(57)【要約】  ｐ-型ベース領域（２）の直下に、ｎ型の蓄積領域（２１）が設けられている。蓄積領域（２１）は、不純物として水素ドナーを含み、ｎ-型ドリフト領域（１）よりも高不純物濃度である。蓄積領域（２１）は、半導体基板（１０）の裏面（１０ｂ）からの水素イオン照射により形成される。蓄積領域（２１）の水素濃度のピーク位置（Ｐｃ）は、当該水素イオン照射の飛程位置（Ｐｈ）と同じである。この水素イオン照射により、蓄積領域（２１）と同時に、蓄積領域（２１）よりも半導体基板（１０）の裏面（１０ｂ）側にキャリアライフタイムキラー領域である結晶欠陥領域（１９ａ）が形成される。結晶欠陥領域（１９ａ）の結晶欠陥密度のピーク位置（Ｋｓ）は、蓄積領域（２１）よりも半導体基板（１０）の裏面（１０ｂ）側である。このような蓄積領域（２１）およびキャリアライフタイムキラー領域を備えた半導体装置を提供することができる。
2020149354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の深さ方向の内部に設けられ、前記半導体基板のドーパントのドーピング濃度よりも高いドーピング濃度を有し、前記半導体基板のおもて面から前記半導体基板の深さ方向に予め定められた距離離間した第１深さ位置にドーピング濃度分布のピークを有し、前記第１深さ位置よりも前記半導体基板の裏面側に、前記ピークよりもドーピング濃度が小さいドーピング濃度分布の裾を有する水素ドナーと、
前記半導体基板の深さ方向に、前記第１深さ位置よりも前記半導体基板の裏面側で、前記半導体基板のおもて面側に結晶欠陥密度が最大となる第２深さ位置を有する結晶欠陥領域と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体基板の内部に設けられた第１導電型の第１半導体領域と、
前記半導体基板の内部において、前記第１半導体領域よりも前記半導体基板のおもて面側に設けられた第２導電型の第２半導体領域と、
前記半導体基板の内部において、前記第１半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側に設けられた、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第３半導体領域と、
前記半導体基板の内部において、前記第２半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側で、前記半導体基板のおもて面に平行な方向に、前記第１半導体領域に接して選択的に設けられた、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の第４半導体領域と、
前記半導体基板の裏面と前記第４半導体領域との間に設けられ、前記半導体基板のおもて面側に結晶欠陥密度が最大となる第１深さ位置を有する結晶欠陥領域と、
前記半導体基板のおもて面に設けられ、前記第２半導体領域に電気的に接続された第１電極と、
前記半導体基板の裏面に設けられ、前記第３半導体領域に電気的に接続された第２電極と、
を備え、
前記第４半導体領域は、不純物として水素原子を含み、前記半導体基板のおもて面側で水素濃度が最大となる第２深さ位置を含む領域に配置され、
前記結晶欠陥領域の結晶欠陥密度は前記半導体基板中で最大であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁と前記第２半導体領域とが接し、前記第１半導体領域または前記第４半導体領域に達するトレンチと、
前記トレンチの内部に絶縁膜を介して設けられた第３電極と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第４半導体領域は、前記半導体基板のおもて面に平行な方向に前記トレンチに達することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第４半導体領域は、前記第２半導体領域に接することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２半導体領域の内部に選択的に設けられた第１導電型の第５半導体領域をさらに備え、
前記第３半導体領域は、第２導電型であり、
前記トレンチは、前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁が前記第５半導体領域および前記第２半導体領域と接し、前記第１半導体領域に達し、
前記第１電極は、前記第５半導体領域および前記第２半導体領域に電気的に接続されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第３半導体領域は、第１導電型であり、
前記第３電極は、前記第１電極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第３半導体領域と前記第１深さ位置の間に、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型のバッファ領域を備えることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項９】
半導体基板の裏面から前記半導体基板の深さ方向に水素イオンを注入する第１水素イオン注入工程と、
前記半導体基板を第１温度でアニールして、前記第１水素イオン注入工程による水素イオンの注入の最大水素濃度の位置に生成した結晶欠陥を低減させ、前記第１水素イオン注入工程で形成された結晶欠陥の欠陥密度が最大値となる位置を、前記最大水素濃度の位置よりも、前記半導体基板の裏面側に形成する第１アニール工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１水素イオン注入工程の前に、前記半導体基板の深さ方向で前記欠陥密度が最大値となる位置よりも前記半導体基板の裏面側に、前記半導体基板の裏面から水素イオンを注入する第２水素イオン注入工程を行うことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第２水素イオン注入工程では、水素イオンの濃度分布のピークの位置が異なるように、水素イオンを複数回注入することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２水素イオン注入工程の後、前記第１水素イオン注入工程の前に、前記第１温度以上の温度でアニールする第２アニール工程を行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１アニール工程の後、
前記半導体基板をチップ化する工程と、
前記第１温度よりも低い温度で、チップ化された前記半導体基板を回路基板にはんだ付けするはんだ工程と、を行うことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
半導体基板の内部に設けられた第１導電型の第１半導体領域と、前記半導体基板の内部において、前記第１半導体領域よりも前記半導体基板のおもて面側に設けられた第２導電型の第２半導体領域と、前記半導体基板の内部において、前記第１半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側に設けられた、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第３半導体領域と、前記半導体基板の内部において、前記第２半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側で、前記半導体基板のおもて面に平行な方向に、前記第１半導体領域に接して選択的に設けられた、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の第４半導体領域と、前記半導体基板の裏面と前記第４半導体領域との間に設けられ、前記半導体基板のおもて面側に結晶欠陥密度が最大となる第１深さ位置を有する結晶欠陥領域と、前記第２半導体領域に電気的に接続された第１電極と、前記第３半導体領域に電気的に接続された第２電極と、を備え、前記第４半導体領域は、不純物として水素原子を含み、前記半導体基板のおもて面側で水素濃度が最大となる第２深さ位置を含む領域に配置され、前記結晶欠陥領域の結晶欠陥密度は前記半導体基板中で最大である半導体装置の製造方法であって、
前記第１半導体領域となる前記半導体基板のおもて面側に、前記第２半導体領域を形成する第１工程と、
前記半導体基板のおもて面に、前記第２半導体領域に電気的に接続された前記第１電極を形成する第２工程と、
前記半導体基板の裏面側に前記第３半導体領域を形成する第３工程と、
前記半導体基板の裏面から、前記第２半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側で、かつ前記半導体基板のおもて面に平行な方向で前記第２深さ位置に、水素原子をイオン照射する第４工程と、
前記第４工程の後、熱処理により前記水素原子をドナー化して、前記第２深さ位置を含む領域に、前記第１半導体領域に接して、不純物として前記水素原子を含み、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の前記第４半導体領域を形成する第５工程と、
前記半導体基板の裏面に、前記第３半導体領域に電気的に接続された前記第２電極を形成する第６工程と、
を含み、
前記第４工程では、イオン照射により前記水素原子の通過領域に結晶欠陥を形成し、
前記第５工程では、前記結晶欠陥の密度が最大となる前記第１深さ位置を有する前記結晶欠陥領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁と前記第２半導体領域とが接し、前記第１半導体領域または前記第４半導体領域に達するトレンチと、
前記トレンチの内部に絶縁膜を介して設けられた第３電極と、
をさらに備え、
前記第１工程において、前記トレンチ、前記絶縁膜および前記第３電極を形成することを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記半導体基板のおもて面に平行な方向に前記トレンチに達する前記第４半導体領域を形成することを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第２半導体領域に接する前記第４半導体領域を形成することを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第２半導体領域の内部に選択的に設けられた第１導電型の第５半導体領域をさらに備え、
前記第３半導体領域は、第２導電型であり、
前記トレンチは、前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁が前記第５半導体領域および前記第２半導体領域と接し、前記第１半導体領域に達し、
前記第１電極は、前記第５半導体領域および前記第２半導体領域に電気的に接続され、
前記第１工程において、前記第５半導体領域を形成することを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第３半導体領域は、第１導電型であり、
前記第３電極は、前記第１電極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記第３半導体領域と前記第１深さ位置との間に、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型のバッファ領域を形成することを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一つ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】
この発明は、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】
従来、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等の半導体装置において、ベース領域とドリフト領域との間に、ＩＧＢＴのオン時に少数キャリアとなる電荷が蓄積される蓄積領域を備えた構造が公知である。ｎチャネル型ＩＧＢＴの場合、蓄積領域はｎ-型ドリフト領域と同導電型で、かつｎ-型ドリフト領域よりも不純物濃度が高いｎ型領域であり、少数キャリアはホール（正孔）である。【０００３】
また、不純物として水素（Ｈ）原子を含む蓄積領域と、蓄積領域よりもコレクタ側に配置されたキャリアライフタイムキラー領域と、を備えたＩＧＢＴが提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。下記特許文献１では、蓄積領域をプロトン（Ｈ+）注入により形成し、キャリアライフタイムキラー領域を電子線照射により形成している。また、キャリアライフタイムキラー領域を、軽イオン照射（例えば、下記特許文献２参照。）やヘリウム（Ｈｅ）線照射（例えば、下記特許文献３参照。）により形成する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１８／０３０４４４号
【特許文献２】特許第６２７２７９９号公報
【特許文献３】特開２０１７−１３５３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、蓄積領域およびキャリアライフタイムキラー領域を備えた半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。半導体基板の深さ方向の内部に、水素ドナーおよび結晶欠陥領域が設けられている。前記水素ドナーは、前記半導体基板のドーパントのドーピング濃度よりも高いドーピング濃度を有する。前記水素ドナーは、前記半導体基板のおもて面から前記半導体基板の深さ方向に予め定められた距離離間した第１深さ位置にドーピング濃度分布のピークを有し、前記第１深さ位置よりも前記半導体基板の裏面側に、前記ピークよりもドーピング濃度が小さいドーピング濃度分布の裾を有する。結晶欠陥領域は、前記半導体基板の深さ方向に、前記第１深さ位置よりも前記半導体基板の裏面側で、前記半導体基板のおもて面側に結晶欠陥密度が最大となる第２深さ位置を有する。【０００７】
また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。半導体基板の内部に、第１導電型の第１半導体領域、第２導電型の第２半導体領域および第３半導体領域が設けられている。前記第２半導体領域は、前記第１半導体領域よりも前記半導体基板のおもて面側に設けられている。前記第３半導体領域は、前記第１半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側に設けられている。前記第３半導体領域は、前記第１半導体領域よりも不純物濃度が高い。【０００８】
前記半導体基板の内部において、前記第２半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側で、前記半導体基板のおもて面に平行な方向に、第１導電型の第４半導体領域が選択的に設けられている。前記第４半導体領域は、前記第１半導体領域に接する。前記第４半導体領域は、前記第１半導体領域よりも不純物濃度が高い。結晶欠陥領域は、前記半導体基板の裏面と前記第４半導体領域との間に設けられている。前記結晶欠陥領域は、前記半導体基板のおもて面側に結晶欠陥密度が最大となる第１深さ位置を有する。【０００９】
第１電極は、前記半導体基板のおもて面に設けられている。前記第１電極は、前記第２半導体領域に電気的に接続されている。第２電極は、前記半導体基板の裏面に設けられている。前記第２電極は、前記第３半導体領域に電気的に接続されている。前記第４半導体領域は、不純物として水素原子を含み、前記半導体基板のおもて面側で水素濃度が最大となる第２深さ位置を含む領域に配置されている。前記結晶欠陥領域の結晶欠陥密度は前記半導体基板中で最大である。【００１０】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、トレンチおよび第３電極をさらに備える。前記トレンチは、前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁と前記第２半導体領域とが接し、前記第１半導体領域または前記第４半導体領域に達する。前記第３電極は、前記トレンチの内部に絶縁膜を介して設けられている。【００１１】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第４半導体領域は、前記半導体基板のおもて面に平行な方向に前記トレンチに達することを特徴とする。【００１２】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第４半導体領域は、前記第２半導体領域に接することを特徴とする。【００１３】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第２半導体領域の内部に選択的に設けられた第１導電型の第５半導体領域をさらに備える。前記第３半導体領域は、第２導電型である。前記トレンチは、前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁が前記第５半導体領域および前記第２半導体領域と接し、前記第１半導体領域に達する。前記第１電極は、前記第５半導体領域および前記第２半導体領域に電気的に接続されていることを特徴とする。【００１４】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第３半導体領域は、第１導電型である。前記第３電極は、前記第１電極に電気的に接続されていることを特徴とする。【００１５】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第３半導体領域と前記第１深さ位置の間に、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型のバッファ領域を備えることを特徴とする。【００１６】
また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した半導体装置の製造方法であって、次の特徴を有する。まず、半導体基板の裏面から前記半導体基板の深さ方向に水素イオンを注入する第１水素イオン注入工程を行う。次に、前記半導体基板を第１温度でアニールして、前記第１水素イオン注入工程による水素イオンの注入の最大水素濃度の位置に生成した結晶欠陥を低減させ、前記第１水素イオン注入工程で形成された結晶欠陥の欠陥密度が最大値となる位置を、前記最大水素濃度の位置よりも、前記半導体基板の裏面側に形成する第１アニール工程を行う。【００１７】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１水素イオン注入工程の前に、前記半導体基板の深さ方向で前記欠陥密度が最大値となる位置よりも前記半導体基板の裏面側に、前記半導体基板の裏面から水素イオンを注入する第２水素イオン注入工程を行うことを特徴とする。【００１８】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２水素イオン注入工程では、水素イオンの濃度分布のピークの位置が異なるように、水素イオンを複数回注入することを特徴とする。【００１９】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２水素イオン注入工程の後、前記第１水素イオン注入工程の前に、前記第１温度以上の温度でアニールする第２アニール工程を行うことを特徴とする。【００２０】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第１アニール工程の後、前記半導体基板をチップ化する工程と、前記第１温度よりも低い温度で、チップ化された前記半導体基板を回路基板にはんだ付けするはんだ工程と、を行うことを特徴とする。【００２１】
また、上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した半導体装置の製造方法であって、次の特徴を有する。まず、前記第１半導体領域となる前記半導体基板のおもて面側に、前記第２半導体領域を形成する第１工程を行う。次に、前記半導体基板のおもて面に、前記第２半導体領域に電気的に接続された前記第１電極を形成する第２工程を行う。次に、前記半導体基板の裏面側に前記第３半導体領域を形成する第３工程を行う。【００２２】
次に、前記半導体基板の裏面から、前記第２半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側で、かつ前記半導体基板のおもて面に平行な方向で前記第２深さ位置に、水素原子をイオン照射する第４工程を行う。次に、熱処理により前記水素原子をドナー化して、前記第２深さ位置を含む領域に、前記第１半導体領域に接して、不純物として前記水素原子を含み、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の前記第４半導体領域を形成する第５工程を行う。次に、前記半導体基板の裏面に、前記第３半導体領域に電気的に接続された前記第２電極を形成する第６工程を行う。前記第４工程では、イオン照射により前記水素原子の通過領域に結晶欠陥を形成する。前記第５工程では、前記結晶欠陥の密度が最大となる前記第１深さ位置を有する前記結晶欠陥領域を形成する。【００２３】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁と前記第２半導体領域とが接し、前記第１半導体領域または前記第４半導体領域に達するトレンチと、前記トレンチの内部に絶縁膜を介して設けられた第３電極と、をさらに備える。前記第１工程において、前記トレンチ、前記絶縁膜および前記第３電極を形成することを特徴とする。【００２４】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記半導体基板のおもて面に平行な方向に前記トレンチに達する前記第４半導体領域を形成することを特徴とする。【００２５】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２半導体領域に接する前記第４半導体領域を形成することを特徴とする。【００２６】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第２半導体領域の内部に選択的に設けられた第１導電型の第５半導体領域をさらに備える。前記第３半導体領域は、第２導電型である。前記トレンチは、前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁が前記第５半導体領域および前記第２半導体領域と接し、前記第１半導体領域に達する。前記第１電極は、前記第５半導体領域および前記第２半導体領域に電気的に接続されている。前記第１工程において、前記第５半導体領域を形成することを特徴とする。【００２７】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第３半導体領域は、第１導電型であり、前記第３電極は、前記第１電極に電気的に接続されていることを特徴とする。【００２８】
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、上述した発明において、前記第３半導体領域と前記第１深さ位置との間に、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型のバッファ領域を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、蓄積領域およびキャリアライフタイムキラー領域を備えた半導体装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。
【図２】図２は、図１の一部を拡大して示す平面図である。
【図３】図３は、図２の切断線Ｂ−Ｂ’における断面構造を示す断面図である。
【図４】図４は、図３の切断線Ｃ１−Ｃ２における濃度分布を示す特性図である。
【図５】図５は、図３の切断線Ｃ１−Ｃ３における電気的な諸特性の分布を示す特性図である。
【図６】図６は、実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。
【図７】図７は、実施の形態２にかかる半導体装置のＩＧＢＴ領域における濃度分布を示す特性図である。
【図８】図８は、実施の形態２にかかる半導体装置のＩＧＢＴ領域における電気的な諸特性の分布を示す特性図である。
【図９】図９は、実施の形態３にかかる半導体装置の断面構造を示す断面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３にかかる半導体装置のＩＧＢＴ領域における濃度分布を示す特性図である。
【図１１】図１１は、実施の形態３にかかる半導体装置のＩＧＢＴ領域における電気的な諸特性の分布を示す特性図である。
【図１２】図１２は、実施の形態４にかかる半導体装置のＩＧＢＴ領域における濃度分布を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３２】
（実施の形態１）
実施の形態１にかかる半導体装置の構造について、逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ−ＩＧＢＴ：Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ＩＧＢＴ）を例に説明する。図１は、実施の形態１にかかる半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。図２は、図１の一部を拡大して示す平面図である。図２には、半導体基板（半導体チップ）１０の活性領域４１とエッジ終端領域４２との境界付近Ａを示す。
【００３３】
活性領域４１は、スイッチング制御により半導体装置３０がオン状態になったときに主電流が流れる領域である。活性領域４１は、例えば略矩形状の平面形状を有し、半導体基板１０の略中央部に配置される。活性領域４１と半導体基板１０の端部との間に、活性領域４１の周囲を囲むように、エッジ終端領域４２が設けられていてもよい。図１には、半導体基板１０にエッジ終端領域４２が設けられている場合を示す。
【００３４】
エッジ終端領域４２は、半導体基板１０のおもて面側の電界を緩和する領域である。エッジ終端領域４２には、フィールドリミッティングリング（ＦＬＲ：Ｆｉｅｌｄ  Ｌｉｍｉｔｉｎｇ  Ｒｉｎｇ）、フィールドプレート（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｌａｔｅ）およびリサーフ（ＲＥＳＵＲＦ）、またはこれらを組み合わせた耐圧構造が配置される。耐圧とは、半導体装置３０が使用電圧で誤動作や破壊を起こさない上限側の電圧である。
【００３５】
図１，２に示す実施の形態１にかかる半導体装置３０は、半導体基板１０の活性領域４１に、ＩＧＢＴが設けられたＩＧＢＴ領域３１と、当該ＩＧＢＴに逆並列に接続された還流用ダイオード（ＦＷＤ：Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が設けられたＦＷＤ領域３２と、を備えるＲＣ−ＩＧＢＴである。ＩＧＢＴ領域３１およびＦＷＤ領域３２は、半導体基板１０のおもて面に平行な方向（以下、第１方向とする）Ｘに隣接している。
【００３６】
ＩＧＢＴ領域３１において、半導体基板１０のおもて面側には、ＩＧＢＴを構成するｐ-型ベース領域（第２半導体領域）２、ｎ++型エミッタ領域（第５半導体領域）３、ｐ+型コンタクト領域４およびゲートトレンチ部５が設けられている。ゲートトレンチ部５は、トレンチ（以下、ゲートトレンチとする）６、ゲート絶縁膜７およびゲート電極（第３電極）８で構成されたトレンチゲート構造を有する（図３参照）。また、半導体基板１０のおもて面側には、ゲートトレンチ部５と同一のトレンチゲート構造を有するダミートレンチ部１５が設けられている。
【００３７】
ダミートレンチ部１５は、トレンチ（以下、ダミートレンチとする）１６、ゲート絶縁膜（以下、ダミーゲート絶縁膜とする）１７およびゲート電極（以下、ダミーゲート電極（第３電極）とする）１８で構成されたダミートレンチゲート構造を有する（図３参照）。ダミートレンチ部１５は、ゲートトレンチ部５と同じダミートレンチゲート構造を有していてもよい。この場合、ダミートレンチ部１５のダミートレンチ１６、ダミーゲート絶縁膜１７およびダミーゲート電極１８は、例えば、それぞれ、ゲートトレンチ部５のゲートトレンチ６、ゲート絶縁膜７およびゲート電極８と同一工程で形成される。
【００３８】
ゲートトレンチ６とダミートレンチ１６とは、ＩＧＢＴ領域３１において第１方向Ｘに交互に繰り返し配置され、例えば第１方向Ｘに最もＦＷＤ領域３２側にダミートレンチ１６が配置されている。ゲートトレンチ６およびダミートレンチ１６は、半導体基板１０のおもて面に平行な方向でかつ第１方向Ｘと直交する方向（以下、第２方向（長手方向）とする）Ｙに延在するストライプ状に設けられている。
【００３９】
ゲートトレンチ６およびダミートレンチ１６は、活性領域４１から第２方向Ｙに外側（半導体基板１０の端部側（チップ端部側））へ延在して、後述するｐ+型ウェル領域２８の内部で終端している。ゲートトレンチ６は、ダミートレンチ１６よりも第２方向Ｙに外側で終端している。ゲートトレンチ６は、第１方向Ｘに隣り合うゲートトレンチ６と第１方向Ｘに隣り合う端部（長手方向端部）同士を連結させて、Ｕ字状または環状になっていてもよい。
【００４０】
ゲートトレンチ６の端部同士を連結させた場合、ゲートトレンチ６の連結部は、第１方向Ｘに平行な直線部を有していてもよいし、第２方向Ｙに外側へ凸状に湾曲した曲線部を有していてもよい。第１方向Ｘに最もＦＷＤ領域３２側に配置されたダミートレンチ１６は、第１方向Ｘに隣り合う、ＦＷＤ領域３２のダミートレンチ１６と第１方向Ｘに隣り合う端部同士を連結させてＵ字状または環状になっていてもよい。
【００４１】
第１方向Ｘに隣り合うゲートトレンチ６とダミートレンチ１６との間（メサ領域）に、ｐ-型ベース領域２、ｎ++型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４が設けられている。また、第１方向Ｘに最もＦＷＤ領域３２に配置された隣り合うダミートレンチ１６間（メサ領域）にも、他のメサ領域と同様に、ｐ-型ベース領域２、ｎ++型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４が配置されている。
【００４２】
各メサ領域において、ｐ-型ベース領域２、ｎ++型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４は、メサ領域を第１方向Ｘに延在して、第１方向Ｘにメサ領域の両側にそれぞれ隣接するゲートトレンチ６およびダミートレンチ１６まで達している。ｐ-型ベース領域２は、ｎ++型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４よりも第２方向Ｙに外側まで延在している。ｐ-型ベース領域２の当該延在した部分は、半導体基板１０のおもて面に露出されている（図３参照）。ｐ-型ベース領域２の、半導体基板１０のおもて面に露出された部分は、ＩＧＢＴ領域３１およびＦＷＤ領域３２が配置された領域の周囲を囲む。
【００４３】
ｐ-型ベース領域２は、第２方向Ｙにダミートレンチ１６よりも内側（半導体基板１０の中央部側（チップ中央部側））で終端している。ｎ++型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４は第２方向Ｙに交互に繰り返し隣接して配置され、第２方向Ｙに最も外側にｐ+型コンタクト領域４が配置される。第２方向Ｙに最も外側に配置されたｐ+型コンタクト領域４は、例えば後述するコンタクトホール９ｃの第２方向Ｙの端部を囲む。
【００４４】
ＦＷＤ領域３２において、半導体基板１０のおもて面側には、ダミートレンチ部１５が設けられている。ＦＷＤ領域３２のダミートレンチ部１５は、ＩＧＢＴ領域３１のダミートレンチ部１５と同様に、ダミートレンチ１６、ダミーゲート絶縁膜１７およびダミーゲート電極１８で構成されており、第２方向Ｙに延在するストライプ状に配置され、第１方向ＸにＩＧＢＴ領域３１のダミートレンチ部１５に隣り合う。
【００４５】
ダミートレンチ１６は、第１方向Ｘに隣り合うダミートレンチ１６と第１方向Ｘに隣り合う端部同士を連結させてＵ字状または環状にしてもよい。ＦＷＤ領域３２のダミートレンチ１６のピッチ（配置間隔）は、ＩＧＢＴ領域３１のゲートトレンチ６とダミートレンチ１６との繰り返しピッチと略同じである。ＦＷＤ領域３２の隣り合うダミートレンチ１６間（メサ領域）には、ｐ-型ベース領域２が配置されている。
【００４６】
ＦＷＤ領域３２において、ｐ-型ベース領域２は、ＦＷＤのｐ-型アノード領域として機能する。ｐ-型ベース領域２は、メサ領域のほぼ全域において半導体基板１０のおもて面に露出されている（図３参照）。ｐ-型ベース領域２は、メサ領域を第１方向Ｘに延在して、第１方向Ｘにメサ領域の両側にそれぞれ隣接するダミートレンチ１６まで達している。ＦＷＤ領域３２には、ｎ++型エミッタ領域３およびゲートトレンチ部５は設けられていない。
【００４７】
ＦＷＤ領域３２にｐ+型コンタクト領域４が設けられていてもよい。この場合、例えば、ｐ+型コンタクト領域４は、後述するコンタクトホール９ｃの第２方向Ｙの端部を囲む位置に選択的に設けられていてもよい。また、ＦＷＤ領域３２の、最もＩＧＢＴ領域３１側のメサ領域のほぼ全域において半導体基板１０のおもて面に設けられるように、第２方向Ｙに直線状にｐ+型コンタクト領域４を延在させてもよい。
【００４８】
また、活性領域４１において、半導体基板１０のおもて面には、第２方向Ｙにｐ-型ベース領域２よりも外側に、ｐ-型ベース領域２に接して、ｐ+型ウェル領域２８が設けられている。ｐ+型ウェル領域２８は、ｐ-型ベース領域２の、半導体基板１０のおもて面に露出された部分の周囲を囲む。ｐ+型ウェル領域２８は、活性領域４１からエッジ終端領域４２に延在している。
【００４９】
半導体基板１０のおもて面上には、フィールド酸化膜（不図示）を介してゲートランナー１４ａおよび導電層１４ｂが互いに離れて設けられている。ゲートランナー１４ａおよび導電層１４ｂは、深さ方向Ｚにｐ+型ウェル領域２８に対向する。ゲートランナー１４ａおよび導電層１４ｂは、例えば、ｎ型またはｐ型の不純物がドープされたポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等の導電材料からなる。
【００５０】
ゲートランナー１４ａは、エッジ終端領域４２の、活性領域４１との境界付近に設けられ、エッジ終端領域４２から活性領域４１へ延在して、後述するエミッタ電極（第１電極）１１の周囲およびゲートパッド１２の周囲をそれぞれ囲む。ゲートランナー１４ａは、深さ方向Ｚに、層間絶縁膜９（図３参照）を挟んで、エミッタ電極１１の外周部、ゲートパッド１２の外周部およびゲート配線層１３の内周部に対向する。
【００５１】
また、ゲートランナー１４ａは、ゲートトレンチ６の第２方向Ｙの端部または当該端部同士の連結部を覆う。ゲートランナー１４ａは、ゲートトレンチ６の第２方向Ｙの端部または当該端部同士の連結部においてゲートトレンチ部５のゲート電極８に接する。ゲートランナー１４ａには、すべてのゲートトレンチ部５のゲート電極８が接続されている。ゲートランナー１４ａには、ダミートレンチ部１５のダミーゲート電極１８は接続されていない。
【００５２】
導電層１４ｂは、活性領域４１に、互いに離れて複数設けられている。各導電層１４ｂは、それぞれダミートレンチ１６の第２方向Ｙの異なる端部を覆う。導電層１４ｂ’（１４ｂ）により、ダミートレンチ１６の第２方向Ｙの端部同士の連結部全体が覆われていてもよい。導電層１４ｂは、ダミートレンチ１６の第２方向Ｙの端部または当該端部同士の連結部においてダミーゲート電極１８に接する。
【００５３】
ダミーゲート電極１８には、導電層１４ｂを介してゲート電位以外の電位が印加される。ここでは、ダミーゲート電極１８にエミッタ電位が印加される場合を例に説明する。ゲート電極８、ダミーゲート電極１８、ゲートランナー１４ａおよび導電層１４ｂは、層間絶縁膜９に覆われている。層間絶縁膜９上には、ＩＧＢＴ領域３１のＩＧＢＴのエミッタ電極１１、ゲートパッド１２およびゲート配線層１３が互いに離れて配置されている。
【００５４】
エミッタ電極１１は、活性領域４１のうち、ゲートパッド１２が配置された領域を除く領域のほぼ全面を覆う。具体的には、エミッタ電極１１は、例えば、一部を内側（半導体基板１０の中央部側）に凹ませた凹部を有する略矩形状の平面形状をなしてもよい。エミッタ電極１１は、深さ方向Ｚに層間絶縁膜９を挟んで、活性領域４１の中央部からｐ+型ウェル領域２８の内周部までを覆う。
【００５５】
エミッタ電極１１は、コンタクトホール９ｃを介して、ＩＧＢＴ領域３１のｎ++型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４に接する。また、エミッタ電極１１は、ＦＷＤのアノード電極を兼ねており、コンタクトホール９ｃを介してＦＷＤ領域３２のｐ-型ベース領域２およびｐ+型コンタクト領域４に接する。また、エミッタ電極１１は、コンタクトホール９ｂを介して導電層１４ｂに接する。
【００５６】
エミッタ電極１１には、導電層１４ｂを介して、すべてのダミーゲート電極１８が電気的に接続される。また、エミッタ電極１１は、エミッタパッドとして機能する。ｐ+型コンタクト領域４の表面領域に、ｐ+型コンタクト領域４よりも不純物濃度の高いｐ++型コンタクト領域（不図示）が配置されている場合、エミッタ電極１１は、コンタクトホール９ｃを介して当該ｐ++型コンタクト領域にも接する。なお、本実施の形態では、ダミーゲート電極１８とエミッタ電極１１とが電気的に接続されているが、ダミーゲート電極１８とエミッタ電極１１とが接続されていなくてもよい。
【００５７】
ゲートパッド１２は、略矩形状の平面形状を有する。ゲートパッド１２は活性領域４１においてエミッタ電極１１の凹部の内部に配置され、その３辺をエミッタ電極１１に囲まれている。ゲートパッド１２は、残りの１辺においてゲート配線層１３に連結されている。ゲート配線層１３は、エミッタ電極１１から離れてエッジ終端領域４２に配置され、活性領域４１の周囲を囲む。
【００５８】
また、ゲート配線層１３は、深さ方向Ｚに層間絶縁膜９を挟んでｐ+型ウェル領域２８の外周部を覆う。エミッタ電極１１、ゲートパッド１２およびゲート配線層１３は、例えば、金属を含む同一の電極層がパターニングにより分離されてなる。エミッタ電極１１、ゲートパッド１２およびゲート配線層１３は、例えば一部の領域がアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）合金である。
【００５９】
具体的には、エミッタ電極１１、ゲートパッド１２およびゲート配線層１３は、例えば、チタン（Ｔｉ）または窒化チタン（ＴｉＮ）等のチタン化合物からなるバリアメタルと、当該バリアメタル上に積層されたアルミニウムを含む電極層と、の積層構造を有してもよい。また、エミッタ電極１１およびゲート配線層１３は、例えば、コンタクトホール９ｃ，９ａ内にバリアメタルを介してタングステン（Ｗ）等の埋め込み性の高い金属が埋め込まれてなるコンタクトプラグを有する構造であってもよい。
【００６０】
図１，２では、エミッタ電極１１、ゲートパッド１２およびゲート配線層１３を太線で示し、ゲートランナー１４ａおよび導電層１４ｂを破線で示す。図２において、符号９ａ，９ｂ，９ｂ’，９ｃを付したハッチング領域は、層間絶縁膜９のコンタクトホールである。コンタクトホール９ａには、ゲート配線層１３とゲートランナー１４ａとのコンタクト（電気的接触部）が形成されている。コンタクトホール９ａは、ゲート配線層１３に沿って設けられ、活性領域４１の周囲を囲む。
【００６１】
コンタクトホール９ｂには、導電層１４ｂとエミッタ電極１１とのコンタクトが形成されている。導電層１４ｂ’（１４ｂ）がダミートレンチ１６の連結部を覆う場合、コンタクトホール９ｂ’（９ｂ）に、導電層１４ｂ’およびｐ+型ウェル領域２８とエミッタ電極１１とのコンタクトが形成されていてもよい。コンタクトホール９ｂは、例えば略矩形状の平面形状を有する。各メサ領域のコンタクトホール９ｃには、半導体基板１０とエミッタ電極１１とのコンタクトが形成されている。コンタクトホール９ｃは例えば第２方向Ｙに同じ長さで延在する直線状の平面形状を有する。
【００６２】
ＩＧＢＴ領域３１のコンタクトホール９ｃには、ｎ++型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４が露出されている。ＩＧＢＴ領域３１のコンタクトホール９ｃには、ｐ-型ベース領域２およびｐ+型ウェル領域２８は露出されていない。エミッタ電極１１は、ＩＧＢＴ領域３１のコンタクトホール９ｃを介してｎ++型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４に接し、ｐ-型ベース領域２、ｐ+型ウェル領域２８、ｎ++型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４に電気的に接続されている。
【００６３】
ＦＷＤ領域３２のコンタクトホール９ｃには、ｐ-型ベース領域２およびｐ+型コンタクト領域４が露出されている。ＦＷＤ領域３２のコンタクトホール９ｃには、ｐ+型ウェル領域２８は露出されていない。エミッタ電極１１は、ＦＷＤ領域３２のコンタクトホール９ｃを介してｐ-型ベース領域２およびｐ+型コンタクト領域４に接し、ｐ-型ベース領域２、ｐ+型ウェル領域２８、ｐ-型ベース領域２およびｐ+型コンタクト領域４に電気的に接続されている。
【００６４】
次に、実施の形態１にかかる半導体装置３０の断面構造について説明する。図３は、図２の切断線Ｂ−Ｂ’における断面構造を示す断面図である。図３には、ＩＧＢＴ領域３１のｎ++型エミッタ領域３を、第１方向Ｘに平行に通る断面を示す。
【００６５】
図３に示すように、活性領域４１のＩＧＢＴ領域３１において、半導体基板１０のおもて面１０ａ側には、上述したように、ＩＧＢＴを構成するｐ-型ベース領域２、ｎ++型エミッタ領域３、ｐ+型コンタクト領域４（図２参照）およびゲートトレンチ部５と、ダミートレンチ部１５およびｐ+型ウェル領域２８（図２参照）と、が設けられている。活性領域４１のＦＷＤ領域３２において、半導体基板１０のおもて面１０ａ側に、上述したように、ＦＷＤを構成するｐ-型ベース領域２およびダミートレンチ部１５が設けられている。
【００６６】
ｐ-型ベース領域２は、活性領域４１の全域にわたって、半導体基板１０のおもて面１０ａの表面層に設けられている。ＦＷＤ領域３２のｐ-型ベース領域２は、ＩＧＢＴ領域３１のｐ-型ベース領域２よりも不純物濃度が低くてもよい。例えば、ＩＧＢＴ領域３１のｐ-型ベース領域２は、例えば、半導体基板１０のおもて面１０ａから０．３μｍ程度の深さに３．５×１０19／ｃｍ3程度の不純物濃度のピーク値（最大値）を有し、半導体基板１０のおもて面１０ａから１．８μｍ程度の深さまで達している。
【００６７】
ＩＧＢＴ領域３１のｐ-型ベース領域２の不純物濃度は、半導体基板１０のおもて面１０ａから浅い深さにおいて、メサ領域の第１方向Ｘの中心付近でトレンチ付近よりも高くなっていてもよい。ＦＷＤ領域３２のｐ-型ベース領域２は、例えば、半導体基板１０のおもて面１０ａから０．３μｍ程度の深さに７×１０16／ｃｍ3以上３×１０17／ｃｍ3以下程度の不純物濃度のピーク値を有し、半導体基板１０のおもて面１０ａから１．８μｍ程度の深さまで達している。
【００６８】
半導体基板１０のおもて面１０ａからｐ-型ベース領域２よりも深い位置に、ｎ-型ドリフト領域（第１半導体領域）１が設けられている。図示省略するが、ｎ-型ドリフト領域１は、活性領域４１から半導体基板１０の端部（側面）まで延在し、ｐ+型ウェル領域２８よりも外側において半導体基板１０のおもて面１０ａに露出されている。ｎ-型ドリフト領域１の、ｐ+型ウェル領域２８よりも外側の部分に耐圧構造が配置される。
【００６９】
ｎ++型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４は、ＩＧＢＴ領域３１において、半導体基板１０のおもて面１０ａとｐ-型ベース領域２との間にそれぞれ選択的に設けられ、ｐ-型ベース領域２に接する。ｎ++型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４は、半導体基板１０のおもて面１０ａに露出されている。ｎ++型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４は、例えば、半導体基板１０のおもて面１０ａからの同じ拡散深さを有する。
【００７０】
ｐ+型コンタクト領域４は、ＦＷＤ領域３２において、半導体基板１０のおもて面１０ａとｐ-型ベース領域２との間に選択的に設けられていてもよい。ｐ+型ウェル領域２８の拡散深さをゲートトレンチ６およびダミートレンチ１６の深さよりも深くして、ゲートトレンチ６およびダミートレンチ１６の底面の一部がｐ+型ウェル領域２８に囲まれていてもよい。ダミートレンチ１６の第２方向Ｙの端部の底面全体がｐ+型ウェル領域２８に囲まれていてもよい。
【００７１】
ゲートトレンチ部５は、上述したようにゲートトレンチ６、ゲート絶縁膜７およびゲート電極８で構成される。ダミートレンチ部１５は、上述したようにダミートレンチ１６、ダミーゲート絶縁膜１７およびダミーゲート電極１８で構成される。ゲートトレンチ６およびダミートレンチ１６は、半導体基板１０のおもて面１０ａからｎ++型エミッタ領域３およびｐ+型コンタクト領域４と、ｐ-型ベース領域２と、を貫通してｎ-型ドリフト領域１に達する。
【００７２】
活性領域４１に配置されたすべてのトレンチ（ゲートトレンチ６およびダミートレンチ１６）は同じ深さであってもよい。活性領域４１に配置されたすべてのトレンチは同じピッチ（間隔）で配置されてもよい。ゲート絶縁膜７は、例えば、ゲートトレンチ６の内壁に露出する半導体を酸化または窒化することで形成されてもよい。ゲート電極８は、ゲートトレンチ６の内部に、ゲート絶縁膜７を介して設けられている。
【００７３】
ゲート電極８は、例えば、ｎ型またはｐ型の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。ゲート電極８にゲートしきい値電圧以上の電圧が印加されたときに、ｐ-型ベース領域２の、ゲートトレンチ６に沿った部分にチャネル（ｎ型の反転層）が形成される。ダミーゲート電極１８は、ダミートレンチ１６の内部に、ダミーゲート絶縁膜１７を介して設けられている。ダミーゲート電極１８は、ゲート電極８と同一の材料で形成されてもよい。
【００７４】
ＩＧＢＴ領域３１のメサ領域においてｐ-型ベース領域２の直下に、ｎ-型ドリフト領域１よりも不純物濃度の高いｎ型の蓄積領域２１が設けられている。ｐ-型ベース領域２の直下とは、ｎ-型ドリフト領域１の、ｐ-型ベース領域２との界面付近である。
【００７５】
蓄積領域２１は、メサ領域を第１方向Ｘに延在して、第１方向Ｘにメサ領域の両側にそれぞれ隣接するトレンチ（ゲートトレンチ６およびダミートレンチ１６）まで達していることが好ましい。蓄積領域２１が第１方向Ｘにメサ領域の両側にそれぞれ隣接するトレンチ間に達していることで、蓄積領域２１により、第１方向Ｘに隣接するトレンチ間が塞がれ、ｎ-型ドリフト領域１の、トレンチの底面よりもコレクタ側の部分と、メサ領域と、が分離される。この場合、蓄積領域２１は、メサ領域内からゲートトレンチ６およびダミートレンチ１６の底面よりも深い位置まで達していてもよい。蓄積領域２１は、ｐ-型ベース領域２に接していてもよい。図３には、蓄積領域２１がｐ-型ベース領域２に接している場合を示している。
【００７６】
また、蓄積領域２１は、不純物として水素原子を、半導体基板１０内の他の領域よりも多量に含む。蓄積領域２１中の水素原子は、水素イオン照射により半導体基板１０中に導入され、アニール処理（以下、ドナー化処理とする）によりドナー（以下、水素ドナーとする）化されたものである。すなわち、蓄積領域２１は、水素ドナーを含む。蓄積領域２１は、水素ドナーとして、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）、空孔（Ｖ）がそれぞれ１つ以上クラスター状に結合した、ＶＯＨ複合欠陥を含んでよい。
【００７７】
蓄積領域２１は、水素ドナーによりｎ-型ドリフト領域１よりもｎ型不純物濃度が高くなっている。蓄積領域２１を形成するための水素イオン照射は、半導体基板１０の裏面１０ｂからｎ-型ドリフト領域１の内部へのプロトン（ｐｒｏｔｏｎ、Ｈ+）、デューテトロン（ｄｅｕｔｅｒｏｎ、Ｄ+）またはトリトン（ｔｒｉｔｏｎ、Ｔ+）の照射であってよい。ここでは、蓄積領域２１をプロトン照射により形成する場合を例に説明する。
【００７８】
蓄積領域２１は、ＩＧＢＴ領域３１のＩＧＢＴのオン時に少数キャリアとなる電荷（ホール（正孔））をｐ-型ベース領域２の直下に蓄積する機能を有する。このため、ＩＧＢＴ領域３１に蓄積領域２１が設けられていることで、キャリア注入促進（ＩＥ：Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）効果を高めることができ、ＩＧＢＴ領域３１のＩＧＢＴのオン抵抗を低減させることができる。蓄積領域２１は、厚さ方向（深さ方向Ｚに平行な方向）に、ｐ-型ベース領域２の全域に対向していることが好ましい。
【００７９】
ＦＷＤ領域３２のメサ領域においてｐ-型ベース領域２の直下に、ＩＧＢＴ領域３１と同様に、蓄積領域２１が設けられていてもよい。ＦＷＤ領域３２に蓄積領域２１が設けられていることで、ＦＷＤ領域３２のｐ-型ベース領域２と、蓄積領域２１、ｎ-型ドリフト領域１および後述するｎ++型カソード領域２６とのｐｎ接合で形成されるＦＷＤの順方向バイアス時に、ｐ-型ベース領域２からｎ-型ドリフト領域１へ少数キャリア（正孔）が過剰に注入されることを抑制することができる。
【００８０】
ｎ++型エミッタ領域３、ｐ-型ベース領域２、蓄積領域２１に含まれる不純物元素の分布を、図４を用いて説明する。図４は、図３の切断線Ｃ１−Ｃ２における濃度分布を示す特性図である。図４は、半導体基板１０の裏面１０ｂからの水素イオン照射により蓄積領域２１を形成した場合のＩＧＢＴ領域３１の、半導体基板１０のおもて面１０ａから深さ方向Ｚへの不純物元素の濃度分布を示したものである。図４は、活性されていない不純物元素も含めた不純物元素の濃度分布である。
【００８１】
ｎ++型エミッタ領域３には、ｎ型不純物元素とｐ-型ベース領域２を形成する不純物元素とが、半導体基板１０のおもて面１０ａから深さ方向Ｚに向かって分布している。ｎ++型エミッタ領域３およびｐ-型ベース領域２をそれぞれ形成する不純物元素を半導体基板１０のおもて面１０ａ側からのイオン注入により導入することで、このような不純物元素の濃度分布が得られる。そして、半導体基板１０のおもて面１０ａから活性化されたｎ型不純物元素が多い領域までがｎ++型エミッタ領域３となる。すなわち、半導体基板１０のおもて面１０ａから、ｎ++型エミッタ領域３のｎ型不純物元素の濃度分布とｐ-型ベース領域２のｐ型不純物元素の濃度分布との境界までがｎ++型エミッタ領域３となる。
【００８２】
半導体基板１０のおもて面１０ａからｎ++型エミッタ領域３より深い領域で、ｐ型不純物元素が活性化された領域までがｐ-型ベース領域２となる。すなわち、ｎ++型エミッタ領域３のｎ型不純物元素の濃度分布とｐ-型ベース領域２のｐ型不純物元素の濃度分布との境界から、ｐ型不純物元素が活性化された領域までがｐ-型ベース領域２となる。本例では、蓄積領域２１を形成する水素は、半導体基板１０のおもて面１０ａに最も近い側ではｐ-型ベース領域２にかかり、それよりも深い領域に存在している。水素をｎ型不純物としての活性化率は高々１％程度であってｐ-型ベース領域２を形成するｐ型不純物元素の活性化率よりもごく低いため、ｐ-型ベース領域２を形成するｐ型不純物元素と水素とが共存する領域のほとんどはｐ-型ベース領域２となる。
【００８３】
半導体基板１０の裏面１０ｂからの水素イオン照射の飛程Ｒｐだけ離れた深さ位置（以下、飛程位置とする）Ｐｈが、蓄積領域２１の水素濃度がピーク値Ｄｃとなる深さ位置（以下、ピーク位置とする）Ｐｃである。図４の例では、ピーク位置Ｐｃはｐ-型ベース領域２よりも深い位置としている。ｐ-型ベース領域２よりも深い位置に存在する水素により蓄積領域２１が形成される。蓄積領域２１は、半導体基板１０のおもて面１０ａから半導体基板１０の内部に例えば３μｍ以上程度深い位置に配置されている。
【００８４】
蓄積領域２１を形成する水素濃度分布は、ピーク位置Ｐｃから、半導体基板１０のおもて面１０ａ側および裏面１０ｂ側それぞれへ向かって低くなっている。蓄積領域２１の水素濃度勾配は、ピーク位置Ｐｃから半導体基板１０のおもて面１０ａ側へ向かって低くなる第１濃度分布２１ａの勾配よりも、ピーク位置Ｐｃから半導体基板１０の裏面１０ｂ側へ向かって低くなる第２濃度分布２１ｂ（図５（ｂ）の濃度分布の裾Ｓ）の勾配が緩やかである。なお、蓄積領域２１の水素濃度のピーク位置Ｐｃは、ｐ-型ベース領域２の内部に位置していてもよい。
【００８５】
また、図３に示すように、半導体基板１０の内部には、蓄積領域２１よりも半導体基板１０の裏面１０ｂ側に、半導体基板１０内の他の領域よりも結晶欠陥密度が高い領域（以下、結晶欠陥領域）１９ａが形成されている。結晶欠陥領域１９ａは、蓄積領域２１を形成するための、半導体基板１０の裏面１０ｂからの水素イオン照射により形成された結晶欠陥２２がその後のドナー化処理により回復されずに残る領域である。
【００８６】
結晶欠陥領域１９ａは、半導体基板１０の裏面１０ｂからイオン注入された水素原子の通過領域に形成される。図３に両矢印で示す半導体基板１０の裏面１０ｂから蓄積領域２１までの領域が結晶欠陥領域１９ａである。結晶欠陥領域１９ａの結晶欠陥２２の密度がピーク値となる深さ位置（以下、ピーク位置とする）Ｋｓは、水素原子の通過領域内に存在し、蓄積領域２１よりも半導体基板１０の裏面１０ｂ側となる。図３には、結晶欠陥領域１９ａの結晶欠陥２２の密度がピーク値となる箇所を「×」印で示している。
【００８７】
結晶欠陥領域１９ａ中の結晶欠陥２２は、キャリアの再結合中心（センター）となる欠陥であってよく、空孔（Ｖ）や複空孔（ＶＶ）を主体としてよい。結晶欠陥２２の密度は、再結合中心の密度であってよい。一般的にはドナーやアクセプタなどのドーパントも結晶欠陥に含まれるが、ここでは、結晶欠陥２２を、再結合中心としてキャリアの再結合に主に機能する欠陥とする。結晶欠陥領域１９ａ中の結晶欠陥２２は、キャリアライフタイムキラーとして機能する。
【００８８】
結晶欠陥領域１９ａは、キャリアライフタイムキラーとして機能する結晶欠陥２２により、半導体基板１０内の他の領域よりもキャリアライフタイムが短いキャリアライフタイムキラー領域である。結晶欠陥領域１９ａのキャリアライフタイムは、蓄積領域２１を形成するための水素イオン照射条件（水素ドーズ量および加速エネルギー）およびドナー化処理条件（熱処理温度および熱処理時間）で制御される。この水素イオン照射条件およびドナー化処理条件は、半導体基板１０の厚さに応じて設定される。ＦＷＤ領域３２において、結晶欠陥領域１９ａは、ｐ-型ベース領域２に近い位置に配置されるほど好ましい。
【００８９】
ＦＷＤ領域３２に結晶欠陥領域１９ａが設けられていることで、逆回復特性を向上させることができる。また、ＦＷＤ領域３２のＦＷＤの逆方向バイアス時、キャリアがＦＷＤ領域３２のｐ-型ベース領域２に集中することを抑制することができ、破壊耐量を向上させることができる。
【００９０】
結晶欠陥領域１９ａは、ＦＷＤ領域３２から、ＩＧＢＴ領域３１の、ＦＷＤ領域３２との境界付近まで延在していてもよい。結晶欠陥領域１９ａは、ＩＧＢＴ領域３１およびＦＷＤ領域３２の全体に設けられていてもよい。結晶欠陥領域１９ａは、蓄積領域２１を形成するための水素イオン照射により、蓄積領域２１と同時に形成される。このため、結晶欠陥領域１９ａをＦＷＤ領域３２のみに設ける場合、ＦＷＤ領域３２には、水素イオン照射による蓄積領域２１および結晶欠陥領域１９ａを同時に形成し、ＩＧＢＴ領域３１には、半導体基板１０のおもて面１０ａからのリン（Ｐ）イオン注入により蓄積領域２１のみを形成するようにしてもよい。
【００９１】
半導体基板１０のおもて面１０ａに、ゲート電極８およびダミーゲート電極１８を覆うように層間絶縁膜９が設けられている。層間絶縁膜９を深さ方向Ｚに貫通して、半導体基板１０、ゲートランナー１４ａおよび導電層１４ｂにそれぞれ達するコンタクトホール９ｃ，９ａ，９ｂが設けられている（図２参照）。層間絶縁膜９上には、コンタクトホール９ｃ，９ａ，９ｂを埋め込むように、エミッタ電極１１が設けられている。上述したように、エミッタ電極１１は、コンタクトホール９ｃ，９ａ，９ｂを介して、それぞれコンタクトホール９ｃ，９ａ，９ｂに露出された領域に接する。
【００９２】
半導体基板１０の裏面１０ｂの表面層には、半導体基板１０の裏面１０ｂからｎ-型ドリフト領域１よりも浅い位置に、ｎ-型ドリフト領域１に接して、ｎ+型バッファ領域２３が設けられている。ｎ+型バッファ領域２３は、ＩＧＢＴ領域３１からＦＷＤ領域３２にわたって一様な厚さで設けられている。厚さが一様とは、プロセスのばらつきによって許容される誤差を含む範囲で略同じ厚さであることを意味する。
【００９３】
ｎ+型バッファ領域２３は、ＩＧＢＴ領域３１のＩＧＢＴのオフ時に、ｐ-型ベース領域２と蓄積領域２１（またはｎ-型ドリフト領域１）とｐｎ接合からコレクタ側へ向かって伸びる空乏層がｐ++型コレクタ領域２４に達しないように抑制するフィールドストップ（ＦＳ：Ｆｉｅｌｄ  Ｓｔｏｐ）層として機能してもよい。ｎ+型バッファ領域２３は、半導体基板１０の裏面１０ｂから異なる深さで多段に（複数の）不純物濃度のピーク値を有していてもよい。
【００９４】
また、半導体基板１０の裏面１０ｂの表面層には、半導体基板１０の裏面１０ｂからｎ+型バッファ領域２３よりも浅い位置に、ｐ++型コレクタ領域（第３半導体領域）２４およびｎ++型カソード領域（第３半導体領域）２６がそれぞれ選択的に設けられている。ｐ++型コレクタ領域２４は、ＩＧＢＴ領域３１に設けられている。ｐ++型コレクタ領域２４のｐ型不純物濃度は、ｎ-型ドリフト領域１のｎ型不純物濃度よりも高い。ｎ++型カソード領域２６は、ＦＷＤ領域３２に設けられている。ｎ++型カソード領域２６のｎ型不純物濃度は、ｎ-型ドリフト領域１のｎ型不純物濃度よりも高い。
【００９５】
ｎ++型カソード領域２６は、第１方向Ｘにｐ+型コレクタ領域２４と隣接する。ｐ++型コレクタ領域２４とｎ++型カソード領域２６との境界２５ａは、ＩＧＢＴ領域３１とＦＷＤ領域３２との境界と同じ位置であってもよい。この場合、図３に示す符号２５の領域は、ｎ++型カソード領域２６である。ｐ++型コレクタ領域２４とｎ++型カソード領域２６との境界２５ａ’は、ＦＷＤ領域３２内に位置していてもよい。この場合、図３に示す符号２５の領域は、ｐ++型コレクタ領域２４である。
【００９６】
ｐ++型コレクタ領域２４およびｎ++型カソード領域２６は、半導体基板１０の裏面１０ｂに露出されている。コレクタ電極（第２電極）２７は、半導体基板１０の裏面１０ｂの全体に設けられ、ｐ++型コレクタ領域２４およびｎ++型カソード領域２６に接する。コレクタ電極２７は、カソード電極を兼ねる。実施の形態１にかかる半導体装置３０に用いられる半導体基板１０の半導体材料は、シリコン（Ｓｉ）や炭化珪素（ＳｉＣ）であってもよいし、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の窒化物半導体であってもよい。
【００９７】
次に、実施の形態１にかかる半導体装置３０の電気的な諸特性の分布について説明する。図５は、図３の切断線Ｃ１−Ｃ３における電気的な諸特性の分布を示す特性図である。図５は、半導体基板１０の裏面１０ｂからの水素イオン照射により蓄積領域２１を形成した場合のＩＧＢＴ領域３１における電気的な諸特性の分布である。図５では、ｎ++型エミッタ領域３における電気的な諸特性の分布を図示省略する。
【００９８】
また、図５では、ｎ+型バッファ領域２３が多段に不純物濃度のピーク値を有する構成としている。符号Ｐｂ１〜Ｐｂ４はｎ+型バッファ領域２３の不純物濃度がピーク値を示す深さ位置である。図示省略するが、半導体基板１０の裏面１０ｂからの水素イオン照射により蓄積領域２１を形成した場合のＦＷＤ領域３２における電気的な諸特性の分布は、図５のｐ++型コレクタ領域２４をｎ++型カソード領域２６に代えた分布となる。
【００９９】
図５（ａ）〜５（ｆ）の縦軸は、それぞれ、ネットドーピング濃度、水素濃度、結晶欠陥密度、キャリアライフタイム、キャリア移動度および実効的なキャリア濃度を示している。図５（ａ）〜５（ｄ），５（ｆ）の縦軸は対数（ｌｏｇ）スケールであり、図５（ｅ）は線形（ｌｉｎｅａｒ）スケールである。図５（ａ）〜５（ｆ）の横軸には、半導体基板１０のおもて面１０ａからの深さを線形スケールで示している。図５において対数スケールとした分布図の縦軸は、横軸との交点が０以上の所定値である。
【０１００】
図５（ａ）は、半導体基板１０の、電気的に活性化したドナーおよびアクセプタの正味のドーピング濃度分布（すなわちドナー濃度およびアクセプタ濃度の差分の分布）を示している。本例では、水素濃度のピーク位置Ｐｃはｐ-型ベース領域２よりも深さＺ方向で深い位置にある。そして、水素濃度のピーク位置Ｐｃに、ネットドーピング濃度のピーク（ドナーピーク）値を有する。このピーク位置Ｐｃを含み、かつｎ-型ドリフト領域１よりもネットドーピング濃度が高い領域が蓄積領域２１である。
【０１０１】
なお、上述したように、水素の活性化率は、ｐ-型ベース領域２を形成するｐ型不純物元素の活性化率より一般に低い。このため、水素濃度のピーク位置Ｐｃがｐ型不純物濃度の高い領域と重なるときには、水素濃度のピーク位置Ｐｃがｐ-型ベース領域２内に位置して、ｎ型不純物のネットドーピング濃度のピーク位置は水素濃度のピーク位置Ｐｃと一致しない場合もある。
【０１０２】
図５（ａ）に示すように、半導体基板１０のおもて面１０ａから蓄積領域２１よりも深い位置に設けられたｎ-型ドリフト領域１のドーピング濃度が、半導体基板１０のドーピング濃度Ｎ0と一致している。ｐ++型コレクタ領域２４と蓄積領域２１との間に設けられたｎ-型ドリフト領域１には、半導体基板１０の裏面１０ｂから注入された水素イオンが通過する。ｎ-型ドリフト領域１のドーピング濃度は、ドナー化処理後に残留した水素ドナーにより、半導体基板１０のドーピング濃度Ｎ0よりも高くなっていてもよい。
【０１０３】
図５（ｂ）は、半導体基板１０にイオン注入された水素原子の化学的な濃度を示しており、活性されていない不純物元素も含めた不純物元素の濃度分布である。例えば、原子の化学的な濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で測定可能である。図５（ｂ）の水素濃度分布は、イオン注入された水素原子をドナー化させるためのアニール処理（ドナー化処理）により拡散させた後の濃度分布となっている。水素原子の拡散の度合は、ドナー化処理の処理時間および温度等に応じて制御される。
【０１０４】
半導体基板１０の水素濃度分布は、半導体基板１０の裏面１０ｂからの水素イオン照射の飛程位置Ｐｈ（図４参照）である位置Ｐｃにおいてピーク値Ｄｃを示している。上述したように、蓄積領域２１は水素濃度のピーク位置Ｐｃを含む領域である。蓄積領域２１の水素濃度のピーク位置Ｐｃは、半導体基板１０の水素濃度分布がピーク値となる深さ位置と略一致する。
【０１０５】
蓄積領域２１の水素濃度分布は、ピーク位置Ｐｃから半導体基板１０の裏面１０ｂ側へ向かって低くなる裾Ｓを有する。水素濃度分布の裾Ｓとは、水素濃度のピーク位置Ｐｃの両側の第１，２濃度分布２１ａ，２１ｂ（図４参照）を比べたときに、濃度勾配が緩やかな第２濃度分布２１ｂを示している。すなわち、半導体基板１０の水素濃度分布は、水素イオンが注入された裏面１０ｂに向かって裾Ｓを引いている。水素濃度分布の裾Ｓは、半導体基板１０の裏面１０ｂまで達していてよい。
【０１０６】
図５（ｃ）は、半導体基板１０への水素イオン照射およびドナー化処理後の、半導体基板１０の結晶欠陥密度を示している。図５（ｃ）に示す結晶欠陥密度分布は、図５（ｂ）に示す水素濃度分布と異なる形状となる。図５（ｃ）に示すように、半導体基板１０の結晶欠陥密度分は、蓄積領域２１よりも半導体基板１０の裏面１０ｂ側のピーク位置Ｋｓでピーク値を示し、半導体基板１０の裏面１０ｂ側へ向かって低くなっている。
【０１０７】
結晶欠陥密度のピーク位置Ｋｓは、水素濃度のピーク位置Ｐｃと一致していない。半導体基板１０の結晶欠陥密度分布は、ピーク位置Ｋｓから半導体基板１０のおもて面１０ａ側へ向かって低くなっていてもよい。この場合、ピーク位置Ｋｓから半導体基板１０の裏面１０ｂ側の結晶欠陥密度よりも、ピーク位置Ｋｓから半導体基板１０のおもて面１０ａ側の結晶欠陥密度が急峻に、単調に低くなっていてもよい。
【０１０８】
水素濃度のピーク位置Ｐｃ近傍では、多量の水素原子が空孔および複空孔等のダングリング・ボンドを終端する。このため、蓄積領域２１内に結晶欠陥は存在しない。また、ゲートトレンチ部５内に結晶欠陥が形成されないように、結晶欠陥密度のピーク位置Ｋｓが設定される。ｎ+型バッファ領域２３内には結晶欠陥密度のピーク位置Ｋｂ近傍に結晶欠陥領域１９ｂが存在してよい。結晶欠陥領域１９ｂはｎ+型バッファ領域２３を形成する際の水素イオン照射によって形成されてもよく、また、ヘリウム（Ｈｅ）原子または白金（Ｐｔ）等の重金属原子のイオン注入によって形成されてもよい。また、結晶欠陥領域１９ｂは、アニール処理により全て回復させることにより存在しなくてもよい。
【０１０９】
図５（ｄ）は、半導体基板１０への水素イオン照射およびドナー化処理後の、半導体基板１０のキャリアライフタイム分布を示している。図５（ｄ）に示すように、半導体基板１０のキャリアライフタイム分布は、図５（ｃ）の半導体基板１０の結晶欠陥密度分布の縦軸を反転させた形状になる。キャリアライフタイムが最小値となる深さ位置Ｋｓ’は、結晶欠陥密度のピーク位置Ｋｓと一致している。蓄積領域２１において、キャリアライフタイムが最大値τ０となっていてよい。
【０１１０】
図５（ｅ）は、半導体基板１０への水素イオン照射およびドナー化処理後の、半導体基板１０の実効的なキャリアの移動度の分布を示している。図５（ｅ）に示すように、半導体基板１０のキャリアの移動度分布は、図５（ｄ）に示す半導体基板１０のキャリアライフタイムが長いほど高く、短いほど低くなっている。すなわち、キャリアライフタイムを低く制御した結晶欠陥領域１９ａにおいて、キャリアの移動度が低くなる。
【０１１１】
図５（ｆ）は、半導体基板１０への水素イオン照射およびドナー化処理後の実効的なキャリア濃度の分布を示している。半導体基板１０の実効的なキャリア濃度は、例えば、拡がり抵抗測定法（ＳＲ測定法）で測定可能である。ＳＲ測定法では、拡がり抵抗を比抵抗に換算して、比抵抗から実効的なキャリア濃度を算出する。比抵抗をρ（Ω・ｃｍ）、移動度をμ（ｃｍ2／（Ｖ・ｓ））、電荷素量をｑ（Ｃ）とすると、実効的なキャリア濃度Ｎ（／ｃｍ3）の算出式は、Ｎ＝１／（μｑρ）であらわされる。ここでは、キャリアの移動度μの理想値を用いている。
【０１１２】
図５（ｆ）に示すように、水素イオン照射による水素原子が通過した結晶欠陥領域１９ａにおいては、実効的なキャリア濃度が全体的に下がっている。一方、水素イオン照射の飛程Ｒｐ近傍においては、水素濃度が高いため、水素原子の終端効果によりディスオーダー状態が緩和され、移動度μが半導体基板１０の結晶欠陥のない結晶状態の値に近づく。このため、蓄積領域２１の実効的なキャリア濃度は、半導体基板１０の実効的なキャリア濃度Ｎ0’よりも高くなる。また、蓄積領域２１内の水素原子は水素ドナーが形成されるため、蓄積領域２１の実効的なキャリア濃度は、水素濃度のピーク位置Ｐｃにおいて部分的に高くなっている。
【０１１３】
次に、実施の形態１にかかる半導体装置３０の製造方法について、図１〜６を参照しながら説明する。図６は、実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。
【０１１４】
まず、半導体基板（半導体ウエハ）１０のおもて面１０ａ側に、一般的な方法により所定の素子構造を形成する（ステップＳ１：第１工程）。所定の素子構造とは、活性領域４１のおもて面素子構造、エッジ終端領域４２の耐圧構造、ｐ+型ウェル領域２８、層間絶縁膜９、ゲートランナー１４ａおよび導電層１４ｂである。活性領域４１のおもて面素子構造とは、ＩＧＢＴ領域３１およびＦＷＤ領域３２にそれぞれ上述した配置で設けられたｐ-型ベース領域２、ｎ++型エミッタ領域３、ｐ+型コンタクト領域４、ゲートトレンチ部５およびダミートレンチ部１５である。
【０１１５】
次に、半導体基板１０のおもて面１０ａの、コンタクトホール９ａ〜９ｃに露出された部分および層間絶縁膜９の表面に沿ってバリアメタルを形成し（ステップＳ２：第２工程）、コンタクトホール９ａ〜９ｃの内部に埋め込むように、バリアメタル上に、おもて面電極を形成する（ステップＳ３：第２工程）。おもて面電極とは、エミッタ電極１１、ゲートパッド１２およびゲート配線層１３である。
【０１１６】
次に、半導体基板１０のおもて面に、エッジ終端領域４２を覆うパッシベーション膜を形成する。次に、半導体基板１０を裏面側から研削していき、半導体装置３０として用いる製品厚さの位置まで研削して、半導体基板１０の厚さを薄くする（ステップＳ４：薄板化）。次に、半導体基板１０の研削後の裏面１０ｂ側に、不純物のイオン注入および不純物活性化のためのアニール処理により所定の半導体領域を形成する（ステップＳ５：第３工程）。
【０１１７】
半導体基板１０の裏面１０ｂ側の所定の半導体領域とは、ｎ+型バッファ領域２３、ｐ++型コレクタ領域２４およびｎ++型カソード領域２６である。ステップＳ５の処理においてｎ+型バッファ領域２３、ｐ++型コレクタ領域２４およびｎ++型カソード領域２６を形成するためにイオン注入する不純物は、例えば、それぞれ水素（Ｈ）原子、ボロン（Ｂ）原子およびリン（Ｐ）原子である。
【０１１８】
ｎ+型バッファ領域２３を形成する際には、半導体基板１０の裏面１０ｂ側から所定の飛程Ｒｐでプロトン（Ｈ+）を照射し、導入したプロトンをドナー化するためのアニール処理（ドナー化処理）を行う。プロトン照射およびドナー化処理は、１回のプロトン照射ごとにドナー化処理を行ってもよいし、プロトンを複数回照射した後に１回のドナー化処理を行ってもよい。プロトン照射は、例えば水素イオンのサイクロトン加速器やファン・デ・グラーフ加速器による照射であってよい。
【０１１９】
次に、半導体基板１０の裏面１０ｂ側から所定の飛程Ｒｐでプロトンを照射する（ステップＳ６：第４工程、第１水素イオン注入工程）。このステップＳ６のプロトン照射は、上述した蓄積領域２１および結晶欠陥領域１９ａを形成するための水素イオン照射に相当する。ステップＳ６のプロトン照射は、例えば水素イオンのサイクロトン加速器やファン・デ・グラーフ加速器による照射であってよい。
【０１２０】
ステップＳ６のプロトン照射により、プロトン照射の飛程位置Ｐｈに高濃度に水素原子が導入される。この高濃度に導入された水素イオン（水素原子）により、半導体結晶中に、蓄積領域２１となるｎ型の不純物領域が形成される。また、ステップＳ６のプロトン照射時、半導体結晶中を水素イオンが高加速エネルギーで通過することで、半導体基板１０の裏面１０ｂからｎ型の不純物領域までのプロトン通過領域に、再結合中心として機能する結晶欠陥２２が形成される。
【０１２１】
ステップＳ６のプロトン照射の飛程Ｒｐは、蓄積領域２１の水素濃度のピーク位置Ｐｃに設定される。ステップＳ６のプロトン照射により形成された結晶欠陥２２の数は、ステップＳ６のプロトン照射の飛程位置Ｐｈよりも手前、すなわちプロトン照射の飛程位置Ｐｈよりも半導体基板１０の裏面１０ｂ側の深さ位置（ピーク位置Ｋｓ：図５参照）で最大となる。プロトン通過領域に結晶欠陥２２が形成されたことは、プロトン通過領域の実効的なキャリア濃度低下としてあらわれる。
【０１２２】
次に、ステップＳ６で導入したプロトンをドナー化するためのアニール処理（ドナー化処理）を行う（ステップＳ７：第５工程、第１アニール工程）。ステップＳ７のドナー化処理によって、プロトン照射の飛程Ｒｐ付近の水素原子がドナー化されて水素ドナーとなり、プロトン照射の飛程Ｒｐ付近に蓄積領域２１が形成される。ステップＳ７のドナー化処理の温度は、ステップＳ５のプロトンのドナー化処理の温度以下で行うことが望ましい。半導体基板１０の裏面１０ｂから蓄積領域２１までのプロトン通過領域に回復されずに残る結晶欠陥２２により結晶欠陥領域１９ａが形成される。
【０１２３】
ここで、ステップＳ６のプロトン照射のドーズ量は、１×１０11／ｃｍ2以上程度であることがよく、好ましくは１×１０12／ｃｍ2以上程度であることがよい。プロトン照射のドーズ量が１×１０12／ｃｍ2以上であれば、プロトン通過領域５１のキャリアライフタイムを短くすることができるとともに、後のステップＳ７のドナー化処理により水素原子がドナー化されて蓄積領域２１となる水素ドナー領域５２が形成される。プロトン照射を高ドーズ量で行うほど、プロトン通過領域５１のキャリアライフタイムが短くなり、水素ドナー領域５２の実効的なキャリア濃度が高くなる。プロトン照射のドーズ量を１×１０14／ｃｍ2以上とすることで、蓄積領域２１の効果を大きくすることができる。
【０１２４】
また、ステップＳ６のプロトン照射およびステップＳ７のドナー化処理は、蓄積領域２１の水素濃度が所定のピーク値Ｄｃとなり、プロトン通過領域５１のキャリアライフタイムが所望の時間となる条件で行う。ステップＳ６のプロトン照射の条件は、半導体基板１０の薄板化後の厚さに応じて調整される。例えば、ステップＳ６のプロトン照射の条件の一例は、次の通りである。
【０１２５】
半導体装置３０が耐圧６００Ｖクラスである場合、半導体基板１０の薄板化後の厚さは６０μｍ程度である。この場合、ステップＳ６のプロトン照射の飛程および加速エネルギーはそれぞれ５８μｍ程度および２．３ＭｅＶ程度であり、分散が２．６μｍ程度になる。このため、例えばプロトン照射のドーズ量を２×１０14／ｃｍ2程度にすれば４×１０15／ｃｍ3程度のピーク濃度の蓄積領域２１を得ることができる。
【０１２６】
半導体装置３０が耐圧８００Ｖクラスである場合、半導体基板１０の薄板化後の厚さは８０μｍ程度である。この場合、ステップＳ６のプロトン照射の飛程および加速エネルギーはそれぞれ７８μｍ程度および２．８ＭｅＶ程度であり、分散が３．６μｍ程度になる。このため、例えばプロトン照射のドーズ量を３×１０14／ｃｍ2程度にすれば４×１０15／ｃｍ3程度のピーク濃度の蓄積領域２１を得ることができる。
【０１２７】
半導体装置３０が耐圧１２００Ｖクラスである場合、半導体基板１０の薄板化後の厚さは１２０μｍ程度である。この場合、ステップＳ６のプロトン照射の飛程および加速エネルギーはそれぞれ１１８μｍ程度および３．５ＭｅＶ程度であり、分散が５．１μｍ程度になる。このため、例えばプロトン照射のドーズ量を４×１０14／ｃｍ2程度にすれば４×１０15／ｃｍ3程度のピーク濃度の蓄積領域２１を得ることが出来る。
【０１２８】
ステップＳ７のドナー化処理においては、例えば、高温（例えば３５０℃以上４５０℃以下程度）のガス雰囲気中で半導体基板１０の全体を数分から数時間程度加熱する。このドナー化処理、また、ステップＳ６のプロトン照射によって半導体基板１０のおもて面１０ａまでプロトンが拡散する、また、注入するとしても、ｐ-型ベース領域２の不純物濃度は１×１０17／ｃｍ3程度であるため、ステップＳ６の上述したプロトン照射条件であれば、プロトンによるｐ-型ベース領域２への悪影響は生じない。
【０１２９】
なお、ステップＳ６の後に、半導体基板１０の裏面１０ｂからのヘリウム原子のイオン注入などにより結晶欠陥領域１９ｂを形成してもよい。ステップＳ７の後に、半導体基板１０の裏面１０ｂに、裏面電極としてコレクタ電極２７を形成する（ステップＳ８：第６工程）。ここまでの工程により、半導体基板１０の内部のネットドーピング濃度、水素濃度、結晶欠陥密度、キャリアライフタイム、キャリア移動度および実効的なキャリア濃度がそれぞれ図５（ａ）〜５（ｆ）に示す分布となる。その後、半導体基板（半導体ウエハ）１０をダイシング（切断）して個々のチップ状に個片化することで、図１〜５に示す半導体装置３０が完成する。
【０１３０】
個片化された半導体装置３０は、ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｂｏｎｄ）基板等の回路基板に半田付けされる場合がある。このときの半田付け温度は、ステップＳ７のドナー化処理の温度よりも低いことが好ましい。一例として、はんだ付けの温度は、２８０℃以上４００℃以下であってよい。これにより、結晶欠陥２２が水素で終端されることを抑制することができる。
【０１３１】
以上、説明したように、実施の形態１によれば、半導体基板の裏面からの１回の水素イオン照射を、ｐ-型ベース領域の直下を飛程位置として行う。これにより、ｐ-型ベース領域の直下に高濃度に水素イオンが導入され、高濃度に水素イオンが導入された領域に蓄積領域となるｎ型の不純物領域が形成されるとともに、水素イオンの通過領域に結晶欠陥が形成される。水素イオンの通過領域の結晶欠陥密度は、水素イオン照射の飛程位置よりも半導体基板の裏面側の深さ位置で最大となる。その後、水素原子をドナー化するためのアニール処理（ドナー化処理）を行うことで、蓄積領域および結晶欠陥領域が形成される。すなわち、蓄積領域を形成するための１回の水素イオン照射により、蓄積領域および結晶欠陥領域を同時に形成することができ、製造工程を簡略化することができる。さらに、実施の形態１によれば、半導体基板の裏面から水素イオン照射を行うことにより、チャネル形成領域に結晶欠陥が形成されないので、閾値やリーク電流への影響を抑えることが出来る。また、ヘリウムイオン照射に比べて低エネルギーで行えるため、安価な設備で実施が可能となる。
【０１３２】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる半導体装置の構造について説明する。図７は、実施の形態２にかかる半導体装置の水素イオン照射により蓄積領域（第４半導体領域）２１を形成した場合のＩＧＢＴ領域における不純物濃度分布を示す特性図である。図８は、実施の形態２にかかる半導体装置のＩＧＢＴ領域における電気的な諸特性の分布を示す特性図である。実施の形態２にかかる半導体装置を半導体基板１０のおもて面側から見たレイアウトおよび断面構造は、実施の形態１にかかる半導体装置３０と同様であり、図１〜３の符号２１を符号６１に代えたものとなる。図７には、図３の切断線Ｃ１−Ｃ２における濃度分布を示す。図７は、活性されていない不純物元素も含めた不純物元素の濃度分布である。図８には、図３の切断線Ｃ１−Ｃ３における電気的な諸特性の分布を示す。
【０１３３】
図８は、半導体基板１０の裏面１０ｂからの水素イオン照射により蓄積領域６１を形成した場合のＩＧＢＴ領域３１における電気的な諸特性の分布である。図８では、ｎ++型エミッタ領域３における電気的な諸特性の分布を図示省略する。また、図８では、ｎ+型バッファ領域２３が多段に不純物濃度のピーク値を有する構成としている。符号Ｐｂ１〜Ｐｂ４はｎ+型バッファ領域２３の不純物濃度がピーク値を示す深さ位置である。図示省略するが、半導体基板１０の裏面１０ｂからの水素イオン照射により蓄積領域２１を形成した場合のＦＷＤ領域３２における電気的な諸特性の分布は、図８のｐ++型コレクタ領域２４をｎ++型カソード領域２６に代えた分布となる。
【０１３４】
図８（ａ）〜８（ｆ）の縦軸は、それぞれ、ネットドーピング濃度、水素濃度、結晶欠陥密度、キャリアライフタイム、キャリア移動度および実効的なキャリア濃度を示している。図８（ａ）〜８（ｄ），８（ｆ）の縦軸は対数（ｌｏｇ）スケールであり、図８（ｅ）は線形（ｌｉｎｅａｒ）スケールである。図８（ａ）〜８（ｆ）の横軸には、半導体基板１０のおもて面１０ａからの深さを線形スケールで示している。図８において対数スケールとした分布図の縦軸は、横軸との交点が０以上の所定値である。
【０１３５】
実施の形態２にかかる半導体装置が実施の形態１にかかる半導体装置３０と異なる点は、蓄積領域６１が水素以外のｎ型不純物を含んでいる点である。具体的には、図７に示すように、実施の形態２の蓄積領域６１は、不純物として水素原子を含み、かつｎ型不純物として例えばリン（Ｐ）原子を含む。実施の形態２の蓄積領域６１の水素濃度分布６１ａは、実施の形態１の蓄積領域２１と同様である（図４，５（ｂ）参照）。
【０１３６】
実施の形態２の蓄積領域６１の、水素以外のｎ型不純物は、例えば、水素イオン照射の飛程Ｒｐ付近を飛程としたイオン注入により導入される。実施の形態２の蓄積領域６１の、水素以外のｎ型不純物濃度分布６１ｂは、蓄積領域６１内に、ｎ型不純物のイオン注入の飛程をピーク位置とする略ガウス分布であってよい。また、加速エネルギーを変えた複数回のイオン注入などによって略台形の分布となってもよい。
【０１３７】
実施の形態２の蓄積領域６１の、水素以外のｎ型不純物濃度分布６１ｂのピーク位置は、実施の形態２の蓄積領域６１の水素濃度分布６１ａのピーク位置Ｐｃと異なっていてもよい。実施の形態２の蓄積領域６１の、水素以外のｎ型不純物濃度分布６１ｂのピーク値は、例えば、実施の形態２の蓄積領域６１の水素濃度分布６１ａのピーク値Ｄｃよりも低い。
【０１３８】
図８（ａ）は、半導体基板１０の、電気的に活性化したドナーおよびアクセプタの正味のドーピング濃度分布を示している。図８（ａ）に示すように、実施の形態２の蓄積領域６１のネットドーピング濃度分布は、蓄積領域６１中の水素原子によるネットドーピング濃度分布６２ａと、蓄積領域６１中の水素以外のｎ型不純物によるネットドーピング濃度分布６２ｂと、を合算した分布となる。
【０１３９】
図８（ｆ）は、半導体基板１０への水素イオン照射、リンイオン注入およびドナー化処理後の実効的なキャリア濃度の分布を示している。図８（ｆ）に示すように、実施の形態２の蓄積領域６１の実効的なキャリア濃度分布は、蓄積領域６１中の水素原子によるキャリア濃度分布６３ａと、蓄積領域６１中の水素以外のｎ型不純物によるキャリア濃度分布６３ｂと、を合算した分布となる。
【０１４０】
実施の形態２にかかる半導体装置の水素濃度分布（図８（ｂ））、結晶欠陥密度分布（図８（ｃ））およびキャリアライフタイム分布（図８（ｄ））は、それぞれ実施の形態１にかかる半導体装置３０の水素濃度分布（図５（ｂ））、結晶欠陥密度分布（図５（ｃ））およびキャリアライフタイム分布（図５（ｄ））と同様である。
【０１４１】
以上、説明したように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態２によれば、蓄積領域の実効的なキャリア濃度を、水素以外のｎ型不純物によるキャリア濃度分だけ高くすることができる。このため、例えば、結晶欠陥領域に導入される結晶欠陥（キャリアライフタイムキラー）を少なくしたい場合に有用である。すなわち、蓄積領域を形成するため水素イオン照射のドーズ量を小さくして結晶欠陥領域の結晶欠陥密度を低下させたとしても、蓄積領域に水素以外のｎ型不純物を導入することで、蓄積領域の実効的なキャリア濃度を高くすることができる。
【０１４２】
なお、実施の形態２において、図７，８を用いて蓄積領域６１の水素以外のｎ型不純物の濃度分布６１ｂ、６２ｂ、６３ｂが水素の濃度分布６１ａ、６２ａ、６３ａの濃度ピーク付近の分布よりも広い場合を例に説明したが、水素の濃度分布６１ａ、６２ａ、６３ａが水素以外のｎ型不純物の濃度分布６１ｂ、６２ｂ、６３ｂよりも広い場合であってもよい。水素濃度のピーク位置Ｐｃと水素以外のｎ型不純物濃度のピーク位置とが略一致しているが、離れていてもよい。
【０１４３】
例えば、図８（ｂ）に図示された水素濃度の分布のピーク位置Ｐｃと図８（ｆ）に図示された蓄積領域６１の実効的なキャリア濃度のピーク位置とが、水素以外のｎ型不純物の寄与が大きなために、一致していなくてもよい。或いは、図８（ｆ）に図示された蓄積領域６１の実効的なキャリア濃度は、深さ方向Ｚ（深さ方向）に略一様となっても構わない。また、水素濃度の分布のピーク位置Ｐｃがｐ-型ベース領域２内に位置してもよい。
【０１４４】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる半導体装置の構造について説明する。図９は実施の形態３にかかる半導体装置の断面構造を示す断面図である。実施の形態３にかかる半導体装置が実施の形態１にかかる半導体装置と異なる点は、水素イオン照射により形成される蓄積領域７１がｐ-型ベース領域２から離間している点である。図１０は、実施の形態３にかかる半導体装置の水素イオン照射により蓄積領域（第４半導体領域）２１を形成した場合のＩＧＢＴ領域における不純物濃度分布を示す特性図である。図１０は、活性されていない不純物元素も含めた不純物元素の濃度分布である。
【０１４５】
図１１は、実施の形態３にかかる半導体装置のＩＧＢＴ領域における電気的な諸特性の分布を示す特性図である。実施の形態３にかかる半導体装置を半導体基板１０のおもて面側から見たレイアウトは、実施の形態１にかかる半導体装置３０と同様である。図１０には、図９の切断線Ｃ１−Ｃ２における濃度分布を示す。図１１には、図９の切断線Ｃ１−Ｃ３における電気的な諸特性の分布を示す。
【０１４６】
図１１は、半導体基板１０の裏面１０ｂからの水素イオン照射により蓄積領域７１を形成した場合のＩＧＢＴ領域３１における電気的な諸特性の分布である。図１１では、ｎ++型エミッタ領域３における電気的な諸特性の分布を図示省略する。また、図１１では、ｎ+型バッファ領域２３が多段に不純物濃度のピーク値を有する構成としている。符号Ｐｂ１〜Ｐｂ４はｎ+型バッファ領域２３の不純物濃度がピーク値を示す深さ位置である。図示省略するが、半導体基板１０の裏面１０ｂからの水素イオン照射により蓄積領域２１を形成した場合のＦＷＤ領域３２における電気的な諸特性の分布は、図１１のｐ++型コレクタ領域２４をｎ++型カソード領域２６に代えた分布となる。
【０１４７】
図１１（ａ）〜１１（ｆ）の縦軸は、それぞれ、ネットドーピング濃度、水素濃度、結晶欠陥密度、キャリアライフタイム、キャリア移動度および実効的なキャリア濃度を示している。図１１（ａ）〜１１（ｄ），１１（ｆ）の縦軸は対数（ｌｏｇ）スケールであり、図１１（ｅ）は線形（ｌｉｎｅａｒ）スケールである。図１１（ａ）〜１１（ｆ）の横軸には、半導体基板１０のおもて面１０ａからの深さを線形スケールで示している。図１１において対数スケールとした分布図の縦軸は、横軸との交点が０以上の所定値である。
【０１４８】
実施の形態３にかかる半導体装置が実施の形態１にかかる半導体装置と異なる点は、蓄積領域７１の水素濃度分布とｐ-型ベース領域２のｐ型不純物濃度分布とが離間している点である。すなわち、ｐ-型ベース領域２の、蓄積領域７１側に、実施の形態３の蓄積領域７１を形成するために半導体基板１０に水素イオン照射された水素原子が不純物として含まれていない。実施の形態３の蓄積領域７１は、実施の形態１の蓄積領域２１の形成時と比べて低い加速エネルギーの水素イオン照射により形成される。
【０１４９】
実施の形態３の蓄積領域７１のピーク位置Ｐｃ’は、実施の形態１の蓄積領域２１のピーク位置Ｐｃ（図４，５参照）よりも、半導体基板１０の裏面１０ｂ側に位置する。実施の形態３の蓄積領域７１のピーク位置Ｐｃ’が半導体基板１０の裏面１０ｂ側にずれた分だけ、当該ピーク位置Ｐｃ’から半導体基板１０の裏面１０ｂ側へ向かって低くなる第１濃度分布７１ａがｐ-型ベース領域２のｐ型不純物濃度分布から離れている。ｐ-型ベース領域２と蓄積領域７１との間には、半導体基板１０のドーピング濃度Ｎ0を有するｎ-型ドリフト領域１が残される。
【０１５０】
実施の形態３の蓄積領域７１のピーク位置Ｐｃから半導体基板１０のおもて面１０ａ側および裏面１０ｂ側それぞれへ向かって低くなる第１，２濃度分布７１ａ，７１ｂの勾配は、実施の形態１の蓄積領域２１の第１，２濃度分布２１ａ，２１ｂ（図４参照）と同様である。
【０１５１】
実施の形態３にかかる半導体装置のネットドーピング濃度（図１１（ａ））、結晶欠陥密度（図１１（ｃ））、キャリアライフタイム（図１１（ｄ））、キャリア移動度（図１１（ｅ））および実効的なキャリア濃度（図１１（ｆ））は、蓄積領域７１の水素濃度分布のピーク位置Ｐｃ’が半導体基板１０の裏面１０ｂ側にずれた分だけ、蓄積領域７１の水素濃度に影響される部分が半導体基板１０の裏面１０ｂ側にずれた分布となる。実施の形態３にかかる半導体装置の水素濃度（図５（ｂ））は、活性されていない不純物元素も含めた不純物元素の濃度分布である。
【０１５２】
以上、説明したように、実施の形態３によれば、蓄積領域を形成するための水素イオン照射の加速エネルギーを低くして、ｐ-型ベース領域のと離間して蓄積領域を形成することができる。
【０１５３】
なお、実施の形態３においては、図９を用いて蓄積領域７１がゲートトレンチ６の下端およびダミートレンチ１６の下端よりも半導体基板１０の裏面側に形成された場合を例として説明しているが、蓄積領域７１の上端或いは下端が隣り合うトレンチ（ゲートトレンチ６およびダミートレンチ１６）に挟まれた領域にあってもよい。さらに、実施の形態３によれば、ゲートトレンチ部５に水素イオンが照射されない、或いは照射量が少ないため、水素イオン照射によるゲート絶縁膜への悪影響を排除、或いは軽減することができる。
【０１５４】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４にかかる半導体装置の構造について説明する。図１２は、実施の形態４にかかる半導体装置の水素イオン照射により蓄積領域（第４半導体領域）２１を形成した場合のＩＧＢＴ領域における不純物濃度分布を示す特性図である。図１２には、図３の切断線Ｃ１−Ｃ２における濃度分布を示す。実施の形態４にかかる半導体装置を半導体基板１０のおもて面側から見たレイアウトおよび断面構造は、実施の形態１にかかる半導体装置３０と同様であり、図１〜３の符号２を符号２’に代えたものとなる。
【０１５５】
実施の形態４にかかる半導体装置が実施の形態１にかかる半導体装置と異なる点は、ｐ-型ベース領域２’内の深さ位置（ピーク位置）Ｐｂ１１に所定のピーク値Ｄｂを示す水素濃度分布が形成されている点である。すなわち、半導体基板１０の内部に、蓄積領域２１内のピーク位置Ｐｃでピーク値Ｄｃを示す水素濃度分布８１ａと、ｐ-型ベース領域２’内のピーク位置Ｐｂ１１でピーク値Ｄｂを示す水素濃度分布８１ｂと、が形成されている。
【０１５６】
実施の形態４においては、蓄積領域２１内のピーク位置Ｐｃを飛程位置Ｐｈ１とした水素イオン照射と、ｐ-型ベース領域２’内のピーク位置Ｐｂ１１を飛程位置Ｐｈ２とした水素イオン照射と、を行えばよい。すなわち、ステップＳ６のプロトン照射（図６）を異なる加速エネルギーで２回行う（第１，２水素イオン注入工程）。ｐ-型ベース領域２’内のピーク位置Ｐｂ１１を飛程位置Ｐｈ２とする水素イオン照射により、蓄積領域２１内だけでなく、ｐ-型ベース領域２’内にも高濃度に水素イオンが導入される。ステップＳ７のドナー処理（第１，２アニール工程）は、ステップＳ６のプロトン照射を行うごとに行ってもよい。
【０１５７】
ｐ-型ベース領域２’内に高濃度に水素イオンが導入されることで、ドナー化処理によりｐ-型ベース領域２’内の結晶欠陥を回復させることができる。また、ｐ-型ベース領域２’内に高濃度に水素イオンが導入されることで、例えば、ＦＷＤ領域３２のｐ-型ベース領域２’の不純物濃度がＩＧＢＴ領域３１のｐ-型ベース領域２の不純物濃度よりも低い場合に、ＦＷＤ領域３２のｐ-型ベース領域２’のみ、半導体基板１０のおもて面１０ａからの拡散深さが浅くなる。
【０１５８】
以上、説明したように、実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態４によれば、ｐ-型ベース領域内に高濃度に水素イオンが導入されることで、ｐ-型ベース領域内の結晶欠陥を回復させることができる。
【０１５９】
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、作製（製造）方法は実施の形態１で挙げた例に限らない。例えば、工程順を入れ替え、例えば、ステップＳ８の後に、ステップＳ６、Ｓ７を行ってもよく、逆にステップＳ２、Ｓ３やステップＳ８をステップＳ６，Ｓ７の後に行ってもよい。或いは、ステップＳ７のドナー化処理をウェハプロセスでは行わずに、回路基板への半田付けの際の加熱で兼ねることによって行ってもよい。或いは、ステップＳ５のうちのｎ+型バッファ領域２３のプロトン照射を、ステップＳ６のプロトン照射と同時またはステップＳ６の後に行い、ｎ+型バッファ領域２３のドナー化処理をステップＳ７のドナー化処理と同時に行ってもよい。
【０１６０】
また、例えば、上述した各実施の形態では、半導体基板の全面（すなわち活性領域およびエッジ終端領域の全域）に水素イオン照射を行った場合を例に説明しているが、所定領域を覆うマスクを介して水素イオン照射を行うことで、蓄積領域２１および結晶欠陥領域を選択的に形成することができる。また、上述した各実施の形態では、ＲＣ−ＩＧＢＴを例に説明しているが、本発明はＩＧＢＴ単体およびダイオード単体にも適用可能であり、同様の効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
以上のように、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法は、電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置などに使用されるパワー半導体装置に有用である。
【符号の説明】
【０１６２】
１  ｎ-型ドリフト領域
２，２’    ｐ-型ベース領域
３  ｎ++型エミッタ領域
４  ｐ+型コンタクト領域
５  ゲートトレンチ部
６  ゲートトレンチ
７  ゲート絶縁膜
８  ゲート電極
９  層間絶縁膜
９ａ，９ｂ，９ｂ’，９ｃ  コンタクトホール
１０  半導体基板
１０ａ  半導体基板のおもて面
１０ｂ  半導体基板の裏面
１１  エミッタ電極
１２  ゲートパッド
１３  ゲート配線層
１４ａ  ゲートランナー
１４ｂ，１４ｂ’  導電層
１５  ダミートレンチ部
１６  ダミートレンチ
１７  ダミーゲート絶縁膜
１８  ダミーゲート電極
１９ａ，１９ｂ  結晶欠陥領域
２１，６１，７１  蓄積領域
２１ａ，２１ｂ，６１ａ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ  蓄積領域の水素濃度分布
２２  結晶欠陥
２３  ｎ+型バッファ領域
２４  ｐ++型コレクタ領域
２５  ｐ++型コレクタ領域またはｎ++型カソード領域
２５ａ，２５ａ’  ｐ++型コレクタ領域とｎ++型カソード領域との境界
２６  ｎ++型カソード領域
２７  コレクタ電極
２８  ｐ+型ウェル領域
３０  半導体装置
３１  ＩＧＢＴ領域
３２  ＦＷＤ領域
４１  活性領域
４２  エッジ終端領域
５１，５１’  プロトン通過領域
５２，５２’  水素ドナー領域
６１ｂ  蓄積領域内の水素以外のｎ型不純物分布
６２ａ  蓄積領域中の水素原子によるネットドーピング濃度分布
６２ｂ  蓄積領域中の水素以外のｎ型不純物によるネットドーピング濃度分布
６３ａ  蓄積領域中の水素原子によるキャリア濃度分布
６３ｂ  蓄積領域中の水素以外のｎ型不純物によるキャリア濃度分布
８１ｂ  ｐ-型ベース領域内の水素濃度分布
Ｄｂ  ｐ-型ベース領域内の水素濃度のピーク値
Ｄｃ  蓄積領域の水素濃度のピーク値
Ｋｂ  ｎ+型バッファ領域内に結晶欠陥密度のピーク位置
Ｋｓ  結晶欠陥領域内の結晶欠陥密度のピーク位置
Ｋｓ’  キャリアライフタイムが最小値となる深さ位置
Ｐｂ１１  ｐ-型ベース領域内の水素濃度のピーク位置
Ｐｃ，Ｐｃ’  蓄積領域の水素濃度のピーク位置
Ｐｈ，Ｐｈ１，Ｐｈ２  水素イオン照射の飛程位置
Ｒｐ  水素イオン照射の飛程
Ｓ  蓄積領域の水素濃度分布の裾
Ｘ  半導体基板のおもて面に平行な方向（第１方向）
Ｙ  半導体基板のおもて面に平行な方向でかつ第１方向と直交する方向（第２方向）
Ｚ  深さ方向
【図１】
2020149354.tif 000003
【図２】
2020149354.tif 000004
【図３】
2020149354.tif 000005
【図４】
2020149354.tif 000006
【図５】
2020149354.tif 000007
【図６】
2020149354.tif 000008
【図７】
2020149354.tif 000009
【図８】
2020149354.tif 000010
【図９】
2020149354.tif 000011
【図１０】
2020149354.tif 000012
【図１１】
2020149354.tif 000013
【図１２】
2020149354.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月21日(2020.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に設けられ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが配置された第１素子領域と、
前記半導体基板に、前記第１素子領域に隣接して設けられ、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに逆並列に接続されたダイオードが配置された第２素子領域と、
前記半導体基板の深さ方向の内部に設けられ、前記半導体基板のドーパントのドーピング濃度よりも高いドーピング濃度を有し、前記半導体基板のおもて面から前記半導体基板の深さ方向に予め定められた距離離間した第１深さ位置にドーピング濃度分布のピークを有し、前記第１深さ位置よりも前記半導体基板の裏面側に、前記ピークよりもドーピング濃度が小さいドーピング濃度分布の裾を有する水素ドナーと、
前記半導体基板の深さ方向に、前記第１深さ位置よりも前記半導体基板の裏面側で、前記半導体基板のおもて面側に結晶欠陥密度が最大となる第２深さ位置を有する結晶欠陥領域と、
を備え、
前記結晶欠陥領域は、前記第１素子領域および前記第２素子領域の全域に設けられ、
前記ダイオードのｐ型アノード領域は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのｐ型ベース領域よりも不純物濃度が低く、
前記水素ドナーは水素以外のｎ型不純物を含んでいることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記水素ドナーの、水素以外のｎ型不純物濃度分布のピーク位置は、前記水素ドナーの水素濃度分布のピーク位置と異なっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記水素ドナーの、水素以外のｎ型不純物濃度分布のピーク値は、前記水素ドナーの水素濃度分布のピーク値よりも低いことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体基板の内部に設けられた第１導電型の第１半導体領域と
前記半導体基板の内部において、前記第１半導体領域よりも前記半導体基板のおもて面側に設けられた第２導電型の第２半導体領域と、
前記半導体基板の内部において、前記第１半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側に設けられた、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第３半導体領域と、
前記半導体基板の内部において、前記第２半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側で、前記半導体基板のおもて面に平行な方向に、前記第１半導体領域に接して選択的に設けられた、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の第４半導体領域と、
前記半導体基板の裏面と前記第４半導体領域との間に設けられ、前記半導体基板のおもて面側に結晶欠陥密度が最大となる第１深さ位置を有する結晶欠陥領域と、
前記半導体基板のおもて面に設けられ、前記第２半導体領域に電気的に接続された第１電極と、
前記半導体基板の裏面に設けられ、前記第３半導体領域に電気的に接続された第２電極と、
前記半導体基板に設けられ、第１素子が配置された第１素子領域と、
前記半導体基板に、前記第１素子領域に隣接して設けられ、第２素子が配置された第２素子領域と、
を備え、
前記第３半導体領域は、前記第１素子領域の部分が第２導電型であり、前記第２素子領域の部分が第１導電型であり、
前記第１素子は、前記第１半導体領域をドリフト領域とし、前記第２半導体領域をベース領域とし、前記第２半導体領域の内部に選択的に設けられた第１導電型の第５半導体領域を有し、前記第３半導体領域の前記第１素子領域の部分をコレクタ領域とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであり、
前記第２素子は、前記第１半導体領域をドリフト領域とし、前記第２半導体領域をアノード領域とし、前記第３半導体領域の前記第２素子領域の部分をカソード領域として有し、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに逆並列に接続されたダイオードであり、
前記第４半導体領域は、不純物として水素原子を含み、前記半導体基板のおもて面側で水素濃度が最大となる第２深さ位置を含む領域に配置され、
前記結晶欠陥領域の結晶欠陥密度は前記半導体基板中で最大であり、
前記結晶欠陥領域は、前記第１素子領域および前記第２素子領域の全域に設けられ、
前記ダイオードの前記第２半導体領域は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの前記第２半導体領域よりも不純物濃度が低く、
前記第４半導体領域は水素以外のｎ型不純物を含んでいることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記第４半導体領域の、水素以外のｎ型不純物濃度分布のピーク位置は、前記第４半導体領域の水素濃度分布のピーク位置と異なっていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第４半導体領域の、水素以外のｎ型不純物濃度分布のピーク値は、前記第４半導体領域の水素濃度分布のピーク値よりも低いことを特徴とする請求項４または５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁と前記第２半導体領域とが接し、前記第１半導体領域または前記第４半導体領域に達するトレンチと、
前記トレンチの内部に絶縁膜を介して設けられた第３電極と、
をさらに備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第４半導体領域は、前記半導体基板のおもて面に平行な方向に前記トレンチに達することを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第４半導体領域は、前記第２半導体領域に接することを特徴とする請求項４〜８のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１素子領域の前記トレンチは、前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁が前記第５半導体領域および前記第２半導体領域と接し、前記第１半導体領域に達し、
前記第１電極は、前記第５半導体領域と、前記第２半導体領域と、前記第２素子領域の前記トレンチの内部の前記第３電極と、に電気的に接続されていることを特徴とする請求項７または８に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第３半導体領域と前記第１深さ位置の間に、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型のバッファ領域を備えることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１２】
第１導電型のドーパントを備えた半導体基板と、
前記半導体基板の一方の主面側に設けられ、前記半導体基板のドーパントの濃度よりも高いドーピング濃度を有し、前記半導体基板の深さ方向における水素濃度分布が第１位置においてピークを有する高濃度領域と、
前記高濃度領域よりも、前記半導体基板の他方の主面側に設けられ、前記第１位置よりも前記他方の主面側の第２位置に結晶欠陥密度が最も高いピークを有する結晶欠陥領域と、
を備え、
前記高濃度領域の前記深さ方向における水素濃度分布は、
前記第１位置よりも前記他方の主面側に設けられ、前記第１位置から前記他方の主面に向かって水素濃度が減少する第１の裾と、
前記第１位置よりも前記一方の主面側に設けられ、前記第１位置から前記一方の主面に向かって、前記第１の裾よりも急峻に前記水素濃度が減少する第２の裾と、
を有し、
前記結晶欠陥領域の結晶欠陥密度分布は、前記第２位置から前記一方の主面側と比べて、前記第２位置から前記他方の主面側において前記結晶欠陥密度が前記第２位置から緩やかにかつ単調に低くなっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
前記結晶欠陥領域の前記深さ方向における結晶欠陥密度分布の幅は、前記高濃度領域の前記深さ方向における水素濃度分布の幅よりも広いことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記半導体基板に設けられ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが配置された第１素子領域と、
前記半導体基板に、前記第１素子領域に隣接して設けられ、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに逆並列に接続されたダイオードが配置された第２素子領域と、
を備え、
前記結晶欠陥領域は、前記第２素子領域から前記第１素子領域にわたって連続的に設けられていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
半導体基板の裏面から前記半導体基板の深さ方向に水素イオンを注入する第１水素イオン注入工程と、
前記半導体基板を第１温度でアニールして、前記第１水素イオン注入工程による水素イオンの注入の最大水素濃度の位置に生成した結晶欠陥を低減させ、前記第１水素イオン注入工程で形成された結晶欠陥の欠陥密度が最大値となる位置を、前記最大水素濃度の位置よりも、前記半導体基板の裏面側に形成する第１アニール工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第１水素イオン注入工程の前に、前記半導体基板の深さ方向で前記欠陥密度が最大値となる位置よりも前記半導体基板の裏面側に、前記半導体基板の裏面から水素イオンを注入する第２水素イオン注入工程を行うことを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第２水素イオン注入工程では、水素イオンの濃度分布のピークの位置が異なるように、水素イオンを複数回注入することを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第２水素イオン注入工程の後、前記第１水素イオン注入工程の前に、前記第１温度以上の温度でアニールする第２アニール工程を行うことを特徴とする請求項１６または１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第１アニール工程の後、
前記半導体基板をチップ化する工程と、
前記第１温度よりも低い温度で、チップ化された前記半導体基板を回路基板にはんだ付けするはんだ工程と、を行うことを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
半導体基板の内部に設けられた第１導電型の第１半導体領域と、前記半導体基板の内部において、前記第１半導体領域よりも前記半導体基板のおもて面側に設けられた第２導電型の第２半導体領域と、前記半導体基板の内部において、前記第１半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側に設けられた、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第３半導体領域と、前記半導体基板の内部において、前記第２半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側で、前記半導体基板のおもて面に平行な方向に、前記第１半導体領域に接して選択的に設けられた、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の第４半導体領域と、前記半導体基板の裏面と前記第４半導体領域との間に設けられ、前記半導体基板のおもて面側に結晶欠陥密度が最大となる第１深さ位置を有する結晶欠陥領域と、前記第２半導体領域に電気的に接続された第１電極と、前記第３半導体領域に電気的に接続された第２電極と、を備え、前記第４半導体領域は、不純物として水素原子を含み、前記半導体基板のおもて面側で水素濃度が最大となる第２深さ位置を含む領域に配置され、前記結晶欠陥領域の結晶欠陥密度は前記半導体基板中で最大である半導体装置の製造方法であって、
前記第１半導体領域となる前記半導体基板のおもて面側に、前記第２半導体領域を形成する第１工程と、
前記半導体基板のおもて面に、前記第２半導体領域に電気的に接続された前記第１電極を形成する第２工程と、
前記半導体基板の裏面側に前記第３半導体領域を形成する第３工程と、
前記半導体基板の裏面から、前記第２半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側で、かつ前記半導体基板のおもて面に平行な方向で前記第２深さ位置に、水素原子をイオン照射する第４工程と、
前記第４工程の後、熱処理により前記水素原子をドナー化して、前記第２深さ位置を含む領域に、前記第１半導体領域に接して、不純物として前記水素原子を含み、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の前記第４半導体領域を形成する第５工程と、
前記半導体基板の裏面に、前記第３半導体領域に電気的に接続された前記第２電極を形成する第６工程と、
を含み、
前記第４工程では、イオン照射により前記水素原子の通過領域に結晶欠陥を形成し、
前記第５工程では、前記結晶欠陥の密度が最大となる前記第１深さ位置を有する前記結晶欠陥領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁と前記第２半導体領域とが接し、前記第１半導体領域または前記第４半導体領域に達するトレンチと、
前記トレンチの内部に絶縁膜を介して設けられた第３電極と、
をさらに備え、
前記第１工程において、前記トレンチ、前記絶縁膜および前記第３電極を形成することを特徴とする請求項２０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記半導体基板のおもて面に平行な方向に前記トレンチに達する前記第４半導体領域を形成することを特徴とする請求項２１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記第２半導体領域に接する前記第４半導体領域を形成することを特徴とする請求項２０〜２２のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記第２半導体領域の内部に選択的に設けられた第１導電型の第５半導体領域をさらに備え、
前記第３半導体領域は、第２導電型であり、
前記トレンチは、前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁が前記第５半導体領域および前記第２半導体領域と接し、前記第１半導体領域に達し、
前記第１電極は、前記第５半導体領域および前記第２半導体領域に電気的に接続され、
前記第１工程において、前記第５半導体領域を形成することを特徴とする請求項２１または２２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
前記第３半導体領域は、第１導電型であり、
前記第３電極は、前記第１電極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項２１または２２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
前記第３半導体領域と前記第１深さ位置との間に、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型のバッファ領域を形成することを特徴とする請求項２０〜２３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】令和3年1月4日(2021.1.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の深さ方向の内部に設けられ、前記半導体基板のドーパントのドーピング濃度よりも高いドーピング濃度を有し、前記半導体基板のおもて面から前記半導体基板の深さ方向に予め定められた距離離間した第１深さ位置にドーピング濃度分布のピークを有し、前記第１深さ位置よりも前記半導体基板の裏面側に、前記ピークよりもドーピング濃度が小さいドーピング濃度分布の裾を有する水素ドナーと、
前記半導体基板の深さ方向に、前記第１深さ位置よりも前記半導体基板の裏面側で、前記半導体基板のおもて面側に結晶欠陥密度が最大となる第２深さ位置を有する結晶欠陥領域と、
を備え、
前記水素ドナーの深さ方向における水素濃度分布は、
前記第１深さ位置よりも前記半導体基板の裏面側に設けられ、前記第１深さ位置から前記半導体基板の裏面に向かって水素濃度が減少する第１の裾と、
前記第１深さ位置よりも前記おもて面側に設けられ、前記第１深さ位置から前記半導体基板のおもて面に向かって、前記第１の裾よりも急峻に水素濃度が減少する第２の裾と、を有し、
前記結晶欠陥領域の結晶欠陥密度分布は、前記第２深さ位置から前記半導体基板のおもて面側の結晶欠陥密度分布と比べて、前記第２深さ位置から前記半導体基板の裏面側の結晶欠陥密度分布が前記第２深さ位置から離れるにしたがって緩やかにかつ単調に低くなっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記水素ドナーの、水素以外のｎ型不純物濃度分布のピーク位置は、前記水素ドナーの水素濃度分布のピーク位置と異なっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記水素ドナーの、水素以外のｎ型不純物濃度分布のピーク値は、前記水素ドナーの水素濃度分布のピーク値よりも低いことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが配置された第１素子領域と、
前記半導体基板に、前記第１素子領域に隣接して設けられ、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに逆並列に接続されたダイオードが配置された第２素子領域と、
を備え、
前記結晶欠陥領域は、前記第１素子領域および前記第２素子領域の全域に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ダイオードのｐ型アノード領域は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのｐ型ベース領域よりも不純物濃度が低いことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記水素ドナーは、水素以外のｎ型不純物を含んでいることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体基板の内部に設けられた第１導電型の第１半導体領域と、
前記半導体基板の内部において、前記第１半導体領域よりも前記半導体基板のおもて面側に設けられた第２導電型の第２半導体領域と、
前記半導体基板の内部において、前記第１半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側に設けられた、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第３半導体領域と、
前記半導体基板の内部において、前記第２半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側で、前記半導体基板のおもて面に平行な方向に、前記第１半導体領域に接して選択的に設けられた、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の第４半導体領域と、
前記半導体基板の裏面と前記第４半導体領域との間に設けられ、前記半導体基板のおもて面側に結晶欠陥密度が最大となる第１深さ位置を有する結晶欠陥領域と、
前記半導体基板のおもて面に設けられ、前記第２半導体領域に電気的に接続された第１電極と、
前記半導体基板の裏面に設けられ、前記第３半導体領域に電気的に接続された第２電極と、
前記半導体基板に設けられ、第１素子が配置された第１素子領域と、
前記半導体基板に、前記第１素子領域に隣接して設けられ、第２素子が配置された第２素子領域と、
を備え、
前記第４半導体領域は、不純物として水素原子を含み、前記半導体基板のおもて面側で水素濃度が最大となる第２深さ位置を含む領域に配置され、
前記第４半導体領域の深さ方向における水素濃度分布は、
前記第２深さ位置よりも前記半導体基板の裏面側に設けられ、前記第２深さ位置から前記半導体基板の裏面に向かって水素濃度が減少する第１の裾と、
前記第２深さ位置よりも前記半導体基板のおもて面側に設けられ、前記第２深さ位置から前記半導体基板のおもて面に向かって、前記第１の裾よりも急峻に水素濃度が減少する第２の裾と、を有し、
前記結晶欠陥領域の結晶欠陥密度分布は、前記第１深さ位置から前記半導体基板のおもて面側の結晶欠陥密度分布と比べて、前記第１深さ位置から前記半導体基板の裏面側の結晶欠陥密度分布が前記第１深さ位置から離れるにしたがって緩やかにかつ単調に低くなっており、
前記結晶欠陥領域の結晶欠陥密度は前記半導体基板中で最大であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記第４半導体領域の、水素以外のｎ型不純物濃度分布のピーク位置は、前記第４半導体領域の水素濃度分布のピーク位置と異なっていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第４半導体領域の、水素以外のｎ型不純物濃度分布のピーク値は、前記第４半導体領域の水素濃度分布のピーク値よりも低いことを特徴とする請求項７または８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第３半導体領域は、前記第１素子領域の部分が第２導電型であり、前記第２素子領域の部分が第１導電型であり、
前記第１素子は、前記第１半導体領域をドリフト領域とし、前記第２半導体領域をベース領域とし、前記第２半導体領域の内部に選択的に設けられた第１導電型の第５半導体領域を有し、前記第３半導体領域の前記第１素子領域の部分をコレクタ領域とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであり、
前記第２素子は、前記第１半導体領域をドリフト領域とし、前記第２半導体領域をアノード領域とし、前記第３半導体領域の前記第２素子領域の部分をカソード領域として有し、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに逆並列に接続されたダイオードであることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁と前記第２半導体領域とが接し、前記第１半導体領域または前記第４半導体領域に達するトレンチと、
前記トレンチの内部に絶縁膜を介して設けられた第３電極と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第４半導体領域は、前記半導体基板のおもて面に平行な方向に前記トレンチに達することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第４半導体領域は、前記第２半導体領域に接することを特徴とする請求項７〜１２のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第１素子領域の前記トレンチは、前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁が前記第５半導体領域および前記第２半導体領域と接し、前記第１半導体領域に達し、
前記第１電極は、前記第５半導体領域と、前記第２半導体領域と、前記第２素子領域の前記トレンチの内部の前記第３電極と、に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記第３半導体領域と前記第１深さ位置の間に、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型のバッファ領域を備えることを特徴とする請求項７〜１４のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記結晶欠陥領域は、前記第１素子領域および前記第２素子領域の全域に設けられることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記ダイオードのｐ型アノード領域は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのｐ型ベース領域よりも不純物濃度が低いことを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記第４半導体領域は、水素以外のｎ型不純物を含んでいることを特徴とする請求項７〜１７のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記結晶欠陥領域の深さ方向における結晶欠陥密度分布の幅は、前記水素ドナーのドーピング濃度分布の前記ピークの深さ方向における水素濃度分布の幅よりも広いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記結晶欠陥領域は、前記第２素子領域から前記第１素子領域にわたって連続的に設けられていることを特徴とする請求項４または１６に記載の半導体装置。
【請求項２１】
半導体基板の裏面から前記半導体基板の深さ方向に水素イオンを注入する第１水素イオン注入工程と、
前記半導体基板を第１温度でアニールして、前記第１水素イオン注入工程による水素イオンの注入の最大水素濃度の位置に生成した結晶欠陥を低減させ、前記第１水素イオン注入工程で形成された前記結晶欠陥の欠陥密度が最大値となる位置を、前記最大水素濃度の位置よりも、前記半導体基板の裏面側に形成する第１アニール工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記第１水素イオン注入工程の前に、前記半導体基板の深さ方向で前記欠陥密度が最大値となる位置よりも前記半導体基板の裏面側に、前記半導体基板の裏面から水素イオンを注入する第２水素イオン注入工程を行うことを特徴とする請求項２１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記第２水素イオン注入工程では、水素イオンの濃度分布のピークの位置が異なるように、水素イオンを複数回注入することを特徴とする請求項２２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記第２水素イオン注入工程の後、前記第１水素イオン注入工程の前に、前記第１温度以上の温度でアニールする第２アニール工程を行うことを特徴とする請求項２２または２３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
前記第１アニール工程の後、前記半導体基板をチップ化する工程と、
前記第１温度よりも低い温度で、チップ化された前記半導体基板を回路基板にはんだ付けするはんだ工程と、を行うことを特徴とする請求項２１〜２４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
半導体基板の内部に設けられた第１導電型の第１半導体領域と、前記半導体基板の内部において、前記第１半導体領域よりも前記半導体基板のおもて面側に設けられた第２導電型の第２半導体領域と、前記半導体基板の内部において、前記第１半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側に設けられた、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第３半導体領域と、前記半導体基板の内部において、前記第２半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側で、前記半導体基板のおもて面に平行な方向に、前記第１半導体領域に接して選択的に設けられた、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の第４半導体領域と、前記半導体基板の裏面と前記第４半導体領域との間に設けられ、前記半導体基板のおもて面側に結晶欠陥密度が最大となる第１深さ位置を有する結晶欠陥領域と、前記第２半導体領域に電気的に接続された第１電極と、前記第３半導体領域に電気的に接続された第２電極と、を備え、前記第４半導体領域は、不純物として水素原子を含み、前記半導体基板のおもて面側で水素濃度が最大となる第２深さ位置を含む領域に配置され、前記結晶欠陥領域の結晶欠陥密度は前記半導体基板中で最大である半導体装置の製造方法であって、
前記第１半導体領域となる前記半導体基板のおもて面側に、前記第２半導体領域を形成する第１工程と、
前記半導体基板のおもて面に、前記第２半導体領域に電気的に接続された前記第１電極を形成する第２工程と、
前記半導体基板の裏面側に前記第３半導体領域を形成する第３工程と、
前記半導体基板の裏面から、前記第２半導体領域よりも前記半導体基板の裏面側で、かつ前記半導体基板のおもて面に平行な方向で前記第２深さ位置に、前記水素原子をイオン照射する第４工程と、
前記第４工程の後、熱処理により前記水素原子をドナー化して、前記第２深さ位置を含む領域に、前記第１半導体領域に接して、不純物として前記水素原子を含み、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型の前記第４半導体領域を形成する第５工程と、
前記半導体基板の裏面に、前記第３半導体領域に電気的に接続された前記第２電極を形成する第６工程と、
を含み、
前記第４工程では、イオン照射により前記水素原子の通過領域に結晶欠陥を形成し、
前記第５工程では、前記結晶欠陥の密度が最大となる前記第１深さ位置を有する前記結晶欠陥領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁と前記第２半導体領域とが接し、前記第１半導体領域または前記第４半導体領域に達するトレンチと、
前記トレンチの内部に絶縁膜を介して設けられた第３電極と、
をさらに備え、
前記第１工程において、前記トレンチ、前記絶縁膜および前記第３電極を形成することを特徴とする請求項２６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２８】
前記半導体基板のおもて面に平行な方向に前記トレンチに達する前記第４半導体領域を形成することを特徴とする請求項２７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２９】
前記第２半導体領域に接する前記第４半導体領域を形成することを特徴とする請求項２６〜２８のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３０】
前記第２半導体領域の内部に選択的に設けられた第１導電型の第５半導体領域をさらに備え、
前記第３半導体領域は、第２導電型であり、
前記トレンチは、前記半導体基板のおもて面から深さ方向に延在して、側壁が前記第５半導体領域および前記第２半導体領域と接し、前記第１半導体領域に達し、
前記第１電極は、前記第５半導体領域および前記第２半導体領域に電気的に接続され、
前記第１工程において、前記第５半導体領域を形成することを特徴とする請求項２７または２８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３１】
前記第３半導体領域は、第１導電型であり、前記第３電極は、前記第１電極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項２７または２８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３２】
前記第３半導体領域と前記第１深さ位置との間に、前記第１半導体領域よりも不純物濃度の高い第１導電型のバッファ領域を形成することを特徴とする請求項２６〜２９のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
【国際調査報告】
2020149354.tif 000015
2020149354.tif 000016
2020149354.tif 000017
2020149354.tif 000018