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JP7517466B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関する。
従来、半導体装置にヘリウム等の粒子を注入することで格子欠陥を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２００８－１３５４３９号公報
 解決しようとする課題
格子欠陥の分布は精度よく制御できることが好ましい。
一般的開示
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、半導体装置を提供する。半導体装置は、第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板を備えてよい。半導体装置は、ドリフト領域と半導体基板の下面との間に設けられ、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。バッファ領域は、半導体基板の深さ方向における異なる位置に配置された、２つ以上のヘリウム化学濃度ピークを有してよい。
２つ以上のヘリウム化学濃度ピークのヘリウム化学濃度が同一であってよい。
バッファ領域は、第１のヘリウム化学濃度ピークと、第１のヘリウム化学濃度ピークよりも半導体基板の下面から離れて配置された第２のヘリウム化学濃度ピークとを有してよい。第２のヘリウム化学濃度ピークの分布幅は、第１のヘリウム化学濃度ピークの分布幅よりも大きくてよい。第１のヘリウム化学濃度ピークは、第２のヘリウム化学濃度ピークよりもヘリウム化学濃度が高くてよい。第１のヘリウム化学濃度ピークは、第２のヘリウム化学濃度ピークよりもヘリウム化学濃度が低くてよい。
深さ方向において隣り合う２つのヘリウム化学濃度ピークのピーク間隔が、バッファ領域において均一であってよい。
２つ以上のヘリウム化学濃度ピークは、深さ方向においてそれぞれのピーク間隔を有して配置されてよい。第１のピーク間隔が、第１のピーク間隔よりも半導体基板の下面から離れた位置における第２のピーク間隔よりも大きくてよい。第１のピーク間隔が、第１のピーク間隔よりも半導体基板の下面から離れた位置における第２のピーク間隔よりも小さくてよい。
バッファ領域は、１つ以上の水素化学濃度ピークを有してよい。それぞれのヘリウム化学濃度ピークは、いずれの水素化学濃度ピークとも異なる深さ位置に配置されていてよい。
それぞれのヘリウム化学濃度ピークの半値全幅は、それぞれのヘリウム化学濃度ピークよりも半導体基板の下面から離れて配置されたいずれの水素化学濃度ピークの半値全幅より小さくてよい。
バッファ領域は、半導体基板の深さ方向における異なる位置に配置された、２つ以上のドーピング濃度ピークを有してよい。２つ以上のドーピング濃度ピークは、半導体基板の下面から最も離れて配置された最深ドーピング濃度ピークを含んでよい。２つ以上のヘリウム化学濃度ピークは、最深ドーピング濃度ピークと、半導体基板の下面との間に配置されていてよい。
それぞれのヘリウム化学濃度ピークの半値全幅が１μｍ以下であってよい。
バッファ領域は、ドリフト領域の上端から半導体基板の下面に向かってドリフト領域およびバッファ領域のネット・ドーピング濃度を積分した積分濃度が臨界積分濃度に達する空乏層エッジ位置を含んでよい。バッファ領域は、空乏層エッジ位置よりも半導体基板の下面側に配置された第１のヘリウム化学濃度ピークを有してよい。バッファ領域は、空乏層エッジ位置よりも半導体基板の上面側に配置された第２のヘリウム化学濃度ピークを有してよい。
第１のヘリウム化学濃度ピークは、第２のヘリウム化学濃度ピークよりもヘリウム化学濃度が高くてよい。
バッファ領域は、第１のドーピング濃度ピーク、第１のドーピング濃度ピークよりも半導体基板の下面から離れて配置された第２のドーピング濃度ピーク、および、第２のドーピング濃度ピークよりも半導体基板の下面から離れて配置された第３のドーピング濃度ピークを有してよい。第１のヘリウム化学濃度ピークは、第１のドーピング濃度ピークと第２のドーピング濃度ピークの間に配置されてよい。第２のヘリウム化学濃度ピークは、第２のドーピング濃度ピークと第３のドーピング濃度ピークの間に配置されていてよい。
空乏層エッジ位置は、第２のドーピング濃度ピークの半値全幅の範囲に配置されていてよい。
半導体装置は、半導体基板の上面側に配置された上面側ライフタイムキラーを備えてよい。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
半導体装置１００の一例を示す上面図である。 図１における領域Ｄの拡大図である。 図２におけるｅ－ｅ断面の一例を示す図である。 図３のＦ－Ｆ線におけるドーピング濃度分布、水素化学濃度分布、ヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の一例を示す図である。 イオンの注入深さ（Ｒｐ）と、注入に要する加速エネルギーの関係を示す図である。 イオンの注入深さ（Ｒｐ）と、注入方向のストラグリング（ΔＲｐ、標準偏差）の関係を示す図である。 バッファ領域２０におけるドーピング濃度分布、水素化学濃度分布、ヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の一例を示す図である。 バッファ領域２０におけるドーピング濃度分布、水素化学濃度分布、ヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の一例を示す図である。 バッファ領域２０におけるヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の他の例を示す図である。 バッファ領域２０におけるヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の他の例を示す図である。 バッファ領域２０におけるヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の他の例を示す図である。 バッファ領域２０におけるヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の他の例を示す図である。 バッファ領域２０におけるヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の他の例を示す図である。 バッファ領域２０におけるヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の他の例を示す図である。 バッファ領域２０におけるヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の他の例を示す図である。 バッファ領域２０に含まれる空乏層エッジ位置Ｚｅを説明する図である。 バッファ領域２０におけるドーピング濃度分布、水素化学濃度分布および積分濃度分布の他の例を示す図である。 上面側ライフタイムキラー２１０および下面側ライフタイムキラー２２０の一例を示す図である。 ダイオード部８０における電圧波形および電流波形の一例を示す図である。 ヘリウム化学濃度ピーク２２１の半値全幅Ｗｋを説明する図である。 バッファ領域２０におけるドーピング濃度分布と、水素化学濃度分布の一例を示す図である。 半導体装置１００の製造方法における一部の工程を示す図である。 比較例のバッファ領域２０における、キャリア濃度分布およびヘリウム化学濃度分布の一例を示している。 ｅ－ｅ断面の他の例を示す図である。 図１４のＦ－Ｆ線におけるドーピング濃度分布および水素化学濃度分布の一例を示す図である。 バッファ領域２０の形成方法の一例を示す図である。 比較例に係るコレクタ領域２２の断面形状を示す図である。 半導体装置の耐圧試験の結果を示す図である。 半導体装置の耐圧試験の結果を示す図である。 半導体装置１００の他の例を示す図である。 半導体装置１００の製造工程の他の例を示す図である。 図２１に示した半導体装置１００の、ドーピング濃度分布および水素化学濃度分布の一例を示す図である。 ｅ－ｅ断面の他の例を示す図である。 図２３に示したバッファ領域２０の形成方法の一例を示す図である。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
本明細書においては半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は、重力方向または半導体装置の実装時における方向に限定されない。
本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。直交座標軸は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えば、Ｚ軸は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。なお、＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Ｚ軸方向と記載した場合、＋Ｚ軸および－Ｚ軸に平行な方向を意味する。
本明細書では、半導体基板の上面および下面に平行な直交軸をＸ軸およびＹ軸とする。また、半導体基板の上面および下面と垂直な軸をＺ軸とする。本明細書では、Ｚ軸の方向を深さ方向と称する場合がある。また、本明細書では、Ｘ軸およびＹ軸を含めて、半導体基板の上面および下面に平行な方向を、水平方向と称する場合がある。
また、半導体基板の深さ方向における中心から、半導体基板の上面までの領域を、上面側と称する場合がある。同様に、半導体基板の深さ方向における中心から、半導体基板の下面までの領域を、下面側と称する場合がある。
本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。
本明細書においては、不純物がドーピングされたドーピング領域の導電型をＰ型またはＮ型として説明している。本明細書においては、不純物とは、特にＮ型のドナーまたはＰ型のアクセプタのいずれかを意味する場合があり、ドーパントと記載する場合がある。本明細書においては、ドーピングとは、半導体基板にドナーまたはアクセプタを導入し、Ｎ型の導電型を示す半導体またはＰ型の導電型を示す半導体とすることを意味する。
本明細書においては、ドーピング濃度とは、熱平衡状態におけるドナーの濃度またはアクセプタの濃度を意味する。本明細書においては、ネット・ドーピング濃度とは、ドナー濃度を正イオンの濃度とし、アクセプタ濃度を負イオンの濃度として、電荷の極性を含めて足し合わせた正味の濃度を意味する。一例として、ドナー濃度をＮＤ、アクセプタ濃度をＮＡとすると、任意の位置における正味のネット・ドーピング濃度はＮＤ－ＮＡとなる。本明細書では、ネット・ドーピング濃度を単にドーピング濃度と記載する場合がある。
ドナーは、半導体に電子を供給する機能を有している。アクセプタは、半導体から電子を受け取る機能を有している。ドナーおよびアクセプタは、不純物自体には限定されない。例えば、半導体中に存在する空孔（Ｖ）、酸素（Ｏ）および水素（Ｈ）が結合したＶＯＨ欠陥は、電子を供給するドナーとして機能する。本明細書では、ＶＯＨ欠陥を水素ドナーと称する場合がある。
本明細書において半導体基板は、Ｎ型のバルク・ドナーが全体に分布している。バルク・ドナーは、半導体基板の元となるインゴットの製造時に、インゴット内に略一様に含まれたドーパントによるドナーである。本例のバルク・ドナーは、水素以外の元素である。バルク・ドナーのドーパントは、例えばリン、アンチモン、ヒ素、セレンまたは硫黄であるが、これに限定されない。本例のバルク・ドナーは、リンである。バルク・ドナーは、Ｐ型の領域にも含まれている。半導体基板は、半導体のインゴットから切り出したウエハであってよく、ウエハを個片化したチップであってもよい。半導体のインゴットは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）、磁場印加型チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）、フロートゾーン法（ＦＺ法）のいずれかで製造されよい。本例におけるインゴットは、ＭＣＺ法で製造されている。ＭＣＺ法で製造された基板に含まれる酸素濃度は１×１０１７～７×１０１７／ｃｍ３である。ＦＺ法で製造された基板に含まれる酸素濃度は１×１０１５～５×１０１６／ｃｍ３である。酸素濃度が高い方が水素ドナーを生成しやすい傾向がある。バルク・ドナー濃度は、半導体基板の全体に分布しているバルク・ドナーの化学濃度を用いてよく、当該化学濃度の９０％から１００％の間の値であってもよい。また、半導体基板は、リン等のドーパントを含まないノンドープ基板を用いてもよい。その場合、ノンドーピング基板のバルク・ドナー濃度（Ｄ０）は例えば１×１０１０／ｃｍ３以上、５×１０１２／ｃｍ３以下である。ノンドーピング基板のバルク・ドナー濃度（Ｄ０）は、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３以上である。ノンドーピング基板のバルク・ドナー濃度（Ｄ０）は、好ましくは５×１０１２／ｃｍ３以下である。尚、本発明における各濃度は、室温における値でよい。室温における値は、一例として３００Ｋ（ケルビン）（約２６．９℃）のときの値を用いてよい。
本明細書においてＰ＋型またはＮ＋型と記載した場合、Ｐ型またはＮ型よりもドーピング濃度が高いことを意味し、Ｐ－型またはＮ－型と記載した場合、Ｐ型またはＮ型よりもドーピング濃度が低いことを意味する。また、本明細書においてＰ＋＋型またはＮ＋＋型と記載した場合には、Ｐ＋型またはＮ＋型よりもドーピング濃度が高いことを意味する。本明細書の単位系は、特に断りがなければＳＩ単位系である。長さの単位をｃｍで表示することがあるが、諸計算はメートル（ｍ）に換算してから行ってよい。
本明細書において化学濃度とは、電気的な活性化の状態によらずに測定される不純物の原子密度を指す。化学濃度は、例えば二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により計測できる。上述したネット・ドーピング濃度は、電圧－容量測定法（ＣＶ法）により測定できる。また、拡がり抵抗測定法（ＳＲ法）により計測されるキャリア濃度を、ネット・ドーピング濃度としてよい。キャリアとは、電子または正孔の電荷キャリアを意味する。ＣＶ法またはＳＲ法により計測されるキャリア濃度は、熱平衡状態における値としてよい。また、Ｎ型の領域においては、ドナー濃度がアクセプタ濃度よりも十分大きいので、当該領域におけるキャリア濃度を、ドナー濃度としてもよい。同様に、Ｐ型の領域においては、当該領域におけるキャリア濃度を、アクセプタ濃度としてもよい。本明細書では、Ｎ型領域のドーピング濃度をドナー濃度と称する場合があり、Ｐ型領域のドーピング濃度をアクセプタ濃度と称する場合がある。
また、ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度分布がピークを有する場合、当該ピーク値を当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度がほぼ均一な場合等においては、当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度の平均値をドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。本明細書において、単位体積当りの濃度表示にａｔоｍｓ／ｃｍ３、または、／ｃｍ３を用いる。この単位は、半導体基板内のドナーまたはアクセプタ濃度、または、化学濃度に用いられる。ａｔоｍｓ表記は省略してもよい。
ＳＲ法により計測されるキャリア濃度が、ドナーまたはアクセプタの濃度より低くてもよい。拡がり抵抗を測定する際に電流が流れる範囲において、半導体基板のキャリア移動度が結晶状態の値よりも低い場合がある。キャリア移動度の低下は、格子欠陥等による結晶構造の乱れ（ディスオーダー）により、キャリアが散乱されることで生じる。キャリア濃度が低下する理由は、下記の通りである。ＳＲ法では、拡がり抵抗を測定し、拡がり抵抗の測定値からキャリア濃度を換算する。このとき、キャリアの移動度は結晶状態の移動度が用いられる。一方、格子欠陥が導入されている位置では、キャリア移動度は低下しているにもかかわらず、結晶状態のキャリア移動度によりキャリア濃度が算出される。そのため、実際のキャリア濃度、すなわちドナーまたはアクセプタの濃度よりも低い値となる。
ＣＶ法またはＳＲ法により計測されるキャリア濃度から算出したドナーまたはアクセプタの濃度は、ドナーまたはアクセプタを示す元素の化学濃度よりも低くてよい。一例として、シリコンの半導体においてドナーとなるリンまたはヒ素のドナー濃度、あるいはアクセプタとなるボロン（ホウ素）のアクセプタ濃度は、これらの化学濃度の９９％程度である。一方、シリコンの半導体においてドナーとなる水素のドナー濃度は、水素の化学濃度の０．１％から１０％程度である。
図１は、半導体装置１００の一例を示す上面図である。図１においては、各部材を半導体基板１０の上面に投影した位置を示している。図１においては、半導体装置１００の一部の部材だけを示しており、一部の部材は省略している。
半導体装置１００は、半導体基板１０を備えている。半導体基板１０は、半導体材料で形成された基板である。一例として半導体基板１０はシリコン基板である。半導体基板１０は、上面視において端辺１６２を有する。本明細書で単に上面視と称した場合、半導体基板１０の上面側から見ることを意味している。本例の半導体基板１０は、上面視において互いに向かい合う２組の端辺１６２を有する。図１においては、Ｘ軸およびＹ軸は、いずれかの端辺１６２と平行である。またＺ軸は、半導体基板１０の上面と垂直である。
半導体基板１０には活性部１６０が設けられている。活性部１６０は、半導体装置１００が動作した場合に半導体基板１０の上面と下面との間で、深さ方向に主電流が流れる領域である。活性部１６０の上方には、エミッタ電極が設けられているが図１では省略している。
活性部１６０には、ＩＧＢＴ等のトランジスタ素子を含むトランジスタ部７０と、還流ダイオード（ＦＷＤ）等のダイオード素子を含むダイオード部８０の少なくとも一方が設けられている。図１の例では、トランジスタ部７０およびダイオード部８０は、半導体基板１０の上面における所定の配列方向（本例ではＸ軸方向）に沿って、交互に配置されている。他の例では、活性部１６０には、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の一方だけが設けられていてもよい。
図１においては、トランジスタ部７０が配置される領域には記号「Ｉ」を付し、ダイオード部８０が配置される領域には記号「Ｆ」を付している。本明細書では、上面視において配列方向と垂直な方向を延伸方向（図１ではＹ軸方向）と称する場合がある。トランジスタ部７０およびダイオード部８０は、それぞれ延伸方向に長手を有してよい。つまり、トランジスタ部７０のＹ軸方向における長さは、Ｘ軸方向における幅よりも大きい。同様に、ダイオード部８０のＹ軸方向における長さは、Ｘ軸方向における幅よりも大きい。トランジスタ部７０およびダイオード部８０の延伸方向と、後述する各トレンチ部の長手方向とは同一であってよい。
ダイオード部８０は、半導体基板１０の下面と接する領域に、Ｎ＋型のカソード領域を有する。本明細書では、カソード領域が設けられた領域を、ダイオード部８０と称する。つまりダイオード部８０は、上面視においてカソード領域と重なる領域である。半導体基板１０の下面には、カソード領域以外の領域には、Ｐ＋型のコレクタ領域が設けられてよい。本明細書では、ダイオード部８０を、後述するゲート配線までＹ軸方向に延長した延長領域８１も、ダイオード部８０に含める場合がある。延長領域８１の下面には、コレクタ領域が設けられている。
トランジスタ部７０は、半導体基板１０の下面と接する領域に、Ｐ＋型のコレクタ領域を有する。また、トランジスタ部７０は、半導体基板１０の上面側に、Ｎ型のエミッタ領域、Ｐ型のベース領域、ゲート導電部およびゲート絶縁膜を有するゲート構造が周期的に配置されている。
半導体装置１００は、半導体基板１０の上方に１つ以上のパッドを有してよい。本例の半導体装置１００は、ゲートパッド１６４を有している。半導体装置１００は、アノードパッド、カソードパッドおよび電流検出パッド等のパッドを有してもよい。各パッドは、端辺１６２の近傍に配置されている。端辺１６２の近傍とは、上面視における端辺１６２と、エミッタ電極との間の領域を指す。半導体装置１００の実装時において、各パッドは、ワイヤ等の配線を介して外部の回路に接続されてよい。
ゲートパッド１６４には、ゲート電位が印加される。ゲートパッド１６４は、活性部１６０のゲートトレンチ部の導電部に電気的に接続される。半導体装置１００は、ゲートパッド１６４とゲートトレンチ部とを接続するゲート配線を備える。図１においては、ゲート配線に斜線のハッチングを付している。
本例のゲート配線は、外周ゲート配線１３０と、活性側ゲート配線１３１とを有している。外周ゲート配線１３０は、上面視において活性部１６０と半導体基板１０の端辺１６２との間に配置されている。本例の外周ゲート配線１３０は、上面視において活性部１６０を囲んでいる。上面視において外周ゲート配線１３０に囲まれた領域を活性部１６０としてもよい。また、外周ゲート配線１３０は、ゲートパッド１６４と接続されている。外周ゲート配線１３０は、半導体基板１０の上方に配置されている。外周ゲート配線１３０は、アルミニウム等を含む金属配線であってよい。
活性側ゲート配線１３１は、活性部１６０に設けられている。活性部１６０に活性側ゲート配線１３１を設けることで、半導体基板１０の各領域について、ゲートパッド１６４からの配線長のバラツキを低減できる。
活性側ゲート配線１３１は、活性部１６０のゲートトレンチ部と接続される。活性側ゲート配線１３１は、半導体基板１０の上方に配置されている。活性側ゲート配線１３１は、不純物がドープされたポリシリコン等の半導体で形成された配線であってよい。
活性側ゲート配線１３１は、外周ゲート配線１３０と接続されてよい。本例の活性側ゲート配線１３１は、活性部１６０を挟む一方の外周ゲート配線１３０から他方の外周ゲート配線１３０まで、活性部１６０をＹ軸方向の略中央で横切るように、Ｘ軸方向に延伸して設けられている。活性側ゲート配線１３１により活性部１６０が分割されている場合、それぞれの分割領域において、トランジスタ部７０およびダイオード部８０がＸ軸方向に交互に配置されてよい。
また、半導体装置１００は、ポリシリコン等で形成されたＰＮ接合ダイオードである不図示の温度センス部や、活性部１６０に設けられたトランジスタ部の動作を模擬する不図示の電流検出部を備えてもよい。
本例の半導体装置１００は、上面視において、活性部１６０と端辺１６２との間に、エッジ終端構造部９０を備える。本例のエッジ終端構造部９０は、外周ゲート配線１３０と端辺１６２との間に配置されている。エッジ終端構造部９０は、半導体基板１０の上面側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部９０は、活性部１６０を囲んで環状に設けられたガードリング、フィールドプレートおよびリサーフのうちの少なくとも一つを備えていてよい。
図２は、図１における領域Ｄの拡大図である。領域Ｄは、トランジスタ部７０、ダイオード部８０、および、活性側ゲート配線１３１を含む領域である。本例の半導体装置１００は、半導体基板１０の上面側の内部に設けられたゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、ウェル領域１１、エミッタ領域１２、ベース領域１４およびコンタクト領域１５を備える。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、それぞれがトレンチ部の一例である。また、本例の半導体装置１００は、半導体基板１０の上面の上方に設けられたエミッタ電極５２および活性側ゲート配線１３１を備える。エミッタ電極５２および活性側ゲート配線１３１は互いに分離して設けられる。
エミッタ電極５２および活性側ゲート配線１３１と、半導体基板１０の上面との間には層間絶縁膜が設けられるが、図２では省略している。本例の層間絶縁膜には、コンタクトホール５４が、当該層間絶縁膜を貫通して設けられる。図２においては、それぞれのコンタクトホール５４に斜線のハッチングを付している。
エミッタ電極５２は、ゲートトレンチ部４０、ダミートレンチ部３０、ウェル領域１１、エミッタ領域１２、ベース領域１４およびコンタクト領域１５の上方に設けられる。エミッタ電極５２は、コンタクトホール５４を通って、半導体基板１０の上面におけるエミッタ領域１２、コンタクト領域１５およびベース領域１４と接触する。また、エミッタ電極５２は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを通って、ダミートレンチ部３０内のダミー導電部と接続される。エミッタ電極５２は、Ｙ軸方向におけるダミートレンチ部３０の先端において、ダミートレンチ部３０のダミー導電部と接続されてよい。
活性側ゲート配線１３１は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを通って、ゲートトレンチ部４０と接続する。活性側ゲート配線１３１は、Ｙ軸方向におけるゲートトレンチ部４０の先端部４１において、ゲートトレンチ部４０のゲート導電部と接続されてよい。活性側ゲート配線１３１は、ダミートレンチ部３０内のダミー導電部とは接続されない。
エミッタ電極５２は、金属を含む材料で形成される。図２においては、エミッタ電極５２が設けられる範囲を示している。例えば、エミッタ電極５２の少なくとも一部の領域はアルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金、例えばＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕ等の金属合金で形成される。エミッタ電極５２は、アルミニウム等で形成された領域の下層に、チタンやチタン化合物等で形成されたバリアメタルを有してよい。さらにコンタクトホール内において、バリアメタルとアルミニウム等に接するようにタングステン等を埋め込んで形成されたプラグを有してもよい。
ウェル領域１１は、活性側ゲート配線１３１と重なって設けられている。ウェル領域１１は、活性側ゲート配線１３１と重ならない範囲にも、所定の幅で延伸して設けられている。本例のウェル領域１１は、コンタクトホール５４のＹ軸方向の端から、活性側ゲート配線１３１側に離れて設けられている。ウェル領域１１は、ベース領域１４よりもドーピング濃度の高い第２導電型の領域である。本例のベース領域１４はＰ－型であり、ウェル領域１１はＰ＋型である。
トランジスタ部７０およびダイオード部８０のそれぞれは、配列方向に複数配列されたトレンチ部を有する。本例のトランジスタ部７０には、配列方向に沿って１以上のゲートトレンチ部４０と、１以上のダミートレンチ部３０とが交互に設けられている。本例のダイオード部８０には、複数のダミートレンチ部３０が、配列方向に沿って設けられている。本例のダイオード部８０には、ゲートトレンチ部４０が設けられていない。
本例のゲートトレンチ部４０は、配列方向と垂直な延伸方向に沿って延伸する２つの直線部分３９（延伸方向に沿って直線状であるトレンチの部分）と、２つの直線部分３９を接続する先端部４１を有してよい。図２における延伸方向はＹ軸方向である。
先端部４１の少なくとも一部は、上面視において曲線状に設けられることが好ましい。２つの直線部分３９のＹ軸方向における端部どうしを先端部４１が接続することで、直線部分３９の端部における電界集中を緩和できる。
トランジスタ部７０において、ダミートレンチ部３０はゲートトレンチ部４０のそれぞれの直線部分３９の間に設けられる。それぞれの直線部分３９の間には、１本のダミートレンチ部３０が設けられてよく、複数本のダミートレンチ部３０が設けられていてもよい。ダミートレンチ部３０は、延伸方向に延伸する直線形状を有してよく、ゲートトレンチ部４０と同様に、直線部分２９と先端部３１とを有していてもよい。図２に示した半導体装置１００は、先端部３１を有さない直線形状のダミートレンチ部３０と、先端部３１を有するダミートレンチ部３０の両方を含んでいる。
ウェル領域１１の拡散深さは、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の深さよりも深くてよい。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０のＹ軸方向の端部は、上面視においてウェル領域１１に設けられる。つまり、各トレンチ部のＹ軸方向の端部において、各トレンチ部の深さ方向の底部は、ウェル領域１１に覆われている。これにより、各トレンチ部の当該底部における電界集中を緩和できる。
配列方向において各トレンチ部の間には、メサ部が設けられている。メサ部は、半導体基板１０の内部において、トレンチ部に挟まれた領域を指す。一例としてメサ部の上端は半導体基板１０の上面である。メサ部の下端の深さ位置は、トレンチ部の下端の深さ位置と同一である。本例のメサ部は、半導体基板１０の上面において、トレンチに沿って延伸方向（Ｙ軸方向）に延伸して設けられている。本例では、トランジスタ部７０にはメサ部６０が設けられ、ダイオード部８０にはメサ部６１が設けられている。本明細書において単にメサ部と称した場合、メサ部６０およびメサ部６１のそれぞれを指している。
それぞれのメサ部には、ベース領域１４が設けられる。メサ部において半導体基板１０の上面に露出したベース領域１４のうち、活性側ゲート配線１３１に最も近く配置された領域をベース領域１４－ｅとする。図２においては、それぞれのメサ部の延伸方向における一方の端部に配置されたベース領域１４－ｅを示しているが、それぞれのメサ部の他方の端部にもベース領域１４－ｅが配置されている。それぞれのメサ部には、上面視においてベース領域１４－ｅに挟まれた領域に、第１導電型のエミッタ領域１２および第２導電型のコンタクト領域１５の少なくとも一方が設けられてよい。本例のエミッタ領域１２はＮ＋型であり、コンタクト領域１５はＰ＋型である。エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５は、深さ方向において、ベース領域１４と半導体基板１０の上面との間に設けられてよい。
トランジスタ部７０のメサ部６０は、半導体基板１０の上面に露出したエミッタ領域１２を有する。エミッタ領域１２は、ゲートトレンチ部４０に接して設けられている。ゲートトレンチ部４０に接するメサ部６０には、半導体基板１０の上面に露出したコンタクト領域１５が設けられていてよい。
メサ部６０におけるコンタクト領域１５およびエミッタ領域１２のそれぞれは、Ｘ軸方向における一方のトレンチ部から、他方のトレンチ部まで設けられる。一例として、メサ部６０のコンタクト領域１５およびエミッタ領域１２は、トレンチ部の延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って交互に配置されている。
他の例においては、メサ部６０のコンタクト領域１５およびエミッタ領域１２は、トレンチ部の延伸方向（Ｙ軸方向）に沿ってストライプ状に設けられていてもよい。例えばトレンチ部に接する領域にエミッタ領域１２が設けられ、エミッタ領域１２に挟まれた領域にコンタクト領域１５が設けられる。
ダイオード部８０のメサ部６１には、エミッタ領域１２が設けられていない。メサ部６１の上面には、ベース領域１４およびコンタクト領域１５が設けられてよい。メサ部６１の上面においてベース領域１４－ｅに挟まれた領域には、それぞれのベース領域１４－ｅに接してコンタクト領域１５が設けられてよい。メサ部６１の上面においてコンタクト領域１５に挟まれた領域には、ベース領域１４が設けられてよい。ベース領域１４は、コンタクト領域１５に挟まれた領域全体に配置されてよい。
それぞれのメサ部の上方には、コンタクトホール５４が設けられている。コンタクトホール５４は、ベース領域１４－ｅに挟まれた領域に配置されている。本例のコンタクトホール５４は、コンタクト領域１５、ベース領域１４およびエミッタ領域１２の各領域の上方に設けられる。コンタクトホール５４は、ベース領域１４－ｅおよびウェル領域１１に対応する領域には設けられない。コンタクトホール５４は、メサ部６０の配列方向（Ｘ軸方向）における中央に配置されてよい。
ダイオード部８０において、半導体基板１０の下面と隣接する領域には、Ｎ＋型のカソード領域８２が設けられる。半導体基板１０の下面において、カソード領域８２が設けられていない領域には、Ｐ＋型のコレクタ領域２２が設けられてよい。カソード領域８２およびコレクタ領域２２は、半導体基板１０の下面２３と、バッファ領域２０との間に設けられている。図２においては、カソード領域８２およびコレクタ領域２２の境界を点線で示している。
カソード領域８２は、Ｙ軸方向においてウェル領域１１から離れて配置されている。これにより、比較的にドーピング濃度が高く、且つ、深い位置まで形成されているＰ型の領域（ウェル領域１１）と、カソード領域８２との距離を確保して、耐圧を向上できる。本例のカソード領域８２のＹ軸方向における端部は、コンタクトホール５４のＹ軸方向における端部よりも、ウェル領域１１から離れて配置されている。他の例では、カソード領域８２のＹ軸方向における端部は、ウェル領域１１とコンタクトホール５４との間に配置されていてもよい。
（第１実施例）
図３は、図２におけるｅ－ｅ断面の一例を示す図である。ｅ－ｅ断面は、エミッタ領域１２およびカソード領域８２を通過するＸＺ面である。本例の半導体装置１００は、当該断面において、半導体基板１０、層間絶縁膜３８、エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４を有する。
層間絶縁膜３８は、半導体基板１０の上面に設けられている。層間絶縁膜３８は、ホウ素またはリン等の不純物が添加されたシリケートガラス等の絶縁膜、熱酸化膜、および、その他の絶縁膜の少なくとも一層を含む膜である。層間絶縁膜３８には、図２において説明したコンタクトホール５４が設けられている。
エミッタ電極５２は、層間絶縁膜３８の上方に設けられる。エミッタ電極５２は、層間絶縁膜３８のコンタクトホール５４を通って、半導体基板１０の上面２１と接触している。コレクタ電極２４は、半導体基板１０の下面２３に設けられる。エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４は、アルミニウム等の金属材料で形成されている。本明細書において、エミッタ電極５２とコレクタ電極２４とを結ぶ方向（Ｚ軸方向）を深さ方向と称する。
半導体基板１０は、Ｎ型またはＮ－型のドリフト領域１８を有する。ドリフト領域１８は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０のそれぞれに設けられている。
トランジスタ部７０のメサ部６０には、Ｎ＋型のエミッタ領域１２およびＰ－型のベース領域１４が、半導体基板１０の上面２１側から順番に設けられている。ベース領域１４の下方にはドリフト領域１８が設けられている。メサ部６０には、Ｎ＋型の蓄積領域１６が設けられてもよい。蓄積領域１６は、ベース領域１４とドリフト領域１８との間に配置される。
エミッタ領域１２は半導体基板１０の上面２１に露出しており、且つ、ゲートトレンチ部４０と接して設けられている。エミッタ領域１２は、メサ部６０の両側のトレンチ部と接していてよい。エミッタ領域１２は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度が高い。
ベース領域１４は、エミッタ領域１２の下方に設けられている。本例のベース領域１４は、エミッタ領域１２と接して設けられている。ベース領域１４は、メサ部６０の両側のトレンチ部と接していてよい。
蓄積領域１６は、ベース領域１４の下方に設けられている。蓄積領域１６は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度が高いＮ＋型の領域である。すなわち蓄積領域１６は、ドナー濃度がドリフト領域１８よりも高い。ドリフト領域１８とベース領域１４との間に高濃度の蓄積領域１６を設けることで、キャリア注入促進効果（ＩＥ効果）を高めて、オン電圧を低減できる。蓄積領域１６は、各メサ部６０におけるベース領域１４の下面全体を覆うように設けられてよい。
ダイオード部８０のメサ部６１には、半導体基板１０の上面２１に接して、Ｐ－型のベース領域１４が設けられている。ベース領域１４の下方には、ドリフト領域１８が設けられている。メサ部６１において、ベース領域１４の下方に蓄積領域１６が設けられていてもよい。
トランジスタ部７０およびダイオード部８０のそれぞれにおいて、ドリフト領域１８の下にはＮ＋型のバッファ領域２０が設けられてよい。バッファ領域２０のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高い。バッファ領域２０は、ドリフト領域１８よりもドーピング濃度の高い濃度ピークを有してよい。濃度ピークのドーピング濃度とは、濃度ピークの頂点におけるドーピング濃度を指す。また、ドリフト領域１８のドーピング濃度は、ドーピング濃度分布がほぼ平坦な領域におけるドーピング濃度の平均値を用いてよい。
バッファ領域２０は、半導体基板１０の深さ方向（Ｚ軸方向）において、２つ以上の濃度ピークを有してよい。バッファ領域２０の濃度ピークは、例えば水素（プロトン）またはリンの化学濃度ピークと同一の深さ位置に設けられていてよい。バッファ領域２０は、ベース領域１４の下端から広がる空乏層が、Ｐ＋型のコレクタ領域２２およびＮ＋型のカソード領域８２に到達することを防ぐフィールドストップ層として機能してよい。本明細書では、バッファ領域２０の上端の深さ位置をＺｆとする。深さ位置Ｚｆは、ドーピング濃度が、ドリフト領域１８のドーピング濃度より高くなる位置であってよい。
トランジスタ部７０において、バッファ領域２０の下には、Ｐ＋型のコレクタ領域２２が設けられる。コレクタ領域２２のアクセプタ濃度は、ベース領域１４のアクセプタ濃度より高い。コレクタ領域２２は、ベース領域１４と同一のアクセプタを含んでよく、異なるアクセプタを含んでもよい。コレクタ領域２２のアクセプタは、例えばボロンである。
ダイオード部８０において、バッファ領域２０の下には、Ｎ＋型のカソード領域８２が設けられる。カソード領域８２のドナー濃度は、ドリフト領域１８のドナー濃度より高い。カソード領域８２のドナーは、例えば水素またはリンである。なお、各領域のドナーおよびアクセプタとなる元素は、上述した例に限定されない。コレクタ領域２２およびカソード領域８２は、半導体基板１０の下面２３に露出しており、コレクタ電極２４と接続している。コレクタ電極２４は、半導体基板１０の下面２３全体と接触してよい。エミッタ電極５２およびコレクタ電極２４は、アルミニウム等の金属材料で形成される。
半導体基板１０の上面２１側には、１以上のゲートトレンチ部４０、および、１以上のダミートレンチ部３０が設けられる。各トレンチ部は、半導体基板１０の上面２１から、ベース領域１４を貫通して、ドリフト領域１８に到達している。エミッタ領域１２、コンタクト領域１５および蓄積領域１６の少なくともいずれかが設けられている領域においては、各トレンチ部はこれらのドーピング領域も貫通して、ドリフト領域１８に到達している。トレンチ部がドーピング領域を貫通するとは、ドーピング領域を形成してからトレンチ部を形成する順序で製造したものに限定されない。トレンチ部を形成した後に、トレンチ部の間にドーピング領域を形成したものも、トレンチ部がドーピング領域を貫通しているものに含まれる。
上述したように、トランジスタ部７０には、ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０が設けられている。ダイオード部８０には、ダミートレンチ部３０が設けられ、ゲートトレンチ部４０が設けられていない。本例においてダイオード部８０とトランジスタ部７０のＸ軸方向における境界は、カソード領域８２とコレクタ領域２２の境界である。
ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面２１に設けられたゲートトレンチ、ゲート絶縁膜４２およびゲート導電部４４を有する。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチの内壁を覆って設けられる。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチの内壁の半導体を酸化または窒化して形成してよい。ゲート導電部４４は、ゲートトレンチの内部においてゲート絶縁膜４２よりも内側に設けられる。つまりゲート絶縁膜４２は、ゲート導電部４４と半導体基板１０とを絶縁する。ゲート導電部４４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。
ゲート導電部４４は、深さ方向において、ベース領域１４よりも長く設けられてよい。当該断面におけるゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０の上面２１において層間絶縁膜３８により覆われる。ゲート導電部４４は、ゲート配線に電気的に接続されている。ゲート導電部４４に所定のゲート電圧が印加されると、ベース領域１４のうちゲートトレンチ部４０に接する界面の表層に電子の反転層によるチャネルが形成される。
ダミートレンチ部３０は、当該断面において、ゲートトレンチ部４０と同一の構造を有してよい。ダミートレンチ部３０は、半導体基板１０の上面２１に設けられたダミートレンチ、ダミー絶縁膜３２およびダミー導電部３４を有する。ダミー導電部３４は、エミッタ電極５２に電気的に接続されている。ダミー絶縁膜３２は、ダミートレンチの内壁を覆って設けられる。ダミー導電部３４は、ダミートレンチの内部に設けられ、且つ、ダミー絶縁膜３２よりも内側に設けられる。ダミー絶縁膜３２は、ダミー導電部３４と半導体基板１０とを絶縁する。ダミー導電部３４は、ゲート導電部４４と同一の材料で形成されてよい。例えばダミー導電部３４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。ダミー導電部３４は、深さ方向においてゲート導電部４４と同一の長さを有してよい。
本例のゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０は、半導体基板１０の上面２１において層間絶縁膜３８により覆われている。なお、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０の底部は、下側に凸の曲面状（断面においては曲線状）であってよい。本明細書では、ゲートトレンチ部４０の下端の深さ位置をＺｔとする。
半導体基板１０の上面２１側には、上面側ライフタイムキラー２１０が設けられてよい。上面側ライフタイムキラー２１０は、深さ方向において局所的に形成された格子欠陥等の再結合中心である。各図においては、深さ方向におけるライフタイムキラーの密度分布のピーク位置をバツ印で模式的に示している。本明細書では、当該ピーク位置を、ライフタイムキラーの位置として説明する。バツ印は、Ｘ軸方向において離散的に配置されているが、特に説明する場合を除き、ライフタイムキラーはＸ軸方向において一様に設けられている。
上面側ライフタイムキラー２１０は、半導体基板１０の上面２１から、ヘリウム等の粒子を所定の深さ位置に注入することで形成できる。上面側ライフタイムキラー２１０と同一の深さ位置に、ヘリウム等の粒子の濃度ピークが配置されてよい。上面側ライフタイムキラー２１０は、各トレンチ部よりも下方に配置されてよい。また、上面側ライフタイムキラー２１０は、上面視においてゲートトレンチ部４０と重ならない位置に設けられることが好ましい。これにより、ゲート絶縁膜４２にダメージを与えずに、ヘリウム等の粒子を注入して上面側ライフタイムキラー２１０を形成できる。本例の上面側ライフタイムキラー２１０は、上面視においてダイオード部８０の全体に設けられている。図３における上面側ライフタイムキラー２１０は、トランジスタ部７０に設けられていないが、他の例では、トランジスタ部７０の一部の領域に上面側ライフタイムキラー２１０が設けられていてもよい。
半導体基板１０の下面２３側には、下面側ライフタイムキラー２２０が設けられている。下面側ライフタイムキラー２２０は、半導体基板１０の下面２３側からヘリウム等の粒子を注入することで形成してよい。下面側ライフタイムキラー２２０は、深さ方向において異なる位置に複数個配置されてよい。図３の例では、異なる深さ位置に、第１の下面側ライフタイムキラー２２０－１および第２の下面側ライフタイムキラー２２０－２が配置されている。ただし、下面側ライフタイムキラー２２０は、３つ以上の深さ位置に設けられていてもよい。それぞれの下面側ライフタイムキラー２２０と同一の深さ位置には、ヘリウム化学濃度のピークが設けられてよい。
バッファ領域２０内に、２つ以上の下面側ライフタイムキラー２２０が設けられてよい。これにより、バッファ領域２０内におけるライフタイムキラーの分布を制御しやすくなる。従って、キャリアライフタイムを精度よく制御できる。
下面側ライフタイムキラー２２０は、上面視においてダイオード部８０の全体に設けられてよい。また、下面側ライフタイムキラー２２０は、上面視においてトランジスタ部７０の全体に設けられてよい。下面側ライフタイムキラー２２０は、上面視において活性部１６０の全体に設けられてよく、上面視において半導体基板１０の全体に設けられてもよい。第１の下面側ライフタイムキラー２２０－１および第２の下面側ライフタイムキラー２２０－２は、上面視において同一の範囲に設けられてよい。
図４Ａは、図３のＦ－Ｆ線におけるドーピング濃度分布、水素化学濃度分布、ヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の一例を示す図である。図４Ａにおいて、半導体基板１０の深さ方向における中央位置をＺｃとする。つまり、半導体基板１０の上面２１側の領域とは、上面２１と中央位置Ｚｃとの間の領域であり、下面２３側の領域とは、下面２３と中央位置Ｚｃとの間の領域である。
エミッタ領域１２は、リン等のＮ型ドーパントを含む。ベース領域１４は、ボロン等のＰ型ドーパントを含む。蓄積領域１６は、リンまたは水素等のＮ型ドーパントを含む。ドーピング濃度分布は、エミッタ領域１２、ベース領域１４および蓄積領域１６においてそれぞれ濃度ピークを有してよい。
ドリフト領域１８は、ドーピング濃度がほぼ平坦な領域である。ドリフト領域１８のドーピング濃度Ｄｄは、半導体基板１０のバルク・ドナー濃度と同一であってよく、バルク・ドナー濃度よりも高濃度であってもよい。
本例のバッファ領域２０は、ドーピング濃度分布において、複数のドーピング濃度ピーク２５－１、２５－２、２５－３、２５－４を有する。それぞれのドーピング濃度ピーク２５は、水素イオンを局所的に注入することで形成されていてよい。他の例では、それぞれのドーピング濃度ピーク２５は、リン等のＮ型ドーパントを注入することで形成されてもよい。コレクタ領域２２は、ボロン等のＰ型ドーパントを含む。また、図３に示したカソード領域８２は、リン等のＮ型ドーパントを含む。
本例の水素化学濃度分布は、バッファ領域２０において局所的な水素化学濃度ピーク１０３を複数有する。バッファ領域２０に水素イオンを注入することで、水素、格子欠陥および酸素が結合したＶＯＨ欠陥が形成され、ドナーとして機能する。本例の水素化学濃度ピーク１０３は、ドーピング濃度ピーク２５と同一の深さ位置に設けられている。２つのピークが同一の深さ位置に設けられるとは、一方のピークの半値全幅の範囲内に、他方のピークの頂点が配置されていることを指す。水素化学濃度ピーク１０３の濃度が十分高くない場合、当該水素化学濃度ピーク１０３と同一の深さ位置に明瞭なドーピング濃度ピーク２５が観察されない場合もある。本例の水素化学濃度は、バッファ領域２０からドリフト領域１８に入った直後において急峻に低下している。このため、ドリフト領域１８にはＶＯＨ欠陥がほとんど形成されていない。他の例では、水素はドリフト領域１８の内部まで拡散してＶＯＨ欠陥を形成してもよい。この場合、ドリフト領域１８のドーピング濃度は、バルク・ドナー濃度よりも高くなる。
バッファ領域２０は、半導体基板１０の深さ方向における異なる位置に配置された、２つ以上のヘリウム化学濃度ピーク２２１を有する。本例では、第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１と、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２が、バッファ領域２０に設けられている。第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２は、第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１よりも下面２３から離れて配置されている。
上述したように、それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１の近傍には、下面側ライフタイムキラー２２０が形成されている。下面側ライフタイムキラー２２０は、キャリアの再結合を促進する再結合中心であってよい。再結合中心は、格子欠陥であってよい。格子欠陥は、単原子空孔（Ｖ）、複原子空孔（ＶＶ）等の、空孔を主体としてよく、転位であってよく、格子間原子であってよく、遷移金属等であってよい。例えば、空孔に隣接する原子は、ダングリング・ボンドを有する。広義では、格子欠陥にはドナーやアクセプタも含まれ得るが、本明細書では空孔を主体とする格子欠陥を空孔型格子欠陥、空孔型欠陥、あるいは単に格子欠陥と称する場合がある。本明細書では格子欠陥を、キャリアの再結合に寄与する再結合中心として、単に再結合中心、あるいはライフタイムキラーと称する場合がある。ライフタイムキラーは、ヘリウムイオンを半導体基板１０に注入することにより形成されてよい。ヘリウムを注入したことで形成されたライフタイムキラーは、バッファ領域２０に存在する水素により終端される場合があるので、ライフタイムキラーの密度ピークの深さ位置と、ヘリウム化学濃度ピーク２２１の深さ位置とは一致しない場合がある。
バッファ領域２０の２か所以上の深さ位置にヘリウムを注入することで、バッファ領域２０における下面側ライフタイムキラー２２０の密度分布を制御しやすくなる。それぞれの深さ位置には、３Ｈｅまたは４Ｈｅを注入してよい。３Ｈｅは、２個の陽子と１個の中性子を含むヘリウム同位体である。４Ｈｅは、２個の陽子と２個の中性子を含むヘリウム同位体である。
３Ｈｅまたは４Ｈｅを、緩衝材（アルミニウム等）を経由することなく、注入深さが一義的にきまる最も小さい加速エネルギーで注入することで、ヘリウム化学濃度の濃度ピークの深さ方向における半値幅を小さくできる。
図４Ｂは、イオンの注入深さ（Ｒｐ）と、注入に要する加速エネルギーの関係を示す図である。本例では、緩衝材を経由せずに、シリコンの半導体基板１０に直接ヘリウムイオンを注入している。図４Ｂにおける横軸は飛程Ｒｐ（μｍ）、縦軸は注入に必要な加速エネルギーＥ（ｅＶ）である。図４Ｂでは、３Ｈｅの例を実線で示し、４Ｈｅの例を破線で示している。
ｌｏｇ１０（Ｒｐ）をｘ、ｌｏｇ１０（Ｅ）をｙとする。
３Ｈｅでは、飛程Ｒｐと加速エネルギーＥの関係は式（１）で与えられてよい。
ｙ＝４．５２５０５Ｅ－０３ｘ６ － ４．７１４７１Ｅ－０２ｘ５ ＋ １．６７１８５Ｅ－０１ｘ４ － １．７２０３８Ｅ－０１ｘ３ － ２．９２７２３Ｅ－０１ｘ２ ＋ １．３９７８２Ｅ＋００ｘ ＋ ５．３３８５８Ｅ＋００ ・・・式（１）
なお、Ｅ－Ａは１０－Ａであり、Ｅ＋Ａは１０Ａである。
半導体装置１００の製造時における実際の飛程Ｒｐ'を式（１）に代入して算出される加速エネルギーをＥとする。製造時における実際の加速エネルギーＥ'が、式（１）から算出された加速エネルギーＥの±２０％以内であれば、３Ｈｅを使用しているとみなしてよい。
４Ｈｅでは、飛程Ｒｐと加速エネルギーＥの関係は式（２）で与えられてよい。
ｙ＝２．９０１５７Ｅ－０３ｘ６ － ３．６６５９３Ｅ－０２ｘ５ ＋ １．５９３６３Ｅ－０１ｘ４ － ２.３１９３８Ｅ－０１ｘ３ －２．００９９９Ｅ－０１ｘ２ ＋ １．４５８９１Ｅ＋００ｘ ＋ ５．２７１６０Ｅ＋００ ・・・式（２）
製造時における実際の加速エネルギーＥ'が、実際の飛程Ｒｐ'を用いて式（２）から算出された加速エネルギーＥの±２０％以内であれば、４Ｈｅを使用しているとみなしてよい。
図４Ｂに示されるように、飛程Ｒｐが８μｍ～１０μｍの領域の値を境界値として、飛程Ｒｐが境界値以上の場合は、４Ｈｅの加速エネルギーの方が、３Ｈｅの加速エネルギーよりも１０％程度高くなっている。飛程Ｒｐが境界値以下の場合は、 ３ Ｈｅの加速エネルギーの方が、４Ｈｅの加速エネルギーよりも１０％程度高くなっている。同位体の中性子の個数により、電子阻止能と核阻止能のバランスが変化することによると推測される。一例として、飛程Ｒｐが１０μｍ以下の場合は４Ｈｅを用いてよい。これにより、１０％程度小さい加速エネルギーでヘリウムイオンを注入することが可能である。飛程Ｒｐが１０μｍより大きい場合には、３Ｈｅを用いてよい。
図４Ｃは、イオンの注入深さ（Ｒｐ）と、注入方向のストラグリング（ΔＲｐ、標準偏差）の関係を示す図である。本例における注入方向は、半導体基板１０の深さ方向である。本例においても、緩衝材を経由せずに、シリコンの半導体基板１０に直接ヘリウムイオンを注入している。図４Ｃにおける横軸は飛程Ｒｐ（μｍ）、縦軸はストラグリングΔＲｐ（μｍ）である。図４Ｃでは、３Ｈｅの例を実線で示し、４Ｈｅの例を破線で示している。
ストラグリングΔＲｐは、ヘリウム濃度分布をガウス分布と仮定して算出してよい。例えばストラグリングΔＲｐは、濃度ピーク値の０．６０６５３倍の濃度になる２点間の距離（分布幅）としてよく、濃度ピーク値の０．６倍の濃度になる２点間の距離としてもよい。隣り合う濃度ピークの間の極小値等が濃度ピーク値の０．６倍よりも大きい場合は、濃度分布の極小値等の変曲点間の距離を、ストラグリングΔＲｐとしてもよい。
ｌｏｇ１０（Ｒｐ）をｘ、ｌｏｇ１０（ΔＲｐ）をｙとする。
３Ｈｅでは、飛程ＲｐとストラグリングΔＲｐの関係は式（３）で与えられてよい。
ｙ＝５．００３９５Ｅ－０４ｘ６ ＋ ９．９１６５１Ｅ－０３ｘ５ － ９．７６０１５Ｅ－０２ｘ４ ＋ ２.１２５８７Ｅ－０１ｘ３ ＋ １．３０９９４Ｅ－０１ｘ２ ＋ ２．２５４５８Ｅ－０１ｘ － ８．５９４６３Ｅ－０１ ・・・式（３）
半導体装置１００の製造時における実際の飛程Ｒｐ'を式（３）に代入して算出されるストラグリングをΔＲｐとする。製造時における実際のストラグリングΔＲｐ'が、式（３）から算出されたストラグリングΔＲｐの±２０％以内であれば、３Ｈｅを使用しているとみなしてよい。実際のストラグリングΔＲｐ'は、熱的アニールによるヘリウムの拡散分を含まないことが好ましい。実際のストラグリングΔＲｐ'は、ヘリウムの注入後、熱的アニールの前に測定した値であってよく、熱的アニールの後に測定した値から、ヘリウムの拡散分を差し引いた値であってもよい。
４Ｈｅでは、飛程ＲｐとストラグリングΔＲｐの関係は式（４）で与えられてよい。
ｙ＝３．１０２３４Ｅ－０３ｘ６ － ９．２０７６２Ｅ－０３ｘ５ －６．１３６１２Ｅ－０２ｘ４ ＋２.３４３０４Ｅ－０１ｘ３ ＋ ３．８８５９１Ｅ－０２ｘ２ ＋ ２．２２９５５Ｅ－０１ｘ － ８．０１９６７Ｅ－０１ ・・・式（４）
製造時における実際のストラグリングΔＲｐ'が、実際の飛程Ｒｐ'を用いて式（４）から算出されたストラグリングΔＲｐの±２０％以内であれば、４Ｈｅを使用しているとみなしてよい。実際のストラグリングΔＲｐ'は、熱的アニールによるヘリウムの拡散分を含まないことが好ましい。
図４Ｃに示されるように、飛程Ｒｐが１０～２０μｍの領域の値を境界値として、飛程Ｒｐが境界値以下の場合は、３ＨｅのストラグリングΔＲｐのほうが、４ＨｅのストラグリングΔＲｐよりも１０％程度小さくなっている。飛程Ｒｐが境界値以上の場合は、３Ｈｅと４Ｈｅとで、ストラグリングΔＲｐはほぼ等しい。同位体の中性子の個数により、電子阻止能と核阻止能のバランスが変化することによると推測される。
一例として、飛程Ｒｐが２０μｍ以下の場合は３Ｈｅを用いてよい。これにより、１０％程度小さいストラグリングΔＲｐとすることが可能である。あるいは、ストラグリングΔＲｐの１０％程度の相違が、ヘリウム化学濃度分布あるいは電気的特性に与える相違が十分小さい場合は、飛程Ｒｐが２０μｍ以下の場合においても、３Ｈｅと４Ｈｅとで、ストラグリングΔＲｐはほぼ等しいとみなしてもよい。この場合、半導体基板１０に注入するヘリウム原子は、３Ｈｅでもよいし、４Ｈｅでもよい。
一例として４Ｈｅを注入した場合のヘリウム化学濃度ピーク２２１の半値全幅は１μｍ以下である。ヘリウム化学濃度ピーク２２１の半値全幅は０．５μｍ以下であってもよい。半値幅の小さいヘリウム化学濃度ピーク２２１を、バッファ領域２０に複数配置することで、下面側ライフタイムキラー２２０の分布の形状を容易に制御できる。また、ヘリウムを注入したことにより形成されるＶＯＨ欠陥が、広範囲に分布することを抑制できる。このため、バッファ領域２０のドーピング濃度分布が広範囲に変動することを抑制できる。
また、複数のヘリウム化学濃度ピーク２２１を設けることで、下面側ライフタイムキラー２２０の総濃度を高く維持できる。このため、半導体装置１００のターンオフ時等においてキャリアのライフタイムを短くし、テール電流を抑制できる。
なお、３Ｈｅの加速エネルギーＥがおよそ２０ＭｅＶ以上（飛程Ｒｐが２７０μｍ以上）で、ストラグリングΔＲｐが１０μｍ以上となる。４Ｈｅの加速エネルギーＥがおよそ２１ＭｅＶ以上（飛程Ｒｐが２５０μｍ以上）で、ストラグリングΔＲｐが１０μｍ以上となる。この場合、バッファ領域２０の深さ方向の幅に比べて、ヘリウム化学濃度ピーク２２１の半値全幅を十分小さくできない。このため、バッファ領域２０の広範囲においてＶＯＨ欠陥が形成され、ドーピング濃度分布が変動してしまう。このため、バッファ領域２０において局所的に電界が集中して、短絡電流耐量が低下する場合がある。これに対してヘリウム化学濃度ピーク２２１の半値幅を小さくすることで、短絡電流耐量を維持しやすくなる。よって、３Ｈｅおよび４Ｈｅのいずれかを注入する場合において、加速エネルギーＥは２０ＭｅＶ以下であってよく、１０ＭｅＶ以下であってよい。あるいは、複数のヘリウム化学濃度ピーク２２１のうちの、少なくとも１つ以上または２つ以上のヘリウム化学濃度ピーク２２１の加速エネルギーＥが、１０ＭｅＶ以下であってよく、５ＭｅＶ以下であってよい。
図５Ａは、バッファ領域２０におけるドーピング濃度分布、水素化学濃度分布、ヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の一例を示す図である。それぞれの濃度分布は、図４Ａにおいて説明した各濃度分布と同様であってよい。
本例のドーピング濃度分布は、半導体基板１０の下面２３側から順番に、ドーピング濃度ピーク２５－１、２５－２、２５－３、２５－４を有する。ドーピング濃度ピーク２５－４は、下面２３から最も離れて配置された最深ドーピング濃度ピークの一例である。それぞれのドーピング濃度ピーク２５の深さ位置を、下面２３側から順番にＺｄ１、Ｚｄ２、Ｚｄ３、Ｚｄ４とする。それぞれの深さ位置Ｚｄは、下面２３からの距離を示している。なお、いずれかのドーピング濃度ピーク２５は、明瞭なピークでなくてもよい。例えばドーピング濃度分布の傾きの変曲点（キンク）を、ドーピング濃度ピーク２５としてよい。ドーピング濃度ピーク２５－１は、濃度値が最大のドーピング濃度ピーク２５であってよい。ドーピング濃度ピーク２５－２は、濃度値が２番目に大きいドーピング濃度ピーク２５であってよい。ドーピング濃度ピーク２５－３は、濃度値が最小のドーピング濃度ピーク２５であってよい。ドーピング濃度ピーク２５－４は、ドーピング濃度ピーク２５－３よりも高濃度のドーピング濃度ピーク２５であってよい。
本例の水素化学濃度分布は、半導体基板１０の下面２３側から順番に、水素化学濃度ピーク１０３－１、１０３－２、１０３－３、１０３－４を有する。それぞれの水素化学濃度ピーク１０３の深さ位置を、下面２３側から順番にＺｈ１、Ｚｈ２、Ｚｈ３、Ｚｈ４とする。それぞれの深さ位置Ｚｈは、下面２３からの距離を示している。深さ位置Ｚｄｋは、深さ位置Ｚｈｋと同一位置であってよい。ただし、ｋは１から４の整数である。水素化学濃度ピーク１０３－１は、濃度値が最大の水素化学濃度ピーク１０３であってよい。水素化学濃度ピーク１０３－２は、濃度値が２番目に大きい水素化学濃度ピーク１０３であってよい。水素化学濃度ピーク１０３－３は、濃度値が最小の水素化学濃度ピーク１０３であってよい。水素化学濃度ピーク１０３－４は、水素化学濃度ピーク１０３－３よりも高濃度の水素化学濃度ピーク１０３であってよい。
本例のヘリウム化学濃度分布は、半導体基板１０の下面２３側から順番に、第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２を有する。それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１の深さ位置を、下面２３側から順番にＺｋ１、Ｚｋ２とする。それぞれの深さ位置Ｚｋは、下面２３からの距離を示している。また、それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１の濃度値を、下面２３側から順番にＰｋ１、Ｐｋ２とする。
２つ以上のヘリウム化学濃度ピーク２２１は、最深ドーピング濃度ピークであるドーピング濃度ピーク２５－４と、半導体基板１０の下面２３との間に配置されている。少なくとも一つのヘリウム化学濃度ピーク２２１は、深さ位置Ｚｄ１とＺｄ２の間に配置されてよい。本例では、全てのヘリウム化学濃度ピーク２２１が、深さ位置Ｚｄ１とＺｄ２の間に配置されている。ヘリウム化学濃度ピーク２２１－２の半値全幅は、ヘリウム化学濃度ピーク２２１－１の半値全幅より大きくてよい。加速エネルギーの違いにより、ヘリウム化学濃度ピーク２２１－１と、ヘリウム化学濃度ピーク２２１－２の半値全幅を異ならせてよい。本例では、複数の下面側ライフタイムキラー２２０を、コレクタ領域２２の近傍に配置できる。
図５Ｂは、バッファ領域２０におけるドーピング濃度分布、水素化学濃度分布、ヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の一例を示す図である。本例においては、ヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布が図５Ａの例と相違する。他の分布は、図５Ａの例と同様であってよい。
本例のバッファ領域２０は、１つのヘリウム化学濃度ピーク２２１－０と、１つの下面側ライフタイムキラー２２０－０を有する。ヘリウム化学濃度ピーク２２１－０の深さ方向における位置をＺｋ０とし、濃度をＰｋ０とする。
ヘリウム化学濃度ピーク２２１－０の深さ位置Ｚｋ０は、深さ位置Ｚｋ１とＺｋ２の間に配置される。深さ位置Ｚｋ０の近傍に、再結合中心濃度ピーク（下面側ライフタイムキラー２２０－０）が配置される。また、ヘリウム化学濃度ピーク２２１－０の濃度Ｐｋ０は、Ｐｋ１およびＰｋ２のいずれよりも高濃度であってよい。下面側ライフタイムキラー２２０－０も、下面側ライフタイムキラー２２０－１および２２０－２のいずれよりも高濃度であってよい。
図５Ａおよび図５Ｂの例では、ターンオフ時等においてベース領域１４の下端から広がる空乏層が下面側ライフタイムキラー２２０まで達すると、再結合中心はキャリアの発生中心として機能する。これにより、漏れ電流が増加し、半導体装置の発熱が促進され、半導体装置の温度が上昇し、ターンオフ等の耐量が低下する場合がある。図５Ａの例のように、複数の下面側ライフタイムキラー２２０とすることで、ヘリウム化学濃度（再結合中心濃度）のピーク濃度を低下させることができる。これにより、キャリアの発生中心の濃度も低下でき、漏れ電流を低減するほか、半導体装置の温度上昇も抑制し、ターンオフ等の耐量を高くできる。また、コレクタ領域２２からドリフト領域１８への正孔キャリアの注入を抑制できる。
また、図５Ａの例において、深さ位置Ｚｄ１に最も近い第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１と、深さ位置Ｚｄ２に最も近い第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２との距離（Ｚｋ２－Ｚｋ１）は、距離（Ｚｄ２－Ｚｄ１）の半分以上であってよい。これにより、複数の下面側ライフタイムキラー２２０を、ある程度の範囲にわたって配置できる。また、深さ方向において隣り合うヘリウム化学濃度ピーク２２１の間隔（本例ではＺｋ２－Ｚｋ１）は、２μｍ以上であってよく、３μｍ以上であってよく、４μｍ以上であってよく、５μｍ以上であってもよい。
それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１の濃度値Ｐｋは、それぞれ同一であってよい。他の例では、いずれかの濃度値Ｐｋは、他の濃度値Ｐｋと異なっていてもよい。それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１に対応するヘリウムイオンの注入ドーズ量は、１×１０１１（／ｃｍ２）以上であってよく、３×１０１１（／ｃｍ２）以上であってよく、１×１０１２（／ｃｍ２）以上であってよい。それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１に対応するヘリウムイオンの注入ドーズ量は、１×１０１３（／ｃｍ２）以下であってよく、３×１０１２（／ｃｍ２）以下であってよく、１×１０１２（／ｃｍ２）以下であってよい。
なお、それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１は、いずれの水素化学濃度ピーク１０３とも異なる深さ位置に配置されていてよい。つまり、それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１の頂点の深さ位置Ｚｋは、いずれの水素化学濃度ピーク１０３の半値全幅の範囲に含まれていない。これにより、ヘリウム注入により形成したライフタイムキラーが水素により終端されることを抑制し、下面側ライフタイムキラー２２０の濃度を維持しやすくなる。
それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１は、水素化学濃度ピーク１０３の深さ位置Ｚｈとの距離が大きいほど、濃度値Ｐｋが大きくなっていてもよい。これにより、ヘリウム注入により形成したライフタイムキラーがＶＯＨ欠陥を形成することを抑制でき、バッファ領域２０におけるドーピング濃度分布の形状の変動を抑制できる。
なお、ＳＲ法により測定したキャリア濃度分布をドーピング濃度分布とした場合、ドーピング濃度分布は、いずれかのヘリウム化学濃度ピーク２２１と同一の深さ位置において谷部３５を有してよい。谷部３５は、ドーピング濃度が極小値を示す領域である。本例では、ヘリウム化学濃度ピーク２２１と同一の深さ位置に下面側ライフタイムキラー２２０が設けられるので、当該位置におけるキャリア移動度が低下する。これにより、上述のようにキャリア濃度が低下する。以降のドーピング濃度分布を示す図面において、ヘリウム化学濃度ピーク２２１と同一の深さ位置において谷部３５を省略しているが、谷部３５が設けられていてよい。
図６は、バッファ領域２０におけるヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の他の例を示す図である。図６におけるドーピング濃度分布および水素化学濃度分布は、図５Ａの例と同一である。本例のヘリウム化学濃度分布は、半導体基板１０の下面２３側から順番に、第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２、第３のヘリウム化学濃度ピーク２２１－３を有する。それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１の深さ位置を、下面２３側から順番にＺｋ１、Ｚｋ２、Ｚｋ３とする。また、それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１の濃度値を、下面２３側から順番にＰｋ１、Ｐｋ２、Ｐｋ３とする。再結合中心濃度も、ヘリウム化学濃度と同様の分布を有する。
本例においても、全てのヘリウム化学濃度ピーク２２１が、深さ位置Ｚｄ１とＺｄ２の間に配置されている。他の例では、いずれかのヘリウム化学濃度ピーク２２１は、バッファ領域２０の他の領域に配置されていてもよい。
第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１は、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２および第３のヘリウム化学濃度ピーク２２１－３の少なくとも一方よりも濃度値Ｐｋが高くてよい。第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１は、濃度値Ｐｋが最大のヘリウム化学濃度ピーク２２１であってよい。また、半導体基板１０の下面２３から離れるほど、ヘリウム化学濃度ピーク２２１の濃度値Ｐｋが小さくなっていてもよい。また、半導体基板１０の下面２３から離れるほど、ヘリウム化学濃度ピーク２２１のストラグリングΔＲｐまたは半値全幅が大きくなっていてもよい。
なお、それぞれの下面側ライフタイムキラー２２０の濃度の相対的な大小関係は、対応するヘリウム化学濃度ピーク２２１の濃度の相対的な大小関係と同一であってよい。つまり、対応するヘリウム化学濃度ピーク２２１が高濃度であるほど、下面側ライフタイムキラー２２０が高濃度であってよい。
本例によれば、高濃度の下面側ライフタイムキラー２２０が、下面２３の近傍に配置される。このため、コレクタ領域２２からドリフト領域１８への正孔キャリアの注入を抑制できる。また、漏れ電流の増加を抑え、ターンオフ時等における耐量を向上できる。
図７は、バッファ領域２０におけるヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の他の例を示す図である。図７におけるドーピング濃度分布および水素化学濃度分布は、図５Ａの例と同一である。本例のヘリウム化学濃度分布は、それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１の濃度の相対的な大小関係が、図６の例と相違する。他の構造は、図６の例と同一である。再結合中心濃度も、ヘリウム化学濃度と同様の分布を有する。
第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１は、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２および第３のヘリウム化学濃度ピーク２２１－３の少なくとも一方よりも濃度値Ｐｋが低くてよい。第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１は、濃度値Ｐｋが最小のヘリウム化学濃度ピーク２２１であってよい。また、半導体基板１０の下面２３から離れるほど、ヘリウム化学濃度ピーク２２１の濃度値Ｐｋが大きくなっていてもよい。また、半導体基板１０の下面２３から離れるほど、ヘリウム化学濃度ピーク２２１のストラグリングΔＲｐまたは半値全幅が大きくなっていてもよい。
本例によれば、高濃度の下面側ライフタイムキラー２２０が、ドリフト領域１８の近傍に配置される。このため、半導体装置１００ターンオフ時等において、ドリフト領域１８から下面２３側に流れるキャリアのライフタイムを短くできる。このため、テール電流が流れる期間を短くできる。また、漏れ電流の増加を抑え、ターンオフ時等における耐量を向上できる。
図８は、バッファ領域２０におけるヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の他の例を示す図である。図８におけるドーピング濃度分布および水素化学濃度分布は、図５Ａの例と同一である。本例では、ヘリウム化学濃度ピーク２２１－ｋと、ヘリウム化学濃度ピーク２２１－（ｋ＋１）の深さ方向におけるピーク間隔をＬｋ（図８では、Ｌ１、Ｌ２）とする。他の構造は、図５Ａから図７において説明したいずれかの例と同一である。深さ方向において隣り合う２つのヘリウム化学濃度ピーク２２１のピーク間隔（図８では、Ｌ１、Ｌ２）が、バッファ領域２０において均一であってよい。再結合中心濃度も、ヘリウム化学濃度と同様の分布を有する。
図９は、バッファ領域２０におけるヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の他の例を示す図である。図９におけるドーピング濃度分布および水素化学濃度分布は、図５Ａの例と同一である。本例では、それぞれのピーク間隔Ｌｋが、図８の例と相違する。他の構造は、図８の例と同一である。
本例では、第１のピーク間隔Ｌ１が、第１のピーク間隔Ｌ１よりも下面２３から離れた位置における第２のピーク間隔Ｌ２よりも小さい（Ｌ１＜Ｌ２）。つまり、バッファ領域２０において、下面２３に近いほど、高密度にヘリウム化学濃度ピーク２２１が配置されている。再結合中心濃度も、ヘリウム化学濃度と同様の分布を有する。
本例によれば、コレクタ領域２２の近傍に、下面側ライフタイムキラー２２０を多く形成できる。このため、コレクタ領域２２からドリフト領域１８への正孔キャリアの注入を抑制できる。
図１０Ａは、バッファ領域２０におけるヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の他の例を示す図である。図１０Ａにおけるドーピング濃度分布および水素化学濃度分布は、図５Ａの例と同一である。本例では、それぞれのピーク間隔Ｌｋが、図８の例と相違する。他の構造は、図８の例と同一である。
本例では、第１のピーク間隔Ｌ１が第２のピーク間隔Ｌ２よりも大きい（Ｌ１＞Ｌ２）。つまり、バッファ領域２０において、ドリフト領域１８に近いほど、高密度にヘリウム化学濃度ピーク２２１が配置されている。再結合中心濃度も、ヘリウム化学濃度と同様の分布を有する。
本例によれば、ドリフト領域１８の近傍に、下面側ライフタイムキラー２２０を多く形成できる。このため、半導体装置１００ターンオフ時等において、ドリフト領域１８から下面２３側に流れるキャリアのライフタイムを短くできる。このため、テール電流が流れる期間を短くできる。
図１０Ｂは、バッファ領域２０におけるヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の他の例を示す図である。図１０Ｂにおけるドーピング濃度分布および水素化学濃度分布は、図５Ａの例と同一である。
深さ方向において隣り合う２つのドーピング濃度ピーク２５の間の領域を、ピーク間領域１０５とする。深さ方向において隣り合う２つの水素化学濃度ピーク１０３の間の領域を、ピーク間領域１０５としてもよい。本例では、深さ位置Ｚｄ１とＺｄ２（またはＺｈ１とＺｈ２）の間をピーク間領域１０５－１、深さ位置Ｚｄ２とＺｄ３（またはＺｈ２とＺｈ３）の間をピーク間領域１０５－２、深さ位置Ｚｄ３とＺｄ４（またはＺｈ３とＺｈ４）の間をピーク間領域１０５－３とする。
本例では、２つ以上のピーク間領域１０５に、ヘリウム化学濃度ピーク２２１が配置されている。ヘリウム化学濃度ピーク２２１は、互いに隣り合う２つのピーク間領域１０５に配置されてよい。それぞれのピーク間領域１０５には、１つまたは複数のヘリウム化学濃度ピーク２２１が配置されてよい。ピーク間領域１０５のうち、下面２３に近いほど、多くのヘリウム化学濃度ピーク２２１が配置されてよい。図１０Ｂの例では、ピーク間領域１０５－１に２つのヘリウム化学濃度ピーク２２１が配置され、ピーク間領域１０５－２に１つのヘリウム化学濃度ピーク２２１が配置されている。
それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１の濃度の大小関係は、図５Ａから図１０Ａにおいて説明したいずれかの例と同様であってよい。図１０Ｂの例では、下面２３から離れるほど、ヘリウム化学濃度ピーク２２１の濃度が小さくなっている。それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１の間隔は、図５Ａから図１０Ａにおいて説明したいずれかの例と同様であってよい。再結合中心濃度も、ヘリウム化学濃度と同様の分布を有してよい。
図１０Ｃは、バッファ領域２０におけるヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布の他の例を示す図である。図１０Ｃにおけるドーピング濃度分布および水素化学濃度分布は、図５Ａの例と同一である。
本例では、ヘリウム化学濃度ピーク２２１が配置された２つのピーク間領域１０５の間のピーク間領域１０５に、ヘリウム化学濃度ピーク２２１が配置されていない。図１０Ｃの例では、ピーク間領域１０５－１に２つのヘリウム化学濃度ピーク２２１が配置され、ピーク間領域１０５－２にはヘリウム化学濃度ピーク２２１が配置されておらず、ピーク間領域１０５－３に１つのヘリウム化学濃度ピーク２２１が配置されている。それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１の濃度は、図１０Ｂの例と同様であってよい。再結合中心濃度も、ヘリウム化学濃度と同様の分布を有してよい。
図１０Ｄは、バッファ領域２０に含まれる空乏層エッジ位置Ｚｅを説明する図である。図１０Ｄは、バッファ領域２０におけるドーピング濃度分布、水素化学濃度分布、ヘリウム化学濃度分布、再結合中心濃度分布およびドーピング濃度の積分濃度分布を示している。これらの分布は、図１から図１０Ｃにおいて説明したいずれかの分布と同一であってよく、異なっていてもよい。図１０Ｄに示したドーピング濃度分布および水素化学濃度分布は、図１０Ｂと同一である。本例の積分濃度分布は、トレンチ部の下端位置Ｚｔから下面２３に向かってドーピング濃度を積分した積分値（／ｃｍ２）の分布である。
空乏層エッジ位置Ｚｅは、ドリフト領域１８の上端から半導体基板１０の下面２３に向かってドリフト領域１８およびバッファ領域２０のネット・ドーピング濃度を積分した積分濃度が臨界積分濃度ｎｃに達する深さ位置である。本明細書では、コレクタ電極２４およびエミッタ電極５２間に順バイアスが印加されてアバランシェ降伏が発生した場合において、ドリフト領域１８の上端からバッファ領域２０の特定位置までが空乏化している場合に、ドリフト領域１８の上端から当該特定位置までネット・ドーピング濃度を積分した値を、臨界積分濃度と称する。つまり、空乏層エッジ位置Ｚｅは、アバランシェ降伏が発生した場合に、ベース領域１４の下端から半導体基板１０の下面２３に向かって広がる空乏層が到達する最も下面２３側の位置である。臨界積分濃度ｎｃは、半導体基板１０の構成原子に依存する。半導体基板１０がシリコンからなる場合は、臨界積分濃度ｎｃは約１．２×１０１２／ｃｍ２である。コレクタ電極２４およびエミッタ電極５２間に半導体装置１００の定格電圧を印加した場合に、当該空乏層が到達する最も下面２３側の位置を空乏層エッジ位置Ｚｅとしてもよい。空乏層エッジ位置Ｚｅをバッファ領域２０に配置することで、空乏層がコレクタ領域２２またはカソード領域８２に到達することを防げる。
なおドリフト領域１８の上端とは、図３に示した例では、ドリフト領域１８と蓄積領域１６との境界位置である。ドリフト領域１８と蓄積領域１６との境界位置の判別が困難な場合、トレンチ部の下端位置Ｚｔをドリフト領域１８の下端としてもよい。また、ドリフト領域１８とベース領域１４とが接している場合、ドリフト領域１８とベース領域１４の境界のＰＮ接合の位置が、ドリフト領域１８の上端である。
本例のバッファ領域２０は、第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１および第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２を有する。なお第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１および第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２と対応する位置には、第１の下面側ライフタイムキラー２２０－１および第２の下面側ライフタイムキラー２２０－２が配置されている。
第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１は、空乏層エッジ位置Ｚｅよりも下面２３側に配置されている。これにより、第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１を空乏層が到達する範囲の外側に配置できるので、リーク電流を抑制できる。
また、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２は、空乏層エッジ位置Ｚｅよりも上面２１側に配置されている。ヘリウム化学濃度ピーク２２１を分散して設けることで、各ピークの濃度が高くなりすぎることを抑制できる。このため、キャリア消滅時の電流変動ｄｉ／ｄｔを緩やかにして、サージの発生を抑制できる。また第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２を設けることで、空乏層が空乏層エッジ位置Ｚｅに到達するよりも早いタイミングでキャリア消滅を促進できる。これにより、テール期間等の逆回復動作の終盤における電流変動ｄｉ／ｄｔを緩やかにでき、サージの発生を抑制できる。
第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１の濃度Ｐｋ１は、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２の濃度Ｐｋ２よりも高くてよい。空乏層の到達範囲の外側に配置した第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１を高濃度にすることで、キャリアのライフタイムを短くできる。また、空乏層の到達範囲の内側に配置した第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２を低濃度にすることで、キャリアライフタイムを調整しつつ、リーク電流の増大を抑制できる。濃度Ｐｋ１は、濃度Ｐｋ２の１．１倍以上であってよく、１．５倍以上であってよく、２倍以上であってよく、５倍以上であってよく、１０倍以上であってもよい。
第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１は、ドーピング濃度ピーク２５－１（第１のドーピング濃度ピーク）と、ドーピング濃度ピーク２５－２（第２のドーピング濃度ピーク）との間のピーク間領域１０５－１に配置されてよい。また、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２は、ドーピング濃度ピーク２５－２（第２のドーピング濃度ピーク）と、ドーピング濃度ピーク２５－３（第３のドーピング濃度ピーク）との間のピーク間領域１０５－２に配置されてよい。
第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１の半値全幅は、ピーク間領域１０５－１より小さい。第１のヘリウム化学濃度ピーク２２１－１の半値全幅は、ピーク間領域１０５－１の半分以下であってよく、０．２倍以下であってよく、０．１倍以下であってもよい。第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２の半値全幅は、ピーク間領域１０５－２より小さい。第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２の半値全幅は、ピーク間領域１０５－２の半分以下であってよく、０．２倍以下であってよく、０．１倍以下であってもよい。
それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１は、重なっていなくてよい。ヘリウム化学濃度ピーク２２１が重なるとは、それぞれのピークの半値全幅の深さ範囲が重複することを指してよい。
なお、下面側ライフタイムキラー２２０の分布は、ヘリウム化学濃度ピーク２２１の分布と同様であってよい。本明細書において説明したヘリウム化学濃度ピーク２２１の濃度、形状、配置等に関する説明は、下面側ライフタイムキラー２２０にも適用できる。
空乏層エッジ位置Ｚｅは、ドーピング濃度ピーク２５－２の半値全幅ＦＷＨＭの範囲に配置されていてよい。これにより、空乏層がバッファ領域２０よりも下側まで到達することを抑制できる。
図１０Ｅは、バッファ領域２０におけるドーピング濃度分布、水素化学濃度分布および積分濃度分布の他の例を示す図である。図１０Ｅにおけるヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布は、図１から図１０Ｄにおいて説明したいずれかの例と同様である。図１０Ｅでは、図１０Ｄの例と同様のヘリウム化学濃度分布および再結合中心濃度分布を示している。
図１０Ｄに示したドーピング濃度分布は、ピーク間期間１０５－１がピーク間期間１０５－２よりも大きい。図１０Ｅに示すドーピング濃度分布においては、ピーク間期間１０５－２がピーク間期間１０５－１よりも大きい。ドーピング濃度分布の他の構造は、図１から図１０Ｄにおいて説明したいずれかの例と同様である。本例においても、空乏層エッジ位置Ｚｅは、ドーピング濃度ピーク２５－２の半値全幅内に配置されてよい。
図１０Ｆは、上面側ライフタイムキラー２１０および下面側ライフタイムキラー２２０の一例を示す図である。図１０Ｆにおいては、上面側ライフタイムキラー２１０に対応するヘリウム化学濃度ピーク２１１と、下面側ライフタイムキラー２２０に対応するヘリウム化学濃度ピーク２２１を合わせて示している。下面側ライフタイムキラー２２０およびヘリウム化学濃度ピーク２２１の分布は、図１から図１０Ｅにおいて説明したいずれかの例と同様である。
図３において説明したように、上面側ライフタイムキラー２１０は、半導体基板１０の上面２１側に配置されている。上面側ライフタイムキラー２１０は、半導体基板１０の深さ方向における中央よりも上面２１側に配置されてよい。上面側ライフタイムキラー２１０は、ドリフト領域１８の深さ方向における中央よりも上面２１側に配置されてもよい。図３においてはダイオード部８０に上面側ライフタイムキラー２１０を設けているが、上面側ライフタイムキラー２１０は、トランジスタ部７０の少なくとも一部の領域に設けられてもよい。図１０Ｆに示す分布例は、ダイオード部８０における分布例であってよく、トランジスタ部７０における分布例であってもよい。
図１０Ｇは、ダイオード部８０における電圧波形および電流波形の一例を示す図である。図１０Ｇは、エミッタ電極５２とコレクタ電極２４との間に印加される電圧の波形と、エミッタ電極５２とコレクタ電極２４との間に流れる電流の波形を示している。図１０Ｇにおいては、ダイオード部８０がターンオフする場合の、参考例１、参考例２および実施例における波形を示している。参考例１および参考例２では、バッファ領域２０にヘリウム化学濃度ピークを１つだけ設けている。実施例では、図１０Ｄまたは図１０Ｅに示したように、空乏層エッジ位置Ｚｅより下面２３側のバッファ領域２０と、空乏層エッジ位置Ｚｅより上面２１側のバッファ領域２０とに、ヘリウム化学濃度ピークを１つずつ設けている。
参考例１は、ヘリウム化学濃度ピークの濃度（つまり再結合中心濃度）が参考例２よりも大きい。この場合、逆回復時に空乏層がヘリウム化学濃度ピークに到達したタイミングで電流が急激に減少する。このため電圧波形にサージが発生する。参考例２では、再結合中心濃度が小さいので、逆回復動作の終盤までキャリアが多く残存する。このため参考例２では、逆回復動作の終盤において電流バンプが発生して、電流が急減に減少する。このため電圧波形にサージが発生する。
これに対して実施例においては、複数のヘリウム化学濃度ピーク２２１を設けることで各ピークの濃度を抑制でき、サージの発生を抑制できる。また、第２のヘリウム化学濃度ピーク２２１－２を設けることで、早いタイミングでキャリア消滅を促進でき、逆回復の終盤における電流バンプの発生を抑制し、電圧サージの発生を抑制できる。
図１１は、ヘリウム化学濃度ピーク２２１の半値全幅Ｗｋを説明する図である。本例では、水素化学濃度ピーク１０３の半値全幅をＷｈとする。図１１においては、一つのヘリウム化学濃度ピーク２２１と、一つの水素化学濃度ピーク１０３だけを示し、他のピークを省略している。
それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１の半値全幅Ｗｋは、それぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１よりも半導体基板の下面２３から離れて配置されたいずれの水素化学濃度ピーク１０３の半値全幅Ｗｈより小さい。例えば図１０Ａに示したそれぞれのヘリウム化学濃度ピーク２２１－１、２２１－２、２２１－３の半値全幅は、水素化学濃度ピーク１０３－２、１０３－３、１０３－４のいずれの半値全幅よりも小さい。それぞれの半値全幅Ｗｋは、より下面２３から離れた水素化学濃度ピーク１０３の半値全幅Ｗｈの半分以下であってよい。ヘリウム化学濃度ピーク２２１の半値全幅Ｗｋを小さくすることで、バッファ領域２０のドーピング濃度分布の形状が、広い範囲にわたって変化することを抑制できる。
図１２Ａは、バッファ領域２０におけるドーピング濃度分布と、水素化学濃度分布の一例を示す図である。ドーピング濃度分布および水素化学濃度分布は、図５Ａから図１１において説明した例と同様であってよい。また、ヘリウム化学濃度分布は、図５Ａから図１１において説明したいずれかの例と同一である。
本例では、半導体基板１０の下面２３から最も離れた２つのドーピング濃度ピーク２５－３およびドーピング濃度ピーク２５－４は、明瞭な濃度ピークとして観察されない。ドーピング濃度ピーク２５－３およびドーピング濃度ピーク２５－４の濃度値のうちの大きいほうに対する、ドーピング濃度ピーク２５－３およびドーピング濃度ピーク２５－４の間の領域におけるドーピング濃度の最小値の比率をｎとする。比率ｎは、５０％以下であってよく、２０％以下であってよく、１０％以下であってもよい。
また、半導体基板１０の下面２３から最も離れた２つの水素化学濃度ピーク１０３－３および水素化学濃度ピーク１０３－４の濃度値のうちの大きいほうに対する、水素化学濃度ピーク１０３－３および水素化学濃度ピーク１０３－４の間の領域における水素化学濃度の最小値の比率をｍとする。比率ｍは、比率ｎより大きくてよい。つまり、深さ位置Ｚｄ３からＺｄ４までの範囲において、水素化学濃度分布の揺らぎの振幅は、ドーピング濃度分布の揺らぎの振幅よりも大きくてよい。
また、深さ位置Ｚｄ１から深さ位置Ｚｄ２までを領域Ｘとし、深さ位置Ｚｄ２から深さ位置Ｚｄ４を領域Ｙとする。領域Ｘにおいて、ドーピング濃度の最小値に対する水素化学濃度の最小値の比をαとする。同様に、領域Ｙにおいて、ドーピング濃度の最小値に対する水素化学濃度の最小値の比をβとする。比αは、比βより大きくてよい。また、深さ方向において、領域Ｙは領域Ｘよりも長くてよい。領域Ｙは領域Ｘの１．５倍以上の長さであってよく、２倍以上の長さであってもよい。
図１２Ｂは、半導体装置１００の製造方法における一部の工程を示す図である。本例では、上面側構造形成段階Ｓ１２００において、半導体基板１０の上面２１側の構造を形成する。上面２１側の構造は、エミッタ領域１２、ベース領域１４、蓄積領域１６等の、半導体基板１０の上面２１側の各ドープ領域の少なくとも一つを含んでよい。上面２１側の構造は、各トレンチ部を含んでよい。上面２１側の構造は、エミッタ電極５２等の、半導体基板１０の上面２１よりも上方の構造を含んでよい。上面２１側の構造は、エッジ終端構造部９０を含んでよい。
次に基板研削段階Ｓ１２０２において、半導体基板１０の下面２３を研削して、半導体基板１０を薄板化する。Ｓ１２０２では、半導体装置１００が有するべき耐圧に応じた厚さに、半導体基板１０を薄化してよい。
次に下面側領域形成段階Ｓ１２０４において、半導体基板１０の下面ドープ領域を形成する。下面ドープ領域は、後の工程で形成するコレクタ電極２４等の下面２３に形成される電極と接するドープ領域である。下面ドープ領域は、カソード領域８２およびコレクタ領域２２の少なくとも一方を含んでよい。
次に第１イオン注入段階Ｓ１２０６において、バッファ領域２０を形成するためのイオンを半導体基板１０に注入する。Ｓ１２０６においては、半導体基板１０の下面２３から、バッファ領域２０を形成すべき領域にイオン注入してよい。Ｓ１２０６においては、水素イオン（例えばプロトン）、または、リンイオン等のドナーイオンを注入してよい。
次に第１アニール段階Ｓ１２０８において、半導体基板１０を熱アニールする。Ｓ１２０８では、半導体基板１０を電気炉に投入して、半導体基板１０（またはウエハー）の全体をアニールしてよい。Ｓ１２０８におけるアニール温度は、３２０℃以上、４２０℃以下であってよい。Ｓ１２０８では、水素および窒素を含む雰囲気でアニールしてよい。
次に第２イオン注入段階Ｓ１２１０において、下面側ライフタイムキラー２２０を形成するためのイオンを、半導体基板１０に注入する。Ｓ１２１０においては、半導体基板１０の下面２３からイオンを注入してよい。Ｓ１２１０においては、プロトン等の水素イオン、または、ヘリウムイオンを注入してよい。本例では、ヘリウムイオンを注入する。
Ｓ１２１０では、図５Ａから図１０Ｇにおいて説明した下面側ライフタイムキラー２２０を形成する。ヘリウムイオン等の加速エネルギーを順次変更することで、深さ方向の複数の位置に下面側ライフタイムキラー２２０を形成できる。Ｓ１２１０では、深さ方向の複数の位置のうち、下面２３に対して近い位置から順番にヘリウムイオン等を注入してよく、下面２３に対して遠い位置から順番にヘリウムイオン等を注入してもよい。本例では、下面２３に対して遠い位置から順番にヘリウムイオンを注入する。また、Ｓ１２１０では、ドーズ量が大きい下面側ライフタイムキラー２２０から順番にイオン注入してよく、ドーズ量が小さい下面側ライフタイムキラー２２０から順番にイオン注入してもよい。
次に第２アニール段階Ｓ１２１２において、半導体基板１０を熱アニールする。Ｓ１２１２では、半導体基板１０を電気炉に投入して、半導体基板１０（またはウエハー）の全体をアニールしてよい。Ｓ１２１２におけるアニール温度は、Ｓ１２０８におけるアニール温度よりも低くてよい。Ｓ１２１２におけるアニール温度は、３００℃以上、４００℃以下であってよい。Ｓ１２１２では、窒素雰囲気、または、水素および窒素を含む雰囲気でアニールしてよい。
Ｓ１２１２は、Ｓ１２１０において一つの深さ位置にヘリウムイオン等を注入する毎に行ってよく、複数の深さ位置にヘリウムイオン等を注入する毎に行ってもよい。Ｓ１２１０とＳ１２１２の工程のセットを、複数回繰り返してよい（Ｓ１２１３）。
次に下面電極形成段階Ｓ１２１４において、下面２３に接する電極を形成する。Ｓ１２１４では、コレクタ電極２４を形成してよい。このような工程により、半導体装置１００を形成できる。
図１３は、比較例のバッファ領域２０における、キャリア濃度分布およびヘリウム化学濃度分布の一例を示している。本例のバッファ領域２０は、３Ｈｅを注入して形成したヘリウム化学濃度のピークを１つだけ有している。また、図１３においては、ヘリウムを注入しない場合のキャリア濃度分布を実線で示し、ヘリウムを注入した場合のキャリア濃度分布を破線で示している。ヘリウムを注入しない場合のキャリア濃度分布は、図５Ａ等におけるドーピング濃度分布と同様である。
本例では、バッファ領域２０に単一のヘリウム化学濃度のピークが設けられている。このため、ライフタイムキラーの分布を制御しにくくなる。また、ヘリウム化学濃度ピークの半値幅が大きい場合、ヘリウムを注入しない場合に比べて、キャリア濃度分布が広い範囲で変動してしまう。これに対して図１から図１２Ｂの例においては、バッファ領域２０に複数のヘリウム化学濃度ピークを配置するので、ライフタイムキラーの分布を精度よく調整できる。また、ヘリウム化学濃度ピークの半値幅を小さくすることで、キャリア濃度分布の広い範囲での変動を抑制できる。
（第２実施例）
図１４は、ｅ－ｅ断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、バッファ領域２０の形成方法が、図１から図１３において説明した第１実施例とは相違する。バッファ領域２０の形成方法は後述する。他の部分については、第１実施例と同様である。なお、本例の半導体装置１００は、バッファ領域２０に下面側ライフタイムキラー２２０が設けられてよく、設けられていなくてもよい。つまり、バッファ領域２０にヘリウム化学濃度ピーク２２１が設けられてよく、設けられていなくてもよい。
図１５は、図１４のＦ－Ｆ線におけるドーピング濃度分布および水素化学濃度分布の一例を示す図である。ドーピング濃度分布および水素化学濃度分布は、図５Ａの例と同様であってよい。なお図１５では、ドーピング濃度分布における各ドーピング濃度ピークが明瞭に観察できる例を示しているが、図５Ａの例と同様に、いずれかのドーピング濃度ピークは明瞭に観察されなくてもよい。
図１６は、バッファ領域２０の形成方法の一例を示す図である。図１６においては、バッファ領域２０にドーパントを注入する注入工程を示している。まず、半導体基板１０の注入面から第１注入位置にＮ型の第１ドーパントを注入する（Ｓ１６０１）。本例において注入面は下面２３であり、第１注入位置は、図５Ａ等において説明した深さ位置Ｚｄ１（またはＺｈ１）である。また、第１ドーパントは例えば水素イオンまたはリンイオンである。
第１ドーパントを注入した後に、半導体基板１０の注入面（本例では下面２３）から、第１注入位置よりも注入面からの距離が大きい第２注入位置にＮ型の第２ドーパントを注入する（Ｓ１６０２）。本例において第２注入位置は、図５Ａ等において説明した深さ位置Ｚｄ２（またはＺｈ２）である。また、第２ドーパントは例えば水素イオンまたはリンイオンである。第２ドーパントは第１ドーパントと同一元素であってよい。例えば、第１ドーパントおよび第２ドーパントは、ともに水素イオンである。他の例では、第１ドーパントと第２ドーパントの一方がリンイオンであり、他方が水素イオンであってもよい。
第２ドーパントを注入した後に、半導体基板１０の注入面（本例では下面２３）から、第２注入位置よりも注入面からの距離が大きい第３注入位置にＮ型の第３ドーパントを注入する（Ｓ１６０３）。本例において第３注入位置は、図５Ａ等において説明した深さ位置Ｚｄ３（またはＺｈ３）である。また、第３ドーパントは例えば水素イオンまたはリンイオンである。第３ドーパントは、第１ドーパントまたは第２ドーパントと同一元素であってよい。例えば、第１ドーパント、第２ドーパントおよび第３ドーパントは、いずれも水素イオンである。他の例では、第１ドーパント、第２ドーパントおよび第３ドーパントの一部が水素イオンであり、一部がリンイオンであってもよい。
第３ドーパントを注入した後に、半導体基板１０の注入面（本例では下面２３）から、第３注入位置よりも注入面からの距離が大きい第４注入位置にＮ型の第４ドーパントを注入する（Ｓ１６０４）。本例において第４注入位置は、図５Ａ等において説明した深さ位置Ｚｄ４（またはＺｈ４）である。また、第４ドーパントは例えば水素イオンまたはリンイオンである。第４ドーパントは、第１ドーパント、第２ドーパントまたは第３ドーパントと同一元素であってよい。例えば、第１ドーパント、第２ドーパント、第３ドーパントおよび第４ドーパントは、いずれも水素イオンである。他の例では、第１ドーパント、第２ドーパント、第３ドーパントおよび第４ドーパントの一部が水素イオンであり、一部がリンイオンであってもよい。
注入工程においては、半導体基板１０の注入面から、第１ドーパントおよび第２ドーパントを含む３以上のＮ型のドーパントを、それぞれ異なる深さの注入位置に注入してよい。図１６の例では、ドーパントを４つの深さ位置に注入したが、ドーパントを注入する深さ位置は、２つ以上であればよい。
半導体基板１０にドーパントを注入すると、注入面にパーティクル等の異物が付着する場合がある。注入面に異物が付着した状態で、注入面から更にドーパントを注入すると、異物によりドーパントが遮蔽されて、ドーパントを精度よく注入することができない場合がある。特に、ドーパントを注入する深さ位置と注入面との距離が短い場合は、ドーパントの加速エネルギーが小さいので、異物によりドーパントが遮蔽されやすい。
本例によれば、第１ドーパントを注入してから、より深い位置に第２ドーパントを注入する。このため、第２ドーパントを注入する工程（Ｓ１６０２）で注入面に異物が付着しても、第１ドーパントの注入には影響しない。このため、加速エネルギーが比較的に小さい第１ドーパントの注入を精度よく行うことができる。
注入工程において、バッファ領域２０に注入する複数のドーパントのうち、半導体基板１０の下面２３に最も近い注入位置に注入するドーパントを最初に注入することが好ましい。本例では、下面２３に最も近い注入位置に注入する第１ドーパントを最初に注入する。これにより、加速エネルギーが最も小さい第１ドーパントの注入を精度よく行うことができる。他の例では、バッファ領域２０は、第１ドーパントよりも後に注入され、且つ、第１ドーパントよりも下面２３の近くに注入されるドーパントを含んでもよい。
また、注入工程において、バッファ領域２０に注入する複数のドーパントのうち、半導体基板１０の下面２３から最も遠い注入位置に注入するドーパントを最後に注入してよい。本例では、下面２３から最も遠い注入位置に注入する第４ドーパントを最後に注入する。これにより、第４ドーパントよりも加速エネルギーが小さい各ドーパントの注入を精度よく行うことができる。
また図１６に示したように、注入工程においては、半導体基板１０の下面２３からの距離が近い注入位置から順番にドーパントを注入してよい。これにより、加速エネルギーが小さいドーパントから順番に注入できるので、それぞれのドーパントの注入を精度よく行うことができる。
なお、バッファ領域２０に注入する複数のドーパントの注入位置のうち、半導体基板１０の下面２３からの距離が最も遠い深さ位置Ｚｄ４と、半導体基板１０の下面２３との距離は、半導体基板１０の厚みの半分以下であってよい。つまり、深さ位置Ｚｄ４は、半導体基板１０の中央位置Ｚｃ（図４Ａ参照）と、下面２３との間に配置されている。半導体装置１００の製造工程においては、同一の注入面（本例では下面２３）から半導体基板１０の当該注入面側（本例では下面２３側）の領域に注入する同一導電型のドーパントを、当該注入面に近いものから順番に注入してよい。
また上面視において、第１ドーパントを注入する範囲と、第２ドーパントを注入する範囲とは同一であってよい。注入工程においてバッファ領域２０に注入するすべての第１導電型のドーパントの注入範囲が同一であってもよい。
図１７は、比較例に係るコレクタ領域２２の断面形状を示す図である。本例においては、バッファ領域２０に対して、下面２３から遠い位置から順番にドーパントを注入している。この場合、例えば第１ドーパントのように、注入位置が浅く加速エネルギーが小さいドーパントが、注入面のパーティクルにより遮蔽される場合がある。第１ドーパントが局所的に遮蔽されると、ドーピング濃度ピーク２５－１がＸＹ平面において局所的に欠落してしまう。
ドーピング濃度ピーク２５－１が局所的に欠落すると、当該領域のドナー濃度が低くなるので、コレクタ領域２２が当該領域に入り込みやすくなる。この結果、図１７に示すように、コレクタ領域２２の一部において、上方に突出した部分が発生してしまう。このため、半導体装置１００のオフ時にベース領域１４の下端から広がる空乏層が、コレクタ領域２２に到達しやすくなり、耐圧が低下してしまう。
図１８は、半導体装置の耐圧試験の結果を示す図である。図１８の横軸は、オフ状態の半導体装置のエミッタコレクタ間に印加する電圧を示し、縦軸は、半導体装置のエミッタコレクタ間に流れる電流を示す。図１７において説明した比較例の半導体装置では、エミッタコレクタ間電圧Ｖｃｅが１４００Ｖ以下で、大きなエミッタコレクタ間電流Ｉｃｅｓが流れてしまう。これに対して、実施例に係る半導体装置１００では、エミッタコレクタ間電圧Ｖｃｅが１６００Ｖ程度でも、大きなエミッタコレクタ間電流Ｉｃｅｓは流れなかった。つまり、実施例に係る半導体装置１００は、比較例よりも耐圧が向上している。
図１９は、半導体装置の耐圧試験の結果を示す図である。図１９では、耐圧試験により不良と判定された半導体装置の個数を示している。耐圧試験においては、所定の耐圧以下の半導体装置を不良と判定している。図１９においては、図１７に示した比較例と、実施例に係る半導体装置１００に加えて、注入面を洗浄して各ドーパントを注入した参考例の半導体装置の試験結果を示している。参考例においては、比較例と同一の注入順序でバッファ領域２０にドーパントを注入し、且つ、ドーパントを注入する毎に注入面を水で洗浄した。
図１９に示すように、実施例によれば、比較例に対して、バッファ領域２０の各濃度分布の設計を変更せずに、不良数を大幅に低減できた。また、注入面を洗浄した参考例と比べても、実施例は不良数を低減できている。
図２０は、半導体装置１００の他の例を示す図である。図１４から図１６において説明した例では、バッファ領域２０が複数のドーピング濃度ピーク２５を有する例を説明した。本例の半導体装置１００は、蓄積領域１６が複数のドーピング濃度ピーク２５を有している。図２０では、蓄積領域１６に対するドーパントの注入工程を説明する。バッファ領域２０は、図１４から図１６の例と同様の工程で形成された複数のドーピング濃度ピーク２５を有してよく、有していなくてもよい。
蓄積領域１６に対するドーパントの注入工程においては、図１４から図１６において説明したバッファ領域２０に対するドーパントの注入工程と同様の順番で、各ドーパントを注入してよい。なお本例においては、注入面が上面２１であり、各ドーパントの注入位置の基準位置が上面２１である点で、図１４から図１６の例と相違する。他の内容は、図１４から図１６の例と同一であってよい。例えば、図１６における注入工程の説明において、「バッファ領域２０」を「蓄積領域１６」と読み替え、「下面２３」を「上面２１」に読み替えてよい。
図２０の例では、まず、半導体基板１０の注入面から第１注入位置にＮ型の第１ドーパントを注入する（Ｓ２００１）。本例において注入面は上面２１である。また、第１注入位置は、上面２１から距離Ｚｄ１またはＺｈ１離れた位置である。また、第１ドーパントは例えば水素イオンまたはリンイオンである。
第１ドーパントを注入した後に、半導体基板１０の注入面（本例では上面２１）から、第１注入位置よりも注入面からの距離が大きい第２注入位置にＮ型の第２ドーパントを注入する（Ｓ２００２）。本例において第２注入位置は、上面２１から距離Ｚｄ２またはＺｈ２離れた位置である。本例においては、第１ドーパントを注入する第１深さ位置（第１注入位置）と、第２ドーパントを注入する第２深さ位置（第２注入位置）とが、蓄積領域１６内に配置されている。また、第２ドーパントは例えば水素イオンまたはリンイオンである。第２ドーパントは第１ドーパントと同一元素であってよい。例えば、第１ドーパントおよび第２ドーパントは、ともに水素イオンである。他の例では、第１ドーパントと第２ドーパントの一方がリンイオンであり、他方が水素イオンであってもよい。
図２０の例では、蓄積領域１６は、２つのドーピング濃度ピーク２５を有しているが、ドーピング濃度ピーク２５の個数は２つ以上であればよい。本例によれば、第１ドーパントを注入してから、より深い位置に第２ドーパントを注入する。このため、第２ドーパントを注入する工程（Ｓ２００２）で注入面に異物が付着しても、第１ドーパントの注入には影響しない。このため、加速エネルギーが比較的に小さい第１ドーパントの注入を精度よく行うことができる。
図２１は、半導体装置１００の製造工程の他の例を示す図である。本例においては、図１６において説明した注入工程の前に、通過領域形成工程Ｓ２１０２を実行する。また、バッファ領域２０に注入するいずれかのドーパントは水素イオンである。ドーピング濃度が比較的に高い第１ドーパントおよび第２ドーパントの少なくとも一方が水素イオンであってよい。また、他のドーパントが水素イオンであってもよい。
通過領域形成工程Ｓ２１０１においては、下面２３から荷電粒子を注入する。荷電粒子は水素イオン、ヘリウムイオン、電子線等である。荷電粒子の飛程は、半導体基板１０の厚みの半分以上である。荷電粒子の飛程は、半導体基板１０の厚みより大きくてもよい。荷電粒子が通過した半導体基板１０の領域を、通過領域と称する。通過領域は、深さ方向においてドリフト領域１８の半分以上を含んでよく、全体を含んでもよい。
半導体基板１０において過電粒子が通過した通過領域には、過電粒子が通過したことにより、単原子空孔（Ｖ）、複原子空孔（ＶＶ）等の、空孔を主体とする格子欠陥が形成されている。空孔に隣接する原子は、ダングリング・ボンドを有する。格子欠陥には格子間原子や転位等も含まれ、広義ではドナーやアクセプタも含まれ得るが、本明細書では空孔を主体とする格子欠陥を空孔型格子欠陥、空孔型欠陥、あるいは単に格子欠陥と称する場合がある。本明細書では、空孔を主体とする格子欠陥の濃度を、空孔濃度と称する場合がある。また、半導体基板１０への過電粒子注入により、格子欠陥が多く形成されることで、半導体基板１０の結晶性が強く乱れることがある。本明細書では、この結晶性の乱れをディスオーダーと称する場合がある。
通過領域形成工程Ｓ２１０１の後に、注入工程Ｓ２１０３を行う。通過領域形成工程Ｓ２１０１と注入工程Ｓ２１０３の間に、半導体基板１０をアニールするアニール工程Ｓ２１０２を行ってもよい。
注入工程Ｓ２１０３は、図１６において説明したＳ１６０１からＳ１６０４の工程を含む。上述したように、注入工程Ｓ２１０３においては、バッファ領域２０の少なくとも一つの深さ位置に対して、水素イオンを注入する。このため、バッファ領域２０には水素が含まれる。
注入工程Ｓ２１０３の後に、水素拡散工程Ｓ２１０４を行う。水素拡散工程Ｓ２１０４においては、半導体基板１０をアニールすることで、バッファ領域２０の水素を通過領域に拡散させる。水素拡散工程Ｓ２１０４のアニール温度は、アニール工程Ｓ２１０２におけるアニール温度以下であってよい。
半導体基板１０の全体には酸素が含まれる。当該酸素は、半導体のインゴットの製造時において、意図的にまたは意図せずに導入される。半導体基板１０の内部では、水素（Ｈ）、空孔（Ｖ）および酸素（Ｏ）が結合し、ＶＯＨ欠陥が形成される。また、通過領域を形成した後に水素を拡散させることで、通過領域の格子欠陥と水素が結合し、ＶＯＨ欠陥の形成が促進される。ＶＯＨ欠陥は、電子を供給するドナーとして機能する。本明細書では、ＶＯＨ欠陥を単に水素ドナーと称する場合がある。
本例の半導体基板１０には、水素イオンの通過領域に水素ドナーが形成される。通過領域の水素ドナーは、通過領域に形成された空孔型格子欠陥のダングリング・ボンドを水素が終端し、さらに酸素と結合して形成される。そのため、通過領域の水素ドナーのドーピング濃度分布は、空孔濃度分布に従ってよい。通過領域における水素化学濃度は、通過領域に形成される空孔濃度の１０倍以上であってよく、１００倍以上であってよい。通過領域の水素は、水素イオンの通過後に残留する水素であってよく、後述する水素供給源から拡散した水素であってよい。水素ドナーのドーピング濃度は、水素の化学濃度よりも低い。水素の化学濃度に対する水素ドナーのドーピング濃度の割合を活性化率とすると、活性化率は０．１％～３０％の値であってよい。本例では、活性化率は１％～５％である。
半導体基板１０の通過領域に水素ドナーを形成することで、通過領域におけるドナー濃度を、バルク・ドナー濃度よりも高くできる。通常は、半導体基板１０に形成すべき素子の特性、特に定格電圧または耐圧に対応させて、所定のバルク・ドナー濃度を有する半導体基板１０を準備しなければならない。この場合、図４Ａにおいて説明したように、ドリフト領域１８のドーピング濃度は、バルク・ドナー濃度とほぼ等しい。これに対して、図２１に示した半導体装置１００によれば、荷電粒子または水素イオンのドーズ量を制御することで、半導体基板１０のドナー濃度を調整できる。このため、素子の特性等に対応していないバルク・ドナー濃度の半導体基板を用いて、所定のドーピング濃度のドリフト領域１８を有する半導体装置１００を製造できる。半導体基板１０の製造時におけるバルク・ドナー濃度のバラツキは比較的に大きいが、水素イオンのドーズ量は比較的に高精度に制御できる。このため、水素イオンを注入することで生じる格子欠陥の濃度も高精度に制御でき、通過領域のドナー濃度を高精度に制御できる。
なお、図２１の例では、通過領域形成工程Ｓ２１０１の後に注入工程Ｓ２１０３を行った。他の例では、注入工程Ｓ２１０３と、水素拡散工程Ｓ２１０４との間に、通過領域形成工程Ｓ２１０１を行ってもよい。
図２２は、図２１に示した半導体装置１００の、ドーピング濃度分布および水素化学濃度分布の一例を示す図である。図２２においては、図３に示したＦ－Ｆ線と対応する位置の濃度分布を示している。本例では、通過領域形成工程Ｓ２１０１において、半導体基板１０の厚みより大きい飛程で、荷電粒子を半導体基板１０に注入している。つまり、荷電粒子の大部分は、半導体基板１０を貫通する。
上述したように、半導体基板１０の内部において荷電粒子が通過した領域には、格子欠陥が形成される。本例では、半導体基板１０の全体が通過領域である。そして、水素拡散工程Ｓ２１０４においてバッファ領域２０から拡散した水素が、格子欠陥と結合してＶＯＨ欠陥を形成する。このため、通過領域におけるドーピング濃度は、バルク・ドナー濃度Ｄ０よりも高くなる。
また、水素化学濃度は、バッファ領域２０から上面２１に向かって、単調に減少してよく、平坦でよく、単調に増加してもよい。例えば、通過領域形成工程Ｓ２１０１において荷電粒子として水素イオンを注入した場合、水素化学濃度は、バッファ領域２０から上面２１に向かって単調に増加してよい。ドーピング濃度は、バッファ領域２０から上面２１に向かって単調に減少してよく、平坦でよく、単調に増加してもよい。
（第３実施例）
図２３は、ｅ－ｅ断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置１００は、バッファ領域２０が複数のドーピング濃度ピーク２５と、複数の下面側ライフタイムキラー２２０とを有する点で、図１から図２２において説明した各例と相違する。複数のドーピング濃度ピーク２５の構造および形成方法は、図１４から図２２において説明した第２実施例と同一である。また、複数の下面側ライフタイムキラー２２０の構造および形成方法は、図１から図１３において説明した第１実施例と同様である。バッファ領域２０は、図１から図１３において説明した第１実施例と同様に、複数の下面側ライフタイムキラー２２０と対応する複数のヘリウム化学濃度ピーク２２１を有する。バッファ領域２０以外の構造は、図１から図２２において説明したいずれかの例と同一である。
図２４は、図２３に示したバッファ領域２０の形成方法の一例を示す図である。本例では、まず注入工程Ｓ２４０１において、バッファ領域２０の複数の深さ位置に水素イオン等のドーパントを注入する。注入工程Ｓ２４０１は、図１６において説明したＳ１６０１からＳ１６０４の工程を含む。
次に、第１アニール工程Ｓ２４０２において、半導体基板１０をアニールする。これにより、バッファ領域２０に複数のドーピング濃度ピーク２５を形成できる。
次に、ヘリウム注入工程Ｓ２４０３において、下面２３からバッファ領域２０の異なる深さ位置にヘリウムイオンを注入する。ヘリウム注入工程Ｓ２４０３においては、下面２３からの距離が近い深さ位置から順番にヘリウムイオンを注入してよい。他の例では、異なる順番でヘリウムイオンを注入してもよい。ヘリウム注入工程Ｓ２４０３においては、下面２３からの距離が遠い深さ位置から順番にヘリウムイオンを注入してもよい。ヘリウム化学濃度ピーク２２１が局所的に欠落した場合でも、図１７に示したような、コレクタ領域２２の突出部は形成されない。また、ヘリウム注入工程Ｓ２４０３よりも前に注入工程Ｓ２４０１を行うことで、ヘリウム注入工程Ｓ２４０３で注入面に付着した異物に、注入工程Ｓ２４０１のドーパントが遮蔽されるのを防ぐことができる。
ヘリウム注入工程Ｓ２４０３の後に、半導体基板１０をアニールする第２アニール工程Ｓ２４０４を行ってよい。これにより、ヘリウム注入工程Ｓ２４０３で発生した過剰な格子欠陥等を水素で終端できる。第２アニール工程Ｓ２４０４のアニール温度は、第１アニール工程Ｓ２４０２のアニール温度より低くてもよい。
本例では、注入工程Ｓ２４０１よりも後にヘリウム注入工程Ｓ２４０３を行っている。他の例では、ヘリウム注入工程Ｓ２４０３よりも後に、注入工程Ｓ２４０１を行ってもよい。各注入工程の後には、アニール工程を行うことが好ましい。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
１０・・・半導体基板、１１・・・ウェル領域、１２・・・エミッタ領域、１４・・・ベース領域、１５・・・コンタクト領域、１６・・・蓄積領域、１８・・・ドリフト領域、２０・・・バッファ領域、２１・・・上面、２２・・・コレクタ領域、２３・・・下面、２４・・・コレクタ電極、２５・・・ドーピング濃度ピーク、２９・・・直線部分、３０・・・ダミートレンチ部、３１・・・先端部、３２・・・ダミー絶縁膜、３４・・・ダミー導電部、３５・・・谷部、３８・・・層間絶縁膜、３９・・・直線部分、４０・・・ゲートトレンチ部、４１・・・先端部、４２・・・ゲート絶縁膜、４４・・・ゲート導電部、５２・・・エミッタ電極、５４・・・コンタクトホール、６０、６１・・・メサ部、７０・・・トランジスタ部、８０・・・ダイオード部、８１・・・延長領域、８２・・・カソード領域、９０・・・エッジ終端構造部、１００・・・半導体装置、１０３・・・水素化学濃度ピーク、１０５・・・ピーク間領域、１３０・・・外周ゲート配線、１３１・・・活性側ゲート配線、１６０・・・活性部、１６２・・・端辺、１６４・・・ゲートパッド、２１０・・・上面側ライフタイムキラー、２１１・・・ヘリウム化学濃度ピーク、２２０・・・下面側ライフタイムキラー、２２１・・・ヘリウム化学濃度ピーク

Claims (19)

  1. 第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
    前記ドリフト領域と前記半導体基板の下面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のバッファ領域と
    を備え、
    前記バッファ領域は、前記半導体基板の深さ方向における異なる位置に配置された、３つ以上のヘリウム化学濃度ピークを有する半導体装置。
  2. 前記深さ方向において隣り合う２つの前記ヘリウム化学濃度ピークのピーク間隔が、前記バッファ領域において均一である
    請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記３つ以上のヘリウム化学濃度ピークは、前記深さ方向においてそれぞれのピーク間隔を有して配置され、
    第１の前記ピーク間隔が、前記第１のピーク間隔よりも前記半導体基板の下面から離れた位置における第２の前記ピーク間隔よりも大きい
    請求項１に記載の半導体装置。
  4. 前記３つ以上のヘリウム化学濃度ピークは、前記深さ方向においてそれぞれのピーク間隔を有して配置され、
    第１の前記ピーク間隔が、前記第１のピーク間隔よりも前記半導体基板の下面から離れた位置における第２の前記ピーク間隔よりも小さい
    請求項１に記載の半導体装置。
  5. 第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
    前記ドリフト領域と前記半導体基板の下面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のバッファ領域と
    を備え、
    前記バッファ領域は、
    前記半導体基板の深さ方向における異なる位置に配置された、２つ以上のヘリウム化学濃度ピークと、
    １つ以上の水素化学濃度ピークと
    を有し、
    それぞれの前記ヘリウム化学濃度ピークは、いずれの前記水素化学濃度ピークとも異なる深さ位置に配置されており、
    それぞれの前記ヘリウム化学濃度ピークの半値全幅は、それぞれの前記ヘリウム化学濃度ピークよりも前記半導体基板の前記下面から離れて配置されたいずれの前記水素化学濃度ピークの半値全幅より小さい
    半導体装置。
  6. 第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
    前記ドリフト領域と前記半導体基板の下面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のバッファ領域と
    を備え、
    前記バッファ領域は、
    前記半導体基板の深さ方向における異なる位置に配置された、２つ以上のヘリウム化学濃度ピークと、
    前記半導体基板の深さ方向における異なる位置に配置された、２つ以上のドーピング濃度ピークと
    を有し、
    前記２つ以上のドーピング濃度ピークは、
    前記半導体基板の下面から最も離れて配置された最深ドーピング濃度ピークと、
    前記半導体基板の下面に最も近い最浅ドーピング濃度ピークと
    を含み、
    前記２つ以上のヘリウム化学濃度ピークは、前記最深ドーピング濃度ピークと、前記最浅ドーピング濃度ピークとの間に配置されている
    半導体装置。
  7. 第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
    前記ドリフト領域と前記半導体基板の下面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のバッファ領域と
    を備え、
    前記バッファ領域は、
    前記半導体基板の深さ方向における異なる位置に配置された、２つ以上のヘリウム化学濃度ピークと、
    前記半導体基板の深さ方向における異なる位置に配置された、２つ以上のドーピング濃度ピークと
    を有し、
    前記深さ方向において隣り合う２つの前記ドーピング濃度ピークの間に、前記２つ以上のヘリウム化学濃度ピークが配置されている
    半導体装置。
  8. 第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
    前記ドリフト領域と前記半導体基板の下面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のバッファ領域と
    を備え、
    前記バッファ領域は、前記半導体基板の深さ方向における異なる位置に配置された、２つ以上のヘリウム化学濃度ピークを有し、
    前記バッファ領域は、前記ドリフト領域の上端から前記半導体基板の前記下面に向かって前記ドリフト領域および前記バッファ領域のネット・ドーピング濃度を積分した積分濃度が臨界積分濃度に達する臨界積分濃度位置を含み、
    前記バッファ領域は、前記臨界積分濃度位置よりも前記半導体基板の前記下面側に配置された第１のヘリウム化学濃度ピークと、前記臨界積分濃度位置よりも前記半導体基板の上面側に配置された第２のヘリウム化学濃度ピークとを有し、
    前記バッファ領域は、第１のドーピング濃度ピーク、前記第１のドーピング濃度ピークよりも前記半導体基板の前記下面から離れて配置された第２のドーピング濃度ピーク、および、前記第２のドーピング濃度ピークよりも前記半導体基板の前記下面から離れて配置された第３のドーピング濃度ピークを有し、
    前記第１のヘリウム化学濃度ピークは、前記第１のドーピング濃度ピークと前記第２のドーピング濃度ピークの間に配置され、
    前記第２のヘリウム化学濃度ピークは、前記第２のドーピング濃度ピークと前記第３のドーピング濃度ピークの間に配置されている
    半導体装置。
  9. 前記臨界積分濃度位置は、前記第２のドーピング濃度ピークの半値全幅の範囲に配置されている
    請求項８に記載の半導体装置。
  10. 前記第１のヘリウム化学濃度ピークは、前記第２のヘリウム化学濃度ピークよりもヘリウム化学濃度が高い
    請求項８に記載の半導体装置。
  11. 第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
    前記ドリフト領域と前記半導体基板の下面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のバッファ領域と
    を備え、
    前記バッファ領域は、前記半導体基板の深さ方向における異なる位置に配置された、２つ以上のヘリウム化学濃度ピークを有し、
    それぞれの前記ヘリウム化学濃度ピークの半値全幅が１μｍ以下である
    半導体装置。
  12. 第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
    前記ドリフト領域と前記半導体基板の下面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のバッファ領域と
    を備え、
    前記バッファ領域は、前記半導体基板の深さ方向における異なる位置に配置された、２つ以上のヘリウム化学濃度ピークを有し、
    前記２つ以上のヘリウム化学濃度ピークのヘリウム化学濃度が同一である
    半導体装置。
  13. 第１導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
    前記ドリフト領域と前記半導体基板の下面との間に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のバッファ領域と
    を備え、
    前記バッファ領域は、
    前記半導体基板の深さ方向における異なる位置に配置された、２つ以上のヘリウム化学濃度ピークと、
    前記半導体基板の下面に最も近い最浅ドーピング濃度ピークと
    を有し、
    前記２つ以上のヘリウム化学濃度ピークは、前記最浅ドーピング濃度ピークよりも、前記半導体基板の下面から離れて配置されている
    半導体装置。
  14. 前記バッファ領域は、第１のヘリウム化学濃度ピークと、前記第１のヘリウム化学濃度ピークよりも前記半導体基板の下面から離れて配置された第２のヘリウム化学濃度ピークとを有し、
    前記第２のヘリウム化学濃度ピークの分布幅は、前記第１のヘリウム化学濃度ピークの分布幅よりも大きい
    請求項１から７、１１または１３のいずれか一項に記載の半導体装置。
  15. 前記第１のヘリウム化学濃度ピークは、前記第２のヘリウム化学濃度ピークよりもヘリウム化学濃度が高い
    請求項１４に記載の半導体装置。
  16. 前記第１のヘリウム化学濃度ピークは、前記第２のヘリウム化学濃度ピークよりもヘリウム化学濃度が低い
    請求項１４に記載の半導体装置。
  17. 前記半導体基板の上面側に配置された上面側ライフタイムキラーを更に備える
    請求項１から１６のいずれか一項に記載の半導体装置。
  18. 前記バッファ領域に含まれる複数の前記ヘリウム化学濃度ピークのピーク濃度は、前記半導体基板の下面から上面に向かって徐々に減少する
    請求項１から１１または１３から１５のいずれか一項に記載の半導体装置。
  19. 前記バッファ領域に含まれる複数の前記ヘリウム化学濃度ピークのピーク濃度は、前記半導体基板の下面から上面に向かって徐々に増加する
    請求項１から９、１１、１３、１４または１６のいずれか一項に記載の半導体装置。
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