DE112023000171T5 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Atsushi Shoji
Motoyoshi KUBOUCHI
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

Es wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, die umfasst: ein Halbleitersubstrat mit einem Basisbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der zwischen einem Driftbereich und einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist; einen ersten Lebensdauerbereich, der im Driftbereich auf einer unteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrats relativ zum Basisbereich angeordnet ist; und einen zweiten Lebensdauerbereich, der so angeordnet ist, dass er zwischen ersten Lebensdauerbereichen einschließlich des ersten Lebensdauerbereichs in einer ersten Richtung parallel zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, und in dem eine Ladungsträgerlebensdauer länger als im ersten Lebensdauerbereich ist, wobei eine Breite des zweiten Lebensdauerbereichs in der ersten Richtung das 0,2-fache oder mehr einer Dicke des ersten Lebensdauerbereichs in einer zweiten Richtung senkrecht zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats beträgt.

Description

  • HINTERGRUND
  • 1. TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung.
  • 2. STAND DER TECHNIK
  • Herkömmlicherweise gibt es in einer Halbleitervorrichtung mit einer Freilaufdiode (FWD) oder dergleichen eine bekannte Technologie zum Ausbilden von Gitterdefekten im Halbleitersubstrat, um eine Ladungsträgerlebensdauer einzustellen (siehe zum Beispiel Patentdokumente 1 und 2).
    • Patentdokument 1: Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-31155
    • Patentdokument 2: Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-120121
  • TECHNISCHE AUFGABE
  • In einem Halbleiterbauelement ist es vorzuziehen, Snapback zu unterdrücken.
  • ALLGEMEINE OFFENBARUNG
  • Um das oben beschriebene Problem zu lösen, stellt ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung bereit. Die Halbleitervorrichtung kann ein Halbleitersubstrat mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche umfassen, das einen Driftbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist. Die Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann einen Diodenabschnitt umfassen, der im Halbleitersubstrat angeordnet ist. In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann der Diodenabschnitt einen Basisbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweisen, der zwischen dem Driftbereich und der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist. In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann der Diodenabschnitt einen ersten Lebensdauerbereich aufweisen, der im Driftbereich auf einer Seite der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats relativ zum Basisbereich angeordnet ist. In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann der Diodenabschnitt einen zweiten Lebensdauerbereich aufweisen, der so angeordnet ist, dass er zwischen ersten Lebensdauerbereichen einschließlich des ersten Lebensdauerbereichs in einer ersten Richtung parallel zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, und in dem eine Ladungsträgerlebensdauer länger als im ersten Lebensdauerbereich ist. In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann eine Breite des zweiten Lebensdauerbereichs in der ersten Richtung größer als eine Breite W (µm) sein, die durch Ausdruck 1 angegeben wird: W = 0,21 × T1 + 3,3
    Figure DE112023000171T5_0001
    wobei T1 eine Dicke des ersten Lebensdauerbereichs in einer zweiten Richtung senkrecht zur oberen Oberfläche ist.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann die Breite des zweiten Lebensdauerbereichs in der ersten Richtung 7 µm oder mehr betragen.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann die Breite des zweiten Lebensdauerbereichs in der ersten Richtung 12 µm oder weniger betragen.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann der Diodenabschnitt einen oder mehrere zweite Lebensdauerbereiche einschließlich des zweiten Lebensdauerbereichs aufweisen. Eine Summe von Breiten des einen oder der mehreren zweiten Lebensdauerbereiche in der ersten Richtung kann das 0,1-fache oder weniger einer Breite des Diodenabschnitts in der ersten Richtung betragen.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann einen Transistorabschnitt umfassen, der im Halbleitersubstrat angeordnet ist und nebeneinander mit einem Diodenabschnitt in der ersten Richtung angeordnet ist.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte können der Diodenabschnitt und der Transistorabschnitt eine Vielzahl von Grabenabschnitten aufweisen, die in der ersten Richtung voneinander beabstandet sind.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann einen Transistorabschnitt umfassen, der im Halbleitersubstrat angeordnet ist und nebeneinander mit dem Diodenabschnitt in einer dritten Richtung parallel zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats und senkrecht zur ersten Richtung angeordnet ist.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte können der Diodenabschnitt und der Transistorabschnitt eine Vielzahl von Grabenabschnitten aufweisen, die in der dritten Richtung voneinander beabstandet sind.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte sind mindestens einige der Grabenabschnitte des Diodenabschnitts über dem ersten Lebensdauerbereich angeordnet, und ein Abstand zwischen dem zweiten Lebensdauerbereich und dem Transistorabschnitt in der ersten Richtung kann größer als oder gleich groß wie ein Abstand zwischen einem unteren Ende eines Grabenabschnitts der Grabenabschnitte und dem ersten Lebensdauerbereich in der zweiten Richtung sein.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann der Diodenabschnitt zwei oder mehr zweite Lebensdauerbereiche einschließlich des zweiten Lebensdauerbereichs aufweisen, die in der ersten Richtung voneinander beabstandet sind.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann der zweite Lebensdauerbereich zwischen ersten Lebensdauerbereichen einschließlich des ersten Lebensdauerbereichs auch in einer dritten Richtung parallel zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats und senkrecht zur ersten Richtung angeordnet sein.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann eine Breite des zweiten Lebensdauerbereichs in der dritten Richtung das 0,2-fache oder mehr der Dicke des ersten Lebensdauerbereichs in der zweiten Richtung betragen.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann die Breite des zweiten Lebensdauerbereichs in der ersten Richtung größer als oder gleich 3% einer Diffusionslänge von Elektronen im Halbleitersubstrat betragen.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann die Dicke des ersten Lebensdauerbereichs in der zweiten Richtung 100 µm oder weniger betragen.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann die Breite des zweiten Lebensdauerbereichs in der ersten Richtung das 0,2-fache oder mehr der Dicke des ersten Lebensdauerbereichs in der zweiten Richtung senkrecht zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats betragen.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann der erste Lebensdauerbereich Wasserstoff enthalten. In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann der erste Lebensdauerbereich Helium enthalten.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann der erste Lebensdauerbereich im Diodenabschnitt und im Transistorabschnitt angeordnet sein. Ein Verhältnis einer Fläche des zweiten Lebensdauerbereichs 200, die vom ersten Lebensdauerbereich umschlossen ist, zu einer Fläche des ersten Lebensdauerbereichs 204 im Transistorabschnitt der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann kleiner sein als ein Verhältnis einer Fläche des zweiten Lebensdauerbereichs 200, die vom ersten Lebensdauerbereich umschlossen ist, zu einer Fläche des ersten Lebensdauerbereichs im Diodenabschnitt.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann der erste Lebensdauerbereich im Diodenabschnitt und im Transistorabschnitt angeordnet sein. In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann der zweite Lebensdauerbereich im ersten Lebensdauerbereich des Diodenabschnitts angeordnet sein. In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann der zweite Lebensdauerbereich nicht im ersten Lebensdauerbereich des Transistorabschnitts angeordnet sein.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß einem der obigen Aspekte kann sich jeder der Vielzahl von Grabenabschnitten in einer Richtung in einem Winkel größer als 0 Grad und kleiner als 90 Grad in Bezug auf die erste Richtung an der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats erstrecken.
  • Es ist anzumerken, dass die oben beschriebene Zusammenfassung nicht notwendigerweise alle notwendigen Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschreibt. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auch eine Unterkombination der oben beschriebenen Merkmale sein.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 illustriert eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 illustriert eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs D in 1.
    • 3 illustriert ein Beispiel eines Querschnitts e-e in 2.
    • 4 illustriert Beispiele von V-I-Eigenschaften während einer Vorwärtsleitung eines Diodenabschnitts 80 gemäß einem Vergleichsbeispiel.
    • 5 illustriert ein Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einem Diodenabschnitt 80.
    • 6 illustriert eine vergrößerte Querschnittsansicht in der Nähe eines zweiten Lebensdauerbereichs 200.
    • 7 illustriert Verteilungsbeispiele von Trägerlebensdauern, Leerstellendichten und chemischen Heliumkonzentrationen auf einer Linie f-f in 6.
    • 8 illustriert Verteilungsbeispiele von Ladungsträgerlebensdauern, Leerstellendichten und chemischen Heliumkonzentrationen auf einer Linie g-g in 6.
    • 9 illustriert Verteilungsbeispiele von Ladungsträgerlebensdauern, Leerstellendichten und chemischen Heliumkonzentrationen auf einer Linie h-h in 6.
    • 10 illustriert ein anderes Beispiel einer vergrößerten Querschnittsansicht in der Nähe eines zweiten Lebensdauerbereichs 200.
    • 11A zeigt jeweils ein Verteilungsdiagramm einer Nettodotierungskonzentration (A), ein Verteilungsdiagramm einer chemischen Wasserstoffkonzentration (B), ein Verteilungsdiagramm einer Gitterdefektdichte (C), ein Verteilungsdiagramm einer Ladungsträgerlebensdauer (D), ein Verteilungsdiagramm einer Ladungsträgermobilität (E) und ein Verteilungsdiagramm einer Ladungsträgerkonzentration (F) entlang einer Linie h-h in einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel.
    • 11B illustriert ein weiteres Beispiel einer vergrößerten Querschnittsansicht in der Nähe eines zweiten Lebensdauerbereichs 200.
    • 11C zeigt jeweils ein weiteres Beispiel eines Verteilungsdiagramms einer Nettodotierungskonzentration (A), eines Verteilungsdiagramms einer chemischen Wasserstoffkonzentration (B), eines Verteilungsdiagramms einer Gitterdefektdichte (C), eines Verteilungsdiagramms einer Ladungsträgerlebensdauer (D), eines Verteilungsdiagramms einer Ladungsträgermobilität (E) und eines Verteilungsdiagramms einer Ladungsträgerkonzentration (F) entlang einer Linie h-h in einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß dem in 11B gezeigten Ausführungsbeispiel.
    • 11D illustriert ein weiteres Beispiel einer vergrößerten Querschnittsansicht in der Nähe eines zweiten Lebensdauerbereichs 200.
    • 12 illustriert Beispiele von V-I-Eigenschaften während einer Vorwärtsleitung eines Diodenabschnitts 80.
    • 13 illustriert Trade-Off-Eigenschaften zwischen einer Vorwärtsspannung Vf und einem Sperrerholungsverlust Err in einem Diodenabschnitt 80.
    • 14 illustriert eine Beziehung zwischen einer Breite W1 eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 und einem Snapback-Betrag (einem SB-Betrag).
    • 15 illustriert, ob ein Snapback aufgetreten ist, wenn eine Dicke T1 eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eine Breite W1 eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 geändert werden.
    • 16A illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einem Diodenabschnitt 80.
    • 16B illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einem Diodenabschnitt 80.
    • 16C illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einem Diodenabschnitt 80.
    • 17 illustriert, ob ein Snapback aufgetreten ist, wenn die Anzahl zweiter Lebensdauerbereiche 200, die in einem Diodenabschnitt 80 enthalten sind, und eine Breite W1 von jedem der zweiten Lebensdauerbereiche 200 geändert werden.
    • 18 illustriert ein Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene.
    • 19 illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene.
    • 20 illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene.
    • 21 illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene.
    • 22A illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene.
    • 22B illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einem Diodenabschnitt 80.
    • 23A illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene.
    • 23B illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene.
    • 24 illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene.
    • 25 illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene.
    • 26 illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene.
  • BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung durch Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, aber die folgenden Ausführungsformen beschränken nicht die Erfindung gemäß den Ansprüchen. Darüber hinaus sind nicht alle Kombinationen von Merkmalen, die in den Ausführungsformen beschrieben sind, für die Lösung der Erfindung wesentlich.
  • In der vorliegenden Beschreibung wird eine Seite in einer Richtung parallel zu einer Tiefenrichtung eines Halbleitersubstrats als „obere“ und eine andere Seite als „untere“ bezeichnet. Eine Oberfläche von zwei Hauptoberflächen eines Substrats, einer Schicht oder eines anderen Elements wird als eine obere Oberfläche bezeichnet, und eine andere Oberfläche wird als eine untere Oberfläche bezeichnet. Die Richtungen „obere“ und „untere“ sind nicht auf eine Richtung der Schwerkraft oder eine Richtung, in der eine Halbleitervorrichtung montiert ist, beschränkt.
  • In der vorliegenden Beschreibung können technische Aspekte unter Verwendung von orthogonalen Koordinatenachsen einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse beschrieben werden. Die orthogonalen Koordinatenachsen spezifizieren lediglich relative Positionen von Komponenten und beschränken keine spezifische Richtung. Beispielsweise ist die Z-Achse nicht darauf beschränkt, die Höhenrichtung in Bezug auf den Boden anzugeben. Es ist anzumerken, dass eine +Z-Achsenrichtung und eine -Z-Achsenrichtung Richtungen sind, die einander entgegengesetzt sind. Wenn die Z-Achsenrichtung beschrieben wird, ohne ein positives oder negatives Vorzeichen zu beschreiben, bedeutet dies, dass die Richtung parallel zur +Z-Achse und zur -Z-Achse ist.
  • In der vorliegenden Beschreibung werden orthogonale 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 bezeichnet werden, einschließlich einer X-Achsenrichtung und einer Y-Achsenrichtung.
  • Ein Bereich von einer Mitte des Halbleitersubstrats in Tiefenrichtung zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats kann als eine obere Oberflächenseite bezeichnet werden. In ähnlicher Weise kann ein Bereich von der Mitte des Halbleitersubstrats in Tiefenrichtung zur unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats als eine untere Oberflächenseite bezeichnet werden.
  • In der vorliegenden Beschreibung kann ein Fall, in dem ein Begriff wie „gleich“ oder „derselbe“ erwähnt wird, einen Fall einschließen, in dem ein Fehler aufgrund einer Variation der Herstellung oder dergleichen enthalten ist. Der Fehler liegt beispielsweise innerhalb von 10%.
  • In der vorliegenden Beschreibung wird ein Leitfähigkeitstyp eines Dotierungsbereichs, in dem eine Dotierung mit einer Verunreinigung durchgeführt wurde, als P-artig oder N-artig beschrieben. In der vorliegenden Beschreibung kann die Verunreinigung insbesondere entweder einen N-artigen Donator oder einen P-artigen Akzeptor bedeuten und kann als Dotierstoff beschrieben werden. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet Dotierung, dass der Donator oder der Akzeptor ins Halbleitersubstrat eingebracht wird und in einen Halbleiter, der einen N-artigen Leitfähigkeitstyp aufweist, oder einen Halbleiter, der einen P-artigen Leitfähigkeitstyp aufweist, umgewandelt wird.
  • In der vorliegenden Beschreibung bedeutet eine Dotierungskonzentration eine Konzentration des Donators oder eine Konzentration des Akzeptors in einem thermischen Gleichgewichtszustand. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet eine Nettodotierungskonzentration eine Nettokonzentration, die sich durch Addieren der Donatorkonzentration, die als positive lonenkonzentration festgelegt ist, zur Akzeptorkonzentration, die als negative lonenkonzentration festgelegt ist, unter Berücksichtigung von Polaritäten von Ladungen ergibt. Wenn beispielsweise die Donatorkonzentration ND ist und die Akzeptorkonzentration NA ist, wird die Nettodotierungskonzentration an einer beliebigen Position als ND-NA angegeben. In der vorliegenden Beschreibung kann die Nettodotierungskonzentration einfach als die Dotierungskonzentration beschrieben werden.
  • Der Donator weist eine Funktion zum Zuführen von Elektronen zu einem Halbleiter auf. Der Akzeptor weist eine Funktion zum Empfangen von Elektronen aus dem Halbleiter auf. Der Donator und der Akzeptor sind nicht auf die Verunreinigungen selbst beschränkt. Zum Beispiel fungiert ein VOH-Defekt, bei dem eine Leerstelle (V), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H), die im Halbleiter vorhanden sind, aneinander gebunden sind, als der Donator, der Elektronen zuführt. In der vorliegenden Beschreibung kann der VOH-Defekt als ein Wasserstoffdonator bezeichnet werden.
  • Im Halbleitersubstrat in der vorliegenden Beschreibung sind N-artige Volumendonatoren durchgehend verteilt. Ein Volumendonator ist ein Dotierstoff-Donator, der während der Herstellung des Ingots, aus dem das Halbleitersubstrat hergestellt wird, im Wesentlichen gleichmäßig im Ingot enthalten ist. Der Volumendonator ist in diesem Beispiel ein anderes Element als Wasserstoff. Der Volumendonator-Dotierstoff ist beispielsweise Phosphor, Antimon, Arsen, Selen oder Schwefel, ohne darauf beschränkt zu sein. Der Volumendonator ist in diesem Beispiel Phosphor. Der Volumendonator ist auch in einem P-artigen Bereich enthalten. Das Halbleitersubstrat kann ein Wafer sein, der aus einem Halbleiteringot ausgeschnitten ist, oder kann ein Chip sein, der durch Vereinzeln des Wafers erhalten wird. Der Halbleiteringot kann durch ein Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren), ein magnetfeldangewandtes Czochralski-Verfahren (MCZ-Verfahren) oder ein Floatzonenverfahren (FZ-Verfahren) hergestellt werden. Der Ingot wird in diesem Beispiel durch das MCZ-Verfahren hergestellt. Eine Konzentration von Sauerstoff, der in dem durch das MCZ-Verfahren hergestellten Substrat enthalten ist, beträgt 1 × 1017 bis 7 × 1017/cm3. Die Konzentration von Sauerstoff, der in dem durch das FZ-Verfahren hergestellten Substrat enthalten ist, beträgt 1 × 1015 bis 5 × 1016/cm3. Wenn die Konzentration von Sauerstoff höher ist, neigen Wasserstoffdonatoren dazu, leichter erzeugt zu werden. Als eine Volumendonatorkonzentration kann eine chemische Konzentration der Volumendonatoren, die im gesamten Halbleitersubstrat verteilt sind, verwendet werden, und die Volumendonatorkonzentration kann einen Wert zwischen 90% und 100% der chemischen Konzentration aufweisen. Außerdem kann als das Halbleitersubstrat ein nicht dotiertes Substrat, das keinen Dotierstoff wie Phosphor enthält, verwendet werden. In diesem Fall beträgt eine Volumendonatorkonzentration (D0) des nicht dotierten Substrats beispielsweise 1 × 1010/cm3 oder mehr und 5 × 1012/cm3 oder weniger. Die Volumendonatorkonzentration (D0) des nicht dotierten Substrats beträgt vorzugsweise 1 × 1011/cm3 oder mehr. Die Volumendonatorkonzentration (D0) des nicht dotierten Substrats beträgt vorzugsweise 5 × 1012/cm3 oder weniger. Es ist anzumerken, dass jede Konzentration in der vorliegenden Erfindung einen Wert bei Raumtemperatur aufweisen kann. Als der Wert bei Raumtemperatur kann beispielsweise ein Wert bei 300 K (Kelvin) (etwa 26,9 Grad C) verwendet werden.
  • In der vorliegenden Beschreibung bedeutet die Bezeichnung als P+-artig oder N+-artig eine höhere Dotierungskonzentration als die von P-artig oder N-artig, und die Bezeichnung als P--artig oder eines N-artig bedeutet eine niedrigere Dotierungskonzentration als die von P-artig oder N-artig . Außerdem bedeutet in der vorliegenden Beschreibung die Bezeichnung als P++-artig oder N++-artig eine höhere Dotierungskonzentration als die von P+-artig oder N+-artig. In der vorliegenden Beschreibung ist ein Einheitssystem ein SI-Einheitssystem, sofern nicht anders angegeben. Obwohl eine Einheit einer Länge in cm ausgedrückt werden kann, können verschiedene Berechnungen nach Umwandlung in Meter (m) durchgeführt werden.
  • Eine chemische Konzentration in der vorliegenden Beschreibung bezieht sich auf eine Atomdichte einer Verunreinigung, die unabhängig von einem elektrischen Aktivierungszustand gemessen wird. Die chemische Konzentration kann beispielsweise durch Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) gemessen werden. Die vorstehend beschriebene Nettodotierungskonzentration kann durch Kapazitäts-Spannungs-Profilierung (CV-Verfahren) gemessen werden. Zusätzlich kann eine Ladungsträgerkonzentration, die durch Ausbreitungswiderstandsprofilierung (SRP-Verfahren) gemessen wird, als die Nettodotierungskonzentration festgelegt werden. Die durch das CV-Verfahren oder das SRP-Verfahren gemessene Ladungsträgerkonzentration kann ein Wert in einem thermischen Gleichgewichtszustand sein. Außerdem ist in einem N-artigen Bereich die Donatorkonzentration ausreichend größer als die Akzeptorkonzentration, und somit kann die Ladungsträgerkonzentration in dem Bereich als die Donatorkonzentration definiert werden. In ähnlicher Weise kann in einem P-artigen Bereich die Ladungsträgerkonzentration in dem Bereich als die Akzeptorkonzentration definiert werden. In der vorliegenden Beschreibung kann die Dotierungskonzentration im N-artigen Bereich als die Donatorkonzentration bezeichnet werden, und die Dotierungskonzentration im P-artigen Bereich kann als die Akzeptorkonzentration bezeichnet werden.
  • Wenn eine Konzentrationsverteilung der Donator-, Akzeptor- oder Nettodotierung einen Peak in einem Bereich aufweist, kann ein Wert des Peaks als die Konzentration der Donator-, Akzeptor- oder Nettodotierung in dem Bereich festgelegt werden. In einem Fall, in dem die Konzentration der Donator-, Akzeptor- oder Nettodotierung in einem Bereich im Wesentlichen gleichmäßig ist, oder dergleichen, kann ein Durchschnittswert der Konzentration der Donator-, Akzeptor- oder Nettodotierung in dem Bereich als die Konzentration der Donator-, Akzeptor- oder Nettodotierung festgelegt werden. In der vorliegenden Beschreibung wird Atome/cm3 oder /cm3 verwendet, um eine Konzentration pro Volumeneinheit auszudrücken. Diese Einheit wird für die Donator- oder Akzeptorkonzentration oder die chemische Konzentration im Halbleitersubstrat verwendet. Eine Angabe von Atomen kann weggelassen werden.
  • Die durch das SRP-Verfahren gemessene Ladungsträgerkonzentration kann niedriger als die Konzentration des Donators oder des Akzeptors sein. In einem Bereich, in dem ein Strom fließt, wenn ein Ausbreitungswiderstand gemessen wird, kann die Ladungsträgermobilität des Halbleitersubstrats niedriger als ein Wert in einem kristallinen Zustand sein. Die Abnahme der Ladungsträgermobilität tritt auf, wenn Ladungsträger aufgrund einer Störung (Störung) einer Kristallstruktur aufgrund von Gitterdefekten oder dergleichen gestreut werden.
  • Die Konzentration des Donators oder des Akzeptors, die aus der durch das CV-Verfahren oder das SRP-Verfahren gemessenen Ladungsträgerkonzentration berechnet wird, kann niedriger als eine chemische Konzentration eines Elements sein, das den Donator oder den Akzeptor angibt. Als ein Beispiel beträgt in einem Siliziumhalbleiter eine Donatorkonzentration von Phosphor oder Arsen, die als ein Donator dient, oder eine Akzeptorkonzentration von Bor (Bor), die als ein Akzeptor dient, ungefähr 99% deren chemischer Konzentrationen. Andererseits beträgt im Siliziumhalbleiter eine Donatorkonzentration von Wasserstoff, die als ein Donator dient, ungefähr 0,1% bis 10% einer chemischen Wasserstoffkonzentration.
  • 1 illustriert eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 1 zeigt eine Position, an der jedes Element auf eine obere Oberfläche eines Halbleitersubstrats 10 projiziert ist. 1 zeigt nur einige Elemente der Halbleitervorrichtung 100, und auf eine Darstellung einiger Elemente wurde verzichtet.
  • 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. Das Halbleitersubstrat 10 weist in einer Draufsicht Endseiten 162 auf. Wenn es in der vorliegenden Beschreibung einfach als die Draufsicht bezeichnet wird, bedeutet dies, dass das Halbleitersubstrat 10 von einer oberen Oberflächenseite aus betrachtet wird. Das Halbleitersubstrat 10 weist in diesem Beispiel zwei Sätze von Endseiten 162 auf, die einander in einer Draufsicht gegenüberliegen. In 1 sind die X-Achse und die Y-Achse parallel zu einer beliebigen der Endseiten 162. Außerdem ist die Z-Achse senkrecht zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10.
  • Das Halbleitersubstrat 10 weist einem aktiven Abschnitt 160 auf. Der aktive Abschnitt 160 ist ein Bereich, in dem ein Hauptstrom in einer Tiefenrichtung zwischen der oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 fließt, wenn die Halbleitervorrichtung 100 betrieben wird. Eine Emitterelektrode ist über dem aktiven Abschnitt 160 angeordnet, aber auf deren Darstellung wurde in 1 verzichtet. Der aktive Abschnitt 160 kann sich auf einen Bereich beziehen, der in einer Draufsicht mit der Emitterelektrode überlappt. Außerdem kann ein Bereich, der in einer Draufsicht zwischen aktiven Abschnitten 160 eingefasst ist, auch im aktiven Abschnitt 160 enthalten sein.
  • Der aktive Abschnitt 160 weist Transistorabschnitte 70 auf, die Transistorelemente wie etwa einen Bipolartransistor mit isoliertem Gatter (IGBT) enthalten. Der aktive Abschnitt 160 kann ferner Diodenabschnitte 80 aufweisen, die Diodenelemente wie etwa eine Freilaufdiode (FWD) enthalten. In dem in 1 gezeigten Beispiel sind die Transistorabschnitte 70 und die Diodenabschnitte 80 abwechselnd entlang einer vorgegebenen Anordnungsrichtung (der X-Achsenrichtung in diesem Beispiel) an der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Die Halbleitervorrichtung 100 ist in diesem Beispiel ein rückwärtsleitender IGBT (RC-IGBT).
  • In 1 ist ein Bereich, in dem ein Transistorabschnitt 70 angeordnet ist, mit einem Symbol „I“ markiert, und ein Bereich, in dem ein Diodenabschnitt 80 angeordnet ist, ist mit einem Symbol „F“ markiert. In der vorliegenden Beschreibung kann eine Richtung senkrecht zur Anordnungsrichtung in einer Draufsicht als eine Erstreckungsrichtung (die Y-Achsenrichtung in 1) bezeichnet werden. Der Transistorabschnitt 70 und der Diodenabschnitt 80 können jeweils eine Längslänge in Erstreckungsrichtung aufweisen. Mit anderen Worten ist eine Länge des Transistorabschnitts 70 in Y-Achsenrichtung größer als eine Breite in X-Achsenrichtung. In ähnlicher Weise ist eine Länge des Diodenabschnitts 80 in Y-Achsenrichtung größer als eine Breite in X-Achsenrichtung. Die Erstreckungsrichtung des Transistorabschnitts 70 und des Diodenabschnitts 80 kann die gleiche sein wie eine Längsrichtungjedes Grabenabschnitts, der unten beschrieben wird.
  • Der Diodenabschnitt 80 weist einen N+-artigen Kathodenbereich in einem Bereich auf, der die untere Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 berührt. In der vorliegenden Beschreibung wird ein Bereich, in dem der Kathodenbereich angeordnet ist, als der Diodenabschnitt 80 bezeichnet. Mit anderen Worten ist der Diodenabschnitt 80 ein Bereich, der in einer Draufsicht mit dem Kathodenbereich überlappt. An der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 kann ein P+-artiger Kollektorbereich in einem anderen Bereich als dem Kathodenbereich angeordnet sein. In der vorliegenden Beschreibung kann der Diodenabschnitt 80 auch einen Erstreckungsbereich 81 aufweisen, in dem sich der Diodenabschnitt 80 in Y-Achsenrichtung zu einem unten beschriebenen Gatterläufer erstreckt. Der Kollektorbereich ist an einer unteren Oberfläche des Erstreckungsbereichs 81 angeordnet.
  • Der Transistorabschnitt 70 weist den P+-artigen Kollektorbereich in einem Bereich auf, der die untere Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 berührt. Außerdem sind in dem Transistorabschnitt 70 ein N-artiger Emitterbereich, ein P-artiger Basisbereich und eine Gatterstruktur mit einem Gatter-Leitungsabschnitt und einem dielektrischen Gatterfilm periodisch auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 10 angeordnet.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 kann eine oder mehrere Felder über dem Halbleitersubstrat 10 aufweisen. Die Halbleitervorrichtung 100 weist in diesem Beispiel ein Gatterfeld 164 auf. Die Halbleitervorrichtung 100 kann ein Feld wie etwa ein Anodenfeld, ein Kathodenfeld und ein Strommessfeld aufweisen. Jedes Feld ist in der Nähe einer Endseite 162 angeordnet. Die Nähe der Endseite 162 bezieht sich in Draufsicht auf einen Bereich zwischen der Endseite 162 und der Emitterelektrode. Wenn die Halbleitervorrichtung 100 montiert ist, kann jedes Feld über eine Verdrahtungsleitung wie etwa einen Draht mit einer externen Schaltung verbunden sein.
  • Ein Gatterpotential 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 Gatter-Grabenabschnitt verbindet. In 1 ist der Gatterläufer mit diagonalen Linien schraffiert.
  • Der Gatterläufer weist in diesem Beispiel äußere umlaufende Gatterläufer 130 und einen aktivseitigen Gatterläufer 131 auf. Die äußeren umlaufenden Gatterläufer 130 sind in einer Draufsicht zwischen dem aktiven Abschnitt 160 und den Endseiten 162 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Die äußeren umlaufenden Gatterläufer 130 umschließen in diesem Beispiel den aktiven Abschnitt 160 in Draufsicht. Ein Bereich, der in einer Draufsicht von den äußeren umlaufenden Gatterläufern 130 umschlossen ist, kann der aktive Abschnitt 160 sein. Außerdem ist ein Senkenbereich unter dem Gatterläufer ausgebildet. Der Senkenbereich ist ein P-artiger Bereich mit einer höheren Konzentration als der unten beschriebene Basisbereich und ist bis zu einer Position tiefer als eine Position des Basisbereichs von der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet. Ein Bereich, der in einer Draufsicht vom Senkenbereich umschlossen ist, kann der aktive Abschnitt 160 sein.
  • Ein äußerer umlaufender Gatterläufer 130 ist mit dem Gatterfeld 164 verbunden. Die äußeren umlaufenden Gatterläufer 130 sind über dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet. Die äußeren umlaufenden Gatterläufer 130 können Metallverdrahtungsleitungen sein, die Aluminium oder dergleichen enthalten.
  • Der aktivseitige Gatterläufer 131 ist im aktiven Abschnitt 160 angeordnet. Das Anordnen des aktivseitigen Gatterläufers 131 im aktiven Abschnitt 160 kann eine Schwankung der Verdrahtungsleitungslänge vom Gatterfeld 164 für jeden Bereich des Halbleitersubstrats 10 verringern.
  • Die äußeren umlaufenden Gatterläufer 130 und der aktivseitige Gatterläufer 131 sind mit dem Gatter-Grabenabschnitt des aktiven Abschnitts 160 verbunden. Die äußeren umlaufenden Gatterläufer 130 und der aktivseitige Gatterläufer 131 sind über dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet. Die äußeren umlaufenden Gatterläufer 130 und der aktivseitige Gatterläufer 131 können Verdrahtungsleitungen sein, die aus einem Halbleiter wie etwa mit einer Verunreinigung dotiertem Polysilizium gebildet sind.
  • Der aktivseitige Gatterläufer 131 kann mit den äußeren umlaufenden Gatterläufern 130 verbunden sein. Der aktivseitige Gatterläufer 131 ist in diesem Beispiel so angeordnet, dass er sich in X-Achsenrichtung erstreckt, um den aktiven Abschnitt 160 im Wesentlichen in einer Mitte der Y-Achsenrichtung von einem der äußeren umlaufenden Gatterläufer 130, die den aktiven Abschnitt 160 einfassen, zu einem anderen zu kreuzen. Wenn der aktive Abschnitt 160 durch den aktivseitigen Gatterläufer 131 geteilt ist, können die Transistorabschnitte 70 und die Diodenabschnitte 80 abwechselnd in X-Achsenrichtung in jedem durch die Teilung erhaltenen Bereich angeordnet sein.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 kann einen Temperaturmessabschnitt (nicht gezeigt), der eine PN-Übergangsdiode ist, die aus Polysilizium oder dergleichen gebildet ist, und einen Strommessabschnitt (nicht gezeigt) umfassen, der einen Betrieb eines Transistorabschnitts simuliert, der im aktiven Abschnitt 160 angeordnet ist.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 umfasst in diesem Beispiel einen Randabschlussstrukturabschnitt 90 zwischen dem aktiven Abschnitt 160 und den Endseiten 162 in Draufsicht. Der Randabschlussstrukturabschnitt 90 ist in diesem Beispiel zwischen den äußeren umlaufenden Gatterläufern 130 und den Endseiten 162 angeordnet. Der Randabschlussstrukturabschnitt 90 reduziert eine elektrische Feldstärke auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 10. Der Randabschlussstrukturabschnitt 90 kann mindestens eines von einem Schutzring, einer Feldplatte oder einem RESURF umfassen, die ringförmig angeordnet sind und den aktiven Abschnitt 160 umschließen.
  • 2 illustriert eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs D in 1. Der Bereich D ist ein Bereich, der einen Transistorabschnitt 70, einen Diodenabschnitt 80 und einen aktivseitigen Gatterläufer 131 umfasst. Eine Halbleitervorrichtung 100 in diesem Beispiel umfasst Gatter-Grabenabschnitte 40, Dummy-Grabenabschnitte 30, einen Senkenbereich 11, Emitterbereiche 12, Basisbereiche 14 und Kontaktbereiche 15, die im Inneren auf einer oberen Oberflächenseite eines Halbleitersubstrats 10 angeordnet sind. Ein Gatter-Grabenabschnitt 40 und ein Dummy-Grabenabschnitt 30 sind jeweils ein Beispiel eines Grabenabschnitts. Außerdem umfasst die Halbleitervorrichtung 100 in diesem Beispiel eine Emitterelektrode 52 und den aktivseitigen Gatterläufer 131, die über einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet sind. Die Emitterelektrode 52 und der aktivseitige Gatterläufer 131 sind getrennt voneinander angeordnet.
  • Ein dielektrischer Zwischenschichtfilm ist zwischen der Emitterelektrode 52 und dem aktivseitigen Gatterläufer 131 und der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet, aber auf dessen Darstellung wurde in 2 verzichtet. Im dielektrischen Zwischenschichtfilm sind in diesem Beispiel Kontaktlöcher 54 angeordnet, die den dielektrischen Zwischenschichtfilm durchdringen. In 2 ist jedes der Kontaktlöcher 54 mit diagonalen Linien schraffiert.
  • Die Emitterelektrode 52 ist über den Gatter-Grabenabschnitten 40, den Dummy-Grabenabschnitten 30, dem Senkenbereich 11, den Emitterbereichen 12, den Basisbereichen 14 und den Kontaktbereichen 15 angeordnet. Die Emitterelektrode 52 steht über die Kontaktlöcher 54 mit den Emitterbereichen 12, den Kontaktbereichen 15 und den Basisbereichen 14 an der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 in Kontakt. Außerdem ist die Emitterelektrode 52 über die Kontaktlöcher, die im dielektrischen Zwischenschichtfilm angeordnet sind, mit Dummy-Leitungsabschnitten in den Dummy-Grabenabschnitten 30 verbunden. Die Emitterelektrode 52 kann mit den Dummy-Leitungsabschnitten der Dummy-Grabenabschnitte 30 an Kanten der Dummy-Grabenabschnitte 30 in Y-Achsenrichtung verbunden sein. Die Dummy-Leitungsabschnitte der Dummy-Grabenabschnitte 30 können nicht mit der Emitterelektrode 52 und einem Gatterleitungsabschnitt verbunden sein und können so gesteuert werden, dass sie auf einem Potential liegen, das sich von einem Potential der Emitterelektrode 52 und einem Potential des Gatter-Leitungsabschnitts unterscheidet.
  • Der aktivseitige Gatterläufer 131 ist über die Kontaktlöcher, die im dielektrischen Zwischenschichtfilm angeordnet sind, mit den Gatter-Grabenabschnitten 40 verbunden. Der aktivseitige Gatterläufer 131 kann mit Gatterleitungsabschnitten der Gatter-Grabenabschnitte 40 an Randabschnitten 41 der Gatter-Grabenabschnitte 40 in Y-Achsenrichtung verbunden sein. Der aktivseitige Gatterläufer 131 ist nicht mit den Dummy-Leitungsabschnitten in den Dummy-Grabenabschnitten 30 verbunden.
  • Die Emitterelektrode 52 ist aus einem Material gebildet, das ein Metall enthält. 2 zeigt einen Bereich, in dem die Emitterelektrode 52 angeordnet ist. Beispielsweise ist zumindest ein Teilbereich der Emitterelektrode 52 aus Aluminium oder einer Aluminium-Silizium-Legierung gebildet, beispielsweise einer Metalllegierung wie AlSi oder AlSiCu. Die Emitterelektrode 52 kann ein Barrieremetall aufweisen, das aus Titan, einer Titanverbindung oder dergleichen unter einem Bereich gebildet ist, der aus Aluminium oder dergleichen gebildet ist. Ferner kann ein Stopfen, der durch Einbetten von Wolfram oder dergleichen gebildet ist, um mit dem Barrieremetall und Aluminium oder dergleichen in Kontakt zu sein, in einem Kontaktloch enthalten sein.
  • Der Senkenbereich 11 ist so angeordnet, dass er den aktivseitigen Gatterläufer 131 überlappt. Der Senkenbereich 11 ist so angeordnet, dass er sich mit einer vorgegebenen Breite auch in einem Bereich erstreckt, der den aktivseitigen Gatterläufer 131 nicht überlappt. Der Senkenbereich 11 ist in diesem Beispiel entfernt von Enden der Kontaktlöcher 54 in Y-Achsenrichtung auf einer Seite des aktivseitigen Gatterläufers 131 angeordnet. Der Senkenbereich 11 ist ein Bereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps mit einer höheren Dotierungskonzentration als ein Basisbereich 14. Der Basisbereich 14 ist in diesem Beispiel P--artig, und der Senkenbereich 11 ist P+-artig.
  • Sowohl der Transistorabschnitt 70 als auch der Diodenabschnitt 80 weisen eine Vielzahl von Grabenabschnitten auf, die in einer Anordnungsrichtung angeordnet sind. Im Transistorabschnitt 70 sind in diesem Beispiel ein oder mehrere Gatter-Grabenabschnitte 40 und ein oder mehrere Dummy-Grabenabschnitte 30 abwechselnd entlang der Anordnungsrichtung angeordnet. Im Diodenabschnitt 80 sind in diesem Beispiel eine Vielzahl von Dummy-Grabenabschnitten 30 entlang der Anordnungsrichtung angeordnet. Im Diodenabschnitt 80 ist in diesem Beispiel der Gatter-Grabenabschnitt 40 nicht angeordnet.
  • Der Gatter-Grabenabschnitt 40 kann in diesem Beispiel zwei gerade Abschnitte 39 aufweisen, die sich entlang einer Erstreckungsrichtung senkrecht zur Anordnungsrichtung erstrecken (Abschnitte eines Grabens, die entlang der Erstreckungsrichtung gerade sind), und einen Randabschnitt 41, der die zwei geraden Abschnitte 39 verbindet. Die Erstreckungsrichtung in 2 ist die Y-Achsenrichtung.
  • Zumindest ein Teil des Randabschnitts 41 ist vorzugsweise in einer Draufsicht in einer gekrümmten Linienform angeordnet. Ein Verbinden von Endabschnitten der zwei geraden Abschnitte 39 in Y-Achsenrichtung durch den Randabschnitt 41 kann elektrische Feldstärken an den Endabschnitten der geraden Abschnitte 39 reduzieren.
  • Im Transistorabschnitt 70 ist der Dummy-Grabenabschnitt 30 zwischen jeweiligen geraden Abschnitten 39 des Gatter-Grabenabschnitts 40 angeordnet. Zwischen den jeweiligen geraden Abschnitten 39 kann ein Dummy-Grabenabschnitt 30 angeordnet sein oder es kann eine Vielzahl von Dummy-Grabenabschnitten 30 angeordnet sein. Der Dummy-Grabenabschnitt 30 kann eine gerade Form aufweisen, die sich in Erstreckungsrichtung erstreckt, oder er kann gerade Abschnitte 29 und einen Randabschnitt 31 ähnlich dem Gatter-Grabenabschnitt 40 aufweisen. Die in 2 gezeigte Halbleitervorrichtung 100 umfasst sowohl die Dummy-Grabenabschnitte 30 mit einer geraden Form, von denen jeder keinen Randabschnitt 31 aufweist, als auch die Dummy-Grabenabschnitte 30, von denen jeder den Randabschnitt 31 aufweist.
  • Eine Diffusionstiefe des Senkenbereichs 11 kann tiefer als Tiefen des Gatter-Grabenabschnitts 40 und des Dummy-Grabenabschnitts 30 sein. Die Endabschnitte in Y-Achsenrichtung des Gatter-Grabenabschnitts 40 und des Dummy-Grabenabschnitts 30 sind im Senkenbereich 11 in Draufsicht angeordnet. Mit anderen Worten, ein unterer Abschnitt in einer Tiefenrichtung jedes der Grabenabschnitte ist mit dem Senkenbereich 11 an einem Endabschnitt in Y-Achsenrichtungjedes der Grabenabschnitte bedeckt. Mit dieser Ausgestaltung kann eine elektrische Feldstärke am unteren Abschnitt jedes der Grabenabschnitte reduziert werden.
  • Ein Mesaabschnitt ist zwischen jeweiligen Grabenabschnitten in der Anordnungsrichtung angeordnet. Der Mesaabschnitt bezieht sich auf einen Bereich, der zwischen den Grabenabschnitten im Halbleitersubstrat 10 eingefasst ist. Als ein Beispiel ist ein oberes Ende des Mesaabschnitts die obere Oberfläche des Halbleitersubstrats 10. Eine Tiefenposition eines unteren Endes des Mesaabschnitts ist die gleiche wie eine Tiefenposition eines unteren Endes des Grabenabschnitts. Der Mesaabschnitt ist in diesem Beispiel so angeordnet, dass er sich in Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) entlang des Grabens an der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 erstreckt. In diesem Beispiel sind Mesaabschnitte 60 im Transistorabschnitt 70 und Mesaabschnitte 61 im Diodenabschnitt 80 angeordnet. In einem Fall, in dem einfach „Mesaabschnitt“ in der vorliegenden Beschreibung erwähnt wird, bezieht sich der Abschnitt auf jeden von einem Mesaabschnitt 60 und einem Mesaabschnitt 61.
  • Jeder der Mesaabschnitte weist Basisbereiche 14 auf. Im Mesaabschnitt ist ein Bereich, der am nächsten zum aktivseitigen Gatterläufer 131 unter den Basisbereichen 14 angeordnet ist, die auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 freiliegen, als ein Basisbereich 14-e definiert. Während 2 einen Basisbereich 14-e zeigt, der an einem Endabschnitt jedes der Mesaabschnitte in Erstreckungsrichtung angeordnet ist, ist ein Basisbereich 14-e auch an einem anderen Endabschnitt jedes der Mesaabschnitte angeordnet. Jeder der Mesaabschnitte kann einen Emitterbereich 12 eines ersten Leitfähigkeitstyps und/oder einen Kontaktbereich 15 des zweiten Leitfähigkeitstyps in einem Bereich aufweisen, der in Draufsicht zwischen Basisbereichen 14-e eingefasst ist. Der Emitterbereich 12 ist in diesem Beispiel 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 weist die Emitterbereiche 12 auf, die auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 freiliegen. Die Emitterbereiche 12 sind in Kontakt mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 angeordnet. Der Mesaabschnitt 60 in Kontakt mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 kann die Kontaktbereiche 15 aufweisen, die auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 freiliegen.
  • Jeder der Kontaktbereiche 15 und der Emitterbereiche 12 im Mesaabschnitt 60 ist von einem Grabenabschnitt zu einem anderen Grabenabschnitt in X-Achsenrichtung angeordnet. Beispielsweise sind die Kontaktbereiche 15 und die Emitterbereiche 12 im Mesaabschnitt 60 abwechselnd entlang der Erstreckungsrichtung des Grabenabschnitts (Y-Achsenrichtung) angeordnet.
  • In einem anderen Beispiel können die Kontaktbereiche 15 und die Emitterbereiche 12 des Mesaabschnitts 60 in einem Streifenmuster entlang der Erstreckungsrichtung des Grabenabschnitts (Y-Achsenrichtung) angeordnet sein. Beispielsweise sind die Emitterbereiche 12 in Bereichen in Kontakt mit dem Grabenabschnitt angeordnet und die Kontaktbereiche 15 sind in Bereichen angeordnet, die zwischen den Emitterbereichen 12 eingefasst sind.
  • Der Mesaabschnitt 61 des Diodenabschnitts 80 weist keinen Emitterbereich 12 auf. Die Basisbereiche 14 und die Kontaktbereiche 15 können an einer oberen Oberfläche des Mesaabschnitts 61 angeordnet sein. In dem Bereich, der zwischen den Basisbereichen 14-e an der oberen Oberfläche des Mesaabschnitts 61 eingefasst ist, kann der Kontaktbereich 15 in Kontakt mit jedem der Basisbereiche 14-e angeordnet sein. Der Basisbereich 14 kann in einem Bereich angeordnet sein, der zwischen den Kontaktbereichen 15 an der oberen Oberfläche des Mesaabschnitts 61 eingefasst ist. Der Basisbereich 14 kann im gesamten Bereich angeordnet sein, der zwischen den Kontaktbereichen 15 eingefasst ist.
  • Ein Kontaktloch 54 ist über jedem der Mesaabschnitte angeordnet. Das Kontaktloch 54 ist in dem Bereich angeordnet, der zwischen den Basisbereichen 14-e eingefasst ist. Das Kontaktloch 54 ist in diesem Beispiel über jedem der Kontaktbereiche 15, dem Basisbereich 14 und den Emitterbereichen 12 angeordnet. Das Kontaktloch 54 ist nicht in Bereichen angeordnet, die dem Basisbereich 14-e und dem Senkenbereich 11 entsprechen. Das Kontaktloch 54 kann in einer Mitte des Mesaabschnitts 60 in Anordnungsrichtung (X-Achsenrichtung) angeordnet sein.
  • Im Diodenabschnitt 80 ist ein N+-artiger Kathodenbereich 82 in einem Bereich angeordnet, der die untere Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 direkt berührt. An der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 kann ein P+-artiger Kollektorbereich 22 in einem Bereich angeordnet sein, in dem 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 durch eine gepunktete Linie dargestellt.
  • Der Kathodenbereich 82 ist in Y-Achsenrichtung vom Senkenbereich 11 entfernt angeordnet. Mit dieser Konfiguration ist ein Abstand zwischen einem P-artigen Bereich (dem Senkenbereich 11), der eine relativ hohe Dotierungskonzentration aufweist und bis zu einer tiefen Position ausgebildet ist, und dem Kathodenbereich 82 gewährleistet, so dass eine Durchbruchspannung verbessert werden kann. Ein Endabschnitt in Y-Achsenrichtung des Kathodenbereichs 82 ist in diesem Beispiel weiter vom Senkenbereich 11 entfernt angeordnet als ein Endabschnitt in Y-Achsenrichtung des Kontaktlochs 54. In einem anderen Beispiel kann der Endabschnitt in Y-Achsenrichtung des Kathodenbereichs 82 zwischen dem Senkenbereich 11 und dem Kontaktloch 54 angeordnet sein.
  • 3 illustriert ein Beispiel eines Querschnitts e-e in 2. Der Querschnitt e-e ist eine XZ-Ebene, die durch Emitterbereiche 12 und einen Kathodenbereich 82 verläuft. Eine Halbleitervorrichtung 100 weist in diesem Beispiel ein Halbleitersubstrat 10, einen dielektrischen Zwischenschichtfilm 38, eine Emitterelektrode 52 und eine Kollektorelektrode 24 im Querschnitt auf.
  • Der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 ist auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 ist ein Film, der mindestens eines von einem dielektrischen Film, wie etwa Silikatglas, dem eine Verunreinigung, wie etwa Bor oder Phosphor, zugesetzt ist, einem thermischen Oxidfilm oder einem anderen dielektrischen Film umfasst. Der dielektrische Zwischenschichtfilm 38 weist die in 2 beschriebenen Kontaktlöcher 54 auf.
  • Die Emitterelektrode 52 ist über dem dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 angeordnet. Die Emitterelektrode 52 steht über die Kontaktlöcher 54 des dielektrischen Zwischenschichtfilms 38 mit einer oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 in Kontakt. Die Kollektorelektrode 24 ist auf einer unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Die Emitterelektrode 52 und die Kollektorelektrode 24 sind aus einem Metallmaterial wie Aluminium gebildet. In der vorliegenden Beschreibung wird eine Richtung, in der die Emitterelektrode 52 mit der Kollektorelektrode 24 verbunden ist (Z-Achsenrichtung), als eine Tiefenrichtung bezeichnet.
  • Das Halbleitersubstrat 10 weist einen N-artigen oder N-artigen Driftbereich 18 auf. Der Driftbereich 18 ist jeweils in einem Transistorabschnitt 70 und einem Diodenabschnitt 80 angeordnet.
  • In einem Mesaabschnitt 60 des Transistorabschnitts 70 sind ein N+-artiger Emitterbereich 12 und ein P-artiger Basisbereich 14 in Reihenfolge ausgehend von einer oberen Oberflächenseite 21 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der Driftbereich 18 ist unterhalb des Basisbereichs 14 angeordnet. Der Mesaabschnitt 60 kann einen N+artigen Sammelbereich aufweisen. Der Sammelbereich ist zwischen Basisbereich 14 und Driftbereich 18 angeordnet. Der Sammelbereich ist ein N+-artiger Bereich mit einer höheren Dotierungskonzentration als der Driftbereich 18. Das Anordnen des Sammelbereichs mit hoher Konzentration zwischen Driftbereich 18 und Basisbereich 14 kann einen Ladungsträger-Injektionsverstärkungseffekt (IE-Effekt) verstärken und eine EIN-Spannung reduzieren. Der Sammelbereich kann so angeordnet sein, dass er die gesamte untere Oberfläche des Basisbereichs 14 in jedem Mesaabschnitt 60 bedeckt. Der Sammelbereich kann auch in jedem Mesaabschnitt 61 des Diodenabschnitts 80 angeordnet sein.
  • Der Emitterbereich 12 liegt auf der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 frei und ist in Kontakt mit einem Gatter-Grabenabschnitt 40 angeordnet. Der Emitterbereich 12 kann in Kontakt mit Grabenabschnitten auf beiden Seiten des Mesaabschnitts 60 sein. Der Emitterbereich 12 weist eine höhere Dotierungskonzentration als der Driftbereich 18 auf.
  • Der Basisbereich 14 ist unter dem Emitterbereich 12 angeordnet. Der Basisbereich 14 ist in diesem Beispiel in Kontakt mit dem Emitterbereich 12 angeordnet. Der Basisbereich 14 kann in Kontakt mit den Grabenabschnitten auf beiden Seiten des Mesaabschnitts 60 sein.
  • Der Mesaabschnitt 61 des Diodenabschnitts 80 weist einen P-artigen Basisbereich 14 auf, der die obere Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 berührt. Der Driftbereich 18 ist unter dem Basisbereich 14 angeordnet. Der Basisbereich 14 des Diodenabschnitts 80 kann als ein Anodenbereich 14 bezeichnet werden.
  • Im Transistorabschnitt 70 und im Diodenabschnitt 80 kann jeweils ein N+-artiger Pufferbereich 20 unter dem Driftbereich 18 angeordnet sein. Eine Dotierungskonzentration im Pufferbereich 20 ist höher als eine Dotierungskonzentration im Driftbereich 18. Der Pufferbereich 20 kann einen Konzentrationspeak mit einer höheren Dotierungskonzentration als im Driftbereich 18 aufweisen. Eine Dotierungskonzentration am Konzentrationspeak bezieht sich auf eine Dotierungskonzentration an einem lokalen Maximum des Konzentrationspeaks. Außerdem kann als Dotierungskonzentration im Driftbereich 18 ein durchschnittlicher Dotierungskonzentrationswert in einem Bereich, in dem eine Verteilung der Dotierungskonzentration im Wesentlichen flach ist, verwendet werden.
  • Der Pufferbereich 20 kann zwei oder mehr Konzentrationspeaks in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10 (Z-Achsenrichtung) aufweisen. Die Konzentrationspeaks des Pufferbereichs 20 können an derselben Tiefenposition wie beispielsweise ein chemischer Konzentrationspeak von Wasserstoff (einem Proton) oder Phosphor angeordnet sein. Der Pufferbereich 20 kann als Feldstoppschicht dienen, die verhindert, dass eine Verarmungsschicht, die sich von unteren Enden der Basisbereiche 14 ausdehnt, einen P+-artigen Kollektorbereich 22 und den N+-artigen Kathodenbereich 82 erreicht.
  • Im Transistorabschnitt 70 ist der P+-artige Kollektorbereich 22 unter dem Pufferbereich 20 angeordnet. Eine Akzeptorkonzentration im Kollektorbereich 22 ist höher als eine Akzeptorkonzentration im Basisbereich 14. Der Kollektorbereich 22 kann einen Akzeptor umfassen, der gleich oder verschieden von dem des Basisbereichs 14 ist. Der Akzeptor des Kollektorbereichs 22 ist beispielsweise Bor.
  • Im Diodenabschnitt 80 ist der N+-artige Kathodenbereich 82 unter dem Pufferbereich 20 angeordnet. Eine Donatorkonzentration im Kathodenbereich 82 ist höher als eine Donatorkonzentration im Driftbereich 18. Ein Donator des Kathodenbereichs 82 ist beispielsweise Wasserstoff oder Phosphor. Es sei angemerkt, dass ein Element, das als ein Donator und ein Akzeptor in jedem Bereich dient, nicht auf das oben beschriebene Beispiel beschränkt ist. 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 die gesamte untere Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 berühren. Die Emitterelektrode 52 und die Kollektorelektrode 24 sind aus einem Metallmaterial wie Aluminium gebildet.
  • Ein oder mehrere Gatter-Grabenabschnitte 40 und ein oder mehrere Dummy-Grabenabschnitte 30 sind auf der Seite der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Jeder der Grabenabschnitte ist von der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 durch den Basisbereich 14 bis unter den Basisbereich 14 angeordnet. In einem Bereich, in dem der Emitterbereich 12 und/oder der Kontaktbereich 15 und/oder der Sammelbereich angeordnet sind, durchdringt jeder der Grabenabschnitte auch einen oben beschriebenen Dotierungsbereich. Die Ausgestaltung der Grabenabschnitte, die den Dotierungsbereich durchdringen, ist nicht auf den in der Reihenfolge des Bildens des Dotierungsbereichs und des anschließenden Bildens der Grabenabschnitte hergestellten begrenzt. Die Ausgestaltung der Grabenabschnitte, die den Dotierungsbereich durchdringen, umfasst auch eine Ausgestaltung des Bildens der Grabenabschnitte und des anschließenden Bildens des Dotierungsbereichs zwischen den Grabenabschnitten.
  • Wie oben beschrieben, weist der Transistorabschnitt 70 mit Gatter-Grabenabschnitten 40 und Dummy-Grabenabschnitten 30 auf. Der Diodenabschnitt 80 weist Dummy-Grabenabschnitte 30 auf und weist keinen Gatter-Grabenabschnitt 40 auf. Eine Grenze in X-Achsenrichtung zwischen dem Diodenabschnitt 80 und dem Transistorabschnitt 70 ist in diesem Beispiel eine Grenze zwischen dem Kathodenbereich 82 und dem Kollektorbereich 22.
  • Der Gatter-Grabenabschnitt 40 weist einen Gatter-Graben, der an der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet ist, einen dielektrischen Gatterfilm 42 und einen Gatter-Leitungsabschnitt 44 auf. Der dielektrische Gatterfilm 42 bedeckt eine Innenwand des Gatter-Grabens. Der dielektrische Gatterfilm 42 kann durch Oxidieren oder Nitrieren eines Halbleiters auf der Innenwand des Gatter-Grabens gebildet werden. Der Gatter-Leitungsabschnitt 44 ist weiter innen als der dielektrische Gatterfilm 42 im Gatter-Graben angeordnet. Mit anderen Worten isoliert der dielektrische Gatterfilm 42 den Gatter-Leitungsabschnitt 44 von dem Halbleitersubstrat 10. Der Gatter-Leitungsabschnitt 44 ist aus einem leitenden Material wie etwa Polysilizium gebildet.
  • Der Gatter-Leitungsabschnitt 44 kann so angeordnet sein, dass er in Tiefenrichtung länger als der Basisbereich 14 ist. Die Gatter-Grabenabschnitte 40 im Querschnitt sind mit dem dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 auf der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 bedeckt. Der Gatter-Leitungsabschnitt 44 ist elektrisch mit einem Gatterläufer verbunden. Wenn eine vorgegebene Gatterspannung an den Gatter-Leitungsabschnitt 44 angelegt wird, wird ein Kanal durch eine Elektroneninversionsschicht in einer Oberflächenschicht des Basisbereichs 14 an einer Grenze in Kontakt mit dem Gatter-Grabenabschnitt 40 gebildet.
  • Der Dummy-Grabenabschnitt 30 kann die gleiche Struktur wie der Gatter-Grabenabschnitt 40 im Querschnitt aufweisen. Der Dummy-Grabenabschnitt 30 weist einen Dummy-Graben, der an der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet ist, einen dielektrischen Dummy-Film 32 und einen Gatter-Leitungsabschnitt 34 auf. Der Gatter-Leitungsabschnitt 34 ist elektrisch mit der Emitterelektrode 52 verbunden. Der dielektrische Dummy-Film 32 bedeckt eine Innenwand des Dummy-Grabens. Der Gatter-Leitungsabschnitt 34 ist im Dummy-Graben angeordnet und weiter innen als der dielektrische Dummy-Film 32 angeordnet. Der dielektrische Dummy-Film 32 isoliert den Gatter-Leitungsabschnitt 34 vom Halbleitersubstrat 10. Der Gatter-Leitungsabschnitt 34 kann aus dem gleichen Material wie der Gatter-Leitungsabschnitt 44 gebildet sein. Beispielsweise ist der Gatter-Leitungsabschnitt 34 aus einem leitenden Material wie etwa Polysilizium gebildet. Der Gatter-Leitungsabschnitt 34 kann die gleiche Länge wie der Gatter-Leitungsabschnitt 44 in Tiefenrichtung aufweisen.
  • Die Gatter-Grabenabschnitte 40 und die Dummy-Grabenabschnitte 30 sind in diesem Beispiel mit dem dielektrischen Zwischenschichtfilm 38 auf der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 bedeckt. Es ist anzumerken, dass untere Abschnitte des Dummy-Grabenabschnitts 30 und des Gatter-Grabenabschnitts 40 in einer gekrümmten Oberflächenform (einer gekrümmten Linienform im Querschnitt) konvex nach unten gebildet sein können. In der vorliegenden Beschreibung ist eine Tiefenposition eines unteren Endes des Gatter-Grabenabschnitts 40 als Zt definiert.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 umfasst in diesem Beispiel einen ersten Lebensdauerbereich 204, der eine Ladungsträgerlebensdauer einstellt. Der erste Lebensdauerbereich 204 ist in diesem Beispiel ein Bereich, in dem eine Lebensdauer von Ladungsträgern lokal kurz ist. Die Ladungsträger sind Elektronen oder Löcher. Die Ladungsträger können einfach als Träger bezeichnet werden. Der erste Lebensdauerbereich 204 kann ein Bereich sein, in dem die Ladungsträgerlebensdauer einen lokalen Minimalwert in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10 aufweist.
  • Der erste Lebensdauerbereich 204 ist auf der Seite der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der erste Lebensdauerbereich 204 ist im Diodenabschnitt 80 angeordnet. Der erste Lebensdauerbereich 204 kann auch in einem Teil des Transistorabschnitts 70 angeordnet sein. In dem in 3 gezeigten Beispiel ist der erste Lebensdauerbereich 204 in einem Bereich angeordnet, der sich im Transistorabschnitt 70 befindet und der den Diodenabschnitt 80 berührt.
  • Das Implantieren von geladenen Teilchen wie Helium ins Halbleitersubstrat 10 bildet Gitterdefekte 202 in der Nähe einer Implantationsposition. In 3 sind die Gitterdefekte 202 an der Implantationsposition der geladenen Teilchen schematisch durch X-Markierungen angezeigt. In einem Bereich, in dem viele Gitterdefekte 202 verbleiben, werden die Ladungsträger durch die Gitterdefekte 202 eingefangen, und somit wird die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzt. Das Einstellen der Lebensdauer der Ladungsträger kann Eigenschaften wie eine Ausschaltzeit und einen Sperrerholungsverlust im Diodenabschnitt 80 einstellen. Das Implantieren der geladenen Teilchen wie Helium ins Halbleitersubstrat 10 bildet die Gitterdefekte 210 wie Leerstellen in der Nähe einer Implantationsposition. Die Gitterdefekte 202 erzeugen Rekombinationszentren. Die Gitterdefekte 202 können hauptsächlich aus Leerstellen wie monoatomischen Leerstellen (V) oder diatomischen Leerstellen (W) bestehen, können Versetzungen sein, können Zwischengitteratome sein oder können Übergangsmetalle oder dergleichen sein. Zum Beispiel weisen Atome, die den Leerstellen benachbart sind, Baumelbindungen auf. In einem weiten Sinne können die Gitterdefekte 202 auch Donatoren und Akzeptoren beinhalten, aber in der vorliegenden Beschreibung können die Gitterdefekte 202, die hauptsächlich aus Leerstellen bestehen, als Gitterdefekte vom Leerstellentyp, Defekte vom Leerstellentyp oder einfach Gitterdefekte bezeichnet werden. In der vorliegenden Beschreibung können die Gitterdefekte 202 einfach als Rekombinationszentren oder Lebensdauerkiller als Rekombinationszentren bezeichnet werden, die zur Rekombination von Ladungsträgern beitragen. Die Lebensdauerkiller können durch Implantieren von Heliumionen ins Halbleitersubstrat 10 gebildet werden. In diesem Fall kann eine chemische Heliumkonzentration als eine Dichte der Gitterdefekte 202 verwendet werden. In diesem Beispiel kann eine chemische Heliumkonzentration als eine Dichte der Gitterdefekte 202 verwendet werden.
  • Andererseits verringert ein Anordnen des ersten Lebensdauerbereichs 204 im Diodenabschnitt 80 im ersten Lebensdauerbereich 204 Löcher, die vom Anodenbereich 14 implantiert werden, und Elektronen, die vom Kathodenbereich 82 implantiert werden, während einer Vorwärtsleitung des Diodenabschnitts 80. Dies macht es schwierig, dass eine Potentialdifferenz an einem PN-Übergang zwischen dem Anodenbereich 14 und dem Driftbereich 18 kleiner als ein eingebautes Potential wird, und ein Snapback einer Vorwärtsspannung kann in einem Niedrigstrombetriebsbereich auftreten. Insbesondere macht ein Anordnen des ersten Lebensdauerbereichs 204 im gesamten Diodenabschnitt 80 in X-Achsenrichtung schwierig, dass eine Lochdichte und eine Elektronendichte in einem Bereich des Diodenabschnitts 80 auf der Seite der oberen Oberfläche 21 zunimmt, und das Snapback tritt leicht auf.
  • 4 illustriert Beispiele von V-I-Eigenschaften während einer Vorwärtsleitung eines Diodenabschnitts 80 gemäß einem Vergleichsbeispiel. In dem Diodenabschnitt 80 ist in diesem Beispiel ein erster Lebensdauerbereich 204 in der gesamten X-Achsenrichtung angeordnet. 4 zeigt eine Beziehung zwischen einem Vorwärtsstrom If des Diodenabschnitts 80 und einer Anoden-Kathoden-Spannung Vak. Außerdem zeigt 4 V-I-Eigenschaften in einer Vielzahl von Beispielen, in denen Ladungsträgerlebensdauern im ersten Lebensdauerbereich 204 unterschiedlich sind. Eine Ladungsträgerlebensdauer im ersten Lebensdauerbereich 204 kann durch Einstellen einer Dosismenge von geladenen Teilchen wie Helium, die in ein Halbleitersubstrat 10 implantiert werden sollen, eingestellt werden. Eine größere Dosismenge der geladenen Teilchen wie Helium erhöht eine Dichte von Gitterdefekten, die im Halbleitersubstrat 10 gebildet sind, und verringert die Ladungsträgerlebensdauer.
  • Wenn der erste Lebensdauerbereich 204 im gesamten Diodenabschnitt 80 angeordnet ist, kann das Verringern der Ladungsträgerlebensdauer im ersten Lebensdauerbereich 204 ein Zurückspringen in einer V-I-Eigenschaft verursachen, wie in 4 gezeigt. Wie in 4 gezeigt, ist das Zurückspringen ein Phänomen, bei dem eine Erhöhung eines Stroms unterdrückt wird, bis die Spannung Vak einen vorgegebenen Wert in einem Niederstrombetriebsbereich während der Vorwärtsleitung erreicht, und bei dem der Strom schnell zunimmt, sobald die Spannung Vak den vorgegebenen Wert überschreitet. In dem Niedrigstrombetriebsbereich ist es notwendig, eine Majoritätsladungsträgerdichte (eine Elektronendichte in diesem Beispiel) zu erhöhen, damit eine Potentialdifferenz an einem PN-Übergang ein eingebautes Potential überschreitet. Um die Elektronendichte zuzuführen, die erforderlich ist, um das eingebaute Potential zu überschreiten, erfordert eine kürzere Ladungsträgerlebensdauer eine höhere Anoden-Kathoden-Spannung Vak. Wenn die Potentialdifferenz am PN-Übergang das eingebaute Potential überschreitet, beginnt die Implantation von Minoritätsladungsträgern, und ein Widerstand des Diodenabschnitts 80 verringert sich, wenn der Vorwärtsstrom zunimmt. Infolgedessen verringert sich die Anoden-Kathoden-Spannung Vak, um eine Leitfähigkeitsmodulation zu verursachen, und Snapback tritt in den V-I-Eigenschaften auf.
  • Eine V-I-Wellenform in einem Betriebsbereich mit großem Strom wird durch eine gerade Linie 85 angenähert. In der vorliegenden Beschreibung kann eine Differenz zwischen einer Spannung V1, bei der der Strom If = 0 auf der geraden Linie 85 hergestellt wird, und einer Peak-Spannung V2 beim Snapback (V2 - V1) als ein Snapback-Betrag (ein SB-Betrag) bezeichnet werden. In einem Halbleiterbauelement 100 wird das Snapback durch Einstellen einer Anordnung des ersten Lebensdauerbereichs 204 im Diodenabschnitt 80 unterdrückt.
  • 5 illustriert ein Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einem Diodenabschnitt 80. 5 zeigt einen XZ-Querschnitt, der durch einen Teil des Diodenabschnitts 80 und einen Teil eines Transistorabschnitts 70 verläuft. In 5 wird auf eine Darstellung eines dielektrischen Zwischenschichtfilms 38, einer Emitterelektrode 52, einer Kollektorelektrode 24 und dergleichen, die über und unter einem Halbleitersubstrat 10 angeordnet sind, verzichtet. In 5 wird auf eine Darstellung von Gitterdefekten 202 verzichtet, und auf eine Schraffur für Dummy-Leitungsabschnitte 34 und Gatter-Leitungsabschnitte 44 wird verzichtet.
  • Der Diodenabschnitt 80 weist in diesem Beispiel erste Lebensdauerbereiche 204 und einen zweiten Lebensdauerbereich 200 in einem Bereich auf einer Seite der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 auf. Die ersten Lebensdauerbereiche 204 sind in einem Driftbereich 18 auf einer Seite der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 relativ zu einem Basisbereich 14 angeordnet. Die ersten Lebensdauerbereiche 204 können unter unteren Enden von Dummy-Grabenabschnitten 30 angeordnet sein. Der Diodenabschnitt 80 kann eine Vielzahl erster Lebensdauerbereiche 204 aufweisen, die in X-Achsenrichtung voneinander entfernt angeordnet sind. Eine Breite eines ersten Lebensdauerbereichs 204 in X-Achsenrichtung kann größer sein als eine Breite eines Mesaabschnitts, der zwischen zwei Grabenabschnitten eingefasst ist.
  • Der zweite Lebensdauerbereich 200 ist so angeordnet, dass er zwischen den ersten Lebensdauerbereichen 204 in einer ersten Richtung (X-Achsenrichtung in diesem Beispiel) parallel zu einer oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 eingefasst ist. Die ersten Lebensdauerbereiche 204 und der zweite Lebensdauerbereich 200 sind an der gleichen Position in einer Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10 (Z-Achsenrichtung) angeordnet.
  • Der zweite Lebensdauerbereich 200 ist ein Bereich mit einer längeren Ladungsträgerlebensdauer als ein erster Lebensdauerbereich 204. Eine Ladungsträgerlebensdauer im zweiten Lebensdauerbereich 200 kann in diesem Beispiel die gleiche wie eine Ladungsträgerlebensdauer im Driftbereich 18 sein. Mit anderen Worten, der zweite Lebensdauerbereich 200 kann der Driftbereich 18 sein, der verblieben ist, ohne dass die ersten Lebensdauerbereiche 204 gebildet wurden. In einem anderen Beispiel kann die Ladungsträgerlebensdauer im zweiten Lebensdauerbereich 200 kürzer als die Ladungsträgerlebensdauer im Driftbereich 18 sein.
  • Eine Gitterdefektdichte im zweiten Lebensdauerbereich 200 ist niedriger als eine Gitterdefektdichte im ersten Lebensdauerbereich 204. Die Gitterdefektdichte im zweiten Lebensdauerbereich 200 kann die gleiche wie eine Gitterdefektdichte im Driftbereich 18 sein oder kann höher als eine Gitterdefektdichte im Driftbereich 18 sein. Eine Konzentration von Verunreinigungen wie Helium im zweiten Lebensdauerbereich 200 kann niedriger als eine Konzentration von Verunreinigungen wie Helium im ersten Lebensdauerbereich 204 sein. Die Konzentration von Verunreinigungen wie Helium im zweiten Lebensdauerbereich 200 kann die gleiche wie eine Konzentration von Verunreinigungen im Driftbereich 18 sein oder kann höher als eine Konzentration von Verunreinigungen im Driftbereich 18 sein. Die Verunreinigungen in der Konzentration von Verunreinigungen in diesem Beispiel können Verunreinigungen sein, die als Gitterdefekte dienen, die eine Ladungsträgerlebensdauer verringern. Zum Beispiel können die Verunreinigungen andere Atome als Atome des Halbleitersubstrats 10 sein oder können Zwischengitteratome von Atomen des Halbleitersubstrats 10 sein. Außerdem können die Verunreinigungen n-artige oder p-artige Dotierstoffe sein, können Verunreinigungen sein, die nicht zu einem Leitfähigkeitstyp beitragen (zum Beispiel Helium, Argon) oder können Metallatome (Platin, Gold und dergleichen) sein. Alternativ können die Gitterdefekte, die die Ladungsträgerlebensdauer verringern, Leerstellen oder Zwischengitteratome sein, die keine Verunreinigungen enthalten.
  • Die Ladungsträgerlebensdauer im zweiten Lebensdauerbereich 200 ist länger als eine Ladungsträgerlebensdauer im ersten Lebensdauerbereich 204, und somit können Elektronen oder Löcher leicht durch diesen hindurchgehen. Wie in diesem Beispiel ermöglicht ein Anordnen des zweiten Lebensdauerbereichs 200 im Diodenabschnitt 80, dass Elektronen, die von einem Kathodenbereich 82 implantiert werden, und Löcher, die vom Anodenbereich 14 implantiert werden, während einer Vorwärtsleitung des Diodenabschnitts 80 durch den zweiten Lebensdauerbereich 200 hindurchgehen. Die Elektronen, die durch den zweiten Lebensdauerbereich 200 hindurchgegangen sind, diffundieren in einer XY-Ebene und dehnen sich über den ersten Lebensdauerbereichen 204 aus. Die Löcher, die durch den zweiten Lebensdauerbereich 200 hindurchgegangen sind, diffundieren in XY-Ebene und dehnen sich unter den ersten Lebensdauerbereichen 204 aus. Dies kann eine Elektronendichte und eine Lochdichte in Bereichen auf der Seite der oberen Oberfläche 21 und der Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zum ersten Lebensdauerbereich 204 verbessern, insbesondere während eines Niedrigstrombetriebs während der Vorwärtsleitung des Diodenabschnitts 80. Infolgedessen ist es möglich, eine Leitfähigkeitsmodulation zu verursachen, ohne eine Anoden-Kathoden-Spannung Vak zu erhöhen, und Snapback zu unterdrücken. In diesem Beispiel ist ein zweiter Lebensdauerbereich 200 in einem Diodenabschnitt 80 angeordnet. Der zweite Lebensdauerbereich 200 kann in einer Mitte des Diodenabschnitts 80 in X-Achsenrichtung angeordnet sein.
  • 6 illustriert eine vergrößerte Querschnittsansicht in der Nähe eines zweiten Lebensdauerbereichs 200. Eine Breite des zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer ersten Richtung (in diesem Beispiel der X-Achsenrichtung) ist als W1 definiert. Eine Dicke eines ersten Lebensdauerbereichs 204 in einer zweiten Richtung (in diesem Beispiel der Z-Achsenrichtung) senkrecht zu einer oberen Oberfläche 21 eines Halbleitersubstrats 10 ist als T1 definiert. Die Breite W1 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 beträgt das 0,2-fache oder mehr der Dicke des ersten Lebensdauerbereichs 204. Wenn die Breite W1 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 zu klein ist, werden Elektronen oder Löcher leicht durch Gitterdefekte 202 in ersten Lebensdauerbereichen 204 auf beiden Seiten des zweiten Lebensdauerbereichs 200 eingefangen, wenn die Elektronen oder die Löcher durch den zweiten Lebensdauerbereich 200 hindurchgehen. Die Gitterdefekte 202, die die Elektronen oder die Löcher einfangen, können Fallenebenen aufweisen. Wenn außerdem die Dicke T1 des ersten Lebensdauerbereichs 204 zunimmt, werden die Elektronen oder die Löcher, die durch den zweiten Lebensdauerbereich 200 hindurchgehen, leicht durch die Gitterdefekte 202 in den ersten Lebensdauerbereichen 204 eingefangen. Im Gegensatz dazu kann das Einstellen der Breite W1 eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 auf das 0,2-fache oder mehr der Dicke des ersten Lebensdauerbereichs 204 Mengen der Elektronen und der Löcher, die durch den zweiten Lebensdauerbereich 200 hindurchgehen, gewährleisten. Die Breite W1 kann das 0,25-fache oder mehr, das 0,3-fache oder mehr, das 0,4-fache oder mehr, das 0,5-fache oder mehr, das ein-fache oder mehr oder das Doppelte oder mehr der Dicke T1 betragen.
  • Es sei angemerkt, dass jedoch, wenn der zweite Lebensdauerbereich 200 zu groß ist, eine Sperrerholungszeit eines Diodenabschnitts 80 länger ist und eine Sperrerholungsladung und ein Sperrerholungsverlust ebenfalls zunehmen. In dem Diodenabschnitt 80 ist eine Gesamtbreite des zweiten Lebensdauerbereichs 200 in X-Achsenrichtung vorzugsweise kleiner als eine Gesamtbreite des ersten Lebensdauerbereichs 204. Die Gesamtbreite des zweiten Lebensdauerbereichs 200 in X-Achsenrichtung im Diodenabschnitt 80 kann kleiner als oder gleich 10% oder kleiner als oder gleich 5% einer Breite des Diodenabschnitts 80 in X-Achsenrichtung sein.
  • Ein Diodenabschnitt 80 kann einen zweiten Lebensdauerbereich 200 aufweisen oder kann eine Vielzahl von zweiten Lebensdauerbereichen 200 aufweisen, die in X-Achsenrichtung voneinander entfernt angeordnet sind. Die Breite W1 jedes der zweiten Lebensdauerbereiche 200 kann 7 µm oder größer sein. Ein Erhöhen der Breite W1 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 kann unterdrücken, dass die Elektronen oder die Löcher durch die Gitterdefekte 202 in den ersten Lebensdauerbereichen 204 auf beiden Seiten des zweiten Lebensdauerbereichs 200 eingefangen werden, wenn die Elektronen oder die Löcher durch den zweiten Lebensdauerbereich 200 hindurchgehen. Die Breite W1 kann 8 µm oder größer oder 9 µm oder größer sein. Die Breite W1 kann 12 µm oder kleiner sein. Wenn die Breite W1 zu groß ist, nimmt eine Ausschaltzeit des Diodenabschnitts 80 zu und der Sperrerholungsverlust nimmt ebenfalls zu. Die Breite W1 kann 11 µm oder kleiner oder 10 µm oder kleiner sein.
  • Ein Intervall zwischen Grabenabschnitten (Dummy-Grabenabschnitten 30 in diesem Beispiel) in X-Achsenrichtung ist als W2 definiert. Das Intervall zwischen den Grabenabschnitten kann ein Intervall zwischen zentralen Positionen der Grabenabschnitte in X-Achsenrichtung sein. Die Breite W1 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 kann größer als das Intervall W2 zwischen den Grabenabschnitten sein. Mit anderen Worten kann die Breite W1 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 größer sein als eine Mesabreite eines Mesaabschnitts, der zwischen zwei einander benachbarten Grabenabschnitten in X-Achsenrichtung eingefasst ist. Die Breite W1 kann das 1,2-fache oder mehr, das 1,5-fache oder mehr oder das Doppelte oder mehr des Intervalls W2 betragen. Die Breite W1 kann das Zehnfache oder weniger, das Fünffache oder weniger oder das Dreifache oder weniger des Intervalls W2 betragen.
  • 7 illustriert Verteilungsbeispiele von Ladungsträgerlebensdauern, Leerstellendichten und chemischen Heliumkonzentrationen auf einer Linie f-f in 6. Die Linie f-f ist eine gerade Linie, die parallel zur X-Achsenrichtung ist und durch zwei erste Lebensdauerbereiche 204 und einen zweiten Lebensdauerbereich 200 verläuft. Eine Ladungsträgerlebensdauer in einem ersten Lebensdauerbereich 204 ist als τ1 definiert, und eine Ladungsträgerlebensdauer im zweiten Lebensdauerbereich 200 ist als τ2 definiert. Ein minimaler Ladungsträgerlebensdauerwert im ersten Lebensdauerbereich 204 kann als die Ladungsträgerlebensdauer τ1 verwendet werden. Ein maximaler Ladungsträgerlebensdauerwert im zweiten Lebensdauerbereich 200 kann als die Ladungsträgerlebensdauer τ2 verwendet werden. Die Ladungsträgerlebensdauer τ2 kann gleich oder kürzer als eine Ladungsträgerlebensdauer in einem Driftbereich 18 sein. Ein Wert in einer Mitte des Driftbereichs 18 in Tiefenrichtung kann als die Ladungsträgerlebensdauer im Driftbereich 18 verwendet werden, oder ein Durchschnittswert kann verwendet werden.
  • Positionen, an denen die Ladungsträgerlebensdauer τa ist, sind als Grenzpositionen zwischen den ersten Lebensdauerbereichen 204 und dem zweiten Lebensdauerbereich 200 definiert. τa ist ein Wert größer als oder gleich τ1 und kleiner als oder gleich τ2. τa kann entweder gleich τ1 oder τ2 sein, oder kann ein Wert sein, der durch Multiplizieren von entweder τ1 oder τ2 mit einem vorgegebenen Koeffizienten erhalten wird. τa kann ein Wert sein, der etwas größer als τ1 ist, kann ein Durchschnittswert von τ1 und τ2 sein, oder kann ein anderer Wert sein. Positionen, an denen die Ladungsträgerlebensdauer größer als τ1 ist, können als die Grenzpositionen zwischen den ersten Lebensdauerbereichen 204 und dem zweiten Lebensdauerbereich 200 definiert werden. Die Ladungsträgerlebensdauer τ2 im zweiten Lebensdauerbereich 200 kann das Zehnfache oder mehr, das Hundertfache oder mehr oder das Tausendfache oder mehr der Ladungsträgerlebensdauer τ1 im ersten Lebensdauerbereich 204 betragen. Als ein Beispiel ist die Ladungsträgerlebensdauer τ1 100 ns oder kleiner, und die Ladungsträgerlebensdauer τ2 ist 1 µs oder größer. τ1 kann 10 ns oder kleiner sein, und τ2 kann 10 µs oder größer sein.
  • Eine Leerstellendichte im ersten Lebensdauerbereich 204 ist als V1 definiert, und eine Leerstellendichte im zweiten Lebensdauerbereich 200 ist als V2 definiert. Ein maximaler Leerstellendichtewert im ersten Lebensdauerbereich 204 kann als die Leerstellendichte V1 verwendet werden. Ein minimaler Leerstellendichtewert im zweiten Lebensdauerbereich 200 kann als die Leerstellendichte V2 verwendet werden. Die Leerstellendichte V2 kann gleich oder größer als eine Leerstellendichte im Driftbereich 18 sein. Ein Wert in der Mitte des Driftbereichs 18 in Tiefenrichtung kann als die Leerstellendichte im Driftbereich 18 verwendet werden, oder ein Durchschnittswert kann verwendet werden.
  • Positionen, an denen die Leerstellendichte Va ist, können als die Grenzpositionen zwischen den ersten Lebensdauerbereichen 204 und dem zweiten Lebensdauerbereich 200 definiert werden. Va ist ein Wert größer als oder gleich V2 und kleiner als oder gleich V1. Va kann entweder gleich V1 oder V2 sein, oder kann ein Wert sein, der durch Multiplizieren von entweder V1 oder V2 mit einem vorgegebenen Koeffizienten erhalten wird. Va kann ein Wert sein, der etwas kleiner als V1 ist, kann ein Durchschnittswert von V1 und V2 sein, oder kann ein anderer Wert sein. Positionen, an denen die Leerstellendichte kleiner als V1 ist, können als die Grenzpositionen zwischen den ersten Lebensdauerbereichen 204 und dem zweiten Lebensdauerbereich 200 definiert werden.
  • Eine chemische Heliumkonzentration im ersten Lebensdauerbereich 204 ist als H1 definiert, und eine chemische Heliumkonzentration im zweiten Lebensdauerbereich 200 ist als H2 definiert. Ein maximaler chemischer Heliumkonzentrationswert im ersten Lebensdauerbereich 204 kann als die chemische Heliumkonzentration H1 verwendet werden. Ein minimaler chemischer Heliumkonzentrationswert im zweiten Lebensdauerbereich 200 kann als die chemische Heliumkonzentration H2 verwendet werden. Die chemische Heliumkonzentration H2 kann gleich oder größer als eine chemische Heliumkonzentration im Driftbereich 18 sein. Ein Wert in der Mitte des Driftbereichs 18 in Tiefenrichtung kann als die chemische Heliumkonzentration im Driftbereich 18 verwendet werden, oder ein Durchschnittswert kann verwendet werden.
  • Positionen, an denen die chemische Heliumkonzentration Ha ist, können als die Grenzpositionen zwischen den ersten Lebensdauerbereichen 204 und dem zweiten Lebensdauerbereich 200 definiert werden. Ha ist ein Wert größer als oder gleich H2 und kleiner als oder gleich H1. Ha kann entweder gleich H1 oder H2 sein, oder kann ein Wert sein, der durch Multiplizieren von entweder H1 oder H2 mit einem vorgegebenen Koeffizienten erhalten wird. Ha kann ein Wert sein, der etwas kleiner als H1 ist, kann ein Durchschnittswert von H1 und H2 sein, oder kann ein anderer Wert sein. Positionen, an denen die chemische Heliumkonzentration kleiner als H1 ist, können als die Grenzpositionen zwischen den ersten Lebensdauerbereichen 204 und dem zweiten Lebensdauerbereich 200 definiert werden. Wenn Gitterdefekte durch Implantieren von anderen geladenen Teilchen als Helium gebildet werden, können die Grenzpositionen zwischen den ersten Lebensdauerbereichen 204 und dem zweiten Lebensdauerbereich 200 basierend auf einer chemischen Konzentration der geladenen Teilchen bestimmt werden.
  • 8 illustriert Verteilungsbeispiele von Ladungsträgerlebensdauern, Leerstellendichten und chemischen Heliumkonzentrationen auf einer Linie g-g in 6. Die Linie g-g ist eine gerade Linie, die einen ersten Lebensdauerbereich 204 in Z-Achsenrichtung kreuzt. Der erste Lebensdauerbereich 204 ist in diesem Beispiel zwischen Driftbereichen 18 in Z-Achsenrichtung eingefasst. In diesem Beispiel sind eine Ladungsträgerlebensdauer, eine Leerstellendichte und eine chemische Heliumkonzentration in einem Driftbereich 18 jeweils τ2, V2 und H2.
  • Positionen, an denen die Ladungsträgerlebensdauer τa ist, können als Grenzpositionen zwischen dem ersten Lebensdauerbereich 204 und den Driftbereichen 18 definiert werden. Die Ladungsträgerlebensdauer τa ist ähnlich zu der in dem in 7 beschriebenen Beispiel. Positionen, an denen die Ladungsträgerlebensdauer größer als τ1 ist, können als die Grenzpositionen zwischen dem ersten Lebensdauerbereich 204 und den Driftbereichen 18 definiert werden. Positionen, an denen die Leerstellendichte Va ist, können als die Grenzpositionen zwischen dem ersten Lebensdauerbereich 204 und den Driftbereichen 18 definiert werden. Die Leerstellendichte Va ist ähnlich zu der in dem in 7 beschriebenen Beispiel. Positionen, an denen die Leerstellendichte kleiner als V1 ist, können als die Grenzpositionen zwischen dem ersten Lebensdauerbereich 204 und den Driftbereichen 18 definiert werden. Positionen, an denen die chemische Heliumkonzentration Ha ist, können als die Grenzpositionen zwischen dem ersten Lebensdauerbereich 204 und den Driftbereichen 18 definiert werden. Die chemische Heliumkonzentration Ha ist ähnlich zu der in dem in 7 beschriebenen Beispiel. Positionen, an denen die chemische Heliumkonzentration kleiner als H1 ist, können als Grenzpositionen zwischen den ersten Lebensdauerbereichen 204 und dem zweiten Lebensdauerbereich 200 definiert werden. Eine Ladungsträgerlebensdauerverteilung im ersten Lebensdauerbereich 204 kann eine Verteilung sein, bei der die Ladungsträgerlebensdauer von τ2 in einer Gauß-Funktion abnimmt. Eine Leerstellendichteverteilung im ersten Lebensdauerbereich 204 kann eine Verteilung sein, bei der die Leerstellendichte von V2 in der Gauß-Funktion zunimmt. Eine Verteilung der chemischen Heliumkonzentration im ersten Lebensdauerbereich 204 kann eine Verteilung sein, bei der die chemische Heliumkonzentration von H2 in der Gauß-Funktion zunimmt.
  • 9 illustriert Verteilungsbeispiele von Ladungsträgerlebensdauern, Leerstellendichten und chemischen Heliumkonzentrationen auf einer Linie h-h in 6. Die Linie h-h ist eine gerade Linie, die einen ersten Lebensdauerbereich 204 in Z-Achsenrichtung kreuzt. Ein zweiter Lebensdauerbereich 200 ist in diesem Beispiel zwischen Driftbereichen 18 in Z-Achsenrichtung eingefasst.
  • In diesem Beispiel sind eine Ladungsträgerlebensdauer, eine Leerstellendichte und eine chemische Heliumkonzentration in jedem des ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines Driftbereichs 18 jeweils τ2, V2 und H2. In einem anderen Beispiel kann die Ladungsträgerlebensdauer im ersten Lebensdauerbereich 204 kürzer als die Ladungsträgerlebensdauer im Driftbereich 18 sein, wie durch eine gestrichelte Linie in 9 angezeigt. Die Leerstellendichte im ersten Lebensdauerbereich 204 kann höher als die Leerstellendichte im Driftbereich 18 sein, wie durch eine gestrichelte Linie in 9 angezeigt. Die chemische Heliumkonzentration im ersten Lebensdauerbereich 204 kann höher als die chemische Heliumkonzentration im Driftbereich 18 sein, wie durch eine gestrichelte Linie in 9 angezeigt. Eine Ladungsträgerlebensdauerverteilung im zweiten Lebensdauerbereich 200 kann eine Verteilung sein, bei der die Ladungsträgerlebensdauer von τ2 in einer Gauß-Funktion abnimmt. Eine Leerstellendichteverteilung im zweiten Lebensdauerbereich 200 kann eine Verteilung sein, bei der die Leerstellendichte von V2 in der Gauß-Funktion zunimmt. Eine Verteilung der chemischen Heliumkonzentration im zweiten Lebensdauerbereich 200 kann eine Verteilung sein, bei der die chemische Heliumkonzentration von H2 in der Gauß-Funktion zunimmt.
  • 10 illustriert ein weiteres Beispiel einer vergrößerten Querschnittsansicht in der Nähe eines zweiten Lebensdauerbereichs 200. In diesem Beispiel werden erste Lebensdauerbereiche 204 durch Implantieren von Wasserstoffionen in ein Halbleitersubstrat 10 gebildet. Das Implantieren der Wasserstoffionen bildet Gitterdefekte 202 in einem Durchgangsbereich, durch den die Wasserstoffionen hindurchgegangen sind. Die Wasserstoffionen können von einer oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 implantiert werden. Die ersten Lebensdauerbereiche 204 können bis zur oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 gebildet werden. Mit Ausnahme der ersten Lebensdauerbereiche 204 weist dieses Beispiel eine Struktur auf, die derjenigen in einem beliebigen Aspekt ähnlich ist, der in der vorliegenden Beschreibung beschrieben ist.
  • Wenn die ersten Lebensdauerbereiche 204 bis zur oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 gebildet werden, ist eine Dicke T1 ein Abstand von einem unteren Ende eines ersten Lebensdauerbereichs 204 zur oberen Oberfläche 21. Wie in der vorliegenden Beschreibung beschrieben, kann eine Breite W1 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 gemäß der Dicke T1 bestimmt werden. Ein Abstand in einer Tiefenrichtung von einer Tiefenposition eines Dichtepeaks der Gitterdefekte 202 zum unteren Ende des ersten Lebensdauerbereichs 204 ist als T1' definiert. 2 × T1' kann als die Dicke T1 des ersten Lebensdauerbereichs 204 verwendet werden.
  • 11A zeigt jeweils ein Verteilungsdiagramm einer Nettodotierungskonzentration (A), ein Verteilungsdiagramm einer chemischen Wasserstoffkonzentration (B), ein Verteilungsdiagramm einer Gitterdefektdichte (C), ein Verteilungsdiagramm einer Ladungsträgerlebensdauer (D), ein Verteilungsdiagramm einer Ladungsträgerbeweglichkeit (E) und ein Verteilungsdiagramm einer Ladungsträgerkonzentration (F) entlang einer Linie h-h in einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel. Die horizontale Achse in jedem der Verteilungsdiagramme bezeichnet eine Position in Tiefenrichtung. In diesem Beispiel werden Wasserstoffionen an eine Tiefenposition Ps von einer oberen Oberfläche 21 implantiert, um einen ersten Lebensdauerbereich 204 zu bilden. Außerdem weist ein Pufferbereich 20 eine Vielzahl von Dotierungskonzentrationspeaks auf. In 11A gibt es einen Dotierungskonzentrationspeak an jeder der Tiefenpositionen Pb1 bis Pb4 in Reihenfolge ausgehend von einer Tiefenposition näher an einer unteren Oberfläche 23. Außerdem weist eine Tiefenposition Kb einen Lebensdauerbereich 19 der unteren Oberflächenseite auf, der durch Einstrahlen geladener Teilchen wie Helium gebildet wird.
  • Das Verteilungsdiagramm (A) zeigt eine Verteilung der Nettodotierungskonzentration elektrisch aktivierter Donatoren und Akzeptoren. In diesem Beispiel ist ein Peak einer Konzentration Np aufgrund von Wasserstoffdonatoren an der Position Ps angeordnet. In 11A ist ein Bereich, der den Peak aufweist, als ein Hochkonzentrationsbereich 26 definiert. Die Dotierungskonzentration in einem Teil eines Bereichs auf einer Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zur Position Ps ist eine Dotierungskonzentration NO. Die Dotierungskonzentration NO kann eine Volumendonatorkonzentration sein. Volumendonatoren eines Halbleitersubstrats 10 können Phosphor sein, können Antimon sein oder können Arsen sein, und ferner können Volumenakzeptoren (Bor, Aluminium, Indium oder dergleichen) in dem Ausmaß vorhanden sein, dass die Volumendonatorkonzentration nicht überschritten wird.
  • In dem Verteilungsdiagramm (A) ist ein N-artiger Bereich mit einer höheren Dotierungskonzentration als die Dotierungskonzentration in Driftbereichen 18 als N+artig definiert. Die Dotierungskonzentration in mindestens einem Teil eines Driftbereichs 18 zwischen der Position Ps und der Position Pb4 kann niedriger als die Dotierungskonzentration in einem Driftbereich 18 auf einer Seite der oberen Oberfläche 21 relativ zur Position Ps sein. Die Wasserstoffionen, die von der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 implantiert werden, durchlaufen den Driftbereich 18 auf der Seite der oberen Oberfläche 21. Daher kann die Dotierungskonzentration im Driftbereich 18 aufgrund verbleibender Wasserstoffdonatoren höher als die Dotierungskonzentration NO des Halbleitersubstrats 10 sein. Ein durchschnittlicher Dotierungskonzentrationswert im Driftbereich 18 auf der Seite der oberen Oberfläche 21 kann das Dreifache oder weniger der Dotierungskonzentration NO des Halbleitersubstrats 10 betragen.
  • Die Wasserstoffionen werden an den Positionen Pb4, Pb3, Pb2 und Pb1 von der unteren Oberfläche 23 des Halbleitersubstrats 10 implantiert. Daher kann die Dotierungskonzentration in einem Bereich auf der Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zur Position Pb4 höher als die Dotierungskonzentration NO des Halbleitersubstrats 10 als Ganzes sein. Das heißt, die Dotierungskonzentration (eine Donatorkonzentration in diesem Beispiel) im Driftbereich 18 in einem Bereich, der in der Tiefenrichtung zwischen zwei Wasserstoffdonatorpeaks (jeweiligen Wasserstoffdonatorpeaks an der Position Ps und der Position Pb4 in diesem Beispiel) eingefasst ist, ist am niedrigsten. Die Dotierungskonzentration (die Donatorkonzentration in diesem Beispiel) im Bereich, der zwischen diesen zwei Wasserstoffdonatorpeaks eingefasst ist, ist die Dotierungskonzentration NO des Halbleitersubstrats 10, und die Verteilung der Dotierungskonzentration kann im Wesentlichen flach sein. Die Tatsache, dass die Verteilung der Dotierungskonzentration im Wesentlichen flach ist, kann für einen Fall sein, in dem in einem Bereich mit einem vorgegebenen Prozentsatz in Bezug auf einen Abstand zwischen der Position Ps und der Position Pb4 eine Konzentrationsdifferenz zwischen maximalen und minimalen Dotierungskonzentrationswerten kleiner als oder gleich 50% eines durchschnittlichen Dotierungskonzentrationswerts in dem Bereich ist. Der vorgegebene Prozentsatz kann ein beliebiger Wert innerhalb eines Bereichs größer als oder gleich 50% und kleiner als oder gleich 80% in Bezug auf den Abstand zwischen der Position Ps und der Position Pb4 sein. Aufgrund der Wasserstoffdonatoren kann die Dotierungskonzentration in Bereichen auf der Seite der oberen Oberfläche 21 relativ zur Position Ps und auf der Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zur Position Pb4 höher als die Dotierungskonzentration NO des Halbleitersubstrats 10 sein. Es ist anzumerken, dass ein Kathodenbereich 82 in diesem Beispiel durch Implantieren und Diffundieren oder elektrisches Aktivieren von Phosphor gebildet wird.
  • Wie durch eine gestrichelte Linie in 11A angezeigt, kann ein N+-artiger Sammelbereich 16 zwischen einem Anodenbereich 14 und dem Driftbereich 18 angeordnet sein. Der Sammelbereich 16 kann kontinuierlich von einem zu einem anderen von zwei Grabenabschnitten, die einander in X-Achsenrichtung benachbart sind, in jedem Mesaabschnitt angeordnet sein.
  • Das Verteilungsdiagramm (B) zeigt eine chemische Konzentration von implantiertem Wasserstoff (eine chemische Wasserstoffkonzentration). Jeder Peak der chemischen Wasserstoffkonzentration weist einen Schwanz auf einer Hauptoberflächenseite auf, von der die Wasserstoffionen implantiert wurden. In diesem Beispiel weist ein Peak der chemischen Wasserstoffkonzentration an der Position Ps einen Schwanz S auf der Seite der oberen Oberfläche 21 auf. Das heißt, in einer Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration in diesem Beispiel nimmt die chemische Wasserstoffkonzentration von der ersten Position Ps zur oberen Oberfläche 21 auf der Seite der oberen Oberfläche 21 monoton allmählich ab. Der Schwanz S kann über dem Driftbereich 18 und dem Anodenbereich 14 angeordnet sein.
  • Die Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration in diesem Beispiel weist Schwänze auf, an denen sich die Konzentrationsverteilung steiler ändert als an dem Schwanz S, auf der Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zur Position Ps. Das heißt, die Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration weist eine asymmetrische Verteilung auf der Seite der oberen Oberfläche 21 und der Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zur Position Ps auf.
  • Außerdem weist ein Peak der chemischen Wasserstoffkonzentration an jeder der Positionen Pb4, Pb3, Pb2 und Pb1 einen Schwanz S' auf der Seite der unteren Oberfläche 23 auf. Der Peak der chemischen Wasserstoffkonzentration an jeder der Positionen Pb4, Pb3, Pb2 und Pb1 weist einen Schwanz auf, an dem sich die Konzentrationsverteilung steiler ändert als an dem Schwanz S', auf der Seite der oberen Oberfläche 21. Das heißt, der Peak der chemischen Wasserstoffkonzentration an jeder der Positionen Pb4, Pb3, Pb2 und Pb1 zeigt eine asymmetrische Verteilung auf der Seite der oberen Oberfläche 21 und der Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zur Position Pb1.
  • Es sollte angemerkt werden, dass die chemische Wasserstoffkonzentration einen Minimalwert zwischen einer Position am nächsten zur unteren Oberfläche 23 unter Positionen, an denen die Wasserstoffionen von der Seite der oberen Oberfläche 21 implantiert wurden (der Position Ps in diesem Beispiel), und einer Position am nächsten zur oberen Oberfläche 21 unter Positionen, an denen die Wasserstoffionen von der Seite der unteren Oberfläche 23 implantiert wurden (der Position Pb4 in diesem Beispiel), aufweisen kann. Eine Position, an der eine Summe einer Verteilung der Diffusion von an der Position Ps implantiertem Wasserstoff und einer Verteilung der Diffusion von an der Position Pb4 implantiertem Wasserstoff minimal ist, ist eine Position, an der die chemische Wasserstoffkonzentration den Minimalwert aufweist. Alternativ kann die Position, an der die chemische Wasserstoffkonzentration den Minimalwert aufweist, in einem Bereich liegen, der zwischen zwei Wasserstoffdonatorpeaks (der Position Ps und der Position Pb4 in diesem Beispiel) eingefasst ist und eine im Wesentlichen flache Verteilung der Dotierungskonzentration aufweist, in der die Dotierungskonzentration die Dotierungskonzentration NO des Halbleitersubstrats 10 aufweist. Alternativ kann die Position, an der die chemische Wasserstoffkonzentration den Minimalwert aufweist, die obere Oberfläche 21 sein.
  • Das Verteilungsdiagramm (C) zeigt eine Gitterdefektdichte, nachdem die Wasserstoffionen ins Halbleitersubstrat 10 implantiert wurden und dann ein Tempern unter einer vorgegebenen Bedingung durchgeführt wird. Eine Position, an der die Nettodotierungskonzentration im Hochkonzentrationsbereich 26 im Wesentlichen identisch mit der Dotierungskonzentration NO des Halbleitersubstrats 10 auf der Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zur Position Ps ist, ist als eine Position Z0 definiert. Auf der Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zur Position Z0 kann die Gitterdefektdichte einen ausreichend kleinen Wert Nr0 aufweisen. Die Tatsache, dass die Gitterdefektdichte den ausreichend kleinen Wert NrO aufweist, ist, dass die Gitterdefektdichte einen niedrigen Wert in dem Ausmaß aufweist, dass eine Lebensdauer von Ladungsträgern nicht kleiner als τO wird, was unten erwähnt wird. Als ein Beispiel kann unter der Annahme, dass eine Konzentration von Leerstellen oder Doppelleerstellen NrO ist, bei einer Temperatur von 300 K NrO 1 × 1012 Atome/cm3 oder kleiner sein, kann 1 × 1011 Atome/cm3 oder kleiner sein oder kann 1 × 1010 Atome/cm3 oder kleiner sein. Die Gitterdefektdichte kann höher als NrO an einer Position JO eines PN-Übergangs zwischen dem Anodenbereich 14 und dem Driftbereich 18 oder dem Sammelbereich 16 sein.
  • In der Nähe der Position Ps und in einem Durchgangsbereich von der oberen Oberfläche 21 zur Position Ps werden Gitterdefekte aufgrund des Durchgangs der Wasserstoffionen gebildet. Dies ermöglicht, dass der erste Lebensdauerbereich 204 gebildet wird. Es sei angemerkt, dass jedoch in der Nähe der Position Ps die Gitterdefekte durch Wasserstoff beendet werden und somit eine Verteilung der Gitterdefektdichte und eine Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration unterschiedliche Formen aufweisen. Zum Beispiel stimmt die Peakposition Ps der chemischen Wasserstoffkonzentration nicht mit einer Peakposition Ks der Gitterdefektdichte überein. Die Peakposition Ks der Gitterdefektdichte ist in diesem Beispiel auf der Seite der oberen Oberfläche 21 des Halbleitersubstrats 10 relativ zur Peakposition Ps der chemischen Wasserstoffkonzentration angeordnet. Die Gitterdefektdichte kann auf der Seite der oberen Oberfläche 21 relativ zur Position Ks monoton abnehmen. Die Gitterdefektdichte kann auf der Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zur Position Ks steiler monoton abnehmen als auf der Seite der oberen Oberfläche 21.
  • In der Nähe der Peakposition Ps der chemischen Wasserstoffkonzentration beendet eine große Menge an Wasserstoff Baumelbindungen wie Leerstellen und Doppelleerstellen. Daher ist die Gitterdefektdichte in der Nähe der Peakposition Ps der chemischen Wasserstoffkonzentration viel kleiner als die Gitterdefektdichte an der Peakposition Ks der Gitterdefektdichte. In der vorliegenden Beschreibung wird eine Breite einer Verteilung, die eine Konzentration größer als 1% einer Peakkonzentration zeigt, als eine volle Breite von 1% oder FW1%M bezeichnet. Die Nähe der Peakposition Ps kann sich auf einen Bereich innerhalb eines Bereichs der vollen Breite von 1% beziehen, der auf der Peakposition Ps zentriert ist. Die Peakposition Ks der Gitterdefektdichte kann an einer Position angeordnet sein, die flacher ist als die des Bereichs der vollen Breite von 1%, der auf der Peakposition Ps zentriert ist.
  • Es sei angemerkt, dass jedoch ein Abstand D zwischen der Peakposition Ks der Gitterdefektdichte und der Peakposition Ps der chemischen Wasserstoffkonzentration gemäß einem Abstand bestimmt wird, über den Wasserstoff im Halbleitersubstrat 10 durch Tempern diffundiert. Der Abstand D kann 40 µm oder kleiner, 20 µm oder kleiner oder 10 µm oder kleiner sein. Der Abstand D kann 1 µm oder größer, 3 µm oder größer oder 5 µm oder größer sein. Der Abstand D kann größer als oder gleich oder größer als die volle Breite von 1% der chemischen Wasserstoffkonzentration sein. Der Abstand D kann größer als oder gleich oder größer als die volle Breite von 1% der Nettodotierungskonzentration an der Position Ps sein. In diesem Fall ist die volle Breite von 1% der Nettodotierungskonzentration eine Breite eines Peaks bei 0,01 Np. Ein Bereich eines Werts des Abstands D kann eine Kombination eines beliebigen unteren Grenzwerts und eines beliebigen oberen Grenzwerts sein, die oben beschrieben sind. Eine Gitterdefektdichteverteilung kann durch Messen einer Dichteverteilung von Leerstellen und Doppelleerstellen durch ein Positronen-Annihilationsverfahren als ein Beispiel beobachtet werden.
  • Eine Tiefenposition, an der die Gitterdefektdichte von der oberen Oberfläche 21 zur unteren Oberfläche 23 zuerst identisch mit NrO wird, ist als Z1 definiert. Der erste Lebensdauerbereich 204 kann von der oberen Oberfläche 21 zur Position Z1 angeordnet sein. Wie in 10 beschrieben, kann ein Abstand von der oberen Oberfläche 21 zur Position Z1 als eine Dicke T1 definiert sein. In einem anderen Beispiel kann ein Abstand, der dem Doppelten eines Abstands T' von der Position Ks zur Position Z1 entspricht, als die Dicke T1 verwendet werden. Der erste Lebensdauerbereich 204 enthält in diesem Beispiel Wasserstoffdonatoren.
  • Ein Peak der Gitterdefektdichte (der Lebensdauerbereich 19 der unteren Oberflächenseite) kann zwischen der unteren Oberfläche 23 und der Position Pb4 angeordnet sein. In diesem Beispiel ist der Peak der Gitterdefektdichte (der Lebensdauerbereich 19 der unteren Oberflächenseite) an der Position Kb zwischen der Position Pb2 und der Position Pb1 angeordnet. Der Peak der Gitterdefektdichte an der Position Kb umfasst hauptsächlich Gitterdefekte, die gebildet werden, wenn Heliumionen zwischen der Position Pb2 und der Position Pb1 von der unteren Oberfläche 23 implantiert wurden. In diesem Beispiel ist kein Peak der Gitterdefektdichte an einer anderen Position als der Position Kb auf der Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zur Position Pb4 angeordnet.
  • Zum Beispiel werden die Wasserstoffionen an den Positionen Pb4, Pb3, Pb2 und Pb1 implantiert und das Halbleitersubstrat 10 wird unter einer ersten Bedingung getempert. Infolgedessen werden Peaks der Verteilung der chemischen Wasserstoffkonzentration an den Positionen Pb4, Pb3, Pb2 und Pb1 gebildet. Anschließend werden die Wasserstoffionen an der Position Ps implantiert, die Heliumionen werden zwischen der Position Pb2 und der Position Pb1 implantiert und das Halbleitersubstrat 10 wird unter einer zweiten Bedingung getempert. Eine Tempertemperatur der zweiten Bedingung ist niedriger als die der ersten Bedingung. Die meisten der Gitterdefekte, die durch Implantieren der Wasserstoffionen an den Positionen Pb4, Pb3, Pb2 und Pb1 erzeugt werden, werden durch Tempern bei einer relativ hohen Temperatur beendet. Im Gegensatz dazu werden für die Gitterdefekte, die durch Implantieren der Wasserstoffionen an der Position Ps erzeugt werden, die Gitterdefekte an der Position Ps durch Tempern bei einer relativ niedrigen Temperatur beendet. Andererseits ist eine große Menge an Wasserstoff auch in der Nähe der Position Pb1 vorhanden und somit werden die Gitterdefekte, die durch Implantieren der Heliumionen zwischen der Position Pb2 und der Position Pb1 erzeugt werden, auch in der Nähe der Position Pb1 beendet, während die Gitterdefektdichte einen Peak zwischen der Position Pb2 und der Position Pb1 aufweist.
  • In diesem Beispiel ist ein weiterer Peak der chemischen Wasserstoffkonzentration nicht auf einer Seite angeordnet, von der die Wasserstoffionen implantiert wurden (die Seite der oberen Oberfläche 21 in diesem Beispiel) in Bezug auf den Peak der chemischen Wasserstoffkonzentration an der Position Ps. Andererseits ist ein weiterer Peak der chemischen Wasserstoffkonzentration (die Position Pb1) auf einer Seite angeordnet, von der die Heliumionen implantiert wurden (die Seite der unteren Oberfläche 23 in diesem Beispiel) in Bezug auf den Peak der chemischen Wasserstoffkonzentration an Pb2. Ein integrierter Wert der Gitterdefektdichte auf der Seite der oberen Oberfläche 21 relativ zur Position Ps kann größer sein als ein integrierter Wert der Gitterdefektdichte auf der Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zur Position Pb2. Es sollte beachtet werden, dass die Gitterdefektdichte an der Position Kb als eine chemische Heliumkonzentration definiert werden kann.
  • Das Verteilungsdiagramm (D) zeigt eine Ladungsträgerlebensdauerverteilung, nachdem die Wasserstoffionen ins Halbleitersubstrat 10 implantiert wurden und dann ein Tempern unter einer vorgegebenen Bedingung durchgeführt wird. Die Ladungsträgerlebensdauerverteilung weist eine Form auf, die durch Invertieren der vertikalen Achse der Gitterdefektdichteverteilung erhalten wird. Zum Beispiel stimmt eine Position, an der eine Ladungsträgerlebensdauer einen Minimalwert aufweist, mit der zentralen Peakposition Ks der Gitterdefektdichte überein. Es sollte beachtet werden, dass die Ladungsträgerlebensdauer der Halbleitervorrichtung 100 einen Maximalwert τO in einem Bereich innerhalb eines Bereichs der FW1%M aufweisen kann, der auf der Peakposition Ps der chemischen Wasserstoffkonzentration zentriert ist. Der Maximalwert τO kann für die Ladungsträgerlebensdauer im Driftbereich 18 auf der Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zur Peakposition Ps der chemischen Wasserstoffkonzentration sein. Die Ladungsträgerlebensdauer der Halbleitervorrichtung 100 kann den Maximalwert τO in einem Bereich innerhalb eines Bereichs der FW1%M aufweisen, der auf jeder Peakposition Ps, Pb4, Pb3, Pb2 und Pb1 der chemischen Wasserstoffkonzentration zentriert ist.
  • Die Ladungsträgerlebensdauer kann einen ausreichend großen Wert τO auf der Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zur Position Z0 aufweisen. Die Tatsache, dass die Ladungsträgerlebensdauer den ausreichend großen Wert τO aufweist, kann für die Ladungsträgerlebensdauer für einen Fall sein, in dem Lebensdauerkiller oder Defekte, die hauptsächlich aus Leerstellen oder Doppelleerstellen bestehen, nicht absichtlich ins Halbleitersubstrat 10 eingebracht werden. Bei der Temperatur von 300 K kann τO 10 µs oder größer oder 30 µs oder größer sein. Als ein Beispiel ist τO 10 µs. Die Ladungsträgerlebensdauer kann kleiner als τO an der Position JO des PN-Übergangs zwischen dem Anodenbereich 14 und dem Driftbereich 18 oder dem Sammelbereich 16 sein.
  • Das Verteilungsdiagramm (E) zeigt eine Verteilung der Mobilität von Ladungsträgern, nachdem die Wasserstoffionen ins Halbleitersubstrat 10 implantiert wurden und dann ein Tempern unter einer vorgegebenen Bedingung durchgeführt wird. Die Mobilität von Ladungsträgern kann eine Mobilität µO für einen Fall einer idealen Kristallstruktur auf der Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zur Position Z0 sein. Die Mobilität µO ist beispielsweise 1360 cm2/(Vs) für Elektronen und 495 cm2/(Vs) für Löcher in einem Fall von Silizium bei der Temperatur von 300 K. Die Mobilität von Ladungsträgern kann kleiner als µO an der Position JO des PN-Übergangs zwischen dem Anodenbereich 14 und dem Driftbereich 18 oder dem Sammelbereich 16 sein.
  • Eine Position, an der die Mobilität von Ladungsträgern einen Minimalwert aufweist, kann mit der zentralen Peakposition Ks der Gitterdefektdichte übereinstimmen. Außerdem stimmt eine Position, an der die Mobilität von Ladungsträgern einen lokalen Minimalwert aufweist, mit der zentralen Peakposition Kb der Gitterdefektdichte überein. Die Mobilität von Ladungsträgern der Halbleitervorrichtung 100 kann den Maximalwert µO in dem Bereich innerhalb des Bereichs der FW1%M aufweisen, der auf jeder Peakposition Ps, Pb4, Pb3, Pb2 und Pb1 der chemischen Wasserstoffkonzentration zentriert ist.
  • Das Verteilungsdiagramm (F) zeigt eine Verteilung einer Ladungsträgerkonzentration, nachdem die Wasserstoffionen ins Halbleitersubstrat 10 implantiert wurden und dann ein Tempern unter einer vorgegebenen Bedingung durchgeführt wird. Die Ladungsträgerkonzentration kann durch eine Ausbreitungswiderstandsprofilierung (ein SR-Profilierungsverfahren) als ein Beispiel gemessen werden. Das SR-Profilierungsverfahren wandelt einen Ausbreitungswiderstand in einen spezifischen Widerstand um und berechnet die Ladungsträgerkonzentration aus dem spezifischen Widerstand. Unter der Annahme, dass der spezifische Widerstand ρ (Ω·cm) ist, die Mobilität µ (cm2/(V·s)) ist, eine Elementarladung q (C) ist, die Ladungsträgerkonzentration N (/cm3) ist, sie wird als N = 1/(µqρ) ausgedrückt.
  • Das SR-Profilierungsverfahren verwendet als die Mobilität von Ladungsträgern einen Wert für einen Fall, in dem ein kristalliner Zustand des Halbleitersubstrats 10 ideal ist. Wenn jedoch aufgrund einer lonenimplantation ein Schaden im Halbleitersubstrat 10 verbleibt, fällt der kristalline Zustand des Halbleitersubstrats 10 in einen Störungszustand zusammen, und die Mobilität hat sich tatsächlich verringert. Ursprünglich sollte eine verringerte Mobilität als die Mobilität in der SR-Profilierung verwendet werden, aber es ist schwierig, einen Wert der verringerten Mobilität zu messen. Daher hat die SR-Profilierung in dem im Verteilungsdiagramm (F) gezeigten Beispiel einen idealen Wert als die Mobilität verwendet. Daher nimmt der Nenner des Ausdrucks für die oben beschriebene Ladungsträgerkonzentration zu und die Mobilität nimmt ab. Mit anderen Worten, in dem Verteilungsdiagramm (F) hat die gemessene Ladungsträgerkonzentration insgesamt in einem Bereich, durch den die Wasserstoffionen hindurchgegangen sind (einem Bereich von einem unteren Ende des Anodenbereichs 14 zu dem Hochkonzentrationsbereich 26 des Halbleitersubstrats 10), abgenommen. Es sei angemerkt, dass jedoch im Hochkonzentrationsbereich 26 in der Nähe des projizierten Bereichs Ps der Wasserstoffionen die chemische Wasserstoffkonzentration hoch ist und somit der Störungszustand durch einen Wasserstoffabschlusseffekt reduziert wird und sich die Mobilität einem Wert für den kristallinen Zustand annähert. Ferner werden auch die Wasserstoffdonatoren gebildet. Daher ist die Ladungsträgerkonzentration höher als die Ladungsträgerkonzentration NO des Halbleitersubstrats 10.
  • Die gemessene Ladungsträgerkonzentration hat insgesamt in einem Bereich, durch den die Wasserstoffionen hindurchgegangen sind (einem Bereich von dem unteren Ende des Anodenbereichs 14 zur Nähe der Position Ps des Halbleitersubstrats 10), abgenommen. Es sei angemerkt, dass jedoch im Bereich auf der Seite der unteren Oberfläche 23 relativ zur Position Pb4 die chemische Wasserstoffkonzentration insgesamt hoch ist und somit die Ladungsträgerkonzentration höher als die Substratkonzentration NO ist.
  • In der Halbleitervorrichtung 100 in diesem Beispiel nimmt die Gitterdefektdichte nach dem Tempern vor und nach der Peakposition Ps der chemischen Wasserstoffkonzentration ab. Daher nimmt die Ladungsträgerlebensdauer in der Nähe der Position Ps, an der die chemische Wasserstoffkonzentration einen Peak erreicht, zu und wird ungefähr To.
  • Außerdem ist als ein Beispiel die chemische Wasserstoffkonzentration an der Peakposition Pb1 die höchste im gesamten Halbleitersubstrat 10. Wenn ein maximaler chemischer Wasserstoffkonzentrationswert an der Peakposition Pb1 1 × 1015 Atome/cm3 oder größer ist, nimmt eine Konzentration von Wasserstoff, der auf der Seite der oberen Oberfläche 21 diffundiert, zu. Zu diesem Zeitpunkt diffundiert Wasserstoff bis zur Position Ps. Infolgedessen werden die Baumelbindungen aufgrund von Leerstellen oder Doppelleerstellen an der Position Ps nicht nur durch Wasserstoff beendet, der an Ps von der Seite der oberen Oberfläche 21 bei einer maximalen Konzentration implantiert wird, sondern auch durch Wasserstoff, der von der Position Pb1 durch Diffusion bewegt wird. Infolgedessen kann die Gitterdefektdichte in der Nähe des Peaks der Dotierungskonzentrationsverteilung an der Position Ps zuverlässig auf NrO festgelegt werden und die Ladungsträgerlebensdauer an der Position Ps kann auf τ0 festgelegt werden.
  • 11B illustriert ein weiteres Beispiel einer vergrößerten Querschnittsansicht in der Nähe eines zweiten Lebensdauerbereichs 200. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem in 10 gezeigten Beispiel darin, dass Wasserstoffionen von einer Seite einer unteren Oberfläche 23 zu einer Seite einer oberen Oberfläche 21 (zum Beispiel nahe einer oberen Oberfläche 21 oder unteren Enden von Grabenabschnitten) implantiert werden, um erste Lebensdauerbereiche 204 zu bilden. Ein Abstand T1 von einer unteren Oberfläche 23 zu einem Endabschnitt eines ersten Lebensdauerbereichs 204 auf der Seite der oberen Oberfläche 21 kann größer als ein Wert sein, der der Hälfte einer Dicke eines Halbleitersubstrats 10 in Z-Achsenrichtung entspricht. Der Abstand T1 in diesem Beispiel entspricht einer Dicke des ersten Lebensdauerbereichs 204. Ähnlich zu dem in 10 gezeigten Beispiel ist ein Abstand in einer Tiefenrichtung von einer Tiefenposition eines Dichtepeaks von Gitterdefekten 202 zu einem oberen Ende des ersten Lebensdauerbereichs 204 als T1' definiert. 2 × T1' kann als die Dicke T1 des ersten Lebensdauerbereichs 204 verwendet werden.
  • 11C zeigt jeweils ein weiteres Beispiel eines Verteilungsdiagramms einer Nettodotierungskonzentration (A), eines Verteilungsdiagramms einer chemischen Wasserstoffkonzentration (B), eines Verteilungsdiagramms einer Gitterdefektdichte (C), eines Verteilungsdiagramms einer Ladungsträgerlebensdauer (D), eines Verteilungsdiagramms einer Ladungsträgermobilität (E) und eines Verteilungsdiagramms einer Ladungsträgerkonzentration (F) entlang einer Linie h-h in einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß dem in 11B gezeigten Ausführungsbeispiel. Auf einer Seite des Pufferbereichs 20 eines Driftbereichs 18 kann mindestens eine von einer Dotierungskonzentration oder einer Ladungsträgerkonzentration höher als eine Volumendonatorkonzentration sein. Die Seite des Pufferbereichs 20 des Driftbereichs 18 bezieht sich auf die Seite des Pufferbereichs 20 relativ zu einer Mitte des Driftbereichs 18 in einer Tiefenrichtung. In dem in 11C gezeigten Beispiel ist ein Bereich, in dem mindestens eine von der Dotierungskonzentration oder der Ladungsträgerkonzentration höher als die Volumendonatorkonzentration ist, an einer Position angeordnet, die sich im Driftbereich 18 befindet und die mit dem Pufferbereich 20 in Kontakt steht.
  • 11D illustriert ein weiteres Beispiel einer vergrößerten Querschnittsansicht in der Nähe eines zweiten Lebensdauerbereichs 200. Dieses Beispiel unterscheidet sich von den in 10 und 11B gezeigten Beispielen darin, dass erste Lebensdauerbereiche 204 durchgehend von einer oberen Oberfläche 21 zu einer unteren Oberfläche 23 gebildet sind. Die ersten Lebensdauerbereiche 204 in diesem Beispiel können durch Implantieren von Wasserstoffionen oder Helium von der oberen Oberfläche 21 und Durchleiten derselben durch die untere Oberfläche 23 gebildet werden, oder können durch Implantieren von Wasserstoffionen oder Helium von der unteren Oberfläche 23 und Durchleiten derselben durch die obere Oberfläche 21 gebildet werden. Die ersten Lebensdauerbereiche 204 in diesem Beispiel können durch Abstrahlen eines Elektronenstrahls gebildet werden. Eine Dicke T1 eines ersten Lebensdauerbereichs 204 in diesem Beispiel ist die gleiche wie eine Dicke eines Halbleitersubstrats 10. Als ein Beispiel kann eine Breite eines Bereichs, in dem eine Dichte von Gitterdefekten 202 einen Wert größer als oder gleich einem vorgegebenen Wert aufweist, als T1 definiert werden. Der vorgegebene Wert für die Dichte der Gitterdefekte 202 kann 1 × 1014/cm3 sein. Der vorgegebene Wert für die Dichte der Gitterdefekte 202 kann ein Wert für eine Dotierungskonzentration in einem Driftbereich 18 sein. Als ein weiteres Beispiel kann eine Breite eines Bereichs, in dem eine Ladungsträgerkonzentration durch eine SR-Profilierung niedriger als die Dotierungskonzentration im Driftbereich 18 ist, als T1 definiert werden. Die Dotierungskonzentration im Driftbereich 18 kann eine Volumendonatorkonzentration sein, kann eine Konzentration sein, die einer Differenz zwischen der Volumendonatorkonzentration und einer Volumenakzeptorkonzentration entspricht, kann einen Wert aufweisen, der durch Addieren der Volumendonatorkonzentration und einer Wasserstoffdonatorkonzentration erhalten wird, oder kann einen Wert aufweisen, der durch Addieren der Konzentration, die der Differenz zwischen der Volumendonatorkonzentration und der Volumenakzeptorkonzentration entspricht, und der Wasserstoffdonatorkonzentration erhalten wird.
  • 12 illustriert Beispiele von V-I-Eigenschaften während einer Vorwärtsleitung eines Diodenabschnitts 80. Die in 12 gezeigten Eigenschaften 250 sind die gleichen wie die Eigenschaften in dem in 4 gezeigten Vergleichsbeispiel. In dem Vergleichsbeispiel ist kein zweiter Lebensdauerbereich 200 angeordnet. Die in 12 gezeigten Eigenschaften 251 sind Eigenschaften in einem Beispiel, in dem ein zweiter Lebensdauerbereich 200 in einem Diodenabschnitt 80 angeordnet ist, wie in 5 bis 9 beschrieben. In den Beispielen der Eigenschaften 251 ist eine Breite W1 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 8 µm, eine Dicke T1 eines ersten Lebensdauerbereichs 204 ist 30 µm und ein Verhältnis W1/T1 ist ungefähr 0,27. Eine Eigenschaft 250-1 und eine Eigenschaft 250-1 weisen die gleiche Ladungsträgerlebensdauer im ersten Lebensdauerbereich 204 auf, eine Eigenschaft 250-2 und eine Eigenschaft 250-2 weisen die gleiche Ladungsträgerlebensdauer im ersten Lebensdauerbereich 204 auf und eine Eigenschaft 250-3 und eine Eigenschaft 250-3 weisen die gleiche Ladungsträgerlebensdauer im ersten Lebensdauerbereich 204 auf. Wie in 12 gezeigt, ist das Anordnen des zweiten Lebensdauerbereichs 200 in der Lage, Snapback zu unterdrücken, selbst wenn eine Ladungsträgerlebensdauer im ersten Lebensdauerbereich 204 verringert wird. Dadurch ist es möglich, einen Sperrerholungsverlust im Diodenabschnitt 80 zu reduzieren, während das Snapback unterdrückt wird.
  • 13 illustriert Trade-Off-Eigenschaften zwischen einer Vorwärtsspannung Vf und einem Sperrerholungsverlust Err in einem Diodenabschnitt 80. Diagramme, die durch Kreise in 13 angezeigt sind
    sind Eigenschaften für einen Fall, in dem ein zweiter Lebensdauerbereich 200 in einem Diodenabschnitt 80 angeordnet ist, wie in 5 bis 9 beschrieben. Diagramme, die durch Quadrate in 13 angezeigt sind, sind Eigenschaften für einen Fall, in dem kein zweiter Lebensdauerbereich 200 angeordnet ist. In den Beispielen, die durch schwarze Quadrate angezeigt sind, ist ein Snapback aufgetreten.
  • Wie in 13 gezeigt, ist es möglich, selbst wenn der zweite Lebensdauerbereich 200 angeordnet ist, Trade-Off-Eigenschaften zu erhalten, die denen entsprechen, die erhalten werden, wenn kein zweiter Lebensdauerbereich 200 angeordnet ist. Außerdem ist selbst in einem Bereich, in dem eine Ladungsträgerlebensdauer kurz ist, das Anordnen des zweiten Lebensdauerbereichs 200 in der Lage, Auftreten des Snapbacks zu unterdrücken.
  • 14 illustriert eine Beziehung zwischen einer Breite W1 eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 und einem Snapback-Betrag (einem SB-Betrag). In diesem Beispiel ist ein zweiter Lebensdauerbereich 200 in einem Diodenabschnitt 80 angeordnet, wie in 5 bis 9 beschrieben. Eine Dicke T1 eines ersten Lebensdauerbereichs 204 in diesem Beispiel beträgt 30 µm. Es ist ersichtlich, dass das Erhöhen der Breite W1 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 den Snapback-Betrag verringert. Insbesondere wenn die Breite W1 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 7 µm überschreitet, verringert sich der Snapback-Betrag signifikant, und wenn die Breite W1 11 µm oder größer wird, wird der Snapback-Betrag 0.
  • Die Breite W1 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 kann 7 µm oder größer sein. Die Breite W1 kann 8 µm oder größer, 10 µm oder größer oder 11 µm oder größer sein. Ein Verhältnis W1/T1 der Breite W1 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 zur Dicke T1 des ersten Lebensdauerbereichs 204 kann 0,23 oder größer, 0,27 oder größer, 0,33 oder größer oder 0,37 oder größer sein. Außerdem kann die Breite W1 des ersten Lebensdauerbereichs 12 µm oder kleiner sein. Das Verhältnis W1/T1 kann 0,4 oder kleiner sein.
  • 15 illustriert, ob ein Snapback aufgetreten ist, wenn eine Dicke T1 eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eine Breite W1 eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 geändert werden. Diagramme, die durch Kreismarkierungen in 15 angezeigt sind, zeigen ein Grenzbeispiel, in dem das Snapback nicht auftritt. Das Snapback ist nicht in Bereichen 220, 222 und 224 aufgetreten, in denen die Breite W1 größer (oder die Dicke T1 kleiner) als diejenige am Grenzbeispiel ist.
  • Es sei angemerkt, dass jedoch im Bereich 222 die Dicke T1 des ersten Lebensdauerbereichs 204 groß ist und somit ein IE-Effekt abnimmt und eine Vorwärtsspannung Vf zu hoch ist. In dem Bereich 224 ist die Dicke T1 des ersten Lebensdauerbereichs 204 klein und somit nimmt der IE-Effekt auch in einem Niedrigstrombetriebsbereich zu und die Vorwärtsspannung Vf ist zu niedrig. Daher ist es vorzuziehen, die Dicke T1 des ersten Lebensdauerbereichs 204 und die Breite W1 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 innerhalb eines Bereichs des Bereichs 220 festzulegen. Der Bereich 220 ist ein Bereich, in dem die Breite W1 größer als eine Breite W (µm) ist, die durch eine gerade Linie 230 definiert ist. Die gerade Linie 230 ist durch Ausdruck 1 gegeben: W = 0,21 × T1 + 3,3
    Figure DE112023000171T5_0002
  • Wie oben beschrieben, verringert sich der IE-Effekt, wenn die Dicke T1 des ersten Lebensdauerbereichs 204 zu groß ist. Die Dicke T1 kann kleiner als eine Dicke eines Driftbereichs 18 in einer Tiefenrichtung (Z-Achsenrichtung) sein. Außerdem kann die Dicke T1 100 µm oder kleiner, 60 µm oder kleiner oder 40 µm oder kleiner sein. Die Dicke T1 ist größer als 0. Es sei angemerkt, dass jedoch, wenn die Dicke T1 zu klein ist, der IE-Effekt auch im Niedrigstrombetriebsbereich zunimmt und die Vorwärtsspannung Vf zu niedrig ist. Die Dicke T1 kann 10 µm oder größer, 15 µm oder größer oder 20 µm oder größer sein.
  • 16A illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einem Diodenabschnitt 80. Mit Ausnahme einer Anordnung eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 weist dieses Beispiel einen Aspekt auf, der einem beliebigen Aspekt ähnlich ist, der in 1 bis 15 beschrieben ist.
  • Eine Halbleitervorrichtung 100 umfasst in diesem Beispiel zwei oder mehr zweite Lebensdauerbereiche 200 in einem Diodenabschnitt 80. Die jeweiligen zweiten Lebensdauerbereiche 200 sind in einer ersten Richtung (der X-Achsenrichtung in diesem Beispiel) voneinander beabstandet. Ein erster Lebensdauerbereich 204 ist zwischen zwei zweiten Lebensdauerbereichen 200 angeordnet. Eine Breite W1 jedes der zweiten Lebensdauerbereiche 200 kann die gleiche sein wie die Breite W1, die in 1 bis 15 beschrieben ist. Das Vorsehen der zwei oder mehr zweiten Lebensdauerbereiche 200 kann eine Elektronendichte über den ersten Lebensdauerbereichen 204 vereinheitlichen. Elektronen können über eine Vielzahl zweiter Lebensdauerbereiche 200 verteilt und durch diese hindurchgegangen werden.
  • Es ist anzumerken, dass in jedem der Beispiele, die in 1 bis 16A beschrieben sind, eine Summe von Breiten W1 eines oder mehrerer zweiter Lebensdauerbereiche 200, die in einem Diodenabschnitt 80 enthalten sind, in der ersten Richtung (der X-Achsenrichtung in diesem Beispiel) das 0,1-fache oder weniger einer Breite WD eines Diodenabschnitts 80 in der ersten Richtung betragen kann. Wenn die Summe der Breiten W1 zu groß ist, ist eine Ausschaltzeit des Diodenabschnitts 80 länger und ein Sperrerholungsverlust nimmt zu. Die Summe der Breiten W1 kann das 0,05-fache oder weniger der Breite WD betragen. Die Summe der Breiten W1 kann das 0,001-fache oder mehr oder das 0,01-fache oder mehr der Breite WD betragen.
  • Der Diodenabschnitt 80 weist eine Vielzahl von Grabenabschnitten (Dummy-Grabenabschnitte 30 in diesem Beispiel) auf, die über den ersten Lebensdauerbereichen 204 angeordnet sind. Ein Abstand D2 zwischen einem zweiten Lebensdauerbereich 200 und einem Transistorabschnitt 70 in der ersten Richtung (der X-Achsenrichtung in diesem Beispiel) kann größer als oder gleich groß wie ein Abstand D1 zwischen einem unteren Ende eines Grabenabschnitts (einem Dummy-Grabenabschnitt 30 in diesem Beispiel) und dem ersten Lebensdauerbereich 204 in einer zweiten Richtung (Z-Achsenrichtung in diesem Beispiel) sein. Der Grabenabschnitt kann ein Dummy-Grabenabschnitt 30 sein, der dem Transistorabschnitt 70 unter einer Vielzahl von Dummy-Grabenabschnitten 30 im Diodenabschnitt 80 am nächsten ist. Ein Endabschnitt des Transistorabschnitts 70 in X-Achsenrichtung ist ein Grenzabschnitt zwischen einem Kollektorbereich 22 und einem Kathodenbereich 82. Das Gewährleisten des Abstands D2 kann die Elektronen, die von dem Kathodenbereich 82 implantiert sind, daran hindern, sich bis zu dem Transistorabschnitt 70 auszudehnen, und kann die Elektronen daran hindern, durch einen n-artigen Kanal, der in einem Basisbereich 14 des Transistorabschnitts 70 ausgebildet ist, zu einer Emitterelektrode 52 zu entweichen. Der Abstand D2 kann das 1,5-fache oder mehr oder das Zweifache oder mehr des Abstands D1 betragen.
  • Die zwei oder mehr zweiten Lebensdauerbereiche 200 können in regelmäßigen Intervallen in der ersten Richtung angeordnet sein. In einem anderen Beispiel kann ein Intervall W3 zwischen den zweiten Lebensdauerbereichen 200 kleiner als der Abstand D2 sein. Diese Ausgestaltung kann auch den Abstand D2 erhöhen. In diesem Beispiel ist das Intervall W3 zwischen den zweiten Lebensdauerbereichen 200 eine Breite des ersten Lebensdauerbereichs 204 in der ersten Richtung. Jeder der zweiten Lebensdauerbereiche 200 kann in einer Mitte des Diodenabschnitts 80 in der ersten Richtung angeordnet sein. Infolgedessen werden Elektronen oder Löcher symmetrisch in Bezug auf die Mitte des Diodenabschnitts 80 implantiert, und eine Ladungsträgerkonzentration im Diodenabschnitt 80 wird eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung aufweisen.
  • 16B illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einem Diodenabschnitt 80. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem in 16A gezeigten Beispiel darin, dass erste Lebensdauerbereiche 204 und ein zweiter Lebensdauerbereich 200 auf einer Seite der unteren Oberfläche 23 ausgebildet sind. Die ersten Lebensdauerbereiche 204 und der zweite Lebensdauerbereich 200 können in einem Pufferbereich 20 ausgebildet sein, können sowohl im Pufferbereich 20 als auch in einem Kathodenbereich 82 ausgebildet sein oder können sowohl im Pufferbereich 20 als auch in einem Kollektorbereich 22 ausgebildet sein. Ähnlich zu dem in 11B gezeigten Beispiel ist ein Abstand in einer Tiefenrichtung von einer Tiefenposition eines Dichtepeaks von Gitterdefekten 202 zu einem oberen Ende eines ersten Lebensdauerbereichs 204 als T1' definiert. 2 × T1' kann als eine Dicke T1 des ersten Lebensdauerbereichs 204 verwendet werden. Infolgedessen werden Elektronen oder Löcher gleichmäßig in einer ersten Richtung implantiert, und ein Snapback kann unterdrückt werden.
  • 16C illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einem Diodenabschnitt 80. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem in 16B gezeigten Beispiel darin, dass erste Lebensdauerbereiche 204 und ein zweiter Lebensdauerbereich 200 auf einer Seite einer unteren Oberfläche 23 eines Driftbereichs 18 ausgebildet sind. Ein Abstand T1 von einer unteren Oberfläche 23 zu einem Endabschnitt eines ersten Lebensdauerbereichs 204 auf einer Seite einer oberen Oberfläche kann kleiner als ein Wert sein, der der Hälfte einer Dicke eines Halbleitersubstrats 10 in Z-Achsenrichtung entspricht. Wenn die ersten Lebensdauerbereiche 204 durch Implantieren von Wasserstoffionen oder dergleichen von der unteren Oberfläche 23 gebildet werden, entspricht der Abstand T1 einer Dicke des ersten Lebensdauerbereichs 204. Ähnlich zu dem in 11B gezeigten Beispiel ist ein Abstand in einer Tiefenrichtung von einer Tiefenposition eines Dichtepeaks von Gitterdefekten 202 zu einem oberen Ende des ersten Lebensdauerbereichs 204 als T1' definiert. 2 × T1' kann als die Dicke T1 des ersten Lebensdauerbereichs 204 verwendet werden.
  • 17 illustriert, ob ein Snapback aufgetreten ist, wenn die Anzahl zweiter Lebensdauerbereiche 200, die in einem Diodenabschnitt 80 enthalten sind, und eine Breite W1 von jedem der zweiten Lebensdauerbereiche 200 geändert werden. Diagramme, die durch Kreismarkierungen in 17 angezeigt sind, zeigen ein Grenzbeispiel, in dem das Snapback nicht auftritt. Das Snapback ist nicht in einem Bereich 240 aufgetreten, in dem die Breite W1 größer als diejenige am Grenzbeispiel ist. Wenn eine Vielzahl von zweiten Lebensdauerbereichen 200 vorgesehen ist, ist die Vielzahl von zweiten Lebensdauerbereichen 200 in regelmäßigen Intervallen in einer ersten Richtung angeordnet. In diesem Beispiel beträgt eine Dicke T1 eines ersten Lebensdauerbereichs 204 30 µm.
  • Wenn die Anzahl von zweiten Lebensdauerbereichen 200 (die Anzahl von Bereichen auf der horizontalen Achse in 17) erhöht wird, besteht eine Tendenz, dass das Snapback tendenziell unterdrückt werden kann, selbst wenn die Breite W1 eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 verringert wird. Es sei angemerkt, dass jedoch, selbst wenn die Anzahl von zweiten Lebensdauerbereichen 200 größer als vier ist, die Breite W1 des zweiten Lebensdauerbereichs 200, die erforderlich ist, um das Snapback zu verhindern, nicht verringert wurde.
  • Die Breite W1 eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 kann 8 µm oder größer sein. Die Breite W1 kann das 0,27-fache oder mehr der Dicke T1 des ersten Lebensdauerbereichs 204 betragen. Außerdem ist selbst dann, wenn nur ein zweiter Lebensdauerbereich 200 in einem Diodenabschnitt 80 angeordnet ist, die Breite W1 von ungefähr 12 µm in der Lage, das Snapback zu unterdrücken. Die Breite W1 kann 12 µm oder kleiner sein. Die Breite W1 kann das 0,4-fache oder weniger der Dicke T1 des ersten Lebensdauerbereichs 204 betragen.
  • 18 illustriert ein Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene. Erste Lebensdauerbereiche 204 und zweite Lebensdauerbereiche 200 in diesem Beispiel sind in einem Streifenmuster mit einer Längslänge in einer dritten Richtung (Y-Achsenrichtung in diesem Beispiel) parallel zu einer oberen Oberfläche 21 eines Halbleitersubstrats 10 und senkrecht zu einer ersten Richtung (X-Achsenrichtung in diesem Beispiel) angeordnet. Die ersten Lebensdauerbereiche 204 und die zweiten Lebensdauerbereiche 200 können die gleiche Länge wie die eines Kathodenbereichs 82 in Y-Achsenrichtung aufweisen oder können länger als der Kathodenbereich 82 sein.
  • In diesem Beispiel sind ein Diodenabschnitt 80 und ein Transistorabschnitt 70 nebeneinander in der ersten Richtung (X-Achsenrichtung) angeordnet. Außerdem sind, wie in 2 oder dergleichen gezeigt, jeweilige Grabenabschnitte (Gatter-Grabenabschnitte 40 und Dummy-Grabenabschnitte 30) in der ersten Richtung (X-Achsenrichtung) voneinander beabstandet. In diesem Beispiel ist eine Längsrichtung der ersten Lebensdauerbereiche 204 und der zweiten Lebensdauerbereiche 200 die gleiche wie eine Längsrichtung der Grabenabschnitte. Außerdem ist die Längsrichtung der ersten Lebensdauerbereiche 204 und der zweiten Lebensdauerbereiche 200 die gleiche wie eine Längsrichtung des Diodenabschnitts 80 (oder des Kathodenbereichs 82).
  • 19 illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene. In diesem Beispiel ist die Y-Achsenrichtung eine erste Richtung und die X-Achsenrichtung eine dritte Richtung. Mit anderen Worten sind die ersten Lebensdauerbereiche 204 und die zweiten Lebensdauerbereiche 200 in diesem Beispiel in Y-Achsenrichtung nebeneinander angeordnet. Die ersten Lebensdauerbereiche 204 und die zweiten Lebensdauerbereiche 200 in diesem Beispiel sind in einem Streifenmuster mit einer Längslänge in X-Achsenrichtung (dritte Richtung) angeordnet. Die ersten Lebensdauerbereiche 204 und die zweiten Lebensdauerbereiche 200 können die gleiche Länge wie die eines Diodenabschnitts 80 in X-Achsenrichtung aufweisen oder können länger als der Diodenabschnitt 80 sein.
  • In diesem Beispiel sind ein Diodenabschnitt 80 und ein Transistorabschnitt 70 nebeneinander in der dritten Richtung (X-Achsenrichtung) angeordnet. Außerdem sind jeweilige Grabenabschnitte (Gatter-Grabenabschnitte 40 und Dummy-Grabenabschnitte 30) in der dritten Richtung (X-Achsenrichtung) voneinander beabstandet. In diesem Beispiel ist eine Längsrichtung der ersten Lebensdauerbereiche 204 und der zweiten Lebensdauerbereiche 200 orthogonal zu einer Längsrichtung der Grabenabschnitte. Außerdem ist die Längsrichtung der ersten Lebensdauerbereiche 204 und der zweiten Lebensdauerbereiche 200 orthogonal zu einer Längsrichtung des Diodenabschnitts 80 (oder eines Kathodenbereichs 82). Diese Anordnung kann auch einen Sperrerholungsverlust des Diodenabschnitts 80 reduzieren, während ein Snapback unterdrückt wird.
  • 20 illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene. Ein zweiter Lebensdauerbereich 200 ist in diesem Beispiel zwischen ersten Lebensdauerbereichen 204 auch in einer dritten Richtung (der Y-Achsenrichtung in diesem Beispiel) parallel zu einer oberen Oberfläche 21 eines Halbleitersubstrats 10 und senkrecht zu einer ersten Richtung (der X-Achsenrichtung in diesem Beispiel) eingefasst.
  • Als ein Beispiel kann eine Vielzahl erster Lebensdauerbereiche 204 sowohl in X-Achsenrichtung als auch in Y-Achsenrichtung diskret angeordnet sein. In dem in 20 gezeigten Beispiel sind die ersten Lebensdauerbereiche 204, die in einer Draufsicht rechteckig sind, sowohl entlang der X-Achsenrichtung als auch der Y-Achsenrichtung diskret angeordnet. Der zweite Lebensdauerbereich 200 weist in diesem Beispiel ein Gittermuster auf, in dem ein Abschnitt, der sich in X-Achsenrichtung erstreckt, einen Abschnitt, der sich in Y-Achsenrichtung erstreckt, in einer Draufsicht schneidet.
  • In einem anderen Beispiel kann eine Vielzahl zweiter Lebensdauerbereiche 200 sowohl in X-Achsenrichtung als auch in Y-Achsenrichtung diskret angeordnet sein. Zum Beispiel können die zweiten Lebensdauerbereiche 200, die in einer Draufsicht rechteckig sind, sowohl entlang der X-Achsenrichtung als auch der Y-Achsenrichtung diskret angeordnet sein.
  • In diesem Beispiel ist eine Breite des zweiten Lebensdauerbereichs 200 in Y-Achsenrichtung als W2 definiert. Die Breite W2 kann eine Bedingung ähnlich der in 1 bis 19 beschriebenen Breite W1 erfüllen. Zum Beispiel beträgt die Breite W2 das 0,2-fache oder mehr einer Dicke T1 eines ersten Lebensdauerbereichs 204. Es sei angemerkt, dass die Breite W2 und die Breite W1 jedoch nicht gleich sein können. Die Breite W1 und die Breite W2 können unterschiedliche Werte innerhalb eines Bereichs der in 1 bis 19 beschriebenen Bedingungen für die Breite W1 aufweisen. Diese Ausgestaltung kann auch einen Sperrerholungsverlust eines Diodenabschnitts 80 reduzieren, während ein Snapback unterdrückt wird.
  • 21 illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene. Ein erster Lebensdauerbereich 204 ist in diesem Beispiel parallel zu einer oberen Oberfläche 21 eines Halbleitersubstrats 10 und ist zwischen zweiten Lebensdauerbereichen 200 sowohl in einer ersten Richtung (der X-Achsenrichtung in diesem Beispiel) als auch in einer dritten Richtung (der Y-Achsenrichtung in diesem Beispiel) angeordnet.
  • Als ein Beispiel kann eine Vielzahl zweiter Lebensdauerbereiche 200 sowohl in X-Achsenrichtung als auch in Y-Achsenrichtung diskret angeordnet sein. In dem in 21 gezeigten Beispiel sind zweite Lebensdauerbereiche 200, die in einer Draufsicht rechteckig sind, sowohl entlang der X-Achsenrichtung als auch in Y-Achsenrichtung diskret angeordnet. Der erste Lebensdauerbereich 204 weist in diesem Beispiel ein Gittermuster auf, in dem ein Abschnitt, der sich in X-Achsenrichtung erstreckt, einen Abschnitt, der sich in Y-Achsenrichtung erstreckt, in einer Draufsicht schneidet. Diese Ausgestaltung kann auch einen Sperrerholungsverlust eines Diodenabschnitts 80 reduzieren, während ein Snapback unterdrückt wird.
  • Ein zweiter Lebensdauerbereich 200 kann in einem ersten Lebensdauerbereich 204 des Diodenabschnitts 80 angeordnet sein. Ein zweiter Lebensdauerbereich 200 kann im ersten Lebensdauerbereich 204 eines Transistorabschnitts 70 angeordnet sein oder nicht. Die Tatsache, dass der zweite Lebensdauerbereich 200 im ersten Lebensdauerbereich 204 angeordnet ist, bezieht sich darauf, dass der zweite Lebensdauerbereich 200 in einer Draufsicht vom ersten Lebensdauerbereich 204 umschlossen ist. Im Transistorabschnitt 70 ist ein Verhältnis einer Fläche S2_t des zweiten Lebensdauerbereichs 200, der vom ersten Lebensdauerbereich 204 umschlossen ist, zu einer Fläche S1_t des ersten Lebensdauerbereichs 204 als S2_t/S1_t definiert. Im Diodenabschnitt 80 ist ein Verhältnis einer Fläche S2_d des zweiten Lebensdauerbereichs 200, der vom ersten Lebensdauerbereich 204 umschlossen ist, zu einer Fläche S1_d des ersten Lebensdauerbereichs 204 als S2_d/S1_d definiert. Das Verhältnis S2_t/S1_t kann kleiner sein als das Verhältnis S2_d/S1_d. Das Verhältnis S2_t/S1_t kann kleiner als oder gleich 50%, kleiner als oder gleich 20% oder kleiner als oder gleich 10% des Verhältnisses S2_d/S1_d sein. Die Fläche S2_t kann 0 sein. Wenn eine Bodydiode des Transistorabschnitts 70 erregt wird, werden relativ viele Ladungsträger implantiert, aber der zweite Lebensdauerbereich 200 im ersten Lebensdauerbereich 204 des Transistorabschnitts 70 wird klein oder kann eine Lebensdauer der Ladungsträger nicht verkürzen.
  • 22A illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem in 21 gezeigten Beispiel in einer Anordnung einer Vielzahl zweiter Lebensdauerbereiche 200. Abgesehen davon weist dieses Beispiel eine Struktur auf, die derjenigen in dem in 21 gezeigten Beispiel ähnlich ist.
  • In dem in 21 gezeigten Beispiel ist die Vielzahl zweiter Lebensdauerbereiche 200 in X-Achsenrichtung und in Y-Achsenrichtung nebeneinander angeordnet. In dem in 22A gezeigten Beispiel ist eine Vielzahl zweiter Lebensdauerbereiche 200 entlang zweier Richtungen, die sich sowohl von der X-Achse als auch von der Y-Achse unterscheiden, nebeneinander angeordnet. Diese Ausgestaltung kann auch einen Sperrerholungsverlust eines Diodenabschnitts 80 reduzieren, während ein Snapback unterdrückt wird.
  • Ein zweiter Lebensdauerbereich 200 kann in einem ersten Lebensdauerbereich 204 des Diodenabschnitts 80 angeordnet sein. Ein zweiter Lebensdauerbereich 200 kann im ersten Lebensdauerbereich 204 eines Transistorabschnitts 70 angeordnet sein oder nicht. Diese Ausgestaltung kann auch den Sperrerholungsverlust des Diodenabschnitts 80 reduzieren, während das Snapback unterdrückt wird.
  • 22B illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem in 22A gezeigten Beispiel in einer Anordnung einer Vielzahl zweiter Lebensdauerbereiche 200. Die Anordnung der Vielzahl zweiter Lebensdauerbereiche 200 kann nicht symmetrisch sein und kann zufällig sein.
  • 23A illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem in 20 gezeigten Beispiel in einer Anordnung einer Vielzahl erster Lebensdauerbereiche 204. Abgesehen davon weist dieses Beispiel eine Struktur auf, die derjenigen in dem in 20 gezeigten Beispiel ähnlich ist.
  • In dem in 20 gezeigten Beispiel ist die Vielzahl erster Lebensdauerbereiche 204 in X-Achsenrichtung und in Y-Achsenrichtung nebeneinander angeordnet. In dem in 23A gezeigten Beispiel ist eine Vielzahl erster Lebensdauerbereiche 204 entlang zweier Richtungen, die sich sowohl von der X-Achse als auch von der Y-Achse unterscheiden, nebeneinander angeordnet. Diese Ausgestaltung kann auch einen Sperrerholungsverlust eines Diodenabschnitts 80 reduzieren, während ein Snapback unterdrückt wird.
  • Ein zweiter Lebensdauerbereich 200 weist in diesem Beispiel ein Gittermuster auf, in dem ein Abschnitt, der sich in X-Achsenrichtung erstreckt, einen Abschnitt, der sich in Y-Achsenrichtung erstreckt, in einer Draufsicht schneidet. Breiten in Richtungen orthogonal zu Erstreckungsrichtungen des zweiten Lebensdauerbereichs 200 können als Breiten W1 und W2 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 verwendet werden. In diesem Beispiel ist eine Breite in X-Achsenrichtung des zweiten Lebensdauerbereichs 200, der sich in Y-Achsenrichtung erstreckt, als W1 definiert, und eine Breite in Y-Achsenrichtung des zweiten Lebensdauerbereichs 200, der sich in X-Achsenrichtung erstreckt, ist als W2 definiert.
  • 23B illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem in 23A gezeigten Beispiel in einer Anordnung einer Vielzahl erster Lebensdauerbereiche 204. Die Anordnung der Vielzahl erster Lebensdauerbereiche 204 kann nicht symmetrisch sein und kann zufällig sein.
  • 24 illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene. In diesem Beispiel unterscheiden sich Erstreckungsrichtungen eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 sowohl von der X-Achsenrichtung als auch der Y-Achsenrichtung. Mit Ausnahme dessen weist dieses Beispiel eine Struktur auf, die derjenigen in einem beliebigen Aspekt ähnlich ist, der in der vorliegenden Beschreibung beschrieben ist.
  • In diesem Beispiel sind erste Lebensdauerbereiche 204 und zweite Lebensdauerbereiche 200 abwechselnd entlang einer ersten Richtung orthogonal zu einer Erstreckungsrichtungjedes Lebensdauerbereichs angeordnet. Die erste Richtung unterscheidet sich in diesem Beispiel sowohl von der X-Achsenrichtung als auch der Y-Achsenrichtung. Grabenabschnitte eines Transistorabschnitts 70 und eines Diodenabschnitts 80 sind so angeordnet, dass sie sich in Y-Achsenrichtung erstrecken (mit anderen Worten eine Längslänge aufweisen). Daher erstreckt sich jeder einer Vielzahl von Grabenabschnitten in einer Richtung in einem Winkel größer als 0 Grad und kleiner als 90 Grad in Bezug auf die erste Richtung an einer oberen Oberfläche 21 eines Halbleitersubstrats 10. Der Winkel kann 15 Grad oder größer sein, kann 30 Grad oder größer sein oder kann 45 Grad oder größer sein. Der Winkel kann 75 Grad oder kleiner sein, kann 60 Grad oder kleiner sein oder kann 45 Grad oder kleiner sein. Diese Ausgestaltung kann auch einen Sperrerholungsverlust eines Diodenabschnitts 80 reduzieren, während ein Snapback unterdrückt wird.
  • 25 illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene. In diesem Beispiel sind erste Lebensdauerbereiche 204, die ringförmig sind, und zweite Lebensdauerbereiche 200, die ringförmig sind, abwechselnd konzentrisch angeordnet. In diesem Beispiel ist eine Breite in X-Achsenrichtung eines zweiten Lebensdauerbereichs 200, der sich in Y-Achsenrichtung erstreckt, als W1 definiert, und eine Breite in Y-Achsenrichtung eines zweiten Lebensdauerbereichs 200, der sich in X-Achsenrichtung erstreckt, ist als W2 definiert.
  • Ein zweiter Lebensdauerbereich 200 kann in einem ersten Lebensdauerbereich 204 eines Diodenabschnitts 80 angeordnet sein. Ein zweiter Lebensdauerbereich 200 kann im ersten Lebensdauerbereich 204 eines Transistorabschnitts 70 angeordnet sein oder nicht. Diese Ausgestaltung kann auch einen Sperrerholungsverlust des Diodenabschnitts 80 reduzieren, während ein Snapback unterdrückt wird.
  • 26 illustriert ein weiteres Anordnungsbeispiel eines ersten Lebensdauerbereichs 204 und eines zweiten Lebensdauerbereichs 200 in einer XY-Ebene. In diesem Beispiel ist die Y-Achsenrichtung eine erste Richtung, und die X-Achsenrichtung ist eine dritte Richtung. Mit anderen Worten sind erste Lebensdauerbereiche 204 und zweite Lebensdauerbereiche 200 in diesem Beispiel in Y-Achsenrichtung nebeneinander angeordnet.
  • Die ersten Lebensdauerbereiche 204 und die zweiten Lebensdauerbereiche 200 in diesem Beispiel sind teilweise in einem Streifenmuster mit einer Längslänge in X-Achsenrichtung (dritte Richtung) angeordnet. Beide Endabschnitte der ersten Lebensdauerbereiche 204 in diesem Beispiel in X-Achsenrichtung sind in einem Transistorabschnitt 70 angeordnet. Beide Endabschnitte der zweiten Lebensdauerbereiche 200 in diesem Beispiel in X-Achsenrichtung sind in einem Diodenabschnitt 80 oder an einer Grenze zwischen dem Diodenabschnitt 80 und dem Transistorabschnitt 70 angeordnet. Diese Anordnung kann auch einen Sperrerholungsverlust des Diodenabschnitts 80 reduzieren, während ein Snapback unterdrückt wird.
  • In jedem der in 1 bis 26 beschriebenen Beispiele können die Breite W1 und die Breite W2 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 größer als oder gleich 3% einer Diffusionslänge von Ladungsträgern im Halbleitersubstrat 10 sein. Die Diffusionslänge von Ladungsträgern im Halbleitersubstrat 10 kann zum Beispiel eine Diffusionslänge von Ladungsträgern in einem Bereich sein, in dem eine Lebensdauersteuerung nicht durchgeführt wird. Der Bereich, in dem die Lebensdauersteuerung nicht durchgeführt wird, kann zum Beispiel der Driftbereich 18 sein, der weder der erste Lebensdauerbereich 204 noch der zweite Lebensdauerbereich 200 unter den Driftbereichen 18 ist. Die Diffusionslänge von Ladungsträgern kann eine Diffusionslänge von Elektronen sein, kann eine Diffusionslänge von Löchern sein oder kann eine bipolare Diffusionslänge sein. Wie oben beschrieben, können die Elektronen an die Gitterdefekte 202 in den ersten Lebensdauerbereichen 204 auf beiden Seiten des zweiten Lebensdauerbereichs 200 gebunden werden, wenn die Elektronen durch den zweiten Lebensdauerbereich 200 hindurchgehen. Es ist möglich, zu unterdrücken, dass die Elektronen an die Gitterdefekte 202 gebunden werden, indem ein Verhältnis der Breite W1 und der Breite W2 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 zur Diffusionslänge von Elektronen auf ein Verhältnis größer als oder gleich einem vorgegebenen Verhältnis eingestellt wird.
  • Eine Diffusionslänge von Elektronen Ln ist durch Ausdruck 2 gegeben: L n = ( D n T n ) 0,5
    Figure DE112023000171T5_0003
    wobei Dn ein Diffusionskoeffizient von Elektronen (cm2/s) ist und τn eine Lebensdauer von Elektronen (s) ist. Der Diffusionskoeffizient Dn ist durch Ausdruck 3 gegeben: D n = ( k B T μ n ) / q
    Figure DE112023000171T5_0004
    wobei kB eine Boltzmann-Konstante (1,38 × 10-23(J/K)) ist, T eine Temperatur (K) ist, µn die Mobilität von Elektronen (cm2/Vs) im Halbleitersubstrat 10 ist und q eine Elementarladung (1,60 × 10-19(C)) ist. Eine Diffusionslänge von Löchern Lp ist durch Ausdruck 4 gegeben: L p = ( D p T p ) 0,5
    Figure DE112023000171T5_0005
    wobei Dp ein Diffusionskoeffizient von Löchern (cm2/s) ist und τp eine Lebensdauer von Elektronen (s) ist. Der Diffusionskoeffizient Dp ist durch Ausdruck 5 gegeben: D p = ( k B T μ p ) / q
    Figure DE112023000171T5_0006
    wobei µn die Mobilität von Löchern (cm2/Vs) im Halbleitersubstrat 10 ist. Die bipolare Diffusionslänge ist durch Ausdruck 6 gegeben: L a = ( D a T HL ) 0,5
    Figure DE112023000171T5_0007
    wobei Da ein bipolarer Diffusionskoeffizient (cm2/s) ist und Da = 2DnDp/(Dn + Dp) hergestellt wird. τHL ist eine hohe Implantationsebenen-Lebensdauer (s) und τHL = τn + τp wird hergestellt. Wenn das Halbleitersubstrat 10 ein Siliziumsubstrat ist und wenn die Temperatur T -40 Grad C ist, kann τn 1 × 10-5 (s) sein, µn kann 2600 (cm2/Vs) sein, Dn kann 52,25 (cm2/s) sein und Ln kann 230 (µm) sein. Wenn das Halbleitersubstrat 10 ein Siliziumsubstrat ist und wenn die Temperatur T -40 Grad C ist, ist τp 1 × 10-5 (s), µp ist 860 (cm2/Vs), Dp ist 17,36 (cm2/s) und Lp ist 126 (µm). Wenn das Halbleitersubstrat 10 ein Siliziumsubstrat ist und wenn die Temperatur T -40 Grad C ist, kann τHL 2 × 10-5 (s) sein, Da kann 26,06 (cm2/s) sein und La kann 228,3 (µm) sein. Die Breite W1 und die Breite W2 des zweiten Lebensdauerbereichs 200 können größer als oder gleich 3% oder können größer als oder gleich 4% der Diffusionslänge von Ladungsträgern im Halbleitersubstrat 10 sein.
  • Während die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsformen beschrieben wurde, ist der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf den in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschriebenen Umfang beschränkt. Es ist für Fachleute offensichtlich, dass verschiedene Änderungen oder Verbesserungen an den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können. Es ist aus der Beschreibung der Ansprüche offensichtlich, dass Ausführungsformen, die mit solchen Änderungen oder Verbesserungen versehen sind, auch in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung aufgenommen werden können.
  • Es sollte beachtet werden, dass die Operationen, Prozeduren, Schritte, Stufen und dergleichen jedes Vorgangs, die durch eine Vorrichtung, ein System, ein Programm und ein Verfahren durchgeführt werden, die in den Ansprüchen, Ausführungsformen oder Diagrammen gezeigt sind, in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden können, solange die Reihenfolge nicht durch „vor“, „davor“ oder dergleichen angegeben ist und solange die Ausgabe von einem vorherigen Vorgang nicht in einem späteren Vorgang verwendet wird. Selbst wenn der Betriebsablauf der Einfachheit halber unter Verwendung von Ausdrücken wie „zuerst“ oder „als nächstes“ in den Ansprüchen, Ausführungsformen oder Diagrammen beschrieben wird, bedeutet dies nicht notwendigerweise, dass der Vorgang in dieser Reihenfolge durchgeführt werden muss.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
  • 10: Halbleitersubstrat; 11: Senkenbereich; 12: Emitterbereich; 14: Basisbereich; 15: Kontaktbereich; 16: Sammelbereich; 18: Driftbereich; 19: Lebensdauerbereich der unteren Oberflächenseite; 20: Pufferbereich; 21: obere Oberfläche; 22: Kollektorbereich; 23: untere Oberfläche; 24: Kollektorelektrode; 26: Hochkonzentrationsbereich; 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: Mesaabschnitt; 70: Transistorabschnitt; 80: Diodenabschnitt; 81: Erweiterungsbereich; 82: Kathodenbereich; 85: Gerade; 90: Randabschlussstrukturabschnitt; 100: Halbleitervorrichtung; 130: äußerer umlaufender Gatterläufer; 131: aktivseitiger Gatterläufer; 160: aktiver Abschnitt; 162: Endseite; 164: Gatterfeld; 200: zweiter Lebensdauerbereich; 202: Gitterdefekt; 204: erster Lebensdauerbereich; 220, 222, 224: Bereich; 230: Gerade; 240: Bereich; 250: Eigenschaft; und 251: Eigenschaft.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 202031155 [0002]
    • JP 2020120121 [0002]

Claims (21)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Halbleitersubstrat mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche, das einen Driftbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist; und einen Diodenabschnitt, der im Halbleitersubstrat angeordnet ist, wobei der Diodenabschnitt umfasst: einen Basisbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der zwischen dem Driftbereich und der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist; einen ersten Lebensdauerbereich, der im Driftbereich auf einer Seite der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats relativ zum Basisbereich angeordnet ist; und einen zweiten Lebensdauerbereich, der so angeordnet ist, dass er zwischen ersten Lebensdauerbereichen einschließlich des ersten Lebensdauerbereichs in einer ersten Richtung parallel zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, und in dem eine Ladungsträgerlebensdauer länger als im ersten Lebensdauerbereich ist, und eine Breite des zweiten Lebensdauerbereichs in der ersten Richtung größer als eine Breite W (µm) ist, die durch Ausdruck 1 angegeben wird: W = 0,21 × T1 + 3,3
    Figure DE112023000171T5_0008
     wobei T1 eine Dicke (µm) des ersten Lebensdauerbereichs in einer zweiten Richtung senkrecht zur oberen Oberfläche ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Breite des zweiten Lebensdauerbereichs in der ersten Richtung 7 µm oder größer ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Breite des zweiten Lebensdauerbereichs in der ersten Richtung 12 µm oder kleiner ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Diodenabschnitt einen oder mehrere zweite Lebensdauerbereiche einschließlich des zweiten Lebensdauerbereichs aufweist, eine Summe von Breiten des einen oder der mehreren zweiten Lebensdauerbereiche in der ersten Richtung das 0,1-fache oder weniger einer Breite des Diodenabschnitts in der ersten Richtung beträgt.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend einen Transistorabschnitt, der im Halbleitersubstrat angeordnet ist und nebeneinander mit einem Diodenabschnitt in der ersten Richtung angeordnet ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Diodenabschnitt und der Transistorabschnitt eine Vielzahl von Grabenabschnitten aufweisen, die in der ersten Richtung voneinander beabstandet sind.
  7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend einen Transistorabschnitt, der im Halbleitersubstrat angeordnet ist und nebeneinander mit dem Diodenabschnitt in einer dritten Richtung parallel zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats und senkrecht zur ersten Richtung angeordnet ist.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Diodenabschnitt und der Transistorabschnitt eine Vielzahl von Grabenabschnitten aufweisen, die in der dritten Richtung voneinander beabstandet sind.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei mindestens einige der Grabenabschnitte des Diodenabschnitts über dem ersten Lebensdauerbereich angeordnet sind, und ein Abstand zwischen dem zweiten Lebensdauerbereich und dem Transistorabschnitt in der ersten Richtung größer als oder gleich groß wie ein Abstand zwischen einem unteren Ende eines Grabenabschnitts der Grabenabschnitte und dem ersten Lebensdauerbereich in der zweiten Richtung ist.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Diodenabschnitt zwei oder mehr zweite Lebensdauerbereiche einschließlich des zweiten Lebensdauerbereichs aufweist, die in der ersten Richtung voneinander beabstandet sind.
  11. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zweite Lebensdauerbereich zwischen ersten Lebensdauerbereichen einschließlich des ersten Lebensdauerbereichs auch in einer dritten Richtung parallel zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats und senkrecht zur ersten Richtung eingefasst ist.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei eine Breite des zweiten Lebensdauerbereichs in der dritten Richtung das 0,2-fache oder mehr der Dicke des ersten Lebensdauerbereichs in der zweiten Richtung beträgt.
  13. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Breite des zweiten Lebensdauerbereichs in der ersten Richtung größer als oder gleich 3% einer Diffusionslänge von Ladungsträgern im Halbleitersubstrat ist.
  14. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dicke des ersten Lebensdauerbereichs in der zweiten Richtung kleiner als eine Dicke des Driftbereichs in der zweiten Richtung ist.
  15. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Breite des zweiten Lebensdauerbereichs in der ersten Richtung das 0,2-fache oder mehr der Dicke des ersten Lebensdauerbereichs in der zweiten Richtung senkrecht zur oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats beträgt.
  16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Breite des ersten Lebensdauerbereichs größer ist als eine Breite eines Mesaabschnitts, der zwischen den einander benachbarten Grabenabschnitten angeordnet ist.
  17. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Lebensdauerbereich Wasserstoff enthält.
  18. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Lebensdauerbereich Helium enthält.
  19. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der erste Lebensdauerbereich im Diodenabschnitt und im Transistorabschnitt angeordnet ist, ein Verhältnis einer Fläche des zweiten Lebensdauerbereichs, der vom ersten Lebensdauerbereich umschlossen ist, zu einer Fläche des ersten Lebensdauerbereichs im Transistorabschnitt kleiner ist als ein Verhältnis einer Fläche des zweiten Lebensdauerbereichs, der vom ersten Lebensdauerbereich umschlossen ist, zu einer Fläche des ersten Lebensdauerbereichs im Diodenabschnitt.
  20. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der zweite Lebensdauerbereich im ersten Lebensdauerbereich des Diodenabschnitts angeordnet ist, und der zweite Lebensdauerbereich nicht im ersten Lebensdauerbereich des Transistorabschnitts angeordnet ist.
  21. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich jeder der Vielzahl von Grabenabschnitten in einer Richtung in einem Winkel größer als 0 Grad und kleiner als 90 Grad in Bezug auf die erste Richtung an der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats erstreckt.
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