半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法，其能夠以較高的定位精度在預(yù)定范圍內(nèi)形成壽命控制區(qū)。在半導(dǎo)體裝置（1）中，在同一半導(dǎo)體基板上并存有IGBT元件區(qū)（J1）和二極管元件區(qū)（J2）。IGBT元件區(qū)（J1）具備第二導(dǎo)電型的漂移層（60）和第一導(dǎo)電型的體層（30）。二極管元件區(qū)（J2）具備第二導(dǎo)電型的漂移層（60）和第一導(dǎo)電型的陽(yáng)極層（31）。二極管元件區(qū)（J2）的漂移層（60）中所含有的重金屬（62）的密度，與IGBT元件區(qū)（J1）的漂移層（60）中所含有的重金屬（62）的密度相比較高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置以及半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及一種在同一半導(dǎo)體基板上并存有絕緣柵雙極性晶體管元件區(qū)和二極管元件區(qū)的反向?qū)ㄐ偷陌雽?dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在日本特開(kāi)2008 — 192737號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了一種在同一半導(dǎo)體基板上并存有IGBT(insulated gate bipolar transistor:絕緣柵雙極性晶體管)和 FWD(free wheel diode:續(xù)流二極管)的半導(dǎo)體裝置。在該半導(dǎo)體裝置中，通過(guò)選擇性地對(duì)FWD區(qū)進(jìn)行離子照射，從而僅在FWD區(qū)內(nèi)形成與其他的區(qū)域相比具有較多的結(jié)晶缺陷的缺陷區(qū)。缺陷區(qū)作為能夠?qū)d流子的壽命進(jìn)行控制的區(qū)域(壽命控制區(qū))而發(fā)揮功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明所要解決的課題
[0004]由于在通過(guò)離子照射而進(jìn)行的結(jié)晶缺陷的導(dǎo)入中，對(duì)照射離子的射程和分布的控制較為困難，因此難以高精度地進(jìn)行結(jié)晶缺陷的分布控制。例如，作為選擇性地對(duì)FWD區(qū)進(jìn)行離子照射的方法，可列舉出如下的方法，即，在晶片表面上形成照射用掩膜，并經(jīng)由照射用掩膜而進(jìn)行離子照射的方法，其中，所述照射用掩膜在與FWD區(qū)相對(duì)應(yīng)的部分上預(yù)先形成有開(kāi)口部。但是，雖然在晶片表面上形成照射用掩膜時(shí)，需要進(jìn)行晶片與照射用掩膜的位置對(duì)齊，但是高精度地進(jìn)行位置對(duì)齊是較為困難的。當(dāng)由于無(wú)法提高結(jié)晶缺陷的分布控制的精度，而在IGBT區(qū)內(nèi)形成有缺陷區(qū)時(shí)，IGBT將會(huì)高電阻化。此外，當(dāng)在FWD區(qū)內(nèi)未形成缺陷區(qū)時(shí)，將產(chǎn)生二極管的反向恢復(fù)電荷的增大。
[0005]本申請(qǐng)的技術(shù)是為了解決上述的問(wèn)題而提出的。即，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N能夠在同一半導(dǎo)體基板上并存有IGBT元件區(qū)和二極管元件區(qū)的半導(dǎo)體裝置中，更高精度地進(jìn)行壽命控制區(qū)的位置控制的技術(shù)。
[0006]用于解決課題的方法
[0007]本申請(qǐng)所公開(kāi)的半導(dǎo)體裝置為，在同一半導(dǎo)體基板上并存有IGBT元件區(qū)和二極管元件區(qū)的半導(dǎo)體裝置。IGBT元件區(qū)具備第二導(dǎo)電型的漂移層和第一導(dǎo)電型的體層。二極管元件區(qū)具備第二導(dǎo)電型的漂移層和第一導(dǎo)電型的陽(yáng)極層。二極管元件區(qū)的漂移層中所含有的重金屬的密度與IGBT元件區(qū)的漂移層中所含有的重金屬的密度相比較高。
[0008]本申請(qǐng)所涉及的半導(dǎo)體裝置中，二極管元件區(qū)的漂移層中所含有的重金屬的密度與IGBT元件區(qū)的漂移層中所含有的重金屬的密度相比較高。而且，漂移層中所含有的重金屬具有縮短載流子的壽命的效果。由此，能夠在二極管元件區(qū)內(nèi)形成對(duì)載流子的壽命進(jìn)行控制的壽命控制區(qū)。而且，重金屬的分布控制能夠僅根據(jù)溫度和物理常數(shù)來(lái)實(shí)施。因此，與利用由照射而進(jìn)行結(jié)晶缺陷的導(dǎo)入的情況相比，能夠更高精度地實(shí)施壽命抑制物(lifekiller)的分布控制。
[0009]此外，本申請(qǐng)所公開(kāi)的半導(dǎo)體裝置可以采用如下結(jié)構(gòu)，S卩，在IGBT元件區(qū)中，依次層疊有第一導(dǎo)電型的集電層、第二導(dǎo)電型的漂移層和第一導(dǎo)電型的體層。也可以采用如下結(jié)構(gòu)，即，形成有第一溝槽電極，所述第一溝槽電極從體層的表面起貫穿體層并突出到漂移層內(nèi)，且被絕緣膜包圍。也可以采用如下結(jié)構(gòu)，即，在如下的范圍內(nèi)形成有第二導(dǎo)電型的發(fā)射區(qū)，所述范圍為，經(jīng)由該絕緣膜而與第一溝槽電極相接且與半導(dǎo)體基板的表面相對(duì)的范圍，該發(fā)射區(qū)通過(guò)體層而與漂移層隔開(kāi)。也可以采用如下結(jié)構(gòu)，即，在二極管元件區(qū)中，依次層疊有第二導(dǎo)電型的陰極層、第二導(dǎo)電型的漂移層和第一導(dǎo)電型的陽(yáng)極層。也可以采用如下結(jié)構(gòu)，即，形成有第二溝槽電極，所述第二溝槽電極從陽(yáng)極層的表面起貫穿陽(yáng)極層并突出到漂移層內(nèi)，且被絕緣膜包圍。也可以采用如下結(jié)構(gòu)，即，在對(duì)形成有第一溝槽電極的開(kāi)口部的體層的表面、以及形成有第二溝槽電極的開(kāi)口部的陽(yáng)極層的表面進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，二極管元件區(qū)的每單位面積的、形成第二溝槽電極的開(kāi)口部的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度，與IGBT元件區(qū)的每單位面積的、形成第一溝槽電極的開(kāi)口部的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度相比較長(zhǎng)。
[0010]當(dāng)半導(dǎo)體裝置被加熱時(shí)，將在溝槽整體上產(chǎn)生應(yīng)力，從而將在溝槽周?chē)陌雽?dǎo)體區(qū)內(nèi)形成微小的結(jié)晶缺陷。該種情況下，應(yīng)力以溝槽與半導(dǎo)體區(qū)之間的邊界面為起點(diǎn)而產(chǎn)生。在本申請(qǐng)所公開(kāi)的半導(dǎo)體裝置中，被形成在二極管元件區(qū)的每單位面積內(nèi)的第二溝槽電極的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度，與被形成在IGB元件區(qū)的每單位面積內(nèi)的第一溝槽電極的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度相比較長(zhǎng)。因此，由于與IGBT元件區(qū)相比，在二極管元件區(qū)中，溝槽與半導(dǎo)體區(qū)之間的邊界面的存在密度較高，因此更高密度地產(chǎn)生結(jié)晶缺陷。即，二極管元件區(qū)內(nèi)的漂移層的結(jié)晶缺陷數(shù)量與IGBT元件區(qū)內(nèi)的漂移層的結(jié)晶缺陷數(shù)量相比較多。而且，結(jié)晶缺陷吸收(Gettering)(捕獲、固定)重金屬。因此，與IGBT元件區(qū)相比，二極管元件區(qū)能夠更高密度地吸收重金屬。由此，由于與IGBT元件區(qū)相比，二極管元件區(qū)更能夠縮短載流子的壽命，因此能夠降低二極管元件區(qū)中的恢復(fù)損失。
[0011]此外，本申請(qǐng)所公開(kāi)的半導(dǎo)體裝置可以采用如下結(jié)構(gòu)，即，還具備含有重金屬的電極，二極管區(qū)內(nèi)的半導(dǎo)體層的至少一部分與電極相接觸。通過(guò)含有重金屬的電極與半導(dǎo)體層相接觸，從而能夠向二極管區(qū)內(nèi)的半導(dǎo)體層導(dǎo)入重金屬。由于在該方法中，與通過(guò)離子照射而導(dǎo)入結(jié)晶缺陷從而形成壽命控制區(qū)的情況相比，無(wú)需實(shí)施離子照射等工序，因此能夠使形成壽命控制區(qū)的工序簡(jiǎn)化。
[0012]此外，在本申請(qǐng)所公開(kāi)的半導(dǎo)體裝置中，可以采用如下結(jié)構(gòu)，S卩，第一距離大于等于電極所含有的重金屬的擴(kuò)散距離，其中，所述第一距離為，含有重金屬的電極和二極管元件區(qū)內(nèi)的半導(dǎo)體層相接觸的接觸區(qū)域、與IGBT元件區(qū)內(nèi)的發(fā)射區(qū)之間的距離。重金屬以電極與半導(dǎo)體層的接觸區(qū)域?yàn)槠瘘c(diǎn)，而以大致同心圓狀的方式進(jìn)行擴(kuò)散。此外，重金屬的擴(kuò)散距離取決于溫度和物理常數(shù)。由于在本申請(qǐng)所公開(kāi)的半導(dǎo)體裝置中，IGBT元件區(qū)內(nèi)的發(fā)射區(qū)與接觸區(qū)域之間的第一距離大于等于擴(kuò)散距離，因此，能夠防止重金屬擴(kuò)散至發(fā)射區(qū)。因此，能夠防止由于在發(fā)射區(qū)附近存在重金屬而導(dǎo)致IGBT的通態(tài)電阻增加的情況。
[0013]此外，在本申請(qǐng)所公開(kāi)的半導(dǎo)體裝置中，可以采用如下結(jié)構(gòu)，S卩，第一距離大于等于第二距離，其中，所述第二距離為，通過(guò)二極管元件區(qū)的陰極層的厚度與漂移層的厚度之和而確定的距離。由此，由于能夠切實(shí)地防止重金屬擴(kuò)散至發(fā)射區(qū)，因此能夠防止IGBT的通態(tài)電阻增加的情況。
[0014]此外，在本申請(qǐng)所公開(kāi)的半導(dǎo)體裝置中，可以采用如下結(jié)構(gòu)，S卩，二極管區(qū)內(nèi)的半導(dǎo)體層和含有重金屬的電極經(jīng)由具有對(duì)重金屬進(jìn)行擴(kuò)散的性質(zhì)的中間層而相接觸，中間層的厚度被設(shè)定為，小于電極中所含有的重金屬的擴(kuò)散距離。作為中間層的示例可列舉出硅氧化膜等。由此，即使在存在有中間層的情況下，也能夠通過(guò)電極形成后的熱工序，而使重金屬穿過(guò)中間層。因此，能夠使重金屬向半導(dǎo)體層內(nèi)充分?jǐn)U散。
[0015]此外，本申請(qǐng)所公開(kāi)的半導(dǎo)體裝置的制造方法為，在同一半導(dǎo)體基板上并存有IGBT元件區(qū)和二極管元件區(qū)的半導(dǎo)體裝置的制造方法。所述半導(dǎo)體裝置的制造方法包括:接觸工序，使晶片與含有重金屬的晶片保持臺(tái)接觸；加熱工序，在接觸工序之后對(duì)晶片進(jìn)行加熱。由此，通過(guò)使晶片保持臺(tái)與晶片的背面相接觸，從而能夠向半導(dǎo)體層導(dǎo)入重金屬。由于在該制造方法中，與通過(guò)離子照射而導(dǎo)入結(jié)晶缺陷從而形成壽命控制區(qū)的情況相比，無(wú)需實(shí)施離子照射等工序，因此能夠使形成壽命控制區(qū)的工序簡(jiǎn)化。
[0016]此外，本申請(qǐng)所公開(kāi)的半導(dǎo)體裝置的制造方法，可以采用如下方式，S卩，還包括:第一形成工序，在IGBT元件區(qū)內(nèi)形成第一溝槽電極；第二形成工序，在二極管元件區(qū)內(nèi)形成第二溝槽電極。也可以采用如下方式，即，在從表面對(duì)被實(shí)施了第一形成工序和第二形成工序的晶片進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，二極管元件區(qū)的每單位面積的、形成第二溝槽電極的開(kāi)口部的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度，與IGBT元件區(qū)的每單位面積的、形成第一溝槽電極的開(kāi)口部的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度相比較長(zhǎng)。也可以采用如下方式，即，第一形成工序和第二形成工序在加熱工序之前實(shí)施。通過(guò)加熱工序，從晶片背面被導(dǎo)入的重金屬將在半導(dǎo)體層內(nèi)擴(kuò)散。此夕卜，由于與IGBT元件區(qū)相比，在二極管元件區(qū)中，溝槽與半導(dǎo)體區(qū)之間的邊界面的存在密度較高，因此更高密度地產(chǎn)生結(jié)晶缺陷。因此，與IGBT元件區(qū)相比，二極管元件區(qū)能夠更高密度地吸收重金屬。由此，由于與IGBT元件區(qū)相比，二極管元件區(qū)更能夠縮短載流子的壽命，因此能夠降低二極管元件區(qū)中的恢復(fù)損失。
[0017]此外，本申請(qǐng)所公開(kāi)的半導(dǎo)體裝置的制造方法可以采用如下方式，S卩，還具備對(duì)晶片的背面進(jìn)行研磨的研磨工序。研磨工序也可以在接觸工序之前實(shí)施。通過(guò)在接觸工序之前實(shí)施研磨工序，從而即使在晶片背面上形成有用于捕獲雜質(zhì)的吸收層等的情況下，也能夠在通過(guò)研磨而去除了吸收層的狀態(tài)下導(dǎo)入重金屬。因此能夠使重金屬向半導(dǎo)體層內(nèi)充分地?cái)U(kuò)散。
[0018]發(fā)明效果
[0019]根據(jù)本申請(qǐng)所公開(kāi)的半導(dǎo)體裝置的制造方法，能夠在使壽命控制區(qū)形成在預(yù)定范圍內(nèi)的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，以較高的定位精度來(lái)形成壽命控制區(qū)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為半導(dǎo)體裝置I的俯視圖。
[0021]圖2為半導(dǎo)體裝置I的局部剖視圖。
[0022]圖3為半導(dǎo)體裝置Ia的局部剖視圖。
[0023]圖4為半導(dǎo)體裝置Ib的局部剖視圖。
[0024]圖5為半導(dǎo)體裝置Ic的局部剖視圖。
[0025]圖6為對(duì)半導(dǎo)體裝置I的制造工序進(jìn)行說(shuō)明的圖。
[0026]圖7為半導(dǎo)體裝置I的局部剖視圖。
[0027]圖8為半導(dǎo)體裝置I的局部剖視圖。[0028]圖9為半導(dǎo)體裝置Id的局部剖視圖。
[0029]圖10為半導(dǎo)體裝置Ie的局部剖視圖。
[0030]圖11為半導(dǎo)體裝置If的俯視圖。
[0031]圖12為半導(dǎo)體裝置Ig的俯視圖。
[0032]圖13為半導(dǎo)體裝置Ih的俯視圖。
[0033]圖14為半導(dǎo)體裝置Ii的俯視圖。
[0034]圖15為半導(dǎo)體裝置Ij的局部剖視圖。
[0035]圖16為半導(dǎo)體裝置Ik的局部剖視圖。
[0036]圖17為半導(dǎo)體裝置Im的局部剖視圖。
[0037]圖18為半導(dǎo)體裝置In的局部剖視圖。
[0038]圖19為半導(dǎo)體裝置Ip的俯視圖。
[0039]圖20為半導(dǎo)體裝置Ir的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]對(duì)以下所說(shuō)明的實(shí)施例的主要特征進(jìn)行列舉。
[0041](特征I)含有重金屬的電極與二極管元件區(qū)內(nèi)的陽(yáng)極層的一部分相接觸。
[0042](特征2)含有重金屬的電極與二極管元件區(qū)內(nèi)的陰極區(qū)的一部分相接觸。
[0043](特征3)與第一溝槽電極的深度相比，第二溝槽電極的深度被設(shè)定得較深。
[0044](特征4)IGBT元件區(qū)具備平面型的電極。
[0045](特征5)晶片保持臺(tái)為輸送臺(tái)。
[0046](特征6)重金屬可以使用金、鉬、銀、銅、鉻、鎘、萊、鋅、砷、猛、鈷、鎳、鑰、鶴等。
[0047]實(shí)施例1
[0048]圖1為，實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置I的俯視圖。半導(dǎo)體裝置I為，在同一半導(dǎo)體基板上并存有IGBT (insulated gate bipolar transistor:絕緣柵雙極性晶體管)和二極管的、反向?qū)ㄐ偷陌雽?dǎo)體裝置。另外，在圖1中，為了便于觀察，省略了溝槽上的絕緣膜和電極的圖示。如圖1所示，半導(dǎo)體裝置I是利用具有外周104的半導(dǎo)體基板102而被制造的。半導(dǎo)體基板102被劃分為，設(shè)置有IGBT元件區(qū)Jl和二極管元件區(qū)J2的元件區(qū)域、和包圍該元件區(qū)域的終端區(qū)域107。
[0049]在此，對(duì)元件區(qū)域以及終端區(qū)域107的定義進(jìn)行說(shuō)明。元件區(qū)域?yàn)?，在半?dǎo)體基板102的表面上形成有用于對(duì)IGBT元件區(qū)Jl或二極管元件區(qū)J2進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電極的區(qū)域。作為這種電極的一示例，可列舉出第一電極5和第二電極6 (參照?qǐng)D2)。另一方面，終端區(qū)域107為，未形成有用于對(duì)IGBT元件區(qū)Jl或二極管元件區(qū)J2進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電極的區(qū)域。在圖1的半導(dǎo)體裝置I中，在被虛線(xiàn)包圍的區(qū)域內(nèi)(IGBT元件區(qū)Jl以及二極管元件區(qū)J2)形成有電極(未圖示)。另一方面，在被虛線(xiàn)包圍的區(qū)域外(終端區(qū)域107)未形成有電極。另外，有時(shí)在半導(dǎo)體基板102的表面上會(huì)存在形成有被浮置的電極的區(qū)域。由于這些區(qū)域不是用于對(duì)IGBT元件區(qū)Jl或二極管元件區(qū)J2進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電極，因此不屬于元件區(qū)域。此外，雖然存在如下情況，即，在元件區(qū)域和終端區(qū)域107之間的邊界上形成有溝槽的情況、或形成有與其他區(qū)域相比雜質(zhì)濃度較高的區(qū)域的情況，但這些區(qū)域也不屬于元件區(qū)域。
[0050]在IGBT元件區(qū)Jl內(nèi)以在圖1的上下方向上延伸的方式形成有兩個(gè)第一溝槽41。此外，在二極管元件區(qū)J2內(nèi)以在圖1的上下方向上延伸的方式形成有三個(gè)第二溝槽42。如圖1所示，第一溝槽41以及第二溝槽42的開(kāi)口部呈矩形的閉環(huán)形狀。
[0051]在此，將IGBT元件區(qū)Jl的每單位面積的、形成第一溝槽41的開(kāi)口部的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度定義為長(zhǎng)度LI。此外，將二極管元件區(qū)J2的每單位面積的、形成第二溝槽42的開(kāi)口部的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度定義為長(zhǎng)度L2。如圖1所示，IGBT元件區(qū)Jl的面積與二極管元件區(qū)J2的面積大致相同。此外，在IGBT元件區(qū)Jl內(nèi)存在兩個(gè)第一溝槽41，而在二極管元件區(qū)J2內(nèi)存在三個(gè)第二溝槽42。此外，如圖1所示，第一溝槽41的開(kāi)口部的面積與第二溝槽42的開(kāi)口部的面積大致相同。因此，成為長(zhǎng)度L2長(zhǎng)于長(zhǎng)度LI的狀態(tài)。換言之，成為與IGBT元件區(qū)Jl相比，二極管元件區(qū)J2更高密度地形成有溝槽的情況。
[0052]另外，單元區(qū)域內(nèi)所含有的IGBT元件區(qū)Jl和二極管元件區(qū)J2的個(gè)數(shù)并不限定于本實(shí)施方式的說(shuō)明示例，可以設(shè)定為任意的個(gè)數(shù)。此外，IGBT元件區(qū)Jl所含有的第一溝槽41的個(gè)數(shù)和二極管元件區(qū)J2所含有的第二溝槽42的個(gè)數(shù)并不限定于本實(shí)施方式的說(shuō)明示例，可以設(shè)定為任意的個(gè)數(shù)。
[0053]圖2為，沿圖1中的II 一 II線(xiàn)的局部剖視圖。半導(dǎo)體裝置I具備:半導(dǎo)體層2，其以娃為材料；背面電極3,其被形成在半導(dǎo)體層2的背面2b上；第一電極5 ;第二電極6。第一電極5被形成在半導(dǎo)體層2的表面2a上。此外，第一電極5中形成有溝槽7。第二電極6被形成在第一電極5的表面以及溝槽7的內(nèi)部。因此，第二電極6經(jīng)由接觸面7a而與二極管元件區(qū)J2內(nèi)的淺部2U的一部分相接觸。第一電極5為不含有重金屬的電極。第二電極6為含有重金屬的電極。重金屬為，比重在4?5以上的金屬兀素,可列舉出，例如鎳(Ni)。此外，作為第一電極5的材料的一示例，可列舉出鋁(Al)。
[0054]背面電極3以連續(xù)的方式在IGBT元件區(qū)Jl的背面和二極管元件區(qū)J2的背面上延伸。半導(dǎo)體層2具備淺部2U和深部2L。深部2L具備，P型的集電區(qū)80和n型的陰極區(qū)70。集電區(qū)80被形成在半導(dǎo)體層2的背面2b中的、IGBT元件區(qū)Jl的范圍內(nèi)。陰極區(qū)70被形成在背面2b中的、二極管元件區(qū)J2的范圍內(nèi)。上文所述的背面電極3與集電區(qū)80和陰極區(qū)70共同連接。此外，深部2L具備n —型的漂移層60，并且漂移層60共通地形成在集電區(qū)80和陰極區(qū)70的上部。
[0055]漂移層60中含有重金屬62。重金屬62在圖2中由白色圓圈的符號(hào)來(lái)表不。在半導(dǎo)體裝置I中，二極管元件區(qū)J2的漂移層60中所含有的重金屬的密度與IGBT元件區(qū)Jl的漂移層60中所含有的重金屬的密度相比較高。由此，在二極管元件區(qū)J2的漂移層60的至少一部分區(qū)域內(nèi)形成有低壽命區(qū)域61。此外，低壽命區(qū)域61延伸至相鄰的第二溝槽42之間。低壽命區(qū)域61為，與漂移層60的其他區(qū)域相比，高濃度地含有重金屬62的區(qū)域。而且，重金屬62具有縮短載流子的壽命的效果。因此，低壽命區(qū)域61中的空穴的壽命，與處于與低壽命區(qū)域61相同深度的IGBT元件區(qū)Jl內(nèi)的漂移層60中的空穴的壽命相比較短。另外，重金屬62無(wú)需必須均勻地分布在漂移層60內(nèi)，即使在不均勻地分布的情況下也會(huì)發(fā)揮作為低壽命區(qū)域61的效果。
[0056]此外，有時(shí)在IGBT元件區(qū)Jl中也會(huì)含有重金屬。但是，如上文所述，由于二極管元件區(qū)J2的漂移層60中所含有的重金屬的密度與IGBT元件區(qū)Jl的漂移層60中所含有的重金屬的密度相比較高，因此，能夠忽略IGBT元件區(qū)Jl內(nèi)的重金屬。因此，在以下的附圖中，省略IGBT元件區(qū)Jl中的重金屬的標(biāo)記(白色圓圈符號(hào))。[0057]半導(dǎo)體層2中形成有多個(gè)第一溝槽41以及第二溝槽42。各個(gè)第一溝槽41以及第二溝槽42均以圖2所示的縱深方向作為其長(zhǎng)度方向而延伸。此外，各個(gè)溝槽從半導(dǎo)體層2的表面2a起向半導(dǎo)體層2的深度方向延伸。在第一溝槽41內(nèi)，以被絕緣膜14包圍的狀態(tài)而收容有第一溝槽電極11。在第二溝槽42內(nèi)，以被絕緣膜14包圍的狀態(tài)收容有第二溝槽電極12。IGBT元件區(qū)Jl內(nèi)的淺部2U通過(guò)第一溝槽41而被劃分為多個(gè)P型的體層30。二極管元件區(qū)J2內(nèi)的淺部2U通過(guò)第二溝槽42而被劃分為多個(gè)P型的陽(yáng)極層31。
[0058]IGBT元件區(qū)Jl內(nèi)的體層30中具備n+型的發(fā)射區(qū)20。發(fā)射區(qū)20在半導(dǎo)體層2的表面2a的一部分上露出，且與第一溝槽41相接。因此，發(fā)射區(qū)20經(jīng)由絕緣膜14而與第二溝槽電極12對(duì)置。此外，發(fā)射區(qū)20通過(guò)體層30而與漂移層60隔開(kāi)。二極管元件區(qū)J2內(nèi)的陽(yáng)極層31在半導(dǎo)體層2的表面2a的一部分上露出，且與第二溝槽42相接。
[0059]形成在半導(dǎo)體層2的表面2a上的第一電極5以連續(xù)的方式在IGBT元件區(qū)Jl的表面和二極管元件區(qū)J2的表面上延伸。在IGBT元件區(qū)Jl中，第一電極5與發(fā)射區(qū)20及體層30導(dǎo)通。此外，在二極管元件區(qū)J2中，第一電極5與陽(yáng)極層31導(dǎo)通。在第一溝槽電極11及第二溝槽電極12、與第一電極5之間形成有絕緣膜10，從而兩者并沒(méi)有電連接。第一溝槽電極11以及第二溝槽電極12在未形成有第一電極5的區(qū)域(圖1的縱深方向上的任意的截面)內(nèi)，與未圖示的柵極配線(xiàn)連接。
[0060]由此，構(gòu)成了作為反向?qū)↖GBT而發(fā)揮功能的半導(dǎo)體裝置I。半導(dǎo)體裝置I作為如下的電路而發(fā)揮功能，所述電路為，在由IGBT元件區(qū)Jl構(gòu)成的IGBT的一對(duì)主電極之間(集電極和發(fā)射極之間)，以反向并聯(lián)的方式連接有由二極管元件區(qū)J2構(gòu)成的二極管的電路。半導(dǎo)體裝置I以對(duì)以電機(jī)為代表的電負(fù)載目的而被使用。
[0061]對(duì)結(jié)晶缺陷進(jìn)行說(shuō)明。在半導(dǎo)體裝置I的制造工序中，存在加熱工序。在加熱工序中，在第一溝槽41以及第二溝槽42中，由于溝槽內(nèi)部的材料與溝槽外部的材料之間的熱膨脹率之差，而在溝槽整體上產(chǎn)生熱應(yīng)力。而且，在溝槽周?chē)陌雽?dǎo)體區(qū)域內(nèi)形成微小的結(jié)晶缺陷。
[0062]此外，在半導(dǎo)體裝置I中，長(zhǎng)度L2(二極管元件區(qū)J2的每單位面積的、第二溝槽42的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度)，與長(zhǎng)度LI (IGBT元件區(qū)Jl的每單位面積的、第一溝槽41的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度)相比較長(zhǎng)。而且，由于上文所述的熱應(yīng)力以溝槽與半導(dǎo)體區(qū)域的邊界面為起點(diǎn)而產(chǎn)生，因此開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的一方，在更廣泛的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)力。因此，與IGBT元件區(qū)Jl相比，二極管元件區(qū)J2更高密度地產(chǎn)生結(jié)晶缺陷。S卩，能夠使二極管元件區(qū)J2內(nèi)的漂移層60的結(jié)晶缺陷數(shù)量多于IGBT元件區(qū)Jl內(nèi)的漂移層60的結(jié)晶缺陷數(shù)量。
[0063]對(duì)重金屬62的導(dǎo)入進(jìn)行說(shuō)明。第二電極6通過(guò)接觸面7a而與二極管元件區(qū)J2內(nèi)的淺部2U的一部分相接觸。由此，能夠經(jīng)由接觸面7a，而向二極管元件區(qū)J2內(nèi)的漂移層60導(dǎo)入重金屬62。此外，結(jié)晶缺陷具有吸收(捕獲和固定)重金屬62的性質(zhì)。而且，由于二極管元件區(qū)J2內(nèi)的漂移層60的結(jié)晶缺陷數(shù)量多于IGBT元件區(qū)Jl內(nèi)的漂移層60的結(jié)晶缺陷數(shù)量，因此，與IGBT元件區(qū)Jl相比，二極管元件區(qū)J2更能夠高密度地吸收重金屬62。
[0064]對(duì)第二電極6與淺部2U之間的接觸面7a的位置進(jìn)行說(shuō)明。將圖2的接觸面7a中的、IGBT元件區(qū)Jl側(cè)的端部位置定義為位置P1。此外，將IGBT元件區(qū)Jl內(nèi)的發(fā)射區(qū)20的、二極管元件區(qū)J2側(cè)的端部位置定義為位置P2。將位置Pl與位置P2之間的距離定義為分離距離Al。重金屬62以接觸面7a為起點(diǎn)而以大致同心圓狀的方式向淺部2U以及深部2L內(nèi)擴(kuò)散。將此時(shí)的重金屬62的擴(kuò)散距離定義為擴(kuò)散距離A2。
[0065]擴(kuò)散距離A2通過(guò)下式(I)(阿倫尼烏斯(Arrhenius)關(guān)系式)而求出。
[0066]A2 = (DXt) 1 ,2 ? ? ?式(I)
[0067]在此，t為擴(kuò)散時(shí)間，D為擴(kuò)散系數(shù)。此外，擴(kuò)散系數(shù)D通過(guò)下式(2)而求出。
[0068]D = DOX exp (― Ea / kXT) ? ? ?式(2)
[0069]在此，DO (cm2 / s)為擴(kuò)散常數(shù)、Ea (eV)為活化能、d (eV / K)為玻爾茲曼(Boltzmann)常數(shù)，T (K)為絕對(duì)溫度。根據(jù)式(I)以及式(2)可明確如下情況，即，重金屬的擴(kuò)散距離A2由形成了第二電極6之后的熱經(jīng)歷、和物理常數(shù)來(lái)確定。
[0070]而且，在實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置I中，分離距離Al被設(shè)為大于等于擴(kuò)散距離A2。由此，能夠防止重金屬62擴(kuò)散至發(fā)射區(qū)20。因此，能夠防止由于在發(fā)射區(qū)20附近存在有重金屬62，從而導(dǎo)致IGBT元件區(qū)Jl的通態(tài)電阻増加的情況。
[0071]例如，考慮如下情況，即，重金屬62為Ni，且形成了第二電極6之后的熱經(jīng)歷為4000C U小時(shí)的情況。由于在此情況下，成為重金屬62擴(kuò)散約40 iim的計(jì)算，因此，只需將分離距離Al設(shè)為大于等于40 m左右即可。
[0072]對(duì)IGBT元件區(qū)Jl以及二極管元件區(qū)J2的定義進(jìn)行說(shuō)明。在圖3中圖示了反向?qū)ㄐ偷陌雽?dǎo)體裝置Ia的局部剖視圖。在圖3的半導(dǎo)體裝置Ia中，將同漂移層60 (n型)為同一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)域(陰極區(qū)70)與背面電極3相接的區(qū)域定義為集電極短路區(qū)域Cl。在半導(dǎo)體裝置Ia動(dòng)作時(shí)，如圖3中的箭頭標(biāo)記Yl所示，不僅從二極管元件區(qū)J2側(cè)朝向集電極短路區(qū)域Cl注入載流子，從IGBT元件區(qū)Jl側(cè)也朝向集電極短路區(qū)域Cl注入載流子。即，IGBT元件區(qū)Jl也作為二極管而進(jìn)行動(dòng)作。因此，明確地確定IGBT元件區(qū)Jl與二極管元件區(qū)J2之間的邊界較為困難。
[0073]因此，在本申請(qǐng)中，將在縱向(圖2~圖5等的上下方向)上觀察半導(dǎo)體裝置時(shí)，存在集電極短路區(qū)域(陰極區(qū)70)、且不存在發(fā)射區(qū)20的區(qū)域定義為二極管元件區(qū)J2。在圖3的半導(dǎo)體裝置Ia中，在集電極短路區(qū)域Cl的整個(gè)區(qū)域的上方側(cè)不存在發(fā)射區(qū)20。因此，在半導(dǎo)體裝置Ia中，包含整個(gè)集電極短路區(qū)域Cl的區(qū)域成為二極管元件區(qū)J2。
[0074]此外，圖4中圖示了半導(dǎo)體裝置Ib的局部剖視圖。在半導(dǎo)體裝置Ib中，在集電極短路區(qū)域Cl的一部分區(qū)域的上方側(cè)不存在發(fā)射區(qū)20。因此，在半導(dǎo)體裝置Ib中，集電極短路區(qū)域Cl的一部分區(qū)域成為二極管元件區(qū)J2。如此，本申請(qǐng)的技術(shù)能夠應(yīng)用于具備如下二極管元件區(qū)J2的半導(dǎo)體裝置中，所述二極管元件區(qū)J2具有與集電極短路區(qū)域Cl相比較窄的寬度。
[0075]此外，圖5中圖示了半導(dǎo)體裝置Ic的局部剖視圖。在半導(dǎo)體裝置Ic中，在IGBT元件區(qū)Jl內(nèi)形成有虛設(shè)溝槽(dummy-trench)43。虛設(shè)溝槽43為未形成有發(fā)射區(qū)20的溝槽。在虛設(shè)溝槽43的垂直下方(圖5的下側(cè))，存在有集電區(qū)80，而不存在集電極短路區(qū)域Cl。因此，虛設(shè)溝槽43不被視為二極管元件區(qū)J2。另外，虛設(shè)溝槽的方式并不限定于圖5的方式。在虛設(shè)溝槽中還包括如下的溝槽，即，向溝槽電極施加懸浮電位或發(fā)射極電位以代替柵極電位的溝槽。
[0076]對(duì)半導(dǎo)體裝置I的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)IGBT元件區(qū)Jl成為導(dǎo)通狀態(tài)的情況進(jìn)行說(shuō)明。在此情況下，在圖2中，在半導(dǎo)體裝置I的背面電極3上施加有與第一電極5相比較高的電壓。此外，在第一溝槽電極11以及第二溝槽電極12上施加有閾值以上的柵極電壓(柵極導(dǎo)通電壓)。此時(shí)，在IGBT元件區(qū)Jl中，經(jīng)由絕緣膜14而與第二溝槽電極12對(duì)置的體層30反轉(zhuǎn)為n型，從而形成n型溝道。由此，從發(fā)射區(qū)20流出的電子經(jīng)由n型溝道而被注入到漂移層60。其結(jié)果為，空穴從IGBT元件區(qū)Jl的集電區(qū)80朝向漂移層60而移動(dòng)。在漂移層60中被注入電子和空穴從而產(chǎn)生電導(dǎo)率調(diào)制現(xiàn)象，由此IGBT元件區(qū)Jl通過(guò)較低的導(dǎo)通電壓而成為導(dǎo)通狀態(tài)。而且，電流從背面電極3向第一電極5流通。
[0077]此外，對(duì)二極管元件區(qū)J2成為導(dǎo)通狀態(tài)的情況進(jìn)行說(shuō)明。在該種情況下，半導(dǎo)體裝置I的第一電極5上施加有與背面電極3相比較高的正向電壓。此外，在第一溝槽電極11以及第二溝槽電極12上未施加有柵極導(dǎo)通電壓。在此情況下，在二極管元件區(qū)J2和IGBT元件區(qū)Jl的雙方區(qū)域內(nèi)，空穴從體層30以及陽(yáng)極層31側(cè)向漂移層60側(cè)流出。另一方面，電子從陰極區(qū)70朝向漂移層60進(jìn)行移動(dòng)。其結(jié)果為，二極管元件區(qū)J2成為導(dǎo)通狀態(tài)。而且，電流從第一電極5向背面電極3流通。
[0078]此外，對(duì)二極管元件區(qū)J2從導(dǎo)通狀態(tài)成為非導(dǎo)通狀態(tài)的情況進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)從在第一電極5上施加有與背面電極3相比較高的正向電壓的狀態(tài),使第一電極5的電壓低于背面電極3的電壓時(shí)，空穴將不從陽(yáng)極層31側(cè)向漂移層60側(cè)流出。由此，二極管元件區(qū)J2成為非導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)二極管元件區(qū)J2從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，被注入至漂移層60中的空穴欲要向陽(yáng)極層31返回。由于該現(xiàn)象，因此在二極管元件區(qū)J2中，欲要流通與導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)成為相反方向(從背面電極3朝向第一電極5側(cè)的方向)的恢復(fù)電流。在此，圖2的半導(dǎo)體裝置I在二極管元件區(qū)J2內(nèi)的漂移層60中具備低壽命區(qū)域61。由此，在二極管元件區(qū)J2的恢復(fù)動(dòng)作時(shí)，向陽(yáng)極層31返回的空穴的一部分將在低壽命區(qū)域61中消失。因此，能夠減少二極管元件區(qū)J2的恢復(fù)電流，從而能夠減少二極管元件區(qū)J2的恢復(fù)損失。
[0079]此外，在圖2的半導(dǎo)體裝置I中，IGBT元件區(qū)Jl中未形成有低壽命區(qū)域61。在IGBT元件區(qū)Jl中，在IGBT元件區(qū)Jl處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)存在于漂移層60中的空穴不易消失，從而積極進(jìn)行電導(dǎo)率調(diào)制。IGBT元件區(qū)Jl的導(dǎo)通電壓與未形成低壽命區(qū)域61時(shí)同樣，均是較低的。因此，根據(jù)圖2的半導(dǎo)體裝置1，能夠在不使IGBT元件區(qū)Jl的導(dǎo)通電壓增大的情況下，減少恢復(fù)損失。
[0080]以下，對(duì)本申請(qǐng)的實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置的效果進(jìn)行說(shuō)明。在選擇性地向二極管元件區(qū)J2導(dǎo)入結(jié)晶缺陷時(shí)，例如，由于在利用離子照射的情況下，對(duì)照射離子的射程和分布的控制較為困難，因此難以高精度地實(shí)施結(jié)晶缺陷的分布控制。此外，由于在晶片表面上形成照射用掩膜而進(jìn)行離子照射時(shí)，需要掩膜的形成工序，因此將提高制造成本。另一方面，在實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置中，通過(guò)將溝槽的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度設(shè)定為，二極管元件區(qū)J2長(zhǎng)于IGBT元件區(qū)Jl，從而能夠通過(guò)二極管元件區(qū)J2而高濃度地導(dǎo)入結(jié)晶缺陷。而且，與對(duì)照射離子的射程和分布的控制相比，能夠高精度地實(shí)施對(duì)形成溝槽時(shí)的形狀等的控制。因此，能夠更高精度地實(shí)施結(jié)晶缺陷的分布控制。此外，在實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置中，能夠使形成溝槽電極的工序、和用于導(dǎo)入缺陷的工序共通化。因此，由于無(wú)需另外具備形成照射用掩膜的工序等用于導(dǎo)入缺陷的工序，因此能夠抑制制造成本。
[0081]此外，在通過(guò)離子照射而使壽命抑制物(結(jié)晶缺陷)分布時(shí)，由于與照射離子的射程和分布相關(guān)的參數(shù)較多，因此難以高精度地實(shí)施壽命抑制物的分布控制。另一方面，在實(shí)施例I所涉及的半導(dǎo)體裝置I中，通過(guò)熱擴(kuò)散而使壽命抑制物(重金屬)分布。于是，能夠根據(jù)熱經(jīng)歷和物理常數(shù)來(lái)實(shí)施壽命抑制物的分布控制。因此，由于所處理的參數(shù)較少，因此能夠更高精度地實(shí)施壽命抑制物的分布控制。
[0082]此外，在實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置中，作為壽命抑制物而使用重金屬。而且，重金屬與結(jié)晶缺陷相比，作為壽命抑制物的效果較強(qiáng)。因此，能夠更有效地降低二極管元件區(qū)J2中的恢復(fù)損失。此外，重金屬與在半導(dǎo)體中通常所使用的雜質(zhì)(例:硼(B)等)相比，擴(kuò)散系數(shù)較大。例如，擴(kuò)散層中所使用的硼(B)等通過(guò)加熱工序而以微米級(jí)進(jìn)行移動(dòng)。另一方面，重金屬通過(guò)加熱工序而以毫米級(jí)進(jìn)行移動(dòng)。當(dāng)通過(guò)溝槽密度的控制，而通過(guò)IGBT元件區(qū)Jl和二極管元件區(qū)J2中的二極管元件區(qū)J2來(lái)高密度地形成結(jié)晶缺陷時(shí)，重金屬將通過(guò)二極管元件區(qū)J2而被高密度地吸收。因此，即使在IGBT元件區(qū)Jl側(cè)導(dǎo)入有重金屬時(shí)，通過(guò)制造工序中的熱量，重金屬也會(huì)移動(dòng)至二極管元件區(qū)J2，從而重金屬被二極管元件區(qū)J2的結(jié)晶缺陷吸收。即，能夠通過(guò)加熱工序，而使重金屬以如下方式移動(dòng)，即，使二極管元件區(qū)J2的漂移層60中所含有的重金屬的密度與IGBT元件區(qū)Jl的漂移層60中所含有的重金屬的密度相比較高的方式。因此，由于向二極管元件區(qū)J2高精度地提供低壽命區(qū)域，從而能夠使二極管元件區(qū)J2低恢復(fù)化。
[0083]此外，在實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置中，含有重金屬的第二電極6具有如下結(jié)構(gòu)，即，通過(guò)接觸面7a而與二極管元件區(qū)J2的一部分相接觸的結(jié)構(gòu)。由此，也能夠?qū)⒌诙姌O6用作為導(dǎo)入重金屬的部件。因此，由于無(wú)需另外具備用于導(dǎo)入重金屬的專(zhuān)用的部件，因此能夠抑制制造成本。
[0084]此外，一直以來(lái)，具有在二極管元件區(qū)J2中，集中于溝槽的頂端附近而形成結(jié)晶缺陷的結(jié)構(gòu)。但是，溝槽的頂端為電場(chǎng)最高的部位之一。因此，當(dāng)集中于溝槽的頂端附近而形成結(jié)晶缺陷時(shí)，將存在漏電流增大的可能、或載流子因高電場(chǎng)而被加速?gòu)亩菀桩a(chǎn)生雪崩擊穿(avalanche breakdown)的可能。另一方面,在實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置中，與IGBT元件區(qū)Jl的溝槽間隔相比，二極管元件區(qū)J2的溝槽間隔較窄。因此，在二極管元件區(qū)J2中，由于在第二溝槽42整體上所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，不僅在第二溝槽42的頂端附近形成結(jié)晶缺陷，還能夠在第二溝槽42的周?chē)妮^寬的范圍內(nèi)形成結(jié)晶缺陷。由此，能夠防止漏電流或雪崩擊穿的產(chǎn)生。
[0085]此外，在實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置中，與IGBT元件區(qū)Jl的溝槽間隔相比，二極管元件區(qū)J2的溝槽間隔較窄。由此，由于二極管元件區(qū)J2中，在鄰接的溝槽之間耗盡層更容易相連，因此能夠使溝槽頂端的電場(chǎng)不易上升。由此，能夠在不使用基板電阻等的條件下，分別對(duì)IGBT元件區(qū)Jl的耐壓和二極管元件區(qū)J2的耐壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。即，能夠使二極管元件區(qū)J2的耐壓高于IGBT元件區(qū)Jl的耐壓。由此，由于能夠確保雪崩耐量(擊穿耐量)(熱質(zhì))、且縮小二極管元件區(qū)J2的面積，因此能夠?qū)崿F(xiàn)芯片尺寸的小型化。
[0086]實(shí)施例2
[0087]參照?qǐng)D6的流程圖、圖7以及圖8的主要部分剖視圖，而對(duì)本申請(qǐng)所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。圖6的步驟Sll中，在IGBT元件區(qū)Jl以及二極管元件區(qū)J2中，從晶片表面?zhèn)刃纬蓽喜?。此時(shí)，形成于二極管元件區(qū)J2中的第二溝槽42的形成密度與形成于IGBT元件區(qū)Jl中的第一溝槽41的形成密度相比較高。此外，溝槽的形成以在晶片背面上存在有重金屬吸收層的狀態(tài)而進(jìn)行。吸收層是指，用于捕獲重金屬等雜質(zhì)的層。通過(guò)吸收層，從而能夠防止設(shè)備活性區(qū)的重金屬?zèng)A染。另外，由于在晶片表面上形成元件結(jié)構(gòu)的工序能夠利用現(xiàn)有的公知的工序，因此在此省略說(shuō)明。
[0088]在步驟S12中，在晶片表面上粘貼表面保護(hù)帶。由此，由于能夠使晶片表面?zhèn)扰c平臺(tái)等相接觸，因此能夠以露出晶片背面?zhèn)鹊姆绞綄⒕d置于平臺(tái)上。在步驟S13中，實(shí)施晶片的背面研磨。由此，去除被形成在晶片背面上的重金屬吸收層。在步驟S14中，實(shí)施濕蝕刻，從而晶片的研磨面被清洗。此外，通過(guò)從晶片背面實(shí)施離子射入，從而形成陰極區(qū)70以及集電區(qū)80 (圖2)。
[0089]在步驟S15中，實(shí)施表面保護(hù)帶的剝離工序。在剝離工序中，如圖7所示，以使晶片201的背面202與平臺(tái)211的表面212相接觸的方式，將晶片201載置于平臺(tái)211上。此夕卜，在平臺(tái)211中，與晶片201的背面202相接觸的部分由含有重金屬的材料形成。由此，如圖7所示，經(jīng)由晶片201的背面202與平臺(tái)211的表面212之間的接觸部，平臺(tái)211的重金屬262被導(dǎo)入到晶片201內(nèi)。另外,重金屬262在圖7中由白色圓圈的符號(hào)來(lái)表不。
[0090]在步驟S16中，實(shí)施加熱工序。通過(guò)加熱工序，從而晶片201內(nèi)的重金屬262進(jìn)行擴(kuò)散。此外，通過(guò)由上文所述的步驟Sll實(shí)施的溝槽密度的控制，從而通過(guò)二極管元件區(qū)J2而以較高的密度形成結(jié)晶缺陷。由此，如圖8所示，重金屬262從二極管元件區(qū)J2側(cè)而被高密度地吸收。即，能夠通過(guò)加熱工序，而使重金屬262以如下方式移動(dòng)，即，使二極管元件區(qū)J2的漂移層60中所含有的重金屬的密度與IGBT元件區(qū)Jl的漂移層60中所含有的重金屬的密度相比較高的方式。此外，能夠通過(guò)加熱工序，而使晶片背面的進(jìn)行了離子注入的區(qū)域(陰極區(qū)70、集電區(qū)80)活化。
[0091]以下，對(duì)本申請(qǐng)的實(shí)施例2所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的效果進(jìn)行說(shuō)明。一直以來(lái)，存在為了導(dǎo)入壽命抑制物(碳或氧等)，而需要射入工序等其他工序的情況。另一方面，在實(shí)施例2所涉及的制造方法中，在表面保護(hù)帶的剝離工序(步驟S15)中，使利用了重金屬材料的平臺(tái)與晶片相接觸。由此，能夠在表面保護(hù)帶的剝離工序中，使作為壽命抑制物的重金屬自動(dòng)導(dǎo)入到晶片內(nèi)部。由此，由于無(wú)需具備用于導(dǎo)入壽命抑制物的專(zhuān)門(mén)的工序，因此能夠抑制制造成本。
[0092]此外，在實(shí)施例2所涉及的制造方法中，在使晶片與使用了重金屬材料的平臺(tái)相接觸的工序(步驟S15)之后，具有加熱工序(步驟S16)。由此，能夠使從平臺(tái)被導(dǎo)入的重金屬擴(kuò)散，并被微小缺陷吸收。由此，能夠通過(guò)加熱工序，而使重金屬以如下方式進(jìn)行移動(dòng)，即，使二極管元件區(qū)J2的漂移層60中所含有的重金屬的密度與IGBT元件區(qū)Jl的漂移層60中所含有的重金屬的密度相比較高的方式。
[0093]此外，在實(shí)施例2所涉及的制造方法中，即使在晶片背面形成有吸收層的情況下，也能夠在通過(guò)對(duì)晶片的背面進(jìn)行研磨的工序(步驟S13)而去除了吸收層的狀態(tài)下，使重金屬導(dǎo)入到晶片內(nèi)部。因此，能夠使重金屬充分地?cái)U(kuò)散到半導(dǎo)體層內(nèi)。
[0094]以上，雖然對(duì)本發(fā)明的具體示例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但是這些只不過(guò)為示例，并不對(duì)權(quán)利要求的范圍進(jìn)行限定。在權(quán)利要求的范圍中所記載的技術(shù)中，還包括對(duì)以上所例示的具體示例進(jìn)行了各種變形或變更的示例。
[0095]<實(shí)施例1的改變例>
[0096]以下，對(duì)實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置的改變例進(jìn)行說(shuō)明。在圖9中圖示了半導(dǎo)體裝置Id的局部剖視圖。半導(dǎo)體裝置Id在如下這一點(diǎn)上與半導(dǎo)體裝置I (圖2)不同，SP，二極管元件區(qū)J2內(nèi)的第二溝槽42的深度B2與IGBT元件區(qū)Jl內(nèi)的第一溝槽41的深度BI相比較深。由此，與IGBT元件區(qū)Jl相比，二極管元件區(qū)J2在深度方向上也能夠在更廣的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)力。由此，能夠在二極管元件區(qū)J2中以更高的密度形成結(jié)晶缺陷。
[0097]此外，在圖10中圖示了半導(dǎo)體裝置Ie的局部剖視圖。半導(dǎo)體裝置Ie在如下這一點(diǎn)上與半導(dǎo)體裝置I (圖2)不同，S卩，IGBT元件區(qū)Jl具備平面型的第一電極lie。第一電極Ile以被絕緣膜14e包圍的狀態(tài)而被形成在半導(dǎo)體層2的表面2a上。發(fā)射區(qū)20e的一部分露出于半導(dǎo)體層2的表面2a,且一部分與第一電極Ile相接。由此,能夠成為在IGBT元件區(qū)Jl中未形成溝槽，而僅在二極管元件區(qū)J2中形成溝槽的結(jié)構(gòu)。因此，由于能夠僅在二極管元件區(qū)J2中形成由溝槽而產(chǎn)生的結(jié)晶缺陷，因此，能夠使二極管元件區(qū)J2與IGBT元件區(qū)Jl相比，以更高的密度產(chǎn)生結(jié)晶缺陷。
[0098]此外，雖然在實(shí)施例1中，如圖1的俯視圖所示，對(duì)以條紋狀配置第一溝槽41以及第二溝槽42的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但并不限定于此方式。溝槽的配置可以設(shè)為，如以下的半導(dǎo)體裝置If (圖11)至半導(dǎo)體裝置Ii (圖14)的示例所示那樣的各種結(jié)構(gòu)。另外，在圖11至圖14中，溝槽部分由陰影線(xiàn)表示。而且，在半導(dǎo)體裝置If至Ii中，與IGBT元件區(qū)Jl相t匕，二極管元件區(qū)J2以高密度形成溝槽。
[0099]圖11所示的半導(dǎo)體裝置If為，溝槽以點(diǎn)形狀配置的示例。在半導(dǎo)體裝置If中，第一溝槽41f以及第二溝槽42f的開(kāi)口部成為圓形形狀。而且，在IGBT元件區(qū)Jl內(nèi)形成有四個(gè)第一溝槽41f，而在二極管元件區(qū)J2內(nèi)形成有九個(gè)第二溝槽42f。
[0100]圖12所示的半導(dǎo)體裝置Ig為，溝槽以格子形狀配置的示例。而且，與IGBT元件區(qū)Jl相比，二極管元件區(qū)J2中格子的密度較高。因此，成為如下?tīng)顟B(tài)，即，第二溝槽42 g的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度與第一溝槽41g的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度相比較長(zhǎng)的狀態(tài)。
[0101]圖13所示的半導(dǎo)體裝置Ih為，點(diǎn)形狀的第一溝槽41f (圖11)和格子形狀的第二溝槽42 g (圖12)組合配置的示例。
[0102]圖14所示的半導(dǎo)體裝置Ii為，溝槽以不連續(xù)的格子形狀配置的示例。而且，與IGBT元件區(qū)Jl相比，二極管元件區(qū)J2中格子的密度較高。因此，成為如下?tīng)顟B(tài)，即，第二溝槽42i的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度與第一溝槽41i的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度相比較長(zhǎng)的狀態(tài)。
[0103]此外，分離距離Al (圖2)的確定方法并不限定于基于擴(kuò)散距離A2的方法。例如，分離距離Al可以被確定為，大于等于通過(guò)二極管元件區(qū)J2的陽(yáng)極層31的厚度與漂移層60的厚度之和而確定的距離A3 (圖2)。由此，由于能夠防止重金屬擴(kuò)散至IGBT元件區(qū)Jl的發(fā)射區(qū)20，因此能夠防止IGBT元件區(qū)Jl的通態(tài)電阻增加的情況。
[0104]此外，含有重金屬的第二電極的配置方式并不限定于圖2的示例。在圖15所示的半導(dǎo)體裝置Ij中，第二電極6j被形成在背面電極3的表面以及溝槽8的內(nèi)部。因此，第二電極6j經(jīng)由接觸面8a而與二極管元件區(qū)J2內(nèi)的陰極區(qū)70的一部分相接觸。此外，在圖16所示的半導(dǎo)體裝置Ik中，第二電極6k被形成在第一電極5的空洞部9的內(nèi)部。由此，第二電極6k處于未露出于半導(dǎo)體裝置Ik的表面的狀態(tài)。此外，第二電極6k經(jīng)由接觸面9a而與二極管元件區(qū)J2內(nèi)的淺部2U的一部分相接觸。
[0105]在圖17所示的半導(dǎo)體裝置Im中，第二電極6m被形成在二極管元件區(qū)J2內(nèi)的第一電極5的表面以及溝槽51的內(nèi)部。而且，第二電極6m經(jīng)由接觸面51a而與二極管元件區(qū)J2內(nèi)的淺部2U的一部分相接觸。在圖18所示的半導(dǎo)體裝置In中，第二電極6n形成在二極管元件區(qū)J2內(nèi)的背面電極3的表面以及溝槽52的內(nèi)部。而且，第二電極6n經(jīng)由接觸面52a而與二極管元件區(qū)J2內(nèi)的陰極區(qū)70的一部分相接觸。
[0106]此外，在本申請(qǐng)的半導(dǎo)體裝置中，如下情況較為重要，S卩，二極管元件區(qū)J2的漂移層60中所含有的重金屬的密度與IGBT元件區(qū)Jl的漂移層60中所含有的重金屬的密度相比較高的情況。因此，無(wú)需必須向二極管元件區(qū)J2內(nèi)的漂移層60內(nèi)導(dǎo)入結(jié)晶缺陷。因此，也能夠設(shè)置成，如圖16至圖18所示那樣在二極管元件區(qū)J2中未形成有溝槽的方式。
[0107]此外，半導(dǎo)體裝置的表面中的第二電極、IGBT元件區(qū)J1、二極管元件區(qū)J2等的配置方式可以為各種方式。在圖19中圖示了分離型的反向?qū)ㄐ偷陌雽?dǎo)體裝置Ip的俯視圖。分離型的半導(dǎo)體裝置為，IGBT元件區(qū)Jl和二極管元件區(qū)J2分別在一個(gè)區(qū)域內(nèi)集中形成的半導(dǎo)體裝置。在二極管元件區(qū)J2內(nèi)形成有兩個(gè)與含有重金屬的第二電極相接觸的接觸面53。此外，在IGBT元件區(qū)Jl內(nèi)形成有多個(gè)發(fā)射區(qū)20p。在此，如果將接觸面53與發(fā)射區(qū)20p之間的最短距離定義為分離距離All，則分離距離All優(yōu)選被設(shè)為，大于等于上文所述的擴(kuò)散距離A2或距離A3。另外，接觸面53和發(fā)射區(qū)20p的形狀可以為各種形狀，既可以為例如點(diǎn)形狀或條紋形狀，也可以為各種形狀并存的形狀。
[0108]在圖20中圖示了并存型的反向?qū)ㄐ偷陌雽?dǎo)體裝置Ir的俯視圖。并存型的半導(dǎo)體裝置為，IGBT元件區(qū)Jl和二極管元件區(qū)J2分別被劃分為多個(gè)區(qū)域的半導(dǎo)體裝置。在半導(dǎo)體裝置Ir中，三個(gè)IGBT元件區(qū)Jl和兩個(gè)二極管元件區(qū)J2互相交替地并排配置。在各個(gè)二極管元件區(qū)J2中形成有三個(gè)與含有重金屬的第二電極相接觸的接觸面54。此外，在IGBT元件區(qū)Jl內(nèi)形成有發(fā)射區(qū)20r。在此，如果將接觸面54與發(fā)射區(qū)20r之間的最短距離定義為分離距離A21，則分離距離A21優(yōu)選被設(shè)為大于等于上文所述的擴(kuò)散距離A2或距離A3。
[0109]此外，作為含有重金屬的第二電極，能夠挪用用于其他用途的電極。例如，在模壓安裝中，在焊錫與元件之間需要用于獲取共晶的含有Ni的電極。在此情況下，在通過(guò)Al而形成的電極(相當(dāng)于圖2的第一電極5)的表面上，形成由Ni形成的電極(相當(dāng)于圖2的第二電極6)。由此，由于無(wú)需另外形成用于導(dǎo)入重金屬的專(zhuān)門(mén)的電極，因此能夠抑制制造成本。另外，由Ni形成的電極能夠通過(guò)電鍍或?yàn)R射等各種方法來(lái)形成。
[0110]此外，在圖2、圖7、圖15至圖18中，含有重金屬的第二電極也可為，經(jīng)由中間層而與二極管元件區(qū)J2內(nèi)的半導(dǎo)體層相接觸的方式。中間層為，具有擴(kuò)散重金屬的性質(zhì)的層。此外，中間層的厚度被設(shè)為，與電極中所含有的重金屬的擴(kuò)散距離A2相比較小。作為中間層的示例，可列舉出硅氧化膜等。由此，即使存在有自然氧化膜等中間層時(shí)，也能夠通過(guò)電極形成之后的加熱工序，而使重金屬向半導(dǎo)體層內(nèi)充分地?cái)U(kuò)散。
[0111]此外，第二電極中所含有的重金屬只需為比重大于等于4的金屬即可。例如鐵、鉛、金、鉬、銀、銅、鉻、鎘、萊、鋅、砷、猛、鈷、鎳、鑰、鶴、錫、秘、鈾、钚等。
[0112]<實(shí)施例2的改變例>
[0113]以下，對(duì)實(shí)施例2所涉及的半導(dǎo)體裝置的改變例進(jìn)行說(shuō)明?？梢圆捎萌缦路绞?，即，在圖6的步驟S13中，在實(shí)施了背面研磨之后，使用重金屬導(dǎo)入用的輸送臺(tái)的方式。該輸送臺(tái)為，具備與晶片的背面的整個(gè)面相接觸的保持面的整個(gè)面保持臺(tái)。此外，保持面由含有重金屬的材料形成。由此，在晶片的輸送時(shí)，通過(guò)使保持面與晶片背面相接觸，從而能夠向晶片內(nèi)部導(dǎo)入重金屬。此外，由于能夠通過(guò)對(duì)晶片的整個(gè)面進(jìn)行保持，從而不易使晶片產(chǎn)生翹曲或變形，因此能夠切實(shí)地輸送大口徑晶片或被減薄的晶片。另外，對(duì)于使用重金屬導(dǎo)入用的輸送臺(tái)的時(shí)機(jī)而言，只要是從晶片背面的重金屬吸收層被去除起，至通過(guò)熱工序而進(jìn)行的重金屬吸收結(jié)束為止的期間，則可以為任何時(shí)機(jī)。
[0114]以上，雖然對(duì)本發(fā)明的具體示例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但是這些僅是示例，并不限定權(quán)利要求的范圍。此外，在本說(shuō)明書(shū)或附圖中說(shuō)明的技術(shù)要素，可以通過(guò)單獨(dú)或各種組合而發(fā)揮技術(shù)有用性，并且并不限定于申請(qǐng)時(shí)權(quán)利要求書(shū)中所記載的組合。此外，本說(shuō)明書(shū)或附圖中例示的技術(shù)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)目的，且實(shí)現(xiàn)其中的一個(gè)目的本身也具有技術(shù)有用性。
[0115]符號(hào)說(shuō)明
[0116]1:半導(dǎo)體裝置、30:體層、31:陽(yáng)極層、60:漂移層、62:重金屬、Jl =IGBT元件區(qū)、
J2: 二極管元件區(qū)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其在同一半導(dǎo)體基板上并存有絕緣柵雙極性晶體管元件區(qū)和二極管元件區(qū)，所述半導(dǎo)體裝置的特征在于， 絕緣柵雙極性晶體管元件區(qū)具備第二導(dǎo)電型的漂移層和第一導(dǎo)電型的體層， 二極管元件區(qū)具備第二導(dǎo)電型的漂移層和第一導(dǎo)電型的陽(yáng)極層， 二極管元件區(qū)的漂移層中所含有的重金屬的密度與絕緣柵雙極性晶體管元件區(qū)的漂移層中所含有的重金屬的密度相比較高。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 在絕緣柵雙極性晶體管元件區(qū)中，依次層疊有第一導(dǎo)電型的集電層、第二導(dǎo)電型的漂移層和第一導(dǎo)電型的體層， 形成有第一溝槽電極，所述第一溝槽電極從體層的表面起貫穿體層并突出到漂移層內(nèi)，且被絕緣膜包圍， 在如下的范圍內(nèi)形成有第二導(dǎo)電型的發(fā)射區(qū)，所述范圍為，經(jīng)由該絕緣膜而與第一溝槽電極相接且與半導(dǎo)體基板的表面相對(duì)的范圍，該發(fā)射區(qū)通過(guò)體層而與漂移層隔開(kāi)， 在二極管元件區(qū)中，依次層疊有第二導(dǎo)電型的陰極層、第二導(dǎo)電型的漂移層和第一導(dǎo)電型的陽(yáng)極層， 形成有第二溝槽電極，所述第二溝槽電極從陽(yáng)極層的表面起貫穿陽(yáng)極層并突出到漂移層內(nèi)，且被絕緣膜包圍， 在對(duì)形成有第一溝槽電極的開(kāi)口部的體層的表面、以及形成有第二溝槽電極的開(kāi)口部的陽(yáng)極層的表面進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，二極管元件區(qū)的每單位面積的、形成第二溝槽電極的開(kāi)口部的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度，與絕緣柵雙極性晶體管元件區(qū)的每單位面積的、形成第一溝槽電極的開(kāi)口部的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度相比較長(zhǎng)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 還具備含有重金屬的電極， 二極管區(qū)內(nèi)的半導(dǎo)體層的至少一部分與電極相接觸。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 第一距離大于等于電極所含有的重金屬的擴(kuò)散距離，其中，所述第一距離為，含有重金屬的電極和二極管元件區(qū)內(nèi)的半導(dǎo)體層相接觸的接觸區(qū)域、與絕緣柵雙極性晶體管元件區(qū)內(nèi)的發(fā)射區(qū)之間的距離。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 第一距離大于等于第二距離，其中，所述第二距離為，通過(guò)二極管元件區(qū)的陰極層的厚度與漂移層的厚度之和而確定的距離。
6.如權(quán)利要求3至5中的任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 二極管區(qū)內(nèi)的半導(dǎo)體層和含有重金屬的電極經(jīng)由具有對(duì)重金屬進(jìn)行擴(kuò)散的性質(zhì)的中間層而相接觸， 中間層的厚度被設(shè)定為，小于電極中所含有的重金屬的擴(kuò)散距離。
7.一種半導(dǎo)體裝置，其在同一半導(dǎo)體基板上并存有絕緣柵雙極性晶體管元件區(qū)和二極管元件區(qū)，所述半導(dǎo)體裝置的特征在于， 在絕緣柵雙極性晶體管元件區(qū)中，依次層疊有第一導(dǎo)電型的集電層、第二導(dǎo)電型的漂移層和第一導(dǎo)電型的體層，形成有第一溝槽電極，所述第一溝槽電極從體層的表面起貫穿體層并突出到漂移層內(nèi)，且被絕緣膜包圍， 在如下的范圍內(nèi)形成有第二導(dǎo)電型的發(fā)射區(qū)，所述范圍為，經(jīng)由該絕緣膜而與第一溝槽電極相接且與半導(dǎo)體基板的表面相對(duì)的范圍，該發(fā)射區(qū)通過(guò)體層而與漂移層隔開(kāi)， 在二極管元件區(qū)中，依次層疊有第二導(dǎo)電型的陰極層、第二導(dǎo)電型的漂移層和第一導(dǎo)電型的陽(yáng)極層， 形成有第二溝槽電極，所述第二溝槽電極從陽(yáng)極層的表面起貫穿陽(yáng)極層并突出到漂移層內(nèi)，且被絕緣膜包圍， 在對(duì)形成有第一溝槽電極的開(kāi)口部的體層的表面、以及形成有第二溝槽電極的開(kāi)口部的陽(yáng)極層的表面進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，二極管元件區(qū)的每單位面積的、形成第二溝槽電極的開(kāi)口部的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度，與絕緣柵雙極性晶體管元件區(qū)的每單位面積的、形成第一溝槽電極的開(kāi)口部的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度相比較長(zhǎng)。
8.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述半導(dǎo)體裝置中，在同一半導(dǎo)體基板上并存有絕緣柵雙極性晶體管元件區(qū)和二極管元件區(qū)，所述半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，包括: 接觸工序，使晶片與含有重金屬的晶片保持臺(tái)接觸； 加熱工序，在接觸工序之后對(duì)晶片進(jìn)行加熱。
9.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，還包括: 第一形成工序，在絕緣柵雙極性晶體管元件區(qū)內(nèi)形成第一溝槽電極； 第二形成工序，在二極管元件區(qū)內(nèi)形成第二溝槽電極， 在從表面對(duì)被實(shí)施了第一形成工序和第二形成工序的晶片進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，二極管元件區(qū)的每單位面積的、形成第二溝槽電極的開(kāi)口部的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度，與絕緣柵雙極性晶體管元件區(qū)的每單位面積的、形成第一溝槽電極的開(kāi)口部的開(kāi)口部邊界線(xiàn)的合計(jì)長(zhǎng)度相比較長(zhǎng)， 第一形成工序和第二形成工序在加熱工序之前被實(shí)施。
10.如權(quán)利要求8或9所述的制造方法，其特征在于， 還具備對(duì)晶片的背面進(jìn)行研磨的研磨工序， 研磨工序在接觸工序之前被實(shí)施。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK103582936SQ201180071452
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月9日
【發(fā)明者】妹尾賢, 山葺倫央 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社