WO2023210727A1 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2023210727A1
WO2023210727A1 PCT/JP2023/016589 JP2023016589W WO2023210727A1 WO 2023210727 A1 WO2023210727 A1 WO 2023210727A1 JP 2023016589 W JP2023016589 W JP 2023016589W WO 2023210727 A1 WO2023210727 A1 WO 2023210727A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
peak
region
doping concentration
recombination center
semiconductor substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2023/016589
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
由晴 加藤
要 三塚
徹 白川
優喜 小田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to CN202380013797.6A priority Critical patent/CN118056280A/zh
Priority to JP2024518014A priority patent/JP7782686B2/ja
Publication of WO2023210727A1 publication Critical patent/WO2023210727A1/ja
Priority to US18/611,716 priority patent/US20240266389A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00—Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00—Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/411—Insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/441—Vertical IGBTs
    • H10D12/461—Vertical IGBTs having non-planar surfaces, e.g. having trenches, recesses or pillars in the surfaces of the emitter, base or collector regions
    • H10D12/481—Vertical IGBTs having non-planar surfaces, e.g. having trenches, recesses or pillars in the surfaces of the emitter, base or collector regions having gate structures on slanted surfaces, on vertical surfaces, or in grooves, e.g. trench gate IGBTs
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01—Manufacture or treatment
    • H10D30/021—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/102—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H10D62/103—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices
    • H10D62/105—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices by having particular doping profiles, shapes or arrangements of PN junctions; by having supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] 
    • H10D62/106—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices by having particular doping profiles, shapes or arrangements of PN junctions; by having supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]  having supplementary regions doped oppositely to or in rectifying contact with regions of the semiconductor bodies, e.g. guard rings with PN or Schottky junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/102—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H10D62/103—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices
    • H10D62/105—Constructional design considerations for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse-biased devices by having particular doping profiles, shapes or arrangements of PN junctions; by having supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] 
    • H10D62/109—Reduced surface field [RESURF] PN junction structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/124—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of semiconductor bodies or of junctions between the regions
    • H10D62/126—Top-view geometrical layouts of the regions or the junctions
    • H10D62/127—Top-view geometrical layouts of the regions or the junctions of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/13—Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
    • H10D62/141—Anode or cathode regions of thyristors; Collector or emitter regions of gated bipolar-mode devices, e.g. of IGBTs
    • H10D62/142—Anode regions of thyristors or collector regions of gated bipolar-mode devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/17—Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
    • H10D62/393—Body regions of DMOS transistors or IGBTs 
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/50—Physical imperfections
    • H10D62/53—Physical imperfections the imperfections being within the semiconductor body 
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/60—Impurity distributions or concentrations
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/111—Field plates
    • H10D64/117—Recessed field plates, e.g. trench field plates or buried field plates
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/20—Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions 
    • H10D64/27—Electrodes not carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. gates
    • H10D64/311—Gate electrodes for field-effect devices
    • H10D64/411—Gate electrodes for field-effect devices for FETs
    • H10D64/511—Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs
    • H10D64/517—Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs characterised by the conducting layers
    • H10D64/519—Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs characterised by the conducting layers characterised by their top-view geometrical layouts
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D8/00—Diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D8/00—Diodes
    • H10D8/50—PIN diodes 
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/01—Manufacture or treatment
    • H10D84/0123—Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs
    • H10D84/0126—Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs the components including insulated gates, e.g. IGFETs
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/01—Manufacture or treatment
    • H10D84/02—Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies
    • H10D84/03—Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies using Group IV technology, e.g. silicon technology or silicon-carbide [SiC] technology
    • H10D84/038—Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies using Group IV technology, e.g. silicon technology or silicon-carbide [SiC] technology using silicon technology, e.g. SiGe
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/101—Integrated devices comprising main components and built-in components, e.g. IGBT having built-in freewheel diode
    • H10D84/141—VDMOS having built-in components
    • H10D84/143—VDMOS having built-in components the built-in components being PN junction diodes
    • H10D84/144—VDMOS having built-in components the built-in components being PN junction diodes in antiparallel diode configurations
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/80—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs
    • H10D84/82—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components
    • H10D84/83—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components of only insulated-gate FETs [IGFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P36/00—Gettering within semiconductor bodies

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device.
  • Patent Documents 1 and 2 Conventionally, a technique is known in which lattice defects are formed by injecting particles such as helium into a semiconductor device (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • Patent Document 1 Patent Document 1
  • Patent Document 2 Patent Document 2
  • a first aspect of the present invention provides a semiconductor device.
  • the semiconductor device may include a semiconductor substrate having an upper surface and a lower surface and having a first conductivity type drift region.
  • the semiconductor device may include a buffer region of a first conductivity type that is provided between the drift region and the lower surface of the semiconductor substrate and has a higher doping concentration than the drift region.
  • the buffer region may have a first recombination center density peak.
  • the buffer region may have a second recombination center density peak located closer to the upper surface of the semiconductor substrate than the first recombination center density peak.
  • an integral value of the second recombination center density peak in the depth direction may be larger than an integral value of the first recombination center density peak in the depth direction.
  • the buffer region may have a third recombination center density peak located further away from the lower surface of the semiconductor substrate than the second recombination center density peak.
  • an integral value of the second recombination center density peak in the depth direction may be larger than an integral value of the third recombination center density peak in the depth direction.
  • the peak value of the second recombination center density peak is greater than either the peak value of the first recombination center density peak or the peak value of the third recombination center density peak. It's good that it's big too.
  • the buffer region may have one or more doping concentration peaks in the depth direction of the semiconductor substrate.
  • the first recombination center density peak may be located between any of the doping concentration peaks and the lower surface of the semiconductor substrate.
  • the second recombination center density peak may be located between any of the doping concentration peaks and the upper surface of the semiconductor substrate.
  • the one or more doping concentration peaks may include a shallowest doping concentration peak closest to the lower surface of the semiconductor substrate.
  • the first recombination center density peak may be located between the shallowest doping concentration peak and the lower surface of the semiconductor substrate.
  • the second recombination center density peak may be located between the shallowest doping concentration peak and the upper surface of the semiconductor substrate.
  • the buffer region may have three or more of the doping concentration peaks.
  • the second recombination center density peak may be located between any two of the doping concentration peaks.
  • the third recombination center density peak may be located between any two doping concentration peaks different from the second recombination center density peak.
  • the three or more doping concentration peaks may include a first upper surface side doping concentration peak located farthest from the lower surface of the semiconductor substrate. In any of the above semiconductor devices, the three or more doping concentration peaks may include a second upper surface doping concentration peak adjacent to the first upper surface doping concentration peak in the depth direction. In any of the above semiconductor devices, the third recombination center density peak may be located closer to the lower surface of the semiconductor substrate than the second upper surface side doping concentration peak.
  • any of the above semiconductor devices there may be no recombination center density peak located between the first upper surface side doping concentration peak and the second upper surface side doping concentration peak.
  • the doping concentration peak may be a hydrogen donor concentration peak.
  • the doping concentration peak closest to the bottom surface may be a phosphorus concentration peak.
  • the doping concentration peak other than the doping concentration peak closest to the lower surface may be a hydrogen donor concentration peak.
  • a transistor portion and a diode portion may be arranged in the arrangement direction on the semiconductor substrate.
  • the diode section may include the buffer region.
  • the transistor section may include the buffer region.
  • the integral value of the first recombination center density peak may be the same in the diode section and the transistor section.
  • the first recombination center density peak may be a first helium chemical concentration peak.
  • the second recombination center density peak may be a second helium chemical concentration peak.
  • the third recombination center density peak may be a third helium chemical concentration peak.
  • an integral value of the second helium chemical concentration peak in the depth direction may be 1 ⁇ 10 11 (/cm 2 ) or more and 1 ⁇ 10 12 (/cm 2 ) or less.
  • an integral value of the first helium chemical concentration peak in the depth direction may be 1 ⁇ 10 11 (/cm 2 ) or more and 1 ⁇ 10 12 (/cm 2 ) or less.
  • an integral value of the third helium chemical concentration peak in the depth direction may be 1 ⁇ 10 10 (/cm 2 ) or more and 1 ⁇ 10 11 (/cm 2 ) or less.
  • a second aspect of the present invention provides a semiconductor device.
  • the semiconductor device may include a semiconductor substrate having an upper surface and a lower surface and having a first conductivity type drift region.
  • the semiconductor device may include a buffer region of a first conductivity type that is provided between the drift region and the lower surface of the semiconductor substrate and has a higher doping concentration than the drift region.
  • the buffer region has two or more doping concentrations provided at different positions in the depth direction, including the shallowest doping concentration peak located closest to the lower surface of the semiconductor substrate. It may have a peak.
  • the buffer region is provided between the lower surface of the semiconductor substrate and the shallowest doping concentration peak and between two doping concentration peaks adjacent in the depth direction.
  • the plurality of inter-peak regions may include a first inter-peak region in which one or more first recombination center density peaks are provided. In any of the above semiconductor devices, the plurality of inter-peak regions are arranged farther from the lower surface of the semiconductor substrate than the first inter-peak regions, and one or more second recombination center density peaks are arranged further away from the lower surface of the semiconductor substrate. A second peak-to-peak region may be provided. In any of the above semiconductor devices, the integral value of the recombination center density in the second inter-peak region in the depth direction is greater than the integral value of the recombination center density in the first inter-peak region in the depth direction. It's big and good.
  • the integral value of the second helium chemical concentration peak may be greater than or equal to 1 ⁇ 10 11 (/cm 2 ) and less than or equal to 1 ⁇ 10 12 (/cm 2 ).
  • the integral value of the first helium chemical concentration peak may be 0.9 ⁇ 10 11 (/cm 2 ) or more and 0.9 ⁇ 10 12 (/cm 2 ) or less.
  • FIG. 1 is a top view showing an example of a semiconductor device 100.
  • FIG. 2 is an enlarged view of region D in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a cross section taken along line ee in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a doping concentration distribution, a hydrogen chemical concentration distribution, and a helium chemical concentration distribution along the line FF in FIG. 3.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the ion implantation depth (Rp) and the acceleration energy required for implantation.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the ion implantation depth (Rp) and the straggling ( ⁇ Rp, standard deviation) in the implantation direction.
  • FIG. 3 is a diagram showing a first recombination central density peak 220-1 and a second recombination central density peak 220-2.
  • 3 is a diagram showing an example of a doping concentration distribution, a hydrogen chemical concentration distribution, a helium chemical concentration distribution, a recombination center density distribution, and an integral concentration distribution of doping concentration in the buffer region 20.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the helium dose amount at the first recombination central density peak 220-1 and the second recombination central density peak 220-2 and the reverse recovery loss Err.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the helium dose amount and leakage current Ices at a first recombination center density peak 220-1 and a second recombination center density peak 220-2.
  • FIG. An example of a carrier concentration distribution and a helium chemical concentration distribution in a buffer region 20 of a comparative example is shown.
  • 7 is a diagram showing other examples of doping concentration distribution, hydrogen chemical concentration distribution, helium chemical concentration distribution, recombination center density distribution, and integral concentration distribution of doping concentration in the buffer region 20.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating an inter-peak region in a buffer region 20.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram showing some steps in the method for manufacturing the semiconductor device 100.
  • one side in the direction parallel to the depth direction of the semiconductor substrate is referred to as "upper”, and the other side is referred to as “lower”.
  • one surface is referred to as the upper surface and the other surface is referred to as the lower surface.
  • the “up” and “down” directions are not limited to the gravitational direction or the direction in which the semiconductor device is mounted.
  • orthogonal coordinate axes of the X-axis, Y-axis, and Z-axis only specify the relative positions of the components and do not limit specific directions.
  • the Z axis does not limit the height direction relative to the ground.
  • the +Z-axis direction and the -Z-axis direction are directions opposite to each other.
  • the Z-axis direction is described without indicating positive or negative, it means a direction parallel to the +Z-axis and the -Z-axis.
  • orthogonal axes parallel to the top and bottom surfaces of the semiconductor substrate are referred to as the X axis and the Y axis. Further, the axis perpendicular to the upper and lower surfaces of the semiconductor substrate is defined as the Z axis.
  • the direction of the Z-axis may be referred to as the depth direction.
  • a direction parallel to the top and bottom surfaces of the semiconductor substrate, including the X-axis and Y-axis may be referred to as a horizontal direction.
  • the region from the center of the semiconductor substrate in the depth direction to the upper surface of the semiconductor substrate may be referred to as the upper surface side.
  • the region from the center of the semiconductor substrate in the depth direction to the lower surface of the semiconductor substrate may be referred to as the lower surface side.
  • the conductivity type of the doped region doped with impurities is described as P type or N type.
  • an impurity may particularly mean either an N-type donor or a P-type acceptor, and may be referred to as a dopant.
  • doping means introducing a donor or an acceptor into a semiconductor substrate to make it a semiconductor exhibiting an N-type conductivity type or a semiconductor exhibiting a P-type conductivity type.
  • doping concentration refers to the donor concentration or acceptor concentration at thermal equilibrium.
  • the net doping concentration means the net concentration obtained by adding together the donor concentration, which is the positive ion concentration, and the acceptor concentration, which is the negative ion concentration, including charge polarity.
  • the donor concentration is N D and the acceptor concentration is N A
  • the net net doping concentration at any location is N D ⁇ NA .
  • the net doping concentration may be simply referred to as doping concentration.
  • the donor has the function of supplying electrons to the semiconductor.
  • the acceptor has the function of receiving electrons from the semiconductor.
  • Donors and acceptors are not limited to impurities themselves.
  • a VOH defect in which vacancies (V), oxygen (O), and hydrogen (H) are bonded together in a semiconductor functions as a donor that supplies electrons.
  • Sii-H defects caused by interstitial silicon and hydrogen, and CiOi-H defects caused by interstitial carbon, interstitial oxygen, and hydrogen may also function as donors that supply electrons.
  • a VOH defect, a Sii-H defect, or a CiOi-H defect may be referred to as a hydrogen donor.
  • the semiconductor substrate herein has N-type bulk donors distributed throughout.
  • the bulk donor is a donor made from a dopant that is substantially uniformly contained in the ingot during manufacture of the ingot that is the source of the semiconductor substrate.
  • the bulk donor in this example is an element other than hydrogen.
  • Bulk donor dopants include, but are not limited to, phosphorus, antimony, arsenic, selenium or sulfur.
  • the bulk donor in this example is phosphorus.
  • Bulk donors are also included in the P-type region.
  • the semiconductor substrate may be a wafer cut from a semiconductor ingot, or may be a chip obtained by cutting the wafer into pieces.
  • the semiconductor ingot may be manufactured by any one of the Czochralski method (CZ method), the magnetic field Czochralski method (MCZ method), and the float zone method (FZ method).
  • the ingot in this example is manufactured by the MCZ method.
  • the oxygen concentration contained in the substrate manufactured by the MCZ method is 1 ⁇ 10 17 to 7 ⁇ 10 17 /cm 3 .
  • the oxygen concentration contained in the substrate manufactured by the FZ method is 1 ⁇ 10 15 to 5 ⁇ 10 16 /cm 3 .
  • Hydrogen donors tend to be generated more easily when the oxygen concentration is high.
  • the bulk donor concentration may be a chemical concentration of bulk donors distributed throughout the semiconductor substrate, and may be between 90% and 100% of the chemical concentration.
  • the semiconductor substrate may be a non-doped substrate that does not contain a dopant such as phosphorus.
  • the bulk donor concentration (D0) of the non-doped substrate is, for example, 1 ⁇ 10 10 /cm 3 or more and 5 ⁇ 10 12 /cm 3 or less.
  • the bulk donor concentration (D0) of the non-doped substrate is preferably 1 ⁇ 10 11 /cm 3 or more.
  • the bulk donor concentration (D0) of the non-doped substrate is preferably 5 ⁇ 10 12 /cm 3 or less.
  • each concentration in the present invention may be a value at room temperature. As an example of the value at room temperature, the value at 300K (Kelvin) (about 26.9°C) may be used.
  • the doping concentration when described as P+ type or N+ type, it means that the doping concentration is higher than P type or N type, and when described as P ⁇ type or N ⁇ type, it means that the doping concentration is higher than P type or N type. It means that the concentration is low. Further, in this specification, when it is described as P++ type or N++ type, it means that the doping concentration is higher than that of P+ type or N+ type.
  • the unit system in this specification is the SI unit system unless otherwise specified. Although the unit of length is sometimes expressed in cm, various calculations may be performed after converting to meters (m).
  • chemical concentration refers to the atomic density of impurities measured regardless of the state of electrical activation.
  • the chemical concentration can be measured, for example, by secondary ion mass spectrometry (SIMS).
  • the above-mentioned net doping concentration can be measured by voltage-capacitance measurement (CV method).
  • the carrier concentration measured by the spreading resistance measurement method (SR method) may be taken as the net doping concentration.
  • Carrier means an electron or hole charge carrier.
  • the carrier concentration measured by the CV method or the SR method may be a value in a thermal equilibrium state.
  • the donor concentration is sufficiently higher than the acceptor concentration, so the carrier concentration in this region may be taken as the donor concentration.
  • the carrier concentration in the region may be set as the acceptor concentration.
  • the doping concentration of the N-type region may be referred to as a donor concentration
  • the doping concentration of the P-type region may be referred to as an acceptor concentration.
  • the peak value may be taken as the concentration of donor, acceptor, or net doping in the region.
  • the average value of the donor, acceptor, or net doping concentration in the region may be taken as the donor, acceptor, or net doping concentration.
  • atoms/cm 3 or /cm 3 is used to express the concentration per unit volume. This unit is used for donor or acceptor concentration or chemical concentration within a semiconductor substrate. The atoms notation may be omitted.
  • the carrier concentration measured by the SR method may be lower than the donor or acceptor concentration.
  • the carrier mobility of the semiconductor substrate may be lower than the value in the crystalline state.
  • the decrease in carrier mobility occurs when carriers are scattered due to disorder of the crystal structure due to lattice defects or the like.
  • the reason why the carrier concentration decreases is as follows.
  • the SR method the spreading resistance is measured and the carrier concentration is converted from the measured value of the spreading resistance. At this time, the mobility in the crystal state is used as the carrier mobility.
  • the carrier concentration is calculated based on the carrier mobility in the crystalline state, although the carrier mobility is reduced. Therefore, the value is lower than the actual carrier concentration, that is, the donor or acceptor concentration.
  • the concentration of the donor or acceptor calculated from the carrier concentration measured by the CV method or the SR method may be lower than the chemical concentration of the element representing the donor or acceptor.
  • the donor concentration of phosphorus or arsenic as a donor, or the acceptor concentration of boron (boron) as an acceptor is about 99% of these chemical concentrations.
  • the donor concentration of hydrogen, which serves as a donor in a silicon semiconductor is about 0.1% to 10% of the chemical concentration of hydrogen.
  • FIG. 1 is a top view showing an example of a semiconductor device 100.
  • the positions of each member projected onto the upper surface of the semiconductor substrate 10 are shown.
  • FIG. 1 only some members of the semiconductor device 100 are shown, and some members are omitted.
  • the semiconductor device 100 includes a semiconductor substrate 10.
  • the semiconductor substrate 10 is a substrate made of a semiconductor material.
  • the semiconductor substrate 10 is a silicon substrate.
  • the semiconductor substrate 10 has an edge 162 when viewed from above. In this specification, when simply referred to as a top view, it means viewed from the top surface side of the semiconductor substrate 10.
  • the semiconductor substrate 10 of this example has two sets of end sides 162 that face each other when viewed from above. In FIG. 1, the X and Y axes are parallel to either edge 162. Further, the Z axis is perpendicular to the top surface of the semiconductor substrate 10.
  • An active part 160 is provided on the semiconductor substrate 10.
  • the active portion 160 is a region where a main current flows in the depth direction between the upper surface and the lower surface of the semiconductor substrate 10 when the semiconductor device 100 operates.
  • An emitter electrode is provided above the active region 160, but is omitted in FIG.
  • the active part 160 is provided with at least one of a transistor part 70 including a transistor element such as an IGBT, and a diode part 80 including a diode element such as a free-wheeling diode (FWD).
  • a transistor part 70 including a transistor element such as an IGBT and a diode part 80 including a diode element such as a free-wheeling diode (FWD).
  • the transistor sections 70 and the diode sections 80 are alternately arranged along a predetermined arrangement direction (in this example, the X-axis direction) on the upper surface of the semiconductor substrate 10. In other examples, only one of the transistor section 70 and the diode section 80 may be provided in the active section 160.
  • the region where the transistor section 70 is arranged is marked with the symbol "I"
  • the region where the diode section 80 is arranged is marked with the symbol "F”.
  • a direction perpendicular to the arrangement direction in a top view may be referred to as a stretching direction (Y-axis direction in FIG. 1).
  • the transistor section 70 and the diode section 80 may each have a length in the extending direction. In other words, the length of the transistor section 70 in the Y-axis direction is greater than the width in the X-axis direction. Similarly, the length of the diode section 80 in the Y-axis direction is greater than the width in the X-axis direction.
  • the extending direction of the transistor section 70 and the diode section 80 may be the same as the longitudinal direction of each trench section, which will be described later.
  • the diode section 80 has an N+ type cathode region in a region in contact with the lower surface of the semiconductor substrate 10.
  • the region provided with the cathode region is referred to as a diode section 80.
  • the diode section 80 is a region that overlaps with the cathode region when viewed from above.
  • a P+ type collector region may be provided on the lower surface of the semiconductor substrate 10 in a region other than the cathode region.
  • the diode section 80 may also include an extension region 81 in which the diode section 80 is extended in the Y-axis direction to a gate wiring to be described later.
  • a collector region is provided on the lower surface of the extension region 81.
  • the transistor section 70 has a P+ type collector region in a region in contact with the lower surface of the semiconductor substrate 10. Further, in the transistor section 70, a gate structure including an N-type emitter region, a P-type base region, a gate conductive portion, and a gate insulating film is periodically arranged on the upper surface side of the semiconductor substrate 10.
  • the semiconductor device 100 may have one or more pads above the semiconductor substrate 10.
  • the semiconductor device 100 of this example has a gate pad 164.
  • the semiconductor device 100 may have pads such as an anode pad, a cathode pad, and a current detection pad. Each pad is located near the edge 162.
  • the vicinity of the edge 162 refers to the area between the edge 162 and the emitter electrode in a top view.
  • each pad may be connected to an external circuit via wiring such as a wire.
  • a gate potential is applied to the gate pad 164.
  • the gate pad 164 is electrically connected to a conductive portion of the gate trench portion of the active portion 160 .
  • the semiconductor device 100 includes a gate wiring that connects the gate pad 164 and the gate trench portion. In FIG. 1, the gate wiring is hatched.
  • the gate wiring in this example includes an outer gate wiring 130 and an active side gate wiring 131.
  • the outer gate wiring 130 is arranged between the active region 160 and the edge 162 of the semiconductor substrate 10 when viewed from above.
  • the outer gate wiring 130 of this example surrounds the active region 160 when viewed from above.
  • the active portion 160 may be a region surrounded by the outer gate wiring 130 when viewed from above.
  • the outer gate wiring 130 is connected to a gate pad 164.
  • the outer gate wiring 130 is arranged above the semiconductor substrate 10.
  • the outer gate wiring 130 may be a metal wiring containing aluminum or the like.
  • the active side gate wiring 131 is provided in the active part 160. By providing the active side gate wiring 131 in the active portion 160, variations in wiring length from the gate pad 164 can be reduced in each region of the semiconductor substrate 10.
  • the active side gate wiring 131 is connected to the gate trench part of the active part 160.
  • the active side gate wiring 131 is arranged above the semiconductor substrate 10.
  • the active side gate wiring 131 may be a wiring formed of a semiconductor such as polysilicon doped with impurities.
  • the active side gate wiring 131 may be connected to the outer peripheral gate wiring 130.
  • the active side gate wiring 131 in this example extends in the X-axis direction from one outer peripheral gate wiring 130 to the other outer peripheral gate wiring 130 sandwiching the active region 160 so as to cross the active region 160 at approximately the center in the Y-axis direction. It is provided.
  • the transistor sections 70 and the diode sections 80 may be arranged alternately in the X-axis direction in each divided region.
  • the semiconductor device 100 also includes a temperature sensing section (not shown), which is a PN junction diode made of polysilicon, etc., and a current detection section (not shown), which simulates the operation of a transistor section provided in the active section 160. Good too.
  • the semiconductor device 100 of this example includes an edge termination structure portion 90 between the active portion 160 and the end side 162 when viewed from above.
  • the edge termination structure section 90 of this example is arranged between the outer peripheral gate wiring 130 and the end side 162.
  • the edge termination structure 90 alleviates electric field concentration on the upper surface side of the semiconductor substrate 10.
  • the edge termination structure 90 may include at least one of a guard ring, a field plate, and a resurf provided in an annular manner surrounding the active portion 160.
  • FIG. 2 is an enlarged view of region D in FIG. 1.
  • Region D is a region including the transistor section 70, the diode section 80, and the active side gate wiring 131.
  • the semiconductor device 100 of this example includes a gate trench section 40, a dummy trench section 30, a well region 11, an emitter region 12, a base region 14, and a contact region 15 provided inside the upper surface side of a semiconductor substrate 10.
  • Each of the gate trench section 40 and the dummy trench section 30 is an example of a trench section.
  • the semiconductor device 100 of this example includes an emitter electrode 52 and an active side gate wiring 131 provided above the upper surface of the semiconductor substrate 10. Emitter electrode 52 and active side gate wiring 131 are provided separately from each other.
  • An interlayer insulating film is provided between the emitter electrode 52 and the active side gate wiring 131 and the upper surface of the semiconductor substrate 10, but is omitted in FIG. 2.
  • a contact hole 54 is provided in the interlayer insulating film of this example, penetrating the interlayer insulating film. In FIG. 2, each contact hole 54 is indicated by diagonal hatching.
  • the emitter electrode 52 is provided above the gate trench section 40, dummy trench section 30, well region 11, emitter region 12, base region 14, and contact region 15. Emitter electrode 52 contacts emitter region 12, contact region 15, and base region 14 on the upper surface of semiconductor substrate 10 through contact hole 54. Further, the emitter electrode 52 is connected to a dummy conductive portion within the dummy trench portion 30 through a contact hole provided in the interlayer insulating film. The emitter electrode 52 may be connected to the dummy conductive part of the dummy trench part 30 at the tip of the dummy trench part 30 in the Y-axis direction.
  • the active side gate wiring 131 is connected to the gate trench portion 40 through a contact hole provided in the interlayer insulating film.
  • the active side gate wiring 131 may be connected to the gate conductive portion of the gate trench portion 40 at the tip portion 41 of the gate trench portion 40 in the Y-axis direction.
  • the active side gate wiring 131 is not connected to the dummy conductive part in the dummy trench part 30.
  • the emitter electrode 52 is formed of a material containing metal.
  • FIG. 2 shows a range where the emitter electrode 52 is provided.
  • the emitter electrode 52 is formed of aluminum or an aluminum-silicon alloy, such as a metal alloy such as AlSi or AlSiCu.
  • the emitter electrode 52 may include a barrier metal made of titanium, a titanium compound, or the like below a region made of aluminum or the like.
  • a plug may be formed by burying tungsten or the like in contact with the barrier metal and aluminum in the contact hole.
  • the well region 11 is provided to overlap the active side gate wiring 131.
  • the well region 11 is provided extending with a predetermined width even in a range that does not overlap with the active side gate wiring 131.
  • the well region 11 in this example is provided away from the end of the contact hole 54 in the Y-axis direction toward the active side gate wiring 131 side.
  • the well region 11 is a second conductivity type region having a higher doping concentration than the base region 14 .
  • the base region 14 in this example is of P- type, and the well region 11 is of P+ type.
  • Each of the transistor section 70 and the diode section 80 has a plurality of trench sections arranged in the arrangement direction.
  • the transistor section 70 of this example one or more gate trench sections 40 and one or more dummy trench sections 30 are alternately provided along the arrangement direction.
  • the diode section 80 of this example a plurality of dummy trench sections 30 are provided along the arrangement direction.
  • the gate trench section 40 is not provided in the diode section 80 of this example.
  • the gate trench portion 40 of this example connects two straight portions 39 that extend along the stretching direction perpendicular to the arrangement direction (a portion of the trench that is straight along the stretching direction). It may have a tip 41.
  • the stretching direction in FIG. 2 is the Y-axis direction.
  • At least a portion of the tip portion 41 be provided in a curved shape when viewed from above.
  • the dummy trench section 30 is provided between each straight portion 39 of the gate trench section 40.
  • One dummy trench section 30 may be provided between each straight portion 39, or a plurality of dummy trench sections 30 may be provided.
  • the dummy trench portion 30 may have a linear shape extending in the extending direction, and may have a linear portion 29 and a tip portion 31 similarly to the gate trench portion 40.
  • the semiconductor device 100 shown in FIG. 2 includes both a linear dummy trench section 30 that does not have a tip 31 and a dummy trench section 30 that has a tip 31.
  • the diffusion depth of the well region 11 may be deeper than the depths of the gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30. Ends of the gate trench section 40 and the dummy trench section 30 in the Y-axis direction are provided in the well region 11 when viewed from above. That is, at the end of each trench portion in the Y-axis direction, the bottom portion of each trench portion in the depth direction is covered with the well region 11 . Thereby, electric field concentration at the bottom of each trench portion can be alleviated.
  • a mesa portion is provided between each trench portion in the arrangement direction.
  • the mesa portion refers to a region sandwiched between trench portions inside the semiconductor substrate 10.
  • the upper end of the mesa portion is the upper surface of the semiconductor substrate 10.
  • the depth position of the lower end of the mesa portion is the same as the depth position of the lower end of the trench portion.
  • the mesa portion of this example is provided on the upper surface of the semiconductor substrate 10 so as to extend in the extending direction (Y-axis direction) along the trench.
  • the transistor section 70 is provided with a mesa section 60
  • the diode section 80 is provided with a mesa section 61.
  • the mesa portion when the mesa portion is simply referred to, it refers to the mesa portion 60 and the mesa portion 61, respectively.
  • a base region 14 is provided in each mesa portion. Among the base regions 14 exposed on the upper surface of the semiconductor substrate 10 in the mesa portion, a region disposed closest to the active side gate wiring 131 is defined as a base region 14-e. In FIG. 2, the base region 14-e is shown arranged at one end of each mesa in the extending direction, but the base region 14-e is also arranged at the other end of each mesa. has been done.
  • at least one of the emitter region 12 of the first conductivity type and the contact region 15 of the second conductivity type may be provided in a region sandwiched between the base regions 14-e when viewed from above.
  • Emitter region 12 in this example is of N+ type
  • contact region 15 is of P+ type.
  • Emitter region 12 and contact region 15 may be provided between base region 14 and the upper surface of semiconductor substrate 10 in the depth direction.
  • the mesa portion 60 of the transistor portion 70 has an emitter region 12 exposed on the upper surface of the semiconductor substrate 10. Emitter region 12 is provided in contact with gate trench portion 40 . A contact region 15 exposed on the upper surface of the semiconductor substrate 10 may be provided in the mesa portion 60 in contact with the gate trench portion 40 .
  • Each of the contact region 15 and emitter region 12 in the mesa portion 60 is provided from one trench portion to the other trench portion in the X-axis direction.
  • the contact regions 15 and emitter regions 12 of the mesa section 60 are arranged alternately along the extending direction (Y-axis direction) of the trench section.
  • the contact region 15 and emitter region 12 of the mesa portion 60 may be provided in a stripe shape along the extending direction (Y-axis direction) of the trench portion.
  • an emitter region 12 is provided in a region in contact with the trench portion, and a contact region 15 is provided in a region sandwiched between the emitter regions 12.
  • the mesa portion 61 of the diode portion 80 is not provided with the emitter region 12.
  • the base region 14 and the contact region 15 may be provided on the upper surface of the mesa portion 61 .
  • a contact region 15 may be provided in a region between the base regions 14-e on the upper surface of the mesa portion 61 in contact with each base region 14-e.
  • the base region 14 may be provided in a region sandwiched between the contact regions 15 on the upper surface of the mesa portion 61 .
  • the base region 14 may be arranged in the entire region sandwiched between the contact regions 15.
  • a contact hole 54 is provided above each mesa portion. Contact hole 54 is arranged in a region sandwiched between base regions 14-e. Contact hole 54 in this example is provided above each of contact region 15, base region 14, and emitter region 12. Contact hole 54 is not provided in a region corresponding to base region 14-e and well region 11.
  • the contact hole 54 may be arranged at the center of the mesa portion 60 in the arrangement direction (X-axis direction).
  • an N+ type cathode region 82 is provided in a region adjacent to the lower surface of the semiconductor substrate 10.
  • a P+ type collector region 22 may be provided in a region where the cathode region 82 is not provided.
  • Cathode region 82 and collector region 22 are provided between lower surface 23 of semiconductor substrate 10 and buffer region 20. In FIG. 2, the boundary between the cathode region 82 and the collector region 22 is shown by a dotted line.
  • the cathode region 82 is arranged apart from the well region 11 in the Y-axis direction. Thereby, the distance between the P-type region (well region 11), which has a relatively high doping concentration and is formed to a deep position, and the cathode region 82 can be secured, and the breakdown voltage can be improved.
  • the end of the cathode region 82 in the Y-axis direction is located farther from the well region 11 than the end of the contact hole 54 in the Y-axis direction.
  • the end of the cathode region 82 in the Y-axis direction may be arranged between the well region 11 and the contact hole 54.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the ee cross section in FIG. 2.
  • the ee cross section is an XZ plane passing through the emitter region 12 and the cathode region 82.
  • the semiconductor device 100 of this example includes a semiconductor substrate 10, an interlayer insulating film 38, an emitter electrode 52, and a collector electrode 24 in the cross section.
  • the interlayer insulating film 38 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate 10.
  • the interlayer insulating film 38 is a film including at least one layer of an insulating film such as silicate glass doped with impurities such as boron or phosphorus, a thermal oxide film, and other insulating films.
  • the contact hole 54 described in FIG. 2 is provided in the interlayer insulating film 38.
  • the emitter electrode 52 is provided above the interlayer insulating film 38. Emitter electrode 52 is in contact with upper surface 21 of semiconductor substrate 10 through contact hole 54 of interlayer insulating film 38 .
  • Collector electrode 24 is provided on lower surface 23 of semiconductor substrate 10 .
  • the emitter electrode 52 and the collector electrode 24 are made of a metal material such as aluminum.
  • the direction (Z-axis direction) connecting the emitter electrode 52 and the collector electrode 24 is referred to as the depth direction.
  • the semiconductor substrate 10 has an N-type or N-type drift region 18. Drift region 18 is provided in each of transistor section 70 and diode section 80.
  • an N+ type emitter region 12 and a P ⁇ type base region 14 are provided in order from the upper surface 21 side of the semiconductor substrate 10.
  • a drift region 18 is provided below the base region 14 .
  • the mesa portion 60 may be provided with an N+ type storage region 16.
  • Accumulation region 16 is located between base region 14 and drift region 18 .
  • the emitter region 12 is exposed on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 and is provided in contact with the gate trench portion 40.
  • the emitter region 12 may be in contact with the trench portions on both sides of the mesa portion 60.
  • Emitter region 12 has a higher doping concentration than drift region 18 .
  • the base region 14 is provided below the emitter region 12.
  • the base region 14 in this example is provided in contact with the emitter region 12.
  • the base region 14 may be in contact with the trench portions on both sides of the mesa portion 60.
  • the storage region 16 is provided below the base region 14.
  • the accumulation region 16 is an N+ type region having a higher doping concentration than the drift region 18. That is, the accumulation region 16 has a higher donor concentration than the drift region 18.
  • the carrier injection promotion effect IE effect
  • the storage region 16 may be provided so as to cover the entire lower surface of the base region 14 in each mesa portion 60.
  • a P ⁇ type base region 14 is provided in the mesa portion 61 of the diode portion 80 in contact with the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10.
  • a drift region 18 is provided below the base region 14 .
  • the storage region 16 may be provided below the base region 14.
  • an N+ type buffer region 20 may be provided under the drift region 18.
  • the doping concentration of buffer region 20 is higher than the doping concentration of drift region 18 .
  • Buffer region 20 may have a concentration peak with a higher doping concentration than drift region 18 .
  • the doping concentration at the concentration peak refers to the doping concentration at the apex of the concentration peak.
  • the average value of the doping concentration in a region where the doping concentration distribution is substantially flat may be used as the doping concentration of the drift region 18.
  • the buffer region 20 may have two or more concentration peaks in the depth direction (Z-axis direction) of the semiconductor substrate 10.
  • the concentration peak of the buffer region 20 may be provided at the same depth position as the chemical concentration peak of hydrogen (protons) or phosphorus, for example.
  • Buffer region 20 may function as a field stop layer that prevents a depletion layer spreading from the lower end of base region 14 from reaching P+ type collector region 22 and N+ type cathode region 82.
  • the depth position of the upper end of the buffer region 20 is defined as Zf.
  • the depth position Zf may be a position where the doping concentration is higher than the doping concentration of the drift region 18.
  • a P+ type collector region 22 is provided below the buffer region 20.
  • the acceptor concentration in collector region 22 is higher than the acceptor concentration in base region 14 .
  • Collector region 22 may contain the same acceptors as base region 14 or may contain different acceptors.
  • the acceptor in the collector region 22 is, for example, boron.
  • an N+ type cathode region 82 is provided below the buffer region 20.
  • the donor concentration in cathode region 82 is higher than the donor concentration in drift region 18 .
  • the donor of cathode region 82 is, for example, hydrogen or phosphorus. Note that the elements serving as donors and acceptors in each region are not limited to the above-mentioned examples.
  • Collector region 22 and cathode region 82 are exposed on lower surface 23 of semiconductor substrate 10 and connected to collector electrode 24 .
  • Collector electrode 24 may be in contact with the entire lower surface 23 of semiconductor substrate 10 .
  • the emitter electrode 52 and the collector electrode 24 are formed of a metal material such as aluminum.
  • each trench portion extends from the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10, penetrates the base region 14, and reaches the drift region 18. In the region where at least one of the emitter region 12, the contact region 15, and the accumulation region 16 is provided, each trench portion also passes through these doped regions and reaches the drift region 18.
  • the trench portion penetrating the doping region is not limited to manufacturing in the order in which the doping region is formed and then the trench portion is formed.
  • a structure in which a doping region is formed between the trench sections after the trench section is formed is also included in the structure in which the trench section penetrates the doping region.
  • the transistor section 70 is provided with the gate trench section 40 and the dummy trench section 30.
  • the diode section 80 is provided with the dummy trench section 30 and is not provided with the gate trench section 40.
  • the boundary between the diode section 80 and the transistor section 70 in the X-axis direction is the boundary between the cathode region 82 and the collector region 22.
  • the gate trench portion 40 includes a gate trench provided on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10, a gate insulating film 42, and a gate conductive portion 44.
  • the gate insulating film 42 is provided to cover the inner wall of the gate trench.
  • the gate insulating film 42 may be formed by oxidizing or nitriding the semiconductor on the inner wall of the gate trench.
  • the gate conductive portion 44 is provided inside the gate trench inside the gate insulating film 42 . That is, the gate insulating film 42 insulates the gate conductive portion 44 and the semiconductor substrate 10.
  • Gate conductive portion 44 is formed of a conductive material such as polysilicon.
  • the gate conductive portion 44 may be provided longer than the base region 14 in the depth direction.
  • the gate trench portion 40 in the cross section is covered with the interlayer insulating film 38 on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 .
  • the gate conductive portion 44 is electrically connected to the gate wiring. When a predetermined gate voltage is applied to the gate conductive portion 44, a channel is formed by an electron inversion layer in the surface layer of the interface of the base region 14 that is in contact with the gate trench portion 40.
  • the dummy trench portion 30 may have the same structure as the gate trench portion 40 in the cross section.
  • the dummy trench section 30 includes a dummy trench provided on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10, a dummy insulating film 32, and a dummy conductive section 34.
  • the dummy conductive portion 34 is electrically connected to the emitter electrode 52.
  • the dummy insulating film 32 is provided to cover the inner wall of the dummy trench.
  • the dummy conductive portion 34 is provided inside the dummy trench and further inside the dummy insulating film 32 .
  • the dummy insulating film 32 insulates the dummy conductive portion 34 and the semiconductor substrate 10.
  • the dummy conductive part 34 may be formed of the same material as the gate conductive part 44.
  • the dummy conductive portion 34 is formed of a conductive material such as polysilicon.
  • the dummy conductive portion 34 may have the same length as the gate conductive portion 44 in the depth direction.
  • the gate trench portion 40 and dummy trench portion 30 of this example are covered with an interlayer insulating film 38 on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10.
  • the bottoms of the dummy trench section 30 and the gate trench section 40 may have a downwardly convex curved surface (curved in cross section).
  • the depth position of the lower end of the gate trench portion 40 is defined as Zt.
  • An upper surface side lifetime killer may be provided on the upper surface 21 side of the semiconductor substrate 10.
  • the upper surface side lifetime killer is a recombination center of lattice defects etc. formed locally in the depth direction.
  • the recombination center density peak 210 in the recombination center density distribution in the depth direction is the upper surface side lifetime killer.
  • the peak position of the density distribution of lifetime killers in the depth direction is schematically indicated with a cross. In this specification, the peak position will be described as the position of a lifetime killer.
  • the cross marks are arranged discretely in the X-axis direction, the lifetime killers are arranged uniformly in the X-axis direction unless otherwise specified.
  • the recombination central density peak 210 can be formed by injecting particles such as helium to a predetermined depth position from the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10.
  • a concentration peak of particles such as helium may be located at the same depth position as the recombination central density peak 210.
  • the central recombination density peak 210 may be located below each trench portion.
  • it is preferable that the recombination central density peak 210 is provided at a position that does not overlap with the gate trench portion 40 in a top view. Thereby, the recombination center density peak 210 can be formed by injecting particles such as helium without damaging the gate insulating film 42.
  • the recombination center density peak 210 in this example is provided over the entire diode section 80 when viewed from above.
  • the central recombination density peak 210 in FIG. 3 is not provided in the transistor section 70, in other examples, the central recombination density peak 210 may be provided in a partial region of the transistor section 70.
  • a lower lifetime killer is provided on the lower surface 23 side of the semiconductor substrate 10.
  • the lower surface side lifetime killer may be formed by injecting particles such as helium from the lower surface 23 side of the semiconductor substrate 10.
  • the recombination center density peak 220 is the bottom side lifetime killer.
  • a plurality of recombination central density peaks 220 may be arranged at different positions in the depth direction.
  • the first recombination central density peak 220-1 and the second recombination central density peak 220-2 are arranged at different depth positions.
  • the recombination central density peaks 220 may be provided at three or more depth positions.
  • a helium chemical concentration peak may be provided at the same depth position as each recombination center density peak 220.
  • Two or more recombination central density peaks 220 may be provided within the buffer region 20. This makes it easier to control the distribution of lifetime killers within the buffer area 20. Therefore, carrier lifetime can be controlled with high precision.
  • the recombination central density peak 220 may be provided throughout the diode section 80 when viewed from above. Further, the recombination central density peak 220 may be provided throughout the transistor section 70 when viewed from above. The recombination center density peak 220 may be provided over the entire active region 160 when viewed from above, or may be provided over the entire semiconductor substrate 10 when viewed from the top. The first recombination central density peak 220-1 and the second recombination central density peak 220-2 may be provided in the same range in a top view.
  • FIG. 4A is a diagram showing an example of the doping concentration distribution, hydrogen chemical concentration distribution, helium chemical concentration distribution, and recombination center density distribution on the FF line of FIG. 3.
  • the center position of the semiconductor substrate 10 in the depth direction is defined as Zc. That is, the region on the upper surface 21 side of the semiconductor substrate 10 is the region between the upper surface 21 and the center position Zc, and the region on the lower surface 23 side is the region between the lower surface 23 and the center position Zc.
  • the emitter region 12 contains an N-type dopant such as phosphorus.
  • Base region 14 includes a P-type dopant such as boron.
  • Accumulation region 16 includes an N-type dopant, such as phosphorous or hydrogen.
  • the doping concentration distribution may have concentration peaks in the emitter region 12, the base region 14, and the accumulation region 16, respectively.
  • the drift region 18 is a region where the doping concentration is approximately flat.
  • the doping concentration Dd of the drift region 18 may be the same as the bulk donor concentration of the semiconductor substrate 10 or may be higher than the bulk donor concentration.
  • the buffer region 20 of this example has a plurality of doping concentration peaks 25-1, 25-2, 25-3, and 25-4 in the doping concentration distribution.
  • Each doping concentration peak 25 may be a hydrogen donor peak formed by locally implanting hydrogen ions.
  • each doping concentration peak 25 may be formed by implanting an N-type dopant, such as phosphorous.
  • the N-type dopant having the doping concentration peak 25-1 closest to the lower surface 23 is phosphorus, and the N-type dopants having the doping concentration peaks 25-1, 25-2, and 25-3 other than the doping concentration peak 25-1 are may be hydrogen.
  • the doping concentration peak 25-1 may be a phosphorus concentration peak, and the doping concentration peaks 25 other than the doping concentration peak 25-1 may be hydrogen donor concentration peaks.
  • the hydrogen chemical concentration peak 103-1 at the depth position of the doping concentration peak 25-1 may not exist.
  • Collector region 22 includes a P-type dopant such as boron.
  • Cathode region 82 shown in FIG. 3 also includes an N-type dopant such as phosphorus.
  • the hydrogen donor concentration may be determined by subtracting the doping concentration Dd of the drift region 18 from the doping concentration.
  • the hydrogen chemical concentration distribution in this example has a plurality of local hydrogen chemical concentration peaks 103 in the buffer region 20.
  • a hydrogen donor in which hydrogen, lattice defects, etc. are combined is formed and functions as a donor.
  • the hydrogen chemical concentration peak 103 in this example is provided at the same depth position as the doping concentration peak 25. Two peaks being provided at the same depth position means that the apex of one peak is located within the full width at half maximum of one peak. If the concentration of the hydrogen chemical concentration peak 103 is not sufficiently high, a clear doping concentration peak 25 may not be observed at the same depth position as the hydrogen chemical concentration peak 103.
  • the hydrogen chemical concentration sharply decreases immediately after entering the drift region 18 from the buffer region 20. Therefore, almost no hydrogen donors are formed in the drift region 18. In other examples, hydrogen may diffuse into the interior of drift region 18 to form hydrogen donors. In this case, the doping concentration of drift region 18 will be higher than the bulk donor concentration.
  • the buffer region 20 has two or more helium chemical concentration peaks 221 arranged at different positions in the depth direction of the semiconductor substrate 10.
  • a first helium chemical concentration peak 221-1 and a second helium chemical concentration peak 221-2 are provided in the buffer region 20.
  • the second helium chemical concentration peak 221-2 is located further away from the lower surface 23 than the first helium chemical concentration peak 221-1.
  • a recombination center density peak 220 is formed near each helium chemical concentration peak 221. That is, the first helium chemical concentration peak 221-1 and the second helium chemical concentration peak 221-1 and the second It has a helium chemical concentration peak 221-2.
  • Overlapping peaks may mean that the apex of one peak is located within the full width at half maximum of one peak.
  • a first recombination central density peak 220-1 and a second recombination central density peak 220-2 are provided in the buffer region 20.
  • the second central recombination density peak 220-2 is located further away from the lower surface 23 (that is, closer to the upper surface 21) than the first central recombination density peak 220-1.
  • Recombination center density peak 220 may be a recombination center that promotes carrier recombination.
  • the recombination center may be a lattice defect.
  • the lattice defects may be mainly vacancies such as monoatomic vacancies (V) and multiatomic vacancies (VV), may be dislocations, may be interstitial atoms, may be transition metals, etc. .
  • lattice defects may include donors and acceptors, but in this specification, lattice defects mainly composed of vacancies are sometimes referred to as vacancy-type lattice defects, vacancy-type defects, or simply lattice defects. In this specification, lattice defects are sometimes simply referred to as recombination centers or lifetime killers as recombination centers that contribute to carrier recombination.
  • the lifetime killer may be formed by implanting helium ions into the semiconductor substrate 10. Since the lifetime killer formed by injecting helium may be terminated by hydrogen existing in the buffer region 20, the depth position of the lifetime killer density peak and the depth of the helium chemical concentration peak 221 It may not match the position.
  • Each depth location may be implanted with 3 He or 4 He.
  • 3He is a helium isotope containing two protons and one neutron.
  • 4He is a helium isotope containing two protons and two neutrons.
  • the half-width in the depth direction of the concentration peak of the helium chemical concentration can be reduced. can be made smaller.
  • FIG. 4B is a diagram showing the relationship between the ion implantation depth (Rp) and the acceleration energy required for implantation.
  • Rp ion implantation depth
  • helium ions are directly implanted into the silicon semiconductor substrate 10 without going through a buffer material.
  • the horizontal axis in FIG. 4B is the range Rp ( ⁇ m), and the vertical axis is the acceleration energy E (eV) required for implantation.
  • E acceleration energy required for implantation.
  • FIG. 4B an example of 3 He is shown with a solid line, and an example of 4 He is shown with a dashed line.
  • E be the acceleration energy calculated by substituting the actual range Rp' at the time of manufacturing the semiconductor device 100 into equation (1). If the actual acceleration energy E' during manufacturing is within ⁇ 20% of the acceleration energy E calculated from equation (1), it may be considered that 3 He is used.
  • the acceleration energy of 4 He is higher than the acceleration energy of 3 He. is also about 10% higher.
  • the acceleration energy of 3He is about 10% higher than the acceleration energy of 4He . It is presumed that this is because the balance between electronic stopping power and nuclear stopping power changes depending on the number of neutrons in the isotope.
  • the range Rp is 10 ⁇ m or less, 4 He may be used. This makes it possible to implant helium ions with an acceleration energy that is about 10% lower. If the range Rp is greater than 10 ⁇ m, 3 He may be used.
  • FIG. 4C is a diagram showing the relationship between the ion implantation depth (Rp) and the straggling in the implantation direction ( ⁇ Rp, standard deviation).
  • the injection direction in this example is the depth direction of the semiconductor substrate 10.
  • helium ions are directly implanted into the silicon semiconductor substrate 10 without going through a buffer material.
  • the horizontal axis in FIG. 4C is the range Rp ( ⁇ m), and the vertical axis is the straggling ⁇ Rp ( ⁇ m).
  • the 3 He example is shown as a solid line
  • the 4 He example is shown as a dashed line.
  • the straggling ⁇ Rp may be calculated assuming that the helium concentration distribution is a Gaussian distribution.
  • the straggling ⁇ Rp may be the distance (distribution width) between two points where the density is 0.60653 times the density peak value, or it may be the distance between two points where the density is 0.6 times the density peak value. . If the minimum value or the like between adjacent concentration peaks is larger than 0.6 times the concentration peak value, the distance between the inflection points such as the minimum value of the concentration distribution may be set as the straggling ⁇ Rp.
  • ⁇ Rp be the stranding calculated by substituting the actual range Rp' at the time of manufacturing the semiconductor device 100 into equation (3). If the actual straggling ⁇ Rp' during manufacturing is within ⁇ 20% of the straggling ⁇ Rp calculated from equation (3), it may be considered that 3 He is used. It is preferable that the actual straggling ⁇ Rp' does not include helium diffusion due to thermal annealing.
  • the actual straggling ⁇ Rp' may be a value measured after helium implantation and before thermal annealing, or may be a value obtained by subtracting the amount of helium diffusion from the value measured after thermal annealing. .
  • the range Rp is the boundary value in the range of 10 to 20 ⁇ m, and the range Rp is less than the boundary value, the 3 He straggling ⁇ Rp is better than the 4 He straggling ⁇ Rp. It is about 10% smaller than that.
  • the straggling ⁇ Rp is approximately equal between 3 He and 4 He. It is presumed that this is because the balance between electronic stopping power and nuclear stopping power changes depending on the number of neutrons in the isotope.
  • the range Rp when the range Rp is 20 ⁇ m or less, 3 He may be used. This makes it possible to reduce the straggling ⁇ Rp by about 10%.
  • a difference of about 10% in the straggling ⁇ Rp has a sufficiently small difference in helium chemical concentration distribution or electrical properties, even if the range Rp is 20 ⁇ m or less, the straggling between 3 He and 4 He
  • the rings ⁇ Rp may be considered to be approximately equal.
  • the helium atoms implanted into the semiconductor substrate 10 may be 3 He or 4 He.
  • the full width at half maximum of the helium chemical concentration peak 221 when 4 He is implanted is 1 ⁇ m or less.
  • the full width at half maximum of the helium chemical concentration peak 221 may be 0.5 ⁇ m or less.
  • the total concentration of recombination center density peaks 220 can be maintained high. Therefore, the lifetime of carriers can be shortened and tail current can be suppressed when the semiconductor device 100 is turned off or the like.
  • the straggling ⁇ Rp becomes 10 ⁇ m or more.
  • the acceleration energy E of 4 He is approximately 21 MeV or more (range Rp is 250 ⁇ m or more)
  • the straggling ⁇ Rp is 10 ⁇ m or more.
  • the full width at half maximum of the helium chemical concentration peak 221 cannot be made sufficiently smaller than the width of the buffer region 20 in the depth direction. For this reason, hydrogen donors are formed in a wide range of the buffer region 20, and the doping concentration distribution fluctuates. For this reason, an electric field may be locally concentrated in the buffer region 20 during a short circuit, and the short circuit current withstand capacity may be reduced.
  • the acceleration energy E when implanting either 3 He or 4 He, the acceleration energy E may be 20 MeV or less, or 10 MeV or less.
  • the acceleration energy E of at least one or more or more helium chemical concentration peaks 221 among the plurality of helium chemical concentration peaks 221 may be 10 MeV or less, and may be 5 MeV or less.
  • FIG. 5 is a diagram showing the first recombination center density peak 220-1 and the second recombination center density peak 220-2.
  • the peak value of the first recombination center density peak 220-1 is assumed to be Pk1
  • the peak value of the second recombination center density peak 220-2 is assumed to be Pk2.
  • the integral value of the first central recombination density peak 220-1 in the depth direction is S1
  • the integral value of the second central recombination density peak 220-2 in the depth direction is S2.
  • the integral value S1 may be a value obtained by integrating the range where the recombination center density is equal to or greater than ⁇ Pk1 (the hatched range in FIG.
  • the coefficient ⁇ is a real number greater than 0 and less than 1.
  • the integral value S1 is a value obtained by integrating the first recombination center density peak 220-1 over the full width at half maximum.
  • the integral value S2 may be a value obtained by integrating the range in which the recombination center density is equal to or greater than ⁇ Pk2 at the second recombination center density peak 220-2.
  • the coefficient ⁇ may be the same for each recombination center density peak 220.
  • the coefficient ⁇ may be 0.5, 0.1, 0.01, or some other numerical value.
  • the distribution of recombination center density may be calculated from the distribution of carrier lifetimes, or may be measured using other methods.
  • the distribution of the recombination center density for example, the vacancy concentration measured by the positron annihilation method may be used as the recombination center density.
  • the atomic density of helium atoms measured by the SIMS method may be used as the recombination center density.
  • the integral value S2 of the second central recombination density peak 220-2 in this example is larger than the integral value S1 of the first central recombination density peak 220-1.
  • Each integral value can be adjusted by adjusting the dose of the charged particle beam, such as helium, injected into each depth position. By increasing the integral value S2, the reverse recovery loss Err can be greatly reduced.
  • the integral value S2 may be twice or more, five times or more, or ten times or more as the integral value S1.
  • the peak value Pk2 of the second recombination center density peak 220-2 in this example may be larger than the peak value Pk1 of the first recombination center density peak 220-1. At least one of the conditions of integral value S2>integral value S1 and the condition of peak value Pk2>peak value Pk1 may be satisfied, or both may be satisfied.
  • the peak value Pk2 may be twice or more, five times or more, or ten times or more as the peak value Pk1.
  • the peak value of the first helium chemical concentration peak 221-1 may be smaller than the peak value of the second helium chemical concentration peak 221-2, and may be the same as the peak value of the second helium chemical concentration peak 221-2. It may be greater than the peak value of the second helium chemical concentration peak 221-2. Recombination centers formed by helium irradiation may be terminated with hydrogen and become hydrogen donors. Therefore, even if the peak value of the first helium chemical concentration peak 221-1 is the same as or larger than the peak value of the second helium chemical concentration peak 221-2, the difference in hydrogen concentration at each position will cause the integration It is possible that value S2>integral value S1, or peak value Pk2>peak value Pk1.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the doping concentration distribution, hydrogen chemical concentration distribution, helium chemical concentration distribution, recombination center density distribution, and integral concentration distribution of doping concentration in the buffer region 20.
  • the integrated concentration distribution in this example is a distribution of integral values (/cm 2 ) obtained by integrating the doping concentration from the lower end position Zt of the trench portion toward the lower surface 23.
  • the lower end position Zt is set at the PN junction between the P-type layer and the drift region 18 located on the lower surface 23 side of the semiconductor substrate 10. Good location.
  • the integrated concentration distribution of this example is defined as the integral value (/ cm 2 ) distribution.
  • the doping concentration distribution in this example has one or more doping concentration peaks 25-1, 25-2, 25-3, and 25-4 in order from the lower surface 23 side of the semiconductor substrate 10.
  • the doping concentration peak 25-1 is an example of the shallowest doping concentration peak closest to the lower surface 23 among the doping concentration peaks 25 of the buffer region 20.
  • the doping concentration peak 25-4 is an example of the deepest doping concentration peak located farthest from the lower surface 23.
  • the depth positions of the respective doping concentration peaks 25 are designated as Zd1, Zd2, Zd3, and Zd4 in order from the lower surface 23 side. Each depth position Zd indicates a distance from the lower surface 23. Note that any one of the doping concentration peaks 25 does not have to be a clear peak.
  • the doping concentration peak 25 may be an inflection point (kink) of the slope of the doping concentration distribution.
  • the doping concentration peak 25-1 may be the doping concentration peak 25 having the maximum concentration value.
  • the doping concentration peak 25-2 may be the doping concentration peak 25 having the second largest concentration value.
  • the doping concentration peak 25-3 may be the doping concentration peak 25 with the minimum concentration value.
  • the doping concentration peak 25-4 may be a higher doping concentration peak 25 than the doping concentration peak 25-3.
  • the hydrogen chemical concentration distribution in this example has hydrogen chemical concentration peaks 103-1, 103-2, 103-3, and 103-4 in order from the lower surface 23 side of the semiconductor substrate 10.
  • the depth positions of the respective hydrogen chemical concentration peaks 103 are designated as Zh1, Zh2, Zh3, and Zh4 in order from the lower surface 23 side.
  • Each depth position Zh indicates a distance from the lower surface 23.
  • Depth position Zdk may be the same as depth position Zhk. However, k is an integer from 1 to 4.
  • the hydrogen chemical concentration peak 103-1 may be the hydrogen chemical concentration peak 103 with the maximum concentration value.
  • the hydrogen chemical concentration peak 103-2 may be the hydrogen chemical concentration peak 103 having the second largest concentration value.
  • the hydrogen chemical concentration peak 103-3 may be the hydrogen chemical concentration peak 103 with the minimum concentration value.
  • the hydrogen chemical concentration peak 103-4 may be a hydrogen chemical concentration peak 103 with a higher concentration than the hydrogen chemical concentration peak 103-3.
  • the helium chemical concentration distribution in this example has a first helium chemical concentration peak 221-1 and a second helium chemical concentration peak 221-2 in order from the lower surface 23 side of the semiconductor substrate 10.
  • the recombination center density distribution of this example has a first recombination center density peak 220-1 and a second recombination center density peak 220-2 in order from the lower surface 23 side of the semiconductor substrate 10.
  • the depth positions of the respective helium chemical concentration peaks 221 are defined as Zk1 and Zk2 in order from the lower surface 23 side.
  • the depth positions of the respective recombination central density peaks 220 may be set to Zk1 and Zk2 in order from the lower surface 23 side. Each depth position Zk indicates a distance from the lower surface 23.
  • the first recombination central density peak 220-1 is located between any doping concentration peak 25 and the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10, and the second recombination central density peak 220-2 is located between the doping concentration peak 25 and the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10. It is arranged between the peak 25 and the upper surface 21.
  • the first recombination central density peak 220-1 is located closer to the lower surface 23 than the doping concentration peak 25-1
  • the second recombination central density peak 220-2 is located closer to the doping concentration peak 25-1. 1 is disposed closer to the upper surface 21.
  • the second recombination center density peak 220-2 is located between the doping concentration peak 25-1 and the doping concentration peak 25-2.
  • the second recombination center density peak 220-2 may be located between the doping concentration peak 25-2 and the doping concentration peak 25-3; 25-4. That is, only one doping concentration peak 25 may be arranged between the first recombination central density peak 220-1 and the second recombination central density peak 220-2, and a plurality of doping concentration peaks 25 may be arranged. may be done. As will be described later, by arranging the first recombination center density peak 220-1 closer to the lower surface 23 than the doping concentration peak 25-1, reverse recovery loss can be suppressed while suppressing leakage current. Further, by arranging the second recombination center density peak 220-2 closer to the upper surface 21 than the doping concentration peak 25-1, reverse recovery loss can be significantly reduced.
  • the doping concentration distribution may have a valley portion 35 at the same depth position as any of the helium chemical concentration peaks 221.
  • the valley portion 35 is a region where the doping concentration exhibits a minimum value.
  • the valley portion 35 is omitted at the same depth position as the helium chemical concentration peak 221, but the valley portion 35 may be provided.
  • the depletion layer edge position Ze is a depth position at which the integrated concentration obtained by integrating the net doping concentrations of the drift region 18 and the buffer region 20 from the upper end of the drift region 18 toward the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10 reaches the critical integrated concentration n c It is.
  • the depletion layer edge position Ze may be referred to as the critical concentration depth position Ze.
  • the critical integrated concentration when a forward bias is applied between the collector electrode 24 and the emitter electrode 52 and avalanche breakdown occurs, and when the area from the upper end of the drift region 18 to a specific position of the buffer region 20 is depleted, the drift The value obtained by integrating the net doping concentration from the upper end of the region 18 to the specific position is referred to as the critical integrated concentration.
  • the depletion layer edge position Ze is the position closest to the lower surface 23 that the depletion layer that spreads from the lower end of the base region 14 toward the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10 reaches when avalanche breakdown occurs.
  • the critical integrated concentration n c depends on the constituent atoms of the semiconductor substrate 10 .
  • the critical integrated concentration n c is approximately 1.2 ⁇ 10 12 /cm 2 .
  • the position closest to the lower surface 23 that the depletion layer reaches may be defined as the depletion layer edge position Ze.
  • the upper end of the drift region 18 is the boundary position between the drift region 18 and the accumulation region 16 in the example shown in FIG. If it is difficult to determine the boundary position between the drift region 18 and the accumulation region 16, the lower end position Zt of the trench portion may be set as the lower end of the drift region 18. Further, when the drift region 18 and the base region 14 are in contact with each other, the position of the PN junction at the boundary between the drift region 18 and the base region 14 is the upper end of the drift region 18 .
  • the depletion layer edge position Ze may be located between the first recombination center density peak 220-1 and the second recombination center density peak 220-2.
  • the depletion layer edge position Ze may be located between the doping concentration peak 25-1 and the doping concentration peak 25-2.
  • the integral value of the recombination center density closer to the upper surface 21 than the critical concentration depth position Ze may be greater than or equal to the integral value of the recombination center density closer to the lower surface 23 than the critical concentration depth position Ze, It can be small.
  • the integral value of the recombination center density closer to the upper surface 21 than the critical concentration depth position Ze is larger than the integral value of the recombination center density closer to the lower surface 23 than the critical concentration depth position Ze.
  • the integral value of the helium chemical concentration on the upper surface 21 side from the critical concentration depth position Ze may be greater than, equal to, or smaller than the integral value of the helium chemical concentration on the lower surface 23 side than the critical concentration depth position Ze. Good too.
  • the integral value of the helium chemical concentration closer to the upper surface 21 than the critical concentration depth position Ze is larger than the integral value of the helium chemical concentration closer to the lower surface 23 than the critical concentration depth position Ze.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the helium dose and the reverse recovery loss Err at the first recombination central density peak 220-1 and the second recombination central density peak 220-2.
  • the arrangement of the first recombination central density peak 220-1 and the second recombination central density peak 220-2 is similar to the example shown in FIG. 4A.
  • each recombination center density peak 220 When the helium dose is increased, the integral value S and peak value Pk of each recombination center density peak 220 increase.
  • the reverse recovery loss Err refers to the loss during reverse recovery of the diode section 80.
  • circles indicate the results of changing the helium dose for the first recombination center density peak 220-1 while maintaining the helium dose for the second recombination center density peak 220-2.
  • the result of changing the helium dose amount for the second recombination center density peak 220-2 while maintaining the helium dose amount for the first recombination center density peak 220-1 is indicated by a cross mark.
  • reverse recovery loss can be reduced. As shown in FIG. 7, reverse recovery loss can be significantly reduced by increasing the helium dose for the second recombination center density peak 220-2 than for the first recombination center density peak 220-1. .
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the helium dose and leakage current Ices at the first recombination center density peak 220-1 and the second recombination center density peak 220-2.
  • the arrangement of the first recombination central density peak 220-1 and the second recombination central density peak 220-2 is similar to the example shown in FIG. 4A.
  • the measurement conditions in the plots of circles and crosses in FIG. 8 are the same as in the example of FIG. 7.
  • the leakage current Ices is also referred to as the collector-emitter cutoff current.
  • the leakage current Ices is a leakage current between the collector and the emitter when a predetermined voltage is applied between the collector and the emitter in a state where the gate and the emitter are short-circuited (that is, the transistor section 70 is in an off state).
  • leakage current may increase through the recombination center.
  • the buffer region 20 may be provided in both the diode section 80 and the transistor section 70.
  • the integral value S1 of the first recombination center density peak 220-1 may be the same.
  • the structure of the buffer region 20 may be the same in the diode section 80 and the transistor section 70. In this case, if the integral value S1 or the peak value Pk1 of the first recombination center density peak 220-1 is made too large, carrier injection from the collector region 22 of the transistor section 70 is inhibited, resulting in a carrier injection promoting effect (IE effect). ) becomes low, and the on-voltage of the transistor section 70 increases.
  • IE effect carrier injection promoting effect
  • FIG. 9 shows an example of the carrier concentration distribution and helium chemical concentration distribution in the buffer region 20 of the comparative example.
  • the buffer region 20 of this example has only one helium chemical concentration peak formed by implanting 3 He.
  • the carrier concentration distribution when helium is not implanted is shown by a solid line, and the carrier concentration distribution when helium is implanted is shown by a broken line.
  • the carrier concentration distribution when helium is not implanted is similar to the doping concentration distribution in FIG. 6 and the like.
  • the buffer region 20 is provided with a single helium chemical concentration peak. This makes it difficult to control the distribution of lifetime killers.
  • hydrogen donors which are bonds between recombination centers and hydrogen
  • the carrier concentration distribution fluctuates over a wide range compared to when no helium is injected. Put it away.
  • the helium distribution spreads to the vicinity of the upper end of the buffer region 20 a convex portion appears in the carrier concentration distribution, and the characteristics of the semiconductor device 100, such as a decrease in avalanche resistance, may deviate from the designed values.
  • a plurality of helium chemical concentration peaks are arranged in the buffer region 20, so that the distribution of lifetime killer can be adjusted with high accuracy. Further, by reducing the half width of the helium chemical concentration peak, it is possible to suppress fluctuations in the carrier concentration distribution over a wide range.
  • FIG. 10 is a diagram showing other examples of the doping concentration distribution, hydrogen chemical concentration distribution, helium chemical concentration distribution, recombination center density distribution, and integral concentration distribution of doping concentration in the buffer region 20.
  • the buffer region 20 of this example differs from the buffer region 20 described in FIGS. 1 to 9 in that it further includes a third helium chemical concentration peak 221-3 and a third recombination density peak 220-3.
  • Other structures are similar to the buffer area 20 of any of the embodiments described in FIGS. 1 to 9.
  • the third helium chemical concentration peak 221-3 and the third recombination density peak 220-3 are located at depth position Zk3.
  • the peak value of the third recombination density peak 220-3 is assumed to be Pk3.
  • the third recombination central density peak 220-3 is located further away from the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10 than the second recombination central density peak 220-2.
  • the integral value S2 of the second central recombination density peak 220-2 in the depth direction is larger than the integral value S3 of the third central recombination density peak 220-3 in the depth direction.
  • the integral value S3 is a value obtained by integrating the range in which the recombination center density is equal to or greater than ⁇ Pk3 in the third recombination center density peak 220-3, as in the example explained in FIG.
  • the coefficient ⁇ may be the same as other recombination center density peaks 220.
  • the reverse recovery loss Err can be further reduced.
  • the integral value S of the recombination center density peak 220 at a position far from the lower surface 23 is increased too much, as explained in FIG. Convex portions may occur in the carrier density distribution.
  • the integral value S3 of the third recombination central density peak 220-3 smaller than the integral value S2 of the second recombination central density peak 220-2, the reverse recovery loss Err can be efficiently reduced.
  • the integral value S2 may be twice or more, five times or more, or ten times or more as the integral value S3.
  • the peak value Pk2 of the second recombination center density peak 220-2 may be larger than the peak value Pk3 of the third recombination center density peak 220-3. At least one of the conditions of integral value S2>integral value S3 and the condition of peak value Pk2>peak value Pk3 may be satisfied, or both may be satisfied.
  • the peak value Pk2 may be twice or more, five times or more, or ten times or more as the peak value Pk3.
  • the peak value Pk1 of the second recombination center density peak 220-2 is either the peak value Pk1 of the first recombination center density peak 220-1 or the peak value Pk3 of the third recombination center density peak 220-3. It's better to be bigger than that.
  • the integral value S2 of the second recombination central density peak 220-2 is either the integral value S1 of the first recombination central density peak 220-1 or the integral value S3 of the third recombination central density peak 220-3. It's better to be bigger than that.
  • the integral value S1 of the first recombination central density peak 220-1 and the integral value S3 of the third recombination central density peak 220-3 may be larger or may be the same.
  • the peak value Pk1 of the first recombination center density peak 220-1 and the peak value Pk3 of the third recombination center density peak 220-3 may be larger or may be the same.
  • the buffer region 20 of this example has three or more doping concentration peaks 25.
  • the second recombination central density peak 220-2 may be located between any two doping concentration peaks.
  • the second recombination central density peak 220-2 is located between the doping concentration peak 25-1 and the doping concentration peak 25-2.
  • the third recombination central density peak 220-3 may be located between any two doping concentration peaks 25 different from the second recombination central density peak 220-2.
  • the third recombination center density peak 220-3 is located between the doping concentration peak 25-2 and the doping concentration peak 25-3.
  • doping concentration peak 25 may be placed between the second recombination center density peak 220-2 and the third recombination center density peak 220-3.
  • a plurality of doping concentration peaks 25 may be arranged between the second recombination central density peak 220-2 and the third recombination central density peak 220-3.
  • the doping concentration peak 25-4 located farthest from the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10 is set as the first upper surface side doping concentration peak
  • the doping concentration peak 25-4 adjacent to the doping concentration peak 25-4 in the depth direction -3 is the second upper surface side doping concentration peak. That is, the doping concentration peak 25-4 and the doping concentration peak 25-3 are the two doping concentration peaks located closest to the upper surface 21 in the buffer region 20.
  • the third recombination center density peak 220-3 may be located closer to the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10 than the second upper surface side doping concentration peak (doping concentration peak 25-3).
  • the recombination center density peak 220 is not located between the first upper surface side doping concentration peak (doping concentration peak 25-4) and the second upper surface side doping concentration peak (doping concentration peak 25-3). good. With such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of convex portions (see FIG. 9) in the carrier concentration distribution near the upper end of the buffer region 20.
  • the helium chemical concentration peak 221 may be considered the recombination center density peak 220.
  • the helium chemical concentration in the buffer region 20 may be treated as the recombination center density in the buffer region 20.
  • the integral value S1 of the first helium chemical concentration peak 221-1 may be greater than or equal to 1 ⁇ 10 11 (/cm 2 ) and less than or equal to 1 ⁇ 10 12 (/cm 2 ).
  • the integral value S2 of the second helium chemical concentration peak 221-2 may be greater than or equal to 1 ⁇ 10 11 (/cm 2 ) and less than or equal to 1 ⁇ 10 12 (/cm 2 ).
  • the integral value S3 of the third helium chemical concentration 221-3 may be greater than or equal to 1 ⁇ 10 10 (/cm 2 ) and less than or equal to 1 ⁇ 10 11 (/cm 2 ). Even if the ranges of the integral values of the respective peaks are the same or overlap, the integral values of the respective peaks may be different. Within the range of the integral values of the respective peaks, the integral value S2 of the second helium chemical concentration peak 221-2 may be greater than the integral value S1 of the first helium chemical concentration peak 221-1. Within the range of the integral values of the respective peaks, the integral value S2 of the second helium chemical concentration peak 221-2 may be greater than the integral value S1 of the third helium chemical concentration peak 221-3.
  • the dose of helium ions for the first helium chemical concentration peak 221-1 may be 1 ⁇ 10 11 ions/cm 2 or more and 1 ⁇ 10 12 ions/cm 2 or less.
  • the dose of helium ions for the second helium chemical concentration 221-2 may be greater than or equal to 1 ⁇ 10 11 ions/cm 2 and less than or equal to 1 ⁇ 10 12 ions/cm 2 .
  • the helium ion dose for the first recombination central density peak 221-1 may be 1 ⁇ 10 10 ions/cm 2 or more and 1 ⁇ 10 11 ions/cm 2 or less.
  • the buffer region 20 may further include a fourth helium chemical concentration peak closer to the upper surface 21 than the third helium chemical concentration peak 221-3.
  • the integral value of the fourth helium chemical concentration peak is smaller than the integral value of the third helium chemical concentration peak 221-3.
  • the helium ion dose for the fourth helium chemical concentration peak may be 0.5 ⁇ 10 10 ions/cm 2 or more and 5 ⁇ 10 10 ions/cm 2 or less.
  • the peak value Pk1 of the first helium chemical concentration peak 221-1 may be greater than or equal to 1 ⁇ 10 15 (/cm 3 ) and less than or equal to 1 ⁇ 10 17 (/cm 3 ).
  • the peak value Pk2 of the second helium chemical concentration peak 221-2 may be greater than or equal to 1 ⁇ 10 15 (/cm 3 ) and less than or equal to 1 ⁇ 10 17 (/cm 3 ).
  • the peak value Pk3 of the third helium chemical concentration peak 221-3 may be greater than or equal to 1 ⁇ 10 14 (/cm 3 ) and less than or equal to 1 ⁇ 10 16 (/cm 3 ).
  • the full width at half maximum of the second helium chemical concentration peak 221-2 may be larger than the full width at half maximum of the first helium chemical concentration peak 221-1.
  • the peak of the second helium chemical concentration peak 221-2 may be smaller than the peak value Pk1 of the first helium chemical concentration peak 221-1.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the inter-peak region in the buffer region 20.
  • the doping concentration distribution, hydrogen chemical concentration distribution, helium chemical concentration distribution, recombination center density distribution, and integral concentration distribution of doping concentration in the buffer region 20 may be the same as or different from the examples of FIGS. 1 to 10. good.
  • a region (R1) between the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10 and the doping concentration peak 25-1, a region (R2 to R4) between two doping concentration peaks 25 adjacent in the depth direction, and , the region (R5) between the doping concentration peak 25-4 and the drift region 18 is referred to as an inter-peak region.
  • the buffer region 20 of this example includes a first inter-peak region R1 in which one or more first recombination central density peaks 220-1 are provided, and one or more second recombination central density peaks 220-1. 2, and a second peak-to-peak region R2.
  • the second inter-peak region R2 is located further away from the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10 than the first inter-peak region R1.
  • the second inter-peak region R2 may be placed next to the first inter-peak region R1.
  • the integral value S2' of the recombination center density in the depth direction of the second inter-peak region R2 is larger than the integral value S1' of the recombination center density in the depth direction of the first inter-peak region R1.
  • the integral value in each peak-to-peak region is the integral of the recombination central density peak 220. It is a value.
  • a plurality of recombination central density peaks 220 may be provided in any inter-peak region.
  • two second recombination center density peaks 220-2 are provided in the second inter-peak region R2.
  • the integral value S2' in the second inter-peak region R2 is the sum of the integral values S2 of the two second recombination central density peaks 220-2.
  • the relationship between the integral value S2' and the integral value S1' may be the same as the relationship between the integral value S2 and the integral value S1 explained in FIGS. 1 to 10.
  • the integral values S2 of the respective second recombination central density peaks 220-2 may be different from each other or may be the same.
  • the integral value S2 of one second recombination central density peak 220-2 may be smaller than or the same as the integral value S1 of one first recombination central density peak 220-1, or may be larger than the integral value S1 of one first recombination central density peak 220-1. good.
  • the integral value S2 of one second recombination central density peak 220-2 may be smaller than or the same as the integral value S3 of one third recombination central density peak 220-3, or may be larger than the integral value S3 of one third recombination central density peak 220-3. good.
  • the buffer region 20 of this example may have a third inter-peak region R3 in which one or more third recombination center density peaks 220-3 are provided.
  • the third inter-peak region R3 is located further away from the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10 than the second inter-peak region R2.
  • the third inter-peak region R3 may be placed next to the second inter-peak region R2.
  • the integral value S2' of the recombination center density in the depth direction of the second inter-peak region R2 is larger than the integral value S3' of the recombination center density in the depth direction of the third inter-peak region R3.
  • the relationship between the integral value S2' and the integral value S3' may be the same as the relationship between the integral value S2 and the integral value S3 explained in FIGS. 1 to 10.
  • the relationship between the integral value S1' and the integral value S3' may be the same as the relationship between the integral value S1 and the integral value S3 explained in FIGS. 1 to 10.
  • the number of second recombination central density peaks 220-2 provided in the second inter-peak region R2 is greater than the number of first recombination central density peaks 220-1 provided in the first inter-peak region R1. It's fine.
  • the number of second recombination central density peaks 220-2 provided in the second inter-peak region R2 is greater than the number of third recombination central density peaks 220-3 provided in the third inter-peak region R3. It's fine.
  • the first inter-peak region R1 where the first recombination central density peak 220-1, the second recombination central density peak 220-2, and the third recombination central density peak 220-3 are provided,
  • the positions of the inter-peak region R2 and the third inter-peak region R3 are the same as in any of the embodiments described in FIGS. 1 to 10.
  • the first inter-peak region R1, the second inter-peak region R2, and the third inter-peak region R3 are arranged adjacent to each other, but they may be arranged apart from each other. good.
  • FIG. 12 is a diagram showing some steps in the method for manufacturing the semiconductor device 100.
  • a structure on the upper surface 21 side of the semiconductor substrate 10 is formed in the upper surface side structure forming step S1200.
  • the structure on the top surface 21 side may include at least one of each doped region on the top surface 21 side of the semiconductor substrate 10, such as the emitter region 12, the base region 14, the storage region 16, etc.
  • the structure on the upper surface 21 side may include each trench portion.
  • the structure on the upper surface 21 side may include a structure above the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10, such as the emitter electrode 52.
  • the structure on the top surface 21 side may include an edge termination structure 90 .
  • the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10 is ground to reduce the thickness of the semiconductor substrate 10.
  • the semiconductor substrate 10 may be thinned to a thickness that corresponds to the withstand voltage that the semiconductor device 100 should have.
  • a lower surface doped region of the semiconductor substrate 10 is formed.
  • the lower surface doped region is a doped region in contact with an electrode formed on the lower surface 23, such as the collector electrode 24, which will be formed in a later step.
  • the bottom doped region may include at least one of cathode region 82 and collector region 22 .
  • ions for forming the buffer region 20 are implanted into the semiconductor substrate 10.
  • ions may be implanted from the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10 into the region where the buffer region 20 is to be formed.
  • donor ions such as hydrogen ions (eg, protons) or phosphorus ions may be implanted.
  • the semiconductor substrate 10 is thermally annealed.
  • the semiconductor substrate 10 may be placed in an electric furnace to anneal the entire semiconductor substrate 10 (or wafer).
  • the annealing temperature in S1208 may be 320° C. or higher and 420° C. or lower.
  • annealing may be performed in an atmosphere containing hydrogen and nitrogen.
  • ions for forming the recombination center density peak 220 are implanted into the semiconductor substrate 10.
  • ions may be implanted from the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10.
  • hydrogen ions such as protons or helium ions may be implanted.
  • helium ions are implanted.
  • the recombination center density peak 220 described in FIGS. 4A to 11 is formed.
  • recombination center density peaks 220 can be formed at multiple positions in the depth direction.
  • helium ions or the like may be implanted in order from the position closest to the bottom surface 23, or helium ions or the like may be implanted in order from the position farthest to the bottom surface 23. good.
  • helium ions are implanted into the lower surface 23 in order from the farthest position.
  • ions may be implanted in order from the recombination center density peak 220 with a large dose, or in order from the recombination center density peak 220 with a small dose.
  • the semiconductor substrate 10 is thermally annealed.
  • the semiconductor substrate 10 may be placed in an electric furnace to anneal the entire semiconductor substrate 10 (or wafer).
  • the annealing temperature in S1212 may be lower than the annealing temperature in S1208.
  • the annealing temperature in S1212 may be 300° C. or higher and 400° C. or lower.
  • annealing may be performed in a nitrogen atmosphere or an atmosphere containing hydrogen and nitrogen.
  • S1212 may be performed each time helium ions or the like are implanted at one depth position in S1210, or may be performed each time helium ions or the like are implanted at a plurality of depth positions.
  • the set of steps S1210 and S1212 may be repeated multiple times (S1213).
  • a lower surface electrode formation step S1214 an electrode in contact with the lower surface 23 is formed.
  • the collector electrode 24 may be formed. Through such steps, the semiconductor device 100 can be formed.

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

上面および下面を有し、第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、前記ドリフト領域と前記半導体基板の前記下面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のバッファ領域とを備え、前記バッファ領域は、第１の再結合中心密度ピークと、前記第１の再結合中心密度ピークよりも前記半導体基板の前記上面側に配置された第２の再結合中心密度ピークとを有し、前記第２の再結合中心密度ピークの深さ方向における積分値は、前記第１の再結合中心密度ピークの深さ方向における積分値よりも大きい半導体装置を提供する。

Description

半導体装置
　本発明は、半導体装置に関する。
　従来、半導体装置にヘリウム等の粒子を注入することで格子欠陥を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
　［特許文献１］　ＷＯ２０１９／１８１８５２号
　［特許文献２］　ＷＯ２０１７／１４６１４８号
解決しようとする課題
　格子欠陥を生成することでキャリアライフタイムを調整しつつ、格子欠陥を生成することによる漏れ電流を抑制することが好ましい。
一般的開示
　上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、半導体装置を提供する。半導体装置は、上面および下面を有し、第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板を備えてよい。半導体装置は、前記ドリフト領域と前記半導体基板の前記下面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のバッファ領域を備えてよい。上記何れかの半導体装置において、前記バッファ領域は、第１の再結合中心密度ピークを有してよい。上記何れかの半導体装置において、前記バッファ領域は、前記第１の再結合中心密度ピークよりも前記半導体基板の前記上面側に配置された第２の再結合中心密度ピークを有してよい。上記何れかの半導体装置において、前記第２の再結合中心密度ピークの深さ方向における積分値は、前記第１の再結合中心密度ピークの深さ方向における積分値よりも大きくてよい。
　上記何れかの半導体装置において、前記バッファ領域は、前記第２の再結合中心密度ピークよりも前記半導体基板の前記下面から離れて配置された第３の再結合中心密度ピークを有してよい。上記何れかの半導体装置において、前記第２の再結合中心密度ピークの深さ方向における積分値は、前記第３の再結合中心密度ピークの深さ方向における積分値よりも大きくてよい。
　上記何れかの半導体装置において、前記第２の再結合中心密度ピークのピーク値は、前記第１の再結合中心密度ピークのピーク値および前記第３の再結合中心密度ピークのピーク値のいずれよりも大きくてよい。
　上記何れかの半導体装置において、前記バッファ領域は、前記半導体基板の深さ方向において１つ以上のドーピング濃度ピークを有してよい。上記何れかの半導体装置において、前記第１の再結合中心密度ピークは、いずれかの前記ドーピング濃度ピークと前記半導体基板の前記下面との間に配置されてよい。上記何れかの半導体装置において、前記第２の再結合中心密度ピークは、前記いずれかの前記ドーピング濃度ピークと前記半導体基板の前記上面との間に配置されていてよい。
　上記何れかの半導体装置において、前記１つ以上のドーピング濃度ピークは、前記半導体基板の前記下面に最も近い最浅ドーピング濃度ピークを含んでよい。上記何れかの半導体装置において、前記第１の再結合中心密度ピークは、前記最浅ドーピング濃度ピークと前記半導体基板の前記下面との間に配置されてよい。上記何れかの半導体装置において、前記第２の再結合中心密度ピークは、前記最浅ドーピング濃度ピークと前記半導体基板の前記上面との間に配置されていてよい。
　上記何れかの半導体装置において、前記バッファ領域は、前記ドーピング濃度ピークを３つ以上有してよい。上記何れかの半導体装置において、前記第２の再結合中心密度ピークは、いずれか２つの前記ドーピング濃度ピークの間に配置されてよい。上記何れかの半導体装置において、前記第３の再結合中心密度ピークは、前記第２の再結合中心密度ピークとは異なるいずれか２つの前記ドーピング濃度ピークの間に配置されてよい。
　上記何れかの半導体装置において、３つ以上の前記ドーピング濃度ピークは、前記半導体基板の前記下面から最も離れて配置された第１上面側ドーピング濃度ピークを含んでよい。上記何れかの半導体装置において、３つ以上の前記ドーピング濃度ピークは、前記第１上面側ドーピング濃度ピークと深さ方向において隣り合う第２上面側ドーピング濃度ピークを含んでよい。上記何れかの半導体装置において、前記第３の再結合中心密度ピークは、前記第２上面側ドーピング濃度ピークよりも前記半導体基板の前記下面側に配置されてよい。
　上記何れかの半導体装置において、前記第１上面側ドーピング濃度ピークと、前記第２上面側ドーピング濃度ピークとの間には、再結合中心密度ピークが配置されていなくてよい。
　上記何れかの半導体装置において、前記ドーピング濃度ピークは、水素ドナーの濃度ピークであってよい。
　上記何れかの半導体装置において、最も前記下面に近い前記ドーピング濃度ピークは、リンの濃度ピークであってよい。上記何れかの半導体装置において、前記最も前記下面に近い前記ドーピング濃度ピーク以外の前記ドーピング濃度ピークは、水素ドナーの濃度ピークであってよい。
　上記何れかの半導体装置において、前記半導体基板には、トランジスタ部およびダイオード部が配列方向に並んで配列されてよい。上記何れかの半導体装置において、前記ダイオード部は、前記バッファ領域を有してよい。
　上記何れかの半導体装置において、前記トランジスタ部は、前記バッファ領域を有してよい。上記何れかの半導体装置において、前記ダイオード部および前記トランジスタ部において、前記第１の再結合中心密度ピークの前記積分値が同一であってよい。
　上記何れかの半導体装置において、前記第１の再結合中心密度ピークは第１のヘリウム化学濃度ピークであってよい。上記何れかの半導体装置において、前記第２の再結合中心密度ピークは第２のヘリウム化学濃度ピークであってよい。上記何れかの半導体装置において、前記第３の再結合中心密度ピークは第３のヘリウム化学濃度ピークであってよい。
　上記何れかの半導体装置において、前記第２のヘリウム化学濃度ピークの前記深さ方向における積分値が１×１０１１（／ｃｍ２）以上、１×１０１２（／ｃｍ２）以下であってよい。
　上記何れかの半導体装置において、前記第１のヘリウム化学濃度ピークの前記深さ方向における積分値が１×１０１１（／ｃｍ２）以上、１×１０１２（／ｃｍ２）以下であってよい。
　上記何れかの半導体装置において、第３のヘリウム化学濃度ピークの前記深さ方向における積分値が１×１０１０（／ｃｍ２）以上、１×１０１１（／ｃｍ２）以下であってよい。
　本発明の第２の態様においては、半導体装置を提供する。半導体装置は、上面および下面を有し、第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板を備えてよい。半導体装置は、前記ドリフト領域と前記半導体基板の前記下面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のバッファ領域を備えてよい。上記何れかの半導体装置において、前記バッファ領域は、前記半導体基板の前記下面の最も近くに配置された最浅ドーピング濃度ピークを含む、深さ方向の異なる位置に設けられた２つ以上のドーピング濃度ピークを有してよい。上記何れかの半導体装置において、前記バッファ領域は、前記半導体基板の前記下面と前記最浅ドーピング濃度ピークとの間、および、深さ方向において隣り合う２つの前記ドーピング濃度ピークの間に設けられた複数のピーク間領域を有してよい。上記何れかの半導体装置において、前記複数のピーク間領域は、１つ以上の第１の再結合中心密度ピークが設けられた第１のピーク間領域を含んでよい。上記何れかの半導体装置において、前記複数のピーク間領域は、前記第１のピーク間領域よりも前記半導体基板の前記下面から離れて配置され、１つ以上の第２の再結合中心密度ピークが設けられた第２のピーク間領域を含んでよい。上記何れかの半導体装置において、前記第２のピーク間領域の再結合中心密度の深さ方向における積分値は、前記第１のピーク間領域の再結合中心密度の深さ方向における積分値よりも大きくてよい。
　上記何れかの半導体装置において、前記第２のヘリウム化学濃度ピークの前記積分値が１×１０１１（／ｃｍ２）以上、１×１０１２（／ｃｍ２）以下であってよい。
　上記何れかの半導体装置において、前記第１のヘリウム化学濃度ピークの前記積分値が０．９×１０１１（／ｃｍ２）以上、０．９×１０１２（／ｃｍ２）以下であってよい。
　なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
半導体装置１００の一例を示す上面図である。 図１における領域Ｄの拡大図である。 図２におけるｅ－ｅ断面の一例を示す図である。 図３のＦ－Ｆ線におけるドーピング濃度分布、水素化学濃度分布およびヘリウム化学濃度分布の一例を示す図である。 イオンの注入深さ（Ｒｐ）と、注入に要する加速エネルギーの関係を示す図である。 イオンの注入深さ（Ｒｐ）と、注入方向のストラグリング（ΔＲｐ、標準偏差）の関係を示す図である。 第１の再結合中心密度ピーク２２０－１および第２の再結合中心密度ピーク２２０－２を示す図である。 バッファ領域２０におけるドーピング濃度分布、水素化学濃度分布、ヘリウム化学濃度分布、再結合中心密度分布およびドーピング濃度の積分濃度分布の一例を示す図である。 第１の再結合中心密度ピーク２２０－１および第２の再結合中心密度ピーク２２０－２におけるヘリウムドーズ量と、逆回復損失Ｅｒｒとの関係を示す図である。 第１の再結合中心密度ピーク２２０－１および第２の再結合中心密度ピーク２２０－２におけるヘリウムドーズ量と、漏れ電流Ｉｃｅｓとの関係を示す図である。 比較例のバッファ領域２０における、キャリア濃度分布およびヘリウム化学濃度分布の一例を示している。 バッファ領域２０における、ドーピング濃度分布、水素化学濃度分布、ヘリウム化学濃度分布、再結合中心密度分布およびドーピング濃度の積分濃度分布の他の例を示す図である。 バッファ領域２０における、ピーク間領域を説明する図である。 半導体装置１００の製造方法における一部の工程を示す図である。
　以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
　本明細書においては半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は、重力方向または半導体装置の実装時における方向に限定されない。
　本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。直交座標軸は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えば、Ｚ軸は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。なお、＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Ｚ軸方向と記載した場合、＋Ｚ軸および－Ｚ軸に平行な方向を意味する。
　本明細書では、半導体基板の上面および下面に平行な直交軸をＸ軸およびＹ軸とする。また、半導体基板の上面および下面と垂直な軸をＺ軸とする。本明細書では、Ｚ軸の方向を深さ方向と称する場合がある。また、本明細書では、Ｘ軸およびＹ軸を含めて、半導体基板の上面および下面に平行な方向を、水平方向と称する場合がある。
　また、半導体基板の深さ方向における中心から、半導体基板の上面までの領域を、上面側と称する場合がある。同様に、半導体基板の深さ方向における中心から、半導体基板の下面までの領域を、下面側と称する場合がある。
　本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。
　本明細書においては、不純物がドーピングされたドーピング領域の導電型をＰ型またはＮ型として説明している。本明細書においては、不純物とは、特にＮ型のドナーまたはＰ型のアクセプタのいずれかを意味する場合があり、ドーパントと記載する場合がある。本明細書においては、ドーピングとは、半導体基板にドナーまたはアクセプタを導入し、Ｎ型の導電型を示す半導体またはＰ型の導電型を示す半導体とすることを意味する。
　本明細書においては、ドーピング濃度とは、熱平衡状態におけるドナーの濃度またはアクセプタの濃度を意味する。本明細書においては、ネット・ドーピング濃度とは、ドナー濃度を正イオンの濃度とし、アクセプタ濃度を負イオンの濃度として、電荷の極性を含めて足し合わせた正味の濃度を意味する。一例として、ドナー濃度をＮＤ、アクセプタ濃度をＮＡとすると、任意の位置における正味のネット・ドーピング濃度はＮＤ－ＮＡとなる。本明細書では、ネット・ドーピング濃度を単にドーピング濃度と記載する場合がある。
　ドナーは、半導体に電子を供給する機能を有している。アクセプタは、半導体から電子を受け取る機能を有している。ドナーおよびアクセプタは、不純物自体には限定されない。例えば、半導体中に存在する空孔（Ｖ）、酸素（Ｏ）および水素（Ｈ）が結合したＶＯＨ欠陥は、電子を供給するドナーとして機能する。他に、格子間シリコンと水素によるＳｉｉ―Ｈ欠陥、格子間炭素と格子間酸素および水素によるＣｉＯｉ－Ｈ欠陥も、電子を供給するドナーとして機能してよい。本明細書では、ＶＯＨ欠陥、Ｓｉｉ―Ｈ欠陥またはＣｉＯｉ－Ｈ欠陥を水素ドナーと称する場合がある。
　本明細書において半導体基板は、Ｎ型のバルク・ドナーが全体に分布している。バルク・ドナーは、半導体基板の元となるインゴットの製造時に、インゴット内に略一様に含まれたドーパントによるドナーである。本例のバルク・ドナーは、水素以外の元素である。バルク・ドナーのドーパントは、例えばリン、アンチモン、ヒ素、セレンまたは硫黄であるが、これに限定されない。本例のバルク・ドナーは、リンである。バルク・ドナーは、Ｐ型の領域にも含まれている。半導体基板は、半導体のインゴットから切り出したウエハであってよく、ウエハを個片化したチップであってもよい。半導体のインゴットは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）、磁場印加型チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）、フロートゾーン法（ＦＺ法）のいずれかで製造されてよい。本例におけるインゴットは、ＭＣＺ法で製造されている。ＭＣＺ法で製造された基板に含まれる酸素濃度は１×１０１７～７×１０１７／ｃｍ３である。ＦＺ法で製造された基板に含まれる酸素濃度は１×１０１５～５×１０１６／ｃｍ３である。酸素濃度が高い方が水素ドナーを生成しやすい傾向がある。バルク・ドナー濃度は、半導体基板の全体に分布しているバルク・ドナーの化学濃度を用いてよく、当該化学濃度の９０％から１００％の間の値であってもよい。また、半導体基板は、リン等のドーパントを含まないノンドープ基板を用いてもよい。その場合、ノンドーピング基板のバルク・ドナー濃度（Ｄ０）は例えば１×１０１０／ｃｍ３以上、５×１０１２／ｃｍ３以下である。ノンドーピング基板のバルク・ドナー濃度（Ｄ０）は、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３以上である。ノンドーピング基板のバルク・ドナー濃度（Ｄ０）は、好ましくは５×１０１２／ｃｍ３以下である。尚、本発明における各濃度は、室温における値でよい。室温における値は、一例として３００Ｋ（ケルビン）（約２６．９℃）のときの値を用いてよい。
　本明細書においてＰ＋型またはＮ＋型と記載した場合、Ｐ型またはＮ型よりもドーピング濃度が高いことを意味し、Ｐ－型またはＮ－型と記載した場合、Ｐ型またはＮ型よりもドーピング濃度が低いことを意味する。また、本明細書においてＰ＋＋型またはＮ＋＋型と記載した場合には、Ｐ＋型またはＮ＋型よりもドーピング濃度が高いことを意味する。本明細書の単位系は、特に断りがなければＳＩ単位系である。長さの単位をｃｍで表示することがあるが、諸計算はメートル（ｍ）に換算してから行ってよい。
　本明細書において化学濃度とは、電気的な活性化の状態によらずに測定される不純物の原子密度を指す。化学濃度は、例えば二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により計測できる。上述したネット・ドーピング濃度は、電圧－容量測定法（ＣＶ法）により測定できる。また、拡がり抵抗測定法（ＳＲ法）により計測されるキャリア濃度を、ネット・ドーピング濃度としてよい。キャリアとは、電子または正孔の電荷キャリアを意味する。ＣＶ法またはＳＲ法により計測されるキャリア濃度は、熱平衡状態における値としてよい。また、Ｎ型の領域においては、ドナー濃度がアクセプタ濃度よりも十分大きいので、当該領域におけるキャリア濃度を、ドナー濃度としてもよい。同様に、Ｐ型の領域においては、当該領域におけるキャリア濃度を、アクセプタ濃度としてもよい。本明細書では、Ｎ型領域のドーピング濃度をドナー濃度と称する場合があり、Ｐ型領域のドーピング濃度をアクセプタ濃度と称する場合がある。
　また、ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度分布がピークを有する場合、当該ピーク値を当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度がほぼ均一な場合等においては、当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度の平均値をドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。本明細書において、単位体積当りの濃度表示にａｔоｍｓ／ｃｍ３、または、／ｃｍ３を用いる。この単位は、半導体基板内のドナーまたはアクセプタ濃度、または、化学濃度に用いられる。ａｔоｍｓ表記は省略してもよい。
　ＳＲ法により計測されるキャリア濃度が、ドナーまたはアクセプタの濃度より低くてもよい。拡がり抵抗を測定する際に電流が流れる範囲において、半導体基板のキャリア移動度が結晶状態の値よりも低い場合がある。キャリア移動度の低下は、格子欠陥等による結晶構造の乱れ（ディスオーダー）により、キャリアが散乱されることで生じる。キャリア濃度が低下する理由は、下記の通りである。ＳＲ法では、拡がり抵抗を測定し、拡がり抵抗の測定値からキャリア濃度を換算する。このとき、キャリアの移動度は結晶状態の移動度が用いられる。一方、格子欠陥が導入されている位置では、キャリア移動度は低下しているにもかかわらず、結晶状態のキャリア移動度によりキャリア濃度が算出される。そのため、実際のキャリア濃度、すなわちドナーまたはアクセプタの濃度よりも低い値となる。
　ＣＶ法またはＳＲ法により計測されるキャリア濃度から算出したドナーまたはアクセプタの濃度は、ドナーまたはアクセプタを示す元素の化学濃度よりも低くてよい。一例として、シリコンの半導体においてドナーとなるリンまたはヒ素のドナー濃度、あるいはアクセプタとなるボロン（ホウ素）のアクセプタ濃度は、これらの化学濃度の９９％程度である。一方、シリコンの半導体においてドナーとなる水素のドナー濃度は、水素の化学濃度の０．１％から１０％程度である。
　図１は、半導体装置１００の一例を示す上面図である。図１においては、各部材を半導体基板１０の上面に投影した位置を示している。図１においては、半導体装置１００の一部の部材だけを示しており、一部の部材は省略している。
　半導体装置１００は、半導体基板１０を備えている。半導体基板１０は、半導体材料で形成された基板である。一例として半導体基板１０はシリコン基板である。半導体基板１０は、上面視において端辺１６２を有する。本明細書で単に上面視と称した場合、半導体基板１０の上面側から見ることを意味している。本例の半導体基板１０は、上面視において互いに向かい合う２組の端辺１６２を有する。図１においては、Ｘ軸およびＹ軸は、いずれかの端辺１６２と平行である。またＺ軸は、半導体基板１０の上面と垂直である。
　半導体基板１０には活性部１６０が設けられている。活性部１６０は、半導体装置１００が動作した場合に半導体基板１０の上面と下面との間で、深さ方向に主電流が流れる領域である。活性部１６０の上方には、エミッタ電極が設けられているが図１では省略している。
　活性部１６０には、ＩＧＢＴ等のトランジスタ素子を含むトランジスタ部７０と、還流ダイオード（ＦＷＤ）等のダイオード素子を含むダイオード部８０の少なくとも一方が設けられている。図１の例では、トランジスタ部７０およびダイオード部８０は、半導体基板１０の上面における所定の配列方向（本例ではＸ軸方向）に沿って、交互に配置されている。他の例では、活性部１６０には、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の一方だけが設けられていてもよい。
　図１においては、トランジスタ部７０が配置される領域には記号「Ｉ」を付し、ダイオード部８０が配置される領域には記号「Ｆ」を付している。本明細書では、上面視において配列方向と垂直な方向を延伸方向（図１ではＹ軸方向）と称する場合がある。トランジスタ部７０およびダイオード部８０は、それぞれ延伸方向に長手を有してよい。つまり、トランジスタ部７０のＹ軸方向における長さは、Ｘ軸方向における幅よりも大きい。同様に、ダイオード部８０のＹ軸方向における長さは、Ｘ軸方向における幅よりも大きい。トランジスタ部７０およびダイオード部８０の延伸方向と、後述する各トレンチ部の長手方向とは同一であってよい。
　ダイオード部８０は、半導体基板１０の下面と接する領域に、Ｎ＋型のカソード領域を有する。本明細書では、カソード領域が設けられた領域を、ダイオード部８０と称する。つまりダイオード部８０は、上面視においてカソード領域と重なる領域である。半導体基板１０の下面には、カソード領域以外の領域には、Ｐ＋型のコレクタ領域が設けられてよい。本明細書では、ダイオード部８０を、後述するゲート配線までＹ軸方向に延長した延長領域８１も、ダイオード部８０に含める場合がある。延長領域８１の下面には、コレクタ領域が設けられている。
　トランジスタ部７０は、半導体基板１０の下面と接する領域に、Ｐ＋型のコレクタ領域を有する。また、トランジスタ部７０は、半導体基板１０の上面側に、Ｎ型のエミッタ領域、Ｐ型のベース領域、ゲート導電部およびゲート絶縁膜を有するゲート構造が周期的に配置されている。
　半導体装置１００は、半導体基板１０の上方に１つ以上のパッドを有してよい。本例の半導体装置１００は、ゲートパッド１６４を有している。半導体装置１００は、アノードパッド、カソードパッドおよび電流検出パッド等のパッドを有してもよい。各パッドは、端辺１６２の近傍に配置されている。端辺１６２の近傍とは、上面視における端辺１６２と、エミッタ電極との間の領域を指す。半導体装置１００の実装時において、各パッドは、ワイヤ等の配線を介して外部の回路に接続されてよい。
　ゲートパッド１６４には、ゲート電位が印加される。ゲートパッド１６４は、活性部１６０のゲートトレンチ部の導電部に電気的に接続される。半導体装置１００は、ゲートパッド１６４とゲートトレンチ部とを接続するゲート配線を備える。図１においては、ゲート配線に斜線のハッチングを付している。
　本例のゲート配線は、外周ゲート配線１３０と、活性側ゲート配線１３１とを有している。外周ゲート配線１３０は、上面視において活性部１６０と半導体基板１０の端辺１６２との間に配置されている。本例の外周ゲート配線１３０は、上面視において活性部１６０を囲んでいる。上面視において外周ゲート配線１３０に囲まれた領域を活性部１６０としてもよい。また、外周ゲート配線１３０は、ゲートパッド１６４と接続されている。外周ゲート配線１３０は、半導体基板１０の上方に配置されている。外周ゲート配線１３０は、アルミニウム等を含む金属配線であってよい。
　活性側ゲート配線１３１は、活性部１６０に設けられている。活性部１６０に活性側ゲート配線１３１を設けることで、半導体基板１０の各領域について、ゲートパッド１６４からの配線長のバラツキを低減できる。
　活性側ゲート配線１３１は、活性部１６０のゲートトレンチ部と接続される。活性側ゲート配線１３１は、半導体基板１０の上方に配置されている。活性側ゲート配線１３１は、不純物がドープされたポリシリコン等の半導体で形成された配線であってよい。
　活性側ゲート配線１３１は、外周ゲート配線１３０と接続されてよい。本例の活性側ゲート配線１３１は、活性部１６０を挟む一方の外周ゲート配線１３０から他方の外周ゲート配線１３０まで、活性部１６０をＹ軸方向の略中央で横切るように、Ｘ軸方向に延伸して設けられている。活性側ゲート配線１３１により活性部１６０が分割されている場合、それぞれの分割領域において、トランジスタ部７０およびダイオード部８０がＸ軸方向に交互に配置されてよい。
　また、半導体装置１００は、ポリシリコン等で形成されたＰＮ接合ダイオードである不図示の温度センス部や、活性部１６０に設けられたトランジスタ部の動作を模擬する不図示の電流検出部を備えてもよい。
　本例の半導体装置１００は、上面視において、活性部１６０と端辺１６２との間に、エッジ終端構造部９０を備える。本例のエッジ終端構造部９０は、外周ゲート配線１３０と端辺１６２との間に配置されている。エッジ終端構造部９０は、半導体基板１０の上面側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部９０は、活性部１６０を囲んで環状に設けられたガードリング、フィールドプレートおよびリサーフのうちの少なくとも一つを備えていてよい。
　図２は、図１における領域Ｄの拡大図である。領域Ｄは、トランジスタ部７０、ダイオード部８０、および、活性側ゲート配線１３１を含む領域である。本例の半導体装置１００は、半導体基板１０の上面側の内部に設けられたゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、ウェル領域１１、エミッタ領域１２、ベース領域１４およびコンタクト領域１５を備える。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、それぞれがトレンチ部の一例である。また、本例の半導体装置１００は、半導体基板１０の上面の上方に設けられたエミッタ電極５２および活性側ゲート配線１３１を備える。エミッタ電極５２および活性側ゲート配線１３１は互いに分離して設けられる。
　エミッタ電極５２および活性側ゲート配線１３１と、半導体基板１０の上面との間には層間絶縁膜が設けられるが、図２では省略している。本例の層間絶縁膜には、コンタクトホール５４が、当該層間絶縁膜を貫通して設けられる。図２においては、それぞれのコンタクトホール５４に斜線のハッチングを付している。
　エミッタ電極５２は、ゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、ウェル領域１１、エミッタ領域１２、ベース領域１４およびコンタクト領域１５の上方に設けられる。エミッタ電極５２は、コンタクトホール５４を通って、半導体基板１０の上面におけるエミッタ領域１２、コンタクト領域１５およびベース領域１４と接触する。また、エミッタ電極５２は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを通って、ダミートレンチ部３０内のダミー導電部と接続される。エミッタ電極５２は、Ｙ軸方向におけるダミートレンチ部３０の先端において、ダミートレンチ部３０のダミー導電部と接続されてよい。
　活性側ゲート配線１３１は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを通って、ゲートトレンチ部４０と接続する。活性側ゲート配線１３１は、Ｙ軸方向におけるゲートトレンチ部４０の先端部４１において、ゲートトレンチ部４０のゲート導電部と接続されてよい。活性側ゲート配線１３１は、ダミートレンチ部３０内のダミー導電部とは接続されない。
　エミッタ電極５２は、金属を含む材料で形成される。図２においては、エミッタ電極５２が設けられる範囲を示している。例えば、エミッタ電極５２の少なくとも一部の領域はアルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金、例えばＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕ等の金属合金で形成される。エミッタ電極５２は、アルミニウム等で形成された領域の下層に、チタンやチタン化合物等で形成されたバリアメタルを有してよい。さらにコンタクトホール内において、バリアメタルとアルミニウム等に接するようにタングステン等を埋め込んで形成されたプラグを有してもよい。
　ウェル領域１１は、活性側ゲート配線１３１と重なって設けられている。ウェル領域１１は、活性側ゲート配線１３１と重ならない範囲にも、所定の幅で延伸して設けられている。本例のウェル領域１１は、コンタクトホール５４のＹ軸方向の端から、活性側ゲート配線１３１側に離れて設けられている。ウェル領域１１は、ベース領域１４よりもドーピング濃度の高い第２導電型の領域である。本例のベース領域１４はＰ－型であり、ウェル領域１１はＰ＋型である。
　トランジスタ部７０およびダイオード部８０のそれぞれは、配列方向に複数配列されたトレンチ部を有する。本例のトランジスタ部７０には、配列方向に沿って１以上のゲートトレンチ部４０と、１以上のダミートレンチ部３０とが交互に設けられている。本例のダイオード部８０には、複数のダミートレンチ部３０が、配列方向に沿って設けられている。本例のダイオード部８０には、ゲートトレンチ部４０が設けられていない。
　本例のゲートトレンチ部４０は、配列方向と垂直な延伸方向に沿って延伸する２つの直線部分３９（延伸方向に沿って直線状であるトレンチの部分）と、２つの直線部分３９を接続する先端部４１を有してよい。図２における延伸方向はＹ軸方向である。
　先端部４１の少なくとも一部は、上面視において曲線状に設けられることが好ましい。２つの直線部分３９のＹ軸方向における端部どうしを先端部４１が接続することで、直線部分３９の端部における電界集中を緩和できる。
　トランジスタ部７０において、ダミートレンチ部３０はゲートトレンチ部４０のそれぞれの直線部分３９の間に設けられる。それぞれの直線部分３９の間には、１本のダミートレンチ部３０が設けられてよく、複数本のダミートレンチ部３０が設けられていてもよい。ダミートレンチ部３０は、延伸方向に延伸する直線形状を有してよく、ゲートトレンチ部４０と同様に、直線部分２９と先端部３１とを有していてもよい。図２に示した半導体装置１００は、先端部３１を有さない直線形状のダミートレンチ部３０と、先端部３１を有するダミートレンチ部３０の両方を含んでいる。
　ウェル領域１１の拡散深さは、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の深さよりも深くてよい。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０のＹ軸方向の端部は、上面視においてウェル領域１１に設けられる。つまり、各トレンチ部のＹ軸方向の端部において、各トレンチ部の深さ方向の底部は、ウェル領域１１に覆われている。これにより、各トレンチ部の当該底部における電界集中を緩和できる。
　配列方向において各トレンチ部の間には、メサ部が設けられている。メサ部は、半導体基板１０の内部において、トレンチ部に挟まれた領域を指す。一例としてメサ部の上端は半導体基板１０の上面である。メサ部の下端の深さ位置は、トレンチ部の下端の深さ位置と同一である。本例のメサ部は、半導体基板１０の上面において、トレンチに沿って延伸方向（Ｙ軸方向）に延伸して設けられている。本例では、トランジスタ部７０にはメサ部６０が設けられ、ダイオード部８０にはメサ部６１が設けられている。本明細書において単にメサ部と称した場合、メサ部６０およびメサ部６１のそれぞれを指している。
　それぞれのメサ部には、ベース領域１４が設けられる。メサ部において半導体基板１０の上面に露出したベース領域１４のうち、活性側ゲート配線１３１に最も近く配置された領域をベース領域１４－ｅとする。図２においては、それぞれのメサ部の延伸方向における一方の端部に配置されたベース領域１４－ｅを示しているが、それぞれのメサ部の他方の端部にもベース領域１４－ｅが配置されている。それぞれのメサ部には、上面視においてベース領域１４－ｅに挟まれた領域に、第１導電型のエミッタ領域１２および第２導電型のコンタクト領域１５の少なくとも一方が設けられてよい。本例のエミッタ領域１２はＮ＋型であり、コンタクト領域１５はＰ＋型である。エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５は、深さ方向において、ベース領域１４と半導体基板１０の上面との間に設けられてよい。
　トランジスタ部７０のメサ部６０は、半導体基板１０の上面に露出したエミッタ領域１２を有する。エミッタ領域１２は、ゲートトレンチ部４０に接して設けられている。ゲートトレンチ部４０に接するメサ部６０には、半導体基板１０の上面に露出したコンタクト領域１５が設けられていてよい。
　メサ部６０におけるコンタクト領域１５およびエミッタ領域１２のそれぞれは、Ｘ軸方向における一方のトレンチ部から、他方のトレンチ部まで設けられる。一例として、メサ部６０のコンタクト領域１５およびエミッタ領域１２は、トレンチ部の延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って交互に配置されている。
　他の例においては、メサ部６０のコンタクト領域１５およびエミッタ領域１２は、トレンチ部の延伸方向（Ｙ軸方向）に沿ってストライプ状に設けられていてもよい。例えばトレンチ部に接する領域にエミッタ領域１２が設けられ、エミッタ領域１２に挟まれた領域にコンタクト領域１５が設けられる。
　ダイオード部８０のメサ部６１には、エミッタ領域１２が設けられていない。メサ部６１の上面には、ベース領域１４およびコンタクト領域１５が設けられてよい。メサ部６１の上面においてベース領域１４－ｅに挟まれた領域には、それぞれのベース領域１４－ｅに接してコンタクト領域１５が設けられてよい。メサ部６１の上面においてコンタクト領域１５に挟まれた領域には、ベース領域１４が設けられてよい。ベース領域１４は、コンタクト領域１５に挟まれた領域全体に配置されてよい。
　それぞれのメサ部の上方には、コンタクトホール５４が設けられている。コンタクトホール５４は、ベース領域１４－ｅに挟まれた領域に配置されている。本例のコンタクトホール５４は、コンタクト領域１５、ベース領域１４およびエミッタ領域１２の各領域の上方に設けられる。コンタクトホール５４は、ベース領域１４－ｅおよびウェル領域１１に対応する領域には設けられない。コンタクトホール５４は、メサ部６０の配列方向（Ｘ軸方向）における中央に配置されてよい。
　ダイオード部８０において、半導体基板１０の下面と隣接する領域には、Ｎ＋型のカソード領域８２が設けられる。半導体基板１０の下面において、カソード領域８２が設けられていない領域には、Ｐ＋型のコレクタ領域２２が設けられてよい。カソード領域８２およびコレクタ領域２２は、半導体基板１０の下面２３と、バッファ領域２０との間に設けられている。図２においては、カソード領域８２およびコレクタ領域２２の境界を点線で示している。
　カソード領域８２は、Ｙ軸方向においてウェル領域１１から離れて配置されている。これにより、比較的にドーピング濃度が高く、且つ、深い位置まで形成されているＰ型の領域（ウェル領域１１）と、カソード領域８２との距離を確保して、耐圧を向上できる。本例のカソード領域８２のＹ軸方向における端部は、コンタクトホール５４のＹ軸方向における端部よりも、ウェル領域１１から離れて配置されている。他の例では、カソード領域８２のＹ軸方向における端部は、ウェル領域１１とコンタクトホール５４との間に配置されていてもよい。
　図３は、図２におけるｅ－ｅ断面の一例を示す図である。ｅ－ｅ断面は、エミッタ領域１２およびカソード領域８２を通過するＸＺ面である。本例の半導体装置１００は、当該断面において、半導体基板１０、層間絶縁膜３８、エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４を有する。
　層間絶縁膜３８は、半導体基板１０の上面に設けられている。層間絶縁膜３８は、ホウ素またはリン等の不純物が添加されたシリケートガラス等の絶縁膜、熱酸化膜、および、その他の絶縁膜の少なくとも一層を含む膜である。層間絶縁膜３８には、図２において説明したコンタクトホール５４が設けられている。
　エミッタ電極５２は、層間絶縁膜３８の上方に設けられる。エミッタ電極５２は、層間絶縁膜３８のコンタクトホール５４を通って、半導体基板１０の上面２１と接触している。コレクタ電極２４は、半導体基板１０の下面２３に設けられる。エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４は、アルミニウム等の金属材料で形成されている。本明細書において、エミッタ電極５２とコレクタ電極２４とを結ぶ方向（Ｚ軸方向）を深さ方向と称する。
　半導体基板１０は、Ｎ型またはＮ－型のドリフト領域１８を有する。ドリフト領域１８は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０のそれぞれに設けられている。
　トランジスタ部７０のメサ部６０には、Ｎ＋型のエミッタ領域１２およびＰ－型のベース領域１４が、半導体基板１０の上面２１側から順番に設けられている。ベース領域１４の下方にはドリフト領域１８が設けられている。メサ部６０には、Ｎ＋型の蓄積領域１６が設けられてもよい。蓄積領域１６は、ベース領域１４とドリフト領域１８との間に配置される。
　エミッタ領域１２は半導体基板１０の上面２１に露出しており、且つ、ゲートトレンチ部４０と接して設けられている。エミッタ領域１２は、メサ部６０の両側のトレンチ部と接していてよい。エミッタ領域１２は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度が高い。
　ベース領域１４は、エミッタ領域１２の下方に設けられている。本例のベース領域１４は、エミッタ領域１２と接して設けられている。ベース領域１４は、メサ部６０の両側のトレンチ部と接していてよい。
　蓄積領域１６は、ベース領域１４の下方に設けられている。蓄積領域１６は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度が高いＮ＋型の領域である。すなわち蓄積領域１６は、ドナー濃度がドリフト領域１８よりも高い。ドリフト領域１８とベース領域１４との間に高濃度の蓄積領域１６を設けることで、キャリア注入促進効果（ＩＥ効果）を高めて、オン電圧を低減できる。蓄積領域１６は、各メサ部６０におけるベース領域１４の下面全体を覆うように設けられてよい。
　ダイオード部８０のメサ部６１には、半導体基板１０の上面２１に接して、Ｐ－型のベース領域１４が設けられている。ベース領域１４の下方には、ドリフト領域１８が設けられている。メサ部６１において、ベース領域１４の下方に蓄積領域１６が設けられていてもよい。
　トランジスタ部７０およびダイオード部８０のそれぞれにおいて、ドリフト領域１８の下にはＮ＋型のバッファ領域２０が設けられてよい。バッファ領域２０のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高い。バッファ領域２０は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度の高い濃度ピークを有してよい。濃度ピークのドーピング濃度とは、濃度ピークの頂点におけるドーピング濃度を指す。また、ドリフト領域１８のドーピング濃度は、ドーピング濃度分布がほぼ平坦な領域におけるドーピング濃度の平均値を用いてよい。
　バッファ領域２０は、半導体基板１０の深さ方向（Ｚ軸方向）において、２つ以上の濃度ピークを有してよい。バッファ領域２０の濃度ピークは、例えば水素（プロトン）またはリンの化学濃度ピークと同一の深さ位置に設けられていてよい。バッファ領域２０は、ベース領域１４の下端から広がる空乏層が、Ｐ＋型のコレクタ領域２２およびＮ＋型のカソード領域８２に到達することを防ぐフィールドストップ層として機能してよい。本明細書では、バッファ領域２０の上端の深さ位置をＺｆとする。深さ位置Ｚｆは、ドーピング濃度が、ドリフト領域１８のドーピング濃度より高くなる位置であってよい。
　トランジスタ部７０において、バッファ領域２０の下には、Ｐ＋型のコレクタ領域２２が設けられる。コレクタ領域２２のアクセプタ濃度は、ベース領域１４のアクセプタ濃度より高い。コレクタ領域２２は、ベース領域１４と同一のアクセプタを含んでよく、異なるアクセプタを含んでもよい。コレクタ領域２２のアクセプタは、例えばボロンである。
　ダイオード部８０において、バッファ領域２０の下には、Ｎ＋型のカソード領域８２が設けられる。カソード領域８２のドナー濃度は、ドリフト領域１８のドナー濃度より高い。カソード領域８２のドナーは、例えば水素またはリンである。なお、各領域のドナーおよびアクセプタとなる元素は、上述した例に限定されない。コレクタ領域２２およびカソード領域８２は、半導体基板１０の下面２３に露出しており、コレクタ電極２４と接続している。コレクタ電極２４は、半導体基板１０の下面２３全体と接触してよい。エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４は、アルミニウム等の金属材料で形成される。
　半導体基板１０の上面２１側には、１以上のゲートトレンチ部４０、および、１以上のダミートレンチ部３０が設けられる。各トレンチ部は、半導体基板１０の上面２１から、ベース領域１４を貫通して、ドリフト領域１８に到達している。エミッタ領域１２、コンタクト領域１５および蓄積領域１６の少なくともいずれかが設けられている領域においては、各トレンチ部はこれらのドーピング領域も貫通して、ドリフト領域１８に到達している。トレンチ部がドーピング領域を貫通するとは、ドーピング領域を形成してからトレンチ部を形成する順序で製造したものに限定されない。トレンチ部を形成した後に、トレンチ部の間にドーピング領域を形成したものも、トレンチ部がドーピング領域を貫通しているものに含まれる。
　上述したように、トランジスタ部７０には、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０が設けられている。ダイオード部８０には、ダミートレンチ部３０が設けられ、ゲートトレンチ部４０が設けられていない。本例においてダイオード部８０とトランジスタ部７０のＸ軸方向における境界は、カソード領域８２とコレクタ領域２２の境界である。
　ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面２１に設けられたゲートトレンチ、ゲート絶縁膜４２およびゲート導電部４４を有する。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチの内壁を覆って設けられる。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチの内壁の半導体を酸化または窒化して形成してよい。ゲート導電部４４は、ゲートトレンチの内部においてゲート絶縁膜４２よりも内側に設けられる。つまりゲート絶縁膜４２は、ゲート導電部４４と半導体基板１０とを絶縁する。ゲート導電部４４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。
　ゲート導電部４４は、深さ方向において、ベース領域１４よりも長く設けられてよい。当該断面におけるゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面２１において層間絶縁膜３８により覆われる。ゲート導電部４４は、ゲート配線に電気的に接続されている。ゲート導電部４４に所定のゲート電圧が印加されると、ベース領域１４のうちゲートトレンチ部４０に接する界面の表層に電子の反転層によるチャネルが形成される。
　ダミートレンチ部３０は、当該断面において、ゲートトレンチ部４０と同一の構造を有してよい。ダミートレンチ部３０は、半導体基板１０の上面２１に設けられたダミートレンチ、ダミー絶縁膜３２およびダミー導電部３４を有する。ダミー導電部３４は、エミッタ電極５２に電気的に接続されている。ダミー絶縁膜３２は、ダミートレンチの内壁を覆って設けられる。ダミー導電部３４は、ダミートレンチの内部に設けられ、且つ、ダミー絶縁膜３２よりも内側に設けられる。ダミー絶縁膜３２は、ダミー導電部３４と半導体基板１０とを絶縁する。ダミー導電部３４は、ゲート導電部４４と同一の材料で形成されてよい。例えばダミー導電部３４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。ダミー導電部３４は、深さ方向においてゲート導電部４４と同一の長さを有してよい。
　本例のゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、半導体基板１０の上面２１において層間絶縁膜３８により覆われている。なお、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０の底部は、下側に凸の曲面状（断面においては曲線状）であってよい。本明細書では、ゲートトレンチ部４０の下端の深さ位置をＺｔとする。
　半導体基板１０の上面２１側には、上面側ライフタイムキラーが設けられてよい。上面側ライフタイムキラーは、深さ方向において局所的に形成された格子欠陥等の再結合中心である。本例では、深さ方向における再結合中心密度分布における、再結合中心密度ピーク２１０が、上面側ライフタイムキラーである。各図においては、深さ方向におけるライフタイムキラーの密度分布のピーク位置をバツ印で模式的に示している。本明細書では、当該ピーク位置を、ライフタイムキラーの位置として説明する。バツ印は、Ｘ軸方向において離散的に配置されているが、特に説明する場合を除き、ライフタイムキラーはＸ軸方向において一様に設けられている。
　再結合中心密度ピーク２１０は、半導体基板１０の上面２１から、ヘリウム等の粒子を所定の深さ位置に注入することで形成できる。再結合中心密度ピーク２１０と同一の深さ位置に、ヘリウム等の粒子の濃度ピークが配置されてよい。再結合中心密度ピーク２１０は、各トレンチ部よりも下方に配置されてよい。また、再結合中心密度ピーク２１０は、上面視においてゲートトレンチ部４０と重ならない位置に設けられることが好ましい。これにより、ゲート絶縁膜４２にダメージを与えずに、ヘリウム等の粒子を注入して再結合中心密度ピーク２１０を形成できる。本例の再結合中心密度ピーク２１０は、上面視においてダイオード部８０の全体に設けられている。図３における再結合中心密度ピーク２１０は、トランジスタ部７０に設けられていないが、他の例では、トランジスタ部７０の一部の領域に再結合中心密度ピーク２１０が設けられていてもよい。
　半導体基板１０の下面２３側には、下面側ライフタイムキラーが設けられている。下面側ライフタイムキラーは、半導体基板１０の下面２３側からヘリウム等の粒子を注入することで形成してよい。本例では、再結合中心密度ピーク２２０が、下面側ライフタイムキラーである。再結合中心密度ピーク２２０は、深さ方向において異なる位置に複数個配置されてよい。図３の例では、異なる深さ位置に、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１および第２の再結合中心密度ピーク２２０－２が配置されている。ただし、再結合中心密度ピーク２２０は、３つ以上の深さ位置に設けられていてもよい。それぞれの再結合中心密度ピーク２２０と同一の深さ位置には、ヘリウム化学濃度のピークが設けられてよい。
　バッファ領域２０内に、２つ以上の再結合中心密度ピーク２２０が設けられてよい。これにより、バッファ領域２０内におけるライフタイムキラーの分布を制御しやすくなる。従って、キャリアライフタイムを精度よく制御できる。
　再結合中心密度ピーク２２０は、上面視においてダイオード部８０の全体に設けられてよい。また、再結合中心密度ピーク２２０は、上面視においてトランジスタ部７０の全体に設けられてよい。再結合中心密度ピーク２２０は、上面視において活性部１６０の全体に設けられてよく、上面視において半導体基板１０の全体に設けられてもよい。第１の再結合中心密度ピーク２２０－１および第２の再結合中心密度ピーク２２０－２は、上面視において同一の範囲に設けられてよい。
　図４Ａは、図３のＦ－Ｆ線におけるドーピング濃度分布、水素化学濃度分布、ヘリウム化学濃度分布および再結合中心密度分布の一例を示す図である。図４Ａにおいて、半導体基板１０の深さ方向における中央位置をＺｃとする。つまり、半導体基板１０の上面２１側の領域とは、上面２１と中央位置Ｚｃとの間の領域であり、下面２３側の領域とは、下面２３と中央位置Ｚｃとの間の領域である。
　エミッタ領域１２は、リン等のＮ型ドーパントを含む。ベース領域１４は、ボロン等のＰ型ドーパントを含む。蓄積領域１６は、リンまたは水素等のＮ型ドーパントを含む。ドーピング濃度分布は、エミッタ領域１２、ベース領域１４および蓄積領域１６においてそれぞれ濃度ピークを有してよい。
　ドリフト領域１８は、ドーピング濃度がほぼ平坦な領域である。ドリフト領域１８のドーピング濃度Ｄｄは、半導体基板１０のバルク・ドナー濃度と同一であってよく、バルク・ドナー濃度よりも高濃度であってもよい。
　本例のバッファ領域２０は、ドーピング濃度分布において、複数のドーピング濃度ピーク２５－１、２５－２、２５－３、２５－４を有する。それぞれのドーピング濃度ピーク２５は、水素イオンを局所的に注入することで形成された水素ドナーのピークであってよい。他の例では、それぞれのドーピング濃度ピーク２５は、リン等のＮ型ドーパントを注入することで形成されてもよい。他の例では、下面２３に最も近いドーピング濃度ピーク２５－１のＮ型ドーパントをリンとし、ドーピング濃度ピーク２５－１以外のドーピング濃度ピーク２５－１、２５－２、２５－３のＮ型ドーパントを水素としてもよい。つまり、ドーピング濃度ピーク２５－１はリンの濃度ピークであり、ドーピング濃度ピーク２５－１以外のドーピング濃度ピーク２５は水素ドナーの濃度ピークであってよい。この場合に、ドーピング濃度ピーク２５－１の深さ位置における水素化学濃度ピーク１０３－１は、無くてよい。コレクタ領域２２は、ボロン等のＰ型ドーパントを含む。また、図３に示したカソード領域８２は、リン等のＮ型ドーパントを含む。バッファ領域２０において、ドーピング濃度からドリフト領域１８のドーピング濃度Ｄｄを差し引いた濃度を、水素ドナー濃度としてよい。
　本例の水素化学濃度分布は、バッファ領域２０において局所的な水素化学濃度ピーク１０３を複数有する。バッファ領域２０に水素イオンを注入することで、水素、格子欠陥などが結合した水素ドナーが形成され、ドナーとして機能する。本例の水素化学濃度ピーク１０３は、ドーピング濃度ピーク２５と同一の深さ位置に設けられている。２つのピークが同一の深さ位置に設けられるとは、一方のピークの半値全幅の範囲内に、他方のピークの頂点が配置されていることを指す。水素化学濃度ピーク１０３の濃度が十分高くない場合、当該水素化学濃度ピーク１０３と同一の深さ位置に明瞭なドーピング濃度ピーク２５が観察されない場合もある。本例の水素化学濃度は、バッファ領域２０からドリフト領域１８に入った直後において急峻に低下している。このため、ドリフト領域１８には水素ドナーがほとんど形成されていない。他の例では、水素はドリフト領域１８の内部まで拡散して水素ドナーを形成してもよい。この場合、ドリフト領域１８のドーピング濃度は、バルク・ドナー濃度よりも高くなる。
　バッファ領域２０は、半導体基板１０の深さ方向における異なる位置に配置された、２つ以上のヘリウム化学濃度ピーク２２１を有する。本例では、第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１と、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２が、バッファ領域２０に設けられている。第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２は、第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１よりも下面２３から離れて配置されている。
　上述したように、それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１の近傍には、再結合中心密度ピーク２２０が形成されている。つまり、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１と重なる位置、および、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２と重なる位置に、第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１、および、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２を有する。ピークが重なるとは、一方のピークの半値全幅内に、他方のピークの頂点が配置されることを指してよい。
　本例では、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１と、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２が、バッファ領域２０に設けられている。第２の再結合中心密度ピーク２２０－２は、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１よりも下面２３から離れて（すなわち上面２１側に）配置されている。再結合中心密度ピーク２２０は、キャリアの再結合を促進する再結合中心であってよい。再結合中心は、格子欠陥であってよい。格子欠陥は、単原子空孔（Ｖ）、複原子空孔（ＶＶ）等の、空孔を主体としてよく、転位であってよく、格子間原子であってよく、遷移金属等であってよい。例えば、空孔に隣接する原子は、ダングリング・ボンドを有する。広義では、格子欠陥にはドナーやアクセプタも含まれ得るが、本明細書では空孔を主体とする格子欠陥を空孔型格子欠陥、空孔型欠陥、あるいは単に格子欠陥と称する場合がある。本明細書では格子欠陥を、キャリアの再結合に寄与する再結合中心として、単に再結合中心、あるいはライフタイムキラーと称する場合がある。ライフタイムキラーは、ヘリウムイオンを半導体基板１０に注入することにより形成されてよい。ヘリウムを注入したことで形成されたライフタイムキラーは、バッファ領域２０に存在する水素により終端される場合があるので、ライフタイムキラーの密度ピークの深さ位置と、ヘリウム化学濃度ピーク２２１の深さ位置とは一致しない場合がある。
　バッファ領域２０の２か所以上の深さ位置にヘリウムを注入することで、バッファ領域２０における再結合中心密度ピーク２２０の密度分布を制御しやすくなる。それぞれの深さ位置には、３Ｈｅまたは４Ｈｅを注入してよい。３Ｈｅは、２個の陽子と１個の中性子を含むヘリウム同位体である。４Ｈｅは、２個の陽子と２個の中性子を含むヘリウム同位体である。
　３Ｈｅまたは４Ｈｅを、緩衝材（アルミニウム等）を経由することなく、注入深さが一義的にきまる最も小さい加速エネルギーで注入することで、ヘリウム化学濃度の濃度ピークの深さ方向における半値幅を小さくできる。
　図４Ｂは、イオンの注入深さ（Ｒｐ）と、注入に要する加速エネルギーの関係を示す図である。本例では、緩衝材を経由せずに、シリコンの半導体基板１０に直接ヘリウムイオンを注入している。図４Ｂにおける横軸は飛程Ｒｐ（μｍ）、縦軸は注入に必要な加速エネルギーＥ（ｅＶ）である。図４Ｂでは、３Ｈｅの例を実線で示し、４Ｈｅの例を破線で示している。
　ｌｏｇ１０（Ｒｐ）をｘ、ｌｏｇ１０（Ｅ）をｙとする。
　３Ｈｅでは、飛程Ｒｐと加速エネルギーＥの関係は式（１）で与えられてよい。
　ｙ＝４．５２５０５Ｅ－０３ｘ６　－　４．７１４７１Ｅ－０２ｘ５　＋　１．６７１８５Ｅ－０１ｘ４　－　１．７２０３８Ｅ－０１ｘ３　－　２．９２７２３Ｅ－０１ｘ２　＋　１．３９７８２Ｅ＋００ｘ　＋　５．３３８５８Ｅ＋００　・・・式（１）
　なお、Ｅ－Ａは１０－Ａであり、Ｅ＋Ａは１０Ａである。
　半導体装置１００の製造時における実際の飛程Ｒｐ'を式（１）に代入して算出される加速エネルギーをＥとする。製造時における実際の加速エネルギーＥ'が、式（１）から算出された加速エネルギーＥの±２０％以内であれば、３Ｈｅを使用しているとみなしてよい。
　４Ｈｅでは、飛程Ｒｐと加速エネルギーＥの関係は式（２）で与えられてよい。
　ｙ＝２．９０１５７Ｅ－０３ｘ６　－　３．６６５９３Ｅ－０２ｘ５　＋　１．５９３６３Ｅ－０１ｘ４　－　２.３１９３８Ｅ－０１ｘ３　－２．００９９９Ｅ－０１ｘ２　＋　１．４５８９１Ｅ＋００ｘ　＋　５．２７１６０Ｅ＋００　・・・式（２）
　製造時における実際の加速エネルギーＥ'が、実際の飛程Ｒｐ'を用いて式（２）から算出された加速エネルギーＥの±２０％以内であれば、４Ｈｅを使用しているとみなしてよい。
　図４Ｂに示されるように、飛程Ｒｐが８μｍ～１０μｍの領域の値を境界値として、飛程Ｒｐが境界値以上の場合は、４Ｈｅの加速エネルギーの方が、３Ｈｅの加速エネルギーよりも１０％程度高くなっている。飛程Ｒｐが境界値以下の場合は、３Ｈｅの加速エネルギーの方が、４Ｈｅの加速エネルギーよりも１０％程度高くなっている。同位体の中性子の個数により、電子阻止能と核阻止能のバランスが変化することによると推測される。一例として、飛程Ｒｐが１０μｍ以下の場合は４Ｈｅを用いてよい。これにより、１０％程度小さい加速エネルギーでヘリウムイオンを注入することが可能である。飛程Ｒｐが１０μｍより大きい場合には、３Ｈｅを用いてよい。
　図４Ｃは、イオンの注入深さ（Ｒｐ）と、注入方向のストラグリング（ΔＲｐ、標準偏差）の関係を示す図である。本例における注入方向は、半導体基板１０の深さ方向である。本例においても、緩衝材を経由せずに、シリコンの半導体基板１０に直接ヘリウムイオンを注入している。図４Ｃにおける横軸は飛程Ｒｐ（μｍ）、縦軸はストラグリングΔＲｐ（μｍ）である。図４Ｃでは、３Ｈｅの例を実線で示し、４Ｈｅの例を破線で示している。
　ストラグリングΔＲｐは、ヘリウム濃度分布をガウス分布と仮定して算出してよい。例えばストラグリングΔＲｐは、濃度ピーク値の０．６０６５３倍の濃度になる２点間の距離（分布幅）としてよく、濃度ピーク値の０．６倍の濃度になる２点間の距離としてもよい。隣り合う濃度ピークの間の極小値等が濃度ピーク値の０．６倍よりも大きい場合は、濃度分布の極小値等の変曲点間の距離を、ストラグリングΔＲｐとしてもよい。
　ｌｏｇ１０（Ｒｐ）をｘ、ｌｏｇ１０（ΔＲｐ）をｙとする。
　３Ｈｅでは、飛程ＲｐとストラグリングΔＲｐの関係は式（３）で与えられてよい。
　ｙ＝５．００３９５Ｅ－０４ｘ６　＋　９．９１６５１Ｅ－０３ｘ５　－　９．７６０１５Ｅ－０２ｘ４　＋　２.１２５８７Ｅ－０１ｘ３　＋　１．３０９９４Ｅ－０１ｘ２　＋　２．２５４５８Ｅ－０１ｘ　－　８．５９４６３Ｅ－０１　・・・式（３）
　半導体装置１００の製造時における実際の飛程Ｒｐ'を式（３）に代入して算出されるストラグリングをΔＲｐとする。製造時における実際のストラグリングΔＲｐ'が、式（３）から算出されたストラグリングΔＲｐの±２０％以内であれば、３Ｈｅを使用しているとみなしてよい。実際のストラグリングΔＲｐ'は、熱的アニールによるヘリウムの拡散分を含まないことが好ましい。実際のストラグリングΔＲｐ'は、ヘリウムの注入後、熱的アニールの前に測定した値であってよく、熱的アニールの後に測定した値から、ヘリウムの拡散分を差し引いた値であってもよい。
　４Ｈｅでは、飛程ＲｐとストラグリングΔＲｐの関係は式（４）で与えられてよい。
　ｙ＝３．１０２３４Ｅ－０３ｘ６　－　９．２０７６２Ｅ－０３ｘ５　－６．１３６１２Ｅ－０２ｘ４　＋２.３４３０４Ｅ－０１ｘ３　＋　３．８８５９１Ｅ－０２ｘ２　＋　２．２２９５５Ｅ－０１ｘ　－　８．０１９６７Ｅ－０１　・・・式（４）
　製造時における実際のストラグリングΔＲｐ'が、実際の飛程Ｒｐ'を用いて式（４）から算出されたストラグリングΔＲｐの±２０％以内であれば、４Ｈｅを使用しているとみなしてよい。実際のストラグリングΔＲｐ'は、熱的アニールによるヘリウムの拡散分を含まないことが好ましい。
　図４Ｃに示されるように、飛程Ｒｐが１０～２０μｍの領域の値を境界値として、飛程Ｒｐが境界値以下の場合は、３ＨｅのストラグリングΔＲｐのほうが、４ＨｅのストラグリングΔＲｐよりも１０％程度小さくなっている。飛程Ｒｐが境界値以上の場合は、３Ｈｅと４Ｈｅとで、ストラグリングΔＲｐはほぼ等しい。同位体の中性子の個数により、電子阻止能と核阻止能のバランスが変化することによると推測される。
　一例として、飛程Ｒｐが２０μｍ以下の場合は３Ｈｅを用いてよい。これにより、１０％程度小さいストラグリングΔＲｐとすることが可能である。あるいは、ストラグリングΔＲｐの１０％程度の相違が、ヘリウム化学濃度分布あるいは電気的特性に与える相違が十分小さい場合は、飛程Ｒｐが２０μｍ以下の場合においても、３Ｈｅと４Ｈｅとで、ストラグリングΔＲｐはほぼ等しいとみなしてもよい。この場合、半導体基板１０に注入するヘリウム原子は、３Ｈｅでもよいし、４Ｈｅでもよい。
　一例として４Ｈｅを注入した場合のヘリウム化学濃度ピーク２２１の半値全幅は１μｍ以下である。ヘリウム化学濃度ピーク２２１の半値全幅は０．５μｍ以下であってもよい。半値幅の小さいヘリウム化学濃度ピーク２２１を、バッファ領域２０に複数配置することで、再結合中心密度ピーク２２０の分布の形状を容易に制御できる。また、ヘリウムを注入したことにより形成される水素ドナーが、広範囲に分布することを抑制できる。このため、バッファ領域２０のドーピング濃度分布が広範囲に変動することを抑制できる。
　また、複数のヘリウム化学濃度ピーク２２１を設けることで、再結合中心密度ピーク２２０の総濃度を高く維持できる。このため、半導体装置１００のターンオフ時等においてキャリアのライフタイムを短くし、テール電流を抑制できる。
　なお、３Ｈｅの加速エネルギーＥがおよそ２０ＭｅＶ以上（飛程Ｒｐが２７０μｍ以上）で、ストラグリングΔＲｐが１０μｍ以上となる。４Ｈｅの加速エネルギーＥがおよそ２１ＭｅＶ以上（飛程Ｒｐが２５０μｍ以上）で、ストラグリングΔＲｐが１０μｍ以上となる。この場合、バッファ領域２０の深さ方向の幅に比べて、ヘリウム化学濃度ピーク２２１の半値全幅を十分小さくできない。このため、バッファ領域２０の広範囲において水素ドナーが形成され、ドーピング濃度分布が変動してしまう。このため、バッファ領域２０において短絡時に局所的に電界が集中して、短絡電流耐量が低下する場合がある。これに対してヘリウム化学濃度ピーク２２１の半値幅を小さくすることで、短絡電流耐量を維持しやすくなる。よって、３Ｈｅおよび４Ｈｅのいずれかを注入する場合において、加速エネルギーＥは２０ＭｅＶ以下であってよく、１０ＭｅＶ以下であってよい。あるいは、複数のヘリウム化学濃度ピーク２２１のうちの、少なくとも１つ以上または２つ以上のヘリウム化学濃度ピーク２２１の加速エネルギーＥが、１０ＭｅＶ以下であってよく、５ＭｅＶ以下であってよい。
　図５は、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１および第２の再結合中心密度ピーク２２０－２を示す図である。第１の再結合中心密度ピーク２２０－１のピーク値をＰｋ１、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２のピーク値をＰｋ２とする。第１の再結合中心密度ピーク２２０－１の深さ方向における積分値をＳ１、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の深さ方向における積分値をＳ２とする。積分値Ｓ１は、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１において、再結合中心密度がα×Ｐｋ１以上となる範囲（図５では斜線のハッチングを付した範囲）を積分した値であってよい。係数αは、０より大きく、１より小さい実数である。例えばα＝０．５の場合、積分値Ｓ１は、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１を半値全幅の範囲で積分した値である。同様に積分値Ｓ２は、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２において、再結合中心密度がα×Ｐｋ２以上となる範囲を積分した値であってよい。係数αは、それぞれの再結合中心密度ピーク２２０で同一であってよい。係数αは０．５であってよく、０．１であってよく、０．０１であってよく、他の数値であってもよい。なお再結合中心密度の分布は、キャリアライフタイムの分布から算出してよく、他の方法で測定してもよい。再結合中心密度の分布は、例えば陽電子消滅法により測定される空孔濃度を再結合中心密度としてよい。あるいは、ＳＩＭＳ法により測定されるヘリウム原子の原子密度を再結合中心密度としてもよい。
　本例の第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の積分値Ｓ２は、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１の積分値Ｓ１よりも大きい。それぞれの積分値は、それぞれの深さ位置に注入するヘリウム等の荷電粒子線のドーズ量で調整できる。積分値Ｓ２を大きくすることで、逆回復損失Ｅｒｒを大きく低減できる。積分値Ｓ２は、積分値Ｓ１の２倍以上であってよく、５倍以上であってよく、１０倍以上であってもよい。
　本例の第２の再結合中心密度ピーク２２０－２のピーク値Ｐｋ２が、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１のピーク値Ｐｋ１より大きくてもよい。積分値Ｓ２＞積分値Ｓ１の条件と、ピーク値Ｐｋ２＞ピーク値Ｐｋ１の条件の少なくとも一方を満たしてよく、両方を満たしてもよい。ピーク値Ｐｋ２は、ピーク値Ｐｋ１の２倍以上であってよく、５倍以上であってよく、１０倍以上であってもよい。
　第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１のピーク値は、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２のピーク値より小さくてよく、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２のピーク値と同一であってよく、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２のピーク値より大きくてもよい。ヘリウムを照射することで形成された再結合中心は、水素により終端されて水素ドナーになる場合がある。このため、第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１のピーク値が、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２のピーク値と同一またはより大きい場合でも、それぞれの位置における水素濃度の違いにより、積分値Ｓ２＞積分値Ｓ１、または、ピーク値Ｐｋ２＞ピーク値Ｐｋ１となり得る。
　図６は、バッファ領域２０におけるドーピング濃度分布、水素化学濃度分布、ヘリウム化学濃度分布、再結合中心密度分布およびドーピング濃度の積分濃度分布の一例を示す図である。それぞれの濃度分布は、図４Ａにおいて説明した各濃度分布と同様であってよい。本例の積分濃度分布は、トレンチ部の下端位置Ｚｔから下面２３に向かってドーピング濃度を積分した積分値（／ｃｍ２）の分布である。なお、トレンチ部の下端を含むようにＰ型層が形成されている場合は、下端位置Ｚｔを、当該Ｐ型層のうち半導体基板１０の下面２３側に位置するドリフト領域１８とのＰＮ接合の位置としてよい。すなわち本例の積分濃度分布を、当該Ｐ型層のうち半導体基板１０の下面２３側に位置するドリフト領域１８とのＰＮ接合の位置から、下面２３に向かってドーピング濃度を積分した積分値（／ｃｍ２）の分布としてよい。
　本例のドーピング濃度分布は、半導体基板１０の下面２３側から順番に、１つ以上のドーピング濃度ピーク２５－１、２５－２、２５－３、２５－４を有する。ドーピング濃度ピーク２５－１は、バッファ領域２０のドーピング濃度ピーク２５のうち、下面２３に最も近い最浅ドーピング濃度ピークの一例である。ドーピング濃度ピーク２５－４は、下面２３から最も離れて配置された最深ドーピング濃度ピークの一例である。それぞれのドーピング濃度ピーク２５の深さ位置を、下面２３側から順番にＺｄ１、Ｚｄ２、Ｚｄ３、Ｚｄ４とする。それぞれの深さ位置Ｚｄは、下面２３からの距離を示している。なお、いずれかのドーピング濃度ピーク２５は、明瞭なピークでなくてもよい。例えばドーピング濃度分布の傾きの変曲点（キンク）を、ドーピング濃度ピーク２５としてよい。ドーピング濃度ピーク２５－１は、濃度値が最大のドーピング濃度ピーク２５であってよい。ドーピング濃度ピーク２５－２は、濃度値が２番目に大きいドーピング濃度ピーク２５であってよい。ドーピング濃度ピーク２５－３は、濃度値が最小のドーピング濃度ピーク２５であってよい。ドーピング濃度ピーク２５－４は、ドーピング濃度ピーク２５－３よりも高濃度のドーピング濃度ピーク２５であってよい。
　本例の水素化学濃度分布は、半導体基板１０の下面２３側から順番に、水素化学濃度ピーク１０３－１、１０３－２、１０３－３、１０３－４を有する。それぞれの水素化学濃度ピーク１０３の深さ位置を、下面２３側から順番にＺｈ１、Ｚｈ２、Ｚｈ３、Ｚｈ４とする。それぞれの深さ位置Ｚｈは、下面２３からの距離を示している。深さ位置Ｚｄｋは、深さ位置Ｚｈｋと同一位置であってよい。ただし、ｋは１から４の整数である。水素化学濃度ピーク１０３－１は、濃度値が最大の水素化学濃度ピーク１０３であってよい。水素化学濃度ピーク１０３－２は、濃度値が２番目に大きい水素化学濃度ピーク１０３であってよい。水素化学濃度ピーク１０３－３は、濃度値が最小の水素化学濃度ピーク１０３であってよい。水素化学濃度ピーク１０３－４は、水素化学濃度ピーク１０３－３よりも高濃度の水素化学濃度ピーク１０３であってよい。
　本例のヘリウム化学濃度分布は、半導体基板１０の下面２３側から順番に、第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２を有する。本例の再結合中心密度分布は、半導体基板１０の下面２３側から順番に、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２を有する。それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１の深さ位置を、下面２３側から順番にＺｋ１、Ｚｋ２とする。それぞれの再結合中心密度ピーク２２０の深さ位置を、下面２３側から順番にＺｋ１、Ｚｋ２としてもよい。それぞれの深さ位置Ｚｋは、下面２３からの距離を示している。
　第１の再結合中心密度ピーク２２０－１は、いずれかのドーピング濃度ピーク２５と半導体基板１０の下面２３との間に配置され、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２は、当該ドーピング濃度ピーク２５と上面２１との間に配置されている。本例の第１の再結合中心密度ピーク２２０－１は、ドーピング濃度ピーク２５－１よりも下面２３側に配置されて、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２は、ドーピング濃度ピーク２５－１よりも上面２１側に配置されている。より具体的な例では、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２は、ドーピング濃度ピーク２５－１とドーピング濃度ピーク２５－２との間に配置されている。他の例では、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２は、ドーピング濃度ピーク２５－２とドーピング濃度ピーク２５－３との間に配置されてよく、ドーピング濃度ピーク２５－３とドーピング濃度ピーク２５－４との間に配置されていてもよい。つまり、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１と第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の間には、ドーピング濃度ピーク２５が１つだけ配置されてよく、ドーピング濃度ピーク２５が複数配置されてもよい。後述するように、ドーピング濃度ピーク２５－１よりも下面２３側に第１の再結合中心密度ピーク２２０－１を配置することで、漏れ電流を抑制しつつ、逆回復損失を抑制できる。また、ドーピング濃度ピーク２５－１よりも上面２１側に第２の再結合中心密度ピーク２２０－２を配置することで、逆回復損失を大幅に低減できる。
　なお、ＳＲ法により測定したキャリア濃度分布をドーピング濃度分布とした場合、ドーピング濃度分布は、いずれかのヘリウム化学濃度ピーク２２１と同一の深さ位置において谷部３５を有してよい。谷部３５は、ドーピング濃度が極小値を示す領域である。本例では、ヘリウム化学濃度ピーク２２１と同一の深さ位置に再結合中心密度ピーク２２０が設けられるので、当該位置におけるキャリア移動度が低下する。これにより、上述のようにキャリア濃度が低下する。以降のドーピング濃度分布を示す図面において、ヘリウム化学濃度ピーク２２１と同一の深さ位置において谷部３５を省略しているが、谷部３５が設けられていてよい。
　空乏層エッジ位置Ｚｅは、ドリフト領域１８の上端から半導体基板１０の下面２３に向かってドリフト領域１８およびバッファ領域２０のネット・ドーピング濃度を積分した積分濃度が臨界積分濃度ｎｃに達する深さ位置である。空乏層エッジ位置Ｚｅは、臨界濃度深さ位置Ｚｅと称する場合がある。本明細書では、コレクタ電極２４およびエミッタ電極５２間に順バイアスが印加されてアバランシェ降伏が発生した場合において、ドリフト領域１８の上端からバッファ領域２０の特定位置までが空乏化している場合に、ドリフト領域１８の上端から当該特定位置までネット・ドーピング濃度を積分した値を、臨界積分濃度と称する。つまり、空乏層エッジ位置Ｚｅは、アバランシェ降伏が発生した場合に、ベース領域１４の下端から半導体基板１０の下面２３に向かって広がる空乏層が到達する最も下面２３側の位置である。臨界積分濃度ｎｃは、半導体基板１０の構成原子に依存する。半導体基板１０がシリコンからなる場合は、臨界積分濃度ｎｃは約１．２×１０１２／ｃｍ２である。コレクタ電極２４およびエミッタ電極５２間に半導体装置１００の定格電圧を印加した場合に、当該空乏層が到達する最も下面２３側の位置を空乏層エッジ位置Ｚｅとしてもよい。空乏層エッジ位置Ｚｅをバッファ領域２０に配置することで、空乏層がコレクタ領域２２またはカソード領域８２に到達することを防げる。
　なおドリフト領域１８の上端とは、図３に示した例では、ドリフト領域１８と蓄積領域１６との境界位置である。ドリフト領域１８と蓄積領域１６との境界位置の判別が困難な場合、トレンチ部の下端位置Ｚｔをドリフト領域１８の下端としてもよい。また、ドリフト領域１８とベース領域１４とが接している場合、ドリフト領域１８とベース領域１４の境界のＰＮ接合の位置が、ドリフト領域１８の上端である。
　空乏層エッジ位置Ｚｅは、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１と第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の間に位置してよい。空乏層エッジ位置Ｚｅは、ドーピング濃度ピーク２５－１とドーピング濃度ピーク２５－２の間に位置してよい。臨界濃度深さ位置Ｚｅよりも上面２１側における再結合中心密度の積分値は、臨界濃度深さ位置Ｚｅよりも下面２３側における再結合中心密度の積分値よりも大きくてよく、等しくてよく、小さくてもよい。本例では、臨界濃度深さ位置Ｚｅよりも上面２１側における再結合中心密度の積分値は、臨界濃度深さ位置Ｚｅよりも下面２３側における再結合中心密度の積分値よりも大きい。臨界濃度深さ位置Ｚｅよりも上面２１側におけるヘリウム化学濃度の積分値は、臨界濃度深さ位置Ｚｅよりも下面２３側におけるヘリウム化学濃度の積分値よりも大きくてよく、等しくてよく、小さくてもよい。本例では、臨界濃度深さ位置Ｚｅよりも上面２１側におけるヘリウム化学濃度の積分値は、臨界濃度深さ位置Ｚｅよりも下面２３側におけるヘリウム化学濃度の積分値よりも大きい。
　図７は、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１および第２の再結合中心密度ピーク２２０－２におけるヘリウムドーズ量と、逆回復損失Ｅｒｒとの関係を示す図である。第１の再結合中心密度ピーク２２０－１および第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の配置は、図４Ａに示した例と同様である。
　ヘリウムドーズ量を増大させると、それぞれの再結合中心密度ピーク２２０の積分値Ｓおよびピーク値Ｐｋが増大する。逆回復損失Ｅｒｒは、ダイオード部８０の逆回復時における損失を指す。図７においては、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２に対するヘリウムドーズ量を維持した状態で第１の再結合中心密度ピーク２２０－１のヘリウムドーズ量を変化させた結果を丸印で示し、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１に対するヘリウムドーズ量を維持した状態で第２の再結合中心密度ピーク２２０－２のヘリウムドーズ量を変化させた結果をバツ印で示している。
　いずれの再結合中心密度ピーク２２０においても、ヘリウムドーズ量を増加させると再結合中心密度が増大する。このため、ダイオード部８０の逆回復時のキャリアライフタイムが短くなり、逆回復損失が小さくなる。特にバッファ領域２０に再結合中心を形成するので、ダイオード部８０の逆回復時に流れるテール電流を小さくし、または、テール電流が流れる期間を短くできる。このため、逆回復損失を小さくできる。図７に示すように、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１よりも、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２に対するヘリウムドーズ量を増大させたほうが、逆回復損失を大幅に低減できる。これは、逆回復時においてダイオード部８０にテール電流が流れる期間では、ドーピング濃度ピーク２５－１よりも上面２１側に多くのキャリアが残存しているので、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の積分値を大きくすることで、効率よくテール電流を小さくし、また、テール電流が流れる期間を短縮できるためと推定できる。このため、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の積分値Ｓ２またはピーク値Ｐｋ２を、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１の積分値Ｓ１またはピーク値Ｐｋ１よりも大きくすることで、逆回復損失を大幅に低減できる。
　図８は、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１および第２の再結合中心密度ピーク２２０－２におけるヘリウムドーズ量と、漏れ電流Ｉｃｅｓとの関係を示す図である。第１の再結合中心密度ピーク２２０－１および第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の配置は、図４Ａに示した例と同様である。図８の丸印およびバツ印のプロットにおける測定条件は、図７の例と同様である。
　漏れ電流Ｉｃｅｓは、コレクタ－エミッタ間遮断電流とも称される。漏れ電流Ｉｃｅｓは、ゲート－エミッタ間を短絡した状態（つまりトランジスタ部７０がオフ状態）で、コレクタ－エミッタ間に所定の電圧を印加したときの、コレクタ－エミッタ間の漏れ電流である。半導体基板１０に再結合中心を形成すると、再結合中心を介して漏れ電流が増大する場合がある。
　図８に示すように、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２のヘリウムドーズ量を増大させると、漏れ電流Ｉｃｅｓが増大する傾向がある。一方で、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１のヘリウムドーズ量を増大させても、漏れ電流Ｉｃｅｓはほとんど増大しない。このため、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１を設けることで、漏れ電流Ｉｃｅｓの増大を抑制しつつ、逆回復損失Ｅｒｒを低減できる。以上により、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１および第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の積分値の比率を適切に調節することにより、漏れ電流Ｉｃｅｓの増大を抑えながら、逆回復損失を大幅に低減することができる。
　一方でバッファ領域２０は、ダイオード部８０およびトランジスタ部７０の両方に設けられている場合がある。ダイオード部８０およびトランジスタ部７０において、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１の積分値Ｓ１が同一であってよい。バッファ領域２０の構造は、ダイオード部８０とトランジスタ部７０とで同一であってよい。この場合、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１の積分値Ｓ１またはピーク値Ｐｋ１を大きくしすぎると、トランジスタ部７０のコレクタ領域２２からのキャリア注入が阻害され、キャリア注入促進効果（ＩＥ効果）が低くなり、トランジスタ部７０のオン電圧が増大してしまう。これに対して第１の再結合中心密度ピーク２２０－１の積分値Ｓ１またはピーク値Ｐｋ１を、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の積分値Ｓ２またはピーク値Ｐｋ２より小さくすることで、ダイオード部８０の特性を改善しつつ、トランジスタ部７０のオン電圧の増大を抑制できる。
　図９は、比較例のバッファ領域２０における、キャリア濃度分布およびヘリウム化学濃度分布の一例を示している。本例のバッファ領域２０は、３Ｈｅを注入して形成したヘリウム化学濃度のピークを１つだけ有している。また、図９においては、ヘリウムを注入しない場合のキャリア濃度分布を実線で示し、ヘリウムを注入した場合のキャリア濃度分布を破線で示している。ヘリウムを注入しない場合のキャリア濃度分布は、図６等におけるドーピング濃度分布と同様である。
　本例では、バッファ領域２０に単一のヘリウム化学濃度のピークが設けられている。このため、ライフタイムキラーの分布を制御しにくくなる。また、ヘリウム化学濃度ピークの半値幅が大きい場合、再結合中心と水素とが結合した水素ドナーが広範囲に分布して、ヘリウムを注入しない場合に比べて、キャリア濃度分布が広い範囲で変動してしまう。特に、バッファ領域２０の上端近傍までヘリウムの分布が広がると、キャリア濃度分布に凸部があらわれ、アバランシェ耐量の低下等、半導体装置１００の特性が設計値からずれてしまう場合がある。これに対して図１から図８の例においては、バッファ領域２０に複数のヘリウム化学濃度ピークを配置するので、ライフタイムキラーの分布を精度よく調整できる。また、ヘリウム化学濃度ピークの半値幅を小さくすることで、キャリア濃度分布の広い範囲での変動を抑制できる。
　図１０は、バッファ領域２０における、ドーピング濃度分布、水素化学濃度分布、ヘリウム化学濃度分布、再結合中心密度分布およびドーピング濃度の積分濃度分布の他の例を示す図である。本例のバッファ領域２０は、第３のヘリウム化学濃度ピーク２２１－３および第３の再結合密度ピーク２２０－３を更に備える点で、図１から図９において説明したバッファ領域２０と相違する。他の構造は、図１から図９において説明したいずれかの態様のバッファ領域２０と同様である。第３のヘリウム化学濃度ピーク２２１－３および第３の再結合密度ピーク２２０－３は、深さ位置Ｚｋ３に配置されている。第３の再結合密度ピーク２２０－３のピーク値をＰｋ３とする。
　第３の再結合中心密度ピーク２２０－３は、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２よりも、半導体基板１０の下面２３から離れて配置されている。第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の深さ方向における積分値Ｓ２は、第３の再結合中心密度ピーク２２０－３の深さ方向における積分値Ｓ３よりも大きい。積分値Ｓ３は、図５において説明した例と同様に、第３の再結合中心密度ピーク２２０－３において、再結合中心密度がα×Ｐｋ３以上となる範囲を積分した値である。係数αは、他の再結合中心密度ピーク２２０と同一であってよい。
　下面２３から離れた位置の再結合中心密度ピーク２２０ほど、積分値Ｓを増大させたときの、逆回復損失Ｅｒｒの低減幅が大きくなる傾向がある。このため、第３の再結合中心密度ピーク２２０－３を設けることで、逆回復損失Ｅｒｒを更に低減できる。一方で、下面２３から離れた位置の再結合中心密度ピーク２２０の積分値Ｓを増大させすぎると、図９において説明したように、水素ドナーの形成が促進されて、バッファ領域２０の上端近傍のキャリア密度分布に凸部が生じる場合がある。これに対して第３の再結合中心密度ピーク２２０－３の積分値Ｓ３を、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の積分値Ｓ２より小さくすることで、逆回復損失Ｅｒｒを効率よく低減しつつ、キャリア密度分布における凸部の発生を抑制できる。積分値Ｓ２は、積分値Ｓ３の２倍以上であってよく、５倍以上であってよく、１０倍以上であってもよい。
　第２の再結合中心密度ピーク２２０－２のピーク値Ｐｋ２が、第３の再結合中心密度ピーク２２０－３のピーク値Ｐｋ３より大きくてもよい。積分値Ｓ２＞積分値Ｓ３の条件と、ピーク値Ｐｋ２＞ピーク値Ｐｋ３の条件の少なくとも一方を満たしてよく、両方を満たしてもよい。ピーク値Ｐｋ２は、ピーク値Ｐｋ３の２倍以上であってよく、５倍以上であってよく、１０倍以上であってもよい。
　第２の再結合中心密度ピーク２２０－２のピーク値Ｐｋ１は、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１のピーク値Ｐｋ１および第３の再結合中心密度ピーク２２０－３のピーク値Ｐｋ３のいずれよりも大きくてよい。第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の積分値Ｓ２は、第１の再結合中心密度ピーク２２０－１の積分値Ｓ１および第３の再結合中心密度ピーク２２０－３の積分値Ｓ３のいずれよりも大きくてよい。
　第１の再結合中心密度ピーク２２０－１の積分値Ｓ１と、第３の再結合中心密度ピーク２２０－３の積分値Ｓ３は、いずれが大きくてもよく、同一であってもよい。第１の再結合中心密度ピーク２２０－１のピーク値Ｐｋ１と、第３の再結合中心密度ピーク２２０－３のピーク値Ｐｋ３は、いずれが大きくてもよく、同一であってもよい。
　本例のバッファ領域２０は、ドーピング濃度ピーク２５を３つ以上有している。第２の再結合中心密度ピーク２２０－２は、いずれか２つのドーピング濃度ピークの間に配置されてよい。図１０の例では、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２は、ドーピング濃度ピーク２５－１とドーピング濃度ピーク２５－２との間に配置されている。第３の再結合中心密度ピーク２２０－３は、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２とは異なるいずれか２つのドーピング濃度ピーク２５の間に配置されてよい。図１０の例では、第３の再結合中心密度ピーク２２０－３は、ドーピング濃度ピーク２５－２とドーピング濃度ピーク２５－３との間に配置されている。つまり第２の再結合中心密度ピーク２２０－２と第３の再結合中心密度ピーク２２０－３との間には、ドーピング濃度ピーク２５が一つだけ配置されてよい。他の例では、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２と第３の再結合中心密度ピーク２２０－３との間には、ドーピング濃度ピーク２５が複数配置されてもよい。
　本例では、半導体基板１０の下面２３から最も離れて配置されたドーピング濃度ピーク２５－４を第１上面側ドーピング濃度ピークとし、ドーピング濃度ピーク２５－４と深さ方向において隣り合うドーピング濃度ピーク２５－３を第２上面側ドーピング濃度ピークとする。つまり、ドーピング濃度ピーク２５－４およびドーピング濃度ピーク２５－３は、バッファ領域２０において、最も上面２１側に配置された２つのドーピング濃度ピークである。
　第３の再結合中心密度ピーク２２０－３は、第２上面側ドーピング濃度ピーク（ドーピング濃度ピーク２５－３）よりも半導体基板１０の下面２３側に配置されてよい。第１上面側ドーピング濃度ピーク（ドーピング濃度ピーク２５－４）と、第２上面側ドーピング濃度ピーク（ドーピング濃度ピーク２５－３）との間には、再結合中心密度ピーク２２０が配置されていなくてよい。このような構成により、バッファ領域２０の上端近傍のキャリア濃度分布における凸部（図９参照）の発生を抑制できる。
　ヘリウム化学濃度ピーク２２１を再結合中心密度ピーク２２０とみなしてもよい。バッファ領域２０におけるヘリウム化学濃度を、バッファ領域２０における再結合中心密度として扱ってよい。本明細書の各例において、第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１の積分値Ｓ１は、１×１０１１（／ｃｍ２）以上、１×１０１２（／ｃｍ２）以下であってよい。本明細書の各例において、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２の積分値Ｓ２は、１×１０１１（／ｃｍ２）以上、１×１０１２（／ｃｍ２）以下であってよい。本明細書の各例において、第３のヘリウム化学濃度２２１－３の積分値Ｓ３は、１×１０１０（／ｃｍ２）以上、１×１０１１（／ｃｍ２）以下であってよい。それぞれのピークの積分値の範囲が同一または重複する場合でも、それぞれのピークの積分値は異なってよい。それぞれのピークの積分値の範囲内において、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２の積分値Ｓ２は、第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１の積分値Ｓ１より大きくてよい。それぞれのピークの積分値の範囲内において、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２の積分値Ｓ２は、第３のヘリウム化学濃度ピーク２２１－３の積分値Ｓ１より大きくてよい。
　第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１に対するヘリウムイオンのドーズ量は、１×１０１１ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上、１×１０１２ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下であってよい。第２のヘリウム化学濃度２２１－２に対するヘリウムイオンのドーズ量は、１×１０１１ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上、１×１０１２ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下であってよい。第１の再結合中心密度ピーク２２１－１に対するヘリウムイオンのドーズ量は、１×１０１０ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上、１×１０１１ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下であってよい。バッファ領域２０は、第３のヘリウム化学濃度ピーク２２１－３よりも上面２１側に、第４のヘリウム化学濃度ピークを更に有してもよい。第４のヘリウム化学濃度ピークの積分値は、第３のヘリウム化学濃度ピーク２２１－３の積分値よりも小さい。第４のヘリウム化学濃度ピークに対するヘリウムイオンのドーズ量は、０．５×１０１０ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上、５×１０１０ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下であってよい。
　本明細書の各例において、第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１のピーク値Ｐｋ１は、１×１０１５（／ｃｍ３）以上、１×１０１７（／ｃｍ３）以下であってよい。本明細書の各例において、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２のピーク値Ｐｋ２は、１×１０１５（／ｃｍ３）以上、１×１０１７（／ｃｍ３）以下であってよい。本明細書の各例において、第３のヘリウム化学濃度ピーク２２１－３のピーク値Ｐｋ３は、１×１０１４（／ｃｍ３）以上、１×１０１６（／ｃｍ３）以下であってよい。第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２の半値全幅が第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１の半値全幅よりも大きくてよい。この場合、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２の積分値Ｓ２が第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１の積分値Ｓ１よりも大きくても、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２のピーク値Ｐｋ２が第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１のピーク値Ｐｋ１より小さくなることがあってもよい。
　図１１は、バッファ領域２０における、ピーク間領域を説明する図である。バッファ領域２０におけるドーピング濃度分布、水素化学濃度分布、ヘリウム化学濃度分布、再結合中心密度分布およびドーピング濃度の積分濃度分布は、図１から図１０の例と同一であってよく、異なっていてもよい。本例においては、半導体基板１０の下面２３とドーピング濃度ピーク２５－１との間の領域（Ｒ１）、深さ方向において隣り合う２つのドーピング濃度ピーク２５の間の領域（Ｒ２～Ｒ４）、および、ドーピング濃度ピーク２５－４とドリフト領域１８との間の領域（Ｒ５）を、ピーク間領域と称する。
　本例のバッファ領域２０は、１つ以上の第１の再結合中心密度ピーク２２０－１が設けられた第１のピーク間領域Ｒ１と、１つ以上の第２の再結合中心密度ピーク２２０－２が設けられた第２のピーク間領域Ｒ２とを有する。第２のピーク間領域Ｒ２は、第１のピーク間領域Ｒ１よりも、半導体基板１０の下面２３から離れて配置されている。第２のピーク間領域Ｒ２は、第１のピーク間領域Ｒ１の隣に配置されてよい。
　第２のピーク間領域Ｒ２の再結合中心密度の深さ方向における積分値Ｓ２'は、第１のピーク間領域Ｒ１の再結合中心密度の深さ方向における積分値Ｓ１'よりも大きい。図４Ａ等に示す例のように、それぞれのピーク間領域に単一の再結合中心密度ピーク２２０が配置されている場合、それぞれのピーク間領域における積分値は、再結合中心密度ピーク２２０の積分値である。
　図１１に示すように、いずれかのピーク間領域には、複数の再結合中心密度ピーク２２０が設けられてもよい。図１１の例では、第２のピーク間領域Ｒ２に、２つの第２の再結合中心密度ピーク２２０－２が設けられている。この場合、第２のピーク間領域Ｒ２における積分値Ｓ２'は、２つの第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の積分値Ｓ２の和である。積分値Ｓ２'と積分値Ｓ１'との関係は、図１から図１０において説明した積分値Ｓ２と積分値Ｓ１との関係と同一であってよい。
　それぞれの第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の積分値Ｓ２は、互いに異なってよく、同一であってもよい。１つの第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の積分値Ｓ２は、１つの第１の再結合中心密度ピーク２２０－１の積分値Ｓ１より小さくてよく、同一であってよく、大きくてもよい。１つの第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の積分値Ｓ２は、１つの第３の再結合中心密度ピーク２２０－３の積分値Ｓ３より小さくてよく、同一であってよく、大きくてもよい。
　本例のバッファ領域２０は、１つ以上の第３の再結合中心密度ピーク２２０－３が設けられた第３のピーク間領域Ｒ３を有してよい。第３のピーク間領域Ｒ３は、第２のピーク間領域Ｒ２よりも、半導体基板１０の下面２３から離れて配置されている。第３のピーク間領域Ｒ３は、第２のピーク間領域Ｒ２の隣に配置されてよい。
　第２のピーク間領域Ｒ２の再結合中心密度の深さ方向における積分値Ｓ２'は、第３のピーク間領域Ｒ３の再結合中心密度の深さ方向における積分値Ｓ３'よりも大きい。積分値Ｓ２'と積分値Ｓ３'との関係は、図１から図１０において説明した積分値Ｓ２と積分値Ｓ３との関係と同一であってよい。積分値Ｓ１'と積分値Ｓ３'との関係は、図１から図１０において説明した積分値Ｓ１と積分値Ｓ３との関係と同一であってよい。
　このような構成によっても、図１から図１０において説明した例と同様に、漏れ電流Ｉｃｅｓの増大を抑制しつつ、逆回復損失Ｅｒｒを低減できる。第２のピーク間領域Ｒ２に設けられる第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の個数は、第１のピーク間領域Ｒ１に設けられる第１の再結合中心密度ピーク２２０－１の個数より多くてよい。第２のピーク間領域Ｒ２に設けられる第２の再結合中心密度ピーク２２０－２の個数は、第３のピーク間領域Ｒ３に設けられる第３の再結合中心密度ピーク２２０－３の個数より多くてよい。
　第１の再結合中心密度ピーク２２０－１、第２の再結合中心密度ピーク２２０－２、および、第３の再結合中心密度ピーク２２０－３が設けられる第１のピーク間領域Ｒ１、第２のピーク間領域Ｒ２、および、第３のピーク間領域Ｒ３の位置は、図１から図１０において説明したいずれかの態様と同様である。図１１の例では、第１のピーク間領域Ｒ１、第２のピーク間領域Ｒ２、および、第３のピーク間領域Ｒ３は、互いに隣り合って配置されているが、離れて配置されていてもよい。
　図１２は、半導体装置１００の製造方法における一部の工程を示す図である。本例では、上面側構造形成段階Ｓ１２００において、半導体基板１０の上面２１側の構造を形成する。上面２１側の構造は、エミッタ領域１２、ベース領域１４、蓄積領域１６等の、半導体基板１０の上面２１側の各ドープ領域の少なくとも一つを含んでよい。上面２１側の構造は、各トレンチ部を含んでよい。上面２１側の構造は、エミッタ電極５２等の、半導体基板１０の上面２１よりも上方の構造を含んでよい。上面２１側の構造は、エッジ終端構造部９０を含んでよい。
　次に基板研削段階Ｓ１２０２において、半導体基板１０の下面２３を研削して、半導体基板１０を薄板化する。Ｓ１２０２では、半導体装置１００が有するべき耐圧に応じた厚さに、半導体基板１０を薄化してよい。
　次に下面側領域形成段階Ｓ１２０４において、半導体基板１０の下面ドープ領域を形成する。下面ドープ領域は、後の工程で形成するコレクタ電極２４等の下面２３に形成される電極と接するドープ領域である。下面ドープ領域は、カソード領域８２およびコレクタ領域２２の少なくとも一方を含んでよい。
　次に第１イオン注入段階Ｓ１２０６において、バッファ領域２０を形成するためのイオンを半導体基板１０に注入する。Ｓ１２０６においては、半導体基板１０の下面２３から、バッファ領域２０を形成すべき領域にイオン注入してよい。Ｓ１２０６においては、水素イオン（例えばプロトン）、または、リンイオン等のドナーイオンを注入してよい。
　次に第１アニール段階Ｓ１２０８において、半導体基板１０を熱アニールする。Ｓ１２０８では、半導体基板１０を電気炉に投入して、半導体基板１０（またはウエハー）の全体をアニールしてよい。Ｓ１２０８におけるアニール温度は、３２０℃以上、４２０℃以下であってよい。Ｓ１２０８では、水素および窒素を含む雰囲気でアニールしてよい。
　次に第２イオン注入段階Ｓ１２１０において、再結合中心密度ピーク２２０を形成するためのイオンを、半導体基板１０に注入する。Ｓ１２１０においては、半導体基板１０の下面２３からイオンを注入してよい。Ｓ１２１０においては、プロトン等の水素イオン、または、ヘリウムイオンを注入してよい。本例では、ヘリウムイオンを注入する。
　Ｓ１２１０では、図４Ａから図１１において説明した再結合中心密度ピーク２２０を形成する。ヘリウムイオン等の加速エネルギーを順次変更することで、深さ方向の複数の位置に再結合中心密度ピーク２２０を形成できる。Ｓ１２１０では、深さ方向の複数の位置のうち、下面２３に対して近い位置から順番にヘリウムイオン等を注入してよく、下面２３に対して遠い位置から順番にヘリウムイオン等を注入してもよい。本例では、下面２３に対して遠い位置から順番にヘリウムイオンを注入する。また、Ｓ１２１０では、ドーズ量が大きい再結合中心密度ピーク２２０から順番にイオン注入してよく、ドーズ量が小さい再結合中心密度ピーク２２０から順番にイオン注入してもよい。
　次に第２アニール段階Ｓ１２１２において、半導体基板１０を熱アニールする。Ｓ１２１２では、半導体基板１０を電気炉に投入して、半導体基板１０（またはウエハー）の全体をアニールしてよい。Ｓ１２１２におけるアニール温度は、Ｓ１２０８におけるアニール温度よりも低くてよい。Ｓ１２１２におけるアニール温度は、３００℃以上、４００℃以下であってよい。Ｓ１２１２では、窒素雰囲気、または、水素および窒素を含む雰囲気でアニールしてよい。
　Ｓ１２１２は、Ｓ１２１０において一つの深さ位置にヘリウムイオン等を注入する毎に行ってよく、複数の深さ位置にヘリウムイオン等を注入する毎に行ってもよい。Ｓ１２１０とＳ１２１２の工程のセットを、複数回繰り返してよい（Ｓ１２１３）。
　次に下面電極形成段階Ｓ１２１４において、下面２３に接する電極を形成する。Ｓ１２１４では、コレクタ電極２４を形成してよい。このような工程により、半導体装置１００を形成できる。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
　請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
１０・・・半導体基板、１１・・・ウェル領域、１２・・・エミッタ領域、１４・・・ベース領域、１５・・・コンタクト領域、１６・・・蓄積領域、１８・・・ドリフト領域、２０・・・バッファ領域、２１・・・上面、２２・・・コレクタ領域、２３・・・下面、２４・・・コレクタ電極、２５・・・ドーピング濃度ピーク、２９・・・直線部分、３０・・・ダミートレンチ部、３１・・・先端部、３２・・・ダミー絶縁膜、３４・・・ダミー導電部、３５・・・谷部、３８・・・層間絶縁膜、３９・・・直線部分、４０・・・ゲートトレンチ部、４１・・・先端部、４２・・・ゲート絶縁膜、４４・・・ゲート導電部、５２・・・エミッタ電極、５４・・・コンタクトホール、６０、６１・・・メサ部、７０・・・トランジスタ部、８０・・・ダイオード部、８１・・・延長領域、８２・・・カソード領域、９０・・・エッジ終端構造部、１００・・・半導体装置、１０３・・・水素化学濃度ピーク、１３０・・・外周ゲート配線、１３１・・・活性側ゲート配線、１６０・・・活性部、１６２・・・端辺、１６４・・・ゲートパッド、２１０・・・再結合中心密度ピーク、２２０・・・再結合中心密度ピーク、２２１・・・ヘリウム化学濃度ピーク

Claims (20)

  1. 　上面および下面を有し、第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
    　前記ドリフト領域と前記半導体基板の前記下面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のバッファ領域と
    　を備え、
    　前記バッファ領域は、
    　第１の再結合中心密度ピークと、
    　前記第１の再結合中心密度ピークよりも前記半導体基板の前記上面側に配置された第２の再結合中心密度ピークと
    　を有し、
    　前記第２の再結合中心密度ピークの深さ方向における積分値は、前記第１の再結合中心密度ピークの深さ方向における積分値よりも大きい半導体装置。
  2. 　前記バッファ領域は、前記第２の再結合中心密度ピークよりも前記半導体基板の前記下面から離れて配置された第３の再結合中心密度ピークを有し、
    　前記第２の再結合中心密度ピークの深さ方向における積分値は、前記第３の再結合中心密度ピークの深さ方向における積分値よりも大きい
    　請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記第２の再結合中心密度ピークのピーク値は、前記第１の再結合中心密度ピークのピーク値および前記第３の再結合中心密度ピークのピーク値のいずれよりも大きい
    　請求項２に記載の半導体装置。
  4. 　前記バッファ領域は、前記半導体基板の深さ方向において１つ以上のドーピング濃度ピークを有し、
    　前記第１の再結合中心密度ピークは、いずれかの前記ドーピング濃度ピークと前記半導体基板の前記下面との間に配置され、
    　前記第２の再結合中心密度ピークは、前記いずれかの前記ドーピング濃度ピークと前記半導体基板の前記上面との間に配置されている
    　請求項２に記載の半導体装置。
  5. 　前記１つ以上のドーピング濃度ピークは、前記半導体基板の前記下面に最も近い最浅ドーピング濃度ピークを含み、
    　前記第１の再結合中心密度ピークは、前記最浅ドーピング濃度ピークと前記半導体基板の前記下面との間に配置され、
    　前記第２の再結合中心密度ピークは、前記最浅ドーピング濃度ピークと前記半導体基板の前記上面との間に配置されている
    　請求項４に記載の半導体装置。
  6. 　前記バッファ領域は、前記ドーピング濃度ピークを３つ以上有し、
    　前記第２の再結合中心密度ピークは、いずれか２つの前記ドーピング濃度ピークの間に配置されており、
    　前記第３の再結合中心密度ピークは、前記第２の再結合中心密度ピークとは異なるいずれか２つの前記ドーピング濃度ピークの間に配置されている
    　請求項５に記載の半導体装置。
  7. 　３つ以上の前記ドーピング濃度ピークは、
    　前記半導体基板の前記下面から最も離れて配置された第１上面側ドーピング濃度ピークと、
    　前記第１上面側ドーピング濃度ピークと深さ方向において隣り合う第２上面側ドーピング濃度ピークと
    　を含み、
    　前記第３の再結合中心密度ピークは、前記第２上面側ドーピング濃度ピークよりも前記半導体基板の前記下面側に配置されている
    　請求項６に記載の半導体装置。
  8. 　前記第１上面側ドーピング濃度ピークと、前記第２上面側ドーピング濃度ピークとの間には、再結合中心密度ピークが配置されていない
    　請求項７に記載の半導体装置。
  9. 　前記ドーピング濃度ピークは、水素ドナーの濃度ピークである
    　請求項４から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
  10. 　最も前記下面に近い前記ドーピング濃度ピークは、リンの濃度ピークであり、
    　前記最も前記下面に近い前記ドーピング濃度ピーク以外の前記ドーピング濃度ピークは、水素ドナーの濃度ピークである
    　請求項４から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
  11. 　前記半導体基板には、トランジスタ部およびダイオード部が配列方向に並んで配列されており、
    　前記ダイオード部は、前記バッファ領域を有する
    　請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
  12. 　前記トランジスタ部は、前記バッファ領域を有し、
    　前記ダイオード部および前記トランジスタ部において、前記第１の再結合中心密度ピークの前記積分値が同一である
    　請求項１１に記載の半導体装置。
  13. 　前記第１の再結合中心密度ピークは第１のヘリウム化学濃度ピークであり、
    　前記第２の再結合中心密度ピークは第２のヘリウム化学濃度ピークであり、
    　前記第３の再結合中心密度ピークは第３のヘリウム化学濃度ピークである
    　請求項２から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
  14. 　前記第２のヘリウム化学濃度ピークの前記深さ方向における積分値が１×１０１１（／ｃｍ２）以上、１×１０１２（／ｃｍ２）以下である
    　請求項１３に記載の半導体装置。
  15. 　前記第１のヘリウム化学濃度ピークの前記深さ方向における積分値が１×１０１１（／ｃｍ２）以上、１×１０１２（／ｃｍ２）以下である
    　請求項１４に記載の半導体装置。
  16. 　前記第３のヘリウム化学濃度ピークの前記深さ方向における積分値が１×１０１０（／ｃｍ２）以上、１×１０１１（／ｃｍ２）以下である
    　請求項１５に記載の半導体装置。
  17. 　上面および下面を有し、第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
    　前記ドリフト領域と前記半導体基板の前記下面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のバッファ領域と
    　を備え、
    　前記バッファ領域は、
    　前記半導体基板の前記下面の最も近くに配置された最浅ドーピング濃度ピークを含む、深さ方向の異なる位置に設けられた２つ以上のドーピング濃度ピークと、
    　前記半導体基板の前記下面と前記最浅ドーピング濃度ピークとの間、および、深さ方向において隣り合う２つの前記ドーピング濃度ピークの間に設けられた複数のピーク間領域と
    　を有し、
    　前記複数のピーク間領域は、
    　１つ以上の第１の再結合中心密度ピークが設けられた第１のピーク間領域と、
    　前記第１のピーク間領域よりも前記半導体基板の前記下面から離れて配置され、１つ以上の第２の再結合中心密度ピークが設けられた第２のピーク間領域と
    　を含み、
    　前記第２のピーク間領域の再結合中心密度の深さ方向における積分値は、前記第１のピーク間領域の再結合中心密度の深さ方向における積分値よりも大きい半導体装置。
  18. 　前記第１の再結合中心密度ピークは第１のヘリウム化学濃度ピークであり、
    　前記第２の再結合中心密度ピークは第２のヘリウム化学濃度ピークであり、
    　前記第２のヘリウム化学濃度ピークの深さ方向における積分値は、前記第１のヘリウム化学濃度ピークの深さ方向における積分値よりも大きい
    　請求項１７に記載の半導体装置。
  19. 　前記第２のヘリウム化学濃度ピークの前記積分値が１×１０１１（／ｃｍ２）以上、１×１０１２（／ｃｍ２）以下である
    　請求項１８に記載の半導体装置。
  20. 　前記第１のヘリウム化学濃度ピークの前記積分値が０．９×１０１１（／ｃｍ２）以上、０．９×１０１２（／ｃｍ２）以下である
    　請求項１８または１９に記載の半導体装置。
PCT/JP2023/016589 2022-04-27 2023-04-27 半導体装置 Ceased WO2023210727A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202380013797.6A CN118056280A (zh) 2022-04-27 2023-04-27 半导体装置
JP2024518014A JP7782686B2 (ja) 2022-04-27 2023-04-27 半導体装置
US18/611,716 US20240266389A1 (en) 2022-04-27 2024-03-21 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022-073381 2022-04-27
JP2022073381 2022-04-27

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/611,716 Continuation US20240266389A1 (en) 2022-04-27 2024-03-21 Semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023210727A1 true WO2023210727A1 (ja) 2023-11-02

Family

ID=88518793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/016589 Ceased WO2023210727A1 (ja) 2022-04-27 2023-04-27 半導体装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240266389A1 (ja)
JP (1) JP7782686B2 (ja)
CN (1) CN118056280A (ja)
WO (1) WO2023210727A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112021000038T5 (de) * 2020-01-17 2022-04-07 Fuji Electric Co., Ltd. Halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren einer halbleitervorrichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013138172A (ja) * 2011-11-30 2013-07-11 Denso Corp 半導体装置
WO2019159471A1 (ja) * 2018-02-16 2019-08-22 富士電機株式会社 半導体装置
WO2020036015A1 (ja) * 2018-08-14 2020-02-20 富士電機株式会社 半導体装置および製造方法
JP2021073733A (ja) * 2018-03-19 2021-05-13 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5895950B2 (ja) 2014-01-20 2016-03-30 トヨタ自動車株式会社 半導体装置の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013138172A (ja) * 2011-11-30 2013-07-11 Denso Corp 半導体装置
WO2019159471A1 (ja) * 2018-02-16 2019-08-22 富士電機株式会社 半導体装置
JP2021073733A (ja) * 2018-03-19 2021-05-13 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
WO2020036015A1 (ja) * 2018-08-14 2020-02-20 富士電機株式会社 半導体装置および製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7782686B2 (ja) 2025-12-09
JPWO2023210727A1 (ja) 2023-11-02
CN118056280A (zh) 2024-05-17
US20240266389A1 (en) 2024-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11824095B2 (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
US12191358B2 (en) Semiconductor device
WO2021075330A1 (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
US12543355B2 (en) Semiconductor device
CN120322010A (zh) 半导体装置
CN113632236B (zh) 半导体装置和半导体装置的制造方法
US20230038712A1 (en) Semiconductor device
US20230144542A1 (en) Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device
US12294025B2 (en) Semiconductor apparatus and manufacturing method of semiconductor apparatus
JP7782686B2 (ja) 半導体装置
WO2022196768A1 (ja) 半導体装置
CN117995902A (zh) 半导体装置
CN113140616B (zh) 半导体装置
JP2024101464A (ja) 半導体装置
CN115443542B (zh) 半导体装置的制造方法以及半导体装置
JP7683287B2 (ja) 半導体装置および製造方法
US20250072103A1 (en) Semiconductor device
JP7400834B2 (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23796463

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202380013797.6

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2024518014

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 23796463

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1