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DE112016000170T5 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Hestellung einer Halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Hestellung einer Halbleitervorrichtung Download PDF

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DE112016000170T5
DE112016000170T5 DE112016000170.3T DE112016000170T DE112016000170T5 DE 112016000170 T5 DE112016000170 T5 DE 112016000170T5 DE 112016000170 T DE112016000170 T DE 112016000170T DE 112016000170 T5 DE112016000170 T5 DE 112016000170T5
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DE
Germany
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region
semiconductor substrate
area
semiconductor device
concentration
Prior art date
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Pending
Application number
DE112016000170.3T
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English (en)
Inventor
Takahiro Tamura
Yuichi Onozawa
Takashi Yoshimura
Hiroshi TAKISHITA
Akio Yamano
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
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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat, das mit Störstellen dotiert ist, einer Elektrode auf der Seite der vorderen Oberfläche, die auf einer Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist, einer Elektrode auf der Seite der hinteren Oberfläche, die auf einer Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist, wird geschaffen, wobei das Halbleitersubstrat einen Spitzenbereich, der auf der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist und eine oder mehrere Spitzen von Störstellenkonzentration aufweist, einen Bereich mit hoher Konzentration, der näher an der vorderen Oberfläche angeordnet ist als der Spitzenbereich und eine sanftere Störstellenkonzentration aufweist als die eine oder die mehreren Spitzen, und einen Bereich mit niedriger Konzentration, der näher an der vorderen Oberfläche angeordnet ist als der Bereich mit hoher Konzentration und eine niedrigere Störstellenkonzentration aufweist als der Bereich mit hoher Konzentration, aufweist.

Description

  • HINTERGRUND
  • 1. TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung.
  • 2. STAND DER TECHNIK
  • In der Vergangenheit war für eine vertikale Halbleitervorrichtung, in der ein Strom in der Dickenrichtung eines Halbleitersubstrat fließen lassen wird, eine Konfiguration einer Feldstoppschicht, die auf der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist, bekannt (siehe beispielsweise Patentdokumente 1 und 2).
    • Patentdokument 1: japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2009-99705
    • Patentdokument 2: WO 2013/100155
  • Wenn eine Feldstoppschicht flach ist, ist es schwierig, eine Ausschaltvibration und eine Sperrverzögerungsvibration eines Transistors wie z. B. eines IGBT ausreichend zu unterdrücken.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung geschaffen. Die Halbleitervorrichtung kann ein mit Störstellen dotiertes Halbleitersubstrat umfassen. Die Halbleitervorrichtung kann eine Elektrode auf der Seite der vorderen Oberfläche umfassen, die auf einer Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist. Die Halbleitervorrichtung kann eine Elektrode auf der Seite der hinteren Oberfläche umfassen, die auf einer Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist. Das Halbleitersubstrat kann einen Spitzenbereich aufweisen, der auf der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist und eine oder mehrere Spitzen einer Störstellenkonzentration aufweist. Das Halbleitersubstrat kann einen Bereich mit hoher Konzentration aufweisen, der näher an der vorderen Oberfläche angeordnet ist als der Spitzenbereich und eine sanftere Verteilung der Störstellenkonzentration als die eine oder die mehreren Spitzen aufweist. Das Halbleitersubstrat kann einen Bereich mit niedriger Konzentration aufweisen, der näher an der vorderen Oberfläche angeordnet ist als der Bereich mit hoher Konzentration und eine niedrigere Störstellenkonzentration als der Bereich mit hoher Konzentration aufweist.
  • Das Halbleitersubstrat kann einen Driftbereich aufweisen und der Bereich mit niedriger Konzentration kann im Driftbereich enthalten sein. Eine Länge in der Tiefenrichtung des Bereichs mit hoher Konzentration kann länger sein als jene des Spitzenbereichs.
  • Eine Ladungsträgerlebensdauer im Bereich mit hoher Konzentration kann länger sein als jene im Bereich mit niedriger Konzentration. Die Länge des Bereichs mit hoher Konzentration in der Tiefenrichtung kann 5 μm oder mehr sein. Der Maximalwert der Störstellenkonzentration im Bereich mit hoher Konzentration kann größer als oder gleich 1,2-mal die Störstellenkonzentration im Bereich mit niedriger Konzentration sein. Die Störstellenkonzentration einer Spitze der einen oder der mehreren Spitzen, die am nächsten zur vorderen Oberfläche liegt, kann höher sein als 5 × 1014/cm3.
  • Der Bereich mit hoher Konzentration kann einen Zunahmeteil aufweisen, in dem die Störstellenkonzentration von der Seite der hinteren Oberfläche in Richtung der Seite der vorderen Oberfläche zunimmt. Der Bereich mit hoher Konzentration kann einen Abnahmeteil aufweisen, der näher an der vorderen Oberfläche angeordnet ist als der Zunahmeteil und die Störstellenkonzentration aufweist, die von der Seite der hinteren Oberfläche in Richtung der Seite der vorderen Oberfläche abnimmt. Ein Absolutwert einer Abnahmerate der Störstellenkonzentration im Abnahmeteil kann größer sein als der Absolutwert der Zunahmerate der Störstellenkonzentration im Zunahmeteil.
  • Das Halbleitersubstrat kann ein MCZ-Substrat sein. Eine mittlere Sauerstoffkonzentration im Halbleitersubstrat kann 1,0 × 1016/cm3 oder mehr und 1,0 × 1018/cm3 oder weniger sein.
  • Das Halbleitersubstrat kann ferner einen Defektbereich umfassen, der so ausgebildet ist, dass er sich in der Tiefenrichtung von der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats erstreckt. Ein Teil des Defektbereichs und ein Teil des Bereichs mit hoher Konzentration können in derselben Position in der Tiefenrichtung ausgebildet sein.
  • Ein Gipfel des Defektbereichs kann sich näher zur hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats erstrecken als die Spitze, die am nächsten zur vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats im Spitzenbereich vorgesehen ist. Der Gipfel des Defektbereichs kann in derselben Position in der Tiefenrichtung wie beliebige der Spitzen im Spitzenbereich ausgebildet sein.
  • Das Halbleitersubstrat kann ferner einen Defektbereich umfassen, der so ausgebildet ist, dass er sich in der Tiefenrichtung von der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats erstreckt. Der Defektbereich kann sich näher zur vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats erstrecken als der Bereich mit hoher Konzentration.
  • Das Halbleitersubstrat kann einen Transistorbereich, in dem ein Transistor ausgebildet ist, und einen Diodenbereich, in dem eine Diode ausgebildet ist, aufweisen. Der Bereich mit hoher Konzentration kann im Diodenbereich ausgebildet sein. Der Bereich mit hoher Konzentration kann auch im Transistorbereich ausgebildet sein. Der Bereich mit hoher Konzentration kann nicht im Transistorbereich ausgebildet sein.
  • In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung geschaffen. Das Herstellungsverfahren kann das Dotieren von Protonen von einer Seite der hinteren Oberfläche eines Halbleitersubstrats umfassen. Das Herstellungsverfahren kann das Ausbilden eines Defektbereichs so, dass er sich in einer Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats erstreckt, umfassen. Das Herstellungsverfahren kann das Ausheilen des Halbleitersubstrats nach dem Dotieren von Protonen und nach dem Ausbilden eines Defektbereichs umfassen.
  • Beim Ausbilden eines Defektbereichs kann das Halbleitersubstrat mit einem Elektronenstrahl von 20 kGy oder mehr und 1500 kGy oder weniger bestrahlt werden. Beim Ausbilden eines Defektbereichs kann ein Elektronenstrahl von 1200 kGy oder weniger abgestrahlt werden.
  • Durch Implantieren einer einen Defekt erzeugenden Substanz in eine vorbestimmte Tiefe des Halbleitersubstrats von der vorderen Oberfläche oder der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats beim Ausbilden eines Defektbereichs kann der Defektbereich so ausgebildet werden, dass er sich von einer vorderen Oberfläche oder einer hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats in eine Implantationsposition der einen Defekt erzeugenden Substanz erstreckt.
  • Das Halbleitersubstrat kann einen Transistorbereich, in dem ein Transistor ausgebildet ist, und einen Diodenbereich, in dem eine Diode ausgebildet ist, aufweisen. Beim Ausbilden eines Defektbereichs kann die einen Defekt erzeugende Substanz durch Maskieren zumindest eines Teils des Transistorbereichs implantiert werden. Eine Dotierungsmenge der Protonen kann 1,0 × 1014/cm2 oder mehr sein.
  • Der Zusammenfassungsabschnitt beschreibt nicht notwendigerweise alle erforderlichen Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung kann auch eine Unterkombination der vorstehend beschriebenen Merkmale sein.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die den Umriss einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 2A zeigt ein Diagramm, das Beispiele von Verteilungen einer Störstellenkonzentration und einer Ladungsträgerlebensdauer in einem FS-Bereich 20 und einem Teil eines Driftbereichs 14 darstellt.
  • 2B zeigt ein Diagramm, das ein Messverfahren der Ladungsträgerlebensdauer in der Halbleitervorrichtung 100 darstellt.
  • 3 zeigt ein Diagramm, das ein anderes Beispiel der Verteilung der Störstellenkonzentration darstellt.
  • 4 zeigt ein Diagramm, das ein anderes Beispiel der Verteilung der Störstellenkonzentration darstellt
  • 5 zeigt ein Diagramm, das ein Vergleichsbeispiel der Störstellenkonzentrationsverteilungen für den Fall, in dem eine Elektronenstrahlbestrahlung durchgeführt wird, und für den Fall, in dem eine Elektronenstrahlbestrahlung nicht durchgeführt wird, darstellt.
  • 6 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Verteilung der Störstellenkonzentration für den Fall darstellt, in dem eine Bedingung der Elektronenstrahlbestrahlung geändert wird.
  • 7 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 darstellt.
  • 8 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel darstellt, in dem Heliumionen tiefer in das Halbleitersubstrat als die Protonen in der tiefsten Position implantiert werden.
  • 9 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel darstellt, in dem ein Defektbereich 46 durch Implantieren von Helium von der Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet wird.
  • 10A zeigt eine Querschnittsansicht, die den Umriss einer Halbleitervorrichtung 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 10B zeigt ein Diagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleitervorrichtung 200 darstellt.
  • 10C zeigt ein Diagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleitervorrichtung 200 darstellt.
  • 10D zeigt ein Diagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleitervorrichtung 200 darstellt.
  • 10E zeigt ein Diagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleitervorrichtung 200 darstellt.
  • 10F zeigt ein Diagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleitervorrichtung 200 darstellt.
  • 11 zeigt ein Diagramm, das Beispiele von Störstellenkonzentrationsverteilungen für den Fall, in dem ein MCZ-Substrat mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, und für den Fall, in dem ein FZ-Substrat mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, darstellt.
  • BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend wird die vorliegende Erfindung durch Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen begrenzen jedoch die beanspruchten Erfindungen nicht. Alle Kombinationen von Merkmalen, die in den Ausführungsformen beschrieben sind, sind auch nicht notwendigerweise für Mittel zum Lösen des Problems der Erfindung wesentlich.
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die den Umriss einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Halbleitervorrichtung 100 ist eine vertikale Halbleitervorrichtung, in der Elektroden auf der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet sind, so dass ein Strom in der Dickenrichtung eines Halbleitersubstrats 10 fließt. Obwohl eine Freilaufdiode (FWD) als Beispiel der Halbleitervorrichtung 100 in 1 dargestellt ist, kann die Halbleitervorrichtung 100 eine andere Halbleitervorrichtung sein, die einen FS-Bereich 20 aufweist, wie z. B. ein IGBT.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 umfasst ein Halbleitersubstrat 10, eine Elektrode 102 auf der Seite der vorderen Oberfläche und eine Elektrode 104 auf der Seite der hinteren Oberfläche. Das Halbleitersubstrat 10 besteht aus Halbleitermaterial wie z. B. Silizium oder einem Verbundhalbleiter. Eine vorbestimmte Konzentration von Störstellen ist in das Halbleitersubstrat 10 dotiert. Der Leitfähigkeitstyp des Halbleitersubstrats 10 dieses Beispiels ist der N-Typ.
  • Das Halbleitersubstrat 10 weist einen Bereich 12 auf der Seite der vorderen Oberfläche, einen Driftbereich 14 und einen Feldstoppbereich (FS-Bereich 20) auf. Der Driftbereich 14 weist denselben Leitfähigkeitstyp wie das Halbleitersubstrat 10 auf. In diesem Beispiel ist der Leitfähigkeitstyp des Driftbereichs 14 der N-Typ. Der Bereich 12 auf der Seite der vorderen Oberfläche ist auf der Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet und ist mit Störstellen mit einem anderen Leitfähigkeitstyp als dem Leitfähigkeitstyp des Driftbereichs 14 dotiert. In diesem Beispiel ist der Leitfähigkeitstyp des Bereichs 12 auf der Seite der vorderen Oberfläche der P-Typ. Wenn die Halbleitervorrichtung 100 eine FWD ist, funktioniert der Bereich 12 auf der Seite der vorderen Oberfläche als Anodenbereich.
  • Der FS-Bereich 20 ist auf einer Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrat 10 ausgebildet. Der FS-Bereich 20 weist denselben Leitfähigkeitstyp wie der Driftbereich 14 auf und ist mit Störstellen mit einer höheren Konzentration als der Driftbereich 14 dotiert. In diesem Beispiel ist der FS-Bereich 20 der N+-Typ. Ein Bereich auf der Seite der hinteren Oberfläche kann zwischen dem FS-Bereich 20 und der Elektrode 104 auf der Seite der hinteren Oberfläche ausgebildet sein. Wenn die Halbleitervorrichtung 100 eine FWD ist, funktioniert der Bereich auf der Seite der hinteren Oberfläche als Kathodenbereich. Das Vorsehen eines hoch konzentrierten FS-Bereichs 20 kann verhindern, dass eine Verarmungsschicht, die sich von einer Grenzfläche zwischen dem Bereich 12 auf der Seite der vorderen Oberfläche und dem Driftbereich 14 erstreckt, den Bereich auf der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 erreicht.
  • Die Elektrode 102 auf der Seite der vorderen Oberfläche ist auf der Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 vorgesehen. Obwohl die Elektrode 102 auf der Seite der vorderen Oberfläche dieses Beispiels eine planare Form aufweist, kann die Elektrode 102 auf der Seite der vorderen Oberfläche eines anderen Beispiels eine Grabenform aufweisen.
  • Wenn die Halbleitervorrichtung 100 eine FWD ist, ist die Elektrode 102 auf der Seite der vorderen Oberfläche eine Anodenelektrode. Die Elektrode 104 auf der Seite der hinteren Oberfläche ist auf der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 vorgesehen. Wenn die Halbleitervorrichtung eine FWD ist, ist die Elektrode 104 auf der Seite der hinteren Oberfläche eine Kathodenelektrode.
  • 2A zeigt ein Diagramm, das Beispiele von Verteilungen einer Störstellenkonzentration und einer Ladungsträgerlebensdauer in einem FS-Bereich 20 und einem Teil eines Driftbereichs 14 darstellt. In 2A stellt die seitliche Achse eine Tiefe von der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 dar und die Längsachse stellt eine Störstellenkonzentration dar. Ferner stellt die Ladungsträgerlebensdauer einen relativen Wert dar, der nicht von einem Maßstab der Längsachse abhängt. Es ist zu beachten, dass die Spitze der Störstellenkonzentration nahe der Tiefe von 0 μm dem Bereich auf der Seite der hinteren Oberfläche wie z. B. dem Kathodenbereich entspricht. Der Bereich auf der Seite der hinteren Oberfläche wird durch Dotieren von Störstellen wie beispielsweise Phosphor von der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet.
  • Der FS-Bereich 20 weist einen Spitzenbereich 30 und einen Bereich 32 mit hoher Konzentration in der Reihenfolge von der Seite der hinteren Oberfläche auf. Ferner weist der Driftbereich 14 einen Bereich 34 mit niedriger Konzentration auf, in dem die Störstellenkonzentration niedriger ist als im Bereich 32 mit hoher Konzentration. Der ganze Driftbereich 14 kann der Bereich 34 mit niedriger Konzentration sein. Der Spitzenbereich 30 ist beispielsweise zwischen der hinteren Oberfläche und der Mitte des Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Der Spitzenbereich 30 kann in einem Abstand von der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 in einer vorbestimmten Spanne von 30 μm oder weniger, in einer vorbestimmten Spanne von 20 μm oder weniger oder in einer vorbestimmten Spanne von 10 μm oder weniger ausgebildet sein.
  • Eine Verteilung der Störstellenkonzentration im Spitzenbereich 30 weist eine oder mehrere Spitzen 40 auf. Die Spitzen 40 werden durch Dotieren von Störstellen mit kleiner Masse wie z. B. Protonen von der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet. Unter Verwendung von Störstellen mit kleiner Masse wie z. B. Protonen können die Positionen der Spitzen 40 mit guter Genauigkeit gesteuert werden. Es ist bevorzugt, dass die vorstehend erwähnte Störstelle eine Substanz ist, deren Masse kleiner ist als von Phosphor und Selen.
  • Der Bereich 32 mit hoher Konzentration ist näher an der vorderen Oberfläche angeordnet als der Spitzenbereich 30. Eine Störstellenkonzentration des Bereichs 32 mit hoher Konzentration ist höher als die Störstellenkonzentration des Halbleitersubstrats 10 (in diesem Beispiel die Störstellenkonzentration des Driftbereichs 14) und ändert sich sanfter als jene des Spitzenbereichs 30 (in diesem Beispiel der Spitze 40) in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10. Der Maximalwert der Störstellenkonzentration im Bereich 32 mit hoher Konzentration kann größer als oder gleich 1,2-mal, größer als oder gleich 1,5-mal oder größer als oder gleich 2-mal die Störstellenkonzentration im Bereich 34 mit niedriger Konzentration sein. Ferner ist der Mittelwert der Störstellenkonzentration im Bereich 32 mit hoher Konzentration größer als oder gleich 1,1-mal oder größer als oder gleich 1,2-mal die Störstellenkonzentration im Bereich 34 mit niedriger Konzentration. Die vorstehend beschriebene Störstellenkonzentration im Bereich 34 mit niedriger Konzentration kann die mittlere Störstellenkonzentration im Bereich 34 mit niedriger Konzentration sein.
  • Ferner kann der Maximalwert der Neigung relativ zur Tiefe der Störstellenkonzentrationsverteilung des Bereichs 32 mit hoher Konzentration kleiner sein als der Mittelwert von Neigungen der Störstellenkonzentrationsverteilung in den Spitzen 40. Ferner ist der Maximalwert der Störstellenkonzentration im Bereich 32 mit hoher Konzentration kleiner als der Maximalwert jeder Spitze 40, die im Spitzenbereich 30 enthalten ist. Außerdem kann der Maximalwert der Störstellenkonzentration im Bereich 32 mit hoher Konzentration kleiner sein als der Minimalwert der Störstellenkonzentration im Spitzenbereich 30.
  • Ferner kann der Bereich 32 mit hoher Konzentration in der Tiefenrichtung länger sein als eine Spitze 40. Ferner kann der Bereich 32 mit hoher Konzentration in der Tiefenrichtung länger sein als der ganze Spitzenbereich 30. Es ist zu beachten, dass eine Grenze zwischen dem Bereich 32 mit hoher Konzentration und dem Spitzenbereich 30 der Punkt sein kann, an dem die Störstellenkonzentration den lokalen Minimalwert zum ersten Mal nach der Spitze 40 aufweist. Ferner kann die Grenze zwischen dem Bereich 32 mit hoher Konzentration und dem Spitzenbereich 30 der Punkt sein, an dem ein Ausmaß an Änderung in der Störstellenkonzentration in Bezug auf die Tiefenrichtung ein vorbestimmter Wert oder weniger nach der Spitze 40 wird. Der Punkt, an dem die Änderung der Störstellenkonzentration 20% oder weniger relativ zur Störstellenkonzentration im Abstand in der Tiefenrichtung von 1 μm in dem Bereich wird, der näher an der vorderen Oberfläche liegt als die Spitze 40, kann beispielsweise als Grenze des Bereichs 32 mit hoher Konzentration auf der Seite der hinteren Oberfläche definiert sein. Ferner kann die Grenze zwischen dem Bereich 32 mit hoher Konzentration und dem Bereich 34 mit niedriger Konzentration der Punkt sein, an dem die Störstellenkonzentration die mittlere Störstellenkonzentration des Driftbereichs 14 wird.
  • Wenn der Spitzenbereich 30 mehrere Spitzen 40 aufweist, ist der Bereich 32 mit hoher Konzentration länger als die Breite von irgendeiner der Spitzen 40. Die Breite der Spitze 40 bezieht sich auf die Breite zwischen zwei lokalen Minimalwerten der Störstellenkonzentration. Selbst wenn der Spitzenbereich 30 mehrere Spitzen 40 aufweist, kann außerdem der Bereich 32 mit hoher Konzentration länger sein als der ganze Spitzenbereich 30.
  • Der Bereich 34 mit niedriger Konzentration ist näher an der vorderen Oberfläche angeordnet als der Bereich 32 mit hoher Konzentration. Die Störstellenkonzentration im Bereich 34 mit niedriger Konzentration ist niedriger als jene im Bereich 32 mit hoher Konzentration. Die Störstellenkonzentration im Bereich 34 mit niedriger Konzentration kann dieselbe wie jene im Halbleitersubstrat 10 sein.
  • Der Bereich 32 mit hoher Konzentration wird durch Ausbilden eines Defektbereichs, der sich in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10 erstreckt, nachdem oder bevor Störstellen wie z. B. Protonen unter einer vorbestimmten Bedingung dotiert werden, um die Spitze 40 auszubilden, und nach dem Protonendotieren und der Defektbereichsausbildung durch Durchführen einer Wärmebehandlung ausgebildet. Die Dichte von Kristalldefekten des Defektbereichs ist höher als jene der anderen Bereiche des Halbleitersubstrats 10. Der Defektbereich wird in zumindest einem Teil des Bereichs ausgebildet, in dem der Bereich 32 mit hoher Konzentration ausgebildet werden sollte. Der Defektbereich kann im gleichen Bereich ausgebildet werden, wie der Bereich 32 mit hoher Konzentration ausgebildet werden sollte, oder kann in einem breiteren Bereich ausgebildet werden, als der Bereich 32 mit hoher Konzentration ausgebildet werden sollte. Eine relativ große Anzahl von Kristalldefekten existiert im Defektbereich, was es leichter macht, dass Störstellen wie z. B. Protonen in eine tiefe Position diffundieren.
  • Als Beispiel kann der Defektbereich durch Bestrahlen des Halbleitersubstrats 10 mit einem Elektronenstrahl unter einer vorbestimmten Bedingung ausgebildet werden. Die Kristalldefekte werden in dem Bereich, der näher an der vorderen Oberfläche liegt als der Spitzenbereich 30, durch Bestrahlen des Halbleitersubstrats 10 mit einem Elektronenstahl unter einer vorbestimmten Bedingung ausgebildet. Mit der anschließenden Wärmebehandlung diffundieren Störstellen wie z. B. Protonen, die in den Spitzenbereich 30 dotiert werden, auf die Seite der vorderen Oberfläche.
  • Mit einem solchen Prozess kann der Bereich 32 mit hoher Konzentration, der sanfter ist als der Spitzenbereich 30, ausgebildet werden. Daher kann dv/dt und eine Überschwingspannung während einer Sperrverzögerung unterdrückt werden. Dadurch können die Spannungs- und Stromwellenformen während des Umschaltens glatt gemacht werden.
  • Für den Bereich 32 mit hoher Konzentration kann die Länge in der Tiefenrichtung 5 μm oder mehr sein. Die Länge des Bereichs 32 mit hoher Konzentration bezieht sich auf die Länge von der Grenze mit dem Spitzenbereich 30 zur Grenze mit dem Bereich 34 mit niedriger Konzentration. Ferner kann die Länge des Bereichs 32 mit hoher Konzentration 10 μm oder mehr, 20 μm oder mehr oder 30 μm oder mehr sein. Die Länge des Bereichs 32 mit hoher Konzentration kann durch die Dotierungsmenge an Störstellen wie z. B. Protonen, eine Spanne, in der der Defektbereich ausgebildet wird, eine Kristalldefektdichte im Defektbereich oder dergleichen gesteuert werden. Wenn der Defektbereich durch Bestrahlen mit einem Elektronenstrahl ausgebildet wird, kann die Länge des Bereichs 32 mit hoher Konzentration durch eine Bestrahlungsdosis des Elektronenstrahls, die Wärmebehandlungstemperatur oder Wärmebehandlungszeit nach der Elektronenstrahlbestrahlung oder dergleichen gesteuert werden.
  • Da der Kristalldefekt im Defektbereich, der durch den Elektronenstrahl oder dergleichen ausgebildet wird, durch Diffusion von Störstellen wie z. B. Protonen wiederhergestellt wird, kann ferner die Ladungsträgerlebensdauer auf der Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats verkürzt werden und die Ladungsträgerlebensdauer auf der Seite der hinteren Oberfläche kann verlängert werden. Insbesondere wird Wasserstoff in einen Spannenbereich des Halbleitersubstrats 10 durch Implantieren von Protonen eingeführt. Der eingeführte Wasserstoff diffundiert vom Spannenbereich zur tieferen Seite des Halbleitersubstrats 10 (in diesem Fall der Seite der vorderen Oberfläche) durch die weitere Wärmebehandlung. Der in dieser Weise eingeführte Wasserstoff kann eine offene Bindung aufgrund von Punktdefekten abschließen, die durch die Elektronenstrahlbestrahlung oder dergleichen gebildet werden. Dadurch nimmt die Punktdefektkonzentration ab und die Ladungsträgerlebensdauer nimmt zu. Aus diesem Grund können ein Spitzenstrom Irp und dv/dt während einer Sperrverzögerung gleichzeitig verringert werden.
  • In diesem Beispiel ist die Ladungsträgerlebensdauer im Bereich 32 mit hoher Konzentration länger als jene im Bereich 34 mit niedriger Konzentration. Die Verteilung der Ladungsträgerlebensdauer weist eine Kante, an der die Lebensdauer von einer langen Lebensdauer auf eine kurze Lebensdauer übergeht, an der Grenze zwischen dem Bereich 32 mit hoher Konzentration und dem Bereich 34 mit niedriger Konzentration auf. Es ist zu beachten, dass die Ladungsträgerlebensdauer im Bereich 32 mit hoher Konzentration fast konstant ist und die Ladungsträgerlebensdauer im Bereich 34 mit niedriger Konzentration allmählich in Richtung der Seite der vorderen Oberfläche abnehmen kann.
  • Der Spitzenbereich 30 und der Bereich 32 mit hoher Konzentration werden als Bereich betrachtet, in dem Donatoren aufgrund von Leerstellen-Sauerstoff-Wasserstoff-Defekten (VOH-Defekten) durch eine Leerstelle (V), die durch Implantieren von Protonen, Bestrahlen mit dem Elektronenstrahl oder dergleichen eingeführt wird, Sauerstoff (O) während der Herstellung des Halbleitersubstrats 10 eingemischt oder während eines Elementbildungsprozesses eingeführt wird, und implantierter Wasserstoff (H) gebildet werden. Die Donatoren aufgrund der VOH-Defekte weisen eine Donatoraktivierungsrate auf, so dass sie mit einer Rate im Bereich von 0,1%–10% relativ zur Implantierungsmenge des eingeführten Wasserstoffs oder der Konzentration von Wasserstoff aktiviert werden. Der Spitzenbereich 30 weist eine Donatorkonzentrationsverteilung (Nettodotierungskonzentrationsverteilung) der VOH-Defekte auf, in der die Konzentrationsverteilung des implantierten Wasserstoffs widergespiegelt wird, da eine Konzentrationsverteilung, die durch Multiplizieren der Wasserstoffkonzentrationsverteilung mit der Donatoraktivierungsrate erhalten wird, ausreichend höher ist als die Phosphorkonzentration des Halbleitersubstrats 10.
  • Da der Bereich 32 mit hoher Konzentration ein Bereich ist, der tiefer ist als die Spanne des implantierten Protons, Rp, ist der Bereich 32 mit hoher Konzentration andererseits ein Bereich, in dem Wasserstoff von der Spanne Rp zur tieferen Seite des Halbleitersubstrats 10 diffundiert (in diesem Fall der Seite der vorderen Oberfläche). In diesem Fall ist der Wert, der durch Multiplizieren der Konzentrationsverteilung des diffundierten Wasserstoffs mit der Donatoraktivierungsrate erhalten wird, kleiner als die Phosphorkonzentration des Halbleitersubstrats 10. Andererseits wird die Punktdefektkonzentration im Allgemeinen gleichmäßig in einem vorbestimmten Bereich, der tiefer ist als die Protonenspanne Rp, durch die Elektronenstrahlbestrahlung oder dergleichen verteilt. Daher ist die Konzentration des diffundierten Wasserstoffs an Leerstelle und Sauerstoff gebunden, um die VOH-Defekte zu bilden. Wenn diese Donatorkonzentration als VOH-Defekte die Phosphorkonzentration des Halbleitersubstrats 10 überschreitet, kann der Bereich 32 mit hoher Konzentration ausgebildet werden. Da Sauerstoff und eine kleine Menge an diffundiertem Wasserstoff an eine im Allgemeinen gleichmäßige Verteilung der Leerstellenkonzentration gebunden sind, wird dabei die Konzentrationsverteilung der VOH-Defekte im Allgemeinen gleichmäßig. Mit anderen Worten, für die Donatorkonzentrationsverteilung des Bereichs 32 mit hoher Konzentration ist die Konzentrationsverteilung der Leerstelle dominant.
  • Es ist zu beachten, dass, wie in 2A gezeigt, eine Störstellenkonzentrationsverteilung im Bereich 32 mit hoher Konzentration einen Zunahmeteil 42, in dem eine Störstellenkonzentration von der Seite der hinteren Oberfläche in Richtung der Seite der vorderen Oberfläche um die Grenze mit dem Bereich 34 mit niedriger Konzentration zunimmt, und einen Abnahmeteil 44, der näher an der vorderen Oberfläche angeordnet ist als der Zunahmeteil 42 und eine Störstellenkonzentration aufweist, die von der Seite der hinteren Oberfläche in Richtung der Seite der vorderen Oberfläche abnimmt, aufweist.
  • Da die dotierten Störstellen wie z. B. Protonen in den Spitzenbereich 30 diffundieren, weist der Bereich 32 mit hoher Konzentration die Störstellenkonzentrationsverteilung auf, die der Störstellenkonzentrationsverteilung im Spitzenbereich 30 entspricht. In diesem Beispiel erscheinen infolge der Diffusion von Störstellen wie z. B. Protonen, die in einer Position der Spitze 40 dotiert sind, der Zunahmeteil 42 und der Abnahmeteil 44 in beiden Enden des Bereichs 32 mit hoher Konzentration. Da die Verteilung der Störstellenkonzentration im Prozess der Diffusion der Störstellen wie z. B. Protonen gemittelt wird, wird ferner die Verteilung der Störstellenkonzentration im Bereich 32 mit hoher Konzentration sanfter als im Spitzenbereich 30.
  • Da in diesem Beispiel die Form des Zunahmeteils 42 und des Abnahmeteils 44 von der Form der Spitzen 40 abhängt, ist der Absolutwert einer Abnahmerate der Störstellenkonzentration im Abnahmeteil 44 größer als der Absolutwert einer Zunahmerate der Störstellenkonzentration im Zunahmeteil 42. Mit anderen Worten, die Störstellenkonzentration ändert sich im Abnahmeteil 44 schärfer als im Zunahmeteil 42. Der Abstand zwischen der Spitze 40 und der Grenze zwischen dem Zunahmeteil 42 und dem Abnahmeteil 44 kann 10 μm oder mehr, 20 μm oder mehr oder 30 μm oder mehr sein. In diesem Beispiel liegt die Position der Spitze 40 in einer Position von etwa 7 μm von der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10, eine Position der Grenze zwischen dem Zunahmeteil 42 und dem Abnahmeteil 44 liegt in einer Position von etwa 40 μm von der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10.
  • 2B zeigt ein Diagramm, das ein Messverfahren der Ladungsträgerlebensdauer in der Halbleitervorrichtung 100 darstellt. In diesem Beispiel wird ein Defektbereich durch eine Elektronenstrahlbestrahlung ausgebildet. 2B zeigt die Beziehung zwischen einer Sperrvorspannung und dem Kriechstrom in der Halbleitervorrichtung 100. Kristalldefekte werden durch die Elektronenstrahlbestrahlung im Bereich 34 mit niedriger Konzentration ausgebildet. Außerdem verschwinden die Defekte selbst mit Störstellen wie z. B. Protonen nicht. Aus diesem Grund nimmt der Kriechstrom allmählich zu, wenn die Sperrvorspannung von 0 V zunimmt.
  • Andererseits nehmen die Kristalldefekte im Bereich 32 mit hoher Konzentration im Vergleich zu jenen im Bereich 34 mit niedriger Konzentration ab, da freie Bindungen der Defekte aufgrund der Diffusion von Störstellen wie z. B. Protonen durch Wasserstoff abgeschlossen werden. Aus diesem Grund nimmt der Kriechstrom nicht mehr zu, selbst wenn eine Sperrvorspannung so erhöht wird, dass sie höher ist als eine vorbestimmte Spannung Vo, für die Position der Grenze zwischen dem Bereich 34 mit niedriger Konzentration und dem Bereich 32 mit hoher Konzentration. Wenn jedoch eine sehr große Sperrvorspannung angelegt wird, nimmt ein Kriechstrom aufgrund eines Lawinendurchbruchs drastisch zu.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann die Position der Grenze zwischen dem Bereich 32 mit hoher Konzentration und dem Bereich 34 mit niedriger Konzentration durch Messen der Sperrvorspannung Vo abgeschätzt werden, bei der der Kriechstrom sich nicht mehr ändert. Es ist zu beachten, dass die Beziehung zwischen der Spannung Vo und der Position der Grenze x0 durch die folgende Formel gegeben ist.
  • Figure DE112016000170T5_0002
  • 3 zeigt ein Diagramm, das ein anderes Beispiel der Verteilung der Störstellenkonzentration darstellt. In diesem Beispiel werden Protonen als Störstellen verwendet, die in den Spitzenbereich 30 dotiert werden, und eine Elektronenstrahlbestrahlung wird verwendet, um den Defektbereich auszubilden. Ferner sind in diesem Beispiel Verteilungen der Störstellenkonzentration 23-1, 23-2, 23-3 und 23-4 für jeweilige vier Dotierungsmengen von Protonen gezeigt.
  • Für die jeweiligen Beispiele der Verteilungen ist eine Beschleunigungsspannung, um Protonen zu beschleunigen, 550 keV, eine Ausheilungstemperatur und eine Ausheilungszeit nach dem Protonendotieren sind 370°C bzw. 5 Stunden, eine Elektronenstrahlbestrahlungsdosis ist 800 kGy und eine Ausheilungstemperatur und eine Ausheilungszeit nach der Elektronenstrahlbestrahlung sind 360°C bzw. eine Stunde. Ferner sind Dotierungsmengen der Protonen 1,0 × 1015/cm2 für die Verteilung 23-1, 3,0 × 1014/cm2 für die Verteilung 23-2, 1,0 × 1014/cm2 für die Verteilung 23-3 und 1,0 × 1013/cm2 für die Verteilung 23-4.
  • Wie in 3 gezeigt ist, kann verstanden werden, dass der Bereich 32 mit hoher Konzentration, der näher an der vorderen Oberfläche liegt als der Spitzenbereich 30, lang wird, wenn die Dotierungsmenge der Protonen zunimmt. Es ist zu beachten, dass der Bereich 32 mit hoher Konzentration in der Verteilung 23-4 für den Fall einer relativ kleinen Dotierungsmenge der Protonen von 1,0 × 1013/cm2 nicht erscheint. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass die Dotierungsmenge der Protonen 1,0 × 1014/cm2 oder mehr ist. Wenn die Dotierungsmenge der Protonen 1,0 × 1014/cm2 oder mehr ist, ist ferner die Störstellenkonzentration im Bereich 32 mit hoher Konzentration fast dieselbe. Daraus ist es bevorzugt, dass die Dotierungsmenge der Protonen 1,0 × 1014/cm2 oder mehr ist.
  • Wie durch die Verteilung 23-1 und die Verteilung 23-2 verständlich, erstreckt sich ferner der Bereich 32 mit hoher Konzentration effizient, wenn die Dotierungsmenge der Protonen von 3,0 × 1014/cm2 auf 1,0 × 1015/cm2 geändert wird. Aus diesem Grund kann die Dotierungsmenge der Protonen größer sein als 3,0 × 1014/cm2 oder kann 1,0 × 1015/cm2 oder mehr sein.
  • 4 zeigt ein Diagramm, das ein anderes Beispiel der Verteilung der Störstellenkonzentration darstellt. In diesem Beispiel sind mehrere Spitzen 40 im Spitzenbereich 30 vorgesehen. Als Beispiel sind Spitzen 40-1, 40-2, 40-3 und 40-4 in der Reihenfolge von der Seite der hinteren Oberfläche des Spitzenbereichs 30 vorgesehen.
  • Die Spitze 40 der mehreren Spitzen 40, die am nächsten zur vorderen Oberfläche liegt, kann eine höhere Störstellenkonzentration aufweisen als die Spitze 40, die näher an der hinteren Oberfläche liegt, um eins als die vorstehend erwähnte Spitze 40. In diesem Beispiel ist die Störstellenkonzentration der Spitze 40-4 höher als jene der Spitze 40-3. Es ist zu beachten, dass die Störstellenkonzentration der Spitze 40-1 höher ist als jene irgendeiner anderen Spitze 40. Ferner ist die Störstellenkonzentration der Spitze 40-2 höher als jene der Spitze 40-3. Mit einer solchen Konfiguration kann die Störstellenkonzentration so hergestellt werden, dass sie in einer tiefen Position des Bereichs 32 mit hoher Konzentration hoch ist.
  • Die Störstellenkonzentration der Spitze 40, die am nächsten zur vorderen Oberfläche liegt, kann höher sein als 5 × 1014/cm2. Alternativ kann die Störstellenkonzentration der Spitze 40, die am nächsten zur vorderen Oberfläche liegt, höher als 1,2 × 1015/cm2 oder höher als 1,4 × 1015/cm2 sein.
  • In diesem Beispiel weist auch die Störstellenkonzentrationsverteilung des Bereichs 32 mit hoher Konzentration den Zunahmeteil 42 und den Abnahmeteil 44 auf. Da jedoch der Spitzenbereich 30 mehrere Spitzen 40 aufweist, ist die Diffusion von Protonen in der Tiefenrichtung des Bereichs mit hoher Konzentration 32 homogenisiert. Aus diesem Grund ist die Grenze zwischen dem Zunahmeteil 42 und dem Abnahmeteil 44 nahe der Mitte des Bereichs 32 mit hoher Konzentration angeordnet. In diesem Beispiel ist die Länge des Bereichs 32 mit hoher Konzentration etwa 43 μm, die Grenze zwischen dem Zunahmeteil 42 und dem Abnahmeteil 44 ist jeweils in einer Tiefe von etwa 21 μm–22 μm von den beiden Enden des Bereichs 32 mit hoher Konzentration angeordnet.
  • Es ist zu beachten, dass in diesem Beispiel eine Dotierungsmenge der Protonen und eine Beschleunigungsspannung für die Spitze 40-1 3,0 × 1014/cm2 bzw. 400 keV sind, eine Dotierungsmenge der Protonen und eine Beschleunigungsspannung für die Spitze 40-2 1,0 × 1013/cm2 bzw. 820 keV sind, eine Dotierungsmenge der Protonen und eine Beschleunigungsspannung für die Spitze 40-3 7,0 × 1012/cm2 bzw. 1110 keV sind und eine Dotierungsmenge der Protonen und eine Beschleunigungsspannung für die Spitze 40-4 1,0 × 1013/cm2 bzw. 1450 keV sind. Ferner sind eine Ausheilungstemperatur, eine Ausheilungszeit und eine Elektronenstrahlbestrahlungsdosis nach dem Protonendotieren 370°C, 5 Stunden bzw. 160 kGy und eine Ausheilungstemperatur und eine Ausheilungszeit nach der Elektronenstrahlbestrahlung sind 360°C bzw. eine Stunde.
  • 5 zeigt ein Diagramm, das ein Vergleichsbeispiel der Störstellenkonzentrationsverteilungen für den Fall, in dem eine Elektronenstrahlbestrahlung durchgeführt wird, und für den Fall, in dem eine Elektronenstrahlbestrahlung nicht durchgeführt wird, darstellt. Die Verteilung 21 ist eine Verteilung unter denselben Bedingungen wie jenen für die in 4 gezeigte Verteilung. Die Verteilung 110 ist eine Verteilung für den Fall, in dem eine Elektronenstrahlbestrahlung nicht durchgeführt wird, nachdem Protonen dotiert sind und eine Ausheilung durchgeführt ist. Für die Verteilung 110 sind die Bedingungen dieselben wie jene für die Verteilung 21, außer dass die Elektronenstrahlbestrahlung nicht durchgeführt wird. Die Verteilung 112 ist eine Verteilung für den Fall, in dem anstelle der Elektronenstrahlbestrahlung Helium von der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 dotiert wird. Für die Verteilung 112 sind die Bedingungen dieselben wie jene für die Verteilung 21, außer dass Helium anstelle der Elektronenstrahlbestrahlung dotiert wird. Es ist zu beachten, dass Helium von der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 in eine Position implantiert wird, die noch flacher ist als die flachste Spitze 40, wie von der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 betrachtet. Als Beispiel wurde Helium unter der Bedingung von 700 keV und 2,4 × 1012/cm2 dotiert.
  • Wie in 5 gezeigt, wird in der Verteilung 110 für den Fall, in dem die Elektronenstrahlbestrahlung nicht durchgeführt wird, und der Verteilung 112 für den Fall, in dem Helium anstelle der Elektronenstrahlbestrahlung dotiert wird, der Bereich 32 mit hoher Konzentration nicht ausgebildet. Dagegen wird in der Verteilung 21 für den Fall, in dem eine Ausheilung nach der Elektronenstrahlbestrahlung durchgeführt wird, der Bereich 32 mit hoher Konzentration ausgebildet. Es kann verstanden werden, dass der Bereich 32 mit hoher Konzentration durch Durchführen der Elektronenstrahlbestrahlung und Ausheilung unter einer vorbestimmten Bedingung ausgebildet werden kann. Es ist zu beachten, dass der Maximalwert der Störstellenkonzentration im Bereich 32 mit hoher Konzentration in der Verteilung 21 1,4 × 1014/cm2 ist. Ferner ist der Mittelwert der Störstellenkonzentration im Bereich 34 mit niedriger Konzentration 1,0 × 1014/cm2.
  • 6 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Verteilung der Störstellenkonzentration für den Fall darstellt, in dem eine Bedingung der Elektronenstrahlbestrahlung geändert ist. Die Verteilung 23-2 ist dieselbe wie die Verteilung 23-2, die in 3 gezeigt ist. Die Verteilung 23-5 ist ein Beispiel, in dem die Elektronenstrahlbestrahlungsdosis auf 800 kGy geändert ist, und die Verteilung 23-6 ist ein Beispiel, in dem die Elektronenstrahlbestrahlungsdosis auf 1200 kGy geändert ist. Bedingungen abgesehen von der Elektronenstrahlbestrahlungsdosis für die Verteilung 23-5 und die Verteilung 23-6 sind dieselben wie jene für die Verteilung 23-2.
  • Wie in 6 gezeigt, verkürzt sich der Bereich 32 mit hoher Konzentration, wenn die Elektronenstrahlbestrahlungsdosis zunimmt. Um den Bereich 32 mit hoher Konzentration mit der Länge von 5 μm oder mehr auszubilden, ist es bevorzugt, dass die Elektronenstrahlbestrahlungsdosis 1500 kGy oder weniger ist. Die Elektronenstrahlbestrahlungsdosis kann 1200 kGy oder weniger oder 800 kGy oder weniger sein. Es ist zu beachten, dass es bevorzugt ist, dass die Elektronenstrahlbestrahlungsdosis 20 kGy oder mehr ist, um die Ladungsträgerlebensdauer zu steuern. Die Elektronenstrahlbestrahlungsdosis kann gemäß der Beschleunigungsspannung von Protonen eingestellt werden.
  • 7 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 darstellt. Am Beginn wird ein Basissubstrat bereitgestellt und Strukturen der vorderen Oberfläche wie z. B. ein Bereich 12 auf der Seite der vorderen Oberfläche und eine Elektrode 102 auf der Seite der vorderen Oberfläche werden auf der Seite der vorderen Oberfläche des Basissubstrats ausgebildet (S300). Dann wird ein Halbleitersubstrat 10 durch Schleifen der Seite der hinteren Oberfläche des Basissubstrats, so dass es die Substratdicke gemäß der Durchbruchspannung aufweist, ausgebildet (S302).
  • Dann wird ein Kathodenbereich durch flaches Dotieren von Störstellen wie z. B. Phosphor von der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet (S304). Nach dem Dotieren von Störstellen wird der Kathodenbereich durch einen Laser oder dergleichen ausgeheilt (S306).
  • Dann werden Protonen in eine Position, die tiefer liegt als der Kathodenbereich, von der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 dotiert (S308). In Schritt S308 können Protonen in eine oder mehrere Tiefenpositionen dotiert werden. Nach dem Dotieren von Protonen wird das Halbleitersubstrat 10 unter einer vorbestimmten Bedingung ausgeheilt (S310). Dadurch wird ein Spitzenbereich 30 mit einer oder mehreren Spitzen 40 ausgebildet. Es ist zu beachten, dass die Schritte S312 und S314 zwischen dem Schritt S306 und dem Schritt S308 durchgeführt werden können. Mit anderen Worten, die Elektronenstrahlbestrahlung kann nach oder vor der Protonenimplantation durchgeführt werden.
  • Dann wird ein Defektbereich, der sich im Halbleitersubstrat 10 in der Tiefenrichtung erstreckt, ausgebildet (S312). In Schritt S312 kann der Defektbereich durch Abstrahlen eines Elektronenstrahls ausgebildet werden, wie vorstehend beschrieben. In diesem Fall wird der Defektbereich so ausgebildet, dass er sich über das ganze Halbleitersubstrat 10 in der Tiefenrichtung erstreckt. Der Elektronenstrahl kann von der Seite der hinteren Oberfläche oder der Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 abgestrahlt werden. Nach dem Ausbilden des Defektbereichs wird das Halbleitersubstrat 10 unter einer vorbestimmten Bedingung ausgeheilt (S314). Dadurch wird ein Bereich 32 mit hoher Konzentration ausgebildet.
  • Dann wird eine Elektrode 104 auf der Seite der hinteren Oberfläche auf der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet. Dadurch kann die Halbleitervorrichtung 100 hergestellt werden. Es ist zu beachten, dass ein Schritt zum Ausbilden eines schwebenden Bereichs ferner zwischen dem Schritt S304 und dem Schritt S306 vorgesehen sein kann. Im vorstehend erwähnten Schritt kann ein vorbestimmtes Maskenmuster auf der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet werden, um Störstellen wie z. B. Bor in den Bereich zu dotieren, der nicht mit dem Maskenmuster bedeckt ist.
  • Ferner kann ein Schritt zum Dotieren von Helium von der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ferner zwischen dem Schritt S310 und dem Schritt S312 enthalten sein. Im vorstehend erwähnten Schritt wird Helium in eine vorbestimmte Tiefenposition innerhalb des Spitzenbereichs 30 dotiert, um die Ladungsträgerlebensdauer zu regulieren.
  • Durch ein solches Verfahren kann der Bereich 32 mit hoher Konzentration in eine tiefe Position des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet werden. Ferner kann der Bereich 32 mit hoher Konzentration, in dem die Konzentration relativ gleichmäßig ist, ausgebildet werden. Ein hoch konzentrierter Störstellenbereich kann in einer tiefen Position des Halbleitersubstrats 10 durch Beschleunigen von Störstellen mit kleiner Masse wie z. B. Protonen mit einer hohen Spannung ausgebildet werden, ein teures Gerät ist jedoch in diesem Fall erforderlich. Dagegen kann mit dem Herstellungsverfahren dieses Beispiels die Ausbildung des Bereichs mit hoher Konzentration mit einem einfachen Gerät erreicht werden, da Protonen in eine relativ flache Position dotiert werden können.
  • In den vorstehend beschriebenen Beispielen wird der Defektbereich durch Bestrahlen des Halbleitersubstrats 10 mit einem Elektronenstrahl ausgebildet. Die Ausbildung des Defektbereichs kann jedoch unter Verwendung eines anderen Verfahrens als einer Elektronenstrahlbestrahlung durchgeführt werden. Der Defektbereich kann beispielsweise durch Implantieren einer einen Defekt erzeugenden Substanz in das Halbleitersubstrat 10 ausgebildet werden. Eine einen Kristall erzeugende Substanz ist eine Substanz, die Kristalldefekte in dem Bereich im Halbleitersubstrat 10 erzeugen kann, durch den die vorstehend erwähnte Substanz hindurchtritt. Als Beispiel ist die einen Kristall erzeugende Substanz Helium.
  • Ferner wurde in den vorstehend beschriebenen Beispielen von der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 zu dotierendes Helium von der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 in einer Spanne implantiert, die noch flacher ist als die Spanne der Protonen, die in der flachsten Spitzenposition von der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 implantiert werden. Alternativ können Heliumionen in einer Spanne implantiert werden, die noch tiefer liegt als die Spanne der Protonen, die in der tiefsten Spitzenposition von der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 implantiert werden. Die Kristalldefekte werden in dem Bereich ausgebildet, durch den Heliumionen, die von der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 implantiert werden, hindurchgehen. Aus diesem Grund kann der Defektbereich, der sich von der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 erstreckt, ausgebildet werden.
  • 8 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel darstellt, in dem Heliumionen tiefer implantiert werden als die Protonen in der tiefsten Position von der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10. 8(a) ist eine Verteilungsabbildung, die eine Konzentrationsverteilung von Protonen (Wasserstoff) und eine Dichteverteilung von Kristalldefekten relativ zu einer Tiefe von der Implantationsoberfläche (in diesem Beispiel der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10) darstellt. Die Protonen können in mehrere Spitzenpositionen implantiert werden. Die Protonen werden mehrere Male für jede Spitzenposition implantiert.
  • Für 8(a) ist die Anzahl von Malen der Spitzenimplantation von Protonen drei und Wasserstoffkonzentrationsverteilungen für jeweilige Implantationen werden separat beschrieben. Ferner wird Helium in eine einzelne Implantationsposition implantiert. Alternativ kann Helium mehrere Male in verschiedene Positionen implantiert werden, obwohl dies nicht gezeigt ist.
  • Wie in 8(a) gezeigt, wird ein Defektbereich 46, der sich von der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 erstreckt, durch Durchgang von Helium ausgebildet. Es ist zu beachten, dass die Defektdichteverteilung im Defektbereich 46 eine Spitze nahe der Implantationsposition von Helium aufweist. Da Protonen gewöhnlich im Defektbereich 46 diffundieren, können die Protonen auf der Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 durch Ausheilen des Halbleitersubstrats 10 nach dem Implantieren von Protonen und Helium diffundiert werden.
  • 8(b) ist eine Verteilungsabbildung, die die Dichteverteilung des auf Leerstelle bezogenen Defekts (die linke Achse) und die Ladungsträgerlebensdauerverteilung (die rechte Achse) entsprechend 8(a) darstellt. 8(b) zeigt jede Verteilung nach dem Ausheilen. Die Dichte der auf Leerstelle bezogenen Defekte ist eine Dichteverteilung für die Summe von Leerstellen (V), Doppelleerstellen (VV) oder dergleichen. Die auf Leerstelle bezogenen Defekte werden um die Spanne von Helium mit der höchsten Dichte durch Implantieren von Heliumionen verteilt.
  • Wenn andererseits die Protonen (Wasserstoffionen) in der tiefsten Position in eine flachere Position als Helium implantiert werden und die Wärmebehandlung durchgeführt wird, diffundiert Wasserstoff in eine Position, die noch tiefer ist als die Spanne der Protonen in der tiefsten Position. Mit dem diffundierten Wasserstoff schließt Wasserstoff freie Bindungen ab, die durch auf Leerstelle bezogene Defekte aufgrund der Heliumimplantation verursacht werden. Daher nimmt die Dichte der auf Leerstelle bezogenen Defekte des Bereichs von der Position, die tiefer ist als die Spanne der Protonen in der tiefsten Position, zur Protonenimplantationsoberfläche ab. Ferner wird in Reaktion auf die Abnahme der Dichte der auf Leerstelle bezogenen Defekte die Ladungsträgerlebensdauer fast wiederhergestellt auf den Wert des Bereichs, in dem Helium nicht implantiert wird.
  • 8(c) ist eine Donatorkonzentrationsverteilung, die 8(a) und 8(b) entspricht. Da die VOH-Defekte in Reaktion auf das Wasserstoffende in dem Bereich ausgebildet werden, der tiefer ist als die Spanne der Protonen in der tiefsten Position, kann ein Bereich 32 mit hoher Konzentration, in dem die Konzentration höher ist als die Phosphorkonzentration des Halbleitersubstrats 10, ausgebildet werden. Ferner wird im Protonenspannenbereich, in dem die Wasserstoffkonzentration ausreichend hoch ist, eine der Konzentrationsverteilung der Protonen entsprechende Spitze ausgebildet.
  • In dieser Weise kann der Bereich 32 mit hoher Konzentration wie bei der Ausbildung von Punktdefekten durch eine Elektronenstrahlbestrahlung ausgebildet werden, wenn die auf Leerstelle bezogenen Defekte aufgrund von Helium in einer Position ausgebildet werden, die tiefer ist als die tiefste Protonenspanne.
  • Die Implantationsposition von Helium kann mit einer Endposition des Bereichs zusammenfallen, in dem der Bereich 32 mit hoher Konzentration ausgebildet werden sollte. Alternativ kann die Implantationsposition von Helium näher an der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 liegen als das Ende des Bereichs, in dem der Bereich 32 mit hoher Konzentration ausgebildet werden sollte. In diesem Fall erstreckt sich im Halbleitersubstrat nach dem Ausheilen der Defektbereich 46 näher zur vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 als der Bereich 32 mit hoher Konzentration. Dadurch, wie in 8(b) gezeigt, bleiben viele Kristalldefekte in dem Bereich, der näher an der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 liegt, als im Bereich 32 mit hoher Konzentration. Dadurch kann die Ladungsträgerlebensdauer im vorstehend erwähnten Bereich reguliert werden.
  • Der Defektbereich 46 kann sich näher zur vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 erstrecken als die Mitte in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10. Ferner kann sich der Defektbereich 46 näher zur vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 um 40 μm oder mehr erstrecken als die Spitze 40 der Störstellenkonzentration in der tiefsten Position, wie von der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 betrachtet.
  • 9 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel darstellt, in dem ein Defektbereich 46 durch Implantieren von Helium von der Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet wird. In diesem Fall wird der Defektbereich 46 im Halbleitersubstrat 10 so ausgebildet, dass er sich in der Tiefenrichtung von der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 erstreckt. In 9 sind drei Defektbereiche 46 von verschiedenen Heliumimplantationspositionen gezeigt.
  • Der Gipfel des Defektbereichs 46-1 auf der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 wird innerhalb des Bereichs 32 mit hoher Konzentration ausgebildet. Mit anderen Worten, ein Teil des Defektbereichs 46-1 wird in derselben Position in der Tiefenrichtung wie ein Teil des Bereichs 32 mit hoher Konzentration ausgebildet. Die Diffusion von Protonen wird in dem Bereich gefördert, in dem der Defektbereich 46-1 ausgebildet wurde. Aus diesem Grund kann der Bereich 32 mit hoher Konzentration in einer breiteren Spanne durch Ausbilden des Defektbereichs 46-1 in zumindest einem Teil des Bereichs ausgebildet werden, in dem der Bereich 32 mit hoher Konzentration ausgebildet werden sollte.
  • Es ist zu beachten, dass in 9 die Dichte der Kristalldefekte vor dem Diffundieren von Protonen durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist. Vor dem Diffundieren von Protonen existiert die Spitze der Kristalldefektdichte nahe der Implantationsposition von Helium. Die Kristalldefekte werden jedoch durch Diffundieren von Protonen mit der Wärmebehandlung abgeschlossen. Dadurch wird die Spitze der Kristalldefektdichte sanft gemacht und der Kriechstrom kann unterdrückt werden.
  • Wie bei dem Defektbereich 46-3 kann sich ferner der Gipfel des Defektbereichs 46- näher zur hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 erstrecken als die Spitze 40, die am nächsten zur vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 im Spitzenbereich 30 vorgesehen ist. Dadurch kann der Bereich 32 mit hoher Konzentration leicht ausgebildet werden, da der Defektbereich 46 über den ganzen Bereich ausgebildet werden kann, in dem der Bereich 32 mit hoher Konzentration ausgebildet werden sollte.
  • Wie bei dem Defektbereich 46-2 kann ferner der Gipfel des Defektbereichs 46 in derselben Position in der Tiefenrichtung ausgebildet werden wie irgendeine der Spitzen 40 im Spitzenbereich 30. In diesem Fall kann die Spitze der Kristalldefektdichte nahe der Implantationsposition von Helium sanfter gemacht werden. Aus diesem Grund kann der Kriechstrom weiter unterdrückt werden.
  • 10A zeigt eine Querschnittsansicht, die den Umriss einer Halbleitervorrichtung 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein Halbleitersubstrat 10 der Halbleitervorrichtung 200 weist einen Transistorbereich 50, in dem ein Transistor wie z. B. ein IGBT ausgebildet ist, und einen Diodenbereich 70, in dem eine Diode wie z. B. eine FWD ausgebildet ist, auf. In diesem Beispiel sind der Transistorbereich 50 und der Diodenbereich 70 benachbart.
  • Im Transistorbereich 50 sind ein Emitterbereich 58 vom N+-Typ, ein Bereich 12 vom P-Typ auf der Seite der vorderen Oberfläche, der als Basisbereich fungiert, ein Driftbereich 14 vom N-Typ, ein FS-Bereich 20 und ein Kollektorbereich 52 vom P+-Typ in der Reihenfolge von der Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 vorgesehen. Ferner kann ein Akkumulationsbereich 62 vom n+-Typ, um den IE-Effekt zu verbessern, zwischen dem Bereich 12 auf der Seite der vorderen Oberfläche und dem Driftbereich 14 vorgesehen sein.
  • Mehrere Gate-Gräben 54 und mehrere Emittergräben 56, die den Driftbereich 14 von der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 erreichen, können im Transistorbereich 50 vorgesehen sein. Eine Gate-Elektrode G, an die eine Gate-Spannung angelegt wird, ist innerhalb des Gate-Grabens 54 ausgebildet. Eine Emitterelektrode E, die mit einer Elektrode 102 auf der Seite der vorderen Oberfläche elektrisch verbunden ist, die als Emitterelektrode fungiert, ist innerhalb des Emittergrabens 56 ausgebildet.
  • Ein Isolationsfilm 68 ist zwischen der Gate-Elektrode G und der Emitterelektrode E und der Elektrode 102 auf der Seite der vorderen Oberfläche ausgebildet. Ein Durchgangsloch zum Verbinden der Emitterelektrode E und der Elektrode 102 auf der Seite der vorderen Oberfläche ist jedoch in einem Teilbereich des Isolationsfilms 68 ausgebildet.
  • Im Diodenbereich 70 sind ein Bereich 12 vom P-Typ auf der Seite der vorderen Oberfläche, der als Basisbereich fungiert, ein Driftbereich 14 vom N-Typ, ein FS-Bereich 20 und ein Kathodenbereich 64 vom N+-Typ in der Reihenfolge von der Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 vorgesehen. Ein Akkumulationsbereich 62 kann auch im Diodenbereich 70 ausgebildet sein. Ein Spitzenbereich mit mehreren Spitzen 40 ist im FS-Bereich 20 des Transistorbereichs 50 und des Diodenbereichs 70 ausgebildet. Mehrere Emittergräben 56, die den Driftbereich 14 von der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 erreichen, sind im Diodenbereich 70 vorgesehen. Ferner ist eine Elektrode 104 auf der Seite der hinteren Oberfläche, die mit dem Kollektorberiech 52 und dem Kathodenbereich 64 in Kontakt steht, an der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet.
  • Für die Halbleitervorrichtung 200 dieses Beispiels wird das ganze Halbleitersubstrat 10 mit einem Elektronenstrahl bestrahlt, um einen Defektbereich auszubilden. Dadurch wird ein Bereich 32 mit hoher Konzentration im Transistorbereich 50 und im Diodenbereich 70 ausgebildet.
  • 10B zeigt ein Diagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleitervorrichtung 200 darstellt. In 10B ist nur das Halbleitersubstrat 10 gezeigt. Für die Halbleitervorrichtung 200 dieses Beispiels werden Heliumionen von der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 implantiert, um den Defektbereich auszubilden. Die anderen Strukturen sind zu jenen in der Halbleitervorrichtung 200 ähnlich, die in 10A gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass in diesem Beispiel Heliumionen in den ganzen Transistorbereich 50 und Diodenbereich 70 implantiert werden. Die Implantationsposition von Heliumionen 72 liegt näher an der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 als dem Bereich, in dem der Bereich 32 mit hoher Konzentration ausgebildet werden sollte.
  • Der Defektbereich 46 wird zwischen der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 und der Implantationsposition 72 durch Implantieren von Heliumionen von der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet. Das Halbleitersubstrat 10 wird nach dem Ausbilden des Defektbereichs 46 und Implantieren von Protonen in den Spitzenbereich 30 ausgeheilt. Dadurch wird der Bereich 32 mit hoher Konzentration im Transistorbereich 50 und Diodenbereich 70 ausgebildet.
  • 10C zeigt ein Diagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleitervorrichtung 200 darstellt. In 10C ist nur das Halbleitersubstrat 10 gezeigt. Für die Halbleitervorrichtung 200 dieses Beispiels werden Heliumionen von der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 implantiert, um den Defektbereich auszubilden. Die anderen Strukturen sind ähnlich zu jenen in der in 10A gezeigten Halbleitervorrichtung 200. Es ist zu beachten, dass in diesem Beispiel Heliumionen in den Diodenbereich 70 implantiert werden und Heliumionen nicht in den Transistorbereich 50 implantiert werden. Als Beispiel wird eine Metallmaske 74, um den Transistorbereich 50 zu maskieren, bei der Implantation von Heliumionen verwendet. Die Implantationsposition von Heliumionen 72 liegt näher an der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 als der Bereich, in dem der Bereich 32 mit hoher Konzentration ausgebildet wird.
  • Der Defektbereich 46 wird zwischen der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 und der Implantationsposition 72 durch Implantieren von Heliumionen von der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet. Das Halbleitersubstrat 10 wird nach dem Ausbilden des Defektbereichs 46 und Implantieren von Protonen in den Spitzenbereich 30 ausgeheilt. Dadurch wird der Bereich 32 mit hoher Konzentration im Diodenbereich 70 ausgebildet und der Bereich 32 mit hoher Konzentration wird im Transistorbereich 50 nicht ausgebildet.
  • 10D zeigt ein Diagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleitervorrichtung 200 darstellt. In 10D ist nur das Halbleitersubstrat 10 gezeigt. Für die Halbleitervorrichtung 200 dieses Beispiels werden Heliumionen von der Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 implantiert, um den Defektbereich auszubilden. Die anderen Strukturen sind ähnlich zu jenen in der Halbleitervorrichtung 200, die in 10A gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass in diesem Beispiel Heliumionen in den ganzen Transistorbereich 50 und Diodenbereich 70 implantiert werden. Die Implantationsposition von Heliumionen 72 ist beispielsweise irgendeine Position im Spitzenbereich 30.
  • Der Defektbereich 46 wird zwischen der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 und der Implantationsposition 72 durch Implantieren von Heliumionen von der Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet. Das Halbleitersubstrat 10 wird nach dem Ausbilden des Defektbereichs 46 und Implantieren von Protonen in den Spitzenbereich 30 ausgeheilt. Dadurch wird ein Bereich 32 mit hoher Konzentration im Transistorbereich 50 und im Diodenbereich 70 ausgebildet.
  • 10E zeigt ein Diagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleitervorrichtung 200 darstellt. In 10E ist nur das Halbleitersubstrat 10 gezeigt. Für die Halbleitervorrichtung 200 dieses Beispiels werden Heliumionen von der Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 implantiert, um den Defektbereich auszubilden. Die anderen Strukturen sind ähnlich zu jenen in der Halbleitervorrichtung 200, die in 10A gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass in diesem Beispiel Heliumionen in den Diodenbereich 70 implantiert werden und Heliumionen nicht in den Transistorbereich 50 implantiert werden. Als Beispiel wird eine Metallmaske 74, um den Transistorbereich 50 zu maskieren, beim Implantieren von Heliumionen verwendet. Die Implantationsposition von Heliumionen 72 ist beispielsweise irgendeine Position im Spitzenbereich 30.
  • Der Defektbereich 46 wird zwischen der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 und der Implantationsposition 72 durch Implantieren von Heliumionen von der Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet. Das Halbleitersubstrat 10 wird nach dem Ausbilden des Defektbereichs 46 und dem Implantieren von Protonen in den Spitzenbereich 30 ausgeheilt. Dadurch wird der Bereich 32 mit hoher Konzentration im Diodenbereich 70 ausgebildet und der Bereich 32 mit hoher Konzentration wird nicht im Transistorbereich 50 ausgebildet.
  • 10F zeigt ein Diagramm, das ein anderes Beispiel der Halbleitervorrichtung 200 darstellt. In 10F ist nur das Halbleitersubstrat 10 gezeigt. Für die Halbleitervorrichtung 200 dieses Beispiels werden Heliumionen von der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 implantiert, um den Defektbereich auszubilden. Die anderen Strukturen sind zu jenen in der Halbleitervorrichtung 200 ähnlich, die in 10A gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass in diesem Beispiel Heliumionen in den Diodenbereich 70 und einen Teilbereich des Transistorbereichs 50 benachbart zum Diodenbereich 70 implantiert werden und Heliumionen nicht in einen Teilbereich des Transistorbereichs 50 implantiert werden, der vom Diodenbereich 70 entfernt ist. Als Beispiel wird eine Metallmaske 74, um den Transistorbereich 50 zu maskieren, beim Implantieren von Heliumionen verwendet. Die Implantationsposition von Heliumionen 72 liegt näher an der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 als dem Bereich, in dem der Bereich 32 mit hoher Konzentration ausgebildet werden sollte.
  • Der Defektbereich 46 wird zwischen der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 und der Implantationsposition 72 durch Implantieren von Heliumionen von der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet. Das Halbleitersubstrat 10 wird nach dem Ausbilden des Defektbereichs 46 und Implantieren von Protonen in den Spitzenbereich 30 ausgeheilt. Dadurch wird der Bereich 32 mit hoher Konzentration im Diodenbereich 70 und im Teilbereich des Transistorbereichs 50 ausgebildet und der Bereich 32 mit hoher Konzentration wird nicht im restlichen Bereich des Transistorbereichs 50 ausgebildet. Es ist zu beachten, dass der Bereich 32 mit hoher Konzentration im Teilbereich des Transistorbereichs 50 auch in der Halbleitervorrichtung 200 ausgebildet werden kann, die in 10E gezeigt ist.
  • Ferner können die in 1–10F beschriebenen Halbleitersubstrate 10 MCZ-Substrate (Substrate mit angelegtem Magnetfeld) sein. Die Sauerstoffkonzentration eines MCZ-Substrats ist höher als jene eines FZ-Substrats. Wenn die Sauerstoffkonzentration hoch ist, ist die Menge an VO-Defekten im Halbleitersubstrat 10 relativ erhöht, das mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, und die Menge an VV-Defekten ist relativ verringert. Da die VO-Defekte gewöhnlich mit Wasserstoff abgeschlossen werden, können Protonen leicht diffundiert werden, und der Bereich 32 mit hoher Konzentration kann bis zu einer tiefen Position ausgebildet werden.
  • Wenn Protonen diffundiert werden, werden ferner die VO-Defekte durch die Protonen abgeschlossen und werden VOH-Defekte. Aus diesem Grund ist die Menge der VOH-Defekte größer als jene der VV-Defekte im MCZ-Substrat, in dem Protonen diffundiert werden. Ein VOH-Defekt weist ein flaches Niveau im Vergleich zu einem VV-Defekt auf und trägt kaum zum Kriechstrom bei. Aus diesem Grund kann, wenn Protonen im MCZ-Substrat diffundiert werden, der Kriechstrom verringert werden.
  • 11 zeigt ein Diagramm, das Beispiele von Störstellenkonzentrationsverteilungen für den Fall darstellt, in dem ein MCZ-Substrat mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird und wenn ein FZ-Substrat mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird. In diesem Beispiel werden Protonen in vier Niveaus einer Tiefe ähnlich zu dem in 4 gezeigten Beispiel implantiert. Der spezifische Widerstand eines Substrats ist derselbe zwischen dem Beispiel, in dem das MCZ-Substrat verwendet wird, und in dem Beispiel, in dem das FZ-Substrat verwendet wird. Ferner sind Bedingungen abgesehen vom Substratmaterial, die die Bedingung zum Implantieren von Protonen, die Bedingung für die Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl oder dergleichen sind, dieselben.
  • Wie in 11 gezeigt, wird die Störstellenkonzentration in dem Bereich, der näher an der vorderen Oberfläche als die Spitzen 40 von Protonen liegt, unter Verwendung des MCZ-Substrats hoch. Aus diesem Grund kann der Bereich mit hoher Konzentration leicht ausgebildet werden. Ferner wurde der Kriechstrom in der Halbleitervorrichtung 100 unter Verwendung des MCZ-Substrats im Vergleich zum Kriechstrom in der Vorrichtung unter Verwendung des FZ-Substrats verringert. Ferner wurde der Kriechstrom in der Halbleitervorrichtung 100 unter Verwendung des MCZ-Substrats im Vergleich zum Kriechstrom in dem Beispiel, in dem das MCZ-Substrat mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird und Protonen nicht implantiert werden, verringert.
  • Es ist zu beachten, dass das Halbleitersubstrat 10 das Substrat sein kann, in dem die mittlere Sauerstoffkonzentration 1,0 × 1016/cm3 oder mehr und 1,0 × 1018/cm3 oder weniger ist. Dies erreicht auch den ähnlichen Effekt zu jenem des MCZ-Substrats. Die mittlere Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrats 10 kann 3,0 × 1016/cm3 oder mehr und 5,0 × 1017/cm3 oder weniger sein.
  • Ferner kann das Halbleitersubstrat 10 das Substrat sein, in dem die mittlere Kohlenstoffkonzentration 1,0 × 1014/cm3 oder mehr und 3,0 × 1015/cm3 oder weniger ist. Ferner kann das Halbleitersubstrat 10 das Substrat sein, in dem sowohl die mittlere Sauerstoffkonzentration als auch die mittlere Kohlenstoffkonzentration innerhalb des vorangehenden Bereichs liegen.
  • Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist der technische Schutzbereich der Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Verbesserungen zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen hinzugefügt werden können. Aus dem Schutzbereich der Ansprüche ist auch ersichtlich, dass die Ausführungsformen, zu denen solche Änderungen oder Verbesserungen hinzugefügt sind, im technischen Schutzbereich der Erfindung enthalten sein können.
  • Die Operationen, Prozeduren, Schritte und Stufen jedes Prozesses, die durch ein Gerät, ein System, ein Programm und ein Verfahren durchgeführt werden, die in den Ansprüchen, den Ausführungsformen oder Diagrammen gezeigt sind, können in irgendeiner Reihenfolge durchgeführt werden, solange die Reihenfolge nicht durch ”vor”, vorher” oder dergleichen angegeben ist und solange die Ausgabe aus einem vorherigen Prozess nicht in einem späteren Prozess verwendet wird. Selbst wenn der Prozessablauf unter Verwendung von Ausdrücken wie z. B. ”erster” oder ”nächster” in den Ansprüchen, Ausführungsformen oder Diagrammen beschrieben wird, bedeutet es nicht notwendigerweise, dass der Prozess in dieser Reihenfolge durchgeführt werden muss.
  • ERLÄUTERUNG VON BEZUGSZEICHEN
    • 10: Halbleitersubstrat., 12: Bereich auf der Seite der vorderen Oberfläche, 14: Driftbereich, 20: FS-Bereich, 21, 23, 110, 112: Verteilung, 30: Spitzenbereich, 32: Bereich mit hoher Konzentration, 34: Bereich mit niedriger Konzentration, 40: Spitze, 42: Zunahmeteil, 44: Abnahmeteil, 46: Defektbereich, 50: Transistorbereich, 52: Kollektorbereich, 54: Gate-Graben, 56: Emittergraben, 57: Emitterbereich, 62: Akkumulationsbereich, 64: Kathodenbereich, 68: Isolationsfilm, 70: Diodenbereich, 72: Implantationsposition, 74: Maske, 100: Halbleitervorrichtung, 102: Elektrode auf der Seite der vorderen Oberfläche, 104: Elektrode auf der Seite der hinteren Oberfläche, 200: Halbleitervorrichtung.

Claims (26)

  1. Halbleitervorrichtung, die umfasst: ein Halbleitersubstrat, das mit Störstellen dotiert ist; eine Elektrode auf der Seite der vorderen Oberfläche, die auf einer Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist; und eine Elektrode auf der Seite der hinteren Oberfläche, die auf einer Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist; wobei das Halbleitersubstrat aufweist: einen Spitzenbereich, der auf der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist und eine oder mehrere Spitzen einer Störstellenkonzentration aufweist; einen Bereich mit hoher Konzentration, der näher an einer vorderen Oberfläche angeordnet ist als der Spitzenbereich und eine sanftere Verteilung der Störstellenkonzentration aufweist als die eine oder die mehreren Spitzen; und einen Bereich mit niedriger Konzentration, der näher an der vorderen Oberfläche angeordnet ist als der Bereich mit hoher Konzentration und eine niedrigere Störstellenkonzentration aufweist als der Bereich mit hoher Konzentration.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat einen Driftbereich aufweist und der Bereich mit niedriger Konzentration im Driftbereich enthalten ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Länge des Bereichs mit hoher Konzentration in einer Tiefenrichtung länger ist als eine Länge des Spitzenbereichs in einer Tiefenrichtung.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Ladungsträgerlebensdauer im Bereich mit hoher Konzentration länger ist als eine Ladungsträgerlebensdauer im Bereich mit niedriger Konzentration.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Länge des Bereichs mit hoher Konzentration in einer Tiefenrichtung 5 μm oder mehr ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Maximalwert der Störstellenkonzentration im Bereich mit hoher Konzentration größer als oder gleich 1,2-mal die Störstellenkonzentration im Bereich mit niedriger Konzentration ist.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Störstellenkonzentration einer Spitze der einen oder der mehreren Spitzen, die zur vorderen Oberfläche am nächsten liegt, höher ist als 5 × 1014/cm3.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Bereich mit hoher Konzentration aufweist; einen Zunahmeteil, in dem die Störstellenkonzentration von Seite der hinteren Oberfläche in Richtung der Seite der vorderen Oberfläche zunimmt; und einen Abnahmeteil, der näher an der vorderen Oberfläche angeordnet ist als der Zunahmeteil und die Störstellenkonzentration aufweist, die von der Seite der hinteren Oberfläche in Richtung der Seite der vorderen Oberfläche abnimmt.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein Absolutwert einer Abnahmerate der Störstellenkonzentration im Abnahmeteil größer ist als der Absolutwert einer Zunahmerate der Störstellenkonzentration im Zunahmeteil.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Halbleitersubstrat ein MCZ-Substrat ist.
  11. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine mittlere Sauerstoffkonzentration im Halbleitersubstrat 1,0 × 1016/cm3 oder mehr und 1,0 × 1018/cm3 oder weniger ist.
  12. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Halbleitersubstrat ferner einen Defektbereich aufweist, der so ausgebildet ist, dass er sich in einer Tiefenrichtung von der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats erstreckt.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, wobei ein Teil des Defektbereichs und ein Teil des Bereichs mit hoher Konzentration in derselben Position in einer Tiefenrichtung ausgebildet sind.
  14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13, wobei ein Gipfel des Defektbereichs sich näher zu einer hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats erstreckt als die Spitze, die am nächsten zur vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats im Spitzenbereich vorgesehen ist.
  15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13, wobei ein Gipfel des Defektbereichs in derselben Position in einer Tiefenrichtung wie irgendeine der Spitzen im Spitzenbereich ausgebildet ist.
  16. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Halbleitersubstrat ferner einen Defektbereich aufweist, der so ausgebildet ist, dass er sich in einer Tiefenrichtung von der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats erstreckt.
  17. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Defektbereich sich näher zur vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats erstreckt als der Bereich mit hoher Konzentration.
  18. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Halbleitersubstrat einen Transistorbereich, in dem ein Transistor ausgebildet ist, und einen Diodenbereich, in dem eine Diode ausgebildet ist, aufweist, und der Bereich mit hoher Konzentration im Diodenbereich ausgebildet ist.
  19. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Bereich mit hoher Konzentration auch im Transistorbereich ausgebildet ist.
  20. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Bereich mit hoher Konzentration nicht im Transistorbereich ausgebildet ist.
  21. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, das umfasst: Dotieren von Protonen von einer Seite der hinteren Oberfläche eines Halbleitersubstrats; Ausbilden eines Defektbereichs, der sich in einer Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats erstreckt; und Ausheilen des Halbleitersubstrats nach dem Dotieren von Protonen und nach dem Ausbilden eines Defektbereichs.
  22. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 21, wobei beim Ausbilden eines Defektbereichs das Halbleitersubstrat mit einem Elektronenstrahl von 20 kGy oder mehr und 1500 kGy oder weniger bestrahlt wird.
  23. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 22, wobei beim Ausbilden eines Defektbereichs ein Elektronenstrahl von 1200 kGy oder weniger abgestrahlt wird.
  24. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 21, wobei durch Implantieren einer einen Defekt erzeugenden Substanz in einer vorbestimmten Tiefe des Halbleitersubstrats von einer vorderen Oberfläche oder einer hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats beim Ausbilden eines Defektbereichs der Defektbereich so ausgebildet wird, dass er sich von der vorderen Oberfläche oder der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats zu einer Implantationsposition der einen Defekt erzeugenden Substanz erstreckt.
  25. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 24, wobei das Halbleitersubstrat einen Transistorbereich, in dem ein Transistor ausgebildet ist, und einen Diodenbereich, in dem eine Diode ausgebildet ist, aufweist, und beim Ausbilden eines Defektbereichs die einen Defekt erzeugende Substanz durch Maskieren zumindest eines Teils des Transistorbereichs implantiert wird.
  26. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, wobei eine Dotierungsmenge der Protonen 1,0 × 1014/cm3 oder mehr ist.
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