DE112021001364T5 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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hydrogen concentration
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low hydrogen
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Misaki Uchida
Takashi Yoshimura
Hiroshi TAKISHITA
Shuntaro Yaguchi
Seiji Noguchi
Yosuke Sakurai
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

Bereitgestellt wird eine Halbleitervorrichtung, die umfasst: einen Pufferbereich mit einer höheren Dotierungskonzentration als eine Volumendonatorenkonzentration; einen ersten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration, der im Pufferbereich angeordnet ist; einen zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration, der an einer Position im Pufferbereich angeordnet ist, die näher an einer unteren Oberfläche ist als der erste Peak niedriger Wasserstoffkonzentration; einen Peak hoher Wasserstoffkonzentration, der an einer Position im Pufferbereich angeordnet ist, die näher an der unteren Oberfläche ist als der zweite Peak niedriger Wasserstoffkonzentration, wobei der Peak hoher Wasserstoffkonzentration eine höhere chemische Wasserstoffkonzentration als die des zweiten Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration aufweist; und einen flachen Bereich mit einem Bereich zwischen dem ersten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und dem zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und einem Bereich, in dem der zweite Peak niedriger Wasserstoffkonzentration angeordnet ist, wobei der flache Bereich eine höhere Dotierungskonzentration als die Volumendonatorenkonzentration aufweist, und wobei ein Mittelwert der Dotierungskonzentration gleich groß wie oder kleiner als ein lokaler Minimalwert der Dotierungskonzentration zwischen dem zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und dem Peak hoher Wasserstoffkonzentration ist.

Description

  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • 1. TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung.
  • 2. STAND DER TECHNIK
  • Im Stand der Technik ist eine Halbleitervorrichtung mit einem Pufferbereich bekannt, der als Feldstoppschicht dient (siehe z.B. Patentdokument 1).
  • Patentdokument 1: US Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2016/0141399
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE
  • In der Halbleitervorrichtung ist es bevorzugt, eine Verteilung der Dotierungskonzentration im Pufferbereich oder dergleichen in so zu steuern, dass sie eine vorgegebene Form aufweist.
  • ALLGEMEINE OFFENBARUNG
  • Um die oben genannte Aufgabe zu lösen wird gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt. Die Halbleitervorrichtung kann ein Halbleitersubstrat mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche aufweisen, wobei das Halbleitersubstrat einen Volumendonator und Sauerstoff enthält. Die Halbleitervorrichtung kann einen Pufferbereich aufweisen, der mindestens teilweise auf einer Seite der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, wobei der Pufferbereich eine höhere Dotierungskonzentration als eine Volumendonatorenkonzentration aufweist. Die Halbleitervorrichtung kann einen ersten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration aufweisen, der im Pufferbereich angeordnet ist. Die Halbleitervorrichtung kann einen zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration aufweisen, der an einer Position im Pufferbereich angeordnet ist, die näher an der unteren Oberfläche ist als der erste Peak niedriger Wasserstoffkonzentration. Die Halbleitervorrichtung kann einen Peak hoher Wasserstoffkonzentration aufweisen, der an einer Position im Pufferbereich angeordnet ist, die näher an der unteren Oberfläche ist als der zweite Peak niedriger Wasserstoffkonzentration, wobei der Peak hoher Wasserstoffkonzentration eine höhere chemische Wasserstoffkonzentration als die chemische Wasserstoffkonzentration des zweiten Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration aufweist. Die Halbleitervorrichtung kann einen flachen Bereich mit einem Bereich zwischen dem ersten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und dem zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und einem Bereich, in dem der zweite Peak niedriger Wasserstoffkonzentration angeordnet ist, wobei der flache Bereich eine höhere Dotierungskonzentration als eine Volumendonatorenkonzentration aufweist, wobei eine Schwankung der Dotierungskonzentration ±30% oder weniger beträgt, wobei ein Schwankungsverhältnis der Dotierungskonzentration kleiner als ein Schwankungsverhältnis einer chemische Wasserstoffkonzentration ist, und wobei eine Breite eines Konzentrationspeaks einer Verteilung der Dotierungskonzentration, der einem Peak der Wasserstoffkonzentration einer Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration entspricht, größer als eine Breite des Peaks der Wasserstoffkonzentration der Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration ist.
  • Eine Verteilung der Dotierungskonzentration des flachen Bereichs kann in Tiefenrichtung den Konzentrationspeaks umfassen, der dem zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration entspricht. Eine Konzentration am Konzentrationspeak kann sich allmählicher ändern als am zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration.
  • Der Konzentrationspeak kann näher an der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet sein als der zweite Peak niedriger Wasserstoffkonzentration.
  • Eine Länge des flachen Bereichs kann in Tiefenrichtung die Hälfte oder mehr einer Länge des Pufferbereichs betragen.
  • Ein Mittelwert der Dotierungskonzentration des flachen Bereichs kann 0,01% oder mehr und 3% oder weniger einer chemischen Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats betragen.
  • Die chemische Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats kann das 10-fache oder mehr einer chemischen Wasserstoffkonzentration des ersten Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration betragen.
  • Ein Abstand (µm) zwischen dem ersten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und dem zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration kann das 3/1016 (µm/(Atome/cm3)) fache oder weniger der chemischen Sauerstoffkonzentration (Atome/cm3) des Halbleitersubstrats betragen.
  • Die chemische Wasserstoffkonzentration des ersten Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration kann 1,0 × 1016 Atome/cm3 oder weniger betragen. Der Abstand zwischen dem ersten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und dem zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration kann 100 µm oder weniger betragen.
  • Der Pufferbereich kann einen Bereich der unteren Oberflächenseite, der näher an der unteren Oberfläche angeordnet ist als eine Mitte des Pufferbereichs, und einen Bereich der oberen Oberflächenseite, der näher an der oberen Oberfläche angeordnet ist als die Mitte des Pufferbereichs, aufweisen. Der Pufferbereich kann eine Vielzahl von Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration einschließlich des ersten Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration und des zweiten Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration aufweisen. Eine Anzahl der Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration, die im Bereich der oberen Oberflächenseite angeordnet ist, kann größer sein als eine Anzahl der Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration, die im Bereich der unteren Oberflächenseite angeordnet ist.
  • Eine chemische Wasserstoffkonzentration der Vielzahl von Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration kann 1 × 1016 Atome/cm3 oder weniger betragen.
  • Die Dotierungskonzentration des flachen Bereichs kann das doppelte oder mehr der Volumendonatorenkonzentration betragen.
  • Die Dotierungskonzentration des flachen Bereichs kann 0,7 × 1013/cm3 oder mehr betragen.
  • Der erste Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und der zweite Peak niedriger Wasserstoffkonzentration können jeweils einen unteren Schwanz, der von einem Scheitelpunkt eines Peaks zur unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats hin angeordnet ist, und einen oberen Schwanz, der vom Scheitelpunkt zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats hin angeordnet ist, aufweisen. Eine chemische Wasserstoffkonzentration des oberen Schwanzes kann steiler abfallen als eine chemische Wasserstoffkonzentration des unteren Schwanzes.
  • Die chemische Sauerstoffkonzentration kann 1,0 × 1017 Atome/cm3 oder mehr betragen.
  • Eine Dosierung der Wasserstoffionen des ersten Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration kann 1,0 × 1012 Ionen/cm2 oder weniger betragen.
  • Die Dosierung der Wasserstoffionen des zweiten Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration kann 1,0 × 1012 Ionen/cm2 oder weniger betragen.
  • Der Mittelwert der Dotierungskonzentration des flachen Bereichs kann gleich groß wie oder kleiner sein als ein lokaler Minimalwert einer Dotierungskonzentration zwischen dem zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und dem Peak hoher Wasserstoffkonzentration.
  • Der Pufferbereich kann einen dritten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration aufweisen, der an einer Position näher an der oberen Oberfläche als der Peak hoher Wasserstoffkonzentration und näher an der unteren Oberfläche als der zweite Peak niedriger Wasserstoffkonzentration angeordnet ist. Der flache Bereich kann den dritten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration umfassen. Der Mittelwert der Dotierungskonzentration des flachen Bereichs kann gleich groß wie oder kleiner sein als ein lokaler Minimalwert einer Dotierungskonzentration zwischen dem dritten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und dem Peak hoher Wasserstoffkonzentration.
  • Das Schwankungsverhältnis der Dotierungskonzentration im flachen Bereich kann die Hälfte oder weniger des Schwankungsverhältnisses der chemischen Wasserstoffkonzentration betragen.
  • 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 Draufsicht, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung 100 zeigt.
    • 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs D in 1.
    • 3 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Querschnitts e-e in 2 zeigt.
    • 4A ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Verteilung der Dotierungskonzentration in Tiefenrichtung an einer Position einer Linie F-F in 3 zeigt.
    • 4B ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Verteilung einer Dotierungskonzentration DD und einer chemischen Wasserstoffkonzentration CH in einem Pufferbereich 20 in Tiefenrichtung zeigt.
    • 5A ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel der Verteilung der Dotierungskonzentration in Tiefenrichtung an der Position der Linie F-F in 3 zeigt.
    • 5B ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Verteilung der Dotierungskonzentration DD und der chemischen Wasserstoffkonzentration CH im Pufferbereich 20 in 5A in Tiefenrichtung zeigt.
    • 6 ist ein Schaubild, das die Verteilung der Dotierungskonzentration im Pufferbereich 20 gemäß einem Beispiel und gemäß Vergleichsbeispielen zeigt.
    • 7 ist ein Schaubild, das die Verteilung der Dotierungskonzentration im Pufferbereich 20 gemäß einem Beispiel und einem Vergleichsbeispiel zeigt.
    • 8 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel der Verteilung der Dotierungskonzentration in Tiefenrichtung an der Position der Linie F-F in 3 zeigt.
    • 9 ist eine vergrößerte Ansicht einer Vielzahl von Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration, die nebeneinander angeordnet sind.
    • 10 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel der Vielzahl von Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration zeigt, die nebeneinander angeordnet sind.
    • 11 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel der Vielzahl von Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration zeigt, die nebeneinander angeordnet sind.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden wird die 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 Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe.
  • In der vorliegenden Beschreibung wird eine Seite in Richtung parallel zu einer Tiefenrichtung eines Halbleitersubstrats als „obere“ und die andere Seite als „untere“ bezeichnet. Eine Oberfläche von zwei Hauptflächen eines Substrats, eine Schicht oder andere Elemente werden als eine obere Oberfläche und die andere Oberfläche als eine untere Oberfläche bezeichnet. Die „untere“ Richtung und „obere“ Richtung sind nicht auf eine Richtung der Schwerkraft oder auf eine Richtung, in der eine Halbleitervorrichtung montiert ist, 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 ist die Z-Achse nicht ausschließlich auf die Höhenrichtung relativ zum Boden beschränkt. Eine +Z-Richtung und eine -Z-Richtung sind einander entgegengesetzte Richtungen. Wenn die Z-Achsen-Richtung ohne Vorzeichen beschrieben wird, wird auf eine Richtung parallel zur +Z-Achse und zur -Z-Achse Bezug genommen.
  • In der vorliegenden Beschreibung werden orthogonalen Achsen parallel zur oberen Oberfläche und zur unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats als die X-Achse und die Y-Achse bezeichnet. Außerdem wird eine Achse senkrecht zur oberen Oberfläche und zur unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats als die Z-Achse bezeichnet. In der vorliegenden Beschreibung kann die Richtung der Z-Achse als die Tiefenrichtung bezeichnet werden. Außerdem kann in der vorliegenden Beschreibung eine Richtung parallel zur oberen Oberfläche und zur unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats als eine horizontale Richtung, einschließlich einer X-Achse und einer Y-Achse, 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 können die Begriffe „gleich“ oder „selbe“ einen Fall bezeichnen, bei dem ein Fehler aufgrund eine Abweichung bei der Herstellung oder dergleichen enthalten ist. Der Fehler beträgt beispielsweise bis zu 10%.
  • In der vorliegenden Beschreibung wird eine Leitfähigkeitsart eines Dotierungsbereichs, wo eine Dotierung mit einer Verunreinigung durchgeführt wurde, als p-artig oder n-artig bezeichnet. In der vorliegenden Beschreibung kann sich die Verunreinigung insbesondere auf einen beliebigen N-artigen Donator oder einen P-artigen Akzeptor beziehen und kann als Dotierstoff beschrieben werden. In der vorliegenden Beschreibung ist mit Dotierung das Einbringen des Donators oder des Akzeptors in ein Halbleitersubstrat zum Bilden eines Halbleiters mit einem N-artigen Leitfähigkeitstyp oder einem P-artigen Leitfähigkeitstyp gemeint.
  • In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet eine Dotierungskonzentration eine Konzentration des Donators oder eine Konzentration des Akzeptors in einem thermisch Gleichgewichtszustand. In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet eine Netto-Dotierungskonzentration eine Netto-Konzentration, die durch Hinzufügen der Donatorenkonzentration als Konzentration positiver Ionen zur Akzeptorenkonzentration als Konzentration negativer Ionen erhalten wird, einschließlich der Polaritäten der Ladungen. Wenn beispielsweise die Donatorenkonzentration ND ist und die Akzeptorenkonzentration NA ist, wird die Netto-Dotierungskonzentration an einer beliebigen Stelle durch ND-NA angegeben. In der vorliegenden Beschreibung kann die Netto-Dotierungskonzentration einfach als die Dotierungskonzentration bezeichnet werden.
  • Der Donator hat die Funktion, Elektronen an einen 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 dient ein VOH-Defekt, der eine Kombination aus einer Leerstelle (V), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) ist, die im Halbleiter vorliegen, als der Donator, der Elektronen bereitstellt. In der vorliegenden Beschreibung kann der VOH-Defekt als ein Wasserstoffdonator bezeichnet werden.
  • In der vorliegenden Beschreibung ist ein N-artiger Volumendonator im gesamten Halbleitersubstrat verteilt. Der Volumendonator ist ein Dotierstoff-Donator, der im Wesentlichen gleichmäßig in einem Ingot enthalten ist während der Herstellung des Ingots, aus dem das Halbleitersubstrat gemacht ist. Der Volumendonator des vorliegenden Beispiels ist ein von Wasserstoff verschiedenes Element. Der Dotierstoff des Volumendonators ist beispielsweise Phosphor, Antimon, Arsen, Selen oder Schwefel aber die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Der Volumendonator des vorliegenden Beispiels ist Phosphor. Der Hauptdonator ist auch im P-artigen Bereich enthalten. Das Halbleitersubstrat kann ein Wafer sein, der aus einem Halbleiteringot herausgeschnitten wurde, oder ein durch Vereinzeln des Wafers 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 des vorliegenden Beispiels wird durch das MCZ-Verfahren hergestellt. Eine Sauerstoffkonzentration in dem durch das MCZ-Verfahren hergestellten Substrat beträgt beispielsweise 1 × 1017 bis 7 × 1017/cm3. Die Sauerstoffkonzentration in dem durch das FZ-Verfahren hergestellten Substrat beträgt beispielsweise 1 × 1015 bis 5 × 1016/cm3. Bei einer höheren Sauerstoffkonzentration ist es in der Regel einfacher, den Wasserstoffdonator zu erzeugen. Als Volumendotierungskonzentration kann die chemische Konzentration des Volumendonators durch das Halbleitersubstrat verwendet werden oder es kann ein Wert von 90% bis 100% der chemischen Konzentration verwendet werden. Ferner kann für das Halbleitersubstrat ein nicht-dotiertes Substrat, das keinen Dotierstoff wie z.B. Phosphor enthält, verwendet werden. In diesem Fall beträgt die Volumendonatorenkonzentration (Db) des nicht-dotierten Substrats beispielsweise 1 × 1010/cm3 oder mehr und 5 x 1012/cm3 oder weniger. Die Volumendonatorenkonzentration (Db) des nicht-dotierten Substrats beträgt vorzugsweise 1 × 1011/cm3 oder mehr. Die Volumendonatorenkonzentration (Db) des nicht-dotierten Substrats beträgt vorzugsweise 5 × 1012/cm3 oder weniger. Man beachte, dass jede Konzentration in der vorliegenden Erfindung ein Wert bei Raumtemperatur sein kann. Als die Raumtemperatur kann beispielsweise ein Wert von 300 K (Kelvin) (ungefähr 26,9°C) verwendet werden.
  • In der vorliegenden Beschreibung bedeuten die Bezeichnungen P+-artig oder N+-artig eine höhere Dotierungskonzentration als die Bezeichnungen P-artig oder N-artig, und die Bezeichnungen P--artig oder N--artig beziehen sich auf eine niedrigere Dotierungskonzentration als die 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 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.
  • Eine chemische Konzentration in der vorliegenden Beschreibung bezieht sich auf atomare Dichte einer Verunreinigung, die unabhängig von einem elektrischen Aktivierungszustand gemessen wird. Die chemische Konzentration kann beispielsweise durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) gemessen werden. Die oben beschriebene Netto-Dotierungskonzentration kann durch Spannungs-Kapazitäts-Profilierung (CV-Profilierung) gemessen werden. Ferner kann eine durch ein Ausbreitungswiderstands-Verfahren („Spreading Resistance“, SRP-Verfahren) gemessene Ladungsträgerkonzentration als die Dotierungskonzentration verwendet werden. Die durch die CV-Profilierung oder das SRP-Verfahren gemessene Ladungsträgerkonzentration kann ein Wert im thermischen Gleichgewichtszustand sein. Ferner ist die Donatorenkonzentration in einem N-artigen Bereich ausreichend höher als die Akzeptorenkonzentration, so dass die Ladungsträgerkonzentration des Bereichs als die Donatorenkonzentration verwendet werden kann. In ähnlicher Weise kann die Ladungsträgerkonzentration eines P-artigen Bereichs als die Akzeptorenkonzentration festgelegt sein. In der vorliegenden Beschreibung kann die Dotierungskonzentration des N-artigen Bereichs als die Donatorenkonzentration bezeichnet werden und die Dotierungskonzentration des P-artigen Bereichs kann als die Akzeptorenkonzentration bezeichnet werden.
  • Wenn zudem eine Konzentrationsverteilung des Donators, des Akzeptors oder der Nettodotierung einen Peak in einem Bereich aufweist, kann ein Wert des Peaks als die Konzentration des Donators, des Akzeptors oder der Nettodotierung in dem Bereich verwendet werden. In einem Fall, wo die Konzentration des Donators, Akzeptors oder Nettodotierung in einem Bereich im Wesentlichen gleichförmig oder dergleichen ist, kann ein Mittelwert der Konzentration des Donators, Akzeptors oder Nettodotierung im Bereich als die Konzentration des Donators, Akzeptors oder Nettodotierung verwendet werden. In der vorliegenden Beschreibung wird Atome/cm3 oder /cm3 verwendet, um eine Konzentration pro Einheitsvolumen zu bezeichnen. Diese Einheit wird verwendet für die Donatoren- oder Akzeptorenkonzentration oder die chemische Konzentration im Halbleitersubstrat. Eine Bezeichnung von Atomen kann weggelassen werden.
  • Die durch das SRP-Verfahren gemessene Ladungsträgerkonzentration kann kleiner als die Konzentration des Donators oder des Akzeptors sein. In einem Bereich, wo ein Strom beim Messen eines Ausbreitungswiderstands fließt, kann die Ladungsträgermobilität des Halbleitersubstrats niedriger sein als ein Wert in einem Kristallzustand. Die Reduzierung der Ladungsträgermobilität tritt auf, wenn Ladungsträger aufgrund von Unordnung (Unordnung) einer Kristallstruktur aufgrund von Gitterdefekten oder dergleichen gestreut werden.
  • Die aus der mittels der CV-Profilierung oder dem SRP-Verfahren gemessenen Ladungsträgerkonzentration berechnete Konzentration des Donators oder des Akzeptors kann niedriger als eine chemische Konzentration eines Elements sein, welches den Donator oder den Akzeptor bildet. Beispielsweise beträgt eine Donatorenkonzentration von Phosphor oder Arsen, die als Donator dienen, oder eine Akzeptorenkonzentration von Bor (Bor), der als Akzeptor dient, in einem Silizium-Halbleiter ungefähr 99% von deren chemischen Konzentration. Andererseits beträgt eine Donatorenkonzentration von Wasserstoff, der als Donator dient, im Silizium-Halbleiter ungefähr 0,1% bis 10% der chemischen Konzentration von Wasserstoff.
  • 1 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung 100 zeigt. 1 zeigt eine Position, an der jedes Bauteil auf eine obere Oberfläche eines Halbleitersubstrats 10 projiziert ist. 1 zeigt nur einige Bauteile der Halbleitervorrichtung 100, während die Darstellung anderer Bauteile weggelassen wird.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 umfasst das Halbleitersubstrat 10. Das Halbleitersubstrat 10 ist ein Substrat, das aus einem Halbleitermaterial gebildet ist. Beispielsweise ist das Halbleitersubstrat 10 ein Siliziumsubstrat aber ein Material des Halbleitersubstrats 10 ist nicht auf Silizium beschränkt.
  • Das Halbleitersubstrat 10 weist in Draufsicht eine Endseite 162 auf. Wenn in der vorliegenden Beschreibung lediglich auf die Draufsicht Bezug genommen wird, so bedeutet dies, dass das Halbleitersubstrat 10 von einer oberen Oberflächenseite betrachtet wird. Das Halbleitersubstrat 10 des vorliegenden Beispiels weist zwei Sätze von Endseiten162 auf, die einander in Draufsicht gegenüberliegen. In 1 sind die X-Achse und die Y-Achse parallel zu einer der Endseiten 162 angeordnet. Ferner ist die Z-Achse senkrecht zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10.
  • Das Halbleitersubstrat 10 weist einen aktiven Abschnitt 160 auf. Der aktive Abschnitt 160 ist ein Bereich, in dem 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 1 weggelassen.
  • Der aktive Abschnitt 160 weist zumindest einen Transistorabschnitt 70, mit einem Transistorelement, wie z.B. einem IGBT, auf, und/oder einen Diodenabschnitt 80 mit einem Diodenelement, wie z.B. einer Freilaufdiode (FWD). Im Beispiel der 1 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 anderen Beispiel kann der aktive Bereich 160 nur den Transistorabschnitt 70 oder den Diodenabschnitt 80 aufweisen.
  • In 1 wird ein Bereich, in dem jeder der Transistorabschnitte 70 angeordnet ist, durch ein Symbol „I“ angezeigt und ein Bereich, wo jeder der Diodenabschnitte 80 angeordnet ist, durch ein Symbol „F“ angezeigt. In der vorliegenden Beschreibung kann eine Richtung senkrecht zur Anordnungsrichtung in Draufsicht als eine Ausbreitungsrichtung (Y-Achsenrichtung in 1) bezeichnet werden. Jeder der Transistorabschnitte 70 und der Diodenabschnitte 80 kann eine Längslänge in Ausbreitungsrichtung haben. In anderen Worten, die Länge jeder der Transistorabschnitte 70 in Y-Achsenrichtung ist größer als die Breite in X-Achsenrichtung. In ähnlicher Weise ist die Länge jeder der Diodenabschnitte 80 in Y-Achsenrichtung größer als die Breite in X-Achsenrichtung. Die Ausbreitungsrichtung des Transistorabschnitts 70 und des Diodenabschnitts 80 und eine Längsrichtungjedes später beschriebenen Grabenabschnitts können dieselben sein.
  • Jeder der Diodenabschnitte 80 umfasst einen N+-artigen Kathodenbereich 82 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 Diodenabschnitt 80 bezeichnet. In anderen Worten, 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 umfasst der Diodenabschnitt 80 auch einen Verlängerungsbereich 81, wo der Diodenabschnitt 80 in Y-Achsenrichtung in einen später beschriebenen Gatterläufer übergeht. Die Kollektorelektrode ist auf einer unteren Oberfläche des Verlängerungsbereichs 81 angeordnet.
  • Der Transistorabschnitt 70 umfasst den P+-artigen Kollektorbereich 82 in einem Bereich, der mit der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 verbunden ist. Außerdem sind im Transistorabschnitt 70 ein N-artiger Emitterbereich, ein P-artiger Basisbereich und eine Gatterstruktur mit einem Gatter-Leitungsabschnitt und einem dielektrischen Gatterfilm periodisch auf oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordnet.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 kann ein oder mehr Felder über dem Halbleitersubstrat 10 aufweisen. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst ein Gatterfeld 164. Die Halbleitervorrichtung 100 kann ein Feld, wie z.B. ein Anodenfeld, ein Kathodenfeld und ein Strommessfeld aufweisen. Jedes Feld ist in einem Bereich in der Nähe der Endseite 162 angeordnet. Der Bereich nahe bei der Endseite 162 bezeichnet einen Bereich, der sich in Draufsicht zwischen der Endseite 162 und der Emitterelektrode befindet. Wenn die Halbleitervorrichtung 100 montiert ist, kann jedes Feld über eine Verdrahtung wie zum Beispiel einen Draht mit einem externen Schaltkreis verbunden sein.
  • Ein Gatterpotenzial wird an das Gatterfeld 164 angelegt. Das Gatterfeld 164 ist elektrisch mit einem Leitungsabschnitt eines Gatter-Grabenabschnitts des aktiven Abschnitts 160 verbunden. Die Halbleitervorrichtung 100 umfasst einen Gatterläufer, der das Gatterfeld 164 und den Gattergrabenabschnitt verbindet. In 1 ist der Gatterläufer mit diagonalen Linien schraffiert.
  • Der Gatterläufer des vorliegenden Beispiels umfasst einen äußeren umfänglichen Gatterläufer 101 und einen aktivseitigen Gatterläufer 102. Der äußere umfängliche Gatterläufer 101 ist in Draufsicht zwischen der dem aktiven Abschnitt 160 und der Endseite 162 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der äußere umfängliche Gatterläufer 101 des vorliegenden Beispiels umgibt den aktiven Abschnitt 160 in Draufsicht. Ein Bereich, der den äußeren umfänglichen Gatterläufer 101 in Draufsicht umgibt, kann der aktive Abschnitt 160 sein. Ferner ist der äußere umfängliche Gatterläufer 101 mit dem Gatterfeld 164 verbunden. Der äußere umlaufende Gatterläufer 101 ist über dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet. Der äußere umfängliche Gatterläufer 101 kann eine Metallverdrahtung sein, die Aluminium enthält.
  • Der aktivseitige Gatterläufer 102 ist im aktiven Abschnitt 160 angeordnet. Das Vorsehen des aktivseitigen Gatterläufers 102 im aktiven Abschnitt 160 kann eine Schwankung der Verdrahtungslängen vom Gatterfeld 164 für jeden Bereich des Halbleitersubstrats 10 reduzieren.
  • Der aktivseitige Gatterläufer 102 ist mit dem Gattergrabenabschnitt des aktiven Abschnitts 160 verbunden. Der aktivseitige Gatterläufer 102 ist über dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet. Der aktivseitige Gatterläufer 102 kann eine Verdrahtung sein, die aus einem Halbleitermaterial wie Polysilizium, das mit Verunreinigungen dotiert ist, ausgebildet ist.
  • Der aktivseitige Gatterläufer 102 kann mit dem äußeren umlaufenden Gatterläufer 101 verbunden sein. Der aktivseitige Gatterläufer 102 des vorliegenden Beispiels erstreckt sich in X-Achsenrichtung, so dass er den aktiven Abschnitt 160 von einem äußeren umfänglichen Gatterläufer 101 zum anderen äußeren umfänglichen Gatterläufer 101 im Wesentlichen mittig in Y-Achsenrichtung durchquert. Wenn der aktive Abschnitt 160 durch den aktivseitigen Gatterläufer 102 geteilt wird, können der Transistorabschnitt 70 und der Diodenabschnitt 80 abwechselnd in X-Achsenrichtung in jedem geteilten Bereich angeordnet sein.
  • Ferner 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 einen Vorgang des im aktiven Abschnitt 160 angeordneten Transistorabschnitt simuliert.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst einen Randabschlussstrukturabschnitt 90 zwischen dem aktiven Abschnitt 160 und der Endseite 102 in Draufsicht. Der Randabschlussstrukturabschnitt 90 des vorliegenden Beispiels ist zwischen dem äußeren umfänglichen Gatterläufer 101 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.
  • 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs D in 1. Der Bereich D ist ein Bereich, der den Transistorabschnitt 70, den Diodenabschnitt 80 und den aktivseitige Gatterläufer 102 enthält. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst einen Gatter-Grabenabschnitt 40, einen Dummy-Grabenabschnitt 30, einen Senkenbereich 11, einen Emitterbereich 12, einen Basisbereich 14 und einen Kontaktbereich 15, die in der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sind. Der Gatter-Grabenabschnitt 40 und der Dummy-Grabenabschnitt 30 sind jeweils Beispiele des Grabenabschnitts. Ferner umfasst die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels eine Emitterelektrode 52 und den aktivseitigen Gatterläufer 102, die über der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sind. Die Emitterelektrode 52 und der aktivseitige Gatterläufer 102 sind voneinander getrennt angeordnet.
  • Ein dielektrischer Zwischenschichtfilm ist zwischen der Emitterelektrode 52 und dem aktivseitigen Gatterläufer 102 und der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet, aber der dielektrische Zwischenschichtfilm wurde in 2 weggelassen. Im dielektrischen Zwischenschichtfilm des vorliegenden Beispiels ist ein Kontaktloch 54 den dielektrischen Zwischenschichtfilm durchdringend angeordnet. In 2 ist jedes Kontaktloch 54 mit diagonalen Linien schraffiert.
  • Die Emitterelektrode 52 ist auf der oberen Seite des Gatter-Grabenabschnitts 40, des Dummy-Grabenabschnitts 30, des Senkenbereichs 11, des Emitterbereichs 12, des Basisbereichs 14 und des Kontaktbereichs 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. Ferner ist die Emitterelektrode 52 durch das im dielektrischen Zwischenschichtfilm angeordnete Kontaktloch mit einem Dummy-Leitungsabschnitt im Dummy-Grabenabschnitt 30 verbunden. Die Emitterelektrode 52 kann mit dem Dummy-Leitungsabschnitt des Dummy-Grabenabschnitts 30 an einem Rand des Dummy-Grabenabschnitts 30 in Y-Achsenrichtung verbunden sein.
  • Der aktivseitige Gatterläufer 102 ist durch das im dielektrischen Zwischenschichtfilm angeordnete Kontaktloch mit dem Dummy-Grabenabschnitt 40 verbunden. Der aktivseitige Gatterläufer 102 kann mit einem Gatter-Leitungsabschnitt des Gatter-Grabenabschnitts 40 an einem Randabschnitt des Gatter-Grabenabschnitts 40 in Y-Achsenrichtung verbunden sein. Der aktivseitige Gatterläufer 102 ist nicht mit dem Dummy-Leitungsabschnitt im Dummy-Grabenabschnitt 30 verbunden.
  • Die Emitterelektrode 52 ist aus einem Material gebildet, das ein Metall enthält. 2 zeigt einen Bereich, wo die Emitterelektrode 52 angeordnet ist. Beispielsweise ist zumindest ein Teil eines Bereichs der Emitterelektrode 52 aus Aluminium oder einer Aluminium-Silizium-Legierung, z.B. einer Metalllegierung wie AlSi und AlSiCu gebildet. Die Emitterelektrode 52 kann unter einem aus Aluminium oder dergleichen gebildeten Bereich eine Metallbarriere aus Titan oder einem Titanverbundstoff aufweisen. Ferner kann ein Stecker, der durch Einbetten von Wolfram oder dergleichen in Berührung mit der Metallbarriere und Aluminium und dergleichen gebildet ist, im Kontaktloch enthalten sein.
  • Der Senkenbereich 11 ist überlappend mit dem aktivseitigen Gatterläufer 102 angeordnet. Der Senkenbereich 11 erstreckt sich mit einer vorgegebenen Breite auch in einem Bereich, der nicht mit dem aktivseitigen Gatterläufer 102 überlappt. Der Senkenbereich 11 des vorliegenden Beispiels ist getrennt vom Ende des Kontaktlochs 54 in Y-Achsenrichtung zur Seite des aktivseitigen Gatterläufers 102 angeordnet. Der Senkenbereich ist ein Bereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, in dem die Dotierungskonzentration höher als die des Basisbereichs 14 ist. Der Basisbereich 14 des vorliegenden Beispiels 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 des vorliegenden Beispiels sind ein oder mehrere Gatter-Grabenabschnitte 40 und ein oder mehrere Dummy-Grabenabschnitte 30 abwechselnd entlang der Anordnungsrichtung angeordnet. Im Diodenabschnitt 80 des vorliegenden Beispiels ist die Vielzahl der Dummy-Grabenabschnitte 30 entlang der Anordnungsrichtung angeordnet. Im Diodenabschnitt 80 des vorliegenden Beispiels ist kein Gatter-Grabenabschnitt 40 angeordnet.
  • Der Gatter-Grabenabschnitt 40 des vorliegenden Beispiels kann zwei gerade Abschnitte 39, die sich entlang der Erstreckungsrichtung senkrecht zur Anordnungsrichtung (Abschnitte eines Grabens die in Erstreckungsrichtung gerade sind) erstrecken, und den Randabschnitt 41, der die zwei geraden Abschnitte 30 verbindet, aufweisen. Die Erstreckungsrichtung in 2 ist die Y-Achsenrichtung.
  • Mindestens ein Teil des Randabschnitts 41 ist vorzugsweise in gekrümmter Form in Draufsicht angeordnet. Durch Verbinden von Endabschnitten der zwei geraden Abschnitte 39 in Y-Achsenrichtung verbindet, ist es möglich, die elektrische Feldstärke an den Endabschnitten der geraden Abschnitte 39 zu verringern.
  • Im Transistorabschnitt 70 sind die Dummy-Grabenabschnitte 30 zwischen den jeweiligen geraden Abschnitten 39 des Gatter-Grabenabschnitts 40 angeordnet. Zwischen den jeweiligen geraden Abschnitten 39 kann ein Dummy-Grabenabschnitt 30 oder eine Vielzahl von Dummy-Grabenabschnitten 30 angeordnet sein. Der Dummy-Grabenabschnitt 30 kann eine gerade Form haben, die sich in Erstreckungsrichtung erstreckt, oder kann gerade Abschnitte 29 und einen Randabschnitt 31 ähnlich wie der Gatter-Grabenabschnitt 40 aufweisen. Die in 2 gezeigte Halbleitervorrichtung 100 umfasst sowohl den geraden Dummy-Grabenabschnitt 30 ohne Kantenabschnitt 31 und den Dummy-Grabenabschnitt 30 mit dem Kantenabschnitt 31.
  • Eine Diffusionstiefe des Senkenbereichs 11 kann tiefer sein als die Tiefe 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. Mit anderen Worten, der Bodenabschnitt jedes Grabenabschnitts in Tiefenrichtung ist mit dem Senkenbereich 11 am Endabschnitt jedes Grabenabschnitts in Y-Achsenrichtung bedenkt. Mit diesem Aufbau kann die elektrische Feldstärke auf dem Bodenabschnitt jedes Grabenabschnitts reduziert werden.
  • Ein Mesaabschnitt ist in Anordnungsrichtung zwischen den jeweiligen Grabenabschnitten angeordnet. Der Mesaabschnitt bezieht sich auf einen Bereich, der zwischen den Grabenabschnitten im Halbleitersubstrat 10 eingeschlossen ist. Zum Beispiel ist ein oberes 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 des vorliegenden Beispiels ist so angeordnet, dass er sich in Ausdehnungsrichtung (Y-Achsenrichtung) entlang des Grabenabschnitts auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 erstreckt. Im vorliegenden Beispiel ist ein Mesaabschnitt 60 im Transistorabschnitt 70 angeordnet und ein Mesaabschnitt 61 ist im Diodenabschnitt 80 angeordnet. Falls in der vorliegenden Beschreibung einfach ein „Mesaabschnitt“ erwähnt wird, bezeichnet der Abschnitt jeweils den Mesaabschnitt 60 und den Mesaabschnitt 61.
  • Jeder Mesaabschnitt umfasst den Basisbereich 14. Im Mesaabschnitt ist ein Bereich, der am nächsten am aktivseitigen Gatterläufer 102 angeordnet ist, im Basisbereich 14, der auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 freiliegt, als Basisbereich 14-e festgelegt. Während 2 den an einem Endabschnitt eines jeden Mesaabschnitts in Erstreckungsrichtung angeordneten Basisbereich 14-e dargestellt, ist der Basisbereich 14-e auch am anderen Endabschnitt eines jeden Mesaabschnitts angeordnet. Jeder Mesaabschnitt kann zumindest den Emitterbereich 12 des ersten Leitfähigkeitstyps oder den Kontaktbereich 15 des zweiten Leitfähigkeitstyps in einem Bereich, der in Draufsicht zwischen den Basisbereichen 14-e eingefasst ist, aufweisen. Der Emitterbereich 12 des vorliegenden Beispiels 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 auf der 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 auf der 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 der Kontaktbereich 15 und der Emitterbereich 12 des Mesaabschnitts 60 abwechselnd entlang der Ausdehnungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des Grabenabschnitts angeordnet.
  • In einem anderen Beispiel können der Kontaktbereich 15 und der Emitterbereich 12 des Mesaabschnitts 60 als Streifen entlang der Ausdehnungsrichtung (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 zwischen den Emitterbereichen 12 eingeschlossen ist.
  • Der Mesaabschnitt 61 des Diodenabschnitts 80 weist keinen Emitterbereich 12 auf. Der Basisbereich 14 und der Kontaktbereich 15 können auf einer oberen Oberfläche des Mesaabschnitts 61 angeordnet sein. In dem zwischen den Basisbereichen 14-e auf der oberen Oberfläche des Mesaabschnitts 61 eingefassten Bereich kann der Kontaktbereich 15 in Berührung mit jedem Basisbereich 14-e vorgesehen sein. Der Basisbereich 14 kann in einem Bereich angeordnet sein, der zwischen den Kontaktbereichen 15 auf der oberen Oberfläche des Mesaabschnitts 61 eingeschlossen ist. Der Basisbereich 14 kann im gesamten zwischen den Kontaktbereichen 15 eingeschlossenen Bereich vorgesehen sein.
  • Das Kontaktloch 54 ist über jedem Mesaabschnitt angeordnet. Das Kontaktloch 54 ist dem Bereich angeordnet, der zwischen den Basisbereichen 14-e eingefasst ist. Das Kontaktloch 54 des vorliegenden Beispiels ist über den jeweiligen Bereichen des Kontaktbereichs 15, des Basisbereichs 14 und des Emitterbereichs 12 vorgesehen. Das Kontaktloch 54 ist nicht in Bereichen angeordnet, die dem Basisbereich 14-e und dem Senkenbereich 11 entsprechen. Das Kontaktloch 54 kann in Anordnungsrichtung (X-Achsenrichtung) mittig im Mesaabschnitt 60 angeordnet sein.
  • Im Diodenabschnitt 80 ist ein N+-artiger Kathodenbereich 82 in einem Bereich angeordnet, der neben der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 liegt. Auf 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 einer unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 und einem Pufferbereich 20 angeordnet. In 2 ist eine Grenze zwischen dem Kathodenbereich 82 und dem Kollektorbereich 22 mit einer gepunkteten Linie dargestellt.
  • Der Kathodenbereich 82 ist in Y-Achsenrichtung getrennt vom Senkenbereich 11 angeordnet. Mit dieser Ausgestaltung wird der 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 im vorliegenden Beispiel weiter entfernt vom Senkenbereich 11 angeordnet als der Endabschnitt des Kontaktlochs 54 in Y-Achsenrichtung. In einem weiteren Beispiel kann der Endabschnitt in Y-Achsenrichtung des Kathodenbereichs 82 zwischen dem Senkenbereich 11 und dem Kontaktloch 54 angeordnet sein.
  • 3 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Querschnitts e-e in 2 zeigt. Der Querschnitt e-e ist eine XZ-Ebene, die durch den Emitterbereich 12 und den Kathodenbereich 82 geht. Die Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels umfasst im Querschnitt das Halbleitersubstrat 10, den dielektrischen Zwischenschichtfilm 38, die Emitterelektrode 52 und die Kollektorelektrode 24.
  • Der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 ist auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 ist ein Film, der mindestens eine Schicht eines dielektrischen Films, wie z.B. Silikatglas, dem eine Verunreinigung wie Bor oder Phosphor zugefügt wird, eines thermischen Oxidfilms oder andere dielektrische Filme enthält. Der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 ist in Kontakt mit dem in 2 beschriebenen Kontaktloch 54 angeordnet.
  • Die Emitterelektrode 52 ist über dem dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 angeordnet. Die Emitterelektrode 52 ist durch das Kontaktloch 54 des dielektrischen Zwischenschichtfilms 38 mit einer 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 vorliegenden Beschreibung wird die Richtung, in der die Emitterelektrode 52 mit der Kollektorelektrode 24 verbunden ist (die Z-Achsenrichtung), auch 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 der N+-artige Emitterbereich 12 und der P--artige Basisbereich 14 der Reihe nach von der oberen Oberflächenseite 21 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der Driftbereich 18 ist unter dem Basisbereich 14 angeordnet. Der Mesaabschnitt 60 kann auch einen N+-artigen Sammelbereich 16 aufweisen. Der Sammelbereich 16 ist zwischen dem Basisbereich 14 und dem Driftbereich 18 angeordnet.
  • Der Emitterbereich 12 liegt auf der 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 des vorliegenden 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 Sammelbereich 16 ist unter dem Basisbereich 14 angeordnet. Der Sammelbereich 16 ist ein N+-artiger Bereich mit einer höheren Dotierungskonzentration als der Driftbereich 18. Der Sammelbereich 16 kann einen Konzentrationspeak eines Donators wie z.B. Phosphor oder Wasserstoffdonator aufweisen. Durch Vorsehen des Sammelbereichs 16 mit hoher Konzentration zwischen dem Driftbereich 18 und dem Basisbereich 14 ist es möglich, einen Effekt der Verstärkung der Ladungsträgerimplantation (lE-Effekt) zu erhöhen und eine EIN-Spannung zu reduzieren. Der Sammelbereich 16 kann eine ganze untere 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 Sammelbereich 16 unter dem Basisbereich 14 angeordnet sein.
  • Jeweils im Transistorabschnitt 70 und im Diodenabschnitt 80 kann der N+-artige Pufferbereich 20 unter dem Driftbereich 18 angeordnet sein. Die Dotierungskonzentration des Pufferbereichs 20 ist höher als die Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18. Der Pufferbereich 20 kann einen Konzentrationspeak mit einer höheren Dotierungskonzentration als die des Driftbereichs 18 aufweisen. Die Dotierungskonzentration des Konzentrationspeaks gibt eine Dotierungskonzentration an einem Scheitelpunkt des Konzentrationspeaks an. Ferner kann als die Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18 ein Mittelwert der Dotierungskonzentrationen in dem Bereich verwendet werden, wo die Verteilung der Dotierungskonzentration im Wesentlichen flach ist.
  • Der Pufferbereich 20 kann durch Implantieren von Ionen des N-artigen Dotierstoffs wie z.B. Wasserstoff (Proton) oder Phosphor ausgebildet werden. Der Pufferbereich 20 des vorliegenden Beispiels wird durch Implantieren von Wasserstoffionen ausgebildet. 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.
  • Im Transistorabschnitt 70 ist der P+-artige Kollektorbereich 22 unterhalb vom Pufferbereich 20 angeordnet. Eine Akzeptorenkonzentration des Kollektorbereichs 22 ist höher als eine Akzeptorenkonzentration des Basisbereichs 14. Der Kollektorbereich 22 kann einen Akzeptor aufweisen, welcher derselbe oder ein anderer ist wie ein Akzeptor des Basisbereichs 14. Der Akzeptor des Kollektorbereichs 22 ist beispielsweise Bor.
  • Unter dem Pufferbereich 20 im Diodenabschnitt 80 ist der N+-artige Kathodenbereich 82 angeordnet. Eine Donatorenkonzentration des Kathodenbereichs 82 ist höher als eine Donatorenkonzentration des Driftbereichs 18. Ein Donator des Kathodenbereichs 82 ist beispielsweise Wasserstoff oder Phosphor. Ein Element, das als ein Donator und ein Akzeptor in jedem Bereich dient ist nicht auf die obige Beschreibung 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.
  • Ein oder mehrere Gattergrabenabschnitte 40 und ein 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 durch den Basisbereich 14 ein und erreicht den Driftbereich 18. In einem Bereich, wo zumindest ein beliebiger des Emitterbereichs 12, des Kontaktbereichs 15 oder des Sammelbereichs 16 angeordnet ist, durchdringt jeder Grabenabschnitt auch durch diese Dotierungsbereiche, um den Driftbereich 18 zu erreichen. Der Aufbau des in den Dotierungsbereich eindringenden Grabenabschnitts ist nicht darauf beschränkt, dass die Herstellung in der Reihenfolge des Bildens des Dotierungsbereichs und dann Bilden des Grabenabschnitts erfolgt. Der Aufbau des in den Dotierungsbereich eindringenden Grabenabschnitts umfasst auch einen Aufbau des Dotierungsbereichs, der nach dem Ausbilden des Grabenabschnitts zwischen den Grabenabschnitten ausgebildet wird.
  • Wie oben beschrieben weist der Transistorabschnitt 70 den Gatter-Grabenabschnitt 40 und den Dummy-Grabenabschnitt 30 auf. Im Diodenabschnitt 80 ist der Dummy-Grabenabschnitt 30 angeordnet und der Gatter-Grabenabschnitt 40 ist nicht angeordnet. Die Grenze in X-Achsenrichtung zwischen dem Diodenabschnitt 80 und dem Transistorabschnitt 70 im vorliegenden Beispiel ist eine Grenze zwischen dem Kathodenbereich 82 und dem Kollektorbereich 22.
  • Der Gatter-Grabenabschnitt 40 umfasst einen Gattergraben in der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10, einen dielektrischen Gatterfilm 42 und einen Gatter-Leitungsabschnitt 44. Der dielektrische Gatterfilm 42 ist die innere Wand des Gattergrabens bedeckend angeordnet. Der dielektrische Gatterfilm 42 kann durch Oxidieren oder Nitrieren eines Halbleiters auf der inneren Wand des Gattergrabens ausgebildet werden. Der Gatter-Leitungsabschnitt 44 ist innerhalb des dielektrischen Gatterfilms 42 im Gattergraben ausgebildet. Das heißt, dass der dielektrische Gatterfilm 42 den Gatter-Leitungsabschnitt 44 vom Halbleitersubstrat 10 isoliert. Der Gatter-Leitungsabschnitt 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 Gatter-Grabenabschnitt 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. Wenn eine vorgegebene Gatterspannung an den Gatter-Leitungsabschnitt 44 angelegt wird, wird durch eine Elektroneninversionsschicht in einer Oberflächenschicht des Basisbereichs 14 an einer Schnittstelle, die den Gatter-Grabenabschnitt 40 berührt, ein Kanal ausgebildet.
  • Die Dummy-Grabenabschnitte 30 können im Querschnitt denselben Aufbau wie die Gatter-Grabenabschnitte 40 haben. Der Dummy-Grabenabschnitt 30 umfasst einen Dummygraben in der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10, einen dielektrischen Dummyfilm 32 und einen Dummy-Leitungsabschnitt 34. Der Dummy-Leitungsabschnitt 34 ist elektrisch mit der Emitterelektrode 52 verbunden. Der dielektrische Dummy-Film 32 ist eine innere Wand des Dummy-Grabens bedeckend angeordnet. Der Dummy-Leitungsabschnitt 34 ist im Dummygraben und innerhalb des dielektrischen Dummyfilms 32 angeordnet. Der dielektrische Dummyfilm 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 oder dergleichen 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 des vorliegenden 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 mit einer Form mit gekrümmter Oberfläche (eine Form mit gekrümmter Linie im Querschnitt) konvex nach unten ausgebildet sein können.
  • 4A ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Verteilung der Dotierungskonzentration in Tiefenrichtung an einer Position einer Linie F-F in 3 zeigt. Eine senkrechte Achse in 4A ist eine logarithmische Achse. In 4A wird die Mittenposition des Halbleitersubstrats 10 in Tiefenrichtung als Zc bezeichnet.
  • Der Emitterbereich 12 weist einen Konzentrationspeak eines N-artigen Dotierstoffs auf. Der N-artige Dotierstoff ist beispielsweise Phosphor, ohne darauf beschränkt zu sein. Der Basisbereich 14 weist einen Konzentrationspeak eines P-artigen Dotierstoffs auf. Der P-artige Dotierstoff ist beispielsweise Bor, ohne darauf beschränkt zu sein. Der Sammelbereich 16 weist einen Konzentrationspeak eines N-artigen Dotierstoffs auf. Der N-artige Dotierstoff ist beispielsweise Wasserstoff oder Phosphor, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • Im Driftbereich 18 kann die Dotierungskonzentration im Wesentlichen konstant sein. Die Dotierungskonzentration des Driftbereichs 18 kann dieselbe wie die Volumendonatorenkonzentration Db sein oder kann höher als die Volumendonatorenkonzentration Db sein.
  • Der Pufferbereich 20 ist ein N-artiger Bereich mit einer höheren Dotierungskonzentration als die Volumendonatorenkonzentration Db. Die Dotierungskonzentration des Pufferbereichs 20 kann höher als die des Driftbereichs 18 sein. Der Pufferbereich 20 ist zumindest teilweise auf der unteren Oberflächenseite 23 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Die untere Oberflächenseite 23 ist ein Bereich zwischen der unteren Oberfläche 23 und der Mittenposition Zc. Die Verteilung der Dotierungskonzentration im Pufferbereich 20 des vorliegenden Beispiels kann einen Konzentrationspeak 25 aufweisen. Der Pufferbereich 20 kann eine Vielzahl von Konzentrationspeaks 25 an verschiedenen Positionen in Tiefenrichtung aufweisen.
  • Der Pufferbereich 20 umfasst einen flachen Bereich 130. Der Pufferbereich 130 kann zwischen dem Konzentrationspeak 25 und dem Driftbereich 18 angeordnet sein. Der flache Bereich 130 ist ein Bereich, wo die Dotierungskonzentration im Wesentlichen konstant ist.
  • 4B ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Verteilung einer Dotierungskonzentration DD und einer chemischen Wasserstoffkonzentration CH im Pufferbereich 20 in Tiefenrichtung zeigt. Das Halbleitersubstrat 10 des vorliegenden Beispiels umfasst einen Volumendonator und Sauerstoff. In 4B wird die Volumendonatorenkonzentration mit Db bezeichnet und die chemische Sauerstoffkonzentration wird mit Cox bezeichnet. Die Volumendonatorenkonzentration Db kann in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10 gleichförmig sein. Die chemische Sauerstoffkonzentration COX kann in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10 gleichförmig sein, kann monoton zunehmen oder kann monoton abnehmen. Die chemische Sauerstoffkonzentration COX kann 1,0 × 1017 Atome/cm3 oder mehr, 3,0 × 1017 Atome/cm3 oder mehr, 5,0 × 1017 Atome/cm3 oder mehr oder 7,0 × 1017 Atome/cm3 oder mehr betragen. Die chemische Sauerstoffkonzentration COX kann 3,0 × 1018 Atome/cm3 oder weniger, 2,0 × 1018 Atome/cm3 oder weniger oder 1,0 × 1018 Atome/cm3 oder weniger betragen.
  • Man beachte, dass der Sauerstoff in der Nähe der Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 nach außen vom Halbleitersubstrat 10 abgegeben werden kann. Daher kann die chemischen Sauerstoffkonzentration COX in der Nähe der Frontfläche des Halbleitersubstrats 10 kleiner als 10 × 1017 Atome/cm3 sein. Als die chemische Sauerstoffkonzentration COX kann ein Mittelwert der chemischen Sauerstoffkonzentrationen COX im gesamten Halbleitersubstrat 10 verwendet werden. In einem weiteren Beispiel kann die chemische Sauerstoffkonzentration im Pufferbereich 20 als die chemische Sauerstoffkonzentration COX verwendet werden. Beispielsweise kann ein Minimalwert der chemischen Sauerstoffkonzentration im Pufferbereich 20 als die chemische Sauerstoffkonzentration COX verwendet werden. Als die chemische Sauerstoffkonzentration COX kann auch die chemische Sauerstoffkonzentrationen im flachen Bereich 130 verwendet werden. Beispielsweise kann ein Minimalwert der chemischen Sauerstoffkonzentration im flachen Bereich 130 als die chemische Sauerstoffkonzentration COX verwendet werden.
  • Der Pufferbereich 20 des vorliegenden Beispiels wird durch Implantieren von Wasserstoffionen von der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 gebildet. Die Dotierungskonzentration DD des Pufferbereichs 20 kann eine Summe der Wasserstoff-Donatorenkonzentration und der Volumendonatorenkonzentration Db sein.
  • Die Wasserstoffionen werden in die Umgebung des Scheitelpunkts des Konzentrationspeaks 25 und in den flachen Bereich 130 implantiert. Ein Teil der Wasserstoffionen kann zwischen den flachen Bereich 130 und den Driftbereich 18 implantiert werden. Im vorliegenden Beispiel werden die Wasserstoffionen an jede Tiefenposition Z11, Z12, Z32 und Z31 im Pufferbereich 20 implantiert. Ein Peak der chemischen Wasserstoffkonzentration CH ist an jeder der Tiefenpositionen Z11, Z12, Z32 und Z31 ausgebildet. Die Abstände der Tiefenpositionen Z11, Z12, Z32 und Z31 von der unteren Oberfläche 23 sind in dieser Reihenfolge groß bis klein.
  • Im vorliegenden Beispiel wird ein Peak von den Peaks der chemischen Wasserstoffkonzentration CH, wo die Wasserstoffion-Dosierung gleich groß wie oder kleiner als ein vorgegebener Wert ist, als Peak 125 niedriger Wasserstoffkonzentration angegeben. Ferner wird ein Peak, wo die Wasserstoffion-Dosierung größer als der vorgegebene Wert ist, als Peak 115 hoher Wasserstoffkonzentration angegeben. Außerdem können der Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und der Peak hoher Wasserstoffkonzentration kollektiv als Wasserstoffpeak bezeichnet werden. Der oben beschriebene vorgegebene Wert beträgt 1,0 × 1012 Ionen/cm2. Der vorgegebene Wert kann 5,0 × 1011 Ionen/cm2 betragen. Als die Wasserstoffion-Dosierung am Wasserstoffpeak kann ein Wert verwendet werden, der sich durch Integrieren der chemischen Wasserstoffkonzentrationen CH über einen Bereich der Halbwertsbreite des Wasserstoffpeaks ergibt. Außerdem kann die Wasserstoffion-Dosierung in Bezug auf den Peak 125 niedriger Wasserstoffkonzentration 1,0 × 1010 Ionen/cm2 oder mehr oder 1,0 × 1011 Ionen/cm2 oder mehr betragen. Die Dosierung der Wasserstoffionen in Bezug auf den Peak 125 niedriger Wasserstoffkonzentration kann 5,0 × 1012 Ionen/cm2 oder weniger, 3,0 × 1012 Ionen/cm2 oder weniger oder 2,0 × 1012 Ionen/cm2 oder weniger betragen. Wenn die chemische Sauerstoffkonzentration beispielsweise 5,0 × 1017 Atome/cm3 oder mehr beträgt, kann die Wasserstoffion-Dosierung in Bezug auf den Peak 125 niedriger Wasserstoffkonzentration 125 3,0 × 1012 Ionen/cm2 oder mehr und 1,0 × 1013 Ionen/cm2 oder weniger betragen.
  • Ferner kann ein Peak von den Peaks der chemischen Wasserstoffkonzentration CH, wo die chemische Wasserstoffkonzentration CH am Scheitelpunkt gleich groß wie oder kleiner als ein vorgegebener Wert ist, als der Peak 125 niedriger Wasserstoffkonzentration angegeben werden. Ein Peak, wo die chemische Wasserstoffkonzentration CH am Scheitelpunkt größer als der vorgegebene Wert ist, kann als der Peak 115 hoher Wasserstoffkonzentration angegeben werden. Der oben beschriebene vorgegebene Wert beträgt 1,0 × 1016 Atome/cm3. Der vorgegebene Wert kann 5,0 × 1015 Atome/cm3 betragen. Ferner kann die chemische Wasserstoffkonzentration CH am Scheitelpunkt des Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration 1,0 × 1014 Atome/cm3 oder mehr oder 1,0 × 1015 Atome/cm3 oder mehr betragen.
  • Der Pufferbereich 20 umfasst einen ersten Peak 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration und einen zweiten Peak 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration. Der erste Peak 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration des vorliegenden Beispiels ist an der Tiefenposition Z11 angeordnet. Der zweite Peak 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration des vorliegenden Beispiels ist an der Tiefenposition Z12 angeordnet. Das heißt, der zweite Peak 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration ist an einer Position angeordnet, die näher an der unteren Oberfläche 23 ist als der erste Peak 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration im Pufferbereich 20. In der vorliegenden Beschreibung wird die Position des Scheitelpunkts jedes der Wasserstoffpeaks als die Tiefenposition des Wasserstoffpeaks bezeichnet. Im vorliegenden Beispiel sind die Implantierposition des Wasserstoffions und die Position des Scheitelpunkts des Wasserstoffpeaks identisch.
  • Der Pufferbereich 20 kann einen oder mehr Peaks 115 hoher Wasserstoffkonzentration aufweisen. Der Pufferbereich 20 des vorliegenden Beispiels umfasst einen ersten Peak 115-1 hoher Wasserstoffkonzentration und einen zweiten Peak 115-2 hoher Wasserstoffkonzentration. Der erste Peak 115-1 hoher Wasserstoffkonzentration des vorliegenden Beispiels ist an der Tiefenposition Z31 angeordnet. Der zweite Peak 115-2 hoher Wasserstoffkonzentration des vorliegenden Beispiels ist an der Tiefenposition Z32 angeordnet. Von den im Pufferbereich 20 ausgebildeten Wasserstoffpeaks ist der erste Peak 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration des vorliegenden Beispiels ein am nächsten an der oberen Oberfläche 21 angeordneter Peak. Außerdem ist von den im Pufferbereich 20 ausgebildeten Wasserstoffpeaks ist der erste Peak 115-1 hoher Wasserstoffkonzentration des vorliegenden Beispiels ein am nächsten an der unteren Oberfläche 23 angeordneter Peak.
  • Wenn die Wasserstoffionen von der unteren Oberfläche 23 implantiert werden, wird Wasserstoff auch in einem Bereich von der Implantierposition bis zur unteren Oberfläche 23 verteilt. Somit wird ein Gradient eine Schwanzes 127 der unteren Oberflächenseite, der sich vom Scheitelpunkt jedes Wasserstoffpeaks zur unteren Oberfläche 23 erstreckt, sanft und ein Gradient eines Schwanzes 126 der oberen Oberflächenseite, der sich vom Scheitelpunkt des Wasserstoffpeaks zur oberen Oberfläche 21 erstreckt, wird steiler als der Schwanz 127 der unteren Oberflächenseite.
  • Wenn geladene Teilchen von Wasserstoffionen oder dergleichen auf das Halbleitersubstrat 10 eingestrahlt werden, werden Gitterdefekte, die hauptsächlich aus Leerstellen wie atomare Leerstellen (V) und Divakanzen (VV) bestehen, in einem Durchgangsbereich, durch den die geladenen Teilchen durchgegangen sind, aufgrund der durch den Bereich durchgehenden geladenen Teilchen gebildet. Im vorliegenden Beispiel werden die Gitterdefekte in einem Bereich von der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 zur Umgebung des Scheitelpunkts des ersten Peaks 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration gebildet. Atome neben den Leerstellen haben Baumelbindungen. Gitterdefekte umfassen auch Zwischengitteratome, Versetzungen und dergleichen und können Donatoren und Akzeptoren im weiten Sinn enthalten. In der vorliegenden Beschreibung können Gitterdefekte, die hauptsächlich aus Leerstellen bestehen, 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 während der Herstellung eines Halbleiteringots eingebracht. Dadurch, dass in den Pufferbereich 20 implantierter Wasserstoff durch Wärmebehandlung oder dergleichen diffundiert wird, werden Wasserstoff (H), Leerstelle (V) und Sauerstoff (O) gebunden, um einen VOH-Defekt im Halbleitersubstrat 10 zu bilden.
  • Der VOH-Defekt fungiert als ein Donator, der Elektronen bereitstellt. In der vorliegenden Beschreibung können VOH-Defekte einfach als Wasserstoffdonatoren bezeichnet werden. Durch Ausbilden des Wasserstoffdonators im Halbleitersubstrat 10 kann der Pufferbereich 20 mit einer höheren Konzentration als der Driftbereich 18 ausgebildet werden.
  • Da eine große Menge von Wasserstoff und Gitterdefekten in der Umgebung der Wasserstoff-Implantierposition vorliegt, werden viele Wasserstoffdonatoren mit hoher Wahrscheinlichkeit gebildet. Somit kann der Konzentrationspeak 25 in der Umgebung der Implantierposition in der Verteilung der Dotierungskonzentration DD ausgebildet sein.
  • Durch Ausbilden des Konzentrationspeaks 25 im Pufferbereich kann eine Situation, bei der die Verarmungsschicht, die sich von der oberen Oberflächenseite 21 ausbreitet, den Kollektorbereich 22 erreicht, oder dergleichen unterdrückt werden. Andererseits, obwohl die Wasserstoffionen implantiert werden, um die Wasserstoffdonatoren im Durchgangsbereich auszubilden, kann es einen Fall geben, dass es nicht gewünscht ist, einen großen Konzentrationspeak 25 in der Umgebung der Wasserstoffion-Implantierposition auszubilden. Wenn beispielsweise ein großer Konzentrationspeak 25 in der Nähe des Driftbereichs 18 ausgebildet wird, können eine Spannung oder eine Strom-Wellenform schwingen, wenn die Verarmungsschicht den Konzentrationspeak 25 während dem Abschalten der Halbleitervorrichtung 100 oder dergleichen erreicht.
  • Im vorliegenden Beispiel ist die Vielzahl von Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration im Pufferbereich 20 ausgebildet. Entsprechend ist es möglich zu verhindern, dass ein großer Konzentrationspeak 25 in der Umgebung des Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration ausgebildet wird, während der Pufferbereich 20 ausgebildet wird, der eine höhere Konzentration als die Volumendonatorenkonzentration aufweist.
  • Der Pufferbereich 20 des vorliegenden Beispiels umfasst den flachen Bereich 130. Der flache Bereich 130 umfasst einen Bereich 131 zwischen dem ersten Peak 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration und dem zweiten Peak 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration und einem Bereich, in dem der zweite Peak 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration angeordnet ist, Der flache Bereich 130 kann ferner mindestens einen Teil eines Bereichs umfassen, wo der erste Peak 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration angeordnet ist. Da der Peak 115 hoher Wasserstoffkonzentration nicht im flachen Bereich 130 angeordnet ist, wird kein großer Konzentrationspeak 25 ausgebildet.
  • Der erste Peak 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration des vorliegenden Beispiels ist ein Peak niedriger Wasserstoffkonzentration, der am nächsten an der oberen Oberfläche 21 angeordnet ist, von der Vielzahl von Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration, die nacheinander in Tiefenrichtung angeordnet sind. Außerdem ist der zweite Peak 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration ein Peak niedriger Wasserstoffkonzentration, der am nächsten an der unteren Oberfläche 23 angeordnet ist, von der Vielzahl von Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration, die nacheinander in Tiefenrichtung angeordnet sind. Ein oder mehrere Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration können zwischen dem ersten Peak 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration und dem zweiten Peak 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration ausgebildet sein.
  • Der Bereich 131 kann ein Bereich zwischen einer Halbwertsbreite FWHM1 des ersten Peaks 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration und einer Halbwertsbreite FWHM2 des zweiten Peaks 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration sein. Der Bereich 131 kann ersatzweise ein Bereich zwischen der Position Z11 des Scheitelpunkts des ersten Peaks 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration und der Position Z12 des Scheitelpunkts des zweiten Peaks 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration sein.
  • Der Bereich, wo der zweite Peak 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration angeordnet ist, kann ein Bereich der Halbwertsbreite FWHM2 des zweiten Peaks 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration sein oder kann ein Bereich zwischen zwei Talabschnitten 124 sein, die den zweiten Peak 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration in Tiefenrichtung einfassen. Am Talabschnitt 124-1 nimmt chemische Wasserstoffkonzentration CH zuerst einen lokalen Minimalwert in einer Richtung von der Position Z12 zur oberen Oberfläche 21 an. Am Talabschnitt 124-2 nimmt chemische Wasserstoffkonzentration CH zuerst einen lokalen Minimalwert in einer Richtung von der Position Z12 zur unteren Oberfläche 23 an. Der Bereich, wo der erste Peak 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration angeordnet ist, kann ein Bereich der Halbwertsbreite FWHM1 des ersten Peaks 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration sein.
  • Im flachen Bereich 130 ist die Dotierungskonzentration DD höher als die Volumendonatorenkonzentration Db und eine Schwankung der Dotierungskonzentration DD beträgt ±30% oder weniger. Ein Mittelwert der Dotierungskonzentrationen DD im flachen Bereich 130 wird mit DDave bezeichnet, ein Maximalwert wird mit DDmax bezeichnet und ein Minimalwert wird mit DDmin bezeichnet. Der Maximalwert DDmax kann das 1,3-fache oder mehr des Maximalwerts DDave betragen. Der Minimalwert DDmin kann das 0,7-fache oder weniger des Maximalwerts DDave betragen.
  • Die Verteilung der Dotierungskonzentration des flachen Bereichs 130 in Tiefenrichtung kann einen oder mehr Konzentrationspeaks 128 aufweisen. Der Konzentrationspeak 128 ist wo die Dotierungskonzentration DD einen lokalen Maximalwert annimmt. Eine Amplitude des Konzentrationspeaks 128 ist kleiner als eine Amplitude des Konzentrationspeaks 25. Jeder der Konzentrationspeaks 128 entspricht einem der Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration. Der flache Bereich 130 des vorliegenden Beispiels umfasst einen ersten Peak 128-1 niedriger Wasserstoffkonzentration, der dem ersten Peak 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration entspricht, und einen zweiten Konzentrationspeak 128-2 der dem zweiten Peak 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration entspricht. Jeder der Konzentrationspeaks 128 kann innerhalb eines Bereichs der Halbwertsbreite FWHM des entsprechenden Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration angeordnet sein.
  • Ferner kann der flache Bereich 130 einen oder mehr Abschnitte 129 eines lokalen Minimums aufweisen. Der Abschnitt 129 des lokalen Minimums ist wo die Dotierungskonzentration DD einen lokalen Minimalwert annimmt. Jeder der Abschnitte 129 der lokalen Minima entspricht dem Talabschnitt 124 der chemischen Wasserstoffkonzentration CH. Im vorliegenden Beispiel ist der Abschnitt 129 des lokalen Minimums, der dem Talabschnitt 124-1 entspricht, zwischen dem ersten Konzentrationspeak 128-1 und dem zweiten Konzentrationspeak 128-2 angeordnet.
  • Die Konzentration des Konzentrationspeaks 128 ändert sich allmählicher in Tiefenrichtung als die des entsprechenden Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration. Beispielsweise ist ein Gradient der Änderung der Dotierungskonzentration DD vom Konzentrationspeak 128-2 zum Abschnitt 129 des lokalen Minimums kleiner als ein Gradient der Änderung der chemischen Wasserstoffkonzentration CH vom zweiten Peak 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration zum Talabschnitt 124-1.
  • Beim Berechnen des Mittelwerts DDave der Dotierungskonzentrationen im flachen Bereich 130 kann ein Bereich der Tiefenposition von der unteren Oberfläche 23 wie folgt definiert werden. Eine Position eines Randes auf der oberen Oberflächenseite 21 des flachen Bereichs 130, für den der Mittelwert berechnet werden soll, wird als R21 bezeichnet, und eine Position auf der unteren Oberflächenseite 23 wird als R22 bezeichnet. Die Position R21 kann eine Position sein, an der ein Wert der Dotierungskonzentration gleich dem der Dotierungskonzentration des Abschnitts 129 des lokalen Minimums zwischen dem Konzentrationspeak 128-1 und dem Konzentrationspeak 128-2 wird, wobei die Position R21 näher an der oberen Oberfläche 21 liegt als die Position Z21. Die Position R22 kann eine Position sein, wo der Wert der Dotierungskonzentration an einem Schwanz der oberen Oberflächenseite 21 des Konzentrationspeaks 25-2 derselbe wird wie die Dotierungskonzentration an der Position Z22 des Konzentrationspeaks 128-2. Als der Mittelwert DDave der Dotierungskonzentrationen im flachen Bereich 130 kann ein Wert verwendet werden, der sich durch Teilen eines Werts, der sich durch Integrieren der Dotierungskonzentrationen über die Position R21 bis zur Position R22 ergibt, durch eine Länge zwischen der Position R21 und der Position R22 ergibt.
  • Die Verteilung der Dotierungskonzentration zwischen dem Konzentrationspeak 25-1 und dem Konzentrationspeak 25-2 kann einen lokalen Minimalwert Dm1 enthalten. Der Mittelwert DDave des flachen Bereichs 130 kann gleich groß wie oder kleiner als der lokale Minimalwert Dm1 sein oder kann kleiner als der lokale Minimalwert Dm1 sein. Der Maximalwert DDmax des flachen Bereichs 130 kann gleich groß wie oder größer als der lokale Minimalwert Dm1 sein, kann gleich groß wie oder kleiner als der lokale Minimalwert Dm1 sein oder kann kleiner als der lokale Minimalwert Dm1 sein.
  • Eine Peakbreite des Konzentrationspeaks 128 der Verteilung der Dotierungskonzentration im flachen Breite 130 kann größer sein als eine Peakbreite des entsprechenden Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration der Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration. Die Peakbreite des Konzentrationspeaks 128 der Verteilung der Dotierungskonzentration im flachen Bereich 130 kann ein Abstand zwischen dem Abschnitt des lokalen Minimums auf der oberen Oberflächenseite 21 des Konzentrationspeaks 128 und dem Abschnitt des lokalen Minimums auf der unteren Oberflächenseite 23 sein. Im flachen Bereich 130 kann der Maximalwert DDmax der Dotierungskonzentration 50% oder mehr des Minimalwerts DDmin betragen. In diesem Fall wird die Konzentration des Abschnitts 129 des lokalen Minimums 50% oder mehr des Maximalwerts DDmax und die Halbwertsbreite FWHM des Konzentrationspeaks 128 kann nicht definiert werden. Wenn die Halbwertsbreite FWHM des Konzentrationspeaks 128 definiert werden kann, kann die Halbwertsbreite FWHM als die Peakbreite des Konzentrationspeaks 128 verwendet werden.
  • Außerdem wird eine höchste chemische Wasserstoffkonzentration CH der chemischen Wasserstoffkonzentrationen CH der Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration als CHmax bezeichnet. Eine niedrigste chemische Wasserstoffkonzentration CH von den chemischen Wasserstoffkonzentrationen CH des Talabschnitts 124, der durch die Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration eingefasst wird, wird als CHmin bezeichnet. Ein Verhältnis der chemischen Wasserstoffkonzentration CHmax zur chemischen Wasserstoffkonzentration CHmin, das heißt ein Verhältnis CHmax/CHmin, wird als Schwankungsverhältnis R1 bezeichnet. Ebenso wird ein Verhältnis des Maximalwerts DDmax zum Minimalwert DDmin der Dotierungskonzentration DD im flachen Bereich 130, das heißt ein Verhältnis DDmax,/DDmin, als Schwankungsverhältnis R2 bezeichnet. Das Schwankungsverhältnis R2 ist kleiner als das Schwankungsverhältnis R1. Das Schwankungsverhältnis R2 kann die Hälfte oder weniger, 1/4 oder weniger oder 1/10 oder weniger des Schwankungsverhältnisses R1 betragen.
  • Das Halbleitersubstrat 10 des vorliegenden Beispiels hat eine relativ hohe chemische Sauerstoffkonzentration COX. Außerdem wird die chemische Wasserstoffkonzentration in einem Bereich, wo der Peak 125 niedriger Wasserstoffkonzentration angeordnet ist, relativ niedrig. Daher wird die Wasserstoff-Donatorenkonzentration in dem Bereich, wo der Peak 125 niedriger Wasserstoffkonzentration angeordnet ist, durch die chemische Sauerstoffkonzentration COX beeinflusst, was zu einer kleinen Schwankung führt. Entsprechend kann der flache Bereich 130, der eine höhere Konzentration als die Volumendonatorenkonzentration Db aufweist, und in dem die Schwankung der Dotierungskonzentration DD klein ist, im Bereich ausgebildet werden, wo der Peak 125 niedriger Wasserstoffkonzentration angeordnet ist.
  • Die Wasserstoff-Donatorenkonzentration NVOH kann durch den folgenden Ausdruck 1 angegeben werden, unter Verwendung einer Leerstellenkonzentration Nv, die durch die durchgehenden Wasserstoffionen verursacht wird, der chemischen Sauerstoffkonzentration COX des Halbleitersubstrats 10 und des Sauerstoffbeitragsanteils ξ, der ein Anteil ist, mit dem die chemische Sauerstoffkonzentration COX tatsächlich zur Erzeugung von NVOH beiträgt. N VOH = N V + ξ C OX
    Figure DE112021001364T5_0001
  • Der Sauerstoffbeitragsanteil ξ kann 1 × 10-5 oder mehr und 1 × 10-3 oder weniger betragen. Die Leerstellenkonzentration Nv kann 1 × 1012 (/cm3) oder mehr und 1 × 1014 (/cm3) oder weniger betragen. Der Sauerstoffbeitragsanteil ξ kann durch den folgenden Ausdruck 2 in Bezug auf eine Dosierung DH (Ionen/cm2) des Peaks 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration, der am weitesten von der unteren Oberfläche 23 entfernt ist, angegeben werden. ξ = aD H b
    Figure DE112021001364T5_0002
  • Im Folgenden kann a 1 × 10-11 oder mehr und 1 × 10-10 oder weniger betragen. b kann 4 × 10-1 oder mehr und 6 × 10-1 oder weniger betragen.
  • Das Halbleitersubstrat 10 des vorliegenden Beispiels hat eine relativ hohe chemische Kohlenstoffkonzentration Cc. Die Wasserstoff-Donatorenkonzentration NVOH kann durch den folgenden Ausdruck 2 beschrieben werden unter Verwendung der Leerstellenkonzentration Nv, die durch die durchgehenden Wasserstoffionen verursacht wird, der chemischen Sauerstoffkonzentration COX des Halbleitersubstrats 10, des Sauerstoffbeitragsanteils ξ, welcher der Anteil ist, mit dem die chemische Sauerstoffkonzentration COX tatsächlich zur Erzeugung von NVOH beiträgt, der chemischen Kohlenstoffkonzentration CC des Halbleitersubstrats 10, und einem Kohlenstoffbeitragsanteil η, welcher ein Anteil ist, mit dem die chemische Kohlenstoffkonzentration CC tatsächlich zur der Erzeugung von NVOH beiträgt. N VOH = N V + ξ C OX + η C c
    Figure DE112021001364T5_0003
  • Der Sauerstoffbeitragsanteil ξ und die Leerstellenkonzentration Nv können innerhalb der oben beschriebenen Bereiche liegen. Der Kohlenstoffbeitragsanteil η kann ein Wert von 0,01% bis 10% sein (das heißt von 0,0001 oder mehr und 0,1 oder weniger).
  • Jeder der Konzentrationspeaks 128 kann näher an der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sein als der entsprechende Peak 125 niedriger Wasserstoffkonzentration. Im vorliegenden Beispiel ist der erste Peak 128-1 niedriger Wasserstoffkonzentration näher an der unteren Oberfläche 23 angeordnet als der erste Peak 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration und der zweite Peak 128-2 niedriger Wasserstoffkonzentration ist näher an der unteren Oberfläche 23 angeordnet als der zweite Peak 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration. Die Tiefenposition des ersten Konzentrationspeaks 128-1 ist die Tiefenposition Z21, an der die Dotierungskonzentration DD den lokalen Maximalwert annimmt, und die Tiefenposition des zweiten Konzentrationspeaks 128-2 ist die Tiefenposition Z22, an der die Dotierungskonzentration DD den lokalen Maximalwert annimmt.
  • Die in 4B gezeigte Verteilung der Dotierungskonzentration DD ist eine durch das SRP-Verfahren gemessene Ladungsträgerkonzentration. Im vorliegenden Beispiel ist die chemische Wasserstoffkonzentration CH im Peak 125 niedriger Wasserstoffkonzentration niedrig. Andererseits wird eine relativ große Anzahl von Gitterdefekten an den Tiefenpositionen Z11 und Z12 ausgebildet, wo die Wasserstoffionen implantiert werden. Daher können viele nicht mit Wasserstoff gebundene Gitterdefekte in der Umgebung der Tiefenpositionen Z11 und Z12 verbleiben. Aufgrund der Anwesenheit vieler Gitterdefekte, kann die Ladungsträgerkonzentration in der Umgebung der Tiefenpositionen Z11 und Z12 niedrig werden. Außerdem ist der Gradient des Schwanzes 127 der unteren Oberflächenseite jeder der Wasserstoffpeaks kleiner als der des Schwanzes 126 der oberen Oberflächenseite. Daher existiert eine größere Anzahl von Wasserstoffionen auf der unteren Oberflächenseite 23 der Tiefenpositionen Z11 und Z12 als auf der oberen Oberflächenseite 21. Eine relativ große Menge von Wasserstoffdonatoren kann mit hoher Wahrscheinlichkeit auf der unteren Oberflächenseite 23 der Tiefenpositionen Z11 und Z12 ausgebildet werden. Daher kann der Konzentrationspeak 128 näher an der unteren Oberfläche 23 angeordnet sein als der Peak 125 niedriger Wasserstoffkonzentration. Im flachen Bereich 130 kann die durch das SRP-Verfahren gemessene Ladungsträgerkonzentration um ungefähr ±10% von den Ladungsträgerkonzentrationen an benachbarten Messpunkten abweichen, so dass es so scheinen kann, als ob die gemessene Ladungsträgerkonzentration für jeden Messpunkt schwankt. In einem solchen Fall kann als Ladungsträgerkonzentration des Messpunktes beispielsweise ein Durchschnittswert verwendet werden, der sich durch Mitteln von Messwerten ergibt, die an insgesamt drei Messpunkten ermittelt wurden, d.h. die Ladungsträgerkonzentration am Messpunkt und die Ladungsträgerkonzentrationen an den Messpunkten vor und nach dem Messpunkt, oder es kann ein Durchschnittswert von Messwerten an mehreren Punkten vor und nach dem Messpunkt, z.B. zwei Punkten vor und nach dem Messpunkt, verwendet werden.
  • Die Länge des flachen Bereichs 130 in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10 kann kleiner als die halbe Länge des Pufferbereichs 20 sein oder kann die Hälfte oder mehr betragen. Die Länge des flachen Bereichs 130 kann auf Grundlage der Anzahl, Abstände oder dergleichen des Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration angepasst werden.
  • Der Mittelwert DDave der Dotierungskonzentrationen im flachen Bereich 130 kann 0,01% oder mehr und 3% oder weniger der chemischen Sauerstoffkonzentration COX des Halbleitersubstrats 10 betragen. Der Mittelwert DDave kann 0,05% oder mehr oder 0,1% oder mehr der chemischen Sauerstoffkonzentration COX betragen. Der Mittelwert DDave kann 2% oder weniger oder 1% oder weniger der chemischen Sauerstoffkonzentration COX betragen. Der Mittelwert DDave der Dotierungskonzentrationen im flachen Bereich 130 hängt von der Wasserstoffion-Dosierung des Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration ab. Durch Implantieren der Wasserstoffionen, um die oben beschriebenen Bedingungen zu erfüllen, wird es einfach, den flachen Bereich 130 auszubilden.
  • Die chemische Sauerstoffkonzentration COX des Halbleitersubstrats 10 kann das 10-fache oder mehr einer chemischen Wasserstoffkonzentration des ersten Peaks 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration betragen. Das heißt, die chemische Wasserstoffkonzentration des ersten Peaks 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration kann 10% oder weniger der chemischen Sauerstoffkonzentration COX des Halbleitersubstrats 10 betragen. Entsprechend wird eine Wirkung der chemischen Sauerstoffkonzentration COX auf die Dotierungskonzentration DD des flachen Bereichs 130 verstärkt, und somit wird es einfach, die Verteilung der Dotierungskonzentration des flachen Bereichs 130 abzuflachen. Im vorliegenden Beispiel können die chemische Sauerstoffkonzentration COX und die chemische Wasserstoffkonzentration an der Tiefenposition Z11 verglichen werden. Die chemische Sauerstoffkonzentration COX des Halbleitersubstrats 10 kann das 20-fache oder mehr, das 50-fache oder mehr oder das 100-fache oder mehr der chemischen Wasserstoffkonzentration des ersten Peaks 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration betragen. Man beachte, dass bezüglich des ersten Peaks 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration dasselbe für andere Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration wahr ist.
  • Der Abstand (µm) zwischen dem ersten Peak 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration und dem zweiten Peak 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration, d.h. Z11-Z12 (µm), kann das 3/1016 (µm/(Atome/cm3)) fache oder weniger der chemischen Sauerstoffkonzentration COX (Atome/cm3) des Halbleitersubstrats 10 betragen. Der Abstand Z11-Z12 des vorliegenden Beispiels ist ein Abstand zwischen den benachbarten Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration in Tiefenrichtung. Wenn beispielsweise die chemische Sauerstoffkonzentration COX 1,0 × 1017 Atome/cm3 beträgt, beträgt der Abstand Z11-Z12 30 µm oder weniger. Der Abstand Z11-Z12 (µm) kann das 1/1016 (µm/(Atome/cm3)) fache oder weniger oder das 5/1017 (µm/(Atome/cm3)) fache oder weniger der chemischen Sauerstoffkonzentration COX (Atome/cm3) betragen.
  • Die chemische Wasserstoffkonzentration CH des ersten Peaks 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration kann 1,0 × 1016 Atome/cm3 oder weniger betragen. Die chemische Wasserstoffkonzentration CH anderer Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration kann auch 1,0 × 1016 Atome/cm3 oder weniger betragen. Der Abstand Z11-Z12 kann 100 µm oder weniger, 50 µm oder weniger, 20 µm oder weniger oder 10 µm oder weniger betragen. Wenn der Abstand Z11-Z12 zwischen benachbarten Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration zu groß ist, wird die chemische Wasserstoffkonzentration CH des Talabschnitts 124 zu niedrig und die Dotierungskonzentration des Abschnitt 129 des lokalen Minimums wird zu niedrig. Der Abstand Z11-Z12 kann 5 µm oder mehr betragen.
  • Die Dotierungskonzentration DD des flachen Bereichs 130 kann das Doppelte oder mehr der Volumendonatorenkonzentration Db betragen. Als die Dotierungskonzentration DD des flachen Bereichs 130 können der Minimalwert DDmin oder der Mittelwert DDave verwendet werden. Die Dotierungskonzentration DD des flachen Bereichs 130 kann das Fünffache oder mehr oder das Zehnfache oder mehr der Volumendonatorenkonzentration Db betragen.
  • Die Dotierungskonzentration DD des flachen Bereichs 130 kann 0,7 × 1013/cm3 oder mehr betragen. Der Minimalwert DDmin oder der Mittelwert DDave können verwendet werden. Die Dotierungskonzentration DD des flachen Bereichs 130 kann 1,0 × 1014/cm3 oder mehr betragen. Die Dotierungskonzentration DD des flachen Bereichs 130 kann 1,0 × 1015/cm3 oder weniger oder 3,0 × 1014/cm3 oder weniger betragen.
  • 5A ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel der Verteilung der Dotierungskonzentration in Tiefenrichtung an der Position der Linie F-F in 3 zeigt. Dieses Beispiel unterscheidet sich vom Beispiel der 4A dadurch, dass ein Konzentrationspeak 25 angeordnet ist. Die Verteilung anderer Abschnitte ist ähnlich wie im Beispiel der 4A.
  • 5B ist ein Schaubild, das ein Beispiel einer Verteilung der Dotierungskonzentration DD und der chemischen Wasserstoffkonzentration CH im Pufferbereich 20 in 5A in Tiefenrichtung zeigt. Der Konzentrationspeak 25-2 im Beispiel der 4B ist ein Konzentrationspeak 128-3 im flachen Bereich 130 des vorliegenden Beispiels. Der zweite Peak 115-2 hoher Wasserstoffkonzentration im Beispiel der 4B ist ein dritter Peak 125-3 niedriger Wasserstoffkonzentration im vorliegenden Beispiel. Andere Verteilungen sind ähnlich wie jene im Beispiel der 4B.
  • Durch Einstellen der chemischen Wasserstoffkonzentration des dritten Peaks 125-3 niedriger Wasserstoffkonzentration auf denselben Wert wie die Konzentration des zweiten Peaks 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration, kann die Dotierungskonzentration des Konzentrationspeaks 128-3 an den Konzentrationspeak 128-2 angeglichen werden. Die chemische Wasserstoffkonzentration des dritten Peaks 125-3 niedriger Wasserstoffkonzentration kann höher sein als die des zweiten Peaks 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration und niedriger als die des Peaks 115-1 hoher Wasserstoffkonzentration. Die Dotierungskonzentration des Konzentrationspeaks 128-3 kann höher sein als die des Konzentrationspeaks 128-2 und niedriger als die des Konzentrationspeaks 25-1.
  • Wenn der Mittelwert der Dotierungskonzentrationen des flachen Bereichs 130 im vorliegenden Beispiel berechnet wird, kann die Position des Randes auf der unteren Oberflächenseite 23 des flachen Bereichs 130 die in 4B beschriebene Position R22 oder die in 5B gezeigte Position R23 sein. Die Position R23 befindet sich an einer Position, wo der Wert der Dotierungskonzentration am Schwanz der oberen Oberflächenseite 21 des Konzentrationspeaks 25-1 gleich der Dotierungskonzentration an der Position Z23 im Konzentrationspeak 128-3 wird. Im vorliegenden Beispiel kann die Position des Randes auf der oberen Oberflächenseite 21 des flachen Bereichs 130, für die der Mittelwert berechnet wird, ähnlich zu der des Beispiels der 4B sein. Ein Mittelwert DDave2 der Dotierungskonzentrationen im flachen Bereich 130, wenn der flache Bereich 130 von der Position R23 bis zur Position R21 angeordnet ist, kann ein Wert sein, der sich durch Teilen eines Werts, der sich durch Integrieren der Dotierungskonzentrationen über die Position R21 bis zur Position R23 ergibt, durch eine Länge zwischen der Position R21 und der Position R23 ergibt. In einem weiteren Beispiel ähnlich zur 4B, kann der Mittelwert DDave der Dotierungskonzentrationen im flachen Bereich 130 mit der Position des Randes auf der unteren Oberflächenseite 23 des flachen Bereichs 130 als die Position R22 berechnet werden.
  • Die Verteilung der Dotierungskonzentration zwischen dem Konzentrationspeak 25-1 und dem Konzentrationspeak 128-3 kann den lokalen Minimalwert Dm1 enthalten. Der Mittelwert DDave2 des flachen Bereichs 130 kann gleich groß wie oder kleiner als der lokale Minimalwert Dm1 sein oder kann kleiner als der lokale Minimalwert Dm1 sein. Der Maximalwert DDmax des flachen Bereichs 130 kann gleich groß wie oder kleiner als der lokale Minimalwert Dm1 sein oder kann kleiner als der lokale Minimalwert Dm1 sein. Der Minimalwert DDmin des flachen Bereichs 130 kann gleich groß wie oder kleiner als der lokale Minimalwert Dm1 sein oder kann kleiner als der lokale Minimalwert Dm1 sein.
  • 6 ist ein Schaubild, das eine Verteilung der Dotierungskonzentration des Pufferbereichs 20 gemäß einem Beispiel und gemäß Vergleichsbeispielen zeigt. Das Beispiel ist ähnlich zur Verteilung der Dotierungskonzentration in 4B. In dem Beispiel beträgt die Dosierung der Wasserstoffionen an der Tiefenposition Z11 1,0 × 1012 Ionen/cm2, die Dosierung der Wasserstoffionen an der Tiefenposition Z12 beträgt 5,0 × 1011 Ionen/cm2, die Dosierung der Wasserstoffionen an der Tiefenposition Z32 beträgt 4,0 × 1012 Ionen/cm2, und die Dosierung der Wasserstoffionen an der Tiefenposition Z31 beträgt 5,0 × 1014 Ionen/cm2. In dem Beispiel traten keine großen Peaks der Dotierungskonzentration in der Umgebung der Tiefenpositionen Z11 und Z12 auf.
  • In einem Vergleichsbeispiel 1 beträgt die Dosierung der Wasserstoffionen an der Tiefenposition Z11 2,0 × 1012 Ionen/cm2, die Dosierung der Wasserstoffionen an der Tiefenposition Z12 beträgt 1,0 × 1012 Ionen/cm2, die Dosierung der Wasserstoffionen an der Tiefenposition Z32 beträgt 4,0 × 1012 Ionen/cm2, und die Dosierung der Wasserstoffionen an der Tiefenposition Z31 beträgt 5,0 × 1014 Ionen/cm2. Im Vergleichsbeispiel 1 traten die Konzentrationspeaks 25 der Dotierungskonzentration in der Umgebung der Tiefenpositionen Z11 und Z12 auf. Insbesondere existiert ein relativ großer Konzentrationspeak 25 an der Tiefenposition Z11.
  • In einem Vergleichsbeispiel 2 beträgt die Dosierung der Wasserstoffionen an der Tiefenposition Z11 3,0 × 1012 Ionen/cm2, die Dosierung der Wasserstoffionen an der Tiefenposition Z12 beträgt 1,5 × 1012 Ionen/cm2, die Dosierung der Wasserstoffionen an der Tiefenposition Z32 beträgt 1,0 × 1013 Ionen/cm2, und die Dosierung der Wasserstoffionen an der Tiefenposition Z31 beträgt 3,0 × 1014 Ionen/cm2. Im Vergleichsbeispiel 2 traten die Konzentrationspeaks 25 der Dotierungskonzentration in der Umgebung der Tiefenpositionen Z11 und Z12 auf. Wie in 6 gezeigt, ist es durch Einstellen der Wasserstoffion-Dosierung auf 1,0 × 1012 Ionen/cm2 oder weniger möglich, das Ausbilden des Konzentrationspeaks 25 der Dotierungskonzentration zu unterdrücken.
  • 7 ist ein Schaubild, das die Verteilung der Dotierungskonzentration des Pufferbereichs 20 gemäß einem Beispiel und einem Vergleichsbeispiel zeigt. Das Beispiel ist ähnlich zur Verteilung der Dotierungskonzentration in 6. In einem Vergleichsbeispiel 3 sind die Wasserstoffion-Dosierungen an den jeweiligen Positionen ähnlich wie jene im Beispiel. Man beachte, dass sich die Wasserstoffion-Implantierpositionen im Vergleichsbeispiel 3 von denen des Beispiels unterscheiden. Während zudem die chemische Sauerstoffkonzentration COX des Halbleitersubstrats 10 in dem Beispiel 1,0 × 1017 Atome/cm3 beträgt, beträgt die chemische Sauerstoffkonzentration COX des Halbleitersubstrats im Vergleichsbeispiel 3 ungefähr 1,0 × 1016 Atome/cm3. Das Halbleitersubstrat des Beispiels ist ein MCZ-Substrat und der Halbleiterentwurf des Vergleichsbeispiels 3 ist ein FZ-Substrat.
  • Wie in 7 gezeigt, wurden, selbst wenn die Wasserstoffionen-Dosierung 1,0 x 1012 Ionen/cm2 beträgt, die Konzentrationspeaks 25 der Dotierungskonzentration im Vergleichsbeispiel 3 ausgebildet, bei dem die chemische Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats niedrig ist. Andererseits wurde in dem Beispiel durch Einstellen der chemischen Sauerstoffkonzentration COX des Halbleitersubstrats 10 auf 1,0 × 1017 Atome/cm3 oder mehr das Ausbilden des Konzentrationspeaks 25 der Dotierungskonzentration unterdrückt.
  • 8 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel der Verteilung der Dotierungskonzentration in Tiefenrichtung an der Position der Linie F-F in 3 zeigt. Im vorliegenden Beispiel unterscheiden sich die Verteilungen der chemischen Wasserstoffkonzentration CH und der Dotierungskonzentration DD im Pufferbereich 20 von denen des Beispiels der 4A. Andere Strukturen sind ähnlich wie jene des Beispiels der 4A. Eine Länge des flachen Bereichs 130 des vorliegenden Beispiels in Tiefenrichtung beträgt die Hälfte oder mehr der Länge des Pufferbereichs 20.
  • Im vorliegenden Beispiel wird die Mittenposition des Pufferbereichs 20 in Tiefenrichtung als Zcb bezeichnet. Ein Bereich des Pufferbereichs 20, der näher an der unteren Oberfläche 23 liegt als die Mittenposition Zcb wird als ein Bereich 133 der unteren Oberflächenseite bezeichnet, und ein Bereich des Pufferbereichs 20, der näher an der oberen Oberfläche 21 liegt, wird als ein Bereich 132 der oberen Oberflächenseite bezeichnet.
  • Der Pufferbereich 20 umfasst eine Vielzahl von Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration einschließlich des ersten Peaks 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration und des zweiten Peaks 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration. Im vorliegenden Beispiel ist die Anzahl der Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration, die im Bereich 132 der oberen Oberflächenseite angeordnet ist, größer die eine Anzahl der Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration, die im Bereich 133 der unteren Oberflächenseite angeordnet ist. Im Beispiel der 8 sind der erste Peak 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration, der zweite Peak 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration und der dritte Peak 152-3 niedriger Wasserstoffkonzentration im Bereich 132 der oberen Oberflächenseite angeordnet. Der Peak 125 niedriger Wasserstoffkonzentration muss nicht im Bereich 133 der unteren Oberflächenseite angeordnet sein oder ein oder mehr Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration können wie durch eine gestrichelte Linie angedeutet angeordnet sein.
  • Der Peak 115 hoher Wasserstoffkonzentration ist nicht im Bereich 132 der oberen Oberflächenseite des vorliegenden Beispiels angeordnet. Ein oder mehr Peaks 115 hoher Wasserstoffkonzentration können im Bereich 133 der unteren Oberflächenseite angeordnet sein. Mit solch einer Ausgestaltung kann die Dotierungskonzentration im Bereich 132 der oberen Oberflächenseite abgeflacht werden. Ferner ist es durch den Konzentrationspeak 25 des Bereichs 133 der oberen Oberflächenseite möglich, eine Situation zu unterdrücken, in der die Verarmungsschicht den Kollektorbereich 22 oder dergleichen erreicht.
  • Der flache Bereich 130 kann in 80% oder mehr des Bereichs 132 der oberen Oberflächenseite oder im gesamten Bereich 132 der oberen Oberflächenseite angeordnet sein. Der flache Bereich 130 kann auch in einem Teil des Bereichs 133 unteren Oberflächenseite angeordnet sein. Beispielsweise kann der flache Bereich 130 näher an der oberen Oberfläche 21 angeordnet sein als der Konzentrationspeak 25, der am nächsten an der oberen Oberfläche 21 im Bereich 133 der unteren Oberflächenseite angeordnet ist.
  • Der flache Bereich 130 kann jenseits der Mittenposition Zc des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet sein, um den Bereich auf der oberen Oberflächenseite 21 zu erreichen. Der flache Bereich 130 kann bis zum Sammelbereich 16 ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Peak 125 niedriger Wasserstoffkonzentration im Sammelbereich 16 angeordnet sein.
  • Von den durch Teilen des Bereichs 132 der oberen Oberflächenseite in zwei in Tiefenrichtung, wird der Bereich auf der oberen Oberflächenseite 21 als ein Spitzendbereich 134 bezeichnet. Zwei oder mehr Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration können im Spitzendbereich 134 angeordnet sein. Durch Implantieren von Wasserstoffionen verteilt über die Vielzahl von Tiefenpositionen im Spitzendbereich 134, kann die Verteilung der Dotierungskonzentration DD im Spitzendbereich 134 im Vergleich mit einem Fall, dass die Wasserstoffionen an einer einzigen Tiefenposition im Spitzendbereich 134 implantiert werden, abgeflacht werden. Außerdem wird eine Menge an Wasserstoffionen, die von der unteren Oberfläche 23 zum Spitzendbereich 134 durchgehen, sichergestellt, so dass es einfach wird, Gitterdefekte auszubilden. Somit kann die Konzentration des flachen Bereichs 130 erhöht werden. Im Bereich 132 der oberen Oberflächenseite kann die Anzahl der im Spitzendbereich 134 angeordneten Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration größer sein als die Anzahl von Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration, die in einem anderen Bereich als dem Spitzendbereich 134 angeordnet sind.
  • 9 ist eine vergrößerte Ansicht der Vielzahl von Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration, die nebeneinander angeordnet sind. Die Vielzahl von Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration des vorliegenden Beispiels kann beispielsweise in dem in 8 gezeigten Spitzendbereich 134, dem Bereich 132 der oberen Oberflächenseite oder im Pufferbereich 20 angeordnet sein.
  • Chemische Wasserstoffkonzentrationen P11, P12 und P13 an den Scheitelpunkten der jeweiligen Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration können identisch oder voneinander verschieden sein. Im Beispiel der 9 sind die chemischen Wasserstoffkonzentrationen P11, P12 und P13 identisch.
  • Abstände Z11-Z13 und Z13-Z12 unter den Scheitelpunkten der jeweiligen Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration können identisch oder voneinander verschieden sein. Im Beispiel der 9 sind der Abstand Z11-Z13 und der Abstand Z13-Z12 identisch.
  • 10 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel der Vielzahl von Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration zeigt, die nebeneinander angeordnet sind. Die Vielzahl von Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration des vorliegenden Beispiels kann beispielsweise in dem in 8 gezeigten Spitzendbereich 134, dem Bereich 132 der oberen Oberflächenseite oder im Pufferbereich 20 angeordnet sein.
  • Im vorliegenden Beispiel ist die chemische Wasserstoffkonzentration P11 des ersten Peaks 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration, der am nächsten an der oberen Oberfläche 21 angeordnet ist, größer als die chemischen Wasserstoffkonzentrationen anderer Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration. Die chemische Wasserstoffkonzentration P12 des zweiten Peaks 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration, der am nächsten an der unteren Oberfläche 23 angeordnet ist, ist kleiner als die chemischen Wasserstoffkonzentrationen anderer Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration. Die chemischen Wasserstoffkonzentrationen der jeweiligen Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration können größer werden, während deren Abstände von der oberen Oberfläche 21 abnehmen.
  • 11 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel der Vielzahl von Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration zeigt, die nebeneinander angeordnet sind. Die Vielzahl von Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration des vorliegenden Beispiels kann beispielsweise in dem in 8 gezeigten Spitzendbereich 134, dem Bereich 132 der oberen Oberflächenseite oder im Pufferbereich 20 angeordnet sein.
  • Im vorliegenden Beispiel ist die chemische Wasserstoffkonzentration P11 des ersten Peaks 125-1 niedriger Wasserstoffkonzentration, der am nächsten an der oberen Oberfläche 21 angeordnet ist, kleiner als die chemischen Wasserstoffkonzentrationen anderer Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration. Die chemische Wasserstoffkonzentration P12 des zweiten Peaks 125-2 niedriger Wasserstoffkonzentration, der am nächsten an der unteren Oberfläche 23 angeordnet ist, ist größer als die chemischen Wasserstoffkonzentrationen anderer Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration. Die chemischen Wasserstoffkonzentrationen der jeweiligen Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration können kleiner werden, während deren Abstände von der oberen Oberfläche 21 abnehmen.
  • In den Beispielen der 10 und 11 können die Abstände unter den Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration zunehmen, während deren Abstände von der oberen Oberfläche 21 abnehmen. Die Abstände unter den Peaks 125 niedriger Wasserstoffkonzentration können abnehmen, während deren Abstände von der oberen Oberfläche 21 abnehmen.
  • Während die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist der technische Umfang der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass zu den oben beschriebenen Ausführungsformen verschiedene Änderungen und Verbesserungen hinzugefügt werden können. Aus dem Schutzbereich der Ansprüche ergibt sich auch, dass die mit solchen Änderungen oder Verbesserungen hinzugefügten Ausführungsformen in den technischen Umfang der Erfindung einbezogen werden können.
  • Die Vorgänge, Prozeduren, Schritte und Stufen jedes Prozesses, die von einer Vorrichtung, einem System, einem Programm und einem Verfahren durchgeführt werden, die in den Ansprüchen, Ausführungsbeispielen oder Zeichnungen dargestellt sind, können in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden, solange die Reihenfolge nicht durch „vorher“, „vor“ oder ähnlichen Begriffen angegeben ist und solange die Ausgabe eines vorhergehenden Prozesses nicht in einem späteren Prozess verwendet wird. Selbst wenn der Prozessablauf in den Ansprüchen, Ausführungsbeispielen oder Figuren durch Begriffe wie „erste“ oder „nächste“ beschrieben wird, bedeutet dies nicht unbedingt, dass der Prozess in dieser Reihenfolge durchgeführt werden muss.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Halbleitersubstrat
    11
    Senkenbereich
    12
    Emitterbereich
    14
    Basisbereich
    15
    Kontaktbereich
    16
    Sammelbereich
    18
    Driftbereich
    20
    Pufferbereich
    21
    obere Oberfläche
    22
    Kollektorbereich
    23
    untere Oberfläche
    24
    Kollektorelektrode
    25
    Konzentrationspeak
    29
    gerader Abschnitt
    30
    Dummy-Grabenabschnitt
    31
    Randabschnitt
    32
    dielektrischer Dummyfilm
    34
    Dummy-Leitungsabschnitt
    38
    dielektrischer Zwischenschichtfilm
    39
    gerader Abschnitt
    40
    Gatter-Grabenabschnitt
    41
    Randabschnitt
    42
    dielektrischer Gatterfilm
    44
    Gatter-Leitungsabschnitt
    52
    Emitterelektrode
    54
    Kontaktloch
    60, 61
    Mesa-Abschnitt
    70
    Transistorabschnitt
    80
    Diodenabschnitt
    81
    Verlängerungsbereich
    82
    Kathodenbereich
    90
    Randabschlussstrukturabschnitt
    100
    Halbleitervorrichtung
    101
    äußerer umfänglicher Gatterläufer
    102
    aktivseitiger Gatterläufer
    115
    Peak hoher Wasserstoffkonzentration
    124
    Talabschnitt
    125
    Peak niedriger Wasserstoffkonzentration
    126
    Flanke der oberen Oberflächenseite
    127
    Flanke der unteren Oberflächenseite
    128
    Konzentrationspeak
    129
    Abschnitt des lokalen Minimums
    130
    flacher Bereich
    131
    Bereich
    132
    Bereich der oberen Oberflächenseite
    133
    Bereich der unteren Oberflächenseite
    134
    Spitzendbereich
    160
    aktiver Abschnitt
    162
    Endseite
    164
    Gatterfeld

Claims (19)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Halbleitersubstrat mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche, wobei das Halbleitersubstrat einen Volumendonator und Sauerstoff enthält; einen Pufferbereich, der mindestens teilweise auf einer Seite der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, wobei der Pufferbereich eine höhere Dotierungskonzentration als eine Volumendonatorenkonzentration aufweist; einen ersten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration, der im Pufferbereich angeordnet ist; einen zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration, der an einer Position im Pufferbereich angeordnet ist, die näher an der unteren Oberfläche ist als der erste Peak niedriger Wasserstoffkonzentration; einen Peak hoher Wasserstoffkonzentration, der an einer Position im Pufferbereich angeordnet ist, die näher an der unteren Oberfläche ist als der zweite Peak niedriger Wasserstoffkonzentration, wobei der Peak hoher Wasserstoffkonzentration eine höhere chemische Wasserstoffkonzentration als die chemische Wasserstoffkonzentration des zweiten Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration aufweist; und einen flachen Bereich mit einem Bereich zwischen dem ersten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und dem zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und einem Bereich, in dem der zweite Peak niedriger Wasserstoffkonzentration angeordnet ist, wobei eine Dotierungskonzentration im flachen Bereich höher ist als eine Volumendonatorenkonzentration und eine Schwankung der Dotierungskonzentration ±30% oder weniger beträgt, wobei ein Schwankungsverhältnis der Dotierungskonzentration im flachen Bereich kleiner ist als ein Schwankungsverhältnis einer chemische Wasserstoffkonzentration, und wobei eine Breite eines Konzentrationspeaks einer Verteilung der Dotierungskonzentration, der einem Peak der Wasserstoffkonzentration einer Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration im flachen Bereich entspricht, größer ist als eine Breite des Peaks der Wasserstoffkonzentration der Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Verteilung der Dotierungskonzentration des flachen Bereichs in Tiefenrichtung den Konzentrationspeaks umfasst, der dem zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration entspricht, und sich eine Konzentration am Konzentrationspeak allmählicher ändert als am zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Konzentrationspeak näher an der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist als der zweite Peak niedriger Wasserstoffkonzentration.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Länge des flachen Bereichs in Tiefenrichtung die Hälfte oder mehr einer Länge des Pufferbereichs beträgt.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Mittelwert der Dotierungskonzentration des flachen Bereichs 0,01% oder mehr und 3% oder weniger einer chemischen Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats beträgt.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die chemische Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats das 10-fache oder mehr einer chemischen Wasserstoffkonzentration des ersten Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration beträgt.
  7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Abstand (µm) zwischen dem ersten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und dem zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration das 3/1016 (µm/(Atome/cm3)) fache oder weniger der chemischen Sauerstoffkonzentration (Atome/cm3) des Halbleitersubstrats beträgt.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die chemische Wasserstoffkonzentration des ersten Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration 1,0 × 1016 Atome/cm3 oder weniger beträgt, und ein Abstand zwischen dem ersten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und dem zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration 100 µm oder weniger beträgt.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Pufferbereich einen Bereich der unteren Oberflächenseite, der näher an der unteren Oberfläche angeordnet ist als eine Mitte des Pufferbereichs, und einen Bereich der oberen Oberflächenseite, der näher an der oberen Oberfläche angeordnet ist als die Mitte des Pufferbereichs, aufweist, der Pufferbereich eine Vielzahl von Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration einschließlich des ersten Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration und des zweiten Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration aufweist, und eine Anzahl der Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration, die im Bereich der oberen Oberflächenseite angeordnet ist, größer ist als eine Anzahl der Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration, die im Bereich der unteren Oberflächenseite angeordnet ist.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine chemische Wasserstoffkonzentration der Vielzahl von Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration 1 × 1016 Atome/cm3 oder weniger beträgt.
  11. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Dotierungskonzentration des flachen Bereichs das doppelte oder mehr der Volumendonatorenkonzentration beträgt.
  12. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Dotierungskonzentration des flachen Bereichs 0,7 × 1013/cm3 oder mehr beträgt.
  13. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der erste Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und der zweite Peak niedriger Wasserstoffkonzentration jeweils einen unteren Schwanz, der von einem Scheitelpunkt eines Peaks zur unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats hin angeordnet ist, und einen oberen Schwanz, der vom Scheitelpunkt zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats hin angeordnet ist, aufweisen, und eine chemische Wasserstoffkonzentration des oberen Schwanzes steiler abfällt als eine chemische Wasserstoffkonzentration des unteren Schwanzes.
  14. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die chemische Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats 1,0 × 1017 Atome/cm3 oder mehr beträgt.
  15. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei eine Dosierung der Wasserstoffionen Dosierung der Wasserstoffionen des ersten Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration 1,0 × 1012 Ionen/cm2 oder weniger beträgt.
  16. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei eine Dosierung der Wasserstoffionen Dosierung der Wasserstoffionen des zweiten Peaks niedriger Wasserstoffkonzentration 1,0 × 1012 Ionen/cm2 oder weniger beträgt.
  17. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei ein Mittelwert der Dotierungskonzentration des flachen Bereichs gleich groß wie oder kleiner als ein lokaler Minimalwert einer Dotierungskonzentration zwischen dem zweiten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und dem Peak hoher Wasserstoffkonzentration ist.
  18. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei der Pufferbereich einen dritten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration aufweist, der an einer Position näher an der oberen Oberfläche als der Peak hoher Wasserstoffkonzentration und näher an der unteren Oberfläche als der zweite Peak niedriger Wasserstoffkonzentration angeordnet ist, der flache Bereich den dritten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration umfasst, und ein Mittelwert der Dotierungskonzentration des flachen Bereichs gleich groß wie oder kleiner als ein lokaler Minimalwert einer Dotierungskonzentration zwischen dem dritten Peak niedriger Wasserstoffkonzentration und dem Peak hoher Wasserstoffkonzentration ist.
  19. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Schwankungsverhältnis der Dotierungskonzentration im flachen Bereich die Hälfte oder weniger des Schwankungsverhältnisses der chemischen Wasserstoffkonzentration beträgt.
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