DE112020002205T5

DE112020002205T5 - Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112020002205T5
Application number: DE112020002205.6T
Authority: DE
Inventors: Kosuke YOSHIDA; Takashi Yoshimura; Hiroshi TAKISHITA; Misaki Uchida; Michio Nemoto; Nao SUGANUMA; Motoyoshi KUBOUCHI
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2022-01-20
Also published as: WO2021125064A1; US20220084828A1; CN113892184A; JP7215599B2; JPWO2021125064A1; JP2023052741A

Abstract

Bereitgestellt wird eine Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Halbleitersubstrat, das eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, und das Sauerstoff enthält, einen ersten Peak einer chemischen Wasserstoffkonzentration, der auf der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist; und einen flachen Abschnitt, der in Bezug auf den ersten Peak auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, der einen Wasserstoffdonator enthält, und der eine im Wesentlichen (fast) flache Verteilung der Donatorenkonzentration in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats aufweist. Ein Sauerstoffbeitragsanteil, der einen Anteil einer chemischen Sauerstoffkonzentration, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators in der chemischen Sauerstoffkonzentration des Sauerstoffs beiträgt, angibt, liegt im Bereich von 1 × 10-5bis 7 × 10-4. Eine Konzentration des Sauerstoffs, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators im flachen Abschnitt beiträgt, ist niedriger als die chemische Wasserstoffkonzentration. Eine Wasserstoff-Donatorenkonzentration im flachen Abschnitt liegt im Bereich von 2 × 1012/cm3bis 5 × 1014/cm3.

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND
1. TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung und ein Herstellungsverfahren.
2. STAND DER TECHNIK
Konventionell ist eine Technik zum Bilden eines Donators bekannt, bei der Wasserstoff in eine vorbestimmte Tiefe eines Halbleitersubstrats implantiert wird und der Wasserstoff diffundiert, um den Substratwiderstand einzustellen (z.B. Patentliteratur 1).
Patentliteratur 1: Beschreibung der US Patentanmeldung Nr. 2018/0019306
ZU LÖSENDE AUFGABEN
Die Donatorenkonzentration des Halbleitersubstrats wird vorzugsweise mit hoher Genauigkeit eingestellt.
ALLGEMEINE OFFENBARUNG
Um die obige Aufgabe zu lösen, betrifft ein erster Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung mit einen Halbleitersubstrat, das eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche, die Sauerstoff enthält, aufweist. Die Halbleitervorrichtung kann einen ersten Peak einer chemischen Wasserstoffkonzentration aufweisen, der auf der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist. Die Halbleitervorrichtung kann einen flachen Abschnitt aufweisen, der in Bezug auf den ersten Peak auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, der einen Wasserstoffdonator enthält, und der eine im Wesentlichen flache Verteilung der Donatorenkonzentration in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats aufweist. Ein Sauerstoffbeitragsanteil, der einen Anteil einer chemischen Sauerstoffkonzentration, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators in der chemischen Sauerstoffkonzentration des Sauerstoffs beiträgt, angibt, kann im Bereich von 1 × 10-5 bis 7 × 10-4 liegen. Eine Konzentration des Sauerstoffs, der zur Erzeugung des Wasserstoffdonators im flachen Abschnitt beiträgt, kann niedriger sein als die chemische Wasserstoffkonzentration. Eine Wasserstoff-Donatorenkonzentration im flachen Abschnitt kann im Bereich von 1 × 10¹²/cm³ bis 5 × 10¹⁴/cm³ liegen.
Der Sauerstoffbeitragsanteil kann 5 × 10^-4 oder weniger betragen.
Der Sauerstoffbeitragsanteil kann 1 × 10^-4 oder mehr betragen.
Das Halbleitersubstrat kann einen Volumendonator enthalten.
Eine Donatorenkonzentration des flachen Abschnitts kann höher sein als eine Volumendonatorenkonzentration.
Die Halbleitervorrichtung kann einen zweiten Peak einer chemischen Konzentration von Wasserstoff oder Helium aufweisen, der auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist. Der flache Abschnitt kann in Bezug auf den zweiten Peak näher an der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet sein. Ein Wasserstoffanteil, der ein Verhältnis der chemischen Wasserstoffkonzentration zur Erzeugung des Wasserstoffdonators in der chemischen Wasserstoffkonzentration angibt, kann Bereich von 0,001 to 0,3 liegen. Eine Leerstellenkonzentration im flachen Abschnitt kann im Bereich von 1 × 10¹¹/cm³ bis 1 × 10¹⁴/cm³ liegen.
Die chemische Wasserstoffkonzentration des ersten Peaks kann höher sein als die chemische Wasserstoffkonzentration des zweiten Peaks.
Eine chemische Sauerstoffkonzentration im flachen Abschnitt kann 1 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder mehr betragen.
Eine chemische Kohlenstoffkonzentration im flachen Abschnitt kann im Bereich von 1 × 10¹³/cm³ bis 1 × 10¹⁶/cm³ liegen.
Eine Summe eines Werts, der sich durch Multiplizieren der chemischen Sauerstoffkonzentration im flachen Abschnitt mit dem Sauerstoffbeitragsanteil ergibt, und einer Leerstellenkonzentration des flachen Abschnitts kann als ein erster Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration definiert werden. Eine Differenz, die sich durch Subtrahieren der Volumendonatorenkonzentration von der Donatorenkonzentration des flachen Abschnitts ergibt, kann als ein zweiter Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration definiert werden. Ein Verhältnis des ersten Werts der Wasserstoff-Donatorenkonzentration zum zweiten Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration kann im Bereich von 0,1 bis 10 liegen.
Ein zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung mit einen Halbleitersubstrat, das eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche, die Sauerstoff enthält, aufweist. Die Halbleitervorrichtung kann einen ersten Peak einer chemischen Wasserstoffkonzentration aufweisen, der auf der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist. Die Halbleitervorrichtung kann einen flachen Abschnitt aufweisen, der in Bezug auf den ersten Peak auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, der einen Wasserstoffdonator enthält, und der eine im Wesentlichen flache Verteilung der Donatorenkonzentration in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats aufweist. Das Halbleitersubstrat kann einen Volumendonator enthalten. Eine Donatorenkonzentration des flachen Abschnitts kann höher sein als eine Volumendonatorenkonzentration. Eine Summe eines Werts, der sich durch Multiplizieren einer chemischen Sauerstoffkonzentration im flachen Abschnitt mit einem Sauerstoffbeitragsanteil, der einen Anteil einer chemischen Sauerstoffkonzentration, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators in der chemischen Sauerstoffkonzentration des Sauerstoffs beiträgt, angibt, ergibt, und einer Leerstellenkonzentration des flachen Abschnitts kann als ein erster Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration definiert werden. Eine Differenz, die sich durch Subtrahieren der Volumendonatorenkonzentration von der Donatorenkonzentration des flachen Abschnitts ergibt, kann als ein zweiter Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration definiert werden. Ein Verhältnis des ersten Werts der Wasserstoff-Donatorenkonzentration zum zweiten Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration kann im Bereich von 0,1 bis 10 liegen.
Ein dritter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung mit einen Halbleitersubstrat, das eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche, die Sauerstoff und Kohlenstoff enthält, aufweist. Die Halbleitervorrichtung kann einen ersten Peak einer chemischen Wasserstoffkonzentration aufweisen, der auf der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist. Die Halbleitervorrichtung kann einen flachen Abschnitt aufweisen, der in Bezug auf den ersten Peak auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, der einen Wasserstoffdonator enthält, und der eine im Wesentlichen flache Verteilung der Donatorenkonzentration in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats aufweist. Das Halbleitersubstrat kann einen Volumendonator enthalten. Eine Donatorenkonzentration des flachen Abschnitts kann höher sein als eine Volumendonatorenkonzentration. Eine Summe eines Werts, der sich durch Multiplizieren einer chemischen Sauerstoffkonzentration im flachen Abschnitt mit einem Sauerstoffbeitragsanteil, der einen Anteil einer chemischen Sauerstoffkonzentration, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators in der chemischen Sauerstoffkonzentration des Sauerstoffs beiträgt, angibt, ergibt, ein Wert, der sich durch Multiplizieren einer chemischen Kohlenstoffkonzentration im flachen Abschnitt mit einem Kohlenstoffbeitragsanteil, der einen Anteil einer chemischen Kohlenstoffkonzentration, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators in der chemischen Kohlenstoffkonzentration des Kohlenstoffs beiträgt, angibt, ergibt, und einer Leerstellenkonzentration des flachen Abschnitt kann als ein dritter Wert einer Wasserstoff-Donatorenkonzentration definiert werden. Eine Differenz, die sich durch Subtrahieren der Volumendonatorenkonzentration von der Donatorenkonzentration des flachen Abschnitts ergibt, kann als ein zweiter Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration definiert werden. Ein Verhältnis des dritten Werts der Wasserstoff-Donatorenkonzentration zum zweiten Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration kann im Bereich von 0,1 bis 10 liegen.
Ein vierter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung. Das Herstellungsverfahren kann einen Schritt umfassen zum Messen einer chemischen Sauerstoffkonzentration eines Halbleitersubstrats mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche. Das Herstellungsverfahren kann einen Schritt umfassen zum Implantieren eines Strahls geladener Teilchen von der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats, so dass sie durch die Hälfte oder mehr einer Dicke des Halbleitersubstrats in Tiefenrichtung gehen. Das Herstellungsverfahren kann einen Schritt umfassen zum Durchführen einer Wärmebehandlung des Halbleitersubstrats nach dem Implantieren des Strahls geladener Teilchen. Eine Implantationsbedingung des Strahls geladener Teilchen beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen und/oder eine Wärmebehandlungsbedingung kann beim Durchführen der Wärmebehandlung gemäß der chemischen Sauerstoffkonzentration angepasst werden.
Beim Messen kann ferner eine chemische Kohlenstoffkonzentration des Halbleitersubstrats gemessen werden. Beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen kann die Implantationsbedingung des Strahls geladener Teilchen gemäß der chemischen Sauerstoffkonzentration und der chemischen Kohlenstoffkonzentration angepasst werden.
An einer vorgegebenen Tiefenposition des Halbleitersubstrats, wenn eine Konzentration des Wasserstoffdonators, die durch das Herstellungsverfahren erzeugt werden soll, N_VOH1 ist, eine Konzentration des tatsächlich erzeugten Wasserstoffdonators N_VOH2 ist, eine Leerstellenkonzentration, die durch das Implantieren des Strahls geladener Teilchen gebildet wird, Nv ist, eine chemische Sauerstoffkonzentration C_OX ist, eine chemische Kohlenstoffkonzentration C_C ist, ein Sauerstoffbeitragsanteil, der einen Anteil der chemischen Sauerstoffkonzentration, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators in der chemischen Sauerstoffkonzentration beiträgt, angibt, ξ ist, und ein Kohlenstoffbeitragsanteil, der einen Anteil der chemischen Kohlenstoffkonzentration, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators in der chemischen Kohlenstoffkonzentration beiträgt, angibt, η ist, kann die folgenden Beziehung erfüllt sein: $N_{VOH 1} = N_{V} + ξ C_{OX} + η C_{C};$
und $0,1 \leq N_{VOH 1} / N_{VOH 2} \leq 10.$
Beim Implantieren können Wasserstoffionen als der Strahl geladener Teilchen implantiert werden.
Das Herstellungsverfahren kann einen Schritt umfassen zum Implantieren von Wasserstoffionen in die untere Oberflächenseite des Halbleitersubstrats vor dem Durchführen der Wärmebehandlung.
Das Herstellungsverfahren kann einen Schritt umfassen zum Einbringen von Sauerstoff in das Halbleitersubstrat.
Die Implantationsbedingung der Wasserstoffionen beim Implantieren von Wasserstoff kann auf Grundlage der chemischen Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats angepasst werden.
Die Implantationsbedingung der Wasserstoffionen beim Implantieren von Wasserstoff und die Wärmebehandlungsbedingung beim Durchführen der Wärmebehandlung kann auf Grundlage einer Implantationstiefe des Strahls geladener Teilchen angepasst werden.
Einbringen von Sauerstoff ins Halbleitersubstrat kann umfasst sein.
Die Implantationsbedingung des Strahls geladener Teilchen beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen und/oder die Wärmebehandlungsbedingung beim Durchführen der Wärmebehandlung kann auf Grundlage der Volumendonatorenkonzentration des Halbleitersubstrats angepasst werden.
Das Herstellungsverfahren kann einen Schritt umfassen zum Schleifen des Halbleitersubstrats.
Das Herstellungsverfahren kann einen Schritt umfassen zum Messen der Dicke des Halbleitersubstrats nach dem Schleifen. Die Implantationsbedingung des Strahls geladener Teilchen beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen und/oder die Wärmebehandlungsbedingung beim Durchführen der Wärmebehandlung kann auf Grundlage der Dicke des Halbleitersubstrats angepasst werden.
Beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen kann die Implantationsbedingung für jedes einer Vielzahl der Halbleitersubstrate angepasst werden.
Beim Durchführen der Wärmebehandlung kann die Wärmebehandlungsbedingung gemeinsam für die Vielzahl von Halbleitersubstraten angepasst werden.
Die Implantationsbedingung der Wasserstoffionen beim Implantieren von Wasserstoff kann auf Grundlage der Dicke des Halbleitersubstrats angepasst werden.
Beim Messen der Dicke des Halbleitersubstrats kann die Dicke des Halbleitersubstrats in einem Randabschlussstrukturabschnitt des Halbleitersubstrats gemessen werden.
Ein fünfter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung. Das Herstellungsverfahren kann einen Schritt umfassen zum Erfassen einer Verunreinigungskonzentration eines Halbleitersubstrats mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche. Das Herstellungsverfahren kann einen Schritt umfassen zum Implantieren eines Strahls geladener Teilchen von der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats, so dass sie durch die Hälfte oder mehr einer Dicke des Halbleitersubstrats in Tiefenrichtung gehen. Das Herstellungsverfahren kann einen Schritt umfassen zum Durchführen einer Wärmebehandlung des Halbleitersubstrats nach dem Implantieren des Strahls geladener Teilchen. Eine Implantationstiefe des Strahls geladener Teilchen kann gemäß der Verunreinigungskonzentration beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen angepasst werden.
Zumindest eine von einer Volumendonatorenkonzentration, einer chemischen Sauerstoffkonzentration und einer chemischen Kohlenstoffkonzentration des Halbleitersubstrats kann beim Erfassen der Verunreinigungskonzentration erfasst werden.
Beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen kann die Implantationstiefe des Strahls geladener Teilchen ferner auf Grundlage mindestens eines Sauerstoffbeitragsanteils ξ, der einen Anteil der chemischen Sauerstoffkonzentration, der zum Erzeugen eines Wasserstoffdonators in der chemischen Sauerstoffkonzentration beiträgt, angibt, und eines Kohlenstoffbeitragsanteils η, der ein Verhältnis der chemischen Kohlenstoffkonzentration, der zum Erzeugen eines Wasserstoffdonators in der chemischen Kohlenstoffkonzentration beiträgt, angibt, eingestellt werden.
Die Zusammenfassung beschreibt nicht notwendigerweise alle notwendigen Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung kann auch eine Unterkombination der oben beschriebenen Merkmale sein.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel der Halbleitervorrichtung 100 dargestellt.
2 illustriert eine Verteilung in Tiefenrichtung einer chemischen Wasserstoffkonzentration C_H, einer chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX, einer Leerstellenkonzentration Nv, einer beitragenden Wasserstoffkonzentration N_H und einer beitragenden Sauerstoffkonzentration N_OX an Positionen, die durch die Linie A-A in 1 angegeben werden.
3 illustriert eine Verteilung in Tiefenrichtung der chemischen Wasserstoffkonzentration C_H, der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX, der beitragenden Sauerstoffkonzentration N_OX und einer VOH-Fehlstellenkonzentration N_VOH nach Wärmebehandlung.
4 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der Verteilung einer Donatorenkonzentration D_D nach Wärmebehandlung illustriert.
5A ist ein Schaubild zum Erklären eines flachen Abschnitts 150.
5B ist ein weiteres Beispiel einer Verteilung einer Volumendonatorenkonzentration DO, einer Wasserstoff-Donatorenkonzentration Db und einer Donatorenkonzentration Dd im flachen Abschnitt 150.
5C ist ein weiteres Beispiel einer Verteilung der Volumendonatorenkonzentration DO, der Wasserstoff-Donatorenkonzentration Db und der Donatorenkonzentration Dd im flachen Abschnitt 150.
6 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen einem Zuwachsbetrags einer Donatorenkonzentration und der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX illustriert.
7 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen dem Zuwachsbetrags einer Donatorenkonzentration und der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX illustriert.
8 ist ein Schaubild, das eine Beziehung unter dem Dosierungsbetrag von Wasserstoffionen, einem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und einer Leerstellenkonzentration Nv illustriert.
9 ist ein Schaubild, das eine Beziehung unter dem Dosierungsbetrag von Wasserstoffionen, dem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Leerstellenkonzentration Nv illustriert.
10 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung 100 illustriert.
11 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs D in 10.
12 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Querschnitts e-e in 11 illustriert.
13 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Verteilung einer Ladungsträgerkonzentration in Tiefenrichtung an Positionen der Linie F-F in 12 illustriert.
14 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Querschnitts g-g in 10 illustriert.
15 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel des Querschnitts g-g in 10 illustriert.
16 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 illustriert.
17 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel eines Berechnungsverfahrens der Implantiermenge eines Strahls geladener Teilchen illustriert.
18 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel des Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 illustriert.
19 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Herstellungsschritts S1606 der Vorrichtung illustriert.
20 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel des Herstellungsschritts S1606 der Vorrichtung illustriert.
21 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen dem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und einer Tiefenposition Z1, an der ein zweiter Peak 141 angeordnet ist, illustriert.
22 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Leerstellenkonzentration N_V und der Tiefenposition Z1, an der der zweite Peak 141 angeordnet ist, illustriert.
23 illustriert eine Verteilung in Tiefenrichtung einer chemischen Wasserstoffkonzentration C_H, einer chemischen Kohlenstoffkonzentration Cc, einer beitragenden Kohlenstoffkonzentration N_C und einer VOH-Fehlstellenkonzentration N_VOH nach Wärmebehandlung an Positionen, die durch die Linie A-A in 1 angegeben sind.
24 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen dem Zuwachsbetrags einer Donatorenkonzentration und der chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C illustriert.
25 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen dem Zuwachsbetrags einer Donatorenkonzentration und der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX illustriert.
26 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Dosierung der Wasserstoffionen zur Tiefenposition Z1 und einem Kohlenstoffbeitragsanteil η illustriert.
27 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen dem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und einer Dosierung D_H der Wasserstoffionen in einer Gruppe mit kleiner chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C illustriert.
28 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Leerstellenkonzentration N_V und der Dosierung D_H der Wasserstoffionen in einer Gruppe mit kleiner chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C illustriert.
29 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 illustriert.
30 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel der Beziehung zwischen der Leerstellenkonzentration N_V und der Tiefenposition Z1 illustriert.
31 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel der Beziehung zwischen dem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Tiefenposition Z1 illustriert.
32 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen dem Kohlenstoffbeitragsanteil η und der Tiefenposition Z1 illustriert.
33A ist ein Diagramm, das eine Abhängigkeit der Leerstellenkonzentration vom Dosierungsbetrag der Heliumionen in Bezug auf elektrische Zieleigenschaften illustriert.
33B ist ein Diagramm, das eine Abhängigkeit vom Dosierungsbetrag der Heliumionen des Sauerstoffbeitragsanteils zu den elektrischen Zieleigenschaften illustriert.
33C ist ein Diagramm, das eine Abhängigkeit vom Dosierungsbetrag der Heliumionen des Kohlenstoffbeitragsanteils zu den elektrischen Zieleigenschaften illustriert.
34A ist ein Diagramm, das eine Abhängigkeit der konvertierten Leerstellenkonzentration Nv' von der Tiefe der Heliumionen in den elektrischen Zieleigenschaften illustriert.
34B ist ein Diagramm, das eine Abhängigkeit der konvertierten Sauerstoffbeitragsanteil ξ' von der Tiefe der Heliumionen in den elektrischen Zieleigenschaften illustriert.
34C ist ein Diagramm, das eine Abhängigkeit der konvertierten Kohlenstoffbeitragsanteil η' von der Tiefe der Heliumionen in den elektrischen Zieleigenschaften illustriert.
35 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel des Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 illustriert.
36 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel des Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 illustriert.
37 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel des Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 illustriert.
38 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen einer Volumendonatorenkonzentration und einer Implantationstiefe Z1 geladener Teilchen illustriert.
39 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel des Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 illustriert.
40 ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Äquipotenzialfläche 308 in einem Randabschlussstrukturabschnitt 90 illustriert.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben, wobei die folgenden Ausführungsbeispiel die in den Ansprüchen offenbarte Erfindung nicht einschränken. Außerdem sind nicht alle Kombinationen von Merkmalen, die in den Ausführungsbeispielen beschrieben werden, essenziell für die erfindungsgemäße Lösung.
In der vorliegenden Beschreibung wird eine Seite in Richtung parallel zur Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats als „obere“ und die andere Seite als „untere“ bezeichnet. Eine von zwei Hauptflächen eines Substrats, eine Schicht oder ein anderes Element wird als eine obere Oberfläche und die andere Oberfläche als eine untere Oberfläche bezeichnet. Die „obere“ und „untere“ Richtungen sind nicht auf die Richtung der Schwerkraft oder die Richtung zum Zeitpunkt des Montierens der Halbleitervorrichtung beschränkt.
In der vorliegenden Beschreibung können technische Sachverhalte unter Verwendung orthogonaler Koordinatenachsen X, Y und Z beschrieben werden. Die orthogonalen Koordinatenachsen bezeichnen lediglich relative Positionen von Komponenten und schränken nicht auf eine bestimmte Richtung ein. Beispielsweise gibt die Z-Achse nicht ausschließlich die Höhenrichtung in Bezug auf den Boden an. Die +Z-Richtung und die -Z-Richtung sind einander entgegengesetzte Richtungen. Im Fall, dass positiv und negativ nicht angegeben sind und als die Z-Achsenrichtung beschrieben werden, ist eine Richtung parallel zur +Z-Achse und zur -Z-Achse gemeint.
In der vorliegenden Beschreibung werden orthogonale Achsen parallel zur oberen Oberfläche und zur unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats als eine X-Achse und eine Y-Achse definiert. Eine Achse senkrecht zur oberen Oberfläche und zur unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats als eine Z-Achse definiert. In der vorliegenden Beschreibung kann die Z-Achsenrichtung als eine Tiefenrichtung bezeichnet werden. Außerdem kann in der vorliegenden Beschreibung eine Richtung parallel zur oberen Oberfläche und zur unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats, einschließlich der X-Achse und der Y-Achse, als eine horizontale Richtung bezeichnet werden.
Außerdem kann ein Bereich von der Mitte des Halbleitersubstrats in Tiefenrichtung zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats als die obere Oberflächenseite bezeichnet werden. In ähnlicher Weise kann ein Bereich von der Mitte des Halbleitersubstrats in Tiefenrichtung zur unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats als die untere Oberflächenseite bezeichnet werden.
In der vorliegenden Beschreibung kann der Begriff „gleich“ oder „selbe“ einen Fall einschließen, bei dem ein Fehler aufgrund einer Abweichung bei der Herstellung oder dergleichen enthalten ist. Der Fehler beträgt beispielsweise bis zu 10%.
In der vorliegenden Beschreibung wird die Leitfähigkeitsart des mit Verunreinigungen dotierten Dotierungsbereichs als P-artig oder N-artig bezeichnet. In der vorliegenden Beschreibung kann sich die Verunreinigung insbesondere auf einen N-artigen Donator oder einen P-artigen Akzeptor beziehen und kann als Dotierstoff beschrieben werden. In der vorliegenden Beschreibung ist mit Dotierung das Einbringen eines Donators oder eines Akzeptors in ein Halbleitersubstrat zum Bilden eines Halbleiters mit einer N-artigen Leitfähigkeits oder einer P-artigen Leitfähigkeit gemeint.
In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet die Dotierungskonzentration die Konzentration von Donatoren oder die Konzentration der Akzeptoren im thermischen Gleichgewichtszustand. In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet die Netto-Dotierungskonzentration die Netto-Konzentration, die durch Addieren der Donatorenkonzentration als Konzentration positiver Ionen und der Akzeptorenkonzentration als Konzentration negativer Ionen erhalten wird, einschließlich der Polarität von Ladungen. Falls beispielsweise die Donatorenkonzentration N_D ist und die Akzeptorenkonzentration N_A ist, wird die Netto-Dotierungskonzentration an einer beliebigen Position N_D - N_A. In der vorliegenden Beschreibung kann die Netto-Dotierungskonzentration einfach als eine Dotierungskonzentration bezeichnet werden.
Der Donator hat die Funktion, Elektronen an den Halbleiter bereitzustellen. Der Akzeptor hat die Funktion, Elektronen vom Halbleiter zu empfangen. Der Donator und der Akzeptor sind nicht auf die Verunreinigungen selbst beschränkt. Beispielsweise kann ein VOH-Defekt, bei dem Leerstellen (V), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) im Halbleiter verbunden sind, als ein Donator fungieren, der Elektronen bereitstellt. In der vorliegenden Beschreibung kann der VOH-Defekt als ein Wasserstoffdonator bezeichnet werden.
In der vorliegenden Beschreibung bedeuten die Bezeichnungen P⁺-artig oder N⁺-artig, dass die Dotierungskonzentration höher ist als die von P-artig oder N-artig, und die Bezeichnungen P-artig oder N-artig bedeuten, dass die Dotierungskonzentration niedriger ist als die der Bezeichnungen P-artig oder N-artig. Außerdem bedeuten in der vorliegenden Beschreibung die Bezeichnungen P⁺⁺-artig oder N⁺⁺-artig, dass die Dotierungskonzentration größer ist als als die von P⁺-artig oder N⁺-artig. Das Einheitensystem der vorliegenden Beschreibung ist, sofern nicht anders angegeben, ein SI-Einheitensystem. Die Einheit der Länge kann in cm angegeben sein aber verschiedene Berechnungen können nach Konvertieren in Meter (m) durchgeführt werden.
In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich die chemische Konzentration auf die atomare Dichte von Verunreinigungen, die ohne Rücksicht auf den Zustand elektrischer Aktivierung gemessen wird. Die chemische Konzentration kann beispielsweise durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) gemessen werden. Die oben beschriebene Netto-Dotierungskonzentration kann durch ein Kapazitäts-Spannungs-Verfahren (CV-Verfahren) gemessen werden. Außerdem kann die durch ein Ausbreitungswiderstands-Messverfahren („Spreading Resistance“, SR-Verfahren) gemessene Ladungsträgerkonzentration eine Netto-Dotierungskonzentration sein. Die durch das CV-Verfahren gemessene Ladungsträgerkonzentration kann ein Wert im thermischen Gleichgewichtszustand sein. Da außerdem die Donatorenkonzentration ausreichend größer als die Akzeptorenkonzentration im N-artigen Bereich ist, kann die Ladungsträgerkonzentration im Bereich als die Donatorenkonzentration verwendet werden. In ähnlicher Weise kann die Ladungsträgerkonzentration im P-artigen Bereich als die Akzeptorenkonzentration festgelegt sein. In der vorliegenden Beschreibung kann die Dotierungskonzentration des N-artigen Bereichs als Donatorenkonzentration bezeichnet werden und die Dotierungskonzentration des P-artigen Bereichs kann als Akzeptorenkonzentration bezeichnet werden.
Wenn außerdem die Konzentrationsverteilung des Donators, Akzeptors oder der Netto-Dotierung einen Peak aufweist, kann der Spitzenwert die Konzentration von Donatoren, Akzeptoren oder der Netto-Dotierung in dem Bereich sein. In einem Fall, wo die Konzentration der Donatoren, der Akzeptoren oder der Netto-Dotierung im Wesentlichen (fast) gleichförmig oder dergleichen ist, kann ein Mittelwert der Konzentration der Donatoren, der Akzeptoren oder der Netto-Dotierung im entsprechenden Bereich als die Konzentration der Donatoren, der Akzeptoren oder der Netto-Dotierung verwendet werden. In der vorliegenden Beschreibung wird Atome/cm³ oder /cm³ zur Angabe von Konzentrationen pro Einheitsvolumen verwendet. Diese Einheit wird verwendet für die Donatoren- oder Akzeptorenkonzentration oder die chemische Konzentration im Halbleitersubstrat. Der Ausdruck von Atomen kann weggelassen werden. Jede Konzentration in der vorliegenden Beschreibung kann ein Wert bei Raumtemperatur sein. Als die Raumtemperatur kann beispielsweise ein Wert von 300 K (Kelvin) (ungefähr 26,9 °C) verwendet werden.
Die durch das SR-Verfahren gemessene Ladungsträgerkonzentration kann kleiner als die Konzentration von Donatoren oder Akzeptoren sein. In einem Bereich, wo der Strom beim Messen eines Ausbreitungswiderstands fließt, gibt es einen Fall, wo die Ladungsträgermobilität des Halbleitersubstrats niedriger ist als der Wert des Kristallzustands. Die Abnahme der Ladungsträgermobilität tritt auf durch Unordnung in der Kristallstruktur, die durch einen Gitterdefekt oder dergleichen verursacht wird, um die Ladungsträger zu streuen.
Die aus der mittels CV-Verfahren oder SR-Verfahren gemessenen Ladungsträgerkonzentration berechnete Konzentration von Donatoren oder Akzeptoren kann niedriger als die chemische Konzentration der Elemente sein, welche den Donator oder den Akzeptor bilden. Beispielsweise beträgt die Donatorenkonzentration von Phosphor oder Arsen als Donator oder die Akzeptorenkonzentration von Bor als Akzeptor in einem Siliziumhalbleiter ungefähr 99% deren chemischen Konzentration. Andererseits beträgt die Donatorenkonzentration von Wasserstoff als Donator im Siliziumhalbleiter ungefähr 0,1% bis 10% der chemischen Konzentration von Wasserstoff.
1 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel der Halbleitervorrichtung 100 dargestellt. Die Halbleitervorrichtung 100 umfasst ein Halbleitersubstrat 10. Das Halbleitersubstrat 10 ist ein Substrat, das aus einem Halbleitermaterial gebildet ist. Beispielsweise ist das Halbleitersubstrat 10 ein Siliziumsubstrat.
Mindestens eine Transistorvorrichtung, wie z.B. ein Bipolartransistor mit isolierter Gatter-Elektrode (IGBT) und/oder eine Diodenvorrichtung, wie z.B. eine Freilaufdiode (FWD) ist im Halbleitersubstrat 10 ausgebildet. In 1 wurde jede Elektrode der Transistorvorrichtung und der Diodenvorrichtung sowie jeder Bereich im Halbleitersubstrat 10 weggelassen.
Im Halbleitersubstrat 10 dieses Beispiels sind N-artige Volumendonatoren durchgehend verteilt. Der Volumendonator ist ein Dotierstoff-Donator, der ungefähr gleichmäßig in einem Ingot enthalten ist während der Produktion des Ingots, aus dem das Halbleitersubstrat 10 gemacht ist. Der Volumendonator in diesem Beispiel ist ein von Wasserstoff verschiedenes Element. Der Dotierstoff des Volumendonators ist beispielsweise ein Element der Gruppe V oder Gruppe VI und ist zum Beispiel Phosphor, Antimon, Arsen, Selen oder Schwefel, ohne auf diese Beispiele beschränkt zu sein. Der Volumendonator in diesem Beispiel ist Phosphor. Der Hauptdonator ist auch im P-artigen Bereich enthalten. Das Halbleitersubstrat 10 kann ein Wafer sein, der aus einem Halbleiteringot herausgeschnitten wurde, oder ein durch Schneiden eines Wafers in einzelne Teile erhaltener Chip. Der Halbleiteringot kann entweder nach einem Chokralski-Verfahren (CZ-Verfahren), einem Chokralski-Verfahren mit angelegtem Magnetfeld (MCZ-Verfahren) oder einem Float-Zone-Verfahren (FZ-Verfahren) hergestellt werden. Der Ingot dieses Beispiels wird durch das MCZ-Verfahren hergestellt.
Die chemische Sauerstoffkonzentration in dem durch das MCZ-Verfahren hergestellte Substrat beträgt beispielsweise 1 × 10¹⁷ bis 7 × 10¹⁷ Atome/cm³. Die chemische Sauerstoffkonzentration in dem durch das FZ-Verfahren hergestellte Substrat beträgt beispielsweise 1 × 10¹⁵ bis 5 × 10¹⁵ Atome/cm³. Die Volumendonatorenkonzentration kann eine chemische Konzentration des Volumendonators, der durch das Halbleitersubstrat 10 verteilt ist, verwenden und kann ein Wert zwischen 90% und 100% der chemischen Konzentration sein. In dem mit Dotierstoffen aus Gruppen V und VI, wie z.B. Phosphor dotierten Halbleitersubstrat, kann die Volumendonatorenkonzentration im Bereich von 1 × 10¹¹/cm³ bis 3 × 10¹³/cm³ liegen. Die Volumendonatorenkonzentration des Halbleitersubstrats, das mit Dotierstoffen aus Gruppen V und VI dotiert ist, liegt vorzugsweise im Bereich von 1 × 10¹²/cm³ bis 1 × 10¹³/cm³. Als das Halbleitersubstrat 10 kann ein nicht-dotiertes Substrat, das keinen Dotierstoff wie Phosphor enthält, verwendet werden. In diesem Fall liegt die Volumendonatorenkonzentration (N_B0) des nicht-dotierten Substrats beispielsweise im Bereich von 1 × 10¹⁰/cm³ bis 5 × 10¹²/cm³. Die Volumendonatorenkonzentration (N_B0) des nicht-dotierten Substrats beträgt vorzugsweise 1 × 10¹¹/cm³ oder mehr. Die Volumendonatorenkonzentration (N_B0) des nicht-dotierten Substrats beträgt vorzugsweise 5 × 10¹²/cm³ oder weniger.
Das Halbleitersubstrat 10 hat eine obere Oberfläche 21 und eine untere Oberfläche 23. Die obere Oberfläche 21 und die untere Oberfläche 23 sind zwei Hauptflächen des Halbleitersubstrats 10. In der vorliegenden Beschreibung wird eine orthogonale Achse in einer Ebene parallel zur oberen Oberfläche 21 und zur unteren Oberfläche 23 als eine X-Achse und eine Y-Achse definiert und eine Achse senkrecht zur oberen Oberfläche 21 und zur unteren Oberfläche 23 wird als eine Z-Achse definiert.
Ein Strahl geladener Teilchen wird von der unteren Oberfläche 23 in das Halbleitersubstrat 10 an einer vorgegebenen Tiefenposition Z1 implantiert. In der vorliegenden Beschreibung kann der Abstand in Z-Achsenrichtung von der unteren Oberfläche 23 als eine Tiefenrichtung bezeichnet werden. Die Tiefenposition Z1 ist eine Position, wo der Abstand in Z-Achsenrichtung von der unteren Oberfläche 23 Z1 beträgt. Die Tiefenposition Z1 ist auf der unteren Oberflächenseite 21 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Implantieren des Strahls geladener Teilchen an die Tiefenposition Z1 bedeutet, dass ein mittlerer Abstand (auch als Reichweite bezeichnet) geladener Teilchen, die durch das Innere des Halbleitersubstrats 10 gehen, Z1 beträgt. Die geladenen Teilchen werden durch Beschleunigungsenergie, die der vorgegebenen Tiefenposition Z1 entspricht, beschleunigt und in das Halbleitersubstrat 10 eingebracht.
Ein Bereich, wo die geladenen Teilchen durch das Innere des Halbleitersubstrats 10 gegangen sind, wird als Durchgangsbereich 106 definiert. Im Beispiel der 1 ist ein Bereich von der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 bis zur Tiefenposition Z1 der Durchgangsbereich 106. Die geladenen Teilchen sind Teilchen, welche Gitterdefekte im Durchgangsbereich 106 bilden können. Die geladenen Teilchen sind beispielsweise Wasserstoffionen, Heliumionen oder Elektronen. Die geladenen Teilchen können in die gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 in der XY-Ebene implantiert werden oder können nur in einen Teilbereich implantiert werden.
Das Halbleitersubstrat 10 weist einen zweiten Peak 141 der Konzentration geladener Teilchen an der Tiefenposition Z1 auf. In diesem Beispiel sind die geladenen Teilchen Wasserstoff. Das heißt, das Halbleitersubstrat 10 dieses Beispiels hat den zweiten Peak 141 der chemischen Wasserstoffkonzentration an der Tiefenposition Z1. Der zweite Peak 141 ist ein Peak in der Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration in Tiefenrichtung (Z-Achsenrichtung). Der zweite Peak kann ein Peak in der Verteilung chemischen Heliumkonzentration sein.
Im Durchgangsbereich 106, durch den die geladenen Teilchen im Halbleitersubstrat 10 gegangen sind, werden durch den Durchgang geladener Teilchen Gitterdefekte gebildet, die hauptsächlich Leerstellen wie z.B. einatomige Leerstellen (V) und Divakanzen (VV) umfassen. Atome neben den Leerstellen haben Baumelbindungen. Gitterdefekte umfassen Zwischengitteratome, Versetzungen und dergleichen und können Donatoren und Akzeptoren im weiten Sinn enthalten. In der vorliegenden Beschreibung können Gitterdefekte, die hauptsächlich Leerstellen enthalten, jedoch als Gitterdefekte der Leerstellen-Art, Defekte der Leerstellen-Art oder einfach als Gitterdefekte bezeichnet werden. Da außerdem aufgrund durch Implantieren geladener Teilchen in das Halbleitersubstrat 10 eine große Anzahl von Gitterdefekten gebildet wird, kann die Kristallinität des Halbleitersubstrats 10 stark gestört werden. In der vorliegenden Beschreibung kann die Störung der Kristallinität als Unordnung bezeichnet werden.
Außerdem ist Sauerstoff im gesamten Halbleitersubstrat 10 enthalten. Der Sauerstoff wird gewollt oder ungewollt zum Zeitpunkt der Herstellung eines Halbleiteringots eingebracht. Wasserstoff ist in zumindest einem Teilbereich des Durchgangsbereichs 106 enthalten. Der Wasserstoff kann gewollt in das Halbleitersubstrat 10 implantiert werden.
In diesem Beispiel werden Wasserstoffionen von der unteren Oberfläche 23 an eine Tiefenposition Z2 implantiert. Die Wasserstoffionen im vorliegenden Beispiel sind Protonen. Das Halbleitersubstrat 10 dieses Beispiels hat einen ersten Peak 133 der chemischen Wasserstoffkonzentration an der Tiefenposition Z2. In 1 werden der zweite Peak 141 und der erste Peak 133 schematisch durch gestrichelte Linien angezeigt. Die Tiefenposition Z2 kann im Durchgangsbereich 106 liegen. Die Tiefenposition Z2 in diesem Beispiel ist auf der unteren Oberflächenseite 23 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. An die Tiefenposition Z1 implantierter Wasserstoff kann in den Durchgangsbereich 106 diffundiert werden oder Wasserstoff kann auf eine andere Weise in den Durchgangsbereich 106 eingebracht werden. In diesen Fällen können Wasserstoffionen nicht in die Tiefenposition Z2 implantiert werden.
Nachdem der Durchgangsbereich 106 im Halbleitersubstrat 10 ausgebildet ist und Wasserstoffionen ins Halbleitersubstrat 10 implantiert sind, verbinden sich Wasserstoff (H), Leerstellen (V) und Sauerstoff (O) im Halbleitersubstrat 10 und VOH-Defekte werden gebildet. Außerdem führt die Wärmebehandlung des Halbleitersubstrats 10 zum Diffundieren von Wasserstoff, um die Bildung von VOH-Defekten zu fördern. Da Wasserstoff Wasserstoff außerdem durch Wärmebehandlung nach Bilden des Durchgangsbereichs 106 an die Leerstellen gebunden werden kann, ist es möglich, eine Freigabe von Wasserstoff vom Halbleitersubstrat 10 nach außen zu unterdrücken.
Der VOH-Defekt fungiert als ein Donator, der Elektronen bereitstellt. In der vorliegenden Beschreibung können VOH-Defekte einfach als Wasserstoffdonatoren bezeichnet werden. Im Halbleitersubstrat 10 dieses Beispiels wird ein Wasserstoffdonator im Durchgangsbereich 106 gebildet. Die Dotierungskonzentration des Wasserstoffdonators an jedem Ort ist niedriger als die chemische Konzentration von Wasserstoff an jedem Ort. Das Verhältnis der chemischen Wasserstoffkonzentration, die zur Dotierungskonzentration von Wasserstoffdonatoren (VOH-Defekte) beiträgt, zur chemischen Wasserstoffkonzentration wird als Wasserstoffbeitragsanteil bezeichnet. Der Wasserstoffbeitragsanteil kann angesehen werden als ein Verhältnis der Konzentration von Wasserstoffatomen, welche die VOH-Defekte bilden, zu den Konzentrationen aller Wasserstoffatome in einem vorgegebenen Bereich (z.B. die Tiefenposition von der unteren Oberfläche oder der oberen Oberfläche). Der Wasserstoffbeitragsanteil kann ein Wert von 0,1% bis 30% sein (das heißt der liegt im Bereich von 0,001 bis 0,3). In diesem Beispiel beträgt der Wasserstoffbeitragsanteil 1% bis 5%. Man beachte, dass, sofern in der vorliegenden Beschreibung nicht anders angegeben, die VOH-Defekte mit einer Verteilung, die der Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration ähnlich ist, und die VOH-Defekte mit ähnlicher Verteilung wie die Leerstellen im Durchgangsbereich 106, beide als Wasserstoffdonatoren oder Wasserstoff als Donatoren bezeichnet werden.
Durch Bilden eines Wasserstoffdonators im Durchgangsbereich 106 des Halbleitersubstrats 10 kann die Donatorenkonzentration im Durchgangsbereich 160 höher als die Volumendonatorenkonzentration eingestellt werden. Üblicherweise ist es notwendig, das Halbleitersubstrat 10 mit einer vorgegebenen Volumendotierungskonzentration gemäß Eigenschaften eines im Halbleitersubstrat 10 auszubildenden Bauteils vorzubereiten, insbesondere gemäß einer Nennspannung oder Durchbruchspannung. Andererseits kann die Donatorenkonzentration des Halbleitersubstrats 10 gemäß der in 1 dargestellten Halbleitervorrichtung 100 durch Regeln der Dosierung geladener Teilchen eingestellt werden. Somit kann die Halbleitervorrichtung 100 unter Verwendung eines Halbleitersubstrats 10 mit einer Volumendonatorenkonzentration, die nicht den Eigenschaften und dergleichen des Bauteils entspricht, hergestellt werden. Die Abweichung der Volumendonatorenkonzentration zum Zeitpunkt des Herstellens des Halbleitersubstrats 10 ist relativ groß, aber die Dosierung der geladenen Teilchen kann mit relativ hoher Genauigkeit geregelt werden. Daher kann die Konzentration der Gitterdefekte, die durch Implantieren geladener Teilchen erzeugt werden, mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, und die Donatorenkonzentration im Durchgangsbereich kann mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.
Die Tiefenposition Z1 kann in Bezug auf die obere Oberfläche 21 in einem Bereich der Hälfte oder weniger der Dicke des Halbleitersubstrats 10 liegen oder kann in einem Bereich von 1/4 oder weniger der Dicke des Halbleitersubstrats 10 liegen. Die Tiefenposition Z2 kann in Bezug auf die unteren Oberfläche 23 in einem Bereich der Hälfte oder weniger der Dicke des Halbleitersubstrats 10 liegen oder kann in einem Bereich von 1/4 oder weniger der Dicke des Halbleitersubstrats 10 liegen. Die erste Tiefenposition Z1 und die zweite Tiefenposition Z2 sind jedoch nicht auf diese Bereiche beschränkt.
2 illustriert die Verteilung in Tiefenrichtung der chemischen Wasserstoffkonzentration C_H, der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX, der Leerstellenkonzentration Nv, der beitragenden Wasserstoffkonzentration N_H und der beitragenden Sauerstoffkonzentration N_OX an Positionen, die durch die Linie A-A in 1 angegeben werden. 2 illustriert jede Verteilung unmittelbar nachdem die geladenen Teilchen und Wasserstoffionen implantiert werden. Das heißt, 2 illustriert jede Verteilung nachdem geladene Teilchen und Wasserstoffionen in das Halbleitersubstrat 10 implantiert wurden und bevor Wärmebehandlung bei einer Temperatur über der Raumtemperatur (25°C) durchgeführt wird.
In 2 repräsentiert die horizontale Achse die Tiefenposition von der unteren Oberfläche 23 und die vertikale Achse repräsentiert jede Konzentration pro Einheitsvolumen auf einer logarithmischen Achse. Die chemische Konzentration in 2 wird beispielsweise durch ein SIMS-Verfahren gemessen. In 2 wird die Volumendonatorenkonzentration N_B0 durch eine gestrichelte Linie angezeigt. Die Volumendonatorenkonzentration N_B0 kann durch das Halbleitersubstrat 10 gleichförmig sein. Eine mittige Tiefenposition in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10 wird als Zc definiert.
Die Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration C_H weist den zweiten Peak 141 an der Tiefenposition Z1 und den ersten Peak 133 an der Tiefenposition Z2 auf. Die chemische Wasserstoffkonzentration C_H hat jeweils einen lokalen Maximalwert an den Tiefenpositionen Z1 und Z2. Der zweite Peak 141 und der erste Peak 133 der chemischen Wasserstoffkonzentration C_H betragen das 1000-fache oder mehr als der Minimalwert der chemischen Wasserstoffkonzentration C_H. Der erste Peak 133 kann größer als der zweite Peak 141 sein. Der erste Peak 133 kann um das 10-fache oder mehr oder um das 100-fache oder mehr größer als der zweite Peak 141 sein.
Die Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration C_H weist eine obere Schürze 143 auf, in der die chemische Wasserstoffkonzentration C_H vom zweiten Peak 141 zur oberen Oberfläche 21 abnimmt, und eine untere Schürze 142, in der die chemische Wasserstoffkonzentration C_H vom zweiten Peak 141 zur unteren Oberfläche 23 abnimmt. Falls Wasserstoffionen von der unteren Oberfläche 23 implantiert werden ist die untere Schürze 142 sanfter als die obere Schürze 143. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Begriff „die Schürze ist sanft“, dass eine Position, die ein Halbwert des entsprechenden Spitzenwerts ist, weiter von der entsprechenden Peakposition entfernt ist.
Die beitragende Wasserstoffkonzentration N_H ist die Konzentration von Wasserstoff, der VOH-Defekte bildet. Da VOH-Defekte zusätzlich zu Wasserstoff Leerstellen und Sauerstoff aufweisen, kann die beitragende Wasserstoffkonzentration N_H in Abhängigkeit der Konzentration von Leerstellen und Sauerstoff schwanken. Die beitragende Wasserstoffkonzentration N_H kann zwischen 0,1% und 30% der chemischen Wasserstoffkonzentration C_H liegen.
Die Verteilung der beitragenden Wasserstoffkonzentration N_H ähnelt der Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration C_H. Die beitragende Wasserstoffkonzentration N_H weist einen ersten beitragenden Konzentrationspeak 161 an oder in der Nähe der Tiefenposition Z1 auf und einen zweiten beitragenden Konzentrationspeak 151 an oder in der Nähe der Tiefenposition Z2.
Sauerstoff wird oft während der Herstellung eines Ingots eingbracht und ist oft gleichmäßig innerhalb des Halbleitersubstrats 10 verteilt. Die chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX kann durch das Halbleitersubstrat 10 gleichförmig sein. In einem weiteren Beispiel kann die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX von der unteren Oberfläche 23 zur oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 monoton ansteigen oder monoton abfallen. Außerdem kann Sauerstoff in der Nähe der oberen Oberfläche 21 oder der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 vom Halbleitersubstrat 10 nach außen abgegeben werden. Die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX kann monoton zur oberen Oberfläche 21 und zur unteren Oberfläche 23 in der Umgebung der oberen Oberfläche 21 und der unteren Oberfläche 23 abnehmen. Die Umgebung der oberen Oberfläche 21 und der unteren Oberfläche 23 ist beispielsweise ein Bereich innerhalb eines Abstands von 1 µm zur oberen Oberfläche 21 oder zur unteren Oberfläche 23 aber nicht hierauf beschränkt. Abgesehen von der Umgebung der oberen Oberfläche 21 und der unteren Oberfläche 23 kann die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX wie oben beschrieben gleichförmig sein und kann monoton zunehmen oder abnehmen.
Die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX kann im Bereich von 3 × 10¹⁵ Atome/cm³ bis 2 × 10¹⁸ Atoms/cm³ liegen. Falls in der vorliegenden Beschreibung die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX des Halbleitersubstrats 10 definiert wird, erfüllt alles zwischen dem zweiten Peak 141 und dem ersten Peak 133 die Definition der chemischen Sauerstoffkonzentration, sofern nicht anders angegeben. Alles zwischen dem zweiten Peak 141 und der unteren Oberfläche 23 kann die Definition der Sauerstoffkonzentration erfüllen und das gesamte Halbleitersubstrat 10 kann die Definition der Sauerstoffkonzentration erfüllen. Die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX kann 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ oder mehr oder 1 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder mehr betragen. Die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX kann 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder weniger oder 1 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder weniger betragen.
Die beitragende Sauerstoffkonzentration N_OX ist die Konzentration von Sauerstoff, der VOH-Defekte bildet. Da VOH-Defekte zusätzlich zu Sauerstoff Leerstellen und Wasserstoff aufweisen, kann die beitragende Sauerstoffkonzentration N_OX in Abhängigkeit der Konzentration von Leerstellen und Wasserstoff schwanken. In der vorliegenden Beschreibung wird das Verhältnis zwischen der beitragenden Sauerstoffkonzentration N_OX und der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX als ein Sauerstoffbeitragsanteil ξ definiert. Das heißt, ξ= N_OX/C_OX. Der Sauerstoffbeitragsanteil ξ kann angesehen werden als ein Verhältnis der Konzentration von Sauerstoffatomen, welche den VOH-Defekt bilden, zu den Konzentrationen aller Sauerstoffatome in einem vorgegebenen Bereich (z.B. die untere Oberfläche oder die Tiefenposition von der oberen Oberfläche). ξ liegt im Bereich von 0 bis 1. Die Einheit des Sauerstoffbeitragsanteils ist eine dimensionslose Größe.
Die Verteilung der beitragenden Sauerstoffkonzentration N_OX kann ähnlich der Verteilung der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX sein. Beispielsweise kann die beitragende Sauerstoffkonzentration N_OX in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10 gleichförmig sein und kann monoton ansteigen oder abfallen. Alternativ kann die beitragende Sauerstoffkonzentration N_OX eine Konzentrationsverteilung mit einem Peak an einer vorgegebenen Tiefenposition haben.
Die Leerstellenkonzentration N_V weist einen Leerstellenpeak 171 an einer Tiefenposition Zd auf. Die Tiefenposition Zd kann dieselbe sein wie die Tiefenposition Z1 und kann etwas näher an der unteren Oberfläche 23 liegen als die Tiefenposition Z1. Die beitragende Wasserstoffkonzentration N_H kann den ersten beitragenden Konzentrationspeak 161 an derselben Tiefenposition wie die Leerstellenkonzentration N_V aufweisen.
Falls geladene Teilchen in das Halbleitersubstrat 10 implantiert werden, wird eine Beschädigung in einen Bereich von der Implantationsoberfläche des Halbleitersubstrats 10 bis zu einem Reichweitenabschnitt der geladenen Teilchen eingebracht. Die Beschädigung bezieht sich auf eine Störung eines Kristallgitters und kann zusätzlich zu Leerstellen und Versetzungen in einem amorphen Zustand sein. Die Leerstellenkonzentration N_V kann auch einen Peak an der Z2 aufweisen. Die Leerstellenkonzentration N_V kann zwischen den Peaks im Wesentlichen (fast) gleichförmig monoton ansteigend oder monoton abfallend sein. In einem Fall, bei dem die geladenen Teilchen Elektronen sind, kann die Leerstellenkonzentration N_V von der oberen Oberfläche zur unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 im Wesentlichen (fast) gleichförmig sein, kann monoton zunehmen, kann monoton abnehmen oder kann eine sanfte Verteilung mit einem Spitzenwert an einer vorgegebenen Position aufweisen. Die Leerstellenkonzentration Nv kann beispielsweise unter Verwendung von Software berechnet werden, die als „Transport von Ionen in Materie“ (TRIM) bekannt ist (siege z.B. http://www.srim.org/. Unter http://srim.org/SRIM/SRIM%2008.pdf und http://srim.org/SRIM/SRIM%2009.pdf wird eine TRIM-Anleitung offenbart. Teil 2 der Anleitung beschreibt ein Verfahren zum Berechnen der Leerstellenkonzentration). Es wird davon ausgegangen, dass die meisten Leerstellen vor der Wärmebehandlung nicht mit Wasserstoff besetzt werden.
3 illustriert die Verteilungen in Tiefenrichtung der chemischen Wasserstoffkonzentration C_H, der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX, der beitragenden Sauerstoffkonzentration N_OX und der VOH-Fehlstellenkonzentration N_VOH nach der Wärmebehandlung. Durch die Wärmebehandlung diffundiert Wasserstoff vom zweiten Peak 141 und vom ersten Peak 133 zur oberen Oberflächenseite 21 und zur unteren Oberflächenseite 23. Selbst nach der Wärmebehandlung können das Verhältnis der Größenordnung, das Verhältnis, der Wert und dergleichen der Konzentration jedes Peaks und der chemischen Sauerstoffkonzentration dieselben sein wie jene vor der Wärmebehandlung in 2. Infolgedessen nimmt die chemische Wasserstoffkonzentration C_H zwischen dem zweiten Peak 141 und dem ersten Peak 133 zu. Da in diesem Beispiel der erste Peak 133 mit hoher Konzentration vorgesehen ist, wird mehr Wasserstoff vom ersten Peak 133 diffundiert. Somit nimmt die chemische Wasserstoffkonzentration C_H im Bereich von der Tiefenposition Z2 zur Tiefenposition Z1 monoton über die Hälfte oder mehr der Länge ab. Die chemische Wasserstoffkonzentration C_H kann monoton von der Tiefenposition Z2 zur oberen Oberflächenseite 21 der Tiefenposition Zc abnehmen.
Durch die Wärmebehandlung besetzt Wärmebehandlung die Baumelbindungen in den Leerstellen. Infolgedessen werden die Donatoren von VOH-Defekten (Abschluss-Baumelbindungen) gebildet. Die Konzentration der VOH-Defekte N_VOH hängt von der beitragenden Wasserstoffkonzentration N_H, der beitragenden Sauerstoffkonzentration N_OX und der Leerstellenkonzentration N_V ab. Die Konzentration der VOH-Defekte N_VOHin diesem Beispiel hat einen ersten VOH-Peak 191 in der Nähe der Tiefenposition Z1 und einen zweiten VOH-Peak 181 in der Nähe der Tiefenposition Z2. Der erste VOH-Peak 191 kann an der Tiefenposition Zd angeordnet sein. In diesem Beispiel hat der zweite VOH-Peak 181 eine höhere Konzentration als der erste VOH-Peak 191.
Außerdem weist das Halbleitersubstrat 10 einen flachen Abschnitt 150 zwischen der Tiefenposition Z1 und der Tiefenposition Z2 auf. Der flache Abschnitt 150 ist ein Bereich, wo die Konzentrationsverteilung der VOH-Defekte N_VOH im Wesentlichen (fast) flach ist. Der flache Abschnitt 150 kann über die Hälfte oder mehr der Länge zwischen der Tiefenposition Z1 und der Tiefenposition Z2 oder über eine Länge von 75% oder mehr vorgesehen sein.
Im flachen Abschnitt 150 ist die beitragende Sauerstoffkonzentration N_OX kleiner als die chemische Wasserstoffkonzentration C_OX. In diesem Fall kann als die chemische Wasserstoffkonzentration C_OX ein Minimalwert im flachen Abschnitt 150 verwendet werden. Die beitragende Sauerstoffkonzentration N_OX kann 10% oder weniger der chemischen Wasserstoffkonzentration C_OX betragen.
4 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der Verteilung der Donatorenkonzentration D_D nach der Wärmebehandlung illustriert. In 4 sind die chemische Wasserstoffkonzentration C_H, die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX und die Volumendonatorenkonzentration N_B0 zusammen dargestellt. Die chemische Wasserstoffkonzentration C_H und die chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX sind dieselben wie im Beispiel der 3. Die Volumendonatorenkonzentration N_B0 ist identisch mit der im Beispiel der 2.
Die Donatorenkonzentration D_D in diesem Beispiel ist eine Konzentration, die sich durch Addieren der Konzentration der VOH-Defekte N_VOHzur Volumendonatorenkonzentration N_B0 ergibt. Die Donatorenkonzentration N_B0 weist einen ersten Donatorenpeak 121 an der Tiefenposition Zd und einen zweiten Donatorenpeak 111 an der Tiefenposition Z2 auf. In diesem Beispiel hat der zweite Donatorenpeak 111 eine höhere Konzentration als der erste Donatorenpeak 121. Außerdem ist die Donatorenkonzentration D_D im flachen Abschnitt im Wesentlichen (fast) flach. Die Donatorenkonzentration D_D des flachen Abschnitts 150 ist höher als die Volumendonatorenkonzentration N_B0.
5A ist ein Schaubild zum Erklären des flachen Abschnitts 150. Der flache Abschnitt 150 ist ein Abschnitt, wo ein Bereich, wo die Donatorenkonzentration D_D zwischen einem vorgegebenen Maximalwert max und einem vorgegebenen Minimalwert min in Tiefenrichtung kontinuierlich ist. Als Maximalwert max kann der Maximalwert der Donatorenkonzentration in dem Bereich verwendet werden. Der Minimalwert min kann einen Wert von 50%, einen Wert von 70% oder enen Wert von 90% des Maximalwerts max annehmen.
Alternativ kann in Bezug auf die durchschnittliche Konzentration der Verteilung der Donatorenkonzentration in einem vorbestimmten Bereich in Tiefenrichtung ein Wert der Verteilung der Donatorenkonzentration innerhalb von ±50%, innerhalb von ±30% oder innerhalb von ±10% der durchschnittlichen Konzentration der Verteilung der Donatorenkonzentration liegen. Wie oben beschrieben ist die Konzentration der VOH-Defekt N_VOH im flachen Abschnitt 150 ebenfalls im Wesentlichen (fast) flach, wie die Donatorenkonzentration D_D.
5B ist ein weiteres Beispiel einer Verteilung der Volumendonatorenkonzentration DO, der Wasserstoff-Donatorenkonzentration Db und der Donatorenkonzentration Dd im flachen Abschnitt 150. Dieses Beispiel unterscheidet sich vom Beispiel der 5A darin, dass der flache Abschnitt 150 eine Steigung in Tiefenrichtung aufweist. Die Dicke des Halbleitersubstrats 10 in diesem Beispiel beträgt 120 µm. Die vertikale Achse in dieser Zeichnung ist ein Linearmaßstab. Die Tiefe von 20 µm bis 80 µm von der mit Wasserstoffionen implantierten Oberfläche wird als ein vorgegebener Bereich definiert. Der vorgegebene Bereich ist ein Bereich, durch den Wasserstoffionen eindringen, und in dem es keinen lokalen Peak der Donatorenkonzentration Dd gibt. Die Dicke des vorgegebenen Bereichs in diesem Beispiel beträgt 50% der Dicke des Halbleitersubstrats 10. Die Volumendonatorenkonzentration DO in diesem Beispiel beträgt 3,1 × 10¹³/cm³, was 150 Ωcm entspricht. Die Summe der Volumendonatorenkonzentration DO in jeder Tiefe und des Werts der Abschluss-Baumelbindung Db ist die Donatorenkonzentration Dd.
Eine durch Verbinden der Konzentrationen an beiden Enden des vorgegebenen Bereichs mit einer Geraden erhaltene Verteilung kann eine lineare Näherungsverteilung sein. Die lineare Näherungsverteilung kann eine Gerade sein, die durch Fitten der Konzentration im vorgegebenen Bereich mit einer linearen Funktion erhalten wird. Außerdem kann die lineare Näherungsverteilung eine Gerade sein, die durch Fitten einer Verteilung ohne lokale Peaks jeder Konzentrationsverteilung durch eine lineare Funktion erhalten wird. Ferner wird ein Bereich einer Bandform mit einer Breite von 30% des Werts der linearen Näherungsverteilung um die lineare Näherungsverteilung als bandförmiger Bereich bezeichnet. Die monoton ansteigende oder abfallende Konzentrationsverteilung in einem vorgegebenen Bereich bezieht sich auf einen Zustand, in dem die Konzentrationswerte an beiden Enden des vorgegebenen Bereichs verschieden sind und die Konzentrationsverteilung ist in dem oben beschriebenen bandförmigen Bereich enthalten. Der bandförmige Bereich kann eine Breite von 20% oder 10% des Werts der linearen Näherungsverteilung haben.
Die lineare Näherungsverteilung 214 der Donatorenkonzentration Dd ist eine Verteilung, in der die Konzentration mit zunehmendem Abstand von der Implantationsoberfläche zunimmt. Die Konzentration der Leerstellen, die in einem vorgegebenen Bereich, durch den die Wasserstoffionen eindringen, gebildet wurden, weist eine Verteilung auf, in der die Konzentration mit zunehmendem Abstand von der Implantationsoberfläche zunimmt. Diffundierter Wasserstoff besetzt die Baumelbindung in den gebildeten Leerstellen, wodurch eine Verteilung der Donatorenkonzentration von Wasserstoff gemäß der Konzentrationsverteilung der Leerstellen gebildet wird. In diesem Beispiel schwankt der Wert der Donatorenkonzentration Db in einem vorgegebenen Bereich, durch den Wasserstoffionen eindringen, um ungefähr ± 7% in Bezug auf die lineare Näherungsverteilung 214. Die Abweichung der Donatorenkonzentration Dd wird als ein bandförmiger Bereich 216 definiert. Das heißt, die Breite des bandförmigen Bereichs 216 in diesem Beispiel beträgt ±7% des Werts der linearen Näherungsverteilung 214. In einem vorbestimmten Bereich mit einer Dicke von 30% oder mehr der Dicke des Halbleitersubstrats 10, wenn die Verteilung der Donatorenkonzentration Db innerhalb des bandförmigen Bereichs 216 liegt, kann die Verteilung der Donatorenkonzentration Db eine flache Verteilung sein. Das heißt, dieser vorgegebene Bereich kann ein flacher Bereich mit Wasserstoffdonator sein. Die lineare Näherungsverteilung 214 der Donatorenkonzentration Dd kann eine Verteilung sein, in der die Konzentration mit zunehmendem Abstand von der Implantationsoberfläche abnimmt.
5C ist ein weiteres Beispiel der Verteilung der Volumendonatorenkonzentration DO, der Wasserstoff-Donatorenkonzentration Db und der Donatorenkonzentration Dd. Dieses Beispiel unterscheidet sich vom Beispiel der 5B dadurch, dass die Steigung des flachen Abschnitts 150 größer ist. In diesem Beispiel wird ein Bereich in der Tiefe von 10 µm bis 70 µm von der mit Wasserstoffionen implantierten Oberfläche als ein vorgegebener Bereich definiert. Die Dicke des vorgegebenen Bereichs in Bezug auf die Dicke (120 µm) des Halbleitersubstrats 10 in diesem Beispiel ist 50%, dieselbe Dicke wie im Beispiel der 5B.
Die lineare Näherungsverteilung 214 der Donatorenkonzentration Dd ist eine Verteilung, in der die Konzentration mit zunehmendem Abstand von der Implantationsoberfläche zunimmt. Die lineare Näherungsverteilung 214 dieses Beispiels hat jedoch eine größere Steigung des Anstiegs als die lineare Näherungsverteilung 214 der 5B. Außerdem schwankt der Wert der Donatorenkonzentration Db im vorgegebenen Bereich um ungefähr ±17% in Bezug auf die lineare Näherungsverteilung 214. Die Abweichung der Donatorenkonzentration Dd wird als ein bandförmiger Bereich 216 definiert. Die Breite des bandförmigen Bereichs 216 beträgt ±17% des Werts der linearen Näherungsverteilung 214. Daher kann in einem vorbestimmten Bereich mit einer Dicke von 30% oder mehr der Dicke des Halbleitersubstrats 10, wenn die Verteilung der Donatorenkonzentration Db innerhalb des bandförmigen Bereichs 216 liegt, die Verteilung der Donatorenkonzentration Db eine flache Verteilung sein. Das heißt, dieser vorgegebene Bereich kann ein flacher Bereich mit Wasserstoffdonator sein.
Der flache Bereich mit Wasserstoffdonator kann in einem Bereich von 20% bis 80% der Dicke des Halbleitersubstrats vorgesehen sein. Der Betrag der Steigung der linearen Näherungsverteilung 214 im flachen Bereich mit Wasserstoffdonatoren kann im Bereich von 0/(cm³·µm) bis 2 × 10¹²/(cm³·µm) liegen und kann größer als 0/(cm³·µm) und 1 × 10¹²/(cm³·pm) oder mehr in Bezug auf die Tiefe (µm) sein. Außerdem kann der Betrag der Steigung der linearen Näherungsverteilung 214 im flachen Bereich mit Wasserstoffdonatoren im Bereich von 1 × 10¹⁰/(cm³·µm) bis 1 × 10¹²/(cm³·µm) liegen und kann im Bereich von 1 × 10¹⁰/(cm³·µm) bis 5 × 10¹¹/(cm³·µm) in Bezug auf die Tiefe (µm) liegen. Hier ist 5 × 10¹¹/(cm³·µm) dieselbe Steigung (gleichwertig) wie 5 × 10¹⁵/cm⁴.
Eine halblogarithmische Steigung kann als weiterer Index der Steigung der linearen Näherungsverteilung 214 verwendet werden. Die Position eines Endes des vorgegebenen Bereichs wird als x1 (cm) definiert und die Position des anderen Endes wird als x2 (cm) definiert. Die Konzentration bei x1 wird mit N1 (/cm³) bezeichnet und die Konzentration bei x2 wird mit N2 (/cm³) bezeichnet. Eine halblogarithmische Steigung η (/cm) in einem vorgegebenen Bereich wird definiert als η = (log₁₀(N2) - log₁₀(N1))/(x2 - x1). Der Betrag der halblogarithmischen Steigung η der linearen Näherungsverteilung 214 im flachen Bereich mit Wasserstoffdonator kann im Bereich von O/cm bis 50/cm oder im Bereich von O/cm bis 30/cm liegen. Außerdem kann der Betrag der halblogarithmischen Steigung η der linearen Näherungsverteilung 214 im flachen Bereich mit Wasserstoffdonator kann im Bereich von O/cm bis 20/cm oder im Bereich von O/cm bis 10/cm liegen.
Es wird davon ausgegangen, dass im Durchgangsbereich, den die Wasserstoffionen passiert haben, die durch den Durchgang von Wasserstoff erzeugten Leerstellen (V, VV usw.) mit im Wesentlichen (fast) gleichmäßiger Konzentration in Tiefenrichtung erzeugt werden. Zusätzlich wird angenommen, dass zum Zeitpunkt der Herstellung des Halbleitersubstrats 10 implantierter Sauerstoff (O) oder dergleichen ebenfalls gleichmäßig in Tiefenrichtung verteilt ist. Andererseits kann bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung 100 Sauerstoff von der oberen Oberfläche 21 oder der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 zur Außenseite des Halbleitersubstrats 10 diffundieren, wenn die Hochtemperaturbehandlung bei 1100°C oder höher durchgeführt wird. Infolgedessen kann die Sauerstoffkonzentration zur oberen Oberfläche 21 oder zur unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 abnehmen.
Gemäß der unter Bezugnahme auf 1 bis 5C beschriebenen Halbleitervorrichtung 100 kann die Leerstellenkonzentration Nv anhand der Dosierung geladener Teilchen geregelt werden und die chemische Wasserstoffkonzentration C_H kann anhand der Dosierung der Wasserstoffionen geregelt werden. Daher kann die Donatorenkonzentration D_D im flachen Abschnitt 150 einfach geregelt werden. Durch Anpassen der Implantierposition Z1 geladener Teilchen kann der Bereich, in dem der flache Abschnitt 150 ausgebildet wird, einfach geregelt werden.
Im Folgenden wird der Bereich und dergleichen des Sauerstoffbeitragsanteils ξ im Halbleitersubstrat 10 beschrieben. Eine endgültige Dotierungskonzentration an einer beliebigen Position von der Tiefenposition Z1 zur Tiefenposition Z2 in einem Zustand, in dem die Halbleitervorrichtung 100 fertiggestellt ist, wird als N_F definiert. Die Dotierungskonzentration N_F wird durch Ausdruck (1) beschrieben. $N_{F} = N_{B 0} + N_{VOH}$
Hier ist die Konzentration der VOH-Defekte N_VOHdie Summe der Konzentration von Leerstellen, die mit Wasserstoff besetzt sind, und der beitragenden Sauerstoffkonzentration N_OX (das heißt ξC_OX) Der Grund hierfür ist, dass die Konzentration der VOH-Defekte im flachen Abschnitt 150 durch die mit Wasserstoff besetzte Leerstellenkonzentration und die beitragende Sauerstoffkonzentration begrenzt wird. In diesem Beispiel werden im Wesentlichen (fasst) alle Leerstellen von der Tiefenposition Z1 bis zur Tiefenposition Z2 mit Wasserstoff besetzt, da die chemische Wasserstoffkonzentration C_H ausreichend hoch ist. Das heißt, die Leerstellenkonzentration kann die Leerstellenkonzentration Nv sein, die mit Wasserstoff besetzt ist. Somit ergibt sich Ausdruck (2). $N_{VOH} = N_{V} + ξ C_{OX}$
Ausdruck (3) ergibt sich aus Ausdruck (1) und Ausdruck (2). $N_{F} = N_{B 0} + N_{V} + ξ C_{OX}$
Hier wird ein Fall betrachtet, bei dem die Halbleitervorrichtung 100 unter Verwendung zweier Halbleitersubstrate gebildet wird, welche dieselben Bedingungen für die Wasserstoffimplantation und Wärmebehandlung, dieselbe Volumendonatorenkonzentration N_B0 und verschiedene chemische Sauerstoffkonzentrationen C_OX aufweisen. Die endgültige Dotierungskonzentration im ersten Halbleitersubstrat ist N_F1 und die endgültige Dotierungskonzentration im zweiten Halbleitersubstrat ist N_F2. Außerdem ist die chemische Sauerstoffkonzentration im ersten Halbleitersubstrat ist C_OX, und die chemische Sauerstoffkonzentration im zweiten Halbleitersubstrat ist C_OX2.
Da die Bedingungen für die Wasserstoffimplantation identisch sind, sind die Leerstellenkonzentrationen Nv in den jeweiligen Halbleitersubstraten identisch. Somit ist der Sauerstoffbeitragsanteil ξ auch zwischen den beiden Halbleitersubstraten identisch. Ausdrücke (4) und (5) ergeben sich aus Ausdruck (3). $N_{F 1} = N_{B 0} + N_{V} + ξ C_{OX 1}$
$N_{F 2} = N_{B 0} + N_{V} + ξ C_{OX 2}$
Hier ist N_F2 > N_F1.
Der Unterschied der endgültigen Dotierungskonzentration ist die Differenz ΔN_VOH in der Konzentration der VOH-Defekte N_VOH. Somit ergibt sich Ausdruck (6) aus Ausdrücken (4) und (5). $\begin{array}{l} \begin{array}{l} N_{F 2} - N_{F 1} & = Δ N_{VOH} \\ = ξ (C_{OX 2} - C_{OX 1}) \end{array} \\ ξ = Δ N_{VOH} / (C_{OX 2} - C_{OX 1}) \end{array}$
Außerdem ergibt sich Ausdruck (7) aus Ausdrücken (2) und (6). $\begin{array}{l} N_{V} & = N_{VOH} - ξ C_{OX} \\ = N_{VOH} - (Δ N_{VOH} / (C_{OX 2} - C_{OX 1})) C_{OX} \end{array}$
Falls der Sauerstoffbeitragsanteil ξ angegeben wird, kann die Leerstellenkonzentration N_V für eine beliebige Konzentration von VOH-Defekten N_VOH und chemische Sauerstoffkonzentration C_OX aus Ausdruck (7) berechnet werden.
6 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen dem Zuwachsbetrags einer Donatorenkonzentration und der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX illustriert. In diesem Beispiel wird für zwei Substrate - ein Halbleitersubstrat vor dem Implantieren geladener Teilchen und Wasserstoffionen und ein Halbleitersubstrat nach dem Implantieren geladener Teilchen und Wasserstoffionen und nach einer Wärmebehandlung-jede Ladungsträgerkonzentration an der Tiefenposition Zc mit der SR-Methode gemessen, und die Differenz zwischen ihnen wird als der Zunahmebetrag der Donatorkonzentration betrachtet. Die Zunahme der Donatorenkonzentration entspricht der Konzentration der VOH-Defekte N_VOH. Außerdem ist die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX des Halbleitersubstrats dieses Beispiels gleichförmig in Tiefenrichtung verteilt.
In 6 wird die Tiefenposition Z1 auf 100 µm eingestellt und die Wasserstoffionen werden an die Tiefenposition Z1 implantiert. In diesem Beispiel wird die Dosierung von Wasserstoffionen an die Tiefenposition Z1 für drei Arten von 3 × 10¹² Ionen/cm², 1 × 10¹³ Ionen/cm² und 3 × 10¹³ Ionen/cm² gezeigt. Wie in 6 dargestellt, nimmt die Donatorenkonzentration linear zu proportional zur chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX.
Im Beispiel der 6, wird ein ungefährer Ausdruck berechnet, in welchem die Beziehung zwischen der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX und dem Zunahmebetrag der Donatorenkonzentration (d.h., N_VOH) durch eine Gerade angenähert wird. In 6 werden ein Beispiel, bei dem die Dosierung der Wasserstoffionen 3 × 10¹³ Ionen/cm² beträgt durch eine Gerade 601 angenähert, ein Beispiel, bei dem die Do der Wasserstoffionen 1 × 10¹³ Ionen/cm² beträgt, durch eine Gerade 602 angenähert und ein Beispiel, bei dem die Dosierung der Wasserstoffionen 3 × 10¹² Ionen/cm² beträgt, durch eine Gerade 603 angenähert.
Jede Gerade wird durch Ausdruck (8) beschrieben. $N_{VOH} = a \times C_{OX} + b$
Zu diesem Zeitpunkt sind die Steigung a und der Achsenabschnitt b jeder Geraden wie folgt durch Fitten nach der Methode der kleinsten Quadrate. $\begin{array}{l} Gerade 601 : a = 2,96303 \times 10^{- 4}, b = 2,18399 \times 10^{13} \\ Gerade 602 : a = 1,87895 \times 10^{- 4}, b = 1,47920 \times 10^{13} \\ Gerade 603 : a = 7,58824 \times 10^{- 5}, b = 6,38380 \times 10^{12} \end{array}$
Man beachte, dass wenn man Ausdruck (2) und Ausdruck (8) vergleicht, ergibt sich a = ξ und b = Nv.
7 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen dem Zuwachsbetrags einer Donatorenkonzentration und der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX illustriert. In diesem Beispiel beträgt die Tiefenposition Z1 50 µm. Andere Bedingungen sind identisch mit denen in 6. Auch in diesem Beispiel nimmt der Zunahmebetrag der Donatorenkonzentration proportional zur chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX linear zu.
8 ist ein Schaubild, das eine Beziehung unter dem Dosierungsbetrag von Wasserstoffionen, dem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Leerstellenkonzentration Nv illustriert. In 8 sind die im Beispiel der 6 erhaltenen a und b aufgetragen und durch eine Kurve angenähert. In diesem Beispiel werden der Sauerstoffbeitragsanteil ξ und die Leerstellenkonzentration Nv durch Potenzfunktionen in Bezug auf die Dosierung D_H der Wasserstoffionen zur Tiefenposition Z1 angenähert. Der Grund hierfür ist, dass angenommen wird, dass der Sauerstoffbeitragsanteil ξ 0 beträgt, wenn die Dosierung D_H der Wasserstoffionen gegen 0 geht. Falls der Sauerstoffbeitragsanteil ξ durch eine logarithmische Funktion angenähert wird, wird die Dosierung der Wasserstoffionen D_H ein endlicher Wert größer als 0, wenn der Sauerstoffbeitragsanteil ξ 0 wird. Falls die Dosierung der Wasserstoffionen D_H weiter abnimmt, wird der Sauerstoffbeitragsanteil ξ ein negativer Wert. Dasselbe gilt auch für die Leerstellenkonzentration Nv.
In 8 wird die Beziehung zwischen dem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Dosierung von Wasserstoffionen durch eine Kurve 801 angenähert und die Beziehung zwischen der Leerstellenkonzentration Nv und der Dosierung der Wasserstoffionen wird durch eine Kurve 802 angenähert. Die Kurve 801 wird durch Ausdruck (9) beschrieben und die Kurve 802 wird durch Ausdruck (10) beschrieben. Die Koeffizienten c bis f werden wie folgt durch Fitten der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt. $ξ = c \times {(D_{H})}^{d}$
wobei c = 3,11503 × 10¹², d = 5,94169 × 10-1 $N_{V} = e \times {(D_{H})}^{f}$
wobei e = 1,36398 × 10⁶ und f = 5,36782 × 10-1
Falls die Dosierung der Wasserstoffionen D_H zu klein ist, nimmt die Konzentration der VOH-Defekte N_VOH ab. In diesem Fall ist es schwierig, den Zunahmebetrag der Donatorenkonzentration, der die Schwankung der Volumendonatorenkonzentration N_B0 absorbieren kann, sicherzustellen. Daher beträgt die Dosierung der Wasserstoffionen vorzugsweise 1 × 10¹¹ Ionen/cm² oder mehr. Zu diesem Zeitpunkt beträgt der Sauerstoffbeitragsanteil ξ 1 × 10^-5 oder mehr gemäß Ausdruck (9). Falls außerdem die Dosierung der Wasserstoffionen D_H zu groß ist, wird die Leerstellenkonzentration Nv im Vergleich zur Konzentration der VOH-Defekte, die durch die Sauerstoff- und Wasserstoffkonzentrationen gebildet werden kann, zu hoch. Somit steigt die Anzahl der Leerstellen, die keine VOH-Defekte werden, an. Die Dosierung der Wasserstoffionen beträgt vorzugsweise 1,2 × 10¹⁴ Ionen/cm² oder weniger. Zu diesem Zeitpunkt beträgt der Sauerstoffbeitragsanteil ξ 7 × 10^-4 oder weniger gemäß Ausdruck (9). Das heißt, der Sauerstoffbeitragsanteil ξ kann im Bereich von 1 × 10^-5 bis 7 × 10^-4 liegen. Der Sauerstoffbeitragsanteil ξ kann 1 × 10^-4 oder mehr betragen. Der Sauerstoffbeitragsanteil ξ kann 5 × 10^-4 oder weniger betragen. In ähnlicher Weise kann die Leerstellenkonzentration Nv in einem Bereich von 1 × 10¹¹/cm³ bis 1 × 10¹⁴/cm³ liegen. Die Leerstellenkonzentration Nv kann 1 × 10¹²/cm³ oder mehr oder 1 × 10¹³/cm³ oder mehr betragen. Die Leerstellenkonzentration Nv kann 3 × 10¹³/cm³ oder weniger betragen. Die Leerstellenkonzentration Nv kann aus einer Differenz (N_VOH - N_OX) zwischen der Konzentration der VOH-Defekte N_VOH und der beitragenden Sauerstoffkonzentration N_OX berechnet werden. Die Konzentration der VOH-Defekte N_VOH kann aus einer Differenz (N_F - N_B0) zwischen der endgültigen Dotierungskonzentration NF und der Volumendonatorenkonzentration N_B0 berechnet werden.
Als die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX wird ein allgemeiner Wert des MCZ-Substrats verwendet. Das heißt, C_OX beträgt 1 × 10¹⁷ bis 7 × 10¹⁷/cm³. Da N_OX = ξ × C_OX beträgt die beitragende Sauerstoffkonzentration N_OX 1 × 10¹²/cm³ bis 5 × 10¹⁴/cm³. Aus Ausdruck (2) ergibt sich N_VOH= N_V + N_OX. In ähnlicher Weise kann die Konzentration der VOH-Defekte N_VOHin einem Bereich von 2 × 10¹²/cm³ bis 6 × 10¹⁴/cm³ liegen. Die Konzentration der VOH-Defekte N_VOH kann 1 × 10¹³/cm³ oder mehr betragen. Die Konzentration der VOH-Defekte N_VOH kann 5 × 10¹⁴/cm³ oder weniger betragen.
9 ist ein Schaubild, das eine Beziehung unter dem Dosierungsbetrag von Wasserstoffionen, dem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Leerstellenkonzentration Nv illustriert. 9 entspricht dem Beispiel der 7 (das heißt, Z1 = 50 µm). In 9 wird die Beziehung zwischen dem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Dosierung von Wasserstoffionen durch eine Kurve 901 angenähert und die Beziehung zwischen der Leerstellenkonzentration Nv und der Dosierung der Wasserstoffionen wird durch eine Kurve 902 angenähert. Die Kurve 901 wird durch Ausdruck (12) beschrieben und die Kurve 902 wird durch Ausdruck (11) beschrieben. Die Koeffizienten c bis f werden wie folgt durch Fitten der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt. $ξ = c \times {(D_{H})}^{d}$
wobei c = 1,53343 × 10¹², d = 6,25800 × 10-1 $N_{V} = e \times {(D_{H})}^{f}$
wobei e = 3,11098 × 10³ und f = 7,41056 × 10-1
Auch in diesem Beispiel kann der Sauerstoffbeitragsanteil ξ im selben Bereich liegen wie im Beispiel der 8. Die Leerstellenkonzentration Nv kann im selben Bereich liegen wie im Beispiel der 8. Die beitragende Sauerstoffkonzentration N_OX kann auch im selben Bereich liegen wie im Beispiel der 8. Die Konzentration der VOH-Defekte kann auch im selben Bereich liegen wie im Beispiel der 8.
Im flachen Abschnitt 150 wird das Verhältnis zwischen einem Maximalwert O_max und einem Minimalwert O_min der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX als v definiert. Das heißt, v = O_min/O_max. Das Verhältnis v kann im Bereich von 0,1 bis 1 liegen. Falls das Verhältnis v klein ist, nimmt die Schwankung der Konzentration der VOH-Defekte N_VOH in Tiefenrichtung zu und die Durchbruchspannung des Halbleitersubstrats 10 kann sich verschlechtern. Das Verhältnis v kann 0,3 oder mehr oder 0,5 oder mehr betragen. Das Verhältnis v kann 0,95 oder weniger oder 0,9 oder weniger betragen.
Der flache Abschnitt 150 kann Kohlenstoff enthalten. Die chemische Kohlenstoffkonzentration im flachen Abschnitt 150 kann im Bereich von 1 × 10¹³/cm³ bis 1 × 10¹⁶/cm³ liegen. Die chemische Kohlenstoffkonzentration kann 1 × 10¹⁴ Atome/cm³ oder mehr betragen. Die chemischen Kohlenstoffkonzentration kann 5 × 10¹⁵ Atome/cm³ oder weniger betragen oder 2 × 10¹⁵ Atoms/cm³ oder weniger. Der Beitrag der chemischen Kohlenstoffkonzentration zur Konzentration der VOH-Defekte N_VOH wird später beschrieben.
10 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der Halbleitervorrichtung 100 illustriert. 10 illustriert eine Position, wo jedes Element auf die obere Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 projiziert ist. In 10 sind nur einige Elemente der Halbleitervorrichtung 100 dargestellt und andere Elemente wurden weggelassen.
Die Halbleitervorrichtung 100 umfasst das Halbleitersubstrat 10. Das Halbleitersubstrat 10 kann die Verteilungjeder in 1 bis 9 beschriebenen Konzentration aufweisen. Allerdings kann das Halbleitersubstrat 10 ferner einen weiteren Konzentrationspeak aufweisen, der sich von jedem in 1 bis 9 beschriebenen Konzentrationspeak unterscheidet. Wie in einem später beschriebenen Pufferbereich 20, können Wasserstoffionen implantiert werden, um einen N-artigen Bereich im Halbleitersubstrat 10 auszubilden. In diesem Fall kann die Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration einen lokalen Peak der Wasserstoffkonzentration zusätzlich zur in 2 und dergleichen beschriebenen Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration aufweisen. Außerdem kann wie im später beschriebenen Emitterbereich 12 eine andere N-artige Verunreinigung als Wasserstoff, wie z.B. Phosphor, implantiert werden, um einen N-artigen Bereich im Halbleitersubstrat 10 auszubilden. In diesem Fall kann die Verteilung der Donatorenkonzentration einen lokalen Peak der Donatorenkonzentration zusätzlich zu der in 4 beschriebenen Verteilung der Donatorenkonzentration aufweisen.
Das Halbleitersubstrat 10 weist in Draufsicht eine Endseite 162 auf. Wenn in der vorliegenden Beschreibung lediglich in Draufsicht angegeben ist, so ist eine Ansicht von der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 10 gemeint. Das Halbleitersubstrat 10 dieses Beispiels umfasst zwei Sätze von Endseiten 162, die einander in Draufsicht gegenüberliegen. In 10 sind die X-Achse und die Y-Achse parallel zu einer der Endseiten 162 angeordnet. Die Z-Achse steht senkrecht zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10.
Das Halbleitersubstrat 10 weist einen aktiven Abschnitt 160 auf. Der aktive Abschnitt 160 ist ein Bereich, durch den ein Hauptstrom in Tiefenrichtung zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 fließt, wenn die Halbleitervorrichtung 100 betrieben wird. Eine Emitterelektrode ist über dem aktiven Abschnitt 160 angeordnet, wurde aber in 10 weggelassen.
Im aktiven Abschnitt 160 ist zumindest ein Transistorabschnitt 70, der eine Transistorvorrichtung wie z.B. einen IGBT aufweist, oder eine Diodenvorrichtung 80, der ein Diodenelement wie z.B. eine Freilaufdiode (FWD) aufweist, angeordnet. Im Beispiel der 10 sind der Transistorabschnitt 70 und der Diodenabschnitt 80 abwechselnd entlang einer vorgegebenen Anordnungsrichtung (im vorliegenden Beispiel die X-Achsenrichtung) auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. In einem weiteren Beispiel kann nur einer vom Transistorabschnitt 70 und dem Diodenabschnitt 80 im aktiven Abschnitt 160 angeordnet sein.
In 10 wird ein Bereich, in dem der Transistorabschnitt 70 angeordnet ist, durch ein Symbol „I“ angezeigt und ein Bereich, wo der Diodenabschnitt 80 angeordnet ist, wird durch ein Symbol „F“ angezeigt. In der vorliegenden Beschreibung kann eine Richtung senkrecht zur Anordnungsrichtung in Draufsicht als eine Ausbreitungsrichtung (Y-Achsenrichtung in 10) bezeichnet werden. Jeweils der Transistorabschnitt 70 und der Diodenabschnitt 80 kann eine Längslänge in Ausbreitungsrichtung haben. Das heißt, die Länge des Transistorabschnitts 70 in Y-Achsenrichtung ist größer als dessen Breite in X-Achsenrichtung. In ähnlicher Weise ist die Länge des Diodenabschnitts 80 in Y-Achsenrichtung größer als dessen Breite in X-Achsenrichtung. Die Ausbreitungsrichtung des Transistorabschnitts 70 und des Diodenabschnitts 80 kann dieselbe sein wie die Längsrichtung jedes Grabenabschnitts, der weiter unten beschrieben wird.
Der Diodenabschnitt 80 umfasst einen N⁺-artigen Kathodenbereich in einem Bereich, der mit der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 verbunden ist. In der vorliegenden Beschreibung wird ein Bereich, in dem der Kathodenbereich angeordnet ist, als ein Diodenabschnitt 80 bezeichnet. Das heißt, der Diodenabschnitt 80 ist ein Bereich, der in Draufsicht mit dem Kathodenbereich überlappt. Auf der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 kann ein P⁺-artiger Kollektorbereich 22 in einem vom Kathodenbereich verschiedenen Bereich angeordnet sein. In der vorliegenden Beschreibung kann im Diodenabschnitt 80 auch ein Verlängerungsbereich 81, der durch Verlängern des Diodenabschnitts 80 in Y-Achsenrichtung bis zu einem später beschriebenen Gatterläufer ertsteht, enthalten sein. Ein Kollektorbereich ist auf einer unteren Oberfläche des Verlängerungsbereichs 81 angeordnet.
Der Transistorabschnitt 70 umfasst einen P⁺-artigen Kollektorbereich in einem Bereich, der mit der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 verbunden ist. Im Transistorabschnitt 70 ist eine Gatter-Struktur, die einen N-artigen Emitterbereich, einen P-artigen Basisbereich, einen Gatter-Leitungsabschnitt und einen Gatter-Isolierfilm umfasst, periodisch auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordnet.
Die Halbleitervorrichtung 100 kann eine oder mehr Anschlussflächen über dem Halbleitersubstrat 10 aufweisen. Die Halbleitervorrichtung 100 dieses Beispiels umfasst eine Gatter-Anschlussfläche 164. Die Halbleitervorrichtung 100 kann Anschlussflächen, wie z.B. eine Anoden-Anschlussfläche, eine Kathoden-Anschlussfläche und eine Stromdetektions-Anschlussfläche aufweisen. Jede Anschlussfläche ist in der Nähe der Endseite 162 angeordnet. Die Umgebung der Endseite 162 bezieht sich auf einen Bereich, der sich in Draufsicht zwischen der Endseite 162 und der Emitterelektrode befindet. Zum Zeitpunkt des Montierens der Halbleitervorrichtung 100 kann jede Anschlussfläche über eine Verdrahtung wie zum Beispiel einen Draht mit einem externen Schaltkreis verbunden sein.
Ein Gatterpotenzial wird an der Gatter-Anschlussfläche 164 angelegt. Die Gatter-Anschlussfläche 164 ist elektrisch mit dem Leitungsabschnitt des Gattergrabenabschnitts des aktiven Abschnitts 160 verbunden. Die Halbleitervorrichtung 100 umfasst einen Gatterläufer, der die Gatter-Anschlussfläche 164 und den Gattergrabenabschnitt verbindet. In 10 ist der Gatterläufer mit schrägen Linien schraffiert.
Der Gatterläufer dieses Beispiels umfasst einen äußeren umfänglichen Gatterläufer 130 und einen aktivseitigen Gatterläufer 131. Der äußere umfängliche Gatterläufer 130 ist in Draufsicht zwischen der dem aktiven Abschnitt 160 und der Endseite 162 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der äußere umfängliche Gatterläufer 130 dieses Beispiels umgibt den aktiven Abschnitt 160 in Draufsicht. Ein Bereich, der den äußeren umfänglichen Gatterläufer 130 in Draufsicht umgibt, kann der aktive Abschnitt 160 sein. Der äußere umfängliche Gatterläufer 130 ist mit der Gatter-Anschlussfläche 164 verbunden. Der äußere umfängliche Gatterläufer 130 ist über dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet. Der äußere umfängliche Gatterläufer 130 kann eine Metallverdrahtung sein, die Aluminium oder dergleichen enthält.
Der aktivseitige Gatterläufer 131 ist im aktiven Abschnitt 160 angeordnet. Durch das Vorsehen des aktivseitigen Gatterläufers 131 im aktiven Abschnitt 160 ist es möglich, eine Abweichung der Verdrahtungslänge von der Gatter-Anschlussfläche 164 in jedem Bereich des Halbleitersubstrats 10 zu reduzieren.
Der aktivseitige Gatterläufer 131 ist mit dem Gattergrabenabschnitt des aktiven Abschnitts 160 verbunden. Der aktivseitige Gatterläufer 131 ist über dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet. Der aktivseitige Gatterläufer 131 kann eine Verdrahtung sein, die aus einem Halbleitermaterial wie Polysilizium, das mit Verunreinigungen dotiert ist, ausgebildet ist.
Die aktivseitige Gatterläufer 131 kann mit dem äußeren umlaufenden Gatterläufer 130 verbunden sein. Der aktivseitige Gatterläufer 131 dieses Beispiels ist so angeordnet, dass er sich in X-Achsenrichtung von einem äußeren umlaufenden Gatterläufer 130 bis hoch zum anderen äußeren umlaufenden Gatterläufer 130 erstreckt, so dass er den aktiven Abschnitt 160 im Wesentlichen in der Mitte der Y-Achsenrichtung durchquert. In einem Fall, wo der aktive Abschnitt 160 durch den aktivseitigen Gatterläufer 131 geteilt wird, können der Transistorabschnitt 70 und der Diodenabschnitt 80 abwechselnd in X-Achsenrichtung in jedem geteilten Bereich angeordnet sein.
Außerdem kann die Halbleitervorrichtung 100 einen Temperaturmessabschnitt (nicht dargestellt), der eine PN-Übergangsdiode ist, die aus Polysilizium oder dergleichen gebildet ist, und einen Strommessabschnitt (nicht dargestellt) aufweisen, der den Betrieb des im aktiven Abschnitt 160 angeordneten Transistorabschnitt simuliert.
Die Halbleitervorrichtung 100 dieses Beispiels umfasst einen Randabschlussstrukturabschnitt 90 zwischen dem aktiven Abschnitt 160 und der Endseite 102 in Draufsicht. Der Randabschlussstrukturabschnitt 90 dieses Beispiels ist zwischen dem äußeren umfänglichen Gatterläufer 130 und der Endseite 162 angeordnet. Der Randabschlussstrukturabschnitt 90 reduziert eine elektrische Feldstärke auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 10. Der Randabschlussstrukturabschnitt 90 kann zumindest einen Schutzring, eine Feldplatte, und ein den aktiven Abschnitt 160 kreisförmig umgebendes RESURF aufweisen.
11 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs D in 10. Der Bereich D ist ein Bereich, der den Transistorabschnitt 70, den Diodenabschnitt 80 und den aktivseitige Gatterläufer 131 enthält. Die Halbleitervorrichtung 100 dieses Beispiels umfasst einen Gatter-Grabenabschnitt 40, einen Dummy-Grabenabschnitt 30, einen Senkenbereich 11, einen Emitterbereich 12, einen Basisbereich 14 und einen Kontaktbereich 15, der in der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordnet ist. Sowohl der Gatter-Grabenabschnitt 40 als auch der Dummy-Grabenabschnitt 30 sind jeweils Beispiele eines Grabenabschnitts. Außerdem umfasst die Halbleitervorrichtung 100 dieses Beispiels eine Emitterelektrode 52 und den aktivseitigen Gatterläufer 131, der über der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet ist. Die Emitterelektrode 52 und der aktivseitige Gatterläufer 131 sind voneinander beabstandet angeordnet.
Ein dielektrischer Zwischenschichtfilm ist zwischen der Emitterelektrode 52 und dem aktivseitigen Gatterläufer 131 und der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet, aber auf dessen Darstellung wurde in 11 verzichtet. Im dielektrischen Zwischenschichtfilm dieses Beispiels ist ein Kontaktloch 54 durch den dielektrischen Zwischenschichtfilm angeordnet. In 11 ist jedes Kontaktloch 54 mit schrägen Linien schraffiert.
Die Emitterelektrode 52 ist über dem Gatter-Grabenabschnitt 40, dem Dummy-Grabenabschnitt 30, dem Senkenbereich 11, dem Emitterbereich 12, dem Basisbereich 14 und dem Kontaktbereich 15 angeordnet. Die Emitterelektrode 52 ist durch das Kontaktloch 54 mit dem Emitterbereich 12, dem Kontaktbereich 15 und dem Basisbereich 14 auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 verbunden. Die Emitterelektrode 52 ist durch ein im dielektrischen Zwischenschichtfilm angeordnetes Kontaktloch mit einem Dummy-Leitungsabschnitt im Dummy-Grabenabschnitt 30 verbunden. Die Emitterelektrode 52 kann mit dem Dummy-Leitungsabschnitt des Dummy-Grabenabschnitts 30 am Rand des Dummy-Grabenabschnitts 30 in Y-Achsenrichtung verbunden sein.
Der aktivseitige Gatterläufer 131 ist durch ein im dielektrischen Zwischenschichtfilm angeordnetes Kontaktloch mit dem Dummy-Grabenabschnitt 40 verbunden. Der aktivseitige Gatterläufer 131 kann mit dem Gatter-Leitungsabschnitt des Gatter-Grabenabschnitts 40 an einem Randabschnitt des Gatter-Grabenabschnitts 40 in Y-Achsenrichtung verbunden sein. Der aktivseitige Gatterläufer 131 ist nicht mit dem Dummy-Leitungsabschnitt im Dummy-Grabenabschnitt 30 verbunden.
Die Emitterelektrode 52 ist aus einem Material gebildet, das Metall enthält. 11 illustriert einen Bereich, in dem die Emitterelektrode 52 angeordnet ist. Beispielsweise ist zumindest ein Teilbereich der Emitterelektrode 52 aus Aluminium oder einer Aluminium-Silizium-Legierung, z.B. einer Metalllegierung wie AISi oder AlSiCu gebildet. Die Emitterelektrode 52 kann in einer Schicht eines Bereichs aus Aluminium oder dergleichen eine Metallbarriere aus Titan oder einem Titanverbundstoff aufweisen. Ferner kann im Kontaktloch ein Stecker mit darin eingegrabenem Wolfram oder dergleichen enthalten sein, der mit der Metallbarriere, Aluminium oder dergleichen verbunden ist.
Der Senkenbereich 11 ist überlappend mit dem aktivseitigen Gatterläufer 131 angeordnet. Der Senkenbereich 11 dehnt sich mit einer vorgegebenen Breite auch in einem Bereich aus, wo der aktivseitige Gatterläufer 131 nicht überlappt. Der Senkenbereich 11 dieses Beispiels ist entfernt vom Ende des Kontaktlochs 54 in Y-Achsenrichtung zum aktivseitigen Gatterläufer 131 angeordnet. Der Senkenbereich 11 ist ein Bereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der eine höhere Dotierungskonzentration aufweist als der Basisbereich 14. Der Basisbereich 14 in diesem Beispiel ist P-artig und der Senkenbereich 11 ist P⁺-artig.
Der Transistorabschnitt 70 und der Diodenabschnitt 80 enthalten jeweils eine Vielzahl von Grabenabschnitten, die in der Anordnungsrichtung angeordnet sind. Im Transistorabschnitt 70 dieses Beispiels sind ein oder mehrere Gatter-Grabenabschnitte 40 und ein oder mehrere Dummy-Grabenabschnitte 30 abwechselnd entlang der Anordnungsrichtung angeordnet. Im Diodenabschnitt 80 dieses Beispiels ist eine Vielzahl der Dummy-Grabenabschnitte 30 entlang der Anordnungsrichtung angeordnet. Der Diodenabschnitt 80 dieses Beispiels weist keinen Gatter-Grabenabschnitt 40 auf.
Der Gatter-Grabenabschnitt 40 dieses Beispiels kann zwei gerade Abschnitte 39 (Abschnitte der Gräben, die entlang der Erstreckungsrichtung gerade sind), die sich entlang der Erstreckungsrichtung senkrecht zur Anordnungsrichtung erstrecken, und den Randabschnitt 41 zum Verbinden der zwei linearen Abschnitte 39 aufweisen. Die Erstreckungsrichtung in 11 ist die Y-Achsenrichtung.
Mindestens ein Teil des Randabschnitts 41 ist vorzugsweise in gekrümmter Form in Draufsicht angeordnet. Durch Verbinden der Enden der beiden geraden Abschnitte 39 in Y-Achsenrichtung miteinander durch den Randabschnitt 41, kann die elektrische Feldstärke am Endabschnitt des geraden Abschnitts 39 reduziert werden.
Im Transistorabschnitt 70 ist der Dummy-Grabenabschnitt 30 zwischen den geraden Abschnitten 39 des Gatter-Grabenabschnitts 40 angeordnet. Ein Dummy-Grabenabschnitt 30 kann zwischen den geraden Abschnitten 39 angeordnet sein und es kann eine Vielzahl von Dummy-Grabenabschnitten 30 vorgesehen sein. Der Dummy-Grabenabschnitt 30 kann eine gerade Form haben, die sich in Ausdehnungsrichtung erstreckt, und kann einen geraden Abschnitt 29 und einen Randabschnitt 31 ähnlich wie der Gatter-Grabenabschnitt 40 aufweisen. Die in 11 dargestellte Halbleitervorrichtung 100 enthält sowohl den geraden Dummy-Grabenabschnitt 30 ohne Randabschnitt 31 und den Dummy-Grabenabschnitt 30 mit dem Randabschnitt 31.
Die Diffusionstiefe des Senkenbereichs 11 kann tiefer sein als die Tiefen des Gatter-Grabenabschnitts 40 und des Dummy-Grabenabschnitts 30. Die Endabschnitte des Gatter-Grabenabschnitts 40 und des Dummy-Grabenabschnitts 30 in Y-Achsenrichtung weisen in Draufsicht den Senkenbereich 11 auf. Das heißt, der Bodenabschnitt jedes Grabenabschnitts in Tiefenrichtung ist mit dem Senkenbereich 11 am Endabschnitt jedes Grabenabschnitts in Y-Achsenrichtung bedenkt. Infolgedessen kann die elektrische Feldstärke am Bodenabschnitt jedes Grabenabschnitts reduziert werden.
Ein Mesaabschnitt ist in Anordnungsrichtung zwischen den Grabenabschnitten angeordnet. Der Mesaabschnitt bezieht sich auf einen Bereich, der zwischen den Grabenabschnitten im Halbleitersubstrat 10 eingschlossen ist. Zum Beispiel ist das obere Ende des Mesaabschnitts die obere Oberfläche des Halbleitersubstrats 10. Die Tiefenposition des unteren Endes des Mesaabschnitts ist dieselbe wie die Tiefenposition des unteren Endes des Grabenabschnitts. Der Mesaabschnitt dieses Beispiels ist so angeordnet, dass er sich in Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) entlang des Grabens in der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 erstreckt. In diesem Beispiel weist der Transistorabschnitt 70 einen Mesaabschnitt 60 auf und der Diodenabschnitt 80 weist einen Mesaabschnitt 61 auf. Falls in der vorliegenden Beschreibung einfach ein Mesaabschnitt erwähnt wird, bezeichnet der Mesaabschnitt jeweils den Mesaabschnitt 60 und den Mesaabschnitt 61.
Der Basisbereich 14 ist in jedem Mesaabschnitt angeordnet. In dem zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 freiliegenden Basisbereich 14 im Mesaabschnitt wird ein Bereich, der am nächsten zum aktivseitigen Gatterläufer 131 angeordnet ist, als ein Basisbereich 14-e definiert. In 11 ist der an einem Endabschnitt eines jeden Mesaabschnitts in Ausdehnungsrichtung angeordnete Basisbereich 14-e dargestellt, aber der Basisbereich 14-e ist auch am anderen Endabschnitt eines jeden Mesaabschnitts angeordnet. In jedem Mesaabschnitt kann zumindest einer des Emitterbereichs 12 des ersten Leitfähigkeitstyps und dem Kontaktbereich 15 des zweiten Leitfähigkeitstyps in einem Bereich, der in Draufsicht zwischen den Basisbereichen 14-e eingeschlossen ist, angeordnet sein. Der Emitterbereich 12 in diesem Beispiel ist N⁺-artig und der Kontaktbereich 15 ist P⁺-artig. Der Emitterbereich 12 und der Kontaktbereich 15 können zwischen dem Basisbereich 14 und der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 in Tiefenrichtung angeordnet sein.
Der Mesaabschnitt 60 des Transistorabschnitts 70 umfasst den Emitterbereich 12, der zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 freiliegt. Der Emitterbereich 12 ist verbunden mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 angeordnet. Der mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 verbundene Mesaabschnitt 60 kann den Kontaktbereich 15, der zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 freiliegt, aufweisen.
Der Kontaktbereich 15 und der Emitterbereich 12 im Mesaabschnitt 60 sind jeweils von einem Grabenabschnitt in X-Achsenrichtung bis zum anderen Grabenabschnitt angeordnet. Zum Beispiel sind die Kontaktbereiche 15 und die Emitterbereiche 12 des Mesaabschnitts 60 abwechselnd entlang der Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des Grabenabschnitts angeordnet.
In einem anderen Beispiel können der Kontaktbereich 15 und der Emitterbereich 12 des Mesaabschnitts 60 in Streifenform entlang der Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des Grabenabschnitts angeordnet sein. Beispielsweise ist der Emitterbereich 12 in einem Bereich angeordnet, der mit dem Grabenabschnitt verbunden ist, und der Kontaktbereich 15 ist in einem Bereich angeordnet, der durch den Emitterbereichen 12 eingeschlossen ist.
Der Emitterbereich 12 ist nicht im Mesaabschnitt 61 des Diodenabschnitts 80 angeordnet. Der Basisbereich 14 und der Kontaktbereich 15 können auf der oberen Oberfläche des Mesaabschnitts 61 angeordnet sein. Der Kontaktbereich 15 kann verbunden mit jedem der Basisbereiche 14-e in einem Bereich angeordnet sein, der zwischen den Basisbereichen 14-e in der oberen Oberfläche des Mesaabschnitts 61 eingeschlossen ist. Der Basisbereich 14 kann in einem Bereich angeordnet sein, der zwischen den Kontaktbereichen 15 in der oberen Oberfläche des Mesaabschnitts 61 eingeschlossen ist. Der Basisbereich 14 kann im gesamten durch den Kontaktbereich 15 eingeschlossenen Bereich vorgesehen sein.
Das Kontaktloch 54 ist über jedem Mesaabschnitt angeordnet. Das Kontaktloch 54 ist in einem Bereich angeordnet, der zwischen den Basisbereichen 14 eingeschlossen ist. Das Kontaktloch 54 dieses Beispiels ist jeweils über jedem Bereich des Kontaktbereichs 15, des Basisbereichs 14 und des Emitterbereichs 12 vorgesehen. Das Kontaktloch 54 ist nicht in einem Bereich angeordnet, der dem Basisbereich 14-e und dem Senkenbereich 11 entspricht. Das Kontaktloch 54 kann in der Mitte in Anordnungsrichtung (X-Achsenrichtung) des Mesaabschnitts 60 angeordnet sein.
Im Diodenabschnitt 80 ist ein n⁺-artiger Kathodenbereich 82 in einem Bereich angeordnet, der neben der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ist. In der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 kann ein P⁺-artiger Kollektorbereich 22 in einem Bereich angeordnet sein, wo der Kathodenbereich 82 nicht angeordnet ist. Der Kathodenbereich 82 und der Kollektorbereich 22 sind zwischen der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 und dem Pufferbereich 20 angeordnet. In 11 ist die Grenze zwischen dem Kathodenbereich 82 und dem Kollektorbereich 22 mit einer gepunkteten Linie dargestellt.
Der Kathodenbereich 82 ist in Y-Achsenrichtung beabstandet vom Senkenbereich 11 angeordnet. Infolgedessen wird ein Abstand zwischen dem P-artigen Bereich (Senkenbereich 11) mit relativ hoher Dotierungskonzentration, der bis zu einer tiefen Position ausgebildet ist, und dem Kathodenbereich 82 gewährleistet und die Durchbruchspannung kann verbessert werden. In Y-Achsenrichtung ist der Endabschnitt des Kathodenbereichs 82 dieses Beispiels weiter entfernt vom Senkenbereich 11 angeordnet als der Endabschnitt des Kontaktlochs 54 in Y-Achsenrichtung. In einem weiteren Beispiel kann der Endnereich des Kathodenbereichs 82 in der Y-Achsenrichtung zwischen dem Senkenbereich 11 und dem Kontaktloch 54 angeordnet sein.
12 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Querschnitts e-e in 11 illustriert. Der Querschnitt e-e ist eine XZ-Ebene, die durch den Emitterbereich 12 und den Kathodenbereich 82 geht. Die Halbleitervorrichtung 100 dieses Beispiels umfasst im Querschnitt das Halbleitersubstrat 10, einen dielektrischen Zwischenschichtfilm 38, die Emitterelektrode 52 und eine Kollektorelektrode 24.
Der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 ist in der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 ist ein Film, der mindestens einen eines Isolierfilms, wie z.B. Silikatglas, dem eine Verunreinigung wie Bor oder Phosphor zugefügt wird, eines thermischen Oxidfilms und andere Isolierfilme enthält. Der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 ist in Kontakt mit dem in 11 beschriebenen Kontaktloch 54 angeordnet.
Die Emitterelektrode 52 ist oberhalb des dielektrischen Zwischenschichtfilms 38 angeordnet. Die Emitterelektrode 52 ist durch das Kontaktloch 54 des dielektrischen Zwischenschichtfilms 38 mit der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 verbunden. Die Kollektorelektrode 24 ist auf der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Die Emitterelektrode 52 und die Kollektorelektrode 24 sind aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium gebildet. In der vorliegenden Beschreibung wird eine Richtung (Z-Achsenrichtung), welche die Emitterelektrode 52 und die Kollektorelektrode 24 verbindet, als Tiefenrichtung bezeichnet.
Das Halbleitersubstrat 10 weist einen N-artigen oder N-artigen Driftbereich 18 auf. Der Driftbereich 18 ist jeweils im Transistorabschnitt 70 und im Diodenabschnitt 80 angeordnet.
Im Mesaabschnitt 60 des Transistorabschnitts 70 sind ein N⁺-artiger Emitterbereich 12 und ein P-artiger Basisbereich 14 der Reihe nach von der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der Driftbereich 18 ist unter dem Basisbereich 14 angeordnet. Der Mesaabschnitt 60 kann einen N⁺-artigen Akkumulationsbereich 16 aufweisen. Der Akkumulationsbereich 16 ist zwischen dem Basisbereich 14 und dem Driftbereich 18 angeordnet.
Der Emitterbereich 12 liegt zur oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 frei und ist verbunden mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 angeordnet. Der Emitterbereich 12 kann verbunden mit den Grabenabschnitten auf beiden Seiten des Mesaabschnitts 60 angeordnet sein. Der Emitterbereich 12 hat eine höhere Dotierungskonzentration als der Driftbereich 18.
Der Basisbereich 14 ist unter dem Emitterbereich 12 angeordnet. Der Basisbereich 14 dieses Beispiels ist verbunden mit dem Emitterbereich 12 angeordnet. Der Basisbereich 14 kann verbunden mit den Grabenabschnitten auf beiden Seiten des Mesaabschnitts 60 angeordnet sein.
Der Akkumulationsbereich 16 ist unter dem Basisbereich 14 angeordnet. Der Akkumulationsbereich 16 ist ein N⁺-artiger Bereich, der eine höhere Dotierungskonzentration aufweist als der Driftbereich 18. Durch Vorsehen des Akkumulationsbereichs 16 mit hoher Konzentration zwischen dem Driftbereich 18 und dem Basisbereich 14, kann der Verstärkungseffekt der Ladungsträgerimplantation (IE-Effekt) verstärkt werden und die EIN-Spannung kann reduziert werden. Der Akkumulationsbereich 16 kann die gesamte unteren Oberfläche des Basisbereichs 14 in jedem Mesaabschnitt 60 bedeckend angeordnet sein.
Der Mesaabschnitt 61 des Diodenabschnitts 80 weist einen P-artigen Basisbereich 14 verbunden mit der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 auf. Der Driftbereich 18 ist unter dem Basisbereich 14 angeordnet. Im Mesaabschnitt 61 kann der Akkumulationsbereich 16 unter dem Basisbereich 14 angeordnet sein.
Jeweils im Transistorabschnitt 70 und im Diodenabschnitt 80 kann ein N⁺-artiger Pufferbereich 20 unter dem Driftbereich 18 angeordnet sein. Die Dotierungskonzentration des Pufferbereichs 20 ist höher als die Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18. Der Pufferbereich 20 umfasst einen Peak 25, der eine größere Dotierungskonzentration als der Driftbereich 18 aufweist. Die Dotierungskonzentration des Peaks 25 gibt eine Dotierungskonzentration am lokalen Maximalwert des Peaks 25 an. Als Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18 kann ein Mittelwert der Dotierungskonzentrationen in einem Bereich verwendet werden, wo die Verteilung der Dotierungskonzentration im Wesentlichen (fast) flach ist.
Der Pufferbereich 20 dieses Beispiels hat drei oder mehr Peaks 25 in Tiefenrichtung (Z-Achsenrichtung) des Halbleitersubstrats 10. Der Peak 25 des Pufferbereichs 20 ist beispielsweise ein Konzentrationspeak von Wasserstoff (Proton) oder Phosphor. Der Pufferbereich 20 kann als eine Feldstoppschicht dienen, die verhindert, dass eine sich von einem unteren Ende des Basisbereichs 14 ausbreitende Verarmungsschicht den P⁺-artigen Kollektorbereich 22 und den N⁺-artigen Kathodenbereich 82 erreicht. In der vorliegenden Beschreibung wird die Tiefenposition des oberen Endes des Pufferbereichs 20 als Zf definiert. Die Tiefenposition Zf kann eine Position sein, wo die Dotierungskonzentration höher ist als die Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18.
Im Transistorabschnitt 70 ist der P⁺-artige Kollektorbereich 22 unterhalb vom Pufferbereich 20 angeordnet. Die Akzeptorenkonzentration des Kollektorbereichs 22 ist höher als die Akzeptorenkonzentration des Basisbereichs 14. Der Kollektorbereich 22 kann denselben Akzeptor wie der Basisbereich 14 enthalten und kann einen anderen Akzeptor enthalten. Der Akzeptor des Kollektorbereichs 22 ist beispielsweise Bor.
Im Diodenabschnitt 80 ist der N⁺-artige Kathodenbereich 82 unterhalb vom Pufferbereich 20 angeordnet. Die Donatorenkonzentration des Kathodenbereichs 82 ist höher als die Donatorenkonzentration des Driftbereichs 18. Der Donator des Kathodenbereichs 82 ist beispielsweise Wasserstoff oder Phosphor. Elemente, die in jedem Bereich zu Donatoren und Akzeptoren werden, sind nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt. Der Kollektorbereich 22 und der Kathodenbereich 82 liegen auf der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 frei und sind mit der Kollektorelektrode 24 verbunden. Die Kollektorelektrode 24 kann in Kontakt mit der gesamten unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 stehen. Die Emitterelektrode 52 und die Kollektorelektrode 24 sind aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium gebildet.
Eine oder mehrere Gattergrabenabschnitte 40 und eine oder mehrere Dummy-Grabenabschnitte 30 sind auf der oberen Oberflächenseite 21 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Jeder Grabenabschnitt dringt von der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 in den Basisbereich 14 ein und erreicht den Driftbereich 18. In dem Bereich, wo zumindest einer des Emitterbereichs 12, des Kontaktbereichs 15 und des Akkumulationsbereichs 16 angeordnet ist, dringt jeder Grabenabschnitt auch in diese Dotierungsbereiche ein und erreicht den Driftbereich 18. Der in den Dotierungsbereich eindringende Grabenabschnitt ist nicht auf jene beschränkt, die in der Reihenfolge des Bildens des Dotierungsbereichs und dann des Bildens des Grabenabschnitts hergestellt sind. Ein Fall, wo ein Dotierungsbereich zwischen den Grabenabschnitten gebildet wird, nachdem der Grabenabschnitt ausgebildet wird, ist auch in einem Fall enthalten, wo der Grabenabschnitt in den Dotierungsbereich eindringt.
Wie oben beschrieben weist der Transistorabschnitt 70 den Gatter-Grabenabschnitt 40 und den Dummy-Grabenabschnitt 30 auf. Der Diodenabschnitt 80 weist den Dummy-Grabenabschnitt 30 und keinen Gatter-Grabenabschnitt 40 auf. In diesem Beispiel ist die Grenze zwischen dem Diodenabschnitt 80 und dem Transistorabschnitt 70 in der X-Achsenrichtung die Grenze zwischen dem Kathodenbereich 82 und dem Kollektorbereich 22.
Der Gattergrabenabschnitt 40 umfasst einen Gattergraben, einen dielektrischen Isolierfilm 42 und einen leitenden Gatterabschnitt 44, die auf der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sind. Der Gatter-Isolierfilm 42 ist eine Innenwand des Gattergrabens bedeckend angeordnet. Der Gatter-Isolierfilm 42 kann durch Oxidieren oder Nitrieren des Halbleiters auf der Innenwand des Gattergrabens ausgebildet werden. Der Gatter-Leitungsabschnitt 44 ist auf einer inneren Seite des Gatter-Isolierfilms 42 im Gattergraben angeordnet. Das heißt, dass der Gatter-Isolierfilm 42 den leitenden Gatterabschnitt 44 vom Halbleitersubstrat 10 isoliert. Der leitende Gatterabschnitt 44 ist aus einem leitenden Material wie beispielsweise Polysilizium ausgebildet.
Der Gatter-Leitungsabschnitt 44 kann in Tiefenrichtung länger vorgesehen sein als der Basisbereich 14. Der Gattergrabenabschnitt 40 im Querschnitt wird auf der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 vom dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 bedeckt. Der Gatter-Leitungsabschnitt 44 ist elektrisch mit dem Gatterläufer 15 verbunden. Falls eine vorgegebene Gatterspannung an den Gatter-Leitungsabschnitt 44 angelegt wird, wird ein Kanal durch eine Inversionsschicht von Elektronen in einer Oberflächenschicht der Schnittstelle in Kontakt mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 des Basisbereichs 14 gebildet.
Der Dummy-Grabenabschnitt 30 kann im Querschnitt denselben Aufbau wie der Gatter-Grabenabschnitt 40 haben. Der Dummy-Grabenabschnitt 30 umfasst einen Dummygraben auf der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10, einen Dummy-Isolierfilm 32 und einen Dummy-Leitungsabschnitt 34. Der Dummy-Leitungsabschnitt 34 ist elektrisch mit der Emitterelektrode 52 verbunden. Der Dummy-Isolierfilm 32 bedeckt die Innenwand des Dummygrabens. Der Dummy-Leitungsabschnitt 34 ist im Dummy-Graben und auf der inneren Seite des Dummy-Isolierfilms 32 angeordnet. Der Dummy-Isolierfilm 32 isoliert den Dummy-Leitungsabschnitt 34 vom Halbleitersubstrat 10. Der Dummy-Leitungsabschnitt 34 kann aus demselben Material wie der Gatter-Leitungsabschnitt 44 ausgebildet sein. Beispielsweise ist der Dummy-Leitungsabschnitt 34 aus einem leitenden Material wie beispielsweise Polysilizium ausgebildet. Der Dummy-Leitungsabschnitt 34 kann in Tiefenrichtung dieselbe Länge wie der Gatter-Leitungsabschnitt 44 haben.
Der Gatter-Grabenabschnitt 40 und der Dummy-Grabenabschnitt 30 dieses Beispiels werden auf der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 vom dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 bedeckt. Man beachte, dass die Bodenabschnitte des Dummy-Grabenabschnitts 30 und des Gatter-Grabenabschnitts 40 eine gekrümmte Oberflächenform (eine gekrümmte Form im Querschnitt) haben können, die nach unten absteht. In der vorliegenden Beschreibung wird die Tiefenposition des unteren Endes des Gatter-Grabenabschnitts 40 als Zt definiert.
Der Driftbereich 18 kann den in 4 beschriebenen flachen Abschnitt 150 und dergleichen aufweisen. Das heißt, der Driftbereich 18 weist eine Donatorenkonzentration auf, die hauptsächlich durch eine Volumendonatorenkonzentration und eine Wasserstoffdonator- (VOH-Defekt) Konzentration bestimmt wird. Im Driftbereich 18 kann der zweite Peak 141 der chemischen Wasserstoffkonzentration C_H angeordnet sein. Ein Dotierstoff wird lokal in einem anderen Bereich als der Driftbereich 18 implantiert. Daher unterscheidet sich die Dotierungskonzentration in diesen Bereichen von der in 4 und dergleichen beschriebenen Donatorenkonzentration D_D.
13 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der Verteilung der Ladungsträgerkonzentration in Tiefenrichtung an Positionen der Linie F-F in 12 illustriert. In 13 wird auch ein Teil der Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration C_H gezeigt. Die vertikale Achse in 13 ist eine logarithmische Achse.
Die Verteilung der Ladungsträgerkonzentration im Pufferbereich 20 dieses Beispiels weist eine Vielzahl von Peaks 25 an verschiedenen Positionen in Tiefenrichtung auf. Der Peak 25 ist ein Peak der Donatorenkonzentration. Der Peak 25 kann Wasserstoff als Verunreinigung enthalten. Durch das Anordnen der Vielzahl von Peaks 25 kann weiter unterdrückt werden, dass die Verarmungsschicht den Kollektorbereich 22 erreicht. Der zweite Donatorenpeak 111 kann als Peak 25 im Pufferbereich 20 fungieren.
Beispielsweise kann der zweite Donatorenpeak 111 als ein Peak fungieren, der unter der Vielzahl von Peaks 25 des Pufferbereichs 20 am weitesten von der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 entfernt ist. Der flache Abschnitt 150 ist zwischen dem zweiten Donatorenpeak 111 im Pufferbereich 20 und dem ersten Donatorenpeak 121 angeordnet.
Der zweite Donatorenpeak 111 kann eine höhere Donatorenkonzentration aufweisen als ein Peak 25 aus der Vielzahl von Peaks 25 im Pufferbereich 20, der nach dem zweiten Donatorenpeak 111 am weitesten von der unteren Oberfläche 23 entfernt ist. Durch Erhöhen der Konzentration des zweiten Donatorenpeaks 111 wird der flache Abschnitt 150 einfach ausgebildet. Die Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration C_H kann einen oder mehr Peaks der Wasserstoffkonzentration 194 zwischen der Tiefenposition Z2 und der unteren Oberfläche 23 aufweisen. Der Peak der Wasserstoffkonzentration 194 kann im Pufferbereich 20 angeordnet sein. Der Peak der Wasserstoffkonzentration 194 kann sich an derselben Tiefenposition befinden wie der Peak 25.
Der Akkumulationsbereich 16 dieses Beispiels weist eine Vielzahl von Peaks 26 auf. Der Peak 26 ist ein Peak der Donatorenkonzentration. Der erste Donatorenpeak 121 dieses Beispiels befindet sich näher an der unteren Oberfläche 23 als der Akkumulationsbereich 16. Ein Bereich 180 mit einer Dotierungskonzentration, die niedriger ist als die des flachen Abschnitts 150, kann zwischen dem ersten Donatorenpeak 121 und dem Akkumulationsbereich 16 angeordnet sein. Die Dotierungskonzentration des Bereichs 180 kann die Volumendonatorenkonzentration N_B0 sein.
Ferner kann die Halbleitervorrichtung 100 ein nicht-dotiertes Substrat, bei dem der gesamte Ingot nicht mit einem Dotierstoff wie Phosphor (P) während der Herstellung des Halbleiter-Ingot dotiert wurde, als Halbleitersubstrat 10 nutzen. In diesem Fall ist eine Basisdotierungskonzentration Dn des Bereichs 180 niedriger als die Volumendonatorenkonzentration N_B0. Die Basisdotierungskonzentration Dn liegt beispielsweise im Bereich von 1 × 10¹⁰ Atome/cm³ bis 5 × 10¹² Atome/cm³. Die Basisdotierungskonzentration Dn kann 1×10¹¹ Atome/cm³ oder mehr betragen. Die Basisdotierungskonzentration Dn kann 5×10¹² Atome/cm³ oder weniger betragen.
14 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Querschnitts g-g in 10 illustriert. Der in 14 gezeigte Querschnitt ist eine XZ-Fläche, die den Randabschlussstrukturabschnitt 90 und den Transistorabschnitt 70 umfasst. Der äußere umfängliche Gatterläufer 130 ist über dem Halbleitersubstrat 10 zwischen dem Randabschlussstrukturabschnitt 90 und dem Transistorabschnitt 70 angeordnet. Der äußere umfängliche Gatterläufer 130 ist getrennt von der Emitterelektrode 52 angeordnet. Der Senkenbereich 11 ist in der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 zwischen dem Randabschlussstrukturabschnitt 90 und dem Transistorabschnitt 70 angeordnet. Der Senkenbereich 11 dieses Beispiels ist in einem Bereich angeordnet, der flacher als der Grabenabschnitt ist. Der Aufbau des Transistorabschnitts 70 ist ähnlich dem des in 10 bis 12 beschriebenen Transistorabschnitts 70.
Der Randabschlussstrukturabschnitt 90 weist eine Vielzahl von Schutzringen 92, eine Vielzahl von Feldplatten 94 und einen Kanalstopper 174 auf. Im Randabschlussstrukturabschnitt 90 kann ein Kollektorbereich 22 in einem Bereich angeordnet sein, der mit der unteren Oberfläche 23 verbunden ist. Jeder Schutzring 92 kann so angeordnet sein, dass er den aktiven Abschnitt 160 in der oberen Oberfläche 21 umkreist. Die Vielzahl der Schutzringe 92 kann dazu dienen, die im aktiven Abschnitt 160 erzeugte Verarmungsschicht zur Außenseite des Halbleitersubstrats 10 auszubreiten. Infolgedessen kann eine elektrische Feldstärke innerhalb des Halbleitersubstrats 10 verhindert werden und die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 100 kann verbessert werden.
Der Schutzring 92 dieses Beispiels ist ein P-artiger Halbleiterbereich, der durch Ionenimplantation in der Nähe der oberen Oberfläche 21 gebildet wird. Die Tiefe des unteren Abschnitts des Schutzrings 92 kann flacher sein als die Bodenabschnitte des Gatter-Grabenabschnitts 40 und des Dummy-Grabenabschnitts 30.
Die obere Oberfläche des Schutzrings 92 ist mit einem dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 bedeckt. Die Feldplatte 94 ist aus einem leitenden Material wie beispielsweise Metall oder Polysilizium ausgebildet. Die Feldplatte 94 kann aus demselben Material wie die Emitterelektrode 52 ausgebildet sein. Die Feldplatte 94 ist auf dem dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 angeordnet. Die Feldplatte 94 ist durch ein Durchgangsloch im dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 mit dem Schutzring 92 verbunden.
Der Kanalstopper 174 ist so angeordnet, dass er zur oberen Oberfläche 21 und zur Seitenfläche der Endseite 162 freiliegt. Der Kanalstopper 174 ist ein N-artiger Bereich mit einer höheren Dotierungskonzentration als der Driftbereich 18. Der Kanalstopper 174 hat die Funktion, die im aktiven Abschnitt 160 an der Endseite 162 des Halbleitersubstrats 10 erzeugte Verarmungsschicht zu beenden.
In diesem Beispiel ist der zweite Peak 141 der chemischen Wasserstoffkonzentration zwischen dem Bodenabschnitt des Senkenbereichs 11 und der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der zweite Peak 141 kann auch im Randabschlussstrukturabschnitt 90 angeordnet sein. Der zweite Peak 141 kann auch zwischen dem Randabschlussstrukturabschnitt 90 und dem Transistorabschnitt 70 angeordnet sein. Der zweite Peak 141 kann in in der gesamten XY-Ebene des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sein. Der in 1 dargestellte Durchgangsbereich 106 und dergleichen wird von der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 bis zum zweiten Peak 141 ausgebildet.
15 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel des Querschnitts g-g in 10 illustriert. In diesem Beispiel ist der Senkenbereichs 11 tiefer angeordnet als die unteren Enden des Gatter-Grabenabschnitts 40 und des Dummy-Grabenabschnitts 30. Andere Merkmale können mit denen des Beispiels der 14 identisch sein. Mindestens ein Grabenabschnitt kann im Querschnitt innerhalb des Senkenbereichs 11 angeordnet sein. Im Beispiel der 15 ist ein Grabenabschnitt, der am nächsten beim Randabschlussstrukturabschnitt 90 angeordnet ist, innerhalb des Senkenbereichs 11 angeordnet.
Der zweite Peak 141 dieses Beispiels ist zwischen dem unteren Ende des Senkenbereichs 11 und der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. In einem anderen Beispiel kann der zweite Peak 141 zwischen dem unteren Ende des Senkenbereichs 11 und der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sein.
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 illustriert. Das Herstellungsverfahren dieses Beispiels umfasst einen Substrat-Vorbereitungsschritt S1600, einen Vorrichtung-Herstellungsschritt S1606, einen Konzentration-Messschritt S1602 und einen Implantiermenge-Berechnungsschritt S1604.
Im Substrat-Vorbereitungsschritt S1600 wird das Halbleitersubstrat 10 vorbereitet. Das Halbleitersubstrat 10 ist beispielsweise ein MVZ-Substrat. Im Konzentration-Messschritt S1602 wird die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX des Halbleitersubstrats 10 gemessen. Im Konzentration-Messschritt S1602 kann die chemische Sauerstoffkonzentration durch ein FTIR-Verfahren (Infrarot-Absorptions-Spektroskopie) gemessen werden. Im Konzentration-Messschritt S1602 kann ferner ein Substrat-Widerstandswert (Ω·cm) des Halbleitersubstrats 10 gemessen werden.
Im Implantiermenge-Berechnungsschritt S1604 wird die Implantiermenge des an die Tiefenposition Z1 zu implantierendem Strahls geladener Teilchen auf Grundlage der in Schritt S1602 gemessenen chemischen Sauerstoffkonzentration berechnet. Wie oben beschrieben kann die Konzentration der auszubildenden VOH-Defekte durch die Implantiermenge des Strahls geladener Teilchen geregelt werden. Im Implantiermenge-Berechnungsschritt S1604 kann die Implantiermenge-Berechnungsschritt des Strahls geladener Teilchen berechnet werden, so dass der Substrat-Widerstandswert des in 4 und dergleichen beschriebenen flachen Abschnitts 150 einen vorgegebenen Ziel-Widerstandswert annimmt. Die Ziel-Widerstandswert kann von einem Hersteller der Halbleitervorrichtung 100 eingestellt werden. Der Substrat-Widerstandswert des flachen Abschnitts 150 entspricht der Donatorenkonzentration des flachen Abschnitts 150 auf einer Eins-zu-Eins-Basis. Daher wird der Zunahmebetrag der Donatorenkonzentration so bestimmt, dass der Substrat-Widerstandswert des flachen Abschnitts 150 zum Ziel-Widerstandswert wird. Die Beziehung zwischen der Implantiermenge des Strahls geladener Teilchen, dem Zunahmebetrag der Donatorenkonzentration und der chemischen Sauerstoffkonzentration kann wie in 6 und 7 dargestellt vorab experimentell erfasst werden. Im Implantiermenge-Berechnungsschritt S1604 kann die Implantiermenge des Strahls geladener Teilchen auf Grundlage der vorab erfassten Beziehung berechnet werden.
Durch Ersetzen der oben beschriebenen Ausdrücke (11) und (12) in Ausdruck (2) ergibt sich Ausdruck (13). $N_{VOH} = c \times {(D_{H})}^{d} + e \times {(D_{H})}^{f} \times C_{OX}$
Außerdem werden Ausdrücke (1) bis (13) durch Ausdruck (14) wiedergegeben. $N_{F} - N_{B 0} = c \times {(D_{H})}^{d} + e \times {(D_{H})}^{f} \times C_{OX}$
Die endgültige Dotierungskonzentration N_F ist ein eingestellter Wert und die Volumendonatorenkonzentration N_B0 ist aus dem Messwert oder Bestimmungswert des Halbleiterwafers bekannt. Die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX ist aus der Messung in Schritt S1602 bekannt. Die Parameter c, d, e und f können wie oben beschrieben vorab experimentell erfasst werden. Somit ist die Variable von Ausdruck (14) nur die Implantiermenge der geladenen Teilchen (Dosierung D_H von Wasserstoffionen in diesem Beispiel). Durch numerisches Lösen von Ausdruck (14) kann die Implantiermenge geladener Teilchen berechnet werden. Die aus Ausdruck (14) erhaltene Implantiermenge D_H der geladenen Teilchen kann eine Breite (Fehler) aufweisen, die eine Schwankung der Werte der Daten beim Fitten der Ausdrücke (8), (10) und (11) widerspiegelt. Das heißt, falls die Implantiermenge D_H der geladenen Teilchen beispielsweise im Bereich von ±50% in Bezug auf den aus Ausdruck (13) oder Ausdruck (14) erhaltenen Wert liegt, kann die Implantiermenge als ein aus Ausdruck (13) oder Ausdruck (14) erhaltener Wert betrachtet werden.
Der Vorrichtung-Herstellungsschritt S1606 dieses Beispiels umfasst einen Teilchen-Implantierschritt S1608, einen Wasserstoff-Implantierschritt S1610 und einen Wärmebehandlungsschritt S1612. Der Vorrichtung-Herstellungsschritt S1606 umfasst einen Schritt des Bildens jedes in 10 bis 12 beschriebenen Aufbaus, wurde in 16 jedoch weggelassen.
Im Teilchen-Implantierschritt S1608 wird der Strahl geladener Teilchen von der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 implantiert, so dass er durch die Hälfte oder mehr der Dicke des Halbleitersubstrats 10 in Tiefenrichtung gehen. In Schritt S1608 können Wasserstoffionen wie z.B. Protonen als der Strahl geladener Teilchen implantiert werden. Infolgedessen wird der in 2 dargestellte zweite Peak 141 ausgebildet. Außerdem wird die in 2 dargestellte Verteilung der Leerstellenkonzentration Nv gebildet. Die Implantiermenge des Strahls geladener Teilchen in Schritt S1608 wird auf die im Implantiermenge-Berechnungsschritt S1604 berechnete Implantiermenge eingestellt. Infolgedessen ist es möglich, Leerstellen zu bilden, die eine Konzentration haben, so dass der flache Abschnitt 150 einen Ziel-Widerstandswert aufweist.
In einem Fall, dass der Strahl geladener Teilchen ein Elektronenstrahl ist, wird der zweite Peak 141 nicht ausgebildet. Auch in diesem Fall werden Leerstellen mit einer Konzentration, die der Implantiermenge des Elektronenstrahls entspricht, gebildet. Daher ist es durch Anpassen der Implantiermenge des Elektronenstrahls möglich, Leerstellen zu bilden, die eine Konzentration haben, so dass der flache Abschnitt 150 einen Ziel-Widerstandswert aufweist.
Im Wasserstoff-Implantierschritt S1610 werden Wasserstoffionen von der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 implantiert. In Schritt S1608 werden Wasserstoffionen in die in 1 und dergleichen beschriebene Tiefenposition Z2 implantiert. Im Wasserstoff-Implantierschritt S1610 können Wasserstoffionen mit einer Konzentration, welche die in Schritt S1608 gebildeten Leerstellen ausreichend besetzen kann, implantiert werden. Der Teilchen-Implantierschritt S1608 und der Wasserstoff-Implantierschritt S1610 werden vor dem Wärmebehandlungsschritt S1612 durchgeführt.
Im Wärmebehandlungsschritt S1612 wird das Halbleitersubstrat 10 einer Wärmebehandlung unterzogen. Die Wärmebehandlungstemperatur des Wärmebehandlungsschritts S1612 kann von 350°C bis 380°C betragen. [0241] Durch solch ein Verfahren kann der Widerstandswert des flachen Abschnitts 150 auf einen Zielwert eingestellt werden, selbst wenn die chemische Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats 10 schwankt.
Vor dem Teilchen-Implantierschritt S1608 kann eine Struktur auf der oberen Oberflächenseite 21 des Halbleitersubstrats 10 in der in 12 illustrierten Struktur ausgebildet werden. Die Struktur der oberen Oberflächenseite 21 kann jeden Grabenabschnitt, den Emitterbereich 12, den Basisbereich 14, den Akkumulationsbereich 16, den dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 und die Emitterelektrode 52 aufweisen. Der Kathodenbereich 82 und der Kollektorbereich 22 können vor dem Teilchen-Implantierschritt S1608 gebildet werden. Im Teilchen-Implantierschritt S1608 können die geladenen Teilchen zur Tiefenposition Z1 näher an der unteren Oberflächenseite 23 als das untere Ende des Gatter-Grabenabschnitts 40 implantiert werden. Infolgedessen ist es möglich, den Einfluss der Beschädigung aufgrund der Implantation des Strahls geladener Teilchen auf den Gatter-Isolierfilm 42 zu unterdrücken.
17 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel eines Berechnungsverfahrens der Implantiermenge des Strahls geladener Teilchen illustriert. Der Strahl geladener Teilchen dieses Beispiels besteht aus Wasserstoffionen. 17 umfasst ein oberes Diagramm, das eine Beziehung zwischen der chemischen Sauerstoffkonzentration und dem Zunahmebetrag der Donatorenkonzentration illustriert, und ein unteres Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Dosierung der Wasserstoffionen und dem Kehrwert der chemischen Sauerstoffkonzentration illustriert. Das obere Diagramm ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Diagramms aus 6.
Im oberen Diagramm wird der Zielwert des Zunahmebetrags der Donatorenkonzentration durch eine Kettenlinie angedeutet. Der Ziel-Zunahmebetrag ist ein Zunahmebetrag zum Einstellen des Widerstandswerts des flachen Abschnitts 150 auf einen Zielwert. Aus dem oberen Diagramm ergibt sich auf den Geraden 602 und 603 die chemische Sauerstoffkonzentration, die dem Ziel-Zunahmebetrag entspricht. Das untere Diagramm trägt die Beziehung zwischen dem Kehrwert der aus dem oberen Diagramm erhaltenen chemischen Sauerstoffkonzentration und der Dosierung von Wasserstoffionen auf den Geraden 602 und 603 auf. Im unteren Diagramm wird die Beziehung zwischen dem Kehrwert der chemischen Sauerstoffkonzentration und der Dosierung der Wasserstoffionen durch eine Kurve angenähert.
Falls die im unteren Diagramm dargestellte Beziehung vorab erfasst wird, kann die Dosierung der zu implantierenden Wasserstoffionen aus der chemischen Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats 10, das zum Herstellen der Halbleitervorrichtung 100 verwendet wird, berechnet werden. Beispielsweise in einem Fall, bei dem die chemische Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats 10 3,7 × 10¹⁷ Atome/cm³ beträgt, beträgt der Kehrwert der chemischen Sauerstoffkonzentration 2,8 × 10¹⁸. Aus der Beziehung im unteren Diagramm kann die Dosierung der Wasserstoffionen, der 2,8 × 10^-18 entspricht als 4,2 × 10¹² Ionen/cm² berechnet werden. Die Beziehung im unteren Diagramm ändert sich gemäß dem Ziel-Zunahmebetrag der Donatorenkonzentration. Falls somit die Beziehung im unteren Diagramm vorab erfasst wird, kann die Dosierung der zu implantierenden Wasserstoffionen aus dem Ziel-Zunahmebetrag der Donatorenkonzentration und der chemischen Sauerstoffkonzentration berechnet werden.
18 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel des Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 illustriert. Das Herstellungsverfahren dieses Beispiels umfasst im Vergleich zu dem in 16 dargestellten Beispiel ferner einen Sauerstoff-Einbringschritt S1802. Die anderen Schritte sind identisch mit denen des Beispiels der 16. Der Sauerstoff-Einbringschritt S1802 wird vor dem Teilchen-Implantierschritt S1608 durchgeführt.
Im Sauerstoff-Einbringschritt S1802 wird Sauerstoff ins Halbleitersubstrat 10 eingebracht. Im Sauerstoff-Einbringschritt S1802 kann Sauerstoff ins Halbleitersubstrat 10 eingebracht werden durch Wärmebehandlung des Halbleitersubstrats 10 in einer Atmosphäre, die Sauerstoff enthält. Im Sauerstoff-Einbringschritt S1802 kann Sauerstoff eingebracht werden, so dass die chemische Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrat 10 in einen vorgegebenen Bereich fällt. Durch Einbringen von Sauerstoff ins Halbleitersubstrat 10 kann die Donatorenkonzentration des flachen Abschnitts 150 einfach angepasst werden. Beispielsweise kann die chemische Sauerstoffkonzentration durch Einbringen von Sauerstoff ins Halbleitersubstrat 10 erhöht werden, selbst in einem Fall, dass die chemische Sauerstoffkonzentration in dem in Schritt S1600 vorbereiteten Halbleitersubstrat 10 niedrig ist und sich die VOH-Defekte nicht ausreichend bilden.
Die im Sauerstoff-Einbringschritt S1892 eingebrachte chemische Sauerstoffkonzentration (als eine Einbringkonzentration bezeichnet) kann größer sein als die chemische Sauerstoffkonzentration (als eine ursprüngliche Konzentration bezeichnet) des Halbleitersubstrats 10 vor dem Sauerstoff-Einbringschritt S1802. Da die Einbringkonzentration durch die oben beschriebenen Bedingungen wie Temperatur und Dauer der Wärmebehandlung und die Sauerstoffkonzentration der Atmosphäre genau geregelt werden kann, kann die Schwankung der chemischen Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats 10 verringert werden, indem das Verhältnis der Einbringkonzentration größer als die ursprüngliche Konzentration gemacht wird. Die Einbringkonzentration kann das 2-fache oder mehr, das 5-fache oder mehr oder das 10-fache oder mehr der ursprünglichen Konzentration betragen.
Im Sauerstoff-Einbringschritt S1802 kann Sauerstoff gemäß der im Konzentration-Messschritt S1802 gemessenen chemischen Sauerstoffkonzentration in das Halbleitersubstrat 10 eingebracht werden. Beispielsweise kann Sauerstoff eingebracht werden, so dass die Summe der im Sauerstoff-Einbringschritt S1802 eingebrachten chemischen Sauerstoffkonzentration und der im Konzentration-Messschritt S1602 gemessenen chemischen Sauerstoffkonzentration zu einem vorgegebenen Zielwert wird. Im Konzentration-Messschritt S1602 wird die chemische Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats 10 nach Durchführen des Sauerstoff-Einbringschritts S1802 gemessen. In diesem Fall kann die Implantiermenge des Strahls geladener Teilchen genauer berechnet werden.
19 ist ein Schaubild, das ein Beispiel des Vorrichtung-Herstellungsschritts S1606 illustriert. Der Vorrichtung-Herstellungsschritt S1606 dieses Beispiels umfasst einen Vorgang S1902 der oberen Oberflächenseite und einen Vorgang S1904 der unteren Oberflächenseite. Der Vorgang S1902 der oberen Oberflächenseite ist ein Schritt des Ausbildens einer Struktur auf der oberen Oberflächenseite 21 des Halbleitersubstrats 10. Die Struktur auf der oberen Oberflächenseite 21 umfasst beispielsweise einen Grabenabschnitt, den Emitterbereich 12, den Basisbereich 14, den Akkumulationsbereich 16, den Senkenbereich 11, die Emitterelektrode 52, den Gatterläufer, den Schutzring 92, die Feldplatte 94, den Kanalstopper 174 und den dielektrischen Zwischenschichtfilm 38. Der Vorgang S1904 der unteren Oberflächenseite ist ein Schritt des Ausbildens einer Struktur auf der unteren Oberflächenseite 23 des Halbleitersubstrats 10. Die Struktur auf der unteren Oberflächenseite 23 umfasst beispielsweise den Kathodenbereich 82, Kollektorbereich 22, den Pufferbereich 20 und die Kollektorelektrode 24.
In diesem Beispiel wird im Vorgang S1902 der oberen Oberflächenseite der Sauerstoff-Einbringschritt S1802 durchgeführt. Der Sauerstoff-Einbringschritt S1802 kann auch als ein Wärmebehandlungsschritt dienen, der durchgeführt wird, um eine Struktur auf der oberen Oberflächenseite 21 zu bilden. Beispielsweise kann der Sauerstoff-Einbringschritt S1802 ein Wärmebehandlungsschritt sein, der durchgeführt wird, nachdem ein Dotierstoff in den Emitterbereich 12, den Basisbereich 14 oder den Akkumulationsbereich 16 implantiert wurde.
In diesem Beispiel werden im Vorgang S1904 der unteren Oberflächenseite ein Teilchen-Implantierschritt S1608, ein Wasserstoff-Implantierschritt S1610 und ein Wärmebehandlungsschritt S1612 durchgeführt. Der Wasserstoff-Implantierschritt S1610 und der Wärmebehandlungsschritt S1612 können Teil des Vorgangs zum Bilden des Pufferbereichs 20 sein. Das heißt, beim Wasserstoff-Implantierschritt S1610 kann ein beliebiger Peak 25 des Pufferbereichs 20 gebildet werden. Der Wärmebehandlungsschritt S1612 kann durchgeführt werden, nachdem Wasserstoffionen an die Positionen der Vielzahl von Peaks 25 im Pufferbereich 20 implantiert werden.
20 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel des Herstellungsschritts S1606 der Vorrichtung illustriert. Der Vorrichtung-Herstellungsschritt S1606 dieses Beispiels unterscheidet sich dadurch vom Beispiel der 19, dass der Sauerstoff-Einbringschritt S1802 im Vorgang S1904 der unteren Oberflächenseite durchgeführt wird. Die anderen Schritte sind identisch mit denen des Beispiels der 19. Der Sauerstoff-Einbringschritt S1802 kann auch als ein Wärmebehandlungsschritt dienen, der durchgeführt wird, um eine Struktur auf der unteren Oberflächenseite 23 zu bilden. Beispielsweise kann der Sauerstoff-Einbringschritt S1802 ein Wärmebehandlungsschritt sein, der durchgeführt wird, nachdem ein Dotierstoff in den Kollektorbereich 22 oder den Kathodenbereich 82 implantiert wurde. Auch in diesem Beispiel wird der Sauerstoff-Einbringschritt S1802 vor dem Wasserstoff-Implantierschritt S1610 durchgeführt. Der Sauerstoff-Einbringschritt S1802 kann vor dem Teilchen-Implantierschritt S1608 durchgeführt werden.
21 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen dem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Tiefenposition Z1, an der der zweite Peak 141 angeordnet ist, illustriert. 21 illustriert die Beziehung zwischen dem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Tiefenposition Z1 für jeden der Fälle, in denen die Dosierung des Wasserstoffions 3 × 10¹⁴ Ionen/cm², 1 × 10¹⁴ Ionen/cm², 3 × 10¹³ Ionen/cm², 1 × 10¹³ lonen/cm², 3 × 10¹² Ionen/cm² oder 1 × 10¹² Ionen/cm² beträgt.
Wie in 8 und 9 dargestellt, ändert sich der Sauerstoffbeitragsanteil ξ in Abhängigkeit der Tiefenposition Z1. Jeder durch ein Quadrat in 8 aufgetragene Punkt wird an einer Tiefenposition von Z1= 100 µm in 21 aufgetragen. Jeder durch ein Quadrat in 9 aufgetragene Punkt wird an einer Tiefenposition von Z1= 50 µm in 21 aufgetragen. Außerdem wird ein Plot an einer Tiefenposition von Z1= 150 µm in 21 eingefügt. Die Plots in 21 werden für die Dosierungen der Wasserstoffionen von 3 × 10¹⁴ Ionen/cm², 1 × 10¹⁴ Ionen/cm² und 1 × 10¹² Ionen/cm² weggelassen. Eine durch lineare Annäherung erhaltene Linie (die horizontale Achse ist linear und die senkrechte Achse ist ein herkömmlicher Logarithmus) dieser Plots für jede Dosierung von Wasserstoffionen durch das Verfahren der kleinsten Quadrate wird in 21 durch eine dicke Linie angedeutet. Der Sauerstoffbeitragsanteil ξ kann exponentiell in Bezug auf die Tiefenposition Z1 abnehmen.
Der Sauerstoffbeitragsanteil ξ kann aus der in 21 dargestellten Beziehung, der Dosierung D_H von Wasserstoffion in Bezug auf die Tiefenposition Z1 und der Tiefenposition Z1 detektiert werden. Die Tiefenposition Z1 kann von einer Peakposition in der Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration der Halbleitervorrichtung 100 gemessen werden. Die Dosierung D_H kann durch Integrieren der chemischen Wasserstoffkonzentration in Tiefenrichtung in Bezug auf einen bergförmigen Peak der chemischen Wasserstoffkonzentration mit einem Scheitelpunkt an der Tiefenrichtung Z1 gemessen werden. Der Integrierbereich kann beispielsweise die volle Breite (FW 10% M) bei 10% des Spitzenwerts der chemischen Wasserstoffkonzentration betragen. Alternativ kann die Dosierung D_H ein Wert sein, der sich durch Multiplizieren des Spitzenwerts der chemischen Wasserstoffkonzentration mit der vollen Halbwertsbreite (FWHM) ergibt.
Beispielsweise wird in 21 ein Fall, bei dem die Tiefenposition Z1 120 µm und die Dosierung D_H 5 × 10¹² Ionen/cm² betragen, durch einen schwarzen Kreis angezeigt. In diesem Fall beträgt der Sauerstoffbeitragsanteil ξ ungefähr ξ = 1,2 × 10^-4. Der Wert ist definiert als ξ1.
22 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Leerstellenkonzentration N_v und der Tiefenposition Z1, an der der zweite Peak 141 angeordnet ist, illustriert. 21 illustriert die Beziehung zwischen dem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Tiefenposition Z1 für jeden der Fälle, in denen die Dosierung des Wasserstoffions 3 × 10¹⁴ Ionen/cm², 1 × 10¹⁴ Ionen/cm², 3 × 10¹³ Ionen/cm², 1 × 10¹³ lonen/cm², 3 × 10¹² Ionen/cm² oder 1 × 10¹² Ionen/cm² beträgt. Wie in 8 und 9 dargestellt, ändert sich die Leerstellenkonzentration N_v auch in Abhängigkeit der Tiefenposition Z1, ähnlich wie der Sauerstoffbeitragsanteil ξ. Das Diagramm der 22 wird auf dieselbe Weise erzeugt wie das Diagramm der 21. Die Leerstellenkonzentration N_v kann in Bezug auf die Tiefenposition Z1 exponentiell abnehmen.
Die Leerstellenkonzentration Nv kann aus der in 22 dargestellten Beziehung, der Dosierung D_H von Wasserstoffion in Bezug auf die Tiefenposition Z1 und der Tiefenposition Z1 detektiert werden. Die Tiefenposition Z1 und die Dosierung D_H können, wie in 21 beschrieben aus der Halbleitervorrichtung 100 gemessen werden.
Beispielsweise wird in 22 ein Fall, bei dem die Tiefenposition Z1 120 µm und die Dosierung D_H 5 × 10¹² Ionen/cm² betragen, durch einen schwarzen Kreis angezeigt. In diesem Fall beträgt die Leerstellenkonzentration Nv ungefähr N_v = 7 × 10¹² Ionen/cm³. Der Wert ist definiert als Nv1.
Aus dem berechneten Sauerstoffbeitragsanteil ξ1 und der Leerstellenkonzentration N_V1 und der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX kann eine Konzentration der VOH-Defekte N_VOH1 (ein erster Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration) unter Verwendung von Ausdruck (2) berechnet werden. Das heißt, der erste Wert N_VOH1 ist die Summe des Werts, der sich durch Multiplizieren der chemischen Sauerstoffkonzentration im flachen Abschnitt 150 mit dem Sauerstoffbeitragsanteil ergibt, und der Leerstellenkonzentration des flachen Abschnitts 150. Die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX kann durch Messen der chemischen Sauerstoffkonzentration in der Halbleitervorrichtung 100 gewonnen werden. Beispielsweise ist im Fall, bei dem die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX 2 × 10¹⁷ Atome/cm³ beträgt, die Konzentration der VOH-Defekte N_VOH1 wie folgt. $N_{VOH} 1 = 7 \times 10^{12} + 1,2 \times 10^{- 4} \times 2 \times 10^{17} = 3,1 \times 10^{13} (Atome / {cm}^{3})$
Andererseits kann die Konzentration der VOH-Defekte N_VOH aus den Eigenschaften der Halbleitervorrichtung 100 gemessen werden. Beispielsweise kann die Konzentration der VOH-Defekte N_VOH aus der Differenz (N_F- N_B0) zwischen der endgültigen Dotierungskonzentration N_F und der Volumendonatorenkonzentration N_B0 berechnet werden. Die endgültige Dotierungskonzentration N_F und die Volumendonatorenkonzentration N_B0 können aus der Halbleitervorrichtung 100 gemessen werden. Die gemessene Konzentration der VOH-Defekte N_VOH wird als N_VOH2 (ein zweiter Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration) definiert. Das heißt, der zweite Wert N_VOH2 ist eine Differenz, die sich durch Subtrahieren der Volumendonatorenkonzentration von der Donatorenkonzentration des flachen Abschnitts 150 ergibt. Beispielsweise in einem Fall, bei dem die endgültige Dotierungskonzentration N_F 7 × 10¹³ (Atome/cm³) beträgt und die Volumendonatorenkonzentration N_B0 2 × 10¹² (Atome/cm³) beträgt, ist die Konzentration der VOH-Defekte N_VOH2 wie folgt. $N_{VOH} 2 = 7 \times 10^{13} - 2 \times 10^{12} = 6,8 \times 10^{13} (Atome / {cm}^{3})$
Wenn der berechnete Wert N_VOH1 ausreichend mit dem tatsächlich gemessenen Wert N_VOH2 übereinstimmt, kann bestimmt werden, dass der berechnete Sauerstoffbeitragsanteil ξ1 und die berechnete Leerstellenkonzentration N_V1 im Wesentlichen richtig sind. Das heißt, falls das Verhältnis N_VOH1/N_VOH2 des ersten Werts N_VOH1 der Wasserstoff-Donatorenkonzentration zum zweiten Wert N_VOH2 der Wasserstoff-Donatorenkonzentration 0,1 ≤ N_VOH1/N_VOH2 ≤ 10 erfüllt, kann davon ausgegangen werden, dass sie ausreichend miteinander übereinstimmen. Im Fall des obigen Beispiels ist N_VOH1/N_VOH2 = 3,1 × 10¹³/6. 8 × 10¹³ ≈ 0.46, und der berechnete Sauerstoffbeitragsanteil ξ1 und die Leerstellenkonzentration N_V1 sind korrekt.
Falls der berechnete Wert N_VOH1 ausreichend mit dem tatsächlich gemessenen Wert N_VOH2 übereinstimmt oder der berechnete Sauerstoffbeitragsanteil ξ1 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, kann bestimmt werden, dass der Sauerstoffbeitragsanteil ξ der Halbleitervorrichtung 100 in dem Bereich liegt. Falls außerdem der berechnete Wert N_VOH1 ausreichend mit dem tatsächlich gemessenen Wert N_VOH2 übereinstimmt oder die berechnete Leerstellenkonzentration N_V1 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs fällt, kann bestimmt werden, dass die Leerstellenkonzentration N_V1 der Halbleitervorrichtung 100 in den Bereich fällt.
Im Fall, dass 0,2 ≤ N_VOH1/N_VOH2 ≤ 5, kann bestimmt werden, dass der berechnete Wert N_VOH1 ausreichend mit dem tatsächlich gemessenen Wert N_VOH2übereinstimmt. Im Fall, dass 0,3 ≤ N_VOH1/N_VOH2 ≤ 3, kann bestimmt werden, dass der berechnete Wert N_VOH1 ausreichend mit dem tatsächlich gemessenen Wert N_VOH2übereinstimmt. Im Fall, dass 0,5 ≤ N_VOH1/N_VOH2 ≤ 2, kann bestimmt werden, dass der berechnete Wert N_VOH1 ausreichend mit dem tatsächlich gemessenen Wert N_VOH2übereinstimmt.
In Ausdruck (1) wurde der Beitrag von Sauerstoff beim Erzeugen von Wasserstoffdonatoren (VOH-Defekten) berücksichtigt. Wie jedoch später beschrieben wird, kann der Beitrag von Kohlenstoff bei der Bildung von Wasserstoffdonatoren nicht ignoriert werden, falls die Tiefenposition Z1 flach ist, falls die Dosierung der Wasserstoffionen hoch ist oder falls die chemische Kohlenstoffkonzentration hoch ist.
Das Verhältnis der chemischen Kohlenstoffkonzentration, die zur Dotierungskonzentration der Wasserstoffdonatoren zur chemischen Kohlenstoffkonzentration beiträgt, wird als Kohlenstoffbeitragsanteil η bezeichnet. Der Kohlenstoffbeitragsanteil η kann als ein Verhältnis angesehen werden einer chemischen Konzentration von Kohlenstoffatomen, die unter chemischen Konzentrationen aller Kohlenstoffatome in einem vorgegebenen Bereich (z.B. einer Tiefenposition von der unteren Oberfläche oder der oberen Oberfläche) zur Bildung eines Wasserstoffdonators beitragen. Der Kohlenstoffbeitragsanteil η kann ein Verhältnis der erhöhten Menge der Konzentration von Wasserstoffdonatoren zur erhöhten Menge der chemischen Kohlenstoffkonzentration in einem Fall sein, wenn die chemische Kohlenstoffkonzentration erhöht wird. Der Kohlenstoffbeitragsanteil kann ein Wert von 0,01% bis 10% sein (das heißt von 0,0001 bis 0,1).
23 illustriert die Verteilung in Tiefenrichtung nach Wärmebehandlung der chemischen Wasserstoffkonzentration C_H, der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX, der chemischen Kohlenstoffkonzentration Cc, der beitragenden Sauerstoffkonzentration N_OX, der beitragenden Kohlenstoffkonzentration N_C und der Konzentration der VOH-Defekte an den Positionen, die in 1 durch die Linie A-A angegeben werden. Der Aufbau und das Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung 100 dieses Beispiels mit Ausnahme der chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C und der beitragenden Kohlenstoffkonzentration N_C sind ähnlich mit denen der in 1 bis 22 beschriebenen Halbleitervorrichtung 100.
Kohlenstoff wird oft während der Herstellung eines Ingots eingebracht und ist oft gleichmäßig innerhalb des Halbleitersubstrats 10 verteilt. Die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C kann durch das Halbleitersubstrat 10 gleichförmig sein. in einem weiteren Beispiel kann die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C von der unteren Oberfläche 23 zur oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 monoton ansteigen oder monoton abfallen. Außerdem kann Kohlenstoff in der Nähe der oberen Oberfläche 21 oder der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 vom Halbleitersubstrat 10 nach außen abgegeben werden. Ähnlich wie die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX kann die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C monoton zur oberen Oberfläche 21 und zur unteren Oberfläche 23 in der Umgebung der oberen Oberfläche 21 und der unteren Oberfläche 23 abnehmen. Abgesehen von der Umgebung der oberen Oberfläche 21 und der unteren Oberfläche 23 kann die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C wie oben beschrieben gleichförmig sein und kann monoton zunehmen oder abnehmen.
Die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C im flachen Abschnitt 150 kann im Bereich von 1 × 10¹³/cm³ bis 1 × 10¹⁶/cm³ liegen. Die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C kann 1 × 10¹⁴ Atome/cm³ oder mehr betragen. Die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C kann 5 × 10¹⁵ Atome/cm³ oder weniger oder 2 × 10¹⁵ Atome/cm³ oder weniger betragen. Die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C kann kleiner sein als die chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX. Die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C kann das 1/100 oder weniger oder das 1/1000 oder weniger der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX betragen. In einem Fall, dass die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C des Halbleitersubstrats 10 in der vorliegenden Beschreibung definiert wird, erfüllt alles zwischen dem zweiten Peak 141 und dem ersten Peak 133 die Definition der chemischen Kohlenstoffkonzentration, sofern nicht anders angegeben. Alles zwischen dem zweiten Peak 141 und der unteren Oberfläche 23 kann die Definition der chemischen Kohlenstoffkonzentration erfüllen und das gesamte Halbleitersubstrat 10 kann die Definition der chemischen Kohlenstoffkonzentration erfüllen.
Die beitragende Kohlenstoffkonzentration N_C bezieht sich auf die Konzentration von Kohlenstoff, der zur Bildung von VOH-Defekten beiträgt. Es wurde experimentell bestätigt, dass sich die Konzentration der VOH-Defekte auch ändern kann, falls sich die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C ändert. In der vorliegenden Beschreibung wird das Verhältnis zwischen der beitragenden Kohlenstoffkonzentration N_C und der chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C als ein Kohlenstoffbeitragsanteil η definiert. Das heißt, η = Nc/Cc. Der Kohlenstoffbeitragsanteil η liegt im Bereich von 0 bis 1. Die Einheit des Kohlenstoffbeitragsanteils η ist eine dimensionslose Größe.
Die Verteilung der beitragenden Kohlenstoffkonzentration N_C kann ähnlich wie die Verteilung der chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C sein. Beispielsweise kann die beitragende Kohlenstoffkonzentration N_C in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10 gleichförmig sein und kann monoton ansteigen oder abfallen. Die beitragende Kohlenstoffkonzentration N_C kann eine Konzentrationsverteilung mit einem Peak an einer vorgegebenen Tiefenposition haben.
Im Folgenden wird der Bereich und dergleichen des Kohlenstoffbeitragsanteils η im Halbleitersubstrat 10 beschrieben. Die Konzentration der VOH-Defekte N_VOH wird in einem Fall, wenn der Kohlenstoffbeitragsanteil η berücksichtigt wird, durch Ausdruck (2a) definiert. $N_{VOH} = N_{V} + ξ C_{OX} + η C_{C}$
Die Konzentration der VOH-Defekte N_VOH in Ausdruck (2a) ergibt sich durch Addieren des Produkts der chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C und des Kohlenstoffbeitragsanteils η mit der in Ausdruck (2) beschriebenen Konzentration der VOH-Defekte N_VOH. Das heißt, die durch die Anwesenheit von Kohlenstoff erhöhte Wasserstoff-Donatorenkonzentration wird zur Konzentration der VOH-Defekte N_VOH in Ausdruck (2) addiert. Der durch den Beitrag von Kohlenstoff gebildete Wasserstoffdonator ist übrigens nicht auf den VOH-Defekt beschränkt, aber in Ausdruck (2a) ist die durch die Anwesenheit von Kohlenstoff erhöhte Wasserstoff-Donatorenkonzentration in der Konzentration der VOH-Defekte N_VOH enthalten.
24 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen dem Zunahmebetrag der Donatorenkonzentration und der chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C illustriert. Das Verfahren zum Messen des Zunahmebetrags der Donatorenkonzentration in diesem Beispiel ist ähnlich wie im Beispiel der 6. Außerdem ist die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C des Halbleitersubstrats 10 dieses Beispiels in Tiefenrichtung gleichförmig verteilt.
Die Tiefenposition Z1 in 24 beträgt 50 µm. In diesem Beispiel wird die Dosierung von Wasserstoffionen an die Tiefenposition Z1 für drei Arten von 3 × 10¹² Ionen/cm², 1 × 10¹³ Ionen/cm² und 3 × 10¹³ Ionen/cm² gezeigt. In 6 werden ein Beispiel, bei dem die Dosierung der Wasserstoffionen 3 × 10¹³ Ionen/cm² beträgt durch eine Gerade 621 angenähert, ein Beispiel, bei dem die Do der Wasserstoffionen 1 × 10¹³ Ionen/cm² beträgt, durch eine Gerade 622 angenähert und ein Beispiel, bei dem die Dosierung der Wasserstoffionen 3 × 10¹² Ionen/cm² beträgt, durch eine Gerade 623 angenähert. Die Größe jedes Plots gibt die Größe der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX an. Wie in 24 dargestellt, nimmt der Zunahmebetrag der Donatorenkonzentration im Wesentlichen (fast) proportional zur chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C linear zu.
Im Beispiel der 24, wird ein ungefährer Ausdruck berechnet, in welchem die Beziehung zwischen der chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C und dem Zunahmebetrag der Donatorenkonzentration durch eine Gerade angenähert wird. In 24 werden ein Beispiel, bei dem die Dosierung der Wasserstoffionen 3 × 10¹³ Ionen/cm² beträgt durch eine Gerade 611 angenähert, ein Beispiel, bei dem die Do der Wasserstoffionen 1 × 10¹³ Ionen/cm² beträgt, durch eine Gerade 612 angenähert und ein Beispiel, bei dem die Dosierung der Wasserstoffionen 3 × 10¹² Ionen/cm² beträgt, durch eine Gerade 613 angenähert.
Jede Gerade wird durch Ausdruck (8a) beschrieben. $N_{VOH} = a \times C_{C} + b$
Zu diesem Zeitpunkt sind die durch Fitten nach der Methode der kleinsten Quadrate berechnete Steigung a und der Achsenabschnitt b jeder Geraden wie folgt. $Gerade 611 : a = 5,00851 \times 10^{- 2}, b = 6,46656 \times 10^{13}$
$Gerade 612 : a = 2,35891 \times 10^{- 2}, b = 4,14509 \times 10^{13}$
$Gerade 613 : a = 7,13212 \times 10^{- 3}, b = 2,26076 \times 10^{13}$
Wie in 24 dargestellt, gibt es beim Bilden von VOH-Defekten nicht notwendiger Weise eine starke Korrelation zwischen der chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C und der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX. Beim Vergleichen des Halbleitersubstrats 10 mit derselben chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C mit derselben Größenordnung wie in einem Fall, in dem die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C 6 × 10¹⁴ Atome/cm³ beträgt und einem Fall, in dem die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C 8 × 10¹⁴ Atome/cm³ beträgt, beträgt die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX (die Größe des Plots) beispielsweise jeweils 9 × 10¹⁵ Atome/cm³ und 2,4 × 10¹⁷ Atome/cm³, und ein Unterschied beträgt das 10-fache oder mehr. Andererseits ist die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C im Halbleitersubstrat 10 mit einer chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C von 2,5 × 10¹⁵ Atome/cm³ ungefähr drei mal höher als im obigen Beispiel. Allerdings beträgt die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX des Halbleitersubstrats 10 4 × 10¹⁷ Atoms/cm³ und der Unterschied in chemischer Sauerstoffkonzentration C_OX ist nicht so groß.
25 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen dem Zuwachsbetrags einer Donatorenkonzentration und der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX illustriert. In diesem Beispiel wird jeder in 24 dargestellter Plot in eine Gruppe mit kleiner chemischer Kohlenstoffkonzentration C_C (1 × 10¹⁵ Atome/cm³ oder weniger) und eine Gruppe mit großer chemischer Kohlenstoffkonzentration C_C (2 × 10¹⁵ Atome/cm³ oder mehr) eingeteilt, und die Beziehung zwischen dem Zunahmebetrag der Donatorenkonzentration und der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX wird durch eine Gerade angenähert.
In 5, bei einem Plot, bei dem die Dosierung von Wasserstoffionen 3 × 10¹³ Ionen/cm² beträgt, wird die Gruppe mit großer chemischer Kohlenstoffkonzentration C_C durch eine Gerade 631 angezeigt, und die Gruppe mit kleiner chemischer Kohlenstoffkonzentration C_C wird durch eine Gerade 641 angezeigt. In einem Plot, bei dem die Dosierung von Wasserstoffionen 1 × 10¹³ Ionen/cm² beträgt, wird die Gruppe mit großer chemischer Kohlenstoffkonzentration C_C durch eine Gerade 632 angezeigt, und die Gruppe mit kleiner chemischer Kohlenstoffkonzentration C_C wird durch eine Gerade 642 angezeigt. In einem Plot, bei dem die Dosierung von Wasserstoffionen 3 × 10¹² Ionen/cm² beträgt, wird die Gruppe mit großer chemischer Kohlenstoffkonzentration C_C durch eine Gerade 633 angezeigt, und die Gruppe mit kleiner chemischer Kohlenstoffkonzentration C_C wird durch eine Gerade 643 angezeigt.
In einem Fall, dass jede Gerade durch Ausdruck (8) beschrieben wird, sind die Steigung a und der Achsenabschnitt b jeder Geraden wie folgt. $Gerade 631 : a = 3,64419 \times 10^{- 4}, b = 4,15739 \times 10^{13}$
$Gerade 641 : a = 2,80673 \times 10^{- 4}, b = 4,15739 \times 10^{13}$
$Gerade 632 : a = 2,04534 \times 10^{- 4}, b = 2,21483 \times 10^{13}$
$Gerade 642 : a = 1,67965 \times 10^{- 4}, b = 2,21483 \times 10^{13}$
$Gerade 633 : a = 8,60908 \times 10^{- 5}, b = 8,32518 \times 10^{13}$
$Gerade 643 : a = 8,05915 \times 10^{- 5}, b = 8,32518 \times 10^{13}$
In einem Fall, bei dem die Dosierung von Wasserstoffionen gleich ist, hat die Leerstellenkonzentration N_V als der Achsenabschnitt im Wesentlichen (fast) denselben Wert. Wie im Fall von Sauerstoff ist es naheliegend zu berücksichtigen, dass die Leerstellenkonzentration N_V auf einen konstanten Wert zuläuft, falls die chemische Kohlenstoffkonzentration auf 0 zugeht.
Die Steigung der Geraden der Gruppe mit großer chemischer Kohlenstoffkonzentration C_C ist größer als die Steigung der Geraden der Gruppe mit kleiner chemischer Kohlenstoffkonzentration Cc. Das heißt, mit zunehmender chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C nimmt der Zunahmebetrag der Donatorenkonzentration zu. Ferner nimmt der Zunahmebetrag der Donatorenkonzentration mit zunehmender Dosierung der Wasserstoffionenen zu. Das heißt, das Verhältnis (die Steigung der Geraden) des Zunahmebetrags der Konzentration der VOH-Defekte N_VOH zum Zunahmebetrag der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX ist groß.
Die Steigung a jeder Geraden ist der Sauerstoffbeitragsanteil ξ. Es wird angenommen, dass der Sauerstoffbeitragsanteil ξ ein α-faches wird, wenn die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C zunimmt. Man beachte, dass α ≥ 1. Die Konzentration der VOH-Defekte N_VOH wird durch Ausdruck (2b) beschrieben. $N_{VOH} = N_{V} + αξ C_{OX}$
Ausdruck (15) ergibt sich durch Vergleichen von Ausdruck (2a) mit Ausdruck (2b). $ξ C_{OX} + η C_{C} = αξ C_{OX}$
$η = (α - 1) (C_{OX} / C_{C}) ξ$
Wie in Ausdruck (15) gezeigt, wird der Kohlenstoffbeitragsanteil η durch das Produkt der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX/C_C pro Einheit chemischer Kohlenstoffkonzentration und (α - 1)ξ ausgedrückt, wobei es sich um einen Zuwachs von ξ handelt. Das heißt, der Kohlenstoffbeitragsanteil η hängt von der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX und vom Sauerstoffbeitragsanteil ξ ab.
Wie in 25 dargestellt, falls die Dosierung von Wasserstoffionen dieselbe ist und die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C zunimmt, nimmt das Verhältnis (die Steigung ξ der Geraden) des Zunahmebetrags der Konzentration der VOH-Defekte N_VOH zum Zunahmebetrag der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX um das α-fache zu und die beitragende Kohlenstoffkonzentration N_C = nC_C nimmt zu. Das heißt, die beitragende Kohlenstoffkonzentration N_C nimmt nicht nur um den Zuwachs der chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C sondern auch um die Wirkung der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX zu, und die Konzentration der VOH-Defekte N_VOH nimmt um die erhöhte beitragende Kohlenstoffkonzentration N_C zu. Dies legt nahe, dass der durch den Beitrag von Kohlenstoff erhöhte Donator ein vom VOH-Defekt getrennter Donator sein kann. In der vorliegenden Beschreibung kann der durch den Beitrag von Kohlenstoff erhöhte Donator als ein VOH-C-Defekt bezeichnet werden.
26 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Dosierung der Wasserstoffionen zur Tiefenposition Z1 und dem Kohlenstoffbeitragsanteil η illustriert. In 26 werden drei Arten von Eigenschaften des Halbleitersubstrats 10, wobei die Tiefenposition Z1 50 µm, 100 µm und 150 µm beträgt, dargestellt. In diesem Beispiel wird der Kohlenstoffbeitragsanteil η ähnlich wie der Sauerstoffbeitragsanteil ξ in 8 durch eine Potenzfunktion in Bezug auf die Dosierung D_H der Wasserstoffionen zur Tiefenposition Z1angenähert.
In 26 wird die Beziehung zwischen der Dosierung der Wasserstoffionen und dem Kohlenstoffbeitragsanteil η im Fall von Z1= 50 µm durch eine Kurve 811 angenähert, die Beziehung zwischen der Dosierung der Wasserstoffionen und dem Kohlenstoffbeitragsanteil η im Fall von Z1= 100 µm wird durch eine Kurve 812 angenähert und die Beziehung zwischen der Dosierung der Wasserstoffionen und dem Kohlenstoffbeitragsanteil η im Fall von Z1= 150 µm wird durch eine Kurve 813 angenähert. Jede Kurve 801 wird durch Ausdruck (15) beschrieben. Hier sind die Koeffizienten g und h jeder Kurve wie folgt. $η = g \times {(D_{H})}^{h}$
$Kurve 811 : g = 2,57839 \times 10^{- 13}, h = 7,95528 \times 10^{- 1}$
$Kurve 812 : g = 1,35314 \times 10^{- 21}, h = 1,38598$
$Kurve 813 : g = 3,49381 \times 10^{- 31}, h = 2,07102$
27 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen dem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Dosierung D_H der Wasserstoffionen in der Gruppe mit kleiner chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C illustriert. Die Gruppe mit kleiner chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C ist eine Gruppe mit einer chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C von 1 × 10¹⁵ Atome/cm³ oder weniger, wie in 25 beschrieben. Da der Sauerstoffbeitragsanteil ξ ein Wert in einem Fall ist, wo es keinen Einfluss der chemischen Kohlenstoffkonzentration gibt, wird der Wert der Gruppe mit kleiner chemischer Kohlenstoffkonzentration C_C verwendet. In 27 werden drei Arten von Eigenschaften des Halbleitersubstrats 10 mit den Tiefenpositionen Z1 von 50 µm, 100 µm und 150 µm jeweils durch eine Kurve 821, eine Kurve 822 und eine Kurve 823 dargestellt. Jede Kurve ist eine Kurve, die sich durch Annähern jedes Plots durch eine Potenzfunktion ähnlich wie im Beispiel der 8 ergibt.
28 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Leerstellenkonzentration N_V und der Dosierung DH der Wasserstoffionen in der Gruppe mit kleiner chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C illustriert. Da die Leerstellenkonzentration N_V auch ein Wert in einem Fall ist, wo es keinen Einfluss der chemischen Kohlenstoffkonzentration gibt, wird ein Wert der Gruppe mit kleiner chemischer Kohlenstoffkonzentration C_C verwendet. In 28 werden drei Arten von Eigenschaften des Halbleitersubstrats 10 mit den Tiefenpositionen Z1 von 50 µm, 100 µm und 150 µm jeweils durch eine Kurve 831, eine Kurve 832 und eine Kurve 833 dargestellt. Jede Kurve ist eine Kurve, die sich durch Annähern jedes Plots durch eine Potenzfunktion ähnlich wie im Beispiel der 8 ergibt.
Jede in 26 bis 28 beschriebene Kurve wird durch eine Potenzfunktion ausgedrückt. Somit wird Ausdruck (2a) zu Ausdruck (13a). $N_{VOH} = c \times {(D_{H})}^{d} + e \times {(D_{H})}^{f} \times C_{OX} + g \times {(D_{H})}^{h} \times C_{C}$
Außerdem werden Ausdrücke (1) bis (13a) durch Ausdruck (14) repräsentiert. $N_{F} - N_{B 0} = c \times {(D_{H})}^{d} + e \times {(D_{H})}^{f} \times C_{OX} + g \times {(D_{H})}^{h} \times C_{C}$
Die endgültige Dotierungskonzentration N_F ist ein eingestellter Wert und die Volumendonatorenkonzentration N_B0 ist aus dem Messwert oder Bestimmungswert des Halbleiterwafers bekannt. Die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX und die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C ergeben sich durch Messen jeder Konzentration im Halbleitersubstrat 10 durch ein SIMS-Verfahren oder dergleichen. Die Parameter c, d, e, f, g und h können vorab experimentell bestimmt werden. Daher sind die Variablen von Ausdruck (14a) nur die Implantiermenge der geladenen Teilchen (die Dosierung D_H von Wasserstoffionen in diesem Beispiel) und die rechte Seite von Ausdruck (14a) ist eine Konstante, die sich in Bezug auf die Implantiermenge nicht ändert.
Durch numerisches Lösen von Ausdruck (14a) kann die Dosierung der ins Halbleitersubstrat 10 zu implantierenden geladenen Teilchen in Bezug auf auf den Stellwert der endgültigen Dotierungskonzentration N_F berechnet werden. Die aus Ausdruck (14a) erhaltene Implantiermenge D_H der geladenen Teilchen kann eine Breite (Fehler) aufweisen, die eine Schwankung der Werte der Daten beim Fitten in 26 bis 28 widerspiegelt. Das heißt, falls die Implantiermenge D_H der geladenen Teilchen beispielsweise in einem Bereich von ±50% in Bezug auf den aus Ausdruck (13a) oder Ausdruck (14a) erhaltenen Wert liegt, kann sie als ein aus Ausdruck (13a) oder Ausdruck (14a) erhaltener Wert betrachtet werden.
29 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 illustriert. Das Herstellungsverfahren dieses Beispiels unterscheidet sich von dem in 18 beschriebenen Beispiel durch die Vorgänge im Konzentration-Messschritt S1602 und im Implantiermenge-Berechnungsschritt S1604. Die Vorgänge mit Ausnahme des Konzentration-Messschritts S1602 und des Implantiermenge-Berechnungsschritts S1604 sind ähnlich wie im Beispiel der 18.
Der Konzentration-Messschritt S1602 dieses Beispiels unterscheidet sich dadurch vom Konzentration-Messschritt S1602 in 18, dass zusätzlich zur chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX ferner die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C des Halbleitersubstrats 10 gemessen wird. Die anderen Punkte sind ähnlich zum Beispiel, das in Verbindung mit 18 beschrieben wurde. Im Konzentration-Messschritt S1602 kann jede Konzentration durch ein FTIR-Verfahren (Infrarot-Absorptions-Spektroskopie) gemessen werden.
Im Implantiermenge-Berechnungsschritt S1604 wird die Implantiermenge des an die Tiefenposition Z1 zu implantierendem Strahls geladener Teilchen auf Grundlage der in Schritt S1602 gemessenen chemischen Sauerstoffkonzentration und chemischen Kohlenstoffkonzentration berechnet. Wie oben beschrieben kann die Konzentration der auszubildenden VOH-Defekte durch die Implantiermenge des Strahls geladener Teilchen geregelt werden. Im Implantiermenge-Berechnungsschritt S1604 kann die Implantiermenge auf Grundlage von Ausdruck (13a) oder Ausdruck (14a) berechnet werden. Im Schritt S1604 kann die Implantiermenge des Strahls geladener Teilchen so berechnet werden, dass der in 4 beschriebene Substrat-Widerstandswert des flachen Abschnitts 150 und dergleichen zum Stellwert der endgültigen Dotierungskonzentration N_F wird.
Durch solch ein Verfahren kann der Widerstandswert des flachen Abschnitts 150 auf einen Zielwert eingestellt werden, selbst wenn die Volumendonatorenkonzentration des Halbleitersubstrats 10 schwankt. An einer vorgegebenen Tiefenposition des Halbleitersubstrats 10 beträgt die Konzentration der zu erzeugenden Wasserstoffdonatoren N_VOH1 und die Konzentration der tatsächlich erzeugten Wasserstoffdonatoren beträgt N_VOH2. Die Tiefenposition kann im flachen Abschnitt 150 liegen. Die Tiefenposition kann die Mitte in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10 sein.
Die Konzentration von zu erzeugenden Wasserstoffdonatoren N_VOH1 wird durch Ausdruck (2a) bis Ausdruck (16) dargestellt. N_VOH1 ausgedrückt durch Ausdruck (16) ist ein Beispiel eines dritten Werts. $N_{VOH 1} = N_{V} + ξ C_{OX} + η C_{C}$
Wie oben beschrieben können die Leerstellenkonzentration N_v, die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX, die chemische Kohlenstoffkonzentration Cc, der Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Kohlenstoffbeitragsanteil η durch Messen des Halbleitersubstrats 10 erfasst werden. Außerdem kann die tatsächlich erzeugte Wasserstoff-Donatorenkonzentration N_VOH2 aus einer Differenz zwischen der Donatorenkonzentration N_B0 des Halbleitersubstrats 10 vor der Behandlung durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren und der Donatorenkonzentration N_F des Halbleitersubstrats 10 nach der Behandlung erfasst werden. Der Unterschied der Donatorenkonzentration kann im flachen Abschnitt 150 gemessen werden. Die Donatorenkonzentration N_B0 des Halbleitersubstrats 10 erhält man durch Messung von SIMS oder SR. Gemäß SIMS kann die Donatorenkonzentration N_B0 des Halbleitersubstrats 10 auch aus dem Halbleitersubstrat 10 nach der Behandlung gewonnen werden.
30 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel der Beziehung zwischen der Leerstellenkonzentration Nv und der Tiefenposition Z1 illustriert. 30 illustriert die Beziehung zwischen dem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Tiefenposition Z1 für jeden der Fälle, in denen die Dosierung des Wasserstoffions 3 × 10¹⁴ Ionen/cm², 1 × 10¹⁴ Ionen/cm², 3 × 10¹³ Ionen/cm², 1 × 10¹³ Ionen/cm², 3 × 10¹² lonen/cm² oder 1 × 10¹² Ionen/cm² beträgt. Die Beziehung in diesem Beispiel ist im Wesentlichen (fast) dieselbe wie die in 22 dargestellte Beziehung. Als ein Beispiel wird in 30 ein Fall, bei dem die Tiefenposition Z1 120 µm und die Dosierung D_H 5 × 10¹² Ionen/cm² betragen, durch ein schwarzes Quadrat dargestellt. In diesem Fall beträgt die Leerstellenkonzentration Nv ungefähr Nv = 6 × 10¹² Ionen/cm³. Der Wert ist definiert als Nv2. Als weiteres Beispiel wird in 30 ein Fall, bei dem die Tiefenposition Z1 23 µm und die Dosierung D_H 3 × 10¹² Ionen/cm² betragen, durch eine schwarze Raute dargestellt. In diesem Fall beträgt die Leerstellenkonzentration Nv ungefähr Nv = 1,3 × 10¹³ Ionen/cm³. Der Wert ist definiert als Nv2.
31 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel der Beziehung zwischen dem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Tiefenposition Z1 illustriert. 31 illustriert die Beziehung zwischen dem Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Tiefenposition Z1 für jeden der Fälle, in denen die Dosierung des Wasserstoffions 3 × 10¹⁴ Ionen/cm², 1 × 10¹⁴ Ionen/cm², 3 × 10¹³ Ionen/cm², 1 × 10¹³ Ionen/cm², 3 × 10¹² Ionen/cm² oder 1 × 10¹² Ionen/cm² beträgt. In diesem Beispiel ist die Abhängigkeit des Sauerstoffbeitragsanteils ξ in Bezug auf die Tiefenposition Z1 in diesem Beispiel, bei dem die Dosierung der Wasserstoffionen hoch ist, kleiner als in dem in 21 dargestellten Beispiel. Das heißt, die Steigung der in 31 dargestellten Geraden ist klein. Als ein Beispiel wird in 31 ein Fall, bei dem die Tiefenposition Z1 120 µm und die Dosierung D_H 5 × 10¹² Ionen/cm² betragen, durch ein schwarzes Quadrat dargestellt. In diesem Fall beträgt der Sauerstoffbeitragsanteil ξ ungefähr ξ = 1,1 × 10^-4. Der Wert ist definiert als ξ2. Als weiteres Beispiel wird in 31 ein Fall, bei dem die Tiefenposition Z1 23 µm und die Dosierung D_H 3 × 10¹² Ionen/cm² betragen, durch eine schwarze Raute dargestellt. In diesem Fall beträgt der Sauerstoffbeitragsanteil ξ ungefähr ξ = 1,0 × 10^-4. Der Wert ist definiert als ξ3.
32 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen dem Kohlenstoffbeitragsanteil η und der Tiefenposition Z1 illustriert. Ähnlich wie der Sauerstoffbeitragsanteil ξ nimmt der Kohlenstoffbeitragsanteil η exponentiell mit zunehmender Tiefenposition Z1 ab. Die Abhängigkeit des Kohlenstoffbeitragsanteil η von der Tiefenposition Z1 ist stark. Außerdem nimmt der Kohlenstoffbeitragsanteil η zu, falls die Dosierung der Wasserstoffionen hoch ist. Als ein Beispiel wird in 32 ein Fall, bei dem die Tiefenposition Z1 120 µm und die Dosierung D_H 5 × 10¹² Ionen/cm² betragen, durch ein schwarzes Quadrat dargestellt. In diesem Fall beträgt der Kohlenstoffbeitragsanteil η ungefähr η = 2,1 × 10^-4. Der Wert ist definiert als η2. Als weiteres Beispiel wird in 32 ein Fall, bei dem die Tiefenposition Z1 23 µm und die Dosierung D_H 3 × 10¹² Ionen/cm² betragen, durch eine schwarze Raute dargestellt. In diesem Fall beträgt der Kohlenstoffbeitragsanteil η ungefähr η = 3,0 × 10^-3. Der Wert ist definiert als n3.
Wie in 30 und 32 dargestellt, ist die Abhängigkeit des Kohlenstoffbeitragsanteils η von der Tiefenposition Z1 so stark wie die Abhängigkeit der Leerstellenkonzentration N_v von der Tiefenposition Z1. Somit wird festgestellt, dass Kohlenstoff eine große Wechselwirkung mit Leerstellen hat. Wie unter Bezugnahme auf Ausdruck (15), 25 und dergleichen beschrieben, wird angenommen, dass der Donator mindestens aus Leerstellen (V), Sauerstoff (0), Wasserstoff (H) und Kohlenstoff (C) besteht, auf Grundlage der Vermutung, dass die Steigung der Konzentration der VOH-Defekte N_VOH zur chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX -Eigenschaft aufgrund eines anderen Donators als der VOH-Defekt zunimmt. Wie oben beschrieben wird der Donator als ein VOH-C-Defekt bezeichnet. Die VOH-C-Defekte sind ein Beispiel für Wasserstoffdonatoren.
Wie in 32 dargestellt, ist der Kohlenstoffbeitragsanteil η in einem Fall, bei dem die Tiefenposition Z1 flach ist und die Dosierung der geladenen Teilchen (Wasserstoffionen) hoch ist, groß. Daher kann die Dosierung der geladenen Teilchen in einem Fall, wenn die Tiefenposition Z1 flacher als ein vorgegebener Wert (z.B. 100 µm) ist, auf Grundlage der chemischen Kohlenstoffkonzentration Cc, wie in 29 beschrieben, eingestellt werden. Der bevorzugte Wert 70 µm oder 50 µm betragen. Falls die Tiefenposition Z1 flacher als ein vorab eingestellter vorgegebener Wert ist und die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C einen vorgegebenen Wert (z.B. 1 × 10¹³ Atome/cm³) oder mehr beträgt, kann die Dosierung der geladenen Teilchen auf Grundlage der chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C eingestellt werden. Der vorgegebene Wert kann 5 × 10¹³ Atome/cm³ oder 1 × 10¹⁴ Atoms/cm³ betragen.
(Beispiel 1)
Ein Beispiel, bei dem die Tiefenposition Z1 120 µm und die Dosierung der Wasserstoffionen D_H 5 × 10¹² Ionen/cm² betragen, wird betrachtet. Außerdem betragen die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX 4,0 × 10¹⁷ Atome/cm³, die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C 2,0 × 10¹⁵ Atome/cm³, die endgültige Dotierungskonzentration NF 7 × 10¹³/cm³ und die Volumendonatorenkonzentration N_B02 × 10¹²/cm³.
Wie oben beschrieben beträgt die Leerstellenkonzentration Nv ungefähr 6 × 10¹²/cm³, der Sauerstoffbeitragsanteil ξ beträgt ungefähr 1,1 × 10^-4 und der Kohlenstoffbeitragsanteil beträgt ungefähr 2,1 × 10^-4 aus der Beziehung zwischen dem schwarzen Quadrat und der schwarzen Raute jeweils in 30, 31 und 32 und die in jeder Zeichnung dargestellten Beziehung. Die in 30, 31 und 32 dargestellten Beziehungen können vorab experimentell durch Messen der Vielzahl von Halbleitersubstraten 10 erfasst werden.
Aus Ausdruck (16) kann N_VOH1 wie im folgenden Ausdruck berechnet werden. $\begin{array}{l} N_{VOH 1} = 6,0 \times 10^{12} + 1,1 \times 10^{- 4} \times 4,0 \times 10^{17} 2,1 \times 10^{- 4} \times 2,0 \times 10^{15} = 5,04 \times \\ 10^{13} / {cm}^{3} \end{array}$
Außerdem kann N_VOH2 wie im folgenden Ausdruck berechnet werden. $N_{VOH 2} = N_{F} - N_{B 0} = 7 \times 10^{13} - 2 \times 10^{12} = 6,8 \times 10^{13} / {cm}^{3}$
Somit kann N_VOH1/N_VOH2 wie im folgenden Ausdruck berechnet werden. $N_{VOH 1} / N_{VOH 2} = 5,04 \times 10^{13} / 6. 8 \times 10^{13} = 0,74$
Da es in einen oben beschriebenen Bereich von 0,1 ≤ N_VOH1/N_VOH2 ≤ 10 fällt, kann bestimmt werden, dass N_VOH1 und N_VOH2 in Beispiel 1 ausreichend übereinstimmen.
(Beispiel 2)
Ein Beispiel, bei dem die Tiefenposition Z1 23 µm und die Dosierung der Wasserstoffionen D_H 3 × 10¹² Ionen/cm² betragen, wird betrachtet. Außerdem betragen die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX 1,5 × 10¹⁷ Atome/cm³, die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C 5,1 × 10¹⁴ Atome/cm³, die endgültige Dotierungskonzentration N_F 1,4 × 10¹⁴/cm³ und die Volumendonatorenkonzentration N_B0 7,4 × 10¹³/cm³.
Aus den in 30, 31 und 32 dargestellten Beziehungen ergibt sich die Leerstellenkonzentration Nv von ungefähr 1,3 × 10¹³/cm³, der Sauerstoffbeitragsanteil ξ von ungefähr 1,0 × 10^-4 und der Kohlenstoffbeitragsanteil von ungefähr 3,0 × 10^-3. Aus Ausdruck (16) folgt N_VOH1 ist 3,0 × 10¹³/cm³. N_VOH2 ist 6,6 × 10¹³/cm³.
Somit kann N_VOH1/N_VOH2 wie im folgenden Ausdruck berechnet werden. $N_{VOH 1} / N_{VOH 2} = 3,0 \times 10^{13} / 6. 6 \times 10^{13} = 0,45$
Da es in einen oben beschriebenen Bereich von 0,1 ≤ N_VOH1/N_VOH2 ≤ 10 fällt, kann bestimmt werden, dass N_VOH1 und N_VOH2 in Beispiel 2 ausreichend übereinstimmen.
In einem Fall, bei dem N_VOH1/N_VOH2 in den Bereich fällt, kann bestimmt werden, dass die Dosierung der geladenen Teilchen auf Grundlage der Messergebnisse der chemischen Sauerstoffkonzentration C_OX und der chemischen Kohlenstoffkonzentration C_C eingestellt wurde, wie in dem in 29 beschriebenen Herstellungsverfahren. Außerdem kann N_VOH1/N_VOH2 0,2 oder mehr, 0,3 oder mehr oder 0,5 oder mehr betragen. N_VOH1/N_VOH2 kann 5 oder weniger, 3 oder weniger oder 2 oder weniger betragen.
Die Dosierung der geladenen Teilchen kann unter Berücksichtigung des Kohlenstoffbeitragsanteils η ähnlich berechnet werden, wie in einem Fall, dass die geladenen Teilchen nicht Wasserstoffionen sind. Falls beispielsweise die geladenen Teilchen Heliumionen sind, werden die Parameter c bis h in Ausdruck (13b) vorab in Bezug auf die Tiefenposition Z1, an die Heliumionen implantiert werden, erfasst. D_He ist die Dosierung von Heliumionen (Ionen/cm²) in Bezug auf die Tiefenposition Z1. $N_{VOH} = c \times {(D_{He})}^{d} + e \times {(D_{He})}^{f} \times C_{OX} + g \times {(D_{He})}^{h} \times C_{C}$
Die Parameter können für eine Vielzahl von Arten der Tiefenpositionen Z1 erfasst werden.
Außerdem werden die chemische Sauerstoffkonzentration C_OX und die chemische Kohlenstoffkonzentration C_C des Halbleitersubstrats 10 vor Beginn des Herstellungsvorgangs gemessen und erfasst. Dann wird die Dosierung der Heliumionen D_He, die dem Stellwert der zu erzeugenden N_VOH entspricht, anhand von Ausdruck (13b) berechnet.
33A, 33B und 33C sind Diagramme, welche die Abhängigkeit der Dosierung der Heliumionen von der Leerstellenkonzentration, dem Sauerstoffbeitragsanteil und dem Kohlenstoffbeitragsanteil in Bezug auf die elektrischen Zieleigenschaften illustrieren. 33B und 33C illustrieren drei Beispiele, bei denen die Tiefenposition Z1, an die Heliumionen implantiert werden Z1= a, Z1= b und Z1= c beträgt. Ausdrücke (13), (13a) und (13b) können auch auf andere Zieleigenschaften als die zu erzeugende N_VOH angewendet werden. Die Zieleigenschaften sind beispielsweise eine Durchbruchspannung (V_B) der Halbleitervorrichtung 100, eine EIN-Spannung (V_CE) des IGBT, eine Schaltzeit (t_off), ein Vorwärtsspannungsabfall (V_F) der Diode, eine Sperrverzögerungszeit (t_rr) usw.
Um die Zieleigenschaften zu verwirklichen, kann die Halbleitervorrichtung anhand eines Ablaufdiagramms ähnlich der 29 hergestellt werden. Das heißt, die Konzentrationen von Sauerstoff und Kohlenstoff werden vorab in Schritt S1602 gemessen und die Implantiermenge (Dosierung) von Heliumionen wird in Schritt S1604 berechnet. Heliumionen werden mit der Implantiermenge in S1608 implantiert. Die Ionenimplantation von Wasserstoff in S1610 kann durchgeführt werden oder nicht. In diesen Fällen kann unter der Annahme, dass z.B. die elektrische Zieleigenschaft F ist, Ausdruck (13b) zu folgendem Ausdruck umgewandelt werden. $\begin{array}{l} F & = N_{V}' + ξ' C_{OX} + η' C_{C} \\ = c \times {(D_{He})}^{d} + e \times {(D_{He})}^{f} \times C_{OX} + g \times {(D_{He})}^{h} \times C_{C} \end{array}$
Der erste Term auf der rechten Seite ist Nv', der sich durch Multiplizieren der durch Helium-Ionenimplantation und Wärmebehandlung gebildeten Leerstellenkonzentration Nv mit einem Koeffizienten ergibt, der in die elektrische Eigenschaft F umgerechnet wird. Der Koeffizientenanteil von Cox des zweiten Terms ist der Sauerstoffbeitragsanteil ξ' zur Zieleigenschaft F und ist ein Betrag, der sich durch Multiplizieren des oben beschriebenen Sauerstoffbeitragsanteil ξ mit einem Koeffizienten ergibt, der in die elektrische Eigenschaft F konvertiert werden soll. Der Koeffizientenanteil von Cc des dritten Terms ist der Kohlenstoffbeitragsanteil η' zur Zieleigenschaft F und ist ein Betrag, der sich durch Multiplizieren des oben beschriebenen Kohlenstoffbeitragsanteil η mit einem Koeffizienten ergibt, der in die elektrische Eigenschaft F konvertiert werden soll. Ausdruck (15) wird im Voraus durch Erzeugen mindestens eines Diagramms von 33A, 33B und 33C für 2 bis 3 oder mehr Arten von Tiefen von Heliumionen erhalten. Das heißt, die Parameter c, d, e, f, g und h können vorab experimentell erfasst werden. Daher ist die Variable von Ausdruck (15) nur die Implantiermenge von Heliumionen und die rechte Seite von Ausdruck (15) ist eine Konstante, die sich in Bezug auf die Implantiermenge nicht ändert.
Die Dosierung der ins Halbleitersubstrat 10 zu implantierenden Heliumionen kann durch numerisches Lösen von Ausdruck (15) berechnet werden. Die aus Ausdruck (15) erhaltene Implantiermenge D_He von Heliumionen kann eine Breite (Fehler) aufweisen, die eine Schwankung der Werte der Daten beim unten beschriebenen Fitten widerspiegelt. Das heißt, falls die Implantiermenge D_He der Heliumionen beispielsweise in den Bereich von ±50% in Bezug auf den aus Ausdruck (15) erhaltenen Wert fällt, kann die Implantiermenge als ein aus Ausdruck (15) erhaltener Wert betrachtet werden.
Die elektrische Zieleigenschaft F kann wie im folgenden Ausdruck in Bezug auf jede Eigenschaft des oben beschriebenen Beispiels umgeformt werden. $V_{B} = c \times {(D_{He})}^{d} + e \times {(D_{He})}^{f} \times C_{OX} + g \times {(D_{He})}^{h} \times C_{C}$
$V_{CE} = c \times {(D_{He})}^{d} + e \times {(D_{He})}^{f} \times C_{OX} + g \times {(D_{He})}^{h} \times C_{C}$
$t_{off} = c \times {(D_{He})}^{d} + e \times {(D_{He})}^{f} \times C_{OX} + g \times {(D_{He})}^{h} \times C_{C}$
$V_{F} = c \times {(D_{He})}^{d} + e \times {(D_{He})}^{f} \times C_{OX} + g \times {(D_{He})}^{h} \times C_{C}$
$t_{rr} = c \times {(D_{He})}^{d} + e \times {(D_{He})}^{f} \times C_{OX} + g \times {(D_{He})}^{h} \times C_{C}$
In diesen Ausdrücken haben die Parameter c bis h verschiedene Werte gemäß der Zieleigenschaften. Die Einheiten der Parameter c bis h können Einheiten sein, die der Einheit der Zieleigenschaft, der Einheit der Dosierung von Heliumionen, der Einheit der chemischen Sauerstoffkonzentration und der Einheit der chemischen Kohlenstoffkonzentration entsprechen.
34A, 34B und 34C sind Diagramme, welche die Abhängigkeit der Tiefe der Heliumionen von jeder der konvertierten Leerstellenkonzentration Nv', des konvertierten Sauerstoffbeitragsanteils ξ' und des konvertierten Kohlenstoffbeitragsanteils η' in der elektrischen Zieleigenschaft illustrieren. In jeder Zeichnung werde sechs Beispiele, bei denen die Dosierungen der Heliumionen an die Tiefenposition Z1 D_He1, D_He2, D_He3, D_He4, D_He5 und D_He6 betragen dargestellt. Die konvertierte Leerstellenkonzentration Nv', der konvertierte Sauerstoffbeitragsanteil ξ' und der konvertierte Kohlenstoffbeitragsanteil η' in Bezug auf die Tiefe der Heliumionen kann auch vorab durch die vorab experimentell erfassten Parameter c, d, e, f, g und h berechnet werden. Unter Verwendung dieses Diagramms kann man sehen, ob die Halbleitervorrichtung anhand des Ablaufs in 29 hergestellt wurde.
Die Implantationstiefe Z1 von Heliumionen ist eine Tiefe von einer Implantationsoberfläche eines Spitzenwerts einer atomaren Dichteverteilung (chemische Konzentrationsverteilung) von Heliumatomen im Halbleitersubstrat 10, die beispielsweise durch das SIMS gemessen wird. Als Implantationsoberfläche kann die Hauptoberfläche verwendet werden, auf der sich die chemische Konzentrationsverteilung der Heliumatome von der Peakposition aus in die Tiefe zieht. Die Dosierung von Heliumionen kann ein integrierter Wert sein, der sich durch Integrieren der gemessenen chemischen Konzentrationsverteilung vo Heliumatomen in Tiefenrichtung von der Implantationsoberfläche ergibt. Durch Interpolieren der, wie oben in den Diagrammen der 34A, 34B und 34C beschrieben berechneten Tiefe und Dosierung der Heliumionen, können die konvertierte Leerstellenkonzentration Nv', der konvertierte Sauerstoffbeitragsanteil ξ' und der konvertierte Kohlenstoffbeitragsanteil η' ermittelt werden. Die chemischen Konzentrationen von Sauerstoff und Kohlenstoff können durch das SIMS bestimmt werden. Durch Einsetzen dieser Werte in Ausdruck (15) erhält man den elektrischen Eigenschaftswert F1.
Andererseits kann eine tatsächliche elektrische Eigenschaft F2 durch elektrische Messung der Halbleitervorrichtung 100 ermittelt werden. Infolgedessen kann gesagt werden, dass die Halbleitervorrichtung auf Grundlage des Ablaufs der 29 hergestellt wurde, falls das Verhältnis zwischen dem berechneten Wert F1 und dem gemessenen Wert F2 im Bereich von 0,1 bis 10 liegt. Der oben beschriebene erste Wert oder dritte Wert ist ein Beispiel des berechneten Werts F1 und der zweite Wert ist ein Beispiel des gemessenen Werts F2.
35 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel des Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 illustriert. Das Herstellungsverfahren dieses Beispiels unterscheidet sich darin, dass ein Parameter-Erfassungsschritt S3502 und ein Bedingung-Einstellschritt S3503 anstelle des Konzentration-Messschritt S1602 und des Implantiermenge-Berechnungsschritt S1604 des Beispiels in 16 bis 34C enthalten sind. Die anderen Schritte sind ähnlich wie in den Beispielen, die in 16 bis 34C beschrieben wurden. Obwohl der Sauerstoff-Einbringschritt S1802 in 35 nicht dargestellt ist, kann das Herstellungsverfahren dieses Beispiels den in 18 beschriebenen Sauerstoff-Einbringschritt S1802 umfassen oder nicht.
Im Parameter-Erfassungsschritt S3502 werden Parameter, die mit dem im Substrat-Vorbereitungsschritt 1600 vorbereiteten Halbleitersubstrat 10 verwandt sind, erfasst. Der in 16 beschriebene Konzentration-Messschritt S1602 und dergleichen ist ein Beispiel des Parameter-Erfassungsschritts S3502. Die Parameter können, wie in 16 bis 34C beschrieben einen Parameter, wie z.B. die chemische Sauerstoffkonzentration, die chemische Kohlenstoffkonzentration, usw. umfassen. Im Parameter-Erfassungsschritt S3502 kann ein mit dem Halbleitersubstrat 10 verwandter Parameter gemessen werden und ein Bestimmungswert, ein Auslegungswert, usw. des Halbleitersubstrats 10 können erfasst werden. Im Parameter-Erfassungsschritt S3502 können ein Parameter, der die Wasserstoff-Donatorenkonzentration des Halbleitersubstrats 10 beeinflusst, oder ein Parameter, der die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 100 beeinflusst, erfasst werden. Im Parameter-Erfassungsschritt S3502 kann zumindest einer der folgenden Werte erfasst werden: die chemische Sauerstoffkonzentration, de chemische Kohlenstoffkonzentration, der Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Kohlenstoffbeitragsanteil η im Halbleitersubstrat 10.
Diese Parameter können die Wasserstoff-Donatorenkonzentration und die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 100 beeinflussen. Im Parameter-Erfassungsschritt S3202 können die Dicke des Halbleitersubstrats 10 und/oder die Volumendonatorenkonzentration erfasst werden. Diese Parameter können die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 100 beeinflussen.
Im Bedingung-Einstellschritt S3503 werden eine oder eine Vielzahl von Bedingungen der Teilchen-Implantationsbedingung im Teilchen-Implantierschritt S1608, der Wasserstoff-Implantationsbedingung im Wasserstoff-Implantierschritt S1610 und der Wärmebehandlungsbedingung im Wärmebehandlungsschritt S1612 auf Grundlage wenigstens eines Parameters, der im Parameter-Erfassungsschritt S3502 erfasst wird, angepasst. Im Bedingung-Einstellschritt S3503 können diese Bedingungen so angepasst werden, dass die Wasserstoff-Donatorenkonzentration des Halbleitersubstrats 10 oder die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 100 einen vorgegebenen Zielwert erreicht. Der Implantiermenge-Berechnungsschritt S1604 in 16 und dergleichen ist ein Beispiel des Bedingung-Einstellschritts S3503. Die Teilchen-Implantationsbedingung umfasst die Dosierung der geladenen Teilchen und/oder die Implantationstiefe Z1 (siehe z.B. 2). Die Wasserstoff-Implantationsbedingung umfasst eine Dosierung der Wasserstoffionen und/oder die Implantationstiefe Z2 (siehe z.B. 2). Die Wärmebehandlungsbedingung umfasst mindestens eine Wärmebehandlungstemperatur und/oder eine Wärmebehandlungsdauer.
Falls beispielsweise die im Parameter-Erfassungsschritt S3502 erfassten Parameter einen Zustand angeben, in welchem es schwierig ist, einen Wasserstoffdonator im Halbleitersubstrat 10 zu erzeugen, wird im Bedingung-Einstellschritt S3503 die Bedingung jedes Schritts auf eine Bedingung zum Fördern der Erzeugung eines Wasserstoffdonators im Halbleitersubstrat 10 angepasst. Falls beispielsweise die chemische Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats 10 niedrig ist, werden VOH-Defekte mit geringerer Wahrscheinlichkeit erzeugt. Andererseits wird die Erzeugung von VOH-Defekten durch Erhöhen der Dosierung des Strahls geladener Teilchen im Teilchen-Implantierschritt S1608, Erhöhen der Dosierung von Wasserstoffionen im Wasserstoffion-Implantierschritt S1610, Erhöhen der Wärmebehandlungstemperatur im Wärmebehandlungsschritt S1612 und Erhöhen der Wärmebehandlungszeit im Wärmebehandlungsschritt S1612 gleichermaßen gefördert. Der Bedingung-Einstellschritt S3503 kann mindestens einen dieser Vorgänge ausführen. Falls gleichsam die chemische Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats 10 hoch ist, werden VOH-Defekte mit hoher Wahrscheinlichkeit erzeugt. Andererseits wird die Erzeugung von VOH-Defekten durch Verringern der Dosierung des Strahls geladener Teilchen im Teilchen-Implantierschritt S1608, Verringern der Dosierung von Wasserstoffionen im Wasserstoffion-Implantierschritt S1610, Verringern der Wärmebehandlungstemperatur im Wärmebehandlungsschritt S1612 und Verkürzen der Wärmebehandlungszeit im Wärmebehandlungsschritt S1612 gleichermaßen unterdrückt. Beim Bedingung-Einstellschritt S3503 kann einer dieser Vorgänge durchgeführt werden oder es kann eine Vielzahl von Vorgängen kombiniert durchgeführt werden. Falls außerdem die chemische Kohlenstoffkonzentration des Halbleitersubstrats 10 hoch ist, tendieren VOH-Defekte dazu, leichter erzeugt zu werden, und falls die chemische Kohlenstoffkonzentration niedrig ist, tendieren VOH-Defekte dazu, schwerer erzeugt zu werden. Der Sauerstoffbeitragsanteil ξ und der Kohlenstoffbeitragsanteil η sind wie oben beschrieben. Der Bedingung-Einstellschritt S3503 kann dieselben Vorgänge durchführen wie die chemische Sauerstoffkonzentration auf Grundlage dieser Parameter.
Falls ferner der im Parameter-Erfassungsschritt S3502 erfasste Parameter einen Zustand angibt, in welchem die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 100 abnimmt, wird im Bedingung-Einstellschritt S3503 die Bedingung jedes Schritts auf eine Bedingung zum Verbessern der Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 100 angepasst. Falls beispielsweise die Dicke des Halbleitersubstrats 10 klein ist, wird die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 100 kleiner. Falls andererseits die Konzentration der im Halbleitersubstrat 10 erzeugten Wasserstoffdonatoren beispielsweise verringert wird, wird die Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18 verringert. Infolgedessen wird die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 100 verbessert. Durch Erniedrigen der Dosierung geladener Teilchen oder der Dosierung von Wasserstoffionen kann die Konzentration von Wasserstoffdonatoren verringert werden. Außerdem kann die Konzentration von Wasserstoffdonatoren durch Verringern der Wärmebehandlungstemperatur oder Verkürzen der Wärmebehandlungsdauer verringert werden. Falls die Länge des Durchgangsbereichs 106 im Halbleitersubstrat 10 in Z-Achsenrichtung reduziert wird, wird die Länge des flachen Abschnitts 150 mit hoher Konzentration (siehe 3) in Z-Achsenrichtung reduziert. Infolgedessen wird die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 100 verbessert. Die Länge des Durchgangsbereichs 106 kann verkürzt werden, indem die Implantierposition Z1 geladener Teilchen näher an die untere Oberfläche 23 gebracht wird. Beim Bedingung-Einstellschritt S3503 kann einer dieser Vorgänge durchgeführt werden oder es kann eine Vielzahl von Vorgängen kombiniert durchgeführt werden.
Falls außerdem die Volumendonatorenkonzentration N_B0 des Halbleitersubstrats 10 hoch ist, nimmt die Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18 zu und die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 100 nimmt ab. Im Bedingung-Einstellschritt S3503 können dieselben Vorgänge wie für die Dicke des Halbleitersubstrats 10 auch für die Volumendonatorenkonzentration N_B0 durchgeführt werden.
Im Bedingung-Einstellschritt S3503 kann die Bedingung jedes Schritts auf Grundlage eines Unterschieds oder eines Verhältnisses zwischen dem erfassten Parameter und einem voreingestellten Referenzwert angepasst werden. Wie sehr die Bedingung jedes Schritts in Bezug auf den Unterschied und das Verhältnis angepasst werden soll, kann vorab durch ein Experiment oder dergleichen bestimmt werden. Wie oben beschrieben können die Eigenschaften der Halbleitervorrichtung 100 durch Anpassen der Bedingungen jedes Schritts auf Grundlage der erfassten Parameter angepasst werden. Außerdem können Schwankungen der Eigenschaften der Halbleitervorrichtung 100 reduziert werden.
36 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel des Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 illustriert. Im Herstellungsverfahren dieses Beispiels wird der Messschritt S1602 als Parameter-Erfassungsschritt S3505 in 35 durchgeführt. Die anderen Schritte sind identisch mit denen des Beispiels der 35. Im Konzentration-Messschritt S1602 wird die chemische Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats 10 nach Durchführen des Sauerstoff-Einbringschritts S1802 gemessen.
Im Bedingung-Einstellschritt S3503 wird zumindest eine der Implantationsbedingung des Strahls geladener Teilchen im Teilchen-Implantierschritt S1608, der Implantationsbedingung von Wasserstoffionen im Wasserstoff-Implantierschritt S1610 und der Wärmebehandlungsbedingung im Wärmebehandlungsschritt S1612 gemäß der chemischen Sauerstoffkonzentration angepasst. Im Bedingung-Einstellschritt S5303 kann die Implantationsbedingung des Strahls geladener Teilchen ähnlich wie im Beispiel der 16 und dergleichen angepasst werden.
Falls die Implantationsbedingung der Wasserstoffionen im Wasserstoff-Implantierschritt S1610 angepasst wird, kann die Dosierung der Wasserstoffionen angepasst werden. Durch Anpassen der Dosierung der Wasserstoffionen kann die Konzentration von Wasserstoff, der in den Durchgangsbereich 106 diffundiert, angepasst werden und die Konzentration von Wasserstoffdonatoren, die im Durchgangsbereich 106 gebildet werden, kann angepasst werden. Im Bedingung-Einstellschritt S3503 kann die Dosierung von Wasserstoffionen niedriger als der Wasserstoff-Referenzwert eingestellt werden, falls die chemische Sauerstoffkonzentration höher als der Sauerstoff-Referenzwert ist, und die Dosierung von Wasserstoffionen kann höher als der Wasserstoff-Referenzwert eingestellt werden, falls die chemische Sauerstoffkonzentration niedriger als der Sauerstoff-Referenzwert ist. Infolgedessen kann der Einfluss der Schwankung der chemischen Sauerstoffkonzentration reduziert werden und die Dotierungskonzentration des Durchgangsbereichs 106 kann genau angepasst werden.
Fall die Wärmebehandlungsbedingung im Wärmebehandlungsschritt S1612 angepasst wird, kann die Wärmebehandlungstemperatur und/oder die Wärmebehandlungsdauer angepasst werden. Durch Anpassen der Wärmebehandlungstemperatur oder der Wärmebehandlungsdauer kann Wasserstoff, der in den Durchgangsbereich 106 diffundiert, angepasst werden und die Erzeugung von Wasserstoffdonatoren kann angepasst werden. Im Bedingung-Einstellschritt S3503 kann die Wärmebehandlungstemperatur niedriger als der Temperatur-Referenzwert eingestellt werden, falls die chemische Sauerstoffkonzentration höher als der Sauerstoff-Referenzwert ist, und die Wärmebehandlungstemperatur kann höher als der Temperatur-Referenzwert eingestellt werden, falls die chemische Sauerstoffkonzentration niedriger als der Sauerstoff-Referenzwert ist. Falls in ähnlicher Weise die chemische Sauerstoffkonzentration höher als der Sauerstoff-Referenzwert ist, kann die Wärmebehandlungsdauer kürzer als die Referenzzeit eingestellt werden, und falls die chemische Sauerstoffkonzentration niedriger als der Sauerstoff-Referenzwert ist, kann die Wärmebehandlungsdauer länger als die Referenzzeit eingestellt werden. Infolgedessen kann der Einfluss der Schwankung der chemischen Sauerstoffkonzentration reduziert werden und die Dotierungskonzentration des Durchgangsbereichs 106 kann genau angepasst werden.
Im Konzentration-Messschritt S1602 kann die chemische Kohlenstoffkonzentration des Halbleitersubstrats 10 ferner, wie im Beispiel der 29 gemessen werden. Im Bedingung-Einstellschritt S3503 kann die Bedingung jedes Schritts ferner auf Grundlage der chemischen Kohlenstoffkonzentration angepasst werden. Je höher die chemische Kohlenstoffkonzentration, desto höher kann die Konzentration der Wasserstoffdonatoren sein. Im Bedingung-Einstellschritt S3503 kann die Bedingung zum Unterdrücken der Bildung des Wasserstoffdonators eingestellt werden, falls die chemische Kohlenstoffkonzentration höher als der Kohlenstoff-Referenzwert ist, und die Bedingung kann zum Fördern der Bildung des Wasserstoffdonators eingestellt werden, falls die chemische Kohlenstoffkonzentration niedriger als der Kohlenstoff-Referenzwert ist.
Im Bedingung-Einstellschritt S3503 können die Implantationsbedingung der Wasserstoffionen im Wasserstoff-Implantierschritt S1610 und die Wärmebehandlungsbedingung im Wärmebehandlungsschritt S1612 auf Grundlage der Implantationstiefe Z1 des Strahls geladener Teilchen im Teilchen-Implantierschritt S1608 angepasst werden. Die Länge des Durchgangsbereichs 106 ändert sich gemäß der Implantationstiefe Z1 des Strahls geladener Teilchen und die Gesamtmenge von Gitterdefekten, die im Halbleitersubstrat 10 gebildet werden, ändert sich. Die Gesamtmenge gebildeter Wasserstoffdonatoren hängt von der Gesamtmenge von Gitterdefekten ab. Daher ändert sich die Gesamtmenge der gebildeten Wasserstoffdonatoren gemäß der Implantationstiefe Z1 des Strahls geladener Teilchen. Im Bedingung-Einstellschritt S3503 kann die Implantationsbedingung von Wasserstoffionen und/oder die Wärmebehandlungsbedingung so angepasst werden, dass die Gesamtmenge erzeugte Wasserstoffdonatoren einen vorgegebenen Referenzwert erreicht. Im Bedingung-Einstellschritt S3503 kann die Implantationsbedingung von Wasserstoffionen oder die Wärmebehandlungsbedingung, die gemäß der chemischen Sauerstoffkonzentration berechnet werden, gemäß der Implantationstiefe Z1 des Strahls geladener Teilchen korrigiert werden.
Falls die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 100 hergestellt wird, kann das Einstellen der Implantationsbedingung im Teilchen-Implantierschritt S1608 und das Einstellen der Implantationsbedingung im Wasserstoff-Implantierschritt S1610 für jedes Halbleitersubstrat 10 (für jede Halbleitervorrichtung 100) durchgeführt werden. Außerdem kann das Einstellen der Wärmebehandlungsbedingung im Wärmebehandlungsschritt S1612 gemeinsam für die Vielzahl von Halbleitersubstraten 10 durchgeführt werden. Die Wärmebehandlung der Vielzahl von Halbleitersubstraten 10 kann parallel durchgeführt werden, indem die Vielzahl von Halbleitersubstraten 10 in einen gemeinsamen Wärmebehandlungsofen gebracht werden. Implantieren geladener Teilchen oder von Wasserstoffionen in jedes Halbleitersubstrat 10 kann für jedes Halbleitersubstrat 10 durchgeführt werden. Durch diesen Ablauf kann das Anpassen der Vielzahl von Halbleitersubstraten 10 effizient durchgeführt werden.
37 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel des Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 illustriert. Im Herstellungsverfahren dieses Beispiels wird ein Konzentrations-Erfassungsschritt S3702 als der Parameter-Erfassungsschritt S3502 in 35 durchgeführt. Die anderen Schritte sind identisch mit denen des Beispiels der 35 und 36.
Im Konzentration-Erfassungsschritt S3702 wird Information über die Verunreinigungskonzentration in einem vorgegebenen Bereich des Halbleitersubstrats 10 erfasst. Im Konzentration-Erfassungsschritt S3702 können die durch Messen des Halbleitersubstrats 10 erfasste Information oder ein Auslegungswert, ein Bestimmungswert oder dergleichen der Information des Halbleitersubstrats 10 erfasst werden. Der vorgegebene Bereich des Halbleitersubstrats 10 ist beispielsweise eine mittige Position des Halbleitersubstrats 10 in Tiefenrichtung, aber nicht hierauf beschränkt. Die Verunreinigungskonzentration in der oberen Oberfläche 21 oder der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 kann erfasst werden. Im Konzentration-Erfassungsschritt S3702 kann die Verunreinigungskonzentration, welche die Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18 zum Zeitpunkt des Fertigstellens der Halbleitervorrichtung 100 beeinflusst, erfasst werden. Als Beispiel wird im Konzentration-Erfassungsschritt S3702 zumindest einer der folgenden Werte erfasst: die chemische Sauerstoffkonzentration, die chemische Kohlenstoffkonzentration und die Volumendonatorenkonzentration N_BO. Die Vorgänge des Bedingung-Einstellschritts S3503 in einem Fall, dass die chemische Sauerstoffkonzentration oder die chemische Kohlenstoffkonzentration erfasst wird, können dieselben wie im Beispiel der 36 sein.
Im Bedingung-Einstellschritt S3503 dieses Beispiels wird zumindest eine der Implantationsbedingung des Strahls geladener Teilchen im Teilchen-Implantierschritt S1608, der Implantationsbedingung von Wasserstoffionen im Wasserstoff-Implantierschritt S1610 und der Wärmebehandlungsbedingung im Wärmebehandlungsschritt S1612 auf Grundlage der Volumendonatorenkonzentration N_BO angepasst.
Die endgültige Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18 in einem Zustand, bei dem die Herstellung der Halbleitervorrichtung 100 vollendet ist, hängt von der Volumendonatorenkonzentration N_BO und der Wasserstoff-Donatorenkonzentration ab. Falls die Volumendonatorenkonzentration N_BO schwankt, schwankt somit auch die endgültige Dotierungskonzentration. Im Bedingung-Einstellschritt S3503 wird die Bedingung jedes Schritts angepasst, so dass die Abweichung zwischen der Volumendonatorenkonzentration N_BO und einem vorgegebenen Referenzwert ausgeglichen wird. Das heißt, im Bedingung-Einstellschritt S3503 wird, falls die Volumendonatorenkonzentration N_BO kleiner als der Referenzwert ist, die Bedingung jedes Schritts so angepasst, dass die hergestellte Menge von Wasserstoffdonatoren zunimmt, und falls die Volumendonatorenkonzentration N_BO größer als der Referenzwert ist, wird die Bedingungjedes Schritts so angepasst, dass die hergestellte Menge von Wasserstoffdonatoren abnimmt. Das Verfahren zum Anpassen der Herstellungsmenge von Wasserstoffdonatoren in jedem Schritt ist dieselbe wie in den Beispielen der 35 und 36. Dies kann Schwankungen der endgültigen Dotierungskonzentration verringern.
Im Bedingung-Einstellschritt S3503 kann jede Bedingung so angepasst werden, dass der integrierte Wert der Dotierungskonzentration im Driftbereich 18 einen vorgegebenen Referenzwert erreicht. Als ein Beispiel passt der Bedingung-Einstellschritt S3503 die Implantationstiefe des Strahls geladener Teilchen im Teilchen-Implantierschritt S1608 gemäß der erfassten Verunreinigungskonzentration an. Die Länge des Durchgangsbereichs 106 wird durch Einstellen der Implantationstiefe angepasst, so dass der integrierte Wert der Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18 angepasst werden kann.
Im Bedingung-Einstellschritt S3503 kann die Bedingungjedes Schritts ferner auf Grundlage des Sauerstoffbeitragsanteils ξ und/oder des Kohlenstoffbeitragsanteils η angepasst werden. Dies ermöglicht es, die Menge der gebildeten Wasserstoffdonatoren genauer anzupassen.
38 ist ein Schaubild,das eine Beziehung zwischen der Volumendonatorenkonzentration und der Implantationstiefe Z1 der geladenen Teilchen illustriert. In diesem Beispiel wird die im Konzentrations-Erfassungsschritt S3702 erfasste Volumendonatorenkonzentration als N_BO eingestellt, der Volumenreferenzwert wird auf N_Br gestellt und das Verhältnis zwischen N_BO und N_Br wird als γ eingestellt. Das heißt, N_BO = γ·N_Br. Außerdem beträgt die Implantationstiefe geladener Teilchen vor der Bedingungsanpassung Z1_r, die Implantationstiefe geladener Teilchen nach Bedingungsanpassung beträgt Z1 und das Verhältnis zwischen Z1 und Z1_r ist ε. Das heißt, Z1 = ε·Z1_r. Die Implantationstiefe Z bezeichnet einen Abstand von der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats zur Implantierposition.
Wie in 38 dargestellt, wird im Bedingung-Einstellschritt S3503 die Implantationstiefe Z1 der geladenen Teilchen so eingestellt, dass ε abnimmt, während γ zunimmt. Die in 13 dargestellte Volumendonatorenkonzentration N_B0 nimmt zu, während γ zunimmt. Aus diesem Grund kann die Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18 zunehmen und die Durchbruchspannung des Halbleitersubstrats 10 kann abnehmen. Andererseits kann durch Reduzieren von ε, um die Implantationstiefe Z1 und die untere Oberfläche 23 zu erreichen, die Länge des hochkonzentrierten flachen Abschnitts 150 verkürzt werden, so dass der integrierte Wert der Dotierungskonzentration im Driftbereich 18 reduziert werden kann. Dies ermöglicht es, eine Abnahme der Durchbruchspannung des Halbleitersubstrats 10 zu unterdrücken.
39 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel des Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 illustriert. Im Herstellungsverfahren dieses Beispiels wird ein Schritt S3902 zum Messen der Substratdicke als der Parameter-Erfassungsschritt S3502 in 35 durchgeführt. Außerdem wird ein Schleifschritt S3901 des Schleifens des Halbleitersubstrats 10 zum Einstellen der Dicke vor dem Substratdicke-Messschritt S3902 durchgeführt. Die anderen Schritte sind identisch mit denen des Beispiels der 35, 36 oder 37.
Im Schleifschritt S3901 kann die Dicke des Halbleitersubstrats 10 gemäß der Durchbruchspannung, welche die Halbleitervorrichtung 100 haben soll, angepasst werden. Der Schleifschritt S3901 kann vor dem Teilchen-Implantierschritt S1608 oder vor dem Wasserstoff-Implantierschritt S1610 durchgeführt werden. Im Schleifschritt S3901 kann die untere Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 durch CMP oder dergleichen geschliffen werden.
Im Substratdicke-Messschritt S3902 wird die Dicke in einem vorgegebenen Bereich des Halbleitersubstrats 10 gemessen. Im Substratdicke-Messschritt S3902 kann ein Mittelwert von Dicken, die an einer Vielzahl von Punkten gemessen werden, verwendet werden. Im Substratdicke-Messschritt S3902 kann die Dicke im aktiven Abschnitt 160 gemessen werden und es kann die Dicke im Randabschlussstrukturabschnitt 90 gemessen werden.
Im Bedingung-Einstellschritt S3503 wird zumindest eine der Implantationsbedingung des Strahls geladener Teilchen im Teilchen-Implantierschritt S1608, der Implantationsbedingung von Wasserstoffionen im Wasserstoff-Implantierschritt S1610 und der Wärmebehandlungsbedingung im Wärmebehandlungsschritt S1612 auf Grundlage der gemessenen Dicke des Halbleitersubstrats 10 angepasst.
Falls die Dicke des Halbleitersubstrats 10 schwankt, kann die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 100 schwanken. Im Bedingung-Einstellschritt S3503 wird die Bedingung jedes Schritts angepasst, so dass die Abweichung zwischen der Dicke des Halbleitersubstrats 10 und der vom vorgegebenen Dickenreferenzwert ausgeglichen wird. Das heißt, im Bedingung-Einstellschritt S3503 wird, falls die Dicke des Halbleitersubstrats 10 kleiner als der Dickenreferenzwert ist, die Bedingung jedes Schritts so eingestellt, dass die Durchbruchspannung zunimmt, und falls die Dicke des Halbleitersubstrats 10 größer als der Dickenreferenzwert ist, wird die Bedingung jedes Schritts so eingestellt, dass die Durchbruchspannung abnimmt. Die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 100 kann durch Verringern des integrierten Werts der Dotierungskonzentration im Driftbereich 18 erhöht werden und die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung 100 kann durch Erhöhen des integrierten Werts verringert werden. Der integrierte Wert der Dotierungskonzentration kann durch die Menge der gebildeten Wasserstoffdonatoren im Driftbereich 18 angepasst werden. Wie oben beschrieben kann die gebildete Menge des Wasserstoffdonators durch die Bedingung in jedem Schritt angepasst werden.
In diesem Beispiel kann die Dicke des Halbleitersubstrats 10 im Randabschlussstrukturabschnitt 90 gemessen werden, um jede Implantationsbedingung für den Randabschlussstrukturabschnitt 90 anzupassen. Der aktive Abschnitt 160 und der Randabschlussstrukturabschnitt 90 können verschiedene Implantierbedingungen geladener Teilchen und Wasserstoffionen aufweisen. Infolgedessen können die Dotierungskonzentration und die Durchbruchspannung im Randabschlussstrukturabschnitt 90 genau geregelt werden.
40 ist ein Schaubild, das ein Beispiel der Äquipotenzialfläche 308 im Randabschlussstrukturabschnitt 90 illustriert. Der Aufbau des Randabschlussstrukturabschnitts 90 ist derselbe wie im Beispiel der 14. Ein Bereich mit einer höheren Konzentration als die Volumendonatorenkonzentration wird auf der unteren Oberflächenseite 23 beim zweiten Peak 141 gebildet. Somit ändert sich die Krümmung der Äquipotenzialfläche 308 in der Nähe des zweiten Peaks 141. Infolgedessen breitet sich die Äquipotenzialfläche 308 zur äußeren umfänglichen Seite der Halbleitervorrichtung 100 in der Nähe der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 aus. Wie sehr sich die Äquipotenzialfläche 308 zur äußeren umfänglichen Seite der Halbleitervorrichtung 100 ausbreitet, hängt daher von einem Abstand Zb zwischen der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 und dem zweiten Peak 141 ab.
Im Bedingung-Einstellschritt S3503 kann die Implantationstiefe Z1 der geladenen Teilchen in den Randabschlussstrukturabschnitt 90 auf Grundlage der Dicke des Halbleitersubstrats 10 im Randabschlussstrukturabschnitt 90 eingestellt werden. Infolgedessen kann der Abstand Zb genau geregelt werden. Somit ist es möglich, die übermäßige Ausbreitung der Verarmungsschicht im Randabschlussstrukturabschnitt 90 in Längsrichtung zu unterdrücken. Somit kann die Länge in der äußeren umfänglichen Richtung des Randabschlussstrukturabschnitts 90 verkürzt werden und die Fläche der oberen Oberfläche 21 der Halbleitervorrichtung 100 kann reduziert werden.
Im Bedingung-Einstellschritt S3503 kann jede Implantationsbedingung für den Randabschlussstrukturabschnitt 90 angepasst werden. Infolgedessen kann die Dotierungskonzentration unter dem zweiten Peak 141 genau angepasst werden, so dass die Art der Ausbreitung der Äquipotenzialfläche 308 weiter geregelt werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsformen beschrieben wurde, ist der technische Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass zu den oben beschriebenen Ausführungsformen verschiedene Änderungen und Verbesserungen hinzugefügt werden können. Aus der Beschreibung und den Ansprüchen ist offensichtlich, dass mit solchen Änderungen oder Verbesserungen hinzugefügte Ausführungsformen in den technischen Rahmen der vorliegenden Erfindung einbezogen werden können.
Es sollte beachtet werden, dass die Reihenfolge der Ausführung jedes Vorgangs, wie z.B. Operationen, Prozeduren, Schritte und Stufen in den Vorrichtungen, Systemen, Programmen und Verfahren, die in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt sind, in jeder beliebigen Reihenfolge realisiert werden kann, es sei denn, „vor“, „bevor“ oder ähnliches wird ausdrücklich angegeben, und es sei denn, das Resultat des vorherigen Vorgangs wird im späteren Vorgang verwendet. Auch wenn der Arbeitsablauf in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen der Einfachheit halber mit „zuerst“, „ais nächstes“ und dergleichen beschrieben wird, bedeutet dies nicht, dass diese Reihenfolge unbedingt eingehalten werden muss.
Bezugszeichenliste

10: Halbleitersubstrat
11: Senkenbereich
12: Emitterbereich
14: Basisbereich
15: Kontaktbereich
16: Akkumulationsbereich
18: Driftbereich
20: Pufferbereich
21: obere Oberfläche
22: Kollektorbereich
23: untere Oberfläche
24: Kollektorelektrode
25: Peak
26: Peak
29: linearer Abschnitt
30: Dummy-Grabenabschnitt
31: Randabschnitt
32: dielektrischer Dummy-Film
34: Dummy-Leitungsabschnitt
38: dielektrischer Zwischenschichtfilm
39: linearer Abschnitt
40: Gatter-Grabenabschnitt
41: Randabschnitt
42: Gatter-Isolierfilm
44: Gatter-Leitungsabschnitt
52: Emitterelektrode
54: Kontaktloch
60, 61: Mesa-Abschnitt
70: Transistorabschnitt
80: Diodenabschnitt
81: Verlängerungsbereich
82: Kathodenbereich
90: Randabschlussstrukturabschnitt
92: Schutzring
94: Feldplatte
100: Halbleitervorrichtung
106: Durchgangsbereich
111: zweiter Donatorenpeak
121: erster Donatorenpeak
130: äußerer umlaufender Gatterläufer
131: aktivseitiger Gatterläufer
133: erster Peak
141: zweiter Peak
142: untere Schürze
143: obere Schürze
150: flacher Abschnitt
151: zweiter Peak der beitragenden Konzentration
160: aktiver Abschnitt
161: erster Peak der beitragenden Konzentration
162: Endseite
164: Gatter-Anschlussfläche,
171: Leerstellenpeak
174: Kanalstopper
180: Bereich
181: zweiter VOH-Peak
191: erster VOH-Peak
194: Peak der Wasserstoffkonzentration
214: lineare Näherungsverteilung
216: bandförmiger Bereich
308: Äquipotenzialfläche
601, 602, 603, 611, 612, 613, 631, 632, 633, 641, 642, 643: Gerade
621, 622, 623: Plot
801, 802, 811, 812, 813, 821, 822, 823, 831, 832, 833, 901, 902: Kurve

Claims

Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Halbleitersubstrat, das eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, und das Sauerstoff enthält; einen ersten Peak einer chemischen Wasserstoffkonzentration, der auf der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist; und einen flachen Abschnitt, der in Bezug auf den ersten Peak auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, der einen Wasserstoffdonator enthält, und der eine im Wesentlichen flache Verteilung der Donatorenkonzentration in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats aufweist, wobei ein Sauerstoffbeitragsanteil, der einen Anteil einer chemischen Sauerstoffkonzentration, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators in der chemischen Sauerstoffkonzentration des Sauerstoffs beiträgt, angibt, im Bereich von 1 × 10^-5 bis 7 × 10^-4 liegt, eine Konzentration des Sauerstoffs, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators im flachen Abschnitt beiträgt, niedriger ist als die chemische Wasserstoffkonzentration, und eine Wasserstoff-Donatorenkonzentration im flachen Abschnitt im Bereich von 2 × 10¹²/cm³ bis 5 × 10¹⁴/cm³ liegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat einen Volumendonator enthält, und eine Donatorenkonzentration des flachen Abschnitts höher als eine Volumendonatorenkonzentration ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine Summe eines Werts, der sich durch Multiplizieren einer chemischen Sauerstoffkonzentration im flachen Abschnitt mit dem Sauerstoffbeitragsanteil ergibt, und einer Leerstellenkonzentration des flachen Abschnitts als ein erster Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration definiert wird, eine Differenz, die sich durch Subtrahieren der Volumendonatorenkonzentration von einer Donatorenkonzentration des flachen Abschnitts ergibt, als ein zweiter Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration definiert wird, und ein Verhältnis des ersten Werts der Wasserstoff-Donatorenkonzentration zum zweiten Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration im Bereich von 0,1 bis 10 liegt.
Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Halbleitersubstrat, das eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, und das Sauerstoff enthält; einen ersten Peak einer chemischen Wasserstoffkonzentration, der auf der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist; und einen flachen Abschnitt, der in Bezug auf den ersten Peak auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, der einen Wasserstoffdonator enthält, und der eine im Wesentlichen flache Verteilung der Donatorenkonzentration in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats aufweist, wobei das Halbleitersubstrat einen Volumendonator enthält, eine Donatorenkonzentration des flachen Abschnitts höher als eine Volumendonatorenkonzentration ist, eine Summe eines Werts, der sich durch Multiplizieren einer chemischen Sauerstoffkonzentration im flachen Abschnitt mit einem Sauerstoffbeitragsanteil, der einen Anteil einer chemischen Sauerstoffkonzentration, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators in der chemischen Sauerstoffkonzentration des Sauerstoffs beiträgt, angibt, ergibt, und einer Leerstellenkonzentration des flachen Abschnitts als ein erster Wert einer Wasserstoff-Donatorenkonzentration definiert wird, eine Differenz, die sich durch Subtrahieren der Volumendonatorenkonzentration von einer Donatorenkonzentration des flachen Abschnitts ergibt, als ein zweiter Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration definiert wird, und ein Verhältnis des ersten Werts der Wasserstoff-Donatorenkonzentration zum zweiten Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration im Bereich von 0,1 bis 10 liegt.
Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Halbleitersubstrat, das eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, und das Sauerstoff und Kohlenstoff enthält; einen ersten Peak einer chemischen Wasserstoffkonzentration, der auf der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist; und einen flachen Abschnitt, der in Bezug auf den ersten Peak auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, der einen Wasserstoffdonator enthält, und der eine im Wesentlichen flache Verteilung der Donatorenkonzentration in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats aufweist, wobei das Halbleitersubstrat einen Volumendonator enthält, eine Donatorenkonzentration des flachen Abschnitts höher als eine Volumendonatorenkonzentration ist, eine Summe eines Werts, der sich durch Multiplizieren einer chemischen Sauerstoffkonzentration im flachen Abschnitt mit einem Sauerstoffbeitragsanteil, der einen Anteil einer chemischen Sauerstoffkonzentration, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators in der chemischen Sauerstoffkonzentration des Sauerstoffs beiträgt, angibt, ergibt, ein Wert, der sich durch Multiplizieren einer chemischen Kohlenstoffkonzentration im flachen Abschnitt mit einem Kohlenstoffbeitragsanteil, der einen Anteil einer chemischen Kohlenstoffkonzentration, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators in der chemischen Kohlenstoffkonzentration des Kohlenstoffs beiträgt, angibt, ergibt, und eine Leerstellenkonzentration des flachen Abschnitts als ein dritter Wert einer Wasserstoff-Donatorenkonzentration definiert wird, eine Differenz, die sich durch Subtrahieren der Volumendonatorenkonzentration von der Donatorenkonzentration des flachen Abschnitts ergibt, als ein zweiter Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration definiert wird, und ein Verhältnis des dritten Werts der Wasserstoff-Donatorenkonzentration zum zweiten Wert der Wasserstoff-Donatorenkonzentration im Bereich von 0,1 bis 10 liegt.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: einen zweiten Peak einer chemischen Konzentration von Wasserstoff oder Helium, der auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist, wobei der flache Abschnitt näher an der unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist als der zweite Peak.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Wasserstoffanteil, der einen Anteil der chemischen Wasserstoffkonzentration, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators in der chemischen Wasserstoffkonzentration beiträgt, angibt, im Bereich von 0,001 bis 0,3 liegt,
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Leerstellenkonzentration im flachen Abschnitt im Bereich von 1 × 10¹¹/cm³ bis 1 × 10¹⁴/cm³ liegt.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Sauerstoffbeitragsanteil 5 × 10^-4 oder weniger beträgt.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Sauerstoffbeitragsanteil 1 × 10^-4 oder mehr beträgt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die chemische Wasserstoffkonzentration des ersten Peaks höher ist als die chemische Wasserstoffkonzentration des zweiten Peaks.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine chemische Sauerstoffkonzentration im flachen Abschnitt 1 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder mehr beträgt.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine chemische Kohlenstoffkonzentration im flachen Abschnitt im Bereich von 1 × 10¹³/cm³ bis 1 × 10¹⁶/cm³ liegt.
Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Messen einer chemischen Sauerstoffkonzentration eines Halbleitersubstrats mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche; Implantieren eines Strahls geladener Teilchen von der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats, so dass sie durch die Hälfte oder mehr einer Dicke des Halbleitersubstrats in Tiefenrichtung gehen; und Durchführen einer Wärmebehandlung des Halbleitersubstrats nach dem Implantieren des Strahls geladener Teilchen, wobei eine Implantationsbedingung des Strahls geladener Teilchen beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen und/oder eine Wärmebehandlungsbedingung beim Durchführen der Wärmebehandlung gemäß der chemischen Sauerstoffkonzentration angepasst wird.
Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, wobei beim Messen ferner eine chemische Kohlenstoffkonzentration des Halbleitersubstrats gemessen wird, und die Implantationsbedingung des Strahls geladener Teilchen beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen gemäß der chemischen Sauerstoffkonzentration und der chemischen Kohlenstoffkonzentration angepasst wird.
Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung nach Anspruch 15, wobei an einer vorgegebenen Tiefenposition des Halbleitersubstrats, wenn eine Konzentration des Wasserstoffdonators, die durch das Herstellungsverfahren erzeugt werden soll, N_VOH1 ist, eine Konzentration des tatsächlich erzeugten Wasserstoffdonators N_VOH2 ist, eine Leerstellenkonzentration, die durch das Implantieren des Strahls geladener Teilchen gebildet wird, Nv ist, eine chemische Sauerstoffkonzentration C_OX ist, eine chemische Kohlenstoffkonzentration C_C ist, ein Sauerstoffbeitragsanteil, der einen Anteil der chemischen Sauerstoffkonzentration, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators in der chemischen Sauerstoffkonzentration beiträgt, angibt, ξ ist, und ein Kohlenstoffbeitragsanteil, der einen Anteil der chemischen Kohlenstoffkonzentration, der zum Erzeugen des Wasserstoffdonators in der chemischen Kohlenstoffkonzentration beiträgt, angibt, η ist, die folgenden Beziehung erfüllt sind: $N_{VOH 1} = N_{V} + ξ C_{OX} + η C_{C};$
und $0,1 \leq N_{VOH 1} / N_{VOH 2} \leq 10.$
Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen Wasserstoffionen als der Strahl geladener Teilchen implantiert werden.
Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, ferner umfassend: Implantieren von Wasserstoffionen in die untere Oberflächenseite des Halbleitersubstrats vor dem Durchführen der Wärmebehandlung.
Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18, wobei eine Implantationsbedingung der Wasserstoffionen beim Implantieren von Wasserstoff auf Grundlage der chemischen Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats angepasst wird.
Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen eine Implantationsbedingung der Wasserstoffionen beim Implantieren von Wasserstoff und die Wärmebehandlungsbedingung beim Durchführen der Wärmebehandlung auf Grundlage einer Implantationstiefe des Strahls geladener Teilchen angepasst werden.
Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, ferner umfassend: Einbringen von Sauerstoff in das Halbleitersubstrat.
Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei die Implantationsbedingung des Strahls geladener Teilchen beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen und/oder die Wärmebehandlungsbedingung beim Durchführen der Wärmebehandlung gemäß einer Volumendonatorenkonzentration des Halbleitersubstrats angepasst wird.
Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, ferner umfassend: Schleifen des Halbleitersubstrats; und Messen einer Dicke des Halbleitersubstrats nach dem Schleifen, wobei die Implantationsbedingung des Strahls geladener Teilchen beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen und/oder die Wärmebehandlungsbedingung beim Durchführen der Wärmebehandlung gemäß einer Dicke des Halbleitersubstrats angepasst wird.
Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen die Implantationsbedingung für jedes einer Vielzahl der Halbleitersubstrate angepasst wird, und beim Durchführen der Wärmebehandlung die Wärmebehandlungsbedingung gemeinsam für die Vielzahl von Halbleitersubstraten angepasst wird.
Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18, ferner umfassend: Schleifen des Halbleitersubstrats; und Messen einer Dicke des Halbleitersubstrats nach dem Schleifen, wobei eine Implantationsbedingung der Wasserstoffionen beim Implantieren von Wasserstoff auf Grundlage der Dicke des Halbleitersubstrats angepasst wird.
Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung nach Anspruch 23 oder 25, wobei beim Messen der Dicke des Halbleitersubstrats eine Dicke des Halbleitersubstrats in einem Randabschlussstrukturabschnitt des Halbleitersubstrats gemessen wird.
Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 26, wobei beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen die Implantationsbedingung des Strahls geladener Teilchen ferner auf Grundlage mindestens eines Sauerstoffbeitragsanteils ξ, der einen Anteil der chemischen Sauerstoffkonzentration, der zum Erzeugen eines Wasserstoffdonators in der chemischen Sauerstoffkonzentration beiträgt, angibt, und eines Kohlenstoffbeitragsanteils η, der ein Verhältnis der chemischen Kohlenstoffkonzentration, der zum Erzeugen eines Wasserstoffdonators in der chemischen Kohlenstoffkonzentration des Halbleitersubstrats beiträgt, angibt, eingestellt wird.
Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung, umfassend: Erfassen einer Verunreinigungskonzentration eines Halbleitersubstrats mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche; Implantieren eines Strahls geladener Teilchen von der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats, so dass sie durch die Hälfte oder mehr einer Dicke des Halbleitersubstrats in Tiefenrichtung gehen; und Durchführen einer Wärmebehandlung des Halbleitersubstrats nach dem Implantieren des Strahls geladener Teilchen, wobei eine Implantationstiefe des Strahls geladener Teilchen gemäß der Verunreinigungskonzentration beim Implantieren des Strahls geladener Teilchen angepasst wird.
Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung nach Anspruch 28, wobei zumindest eine von einer Volumendonatorenkonzentration, einer chemischen Sauerstoffkonzentration und einer chemischen Kohlenstoffkonzentration des Halbleitersubstrats beim Erfassen der Verunreinigungskonzentration erfasst wird.