JP6780709B2 - 半導体装置および製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置および製造方法に関する。
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のトランジスタ部と、ダイオード部とを同一基板に形成した半導体装置において、ヘリウム等のイオンを半導体基板の所定の深さ位置に照射して、キャリアライフタイムを制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２０１５−１８５７４２号公報
 解決しようとする課題
半導体装置においては、逆回復時における損失が少ないことが好ましい。また、トランジスタ部における閾値電圧の変動を抑制することが好ましい。
一般的開示
本発明の第１の態様においては、半導体基板と、トランジスタ部と、ダイオード部と、境界部とを備える半導体装置を提供する。トランジスタ部は、半導体基板に設けられ、半導体基板の上面側に第１導電型のエミッタ領域を有し、半導体基板の下面側に第２導電型のコレクタ領域を有してよい。トランジスタ部は、半導体基板の上面からエミッタ領域よりも深い位置まで設けられ、ゲート電位が印加される１つ以上のゲートトレンチ部を有してよい。ダイオード部は、半導体基板に設けられ、半導体基板の下面側に第１導電型のカソード領域を有してよい。境界部は、半導体基板においてトランジスタ部およびダイオード部の間に設けられ、半導体基板の上面側にエミッタ領域を有さず、半導体基板の裏面側にコレクタ領域を有してよい。ダイオード部と、境界部の一部の領域とには、半導体基板の上面側に上面側ライフタイムキラーが設けられており、半導体基板の上面と平行な面においてトランジスタ部のゲートトレンチ部と重なる領域には、上面側ライフタイムキラーが設けられていなくてよい。
上面側ライフタイムキラーは、半導体基板の上面と平行な面においてトランジスタ部と重なる領域には設けられていなくてよい。トランジスタ部およびダイオード部は、半導体基板の上面において予め定められた配列方向に沿って交互に配置されてよい。上面側ライフタイムキラーの配列方向における端部は、トランジスタ部において最もダイオード部側に配置されたゲートトレンチ部よりもダイオード部側に配置され、且つ、カソード領域よりもトランジスタ部側に配置されていてよい。
ダイオード部および境界部のそれぞれは、半導体基板の上面から半導体基板の内部まで設けられ、ゲート電位とは異なる電位が印加される１つ以上のダミートレンチ部を有してよい。
半導体基板は、２つのトレンチ部に挟まれたメサ部を複数有し、境界部は、少なくとも１つのメサ部において上面側ライフタイムキラーを有し、少なくとも１つのメサ部において上面側ライフタイムキラーを有さなくてよい。
上面側ライフタイムキラーは、半導体基板の上面と平行な面において、ダイオード部のカソード領域よりも広い領域を覆って設けられてよい。
ダイオード部は、ダミートレンチ部に挟まれた領域において半導体基板の上面に露出して設けられた第２導電型のベース領域を有してよい。上面側ライフタイムキラーは、半導体基板の上面と平行な面において、ダイオード部のベース領域よりも広い領域を覆って設けられてよい。
半導体装置は、ダミートレンチ部の長手方向のベース領域よりも外側において、半導体基板の内部に設けられた第２導電型のウェル領域を更に備えてよい。上面側ライフタイムキラーが設けられた領域は、半導体基板の上面と平行な面において、ウェル領域と重なる部分を有してよい。
半導体装置は、ダミートレンチ部の長手方向のベース領域よりも外側において半導体基板の上面に設けられ、不純物が添加された半導体材料で形成されているゲートランナー部を更に備えてよい。上面側ライフタイムキラーが設けられた領域は、半導体基板の上面と平行な面において、ゲートランナー部とは重ならなくてよい。
上面側ライフタイムキラーは、半導体基板の上面と平行な面において、ゲートランナー部と半導体基板の外周端との間の領域にも設けられていてよい。
半導体装置は、半導体基板の上面の上方に設けられたエミッタ電極を備えてよい。半導体装置は、少なくとも一部がエミッタ電極の上方に設けられている保護膜を備えてよい。カソード領域は、半導体基板の上面と平行な面において保護膜とは重ならなくてよい。
上面側ライフタイムキラーは、半導体基板の上面と平行な面においてカソード領域全体と重なり、且つ、保護膜と重ならなくてよい。
本発明の第２の態様においては、半導体基板を備える半導体装置を提供する。半導体装置には、ダイオード部およびトランジスタ部が設けられる。トランジスタ部は、半導体基板に設けられ、半導体基板の上面側に第１導電型のエミッタ領域を有してよい。トランジスタ部は、半導体基板の下面側に第２導電型のコレクタ領域を有してよい。ダイオード部は、半導体基板に設けられ、半導体基板の下面側に第１導電型のカソード領域を有してよい。半導体装置は、半導体基板の上面の上方に設けられたエミッタ電極を備えてよい。半導体装置は、少なくとも一部がエミッタ電極の上方に設けられている保護膜を備えてよい。カソード領域は、半導体基板の上面と平行な面において保護膜とは重ならなくてよい。
ダイオード部には、半導体基板の上面側に上面側ライフタイムキラーが設けられていてよい。上面側ライフタイムキラーは、半導体基板の上面と平行な面においてカソード領域全体と重なり、且つ、保護膜と重ならなくてよい。
半導体基板の上面と平行な面において、保護膜と上面側ライフタイムキラーの距離が１０μｍ以上であってよい。
半導体装置は、半導体基板の上面と平行な面において、トランジスタ部およびダイオード部の少なくとも一方を含む素子領域どうしの間に配置されたゲートランナー部を備えてよい。保護膜は、ゲートランナー部の上方にも設けられていてよい。上面側ライフタイムキラーは、半導体基板の上面と平行な面においてゲートランナー部の上方の保護膜とも重ならなくてよい。
本発明の第３の態様においては、第１の態様の半導体装置を製造する製造方法であって、半導体基板の上面側からライフタイムキラーを導入して、上面側ライフタイム低減領域を形成する製造方法を提供する。
半導体基板の上面の上方にエミッタ電極を形成した後に、ライフタイムキラーを半導体基板の上面側から導入してよい。ライフタイムキラーを導入した後に、エミッタ電極の上面にめっき層を形成してよい。
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。これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となりうる。
本発明の一つの実施形態に係る半導体装置１００の上面の構造を示す図である。 図１に示した半導体装置１００の領域１３０の一例を示す上面図である。 図２に示した半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。 図２に示した半導体装置１００のｂ−ｂ'断面の一例を示す図である。 半導体基板１０の上面と平行な面におけるカソード領域８２の位置を示す図である。 上面側ライフタイム低減領域９２が設けられる範囲の他の例を示す図である。 上面側ライフタイム低減領域９２が設けられる範囲の他の例を示す図である。 図６におけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。 半導体基板１０の上面における、上面側ライフタイム低減領域９２の配置例を示す図である。 半導体基板１０の上面における他の構造例を示す図である。 上面側ライフタイム低減領域９２の他の配置例を示す図である。 図１１におけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。 上面側ライフタイム低減領域９２の他の配置例を示す図である。 図１３におけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。 図１におけるａ−ａ'断面の他の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置３００の上面の構造を示す図である。 図１６におけるｃ−ｃ'断面の一例を示す図である。 比較例の製造工程の途中段階における半導体装置５００の断面をしめす。 本例の製造工程の途中段階における半導体装置３００の断面をしめす。 半導体装置３００の上面の他の構造を示す図である。 図１から図１７において説明した半導体装置１００または半導体装置３００を製造する製造方法の一部の工程を示す図である。 半導体装置の製造方法の他の例を示す図である。
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。
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」の方向は重力方向に限定されない。
各実施例においては、第１導電型をｎ型（Ｎ型と表記する場合がある）、第２導電型をｐ型（Ｐ型と表記する場合がある）とした例を示しているが、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型としてもよい。この場合、各実施例における基板、層、領域等の導電型は、それぞれ逆の極性となる。
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。本明細書では、半導体基板の上面と平行な面をＸＹ面とし、半導体基板の上面と垂直な深さ方向をＺ軸とする。
本明細書においてドーピング濃度とは、ドナーまたはアクセプタ化した不純物の濃度を指す。本明細書において、ドナーおよびアクセプタの濃度差をドーピング濃度とする場合がある。また、ドーピングされた領域におけるドーピング濃度分布がピークを有する場合、当該ピーク値を当該ドーピング領域におけるドーピング濃度としてよい。ドーピングされた領域におけるドーピング濃度がほぼ均一な場合等においては、当該ドーピング領域におけるドーピング濃度の平均値をドーピング濃度としてよい。
図１は、本発明の一つの実施形態に係る半導体装置１００の上面の構造を示す図である。半導体装置１００は、半導体基板１０を備える。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。本明細書では、上面視における半導体基板１０の外周の端部を、外周端１４０とする。上面視とは、半導体基板１０の上面側からＺ軸と平行に見た場合を指す。
半導体装置１００は、活性部１２０、ゲートランナー部５１およびエッジ終端構造部１５０を備える。活性部１２０は、半導体装置１００をオン状態に制御した場合に半導体基板１０の上面と下面との間で主電流が流れる領域である。つまり、半導体基板１０の上面から下面、または下面から上面に、半導体基板１０の内部を深さ方向に電流が流れる領域である。
ゲートランナー部５１の少なくとも一部は、半導体基板１０の上面と平行な面において、活性部１２０と外周端１４０との間に設けられる。ゲートランナー部５１は、ポリシリコンまたは金属等の導電材料で形成されており、活性部１２０に設けられる素子にゲート電圧を供給する。ゲートランナー部５１は、半導体基板１０の上方または内部に形成されており、半導体基板１０とゲートランナー部５１とは絶縁膜で絶縁されている。ゲートランナー部５１は、半導体基板１０の上面と平行な面において、活性部１２０を囲んで配置されてよい。ゲートランナー部５１の一部は、活性部１２０に形成されてもよい。ゲートランナー部５１の一部は、活性部１２０をＸ軸方向に横断して設けられてよい。
ゲートランナー部５１は、活性部１２０の外に設けられるゲートパッド１１６と電気的に接続される。ゲートパッド１１６は、活性部１２０と外周端１４０との間に配置されてよい。活性部１２０と外周端１４０との間には、エミッタ電極と電気的に接続されるエミッタパッド等のパッドが設けられてよい。
活性部１２０には、トランジスタ部７０およびダイオード部８０が設けられている。トランジスタ部７０およびダイオード部８０の間には、境界部９０が設けられてもよい。本明細書では、トランジスタ部７０、ダイオード部８０および境界部９０をそれぞれ素子部または素子領域と称する場合がある。素子部が設けられた領域を活性部１２０としてよい。なお、半導体基板１０の上面視において２つの素子部に挟まれた領域も活性部１２０とする。
図１の例では、素子部に挟まれてゲートランナー部５１が設けられている領域も活性部１２０に含めている。活性部１２０は、半導体基板１０の上面視においてエミッタ電極が設けられた領域、および、エミッタ電極が設けられた領域に挟まれた領域とすることもできる。図１の例では、トランジスタ部７０、ダイオード部８０および境界部９０の上方にエミッタ電極が設けられる。
トランジスタ部７０は、ＩＧＢＴ等のトランジスタを含む。ダイオード部８０は、半導体基板１０の上面において、予め定められた第１方向においてトランジスタ部７０と交互に配置されている。第１方向は、図１におけるＸ軸方向である。本明細書では第１方向を配列方向と称する場合がある。
それぞれのダイオード部８０には、半導体基板１０の下面に接する領域にＮ＋型のカソード領域８２が設けられている。ダイオード部８０は、半導体基板１０の下面にカソード領域８２が設けられた領域である。本例の半導体装置１００において、半導体基板の下面に接する領域のうちカソード領域８２以外の領域は、Ｐ＋型のコレクタ領域である。
ダイオード部８０は、カソード領域８２をＺ軸方向に投影した領域である。ただし、図１において破線で示すように、カソード領域８２をＺ軸方向に投影した領域を活性部１２０の端部（例えばゲートランナー部５１に接する位置）までＹ軸方向に延伸した領域も、ダイオード部８０とする。
トランジスタ部７０は、半導体基板１０の下面にコレクタ領域が形成され、且つ、半導体基板１０の上面にＮ＋型のエミッタ領域を含む単位構造が周期的に形成された領域である。境界部９０は、半導体基板１０の下面にコレクタ領域が形成された領域のうち、トランジスタ部７０以外の領域である。
活性部１２０において、Ｘ軸方向における両端には、トランジスタ部７０が設けられてよい。活性部１２０は、ゲートランナー部５１によりＹ軸方向に分割されてよい。活性部１２０のそれぞれの分割領域には、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いる。
エッジ終端構造部１５０は、半導体基板１０の上面において、活性部１２０と半導体基板１０の外周端１４０との間に設けられる。本例のエッジ終端構造部１５０は、ゲートランナー部５１と外周端１４０との間に設けられる。エッジ終端構造部１５０は、半導体基板１０の上面において活性部１２０を囲むように環状に配置されてよい。本例のエッジ終端構造部１５０は、半導体基板１０の外周端１４０に沿って配置されている。エッジ終端構造部１５０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１５０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。
図２は、図１に示した半導体装置１００の領域１３０の一例を示す上面図である。本例の半導体装置１００は、半導体基板に設けられた、ＩＧＢＴ等のトランジスタを含むトランジスタ部７０、および、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌ Ｄｉｏｄｅ）等のダイオードを含むダイオード部８０を有する半導体チップである。
半導体基板の上面において、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の間には、境界部９０が設けられる。半導体基板の上面とは、半導体基板において対向する２つの主面の一方を指す。図２においてはチップ端部周辺のチップ上面を示しており、他の領域を省略している。
また、図２においては半導体装置１００における半導体基板の活性領域を示すが、図１に示したように半導体装置１００は、活性領域を囲んでエッジ終端構造部１５０を有してよい。
本例の半導体装置１００は、半導体基板の上面側の内部に形成されたゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、ウェル領域１７、エミッタ領域１２、ベース領域１４およびコンタクト領域１５を備える。また、本例の半導体装置１００は、半導体基板の上面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。
エミッタ電極５２およびゲート金属層５０と、半導体基板の上面との間には層間絶縁膜が形成されるが、図２では省略している。本例の層間絶縁膜には、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、当該層間絶縁膜を貫通して形成される。
エミッタ電極５２は、コンタクトホール５４を通って、半導体基板の上面におけるエミッタ領域１２、コンタクト領域１５およびベース領域１４と電気的に接続する。また、エミッタ電極５２は、コンタクトホール５６を通って、ダミートレンチ部３０内のダミー導電部と接続される。エミッタ電極５２とダミー導電部との間には、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形成された接続部５７が設けられてよい。接続部５７は、半導体基板の上面に形成される。
ゲート金属層５０は、コンタクトホール５５を通って、ゲートランナー部５１と接触する。ゲートランナー部５１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る。ゲートランナー部５１は、半導体基板の上面において、ゲートトレンチ部４０内のゲート導電部と接続される。つまりゲートランナー部５１は、半導体基板の上面において、ゲートトレンチ部４０の一部分と、コンタクトホール５５との間に渡って形成される。
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。例えば、各電極の少なくとも一部の領域はアルミまたはアルミシリコン合金で形成される。各電極は、アルミ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く、コンタクトホール内においてタングステン等で形成されたプラグを有してもよい。
トランジスタ部７０には、１つ以上のゲートトレンチ部４０が、各トレンチの短手方向に沿って所定の間隔で配列される。ゲートトレンチ部４０の内部のゲート導電部は、ゲート金属層５０と電気的に接続され、ゲート電位が印加される。トランジスタ部７０には、１つ以上のダミートレンチ部３０が短手方向に沿って所定の間隔で配列されてよい。ダミートレンチ部３０の内部のダミー導電部には、ゲート電位とは異なる電位が印加される。本例のダミー導電部は、エミッタ電極５２と電気的に接続され、エミッタ電位が印加される。
トランジスタ部７０においては、短手方向に沿って１つ以上のゲートトレンチ部４０と、１つ以上のダミートレンチ部３０とが交互に形成されてよい。また、ダミートレンチ部３０は、ダイオード部８０および境界部９０において短手方向に沿って所定の間隔で配列される。
ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、半導体基板の上面において予め定められた長手方向に延伸して形成される。本例のトランジスタ部７０におけるダミートレンチ部３０の一部は、直線形状を有しており、上述した短手方向とは垂直な長手方向に延伸して形成される。ダミートレンチ部３０は、２つの直線部分の先端を接続したＵ字形状を有していてもよい。図２の例においては、トランジスタ部７０のダミートレンチ部３０が直線形状を有し、ダイオード部８０および境界部９０におけるダミートレンチ部３０がＵ字形状を有しているが、ダミートレンチ部３０の形状は図２の例に限定されない。トランジスタ部７０のダミートレンチ部３０の少なくとも一部がＵ字形状を有してよく、ダイオード部８０および境界部９０におけるダミートレンチ部３０の少なくとも一部が直線形状を有していてもよい。
図２においてはＸ軸方向をトレンチ部の短手方向とする。また、Ｙ軸方向をトレンチ部の長手方向とする。Ｘ軸およびＹ軸は、半導体基板の上面と平行な面内において互いに直交する軸である。また、Ｘ軸およびＹ軸と直交する軸をＺ軸とする。本明細書では、Ｚ軸方向を深さ方向と称する場合がある。
図２の例におけるゲートトレンチ部４０は、直線部分と、２つの直線部分を接続する接続部分を有する。直線部分は、上述した長手方向に延伸して形成される。それぞれのトレンチ部の直線部分は平行に形成される。接続部分は、半導体基板の上面において曲線形状を有してよい。
ゲートトレンチ部４０の先端における接続部分において、ゲートトレンチ部４０内のゲート導電部と、ゲートランナー部５１とが接続する。ゲートトレンチ部４０は、長手方向（Ｙ軸方向）において、ダミートレンチ部３０よりもゲートランナー部５１側に突出して設けられてよい。ゲートトレンチ部４０の当該突出部分が、ゲートランナー部５１と接続する。
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、ウェル領域１７、エミッタ領域１２、ベース領域１４およびコンタクト領域１５の上方に形成される。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、所定の範囲で形成される。本例においてウェル領域１７のＹ軸方向の端部は、ベース領域１４の端部に接続されている。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。ダミートレンチ部３０の長手方向の端の底は、ウェル領域１７に覆われていてよい。
半導体基板は第１導電型を有し、ウェル領域１７は半導体基板とは異なる第２導電型を有する。本例の半導体基板はＮ−型であり、ウェル領域１７はＰ＋型である。各トレンチ部に挟まれた領域であるメサ部には、ベース領域１４が形成される。ベース領域１４は、ウェル領域１７よりもドーピング濃度の低い第２導電型である。本例のベース領域１４はＰ−型である。なお、導電型における＋および−の記号は、＋の場合は相対的にドーピング濃度が高く、−の場合は相対的にドーピング濃度が低いことを示す。
それぞれのメサ部においてベース領域１４の上面には、ベース領域１４よりもドーピング濃度の高い第２導電型のコンタクト領域１５が選択的に形成されてよい。本例のコンタクト領域１５はＰ＋型である。また、トランジスタ部７０においては、ベース領域１４の上面に、半導体基板よりもドーピング濃度が高い第１導電型のエミッタ領域１２が選択的に形成される。本例のエミッタ領域１２はＮ＋型である。本例において、ダイオード部８０および境界部９０のメサ部には、エミッタ領域１２が形成されない。
コンタクト領域１５およびエミッタ領域１２のそれぞれは、隣接する一方のトレンチ部から、他方のトレンチ部まで形成される。トランジスタ部７０の１つ以上のコンタクト領域１５および１つ以上のエミッタ領域１２は、トレンチ部の長手方向に沿って交互にメサ部の上面に露出するように形成される。
ダイオード部８０および境界部９０のメサ部には、トランジスタ部７０における少なくとも一つのコンタクト領域１５と対向する領域にコンタクト領域１５が形成される。図２の例では、ダイオード部８０および境界部９０のメサ部には、トランジスタ部７０において最もゲート金属層５０側のコンタクト領域１５と対向する領域に、コンタクト領域１５が形成されており、他の領域にはベース領域１４が形成されている。
トランジスタ部７０において、コンタクトホール５４は、コンタクト領域１５およびエミッタ領域１２の各領域の上方に形成される。コンタクトホール５４は、ベース領域１４およびウェル領域１７に対応する領域には形成されない。コンタクトホール５４においてエミッタ電極５２と接触するコンタクト領域１５の表層には、コンタクト領域１５よりも高濃度で浅い第２のコンタクト領域６２（図８参照）があってよい。第２のコンタクト領域６２はＰ＋型である。
ダイオード部８０および境界部９０において、コンタクトホール５４は、コンタクト領域１５およびベース領域１４の上方に形成される。本例においてトランジスタ部７０、ダイオード部８０および境界部９０のコンタクトホール５４は、各トレンチ部の長手方向において同一の長さを有する。コンタクトホール５４においてエミッタ電極５２と接触するコンタクト領域１５またはベース領域１４の表層には、コンタクト領域１５よりも高濃度で、且つ、浅い位置まで形成された第２のコンタクト領域６２があってよい。
本例において、トランジスタ部７０とは、半導体基板の上面側のメサ部において、第１導電型のエミッタ領域が設けられ、半導体基板の下面側に第２導電型のコレクタ領域が設けられた領域を指す。また、境界部９０とは、半導体基板の上面側のメサ部において、第１導電型のエミッタ領域が設けられておらず、半導体基板の下面側にコレクタ領域が設けられた領域を指す。ダイオード部８０とは、半導体基板の上面側のメサ部において、第１導電型のエミッタ領域が設けられておらず、半導体基板の下面側に第１導電型のカソード領域が設けられた領域を指す。なお、図２においては、半導体基板の下面側に設けられたカソード領域８２について、上面側に投影した場合の位置を示している。
ダイオード部８０と、境界部９０の一部の領域とには、半導体基板の上面側に上面側ライフタイム低減領域９２が設けられている。境界部９０において上面側ライフタイム低減領域９２が設けられる領域は、ダイオード部８０に隣接している。一方で、トランジスタ部７０には、上面側ライフタイム低減領域９２が設けられていない。上面側ライフタイム低減領域９２は、半導体基板の深さ方向における中央と、半導体基板の上面との間の所定の深さ位置に選択的に形成される。上面側ライフタイム低減領域９２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を導入した領域である。意図的にライフタイムキラーを導入した領域の電子または正孔のキャリアのライフタイムの値は、意図的にライフタイムキラーを導入していない領域のキャリアのライフタイムよりも小さい。ライフタイムキラーは、キャリアの再結合中心であって、結晶欠陥であってよく、空孔、複空孔、空孔等により形成されたダングリングボンド、これらと半導体基板１０を構成する元素との複合欠陥、転位、ヘリウム、ネオンなどの希ガス元素、白金などの金属元素などでよい。一例として上面側ライフタイム低減領域９２は、ヘリウム等のイオンを、当該深さ位置に照射することで形成される。
ダイオード部８０に上面側ライフタイム低減領域９２を設けることで、ダイオード部８０におけるキャリアライフタイムを調整して、逆回復時における損失を低減することができる。また、境界部９０を設け、境界部９０にも上面側ライフタイム低減領域９２を設けているので、トランジスタ部７０に上面側ライフタイム低減領域９２を設けなくとも、トランジスタ部７０からダイオード部８０に流入する正孔のライフタイムを制御することができる。トランジスタ部７０に上面側ライフタイム低減領域９２を設けないので、半導体基板の上面側からヘリウム等のイオンを照射しても、トランジスタ部７０におけるゲート絶縁膜等にダメージを与えない。このため、トランジスタ部７０における閾値電圧等の変動を抑制できる。また、半導体基板の上面側からヘリウム等のイオンを照射できるので、イオンの照射位置を浅くすることができ、上面側ライフタイム低減領域９２の深さ位置を精度よく制御できる。
また、半導体基板の裏面側からヘリウム等のイオンを照射する場合に比べて、ヘリウム等のイオンを照射する加速エネルギーを小さくできるので、マスク等のコストを低減できる。ヘリウム等のイオンを照射する加速エネルギーは、照射するイオンが半導体基板を透過しない（突き抜けない）値であってよい。
従来は、イオンを加速する加速器と半導体基板との間にエネルギー吸収体を設置し、照射するイオンが半導体基板を突き抜けるほどの高い加速エネルギー（１０ＭｅＶ以上）で照射していた。この場合、半導体基板内でイオンが停止する位置（深さ）は、エネルギー吸収体の厚さ等でイオンのエネルギーを吸収させることで調整する。このような高い加速エネルギーによるイオン照射では、半導体基板へ与えるダメージが大きすぎる他、イオンの半値全幅も１０μｍのオーダーとなり、半導体基板厚に対する格子欠陥の分布幅も広くなる。これに対して、エネルギー吸収体を用いなくとも半導体基板の内部でイオンが停止する程度の加速エネルギーでヘリウム等のイオンを照射すれば、過剰なダメージを与えずに、より狭い領域に所望の低ライフタイム領域が形成できる。
エネルギー吸収体を用いずに半導体基板にヘリウムイオンを照射する加速エネルギーは、以下のようにしてよい。半導体基板がシリコンの場合、ヘリウムイオンの半導体基板における飛程Ｒｐ（ヘリウムの濃度がピークとなる位置）と、ヘリウムイオンの加速エネルギーＥについて、ヘリウムイオンの飛程Ｒｐの対数ｌｏｇ（Ｒｐ）をｘ、ヘリウムイオンの加速エネルギーＥの対数ｌｏｇ（Ｅ）をｙとすると、下記（１）式の関係を満たしてよい。
ｙ＝−０．０１６９ｘ４＋０．１６６４ｘ３−０．６１６１ｘ２＋１．６１５７ｘ＋５．２６８１ ・・・（１）
なお、上記のフィッティング式を用いて所望のヘリウムイオンの平均飛程Ｒｐからヘリウムイオン照射の加速エネルギーＥを算出（算出値Ｅと称する）し、この加速エネルギーの算出値Ｅでヘリウムイオンをシリコン基板に注入した場合における、実際の加速エネルギーＥ'と実際に二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等によって得られた平均飛程Ｒｐ'（ヘリウムイオンピーク位置）との関係は、以下のように考えればよい。加速エネルギーの算出値Ｅに対して、実際の加速エネルギーＥ'がＥ±１０％程度の範囲にあれば、実際の平均飛程Ｒｐ'も所望の平均飛程Ｒｐに対して±１０％程度の範囲に収まり、測定誤差の範囲内となる。そのため、実際の平均飛程Ｒｐ'の所望の平均飛程Ｒｐからのバラつきが、ＩＧＢＴやダイオード等の電気的特性へ与える影響は、無視できる程度に十分小さい。
したがって、実際の加速エネルギーＥ'が算出値Ｅ±５％の範囲にあれば、実際の平均飛程Ｒｐ'は実質的に設定どおりの平均飛程Ｒｐであると判断することができる。あるいは、実際の加速エネルギーＥ'に対して、値Ｅ'を得るために上記（１）式に当てはめて算出した平均飛程Ｒｐの値に対して、実際の平均飛程Ｒｐ'が±１０％以内に収まれば、問題ない。実際の加速器では、加速エネルギーＥと平均飛程Ｒｐはいずれも上記の範囲（±１０％）に収まり得るので、実際の加速エネルギーＥ'および実際の平均飛程Ｒｐ'は、所望の平均飛程Ｒｐと算出値Ｅで表される上述のフィッティング式に従っていると考えて、全く差支えない。
さらに、ばらつきや誤差の範囲が、平均飛程Ｒｐに対して上述の±１０％以内であればよく、好適には±５％に収まれば、申し分なく上記（１）式に従っていると考えることができる。上記（１）式を用いることにより、所望のヘリウムイオンの飛程Ｒｐを得るのに必要なヘリウムイオンの加速エネルギーＥを算出できる。
図３は、図２に示した半導体装置１００のａ−ａ'断面の一例を示す図である。ａ−ａ'断面は、Ｘ−Ｚ面と平行で、且つ、トランジスタ部７０のエミッタ領域１２を通る断面である。図３においては、半導体装置１００の製造時に用いるマスク２００を合わせて示している。
本例の半導体装置１００は、当該断面において、半導体基板１０、層間絶縁膜２６、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２６の上面に形成される。
コレクタ電極２４は、半導体基板１０の下面２３に形成される。下面とは、上面とは逆側の面を指す。エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４は、金属等の導電材料で形成される。また本明細書において、基板、層、領域等の各部材のエミッタ電極５２側の面または端部を上面または上端、コレクタ電極２４側の面または端部を下面または下端と称する。また、エミッタ電極５２とコレクタ電極２４とを結ぶ方向をＺ軸方向（深さ方向）とする。
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。半導体基板１０の上面２１側には、Ｐ−型のベース領域１４が形成される。
当該断面において、トランジスタ部７０の各メサ部９４の上面側には、Ｎ＋型のエミッタ領域１２およびＰ−型のベース領域１４が、半導体基板１０の上面２１側から順番に形成される。ベース領域１４の下には、Ｎ＋型の蓄積領域１６が更に形成されていてもよい。
当該断面において、ダイオード部８０および境界部９０の各メサ部９４の上面側には、Ｐ−型のベース領域１４が形成されている。ダイオード部８０および境界部９０の各メサ部９４には、エミッタ領域１２が形成されなくてもよい。また、ダイオード部８０および境界部９０の各メサ部９４には、蓄積領域１６が形成されなくてもよい。
トランジスタ部７０において、蓄積領域１６の下面にはＮ−型のドリフト領域１８が形成される。ドリフト領域１８とベース領域１４との間に、ドリフト領域１８よりも高濃度の蓄積領域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、オン電圧を低減することができる。
ダイオード部８０および境界部９０において、ベース領域１４の下面には、ドリフト領域１８が形成される。トランジスタ部７０およびダイオード部８０の双方において、ドリフト領域１８の下面にはＮ−型のバッファ領域２０が形成される。
バッファ領域２０は、ドリフト領域１８の下面側に形成される。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、Ｐ＋型のコレクタ領域２２およびＮ＋型のカソード領域８２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。
バッファ領域２０は、深さ方向におけるドーピング濃度分布において複数のピークを有してよい。図３の例では、バッファ領域２０におけるドーピング濃度分布は４つのピークを有している。バッファ領域２０おけるドーピング濃度のピークは、プロトン注入および熱処理で形成した水素ドナーの濃度ピークであってよい。
トランジスタ部７０および境界部９０において、バッファ領域２０の下面には、Ｐ＋型のコレクタ領域２２が形成される。ダイオード部８０において、バッファ領域２０の下面には、Ｎ＋型のカソード領域８２が形成される。
半導体基板１０の上面２１側には、１以上のゲートトレンチ部４０、および、１以上のダミートレンチ部３０が形成される。各トレンチ部は、半導体基板１０の上面２１から、ベース領域１４を貫通して、ドリフト領域１８に到達する。エミッタ領域１２、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ている領域においては、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。
ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面２１側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。つまりゲート絶縁膜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、不純物が添加されたポリシリコン等の導電材料で形成される。
ゲート導電部４４は、Ｚ軸方向において、少なくとも隣接するベース領域１４と対向する領域を含む。ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面２１において層間絶縁膜２６により覆われる。本例では、図２に示したゲートトレンチ部４０の先端において、ゲート導電部４４が、ゲートランナー部５１を介してゲート金属層５０と電気的に接続する。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部４０に接する界面の表層にチャネルが形成される。
ダミートレンチ部３０は、当該断面において、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、半導体基板１０の上面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。ダミー導電部３４は、ゲート導電部４４と同一の材料で形成されてよい。ダミートレンチ部３０は、深さ方向においてゲートトレンチ部４０と同一の長さを有してよい。
ダミートレンチ部３０は、半導体基板１０の上面２１において層間絶縁膜２６により覆われる。本例では、図２に示したようにコンタクトホール５６および接続部５７を介して、ダミー導電部３４がエミッタ電極５２と電気的に接続する。
上面側ライフタイム低減領域９２は、当該断面において、ダイオード部８０の全体と、境界部９０においてダイオード部８０と隣接する一部の領域とに設けられる。境界部９０は、ダイオード部８０に隣接する少なくとも１つのメサ部９４において上面側ライフタイム低減領域９２を有し、トランジスタ部７０に隣接する少なくとも１つのメサ部９４において上面側ライフタイム低減領域９２を有さなくてよい。上面側ライフタイム低減領域９２は、いずれかのトレンチ部の下方で終端していてよく、いずれかのメサ部９４の下方で終端していてもよい。
境界部９０を設けることで、Ｎ＋型のカソード領域８２と、トランジスタ部７０との距離を大きくすることができる。そして、境界部９０の一部に上面側ライフタイム低減領域９２を形成することで、トランジスタ部７０からダイオード部８０に注入される正孔のライフタイムを適切に制御することができ、逆回復時の損失を低減できる。
上面側ライフタイム低減領域９２は、ダイオード部８０の全体および境界部９０の一部に形成されるので、Ｘ軸方向においてカソード領域８２よりも広い領域に渡って形成される。上面側ライフタイム低減領域９２は、Ｘ軸方向において、境界部９０の半分以上の領域に渡って形成されてよい。
あるいは、境界部９０で上面側ライフタイム低減領域９２が形成された領域のＸ軸方向の長さは、境界部９０で上面側ライフタイム低減領域９２が形成されていない領域のＸ軸方向の長さより長くてよい。例えば上面側ライフタイム低減領域９２は、境界部９０のうち、トランジスタ部７０に隣接する１つのメサ部９４以外の領域に形成されてよい。これにより、トランジスタ部７０からダイオード部８０に注入される正孔のライフタイムを容易に制御できる。
また、トランジスタ部７０に隣接する１つのメサ部９４には上面側ライフタイム低減領域９２を形成しないことで、製造バラツキ等でヘリウムイオン等の照射位置がずれた場合であっても、ゲートトレンチ部４０にヘリウムイオン等が照射されることを防ぐことができる。これにより、トランジスタ部７０における閾値電圧等の変動を抑制できる。
マスク２００は、上面側ライフタイム低減領域９２を形成する工程で用いられる。本例では、マスク２００を用いて半導体基板１０の上面側からヘリウムイオンを照射することで、上面側ライフタイム低減領域９２を形成する。マスク２００は、レジスト等を塗布して所定形状にパターニングして形成されてよい。マスク２００に覆われた領域には上面側ライフタイム低減領域９２が形成されない。
レジスト等を塗布して形成するマスク２００は、半導体基板１０の上面２１上に形成された構造物に接するように形成されてよい。本例では、半導体基板１０の上面２１上に形成された構造物はエミッタ電極５２である。金属やシリコンといった素材で形成するハードマスクは、半導体基板１０の上面２１に形成された電極や保護膜、層間絶縁膜といた構造物に傷や欠損等を与えないように、エミッタ電極５２から上面２１よりも外側（＋Ｚ軸方向）に所定距離だけ離して形成する必要がある。そのため、半導体基板１０の上面２１側内部または上面２１の外側に設けた表面構造との微細な位置合わせが困難となる。本例のように、半導体基板１０の上面２１上に形成された構造物に接するようにマスク２００を形成することで、極めて微細な表面構造との位置合わせが容易となる。
上面側ライフタイム低減領域９２は、エミッタ電極５２より前に形成してよい。本例の上面側ライフタイム低減領域９２は、各トレンチ部、ベース領域１４、蓄積領域１６およびエミッタ領域１２を形成した後に形成される。
本例では、半導体基板１０の上面側からヘリウムイオンを照射するので、裏面側からヘリウムイオンを照射する場合に比べて、上面側ライフタイム低減領域９２の深さ位置を精度よく制御できる。また、トランジスタ部７０はマスク２００に覆われているので、ヘリウムイオンの照射によるゲートトレンチ部４０へのダメージを防ぐことができる。また、ヘリウムイオンを浅い位置に照射するので、ハードマスクを用いなくともよい。このため、コストを低減できる。
なお図３においては、ｍ−ｍ断面の、上面側ライフタイム低減領域９２における再結合中心のＺ軸方向における濃度分布、ネットドーピング濃度分布およびキャリアライフタイム分布を示している。本例の上面側ライフタイム低減領域９２は、ヘリウムイオンを半導体基板１０の上面側から照射して形成している。
上面側ライフタイム低減領域９２におけるライフタイムキラー（再結合中心）の濃度は、所定の深さ位置においてピーク濃度Ｎｐとなる。当該深さ位置は、半導体基板１０の深さ方向の中央よりも上面２１側におけるドリフト領域１８に配置される。ピーク濃度Ｎｐの半値０．５Ｎｐより高濃度のライフタイムキラーを有する領域を、上面側ライフタイム低減領域９２の領域としてよい。
ヘリウムイオン等を上面２１側から照射する場合は、ピーク位置から半導体基板１０の上面２１まで、ピーク濃度Ｎｐより低い濃度のライフタイムキラーが裾を引くように分布している。一方で、ピーク位置よりも半導体基板１０の下面２３側におけるライフタイムキラーの濃度は、ピーク位置よりも半導体基板１０の上面２１側におけるライフタイムキラーの濃度よりも急峻に低下する。上面側ライフタイム低減領域９２の濃度分布は、下面２３には届かなくてもよい。
また、上面２１からピーク濃度Ｎｐの位置まで連続して裾を引く分布であれば、ピーク濃度Ｎｐの深さ位置が半導体基板１０の深さ方向の中間位置よりも下面２３側にあってもよい。なお、ヘリウムイオン等を下面２３側から照射する場合は、ピーク位置よりも下面２３側に、ピーク濃度Ｎｐより低い濃度のライフタイムキラーが裾を引くように分布してよい。
なお、図３に示される再結合中心の濃度分布は、上述したようにヘリウム濃度であってもよいし、ヘリウム照射によって形成された結晶欠陥密度であってもよい。結晶欠陥は、格子間ヘリウム、空孔、複空孔等、空孔等により形成されたダングリングボンドであってよい。これらの結晶欠陥により、キャリアの再結合中心が形成される。形成された再結合中心のエネルギー準位（トラップ準位）を介して、キャリアの再結合が促進される。再結合中心濃度は、トラップ準位密度に対応する。
バッファ領域２０のなかで、斜線で示した複数の領域（本例では４つ領域）は、バッファ領域２０のドーピング濃度分布のピーク濃度となる位置を含む領域である。斜線で示した複数の領域のそれぞれの深さ方向の幅は、一例として、ピーク位置を中心として、ピークドーピング濃度の半値全幅に相当してよい。
上面側ライフタイム低減領域９２の再結合中心濃度のピーク位置ｘｌは、バッファ領域２０の複数のピーク位置のうち、最も上面２１側に位置するピーク位置ｘｍから上面２１側に離れていてよい。バッファ領域２０が水素ドナーを含む場合、水素ドナー濃度の極大値を示すピーク位置では、水素が空孔やダングリングボンドを終端して、再結合中心濃度が低下する場合がある。このため、上面側ライフタイム低減領域９２の再結合中心濃度のピーク位置をバッファ領域２０のピーク位置から離して、水素による終端の影響を低減してよい。さらに上面側ライフタイム低減領域９２の再結合中心濃度のピーク位置は、バッファ領域２０の複数のピーク位置の間に形成されてもよい。これによっても、水素による終端の影響を低減する効果を有する。
図３に示されるキャリアライフタイム分布は、再結合中心濃度のピーク濃度位置に略対応する位置で、最小値τｍｉｎとなる。上面２１に近いベース領域１４では、キャリアライフタイム分布は、τｍｉｎよりも大きな値τ１を有して良い。ライフタイムキラーを導入していない他の深さ方向の領域では、キャリアライフタイム分布は、再結合中心濃度のピーク濃度位置よりも深い領域で、ほぼ一様な値（τ０とする）で分布してよい。バッファ領域２０では、水素による空孔やダングリングボンドの終端効果により、キャリアライフタイムはτ０程度の値で分布してよい。キャリアライフタイムがτ０から減少する位置ｘｎは、バッファ領域２０の複数のピーク濃度のうち、最も上面２１側に位置するピーク位置ｘｍよりも上面２１側に位置してよい。なお、上面２１および下面２３近傍のキャリアライフタイムは、ドーピング濃度が高いため、τ０よりも小さくなってよい。
図４は、図２に示した半導体装置１００のｂ−ｂ'断面の一例を示す図である。ｂ−ｂ'断面は、Ｙ−Ｚ面と平行で、且つ、境界部９０のコンタクトホール５４を通る断面である。なお、図４においては境界部９０の断面を示しているが、ダイオード部８０も同様の断面を有してよい。ただし、境界部９０は半導体基板１０の下面２３側にコレクタ領域２２を有するが、ダイオード部８０は半導体基板１０の下面２３側の少なくとも一部の領域においてカソード領域８２を有する。
境界部９０は、半導体基板１０の上面２１側にベース領域１４、コンタクト領域１５およびウェル領域１７を有する。コンタクト領域１５は、ベース領域１４に選択的に形成されている。ウェル領域１７は、トレンチ部の長手方向においてベース領域１４よりも外側に、ベース領域１４よりも深くまで形成されている。
当該断面においてダミートレンチ部３０は、ウェル領域１７に形成されている。ダミートレンチ部３０の下端は、ウェル領域１７の下端よりも浅く形成される。ダミートレンチ部３０のダミー導電部は、接続部５７およびコンタクトホール５６を介して、エミッタ電極５２と接続される。接続部５７と半導体基板１０との間には酸化膜等の絶縁膜５９が形成されてよい。
ゲートランナー部５１は、トレンチ部の長手方向においてベース領域１４よりも外側に設けられる。ゲートランナー部５１は、ウェル領域１７と重なる領域に設けられてよい。ゲートランナー部５１の少なくとも一部は、ゲート金属層５０の下方に設けられる。ゲートランナー部５１はコンタクトホール５５を介してゲート金属層５０と接続される。ゲートランナー部５１と半導体基板１０との間には、酸化膜等の絶縁膜５９が形成されてよい。
上面側ライフタイム低減領域９２は、ベース領域１４よりも下側に形成される。上面側ライフタイム低減領域９２は、ダミートレンチ部３０よりも下側に形成されてよい。上面側ライフタイム低減領域９２は、ウェル領域１７の下端よりも下側に形成されてよく、ウェル領域１７の下端よりも上側に形成されてもよい。
当該断面において上面側ライフタイム低減領域９２は、ダイオード部８０および境界部９０のベース領域１４よりも外側まで形成されている。つまり、上面側ライフタイム低減領域９２の端部位置Ｙｂは、ベース領域１４の端部位置Ｙｄよりも、Ｙ軸方向において外側に配置されている。本例の上面側ライフタイム低減領域９２が設けられた領域は、半導体基板１０の上面２１と平行な面において、ウェル領域１７と重なる部分を有する。これにより、ウェル領域１７の下方からベース領域１４の下方に注入される正孔のライフタイムを適切に制御し、ベース領域１４より高濃度であるウェル領域１７からの正孔の注入を抑制することができる。
ただし、上面側ライフタイム低減領域９２が設けられた領域は、半導体基板１０の上面２１と平行な面において、ゲートランナー部５１とは重ならないことが好ましい。これにより、ヘリウムイオン等を照射する場合において、ゲートランナー部５１の絶縁膜５９へのダメージを防ぐことができる。すなわち、ゲート金属層５０とエミッタ電極５２間に生じるリーク電流を抑制し、ゲート絶縁破壊を防ぐことができる。
ゲートランナー部５１のベース領域１４側の端部位置をＹｃとした場合、上面側ライフタイム低減領域９２の端部位置Ｙｂは、ベース領域１４の端部位置Ｙｄとゲートランナー部５１の端部位置Ｙｃとの間に配置されることが好ましい。また、当該断面におけるダミートレンチ部３０の位置をＹｅ、接続部５７のベース領域１４側の端部位置をＹａとする。端部位置Ｙｂは、位置Ｙｅと位置Ｙｄとの間に配置されてよく、位置Ｙａと位置Ｙｄとの間に配置されてもよい。端部位置Ｙｂを、位置Ｙａと位置Ｙｄとの間に配置することで、接続部５７へのダメージも抑制できる。
本例では、端部位置Ｙｂは、位置Ｙｃと位置Ｙｅとの間に配置される。ゲートランナー部５１よりも外周側には、エッジ終端構造部がある。ダイオード部８０が逆回復動作を行うときは、エッジ終端構造部側にしみ出していた過剰キャリアが、ダイオード部８０または境界部９０のコンタクトホール５４の端部６０に集中する。ダミートレンチ部３０があることで、過剰キャリアが外周側にしみ出すこと、および逆回復時にコンタクトホールの端部に向かう場合の、物理的な障壁となる。これにより、過剰キャリアが、コンタクトホール５４の端部に集中することを抑制できる。さらに上面側ライフタイム低減領域９２の端部位置Ｙｂが、ダミートレンチ部３０の位置Ｙｅより外周側（位置Ｙｃ側）にあることで、より一層、過剰キャリアの外周側へのしみ出しおよびコンタクトホール５４の端部への集中を抑制できる。
図５は、図２に示した半導体装置１００において、半導体基板１０の上面２１と平行な面におけるカソード領域８２の位置を示す図である。カソード領域８２は、ダイオード部８０の領域内に設けられている。トレンチ部の短手方向（Ｘ軸方向）においては、カソード領域８２は、ダイオード部８０の全体に形成される。トレンチ部の長手方向（Ｙ軸方向）においては、カソード領域８２は、メサ部の一部の領域に形成されている。例えばカソード領域８２は、最も外側（ゲートランナー部５１側）のコンタクト領域１５よりも内側に形成されている。
上面側ライフタイム低減領域９２は、半導体基板１０の上面２１と平行な面において、ダイオード部８０のカソード領域８２よりも広い領域を覆って設けられる。図３から図５に示すように、上面側ライフタイム低減領域９２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方において、カソード領域８２よりも広い範囲に設けられる。これにより、カソード領域８２の外側から注入される正孔のライフタイムを適切に制御することができる。
上面側ライフタイム低減領域９２は、半導体基板１０の上面２１と平行な面において、ダイオード部８０のベース領域１４よりも広い領域を覆って設けられてよい。図３および図４に示すように、上面側ライフタイム低減領域９２は、Ｘ軸方向においては境界部９０にも形成され、Ｙ軸方向においてはウェル領域１７にも形成される。
図６は、上面側ライフタイム低減領域９２が設けられる範囲の他の例を示す図である。なお本例の境界部９０は、境界メサ部９４−３と、引抜メサ部９４−４とを有する。一例として境界メサ部９４−３は、ダイオード部８０と隣接する領域に配置されており、引抜メサ部９４−４はトランジスタ部７０と隣接する領域に配置されている。他の例では、境界メサ部９４−３は、トランジスタ部７０と隣接する領域に配置されており、引抜メサ部９４−４はダイオード部８０と隣接する領域に配置されていてもよい。
引抜メサ部９４−４には、トランジスタ部７０のメサ部９４−１のコンタクト領域１５よりも面積の大きいコンタクト領域１５が設けられている。引抜メサ部９４−４のコンタクト領域１５は、ダイオード部８０のメサ部９４−２に設けられたコンタクト領域１５よりも面積が大きい。引抜メサ部９４−４にはエミッタ領域１２が設けられていなくてよい。
境界メサ部９４−３には、ダイオード部８０のメサ部９４−２と同一の配置で、ベース領域１４およびコンタクト領域１５が設けられている。ただし境界メサ部９４−３における半導体基板１０の下面には、コレクタ領域２２が設けられている。
本例では、トランジスタ部７０におけるゲートトレンチ部４０のうち、最もダイオード部８０側に配置されたゲートトレンチ部４０の、ダイオード部８０側の端部のＸ軸方向における位置をＸｇとする。最もトランジスタ部７０側に配置された引抜メサ部９４−４のトランジスタ部７０側の端部のＸ軸方向における位置をＸｄとする。位置Ｘｄは、引抜メサ部９４−４とダミートレンチ部３０との境界位置であってよい。最もトランジスタ部７０側に配置された境界メサ部９４−３のトランジスタ部７０側の端部のＸ軸方向における位置をＸｆとする。位置Ｘｆは、境界メサ部９４−３とダミートレンチ部３０との境界位置であってよい。Ｘ軸方向において、カソード領域８２の端部の位置をＸｃとする。Ｘ軸方向において、上面側ライフタイム低減領域９２の端部の位置をＸｂとする。
上面側ライフタイム低減領域９２のＸ軸方向における端部位置Ｘｂは、トランジスタ部７０において最もダイオード部８０側に配置されたゲートトレンチ部４０（位置Ｘｇ）よりもダイオード部８０側に配置され、且つ、カソード領域８２（位置Ｘｃ）よりもトランジスタ部７０側に配置されている。図６に示すように上面側ライフタイム低減領域９２は、トランジスタ部７０の一部にも形成されてよい。ただし、半導体基板１０の上面２１と平行な面においてトランジスタ部７０のゲートトレンチ部４０と重なる領域には、上面側ライフタイム低減領域９２が設けられない。
本例の上面側ライフタイム低減領域９２の端部位置Ｘｂは、トランジスタ部７０において最もダイオード部８０側に配置されたメサ部９４−１に配置されている。ただし、上面側ライフタイム低減領域９２の端部位置Ｘｂは、ゲートトレンチ部４０の端部位置Ｘｇよりも、ダイオード部８０側に配置されている。端部位置Ｘｂと端部位置Ｘｇとの距離は、ゲートトレンチ部４０にオン電圧が印加された場合にベース領域１４に形成されるチャネル領域のＸ軸方向における幅よりも大きいことが好ましい。これにより、上面側ライフタイム低減領域９２がトランジスタの閾値電圧に与える影響を低減できる。一例として端部位置Ｘｂと端部位置Ｘｇとの距離は、０．１μｍ以上であってよく、０．２μｍ以上であってもよい。また、端部位置Ｘｂと端部位置Ｘｇとの距離は、メサ部９４−１のＸ軸方向における幅の半分以下であってよい。このような配置により、チャネルへの影響を抑制しつつ、広範囲に上面側ライフタイム低減領域９２を配置できる。
図７は、上面側ライフタイム低減領域９２が設けられる範囲の他の例を示す図である。図７においては、境界部９０の近傍を拡大して示している。上面側ライフタイム低減領域９２のＸ軸方向の端部位置Ｘｂは、引抜メサ部９４−４の端部位置Ｘｄと、カソード領域８２の端部位置Ｘｃとの間に配置されてよい。これにより、トランジスタ部がオン状態の場合に、ゲートトレンチ部４０に隣接するメサ部９４に流れる正孔の濃度が、上面側ライフタイム低減領域９２によって低減されることを防ぎ、オン電圧の増加を防ぐことができる。さらに、上面視でメサ部９４−４に上面側ライフタイム低減領域９２が設けられることで、ダイオード部８０がオン状態の場合に、メサ部９４−４からカソード領域８２に向かう高濃度の正孔の注入を抑制することができる。
上面側ライフタイム低減領域９２のＸ軸方向の端部位置Ｘｂは、端部位置Ｘｄと、最もトランジスタ部７０側の境界メサ部９４−３の端部位置Ｘｆとの間に配置されてよい。これにより、トランジスタ部７０がオンする場合に、さらに上面側ライフタイム低減領域９２によって正孔濃度が低減されることを防ぎ、オン電圧の増加を防ぐことができる。
上面側ライフタイム低減領域９２のＸ軸方向の端部位置Ｘｂは、端部位置Ｘｆとカソード領域８２の端部位置Ｘｃとの間に配置されてもよい（例えば位置Ｘｂ１）。ライフタイムキラーを選択的に注入するときのマスクの位置ずれに対して、ライフタイムキラーがゲートトレンチ部４０に届くことを防ぐことができる。
また、上面側ライフタイム低減領域９２のＸ軸方向の端部位置Ｘｂは、カソード領域８２の端部位置Ｘｃの近傍に配置されてもよい（例えば位置Ｘｂ２）。一例として端部位置Ｘｂと端部位置ＸｃとのＸ軸方向における距離は、ダミートレンチ部３０のＸ軸方向における幅よりも小さくてよい。ライフタイムキラーを選択的に注入するときのマスクの位置ずれに対して、ライフタイムキラーがゲートトレンチ部４０に届くことをさらに防ぐことができる。
上面側ライフタイム低減領域９２のＹ軸方向の端部位置Ｙｂは、図４および図６に示したようにゲートランナー部５１の端部位置Ｙｃとダミートレンチ部３０の位置Ｙｅとの間に配置されていてよい。他の例では図７に示すように、上面側ライフタイム低減領域９２のＹ軸方向の端部位置Ｙｂは、接続部５７の端部位置Ｙａとコンタクト領域１５のＹ軸方向の端部位置Ｙｆとの間に配置される。端部位置Ｙｆは、ダイオード部８０においてＹ軸方向の端部に設けられたコンタクト領域１５のＹ軸方向負側の端部位置である。ライフタイムキラーを選択的に注入するときのマスクの位置ずれに対して、ライフタイムキラーがゲートランナー部５１に届くことを防ぐことができる。
上面側ライフタイム低減領域９２のＹ軸方向の端部位置Ｙｂは、接続部５７の端部位置Ｙａとベース領域１４の端部位置Ｙｄとの間に配置されてよい（例えば端部位置Ｙｂ１）。上面視で上面側ライフタイム低減領域９２がウェル領域１７に重なるため、ウェル領域１７から高濃度の正孔がカソード領域８２に向かって注入されることを防ぐことができる。
上面側ライフタイム低減領域９２のＹ軸方向の端部位置Ｙｂは、ベース領域１４の端部位置Ｙｄと端部位置Ｙｆとの間に配置されてもよい（例えば端部位置Ｙｂ２）。ライフタイムキラーを選択的に注入するときのマスクの位置ずれに対して、ライフタイムキラーがゲートランナー部５１に届くことをより確実に防ぐことができる。
図８は、図６におけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。図８においては、半導体装置１００の製造時に用いるマスク２００を合わせて示している。なお本例のダイオード部８０および境界部９０は、各メサ部９４の上面においてコンタクトホール５４により露出する部分に、コンタクト領域６２を有してよい。コンタクト領域６２は、コンタクト領域１５よりも高濃度の領域である。
図６に示したように、上面側ライフタイム低減領域９２のＸ軸方向の端部位置Ｘｂは、トランジスタ部７０の最もダイオード部８０側のゲートトレンチ部４０の端部位置Ｘｇと、引抜メサ部９４−４の端部位置Ｘｄとの間に配置されている。ただし、端部位置Ｘｂは、端部位置Ｘｇに対して、引抜メサ部９４−４側に所定の距離だけ離れている。当該距離は、ベース領域１４に形成されるチャネル領域のＸ軸方向の幅よりも大きい。
上面側ライフタイム低減領域９２は、半導体基板１０の深さ方向の中間位置よりも上面２１側の深さ位置のドリフト領域１８に設けられる。上面側ライフタイム低減領域９２は、結晶欠陥を含む領域である。上述したように結晶欠陥は、再結合中心となる欠陥であればよく、例えば空孔、複空孔、転位、格子間原子、ヘリウム原子、金属原子などであってよい。
上面側ライフタイム低減領域９２は、Ｘ軸方向においてダイオード部８０と境界部９０の全体に形成し、さらに、トランジスタ部７０の１つ以上のメサ部９４−１に形成してよい。また、上面側ライフタイム低減領域９２は、Ｙ軸方向において少なくともダミートレンチ部３０の延伸方向の端を含むように、ダミートレンチ部３０全体を覆うように配置されてもよい。
図９は、半導体基板１０の上面における、上面側ライフタイム低減領域９２の配置例を示す図である。図１に示したように、活性部１２０には、トランジスタ部７０、ダイオード部８０および境界部９０が配置されている。
活性部１２０において、上面側ライフタイム低減領域９２は、カソード領域８２の全体を覆うように配置されている。Ｘ軸方向において上面側ライフタイム低減領域９２は、ダイオード部８０および境界部９０の全体に渡って設けられている。Ｙ軸方向において上面側ライフタイム低減領域９２は、ゲートランナー部５１から離れて配置されている。Ｙ軸方向における上面側ライフタイム低減領域９２と、ゲートランナー部５１との距離は、１０μｍ以上、３０μｍ以下であってよい。
上面側ライフタイム低減領域９２は、トランジスタ部７０の一部にも配置されてよい。ただし上面側ライフタイム低減領域９２は、ゲート絶縁膜４２とは重ならないように配置されている。これにより、ヘリウムイオン等の照射によるゲート絶縁膜４２へのダメージを抑制できる。一方で、上面側ライフタイム低減領域９２は、ダミー絶縁膜３２とは重なって配置されてもよい。
なお、上面側ライフタイム低減領域９２は、ゲートパッド１１６とも重ならないように配置されることが好ましい。これにより、ゲートパッド１１６と半導体基板１０との間に設けられた絶縁膜を保護できる。
また、上面側ライフタイム低減領域９２は、半導体基板１０の上面２１と平行な面において、ゲートランナー部５１およびゲート金属層５０と、半導体基板１０の外周端１４０との間にも配置されてよい。本例では、エッジ終端構造部１５０の全体を覆うように、上面側ライフタイム低減領域９２が配置されている。エッジ終端構造部１５０を覆う上面側ライフタイム低減領域９２と、活性部１２０に配置された上面側ライフタイム低減領域９２とは、上面視において分離し、ゲートランナー部５１およびゲート金属層５０とに上面視で重ならないようにしている。エッジ終端構造部１５０にも上面側ライフタイム低減領域９２を設けることで、逆回復時に半導体基板１０のエッジ部分から活性部１２０にキャリアが移動することを抑制して、逆回復耐量を向上できる。
図１０は、半導体基板１０の上面における他の構造例を示す図である。本例では、半導体基板１０の上面と平行な面において、ダイオード部８０および境界部９０が、トランジスタ部７０に囲まれて配置されている。より具体的には、ダイオード部８０は境界部９０に囲まれており、境界部９０はトランジスタ部７０に囲まれている。なお本例のダイオード部８０の範囲は、カソード領域８２が設けられた範囲に一致している。
本例の上面側ライフタイム低減領域９２は、ダイオード部８０および境界部９０の全体を覆って配置されている。上面側ライフタイム低減領域９２は、トランジスタ部７０の一部にも配置されてよい。上面側ライフタイム低減領域９２は、上面視において分離して配置されたそれぞれのダイオード部８０に対応して、分離して配置されてよい。
図１１は、上面側ライフタイム低減領域９２の他の配置例を示す図である。本例の上面側ライフタイム低減領域９２は、トランジスタ部７０においてＸ軸方向の端部に配置された複数のメサ部９４−１に設けられている。ただし、上面側ライフタイム低減領域９２は、ゲートトレンチ部４０には重ならないように設けられている。言い換えると、上面視で、互いに隣接するゲートトレンチ部４０に挟まれた、一以上のメサ部９４−１に上面側ライフタイム低減領域９２が設けられるとともに、上面側ライフタイム低減領域９２は上面視でゲートトレンチ部から離れている。上面側ライフタイム低減領域９２とゲートトレンチ部の間には、上面側ライフタイム低減領域９２が設けられていないメサ部９４−１がある。
上面側ライフタイム低減領域９２は、トランジスタ部７０においてダミートレンチ部３０には重なって設けられてよい。本例の上面側ライフタイム低減領域９２は、ダミートレンチ部３０をＸ軸方向において跨いで、一方のゲートトレンチ部４０の近傍から、もう一方のゲートトレンチ部４０の近傍まで設けられている。上述したように、上面側ライフタイム低減領域９２は、ゲートトレンチ部４０に対して、チャネル領域の幅以上離れている。
なお、少なくとも一つのメサ部９４−１には、上面側ライフタイム低減領域９２が設けられていない。上面側ライフタイム低減領域９２が設けられていないメサ部９４−１の数は、上面側ライフタイム低減領域９２が設けられているメサ部９４−１の数よりも多くてよい。
トランジスタ部７０における上面側ライフタイム低減領域９２のＹ軸方向の端部位置は、ダイオード部８０における上面側ライフタイム低減領域９２のＹ軸方向の端部位置と同一であってよい。トランジスタ部７０における上面側ライフタイム低減領域９２は、Ｙ軸方向において、エミッタ領域１２、コンタクト領域１５、ベース領域１４およびウェル領域１７と重なって設けられてよい。ただし、上面側ライフタイム低減領域９２は、ゲートランナー部５１およびゲート金属層５０とは重ならないように配置されている。これにより、ゲートランナー部５１およびゲート金属層５０の下方に形成された絶縁膜を保護できる。
上面側ライフタイム低減領域９２のＹ軸方向における端部位置は、図１から図１０において説明したいずれかの例と同一であってもよい。一例として上面側ライフタイム低減領域９２は、トランジスタ部７０において少なくとも一つのダミートレンチ部３０の全体を覆って設けられる。
図１２は、図１１におけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。図１２においては、半導体装置１００の製造時に用いるマスク２００を合わせて示している。本例では、トランジスタ部７０の端部における１つ以上のゲートトレンチ部４０に対してマスク２００が配置されており、１つ以上のメサ部９４−１および１つ以上のダミートレンチ部３０に対してはマスク２００が配置されていない。マスク２００は、上面側ライフタイム低減領域９２が、ゲートトレンチ部４０に対してチャネル幅以上離れるように配置される。ゲートトレンチ部４０の上方に配置されるマスク２００のＸ軸方向における幅は、ゲートトレンチ部４０の幅と、Ｘ軸方向におけるチャネル幅（例えば０．１μｍ程度）の２倍との和よりも大きい。
図１３は、上面側ライフタイム低減領域９２の他の配置例を示す図である。本例の上面側ライフタイム低減領域９２は、図１１に示した例に比べて、ダミートレンチ部３０を覆わない点で相違する。つまり本例の上面側ライフタイム低減領域９２は、トランジスタ部７０においてＸ軸方向の端部に配置された複数のメサ部９４−１に設けられている。ただし、上面側ライフタイム低減領域９２は、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０には重ならないように設けられている。
本例において、トランジスタ部７０のメサ部９４−１に配置された上面側ライフタイム低減領域９２は、上面視において環状に配置される。環状の上面側ライフタイム低減領域９２に囲まれた領域にはダミートレンチ部３０が配置され、環の外側にはゲートトレンチ部４０が配置されている。
なお、ダイオード部８０および境界部９０における上面側ライフタイム低減領域９２は、図１から図１２に示した例と同様にダミートレンチ部３０を覆って設けられてよく、図１３に示したトランジスタ部７０と同様にダミートレンチ部３０を覆わないように設けられてもよい。図１３に示したダイオード部８０および境界部９０における上面側ライフタイム低減領域９２は、ダミートレンチ部３０を覆わないように設けられている。ダミートレンチ部３０と上面側ライフタイム低減領域９２のＸ軸方向における距離は、ゲートトレンチ部４０と上面側ライフタイム低減領域９２のＸ軸方向における距離と同一であってよい。
図１４は、図１３におけるａ−ａ'断面の一例を示す図である。図１４においては、半導体装置１００の製造時に用いるマスク２００を合わせて示している。本例では、それぞれのトレンチ部に対してマスク２００が配置されている。トランジスタ部７０においてＸ軸方向の端部に配置された１つ以上のメサ部９４−１に対してはマスク２００が配置されていない。また、ダイオード部８０および境界部９０の各メサ部９４に対してもマスク２００が配置されていない。マスク２００は、上面側ライフタイム低減領域９２が、各トレンチ部に対してチャネル幅以上離れるように配置される。
図１５は、図１におけるａ−ａ'断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、図１から図１４に示した半導体装置１００の構造に対して、下面側ライフタイム低減領域９３ａ、９３ｂを更に備える。他の構造は、図１から図１４に示したいずれかの態様の半導体装置１００と同一であってよい。
下面側ライフタイム低減領域９３ａは、半導体基板１０の深さ方向における中央よりも下面２３側に配置されている。下面側ライフタイム低減領域９３ａは、上面視において上面側ライフタイム低減領域９２と同一の範囲に設けられてよく、異なる範囲に設けられてもよい。
下面側ライフタイム低減領域９３ａは、半導体基板１０の上面２１側からヘリウム等を照射することで形成されてよい。この場合、下面側ライフタイム低減領域９３ａの再結合中心の濃度分布は、ピーク濃度Ｎｐ２の深さ位置から、半導体基板１０の上面２１まで裾を引いた形状を有する。下面側ライフタイム低減領域９３ａの深さ方向における幅は、上面側ライフタイム低減領域９２の深さ方向における幅よりも大きくてよい。
下面側ライフタイム低減領域９３ｂは、下面側ライフタイム低減領域９３ａよりも半導体基板１０の深さ方向における下面２３側に配置されている。下面側ライフタイム低減領域９３ｂは、上面視において、上面側ライフタイム低減領域９２と同一の範囲に設けられてよく、異なる範囲に設けられてもよい。本例の下面側ライフタイム低減領域９３ｂは、上面側ライフタイム低減領域９２よりも狭い範囲で、上面視でカソード領域８２を覆うように設けられる。
下面側ライフタイム低減領域９３ｂは、半導体基板１０の下面２３側からヘリウム等を照射することで形成されてよい。この場合、下面側ライフタイム低減領域９３ｂの再結合中心の濃度分布は、ピーク濃度Ｎｐ３の深さ位置から、半導体基板１０の下面２３まで裾を引いた形状を有する。下面側ライフタイム低減領域９３ｂの深さ方向における幅は、下面側ライフタイム低減領域９３ａの深さ方向における幅よりも小さくてよい。
下面側ライフタイム低減領域９３ｂは、半導体基板１０の深さ方向（Ｚ軸方向）において、バッファ領域２０の内部に形成されてよい。下面側ライフタイム低減領域９３ｂのピーク濃度Ｎｐ３のピーク位置は、バッファ領域２０の複数の濃度ピークと重ならないように形成されてよい。
下面側ライフタイム低減領域９３ａと下面側ライフタイム低減領域９３ｂは、どちらかのみ設けられてもよいし、両方設けられてもよい。下面側ライフタイム低減領域９３ａは、半導体基板１０の深さ方向に複数設けられてよい。下面側ライフタイム低減領域９３ｂは、半導体基板１０の深さ方向に複数設けられてよい。本例では、下面側ライフタイム低減領域９３ａが一つ、下面側ライフタイム低減領域９３ｂが一つ設けられている。
下面側ライフタイム低減領域９３ａを設けることにより、半導体基板１０の厚さに応じて、上面２１から深さ方向に広範囲のキャリアライフタイムを低減し、逆回復電流または逆回復電荷を低減できる。また、下面側ライフタイム低減領域９３ｂを設けることにより、逆回復の終盤におけるテイル電流を低減し、逆回復損失の抑制ができる。
図１６は、本発明の実施形態に係る半導体装置３００の上面の構造を示す図である。半導体装置３００は、図１から図１５において説明した半導体装置１００に対して、保護膜４００を更に備える。保護膜４００は、ポリイミド等の絶縁材料で形成される。保護膜４００は、ゲート絶縁膜４２および層間絶縁膜２６とは異なる材料で形成されてよい。保護膜４００の少なくとも一部は、エミッタ電極５２の上方に設けられている。保護膜４００は、半導体基板１０とは接していてよく、接していなくてもよい。本例では保護膜４００は、半導体基板１０とは接する。
保護膜４００は、半導体基板１０の上面と平行な面においてゲートランナー部５１の少なくとも一部を覆うように配置されている。保護膜４００は、ゲートランナー部５１の全体を覆うように配置されてよい。本例の保護膜４００は、半導体基板１０の外周端１４０から、活性部１２０の一部と重なる位置まで連続して形成されている。保護膜４００は、エッジ終端構造部１５０の全体、ゲートランナー部５１の全体、および、活性部１２０の一部を覆うように配置されてよい。
また、保護膜４００は、ゲートパッド１１６の少なくとも一部を覆うように配置されている。保護膜４００は、ゲートパッド１１６の一部を囲むように設けられたゲートランナー部５１も覆うように配置されている。ゲートパッド１１６を覆う保護膜４００には、ゲートパッド１１６の一部を露出する開口４０１が設けられている。
カソード領域８２は、半導体基板１０の上面と平行な面において保護膜４００とは重ならない位置に設けられている。本例の保護膜４００は活性部１２０の一部を囲むように設けられており、カソード領域８２は保護膜４００により囲まれた活性部１２０の領域に配置されている。
このような構成により、カソード領域８２全体を覆う上面側ライフタイム低減領域９２を、保護膜４００とは重ならせないで配置することが容易になる。本例の上面側ライフタイム低減領域９２は、半導体基板１０の上面と平行な面においてカソード領域８２全体と重なり、且つ、保護膜４００とは重ならないように配置されている。
保護膜４００に覆われた活性部１２０には、トランジスタ等の素子が設けられている。保護膜４００の上面側からヘリウムイオン等を照射して上面側ライフタイム低減領域９２を形成すると、保護膜４００に覆われた領域と覆われていない領域とで、ヘリウムイオン等が注入される深さ位置が異なってしまう。例えば、保護膜４００で覆われた領域に対しては、ヘリウムイオン等が、保護膜４００が設けられていない領域よりも浅く注入されてしまい、ダイオードやトランジスタ等の素子特性に影響を与えてしまう。
これに対して半導体装置３００によれば、上面側ライフタイム低減領域９２を均一な深さに注入できる。このため、半導体装置１００の特性を高精度に制御できる。また、上面側ライフタイム低減領域９２を形成するヘリウムイオン等を半導体基板１０の上面側から照射できるので、金属等のハードマスクを用いずに、フォトレジスト等のマスクを用いて局所的な上面側ライフタイム低減領域９２を形成できる。このため、上面側ライフタイム低減領域９２の位置ばらつきを低減できる。上面側ライフタイム低減領域９２の位置ばらつきを低減できるので、設計時の位置マージンを小さくできる。また、カソード領域８２の全体を覆うように上面側ライフタイム低減領域９２を配置するので、ダイオード部８０の逆回復時におけるピーク電流を抑制できる。
Ｘ軸方向における保護膜４００とカソード領域８２との距離ＬＸ２、および、Ｙ軸方向における保護膜４００とカソード領域８２との距離ＬＹ２は、ともに５０μｍ以上、４００μｍ以下であってよい。これにより、上面側ライフタイム低減領域９２と保護膜４００との距離を確保しつつ、カソード領域８２の面積をある程度維持できる。距離ＬＸ２および距離ＬＹ２の少なくとも一方は、１００μｍ以上、３００μｍ以下であってよい。距離ＬＸ２および距離ＬＹの少なくとも一方は、半導体基板１０のＺ軸方向の厚みｔｓ以上、２ｔｓ以下であってよい。距離ＬＸ２および距離ＬＹ２は、互いに同一の距離であってよく、異なる距離であってもよい。
Ｘ軸方向における保護膜４００と上面側ライフタイム低減領域９２との距離ＬＸ１、および、Ｙ軸方向における保護膜４００と上面側ライフタイム低減領域９２との距離ＬＹ１は、ともに１０μｍ以上、５０μｍ以下であってよい。これにより、保護膜４００のエッジからレジスト端部までの距離を確保でき、保護膜４００のエッジ近傍にレジストを形成しても、レジストの端部位置を精度よく制御できる。距離ＬＸ１および距離ＬＹ１の少なくとも一方は、２０μｍ以上、４０μｍ以下であってよい。距離ＬＸ１および距離ＬＹ１は、互いに同一の距離であってよく、異なる距離であってもよい。距離ＬＸ１は、距離ＬＸ２より小さくてよく、距離ＬＹ１は、距離ＬＹ２より小さくてよい。
トランジスタ部７０におけるゲートトレンチ部４０のＹ軸方向における端部は、保護膜４００と重なる位置に設けられている。本例のゲートトレンチ部４０は、保護膜４００と重なる位置において、ゲートランナー部５１と接続される。
ダイオード部８０におけるダミートレンチ部３０のＹ軸方向における端部は、保護膜４００と重なる位置に設けられてよく、重ならない位置に設けられてもよい。ダミートレンチ部３０のＹ軸方向における端部は、上面側ライフタイム低減領域９２と重なる位置に設けられてもよい。
また、Ｘ軸方向において一つの上面側ライフタイム低減領域９２と一つのトランジスタ部７０が重なる範囲は、５０μｍ以上、２００μｍ以下であってよい。トランジスタ部７０の全体に対して、上面側ライフタイム低減領域９２に覆われている領域が占める割合は、５０％以下であってよく、２０％以下であってよく、１０％以下であってもよい。トランジスタ部７０における上面側ライフタイム低減領域９２の配置は、図１から図１５において説明したいずれかの態様であってよい。
図１７Ａは、図１６におけるｃ−ｃ'断面の一例を示す図である。図１６に示したように、Ｘ軸方向において保護膜４００はトランジスタ部７０の一部を覆っている。保護膜４００は、Ｘ軸方向において境界部９０およびダイオード部８０は覆っていなくてよい。
上面側ライフタイム低減領域９２は、Ｘ軸方向においてダイオード部８０の全体を覆って設けられている。上面側ライフタイム低減領域９２のＸ軸方向の端部位置Ｘｂは、保護膜４００のＸ軸方向の端部位置Ｘｐと、ダイオード部８０のＸ軸方向の端部位置Ｘｃとの間に配置されている。
端部位置Ｘｂは、境界部９０およびトランジスタ部７０の境界位置Ｘｔと、端部位置Ｘｃとの間に配置されてよい。つまり、上面側ライフタイム低減領域９２は、Ｘ軸方向において、境界部９０と重なる位置で終端してよい。
端部位置Ｘｂは、境界位置Ｘｔと、端部位置Ｘｐとの間に配置されてもよい。つまり、上面側ライフタイム低減領域９２は、図１６のようにトランジスタ部７０の一部と重なるように配置されてよい。
図１７Ｂは、比較例の製造工程の途中段階における半導体装置５００の断面をしめす。保護膜４００に覆われた活性部１２０には、トランジスタ部７０、境界部９０、ダイオード部８０等が設けられている。保護膜４００は、トランジスタ部７０から境界部９０およびダイオード部８０まで張り出し、保護膜４００の端Ｘｐ'はダイオード部８０内に位置している。
保護膜４００の上面側からヘリウムイオン等を照射して上面側ライフタイム低減領域９２を形成すると、保護膜４００に覆われた領域と覆われていない領域とで、ヘリウムイオン等が注入される深さ位置が異なってしまう。例えば、保護膜４００の端の位置Ｘｐ'が上面視でダイオード部８０の内部にあり、マスク２００の端の位置Ｘｒが位置Ｘｐ'よりも半導体基板１０の外周側（−Ｘ軸方向）にあると、位置Ｘｒと位置Ｘｐ'との間の領域では、マスク２００をはみ出して、保護膜４００が露出する領域となる。
この状態で半導体基板１０の上面２１側からヘリウムイオン等を照射すると、位置Ｘｒよりも−Ｘ軸方向では半導体基板１０の上面２１がマスク２００で覆われているため、ヘリウムイオンがマスク２００で遮蔽され、保護膜４００および半導体基板１０にはヘリウムイオンは到達しない。
一方、位置Ｘｒと位置Ｘｐ'との間の領域では、保護膜４００のみがヘリウムイオン等を遮蔽する。保護膜４００の厚さはヘリウムイオンを十分に遮蔽できる厚さではないため、ヘリウムイオンは保護膜４００を突き抜けて半導体基板１０の上面２１に達する。しかし、ヘリウムイオンは保護膜４００により、ある程度は遮蔽される。このため、位置Ｘｐ'よりも内部（＋Ｘ軸方向）に比べて、上面２１側の浅い深さに、浅い上面側ライフタイム低減領域９５が形成されてしまう。すなわち、同一のライフタイムキラー（本例ではヘリウムイオン）の導入工程において、保護膜４００が設けられた領域のヘリウムイオン等が、保護膜４００が設けられていない領域よりも浅く注入されてしまい、ダイオードやトランジスタ等の素子特性に影響を与えてしまう。
図１７Ｃは、本例の製造工程の途中段階における半導体装置３００の断面をしめす。本例の製造工程では、マスク２００の端Ｘｒが、保護膜４００の端の位置Ｘｐよりも半導体基板１０の内部（＋Ｘ軸方向）に位置するように、マスク２００を形成する。特に、保護膜４００の端の位置Ｘｐは上面視でトランジスタ部７０内または境界部９０内に位置させて、マスク２００の端Ｘｒを、上面視でダイオード部８０の内部に位置させる。これにより、上面側ライフタイム低減領域９２を均一な深さに注入できる。このため、半導体装置３００の特性を高精度に制御できる。
また、本例では、マスク２００は、保護膜４００に接するとともに上面視で覆い、かつエミッタ電極５２にも接するように形成する。これにより、上面側ライフタイム低減領域９２を形成するヘリウムイオン等を半導体基板１０の上面側から照射できるので、金属等のハードマスクを用いずに、フォトレジスト等のマスクを用いて局所的な上面側ライフタイム低減領域９２を形成できる。このため、上面側ライフタイム低減領域９２の位置ばらつきを低減できる。上面側ライフタイム低減領域９２の位置ばらつきを低減できるので、設計時の位置マージンを小さくできる。また、カソード領域８２の全体を覆うように上面側ライフタイム低減領域９２を配置するので、ダイオード部８０の逆回復時におけるピーク電流を抑制できる。
図１８は、半導体装置３００の上面の他の構造を示す図である。なお、図１８においてはゲートパッド１１６を省略して示している。本例の半導体装置３００においては、ゲートランナー部５１の一部（５１−ａ）が、活性部１２０内に設けられている。本例では、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の少なくとも一方を含む活性部１２０の領域を素子領域と称する。ゲートランナー部５１−ａは、素子領域どうしの間（つまり、トランジスタ部７０どうしの間、ダイオード部８０どうしの間、および、トランジスタ部７０とダイオード部８０との間、の少なくともいずれか）に配置されている。なお本例では、境界部９０も素子領域に含まれている。
保護膜４００は、ゲートランナー部５１−ａの上方にも設けられている。保護膜４００は、ゲートランナー部５１−ａの全体を覆って設けられている。また、ゲートランナー部５１−ａに沿って、ウェル領域１７が形成されていてもよい。この場合、保護膜４００は、ウェル領域１７の全体を覆って設けられてよい。保護膜４００を設けることで、ゲートランナー部５１−ａの下方に設けられた絶縁膜を保護できる。また、上面側ライフタイム低減領域９２は、半導体基板１０の上面と平行な面においてゲートランナー部５１−ａの上方の保護膜４００とも重ならないように配置されている。ゲートランナー部５１−ａの上方の保護膜４００と、上面側ライフタイム低減領域９２とのＹ軸方向の距離は、図１６において説明した距離ＬＹ１と同一であってよく、異なっていてもよい。
図１９は、図１から図１７Ｃにおいて説明した半導体装置１００または半導体装置３００を製造する製造方法の一部の工程を示す図である。図１９に示す工程の前に、Ｎ−型の半導体基板１０の上面側には、各トレンチ部、各絶縁膜、および、各ドーピング領域が形成されている。当該ドーピング領域には、エミッタ領域１２、ベース領域１４、コンタクト領域１５、ウェル領域１７、蓄積領域１６等が含まれる。本例においてドリフト領域１８は、半導体基板１０において各ドーピング領域が形成されずに残存した領域である。ドーピング領域を形成する工程においては、不純物を注入する注入工程と、不純物を活性化する熱処理工程が含まれてよい。
次に、半導体基板１０の上面側にエミッタ電極５２およびゲート金属層５０等の上面側の金属電極を形成する（Ｓ１９００）。上面側電極を形成した後に、所定のパターンの保護膜４００を形成する。次に、半導体基板１０の下面側を研磨等することで、半導体基板１０の厚みを、所望の耐圧に応じた厚みに調整する（Ｓ１９０２）。
次に、半導体基板１０の下面側のコレクタ領域２２、カソード領域８２等のドーピング領域を形成する（Ｓ１９０４）。Ｓ１９０６では、バッファ領域２０を形成してもよい。
次に、半導体基板１０の上面側からヘリウムイオン等を照射することで、上面側ライフタイム低減領域９２を形成する（Ｓ１９０８）。Ｓ１９０８においては、半導体基板１０の上面側に、レジストによる所定のマスクパターンを形成してよい。Ｓ１９０８においては、レジスト等のマスクパターンは、保護膜４００の全体を覆うように形成されている。ヘリウムイオン等を照射した後に、所定の条件で熱処理を行う（Ｓ１９１０）。
次に、半導体基板１０の下面側に、コレクタ電極２４等の下面側電極を形成する（Ｓ１９１２）。次に、少なくとも上面側電極の上面にめっき処理を行う。めっき処理工程では、下面側電極の下面にもめっき処理を行ってよい。めっき処理を行うことで、銅製のリードフレームやボンディングワイヤ等と各電極との接続抵抗を低減させることができる。
なお、上面側ライフタイム低減領域９２を形成する工程（Ｓ１９０８）において、ヘリウムイオン等を上面側から照射することで、アルミニウム等の上面側電極の上面には適度に凹凸が形成される。当該工程の後にめっき処理工程（Ｓ１９１４）を行うことで、下地の上面側電極の上面と、めっき層との接触面積を向上させることができる。これにより、上面側電極とめっき層との間の接着性が向上し、また、接続抵抗が低減する。また、熱処理工程（Ｓ１９１０）の後にめっき処理工程（Ｓ１９１４）を行うので、めっき層が熱処理工程Ｓ１９１０によって酸化されることを防ぐことができる。
図２０は、半導体装置の製造方法の他の例を示す図である。本例のＳ１９００からＳ１９０６までの工程は、図１９の例と同一である。本例では、Ｓ１９０６の工程の後に、下面側の電極を形成する（Ｓ１９１２）。
次にめっき処理工程（Ｓ１９１４）を行い、その後に上面側ライフタイム低減領域を形成する（Ｓ１９０８）。そして、熱処理工程（Ｓ１９１０）を行う。このような工程によっても、半導体装置を製造できる。
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。
請求の範囲、明細書、および図面中において示した方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、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。
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・・・上面、２２・・・コレクタ領域、２３・・・下面、２４・・・コレクタ電極、２６・・・層間絶縁膜、３０・・・ダミートレンチ部、３２・・・ダミー絶縁膜、３４・・・ダミー導電部、４０・・・ゲートトレンチ部、４２・・・ゲート絶縁膜、４４・・・ゲート導電部、５０・・・ゲート金属層、５１・・・ゲートランナー部、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、５７・・・接続部、５９・・・絶縁膜、６０・・・端部、６２・・・コンタクト領域、７０・・・トランジスタ部、８０・・・ダイオード部、８２・・・カソード領域、９０・・・境界部、９２・・・上面側ライフタイム低減領域、９３・・・下面側ライフタイム低減領域、９４・・・メサ部、９５・・・上面側ライフタイム低減領域、１００・・・半導体装置、１１６・・・ゲートパッド、１２０・・・活性部、１３０・・・領域、１４０・・・外周端、１５０・・・エッジ終端構造部、２００・・・マスク、３００・・・半導体装置、４００・・・保護膜、４０１・・・開口、５００・・・半導体装置

Claims (12)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の上面側に第１導電型のエミッタ領域を有し、前記半導体基板の下面側に第２導電型のコレクタ領域を有するトランジスタ部と、
    前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の下面側に第１導電型のカソード領域を有するダイオード部と、
    前記半導体基板において前記トランジスタ部および前記ダイオード部の間に設けられ、前記半導体基板の上面側に前記エミッタ領域を有さず、前記半導体基板の裏面側に前記コレクタ領域を有する境界部と
    を備え、
    前記トランジスタ部は、前記半導体基板の上面から前記エミッタ領域よりも深い位置まで設けられ、ゲート電位が印加される１つ以上のゲートトレンチ部を有し、
    前記ダイオード部および前記境界部のそれぞれは、前記半導体基板の上面から前記半導体基板の内部まで設けられ、前記ゲート電位とは異なる電位が印加される１つ以上のダミートレンチ部を有し、
    前記ダイオード部は、前記ダミートレンチ部に挟まれた領域において前記半導体基板の上面に露出して設けられた第２導電型のベース領域を有し、
    前記ダミートレンチ部の長手方向の前記ベース領域よりも外側において前記半導体基板の上面に設けられ、不純物が添加された半導体材料で形成されているゲートランナー部を更に備え、
    前記ダイオード部と、前記境界部の一部の領域とには、前記半導体基板の上面側に上面側ライフタイム低減領域が設けられており、前記半導体基板の上面と平行な面において前記トランジスタ部の前記ゲートトレンチ部と重なる領域には、前記上面側ライフタイム低減領域が設けられておらず、
    前記上面側ライフタイム低減領域が設けられた領域は、前記半導体基板の上面と平行な面において、前記ゲートランナー部とは重ならず、
    前記上面側ライフタイム低減領域は、前記半導体基板の上面と平行な面において、前記ゲートランナー部と前記半導体基板の外周端との間の領域にも設けられている半導体装置。
  2. 前記上面側ライフタイム低減領域は、前記半導体基板の上面と平行な面において、前記ダイオード部の前記ベース領域よりも広い領域を覆って設けられる
    請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記ダミートレンチ部の長手方向の前記ベース領域よりも外側において、前記半導体基板の内部に設けられた第２導電型のウェル領域を更に備え、
    前記上面側ライフタイム低減領域が設けられた領域は、前記半導体基板の上面と平行な面において、前記ウェル領域と重なる部分を有する
    請求項２に記載の半導体装置。
  4. 半導体基板と、
    前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の上面側に第１導電型のエミッタ領域を有し、前記半導体基板の下面側に第２導電型のコレクタ領域を有するトランジスタ部と、
    前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の下面側に第１導電型のカソード領域を有するダイオード部と、
    前記半導体基板において前記トランジスタ部および前記ダイオード部の間に設けられ、前記半導体基板の上面側に前記エミッタ領域を有さず、前記半導体基板の裏面側に前記コレクタ領域を有する境界部と、
    前記半導体基板の上面の上方に設けられたエミッタ電極と、
    少なくとも一部が前記エミッタ電極の上方に設けられている保護膜と
    を備え、
    前記トランジスタ部は、前記半導体基板の上面から前記エミッタ領域よりも深い位置まで設けられ、ゲート電位が印加される１つ以上のゲートトレンチ部を有し、
    前記ダイオード部と、前記境界部の一部の領域とには、前記半導体基板の上面側に上面側ライフタイム低減領域が設けられており、前記半導体基板の上面と平行な面において前記トランジスタ部の前記ゲートトレンチ部と重なる領域には、前記上面側ライフタイム低減領域が設けられておらず、
    前記カソード領域は、前記半導体基板の上面と平行な面において前記保護膜とは重ならない半導体装置。
  5. 半導体基板と、
    前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の上面側に第１導電型のエミッタ領域を有し、前記半導体基板の下面側に第２導電型のコレクタ領域を有するトランジスタ部と、
    前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の下面側に第１導電型のカソード領域を有するダイオード部と、
    前記半導体基板において前記トランジスタ部および前記ダイオード部の間に設けられ、前記半導体基板の上面側に前記エミッタ領域を有さず、前記半導体基板の裏面側に前記コレクタ領域を有する境界部と、
    前記半導体基板の上面の上方に設けられたエミッタ電極と、
    少なくとも一部が前記エミッタ電極の上方に設けられている保護膜と
    を備え、
    前記トランジスタ部は、前記半導体基板の上面から前記エミッタ領域よりも深い位置まで設けられ、ゲート電位が印加される１つ以上のゲートトレンチ部を有し、
    前記ダイオード部と、前記境界部の一部の領域とには、前記半導体基板の上面側に上面側ライフタイム低減領域が設けられており、前記半導体基板の上面と平行な面において前記トランジスタ部の前記ゲートトレンチ部と重なる領域には、前記上面側ライフタイム低減領域が設けられておらず、
    前記上面側ライフタイム低減領域は、前記半導体基板の上面と平行な面において前記保護膜と重ならない半導体装置。
  6. 半導体基板と、
    前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の上面側に第１導電型のエミッタ領域を有し、前記半導体基板の下面側に第２導電型のコレクタ領域を有するトランジスタ部と、
    前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の下面側に第１導電型のカソード領域を有するダイオード部と、
    前記半導体基板において前記トランジスタ部および前記ダイオード部の間に設けられ、前記半導体基板の上面側に前記エミッタ領域を有さず、前記半導体基板の裏面側に前記コレクタ領域を有する境界部と
    を備え、
    前記トランジスタ部は、前記半導体基板の上面から前記エミッタ領域よりも深い位置まで設けられ、ゲート電位が印加される１つ以上のゲートトレンチ部を有し、
    前記トランジスタ部は、前記半導体基板の上面から前記半導体基板の内部まで設けられ、前記ゲート電位とは異なる電位が印加される１つ以上のダミートレンチ部を有し、
    前記ダイオード部と、前記境界部の一部の領域とには、前記半導体基板の上面側に上面側ライフタイム低減領域が設けられており、前記半導体基板の上面と平行な面において前記トランジスタ部の前記ゲートトレンチ部と重なる領域には、前記上面側ライフタイム低減領域が設けられておらず、
    前記上面側ライフタイム低減領域は、前記トランジスタ部の少なくとも１つの前記ダミートレンチ部と重なって配置され、且つ、当該ダミートレンチ部を挟む２つの前記ゲートトレンチ部とは重なっていない半導体装置。
  7. 半導体基板と、
    前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の上面側に第１導電型のエミッタ領域を有し、前記半導体基板の下面側に第２導電型のコレクタ領域を有するトランジスタ部と、
    前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の下面側に第１導電型のカソード領域を有するダイオード部と、
    前記半導体基板において前記トランジスタ部および前記ダイオード部の間に設けられ、前記半導体基板の上面側に前記エミッタ領域を有さず、前記半導体基板の裏面側に前記コレクタ領域を有する境界部と
    を備え、
    前記トランジスタ部は、前記半導体基板の上面から前記エミッタ領域よりも深い位置まで設けられ、ゲート電位が印加される１つ以上のゲートトレンチ部を有し、
    前記トランジスタ部は、２つのトレンチ部に挟まれたメサ部を複数有し、
    前記ダイオード部と、前記境界部の一部の領域とには、前記半導体基板の上面側に上面側ライフタイム低減領域が設けられており、前記半導体基板の上面と平行な面において前記トランジスタ部の前記ゲートトレンチ部と重なる領域には、前記上面側ライフタイム低減領域が設けられておらず、
    前記上面側ライフタイム低減領域は、前記トランジスタ部の少なくとも１つの前記メサ部と重なって配置され、且つ、当該メサ部を挟む２つの前記トレンチ部とは重なっていない半導体装置。
  8. 前記上面側ライフタイム低減領域は、前記半導体基板の上面と平行な面において前記トランジスタ部と重なる領域には設けられていない
    請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
  9. 前記トランジスタ部および前記ダイオード部は、前記半導体基板の上面において予め定められた配列方向に沿って交互に配置されており、
    前記上面側ライフタイム低減領域の前記配列方向における端部は、前記トランジスタ部において最も前記ダイオード部側に配置された前記ゲートトレンチ部よりも前記ダイオード部側に配置され、且つ、前記カソード領域よりも前記トランジスタ部側に配置されている
    請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置。
  10. 前記ダイオード部および前記境界部のそれぞれは、前記半導体基板の上面から前記半導体基板の内部まで設けられ、前記ゲート電位とは異なる電位が印加される１つ以上のダミートレンチ部を有する
    請求項２から７のいずれか一項に記載の半導体装置。
  11. 前記半導体基板は、２つのトレンチ部に挟まれたメサ部を複数有し、
    前記境界部は、少なくとも１つの前記メサ部において前記上面側ライフタイム低減領域を有し、少なくとも１つの前記メサ部において前記上面側ライフタイム低減領域を有さない
    請求項１０に記載の半導体装置。
  12. 前記上面側ライフタイム低減領域は、前記半導体基板の上面と平行な面において、前記ダイオード部の前記カソード領域よりも広い領域を覆って設けられる
    請求項１０または１１に記載の半導体装置。
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