(57)【要約】【課題】  ゲート絶縁膜に生じた結晶欠陥を好適に回復することができる技術を提供する。【解決手段】  半導体装置は、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域を有する半導体基板と、ＩＧＢＴ領域内とダイオード領域内の半導体基板の上面に設けられた複数のトレンチと、ＩＧＢＴ領域内のトレンチの内面を覆うゲート絶縁膜と、ＩＧＢＴ領域内のトレンチ内に配置されており、ゲート絶縁膜によって半導体基板から絶縁されているゲート電極と、ＩＧＢＴ領域内のトレンチ内に配置されており、ゲート絶縁膜によって半導体基板から絶縁されている水素吸蔵金属を有している。ＩＧＢＴ領域が、ｎ型のエミッタ領域と、ｐ型のボディ領域と、ｎ型のドリフト領域と、ｐ型のコレクタ領域を有している。ドリフト領域内に、半導体基板の平面方向に沿って分布しており、その周囲のドリフト領域よりも結晶欠陥密度が高いライフタイム制御領域が設けられている。【選択図】図１
2020119968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置であって、
ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）領域とダイオード領域を有する半導体基板と、
前記ＩＧＢＴ領域内と前記ダイオード領域内の前記半導体基板の上面に設けられた複数のトレンチと、
前記ＩＧＢＴ領域内の前記トレンチの内面を覆うゲート絶縁膜と、
前記ＩＧＢＴ領域内の前記トレンチ内に配置されており、前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されているゲート電極と、
前記ＩＧＢＴ領域内の前記トレンチ内に配置されており、前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されている水素吸蔵金属、
を有しており、
前記ダイオード領域が、
前記半導体基板の前記上面に露出しているｐ型のアノード領域と、
前記アノード領域に対して下側から接しているｎ型のカソード領域、
を有しており、
前記ＩＧＢＴ領域が、
前記半導体基板の前記上面に露出しており、前記トレンチの側面に接しているｎ型のエミッタ領域と、
前記エミッタ領域の下側で前記トレンチの前記側面に接しているｐ型のボディ領域と、
前記ボディ領域の下側で前記トレンチの前記側面に接しており、前記ボディ領域によって前記エミッタ領域から分離されているｎ型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域に対して下側から接しているｐ型のコレクタ領域、
を有しており、
前記ドリフト領域内に、前記半導体基板の平面方向に沿って分布しており、その周囲の前記ドリフト領域よりも結晶欠陥密度が高いライフタイム制御領域が設けられている、
半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示の半導体装置は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）領域とダイオード領域を有する半導体基板を備えている。この半導体装置は、ＩＧＢＴ領域内とダイオード領域内の半導体基板の上面に設けられた複数のトレンチと、ＩＧＢＴ領域内のトレンチの内面を覆うゲート絶縁膜と、ＩＧＢＴ領域内のトレンチ内に配置されたゲート電極を有している。ＩＧＢＴ領域が、ｎ型のエミッタ領域と、ｐ型のボディ領域と、ｎ型のドリフト領域と、ｐ型のコレクタ領域を有している。この半導体装置では、ダイオード領域の逆回復特性を改善するために、ドリフト領域内にライフタイム制御領域が設けられている。ライフタイム制御領域は、結晶欠陥密度が高い領域であり、キャリアの再結合中心として機能する。また、半導体基板の上面には上部電極が設けられており、上部電極の上面にシリコン窒化膜層が設けられている。シリコン窒化膜層は、トレンチの上方に位置している。
【０００３】
ライフタイム制御領域は、半導体基板に荷電粒子を注入することで形成される。半導体基板に荷電粒子を注入するときに、ゲート絶縁膜に結晶欠陥が生じる。特許文献１の半導体装置には、ゲート絶縁膜に結晶欠陥が形成された後に、シリコン窒化膜層から結晶欠陥に水素原子が供給されることによって、結晶欠陥を回復させることができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１４４２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の半導体装置では、シリコン窒化膜層がゲート絶縁膜の上方に設けられている。このため、ゲート絶縁膜の上部と下部とで、シリコン窒化膜層からの水素原子の供給量が相違し、結晶欠陥の回復量にばらつきが生じる。その結果、各トレンチ内に配置されたゲート電極のゲート閾値がばらつく。本明細書では、ゲート絶縁膜に生じた結晶欠陥を好適に回復することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する半導体装置は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）領域とダイオード領域を有する半導体基板と、前記ＩＧＢＴ領域内と前記ダイオード領域内の前記半導体基板の上面に設けられた複数のトレンチと、前記ＩＧＢＴ領域内の前記トレンチの内面を覆うゲート絶縁膜と、前記ＩＧＢＴ領域内の前記トレンチ内に配置されており前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されているゲート電極と、前記ＩＧＢＴ領域内の前記トレンチ内に配置されており前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されている水素吸蔵金属を有している。前記ダイオード領域が、前記半導体基板の前記上面に露出しているｐ型のアノード領域と、前記アノード領域に対して下側から接しているｎ型のカソード領域を有している。前記ＩＧＢＴ領域が、エミッタ領域と、ボディ領域と、ドリフト領域と、コレクタ領域を有している。前記エミッタ領域は、前記半導体基板の前記上面に露出しており、前記トレンチの側面に接しているｎ型領域である。前記ボディ領域は、前記エミッタ領域の下側で前記トレンチの前記側面に接しているｐ型領域である。前記ドリフト領域は、前記ボディ領域の下側で前記トレンチの前記側面に接しており、前記ボディ領域によって前記エミッタ領域から分離されているｎ型領域である。前記コレクタ領域は、前記ドリフト領域に対して下側から接しているｐ型領域である。前記ドリフト領域内に、前記半導体基板の平面方向に沿って分布しており、その周囲の前記ドリフト領域よりも結晶欠陥密度が高いライフタイム制御領域が設けられている。
【０００７】
本明細書でいう「水素吸蔵金属」とは、水素原子を吸蔵し、吸蔵した水素原子を放出する性質を有する金属を意味する。水素吸蔵金属は、チタン、ジルコニウム、パラジウム、マグネシウム等の単体の金属であってもよいし、水素吸蔵合金等の合金であってもよい。
【０００８】
上記の半導体装置では、水素吸蔵金属がＩＧＢＴ領域内のトレンチ内に配置されている。すなわち、水素吸蔵金属がゲート絶縁膜の近くに位置しているとともに、水素吸蔵金属からゲート絶縁膜の各位置までの距離の差が比較的小さい。このため、水素吸蔵金属からゲート絶縁膜全体に好適に水素原子が供給される。したがって、ゲート絶縁膜の結晶欠陥の回復量が安定する。その結果、この半導体装置では、各トレンチ内に配置されたゲート電極のゲート閾値のばらつきが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る半導体装置１０の断面図。
【図２】半導体装置１０の製造工程を示す図。
【図３】半導体装置１０の製造工程を示す図。
【図４】半導体装置１０の製造工程を示す図。
【図５】半導体装置１０の製造工程を示す図。
【図６】半導体装置１０の製造工程を示す図。
【図７】実施例２に係る半導体装置１００のＩＧＢＴ領域１６内のトレンチ４０近傍の拡大断面図。
【図８】実施例３に係る半導体装置２００のＩＧＢＴ領域１６内のトレンチ４０近傍の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施例１）
図面を参照して、実施例１の半導体装置１０について説明する。半導体装置１０は、半導体基板１２と、半導体基板１２の上面１２ａ及び下面１２ｂに設けられた電極、絶縁膜等によって構成されている。半導体基板１２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が形成されているＩＧＢＴ領域１６と、ダイオードが形成されているダイオード領域１８を有している。すなわち、半導体装置１０は、いわゆるＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting-IGBT）である。
【００１１】
半導体基板１２は、例えば、Ｓｉ（シリコン）やＳｉＣ（炭化シリコン）といった半導体材料により構成されている。半導体基板１２の上面１２ａには、複数のトレンチ４０が設けられている。各トレンチ４０は、図１の紙面に対して垂直方向に沿って互いに平行に伸びている。ＩＧＢＴ領域１６とダイオード領域１８のそれぞれに、複数のトレンチ４０が設けられている。
【００１２】
ＩＧＢＴ領域１６内の各トレンチ４０の内面は、ゲート絶縁膜４２に覆われている。ＩＧＢＴ領域１６内の各トレンチ４０の内部には、ゲート電極４４が配置されている。ゲート電極４４は、ゲート絶縁膜４２の表面を覆っている。ゲート電極４４は、ゲート絶縁膜４２によって半導体基板１２から絶縁されている。ゲート電極４４は、例えば、ポリシリコンによって構成されている。ＩＧＢＴ領域１６内の各トレンチ４０の内部には、水素吸蔵金属４６が配置されている。水素吸蔵金属４６は、ゲート電極４４の表面を覆っている。水素吸蔵金属４６は、ゲート電極４４によってゲート絶縁膜４２から分離されている。水素吸蔵金属４６は、ゲート絶縁膜４２によって半導体基板１２から絶縁されている。水素吸蔵金属４６は、水素原子を吸蔵し、吸蔵した水素原子を放出する性質を有する金属であればよく、例えば、チタン、ジルコニウム、パラジウム、又はマグネシウムにより構成することができる。水素吸蔵金属４６は、また例えば、水素吸蔵合金により構成されてもよい。
【００１３】
ゲート電極４４の上面、水素吸蔵金属４６の上面及びＩＧＢＴ領域１６内の半導体基板１２の上面１２ａは、層間絶縁膜４８によって覆われている。層間絶縁膜４８には、複数のコンタクトホール４８ａが設けられている。各コンタクトホール４８ａは、隣接する２つのトレンチ４０の間の範囲にそれぞれ設けられている。すなわち、コンタクトホール４８ａは、ゲート電極４４及び水素吸蔵金属４６が設けられていない範囲に配置されている。各コンタクトホール４８ａは、層間絶縁膜４８の上面から下面まで貫通している。コンタクトホール４８ａの底部には、半導体基板１２の上面１２ａが露出している。
【００１４】
ダイオード領域１８内の各トレンチ４０の内面は、絶縁膜５２に覆われている。ダイオード領域１８内の各トレンチ４０の内部には、制御電極５４が配置されている。制御電極５４は、絶縁膜５２によって半導体基板１２から絶縁されている。制御電極５４の電位は、ゲート電極４４の電位から独立して制御される。
【００１５】
制御電極５４の上面及びダイオード領域１８内の半導体基板１２の上面１２ａは、層間絶縁膜５６によって覆われている。層間絶縁膜５６には、複数のコンタクトホール５６ａが設けられている。各コンタクトホール５６ａは、隣接する２つのトレンチ４０の間の範囲にそれぞれ設けられている。すなわち、コンタクトホール５６ａは、制御電極５４が設けられていない範囲に配置されている。各コンタクトホール５６ａは、層間絶縁膜５６の上面から下面まで貫通している。コンタクトホール５６ａの底部には、半導体基板１２の上面１２ａが露出している。
【００１６】
各コンタクトホール４８ａ、５６ａの内面は、バリアメタル６０によって覆われている。バリアメタル６０は、例えば、ＴｉＮ（窒化チタン）によって構成されている。バリアメタル６０は、コンタクトホール４８ａ、５６ａの底部で半導体基板１２の上面１２ａに接している。また、コンタクトホール４８ａ、５６ａの内部には、コンタクトプラグ６２が配置されている。コンタクトプラグ６２は、コンタクトホール４８ａ、５６ａ内に充填された金属であり、例えば、Ｗ（タングステン）によって構成されている。コンタクトプラグ６２は、バリアメタル６０の表面を覆っている。バリアメタル６０は、コンタクトプラグ６２から半導体基板１２に金属原子が拡散することを防止する。ＩＧＢＴ領域１６内のコンタクトプラグ６２は、層間絶縁膜４８によってゲート電極４４及び水素吸蔵金属４６から絶縁されている。ダイオード領域１８内のコンタクトプラグ６２は、層間絶縁膜５６によって制御電極５４から絶縁されている。
【００１７】
層間絶縁膜４８の上面、層間絶縁膜５６の上面及びコンタクトプラグ６２の上面には、上部電極７０が形成されている。上部電極７０は、層間絶縁膜４８によってゲート電極４４及び水素吸蔵金属４６から絶縁されており、層間絶縁膜５６によって制御電極５４から絶縁されている。半導体基板１２の下面１２ｂには、下部電極７２が形成されている。
【００１８】
ＩＧＢＴ領域１６の内部には、エミッタ領域２０、ボディ領域２２、ドリフト領域２４及びコレクタ領域２８が形成されている。
【００１９】
エミッタ領域２０は、ｎ型領域であり、半導体基板１２の上面１２ａに露出している。エミッタ領域２０は、ゲート絶縁膜４２に接している。エミッタ領域２０の一部は、バリアメタル６０に接している。
【００２０】
ボディ領域２２は、ボディコンタクト領域２２ａとメインボディ領域２２ｂを有している。ボディコンタクト領域２２ａは、高濃度のｐ型不純物を含有するｐ型領域である。ボディコンタクト領域２２ａは、半導体基板１２の上面１２ａに露出している。ボディコンタクト領域２２ａは、エミッタ領域２０に隣接している。ボディコンタクト領域２２ａは、バリアメタル６０に接している。メインボディ領域２２ｂは、ボディコンタクト領域２２ａよりも低濃度のｐ型不純物を含有するｐ型領域である。メインボディ領域２２ｂは、エミッタ領域２０とボディコンタクト領域２２ａの下側に設けられている。メインボディ領域２２ｂは、エミッタ領域２０の下側でゲート絶縁膜４２に接している。
【００２１】
ドリフト領域２４は、低濃度ドリフト領域２５とバッファ領域２６を有している。低濃度ドリフト領域２５は、エミッタ領域２０及びバッファ領域２６よりも低濃度のｎ型不純物を含有するｎ型領域である。低濃度ドリフト領域２５は、メインボディ領域２２ｂの下側に設けられている。低濃度ドリフト領域２５は、メインボディ領域２２ｂによってエミッタ領域２０から分離されている。低濃度ドリフト領域２５は、メインボディ領域２２ｂの下側でトレンチ４０の下端部近傍のゲート絶縁膜４２と接している。バッファ領域２６は、低濃度ドリフト領域２５よりも高濃度のｎ型不純物を含有するｎ型領域である。バッファ領域２６は、低濃度ドリフト領域２５の下側に設けられている。
【００２２】
コレクタ領域２８は、高濃度のｐ型不純物を含有するｐ型領域である。コレクタ領域２８は、バッファ領域２６の下側に設けられている。コレクタ領域２８は、半導体基板１２の下面１２ｂに露出している。コレクタ領域２８は、下部電極７２に接している。
【００２３】
ＩＧＢＴ領域１６内には、エミッタ領域、ボディ領域２２、ドリフト領域２４、コレクタ領域２８及びゲート電極４４等によって、上部電極７０と下部電極７２との間に接続されたＩＧＢＴが形成されている。半導体装置１０がＩＧＢＴとして動作する場合には、上部電極７０、コンタクトプラグ６２及びバリアメタル６０がエミッタ電極であり、下部電極７２がコレクタ電極である。
【００２４】
ダイオード領域１８の内部には、アノード領域３０とカソード領域３４が形成されている。
【００２５】
アノード領域３０は、アノードコンタクト領域３０ａとメインアノード領域３０ｂを有している。アノードコンタクト領域３０ａは、高濃度のｐ型不純物を含有するｐ型領域である。アノードコンタクト領域３０ａは、半導体基板１２の上面１２ａに露出している。アノードコンタクト領域３０ａは、バリアメタル６０に接している。メインアノード領域３０ｂは、アノードコンタクト領域３０ａよりも低濃度のｐ型不純物を含有するｐ型領域である。メインアノード領域３０ｂは、アノードコンタクト領域３０ａの周囲に設けられている。メインアノード領域３０ｂは、絶縁膜５２に接している。
【００２６】
カソード領域３４は、低濃度ドリフト領域３５と、バッファ領域３６と、コンタクト領域３７を有している。低濃度ドリフト領域３５は、ｎ型領域であり、ＩＧＢＴ領域１６内の低濃度ドリフト領域２５と繋がっている。低濃度ドリフト領域３５は、メインアノード領域３０ｂの下側に設けられている。低濃度ドリフト領域３５は、メインアノード領域３０ｂの下側でトレンチ４０の下端部近傍の絶縁膜５２と接している。バッファ領域３６は、低濃度ドリフト領域３５よりも高濃度のｎ型不純物を含有するｎ型領域である。バッファ領域３６は、ＩＧＢＴ領域１６内のバッファ領域２６と繋がっている。バッファ領域３６は、低濃度ドリフト領域３５の下側に設けられている。コンタクト領域３７は、バッファ領域３６よりも高濃度のｎ型不純物を含有するｎ型領域である。コンタクト領域３７は、バッファ領域３６の下側に設けられている。コンタクト領域３７は、コレクタ領域２８に隣接している。コンタクト領域３７は、半導体基板１２の下面１２ｂに露出している。コンタクト領域３７は、下部電極７２に接している。
【００２７】
ダイオード領域１８内には、アノード領域３０とカソード領域３４等によって上部電極７０と下部電極７２との間に接続されたダイオードが形成されている。半導体装置１０がダイオードとして動作する場合には、上部電極７０、コンタクトプラグ６２及びバリアメタル６０がアノード電極であり、下部電極７２がカソード電極である。すなわち、ダイオードは、ＩＧＢＴに対して逆並列に接続されている。
【００２８】
低濃度ドリフト領域２５、３５内には、ライフタイム制御領域８０が設けられている。ライフタイム制御領域８０は、その上部及び下部に隣接する半導体領域に比べて結晶欠陥密度が高い半導体領域である。ライフタイム制御領域８０は、半導体基板１２の平面方向（すなわち、半導体基板１２の厚み方向に直交する２方向）に沿って、層状に分布している。ライフタイム制御領域８０は、ＩＧＢＴ領域１６からダイオード領域１８に跨って設けられている。ライフタイム制御領域８０は、ＩＧＢＴ領域１６とダイオード領域１８の横方向の全域に設けられている。ライフタイム制御領域８０は、トレンチ４０の下端よりも下側に設けられている。なお、低濃度ドリフト領域２５、３５内におけるライフタイム制御領域８０の上記厚み方向の位置は特に限定されない。
【００２９】
次に、ＩＧＢＴ領域１６内のＩＧＢＴの動作について説明する。ゲート電極４４にゲート閾値以上の電位（すなわち、ゲート−エミッタ間電圧）を印加すると、ゲート絶縁膜４２に隣接する範囲のメインボディ領域２２ｂにチャネルが形成される。下部電極７２が上部電極７０よりも高電位となる電位が印加されている状態では、チャネルが形成されると、電子が、上部電極７０から、エミッタ領域２０、メインボディ領域２２ｂのチャネル、ドリフト領域２４及びコレクタ領域２８を経由して下部電極７２へ流れる。また、ホールが、下部電極７２から、コレクタ領域２８、ドリフト領域２４、メインボディ領域２２ｂ及びボディコンタクト領域２２ａを経由して上部電極７０へ流れる。すなわち、ＩＧＢＴがオンする。
【００３０】
その後、ゲート電極４４の電位を低下させると、チャネルが消失し、ＩＧＢＴがオフする。すると、ＩＧＢＴがオンしているときにドリフト領域２４内に存在していたホールが、ボディコンタクト領域２２ａを介して上部電極７０へ排出される。このようなホールに起因する電流が流れることにより、ＩＧＢＴがターンオフするときに損失が生じる。しかしながら、この半導体装置１０では、ＩＧＢＴ領域１６内の低濃度ドリフト領域２５に結晶欠陥密度が高いライフタイム制御領域８０が形成されている。結晶欠陥は、キャリア（ホール）の再結合中心として機能する。このため、ＩＧＢＴがターンオフするときに、ドリフト領域２４内のホールの多くが、ライフタイム制御領域８０において再結合によって消滅する。すなわち、ドリフト領域２４内に存在するホールのライフタイムが短縮化される。これにより、ＩＧＢＴのターンオフ時にホールに起因する電流が抑制され、ターンオフ損失が低減される。
【００３１】
次に、ダイオード領域１８内のダイオードの動作について説明する。ダイオードに印加する順方向電圧（すなわち、上部電極７０が下部電極７２に対してプラスとなる電圧）を徐々に上昇させていくと、上部電極７０から、アノードコンタクト領域３０ａ、メインアノード領域３０ｂ、低濃度ドリフト領域３５、バッファ領域３６及びコンタクト領域３７を経由して、下部電極７２へ電流が流れる。その後、ダイオードに印加する電圧を順方向電圧から逆方向電圧に切り換えると、ダイオードがリカバリ動作を開始する。すなわち、カソード領域３４内のホールがメインアノード領域３０ｂ及びアノードコンタクト領域３０ａを介して上部電極７０へ排出され、ダイオードにリカバリ電流が流れ、損失が生じる。しかしながら、この半導体装置１０では、ダイオード領域１８内の低濃度ドリフト領域３５に結晶欠陥密度が高いライフタイム制御領域８０が形成されている。ダイオードがリカバリ動作をするときに、カソード領域３４内のホールの多くが、ライフタイム制御領域８０において再結合によって消滅する。すなわち、カソード領域３４内のホールのライフタイムが短縮化される。これにより、ダイオードのリカバリ動作時におけるホールの流れ（すなわち、逆回復電流）が抑制され、損失が低減される。
【００３２】
また、後に詳述するが、半導体装置１０では、ライフタイム制御領域８０は、半導体基板１２に荷電粒子を注入することで形成される。半導体基板１２に荷電粒子を注入するときには、ライフタイム制御領域８０だけでなく、ゲート絶縁膜４２にも結晶欠陥が形成される。ゲート絶縁膜４２に結晶欠陥が生成されると、ゲート電極４４の間でゲート閾値にばらつきが生じる。しかしながら、本実施例の半導体装置１０では、トレンチ４０内に設けられた水素吸蔵金属４６からゲート絶縁膜４２に水素原子が供給される。ゲート絶縁膜４２に供給された水素原子によって、ゲート絶縁膜４２に生じた結晶欠陥が回復する。このため、ゲート電極４４の間でゲート閾値のばらつきが抑制される。このように、本実施例の半導体装置１０では、ゲート電極４４のゲート閾値のばらつきが抑制されることと、ダイオード領域１８のリカバリ損失を低減することを両立することができる。
【００３３】
次に、半導体装置１０の製造方法について説明する。以下では、本実施例の特徴である工程のみを説明する。したがって、実際の製造方法には、必要に応じて以下の説明に含まれない１又は複数の工程が含まれ得る。まず、加工前の半導体基板１２を準備する。加工前の半導体基板１２は、低濃度ドリフト領域２５、３５と略同じｎ型不純物濃度を有している。次に、図２に示すように、加工前の半導体基板１２に対して、従来公知の方法により、各トレンチ４０を形成する。次に、各トレンチ４０内にゲート絶縁膜４２及び絶縁膜５２を形成する。次に、ダイオード領域１８内のトレンチ４０内に制御電極５４を形成する。次に、ＩＧＢＴ領域１６内のトレンチ４０内にゲート電極４４と水素吸蔵金属４６を形成する。詳細には、ＩＧＢＴ領域１６では、ゲート絶縁膜４２の表面を覆う膜状のゲート電極４４を形成する。次いで、ゲート電極４４の表面を覆うように、水素吸蔵金属４６をトレンチ４０内に充填させる。ここでは、水素原子を吸蔵した状態の水素吸蔵金属４６がトレンチ４０内に充填される。
【００３４】
次に、図３に示すように、従来公知の方法により、エミッタ領域２０、ボディ領域２２及びアノード領域３０を形成する。なお、エミッタ領域２０、ボディ領域２２及びアノード領域３０を形成した後に、各トレンチ４０を形成してもよい。
【００３５】
次に、図４に示すように、半導体基板１２の上面１２ａにコンタクトホール４８ａを有する層間絶縁膜４８、及び、コンタクトホール５６ａを有する層間絶縁膜５６を形成する。そして、各コンタクトホール４８ａ、５６ａの内部にバリアメタル６０及びコンタクトプラグ６２を形成する。
【００３６】
次に、図５に示すように、上面１２ａ側から半導体基板１２に荷電粒子（例えば、ヘリウムイオン）を注入する。荷電粒子は、ＩＧＢＴ領域１６及びダイオード領域１８の略全域に注入する。ここでは、注入した荷電粒子が、低濃度ドリフト領域２５、３５内で停止するように、荷電粒子の加速電圧を調整する。荷電粒子が半導体基板１２中で停止する時に、その停止位置近傍に多数の結晶欠陥が形成される。したがって、図５に示すように、荷電粒子の停止位置近傍に、結晶欠陥密度が高いライフタイム制御領域８０が形成される。また、荷電粒子は、ゲート絶縁膜４２を通過する。荷電粒子がゲート絶縁膜４２を通過するときに、図５に示すように、ゲート絶縁膜４２に結晶欠陥９５が形成される。すなわち、荷電粒子が通過することで、ゲート絶縁膜４２内の結晶欠陥９５が増加する。
【００３７】
次に、半導体基板１２をアニールする。これにより、ライフタイム制御領域８０の結晶欠陥が安定化する。また、半導体基板１２をアニールすると、図６に示すように、水素吸蔵金属４６が加熱されることにより、水素吸蔵金属４６から水素原子が放出される。放出された水素原子がゲート絶縁膜４２に供給されることにより、ゲート絶縁膜４２内の結晶欠陥９５が回復（終端化）する。すなわち、ゲート絶縁膜４２内の結晶欠陥９５が減少する。
【００３８】
その後、従来公知の方法により、上部電極７０、バッファ領域２６、コレクタ領域２８、バッファ領域３６、コンタクト領域３７及び下部電極７２を形成することによって、図１の半導体装置１０が完成する。
【００３９】
上述した製造方法では、水素吸蔵金属４６からゲート絶縁膜４２に水素原子が供給されることにより、ゲート絶縁膜４２に生じた結晶欠陥９５を回復させることができる。本実施例では、水素吸蔵金属４６がトレンチ４０内に配置されている。すなわち、水素原子の供給源である水素吸蔵金属４６がゲート絶縁膜４２の近くに位置しているとともに、水素吸蔵金属４６からゲート絶縁膜４２の各位置までの距離の差が比較的小さい。このため、水素吸蔵金属４６からゲート絶縁膜４２全体に好適に水素原子が供給される。したがって、ゲート絶縁膜４２の各位置における結晶欠陥９５の回復量が安定する。その結果、この半導体装置１０では、各トレンチ４０内に配置されたゲート電極４４のゲート閾値のばらつきが抑制される。なお、水素吸蔵金属４６に吸蔵された水素原子の量を適宜調整することにより、ゲート絶縁膜４２の結晶欠陥の回復量を調整することができる。
【００４０】
（実施例２）
実施例２の半導体装置１００では、ＩＧＢＴ領域１６内のトレンチ４０内の構成が実施例１と異なるが、その他の構成は実施例１と同様である。実施例２では、図７に示すように、実施例１の水素吸蔵金属４６に代えて、複数の球状の水素吸蔵金属１４６がトレンチ４０内に配置されている。各水素吸蔵金属１４６の直径は、特に限定されるものではないが、例えば、数百ｎｍである。
【００４１】
本実施例の半導体装置１００では、複数の球状の水素吸蔵金属１４６がトレンチ４０内に設けられている。したがって、それぞれの水素吸蔵金属１４６の間に空隙が存在する。このため、当該空隙により半導体基板１２に生じる応力を吸収することができ、トレンチ４０内が金属層で充填されている構成に比べて、半導体基板１２に加わる応力を低減することができる。このように、実施例２の半導体装置１００では、半導体基板１２に加わる応力が生じ難いため、半導体基板１２の反り等を抑制することができる。
【００４２】
（実施例３）
実施例３の半導体装置２００では、ＩＧＢＴ領域１６内のトレンチ４０内の構成が実施例１と異なるが、その他の構成は実施例１と同様である。実施例３では、図８に示すように、ゲート電極４４と水素吸蔵金属４６の間にバリアメタル９０が設けられている。バリアメタル９０は、トレンチ４０内のゲート電極４４の表面を覆っている。水素吸蔵金属４６は、バリアメタル９０の表面を覆っている。バリアメタル９０の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴａＮ（窒化タンタル）によって構成されている。
【００４３】
本実施例の半導体装置２００では、バリアメタル９０が、水素吸蔵金属４６からゲート電極４４への金属原子の拡散を防止する。このため、水素吸蔵金属４６によってゲート電極４４が汚染されることを抑制することができる。なお、実施例３の構成を実施例２に用いてもよい。すなわち、ゲート絶縁膜４２と複数の水素吸蔵金属１４６との間にバリアメタルを介在させてもよい。
【００４４】
上述した各実施例では、ゲート電極４４によってゲート絶縁膜４２と水素吸蔵金属４６が分離されていた。しかしながら、ＩＧＢＴ領域１６では、その内面がゲート絶縁膜４２に覆われたトレンチ４０内に、ゲート電極４４と水素吸蔵金属４６との双方が設けられていればよく、これらの配置は特に限定されない。例えば、実施例１の構成において、ゲート電極４４と水素吸蔵金属４６の配置が逆転した構成であってもよい。このような構成であっても、水素吸蔵金属４６からゲート絶縁膜４２全体に略一様に水素原子を供給することができる。
【００４５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４６】
１０：半導体装置、１２：半導体基板、１６：ＩＧＢＴ領域、１８：ダイオード領域、２０：エミッタ領域、２２：ボディ領域、２４：ドリフト領域、２５：低濃度ドリフト領域、２６：バッファ領域、２８：コレクタ領域、３０：アノード領域、３４：カソード領域、３５：低濃度ドリフト領域、３６：バッファ領域、３７：コンタクト領域、４０：トレンチ、４２：ゲート絶縁膜、４４：ゲート電極、４６：水素吸蔵金属、４８：層間絶縁膜、４８ａ：コンタクトホール、５２：絶縁膜、５４：制御電極、５６：層間絶縁膜、５６ａ：コンタクトホール、６０：バリアメタル、６２：コンタクトプラグ、７０：上部電極、７２：下部電極、８０：ライフタイム制御領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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