】

ダミートレンチ部３０は、半導体基板１０のおもて面２１側において、予め定められた延伸方向に延伸した複数のトレンチ部の一例である。ダミートレンチ部３０は、エミッタ電極５２と電気的に接続されたトレンチ部である。ダミートレンチ部３０は、ゲートトレンチ部４０と同様に、予め定められた配列方向（本例ではＸ軸方向）に沿って予め定められた間隔で配列される。本例のダミートレンチ部３０は、半導体基板１０のおもて面２１においてＩ字形状を有するが、ゲートトレンチ部４０と同様に、半導体基板１０のおもて面２１においてＵ字形状を有してよい。即ち、ダミートレンチ部３０は、延伸方向に沿って延伸する２つの延伸部分と、２つの延伸部分を接続する接続部分を有してよい。

【0068】

本例のトランジスタ部７０は、２つのゲートトレンチ部４０と２つのダミートレンチ部３０を繰り返し配列させた構造を有する。即ち、本例のトランジスタ部７０は、１：１の比率でゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０を有している。例えば、トランジスタ部７０は、２本の延伸部分４１の間に１本のダミートレンチ部３０を有する。

【0069】

但し、ゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０の比率は本例に限定されない。ゲートトレンチ部４０の比率がダミートレンチ部３０の比率よりも大きくてよく、ダミートレンチ部３０の比率がゲートトレンチ部４０の比率よりも大きくてよい。ゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０の比率は、２：３であってもよく、２：４であってもよい。また、トランジスタ部７０は、全てのトレンチ部をゲートトレンチ部４０として、ダミートレンチ部３０を有さなくてもよい。

【0070】

ウェル領域１７は、後述するドリフト領域１８よりも半導体基板１０のおもて面２１側に設けられた第２導電型の領域である。ウェル領域１７は、半導体装置１００のエッジ側に設けられるウェル領域の一例である。ウェル領域１７は、一例としてＰ＋型である。ウェル領域１７は、ゲート金属層５０が設けられる側の活性領域の端部から、予め定められた範囲で形成される。ウェル領域１７の拡散深さは、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の深さよりも深くてよい。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の、ゲート金属層５０側の一部の領域は、ウェル領域１７に形成される。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の延伸方向の端の底は、ウェル領域１７に覆われてよい。

【0071】

コンタクトホール５４は、トランジスタ部７０において、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の各領域の上方に形成される。コンタクトホール５４は、Ｙ軸方向両端に設けられたウェル領域１７の上方には設けられていない。このように、層間絶縁膜には、１又は複数のコンタクトホール５４が形成されている。１又は複数のコンタクトホール５４は、延伸方向に延伸して設けられてよい。

【0072】

メサ部７１は、半導体基板１０のおもて面２１と平行な面内において、トレンチ部に隣接して設けられたメサ部である。メサ部とは、隣り合う２つのトレンチ部に挟まれた半導体基板１０の部分であって、半導体基板１０のおもて面２１から、各トレンチ部の最も深い底部の深さまでの部分であってよい。各トレンチ部の延伸部分を１つのトレンチ部としてよい。即ち、２つの延伸部分に挟まれる領域をメサ部としてよい。

【0073】

メサ部７１は、トランジスタ部７０において、ダミートレンチ部３０またはゲートトレンチ部４０の少なくとも１つに隣接して設けられる。メサ部７１は、半導体基板１０のおもて面２１において、ウェル領域１７と、エミッタ領域１２と、ベース領域１４と、コンタクト領域１５とを有する。メサ部７１では、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５が延伸方向において交互に設けられている。

【0074】

ベース領域１４は、半導体基板１０のおもて面２１側に設けられた第２導電型の領域である。ベース領域１４は、一例としてＰ－型である。ベース領域１４は、半導体基板１０のおもて面２１において、メサ部７１のＹ軸方向における両端部に設けられてよい。なお、図１Ａは、当該ベース領域１４のＹ軸方向の一方の端部のみを示している。

【0075】

エミッタ領域１２は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度の高い第１導電型の領域である。本例のエミッタ領域１２は、一例としてＮ＋型である。エミッタ領域１２のドーパントの一例はヒ素（Ａｓ）である。エミッタ領域１２は、メサ部７１のおもて面２１において、ゲートトレンチ部４０と接して設けられる。エミッタ領域１２は、メサ部７１を挟んだ２本のトレンチ部の一方から他方まで、Ｘ軸方向に延伸して設けられてよい。エミッタ領域１２は、コンタクトホール５４の下方にも設けられている。

【0076】

また、エミッタ領域１２は、ダミートレンチ部３０と接してもよいし、接しなくてもよい。本例のエミッタ領域１２は、ダミートレンチ部３０と接している。

【0077】

コンタクト領域１５は、ベース領域１４の上方に設けられ、ベース領域１４よりもドーピング濃度の高い第２導電型の領域である。本例のコンタクト領域１５は、一例としてＰ＋型である。本例のコンタクト領域１５は、メサ部７１のおもて面２１に設けられている。コンタクト領域１５は、メサ部７１を挟んだ２本のトレンチ部の一方から他方まで、Ｘ軸方向に設けられてよい。コンタクト領域１５は、ゲートトレンチ部４０またはダミートレンチ部３０と接してもよいし、接しなくてもよい。本例のコンタクト領域１５は、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０と接する。コンタクト領域１５は、コンタクトホール５４の下方にも設けられている。

【0078】

図１Ｂは、図１Ａにおけるａ－ａ'断面の一例を示す。ａ－ａ'断面は、トランジスタ部７０において、エミッタ領域１２を通過するＸＺ面である。本例の半導体装置１００は、ａ－ａ'断面において、半導体基板１０、層間絶縁膜３８、エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４を有する。エミッタ電極５２は、半導体基板１０および層間絶縁膜３８の上方に形成される。

【0079】

ドリフト領域１８は、半導体基板１０に設けられた第１導電型の領域である。本例のドリフト領域１８は、一例としてＮ－型である。ドリフト領域１８は、半導体基板１０において他のドーピング領域が形成されずに残存した領域であってよい。即ち、ドリフト領域１８のドーピング濃度は半導体基板１０のドーピング濃度であってよい。

【0080】

バッファ領域２０は、ドリフト領域１８よりも半導体基板１０の裏面２３側に設けられた第１導電型の領域である。本例のバッファ領域２０は、一例としてＮ型である。バッファ領域２０のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高い。バッファ領域２０は、ベース領域１４の下面側から広がる空乏層が、第２導電型のコレクタ領域２２に到達することを防ぐフィールドストップ層として機能してよい。なお、バッファ領域２０は、省略されてよい。

【0081】

裏面側領域６０は、半導体基板１０においてドリフト領域１８よりも裏面２３側に設けられる。裏面側領域６０は、第１導電型または第２導電型のドーピング濃度の濃度ピークを有する。本例の裏面側領域６０は、第２導電型のドーピング濃度の濃度ピークを有する。本例のトランジスタ部７０は、裏面側領域６０としてコレクタ領域２２を有する。本例の裏面側領域６０の上端は、バッファ領域２０の下端と接している。なお、本明細書において、上端とは半導体基板１０の深さ方向におけるおもて面２１側の端部を指し、下端とは半導体基板１０の深さ方向における裏面２３側の端部を指してよい。上端および下端は、重力方向または半導体装置１００の実装時における方向に限定されない。

【0082】

コレクタ領域２２は、トランジスタ部７０において、バッファ領域２０の下方に設けられる。コレクタ領域２２は、第２導電型を有する。本例のコレクタ領域２２は、一例としてＰ＋型である。

【0083】

コレクタ電極２４は、半導体基板１０の裏面２３に形成される。コレクタ電極２４は、金属等の導電材料で形成される。コレクタ電極２４の材料は、エミッタ電極５２の材料と同一であってもよく、異なっていてもよい。

【0084】

ベース領域１４は、ドリフト領域１８の上方に設けられる第２導電型の領域である。ベース領域１４は、ゲートトレンチ部４０に接して設けられる。ベース領域１４は、ダミートレンチ部３０に接して設けられてよい。

【0085】

エミッタ領域１２は、ベース領域１４の上方に設けられる。エミッタ領域１２は、ベース領域１４とおもて面２１との間に設けられる。エミッタ領域１２は、ゲートトレンチ部４０と接して設けられる。エミッタ領域１２は、ダミートレンチ部３０と接してもよいし、接しなくてもよい。

【0086】

蓄積領域１６は、ドリフト領域１８よりも半導体基板１０のおもて面２１側に設けられる第１導電型の領域である。本例の蓄積領域１６は、一例としてＮ＋型である。但し、蓄積領域１６が設けられなくてもよい。

【0087】

蓄積領域１６は、ゲートトレンチ部４０に接して設けられる。蓄積領域１６は、ダミートレンチ部３０に接してもよいし、接しなくてもよい。蓄積領域１６のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高い。蓄積領域１６のイオン注入のドーズ量は、１．０Ｅ＋１２ｃｍ^－２以上、１．０Ｅ＋１３ｃｍ^－２以下であってよい。また、蓄積領域１６のイオン注入ドーズ量は、３．０Ｅ＋１２ｃｍ^－２以上、６．０Ｅ＋１２ｃｍ^－２以下であってもよい。蓄積領域１６を設けることで、キャリア注入促進効果（ＩＥ効果）を高めて、トランジスタ部７０のオン電圧を低減できる。

【0088】

１つ以上のゲートトレンチ部４０および１つ以上のダミートレンチ部３０は、おもて面２１に設けられる。各トレンチ部は、おもて面２１からドリフト領域１８まで設けられる。エミッタ領域１２、ベース領域１４、コンタクト領域１５および蓄積領域１６の少なくともいずれかが設けられる領域においては、各トレンチ部はこれらの領域も貫通して、ドリフト領域１８に到達する。トレンチ部がドーピング領域を貫通するとは、ドーピング領域を形成してからトレンチ部を形成する順序で製造したものに限定されない。トレンチ部を形成した後に、トレンチ部の間にドーピング領域を形成したものも、トレンチ部がドーピング領域を貫通したものに含まれる。

【0089】

ゲートトレンチ部４０は、おもて面２１に形成されたゲートトレンチ、ゲート絶縁膜４２およびゲート導電部４４を有する。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチの内壁を覆って形成される。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチの内壁の半導体を酸化または窒化して形成してよい。ゲート導電部４４は、ゲートトレンチの内部においてゲート絶縁膜４２よりも内側に形成される。ゲート絶縁膜４２は、ゲート導電部４４と半導体基板１０とを絶縁する。ゲート導電部４４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。ゲートトレンチ部４０は、おもて面２１において層間絶縁膜３８により覆われる。

【0090】

ゲート導電部４４は、半導体基板１０の深さ方向において、ゲート絶縁膜４２を挟んでメサ部７１側で隣接するベース領域１４と対向する領域を含む。ゲート導電部４４に所定の電圧が印加されると、ベース領域１４のうちゲートトレンチに接する界面の表層に、電子の反転層によるチャネルが形成される。

【0091】

ダミートレンチ部３０は、ゲートトレンチ部４０と同一の構造を有してよい。ダミートレンチ部３０は、おもて面２１側に形成されたダミートレンチ、ダミー絶縁膜３２およびダミー導電部３４を有する。ダミー絶縁膜３２は、ダミートレンチの内壁を覆って形成される。ダミー導電部３４は、ダミートレンチの内部に形成され、且つ、ダミー絶縁膜３２よりも内側に形成される。ダミー絶縁膜３２は、ダミー導電部３４と半導体基板１０とを絶縁する。ダミートレンチ部３０は、おもて面２１において層間絶縁膜３８により覆われる。

【0092】

層間絶縁膜３８は、半導体基板１０の上方に設けられる。本例の層間絶縁膜３８は、おもて面２１と接して設けられる。層間絶縁膜３８の上方には、エミッタ電極５２が設けられている。層間絶縁膜３８には、エミッタ電極５２と半導体基板１０とを電気的に接続するための１又は複数のコンタクトホール５４が設けられている。コンタクトホール５５およびコンタクトホール５６も同様に、層間絶縁膜３８を貫通して設けられてよい。層間絶縁膜３８は、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ‐ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜であってもよいし、ＢＳＧ（ｂｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）膜であってもよいし、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）膜であってもよいし、ＨＴＯ膜であってもよいし、これらの材料を積層したものであってもよい。層間絶縁膜３８の膜厚は、例えば１．０μｍであるが、これに限定されない。

【0093】

第１ライフタイム制御領域１５１は、トランジスタ部７０に設けられてよい。但し、第１ライフタイム制御領域１５１は、省略されてよい。第１ライフタイム制御領域１５１は、半導体基板１０の内部に不純物を注入すること等により意図的にライフタイムキラーが形成された領域である。一例において、第１ライフタイム制御領域１５１は、半導体基板１０にヘリウムを注入することで形成される。第１ライフタイム制御領域１５１を設けることにより、ターンオフ時間を低減し、テイル電流を抑制することにより、スイッチング時の損失を低減することができる。

【0094】

ライフタイムキラーは、キャリアの再結合中心である。ライフタイムキラーは、格子欠陥であってよい。例えば、ライフタイムキラーは、空孔、複空孔、これらと半導体基板１０を構成する元素との複合欠陥、または転位であってよい。また、ライフタイムキラーは、ヘリウム、ネオンなどの希ガス元素、または、白金などの金属元素などでもよい。格子欠陥の形成には電子線が用いられてよい。

【0095】

ライフタイムキラー濃度とは、キャリアの再結合中心濃度である。ライフタイムキラー濃度は、格子欠陥の濃度であってよい。例えばライフタイムキラー濃度とは、空孔、複空孔などの空孔濃度であってよく、これらの空孔と半導体基板１０を構成する元素との複合欠陥濃度であってよく、または転位濃度であってよい。また、ライフタイムキラー濃度とは、ヘリウム、ネオンなどの希ガス元素の化学濃度としてもよく、または、白金などの金属元素の化学濃度としてもよい。

【0096】

第１ライフタイム制御領域１５１は、半導体基板１０の深さ方向において、半導体基板１０の中心よりも裏面２３側に設けられる。本例の第１ライフタイム制御領域１５１は、バッファ領域２０に設けられる。本例の第１ライフタイム制御領域１５１は、ＸＹ平面において半導体基板１０の全面に設けられており、マスクを使用せずに形成できる。第１ライフタイム制御領域１５１は、ＸＹ平面において半導体基板１０の一部に設けられてもよい。第１ライフタイム制御領域１５１を形成するための不純物のドーズ量は、０．５Ｅ＋１０ｃｍ^－２以上、１．０Ｅ＋１３ｃｍ^－２以下であっても、５．０Ｅ＋１０ｃｍ^－２以上、５．０Ｅ＋１１ｃｍ^－２以下であってもよい。

【0097】

第１ライフタイム制御領域１５１は、裏面２３側からの注入により形成されてよい。これにより、半導体装置１００のおもて面２１側への影響を回避できる。例えば、第１ライフタイム制御領域１５１は、裏面２３側からヘリウムを照射することにより形成される。ここで、第１ライフタイム制御領域１５１がおもて面２１側からの注入により形成されているか、裏面２３側からの注入により形成されているかは、ＳＲ法またはリーク電流の測定によって、おもて面２１側の状態を取得することで判断できる。

【0098】

図２Ａは、半導体装置１００の変形例を示す上面図の一例である。図２Ａにおいては、各部材を半導体基板１０の上面に投影した位置を示している。図２Ａにおいては、半導体装置１００の一部の部材のみを示しており、一部の部材は省略している。

【0099】

半導体基板１０は、上面視において端辺１０５を有する。本例の半導体基板１０は、上面視において互いに向かい合う２組の端辺１０５を有する。図２Ａにおいては、Ｘ軸およびＹ軸は、いずれかの端辺１０５と平行である。

【0100】

半導体基板１０には活性部１２０が設けられている。活性部１２０は、半導体装置１００が動作した場合に半導体基板１０のおもて面２１と裏面２３との間で、深さ方向に主電流が流れる領域である。活性部１２０の上方には、エミッタ電極５２が設けられているが図２Ａでは省略している。

【0101】

活性部１２０には、ＩＧＢＴ等のトランジスタ素子を含むトランジスタ部７０と、還流ダイオード（ＦＷＤ）等のダイオード素子を含むダイオード部８０の少なくとも一方が設けられている。本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０を備えるＲＣ－ＩＧＢＴである。図２Ａの例では、トランジスタ部７０およびダイオード部８０は、半導体基板１０のおもて面２１における所定の配列方向（本例ではＸ軸方向）に沿って、交互に配置されている。他の例では、活性部１２０には、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の一方だけが設けられていてもよい。

【0102】

本図においては、トランジスタ部７０が配置される領域には記号「Ｉ」を付し、ダイオード部８０が配置される領域には記号「Ｆ」を付している。トランジスタ部７０およびダイオード部８０は、それぞれ延伸方向に長手を有してよい。つまり、トランジスタ部７０のＹ軸方向における長さは、Ｘ軸方向における幅よりも大きい。同様に、ダイオード部８０のＹ軸方向における長さは、Ｘ軸方向における幅よりも大きい。トランジスタ部７０およびダイオード部８０の延伸方向と、後述する各トレンチ部の長手方向とは同一であってよい。

【0103】

ダイオード部８０は、半導体基板１０の裏面２３と接する領域に、Ｎ＋型のカソード領域を有する。本明細書では、カソード領域が設けられた領域を、ダイオード部８０と称する。つまりダイオード部８０は、上面視においてカソード領域と重なる領域である。半導体基板１０の裏面２３には、カソード領域以外の領域には、Ｐ＋型のコレクタ領域２２が設けられてよい。本明細書では、ダイオード部８０を、後述するゲート配線までＹ軸方向に延長した延長領域８５も、ダイオード部８０に含める場合がある。延長領域８５の裏面２３には、コレクタ領域２２が設けられている。

【0104】

半導体装置１００は、半導体基板１０の上方に１つ以上のパッドを有してよい。本例の半導体装置１００は、ゲートパッド１１２を有している。半導体装置１００は、アノードパッド、カソードパッドおよび電流検出パッド等のパッドを有してもよい。各パッドは、端辺１０５の近傍に配置されている。端辺１０５の近傍とは、上面視における端辺１０５と、エミッタ電極５２との間の領域を指す。半導体装置１００の実装時において、各パッドは、ワイヤ等の配線を介して外部の回路に接続されてよい。

【0105】

ゲートパッド１１２には、ゲート電位が印加される。ゲートパッド１１２は、活性部１２０のゲートトレンチ部４０のゲート導電部４４に電気的に接続される。半導体装置１００は、ゲートパッド１１２とゲートトレンチ部４０とを接続するゲート配線を備える。本図においては、ゲート配線に斜線のハッチングを付している。

【0106】

本例のゲート配線は、外周ゲート配線１３０と、活性側ゲート配線１３１とを有している。外周ゲート配線１３０および活性側ゲート配線１３１は、ゲート金属層５０の一例である。外周ゲート配線１３０は、上面視において活性部１２０と半導体基板１０の端辺１０５との間に配置されている。本例の外周ゲート配線１３０は、上面視において活性部１２０を囲んでいる。上面視において外周ゲート配線１３０に囲まれた領域を活性部１２０としてもよい。また、外周ゲート配線１３０は、ゲートパッド１１２と接続されている。外周ゲート配線１３０は、半導体基板１０の上方に配置されている。外周ゲート配線１３０は、アルミニウム等を含む金属配線であってよい。

【0107】

活性側ゲート配線１３１は、活性部１２０に設けられている。活性部１２０に活性側ゲート配線１３１を設けることで、半導体基板１０の各領域について、ゲートパッド１１２からの配線長のバラツキを低減できる。

【0108】

活性側ゲート配線１３１は、活性部１２０のゲートトレンチ部と接続される。活性側ゲート配線１３１は、半導体基板１０の上方に配置されている。活性側ゲート配線１３１は、不純物がドープされたポリシリコン等の半導体で形成された配線であってよい。

【0109】

活性側ゲート配線１３１は、外周ゲート配線１３０と接続されてよい。本例の活性側ゲート配線１３１は、Ｙ軸方向の略中央で一方の外周ゲート配線１３０から他方の外周ゲート配線１３０まで、活性部１２０を横切るように、Ｘ軸方向に延伸して設けられている。活性側ゲート配線１３１により活性部１２０が分割されている場合、それぞれの分割領域において、トランジスタ部７０およびダイオード部８０がＸ軸方向に交互に配置されてよい。

【0110】

また、半導体装置１００は、ポリシリコン等で形成されたＰＮ接合ダイオードである不図示の温度センス部、または、活性部１２０に設けられたトランジスタ部の動作を模擬する不図示の電流検出部を備えてもよい。

【0111】

エッジ終端構造部１４０は、半導体基板１０のおもて面２１に設けられる。エッジ終端構造部１４０は、上面視において、活性部１２０と端辺１０５との間に設けられる。本例のエッジ終端構造部１４０は、外周ゲート配線１３０と端辺１０５との間に配置されている。エッジ終端構造部１４０は、半導体基板１０のおもて面２１側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部１４０は、活性部１２０を囲んで環状に設けられたガードリング、フィールドプレートおよびリサーフのうちの少なくとも一つを備えていてよい。

【0112】

図２Ｂは、図２Ａにおける領域Ａの拡大図である。領域Ａは、トランジスタ部７０およびダイオード部８０を含む領域である。ダイオード部８０は、半導体基板１０の裏面２３側に設けられたカソード領域８２を半導体基板１０の上面に投影した領域である。本例の半導体装置１００は、半導体基板１０の上面側の内部に設けられたゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、エミッタ領域１２、ベース領域１４、コンタクト領域１５およびウェル領域１７を備える。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、それぞれがトレンチ部の一例である。

【0113】

本例のダミートレンチ部３０は、ゲートトレンチ部４０と同様に、半導体基板１０のおもて面２１においてＵ字形状を有してよい。即ち、ダミートレンチ部３０は、延伸方向に沿って延伸する２つの延伸部分３１と、２つの延伸部分３１を接続する接続部分３３を有してよい。

【0114】

本例の半導体装置１００は、半導体基板１０のおもて面２１の上方に設けられたエミッタ電極５２およびゲート金属層５０を備える。エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は互いに分離して設けられる。本例のトランジスタ部７０は、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界に位置する境界部９０を含む。但し、半導体装置１００は、境界部９０を備えなくてよい。

【0115】

境界部９０は、トランジスタ部７０に設けられ、ダイオード部８０と隣接する領域である。境界部９０は、コンタクト領域１５を有する。本例の境界部９０は、エミッタ領域１２を有さない。一例において、境界部９０のトレンチ部は、ダミートレンチ部３０である。本例の境界部９０は、Ｘ軸方向における両端がダミートレンチ部３０となるように配置されている。

【0116】

コンタクトホール５４は、ダイオード部８０において、ベース領域１４の上方に設けられる。コンタクトホール５４は、境界部９０において、コンタクト領域１５の上方に設けられる。いずれのコンタクトホール５４も、Ｙ軸方向両端に設けられたウェル領域１７の上方には設けられていない。

【0117】

メサ部９１は、境界部９０に設けられている。メサ部９１は、半導体基板１０のおもて面２１において、コンタクト領域１５を有する。本例のメサ部９１は、Ｙ軸方向の負側において、ベース領域１４およびウェル領域１７を有する。

【0118】

メサ部８１は、ダイオード部８０において、隣り合うダミートレンチ部３０に挟まれた領域に設けられる。メサ部８１は、半導体基板１０のおもて面２１において、コンタクト領域１５を有する。本例のメサ部８１は、Ｙ軸方向の負側において、ベース領域１４およびウェル領域１７を有する。

【0119】

エミッタ領域１２は、メサ部７１に設けられているが、メサ部８１およびメサ部９１には設けられなくてよい。コンタクト領域１５は、メサ部７１およびメサ部９１に設けられているが、メサ部８１には設けられなくてよい。

【0120】

図２Ｃは、半導体装置１００の変形例のｂ－ｂ'断面を示す。本図は、図２Ｂのｂ－ｂ'断面に相当する。本例の半導体装置１００は、第１ライフタイム制御領域１５１および第２ライフタイム制御領域１５２を備える。但し、半導体装置１００は、第１ライフタイム制御領域１５１または第２ライフタイム制御領域１５２の一方を備えなくてよいし、第１ライフタイム制御領域１５１および第２ライフタイム制御領域１５２の両方を備えなくてもよい。本例の半導体装置１００は、裏面側領域６０として、コレクタ領域２２およびカソード領域８２を備える。

【0121】

コンタクト領域１５は、メサ部９１において、ベース領域１４の上方に設けられる。コンタクト領域１５は、メサ部９１において、ダミートレンチ部３０に接して設けられる。他の断面において、コンタクト領域１５は、メサ部７１のおもて面２１に設けられてよい。

【0122】

蓄積領域１６は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０に設けられる。本例の蓄積領域１６は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の全面に設けられる。但し、蓄積領域１６は、ダイオード部８０に設けられなくてもよい。

【0123】

カソード領域８２は、ダイオード部８０において、バッファ領域２０の下方に設けられる。コレクタ領域２２とカソード領域８２との境界は、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界である。即ち、本例の境界部９０の下方には、コレクタ領域２２が設けられている。

【0124】

第１ライフタイム制御領域１５１は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の両方に設けられる。これにより、本例の半導体装置１００は、ダイオード部８０におけるリカバリーを速めて、スイッチング損失をさらに改善できる。第１ライフタイム制御領域１５１は、他の実施例の第１ライフタイム制御領域１５１と同様の方法により形成されてよい。

【0125】

第２ライフタイム制御領域１５２は、半導体基板１０の深さ方向において、半導体基板１０の中心よりもおもて面２１側に設けられる。本例の第２ライフタイム制御領域１５２は、ドリフト領域１８に設けられる。第２ライフタイム制御領域１５２は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の両方に設けられる。第２ライフタイム制御領域１５２は、おもて面２１側から不純物を注入することにより形成されてもよく、裏面２３側から不純物を注入することにより形成されてもよい。第２ライフタイム制御領域１５２は、ダイオード部８０と境界部９０に設けられ、トランジスタ部７０の一部には設けられなくてもよい。

【0126】

第２ライフタイム制御領域１５２は、第１ライフタイム制御領域１５１の形成方法のうち、任意の方法で形成されてよい。第１ライフタイム制御領域１５１および第２ライフタイム制御領域１５２を形成するための元素およびドーズ量などは、同一であっても異なっていてもよい。

【0127】

図３Ａは、バッファ領域２０におけるドーピング濃度の濃度分布の一例を示す。バッファ領域２０は、濃度ピーク群２００を含む。本例の半導体基板１０は、第１水素ピーク１０１を有する。実線のグラフは、半導体基板１０におけるドーピング濃度の濃度分布を示す。一点鎖線のグラフは、濃度ピーク群２００を形成するための第１ドーパントのドーパント原子密度２２０を示す。破線のグラフは、水素の原子密度の分布を示す。ドーパント原子密度２２０および水素の原子密度の分布は、ＳＩＭＳ等の元素分析手法を用いて測定されてよい。

【0128】

濃度ピーク群２００は、ドーピング濃度の１または複数の濃度ピークを含む。本例の濃度ピーク群２００は、半導体基板１０の深さ方向において、裏面２３から近い順に、第１濃度ピーク２０１、第２濃度ピーク２０２、第３濃度ピーク２０３および第４濃度ピーク２０４の４つの濃度ピークを有する。濃度ピーク群２００は、２つの濃度ピークを有してもよいし、３つの濃度ピークを有してもよいし、４つの濃度ピークを有してもよいし、５つ以上の濃度ピークを有してもよい。本例の濃度ピーク群２００は、第１濃度ピーク２０１と副ピーク群２１０とを有する。

【0129】

第１濃度ピーク２０１は、半導体基板１０の深さ方向において、濃度ピーク群２００の１または複数の濃度ピークのうち最も半導体基板１０の裏面２３側に設けられる。深さ位置Ｄ１は、半導体基板１０の深さ方向における、第１濃度ピーク２０１の裏面２３からの深さである。本例の第１濃度ピーク２０１は、水素のイオン注入によって形成されるが、リン等のＮ型のドーパントのイオン注入によって形成されてもよい。

【0130】

第１濃度ピーク２０１のドーピング濃度は、副ピーク群２１０の１または複数の濃度ピークのドーピング濃度よりも大きくてよい。本例の第１濃度ピーク２０１は、第２濃度ピーク２０２、第３濃度ピーク２０３および第４濃度ピーク２０４よりもドーピング濃度が大きい。第１濃度ピーク２０１のドーピング濃度は、裏面側領域６０の濃度ピークのドーピング濃度よりも小さくてよい。第１濃度ピーク２０１のドーピング濃度は、１．０Ｅ＋１５ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋１７ｃｍ^－３以下であってよい。

【0131】

副ピーク群２１０は、半導体基板１０の深さ方向において、第１濃度ピーク２０１よりも半導体基板１０のおもて面２１側に設けられる。副ピーク群２１０は、第１濃度ピーク２０１以外の１または複数の濃度ピークを含んでよい。本例の副ピーク群２１０は、第２濃度ピーク２０２、第３濃度ピーク２０３および第４濃度ピーク２０４の３つの濃度ピークを含む。副ピーク群２１０は、水素以外の予め定められた第１ドーパントのイオン注入によって形成された１または複数の濃度ピークを含んでよい。本例の第１ドーパントはリンであるが、Ｎ型のドーパントであればこれに限定されない。

【0132】

第１水素ピーク１０１は、水素の原子密度のピークである。第１水素ピーク１０１は、半導体基板１０の深さ方向において、第１濃度ピーク２０１の深さ位置Ｄ１と同じか、第１濃度ピーク２０１の深さ位置Ｄ１よりも半導体基板１０の裏面２３側に設けられる。第１水素ピーク１０１は、半導体基板１０の深さ方向において、副ピーク群２１０の１または複数の濃度ピークよりも半導体基板１０の裏面２３側に設けられてよい。第１水素ピーク１０１は、半導体基板１０の深さ方向において、裏面側領域６０の濃度ピークよりも半導体基板１０のおもて面２１側に設けられてよい。

【0133】

深さ位置Ｐｈ１は、半導体基板１０の深さ方向における、第１水素ピーク１０１の裏面２３からの深さである。本例の第１水素ピーク１０１は、半導体基板１０の深さ方向において、第１濃度ピーク２０１の深さ位置Ｄ１と同じである。即ち、深さ位置Ｐｈ１は、深さ位置Ｄ１と等しい。深さ位置Ｐｈ１は、半導体基板１０の深さ方向において、半導体基板１０の裏面２３から０μｍより大きく、１０．０μｍ未満であってよい。第１水素ピーク１０１の深さ位置Ｐｈ１は、０μｍより大きくてよく、３．０μｍ未満であってよく、５．０μｍ未満であってよく、１．０μｍ未満であってよい。

【0134】

半導体基板１０は、格子欠陥を備えてよい。格子欠陥は、電荷キャリア（電子または正孔）の移動度またはライフタイムを低減することがある。電荷キャリアの移動度またはライフタイムを、単に移動度またはライフタイムと称する場合がある。第１水素ピーク１０１の原子密度は、格子欠陥により低下した移動度を、低下した値よりも高い値に回復することができる程度に設定されてよい。第１水素ピーク１０１の原子密度は、格子欠陥により低下した移動度を、結晶状態における値に回復することができる程度に設定されてよい。第１水素ピーク１０１の原子密度は、格子欠陥により低下したライフタイムを、低下した値よりも高い値に回復することができる程度に設定されてよい。第１水素ピーク１０１の原子密度は、格子欠陥により低下したライフタイムを、結晶状態における値に回復することができる程度に設定されてよい。

【0135】

第１水素ピーク１０１の原子密度は、半導体基板１０の深さ方向において、裏面２３から深さ位置Ｐｈ１まで増加した後、おもて面２１に向けて徐々に減少してよい。第１水素ピーク１０１の原子密度は、１．０Ｅ＋１６ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋２０ｃｍ^－３以下であってよく、１．０Ｅ＋１７ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋１９ｃｍ^－３以下であってよい。

【0136】

第１濃度ピーク２０１のドーパントは、第１水素ピーク１０１を形成するためにイオン注入された水素である。水素は、水素のイオン注入により生成された１以上の格子間原子（本例ではシリコン）または１以上の空孔と結合し、水素ドナーを形成する。格子間原子および空孔は、格子欠陥の一例である。即ち、第１濃度ピーク２０１は、水素ドナーのドーピング濃度のピークであってよい。本例の第１濃度ピーク２０１は、半導体基板１０の深さ方向において、第１水素ピーク１０１と略等しい位置に設けられる。本例では、第１濃度ピーク２０１のドーパントが第１ドーパントではないので、第１濃度ピーク２０１は、第１ドーパントのドーパント原子密度２２０のピークと重複していなくてよい。第１水素ピーク１０１は、半導体基板１０の深さ方向において、コレクタ領域２２の濃度ピークと、第２濃度ピーク２０２との間に設けられてよい。

【0137】

副ピーク群２１０における１または複数の濃度ピークの深さは、０．５μｍ以上、１０．０μｍ以下であってよい。副ピーク群２１０における１または複数の濃度ピークの深さは、１．０μｍ以上、５．０μｍ以下であってよい。

【0138】

副ピーク群２１０における１または複数の濃度ピークのうち、半導体基板１０の深さ方向において、最も半導体基板１０の裏面２３側の第２濃度ピーク２０２の深さ位置Ｄ２は、半導体基板１０の裏面２３から３．０μｍ以上であってよい。本例の半導体装置１００は、３．０μｍ以上の深さ位置に副ピーク群２１０を有する場合であっても、第１水素ピーク１０１を設けることにより、格子欠陥により低下した移動度またはライフタイムを回復することができる。

【0139】

副ピーク群２１０における１または複数の濃度ピークのうち、半導体基板１０の深さ方向において、最も半導体基板１０のおもて面２１側の濃度ピークの深さ位置（本例では深さ位置Ｄ４）は、半導体基板１０の裏面から１０．０μｍ以下であってよい。深さ位置Ｄ４は、半導体基板１０の深さ方向における、第４濃度ピーク２０４の裏面２３からの深さ位置である。第４濃度ピーク２０４の深さ位置Ｄ４は、１０．０μｍ以下であってよい。第４濃度ピーク２０４の深さ位置Ｄ４は、裏面２３から半導体基板１０の基板厚の１０％以上、２０％以下の深さ位置に設けられてよい。

【0140】

なお、第３濃度ピーク２０３の深さ位置Ｄ３は、半導体基板１０の深さ方向において、第２濃度ピーク２０２の深さ位置Ｄ２と第４濃度ピーク２０４の深さ位置Ｄ４との間である。第３濃度ピーク２０３の深さ位置Ｄ３は、半導体基板１０の深さ方向において、深さ位置Ｄ２および深さ位置Ｄ４と等距離であってよい。第３濃度ピーク２０３の深さ位置Ｄ３は、半導体基板１０の深さ方向において、深さ位置Ｄ４よりも深さ位置Ｄ２に近接してよく、深さ位置Ｄ２よりも深さ位置Ｄ４に近接してもよい。

【0141】

副ピーク群２１０における１または複数の濃度ピークのドーピング濃度は、１．０Ｅ＋１５ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋１６ｃｍ^－３以下であってよい。副ピーク群２１０のドーピング濃度は、半導体基板１０の深さ方向において、裏面２３に近づくにつれて、徐々に大きくなってよい。第２濃度ピーク２０２のドーピング濃度は、第３濃度ピーク２０３および第４濃度ピーク２０４のドーピング濃度よりも大きくてよい。第３濃度ピーク２０３のドーピング濃度は、第４濃度ピーク２０４のドーピング濃度よりも大きくてよい。

【0142】

本例の副ピーク群２１０のドーピング濃度の谷は、第１ドーパントのドーパント原子密度２２０と実質的に等しくてよい。実質的に等しいとは、ドーピング濃度がドーパント原子密度の９０％以上１００％以下の範囲にあることであってよい。副ピーク群２１０のドーピング濃度のピークの大きさも、ドーパント原子密度２２０のピークと略等しくてよい。即ち、第２濃度ピーク２０２、第３濃度ピーク２０３および第４濃度ピーク２０４は、それぞれドーパント原子密度２２０のピークと実質的に等しい大きさのドーピング濃度を有してよい。但し、副ピーク群２１０のドーピング濃度は、活性化の条件等に応じて、ドーパント原子密度２２０と異なっていてもよい。

【0143】

コレクタ領域２２は、裏面側領域６０の一例である。コレクタ領域２２のドーピング濃度の濃度ピークの深さ位置Ｄｃは、半導体基板１０の深さ方向において、半導体基板１０の裏面２３から０μｍより大きく、０．５μｍ未満であってよい。コレクタ領域２２の濃度ピークのドーピング濃度は、１．０Ｅ＋１５ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋１８ｃｍ^－３以下であってよい。なお、本例では、裏面側領域６０がコレクタ領域２２である場合について説明しているものの、裏面側領域６０がカソード領域８２であってもよい。

【0144】

本例の半導体装置１００は、半導体基板１０の深さ方向において、副ピーク群２１０よりも裏面２３側に第１水素ピーク１０１を有することにより、水素が格子欠陥におけるダングリングボンドを終端する等して、半導体基板１０の格子欠陥により低下した移動度またはライフタイムを回復することができる。これにより、半導体基板１０の移動度を改善し、ライフタイムの低下を抑制することで、半導体装置１００の電気特性を向上することができる。

【0145】

ここで、水素以外の第１ドーパントは、活性化の際に半導体基板１０の酸素濃度または炭素濃度の影響を受けにくい。本例の半導体装置１００は、副ピーク群２１０を第１ドーパントのイオン注入により形成することで、半導体基板１０における酸素濃度または炭素濃度の影響が少ないバッファ領域２０を提供することができる。本例の半導体装置１００は、ＦＺ法（フローティングゾーン）で形成した半導体基板１０よりも酸素濃度または炭素濃度の高いＣＺ法（チョクラルスキー法）またはＭＣＺ法（磁場印加チョクラルスキー法）で形成した半導体基板１０を用いた場合であっても、酸素濃度または炭素濃度の影響を抑制することができる。

【0146】

なお、半導体基板１０には、第１ドーパントとしてイオン注入されたリンとは別に、リンまたはアンチモンが残留していてもよい。半導体基板１０には、ボロンがリンおよびアンチモンよりも低いドーピング濃度でドープされていてもよい。

【0147】

図３Ｂは、バッファ領域２０におけるドーピング濃度の濃度分布の変形例を示す。本例では、副ピーク群２１０の谷のドーピング濃度が図３Ａの実施例と相違する。本例では、図３Ａの実施例と相違する点について特に説明する。なお、本例では、裏面側領域６０がコレクタ領域２２である場合について説明しているものの、裏面側領域６０がカソード領域８２であってもよい。

【0148】

本例の副ピーク群２１０のドーピング濃度の谷は、第１ドーパントのドーパント原子密度２２０よりも高い。副ピーク群２１０のドーピング濃度のピークの大きさは、ドーパント原子密度２２０のピークと略等しくてよい。即ち、第２濃度ピーク２０２、第３濃度ピーク２０３および第４濃度ピーク２０４は、それぞれドーパント原子密度２２０のピークと略等しい大きさのドーピング濃度を有してよい。

【0149】

本例の半導体装置１００は、第１水素ピーク１０１を備えることで半導体基板１０の格子欠陥により低下した移動度またはライフタイムを回復している。また、半導体装置１００は、半導体基板１０に第１水素ピーク１０１を形成することに加えて、半導体基板１０に酸素または炭素が存在することにより、半導体基板１０のドーピング濃度が増加してよい。例えば、半導体中に存在する空孔（Ｖ）または格子間原子（本例では格子間シリコン）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）および水素（Ｈ）の少なくとも２種類以上の要素が結合した複合欠陥の形成により水素ドナーが形成されて、ドーピング濃度の谷部における値が、第１ドーパントのドーピング濃度の谷部における値に加算されてよい。

【0150】

図３Ｃは、バッファ領域２０におけるドーピング濃度の濃度分布の変形例を示す。本例では、第１濃度ピーク２０１と略同一の位置にドーパント原子密度２２０のピークが形成されている点で図３Ｂの実施例と相違する。なお、本例の半導体装置１００は、裏面側領域６０としてカソード領域８２を備えるが、コレクタ領域２２を備えてもよい。本例では、図３Ｂの実施例と相違する点について特に説明する。

【0151】

第１濃度ピーク２０１のドーパントは、第１水素ピーク１０１を形成するためのイオン注入された水素および第１ドーパントである。即ち、第１濃度ピーク２０１は、イオン注入された水素がドナー化した水素ドナーのドーピング濃度と、イオン注入された第１ドーパントがドナー化したドナーのドーピング濃度の足し合わせのピークであってよい。本例の第１濃度ピーク２０１は、半導体基板１０の深さ方向において、第１水素ピーク１０１およびドーパント原子密度２２０のピークと略等しい位置に設けられる。本例のドーパント原子密度２２０は、濃度ピーク群２００の４つのドーピング濃度のピークに対応した深さ位置に、４つのピークを有する。

【0152】

カソード領域８２は、裏面側領域６０の一例である。カソード領域８２のドーピング濃度の濃度ピークの深さ位置Ｄｋは、半導体基板１０の深さ方向において、半導体基板１０の裏面２３から０μｍより大きく、１．０μｍ未満であってよい。カソード領域８２の濃度ピークのドーピング濃度は、１．０Ｅ＋１８ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋２０ｃｍ^－３以下であってよい。なお、本例では、裏面側領域６０がカソード領域８２である場合について説明しているものの、裏面側領域６０がコレクタ領域２２であってもよい。

【0153】

図３Ｄは、バッファ領域２０におけるドーピング濃度の濃度分布の変形例を示す。本例では、第１水素ピーク１０１の深さ位置が図３Ｂの実施例と相違する。本例では、図３Ｂの実施例と相違する点について特に説明する。なお、本例の半導体装置１００は、裏面側領域６０としてカソード領域８２を備えるが、コレクタ領域２２を備えてもよい。

【0154】

第１濃度ピーク２０１のドーパントは、第１ドーパントである。即ち、第１濃度ピーク２０１と対応する深さ位置に、ドーパント原子密度２２０のピークが形成されている。本例のドーパント原子密度２２０は、濃度ピーク群２００の４つのドーピング濃度のピークに対応した深さ位置に、４つのピークを有する。

【0155】

一方、第１水素ピーク１０１は、半導体基板１０の深さ方向において、第１濃度ピーク２０１と離間して設けられてよい。第１水素ピーク１０１は、半導体基板１０の深さ方向において、裏面側領域６０の濃度ピークよりも半導体基板１０の裏面２３側に設けられてよい。即ち、第１濃度ピーク２０１の深さ位置Ｄ１は、第１水素ピーク１０１の深さ位置Ｐｈ１よりも大きくてよい。また、第１水素ピーク１０１は、半導体基板１０の深さ方向において、第１濃度ピーク２０１の半値幅よりも外側となるように第１濃度ピーク２０１と離れて配置されてよい。

【0156】

図３Ｅは、バッファ領域２０におけるドーピング濃度の濃度分布の変形例を示す。本例では、半導体基板１０が第１水素ピーク１０１および第２水素ピーク１０２を有する点で図３Ｂの実施例と相違する。本例では、図３Ｂの実施例と相違する点について特に説明する。なお、本例では、裏面側領域６０がカソード領域８２である場合について説明しているものの、裏面側領域６０がコレクタ領域２２であってもよい。

【0157】

第２水素ピーク１０２は、半導体基板１０の深さ方向において、第１水素ピーク１０１よりも半導体基板１０のおもて面２１側に設けられる。第２水素ピーク１０２は、半導体基板１０の深さ方向において、副ピーク群２１０の１または複数の濃度ピークのうち最も半導体基板１０のおもて面２１側の濃度ピークよりも半導体基板１０のおもて面２１側に設けられてよい。即ち、本例の第２水素ピーク１０２は、半導体基板１０の深さ方向において、第４濃度ピーク２０４よりもおもて面２１側に設けられる。第２水素ピーク１０２の深さ位置Ｐｈ２は、第４濃度ピーク２０４の深さ位置Ｄ４よりも大きくてよい。

【0158】

なお、第２水素ピーク１０２は、最もおもて面２１側に位置する第１ドーパントのピーク（本例では第４濃度ピーク２０４）より裏面２３側にあってもよい。すなわち、最もおもて面２１側に位置する第１ドーパントのピークが、第２水素ピーク１０２よりもおもて面２１側に位置してもよい。

【0159】

第２水素ピーク１０２は、半導体基板１０の深さ方向において、副ピーク群２１０の１または複数の濃度ピークのうち最も半導体基板１０のおもて面２１側の濃度ピークとドリフト領域１８との間に設けられてよい。即ち、本例の第２水素ピーク１０２は、半導体基板１０の深さ方向において、第４濃度ピーク２０４とドリフト領域１８との間に設けられる。第２水素ピーク１０２を設けることで、レーザアニールの届きにくい、裏面２３からより離れた領域の格子欠陥を結晶状態に回復しやすくなる。

【0160】

第２水素ピーク１０２の原子密度は、第１水素ピーク１０１の原子密度よりも小さくてよい。第２水素ピーク１０２の原子密度は、１．０Ｅ＋１４ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋１９ｃｍ^－３以下であってよく、１．０Ｅ＋１５ｃｍ^－３以上、１．０Ｅ＋１８ｃｍ^－３以下であってよい。第２水素ピーク１０２の深さ位置Ｐｈ２は、５．０μｍ以上であってよく、８．０μｍ以上であってよく、１０．０μｍ以上であってよい。第２水素ピーク１０２の深さ位置Ｐｈ２は、２０．０μｍ以下であってよく、１５．０μｍ以下であってよく、１０．０μｍ以下であってよい。なお、ドーピング濃度の濃度分布は、点線で示すように、第２水素ピーク１０２に対応するドーピング濃度の追加ピーク２０５を有してもよい。追加ピーク２０５は、第４濃度ピーク２０４よりも低くてよい。追加ピーク２０５は、省略されてもよい。

【0161】

図４Ａは、半導体基板１０におけるドーピング濃度分布の一例を示す。本図においては第１水素ピーク１０１の原子密度の分布を合わせて示している。また、本図では、ドリフト領域１８の上端からの積分濃度を合わせて示している。

【0162】

本明細書では、ドリフト領域１８の上端から半導体基板１０の特定の位置まで、半導体基板１０の深さ方向に沿ってドーピング濃度を積分した値を、積分濃度と称する。コレクタ電極２４とエミッタ電極５２との間に順バイアス電圧を印加すると、ベース領域１４の下面からドリフト領域１８にわたって、深さ方向に空乏層が広がる。印加電圧を増加して、空乏層における電界強度の最大値が臨界電界強度に達すると、アバランシェ降伏が発生する。アバランシェ降伏が発生するときの空乏層の裏面２３側の端部を特定位置とする場合に、ドリフト領域１８の上端から特定位置までドーピング濃度を積分した積分濃度を、臨界積分濃度Ｎｃと称する。

【0163】

なお、半導体装置１００において、コレクタ電極２４とエミッタ電極５２との間に順バイアス電圧が印加されるとは、ゲートがオフの状態において、コレクタ電極２４の電位がエミッタ電極５２の電位よりも高いことを指す。半導体装置１００にアバランシェ降伏が発生すると、コレクタ電極２４とエミッタ電極５２間にアバランシェ電流が流れ、コレクタ電極２４とエミッタ電極５２間の電圧Ｖ_ＣＥの増加が止まる。この場合、空乏層は、積分濃度が臨界積分濃度Ｎｃに達する位置Ｐ_Ｎｃよりも裏面２３側には広がらなくなる。

【0164】

半導体基板１０の深さ方向において、ドリフト領域１８の上端から半導体基板１０の裏面２３側に向けてドーピング濃度を積分した積分濃度が、バッファ領域２０において臨界積分濃度に達してよい。本例では、半導体基板１０の深さ方向において、ドリフト領域１８の上端から第２濃度ピーク２０２までの積分濃度が、臨界積分濃度Ｎｃ以上であってよい。臨界積分濃度Ｎｃに達する位置Ｐ_Ｎｃは、第２濃度ピーク２０２の深さ位置Ｄ２に一致してよい。即ち、ベース領域１４の下面側から広がる空乏層は、第２濃度ピーク２０２によって止められてよい。但し、ベース領域１４の下面側から広がる空乏層は、第１濃度ピーク２０１、第３濃度ピーク２０３または第４濃度ピーク２０４等の他の濃度ピークによって止められてもよい。

【0165】

第１水素ピーク１０１は、半導体基板１０の深さ方向において、積分濃度が臨界積分濃度Ｎｃに達する深さ位置よりも、半導体基板１０の裏面２３側に設けられてよい。即ち、第１水素ピーク１０１は、空乏層を止めるバッファ領域２０の濃度ピークよりも裏面２３側に設けられてよい。本例の第１水素ピーク１０１は、第２濃度ピーク２０２よりも裏面２３側に設けられる。

【0166】

臨界積分濃度Ｎｃに達する位置Ｐ_Ｎｃとバッファ領域２０のピーク位置（本例では第２濃度ピーク２０２の深さ位置Ｄ２）は一致しなくてもよい。臨界積分濃度Ｎｃに達する位置Ｐ_Ｎｃは、第１濃度ピーク２０１と第２濃度ピーク２０２との間に位置してよく、第２濃度ピーク２０２と第３濃度ピーク２０３との間に位置してよく、第３濃度ピーク２０３と第４濃度ピーク２０４との間に位置してよい。

【0167】

図４Ｂは、変形例である半導体基板１０におけるドーピング濃度分布の一例を示す。本例の半導体基板１０は、第２水素ピーク１０２を有する点で、図４Ａの実施例と相違する。即ち、本例の半導体装置１００は、図３Ｅの実施例に相当する。

【0168】

第２水素ピーク１０２は、半導体基板１０の深さ方向において、第１水素ピーク１０１よりもおもて面２１側に設けられる。半導体基板１０の深さ方向において、第１水素ピーク１０１と第２水素ピーク１０２との間には、第１ドーパントのピークが１つ以上設けられてよい。本例の半導体装置１００は、半導体基板１０の深さ方向において、第１水素ピーク１０１と第２水素ピーク１０２との間に、第２濃度ピーク２０２、第３濃度ピーク２０３および第４濃度ピーク２０４が設けられる。

【0169】

第２水素ピーク１０２は、半導体基板１０の深さ方向において、積分濃度が臨界積分濃度Ｎｃに達する深さ位置よりも、半導体基板１０のおもて面２１側に設けられてよい。即ち、第２水素ピーク１０２は、空乏層を止めるバッファ領域２０の濃度ピークよりもおもて面２１側に設けられてよい。本例の第２水素ピーク１０２の原子密度は、第１水素ピーク１０１の原子密度よりも低い。但し、第２水素ピーク１０２の原子密度は、第１水素ピーク１０１の原子密度と同一であってよく、第１水素ピーク１０１の原子密度よりも大きくてよい。

【0170】

第２水素ピーク１０２は、半導体基板１０の深さ方向において、最もおもて面２１側に位置する第１ドーパントのピークよりもおもて面２１側に設けられてよい。本例の第２水素ピーク１０２は、半導体基板１０の深さ方向において、第４濃度ピーク２０４よりもおもて面２１側に設けられる。但し、第２水素ピーク１０２は、半導体基板１０の深さ方向において、最もおもて面２１側に位置する第１ドーパントのピークよりも裏面２３側に設けられてよい。言い換えると、半導体基板１０の深さ方向において、最もおもて面２１側に位置する第１ドーパントのピークは、第２水素ピーク１０２よりもおもて面２１側に位置してよい。

【0171】

図５は、アニール温度に応じた活性化度合いの違いを説明するための図である。縦軸は、ＳＲ測定によるキャリア濃度である。ドーパント原子密度２２０は、アニール前のリンの原子密度を示す。実線のグラフＣｈは、９００℃の高温で３０分、半導体基板１０をアニールした後のリンのドーピング濃度を示す。一点鎖線のグラフＣｌは、４５０℃の低温で５時間、半導体基板１０をアニールした後のリンのドーピング濃度を示す。

【0172】

比較的高温でアニールしたグラフＣｈの方が、低温でアニールしたグラフＣｌよりも、ドーピング濃度が高くなっており、より活性化されていることが分かる。つまり、バッファ領域２０のアニールに用いられるような温度（例えば、４５０℃）ではドーパントの活性化、あるいは移動度やライフタイムの回復が不十分な場合がある。一方、おもて面２１側の構造を形成した後に、半導体基板１０を高温でアニールすることは、微細化した半導体装置１００の製造プロセスを考慮すると困難な場合がある。例えば、タングステンなどの高温で溶融してしまう材料をおもて面２１側に用いる場合には、裏面２３側の構造を形成するために高温でアニールすることが困難である。

【0173】

これに対して、半導体装置１００が第１水素ピーク１０１を有する場合、半導体基板１０を高温でアニールしなくとも、水素が移動度およびライフタイムの回復に寄与する。これにより、バッファ領域２０の活性化だけでなく移動度およびライフタイムの回復を実現することができる。

【0174】

図６は、比較例であるバッファ領域５２０のドーピング濃度の分布の一例である。バッファ領域５２０は、第１濃度ピーク５０１、第２濃度ピーク５０２、第３濃度ピーク５０３および第４濃度ピーク５０４の４つの濃度ピークを有する。但し、バッファ領域５２０は、水素の濃度ピークを有さない。そのため、バッファ領域５２０のドーピング濃度の谷の領域において十分に活性化または回復がされておらず、ドーピング濃度がドーパント原子密度５１０よりも低下している。活性化または回復が不十分な場合、キャリアの移動度が低下して半導体装置の電気特性が悪化する場合がある。また、レーザアニールによる活性化が困難な領域では、格子欠陥が残留する場合がある。

【0175】

図７Ａは、半導体装置１００の製造工程の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１００において、半導体装置１００のおもて面２１側の構造を形成する。また、ステップＳ１００においては、おもて面２１側の構造を形成した後に、半導体基板１０の裏面２３側を研削して、半導体基板１０の厚みを、要求される耐圧に応じて調整してよい。

【0176】

ステップＳ１０２において、半導体基板１０の裏面２３側から裏面側領域６０を形成するためのドーパントをイオン注入する。裏面側領域６０は、半導体基板１０の裏面２３の全面に形成されてよい。半導体基板１０の深さ方向において、ドリフト領域１８よりも半導体基板１０の裏面２３側に、裏面側領域６０がドーピング濃度の濃度ピークを有するようにイオン注入されてよい。裏面側領域６０がコレクタ領域２２の場合、ドーパントはボロンであってよい。裏面側領域６０がカソード領域８２の場合、ドーパントはリンであってよい。裏面側領域６０がコレクタ領域２２およびカソード領域８２の両方を含む場合、コレクタ領域２２とカソード領域８２のドーパントをそれぞれの領域に分けてイオン注入してよい。

【0177】

コレクタ領域２２を形成するためのイオンのドーズ量は、１．０Ｅ＋１２／ｃｍ^２以上であってよく、１．０Ｅ＋１５／ｃｍ^２以下であってよい。カソード領域８２を形成するためのイオンのドーズ量は、１．０Ｅ＋１４／ｃｍ^２以上であってよく、１．０Ｅ＋１６／ｃｍ^２以下であってよい。

【0178】

ステップＳ１０４において、副ピーク群２１０の第１ドーパントをイオン注入する。第１濃度ピーク２０１のドーパントが第１ドーパントを含む場合、副ピーク群２１０に加えて、第１濃度ピーク２０１に対応する深さ位置にも第１ドーパントをイオン注入してよい。本例では、裏面側領域６０を形成するためのドーパントをイオン注入した後に、副ピーク群２１０の第１ドーパントをイオン注入しているが、副ピーク群２１０の第１ドーパントをイオン注入した後に裏面側領域６０のドーパントをイオン注入してもよい。

【0179】

ステップＳ１０６において、半導体基板１０の裏面２３側から半導体基板１０をレーザアニールする。即ち、副ピーク群２１０を形成するために、半導体基板１０に第１ドーパントをイオン注入する段階（ステップＳ１０４）の後に、半導体基板１０をレーザアニールする。本例では、赤外線（ＩＲ）レーザを用いて半導体基板１０をレーザアニールするが、これに限定されない。ＩＲレーザは、７８０ｎｍよりも大きな波長を有するレーザであってよく、一例において１０６４ｎｍの波長を有してよい。

【0180】

ステップＳ１０８において、第１水素ピーク１０１を形成するための水素を半導体基板１０にイオン注入する。水素は、半導体基板１０の裏面２３側からイオン注入されてよい。ステップＳ１０８においては、第１水素ピーク１０１を形成するための水素に加えて、第２水素ピーク１０２を形成するための水素をイオン注入してもよい。

【0181】

ステップＳ１１０において、水素をイオン注入した後に、半導体基板１０を熱アニールする。半導体基板１０の水素をイオン注入した後に熱アニールすることによって、水素が半導体基板１０の深さ方向に拡散して、バッファ領域２０のドーパントを活性化させやすくなる。熱アニールとは、炉の中で半導体装置１００を加熱する炉アニールであってよい。熱アニールの温度は、３００℃以上、５００℃以下であってよく、３５０℃以上、４５０℃以下であってよい。例えば、熱アニールの温度は、３７０℃である。熱アニールの時間は５時間であってよい。

【0182】

ステップＳ１１２において、裏面側電極を形成する。裏面側電極は、コレクタ電極２４であってよく、カソード電極であってもよい。例えば、裏面側電極は、スパッタ法により形成される。裏面側電極は、アルミニウム層、チタン層およびニッケル層等が積層された積層電極であってよい。このような工程で、半導体装置１００を製造することができる。

【0183】

ここで、ＩＲレーザを用いたレーザアニールでは、裏面側領域６０などのバッファ領域２０よりも浅い領域を活性化させることが困難な場合がある。本例の半導体装置１００は、第１水素ピーク１０１を備えており、水素が基板中の残留欠陥と相互作用して残留欠陥をドナー化することができる。これにより、グリーンレーザのレーザアニールを省略した場合であっても、熱アニールで裏面側領域６０を活性化することができる。

【0184】

本例では、裏面側領域６０を形成する段階（ステップＳ１０２）の後であって、副ピーク群２１０を形成するために、半導体基板１０に第１ドーパントをイオン注入する段階（ステップＳ１０４）の前に、半導体基板１０をレーザアニールする段階を備えなくてよい。このように、裏面側領域６０を形成するために専用のレーザアニール（例えば、グリーンレーザによるレーザアニール）工程を用いなくとも、第１水素ピーク１０１形成した後の熱アニールによって、裏面側領域６０を活性化することができる。

【0185】

なお、半導体基板１０の裏面２３側に第１ライフタイム制御領域１５１などの他の領域を形成する場合は、適宜これらの領域を形成するための工程が追加されてよい。

【0186】

図７Ｂは、半導体装置１００の製造工程の変形例を示すフローチャートである。本例では、裏面側領域６０を形成するために半導体基板１０をレーザアニールする点で図７Ａの実施例と相違する。本例では、図７Ａの実施例と相違する点について特に説明する。

【0187】

ステップＳ１０３において、半導体基板１０をレーザアニールする。即ち、本例では、裏面側領域６０を形成する段階（ステップＳ１０２）の後であって、副ピーク群２１０を形成するために、半導体基板１０に第１ドーパントをイオン注入する段階（ステップＳ１０４）の前に、半導体基板１０をレーザアニールする段階を備える。本例では、グリーンレーザを用いて半導体基板１０をレーザアニールするが、これに限定されない。ステップＳ１０２において、裏面側領域６０を形成するためのドーパントをイオン注入した後に、半導体基板１０をレーザアニールすることにより、裏面側領域６０が形成される深さ位置を選択的に活性化することができる。

【0188】

裏面側領域６０のアニールに用いられるグリーンレーザの種類は、特に限定されない。裏面側領域６０のアニールに用いられるレーザは、固体レーザであるＹＡＧ２ωレーザ（波長５３２ｎｍ）であってよいが、これに限定されない。

【0189】

なお、裏面側領域６０を形成するための段階は、裏面側領域６０を形成するための熱アニールを含まなくてよい。即ち、裏面側領域６０における欠陥の回復およびドーパントの活性化がレーザアニールのみによって実現されてよい。但し、裏面側領域６０における欠陥の回復およびドーパントの活性化は、レーザアニールに加えて、熱アニールも併用して実現されてもよい。

【0190】

ここで、バッファ領域２０のより深い領域（例えば、裏面２３から３μｍ以上）を活性化させるためにはエネルギー密度を上げる必要があるものの、半導体基板１０の溶融閾値を越えてしまうので、レーザアニールによってバッファ領域２０を活性化することが困難な場合がある。本例の半導体装置１００は、第１水素ピーク１０１を備えており、水素によって残留欠陥をドナー化することができる。これにより、より深い領域のバッファ領域２０を活性化させることができる。

【0191】

図７Ｃは、半導体装置１００の製造工程の変形例を示すフローチャートである。本例では、副ピーク群２１０を形成するためのレーザアニール工程を備えない点で図７Ｂの実施例と相違する。本例では、図７Ｂの実施例と相違する点について特に説明する。

【0192】

本例では、副ピーク群２１０を形成するために、半導体基板１０に第１ドーパントをイオン注入する段階（ステップＳ１０４）の後に、第１水素ピーク１０１を形成するために、半導体基板１０に水素をイオン注入する段階（ステップＳ１０８）を備える。ステップＳ１１０において、水素をイオン注入した後に半導体基板１０を熱アニールする。即ち、半導体基板１０に第１ドーパントをイオン注入する段階（ステップＳ１０４）の後であって、半導体基板１０に水素をイオン注入する段階（ステップＳ１０８）の前に、半導体基板１０をレーザアニールする段階を含まない。即ち、副ピーク群２１０を形成するためのＩＲレーザを用いたレーザアニールが不要である。ＩＲレーザを用いたレーザアニールを省略する場合、第１水素ピーク１０１に加えて、副ピーク群２１０よりもおもて面２１側に第２水素ピーク１０２を形成することで、さらに活性化しやすくしてもよい。

【0193】

このように、第１水素ピーク１０１または第２水素ピーク１０２を形成することにより、バッファ領域２０を活性化しやすくなるので、レーザアニールを省略して熱アニールでバッファ領域２０を活性化することができる。本例では、ステップＳ１０３において、裏面側領域６０を形成するためにグリーンレーザで半導体基板１０をレーザアニールしているが、このレーザアニール工程を省略してもよい。

【0194】

以上の通り、本例の製造方法では、グリーンレーザおよびＩＲレーザを選択的に使用して、裏面側領域６０とバッファ領域２０の両方を活性化することができる。レーザアニールを省略するか否かは、バッファ領域２０の１または複数のピークの深さに応じて決定してよく、形成する水素ピークの条件に応じて決定してもよい。製造する半導体装置１００の構成に応じて、適当な製造方法を選択して、製造工程を簡略化することができる。

【0195】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

【0196】

請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0197】

１０・・・半導体基板、１２・・・エミッタ領域、１４・・・ベース領域、１５・・・コンタクト領域、１６・・・蓄積領域、１７・・・ウェル領域、１８・・・ドリフト領域、２０・・・バッファ領域、２１・・・おもて面、２２・・・コレクタ領域、２３・・・裏面、２４・・・コレクタ電極、２５・・・接続部、３０・・・ダミートレンチ部、３１・・・延伸部分、３２・・・ダミー絶縁膜、３３・・・接続部分、３４・・・ダミー導電部、３８・・・層間絶縁膜、４０・・・ゲートトレンチ部、４１・・・延伸部分、４２・・・ゲート絶縁膜、４３・・・接続部分、４４・・・ゲート導電部、５０・・・ゲート金属層、５２・・・エミッタ電極、５４・・・コンタクトホール、５５・・・コンタクトホール、５６・・・コンタクトホール、６０・・・裏面側領域、７０・・・トランジスタ部、７１・・・メサ部、８０・・・ダイオード部、８１・・・メサ部、８２・・・カソード領域、８５・・・延長領域、９０・・・境界部、９１・・・メサ部、１００・・・半導体装置、１０１・・・第１水素ピーク、１０２・・・第２水素ピーク、１０５・・・端辺、１１２・・・ゲートパッド、１２０・・・活性部、１３０・・・外周ゲート配線、１３１・・・活性側ゲート配線、１４０・・・エッジ終端構造部、１５１・・・第１ライフタイム制御領域、１５２・・・第２ライフタイム制御領域、２００・・・濃度ピーク群、２０１・・・第１濃度ピーク、２０２・・・第２濃度ピーク、２０３・・・第３濃度ピーク、２０４・・・第４濃度ピーク、２０５・・・追加ピーク、２１０・・・副ピーク群、２２０・・・ドーパント原子密度、５０１・・・第１濃度ピーク、５０２・・・第２濃度ピーク、５０３・・・第３濃度ピーク、５０４・・・第４濃度ピーク、５１０・・・ドーパント原子密度、５２０・・・バッファ領域

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】