DE112010004241T5 - Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements - Google Patents

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Abstract

Eine p-Anodenschicht (2) ist auf einer Hauptfläche einer n–-Driftschicht (1) ausgebildet. Eine n+-Kathodenschicht (3) mit einer höheren Fremdatomkonzentration als derjenigen der n–-Driftschicht (1) ist auf der anderen Hauptfläche der n–-Driftschicht (1) ausgebildet. Eine Anodenelektrode (4) ist auf der Oberfläche der p-Anodenschicht (2) ausgebildet. Eine Kathodenelektrode (5) ist auf der Oberfläche der n+-Kathodenschicht (3) ausgebildet. Eine n-Typ-Breitpufferzone (5), die eine Netto-Dotierungskonzentration von mehr als die Hauptmassen-Fremdatomkonzentration eines Wafers und weniger als derjenigen der n+-Kathodenschicht (3) und der p-Anodenschicht (2) aufweist, ist in der n–-Driftschicht (1) ausgebildet. Der spezifische Widerstand ρ0 der n–-Driftschicht (1) erfüllt 0,12 V0 ≤ ρ0 ≤ 0,25 V0 in Bezug auf eine Nennspannung V0. Der Gesamtbetrag der Netto-Dotierungskonzentration der Breitpufferzone (6) ist gleich oder größer als 4,8 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, wie etwa eine Diode oder einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), das mit hoher Geschwindigkeit arbeitet und niedrige Verlust- und Soft-Recovery-Eigenschaften aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements.
  • HINTERGRUND DER TECHNIK
  • Leistungshalbleiterbauelemente werden in Leistungsumwandlungsvorrichtungen eingesetzt, wie etwa Wandlern und Gleichrichtern mit hoher Effizienz und niedrigem Leistungsverbrauch, und sind für die Steuerungen von Drehmotoren oder Servomotoren unverzichtbar. Die Leistungssteuerungsvorrichtung erfordert die Eigenschaften niedriger Verlust, niedriger Leistungsverbrauch, Hochgeschwindigkeitsbetrieb, hohe Effizienz und Umweltfreundlichkeit, d. h. keine negative Einwirkung auf die Umgebung. Zur Befriedigung der Nachfrage nach einer Leistungssteuerungsvorrichtung mit niedrigem Verlust und hoher Effizienz ist eine Diode mit einem Breitpufferaufbau als verbesserter Typ der Diode vorgeschlagen worden, die in der Leistungssteuerungsvorrichtung verwendet wird. Der Breitpufferaufbau bedeutet einen Aufbau, in dem die Fremdatomkonzentrationsverteilung einer n–-Driftschicht eine Spitze (lokaler maximaler Wert) in der Nähe eines mittleren Abschnitts der n–-Driftschicht aufweist und eine Breitpufferzone einschließlich einer Zone hat, in der Fremdatomkonzentrationsverteilung geneigt ist, so dass sie zu einer Anode und Kathode hin verringert ist.
  • Die Diode mit dem Breitpufferaufbau erlaubt eine Verringerung der Emitterinjektionseffizienz des Standes der Technik und die Umsetzung von Soft-Recovery-Eigenschaften und einen Schwingungsvermeidungseffekt bei einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb (zum Beispiel Trägerfrequenz: mindestens 5 kHz), die in der Lebenszeitverteilungs-Steuertechnik schwer zu erreichen war.
  • Ein Verfahren, das einen wasserstoffinduzierten Donator verwendet, ist als Verfahren zur Herstellung der Diode mit dem Breitpufferaufbau vorgeschlagen worden. Bei dem Verfahren wird ein Zonenschmelz-(floating zone, FZ)-Bulkwafer mit Protonen (Wasserstoffionen, H+) bestrahlt, so dass die Protonen H+ die Tiefe der n–-Driftschicht erreichen, was von einem allgemeinen n-Typ-Dotierelement-(Phosphor oder Arsen)-ionen-Injektionsverfahren kaum erreicht worden ist, wodurch ein Gitterfehler ausgebildet wird, und anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung. Bei dem Verfahren bewirken die Bestrahlung mit den Protonen und die Wärmebehandlung, dass ein Donator (beispielsweise als wasserstoffinduzierter Donator oder wasserstoffassoziierter Donator bezeichnet) in der Nähe des Bereichs Rp des Protons H+ im Wafer durch einen Fehlerkomplex einschließlich des Protons H+ ausgebildet wird (siehe beispielsweise die folgende Patentliteratur 1 (Absätze 0020 und 0021) und die folgende Patentliteratur 2 (Zusammenfassung)). Darüber hinaus ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem Sauerstoff in einen Wafer eingeleitet und mit dem wasserstoffinduzierten Donator kombiniert wird, wodurch eine Hochkonzentrations-Breitpufferzone gebildet wird (siehe beispielsweise die folgende Patentliteratur 3 (Absatz 0011)).
  • Im Allgemeinen wird von einem wirtschaftlichen Standpunkt aus ein Silicium-(Si)-Leistungshalbleiter, ein FZ-Wafer, der billiger als ein epitaxischer Wafer ist, verwendet, um einen IGBT oder eine Diode herzustellen. Darüber hinaus ist bekannt, dass ein Verfahren, bei dem ein Siliciumwafer mit Neutronenstrahlen bestrahlt wird, um Silicium in Phosphor (P), das ein stabiles Isotop ist, mittels nuklearer Transmutation, wodurch Phosphor entsteht, das ein Fremdatom ist, in einem Wafer umzuwandeln (nachstehend als Neutronenbestrahlungswafer bezeichnet), darin wirksam ist, Fremdatome im Wafer gleichmäßig zu verteilen. Die Spezifischer-Widerstand-Variation des Neutronenbestrahlungswafers, beispielsweise eines 6-Zoll-Wafers, beträgt ungefähr ±8%.
  • Als Verfahren zur Ausbildung des Neutronenbestrahlungswafers ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, das Protonen H+ in Donatoren unter Anwendung einer Strahlung bei den Protonen H+ und einer Wärmebehandlung umwandelt und Donatoren in einer Konzentration, die höher als diejenige des Wafers vor der Neutronenbestrahlung ist, in die n-Basiszone (n–-Driftschicht) injiziert (siehe beispielsweise die folgende Patentliteratur 4).
  • LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
  • PATENTLITERATUR
    • Patentliteratur 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift ( JP-A) Nr. 2003-318412
    • Patentliteratur 2: Internationale Veröffentlichungsschrift Nr. WO2007/055352
    • Patentliteratur 3: JP-A Nr. 2007-266233
    • Patentliteratur 4: JP-A Nr. 2008-91853
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
  • Jedoch ist in dem FZ-Wafer gemäß dem Stand der Technik, in den ein mit einem Rohstoffgas vermischtes (gasdotiertes) Fremdatomelement durch Ioneninjektion oder Wärmediffusion eingeleitet wird, eine Spezifischer-Widerstand-Variation größer als diejenige des Neutronenbestrahlungswafer und beträgt in einem 6-Zoll-Wafer ungefähr ±12%. Die große Spezifischer-Widerstand-Variation beeinflusst direkt eine Durchschlagspannungsvariation. Daher ist es erforderlich, eine Verringerung der Durchschlagspannungsvariation erneut zu untersuchen. Im Fall eines Halbleiterbauelements mit einem Nichtdurchgreifaufbau kann die Durchschlagspannung VB (V) des Halbleiterbauelements durch den folgenden Ausdruck 1 dargestellt werden.
  • [Ausdruck 1]
    • VB = W2/(0,29 ρ0)
  • Im Ausdruck 1 steht W für die Breite (μm) einer Sperrschicht und ρ0 steht für den spezifischen Widerstand (spezifischer Massewiderstand) eines Siliciumwafers. Im vorgenannten Ausdruck 1, beispielsweise im Halbleiterbauelement mit dem Nichtdurchgreifaufbau, der unter Verwendung des gasdotierten FZ-Wafers hergestellt wird, beträgt, wenn eine Variation des spezifischen Widerstands ρ0 ±12% beträgt, eine Variation der Durchschlagspannung VB ebenfalls 12%. Zusätzlich zur Durchschlagspannung beträgt eine Variation der Schalteigenschaften ebenfalls 12%. Wenn die Variation der Schalteigenschaften mindestens 12% beträgt, tritt wahrscheinlich ein Problem mit der Garantie des Betriebs der Vorrichtung auf. Eines der Verfahren zur Verringerung der Variation der Schalteigenschaften auf höchstens 12% ist die Verringerung der Spezifischer-Widerstands-Variation, so dass sie weniger als ±12% beträgt. Wie vorstehend beschrieben, ist es beispielsweise zur Verringerung der Spezifischer-Widerstands-Variation wirksam, den Neutronenbestrahlungswafer zu verwenden, dessen spezifischer Widerstand durch Neutronenbestrahlung gesteuert wird, die die Spezifischer-Widerstands-Variation so verringert, dass sie weniger als ±12% beträgt.
  • Wenn jedoch der spezifische Massewiderstand durch Neutronenbestrahlung eingestellt wird, wird eine Atomofenanlage benötigt und hohe Kosten sind erforderlich, um die Atomofenanlage zu bauen und zu unterhalten. Daher ist es wirtschaftlich gesehen nicht praktisch, dass nur eine Halbleiterherstellerfirma die Atomofenanlage besitzt. Es ist notwendig, bei einer externen Institution, die die Atomofenanlage besitzt, zu ersuchen, den spezifischen Massewiderstand einzustellen. Jedoch gibt es einschließlich ausländischer Institutionen nur wenige externe Institutionen. Es besteht ein wachsender Bedarf an Leistungshalbleitern in Fahrzeugen oder der Industrie und es ist schwierig, dass nur die externen Institutionen die Leistungshalbleiter verarbeiten. Außerdem sind die Verarbeitungskosten hoch. Daher ist es wünschenswert, ein Verfahren, das imstande ist, die Variation der Durchschlagspannung des Halbleiterbauelements oder die Variation der Schalteigenschaften bei niedrigen Kosten zuverlässig zu reduzieren oder zu lösen, als anderes Verfahren als das Verfahren zu finden, das die Neutronenbestrahlung verwendet.
  • Wenn das Halbleiterbauelement unter Verwendung des gasdotierten FZ-Wafers ohne Nutzung des Neutronenbestrahlungswafers hergestellt wird, nimmt eine Variation des spezifischen Widerstands des Wafers zu, wenn der Durchmesser des Wafers größer als 6 Zoll wird. Daher ist es technisch schwierig, die Spezifischer-Widerstands-Variation so zu reduzieren, dass sie weniger als ±12% beträgt. Darüber hinaus ist es, wenn ein Czochralski(CZ)-Wafer zur Herstellung eines Halbleiterbauelements hergestellt wird, schwierig, einen n-Typ-Wafer herzustellen, der ursprünglich gleichförmig ist und einen hohen spezifischen Widerstand besitzt. Daher ist es schwierig, die Spezifischer-Widerstands-Variation unter Verwendung des CZ-Wafers so zu reduzieren, dass sie weniger als ±12% beträgt. Deshalb ist es wünschenswert, ein Halbleiterbauelement mit einem neuen Vorrichtungsaufbau, der nur eine kleine Wirkung auf die Durchschlagspannungsvariation hat, selbst wenn die Spezifischer-Widerstands-Variation des FZ-Wafers gleich oder größer als ±12% ist, wie vorstehend beschrieben, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements bereitzustellen.
  • Als Verfahren zur Beseitigung der Durchschlagspannungsvariation offenbart Patentliteratur 3 ein Verfahren, das Protonen anhand einer Ionenimplantation einleitet und eine Wärmebehandlung bei 500°C durchführt, so dass die Protonen in die gesamte n–-Driftschicht diffundieren, wodurch die Fremdatomkonzentration der n–-Driftschicht gesteuert wird. Da jedoch Daten, welche angeben, dass der wasserstoffassoziierte Donator bei einer Temperatur von mindestens 550°C entfernt wird, erhalten worden sind, ist es in der Praxis schwierig, eine Fremdatomkonzentration in einem breiten Umfang zu steuern, wie etwa der gesamten n–-Driftschicht. Insbesondere ist es sehr schwierig, die Fremdatomkonzentration einer n–-Driftschicht mit niedriger Konzentration zu steuern, die für ein Halbleiterbauelement mit hoher Durchschlagspannung erforderlich ist. Wenn daher das Halbleiterbauelement mit hoher Durchschlagspannung hergestellt wird, ist es schwierig, die Wirkung der Reduzierung einer Variation der Durchschlagspannung zu erhalten, selbst wenn die in der Patentliteratur 3 offenbarte Technik angewendet wird.
  • Die Erfindung ist gemacht worden, um die vorstehend angegebenen Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Halbleiterbauelements, welches imstande ist, eine Variation einer Durchschlagspannung und eine Variation der Schalteigenschaften zu verringern, und eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelements. Darüber hinaus ist eine Aufgabe der Erfindung die Bereitstellung eines Halbleiterbauelements, das imstande ist, die Herstellungskosten zu senken, und eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelements.
  • MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Zur Lösung der vorstehenden Probleme und Lösung der Aufgaben der Erfindung wird gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Halbleiterbauelement zur Verfügung gestellt, mit: einer ersten Erster-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht; einer zweiten Zweiter-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, die auf einer Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist; einer dritten Erster-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, die auf der anderen Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist; und einer Erster-Konduktivitätstyp-Breitpufferzone, die in der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist und in der ein lokaler maximaler Wert einer Fremdatomkonzentrationsverteilung geringer als die Fremdatomkonzentration der zweiten Halbleiterschicht und der dritten Halbleiterschicht ist. Der Gesamtbetrag der Netto-Dotierungskonzentration der Breitpufferzone ist gleich oder größer als 4,8 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2. Der spezifische Widerstand ρ0 (Ωcm) der ersten Halbleiterschicht erfüllt 0,12 V0 ≤ ρ0 ≤ 0,25 V0 in Bezug auf eine Nennspannung V0 (V).
  • Der Gesamtbetrag der Netto-Dotierungskonzentration der Breitpufferzone kann gleich oder größer als 5,2 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2 sein und der spezifische Widerstand ρ0 der ersten Halbleiterschicht kann 0,133 V0 ≤ ρ0 ≤ 0,25 V0 in Bezug auf die Nennspannung V0 (V) erfüllen.
  • In der ersten Halbleiterschicht können mehrere Breitpufferzonen vorgesehen sein.
  • Ein Verhältnis γ der Summe der Breiten der mehreren Breitpufferzonen zur Breite der ersten Halbleiterschicht, ein Verhältnis η der Summe der Verringerungen der elektrischen Feldstärken der mehreren Breitpufferzonen auf eine kritische elektrische Feldstärke, wenn eine Rückwärtsspannung mit demselben Niveau wie eine Durchschlagspannung angelegt wird, und ein Abweichungsverhältnis α eines gemessenen Werts zu einem Standardwert der Donatorkonzentration eines Substrats, das die erste Halbleiterschicht sein wird, kann 4α(γ/η)/{(2 – α)(2 + α)} < α erfüllen.
  • Die erste Halbleiterschicht kann ein FZ-Siliciumsubstrat sein.
  • Zur Lösung der vorgenannten Probleme und zur Lösung der Aufgaben der Erfindung wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Halbleiterbauelement zur Verfügung gestellt, mit einer Erster-Konduktivitätstyp-Driftschicht; einer Zweiter-Konduktivitätstyp-Basisschicht, die auf einer ersten Hauptfläche der Driftschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der Driftschicht aufweist; einer Erster-Konduktivitätstyp-Emitterschicht, die auf der ersten Hauptfläche der Driftschicht so vorgesehen ist, dass sie mit der Basisschicht in Berührung kommt, und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der Basisschicht aufweist; einer Isolierdünnschicht, die mit der Driftschicht, der Basisschicht und der Emitterschicht in Berührung kommt; einer Gate-Elektrode, die durch die Isolierdünnschicht neben der Driftschicht, der Basisschicht und der Emitterschicht liegt; einer Zweiter-Konduktivitätstyp-Kollektorschicht, die auf einer zweiten Hauptfläche der Driftschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der Driftschicht aufweist; und einer Erster-Konduktivitätstyp-Breitpufferzone, die in der Driftschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der Driftschicht aufweist und in der ein lokaler maximaler Wert einer Fremdatomkonzentrationsverteilung kleiner als die Basisschicht und die Kollektorschicht ist. Der Gesamtbetrag der Netto-Dotierungskonzentration der Breitpufferzone ist gleich oder größer als 4,8 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2, und der spezifische Widerstand ρ0 (Ωcm) der Driftschicht erfüllt 0,12 V0 ≤ ρ0 ≤ 0,25 V0 in Bezug auf eine Nennspannung V0 (V).
  • Der Gesamtbetrag der Netto-Dotierungskonzentration der Breitpufferzone kann gleich oder größer als 5,2 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2 sein und der spezifische Widerstand ρ0 (Ωcm) der Driftschicht kann 0,133 V0 ≤ ρ0 ≤ 0,25 V0 in Bezug auf die Nennspannung V0 (V) erfüllen.
  • In der Driftschicht können mehrere Breitpufferzonen vorgesehen sein.
  • Ein Verhältnis γ der Summe der Breiten der mehreren Breitpufferzonen zur Breite der Driftschicht, ein Verhältnis η der Summe der Verringerungen der elektrischen Feldstärken der mehreren Breitpufferzonen auf eine kritische elektrische Feldstärke, wenn eine Rückwärtsspannung mit demselben Niveau wie eine Durchschlagspannung angelegt wird, und ein Abweichungsverhältnis α eines gemessenen Werts zu einem Standardwert der Donatorkonzentration eines Substrats, das die Driftschicht sein wird, kann 4α(γ/η)/{(2 – α)(2 + α)} < α erfüllen.
  • Das Halbleiterbauelement gemäß dem vorstehend angegebenen Aspekt kann weiterhin eine Erster-Konduktivitätstyp-Feldblendenschicht umfassen, die mit der Driftschicht oder Breitpufferzone auf der ersten Hauptfläche des Substrats in Berührung kommt und mit der Kollektorschicht auf der zweiten Hauptfläche in Berührung kommt.
  • Das Halbleiterbauelement gemäß dem vorgenannten Aspekt kann weiterhin eine Erster-Konduktivitätstyp-Feldblendenschicht beinhalten, die mit der Driftschicht oder der Breitpufferzone auf der Seite der ersten Hauptfläche des Substrats in Berührung kommt und mit der Kollektorschicht auf der zweiten Hauptfläche in Berührung kommt. Der Gesamtbetrag der Netto-Dotierungskonzentration der Driftschicht, der Breitpufferzone und der Feldblendenschicht kann gleich oder größer als 1,2 × 1012 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 2,0 × 1012 Atome/cm2 sein.
  • Die Driftschicht kann ein FZ-Siliciumsubstrat sein.
  • Zur Lösung der vorstehend angegebenen Probleme und zur Lösung der Aufgaben der Erfindung wird gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements bereitgestellt, mit einer Erster-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, einer zweiten Zweiter-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, die auf einer Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist, einer dritten Erster-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, die auf der anderen Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist, und einer Erster-Konduktivitätstyp-Breitpufferzone, die in der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist und in der ein lokaler maximaler Wert einer Fremdatomkonzentrationsverteilung weniger als die Fremdatomkonzentration der zweiten Halbleiterschicht und der dritten Halbleiterschicht ist. Das Verfahren beinhaltet: einen ersten Ausbildungsschritt des Ausbildens der zweiten Halbleiterschicht auf der einen Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht; und einen zweiten Ausbildungsschritt des Bestrahlens der zweiten Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht mit einem Wasserstoffion in einem zur ersten Halbleiterschicht projizierten Bereich und des Durchführens einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 300°C bis höchstens 550°C, wodurch die Breitpufferzone in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet wird. Im zweiten Ausbildungsschritt wird die Breitpufferzone mit einer Gesamt-Netto-Dotierungskonzentration von mindestens 4,8 × 1011 Atome/cm2 bis höchstens 1,0 × 1012 Atome/cm2 in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet und der spezifische Widerstand ρ0 der ersten Halbleiterschicht erfüllt 0,12 V0 ≤ ρ0 ≤ 0,25 V0 in Bezug auf eine Nennspannung V0 (V).
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß dem vorstehend angegebenen Aspekt kann weiterhin einen Einleitungsschritt des Durchführens einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 1000°C in einer Oxidationsumgebung beinhalten, um vor dem ersten Ausbildungsschritt Sauerstoff in die erste Halbleiterschicht einzuleiten.
  • Im Einleitungsschritt kann Sauerstoff in einer Konzentration von mindestens 1 × 1016 Atome/cm3 in die erste Halbleiterschicht eingeleitet werden.
  • Zur Lösung der vorstehend angegebenen Probleme und zur Lösung der Aufgaben der Erfindung wird gemäß einem noch anderen Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements bereitgestellt, mit einer ersten Erster-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, einer zweiten Zweiter-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, die auf einer Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist, einer dritten Erster-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, die auf der anderen Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist, und einer Erster-Konduktivitätstyp-Breitpufferzone, die in der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höher Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist und in der ein lokaler maximaler Wert einer Fremdatomkonzentrationsverteilung kleiner als die Fremdatomkonzentration der zweiten Halbleiterschicht und der dritten Halbleiterschicht ist. Das Verfahren beinhaltet einen zweiten Ausbildungsschritt des Bestrahlens der anderen Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht mit einem Wasserstoffion in einem zu einem Abschnitt der ersten Halbleiterschicht projizierten Bereich, der tiefer als eine Position liegt, an der die dritte Halbleiterschicht durch einen anschließenden Schritt ausgebildet wird, und des Durchführens einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 300°C bis höchstens 550°C, wodurch die Breitpufferzone in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet wird. Im zweiten Ausbildungsschritt wird die Breitpufferzone mit einer Gesamt-Netto-Dotierungskonzentration von mindestens 4,8 × 1011 Atome/cm2 bis höchstens 1,0 × 1012 Atome/cm2 in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet und der spezifische Widerstand ρ0 der ersten Halbleiterschicht erfüllt 0,12 V0 ≤ ρ0 ≤ 0,25 V0 in Bezug auf eine Nennspannung V0 (V).
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelement gemäß dem vorstehend angegebenen Aspekt kann weiterhin einen Einleitungsschritt des Durchführens einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 1000°C in einer Oxidationsumgebung beinhalten, um vor dem zweiten Ausbildungsschritt Sauerstoff in die erste Halbleiterschicht einzuleiten.
  • Im Einleitungsschritt kann der Sauerstoff in einer Konzentration von 1 × 1016 Atome/cm3 mindestens in die erste Halbleiterschicht eingeleitet werden.
  • Im zweiten Ausbildungsschritt kann ein wasserstoffinduzierter Donator durch die Bestrahlung mit dem Wasserstoffion gebildet werden, wodurch die Breitpufferzone ausgebildet wird.
  • Die erste Halbleiterschicht kann ein FZ-Siliciumsubstrat sein.
  • Gemäß der Erfindung ist die Breitpufferzone in der ersten Halbleiterschicht (Driftschicht) mit dem spezifischen Widerstand ρ0 (Ωcm) vorgesehen, der 0,12 V0 ≤ ρ0 ≤ 0,25 V0 in Bezug auf die Nennspannung V0 (V) erfüllt. Der Gesamtbetrag der Netto-Dotierungskonzentration der Breitpufferzone ist gleich oder größer als 4,8 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2. Auf diese Weise ist es, selbst wenn eine Variation des spezifischen Widerstands der ersten Halbleiterschicht ungefähr ±12% beträgt, möglich, den Bereich, in dem die Durchschlagspannung des Halbleiterbauelements nach Maßgabe der Variation des spezifischen Widerstands der ersten Halbleiterschicht geändert wird, zu verringern. Darüber hinaus ist es möglich, den Bereich zu verringern, in dem die Schalteigenschaften des Halbleiterbauelements nach Maßgabe der Variation des spezifischen Widerstands der ersten Halbleiterschicht geändert werden.
  • Darüber hinaus kann, wenn mehrere Breitpufferzonen in der Driftschicht ausgebildet sind, die Erweiterung einer Raumladungszone während des Schaltens feingesteuert werden.
  • Nachdem die zweite Halbleiterschicht (Anoden-/Basisschicht) auf einer Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht ausgebildet ist, wird die eine Hauptfläche oder die andere Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht mit Wasserstoffionen in einem zu einem Abschnitt bestrahlt projizierten Bereich, der tiefer als die zweite Halbleiterschicht oder die dritte Halbleiterschicht (Kathoden-/Kollektorschicht) liegt, die in dem anschließenden Vorgang ausgebildet wird, und eine Wärmebehandlung wird bei einer Temperator von mindestens 300°C bis höchstens 550°C durchgeführt. Auf diese Weise kann die Breitpufferzone in der ersten Halbleiterschicht (Driftschicht) unter den vorstehend angegebenen Bedingungen ausgebildet werden. Hierbei erfüllt der spezifische Widerstand ρ0 (Ωcm) der ersten Halbleiterschicht die vorstehend angegebenen Bedingungen in Bezug auf die Nennspannung V0 (V). Auf diese Weise ist es, selbst wenn eine Variation des spezifischen Widerstands der ersten Halbleiterschicht ungefähr ±12% beträgt, möglich, den Bereich zu verringern, in dem die Durchschlagspannung des Halbleiterbauelements nach Maßgabe der Variation des spezifischen Widerstands der ersten Halbleiterschicht geändert wird. Darüber hinaus ist es möglich, den Bereich zu verringern, in dem die Schalteigenschaften des Halbleiterbauelements nach Maßgabe der Variation des spezifischen Widerstands der ersten Halbleiterschicht geändert werden.
  • Darüber hinaus kann eine Verringerung der Mobilität von Elektronen und Löchern in der Breitpufferzone verhindert werden, wenn das Substrat mit den Wasserstoffionen im zweiten Ausbildungsschritt bestrahlt wird.
  • In der Erfindung kann ein Halbleiterbauelement mit einem Breitpufferaufbau unter Verwendung eines FZ-Wafers kostengünstig hergestellt werden.
  • WIRKUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der Erfindung können die Wirkung der Verringerung einer Variation einer Durchschlagspannung und einer Variation der Schalteigenschaften erhalten werden. Darüber hinaus kann die Wirkung der Senkung der Herstellungskosten erreicht werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Halbleiterbauelements und eine Netto-Dotierungskonzentrationsverteilung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 2 ist ein Diagramm, das einen Vorgang zur Herstellung des Halbleiterbauelements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 3 ist ein Diagramm, das den Vorgang zur Herstellung des Halbleiterbauelements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 4 ist ein charakteristisches Diagramm, das das Verhältnis zwischen spezifischem Massewiderstand und einer Durchschlagspannung des Halbleiterbauelements veranschaulicht.
  • 5 ist ein charakteristisches Diagramm, das das Verhältnis zwischen spezifischem Massewiderstand und der Breite einer Variation der Durchschlagspannung des Halbleiterbauelements veranschaulicht.
  • 6 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Halbleiterbauelements und eine Netto-Dotierungskonzentrationsverteilung gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht.
  • 7 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Halbleiterbauelements und eine Netto-Dotierungskonzentrationsverteilung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 8 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Halbleiterbauelements und eine Netto-Dotierungskonzentrationsverteilung gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 9 ist ein Diagramm, das einen Vorgang zur Herstellung des Halbleiterbauelements gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 10 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel des Vorgangs zur Herstellung des Halbleiterbauelements gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 11 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel des Vorgangs zur Herstellung des Halbleiterbauelements gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 12 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel des Vorgangs zur Herstellung des Halbleiterbauelements gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 13 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Halbleiterbauelements und eine Netto-Dotierungskonzentrationsverteilung gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 14 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Netto-Dotierungskonzentrationsverteilung einer Driftschicht und einer inneren elektrischen Feldstärkenverteilung, wenn eine Rückwärtsspannung angelegt ist, veranschaulicht.
  • BESTE ARTEN UND WEISEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Nachstehend werden ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung desselben gemäß beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung eingehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt, solange sie nicht vom Umfang der Erfindung abweicht. In der folgenden Beschreibung ist der eine Konduktivitätstyp ein n-Typ und der andere Konduktivitätstyp ist ein p-Typ. Jedoch wird dieselbe Wirkung auch erzielt, wenn die Typen umgekehrt sind.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Nachstehend werden eine Diode, in der ein Siliciumwafer mit Protonenionen (H+) bestrahlt und ein Breitpufferaufbau in einer n–-Driftschicht ausgebildet wird, um die Fremdatomkonzentration der n–-Driftschicht im Siliciumwafer zu steuern, und ein Verfahren zur Herstellung der Diode beschrieben.
  • 1 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Halbleiterbauelements und eine Netto-Dotierungskonzentrationsverteilung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in der Querschnittsansicht (der oberen Seite der Zeichenebene) des Halbleiterbauelements in 1 veranschaulicht, ist die Diode gemäß der ersten Ausführungsform auf einem n-Typ-Halbleitersubstrat (Wafer) ausgebildet. Der spezifische Massewiderstand des Wafers ist ρ0 (Ωcm). Auf einer Hauptfläche des Wafers ist eine p-Anodenschicht 2 ausgebildet. Auf der anderen Hauptfläche des Wafers ist eine n+-Kathodenschicht 3 ausgebildet. Ein zwischen der p-Anodenschicht 2 (zweite Halbleiterschicht) und der n+-Kathodenschicht 3 (dritte Halbleiterschicht) eingefügter Abschnitt (erste Halbleiterschicht) des Halbleitersubstrats ist eine n–-Driftschicht 1. Eine Anodenelektrode 4 ist auf der Oberfläche der p-Anodenschicht 2 ausgebildet. Eine Kathodenelektrode 5 ist auf der Oberfläche der n+-Kathodenschicht 3 ausgebildet.
  • In 1, wie in einem charakteristischen Diagramm veranschaulicht, das die Beziehung zwischen dem Abstand von der Anodenelektrode 4 und der Netto-Dotierungskonzentration (log) (der unteren Seite der Zeichenebene) zeigt, hat die Netto-Dotierungskonzentration der n–-Driftschicht 1 ein bergförmiges Profil, in dem sie eine Spitze in der Nähe der Mitte der n–-Driftschicht 1 ist und mit einem bestimmten Gradienten in Richtung der p-Anodenschicht 2 und der n+-Kathodenschicht 3 verringert ist, und dort befindet sich eine hügelförmige Zone, in der die Netto-Dotierungskonzentration höher als diejenige der n–-Driftschicht 1 ist. Die hügelförmige n-Typ-Zone wird als Breitpufferzone 6 bezeichnet. Der lokale maximale Wert der Fremdatomkonzentrationsverteilung der Breitpufferzone 6 ist kleiner als die Fremdatomkonzentration der n+-Kathodenschicht 3 und der p-Anodenschicht 2. Das heißt, die Breitpufferzone 6 ist in der n–-Driftschicht 1 vorgesehen und hat eine Netto-Dotierungskonzentration, die größer als die Haupt-Fremdatomkonzentration des Wafers und kleiner als die Fremdatomkonzentration der n+-Kathodenschicht 3 und der p-Anodenschicht 2 ist.
  • Der Aufbau der Diode gemäß der Erfindung weist die folgenden zwei wichtigen Punkte auf: der spezifische Massewiderstand ρ0 (Ωcm) des Halbleitersubstrats (Wafer) erfüllt den folgenden Ausdruck 2 in Bezug auf die Nennspannung V0 (V) der Diode; und die wirksame Dosis (der Gesamtbetrag der Netto-Dotierungskonzentration derselben Schicht) der Breitpufferzone 6 ist gleich oder größer als 4,8 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2.
  • [Ausdruck 2]
    • 0,12 V0 ≤ ρ0 ≤ 0,25 V0
  • 2 und 3 sind Diagramme, die einen Herstellungsvorgang des Halbleiterbauelements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulichen. Die Breitpufferzone 6 kann ausgebildet werden, indem eine Bestrahlung mit Protonen H+ 11 (siehe 2(c) und 3(c)) und eine Wärmebehandlung auf dem Wafer einschließlich der p-Anodenschicht 2 und der Anodenelektrode 4, die auf einer Hauptfläche derselben ausgebildet ist, von der Anodenelektrode durchgeführt wird. Als Nächstes wird der Vorgang zur Herstellung des Halbleiterbauelements gemäß der ersten Ausführungsform im Detail unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben. In dieser Ausführungsform wird beispielsweise ein Fall beschrieben, in dem die Diode (Nennspannung: V0 = 1200 V; und Nennstrom: 150 A) mit den in 1 veranschaulichten Dimensionen und Netto-Dotierungskonzentration hergestellt wird.
  • 2(a) bis 2(g) veranschaulichten der Reihe nach die Hauptherstellungsvorgänge der Diode. Zuerst wird als Wafer (Halbleitersubstrat) ein FZ-Wafer 10 mit einem spezifischen Widerstand von 144 Ωcm bis 300 Ωcm, beispielsweise 150 Ωcm (Phosphorkonzentration: 2,0 × 1013 Atome/cm3) und einer Dicke von ungefähr 500 μm hergestellt. Der FZ-Wafer 10 dient als erste Halbleiterschicht. Danach wird die Fremdatomkonzentration des FZ-Wafers 10 als Massekonzentration bezeichnet und dessen spezifischer Widerstand wird als spezifischer Massewiderstand (2(a)) bezeichnet. Die Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand ρ (Ωcm) und der Donatorkonzentration N (Atome/cm3) ist durch ρ = 4,596 × 1015/N dargestellt, wenn der spezifische Widerstand mehr als 1 Ωcm beträgt.
  • Dann wird ein Standard-Diodenherstellungsvorgang zur Bildung der p-Anodenschicht 2, die die zweite Halbleiterschicht sein wird, eines Kantenabschluss-Strukturabschnitts einschließlich eines (nicht gezeigten) Schutzrings, einer Isolierdünnschicht 12 und der Anodenelektrode 4 auf einer Hauptfläche des FZ-Wafers 10 durchgeführt. Die Fremdatomkonzentration der p-Anodenschicht 2 beträgt beispielsweise 5 × 1016 Atome/cm3 und ihre Übergangstiefe von der Oberfläche beträgt beispielsweise 3 μm. Darüber hinaus ist die Anodenelektrode 4 aus einer Aluminiumlegierung (nachstehend als Al-Si (1%) bezeichnet), wie etwa Aluminiumsilicium (AlSi) einschließlich ungefähr 1 Gew.-% Silicium (2(b)), hergestellt.
  • Danach wird die Oberfläche der Anodenelektrode 4 mit einem Proton H+ 11 bestrahlt, das durch einen Zyklotron beschleunigt ist. Zu dieser Zeit beträgt die Beschleunigungsspannung des Zyklotrons beispielsweise 7,9 MeV und die Dosis des Protons H+ 11 beträgt beispielsweise 2,0 × 1012 Atome/cm2. Darüber hinaus wird ein (nicht gezeigter) Aluminiumabsorber verwendet und die Dicke des Aluminiumabsorbers wird eingestellt, um den FZ-Wafer 10 mit dem Proton H+ 11 durch den Aluminiumabsorber so zu bestrahlen, dass der Bereich des Protons H+ 11 von der Oberfläche des FZ-Wafers 10 60 μm beträgt. In 2(c) ist ein Kristallfehler 13, der im FZ-Wafer aufgrund der Bestrahlung mit dem Proton H+ 11 auftritt, durch X (2(c)) dargestellt.
  • Dann wird beispielsweise eine Wärmebehandlung 1 Stunde lang bei 350°C in einer Stickstoffatmosphäre (die Wasserstoff beinhalten kann) durchgeführt, um den Kristallfehler 13 zu beheben. Auf diese Weise wird eine n-Typ-Hochkonzentrationszone so ausgebildet, dass sie auf ungefähr ±20 μm von einer Tiefe von 60 μm von der Waferoberfläche ausgebreitet wird. Die Hochkonzentrationszone ist die Breitpufferzone 6 (innerhalb zweier gestrichelter Linien) (2(d)).
  • Dann wird ein Schleifen und Nassätzen 30 auf der anderen Hauptfläche (der Rückseite des FZ-Wafers 10) des FZ-Wafers 10 so durchgeführt, dass der FZ-Wafer 10 eine gewünschte Dicke hat. In diesem Stadium liegt die Dicke des FZ-Wafers 10 typischerweise im Bereich von 100 μm bis 160 μm, wenn die Nennspannung V0 1200 V beträgt. In der ersten Ausführungsform beträgt in diesem Stadium die Dicke des FZ-Wafers 10 120 μm (2(e)).
  • Dann werden n-Typ-Fremdatomionen, wie etwa Phosphorionen, in die Oberfläche (Rückseite) des FZ-Wafers 10, die dem Schleifen und Nassätzen 30 unterzogen wird, injiziert. In diesem Fall beträgt die Beschleunigungsspannung beispielsweise 50 keV und die Phosphordosis beträgt beispielsweise 1 × 1015 Atome/cm2 (Fremdatomkonzentration; 1 × 1019 Atome/cm3) (2(f)). Dann emittiert zum Beispiel ein zweiter harmonischer YAG-Laser einen Laserstrahl auf die ioneninjizierte Oberfläche mittels eines Doppelimpulsverfahrens. Die injizierten n-Typ-Fremdatomionen, wie etwa die injizierten Phosphorionen, werden durch die Laserbestrahlung elektrisch aktiviert und es wird eine dritte Halbleiterschicht gebildet, die die n+-Kathodenschicht 3 sein wird (2(g)).
  • Das Doppelimpulsverfahren bestrahlt kontinuierlich mehrere gepulste Laserstrahlen, deren Strahlungszeitsteuerungen um eine vorgegebene Verzögerungszeit von mehreren Laserstrahlungsvorrichtungen auf jeden Laserstrahl-Bestrahlungsbereich voneinander abweichen. Das Doppelimpulsverfahren ist in JP-A-2005-223301 offenbart. Wenn die Laserstrahlen durch das Doppelimpulsverfahren abgestrahlt werden, beträgt die Gesamtenergiedichte für jeden Laserstrahl-Bestrahlungsbereich beispielsweise 3 J/cm2. Darüber hinaus beträgt die Doppelimpulszeit beispielsweise 300 ns.
  • Schließlich werden Metallmaterialien auf der Oberfläche der n+-Kathodenschicht 3 in der Reihenfolge Aluminium, Titan, Nickel und Gold abgeschieden, um die Kathodenelektrode 5 zu bilden, die mit der Oberfläche der n+-Kathodenschicht 3 in ohmschen Kontakt kommt. Auf diese Weise wird die Diode vollendet. Ein Abschnitt des Halbleitersubstrats zwischen der p-Anodenschicht 2 und der n+-Kathodenschicht 3 im FZ-Wafer 10 ist die n–-Driftschicht 1. Ein charakteristisches Diagramm (g-1), das auf der rechten Seite der 2(g) veranschaulicht ist, ist ein Netto-Dotierungskonzentrationsprofil, das der in 2(g) veranschaulichten Querschnittsansicht der Diode entspricht.
  • Darüber hinaus ist es bevorzugt, die folgenden Herstellungsvorgänge hinzuzufügen, bevor der Diodenherstellungsvorgang beginnt. Obwohl nicht in den Zeichnungen gezeigt, wird zuerst Phosphosilikatglas auf dem in 2(a) veranschaulichten FZ-Wafer 10 aufgetragen und Phosphor und Sauerstoff werden diffundiert und von beiden Oberflächen des Wafers 10 Stunden lang durch einen Eintreibvorgang bei 1300°C eingeleitet. Dann wird die phosphor-diffundierte Schicht auf einer Hauptfläche des Wafers weggeschabt und anschließend hochglanzpoliert. Dann wird Sauerstoff in einer maximalen Dosis von 1 × 1018 Atome/cm3 entsprechend einer Feststofflöslichkeit bei 1300°C nur in die andere Hauptfläche (beispielsweise die Rückseite) des Wafers eingeleitet, wodurch ein Wafer ausgebildet wird, in dem die Fremdatomkonzentration der phosphor-diffundierten Schicht (Oberflächenkonzentration: 1 × 1020 Atome/cm3; und Tiefe; ungefähr 80 μm) höher als die Konzentration des Wafers ist. Dann wird der Diodenherstellungsvorgang (Vorgang nach 2(b)) unter Verwendung des Wafers durchgeführt. Der Grund, warum es bevorzugt ist, den vorgenannten Vorgang hinzuzufügen, ist wie folgt. Wie in der Patentliteratur 3 offenbart ist, arbeitet die phosphor-diffundierte Schicht, die auf der Rückseite des Wafers ausgebildet ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als die Konzentration des Wafers hat, als Schicht zum Gettern von Fremdatomen, wie etwa Schwermetallen, und die Sauerstoffkonzentration von der Oberfläche der Anodenschicht zur Spitze (nachstehend als Spitzenkonzentration bezeichnet) der Netto-Dotierungskonzentration der Breitpufferzone (d. h. des Bereichs Rp des Protons H+) nimmt zu, was die Verhinderung einer Reduktion der Mobilität von Elektronen und Löchern in der Breitpufferzone aufgrund einer Bestrahlung mit dem PH+ 11 erlaubt.
  • Wenn ein Wafer, der eine niedrige Sauerstoffkonzentration beinhaltet, wie etwa der FZ-Wafer unter Verwendung von polykristallinem Silicium als Rohmaterial verwendet wird, kann ein Eintreibvorgang oder ein Wärmeoxidationsvorgang bei einer Temperatur von mindestens 1000°C in einer Atmosphäre, die Sauerstoff beinhaltet, durchgeführt werden. Der Grund dafür ist, dass Sauerstoff in das Siliciumsubstrat durch die Wärmebehandlung infiltriert und diffundiert wird und die Sauerstoffkonzentration des Wafers zunimmt. Hier wird Sauerstoff in einer Konzentration von mindestens 1 × 1016 Atome/cm3 bis höchstens 1 × 1017 Atome/cm3 verteilt, was eine ausreichend hohe Fremdatomkonzentration ist, um sie durch eine Sekundärionen-Massenspektrometrie(SIMS)-Messung zu erfassen, und es kann die gleiche Wirkung wie diejenige der Verhinderung einer Verringerung der Mobilität von Elektronen und Löchern in der Breitpufferzone erhalten werden. Die Sauerstoffkonzentration kann durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 1300°C gleich oder größer als 1 × 1018 Atome/cm3 sein. Wenn jedoch die Sauerstoffkonzentration größer als der vorgenannte Wert ist, ist es wahrscheinlich, dass eine Sauerstoffablagerung oder ein sauerstoffinduzierter Fehler erzeugt wird. Daher ist es bevorzugt, dass die Sauerstoffkonzentration gleich oder kleiner als 1 × 1018 Atome/cm3 ist. Das heißt, es ist bevorzugt, dass die Sauerstoffkonzentration von der Oberfläche der Anodenschicht bis zur Spitzenkonzentration der Breitpufferzone (das heißt, der Bereich Rp des Proton H+) gleich oder größer als 1 × 1016 Atome/cm3 und gleich oder kleiner als 1 × 1018 Atome/cm3 ist.
  • Darüber hinaus wird ein komplexer Fehler einschließlich Löchern, welche gebildet werden, wenn Wasserstoff in den Wafer durch die Bestrahlung des Wafers mit dem Proton H+ eingeführt wird, zusammen mit Donatoren durch den eingeführten Sauerstoff in einem aktiven Abschnitt ausgebildet, in welchem der Hauptstrom im Halbleiterbauelement sowie im Kantenabschluss-Strukturabschnitt fließt. Die phosphordiffundierte Schicht mit einer höheren Fremdatomkonzentration als der Konzentration des n-Typ-Wafers wird ebenfalls unmittelbar unter dem Kantenabschluss-Strukturabschnitt ausgebildet. Im Ergebnis nimmt der spezifische Widerstand des Wafers zu und die Fremdatomkonzentration unmittelbar unter dem Kantenabschluss-Strukturabschnitt nimmt zu, was zu einer Erhöhung der äquipotenzialen Liniendichte einer Sperrschicht führt, die ausgebreitet wird, wenn eine Rückwärtsspannung an den pn-Hauptübergang angelegt wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Einfluss der Durchschlagspannung durch externe Ladung durch die Isolierdünnschicht auf die Oberfläche des Kantenabschluss-Strukturabschnitts zu reduzieren. Darüber hinaus wird, wenn eine Fehlerdichte unmittelbar unter dem Kantenabschluss-Strukturabschnitt zunimmt, die Lebensdauer seiner Umgebung verringert. Daher ist es möglich, die Konzentration eines Stroms oder eines Trägerrests an der Grenze zwischen dem aktiven Abschnitt und dem Kantenabschluss-Strukturabschnitt, wenn die Leistung eingeschaltet ist und während einer Sperrverzögerung, zu verhindern.
  • Zusätzlich zum Wasserstoffion (H+) wird ein Lithiumion (Li+) oder ein Sauerstoffion (O–) durch das bestrahlte geladene Partikel (Ion) in einen n-Typ-Donator geändert. Jedoch hat das Lithiumion oder das Sauerstoffion eine höhere Masse als das Wasserstoffion und es ist schwierig, einen ausreichend weiten Bereich mit derselben Energie zu erhalten. Daher ist, wenn Ionen von der Oberfläche des Wafers in eine Tiefe von ungefähr 60 μm injiziert werden müssen, das Wasserstoffion (H+) am meisten bevorzugt.
  • 4 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen dem spezifischen Massewiderstand und der Durchschlagspannung des Halbleiterbauelements veranschaulicht. 6 ist ein Diagramm, das den Aufbau und eine Netto-Dotierungskonzentrationsverteilung eines Halbleiterbauelements gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht. 4 veranschaulicht die Diode (die in der Hauptteil-Querschnittsansicht der 1 veranschaulichte Diode; nachstehend als Beispiel bezeichnet) gemäß der Erfindung, in der die Breitpufferzone 6 in der n–-Driftschicht 1 vorgesehen ist, eine Diode (erstes konventionelles Beispiel) gemäß dem Stand der Technik, in der eine Breitpufferzone in der n–-Driftschicht vorgesehen ist, und eine Diode (eine in der Hauptteil-Querschnittsansicht der 6 veranschaulichte Diode (nachstehend als zweites konventionelles Beispiel bezeichnet)) einschließlich der n–-Driftschicht 1, die nicht die Breitpufferzone beinhaltet und die eine flache Dotierungskonzentrationsverteilung (die in 4 als flache Konzentrationsverteilung bezeichnet ist) gemäß dem Stand der Technik aufweist. Die Dioden gemäß dem ersten und zweiten konventionellen Beispiel sind als Vergleichsbeispiele gegeben. Die Dicke der n–-Driftschicht 1 beträgt 120 μm (wie in 1 veranschaulicht, genau gesagt, die Dicke der n–-Driftschicht 1 beträgt 116,5 μm, die durch Subtrahieren der Dicke der p-Anodenschicht 2 und der n+-Kathodenschicht 3 von 120 μm erhalten wird. Nachstehend wird jedoch zur verständlicheren Erklärung die Dicke der n–-Driftschicht 1 mit 120 μm beschrieben).
  • Für die Dioden (gemäß dem Beispiel und dem ersten konventionellen Beispiel), in denen die Breitpufferzone 6 in der n–-Driftschicht 1 vorgesehen ist, ist eine Änderung der Durchschlagspannung des Halbleiterbauelements in Bezug auf den spezifischen Widerstand (die horizontale Achse) des Wafers (Substrats), wenn die wirksame Dosis der Breitpufferzone 6 auf verschiedene Weisen geändert wird, das heißt, wenn die wirksame Dosis der Breitpufferzone 6 1,0 × 1011 Atome/cm2, 2,5 × 1011 Atome/cm2, 4,0 × 1011 Atome/cm2, 4,8 × 1011 Atome/cm2, 5,0 × 1011 Atome/cm2, 5,2 × 1011 Atome/cm2, 5,7 × 1011 Atome/cm2 und 6,0 × 1011 Atome/cm2 beträgt. Im Beispiel ist die wirksame Dosis der Breitpufferzone 6 gleich oder größer als 4,8 × 1011 Atome/cm2. Für die Diode (zweites konventionelles Beispiel) gemäß dem Stand der Technik, bei der die n–-Driftschicht 1 eine flache Dotierungskonzentrationsverteilung aufweist, wenn der spezifische Widerstand des Wafers, der die n–-Driftschicht 1 mit einer Dicke von 120 μm beinhaltet, geändert wird, wird ein Durchschlagspannungswert durch eine Kurvenlinie mit der Bezeichnung ”Flache Konzentrationsverteilung gemäß dem Stand der Technik” dargestellt.
  • Zuerst nimmt bei der flachen Dotierungskonzentrationsverteilung gemäß dem Stand der Technik unter der Bedingung, dass die Dicke der n–-Driftschicht konstant (120 μm) ist, wenn der spezifische Widerstand zunimmt, die Durchschlagspannung zu und wird auf einen konstanten Wert konvergiert. In Allgemeinen werden, wenn Vorrichtungen entworfen werden, die Dicke der n–-Driftschicht und der spezifische Widerstand unter Berücksichtigung des Gleichgewichts zwischen Durchschlagspannung, Verlust, wenn die Leistung eingeschaltet wird, und Schalteigenschaften ausgewählt. Beispielsweise beträgt die Dicke der n–-Driftschicht ungefähr 0,1 V0 (μm) in Bezug auf die Nennspannung V0 (V). Darüber hinaus sind die Nennspannung V0 (V) und der typische spezifische Widerstand ρ0 (Ωcm) des Substrats durch den folgenden Ausdruck 3 empirisch dargestellt.
  • [Ausdruck 3]
    • ρ0 = 0,045 V0
  • Beispielsweise beträgt der typische spezifische Widerstand ρ0 (Ωcm) des Substrats ungefähr 27 Ωcm bei einer Nennspannung V0 von 600 V, ungefähr 54 Ωcm bei einer Nennspannung V0 von 1200 V, ungefähr 77 Ωcm bei einer Nennspannung V0 von 1700 V, ungefähr 149 Ωcm bei einer Nennspannung V0 von 3300 V, ungefähr 203 Ωcm bei einer Nennspannung V0 von 4500 V und ungefähr 293 Ωcm bei einer Nennspannung V0 von 6500 V. Darüber hinaus kann der typische spezifische Widerstand ρ0 (Ωcm) des Substrats so eingestellt werden, dass er 1,5-mal mehr als der vorstehend angegebene Wert ist, insbesondere bei einer hohen Nennspannung von 1700 V mindestens unter Berücksichtigung einer Betriebstoleranz. Zum Abbau einer hohen Überschwingungsspannung während des Schaltens kann der typische spezifische Widerstand ρ0 (Ωcm) des Substrats auf 80% des vorgenannten Werts gesenkt werden.
  • Bei einer Nennspannung V0 von 1200 V weist die hergestellte Vorrichtung eine hohe Ist-Durchschlagspannung mit einer Marge von ungefähr 20% über der Nennspannung auf. Beispielsweise ist die Ist-Durchschlagspannung bei einer Nennspannung V0 von 1200 V auf 1400 V eingestellt. In diesem Fall beträgt, wie aus 4 ersichtlich ist, bei der Diode gemäß dem Stand der Technik, die durch eine flache Konzentrationsverteilung dargestellt ist, der spezifische Widerstand des Substrats, bei dem die Ist-Durchschlagspannung 1400 V beträgt, 46 Ωcm. Gleichermaßen betragen, wie aus 4 ersichtlich ist, die spezifischen Widerstandwerte, bei denen die Ist-Durchschlagspannung 1400 V in den Dioden beträgt, in denen die wirksamen Dosen der Breitpufferzone 1 × 1011 Atome/cm2, 2,5 × 1011 Atome/cm2, 4 × 1011 Atome/cm2, 4,8 × 1011 Atome/cm2, 5,0 × 1011 Atome/cm2, 5,2 × 1011 Atome/cm2, 5,7 × 1011 Atome/cm2 und 6 × 1011 Atome/cm2 betragen, jeweils Ωcm, 68 Ωcm, 100 Ωcm, 144 Ωcm, 150 Ωcm, 160 Ωcm, 200 Ωcm und 250 Ωcm.
  • Wie in 4 veranschaulicht, spiegelt sich der Bereich (nachstehend als Spezifischer-Widerstands-Variationsbereich bezeichnet) einer Variation des spezifischen Widerstands des Wafers stark im Bereich einer Variation der Durchschlagspannung des Halbleiterbauelements gemäß dem spezifischen Widerstand des Wafers wider. Das heißt, wenn der spezifische Widerstand des Wafers innerhalb eines gegebenen Breitenbereichs variiert (nachstehend als Spezifischer-Widerstands-Variationsbreite bezeichnet) ist die Spezifischer-Widerstands-Variationsbreite direkt mit der Breite einer Variation der Durchschlagspannung des Halbleiterbauelements verbunden (nachstehend als Durchschlagspannungs-Variationsbreite bezeichnet). Beispielsweise beträgt im Fall des zweiten konventionellen Beispiels der spezifische Widerstand, bei dem die Durchschlagspannung 1400 V beträgt, 46 Ωcm. Im Bereich von ungefähr 30 Ωcm bis ungefähr 80 Ωcm einschließlich des spezifischen Widerstandswerts von 46 Ωcm variiert der Durchschlagspannungswert sehr. Wenn beispielsweise die Spezifischer-Widerstands-Variation 46 Ωcm ± 12% (ungefähr 41 Ωcm bis 52 Ωcm) beträgt, beträgt der Bereich einer Variation der Durchschlagspannung (nachstehend als Durchschlagspannungs-Variationsbereich bezeichnet) entsprechend dem Spezifischer-Widerstands-Variationsbereich ungefähr 1290 V bis ungefähr 1480 V. Das heißt, der Durchschlagspannungs-Variationsbereich entspricht einer Durchschlagspannungs-Variationsbreite von ungefähr 13,7% in Bezug auf einen Mittelwert von 1385 V. Die Durchschlagspannungs-Variationsbreite muss ein kleiner Wert sein, den der Markt fordert, beispielsweise höchstens 5%. Um daher die vom Markt geforderte Durchschlagspannungs-Variationsbreite zu erfüllen, muss die Spezifischer-Widerstands-Variationsbreite weiter verringert werden. Jedoch beträgt, wie vorstehend beschrieben, der Bereich der Spezifischer-Widerstands-Variationsbreite des FZ-Wafers mit hohem spezifischen Widerstand (beispielsweise 20 Ωcm mindestens), der vom Waferhersteller garantiert wird, höchstens ±12% (Variationsbreite: 24%) beim Gasdotieren und höchstens ±8% (Variationsbreite: 16%) bei einem Neutronenbestrahlungswafer. Selbst beim Neutronenbestrahlungswafer ist die Durchschlagspannungs-Variationsbreite beträchtlich höher als ein zulässiger Wert.
  • Im ersten konventionellen Beispiel (die Diode einschließlich des Breitpufferaufbaus gemäß dem Stand der Technik) beträgt im Fall einer Breitpufferdiode mit einer Wirksamen Dosis von 2,5 × 1011 Atome/cm2 der spezifische Widerstand, bei dem die Durchschlagspannung 1400 V (Nennspannung V0 = 1200 V) beträgt, ungefähr 68 Ωcm, wie in 4 veranschaulicht (siehe A in 4). Wenn eine Variation des spezifischen Widerstands ±12% beträgt, beträgt der Spezifischer-Widerstands-Variationsbereich ungefähr 60 Ωcm bis 76 Ωcm. Wie aus 4 ersichtlich ist, beträgt der Durchschlagspannungs-Variationsbereich, der dem Spezifischer-Widerstands-Variationsbereich von 60 Ωcm bis 76 Ωcm entspricht, 1320 V bis 1460 V. Der Durchschlagspannungs-Variationsbereich entspricht einer Durchschlagspannungs-Variationsbreite von ungefähr 10,1% in Bezug auf einen Mittelwert von 1390 V. Die Durchschlagspannungs-Variationsbreite beträgt im ersten konventionellen Beispiel weniger als eine Durchschlagspannungs-Variationsbreite von 13,7%, ist aber höher als eine vom Markt geforderte Durchschlagspannungs-Variationsbreite von 5%. Daher ist die Durchschlagspannungs-Variationsbreite immer noch nicht genug. Gleichermaßen beträgt im Fall einer Breitpufferdiode mit einer wirksamen Dosis von 4,0 × 1011 Atome/cm2, wie aus 4 ersichtlich, der spezifische Widerstand, bei dem die Durchschlagspannung 1400 V beträgt (Nennspannung V0 = 1200 V), ungefähr 100 Ωcm. Der Durchschlagspannungs-Variationsbereich, der einer Spezifischer-Widerstands-Variation von ±12% entspricht, beträgt 1340 V bis 1430 V und die Durchschlagspannungs-Variationsbreite beträgt ungefähr 6,5%. Daher ist eine Durchschlagspannungs-Variationsbreite von 5% höchstens, die vom Markt gefordert wird, noch nicht erfüllt.
  • Andererseits beträgt in dem Beispiel (die Diode mit dem Breitpufferaufbau gemäß der Erfindung) in dem Fall, dass die Breitpufferdiode, in der die wirksame Dosis der Breitpufferzone 4,8 × 1011 Atome/cm2 beträgt, wie aus 4 ersichtlich ist (siehe B in 4), der spezifische Widerstand, bei dem die Durchschlagspannung 1400 V ist, 144 Ωcm. Wenn eine Variation des spezifischen Widerstands 12% beträgt, reicht der Spezifischer-Widerstands-Variationsbereich von 126,7 Ωcm bis 161,3 Ωcm. Der Durchschlagspannungs-Variationsbereich entsprechend dem Spezifischer-Widerstands-Variationsbereich reicht von 1363 V bis 1425 V. Das heißt, die Durchschlagspannungs-Variationsbreite beträgt 4,4% in Bezug auf einen Mittelwert von 1394 V. In den Breitpufferdioden, in denen die wirksamen Dosen 5,0 × 1011 Atome/cm2, 5,7 × 1011 Atome/cm2 und 6,0 × 1011 Atome/cm2 betragen, betragen die spezifischen Widerstandswerte, die einer Durchschlagspannung von 1400 V entsprechen, gleichermaßen, wie aus 4 ersichtlich ist, 150 Ωcm, 200 Ωcm und 250 Ωcm. Wenn eine Variation des spezifischen Widerstands 12% beträgt, reichen die Spezifischer-Widerstands-Variationsbereiche von 132 Ωcm bis 168 Ωcm, von 176 Ωcm bis 114 Ωcm und von 220 Ωcm bis 280 Ωcm. Die Durchschlagspannungs-Variationsbereiche, die den Spezifischer-Widerstands-Variationsbereichen entsprechen, betragen der Reihe nach 1371 V bis 1431 V, 1378 V bis 1422 V und 1380 V bis 1415 V. Das heißt, die Durchschlagspannungs-Variationsbreiten betragen der Reihe nach 4,3% in Bezug auf einen Mittelwert von 1401 V, 3,1% in Bezug auf einen Mittelwert von 1400 V und 2,5% in Bezug auf einen Mittelwert von 1397 V. Daher ist die Durchschlagspannungs-Variationsbreite auf einen Bereich von etwas mehr als 2% bis etwas mehr als 4% reduziert. Daher wird in allen Beispielen eine vom Markt geforderte Durchschlagspannungs-Variationsbreite von 5% erfüllt.
  • 5 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen dem spezifischen Massewiderstand und der Durchschlagspannungs-Variationsbreite des Halbleiterbauelements veranschaulicht. Die Beziehung zwischen dem in 4 veranschaulichten spezifischen Massewiderstand und der Durchschlagspannungs-Variationsbreite (%) des Halbleiterbauelements ist in 5 veranschaulicht. Das heißt, wie in Bezug auf 4 beschrieben, wird die wirksame Dosis der Breitpufferzone so ausgewählt, dass die Ist-Durchschlagspannung in Bezug auf einen gegebenen spezifischen Massewiderstandswert 1400 V beträgt, und die Durchschlagspannungs-Variationsbreite (%), die aus dem Durchschlagspannungs-Variationsbereich berechnet wird, wenn eine Variation in jedem spezifischen Massewiderstand 12% beträgt, wurde auf der vertikalen Achse eingezeichnet (die horizontale Achse gibt den spezifischen Massewiderstand an (Ωcm)).
  • In der Diode (zweites konventionelles Beispiel) gemäß dem Stand der Technik, die einen spezifischen Massewiderstand von 46 Ωcm aufweist und die Breitpufferzone nicht einschließt, beträgt die Durchschlagspannungs-Variationsbreite 13,7%, was ein großer Wert ist, und die vom Markt geforderte Durchschlagspannungs-Variationsbreite wird nicht erfüllt. Selbst in dem Aufbau, in dem die Breitpufferzone in der Driftschicht (erstes konventionelles Beispiel) vorgesehen ist, wenn der spezifische Massewiderstand ein kleiner Wert von 55 Ωcm, 68 Ωcm und 100 Ωcm ist, betragen die Durchschlagspannungs-Variationsbreiten ungefähr 11,5%, ungefähr 10,1% und ungefähr 6.5%, was mehr als 5,0% ist, und die vom Markt geforderte Durchschlagspannungs-Variationsbreite ist nicht erfüllt. Daher ist dieser Aufbau nicht in der Erfindung beinhaltet. Wenn die Breitpufferzone in der Driftschicht vorgesehen, aber die wirksame Dosis zu groß ist, die wirksame Dosis beispielsweise mehr als 1,0 × 1012 Atome/cm2 beträgt, beträgt der spezifische Massewiderstand, der einer Durchschlagspannung von 1400 V entspricht, mehr als 300 Ωcm. Daher ist dieser Aufbau nicht in der Erfindung beinhaltet. Der Grund dafür wird nachstehend beschrieben.
  • Im Gegensatz hierzu beträgt bei der Diode (Beispiel) gemäß der Erfindung, in der die Breitpufferzone in der Driftschicht vorgesehen ist, die Durchschlagspannungs-Variationsbreite 4,4% bei einem spezifischen Massewiderstand von 144 Ωcm, 4,3% bei einem spezifischen Massewiderstand von 150 Ωcm, 4,0% bei einem spezifischen Massewiderstand von 160 Ωcm, 3,1% bei einem spezifischen Massewiderstand von 200 Ωcm und 2,5% bei einem spezifischen Massewiderstand von 250 Ωcm. Das heißt, die Durchschlagspannungs-Variationsbreite des Halbleiterbauelements ist auf 5,0% höchstens reduziert, was vom Markt gefordert wird. Wie aus 4 ersichtlich, betragen die wirksamen Dosen der Breitpufferzone, die den Hauptwiderständen von 144 Ωcm, 150 Ωcm, 160 Ωcm, 200 Ωcm und 250 Ωcm entsprechen, jeweils 4,8 × 1011 Atome/cm2, 5,0 × 1011 Atome/cm2, 5,2 × 1011 Atome/cm2, 5,7 × 1011 Atome/cm2 und 6,0 × 1011 Atome/cm2. Daher ist, wie aus 4 ersichtlich, die wirksame Dosis der Breitpufferzone gemäß der Erfindung gleich oder größer als 4,8 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 6,0 × 1011 Atome/cm2. Es wurde bestätigt, dass, selbst wenn die wirksame Dosis der Breitpufferzone auf 1,0 × 1012 Atome/cm2 erhöht wurde, die Durchschlagspannungs-Variationsbreite weiter reduziert wurde und der spezifische Massewiderstand gleich oder kleiner als 300 Ωcm war.
  • Das heißt, im Halbleiterbauelement gemäß der Erfindung kann in dem Breitpufferaufbau, in dem die wirksame Dosis gleich oder größer als 4,8 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2 ist, die Durchschlagspannungs-Variationsbreite auf höchstens ein Drittel als diejenige der Diode gemäß dem Stand der Technik verringert werden, in der die Breitpufferzone nicht vorgesehen ist. Im Breitpufferaufbau ist die wirksame Dosis bevorzugter gleich oder größer als 5,0 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2 und ist am meisten bevorzugt gleich oder größer als 5,2 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2, was es ermöglicht, die Durchschlagspannungs-Variationsbreite des Halbleiterbauelements zuverlässig auf höchstens 4% zu senken.
  • Insbesondere hängt, wenn der spezifische Massewiderstand gleich oder größer als 144 Ωcm ist, die Durchschlagspannungs-Variationsbreite des Halbleiterbauelements nicht vom spezifischen Massewiderstand ab. Natürlich beinhaltet die Durchschlagspannungs-Variationsbreite auch eine Variation eines Parameters, wie etwa die Dicke der n–-Driftschicht oder eine wirksame Dosis gemäß der Ausbildung der Breitpufferzone. Jedoch kann eine Variation der Dicke der Driftschicht durch eine Kombination des rückseitigen Schleifens und Ätzens des Wafers 3% höchstens betragen und die wirksame Dosis kann durch die Steuerung der Einspritzung des Protons H+ und einer Glühtemperatur höchstens 1% betragen. Unter den Faktoren, die die Durchschlagspannungs-Variationsbreite bestimmen, ist der wichtigste Faktor die Spezifischer-Widerstands-Variationsbreite. Daher ist die Wirkung groß, die durch die Reduzierung der Durchschlagspannungs-Variationsbreite erzielt wird.
  • In der Erfindung kann die Durchschlagspannungs-Variationsbreite bei anderen Nennspannungen als der Nennspannung V0 = 1200 V verringert werden. Dies liegt daran, dass die Gesamtdotierungskonzentration (Dosis) der Gesamt-Driftschicht hinsichtlich der Nennspannung konstant ist (höchstens ungefähr 1,2 × 1012 Atome/cm2). Bei einer Nennspannung V0 von 1200 V ist, wenn der spezifische Massewiderstand gleich oder größer als 144 Ωcm ist, die Durchschlagspannungs-Variationsbreite gleich oder kleiner 5%, was vom Markt gefordert wird. Der Zahlenwert ”144” entspricht ungefähr 12% (≈ 144/1200 × 100%) des Zahlenwerts ”1200” der Nennspannung. Wie in 5 veranschaulicht, wird, wenn der spezifische Massewiderstand gleich oder größer als 150 Ωcm ist, was 12,5% des Zahlenwerts ”1200” der Nennspannung entspricht, die Durchschlagspannungs-Variationsbreite weiter reduziert. Wenn der spezifische Massewiderstand des Wafers gleich oder größer als 160 Ωcm, was 13,3% des Zahlenwerts ”1200” der Nennspannung entspricht, ist die Durchschlagspannungs-Variationsbreite gleich oder kleiner als 4%, was auf jeden Fall weniger als eine vom Markt geforderte Durchschlagspannungs-Variationsbreite von 5% ist. Gleichermaßen beträgt, wenn die Nennspannung V0 600 V ist, der spezifische Massewiderstand 72 Ωcm (0,12 V0 = 0,12 × 600 = 72). Daher ist die Durchschlagspannungs-Variationsbreite gleich oder kleiner als 5% bei einem spezifischen Massewiderstand von mindestens 72 Ωcm. Gleichermaßen wurde bestimmt, dass die Durchschlagspannungs-Variationsbreite bei einer Nennspannung V0 von 1700 V und einem spezifischen Massewiderstand von mindestens 204 Ωcm, bei einer Nennspannung V0 von 3300 V und einem spezifischen Massewiderstand von mindestens 396 Ωcm und bei einer Nennspannung V0 von 4500 V und einem spezifischen Massewiderstand von mindestens 540 Ωcm auf höchstens 5% reduziert wurde. Daher ist eine notwendige Bedingung, dass der spezifische Massewiderstand des Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung, das heißt, der spezifische Widerstand ρ0 des Halbleitersubstrats, den folgenden Ausdruck 4 erfüllt.
  • [Ausdruck 4]
    • ρ0 ≥ 0,12 V0
  • Wenn der spezifische Widerstand ρ0 bevorzugt gleich oder größer als 0,125 V0 und bevorzugter gleich oder größer als 0,133 V0 ist, kann die Durchschlagspannungs-Variationsbreite zuverlässig auf 5% höchstens reduziert werden.
  • Wenn der spezifische Widerstand ρ0 mehr als ein notwendiger Wert ist, wird die Verarmung der Träger im Allgemeinen während des Schaltens beschleunigt und es ist wahrscheinlich, dass eine Schaltwellenform schwingt. Beispielsweise wurde bestätigt, dass, wenn der spezifische Massewiderstand bei Nennspannung V0 von 1200 V mehr als 300 Ωcm betrug, ein Schwingungsphänomen aufgrund der Verarmung der Träger während der Sperrverzögerung selbst in der Diode mit dem Breitpufferaufbau gemäß der Erfindung auftrat, in der die Breitpufferzone in der Driftschicht vorgesehen war. Weiterhin wurde festgestellt, dass, wenn der spezifische Massewiderstand zu hoch war, das Schwingungsphänomen bei anderen Nennspannungen auftrat. Ein wichtiger Faktor dieses Phänomens ist die Gesamtdotierungskonzentration (Dosis) der gesamten n–-Driftschicht. Dies liegt daran, dass die Erweiterung einer Raumladungszone während der Sperrverzögerung von der Gesamtdotierungskonzentration (Dosis) gemäß der Poisson-Gleichung abhängt und somit die Gesamtzahl der bestrichenen Träger ebenfalls durch die Gesamtdotierungskonzentration bestimmt wird. Daher wurde bestätigt, dass das gleiche Schwingungsphänomen auftrat, wenn der spezifische Massewiderstand mehr als 300 Ωcm bei einer Nennspannung V0 von 1200 V, der spezifische Massewiderstand mehr als 150 Ωcm bei einer Nennspannung V0 von 600 V, der spezifische Massewiderstand mehr als 425 Ωcm bei einer Nennspannung V0 von 1700 V, der spezifische Massewiderstand mehr als 825 Ωcm bei einer Nennspannung V0 von 3300 V und der spezifische Massewiderstand mehr als 1125 Ωcm bei einer Nennspannung V0 von 4500 V war. Die Beziehung ρ0 ≤ 0,25 V0 wird zwischen der Nennspannung V0 und dem spezifischen Massewiderstand ρ0 hergestellt. Daher muss der spezifische Massewiderstand ρ0 den folgenden Ausdruck 5 erfüllen.
  • [Ausdruck 5]
    • ρ0 ≤ 0,25 V0
  • Der wichtige Punkt des Breitpufferaufbaus gemäß der Erfindung besteht darin, dass die Breitpufferzone in einem Abschnitt der n–-Driftschicht ausgebildet ist und mit einem Abschnitt mit Substratkonzentration (Masse-Fremdatomkonzentration) oder einem Abschnitt mit einer geringeren Netto-Dotierungskonzentration als der Substratkonzentration in Berührung kommt. Auf diese Weise kann die Durchschlagspannung unabhängig von der Massekonzentration bestimmt werden. Im Ergebnis kann die Durchschlagspannungs-Variationsbreite verringert werden. In einem Aufbau, in dem die Breitpufferzone über die gesamte n–-Driftschicht verteilt ist, hängen die Steuerung der Fremdatomkonzentration und der Durchschlagspannung nur von der Ioneninjektion und dem Eintreiben ab. Im Ergebnis werden, wenn die Nennspannung geändert wird, insbesondere, wenn die Durchschlagspannung zunimmt, wasserstoffinduzierte Donatoren in einem breiten Umfang von 100 μm mindestens in der n–-Driftschicht verteilt und ihre Fremdatomkonzentration muss verringert werden. Im Augenblick ist es physikalisch sehr schwierig, die vorstehend angegebene Konzentrationsverteilung der n–-Driftschicht zu erhalten.
  • Im Gegensatz dazu kann in der Erfindung die Haupt-Nennspannung V0 auf der Basis des spezifischen Massewiderstands ρ0 bestimmt werden. Die Ist-Durchschlagspannung wird durch Addieren der Fremdatomkonzentration des wasserstoffinduzierten Donators zur Haupt-Netto-Dotierungskonzentration (das heißt, spezifischer Widerstand) bestimmt. Daher kann die Erfindung ungeachtet der Durchschlagspannung des Halbleiterbauelements angewendet werden und den Einfluss der Spezifischer-Widerstands-Variationsbreite auf die Durchschlagspannungs-Variationsbreite mit der wirksamen Dosis des wasserstoffassoziierten Donators mit einem relativ kleinen Fehler reduzieren. Auf diese Weise kann eine Diode mit kleiner Durchschlagspannungs-Variationsbreite leicht hergestellt werden.
  • In 2(c) wurde die Vorderseite (Anodenelektrode) mit dem Proton H+ 11 bestrahlt. Jedoch, wie in 3(c) veranschaulicht, kann auch die Rückseite (Kathodenelektrode) mit dem Proton H+ 11 bestrahlt werden. Die anderen Vorgänge des in 3 veranschaulichten Verfahrens sind dieselben wie diejenigen des in 2 veranschaulichten Herstellungsverfahrens. Das heißt, der Unterschied zwischen 2 und 3 ist der Vorgang (c).
  • Wie vorstehend beschrieben, ist gemäß dem Halbleiterbauelement der ersten Ausführungsform die Breitpufferzone 6 in der n–-Driftschicht 1 vorgesehen, die ein Substrat ist, dessen spezifischer Massewiderstand ρ0 (Ωcm) den Ausdruck 2 in Bezug auf die Nennspannung V0 (V) erfüllt. Der Gesamtbetrag der Netto-Dotierungskonzentration der Breitpufferzone 6 liegt in dem vorstehend angegebenen Bereich. Auf diese Weise kann, selbst wenn eine Variation des spezifischen Massewiderstands ungefähr ±12% beträgt, der Bereich, in dem die Durchschlagspannung der Diode in Bezug auf eine Variation im spezifischen Massewiderstand geändert ist, verringert werden. Darüber hinaus kann der Bereich, in dem die Schalteigenschaften des Halbleiterbauelements geändert werden, in Bezug auf eine Variation des spezifischen Massewiderstands verringert werden. Daher können eine Variation der Durchschlagspannung und eine Variation der Schalteigenschaften verringert werden.
  • Darüber hinaus wird gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelement gemäß der ersten Ausführungsform, nachdem die p-Anodenschicht 2 auf einer Hauptfläche des FZ-Wafers 10 (n–-Driftschicht 1) ausgebildet ist, die Vorder- oder Rückseite des FZ-Wafers 10 mit dem Proton H+ 11 in einem zu einem Abschnitt projizierten Bereich bestrahlt, der tiefer als die p-Anodenschicht 2 oder die n+-Kathodenschicht 3 liegt, die in dem nachfolgenden Vorgang ausgebildet wird, und eine Wärmebehandlung wird bei einer Temperatur von mindestens 300°C bis höchstens 550°C durchgeführt. Auf diese Weise kann die Breitpufferzone 6 in der n–-Driftschicht 1 unter der vorgenannten Bedingung durchgeführt werden. In diesem Fall erfüllt der spezifische Widerstand (spezifischer Massewiderstand) ρ0 des FZ-Wafers 10 die vorgenannte Bedingung in Bezug auf die Nennspannung V0. Auf diese Weise kann, selbst wenn eine Variation des spezifischen Widerstands des FZ-Wafers 10 ungefähr ±12% beträgt, der Bereich, in dem die Durchschlagspannung des Halbleiterbauelements in Bezug auf eine Variation des spezifischen Widerstands des FZ-Wafers 10 geändert wird, verringert werden. Darüber hinaus kann der Bereich, in dem die Schalteigenschaften des Halbleiterbauelements in Bezug auf eine Variation des spezifischen Widerstands des FZ-Wafers 10 geändert werden, verringert werden. Daher können eine Variation der Durchschlagspannung und eine Variation der Schalteigenschaften verringert werden.
  • Vor der Bestrahlung mit dem Proton H+ 11 zur Ausbildung der Breitpufferzone 6 wird Sauerstoff in den FZ-Wafer 10 unter den vorgenannten Bedingungen eingeführt. Auf diese Weise kann eine Verringerung der Mobilität von Elektronen und Löchern in der Breitpufferzone 6 verhindert werden, wenn der Wafer mit dem Proton H+ 11 bestrahlt wird
  • Darüber hinaus erlaubt die Verwendung des FZ-Wafers 10 die kostengünstige Herstellung einer Diode mit Breitpufferaufbau. Auf diese Weise können die Herstellungskosten gesenkt werden.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • 7 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Halbleiterbauelements und einer Netto-Dotierungskonzentrationsverteilung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. In einer n–-Driftschicht 1 können mehrere Breitpufferzonen 6 gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen sein.
  • In der zweiten Ausführungsform sind, wie in 7 veranschaulicht, mehrere Breitpufferzonen 6 (drei Breitpufferzonen in 7) ausgebildet. Als solche erlauben die mehreren Breitpufferzonen 6 eine Feinsteuerung der Erweiterung einer Raumladungszone während des Schaltens. Im Aufbau, in welchem mehrere Breitpufferzonen ausgebildet werden, wenn die Nennspannung V0 1200 V beträgt, ist es bevorzugt, dass der spezifische Massewiderstand gleich oder größer als 144 Ωcm ist, der der gleiche wie derjenige in der ersten Ausführungsform ist. Darüber hinaus ist es, wenn die mehreren Breitpufferzonen 6 ausgebildet sind, leicht, die Breitpufferzonen mit hoher Fremdatomkonzentration gemäß der Anzahl von Breitpufferzonen auszubilden, und zwar im Vergleich zu dem Aufbau, in dem nur eine Breitpufferzone ausgebildet wird. Daher ist es wahrscheinlich, dass eine Verringerung der elektrischen Feldstärke einer Raumladungszone während des Schaltens oder wenn eine Leistungszufuhrspannung aufrechterhalten wird, im Vergleich zu dem Aufbau, in dem nur eine Breitpufferzone ausgebildet wird, groß ist. Im Ergebnis wird die Durchschlagspannung des Halbleiterbauelements reduziert. Daher kann der spezifische Massewiderstand weiter erhöht werden und es ist bevorzugt, dass der spezifische Massewiderstand gleich oder größer als 0,15 V0 ist. Die Obergrenze des spezifischen Massewiderstands beträgt 0,25 V0, was die gleiche wie vorstehend beschrieben ist. Die anderen Aufbauten sind dieselben wie diejenigen der ersten Ausführungsform.
  • Als Nächstes werden der Betrieb und die Wirkung des Aufbaus beschrieben, in welchem mehrere Breitpufferzonen ausgebildet werden. 14 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen der Netto-Dotierungskonzentrationsverteilung einer Driftschicht und einer internen elektrischen Feldstärkeverteilung veranschaulicht, wenn eine Rückwärtsspannung angelegt wird. In 14 entspricht in einer Diode, die die Driftschicht mit einer flachen Konzentrationsverteilung gemäß dem Stand der Technik beinhaltet, und in einer Diode einschließlich der Driftschicht, die mit mehreren Breitpufferzonen gemäß der Erfindung versehen ist, die Netto-Dotierungskonzentrationsverteilung der Driftschicht der internen elektrischen Feldstärkeverteilung, wenn die Rückwärtsspannung angelegt wird. 14(a) und 14(b) sind Diagramme, die eine elektrische Feldstärkeverteilung ((a)) und eine Donatorkonzentrationsverteilung ((b)) veranschaulichen, wenn eine Rückwärtsspannung mit demselben Niveau wie demjenigen einer Durchschlagspannung angelegt ist und der Maximalwert der elektrischen Feldstärke zu einer kritischen elektrischen Feldstärke EC (ungefähr 2,5 × 105 V/cm) wird, die einen Lawinendurchbruch in der Diode mit einer flachen Konzentrationsverteilung gemäß dem Stand der Technik verursacht. 14(c) und 14(d) sind Diagramme, die eine elektrische Feldstärkeverteilung ((c)) und eine Donatorkonzentrationsverteilung ((d)) veranschaulichen, wenn die Rückwärtsspannung mit demselben Niveau wie demjenigen der Durchschlagspannung angelegt wird und der Maximalwert der elektrischen Feldstärke wird zur kritischen elektrischen Feldstärke EC in der Diode mit mehreren Breitpufferzonen gemäß der Erfindung. In den beiden Dioden wird angenommen, dass der Standardwert der Donatorkonzentration eines FZ-Bulkwafers N0 und der gemessene Wert der Donatorkonzentration des FZ-Bulkwafers (1 + α)N0 (oder (1 – α)N0, α > 0) ist. Alternativ kann, wenn eine Reihe von elementformenden Vorgängen durchgeführt wird, die Standardabweichung des gemessenen Werts der Donatorkonzentration des FZ-Bulkwafers in der Anzahl von FZ-Bulkwafern, die als Einheiten verarbeitet werden, die zur selben Zeit fließen (beispielsweise 50 FZ-Bulkwafer), (1 + α)N0 (oder (1 – α)N0, α > 0) sein. Das heißt, es wird angenommen, dass die Variationsrate der Donatorkonzentration ±α(α > 0) ist.
  • In dieser Ausführungsform wird beispielsweise ein bekanntes Verbreitungswiderstands-Profilierungsverfahren oder C-V-Verfahren als Verfahren zum Messen der Donatorkonzentration des Wafers verwendet. In den 14(a) und 14(c) ist zur Vereinfachung der Erklärung ein so genannter Nichtdurchgreiftyp veranschaulicht, in dem eine Sperrschicht eine n-Typ-Kathodenschicht nicht erreicht, wenn eine Spannung mit demselben Niveau wie demjenigen der Durchschlagspannung angelegt ist. Jedoch kann ein Durchgreiftyp verwendet werden, in dem die Sperrschicht die n-Typ-Kathodenschicht erreicht. In diesem Fall wird die folgende Diskussion ähnlich wie bei dem Nichtdurchgreiftyp hergestellt.
  • Für die Diode gemäß dem Stand der Technik beträgt, wenn die Poisson-Gleichung unter der Grenzbedingung gelöst wird, dass die elektrische Feldstärke E bei einer Tiefe x0 von einem pn-Übergang 0 ist, ein Spannungswert (Durchschlagspannungswert) Φ0, wenn die Donatorkonzentration N0 ist, Φ0 = –(1/2)x0EC. Die Maximal- und Minimalwerte Φ± des Durchschlagspannungswerts, wenn die Hauptdonatorkonzentation um (1 ± α)N0 variiert, sind Φ± = Φ0/(1 ± α/2), wenn die elektrische Feldstärke bei einer Position x± als die Grenzbedingung Null ist. Im Ergebnis ist die Variationsrate ΔΦ/Φ0 des Durchschlagspannungswerts 4α/{(2 – α)(2 + α)} (worin ΔΦ = Φ– – Φ+).
  • In der Diode, die mehrere Breitpufferzonen gemäß der Erfindung einschließt, genau gesagt, wenn die Poisson-Gleichung gelöst ist, ist der Wert der Poisson-Gleichung kompliziert. Daher wird in dieser Ausführungsform ein einfaches Verfahren angewendet, um die Variationsrate ΔΦ/Φ0 des Spannungswerts zu berechnen. Zuerst wird, wie in 14(d) veranschaulicht, angenommen, dass n Breitpufferzonen, die eine Konzentration aufweisen, die β-mal mehr als die Hauptdonatorkonzentration N0 beträgt, und eine Breite W0 ausgebildet werden. Darüber hinaus wird angenommen, dass die Fremdatomkonzentration der Breitpufferzone ideal verteilt ist und es keine Variation der Fremdatomkonzentration gibt. Es wird angenommen, dass β größer als 1 ist. In 14(c) tritt, da die Größe des Gradienten der elektrischen Feldstärke von jeder der Breitpufferzonen β-mal größer als diejenige einer anderen Breitpufferzone ist, eine Verringerung ΔE in der elektrischen Feldstärke auf, die größer als ein Masseanteil (Konzentration N0) ist. Wenn die ”Verringerung” der elektrischen Feldstärke kontinuierlich n-mal auftritt, beträgt das Verhältnis γ der Gesamtlänge eines Abschnitts, in dem die ”Verringerung” der elektrischen Feldstärke nicht auftritt, das heißt, ein anderer Masseanteil als die Breitpufferzone in Bezug auf die Gesamtbreite Wd der Driftschicht, (Wd – nW0)/Wd. Da n ≥ 2 und 0 < W0 < Wd erfüllt sind, ist γ gleich oder größer als 0 und gleich oder kleiner als 1. Andererseits beträgt das Verhältnis η der elektrischen Feldstärke ΔE, die n-mal in Bezug auf den Maximalwert EC derselben elektrischen Feldstärke auftritt, ΣiΔEi/EC = qβN0nW0/(ECε0εSi) (worin q für eine elementare elektrische Ladung, ε0 für die Vakuumpermittivität und εSi für die relative Permittivität von Silicium steht). η ist gleich oder größer als 0 und gleich oder kleiner als 1. Das heißt, es wird angenommen, dass die Variationsrate des Spannungswerts, wenn mehrere Breitpufferzonen vorgesehen sind, ein Wert ist, der durch Entfernen des Beitrags der Breitpufferzone erhalten wird, die nicht durch eine Variation der Massekonzentration beeinträchtigt wird, und des Beitrags eines Bereichs, in dem die elektrische Feldstärke in der Breitpufferzone von der Variationsrate in der Diode mit einer flachen Konzentrationsverteilung gemäß dem Stand der Technik ”reduziert” ist. Auf der Grundlage der Annahme wird die Variationsrate ΔΦ/Φ0 des Spannungswerts durch Multiplizieren derselben Rate in der Diode mit einer flachen Konzentrationsverteilung gemäß dem Stand der Technik mit einem Faktor (γ/η) erhalten. Daher wird ΔΦ/v0 = 4α(γ/η)/{(2 – α)(2 + α)} hergestellt. Wenn α größer als 0% und gleich oder kleiner als 12% ist, kann ΔΦ/v0 an 4α/{(2 – α)(2 + α)} ≈ α in dem Bereich angenähert sein und ΔΦ/Φ0 ≈ α(γ/η) wird hergestellt. Da die Gesamtzahl n von Breitpufferzonen zunimmt, wird γ verringert. Daher wird die Variationsbreite ΔΦ/Φ0 des Spannungswerts verringert. Darüber hinaus wird das Verhältnis η der ”Verringerung” der elektrischen Feldstärke größer, wenn die Konzentration der Breitpufferzone größer als die Massekonzentration N0 ist (das heißt, β nimmt zu) oder die Anzahl n von Breitpufferzonen nimmt zu. Darüber hinaus wird η größer, wenn die Breite W0 der Breitpufferzone zunimmt. Da die Anzahl von Breitpufferzonen mit hoher Konzentration und großer Breite zunimmt, wird daher theoretisch die Variationsrate ΔΦ/Φ0 der Spannung (Durchschlagspannung) verringert.
  • Beispielsweise wird für einen FZ-Bulkwafer mit einem Standardwert von N0 = 2 × 1013 Atome/cm3 angenommen, dass die Variationsrate α von N0 12% beträgt, die Anzahl n der gebildeten Breitpufferzonen 3 ist, die Breite W0 6 μm und das Vielfache β der Konzentration der Breitpufferzone in Bezug auf N0 10 beträgt. In diesem Fall beträgt, da η 2,19 und γ 0,85 ist, die Variationsrate ΔΦ/Φ0 der Durchschlagspannung 0,047 (4,7%), was beträchtlich weniger als α ist, und eine Durchschlagspannungs-Variationsbreite von 5%, die vom Markt gefordert wird, kann erfüllt werden. Wenn mehrere Breitpufferzonen so ausgebildet werden, dass sie die Bedingungen des folgenden Ausdrucks 6 erfüllen, ist es daher möglich, die Variationsrate ΔΦ/Φ0 des Durchschlagspannungswerts so zu reduzieren, dass sie weniger als die Variationsrate des FZ-Bulkwafers beträgt, was bevorzugt ist.
  • [Ausdruck 6]
    • 4α(γ/η)/{(2 – α)(2 + α)} < α
  • Darüber hinaus ist es, wenn mehrere Breitpufferzonen ausgebildet werden, um 4α(γ/η)/{(2 – α)(2 + α)} ≤ 0,05 zu erfüllen, möglich, die Variationsrate ΔΦ/Φ0 des Durchschlagspannungswerts zuverlässig zu verringern, so dass sie weniger als die Variationsrate des FZ-Bulkwafers beträgt, was bevorzugt ist.
  • Die vorstehend angegebene Betrachtung ist ideal. Beispielsweise nimmt, wenn β (ein Vielfaches der Konzentration der Breitpufferzone in Bezug auf die Massekonzentration N0) zu groß ist oder wenn n (die Anzahl der Breitpufferzonen) zu groß ist, die Gesamt-”Verringerung” der elektrischen Feldstärke zu und es ist schwierig, eine ausreichende Durchschlagspannung zu erhalten. Wenn nur ein Wert ist, der ausreichend nahe an 1 liegt, gibt es keinen großen Unterschied zwischen der ”Verringerung” ΔE der elektrischen Feldstärke und einer Verringerung der elektrischen Massefeldstärke und die Wirkung der Breitpufferzone ist reduziert, was es erschwert, eine Durchschlagspannungsvariation zu verhindern. Daher müssen β, W0 und n auf der Grundlage der Durchschlagspannung, einer Variation der Durchschlagspannung und der Wirkung der Verhinderung einer Sperrverzögerungsschwingung bestimmt werden. Darüber hinaus ist die Form jeder Breitpufferzone durch Protonenbestrahlung nahe an einer Gaußschen Verteilung. Eine Halbwertsbreite, die die Erweiterung der Gaußschen Verteilung angibt, entspricht W0 und hängt von der Protonenbeschleunigungsenergie ab. Wenn die Breitpufferzone durch Bestrahlung mit den Protonen ausgebildet wird, wird beispielsweise in Betracht gezogen, dass die Donatorkonzentration über eine gegebene Breitpufferzone integriert und der integrierte Wert durch die Halbwertsbreite gemittelt wird. Das heißt, da die ”Verringerung” ΔE der elektrischen Feldstärke durch die Gesamtsumme (wirksame Dosis) des integrierten Werts der Breitpufferzone bestimmt wird, hängt er nicht groß von der Differenz zwischen den Formen der Breitpufferzonen ab (ob die Form eine rechteckige Form oder eine Gaußsche Verteilung ist). Daher dient die Auswahl von β, W0 und n tatsächlich zur Bestimmung der gesamten integrierten Konzentration jeder Breitpufferzone. Darüber hinaus ist der vorstehend angegebene Ausdruck 6 hergestellt, ohne von der Nennspannung abzuhängen. Der Grund dafür ist folgender. Die Abhängigkeit der kritischen elektrischen Feldstärke EC von der Konzentration des Bulkwafers, die nach Maßgabe der Nennspannung bestimmt wird, ist schwach und es wird in Betracht gezogen, dass die Abhängigkeit ein im Wesentlichen konstanter Wert ist. Darüber hinaus hängt die ”Verringerung” ΔE der elektrischen Feldstärke nicht von der Konzentration jeder Breitpufferzone oder der Konzentration des Bulkwafers ab, sondern hängt vom integrierten Wert (Gesamtkonzentration oder einer wirksamen Dosis) der Konzentration jeder Breitpufferzone oder der Konzentration des Bulkwafers ab.
  • Die Summe der wirksamen Dosen der mehreren Breitpufferzonen 6 (7) kann gleich oder größer als 4,8 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2 sein, wie in der ersten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform betragen, wenn drei Breitpufferzonen 6 Spitzenkonzentrationen und Halbwertsbreiten haben, die in 7 veranschaulicht sind, die integrierten Konzentrationen der Breitpufferzonen 4 × 1011 Atome/cm2 (die Spitzenkonzentration beträgt 2 × 1014 Atome/cm3 und die Halbwertsbreite 20 μm), 3 × 1011 Atome/cm2 (die Spitzenkonzentration beträgt 3 × 1014 Atome/cm3 und die Halbwertsbreite 10 μm) und 2 × 1011 Atome/cm2 (die Spitzenkonzentration beträgt 4 × 1014 Atome/cm3 und die Halbwertsbreite 5 μm) in aufsteigender Reihenfolge des Abstands von einer Anodenelektrode 4 und die Summe der integrierten Konzentrationen beträgt 9 × 1011 Atome/cm2.
  • Es ist bevorzugt, dass die Anzahl der Breitpufferzonen 6 mindestens zwei und höchstens fünf beträgt, um die vorstehend genannte wirksame Dosis zu erfüllen. Wenn die Nennspannung gleich oder größer als 3300 V ist, ist die Gesamtdicke der Driftzone gleich oder größer als 300 μm und es gibt eine ausreichende Marge für die Dicke. Daher kann die Zahl der Breitpufferzonen gegebenenfalls mindestens fünf betragen. Darüber hinaus wird, wie vorstehend beschrieben, in dem Fall, in dem die Summe der integrierten Konzentrationen der Breitpufferzonen, konstant ist, die Form oder Position von jeder der Breitpufferzonen geändert wird, die Variationsrate der Durchschlagspannung nicht durch einen Wert geändert, der der Änderung der Form oder Position entspricht. Beispielsweise ist die Tiefe der Breitpufferzone, die der Anodenelektrode von der Anodenelektrode am nächsten ist, so eingestellt, dass sie mehr als Wd/2 beträgt, wodurch eine Zone mit niedriger Fremdatomkonzentration (hohem Widerstand) in der Driftschicht in der Nähe des pn-Übergangs sichergestellt wird. Auf diese Weise kann eine Erhöhung der elektrischen Feldstärke in der Nähe des pn-Übergangs während der Sperrverzögerung oder wenn kosmische Strahlung einfällt, verhindert werden. Alternativ kann die Zahl von Breitpufferzonen nahe einer Kathodenelektrode von der Zwischenposition der Driftschicht mehr als die Anzahl der Breitpufferzonen (einschließlich Null) nahe der Anodenelektrode von der Zwischenposition sein. In diesem Fall wird die gleiche Wirkung erzielt, was bevorzugt ist.
  • Selbst wenn mehrere Breitpufferzonen 6 ausgebildet werden, kann die Vorder- oder die Rückseite mit Protonen bestrahlt werden, um jede der Breitpufferzonen 6 auszubilden. In Fall einer Diode ist es zumindest für die der Anodenschicht am nächsten gelegenen Breitpufferzone 6 bevorzugt, dass die Oberfläche der Anodenschicht 2 mit Protonen bestrahlt wird, wodurch die Trägerlebenszeitwerte einer Protonübertragungszone und einer Protonstoppzone so verringert werden, dass sie geringer als diejenigen der Hauptmasse sind.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der zweiten Ausführungsform möglich, die gleiche Wirkung wie diejenige der ersten Ausführungsform zu erhalten. Da mehrere Breitpufferzonen 6 in der n–-Driftschicht 1 ausgebildet sind, ist es möglich, die Erweiterung einer Raumladungszone während des Schaltens fein einzustellen.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • 8 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Halbleiterbauelements und einer Netto-Dotierungskonzentrationsverteilung gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. Der Aufbau der Halbleiterbauelemente gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform kann bei einem IGBT angewendet werden.
  • Wie in der Querschnittsansicht (der oberen Seite der Zeichenebene) des Halbleiterbauelements in 8 gezeigt, ist in dem IGBT gemäß der dritten Ausführungsform eine p-Basisschicht 22 auf der Vorderseite (erste Hauptfläche) eines n-Typ-Halbleitersubstrats (Wafer) ausgebildet. Eine p-Kollektorschicht 28 ist auf der Rückseite (zweite Hauptfläche) des Wafers ausgebildet. Ein Abschnitt des Halbleitersubstrats zwischen der p-Basisschicht 22 und der p-Kollektorschicht 28 ist eine n–-Driftschicht 21. Der spezifische Massewiderstand ρ0 (Ωcm) ist derselbe wie derjenige in der ersten Ausführungsform. Das heißt, der spezifische Massewiderstand liegt in dem Bereich, der von dem vorstehenden Ausdruck 2 oder dem vorgenannten bevorzugten Bereich dargestellt ist. Eine Emitterelektrode 24 ist auf der Oberfläche der p-Basisschicht 22 ausgebildet. Eine Kollektorelektrode 25 ist auf der Oberfläche der p-Kollektorschicht 28 ausgebildet. Ein Graben ist in der Vorderseite des Wafers so ausgebildet, dass er die n–-Driftschicht 21 durch die p-Basisschicht 22 erreicht, und eine Gate-Isolierdünnschicht 31 ist auf der Innenwand des Grabens ausgebildet. Eine Gate-Elektrode 27 ist im Graben durch die Gate-Isolierdünnschicht 31 bedeckt bzw. begraben. Eine n-Emitterschicht 29 ist in der p-Basisschicht 22 ausgebildet. Die Emitterelektrode 24 verbindet die p-Basisschicht 22 elektrisch mit der n-Emitterschicht 29. Darüber hinaus ist die Emitterelektrode 24 durch die Gate-Isolierdünnschicht 31 und eine auf der Gate-Elektrode 27 ausgebildete Zwischenschicht-Isolierdünnschicht 32 gegen die Gate-Elektrode 27 isoliert.
  • In 8, wie in einem charakteristischen Diagramm (die untere Seite der Zeichenebene) veranschaulicht, das die Beziehung zwischen dem Abstand von der Emitterelektrode 24 und der Netto-Dotierungskonzentration (log) zeigt, weist die Netto-Dotierungskonzentration der n–-Driftschicht 21 eine Spitze im Wesentlichen in der Nähe der Mitte der n–-Driftschicht 21 auf und ist so geneigt, dass sie zur p-Basisschicht 22 und der p-Kollektorschicht 28 verringert ist. Das heißt, eine n-Typ-Breitpufferzone 26, die eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der n–-Driftschicht 21 und eine geringere Netto-Dotierungskonzentration als diejenige der p-Basisschicht 22 und p-Kollektorschicht 28 aufweist, ist in der n–-Driftschicht 21 ausgebildet. Die wirksame Dosis (der Gesamtbetrag der Netto-Dotierungskonzentration derselben Schicht) der Breitpufferzone 26 ist gleich oder größer als 4,8 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2 oder in dem vorgenannten bevorzugten Bereich, der derselbe wie derjenige in der Diode gemäß der ersten Ausführungsform ist. Die Breitpufferzone 26 kann durch Bestrahlen des Wafers einschließlich der p-Basisschicht 22 und der Emitterelektrode 24 mit einem Proton H+ 11 von der Kollektorelektrode 25 und Durchführen einer Wärmebehandlung am Wafer ausgebildet werden. 8 veranschaulicht einen IGBT mit einem Graben-Gate-Aufbau, aber es kann auch ein IGBT mit einem ebenen Gate-Aufbau verwendet werden.
  • Da die p-Kollektorschicht 28 auf der Rückseite des IGBT ausgebildet ist, werden Minoritätsträger in die Rückseite injiziert. Daher ist es während eines Abschaltens notwendig, zu verhindern, dass die injizierten Minoritätsträger eine Raumladungszone durch eine ladungsneutrale Zone erreichen. Darüber hinaus ist es, wenn eine der Durchschlagspannung entsprechende Spannung angelegt ist, bevorzugt, dass die ladungsneutrale Zone, die nicht verarmt ist, im Bereich von ungefähr 5 μm bis ungefähr 20 μm von der Rückseite sichergestellt ist, um einen Lawinendurchbruch zu verhindern. Daher ist es bevorzugt, dass die Spitze der Netto-Dotierungskonzentrationsverteilung der Breitpufferzone 26 so vorgesehen ist, dass sie sich von der Tiefe der Mitte der n–-Driftschicht 21 zur Kollektorelektrode 25 neigt, um eine Sperrschicht zuverlässig zu verhindern, wodurch die vorgenannte ladungsneutrale Zone sichergestellt wird.
  • Als Nächstes wird ein Vorgang zur Herstellung des IGBT gemäß der dritten Ausführungsform eingehend beschrieben. 9 ist ein Diagramm, das einen Vorgang zur Herstellung des Halbleiterbauelements gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht. 10 bis 12 sind Diagramme, die ein weiteres Beispiel des Vorgangs zur Herstellung des Halbleiterbauelements gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulichen. Beispielsweise wird ein Fall beschrieben, in dem ein IGBT (Nennspannung: V0 = 1200 V; und Nennstrom: 150 A) mit den in 8 veranschaulichten Dimensionen und der Netto-Dotierungskonzentration hergestellt wird.
  • Ein Beispiel für ein Verfahren zur die Herstellung des IGBT gemäß der dritten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 9(a) bis 9(i) beschrieben. Zuerst wird als Wafer (Halbleitersubstrat) ein FZ-Wafer 10 mit einem spezifischen Massewiderstand von 144 Ωcm bis 300 Ωcm, beispielsweise 150 Ωcm (Phosphorkonzentration: 2,0 × 1013 Atome/cm3) und einer Dicke von ungefähr 500 μm hergestellt. Der FZ-Wafer 10 wird als erste Halbleiterschicht (9(a)) bezeichnet. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, kann Sauerstoff mit einer höheren Konzentration als der Löslichkeit in festem Zustand bei Raumtemperatur (beispielsweise 20°C) diffundiert und vorab in den FZ-Wafer 10 durch einen Eintreibvorgang eingeleitet werden.
  • Dann werden die p-Basisschicht 22, ein Kantenabschluss-Strukturabschnitt einschließlich eines (nicht gezeigten) Schutzrings, ein Graben, die Gate-Isolierdünnschicht 31 im Graben, die Gate-Elektrode 27, die n-Emitterschicht 29 und die Zwischenschicht-Isolierdünnschicht 32 auf einer Hauptfläche des FZ-Wafers 10 durch einen IGBT-Herstellungsvorgang ausgebildet (9(b)). Die Fremdatomkonzentration der p-Basisschicht 22 beträgt beispielsweise 2 × 1017 Atome/cm3 und ihre Übergangstiefe beträgt beispielsweise 3 μm von der Oberfläche. Die Fremdatomkonzentration der n-Emitterschicht 29 beträgt 1 × 1020 Atome/cm3 und ihre Übergangstiefe beträgt beispielsweise 0,5 μm von der Oberfläche. Die Gate-Elektrode 27 kann beispielsweise aus Polysilicium hergestellt sein.
  • Anschließend wird die Vorderseite, die andere Hauptfläche (auf der später die Kollektorelektrode 25 ausgebildet wird) des FZ-Wafers 10 mit dem durch einen Zyklotron beschleunigten Proton H+ 11 bestrahlt (9(c)). Zu jener Zeit beträgt die Beschleunigungsspannung des Zyklotrons beispielsweise 7,9 MeV und die Dosis des Protons H+ 11 beträgt 1,0 × 1014 Atome/cm2. Darüber hinaus wird ein Aluminiumabsorber verwendet, um die Dicke des Protons H+ 11 so einzustellen, dass sie 90 μm von der Oberfläche des Siliciumsubstrats beträgt. Wenn die Dicke des FZ-Wafers 10 beispielsweise 500 μm beträgt, wird die Dicke des Protons H+ 11 so eingestellt, dass der Bereich des Protons H+ 11 410 μm beträgt. Dieser Bereich kann durch eine Beschleunigungsspannung mittels eines elektrostatischen Beschleunigers eingestellt werden. In diesem Fall beträgt die Beschleunigungsspannung 7,5 MeV. In 9(c) ist ein Kristallfehler 13, der im FZ-Wafer 10 aufgrund der Bestrahlung mit dem Proton H+ 11 auftritt, durch X dargestellt.
  • Dann wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, beispielsweise 5 Stunden lang bei 500°C in einer Stickstoffatmosphäre (die Wasserstoff beinhalten kann), um den Kristallfehler 13 zu beheben. Auf diese Weise wird eine Hochkonzentrations-n-Typ-Zone vor und nach einer Tiefe von der Rückseite des Wafers ausgebildet. Eine gewünschte Breitpufferzone 26 wird durch die Hochkonzentrationszone ausgebildet (9(d)).
  • Dann wird die Emitterelektrode 24 so ausgebildet, dass sie mit der n-Emitterschicht 29 in Berührung kommt. Darüber hinaus wird eine (nicht gezeigte) Schutzschicht auf dem Kantenabschluss-Strukturabschnitt einschließlich eines Schutzrings ausgebildet (9(e)). Die Emitterelektrode 24 besteht beispielsweise aus Al-Si (1%) und der Schutzfilm besteht beispielsweise aus einer Polyimid- oder Siliciumnitrid-(SiN)Dünnschicht.
  • Anschließend wird das Schleifen und Nassätzen 30 auf der Rückseite des FZ-Wafers 10 durchgeführt, um die Dicke des FZ-Wafers 10 auf einen gewünschten Wert zu verringern (9(f)). In dieser Stufe liegt die Dicke des FZ-Wafers 10 typischerweise im Bereich von 100 μm bis 160 μm, wenn die Nennspannung V0 1200 V beträgt. In der dritten Ausführungsform (9) beträgt die Dicke des FZ-Wafer 10 120 μm.
  • Dann wird die dem Schleifen und Nassätzen 30 unterzogene FZ-Waferfläche (Rückseite) des FZ-Wafers 10 mit n-Typ-Fremdatomen bestrahlt, wie etwa Protonen H+ oder Phosphor+ 15, die eine n-Feldblendenschicht 23 bilden. Die Dosis ist so eingestellt, dass die Fremdatomkonzentration nach der Aktivierung (die nachstehend beschrieben wird) beispielsweise 2 × 1016 Atome/cm3 beträgt (9(g)). Dann werden p-Typ-Fremdatome, wie etwa Bor+ 14, das die p-Kollektorschicht 28 bildet, durch Ioneninjektion eingeführt (9(h)). Zu jener Zeit beträgt die Beschleunigungsspannung beispielsweise 50 keV und die Dosis ist so eingestellt, dass die Fremdatomkonzentration nach der Aktivierung 3 × 1017 Atome/cm3 beträgt. Die wirksame Dosis der n-Feldblendenschicht 23 ist auf den Bereich eingestellt, der die Breitpufferzone 26 einschließt und die vorstehende Wirksame-Dosis-Bedingung erfüllt.
  • Dann wird ein Laserglühen durchgeführt, um die Ioneninjektionsfläche elektrisch zu aktivieren, wodurch die p-Kollektorschicht 28 ausgebildet wird. Um die Aktivierung durchzuführen, kann ein Ofenglühen anstelle des Laserglühens durchgeführt werden. Im Fall des Ofenglühens erfolgt beispielsweise eine Wärmebehandlung 5 Stunden lang bei 450°C in einer Stickstoffatmosphäre (die Wasserstoff beinhalten kann) zur Durchführung der Aktivierung.
  • Schließlich werden Metallmaterialien auf der Oberfläche der p-Kollektorschicht 28 beispielsweise in der Reihenfolge Al-Si (1%), Titan, Nickel und Gold abgeschieden, um die Kollektorelektrode 25 auszubilden, die mit der Oberfläche der p-Kollektorschicht 28 in ohmschen Kontakt kommt. Auf diese Weise wird der IGBT vollendet (9(i)).
  • Als Nächstes werden Modifikationen der dritten Ausführungsform beschrieben. Eine Modifikation (nachstehend als zweites Herstellungsverfahren beschrieben) des Verfahrens zur Herstellung des in 9 veranschaulichten IGBT (nachstehend als erstes Herstellungsverfahren bezeichnet) wird unter Bezug auf 10(a) bis 10(h) beschrieben. Das zweite Herstellungsverfahren unterscheidet sich vom in 9 veranschaulichten ersten Herstellungsverfahren darin, dass eine Bestrahlung mit dem Proton H+ 11 (siehe 9(c)) erfolgt, nachdem die Emitterelektrode 24 und der Schutzfilm ausgebildet sind, und das Schleifen und Nassätzen 30 wird auf der Rückseite des FZ-Wafers 10 durchgeführt. Das in 10 veranschaulichte zweite Herstellungsverfahren ist wirksam, wenn die Wärmewiderstandstemperatur der Emitterelektrode 24 und des Schutzfilms des Kantenabschluss-Strukturabschnitts höher als eine Wärmebehandlungstemperatur nach der Bestrahlung mit dem Proton H± ist.
  • Insbesondere ist ein Vorgang von der Herstellung des FZ-Wafers 10 bis zur Bildung eines MOS-Gate, das ein Elementflächenaufbau ist, und des Kantenabschluss-Strukturabschnitts derselbe wie derjenige, der in 9(a) und 9(b) veranschaulicht ist. Dann werden die Emitterelektrode 24 und ein (nicht gezeigter) Schutzfilm aus beispielsweise Polyimid ausgebildet (10(b)). Danach werden Schleifen und Nassätzen 30 auf der Rückseite des FZ-Wafer 10s durchgeführt, um die Dicke des FZ-Wafers 10 auf einen gewünschten Wert zu verringern (10(c)). Dann wird die Rückseite des Wafers mit dem Proton H+ 11 bestrahlt (10(d)) und es erfolgt eine Wärmebehandlung (10(e)). Während der Bestrahlung mit dem Proton H+ wird der Bereich des Protons H+ 11 im Bereich der Obergrenze der Beschleunigungsspannung durch einen Bestrahlungsbeschleuniger eingestellt. Beispielsweise beträgt, wenn der Bereich des Protons H+ von der Rückseite in einem elektrostatischen Beschleuniger auf 30 μm eingestellt ist, die Beschleunigungsenergie 1,5 MeV. Alternativ kann ein Zyklotron-Beschleuniger verwendet werden und der Bereich kann durch einen Aluminiumabsorber eingestellt werden. Der Vorgang nach 10(f) ist derselbe wie derjenige nach 9(g) im ersten Herstellungsverfahren. Wenn der IGBT durch das zweite Herstellungsverfahren ausgebildet wird, kann die Anzahl von Vorgängen reduziert werden, nachdem die Dicke des FZ-Wafer 10 verringert ist, und somit ein Fehler verringert werden, wie etwa das Zerbrechen des Wafers aufgrund der Handhabung eines dünnen Wafers.
  • Als Nächstes wird eine erste Modifikation (nachstehend als drittes Herstellungsverfahren bezeichnet) des in 9 veranschaulichten ersten Herstellungsverfahrens unter Bezugnahme auf 11(a) bis 11(i) beschrieben. Das dritte Herstellungsverfahren unterscheidet sich von dem in 9 veranschaulichten ersten Herstellungsverfahren dadurch, dass Schleifen und Nassätzen 30 der Rückseite (9(f)) und der Vorgang des Ausbildens der Emitterelektrode 24 (9(e)) in 9 umgekehrt sind (siehe 11(e) und 11(f)). Die anderen Vorgänge sind dieselben wie diejenigen in dem in 9 veranschaulichten ersten Herstellungsverfahren. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur nach der Bestrahlung mit dem Proton H+ 11 höher als die Wärmewiderstandstemperatur der Emitterelektrode 24 ist, kann der IGBT gemäß der dritten Ausführungsform durch das in 11 veranschaulichte dritte Herstellungsverfahren hergestellt werden.
  • Als Nächstes wird eine Modifikation (nachstehend als viertes Herstellungsverfahren bezeichnet) des in 10 veranschaulichten zweiten Herstellungsverfahrens unter Bezugnahme auf 12(a) bis 12(g) beschrieben. Das vierte Herstellungsverfahren unterscheidet sich von dem in 10 veranschaulichten Herstellungsverfahren darin, dass der in 10(f) veranschaulichte Vorgang des Einleitens der n-Feldblendenschicht neben die p-Kollektorschicht 28 (die Einführung von Phosphor oder Proton H+ in den Wafer) nicht erfolgt und ein IGBT mit einem Aufbau, in dem die Erweiterung der Sperrschicht so durch die Breitpufferzone 26 gestoppt wird, dass die Sperrschicht die p-Kollektorschicht nicht erreicht. Auf diese Weise kann die Injektionswirksamkeit von Löchern nur durch Einstellen der Konzentration und Einleitungstiefe der p-Kollektorschicht 28 auf der Rückseite des Wafers verbessert werden. Die anderen Vorgänge sind dieselben wie diejenigen in dem in 10 veranschaulichten zweiten Herstellungsverfahren.
  • In der dritten Ausführungsform ist der IGBT mit einem Graben-Gate-Aufbau beschrieben worden. Jedoch kann die Erfindung auf einen IGBT mit eifern ebenen Gate-Aufbau angewendet werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der dritten Ausführungsform möglich, im IGBT dieselbe Wirkung wie diejenige der ersten Ausführungsform zu erhalten.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • 13 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Halbleiterbauelements und einer Netto-Dotierungskonzentrationsverteilung gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht. Mehrere Breitpufferzonen 26 gemäß der dritten Ausführungsform können in der n–-Driftschicht 21 vorhanden sein.
  • In der vierten Ausführungsform, wie in 13 veranschaulicht, sind mehrere Breitpufferzonen 26 (drei Breitpufferzonen in 13) ausgebildet. Als solche ist es, wenn mehrere Breitpufferzonen 26 vorgesehen sind, möglich, die Erweiterung Raumladungszone während des Schaltens fein zu steuern. In dem Aufbau, in dem mehrere Breitpufferzonen ausgebildet sind, ist es, wenn die Nennspannung V0 1200 V beträgt, bevorzugt, dass der spezifische Massewiderstand gleich oder größer als 144 Ωcm ist, was derselbe wie in der ersten Ausführungsform ist. Darüber hinaus ist es, wenn mehrere Breitpufferzonen 26 ausgebildet sind, leicht, die Breitpufferzonen mit hoher Fremdatomkonzentration gemäß der Anzahl von Breitpufferzonen auszubilden, und zwar im Vergleich zu dem Aufbau, in dem nur eine Breitpufferzone ausgebildet ist. Daher ist es wahrscheinlich, dass eine Verringerung der elektrischen Feldstärke einer Raumladungszone während des Schaltens, oder wenn eine Leistungszufuhrspannung aufrechterhalten wird, im Vergleich zu dem Aufbau, in dem nur eine Breitpufferzone ausgebildet wird, groß ist. Im Ergebnis ist die Durchschlagspannung des Halbleiterbauelements verringert. Daher kann der spezifische Massewiderstand weiter erhöht werden und es ist bevorzugt, dass der spezifische Massewiderstand gleich oder größer als 0,15 V0 ist. Die Obergrenze des spezifischen Massewiderstands beträgt 0,25 V0, was die gleiche ist wie vorstehend beschrieben. Die anderen Aufbauten sind dieselben wie diejenigen der dritten Ausführungsform.
  • Die Summe der wirksamen Dosen der mehreren Breitpufferzonen 26 kann gleich oder größer als 4,8 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2 sein, wie in der ersten Ausführungsform veranschaulicht. In der vierten Ausführungsform, wenn drei Breitpufferzonen 26 Spitzenkonzentrationen und Halbwertsbreiten haben, die in 13 veranschaulicht sind, weist die einer Emitterelektrode 24 nächstgelegene erste Breitpufferzone eine Spitzenkonzentration von 4 × 1014 Atome/cm3 und eine Halbwertsbreite von 10 μm auf, die zweite Breitpufferzone hat eine Spitzenkonzentration von 1,5 × 1015 Atome/cm3 und eine Halbwertsbreite von 5 μm und die von der Emitterelektrode 24 am weitesten entfernte dritte Breitpufferzone hat eine Spitzenkonzentration von 3,5 × 1015 Atome/cm3 und eine Halbwertsbreite von 3 μm. Die integrierten Konzentrationen der Breitpufferzonen 26 betragen 2 × 1011 Atome/cm2, 3 × 1011 Atome/cm2 und 4 × 1011 Atome/cm2 in absteigender Reihenfolge des Abstands von der Emitterelektrode 24 und die Summe der integrierten Konzentrationen beträgt 8 × 1011 Atome/cm2. Darüber hinaus beträgt die Spitzenkonzentration der n-Feldblendenschicht 23 im Wesentlichen 1,0 × 1012 Atome/cm2 und die Summe der wirksamen Dosen (integrierte Konzentrationen) von n-Typ-Schichten (die n–-Driftschicht 21, die Breitpufferzonen 26 und eine n-Feldblendenschicht 23) beträgt 1,8 × 1012 Atome/cm2.
  • Der IGBT muss so entworfen werden, dass ein solches Snapback-Phänomen (Negativer-Widerstand-Phänomen, bei dem ein großer Spannungsabfall zwischen dem Kollektor und den Emitterelektroden einmal ohne Konduktivitätsmodulation aufgrund einer sehr kleinen Strommenge auftritt und der Spannungsabfall aufgrund einer Konduktivitätsmodulation rasch verringert wird, was zu einem Stromfluss führt) in einer IV-Ausgangswellenform nicht auftritt, wenn das Gate eingeschaltet ist. Daher darf die Summe der integrierten Konzentrationen der drei n-Typ-Schichten 2,0 × 1012 Atome/cm2 nicht überschreiten. Die Sperrschicht in einem Aus-Zustand sollte eine p-Kollektorschicht 28 nicht erreichen. Daher muss die Summe der integrierten Konzentrationen der drei n-Typ-Schichten mehr als 1,2 × 1012 Atome/cm2 betragen. Aus diesem Grund kann die Summe der integrierten Konzentrationen der drei n-Typ-Schichten gleich oder größer als 1,2 × 1012 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 2,0 × 1012 Atome/cm2 sein. Darüber hinaus kann der Bereich der integrierten Konzentration nur der n-Feldblendenschicht 23 erfüllt sein, die mit der p-Kollektorschicht 28 in Berührung kommt. In diesem Fall kann Phosphor eingeführt werden, um die n-Feldblendenschicht 23 auszubilden, oder es können Protonen H+ eingeführt werden, um die n-Feldblendenschicht 23 auszubilden. Wenn der Bereich der integrierten Konzentration in allen drei n-Typ-Schichten erfüllt ist; werden Löcher, die Minoritätsträger sind, glatt bzw. problemlos von der p-Kollektorschicht injiziert, wenn das Gate eingeschaltet ist, und die Durchschlagspannung kann stabil erzielt werden.
  • Im Fall des IGBT sind der Betrieb und die Wirkung des Aufbaus, in dem mehrere Breitpufferzonen vorgesehen sind, im Grunde dieselben wie diejenigen der Diode gemäß der zweiten Ausführungsform. Das heißt, wenn die Variationsrate der Donatorkonzentration eines FZ-Bulkwafers ±α(α > 0) ist, die Rate der Gesamtlänge eines anderen Hauptabschnitts als der Breitpufferzone γ ist und das Verhältnis der elektrischen Feldstärke ΔE, die in den Breitpufferzonen in Bezug auf eine kritische elektrische Feldstärke EC n-mal reduziert wird, η ist, werden mehrere Breitpufferzonen bevorzugt so ausgebildet, dass die Bedingung 4α(γ/η)/{(2 – α)(2 + α)} < α erfüllt ist. Wie in der dritten Ausführungsform beschrieben, werden im IGBT zur Ausbildung der p-Kollektorschicht 28 auf der Rückseite Minoritätsträger in die Rückseite injiziert. Daher ist es bevorzugt, dass eine ladungsneutrale Zone, die nicht verarmt ist, im Bereich von 5 μm bis 20 μm von der Rückseite sichergestellt ist. Es ist bevorzugt, dass die Spitze der Netto-Dotierungskonzentrationsverteilung der Breitpufferzonen 26 so vorgesehen wird, dass sie sich von der Tiefe der Mitte der n–-Driftschicht 21 zu einer Kollektorelektrode 25 neigt, um eine Sperrschicht zuverlässig zu verhindern, wodurch die vorgenannte ladungsneutrale Zone sichergestellt wird. Das heißt, wenn mehrere Breitpufferzonen 26 ausgebildet werden, um sich von der Mitte der Driftschicht zur Kollektorelektrode zu neigen, kann eine ”Verringerung” ΔE (siehe 14(c)) der elektrischen Feldstärke in derselben Zone auftreten, was bevorzugt ist. Insbesondere kann die Anzahl von Breitpufferzonen nahe der Kollektorelektrode von der Mittelposition der Driftschicht höher als die Anzahl der Breitpufferzonen (einschließlich Null) nahe der Emitterelektrode von der Mittelposition sein.
  • In der vierten Ausführungsform ist es, wenn mehrere Breitpufferzonen 26 ausgebildet werden, bevorzugt, die Rückseite (die Seite, auf der die p-Kollektorschicht 28 ausgebildet ist) des FZ-Wafers 10 mit dem Proton H+ zu bestrahlen. Der Grund dafür ist, dass, wenn die Vorderseite des Wafers bestrahlt wird, ein Kristallfehler in der Grenzfläche zwischen dem Gate-Oxidfilm und dem Silicium auftritt und wahrscheinlich die Spannungseigenschaften des Gates beeinträchtigt. Darüber hinaus wird, wenn ein Einfangniveau in der Nähe der p-Basisschicht 22 verbleibt, eine Trägerverteilung in einem Ein-Zustand geändert und es ist wahrscheinlich, dass sich die Austauscheigenschaften zwischen einer Ein-Zustand-Spannung und einem Ausschaltverlust verschlechtern.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der vierten Ausführungsform möglich, die gleiche Wirkung wie diejenige der ersten bis dritten Ausführungsformen zu erhalten.
  • Die n-Typ-Feldblendenschicht ist in den IGBTs gemäß der dritten und vierten Ausführungsformen beschrieben worden. Jedoch kann die n-Typ-Feldblendenschicht bei den Dioden gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform angewendet werden. Das heißt, die n-Feldblendenschicht kann zwischen einer n+-Kathodenschicht 3 und der n–-Driftschicht 1 durch die Injektion von Phosphor oder Bestrahlung mit dem Proton H+ so ausgebildet werden, dass sie eine geringere Fremdatomkonzentration als diejenige der n+-Kathodenschicht 3 hat und neben der n+-Kathodenschicht 3 liegt.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der Erfindung möglich, eine Diode oder einen IGBT zu erhalten, die bzw. der eine kleine Durchschlagspannungs-Variationsbreite, einen Abschaltverlust, der beträchtlich geringer als derjenige des Produkts gemäß dem Stand der Technik ist, und weiche Schalteigenschaften mit einem genauen Steuerungsvorgang hat. Daher ist es möglich, ein IGBT-Modul oder ein Intelligent Power Module (IPM, intelligentes Leistungsmodul) zu erhalten, das einen geringen elektrischen Verlust aufweist und Umweltprobleme berücksichtigt. Darüber hinaus ist es in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, wie etwa einem PWM-Gleichrichter, der ein IGBT-Modul mit den vorgenannten Eigenschaften verwendet, möglich, das Auftreten eines Überspannungszusammenbruchs oder einer EMI bzw. elektromagnetische Interferenz zu verhindern und den kalorischen Verlust zu verringern. Beispielsweise gibt es die folgenden Leistungsumwandlungsvorrichtungen. Eine Wandler/Gleichrichterschaltung kann beispielsweise einen Induktionsmotor oder Servomotor mit hoher Effizienz steuern und wird in der Industrie oder elektronischen Eisenbahn in breitem Umfang eingesetzt. Eine Leistungsfaktorverbesserungsschaltung (power factor improvement circuit, PFC-Schaltung) steuert Eingabe-Wechselstrom in eine Sinuswellenform, um die Wellenform zu verbessern, und wird in einer Schaltleitungsversorgung eingesetzt. Darüber hinaus kann, wenn eine p-Typ-Isolierschicht im Querschnitt des IGBT-Chips gemäß der Erfindung zur Ausbildung eines rückwärts sperrenden IGBT eingesetzt wird, der rückwärts sperrende IGBT in einem Matrixwandler verwendet werden. Da der Matrixwandler keinen Gleichstromverbindungskondensator erfordert, kann er in Geräten eingesetzt werden, die eine kleine Umwandlungsvorrichtung erfordern, wie etwa Aufzügen. Wenn die Erfindung beim rückwärts sperrenden IGBT angewendet wird, ist die n-Feldblendenschicht dazu konfiguriert, eine geringere Fremdatomkonzentration als die Konzentration (beispielsweise 2 × 1016 Atome/cm3) in der dritten Ausführungsform zu haben, oder sie wird übersprungen und die Konzentration von einer oder mehreren Breitpufferzonen wird so eingestellt, dass die Sperrschicht in einem vorwärts blockierenden Zustand die p-Kollektorschicht nicht erreicht. Gemäß diesem Aufbau ist es, wenn die Sperrschicht vom pn-Übergang zwischen der p-Kollektorschicht und der Driftschicht in einem Rückwärtsblockierungszustand erweitert wird, möglich, die Konzentration der elektrischen Feldstärke des pn-Übergangs zu verhindern und sowohl die Rückwärts Durchschlagspannung als auch die Vorwärts-Durchschlagspannung in derselben Reihenfolge beizubehalten.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Wie vorstehend beschrieben, sind das Halbleiterbauelement und das Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung nützlich für ein Leistungshalbleiterbauelement, das beispielsweise in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, etwa einem Wandler oder Gleichrichter, eingesetzt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 21
    n–-DRIFTSCHICHT
    2
    p-ANODENSCHICHT
    3
    n+-KATHODENSCHICHT
    4
    ANODENELEKTRODE
    5
    KATHODENELEKTRODE
    6, 26
    BREITPUFFERZONE
    10
    FZ-WAFER
    11
    PROTON H+
    12
    ISOLIERDÜNNSCHICHT
    13
    KRISTALLFEHLER
    14
    BOR+
    15
    PHOSPHOR+
    22
    P-BASISSCHICHT
    23
    n-FELDBLENDENSCHICHT
    24
    EMITTERELEKTRODE
    25
    KOLLEKTORELEKTRODE
    27
    GATE-ELEKTRODE
    28
    p-KOLLEKTORSCHICHT
    29
    n-EMITTERSCHICHT
    30
    SCHLEIFEN UND NASSÄTZEN
    31
    GATE-ISOLIERDÜNNSCHICHT
    32
    ZWISCHENSCHICHT-ISOLIERDÜNNSCHICHT
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2005-223301 A [0066]

Claims (20)

  1. Halbleiterbauelement mit: einer ersten Erster-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht; einer zweiten Zweiter-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, die auf einer Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine Fremdatomkonzentration aufweist, die höher als diejenige der ersten Halbleiterschicht ist; einer dritten Erster-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, die auf der anderen Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine Fremdatomkonzentration aufweist, die höher als diejenige der ersten Halbleiterschicht ist; und einer Erster-Konduktivitätstyp-Breitpufferzone, die in der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist, und in der ein lokaler maximaler Wert einer Fremdatomkonzentrationsverteilung kleiner als die Fremdatomkonzentration der zweiten Halbleiterschicht und der dritten Halbleiterschicht ist, wobei der Gesamtbetrag der Netto-Dotierungskonzentration der Breitpufferzone gleich oder größer als 4,8 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2 ist, und wobei der spezifische Widerstand ρ0 (Ωcm) der ersten Halbleiterschicht 0,12 V0 ≤ ρ0 ≤ 0,25 V0 in Bezug auf eine Nennspannung V0 (V) erfüllt.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei der Gesamtbetrag der Netto-Dotierungskonzentration der Breitpufferzone gleich oder größer als 5,2 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2 ist, und wobei der spezifische Widerstand ρ0 der ersten Halbleiterschicht 0,133 V0 ≤ ρ0 ≤ 0,25 V0 in Bezug auf die Nennspannung V0 (V) erfüllt.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei mehrere Breitpufferzonen in der ersten Halbleiterschicht vorgesehen sind.
  4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, wobei ein Verhältnis γ der Summe der Breiten der mehreren Breitpufferzonen zur Breite der ersten Halbleiterschicht, ein Verhältnis η der Summe der Verringerungen der elektrischen Feldstärken der mehreren Breitpufferzonen zu einer kritischen elektrischen Feldstärke, wenn eine Rückwärtsspannung mit dem gleichen Niveau wie eine Durchschlagspannung angelegt wird, und ein Abweichungsverhältnis α eines gemessenen Werts zu einem Standardwert der Donatorkonzentration eines Substrats, das die erste Halbleiterschicht bilden soll, 4α(γ/η)/[(2 – α)(2 + α)] < α erfüllt.
  5. Halbleiterbauelement nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Halbleiterschicht ein FZ-Siliciumsubstrat ist.
  6. Halbleiterbauelement mit: einer Erster-Konduktivitätstyp-Driftschicht; einer Zweiter-Konduktivitätstyp-Basisschicht, die auf einer ersten Hauptfläche der Driftschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der Driftschicht aufweist; einer Erster-Konduktivitätstyp-Emitterschicht, die auf der ersten Hauptfläche der Driftschicht so vorgesehen ist, dass sie mit der Basisschicht in Berührung kommt, und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der Basisschicht aufweist; einer Isolierdünnschicht, die mit der Driftschicht, der Basisschicht und der Emitterschicht in Berührung kommt; einer Gate-Elektrode, die durch die Isolierdünnschicht neben der Driftschicht, der Basisschicht und der Emitterschicht liegt; einer Zweiter-Konduktivitätstyp-Kollektorschicht, die auf einer zweiten Hauptfläche der Driftschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der Driftschicht aufweist; und einer Erster-Konduktivitätstyp-Breitpufferzone, die in der Driftschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der Driftschicht aufweist und in der ein lokaler maximaler Wert einer Fremdatomkonzentrationsverteilung kleiner als die Basisschicht und die Kollektorschicht ist, wobei der Gesamtbetrag der Netto-Dotierungskonzentration der Breitpufferzone gleich oder größer als 4,8 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2 ist, und wobei der spezifische Widerstand ρ0 (Ωcm) der Driftschicht 0,12 V0 ≤ ρ0 ≤ 0,25 V0 in Bezug auf eine Nennspannung V0 (V) erfüllt.
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, wobei der Gesamtbetrag der Netto-Dotierungskonzentration der Breitpufferzone gleich oder größer als 5,2 × 1011 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 1,0 × 1012 Atome/cm2 ist, und wobei der spezifische Widerstand ρ0 der Driftschicht 0,133 V0 ≤ ρ0 ≤ 0,25 V0 in Bezug auf die Nennspannung V0 (V) erfüllt.
  8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, wobei mehrere Breitpufferzonen in der Driftschicht vorgesehen sind.
  9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, wobei ein Verhältnis γ der Summe der Breiten der mehreren Breitpufferzonen zur Breite der Driftschicht, ein Verhältnis η der Summe der Verringerungen der elektrischen Feldstärken der mehreren Breitpufferzonen zu einer kritischen Feldstärke, wenn eine Spannung mit dem gleichen Niveau wie eine Durchschlagspannung angelegt wird, und ein Abweichungsverhältnis α eines gemessenen Werts zu einem Standardwert der Donatorkonzentration eines Substrats, das die Driftschicht bilden soll, 4α(γ/η)/[(2 – α)(2 + α)] < α erfüllt.
  10. Halbleiterbauelement nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 9, weiterhin mit: einer Erster-Konduktivitätstyp-Feldblendenschicht, die mit der Driftschicht oder der Breitpufferzone auf der ersten Hauptfläche des Substrats in Berührung kommt und mit der Kollektorschicht auf der zweiten Hauptfläche in Berührung kommt.
  11. Halbleiterbauelement nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 9, weiterhin mit: einer Erster-Konduktivitätstyp-Feldblendenschicht, die mit der Driftschicht oder der Breitpufferzone auf der ersten Hauptfläche des Substrats in Berührung kommt und mit der Kollektorschicht auf der zweiten Hauptfläche in Berührung kommt, wobei der Gesamtbetrag der Netto-Dotierungskonzentration der Driftschicht, der Breitpufferzone und der Feldblendenschicht gleich oder größer als 1,2 × 1012 Atome/cm2 und gleich oder kleiner als 2,0 × 1012 Atome/cm2 ist.
  12. Halbleiterbauelement nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Driftschicht ein FZ-Siliciumsubstrat ist.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Erster-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, einer zweiten Zweiter-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, die auf einer Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist, einer dritten Erster-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, die auf der anderen Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist, und einer Erster-Konduktivitätstyp-Breitpufferzone, die in der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist und in der ein lokaler maximaler Wert einer Fremdatomkonzentrationsverteilung geringer als die Fremdatomkonzentration der zweiten Halbleiterschicht und der dritten Halbleiterschicht ist, mit: einem ersten Ausbildungsschritt des Ausbildens der zweiten Halbleiterschicht auf der einen Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht; und einem zweiten Ausbildungsschritt des Bestrahlens der zweiten Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht mit einem Wasserstoffion in einem zur ersten Halbleiterschicht projizierten Bereich und des Durchführens einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 300°C bis höchstens 550°C, wodurch die Breitpufferzone in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet wird, wobei die Breitpufferzone im zweiten Ausbildungsschritt mit einer Gesamt-Netto-Dotierungskonzentration von mindestens 4,8 × 1011 Atome/cm2 bis höchstens 1,0 × 1012 Atome/cm2 in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet ist, und wobei der spezifische Widerstand ρ0 der ersten Halbleiterschicht 0,12 V0 ≤ ρ0 ≤ 0,25 V0 in Bezug auf eine Nennspannung V0 (V) erfüllt.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 13, weiterhin mit: einem Einleitungsschritt des Durchführens einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 1000°C in einer Oxidationsumgebung, um vor dem ersten Ausbildungsschritt Sauerstoff in die erste Halbleiterschicht einzuleiten.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 14, wobei der Sauerstoff im Einleitungsschritt in einer Konzentration von mindestens 1 × 1016 Atome/cm3 in die erste Halbleiterschicht eingeleitet wird.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer ersten Erster-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, einer zweiten Zweiter-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, die auf einer Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist, einer dritten Erster-Konduktivitätstyp-Halbleiterschicht, die auf der anderen Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist, und einer Erster-Konduktivitätstyp-Breitpufferzone, die in der ersten Halbleiterschicht vorgesehen ist und eine höhere Fremdatomkonzentration als diejenige der ersten Halbleiterschicht aufweist und in der ein lokaler maximaler Wert einer Fremdatomkonzentrationsverteilung geringer als die Fremdatomkonzentration der zweiten Halbleiterschicht und der dritten Halbleiterschicht ist, mit: einem zweiten Ausbildungsschritt des Bestrahlens der anderen Hauptfläche der ersten Halbleiterschicht mit einem Wasserstoffion in einem zu einem Abschnitt der ersten Halbleiterschicht projizierten Bereich, der tiefer als eine Position liegt, an der die dritte Halbleiterschicht durch einen anschließenden Schritt ausgebildet werden soll, und des Durchführens einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 300°C bis höchstens 550°C, wodurch die Breitpufferzone in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet wird, wobei die Breitpufferzone im zweiten Ausbildungsschritt mit einer Gesamt-Netto-Dotierungskonzentration von mindestens 4,8 × 1011 Atome/cm2 bis höchstens 1,0 × 1012 Atome/cm2 in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet wird, und der spezifische Widerstand ρ0 der ersten Halbleiterschicht 0,12 V0 ≤ ρ0 ≤ 0,25 V0 in Bezug auf eine Nennspannung V0 (V) erfüllt.
  17. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 16, weiterhin mit: einem Einleitungsschritt des Durchführens einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 1000°C in einer Oxidationsumgebung, um vor dem zweiten Ausbildungsschritt Sauerstoff in die erste Halbleiterschicht einzuleiten.
  18. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 17, wobei der Sauerstoff im Einleitungsschritt in einer Konzentration von mindestens 1 × 1016 Atome/cm3 in die erste Halbleiterschicht eingeleitet wird.
  19. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach irgendeinem der Ansprüche 13 bis 18, wobei ein wasserstoffinduzierter Donator im zweiten Ausbildungsschritt durch die Bestrahlung mit dem Wasserstoffion gebildet wird, wodurch die Breitpufferzone gebildet wird.
  20. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach irgendeinem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die erste Halbleiterschicht ein FZ-Siliciumsubstrat ist.
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