WO2024122541A1 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

酸素化学濃度が１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である半導体基板を備える半導体装置であって、バルク・ドナーおよび増加ドナーを含み、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、バッファ領域の下端から最深ピークまでの第１範囲の全体に渡って、熱ドナーの濃度が、同一の深さ位置における増加ドナーの濃度の１０％以下である半導体装置を提供する。

Description

半導体装置および半導体装置の製造方法

　本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

　半導体基板にトランジスタ等の半導体装置を形成する技術が知られている（例えば特許文献１および２参照）。
　特許文献１　米国特許出願公開第２０２０／０１９４５５０号明細書
　特許文献２　米国特許出願公開第２０１６／０３２９４０１号明細書

解決しようとする課題

　半導体装置においては、半導体基板におけるドーピング濃度を精度よく制御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、上面および下面を有し、バルク・ドナーおよび熱ドナーを含み、酸素化学濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である半導体基板を備える半導体装置を提供する。半導体装置は、前記半導体基板に設けられ、前記バルク・ドナーおよび前記熱ドナーを含む第１導電型のドリフト領域を備えてよい。上記何れかの半導体装置は、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、前記バルク・ドナーおよび増加ドナーを含み、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から最も離れて配置された最深ピークを含んでよい。上記何れかの半導体装置において、前記増加ドナーは前記熱ドナーを含んでよい。上記何れかの半導体装置において、前記バッファ領域の下端から前記最深ピークまでの第１範囲の全体に渡って、前記熱ドナーの濃度が、同一の深さ位置における前記増加ドナーの濃度の１０％以下であってよい。

　上記何れかの半導体装置において、前記増加ドナーは、ＣｉＯｉ－Ｈドナーを含んでよい。

　上記何れかの半導体装置において、前記第１範囲の全体に渡って、前記熱ドナーの濃度が、同一の深さ位置における前記増加ドナーの濃度の１％以上であってよい。

　上記何れかの半導体装置において、前記半導体基板の酸素化学濃度が、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であってよい。

　上記何れかの半導体装置において、前記ドリフト領域における前記熱ドナーの濃度が、前記酸素化学濃度の０．０００１倍以下であってよい。

　上記何れかの半導体装置において、前記ドリフト領域のドーピング濃度が、前記バルク・ドナーの濃度の１．５倍以下であってよい。

　上記何れかの半導体装置は、前記最深ピークの頂点位置において、前記熱ドナーの濃度がドーピング濃度の０．１倍以下であってよい。

　上記何れかの半導体装置において、前記バッファ領域は、前記最深ピーク以外の前記ドーピング濃度ピークのうち、ドーピング濃度が最大となる最大ピークを含んでよい。上記何れかの半導体装置は、前記最大ピークの頂点位置において、前記熱ドナーの濃度がドーピング濃度の０．０１倍以下であってよい。

　上記何れかの半導体装置において、前記バッファ領域は、前記半導体基板の前記下面に最も近い最浅ピークを含んでよい。上記何れかの半導体装置は、前記最浅ピークの頂点位置において、前記熱ドナーの濃度がドーピング濃度の０．００１倍以下であってよい。

　上記何れかの半導体装置において、前記バッファ領域よりも前記半導体基板の前記上面側の領域において、前記熱ドナーの濃度分布は、前記半導体基板の前記上面に向かって減少する減少部を有してよい。

　上記何れかの半導体装置において、前記減少部は、前記半導体基板の前記上面側に向かう前記熱ドナーの濃度の対数勾配が、前記酸素化学濃度の対数勾配の０．５倍以上、１０倍以下である領域を有してよい。

　本発明の第２の態様においては、上面および下面を有し、バルク・ドナーを含み、酸素化学濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である半導体基板を用いて半導体装置を製造する製造方法を提供する。前記半導体装置は、前記半導体基板に設けられ、前記バルク・ドナーおよび前記熱ドナーを含む第１導電型のドリフト領域を備えてよい。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、前記バルク・ドナーおよび増加ドナーを含み、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から最も離れて配置された最深ピークを含んでよい。上記何れかの半導体装置において、前記増加ドナーは前記熱ドナーを含んでよい。製造方法は、前記バッファ領域の下端から前記最深ピークまでの第１範囲の全体に渡って、前記熱ドナーの濃度が、同一の深さ位置における前記増加ドナーの濃度の１０％以下となるように、前記半導体基板をアニールしてよい。

　上記何れかの製造方法は、前記半導体基板をアニールする各工程において、前記半導体基板の温度が４００℃以上、５００℃以下の温度帯を通過する時間が、１回の通過あたり２０分以下であってよい。

　上記何れかの製造方法は、前記半導体基板をアニールする各工程において、前記半導体基板の温度が４２５℃以上、４７５℃以下の温度帯を通過する時間が、１回の通過あたり１０分以下であってよい。

　上記何れかの製造方法は、前記半導体基板をアニールする各工程において、前記半導体基板の温度が４００℃以上、５００℃以下の温度帯を通過する時間の積算時間が、１２０分以下であってよい。

　上記何れかの製造方法は、前記半導体基板をアニールする各工程において、前記半導体基板の温度が４２５℃以上、４７５℃以下の温度帯を通過する時間の積算時間が、６０分以下であってよい。

　上記何れかの製造方法は、前記半導体基板の前記上面の上方に金属電極を形成してよい。上記何れかの製造方法は、前記金属電極を形成した後の工程を４００℃未満で行ってよい。

　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。

本発明の一つの実施形態に係る半導体装置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の分布２１０の参考例を示す図である。 実施例に係るドーピング濃度の分布２１０を示す図である。 バッファ領域２０よりも上面２１側の領域（深さ位置Ｚｂから深さ位置Ｚｕまでの領域）における、酸素化学濃度分布および熱ドナー濃度分布の一例を示す図である。 半導体装置１００の製造方法の一例を説明するチャート図である。 それぞれのアニール段階における半導体基板１０の温度の時間変化例を示す図である。 半導体装置１００の製造方法の、より具体的な例を示すチャート図である。 図９の工程の続きの工程を示すチャート図である。

　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。

　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Ｎ_Ｄ、アクセプタ濃度をＮ_Ａ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Ｎ_Ｄ－Ｎ_Ａ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。水素ドナーは、少なくとも空孔（Ｖ）および水素（Ｈ）が結合したドナーであってもよい。あるいは、シリコン半導体中の格子間シリコン（Ｓｉ－ｉ）と水素とが結合した格子間Ｓｉ－Ｈ、格子間炭素（Ｃｉ）と格子間酸素（Ｏｉ）および水素とが結合したＣｉＯｉ－Ｈも、電子を供給するドナーとして機能する。本明細書では、ＶＯＨ欠陥、ＣｉＯｉ－Ｈまたは格子間Ｓｉ－Ｈ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１×１０^１７～７×１０^１７／ｃｍ^３である。ＦＺ法で製造された基板に含まれる酸素濃度は１×１０^１５～５×１０^１６／ｃｍ^３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１×１０^１０／ｃｍ^３以上、５×１０^１２／ｃｍ^３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１×１０^１１／ｃｍ^３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５×１０^１２／ｃｍ^３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。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。

　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／ｃｍ^３、または、／ｃｍ^３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。

　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、本発明の一つの実施形態に係る半導体装置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は、上面視においてエミッタ電極と重なる領域を指してよい。また、上面視において活性部１６０で挟まれる領域も、活性部１６０に含めてよい。

　活性部１６０には、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタ素子を含むトランジスタ部７０、および、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、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、トランジスタ部７０およびダイオード部８０が交互に配置されている。本例の半導体装置１００は逆導通型ＩＧＢＴ（ＲＣ－ＩＧＢＴ）である。

　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、ゲート配線の下方には、ウェル領域が形成されている。ウェル領域とは、後述するベース領域よりも高濃度のＰ型領域であり、半導体基板１０の上面からベース領域よりも深い位置まで形成されている。上面視においてウェル領域で囲まれる領域を活性部１６０としてもよい。

　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。

　外周ゲート配線１３０および活性側ゲート配線１３１は、活性部１６０のゲートトレンチ部と接続される。外周ゲート配線１３０および活性側ゲート配線１３１は、半導体基板１０の上方に配置されている。外周ゲート配線１３０および活性側ゲート配線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。

　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。ダミートレンチ部３０のダミー導電部は、エミッタ電極５２およびゲート導電部と接続されなくてよく、エミッタ電極５２の電位およびゲート導電部の電位とは異なる電位に制御されてもよい。

　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。

　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、ベース領域１４の下方まで設けられている。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。

　図４は、図３のｆ－ｆ線におけるドーピング濃度の分布２１０の参考例を示す図である。図４等の濃度分布のグラフにおいては、ＳＲ法等で測定したキャリア濃度をドーピング濃度としている。ｆ－ｆ線は、バッファ領域２０を通過するＺ軸と平行な線である。図４における横軸は、半導体基板１０内における深さ位置（Ｚ軸方向の位置）を示している。図４等の濃度分布のグラフにおいては、バッファ領域２０の下端位置をＺ軸方向の基準位置（０）として、基準位置からの距離をＺ軸方向の位置とする。バッファ領域２０の下端位置では、コレクタ領域２２とバッファ領域２０のＰＮ接合によるドーピング濃度分布の谷が存在するが、図４等では当該谷を省略している。

　半導体基板１０の全体には、酸素が含まれる。図４では、酸素化学濃度が異なる２つの半導体基板１０に半導体装置１００を形成した場合の分布２１０を示している。図４において破線の分布は、半導体基板１０における酸素化学濃度が比較的に高い（例えば４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）例であり、実線の分布は、半導体基板１０における酸素化学濃度が比較的に低い（例えば１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）例である。半導体基板１０の酸素化学濃度は、基板全体の酸素化学濃度の平均値、または、最大値で比較してよい。それぞれの例において、バッファ領域２０に局所的に注入したドーパントのドーズ量および加速エネルギーは同一である。バッファ領域２０に注入したドーパントは例えばプロトンであるがこれに限定されない。

　いずれの例においても、バッファ領域２０には１つ以上のドーピング濃度ピーク２０１が設けられている。図４の例ではバッファ領域２０には５つのドーピング濃度ピーク２０１－１～２０１－５が設けられている。本明細書では、バッファ領域２０のドーピング濃度ピーク２０１のうち、半導体基板１０の下面２３から最も離れたドーピング濃度ピーク２０１（図４ではドーピング濃度ピーク２０１－５）を最深ピークと称し、下面２３に最も近いドーピング濃度ピーク２０１（図４ではドーピング濃度ピーク２０１－１）を最浅ピークと称する場合がある。また、ドーピング濃度ピーク２０１－１の頂点の深さ位置をＺ１とし、ドーピング濃度ピーク２０１－５の頂点の深さ位置をＺ５とする。バッファ領域２０には、隣り合うドーピング濃度ピーク２０１の間にピーク間領域３０１が設けられている。ピーク間領域３０１は複数個設けられてよい。本明細書では、バッファ領域２０のピーク間領域３０１のうち、半導体基板１０の下面２３から最も離れたピーク間領域３０１（図４ではピーク間領域３０１－４）を最深ピーク間領域と称し、下面２３に最も近いピーク間領域３０１（図４ではドーピング濃度ピーク３０１－１）を最浅ピーク間領域と称する場合がある。

　バッファ領域２０の上方にはドリフト領域１８が設けられる。バッファ領域２０とドリフト領域１８との境界の深さ位置をＺｂとする。深さ位置Ｚｂは、バッファ領域２０からドリフト領域１８に向かう方向において、ドーピング濃度がドリフト領域１８のドーピング濃度（Ｄｄ１またはＤｄ２）と最初に一致する位置である。ドリフト領域１８には、局所的なドーパントが注入されていない。ドリフト領域１８は、ドーピング濃度がほぼ一定であってよい。半導体基板１０の全体には、半導体基板１０に印加された熱の影響により、熱ドナーが形成されている。熱ドナーの分布は、半導体基板１０の全体でほぼ均一である。このため、ドリフト領域１８のドーピング濃度は、バルク・ドナー濃度ＢＤよりわずかに高くなる。半導体基板１０に含まれる酸素は、半導体基板１０が昇温または降温する過程において、不安定な酸素錯体を形成する。酸素錯体は、半導体基板１０の中でドーパントとして働く。本明細書では、酸素錯体を熱ドナーと称する。

　半導体基板１０の各位置に形成される熱ドナーの濃度は、半導体基板１０に含まれる酸素の濃度、および、半導体基板１０の昇温および降温の条件により変動する。図４に示すように、半導体基板１０の酸素化学濃度が異なる２つの例では、形成される熱ドナーの濃度が異なり、半導体基板１０の全体においてドーピング濃度が変動している。

　半導体基板１０の酸素化学濃度が比較的に低い実線の分布２１０における、ドリフト領域１８のドーピング濃度をＤｄ１とし、半導体基板１０の酸素化学濃度が比較的に高い破線の分布２１０における、ドリフト領域１８のドーピング濃度をＤｄ２とする。それぞれのドリフト領域１８のドーピング濃度は、ドリフト領域１８の全体における平均値を用いてよく、最小値を用いてもよい。

　半導体基板１０の酸素化学濃度が比較的に低い実線の分布２１０における熱ドナーの濃度をＮｔｈ１とし、半導体基板１０の酸素化学濃度が比較的に高い破線の分布２１０における熱ドナーの濃度をＮｔｈ２とする。ドリフト領域１８のドーピング濃度（Ｄｄ１またはＤｄ２）と、バルク・ドナー濃度ＢＤとの差分（Ｄｄ１－ＢＤ、または、Ｄｄ２－ＢＤ）が、それぞれの半導体基板１０に形成された熱ドナーの濃度（Ｎｔｈ１またはＮｔｈ２）に相当する。本明細書において説明する各例においては、ドリフト領域１８のドーピング濃度と、バルク・ドナー濃度ＢＤとの差分を熱ドナーの濃度とする。熱ドナーの濃度は、半導体基板１０の全体において同一であってよい。

　バルク・ドナー濃度ＢＤは、半導体基板１０におけるバルク・ドナーの化学濃度の最小値を用いてよく、半導体基板１０の深さ方向の中央位置におけるバルク・ドナーの化学濃度を用いてよく、ドリフト領域１８におけるバルク・ドナーの化学濃度の平均値を用いてもよい。バルク・ドナーは、酸素以外のドーパントであって、半導体基板１０の全体に分布しているドーパントである。バルク・ドナーは例えばリンであってよく、砒素であってよく、アンチモンであってよいが、これらに限定されない。Ｐ型のバルク・アクセプタおよびＮ型のバルク・ドナーの両方が半導体基板１０の全体に分布している場合、バルク・ドナー濃度ＢＤは、バルク・ドナーの濃度とバルク・アクセプタの濃度との差分により定まるネット濃度である。バルク・ドナーおよびバルク・アクセプタの濃度は、ＳＩＭＳ法等で測定した値を用いてよい。

　バッファ領域２０は、バルク・ドナーに加え、増加ドナーを含む。増加ドナーは、バルク・ドナー以外のドナーである。増加ドナーは、バッファ領域２０に局所的にイオンを注入することで形成された注入ドナーと、上述した熱ドナーとを含む。バッファ領域２０に水素イオンを局所的に注入した場合、注入ドナーは水素ドナーである。バッファ領域２０にリン等を局所的に注入した場合、注入ドナーはリンドナーである。

　熱ドナーの濃度は、半導体基板１０の酸素濃度に応じて変動する。このため、増加ドナーに含まれる熱ドナーの濃度比率が高いと、半導体基板１０の酸素濃度に応じて増加ドナーの濃度が変動する。従って、図４の破線および実線の分布２１０に示すように、半導体基板１０の酸素濃度に応じてバッファ領域２０のドーピング濃度が変動する。

　バッファ領域２０において、バッファ領域２０の下端から、最深ピーク（本例ではドーピング濃度ピーク２０１－５）までの範囲を第１範囲２００とする。実線の分布２１０において、第１範囲２００のドーピング濃度の最小値をＮｍｉｎ１とし、当該深さ位置における増加ドナーの濃度をＩＤ１とする。本例の第１範囲２００のドーピング濃度の最小値Ｎｍｉｎ１は、最深ピーク間領域（本例ではピーク間領域３０１－４）におけるドーピング濃度Ｎｍｉｎ１である。増加ドナーの濃度ＩＤ１は、ドーピング濃度Ｎｍｉｎ１とバルク・ドナー濃度ＢＤとの差分（Ｎｍｉｎ１－ＢＤ）である。また、破線の分布２１０において、第１範囲２００のドーピング濃度の最小値をＮｍｉｎ２とし、当該深さ位置における増加ドナーの濃度をＩＤ２とする。実線の分布２１０においてドーピング濃度がＮｍｉｎ１となる深さ位置と、破線の分布２１０においてドーピング濃度がＮｎｍｉｎ２となる深さ位置はほぼ同一である。増加ドナーの濃度ＩＤ２は、ドーピング濃度Ｎｍｉｎ２とバルク・ドナー濃度ＢＤとの差分（Ｎｍｉｎ２－ＢＤ）である。なお、ピーク間領域３０１の一部が、バルク・ドナー濃度ＢＤよりも小さいドーピング濃度を有する場合がある。このような場合には、ドーピング濃度がバルク・ドナー濃度ＢＤよりも高いピーク間領域３０１のうち、ドーピング濃度が最小となるピーク間領域３０１のドーピング濃度をＮｍｉｎ１としてよい。

　増加ドナーの濃度ＩＤ１およびＩＤ２は、第１範囲２００内における増加ドナーの濃度の最小値を示してよい。熱ドナーの濃度Ｎｔｈ１およびＮｔｈ２は、バッファ領域２０のそれぞれの深さ位置においてほぼ一定なので、増加ドナーの濃度ＩＤ１およびＩＤ２に対する熱ドナーの濃度Ｎｔｈ１およびＮｔｈ２の比率は、第１範囲２００内における熱ドナー／増加ドナーの比率の最大値を示す。ドリフト領域１８における熱ドナー濃度の平均値をバッファ領域２０における熱ドナー濃度としてよく、ドリフト領域１８における熱ドナー濃度の最大値をバッファ領域２０における熱ドナー濃度としてよく、深さ位置Ｚｂにおける熱ドナー濃度をバッファ領域２０における熱ドナー濃度としてもよい。

　実線の分布２１０において、増加ドナーの濃度ＩＤ１は７×１０^１３／ｃｍ^３であり、熱ドナーの濃度Ｎｔｈ１は２×１０^１３／ｃｍ^３である。増加ドナーのうち、熱ドナーが占める割合Ｎｔｈ１／ＩＤ１は２９％である。破線の分布２１０において、増加ドナーの濃度ＩＤ２は１×１０^１４／ｃｍ^３であり、熱ドナーの濃度Ｎｔｈ２は５×１０^１３／ｃｍ^３である。増加ドナーのうち、熱ドナーが占める割合ＮＴｈ２／ＮＤ２は５０％である。このように、増加ドナーにおいて熱ドナーが占める割合が大きいと、半導体基板１０の酸素濃度に応じて増加ドナーの濃度が大きくばらついてしまう。これにより、例えば半導体装置１００の耐圧等の特性が変動してしまう。実線の分布２１０の例の耐圧を１に正規化した場合、破線の分布２１０の例の耐圧は１．１５であった。

　図５は、実施例に係るドーピング濃度の分布２１０を示す図である。図５の例は、半導体基板１０に形成される熱ドナーの濃度が、図４の例よりも低い。このため、それぞれの深さ位置におけるドーピング濃度および増加ドナーの濃度も、図４の例と異なる。他の構造は図４の例と同様である。図５においても、半導体基板１０における酸素化学濃度が比較的に高い（例えば４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）例の分布２１０を破線で示し、半導体基板１０における酸素化学濃度が比較的に低い（例えば１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）例の分布２１０を実線で示している。図５の例において半導体基板１０に含まれる酸素化学濃度は図４の例と同様であるが、半導体基板１０に対する熱履歴を制御することで、熱ドナーの濃度を低く制御している。

　上述したように、半導体基板１０にはバルク・ドナーおよび熱ドナーが含まれる。半導体基板１０の全体にバルク・ドナーおよび熱ドナーが分布していてよい。ドリフト領域１８には、バルク・ドナーおよび熱ドナーが含まれる。ドリフト領域１８には、他のドナーが分布していなくてよい。

　バッファ領域２０は、バルク・ドナーおよび増加ドナーを含む。上述したように、増加ドナーは、注入ドナーおよび熱ドナーを含む。注入ドナーは、水素ドナーであってよく、リンドナーであってよく、他のドナーであってもよい。水素ドナーは、ＣｉＯｉ－Ｈドナーを含んでよい。水素ドナーは、ＶＯＨ欠陥または格子間Ｓｉ－Ｈを含んでもよい。

　本例では、実線および破線のいずれの分布２１０においても、第１範囲２００の全体に渡って、熱ドナーの濃度Ｎｔｈが、同一の深さ位置における増加ドナーの濃度ＩＤの１０％以下である。図５の例においても、実線の分布２１０において、第１範囲２００のドーピング濃度の最小値をＮｍｉｎ１とし、当該深さ位置における増加ドナーの濃度をＩＤ１とする。増加ドナーの濃度ＩＤ１は、ドーピング濃度Ｎｍｉｎ１とバルク・ドナー濃度ＢＤとの差分（Ｎｍｉｎ１－ＢＤ）である。また、破線の分布２１０において、第１範囲２００のドーピング濃度の最小値をＮｍｉｎ２とし、当該深さ位置における増加ドナーの濃度をＩＤ２とする。

　一例として実線の分布２１０では、増加ドナーの濃度ＩＤ１は５×１０^１３／ｃｍ^３であり、熱ドナーの濃度Ｎｔｈ１は３×１０^１２／ｃｍ^３である。増加ドナーのうち、熱ドナーが占める割合Ｎｔｈ１／ＩＤ１は６％である。破線の分布２１０において、増加ドナーの濃度ＩＤ２は５×１０^１３／ｃｍ^３であり、熱ドナーの濃度Ｎｔｈ２は５×１０^１２／ｃｍ^３である。増加ドナーのうち、熱ドナーが占める割合ＮＴｈ２／ＮＤ２は１０％である。つまり、いずれの例においても、第１範囲２００の全体に渡って、熱ドナーの濃度Ｎｔｈが、同一の深さ位置における増加ドナーの濃度ＩＤの１０％以下である。

　本例では、熱ドナーの割合を小さくすることで、半導体基板１０の酸素濃度による増加ドナーの濃度のばらつきを抑制できている。このため、半導体装置１００の耐圧等の特性の変動を抑制できる。図５の例では、実線の分布２１０の例の耐圧を１とした場合、破線の分布２１０の例の耐圧は１．０２であった。

　第１範囲２００の全体に渡って、熱ドナーの濃度Ｎｔｈが、同一の深さ位置における増加ドナーの濃度ＩＤの１０％以下であってよく、８％以下であってよく、６％以下であってよく、５％以下であってもよい。熱ドナーの割合を低くすることで、バッファ領域２０のドーピング濃度のばらつきを抑制して、半導体装置１００の特性変動を抑制できる。第１範囲２００の全体に渡って、熱ドナーの濃度Ｎｔｈが、同一の深さ位置における増加ドナーの濃度ＩＤの０．１％以上であってよく、０．５％以上であってよく、１％以上であってよく、２％以上であってよく、３％以上であってよく、５％以上であってもよい。

　半導体基板１０の酸素化学濃度は１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である。本例では、半導体基板１０の酸素化学濃度が高い場合でも、熱ドナーの発生を抑制することで、半導体装置１００の耐圧等の特性の変動を抑制できる。このため、酸素化学濃度が低い基板を準備しなくてもよいので、半導体装置１００の製造コストを低減できる。また、酸素化学濃度が高い半導体基板１０を用いることで、水素ドナーを形成しやすくし、バッファ領域２０のドーピング濃度を高くしやすくなる。半導体基板１０の酸素化学濃度は３×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であってよく、５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であってよく、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であってもよい。半導体基板１０の酸素化学濃度は１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であってよく、５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であってもよい。

　ドリフト領域１８における熱ドナーの濃度（Ｎｔｈ１またはＮｔｈ２）が、ドリフト領域１８における酸素化学濃度の０．０００１倍（１×１０^－４倍）以下であってよい。ドリフト領域１８の酸素化学濃度は、ドリフト領域１８における平均値を用いてよく、最小値を用いてよく、ドリフト領域１８の深さ方向の中央における値を用いてもよい。これにより、バッファ領域２０の増加ドナーに占める熱ドナーの割合を小さくして、半導体装置１００の特性変動を抑制できる。ドリフト領域１８における熱ドナーの濃度（Ｎｔｈ１またはＮｔｈ２）が、ドリフト領域１８における酸素化学濃度の０．００００５倍（５×１０^－５倍）以下であってよく、０．００００１倍（１×１０^－５倍）以下であってもよい。ドリフト領域１８における熱ドナーの濃度（Ｎｔｈ１またはＮｔｈ２）が、ドリフト領域１８における酸素化学濃度の１×１０^－８倍以上であってよく、５×１０^－８倍以上であってよく、１×１０^－７倍以上であってもよい。

　ドリフト領域１８のドーピング濃度（Ｄｄ１またはＤｄ２）が、バルク・ドナーの濃度ＢＤの１．５倍以下であってよい。これにより、バッファ領域２０の増加ドナーに占める熱ドナーの割合を小さくして、半導体装置１００の特性変動を抑制できる。ドリフト領域１８のドーピング濃度（Ｄｄ１またはＤｄ２）が、バルク・ドナーの濃度ＢＤの１．３倍以下であってよく、１．１倍以下であってもよい。ドリフト領域１８のドーピング濃度（Ｄｄ１またはＤｄ２）は、バルク・ドナーの濃度ＢＤより大きい。

　ドリフト領域１８における熱ドナーの濃度（Ｎｔｈ１またはＮｔｈ２）が、バルク・ドナーの濃度ＢＤの０．５倍以下であってよい。これにより、バッファ領域２０の増加ドナーに占める熱ドナーの割合を小さくして、半導体装置１００の特性変動を抑制できる。ドリフト領域１８における熱ドナーの濃度（Ｎｔｈ１またはＮｔｈ２）が、バルク・ドナーの濃度ＢＤの０．３倍以下であってよく、０．１倍以下であってもよい。ドリフト領域１８における熱ドナーの濃度（Ｎｔｈ１またはＮｔｈ２）は、０より大きい。

　最深ピーク（本例ではドーピング濃度ピーク２０１－５）の頂点の深さ位置Ｚ５において、熱ドナーの濃度Ｎｔｈが、ドーピング濃度Ｎｐ５の０．１倍以下であってよい。実線および破線の分布２１０において、ドーピング濃度Ｎｐ５の値はほぼ同一である。これにより、バッファ領域２０の最深ピークの増加ドナーに占める熱ドナーの割合を小さくして、半導体装置１００の特性変動を抑制できる。例えば、半導体基板１０のターンオフ時等において、上面２１側から広がる空間電荷領域（または空乏層）がバッファ領域２０に到達したときの、電圧波形の振動のばらつきを抑制できる。深さ位置Ｚ５において、熱ドナーの濃度Ｎｔｈは、ドーピング濃度Ｎｐ５の０．０５倍以下であってよく、０．０１倍以下であってもよい。

　バッファ領域２０は、最深ピーク以外のドーピング濃度ピーク２０１のうち、ドーピング濃度が最大となる最大ピーク（本例ではドーピング濃度ピーク２０１－１）を含む。ドーピング濃度２０１－１以外のピークが最大ピークであってもよい。例えばドーピング濃度ピーク２０１－２が最大ピークであってもよい。最大ピークの頂点の深さ位置Ｚ１において、熱ドナーの濃度がドーピング濃度Ｎｐ１の０．０１倍以下であってよい。これにより、バッファ領域２０の最大ピークの増加ドナーに占める熱ドナーの割合を小さくして、半導体装置１００の特性変動を抑制できる。深さ位置Ｚ１において、熱ドナーの濃度がドーピング濃度Ｎｐ１の０．００５倍以下であってよく、０．００１倍以下であってもよい。

　バッファ領域２０は、半導体基板１０の下面２３に最も近い最浅ピーク（本例ではドーピング濃度ピーク２０１－１）を含む。最浅ピークの頂点の深さ位置Ｚ１において、熱ドナーの濃度がドーピング濃度Ｎｐ１の０．００１倍以下であってよい。これにより、バッファ領域２０の最浅ピークの増加ドナーに占める熱ドナーの割合を小さくして、半導体装置１００の特性変動を抑制できる。深さ位置Ｚ１において、熱ドナーの濃度がドーピング濃度Ｎｐ１の０．０００５倍以下であってよく、０．０００１倍以下であってもよい。

　図６は、バッファ領域２０よりも上面２１側の領域（深さ位置Ｚｂから深さ位置Ｚｕまでの領域）における、酸素化学濃度分布および熱ドナー濃度分布の一例を示す図である。酸素化学濃度は、ＳＩＭＳ法等で測定した値を用いてよい。本例において深さ位置Ｚｂは、バッファ領域２０とドリフト領域１８との境界位置であり、深さ位置Ｚｕは、ドリフト領域１８の上端位置である。

　本例では、熱ドナーの濃度が、深さ方向において一定ではない。ドリフト領域１８のそれぞれの深さ位置における熱ドナーの濃度は、ドーピング濃度とバルク・ドナー濃度ＢＤとの差分から算出できる。なお、図５等で説明したバッファ領域２０における熱ドナーの濃度は、図６に示すようなドリフト領域１８における熱ドナーの平均値を用いてよく、深さ位置Ｚｂにおける熱ドナーの値を用いてもよい。

　本例の酸素化学濃度分布は、深さ位置Ｚｂから深さ位置Ｚｕまでの領域において、半導体基板１０の上面２１に向かって酸素化学濃度が減少する減少部２２０を有する。減少部２２０においては、上面２１との距離が小さくなるのに応じて、酸素化学濃度が減少している。減少部２２０は、上面２１との距離が小さくなるのに応じて、酸素化学濃度が増加する領域を有さない。

　半導体基板１０の内部の酸素は、半導体装置１００の製造工程等において、半導体基板１０の外部に放出される場合がある。このため、半導体基板１０の表面の近傍においては、酸素化学濃度が大きく減少し、また、半導体基板１０の表面から離れた位置においても、基板表面に向かって酸素化学濃度が緩やかに減少する場合がある。なお、本例の半導体装置１００においては、下面２３に向かって酸素化学濃度が減少する領域は、製造工程において研削されている。減少部２２０は、深さ位置Ｚｂから深さ位置Ｚｕまでの領域の全体に設けられてよい。

　それぞれの深さ位置における熱ドナーの濃度は、それぞれの深さ位置における酸素化学濃度に応じて変動する。本例の熱ドナーの濃度分布は、深さ位置Ｚｂから深さ位置Ｚｕまでの領域において、半導体基板１０の上面２１に向かって熱ドナーの濃度が減少する減少部２３０を有する。減少部２３０においては、上面２１との距離が小さくなるのに応じて、熱ドナーの濃度が減少している。減少部２３０は、上面２１との距離が小さくなるのに応じて、熱ドナー濃度が増加する領域を有さない。減少部２３０は、深さ位置Ｚｂから深さ位置Ｚｕまでの領域の一部または全体に設けられてよい。減少部２３０において、深さ位置Ｚｕにおける熱ドナー濃度は、深さ位置Ｚｂにおける熱ドナー濃度の半分以下に減少してよく、１／４以下に減少してよく、１／１０以下に減少してよく、０まで減少してもよい。

　本例の減少部２３０は、半導体基板１０の上面２１側に向かう熱ドナーの濃度の対数勾配αｔｈが、酸素化学濃度の対数勾配αｏｘの０．５倍以上、１０倍以下である領域２４０を有する。これにより、ドリフト領域１８やバッファ領域２０のドーピング濃度に占める熱ドナーの割合を小さくして、半導体装置１００の特性変動を抑制できる。領域２４０の下端の深さ位置をＸａ、上端の深さ位置をＸｂとする。半導体基板１０の深さ方向の中央の位置をＺｃとする。深さ位置Ｘａは、深さ位置ＺｃからＺｂまでの範囲に配置されてよい。深さ位置Ｘａは、深さ位置Ｚｂと一致していてもよい。深さ位置Ｘｂは深さ位置ＺｃからＺｂまでの範囲に配置されてよく、深さ位置ＺｃからＺｕまでの範囲に配置されてもよい。深さ位置Ｘｂは、酸素化学濃度が急峻に変化する領域よりも、下面２３側に配置されてよい。深さ位置Ｘｂは、半導体基板１０の上面２１から１０μｍ以上離れていてよく、２０μｍ以上離れていてよく、３０μｍ以上離れていてもよい。領域２４０は、深さ方向における長さが１０μｍ以上あってよく、２０μｍ以上あってもよい。

　深さ位置Ｘａにおける酸素化学濃度をＮｏｘａ、熱ドナー濃度をＮｔｈａとする。深さ位置Ｘｂにおける酸素化学濃度をＮｏｘｂ、熱ドナー濃度をＮｔｈｂとする。領域２４０における熱ドナーの濃度の対数勾配αｔｈおよび酸素化学濃度の対数勾配αｏｘは、下式で規定される。
　αｔｈ＝｜ｌｏｇ_１０（Ｎｔｈａ）－ｌｏｇ_１０（Ｎｔｈｂ）｜／｜Ｘａ－Ｘｂ｜
　αｏｘ＝｜ｌｏｇ_１０（Ｎｏｘａ）－ｌｏｇ_１０（Ｎｏｘｂ）｜／｜Ｘａ－Ｘｂ｜

　領域２４０において、熱ドナー濃度の対数勾配αｔｈは、酸素化学濃度の対数勾配αｏｘの０．８倍以上であってよく、１倍以上であってもよい。領域２４０において、熱ドナー濃度の対数勾配αｔｈは、酸素化学濃度の対数勾配αｏｘの７倍以下であってよく、４倍以下であってもよい。

　図７は、半導体装置１００の製造方法の一例を説明するチャート図である。製造方法は、半導体基板１０をアニールする工程を１つ以上含む。製造方法には、半導体のインゴットから半導体ウエハを切り出した後から、半導体装置１００が完成するまでの工程が含まれる。図７の例の製造方法は、第１アニール段階Ｓ７０１および第２アニール段階Ｓ７０２を有しているが、製造方法におけるアニール段階は、１つであってよく、３つ以上であってもよい。それぞれのアニール段階では、半導体基板１０を室温（２５℃）以上の温度に加熱する。少なくとも１つのアニール段階では、半導体基板１０を４００℃以上の温度に加熱してよい。

　上述したように、半導体基板１０に形成される熱ドナーの濃度は、半導体基板１０に対する熱履歴により制御できる。本例の製造方法においては、図５に示した第１範囲２００の全体に渡って、熱ドナーの濃度Ｎｔｈが、同一の深さ位置における増加ドナーの濃度ＩＤの１０％以下となるように、半導体基板１０をアニールする。

　図８は、それぞれのアニール段階における半導体基板１０の温度の時間変化例を示す図である。図８における横軸は時間を示し、縦軸は半導体基板１０の温度（℃）を示す。それぞれのアニール段階において、半導体基板１０は室温（ＲＴ＝２５℃）から所定の温度まで加熱される。図８の例では、第１アニール段階Ｓ７０１および第２アニール段階Ｓ７０２のいずれにおいても、半導体基板１０が５００℃以上に加熱されている。

　シリコン等の半導体基板１０においては、半導体基板１０の温度が４５０℃近傍である場合に、熱ドナーが形成されやすい。このため、それぞれのアニール段階において、半導体基板１０が所定の第１温度帯を通過する時間を制御することで、熱ドナーの形成を抑制できる。図８の例では、第１温度帯の下限温度を４００℃、上限温度を５００℃とする。半導体基板１０をアニールする各工程において、半導体基板１０の温度が４００℃以上、５００℃以下の第１温度帯を通過する時間が、１回の通過あたり２０分以下であってよい。図８の例では、第１アニール段階Ｓ７０１の昇温過程において第１温度帯を通過する時間をＴ１１、降温過程において第１温度帯を通過する時間をＴ２１、第２アニール段階Ｓ７０２の昇温過程において第１温度帯を通過する時間をＴ３１、降温過程において第１温度帯を通過する時間をＴ４１とする。Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１、Ｔ４１のそれぞれが、２０分以下であってよい。これにより、第１温度帯を通過するときに、熱ドナーが半導体基板１０に形成されるのを抑制できる。Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１、Ｔ４１のそれぞれは、１０分以下であってよく、５分以下であってもよい。また、Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１、Ｔ４１の平均時間が１０分以下であってよく、５分以下であってもよい。

　半導体基板１０をアニールする各工程において、半導体基板１０の温度が第１温度帯（４００℃以上、５００℃以下）を通過する時間の、半導体装置１００の製造工程の開始から終了までの全工程にわたる積算時間が、１２０分以下であってよい。図８の例では、Ｔ１１、Ｔ２１、Ｔ３１、Ｔ４１の合計が１２０分以下である。これにより、半導体基板１０に形成される熱ドナーの総量を抑制できる。第１温度帯を通過する時間の積算時間は、６０分以下であってよく、４０分以下であってもよい。

　４２５℃以上、４７５℃以下の温度帯を第２温度帯とする。第２温度帯においては、半導体基板１０における熱ドナーが更に形成されやすい。半導体基板１０をアニールする各工程において、半導体基板１０の温度が４２５℃以上、４７５℃以下の第２温度帯を通過する時間が、１回の通過あたり１０分以下であってよい。図８の例では、第１アニール段階Ｓ７０１の昇温過程において第２温度帯を通過する時間をＴ１２、降温過程において第２温度帯を通過する時間をＴ２２、第２アニール段階Ｓ７０２の昇温過程において第２温度帯を通過する時間をＴ３２、降温過程において第２温度帯を通過する時間をＴ４２とする。Ｔ１２、Ｔ２２、Ｔ３２、Ｔ４２のそれぞれが、１０分以下であってよい。これにより、第２温度帯を通過するときに、熱ドナーが半導体基板１０に形成されるのを抑制できる。Ｔ１２、Ｔ２２、Ｔ３２、Ｔ４２のそれぞれは、５分以下であってよく、３分以下であってもよい。また、Ｔ１２、Ｔ２２、Ｔ３２、Ｔ４２の平均時間が５分以下であってよく、３分以下であってもよい。

　半導体基板１０をアニールする各工程において、半導体基板１０の温度が第２温度帯（４２５℃以上、４７５℃以下）を通過する時間の、半導体装置１００の製造工程の開始から終了までの全工程にわたる積算時間が、６０分以下であってよい。図８の例では、Ｔ１２、Ｔ２２、Ｔ３２、Ｔ４２の合計が６０分以下である。これにより、半導体基板１０に形成される熱ドナーの総量を抑制できる。第２温度帯を通過する時間の積算時間は、３０分以下であってよく、２０分以下であってもよい。

　図９は、半導体装置１００の製造方法の、より具体的な例を示すチャート図である。図９の例では、製造方法の一部の工程を省略している。本例においては、半導体基板１０の上面２１に層間絶縁膜３８を形成する（Ｓ９０１）。Ｓ９０１よりも前の工程において、半導体基板１０を室温（２５℃）より高い温度に加熱する工程を複数個有してよい。Ｓ９０１においては、半導体基板１０を４００℃以上、９００℃以下の温度に加熱してよい。図７および図８において説明した、半導体基板１０の温度が第１温度帯および第２温度帯を通過する時間は、半導体基板１０の温度が第１温度帯および第２温度帯を通過する全ての工程における時間を含む。

　層間絶縁膜３８を形成した後、層間絶縁膜３８にコンタクトホール５４を形成する。コンタクトホール５４を形成した後、コンタクトホール５４の内部にバリアメタルを形成してよい（Ｓ９０２）。Ｓ９０２においては、半導体基板１０を４００℃以上、７００℃以下の温度に加熱してよい。バリアメタルは、チタンおよび窒化チタンの少なくとも一方の膜を有してよい。

　バリアメタルを形成した後、スパッタにより、半導体基板１０の上面２１の上方に金属電極（本例ではエミッタ電極５２）を形成する（Ｓ９０３）。エミッタ電極５２を形成した後、半導体基板１０をアニール炉等に投入してアニールする（Ｓ９０４）。特に説明する場合を除き、半導体基板１０を加熱する場合、アニール炉等により半導体基板１０の全体が加熱される。Ｓ９０４においては、半導体基板１０を４００℃未満の温度に加熱してよい。

　エミッタ電極５２を形成した後、エミッタ電極５２の上に保護膜を形成する（Ｓ９０５）。保護膜は例えばポリイミド等で形成される。保護膜を形成した後、半導体基板１０を保護膜のキュア温度まで加熱する（Ｓ９０６）。Ｓ９０６においては、半導体基板１０を４００℃未満の温度に加熱してよい。

　保護膜を形成した後、半導体装置１００が有するべき耐圧に応じて、半導体基板１０を薄化する（Ｓ９０７）。Ｓ９０７においては、半導体基板１０の下面２３を研削することで、半導体基板１０の厚みを調整する。

　半導体基板１０を薄化した後、半導体基板１０の下面２３にコレクタ領域２２を形成し（Ｓ９０８）、また、カソード領域８２を形成する（Ｓ９０９）。Ｓ９０８およびＳ９０９は、いずれを先に行ってもよい。Ｓ９０８およびＳ９０９では、それぞれの領域にドーパントイオンを注入する。

　コレクタ領域２２およびカソード領域８２にドーパントイオンを注入した後に、半導体基板１０をアニールして、ドーパントを活性化させる（Ｓ９１０）。Ｓ９１０では、レーザーアニール等で、半導体基板１０を局所的に加熱してよい。

　図１０は、図９の工程の続きの工程を示すチャート図である。コレクタ領域２２およびカソード領域８２を形成した後、バッファ領域２０を形成する（Ｓ９１１）。Ｓ９１１では、プロトン等のドーパントイオンをバッファ領域２０に注入する。

　バッファ領域２０にドーパントイオンを注入した後、半導体基板１０をアニールして、ドーパントを活性化させる（Ｓ９１２）。Ｓ９１２においては、半導体基板１０を４００℃未満の温度に加熱してよい。

　バッファ領域２０を形成した後、半導体基板１０にヘリウム等の荷電粒子を照射して、ライフタイムキラーを形成してよい（Ｓ９１３）。ライフタイムキラーは、格子欠陥等の再結合中心であり、半導体基板１０のキャリアと結合することで、キャリアのライフタイムを短くする。例えばダイオード部８０の上面２１側に、ヘリウム等の荷電粒子を照射してよい。ヘリウム等の荷電粒子を照射した後、半導体基板１０をアニールする（Ｓ９１４）。Ｓ９１４においては、半導体基板１０を４００℃未満の温度に加熱してよい。

　ライフタイムキラーを形成した後、スパッタによりコレクタ電極２４を形成する（Ｓ９１５）。コレクタ電極２４を形成した後、半導体基板１０をアニールする（Ｓ９１６）。Ｓ９１６においては、半導体基板１０を３００℃未満の温度に加熱してよい。コレクタ電極２４を形成した後に、半導体ウエハをダイシングして、半導体チップに個片化してよい。

　本例の製造方法においては、エミッタ電極５２を形成した後の工程（Ｓ９０５以降の工程）を、４００℃未満で行う。これにより、半導体基板１０における熱ドナーの形成を抑制できる。エミッタ電極５２を形成した後の工程は、３９０℃以下で行ってよく、３８０℃以下で行ってもよい。本例の製造方法においては、Ｓ９０１およびＳ９０２において、半導体基板１０が４００℃以上の温度に加熱される。Ｓ９０１およびＳ９０２における半導体基板１０の温度が、図７および図８において説明した条件を満たしてよい。

　製造方法におけるアニール条件は、使用する半導体基板１０の酸素化学濃度に基づいて決定してよい。半導体基板１０の酸素化学濃度毎に、アニール時間、昇温速度、降温速度およびアニール温度の少なくともいずれかを変更した場合の熱ドナー濃度の変動を予め測定してよい。当該測定結果に基づいて、それぞれのアニール段階におけるアニール時間、昇温速度、降温速度およびアニール温度の少なくともいずれかを調整することで、半導体基板１０に形成される熱ドナーの濃度を制御できる。

　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、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、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、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、２００・・・第１範囲、２０１・・・ドーピング濃度ピーク、２１０・・・分布、２２０・・・減少部、２３０・・・減少部、２４０・・・領域

Claims (17)

1. 　上面および下面を有し、バルク・ドナーおよび熱ドナーを含み、酸素化学濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である半導体基板を備える半導体装置であって、
   　前記半導体基板に設けられ、前記バルク・ドナーおよび前記熱ドナーを含む第１導電型のドリフト領域と、
   　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、前記バルク・ドナーおよび増加ドナーを含み、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から最も離れて配置された最深ピークを含み、
   　前記増加ドナーは前記熱ドナーを含み、
   　前記バッファ領域の下端から前記最深ピークまでの第１範囲の全体に渡って、前記熱ドナーの濃度が、同一の深さ位置における前記増加ドナーの濃度の１０％以下である
   　半導体装置。
2. 　前記増加ドナーは、ＣｉＯｉ－Ｈドナーを含む
   　請求項１に記載の半導体装置。
3. 　前記第１範囲の全体に渡って、前記熱ドナーの濃度が、同一の深さ位置における前記増加ドナーの濃度の０．１％以上である
   　請求項１に記載の半導体装置。
4. 　前記半導体基板の酸素化学濃度が、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である
   　請求項１に記載の半導体装置。
5. 　前記ドリフト領域における前記熱ドナーの濃度が、前記酸素化学濃度の０．０００１倍以下である
   　請求項１に記載の半導体装置。
6. 　前記ドリフト領域のドーピング濃度が、前記バルク・ドナーの濃度の１．５倍以下である
   　請求項１に記載の半導体装置。
7. 　前記最深ピークの頂点位置において、前記熱ドナーの濃度がドーピング濃度の０．１倍以下である
   　請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
8. 　前記バッファ領域は、前記最深ピーク以外の前記ドーピング濃度ピークのうち、ドーピング濃度が最大となる最大ピークを含み、
   　前記最大ピークの頂点位置において、前記熱ドナーの濃度がドーピング濃度の０．０１倍以下である
   　請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
9. 　前記バッファ領域は、前記半導体基板の前記下面に最も近い最浅ピークを含み、
   　前記最浅ピークの頂点位置において、前記熱ドナーの濃度がドーピング濃度の０．００１倍以下である
   　請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
10. 　前記バッファ領域よりも前記半導体基板の前記上面側の領域において、前記熱ドナーの濃度分布は、前記半導体基板の前記上面に向かって減少する減少部を有する
    　請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体装置。
11. 　前記減少部は、前記半導体基板の前記上面側に向かう前記熱ドナーの濃度の対数勾配が、前記酸素化学濃度の対数勾配の０．５倍以上、１０倍以下である領域を有する
    　請求項１０に記載の半導体装置。
12. 　上面および下面を有し、バルク・ドナーを含み、酸素化学濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である半導体基板を用いて半導体装置を製造する製造方法であって、
    　前記半導体装置は、
    　前記半導体基板に設けられ、前記バルク・ドナーおよび熱ドナーを含む第１導電型のドリフト領域と、
    　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、前記バルク・ドナーおよび増加ドナーを含み、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から最も離れて配置された最深ピークを含み、
    　前記増加ドナーは前記熱ドナーを含み、
    　前記バッファ領域の下端から前記最深ピークまでの第１範囲の全体に渡って、前記熱ドナーの濃度が、同一の深さ位置における前記増加ドナーの濃度の１０％以下となるように、前記半導体基板をアニールする半導体装置の製造方法。
13. 　前記半導体基板をアニールする各工程において、前記半導体基板の温度が４００℃以上、５００℃以下の温度帯を通過する時間が、１回の通過あたり２０分以下である
    　請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
14. 　前記半導体基板をアニールする各工程において、前記半導体基板の温度が４２５℃以上、４７５℃以下の温度帯を通過する時間が、１回の通過あたり１０分以下である
    　請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
15. 　前記半導体基板をアニールする各工程において、前記半導体基板の温度が４００℃以上、５００℃以下の温度帯を通過する時間の積算時間が、１２０分以下である
    　請求項１２から１４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
16. 　前記半導体基板をアニールする各工程において、前記半導体基板の温度が４２５℃以上、４７５℃以下の温度帯を通過する時間の積算時間が、６０分以下である
    　請求項１２から１４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
17. 　前記半導体基板の前記上面の上方に金属電極を形成し、
    　前記金属電極を形成した後の工程を４００℃未満で行う
    　請求項１２から１４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

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