專利名稱：具備具有二極管區(qū)和絕緣柵雙極性晶體管區(qū)的半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本說明書所記載的技術(shù)涉及一種二極管區(qū)和絕緣柵雙極性晶體管區(qū)被形成在同一半導(dǎo)體基板上的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
日本國專利公開公報2008-192737號(專利文獻(xiàn)I)中公開了一種二極管區(qū)和絕緣柵雙極性晶體管區(qū)被形成在同一半導(dǎo)體基板上的半導(dǎo)體裝置。在半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)?，在二極管區(qū)內(nèi)形成η型的陰極層，而在絕緣柵雙極性晶體管區(qū)內(nèi)形成P型的集電層。陰極層和集電層相互相接，且其邊界存在于二極管區(qū)和絕緣柵雙極性晶體管區(qū)的邊界區(qū)內(nèi)。
在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2008-192737號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題在絕緣柵雙極性晶體管區(qū)與二極管區(qū)的邊界附近，存在載流子在絕緣柵雙極性晶體管區(qū)與二極管區(qū)之間進(jìn)行移動的情況。例如，當(dāng)絕緣柵雙極性晶體管動作時，載流子從絕緣柵雙極性晶體管區(qū)向二極管區(qū)進(jìn)行移動。其結(jié)果為，絕緣柵雙極性晶體管區(qū)的漂移區(qū)內(nèi)的載流子密度減小從而漂移區(qū)的電阻增高，進(jìn)而導(dǎo)致絕緣柵雙極性晶體管動作時的通態(tài)電壓增高。此外，當(dāng)在二極管區(qū)中流通有回流電流的狀態(tài)下將絕緣柵雙極性晶體管區(qū)切換為導(dǎo)通狀態(tài)時，在二極管區(qū)中將流通有反向恢復(fù)電流。在該二極管的反向恢復(fù)時，載流子從絕緣柵雙極性晶體管區(qū)向二極管區(qū)進(jìn)行移動。其結(jié)果為，二極管的反向恢復(fù)電流增大，從而容易造成元件損壞。本說明書提供一種二極管區(qū)和絕緣柵雙極性晶體管區(qū)被形成在同一半導(dǎo)體基板上的半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置能夠抑制絕緣柵雙極性晶體管區(qū)和二極管區(qū)之間的載流子移動，從而抑制絕緣柵雙極性晶體管動作時的通態(tài)電壓的上升，且改善二極管的恢復(fù)特性。用于解決課題的方法本說明書提供一種二極管區(qū)和絕緣柵雙極性晶體管區(qū)被形成在同一半導(dǎo)體基板上的半導(dǎo)體裝置。在該半導(dǎo)體裝置中，二極管區(qū)具備第一導(dǎo)電型的陽極區(qū)，其露出于半導(dǎo)體基板的表面；第二導(dǎo)電型的二極管漂移區(qū)，其被形成于陽極區(qū)的背面?zhèn)?；第二?dǎo)電型的陰極區(qū)，其與二極管漂移區(qū)相比第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度較高，并被形成于二極管漂移區(qū)的背面?zhèn)取＝^緣柵雙極性晶體管區(qū)具備第二導(dǎo)電型的發(fā)射區(qū)，其露出于半導(dǎo)體基板的表面；第一導(dǎo)電型的體區(qū)，其被形成于發(fā)射區(qū)的側(cè)方以及背面?zhèn)?，并與發(fā)射電極相接；第二導(dǎo)電型的絕緣柵雙極性晶體管漂移區(qū)，其被形成于體區(qū)的背面?zhèn)?；第一?dǎo)電型的集電區(qū)，其被形成于絕緣柵雙極性晶體管漂移區(qū)的背面?zhèn)?；柵電極，其通過絕緣膜而與將發(fā)射區(qū)和絕緣柵雙極性晶體管漂移區(qū)分離的范圍內(nèi)的體區(qū)對置。在半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)鹊年帢O區(qū)與集電區(qū)之間，設(shè)置有低濃度區(qū)。低濃度區(qū)具有第一低濃度區(qū)和第二低濃度區(qū)中的至少某一方，所述第一低濃度區(qū)為第一導(dǎo)電型，且與集電區(qū)相比第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度較低，所述第二低濃度區(qū)為第二導(dǎo)電型，且與陰極區(qū)相比第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度較低。根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，在陰極區(qū)與集電區(qū)之間，形成有與陰極區(qū)和集電區(qū)相比較電阻較高的低濃度區(qū)。由于在電阻較高的低濃度區(qū)內(nèi)不易流入有載流子，因此在半導(dǎo)體基板的低濃度區(qū)的上側(cè)的區(qū)域內(nèi)，載流子密度減小。因此，能夠降低二極管區(qū)與絕緣柵雙極性晶體管區(qū)之間的載流子密度。由此，能夠抑制絕緣柵雙極性晶體管區(qū)和二極管區(qū)之間的載流子移動，從而抑制絕緣柵雙極性晶體管動作時的通態(tài)電壓的上升，且改善二極管的恢復(fù)特性。能夠使陰極區(qū)、集電區(qū)和低濃度區(qū)露出于半導(dǎo)體基板的背面，并設(shè)置與半導(dǎo)體基板的背面相接的電極。此時，優(yōu)選為，低濃度區(qū)與電極的接觸電阻高于，陰極區(qū)與電極的接觸電阻、以及集電區(qū)與電極的接觸電阻中的任意一方。能夠進(jìn)一步降低二極管區(qū)與絕緣柵雙極性晶體管區(qū)之間的載流子密度。 優(yōu)選為，在俯視觀察半導(dǎo)體裝置時，陰極區(qū)與低濃度區(qū)的邊界位于與絕緣柵雙極性晶體管區(qū)的體區(qū)的下方相比較靠近二極管區(qū)的位置處。也可以在二極管漂移區(qū)內(nèi)，形成有壽命控制區(qū)。壽命控制區(qū)內(nèi)的載流子的壽命短于壽命控制區(qū)外的、二極管漂移區(qū)內(nèi)的載流子的壽命。優(yōu)選為，在俯視觀察半導(dǎo)體裝置時，壽命控制區(qū)的絕緣柵雙極性晶體管區(qū)側(cè)的端部位于低濃度區(qū)的上方。能夠在二極管區(qū)與絕緣柵雙極性晶體管區(qū)之間，從半導(dǎo)體基板的表面起到深于陽極區(qū)的下端以及體區(qū)的下端的深度為止的范圍內(nèi)，形成有第一導(dǎo)電型的分離區(qū)。此時，在俯視觀察半導(dǎo)體裝置時，壽命控制區(qū)的絕緣柵雙極性晶體管區(qū)側(cè)的端部也可以位于分離區(qū)的下方。本說明書也提供一種上述的半導(dǎo)體裝置的制造方法。上述的半導(dǎo)體裝置的第一制造方法包括掩膜工序、離子注入工序、和退火工序。在掩膜工序中，將掩膜配置在半導(dǎo)體晶片的二極管形成區(qū)的背面?zhèn)然蚪^緣柵雙極性晶體管形成區(qū)的背面?zhèn)?。在離子注入工序中，從掩膜的背面?zhèn)认虬雽?dǎo)體晶片的背面實施雜質(zhì)離子的注入，從而形成離子注入?yún)^(qū)。該離子注入工序包括第一離子注入工序，以從在掩膜工序中形成了掩膜的區(qū)域側(cè)朝向未形成掩膜的區(qū)域側(cè)而與半導(dǎo)體晶片的背面形成銳角的第一方向，對半導(dǎo)體晶片的背面實施離子注入；第二離子注入工序，以與所述第一方向交叉的第二方向，對半導(dǎo)體晶片的背面實施離子注入。在退火工序中，實施對離子注入?yún)^(qū)的退火處理。在掩膜工序中，掩膜被配置在二極管形成區(qū)和絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)中的某一方上。當(dāng)實施以從在掩膜工序中形成了掩膜的區(qū)域側(cè)朝向未形成掩膜的區(qū)域側(cè)而與半導(dǎo)體晶片的背面形成銳角的第一方向，對半導(dǎo)體晶片的背面實施離子注入的第一離子注入工序、和以與該第一方向交叉的第二方向?qū)Π雽?dǎo)體晶片的背面實施離子注入的第二離子注入工序時，在二極管形成區(qū)與絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)的邊界的附近處，將形成有僅第一方向的離子注入、第二方向的離子注入中的某一方被遮蔽而未到達(dá)的部分。該部分為低離子注入?yún)^(qū)，且被形成于二極管形成區(qū)與絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)的邊界的附近。通過形成低離子注入?yún)^(qū)，從而能夠在二極管區(qū)與絕緣柵雙極性晶體管區(qū)之間，形成雜質(zhì)濃度較低的區(qū)域。上述的半導(dǎo)體裝置的第二制造方法包括掩膜工序，將掩膜配置在半導(dǎo)體晶片的二極管形成區(qū)的背面?zhèn)然蚪^緣柵雙極性晶體管形成區(qū)的背面?zhèn)龋浑x子注入工序，從掩膜的背面?zhèn)认虬雽?dǎo)體晶片的背面實施雜質(zhì)離子的注入，從而形成離子注入?yún)^(qū)；激光退火工序，在配置了掩膜的狀態(tài)下對離子注入?yún)^(qū)實施激光退火處理。當(dāng)通過激光退火處理來實施對離子注入?yún)^(qū)的退火處理時，通過向離子注入?yún)^(qū)照射激光從而使離子活性化。由于與配置有掩膜的區(qū)域的邊界的附近的離子注入?yún)^(qū)不會達(dá)到足夠的高溫，因此離子不會被充分地活性化，從而成為雜質(zhì)濃度較低的區(qū)域。由于在二極管形成區(qū)和絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)中的某一方上，在掩膜工序中配置有掩膜，因此能夠在二極管形成區(qū)與絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)之間，形成雜質(zhì)濃度較低的區(qū) 域。在上述的第一制造方法以及第二制造方法中，可以采取如下方式，S卩，在掩膜工序中，掩膜通過與半導(dǎo)體晶片的背面相接的粘合層，而被固定在半導(dǎo)體晶片上。上述的半導(dǎo)體裝置的第三制造方法包括掩膜工序，將掩膜配置在半導(dǎo)體晶片的二極管形成區(qū)的背面?zhèn)然蚪^緣柵雙極性晶體管形成區(qū)的背面?zhèn)?；離子注入工序，從掩膜的背面?zhèn)认虬雽?dǎo)體晶片的背面實施離子注入，從而以鄰接的方式形成第一導(dǎo)電型的集電區(qū)和第二導(dǎo)電型的陰極區(qū)；激光退火工序，對半導(dǎo)體晶片的背面的、集電區(qū)與陰極區(qū)的邊界實施激光退火處理。當(dāng)實施激光退火處理時，能夠在第一導(dǎo)電型的集電區(qū)與第二導(dǎo)電型的陰極區(qū)的邊界附近，形成與集電區(qū)相比第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度較低、且與陰極區(qū)相比第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度較低的區(qū)域。上述的第一至第三制造方法還包括結(jié)晶缺陷形成工序。此時，優(yōu)選為，在掩膜工序中，將掩膜配置在半導(dǎo)體晶片的絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)的背面?zhèn)龋诮Y(jié)晶缺陷形成工序中，從掩膜的背面?zhèn)认虬雽?dǎo)體晶片的背面實施帶電粒子的照射，從而在半導(dǎo)體晶片的二極管形成區(qū)內(nèi)形成結(jié)晶缺陷。在掩膜工序中所配置的掩膜能夠作為用于在離子注入工序中對雜質(zhì)離子進(jìn)行遮蔽的掩膜而使用，且能夠作為用于在結(jié)晶缺陷形成工序中對帶電粒子進(jìn)行遮蔽的掩膜而使用。


圖I為實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。圖2為說明實施例I所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖3為說明實施例I所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖4為說明實施例I所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖5為說明實施例I所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖6為說明實施例I所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖7為說明實施例I所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖8為說明實施例I所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖9為說明改變例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖10為說明改變例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖11為說明改變例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。
圖12為說明實施例2所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖13為說明實施例2所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖14為說明實施例2所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖15為說明實施例3所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖16為說明實施例3所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖17為說明實施例3所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖18為其他的實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。圖19為其他的實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
具體實施例方式(半導(dǎo)體裝置)對本說明書所公開的實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說明。如圖I所示，實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置10具備半導(dǎo)體基板12、和被形成于半導(dǎo)體基板12的表面和背面上的金屬層及絕緣膜等。在半導(dǎo)體基板12上，形成有二極管區(qū)20、絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40和邊界區(qū)80。在二極管區(qū)20與絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40之間，形成有邊界區(qū)80。在二極管區(qū)20內(nèi)的半導(dǎo)體基板12的表面上，形成有陽極電極22。在絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40內(nèi)的半導(dǎo)體基板12的表面上，形成有發(fā)射電極42。在半導(dǎo)體基板12的背面上，形成有共用電極60。在二極管區(qū)20內(nèi)，形成有陽極層26、二極管漂移層28、陰極層30。陽極層26為P型。陽極層26具備陽極接觸區(qū)26a和低濃度陽極層26b。陽極接觸區(qū)26a在露出于半導(dǎo)體基板12的表面的范圍內(nèi)形成為島狀。陽極接觸區(qū)26a的雜質(zhì)濃度較高。陽極接觸區(qū)26a與陽極電極22歐姆連接。低濃度陽極層26b被形成于陽極接觸區(qū)26a的下側(cè)及側(cè)方，并覆蓋陽極接觸區(qū)26a。低濃度陽極層26b的雜質(zhì)濃度與陽極接觸區(qū)26a相比較低。二極管漂移層28被形成于陽極層26的下側(cè)。二極管漂移層28為η型。二極管漂移層28具備上部漂移層28a和下部漂移層28b。上部漂移層28a與下部漂移層28b相比雜質(zhì)濃度較低。陰極層30被形成于二極管漂移層28的下側(cè)。陰極層30被形成于，露出于半導(dǎo)體基板12的背面的范圍內(nèi)。陰極層30為η型，且雜質(zhì)濃度較高。陰極層30與共用電極60歐姆連接。通過陽極層26、二極管漂移層28、以及陰極層30而形成了二極管。在絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40內(nèi)，形成有發(fā)射區(qū)44、體層48、絕緣柵雙極性晶體管漂移層50、集電層52、以及柵電極54等。在絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40內(nèi)的半導(dǎo)體基板12的表面上，形成有多個溝槽。在各個溝槽的內(nèi)表面上，形成有柵絕緣膜56。在各個溝槽的內(nèi)部，形成有柵電極54。柵電極54的表面被絕緣膜58所覆蓋。柵電極54與發(fā)射電極42絕緣。發(fā)射區(qū)44在露出于半導(dǎo)體基板12的表面的范圍內(nèi)被形成為島狀。發(fā)射區(qū)44被形成在與柵絕緣膜56相接的范圍內(nèi)。發(fā)射區(qū)44為η型，且雜質(zhì)濃度較高。發(fā)射區(qū)44與發(fā)射電極42歐姆連接。體層48為P型。體層48具備體接觸區(qū)48a和低濃度體層48b。體接觸區(qū)48a在露出于半導(dǎo)體基板12的表面的范圍內(nèi)被形成為島狀。體接觸區(qū)48a被形成在兩個發(fā)射區(qū)44之間。體接觸區(qū)48a的雜質(zhì)濃度較高。體接觸區(qū)48a與發(fā)射電極42歐姆連接。低濃度體層48b被形成于發(fā)射區(qū)44以及體接觸區(qū)48a的下側(cè)。低濃度體層48b被形成在淺于柵電極54的下端的范圍內(nèi)。低濃度體層48b的雜質(zhì)濃度與體接觸區(qū)48a相比較低。通過低濃度體層48b，從而使發(fā)射區(qū)44與絕緣柵雙極性晶體管漂移層50分離。柵電極54通過絕緣膜56而與將發(fā)射區(qū)44和絕緣柵雙極性晶體管漂移層50分離的范圍內(nèi)的低濃度體層48b對置。絕緣柵雙極性晶體管漂移層50被形成于體層48的下側(cè)。絕緣柵雙極性晶體管漂移層50為η型。絕緣柵雙極性晶體管漂移層50具備漂移層50a和緩沖層50b。漂移層50a被形成于體層48的下側(cè)。漂移層50a的雜質(zhì)濃度較低。漂移層50a具有與二極管區(qū)20的
上部漂移層28a大致相同的雜質(zhì)濃度，且為與上部漂移層28a連續(xù)的層。緩沖層50b被形成于漂移層50a的下側(cè)。緩沖層50b與漂移層50a相比雜質(zhì)濃度較高。緩沖層50b具有與二極管區(qū)20的下部漂移層28b大致相同的雜質(zhì)濃度，且為與下部漂移層28b連續(xù)的層。集電層52被形成于絕緣柵雙極性晶體管漂移層50的下側(cè)。集電層52被形成在露出于半導(dǎo)體基板12的背面的范圍內(nèi)。集電層52為P型，且雜質(zhì)濃度較高。集電層52與共用電極60歐姆連接。通過發(fā)射區(qū)44、體層48、絕緣柵雙極性晶體管漂移層50、集電層52以及柵電極54而形成了絕緣柵雙極性晶體管。在二極管區(qū)20與絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40之間形成有邊界區(qū)80。邊界區(qū)為未形成有元件結(jié)構(gòu)的非活性區(qū)域，邊界區(qū)80的表面不與電極相接。在邊界區(qū)80的表面上形成有絕緣膜82。在邊界區(qū)80內(nèi)形成有分離區(qū)70。分離區(qū)70被形成于，從半導(dǎo)體基板12的表面起到深于陽極層26的下端以及體層48的下端的深度為止的范圍內(nèi)。更詳細(xì)而言，分離區(qū)70被形成于，從半導(dǎo)體基板12的表面起到深于柵電極54的下端的深度為止的范圍內(nèi)。分離區(qū)70與陽極層26以及體層48相接。分離區(qū)70為P型。分離區(qū)70的雜質(zhì)濃度與低濃度陽極層26b以及低濃度體層48b相比較高。分離區(qū)70的底面是平坦的。分離區(qū)70對電場在陽極層26與體層48之間集中的情況進(jìn)行抑制。尤其是，由于分離區(qū)70被形成至深于柵電極54的下端的位置為止，因此抑制了電場集中于分離區(qū)70附近的柵電極54的情況。在分離區(qū)70的下側(cè)，上部漂移層28a與漂移層50a連續(xù)。在連續(xù)的上部漂移層28a和漂移層50a的下側(cè)，下部漂移層28b與緩沖層50b連續(xù)。在低濃度層100的上側(cè)，下部漂移層28b與緩沖層50b連續(xù)。低濃度層100被形成于陰極層30與集電層52之間。低濃度層100為η型，且與陰極層30相比雜質(zhì)濃度較低。低濃度層100的電阻高于，陰極層30的電阻以及集電層52的電阻中的任意一方。與陰極層30以及集電層52同樣地，低濃度層100被形成于，露出于半導(dǎo)體基板12的背面的范圍內(nèi)，并與共用電極60歐姆連接。由于雜質(zhì)濃度較低，因此低濃度層100與共用電極60的接觸電阻，較之于陰極層30與共用電極60的接觸電阻、集電層52與共用電極的接觸電阻較高。
二極管區(qū)20的陰極層30延伸至分離區(qū)70的下側(cè)，且在分離區(qū)70的下側(cè)與低濃度層100鄰接。低濃度層100延伸至絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40與邊界區(qū)80的邊界，且與絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40的集電層52鄰接。即，當(dāng)俯視觀察半導(dǎo)體裝置10時，陰極層30與低濃度層100的邊界72位于與絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40的體區(qū)48的下方相比較靠近二極管區(qū)20的一側(cè)。更詳細(xì)而言，邊界72位于分離區(qū)70的底面(平坦部分)的下側(cè)。集電層52與低濃度層100的邊界74位于分離區(qū)70的傾斜部的下側(cè)，同時位于絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40的體區(qū)48的下方。在二極管漂移層28的上部漂移層28a內(nèi)形成有載流子壽命控制區(qū)39。在載流子壽命控制區(qū)39內(nèi)，存在有通過向半導(dǎo)體基板12打入帶電粒子而形成的結(jié)晶缺陷。載流子壽命控制區(qū)39內(nèi)的結(jié)晶缺陷密度與其周圍的上部漂移層28a相比極高。載流子壽命控制區(qū)39被形成在陽極層26的附近的深度，且深于分離區(qū)70的下端的深度處。此外，載流子壽命控制區(qū)39從二極管區(qū)20向邊界區(qū)80內(nèi)延伸，并且未侵入到絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40內(nèi)。參照符號39a表示載流子壽命控制區(qū)39的絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40側(cè)的端部。 載流子壽命控制區(qū)39的端部39a位于邊界區(qū)80的內(nèi)部，且位于分離區(qū)70的下側(cè)。更詳細(xì)而言，端部39a位于分離區(qū)70的底面(平坦部分)的下側(cè)。此外，端部39a位于低濃度層100的上側(cè)。圖I所示的邊界區(qū)80的結(jié)構(gòu)是沿著二極管區(qū)20和絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40之間而延伸設(shè)置的。即，在二極管區(qū)20與絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40之間，低濃度層100、邊界72、邊界74、載流子壽命控制區(qū)39的端部39a沿著分離區(qū)70而延伸。(半導(dǎo)體裝置的絕緣柵雙極性晶體管的動作)對半導(dǎo)體裝置10的絕緣柵雙極性晶體管的動作進(jìn)行說明。當(dāng)向發(fā)射電極42與共用電極60之間施加使共用電極60成為正極的電壓，且向柵電極54施加導(dǎo)通電位(形成溝道所需的電位以上的電位)時，絕緣柵雙極性晶體管將導(dǎo)通。即，通過向柵電極54施加導(dǎo)通電位，從而在與柵絕緣膜56相接的范圍內(nèi)的低濃度體層48b中形成溝道。于是，電子從發(fā)射電極42起經(jīng)由發(fā)射區(qū)44、溝道、絕緣柵雙極性晶體管漂移層50以及集電層52，而向共用電極60流通。此外，空穴從共用電極60經(jīng)由集電層52、絕緣柵雙極性晶體管漂移層50、低濃度體層48b以及體接觸區(qū)48a，而向發(fā)射電極42流通。即，電流從共用電極60向發(fā)射電極42流通。絕緣柵雙極性晶體管漂移層50內(nèi)流入有電子和空穴，通過電導(dǎo)率調(diào)制，從而電阻減小。由此，絕緣柵雙極性晶體管動作時的通態(tài)電壓減小。當(dāng)絕緣柵雙極性晶體管漂移層50側(cè)的空穴穿過邊界區(qū)80內(nèi)的分離區(qū)70的下側(cè)而向二極管漂移層28移動時，絕緣柵雙極性晶體管漂移層50的空穴密度將減小，從而絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40的電導(dǎo)率調(diào)制被阻礙，而成為絕緣柵雙極性晶體管的通態(tài)電壓上升的原因。但是，在半導(dǎo)體裝置10中，在分離區(qū)70的下方形成有低濃度層100。由于低濃度層100與陰極層30以及集電層52相比電阻較高，且與共用電極60的接觸電阻較高，因此通過低濃度層100而不易發(fā)生載流子在半導(dǎo)體基板12與共用電極60之間的移動。其結(jié)果為，在低濃度層100的上側(cè)的半導(dǎo)體基板12中，載流子密度降低。因此，能夠抑制被供給至絕緣柵雙極性晶體管漂移層50的空穴向邊界區(qū)80側(cè)移動并流入到低濃度層100中的情況。而且，由于在集電層52與陰極層30之間存在低濃度層100，且從絕緣柵雙極性晶體管漂移層50到陰極層30為止的距離變長，因此抑制了被供給至絕緣柵雙極性晶體管漂移層50的空穴朝向陰極層30移動的情況。以此種方式，由于抑制了空穴從絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40向二極管區(qū)20進(jìn)行移動的情況，因此抑制了絕緣柵雙極性晶體管動作時的通態(tài)電壓的上升。(半導(dǎo)體裝置的二極管的動作)當(dāng)將施加于柵電極54的電位從導(dǎo)通電位切換為斷開電位時，絕緣柵雙極性晶體管將截止。而且，將半導(dǎo)體裝置10的二極管置于導(dǎo)通。即，當(dāng)向陽極電極22與共用電極60之間施加使陽極電極22成為正極的電壓(即正向電壓)時，二極管將導(dǎo)通。由此，電流從陽極電極22經(jīng)由陽極層26、二極管漂移層28以及陰極層30，而向共用電極60流通。當(dāng)二極管導(dǎo)通時，存在如下的情況，即，絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40內(nèi)的體層48中靠近二極管區(qū)20的部分、絕緣柵雙極性晶體管漂移層50、二極管區(qū)20內(nèi)的陰極層30中靠近絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40的部分作為寄生二極管而進(jìn)行動作。此時，從體層48側(cè)向絕 緣柵雙極性晶體管漂移層50注入的載流子(在半導(dǎo)體裝置10中為空穴)經(jīng)由邊界區(qū)內(nèi)的漂移層而朝向陰極層30移動，且載流子積蓄在邊界區(qū)80內(nèi)的漂移層中。而且，當(dāng)在二極管漂移層28中形成有載流子壽命控制區(qū)39時，二極管區(qū)40的正向電壓增大。其結(jié)果為，當(dāng)二極管導(dǎo)通時，上文中所說明的寄生二極管變得容易動作。當(dāng)寄生二極管動作時，從絕緣柵雙極性晶體管漂移層50側(cè)向邊界區(qū)80側(cè)移動的載流子將增加，盡管形成有載流子壽命控制區(qū)39，但也無法充分地獲得使邊界區(qū)80內(nèi)的漂移層的載流子濃度降低的效果。但是，在圖I所涉及的半導(dǎo)體裝置10中，在邊界區(qū)80內(nèi)的分離區(qū)70的下方形成有低濃度層100。由于低濃度層100與陰極層30以及集電層52相比電阻較高，且與共用電極60的接觸電阻較高，因此上述的寄生二極管不易動作。S卩，在邊界區(qū)80內(nèi)的漂移層中不易積蓄載流子。接下來，當(dāng)將被施加于二極管的電壓從正向電壓轉(zhuǎn)換為反向電壓時，二極管將實施反向恢復(fù)動作。即，在施加正向電壓時存在于二極管漂移層28內(nèi)的空穴將向陽極電極22被排出，并且在施加正向電壓時存在于二極管漂移層28內(nèi)的電子將向共用電極60被排出。載流子有時會積蓄在邊界區(qū)80內(nèi)的絕緣柵雙極性晶體管漂移層50中。當(dāng)被積蓄在邊界區(qū)80內(nèi)的絕緣柵雙極性晶體管漂移層50中的載流子增多時，反向恢復(fù)電流將增大，從而二極管的恢復(fù)特性下降。如已說明的那樣，由于在分離區(qū)70的下方形成有低濃度層100，因此抑制了在二極管導(dǎo)通時載流子被積蓄在邊界區(qū)80內(nèi)的絕緣柵雙極性晶體管漂移層50中的現(xiàn)象。其結(jié)果為，抑制了反向恢復(fù)電流增大的現(xiàn)象。即，抑制了二極管的恢復(fù)特性的下降。此外，在二極管漂移層28中，形成有載流子壽命控制區(qū)39。載流子壽命控制區(qū)39內(nèi)的結(jié)晶缺陷作為載流子的再結(jié)合中心而發(fā)揮功能。因此，在進(jìn)行反向恢復(fù)動作時，二極管漂移層28內(nèi)的載流子中的大部分在載流子壽命控制區(qū)39內(nèi)通過再結(jié)合而消失。因此，在半導(dǎo)體裝置10中，抑制了在反向恢復(fù)動作時所產(chǎn)生的反向恢復(fù)電流。此外，在半導(dǎo)體裝置10中，載流子壽命控制區(qū)39延伸至分離區(qū)70的下側(cè)。因此，存在于分離區(qū)70的下側(cè)的二極管漂移區(qū)28內(nèi)的載流子在載流子壽命控制區(qū)39內(nèi)進(jìn)行再結(jié)合。因此，防止了在反向恢復(fù)動作時，在分離區(qū)70附近產(chǎn)生較高的電流的情況。如以上所說明的那樣，在本實施方式的半導(dǎo)體裝置10中，在集電層52與陰極層30之間設(shè)置有低濃度層100。由此，能夠獲得在絕緣柵雙極性晶體管動作時抑制了通態(tài)電壓的上升的效果。此外，對在二極管動作時寄生二極管(通過絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40內(nèi)的體層48中靠近二極管區(qū)20的部分、絕緣柵雙極性晶體管漂移層50、和二極管區(qū)20內(nèi)的陰極層30中靠近絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40的部分而構(gòu)成)進(jìn)行動作的情況進(jìn)行抑制，從而能夠獲得改善二極管反向恢復(fù)時的恢復(fù)特性的效果。此外，由于即使因存在載流子壽命控制區(qū)39而使二極管區(qū)20的正向電壓上升，該寄生二極管也不易進(jìn)行動作，因此能夠充分地獲得載流子壽命控制區(qū)使載流子衰減的效果，從而有效地改善二極管的恢復(fù)特性。
另外，在半導(dǎo)體裝置10中，載流子壽命控制區(qū)39的端部39a位于分離區(qū)70的下方。即使因制造誤差而使端部39a的位置(分離區(qū)70的寬度方向(圖I中的左右方向)上的位置)在分離區(qū)70的下方發(fā)生了偏移，二極管區(qū)20內(nèi)的載流子壽命控制區(qū)39的面積也不會發(fā)生變化。此外，如上文所述，在分離區(qū)70的下方的二極管漂移層28中流通的電流較小。因此，即使因端部39a的位置發(fā)生偏移而使分離區(qū)70的下方的二極管漂移層28的特性發(fā)生變化，對二極管的反向恢復(fù)特性造成的影響也較小。因此，在半導(dǎo)體裝置10中，即使端部39a的位置發(fā)生偏移，二極管的反向恢復(fù)特性也不易發(fā)生變動。即，在半導(dǎo)體裝置10的批量生產(chǎn)時，二極管的反向恢復(fù)特性不易產(chǎn)生偏差。(半導(dǎo)體裝置的制造方法)接下來，對半導(dǎo)體裝置10的制造方法進(jìn)行說明。在半導(dǎo)體晶片上形成多個圖I所涉及的半導(dǎo)體裝置10的元件結(jié)構(gòu)后，通過利用切割等而將各個半導(dǎo)體裝置切離，從而實施半導(dǎo)體裝置10的制造。以下，對在半導(dǎo)體晶片上形成半導(dǎo)體裝置10的元件結(jié)構(gòu)的第一至第三制造方法進(jìn)行說明。(第一制造方法)半導(dǎo)體裝置10的第一制造方法包括掩膜工序、結(jié)晶缺陷形成工序、離子注入工序、和退火工序。在掩膜工序中，將掩膜配置在半導(dǎo)體晶片的二極管形成區(qū)(半導(dǎo)體裝置中的形成二極管區(qū)的區(qū)域)的背面?zhèn)然蚪^緣柵雙極性晶體管形成區(qū)(半導(dǎo)體裝置中的形成絕緣柵雙極性晶體管區(qū)的區(qū)域)的背面?zhèn)?。掩膜的材料只需為能夠遮蔽帶電粒子和雜質(zhì)離子的材料即可，可以優(yōu)選使用硅(Si)等。在結(jié)晶缺陷形成工序中，從掩膜的背面?zhèn)认虬雽?dǎo)體晶片的背面實施帶電粒子(離子、中子、電子線等)的照射，從而在半導(dǎo)體晶片的二極管形成區(qū)內(nèi)的二極管漂移層28中形成結(jié)晶缺陷。也可以根據(jù)需要，而隔著以鋁等為材料的能量吸收材料來實施帶電粒子的照身寸等。在離子注入工序中，向半導(dǎo)體晶片的背面，多次注入與配置有掩膜側(cè)相反的導(dǎo)電型的雜質(zhì)離子，從而形成離子注入?yún)^(qū)。例如，當(dāng)在二極管形成區(qū)的背面?zhèn)扰渲昧搜谀r，注入P型的雜質(zhì)離子。當(dāng)在絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)的背面?zhèn)扰渲昧搜谀r，注入η型的雜質(zhì)離子。多次的離子注入工序包括第一離子注入工序，在從形成了掩膜的區(qū)域側(cè)朝向未形成掩膜的區(qū)域側(cè)而與半導(dǎo)體晶片的背面形成銳角的第一方向上，實施離子注入；第二離子注入工序，在與第一方向交叉的第二方向上，實施離子注入。當(dāng)在二極管形成區(qū)的背面?zhèn)扰渲昧搜谀r，第一方向為，從絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)側(cè)朝向二極管形成區(qū)側(cè)而與半導(dǎo)體晶片的背面形成銳角的方向。當(dāng)在絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)的背面?zhèn)扰渲昧搜谀r，第一方向為，從二極管形成區(qū)側(cè)朝向絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)側(cè)而與半導(dǎo)體晶片的背面形成銳角的方向。對于第一離子注入工序和第二離子注入工序而言，先實施哪一個工序均可，由此能夠在二極管形成區(qū)與絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)之間形成低離子注入?yún)^(qū)。在退火工序中，實施對離子注入?yún)^(qū)和低離子注入?yún)^(qū)的退火處理。在掩膜工序中所配置的掩膜能夠作為用于在離子注入工序中對第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)離子進(jìn)行遮蔽的掩膜而使用，且能夠作為用于在結(jié)晶缺陷形成工序中對帶電粒子進(jìn)行遮蔽的掩膜而使用。使用例示了實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖2至圖8，對作為實施例I的第一制造方法更加具體地進(jìn)行說明。
實施例I圖2為表示半導(dǎo)體裝置10的第一制造方法所涉及的半導(dǎo)體晶片的一部分的截面的圖。圖2所示的晶片610表示形成半導(dǎo)體裝置10的載流子壽命控制區(qū)39、陰極層30、低濃度層100、共用電極60之前的狀態(tài)，除此之外的半導(dǎo)體裝置10的結(jié)構(gòu)已被形成。在晶片610的背面?zhèn)龋纬捎蠵型的集電層652。在晶片610中，在制造工序完成之后，用_■極管形成區(qū)620表示成為圖I的半導(dǎo)體裝置10的二極管區(qū)20的區(qū)域，用絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)640表示成為絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40的區(qū)域，用邊界形成區(qū)680表示成為邊界區(qū)80的區(qū)域。對與圖I的半導(dǎo)體裝置10相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)記相同的參照編號。在第一制造方法的各個工序中，形成半導(dǎo)體裝置10的載流子壽命控制區(qū)39、陰極層30、低濃度層100。如圖3所示，在掩膜工序中，將掩膜701配置在晶片610的絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)的背面?zhèn)取Ｑ谀?01在離子注入工序中，作為用于對第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)離子進(jìn)行遮蔽的掩膜而使用，在結(jié)晶缺陷形成工序中，作為用于對帶電粒子進(jìn)行遮蔽的掩膜而使用。如圖3所示，在晶片610的邊緣部上設(shè)置有肋661，并且在肋661的內(nèi)側(cè)的元件形成區(qū)中形成有圖2所示的元件結(jié)構(gòu)。通過將平板狀的掩膜701固定在肋661上，從而能夠在將晶片610的元件形成區(qū)和掩膜701分離的狀態(tài)下對晶片610的元件形成區(qū)和掩膜701進(jìn)行固定。雖然在圖3中未進(jìn)行圖示，但是掩膜701在如下的位置處開口，即，成為在晶片610上形成結(jié)晶缺陷的區(qū)域的下方的位置。圖4為用與圖2相同的截面來表示設(shè)置了掩膜701的狀態(tài)下的晶片610的圖。如圖4所示，在形成載流子壽命控制區(qū)39的、二極管形成區(qū)620和邊界區(qū)680的一部分處，掩膜701開口。掩膜701的端部701a的位置以與載流子壽命控制區(qū)39的端部39a的位置相一致的方式而被調(diào)節(jié)。接下來，實施結(jié)晶缺陷形成工序。如圖5所示，在結(jié)晶缺陷形成工序中，從掩膜701的背面?zhèn)?，且從與晶片610的背面垂直的方向?qū)嵤щ娏Ｗ拥恼丈洌瑥亩诰?10的二極管形成區(qū)620中形成結(jié)晶缺陷。帶電粒子以停止在二極管漂移層28的上部漂移層28a處的方式被調(diào)節(jié)照射能量，并被照射。由此，結(jié)晶缺陷密度較高的區(qū)域被形成于上部漂移層28a中，并成為載流子壽命控制區(qū)39。載流子壽命控制區(qū)39的端部39a的位置與掩膜701的二極管形成區(qū)620側(cè)的端部701a大致一致。接下來，實施離子注入工序。在離子注入工序中，兩次對晶片610的背面注入η型的雜質(zhì)離子，從而在晶片610的背面的集電層652的一部分處，形成注入有η型離子的離子注入?yún)^(qū)。如圖6所示，該兩次離子注入的方向包括從絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)640側(cè)(在掩膜工序中形成了掩膜的區(qū)域側(cè))朝向二極管形成區(qū)620側(cè)(在掩膜工序中未形成掩膜的區(qū)域側(cè))而與半導(dǎo)體晶片的背面形成銳角的方向(以下，稱為第一方向。圖6中為用虛線的箭頭標(biāo)記662表示的方向)；從二極管形成區(qū)620側(cè)朝向絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)640側(cè)而與半導(dǎo)體晶片的背面形成銳角的方向(以下，稱為第二方向。圖6中為用實線的箭頭標(biāo)記664表示的方向)。在圖6所示的截面中，第二方向與第一方向交叉。如圖6所示，當(dāng)在第二方向上實施了 η型離子注入時，η型離子被注入到集電層652的部分600中。另一方面，當(dāng)在第一方向上實施了 η型離子注入時，η型離子未被注入到部分600中。在圖6中，在以第一方向、第二方向中的任意一個方向?qū)嵤┝?η型離子注入的情況下，η型離子均被注入到與部分600相比靠近二極管形成區(qū)620側(cè)的集電層652的部分630中。
S卩，通過實施包括從絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)640側(cè)朝向二極管形成區(qū)620側(cè)而與半導(dǎo)體晶片的背面形成銳角的第一方向、和與第一方向交叉的第二方向(更加具體而言，從二極管形成區(qū)620側(cè)朝向絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)640側(cè)而與半導(dǎo)體晶片的背面形成銳角的第二方向)在內(nèi)的、至少兩次以上的離子注入，從而能夠在晶片610的二極管形成區(qū)620的背面上形成η型離子濃度不同的兩個部分(部分600和部分630)。被注入到部分600中的η型離子濃度低于被注入到部分630中的η型離子濃度。部分600為低離子注入?yún)^(qū)，并且沿著掩膜701的二極管形成區(qū)620側(cè)的端部701a，而被形成于二極管形成區(qū)620與絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)640之間。將部分600的二極管形成區(qū)620側(cè)的端部設(shè)為邊界672，將絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)640側(cè)的端部設(shè)為邊界674。通過對掩膜701的位置、第一方向以及第二方向的離子注入的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而能夠?qū)Σ糠?00的寬度(即，邊界672與邊界674之間的長度)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在實施例I中，由于根據(jù)形成結(jié)晶缺陷的位置來對掩膜701的位置進(jìn)行固定，因此通過對第一方向以及第二方向的離子注入的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對部分600的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)。利用圖7對設(shè)計第一方向以及第二方向的離子注入的角度的方法的一個示例進(jìn)行說明。圖7為模式化地表示圖6所示的晶片610以及掩膜701的一部分的圖，并且圖示了掩膜701的端部701a、和位于其附近的集電層652 (包括部分600和部分630)。俯視觀察晶片610時的圖7中的點A、B、C的位置與掩膜701的端部701a相一致。線段AB為晶片610的背面與掩膜701的晶片610側(cè)的面之間的距離，并設(shè)為dl。線段BC為掩膜701的厚度，并設(shè)為d2。線段CD模式化地表示通過端部701a而被限制的、第一方向的離子注入中的帶電粒子的前進(jìn)路線，點D與邊界672處于相同的位置。當(dāng)將線段CD與晶片610的背面形成的角設(shè)為Θ I (O < Θ I < 90° )時，第一方向的離子注入中的帶電粒子的前進(jìn)路線與晶片610的背面形成的角將成為Θ1。線段BE模式化地表示通過端部701a而被限制的、第二方向的離子注入中的帶電粒子的前進(jìn)路線，點E與邊界674處于相同的位置。當(dāng)將線段BE與晶片610的背面形成的角設(shè)為Θ2 (O < Θ 2 < 90° )時，第二方向的離子注入中的帶電粒子的前進(jìn)路線與晶片610的背面形成的角將成為Θ2。線段AD的長度成為(dl + d2) / tan Θ 1，并表示從端部701a到邊界672為止的晶片610在平面方向上的距離。線段AE的長度成為dl / tan Θ 2，并表示從端部701a到邊界674為止的晶片610在平面方向上的距離。因此，邊界672與邊界672的距離DE可以通過下述的式(I)來表示。(dl + d2) / tan θ I + dl / tan θ 2... (I)在實施例I中，利用所述的式(I)來對Θ 2的值進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使低濃度層100不會侵入至絕緣柵雙極性晶體管區(qū)40的體層48的下側(cè)。接下來，取下掩膜701，之后實施對晶片610的退火工序。在退火工序中，實施對離子注入?yún)^(qū)即部分600、部分630的退火處理。當(dāng)實施退火處理時，部分630成為η型的陰極層30，部分600成為η型的雜質(zhì)濃度低于陰極層30的低濃度層100。由此，如圖8所示，晶片610的背面能夠具備集電層52、低濃度層100、陰極層30這三層。通過在圖8所示的晶片610的背面上形成圖I所示的共用電極60，并進(jìn)行切割而切開成一個一個的半導(dǎo)體裝 置，從而能夠形成實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置10。如上文所述，在第一制造方法中，在掩膜工序中，將掩膜配置在半導(dǎo)體晶片的二極管形成區(qū)和絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)中的某一方的背面?zhèn)?。在其后實施的離子注入工序中，實施從絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)側(cè)朝向二極管形成區(qū)側(cè)而與半導(dǎo)體晶片的背面形成銳角的方向(第一方向)的離子注入、和從二極管形成區(qū)側(cè)朝向絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)側(cè)而與半導(dǎo)體晶片的背面形成銳角的方向(第二方向)的離子注入。由此，在二極管形成區(qū)與絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)之間，生成第一方向的離子注入和第二方向的離子注入中的某一方被遮蔽而未到達(dá)的、低離子注入?yún)^(qū)。通過在形成了低離子注入?yún)^(qū)后實施退火工序，從而能夠在二極管區(qū)與絕緣柵雙極性晶體管區(qū)之間形成雜質(zhì)濃度較低的區(qū)域。在第一制造方法中，能夠?qū)⒂糜谠陔x子注入工序中對第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)離子進(jìn)行遮蔽的掩膜，作為用于在結(jié)晶缺陷形成工序中對帶電粒子進(jìn)行遮蔽的掩膜而使用。由于能夠?qū)⒁粋€掩膜兼用于離子注入工序和結(jié)晶缺陷形成工序中，因此簡化了制造工序。此外，當(dāng)如實施例I這樣，使在掩膜工序中所配置的掩膜的端部的位置與載流子壽命控制區(qū)的端部的位置相一致，并在此基礎(chǔ)上，利用該掩膜而在離子注入工序中實施第一方向和第二方向的離子注入時，能夠使低濃度層與陰極層的邊界位于與載流子壽命控制區(qū)的端部相比較靠近二極管區(qū)的一側(cè)，并能夠使低濃度層與集電層的邊界位于與載流子壽命控制區(qū)的端部相比較靠近絕緣柵雙極性晶體管區(qū)的一側(cè)。即，能夠設(shè)定為，載流子壽命控制區(qū)的端部位于低濃度層的上方。由于能夠利用一個掩膜，而使載流子壽命控制區(qū)的端部的位置和低濃度層的位置恰當(dāng)?shù)貙?zhǔn)，因此使制造工序簡化。此外，雖然在使用多個掩膜時，存在由于多個掩膜的位置相互錯開，從而載流子壽命控制區(qū)的端部的位置與低濃度層的位置錯開的情況，但是由于使用一個掩膜，因此無需使多個掩膜的位置相互對準(zhǔn)。另外，雖然在圖6中，第二方向為從在掩膜工序中未形成掩膜的二極管形成區(qū)側(cè)朝向在掩膜工序中形成了掩膜的絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)側(cè)的方向，但是并不限定于此。第二方向只需為與第一方向交叉的方向(不與第一方向平行的方向)，且由此而能夠在二極管形成區(qū)與絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)之間，形成僅第一方向的離子注入和第二方向的離子注入中的某一方被遮蔽而未到達(dá)的部分(成為低離子注入?yún)^(qū)的部分)即可。例如，如圖9所示，當(dāng)?shù)谝环较驗閺慕^緣柵雙極性晶體管形成區(qū)側(cè)朝向二極管形成區(qū)側(cè)而與半導(dǎo)體晶片的背面形成銳角的方向時，第二方向可以為與第一方向交叉且與半導(dǎo)體晶片的背面垂直的方向。此時，由于第二方向的離子注入在與端部701a相比靠近絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)640的一側(cè)未被實施，因此低濃度層102a與絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)640的邊界674a、與掩膜701的二極管形成區(qū)620側(cè)的端部701a相一致。此外，如圖10所示，當(dāng)?shù)谝环较驗閺慕^緣柵雙極性晶體管形成區(qū)側(cè)朝向二極管形成區(qū)側(cè)而與半導(dǎo)體晶片的背面形成銳角Θ 11的方向時，第二方向可以為從絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)側(cè)朝向二極管形成區(qū)側(cè)而與半導(dǎo)體晶片的背面形成銳角Θ 21的方向，且成為Θ 21 > Θ 11。此時，第二方向與第一方向交叉，從而能夠在半導(dǎo)體晶片的背面上形成低離子注入?yún)^(qū)。低濃度層102b與絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)640的邊界674b，與掩膜701的二極管形成區(qū)620側(cè)的端部701a相比靠近二極管形成區(qū)64(H則。另外，如圖11所示，也可以利用抗蝕劑703等而將掩膜701貼附在晶片610的背面上。此時，由于離子注入在與端部701a相比靠近絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)640的一側(cè)未被實施，因此低濃度層102c與絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)640的邊界674c與掩膜701的二極管形成區(qū)620側(cè)的端部701a相一致。
(第二制造方法) 半導(dǎo)體裝置10的第二制造方法包括掩膜工序，將掩膜配置在半導(dǎo)體晶片的二極管形成區(qū)的背面?zhèn)然蚪^緣柵雙極性晶體管形成區(qū)的背面?zhèn)?；結(jié)晶缺陷形成工序，從掩膜的背面?zhèn)认虬雽?dǎo)體晶片的背面實施帶電粒子的照射，從而在半導(dǎo)體晶片的二極管形成區(qū)內(nèi)形成結(jié)晶缺陷；離子注入工序，從掩膜的背面?zhèn)认虬雽?dǎo)體晶片的背面實施雜質(zhì)離子的注入，從而形成離子注入?yún)^(qū)；激光退火工序，在配置了掩膜的狀態(tài)下對離子注入?yún)^(qū)實施激光退火處理。以下，利用例示了實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置10的制造方法的圖12至圖14，將第二制造方法作為實施例2而進(jìn)行具體說明。實施例2由于實施例2的掩膜工序和結(jié)晶缺陷形成工序與第一制造方法所涉及的實施例I相同，因此省略說明。圖12圖示了對圖2所示的晶片610完成了結(jié)晶缺陷形成工序之后的晶片710。在晶片710的二極管漂移層28的上部漂移層28a內(nèi)，形成有載流子壽命控制區(qū)39。與圖4等相同地，在晶片710的背面?zhèn)扰渲糜醒谀?01。圖12中，對與圖I、圖2相同的結(jié)構(gòu)，標(biāo)記相同的參照編號。接下來，實施離子注入工序。在離子注入工序中，向晶片710的背面注入η型的雜質(zhì)離子，從而如圖13所示，在晶片710的背面的集電層652的一部分上，形成注入有η型離子的離子注入?yún)^(qū)730。接下來，在配置了掩膜701的狀態(tài)下實施激光退火工序。在激光退火工序中，通過激光退火處理來實施對離子注入?yún)^(qū)的退火處理。通過向離子注入?yún)^(qū)730照射激光，從而在成為高能量狀態(tài)的部分中，離子被充分地活性化，另一方面，在與配置有掩膜的區(qū)域的邊界的附近，無法獲得離子的活性化所需的充分的能量。如圖14所示，當(dāng)向掩膜701的端部701a的附近照射激光時，部分120處于高能量狀態(tài)，從而離子被充分地活性化，而在與部分120相比靠近絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)640的一側(cè)即部分123處于能量不足的狀態(tài)，從而離子未被充分地活性化。部分123中，離子的活性化不充分，從而成為雜質(zhì)濃度較低的低濃度層103。當(dāng)對二極管形成區(qū)620的背面的離子注入?yún)^(qū)730整體掃描激光時，在除了與配置有掩膜的區(qū)域的邊界的附近以外的區(qū)域內(nèi)，離子被充分地活性化，如圖14所示，能夠在二極管形成區(qū)620的整個背面上形成陰極層30。同時，能夠沿著掩膜701的端部701a，而在陰極層30與集電層52之間形成低濃度層103。通過在圖14所示的晶片710的背面上形成圖I所示的共用電極60，并進(jìn)行切割而切開成一個一個的半導(dǎo)體裝置，從而能夠形成實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置10。如上文所述，即使使用第二制造方法，也能夠與使用第一制造方法的情況相同地，將用于在離子注入工序中對第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)離子進(jìn)行遮蔽的掩膜，作為用于在結(jié)晶缺陷形成工序中對帶電粒子進(jìn)行遮蔽的掩膜而使用。由于能夠利用一個掩膜，而使載流子壽命控制區(qū)的端部的位置與低濃度層的位置恰當(dāng)?shù)貙?zhǔn)，因此使制造工序簡化。此外，由于使用一個掩膜，因此無需使多個掩膜的位置相互對準(zhǔn)。(第三制造方法)上述的半導(dǎo)體裝置10的第三制造方法包括掩膜工序，將掩膜配置在半導(dǎo)體晶片 的二極管形成區(qū)的背面?zhèn)然蚪^緣柵雙極性晶體管形成區(qū)的背面?zhèn)龋唤Y(jié)晶缺陷形成工序，從掩膜的背面?zhèn)认虬雽?dǎo)體晶片的背面實施帶電粒子的照射，從而在半導(dǎo)體晶片的二極管形成區(qū)內(nèi)形成結(jié)晶缺陷；離子注入工序，從掩膜的背面?zhèn)认虬雽?dǎo)體晶片的背面實施雜質(zhì)離子的注入，從而以鄰接的方式形成第一導(dǎo)電型的集電區(qū)和第二導(dǎo)電型的陰極區(qū)；激光退火工序，對半導(dǎo)體晶片的背面的、集電區(qū)與陰極區(qū)的邊界實施激光退火處理。以下，利用例示了實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖15至圖17，將第三制造方法作為實施例3而進(jìn)行具體說明。實施例3在實施例3中，通過與第二制造方法所涉及的實施例2相同的制造工序，而在制造了圖13所示的晶片710之后，將掩膜701去除并實施退火處理。由此，能夠制造圖15所示的晶片810。在圖15中，對與圖I、圖2、圖13等相同的結(jié)構(gòu)，標(biāo)記相同的參照編號。如圖15所示，在晶片810的背面?zhèn)龋脏徑拥姆绞叫纬捎笑切偷年帢O層830和P型的集電層852。邊界121為陰極層830與集電層852的邊界。對圖15所示的晶片810的背面?zhèn)鹊倪吔?21實施激光退火處理。當(dāng)對邊界121照射激光而實施激光退火處理時，邊界121附近的陰極層830和集電層852被局部性地加熱。由此，陰極層830的η型的雜質(zhì)和集電層852的ρ型的雜質(zhì)相互抵消，從而如圖16所示，形成雜質(zhì)濃度較低的低濃度層104。為了使低濃度層104成為η型的雜質(zhì)層，例如，只需使陰極層830的η型的雜質(zhì)濃度高于集電層852的ρ型的雜質(zhì)濃度即可。圖17為從背面?zhèn)扔^察晶片810的圖。根據(jù)第三制造方法，如圖17所示，能夠在陰極層830與集電層852之間的一部分上選擇性地形成低濃度層104。通過在對邊界121的整體實施激光退火處理，并在陰極層830與集電層852之間形成了低濃度層104之后，在晶片810的背面上形成圖I所示的共用電極60，并進(jìn)行切割而切開成一個一個的半導(dǎo)體裝置，從而能夠形成實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置10。如上文所述，即使使用第三制造方法，也能夠與使用第一和第二制造方法的情況相同地，將用于在離子注入工序中對第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)離子進(jìn)行遮蔽的掩膜，作為用于在結(jié)晶缺陷形成工序中對帶電粒子進(jìn)行遮蔽的掩膜而使用。由于利用一個掩膜，而使載流子壽命控制區(qū)的端部的位置與低濃度層的位置恰當(dāng)?shù)貙?zhǔn)，因此使制造工序簡化。此外，由于使用一個掩膜，因此無需使多個掩膜的位置相互對準(zhǔn)。此外，根據(jù)第三制造方法，從而能夠制造如圖17所示這樣，在陰極層與集電層之間的一部分上選擇性地形成有低濃度層的半導(dǎo)體裝置。另外，在第一至第三制造方法中，也可以先實施離子注入工序和結(jié)晶缺陷形成工序中的任意一個工序。另外，若為本領(lǐng)域技術(shù)人員則能夠容易理解，即使根據(jù)上述所說明的第一、第二、第三制造方法以外的方法也能夠制造半導(dǎo)體裝置10。例如，能夠使用如下的方法，即，使用與陰極層30對準(zhǔn)并被實施了圖案形成的第一掩膜，來對圖3所示的晶片610的背面實施第一 η型離子注入，使用與低濃度層100對準(zhǔn)并被實施了圖案形成的第二掩膜，而以與第一 η型離子注入相比較低的雜質(zhì)濃度來實施第二 η型離子注入，使用與集電層52對準(zhǔn)并被實施了圖案形成的第三掩膜，來實施P型離子注入，之后，實施退火處理的方法。

雖然在上文中，例示并說明了低濃度層為η型的半導(dǎo)體裝置，但是低濃度層也可以為P型。在圖I所示的半導(dǎo)體裝置10中，也可以形成P型的低濃度層，以取代η型的低濃度層100。此時，ρ型的低濃度層的雜質(zhì)濃度低于集電層30的ρ型的雜質(zhì)濃度。此外，也可以如圖18所示的半導(dǎo)體裝置IOa那樣，設(shè)置η型的低濃度層111和ρ型的低濃度層112雙方。此外，在圖18中，也可以調(diào)換η型的低濃度層111和ρ型的低濃度層112的位置。另夕卜，圖18中，對與圖I相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)記相同的參照編號。與η型的低濃度層相同地，ρ型的低濃度層與陰極層以及集電層相比，電阻較高。因此，即使在圖I所示的半導(dǎo)體裝置10中，形成有P型的低濃度層，以取代η型的低濃度層100的情況下，也能夠獲得與形成有上文中所說明的η型的低濃度層100的情況相同的作用效果。即，通過形成P型的低濃度層，也能夠獲得抑制絕緣柵雙極性晶體管動作時的通態(tài)電壓上升的效果、和改善二極管的恢復(fù)特性的效果。而且，當(dāng)P型的低濃度層與共用電極的接觸電阻較之于陰極層與共用電極的接觸電阻、集電層與共用電極的接觸電阻而較高時，與η型的低濃度層的情況相同地，能夠更加有效地抑制絕緣柵雙極性晶體管動作時的通態(tài)電壓的上升，并改善二極管的恢復(fù)特性。即使在圖I所示的半導(dǎo)體裝置10中，設(shè)置ρ型的低濃度層以取代η型的低濃度層100的情況下，也能夠應(yīng)用上文中所說明的第一至第三制造方法來進(jìn)行制造。雖然在上文中，例示并說明了在二極管區(qū)20內(nèi)設(shè)置有載流子壽命控制區(qū)39的半導(dǎo)體裝置，但是也可以為如圖19所示這樣，不具備載流子壽命控制區(qū)的半導(dǎo)體裝置10b。即使在不具備載流子壽命控制區(qū)的半導(dǎo)體裝置中，也能夠得到上文中所說明的、因半導(dǎo)體裝置具備低濃度層而獲得的作用效果。另外，在圖19中，對與圖I相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)記相同的參照編號。不具備載流子壽命控制區(qū)的半導(dǎo)體裝置能夠通過在上文中所說明的半導(dǎo)體裝置10的第一至第三制造方法中，不實施結(jié)晶缺陷形成工序來制造。此外，雖然在上文中，將第一導(dǎo)電型設(shè)為ρ型，將第二導(dǎo)電型設(shè)為η型而進(jìn)行了說明，但是也可以將第一導(dǎo)電型設(shè)為η型，將第二導(dǎo)電型設(shè)為ρ型。以上，雖然對本發(fā)明的實施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是這些實施例僅為示例，并非對專利請求的范圍進(jìn)行限定的內(nèi)容。在專利請求的范圍所記載的技術(shù)中也包括對以上所例示的具體示例進(jìn)行了各種各樣的變形、變更的內(nèi)容。本說明書或附圖中所說明的技術(shù)要素可以通過單獨或各種組合的方式而發(fā)揮技術(shù)有用性，且并非限定于申請時權(quán)利要求所記載的組合。此外，本說明書或附圖所例示的技 術(shù)能夠同時實現(xiàn)多個目的，并且實現(xiàn)其中的一個目的技術(shù)本身也具有技術(shù)有用性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其為二極管區(qū)和絕緣柵雙極性晶體管區(qū)被形成在同一半導(dǎo)體基板上的半導(dǎo)體裝置，其中， 二極管區(qū)具備 第一導(dǎo)電型的陽極區(qū)，其露出于半導(dǎo)體基板的表面； 第二導(dǎo)電型的二極管漂移區(qū)，其被形成于陽極區(qū)的背面?zhèn)龋? 第二導(dǎo)電型的陰極區(qū)，其與二極管漂移區(qū)相比第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度較高，并被形成于二極管漂移區(qū)的背面?zhèn)龋? 絕緣柵雙極性晶體管區(qū)具備 第二導(dǎo)電型的發(fā)射區(qū)，其露出于半導(dǎo)體基板的表面； 第一導(dǎo)電型的體區(qū)，其被形成于發(fā)射區(qū)的側(cè)方以及背面?zhèn)?，并與發(fā)射電極相接； 第二導(dǎo)電型的絕緣柵雙極性晶體管漂移區(qū)，其被形成于體區(qū)的背面?zhèn)龋? 第一導(dǎo)電型的集電區(qū)，其被形成于絕緣柵雙極性晶體管漂移區(qū)的背面?zhèn)龋? 柵電極，其通過絕緣膜而與將發(fā)射區(qū)和絕緣柵雙極性晶體管漂移區(qū)分離的范圍內(nèi)的體區(qū)對置， 在半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)鹊年帢O區(qū)與集電區(qū)之間，設(shè)置有低濃度區(qū)， 低濃度區(qū)具有第一低濃度區(qū)和第二低濃度區(qū)中的至少某一方，所述第一低濃度區(qū)為第一導(dǎo)電型，且與集電區(qū)相比第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度較低，所述第二低濃度區(qū)為第二導(dǎo)電型，且與陰極區(qū)相比第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度較低。
2.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 還具備與半導(dǎo)體基板的背面相接的電極， 陰極區(qū)、集電區(qū)和低濃度區(qū)露出于半導(dǎo)體基板的背面， 低濃度區(qū)與電極的接觸電阻高于，陰極區(qū)與電極的接觸電阻、以及集電區(qū)與電極的接觸電阻中的任意一方。
3.如權(quán)利要求I或2所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 在俯視觀察半導(dǎo)體裝置時，陰極區(qū)與低濃度區(qū)的邊界位于與絕緣柵雙極性晶體管區(qū)的體區(qū)的下方相比較靠近二極管區(qū)的位置處。
4.如權(quán)利要求I至3中的任意一項所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 在二極管漂移區(qū)內(nèi)，形成有壽命控制區(qū)， 壽命控制區(qū)內(nèi)的載流子的壽命短于壽命控制區(qū)外的、二極管漂移區(qū)內(nèi)的載流子的壽命， 在俯視觀察半導(dǎo)體裝置時，壽命控制區(qū)的絕緣柵雙極性晶體管區(qū)側(cè)的端部位于低濃度區(qū)的上方。
5.如權(quán)利要求I至4中的任意一項所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 在二極管區(qū)與絕緣柵雙極性晶體管區(qū)之間，從半導(dǎo)體基板的表面起到深于陽極區(qū)的下端以及體區(qū)的下端的深度為止的范圍內(nèi)，形成有第一導(dǎo)電型的分離區(qū)， 在俯視觀察半導(dǎo)體裝置時，壽命控制區(qū)的絕緣柵雙極性晶體管區(qū)側(cè)的端部位于分離區(qū)的下方。
6.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其為權(quán)利要求I至5中的任意一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括掩膜工序，將掩膜配置在半導(dǎo)體晶片的二極管形成區(qū)的背面?zhèn)然蚪^緣柵雙極性晶體管形成區(qū)的背面?zhèn)龋? 離子注入工序，從掩膜的背面?zhèn)认虬雽?dǎo)體晶片的背面實施雜質(zhì)離子的注入，從而形成離子注入?yún)^(qū)； 退火工序，實施對離子注入?yún)^(qū)的退火處理， 離子注入工序包括第一離子注入工序，以從在掩膜工序中形成了掩膜的區(qū)域側(cè)朝向未形成掩膜的區(qū)域側(cè)而與半導(dǎo)體晶片的背面形成銳角的第一方向，對半導(dǎo)體晶片的背面實施離子注入；第二離子注入工序，以與所述第一方向交叉的第二方向，對半導(dǎo)體晶片的背面實施離子注入。
7.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其為權(quán)利要求I至5中的任意一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括 掩膜工序，將掩膜配置在半導(dǎo)體晶片的二極管形成區(qū)的背面?zhèn)然蚪^緣柵雙極性晶體管形成區(qū)的背面?zhèn)龋? 離子注入工序，從掩膜的背面?zhèn)认虬雽?dǎo)體晶片的背面實施雜質(zhì)離子的注入，從而形成離子注入?yún)^(qū)； 激光退火工序，在配置了掩膜的狀態(tài)下對離子注入?yún)^(qū)實施激光退火處理。
8.如權(quán)利要求6或7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中， 在掩膜工序中，掩膜通過與半導(dǎo)體晶片的背面相接的粘合層，而被固定在半導(dǎo)體晶片上。
9.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其為權(quán)利要求I至5中的任意一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括 掩膜工序，將掩膜配置在半導(dǎo)體晶片的二極管形成區(qū)的背面?zhèn)然蚪^緣柵雙極性晶體管形成區(qū)的背面?zhèn)龋? 離子注入工序，從掩膜的背面?zhèn)认虬雽?dǎo)體晶片的背面實施雜質(zhì)離子的注入，從而以鄰接的方式形成第一導(dǎo)電型的集電區(qū)和第二導(dǎo)電型的陰極區(qū)； 激光退火工序，對半導(dǎo)體晶片的背面的、集電區(qū)與陰極區(qū)的邊界實施激光退火處理。
10.如權(quán)利要求6至9中的任意一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中， 在掩膜工序中，將掩膜配置在半導(dǎo)體晶片的絕緣柵雙極性晶體管形成區(qū)的背面?zhèn)龋? 所述半導(dǎo)體裝置的制造方法還包括結(jié)晶缺陷形成工序，從掩膜的背面?zhèn)认虬雽?dǎo)體晶片的背面實施帶電粒子的照射，從而在半導(dǎo)體晶片的二極管形成區(qū)內(nèi)形成結(jié)晶缺陷。
全文摘要
本發(fā)明提供一種二極管區(qū)和絕緣柵雙極性晶體管區(qū)被形成在同一半導(dǎo)體基板上的半導(dǎo)體裝置，其能夠抑制絕緣柵雙極性晶體管區(qū)和二極管區(qū)之間的載流子移動，從而抑制絕緣柵雙極性晶體管動作時的通態(tài)電壓的上升，且改善二極管的恢復(fù)特性。在二極管區(qū)(20)和絕緣柵雙極性晶體管區(qū)(40)被形成在同一半導(dǎo)體基板上的半導(dǎo)體裝置中，在半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)?，于二極管區(qū)的第二導(dǎo)電型的陰極區(qū)(30)和絕緣柵雙極性晶體管區(qū)的第一導(dǎo)電型的集電區(qū)(52)之間，設(shè)置有低濃度區(qū)(100)。低濃度區(qū)(100)具有第一低濃度區(qū)和第二低濃度區(qū)中的至少某一方，所述第一低濃度區(qū)為第一導(dǎo)電型，且與集電區(qū)相比第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度較低，所述第二低濃度區(qū)為第二導(dǎo)電型，且與陰極區(qū)相比第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度較低。
文檔編號H01L21/76GK102822968SQ201080065840
公開日2012年12月12日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者巖崎真也, 添野明高 申請人:豐田自動車株式會社