特開 2024-71302 半導体装置の製造方法および半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024071302

(43)【公開日】2024-05-24

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法および半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/336 20060101AFI20240517BHJP

   H01L 29/739 20060101ALI20240517BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20240517BHJP

   H01L 29/861 20060101ALI20240517BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20240517BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 658H

H01L29/78 655G

H01L29/78 653A

H01L29/78 652J

H01L29/78 655B

H01L29/78 657D

H01L29/78 655F

H01L29/78 655D

H01L29/78 652H

H01L29/91 J

H01L29/91 C

H01L29/91 F

H01L29/78 652T

【審査請求】未請求

【請求項の数】25

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022182176

(22)【出願日】2022-11-14

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】瀧下 博

(72)【発明者】

【氏名】大島 佑介

(72)【発明者】

【氏名】吉村 尚

(72)【発明者】

【氏名】谷口 竣太郎

(57)【要約】      （修正有）

【課題】半導体装置の製造方法および半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体基板にバッファ領域を備える半導体装置の製造方法であって、半導体基板に含まれる酸素化学濃度または炭素化学濃度の少なくとも１つに関する基板濃度指標Ｉｃを取得する段階と、基板濃度指標Ｉｃを予め定められた複数の指標範囲のいずれかに分類する段階と、前記半導体基板に注入する水素イオンの加速エネルギーについて、前記分類された指標範囲に対応して予め設定された加速エネルギーに決定する段階と、前記決定した加速エネルギーで、前記半導体基板に水素イオンを注入することにより、前記半導体装置のバッファ領域を形成する段階と、を備える。
【選択図】図４Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板にバッファ領域を備える半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板に含まれる酸素化学濃度または炭素化学濃度の少なくとも１つに関する基板濃度指標を取得する段階と、
前記基板濃度指標を予め定められた複数の指標範囲のいずれかに分類する段階と、
前記半導体基板に注入する水素イオンの加速エネルギーについて、前記分類された指標範囲に対応して予め設定された加速エネルギーに決定する段階と、
前記決定した加速エネルギーで、前記半導体基板に水素イオンを注入することにより、前記半導体装置のバッファ領域を形成する段階と、
を備える
半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記複数の指標範囲の個数は３個以上である
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記分類された指標範囲が、前記指標範囲の一つである第１範囲の場合には、前記加速エネルギーを、前記第１範囲に対応して設定された第１加速エネルギーとし、
前記分類された指標範囲が、前記第１範囲よりも高濃度を示す指標範囲である第２範囲の場合には、前記加速エネルギーを、前記第１加速エネルギーよりも低く設定された第２加速エネルギーとし、
前記分類された指標範囲が、前記第１範囲よりも低濃度を示す指標範囲である第３範囲の場合には、前記加速エネルギーを、前記第１加速エネルギーよりも高く設定された第３加速エネルギーとする
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記基板濃度指標は、前記半導体基板の酸素化学濃度をＣｏ［ｃｍ^－３］として、前記半導体基板の炭素化学濃度をＣｃ［ｃｍ^－３］とした場合に、
（Ｃｏ×［｛Ｃｃ／（１Ｅ１５）｝×ｅｘｐ（Ｃｏ／（１Ｅ１７））］）［ｃｍ^－３］
で定義される
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記第１範囲は、２Ｅ１７［ｃｍ^－３］以上、５Ｅ１９［ｃｍ^－３］未満である
請求項３に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記第２範囲は、５Ｅ１９［ｃｍ^－３］以上、１Ｅ２２［ｃｍ^－３］以下である
請求項３に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記第３範囲は、１Ｅ１５［ｃｍ^－３］以上、２Ｅ１７［ｃｍ^－３］未満である
請求項３に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記基板濃度指標は、前記半導体基板の酸素化学濃度Ｃｏ［ｃｍ^－３］である
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

前記第１範囲は、２．０Ｅ１７［ｃｍ^－３］以上、３．０Ｅ１７［ｃｍ^－３］未満である
請求項３に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項10】

前記第２範囲は、３．０Ｅ１７［ｃｍ^－３］以上、５．０Ｅ１７［ｃｍ^－３］以下である
請求項３に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項11】

前記第３範囲は、１．０Ｅ１７［ｃｍ^－３］以上、２．０Ｅ１７［ｃｍ^－３］未満である
請求項３に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項12】

前記半導体基板に水素イオンを注入する段階は、前記半導体基板の裏面から水素イオンを注入する段階を有する
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項13】

半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域の下方に設けられ、ドーピング濃度の複数のピークを有する第１導電型のバッファ領域と、
を備え、
前記バッファ領域は、
前記半導体基板の裏面から１０μｍ以上の深さ位置にピークを有するピーク群のうち、前記裏面に最も近い基準ピークと、
前記ピーク群のうち、前記半導体基板のおもて面に最も近い第１最深ピークと
を有し、
Ｘｓを、前記基準ピークのおもて面側の端部の深さ位置として、
Ｘｄ１を、前記第１最深ピークのおもて面側の端部の深さ位置として、
Ｘｂを、Ｘｓ＋（Ｘｄ１－Ｘｓ）×０．３として、
ｎ１を、深さ位置ＸｓからＸｂまでのドーピング濃度の積分濃度として、
ｎ２を、深さ位置ＸｂからＸｄ１までのドーピング濃度の積分濃度として、
前記半導体基板の酸素化学濃度をＣｏ［ｃｍ^－３］として、
前記半導体基板の炭素化学濃度をＣｃ［ｃｍ^－３］として、
縦軸を積分濃度比（ｎ２／（ｎ１＋ｎ２））として、横軸を基板濃度指標（Ｃｏ×［｛Ｃｃ／（１Ｅ１５）｝×ｅｘｐ（Ｃｏ／（１Ｅ１７））］）［ｃｍ^－３］とした片対数グラフにおいて、
前記半導体基板は、前記基板濃度指標が１Ｅ１５［ｃｍ^－３］以上、１Ｅ２２［ｃｍ^－３］以下の範囲となる酸素化学濃度および炭素化学濃度を有し、
前記積分濃度比は、
上限線Ａ１：ｙ＝２．２５９Ｅ－０２×ｌｎ（ｘ）－４．９００Ｅ－０１として、
下限線Ｂ１：ｙ＝２．２５９Ｅ－０２×ｌｎ（ｘ）－７．３００Ｅ－０１として、
前記上限線Ａ１と前記下限線Ｂ１との間の範囲にある
半導体装置。

【請求項14】

前記片対数グラフにおいて、
前記積分濃度比は、
上限線Ａ２：ｙ＝２．２５９Ｅ－０２×ｌｎ（ｘ）－５．４００Ｅ－０１として、
下限線Ｂ２：ｙ＝２．２５９Ｅ－０２×ｌｎ（ｘ）－６．８００Ｅ－０１として、
前記上限線Ａ２と前記下限線Ｂ２との間の範囲にある
請求項１３に記載の半導体装置。

【請求項15】

前記半導体基板は、前記基板濃度指標が１Ｅ１５［ｃｍ^－３］以上、２Ｅ１７［ｃｍ^－３］未満の範囲となる酸素化学濃度および炭素化学濃度を有する
請求項１３に記載の半導体装置。

【請求項16】

前記半導体基板は、前記基板濃度指標が２Ｅ１７［ｃｍ^－３］以上、５Ｅ１９［ｃｍ^－３］未満の範囲となる酸素化学濃度および炭素化学濃度を有する
請求項１３に記載の半導体装置。

【請求項17】

前記半導体基板は、前記基板濃度指標が５Ｅ１９［ｃｍ^－３］以上、１Ｅ２２［ｃｍ^－３］以下の範囲となる酸素化学濃度および炭素化学濃度を有する
請求項１３に記載の半導体装置。

【請求項18】

前記半導体基板の酸素化学濃度は、１Ｅ１７［ｃｍ^－３］以上、１Ｅ１８［ｃｍ^－３］以下である
請求項１３に記載の半導体装置。

【請求項19】

前記半導体基板の炭素化学濃度は、０．０５Ｅ１６［ｃｍ^－３］以上、２．６Ｅ１６［ｃｍ^－３］以下である
請求項１３に記載の半導体装置。

【請求項20】

Ｘｄ２を、前記ピーク群のうち、前記第１最深ピークの次に、前記半導体基板の前記おもて面に近い第２最深ピークのおもて面側の端部の深さ位置として、
１＜Ｘｄ１／Ｘｄ２≦２０を満たす
請求項１３から１９のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項21】

おもて面および裏面を備える半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域の下方に設けられ、ドーピング濃度の複数のピークを有する第１導電型のバッファ領域と、
を備え、
前記バッファ領域は、
前記半導体基板の深さ方向において、前記裏面側に最も近い最浅ピークと、
前記最浅ピークよりも前記おもて面側に設けられ、前記裏面から１０μｍ以上の深さ位置に３以上のピークを有するピーク群のうち、前記裏面に最も近い基準ピークと、
前記ピーク群のうち、前記おもて面に最も近い第１最深ピークと、
前記ピーク群のうち、前記第１最深ピークの次に、前記半導体基板の前記おもて面に近い第２最深ピークと
を有し、
Ｘｓを、前記基準ピークのおもて面側の端部の深さ位置として、
Ｘｄ１を、前記第１最深ピークのおもて面側の端部の深さ位置として、
Ｘｄ２を、前記第２最深ピークのおもて面側の端部の深さ位置として、
前記Ｘｄ１を前記Ｘｄ２で除した値が１より大きく２０以下であり、
前記第１最深ピークのピーク濃度を前記第２最深ピークのピーク濃度で除した値が０．２以上３以下である
半導体装置。

【請求項22】

前記バッファ領域のドーピング濃度を積分した積分濃度が、１．６５×１０^１２／ｃｍ^２以上、２．８×１０^１２／ｃｍ^２以下である
請求項２１に記載の半導体装置。

【請求項23】

前記半導体基板の酸素化学濃度をＣｏ［ｃｍ^－３］として、前記半導体基板の炭素化学濃度をＣｃ［ｃｍ^－３］とした場合に、
（Ｃｏ×［｛Ｃｃ／（１Ｅ１５）｝×ｅｘｐ（Ｃｏ／（１Ｅ１７））］）［ｃｍ^－３］
で定義される基板濃度指標が１Ｅ１５［ｃｍ^－３］以上、１Ｅ２２［ｃｍ^－３］以下である
請求項２１または２２に記載の半導体装置。

【請求項24】

前記半導体基板は、ＭＣＺ基板である
請求項１３から１９のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項25】

前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、
前記ベース領域の上方に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のエミッタ領域と、
前記ベース領域の上方に設けられ、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のコンタクト領域と、
前記半導体基板の前記おもて面に設けられた複数のゲートトレンチ部と
を備える
請求項１３から１９のいずれか一項に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、バッファ領域を有する半導体装置が知られている（例えば、特許文献１～３）。
［先行技術文献］
［特許文献］
特許文献１ 米国特許出願公開第２０１７／００６２５６８号明細書
特許文献２ 米国特許出願公開第２０１８／０１２２８９５号明細書
特許文献３ 米国特許出願公開第２０１６／０１４１３９９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

半導体基板の酸素濃度または炭素濃度の少なくとも１つに応じて半導体装置の特性が変動する場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第１の態様においては、半導体基板にバッファ領域を備える半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板に含まれる酸素化学濃度または炭素化学濃度の少なくとも１つに関する基板濃度指標を取得する段階と、前記基板濃度指標を予め定められた複数の指標範囲のいずれかに分類する段階と、前記半導体基板に注入する水素イオンの加速エネルギーについて、前記分類された指標範囲に対応して予め設定された加速エネルギーに決定する段階と、前記決定した加速エネルギーで、前記半導体基板に水素イオンを注入することにより、前記半導体装置のバッファ領域を形成する段階と、を備える半導体装置の製造方法を提供してよい。

【0005】

上記半導体装置の製造方法において、前記複数の指標範囲の個数は３個以上であってよい。

【0006】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記分類された指標範囲が、前記指標範囲の一つである第１範囲の場合には、前記加速エネルギーを、前記第１範囲に対応して設定された第１加速エネルギーとし、前記分類された指標範囲が、前記第１範囲よりも高濃度を示す指標範囲である第２範囲の場合には、前記加速エネルギーを、前記第１加速エネルギーよりも低く設定された第２加速エネルギーとし、前記分類された指標範囲が、前記第１範囲よりも低濃度を示す指標範囲である第３範囲の場合には、前記加速エネルギーを、前記第１加速エネルギーよりも高く設定された第３加速エネルギーとしてよい。

【0007】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記基板濃度指標は、前記半導体基板の酸素化学濃度をＣｏ［ｃｍ^－３］として、前記半導体基板の炭素化学濃度をＣｃ［ｃｍ^－３］とした場合に、（Ｃｏ×［｛Ｃｃ／（１Ｅ１５）｝×ｅｘｐ（Ｃｏ／（１Ｅ１７））］）［ｃｍ^－３］で定義されてよい。

【0008】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記第１範囲は、２Ｅ１７［ｃｍ^－３］以上、５Ｅ１９［ｃｍ^－３］未満であってよい。

【0009】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記第２範囲は、５Ｅ１９［ｃｍ^－３］以上、１Ｅ２２［ｃｍ^－３］以下であってよい。

【0010】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記第３範囲は、１Ｅ１５［ｃｍ^－３］以上、２Ｅ１７［ｃｍ^－３］未満であってよい。

【0011】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記基板濃度指標は、前記半導体基板の酸素化学濃度Ｃｏ［ｃｍ^－３］であってよい。

【0012】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記第１範囲は、２．０Ｅ１７［ｃｍ^－３］以上、３．０Ｅ１７［ｃｍ^－３］未満であってよい。

【0013】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記第２範囲は、３．０Ｅ１７［ｃｍ^－３］以上、５．０Ｅ１７［ｃｍ^－３］以下であってよい。

【0014】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記第３範囲は、１．０Ｅ１７［ｃｍ^－３］以上、２．０Ｅ１７［ｃｍ^－３］未満であってよい。

【0015】

上記いずれかの半導体装置の製造方法において、前記半導体基板に水素イオンを注入する段階は、前記半導体基板の裏面から水素イオンを注入する段階を有してよい。

【0016】

本発明の第２の態様においては、半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、前記ドリフト領域の下方に設けられ、ドーピング濃度の複数のピークを有する第１導電型のバッファ領域と、を備える半導体装置を提供してよい。前記バッファ領域は、前記半導体基板の裏面から１０μｍ以上の深さ位置にピークを有するピーク群のうち、前記裏面に最も近い基準ピークと、前記ピーク群のうち、前記半導体基板のおもて面に最も近い第１最深ピークとを有してよい。Ｘｓを、前記基準ピークのおもて面側の端部の深さ位置としてよい。Ｘｄ１を、前記第１最深ピークのおもて面側の端部の深さ位置としてよい。Ｘｂを、Ｘｓ＋（Ｘｄ１－Ｘｓ）×０．３としてよい。ｎ１を、深さ位置ＸｓからＸｂまでのドーピング濃度の積分濃度としてよい。ｎ２を、深さ位置ＸｂからＸｄ１までのドーピング濃度の積分濃度としてよい。前記半導体基板の酸素化学濃度をＣｏ［ｃｍ^－３］としてよい。前記半導体基板の炭素化学濃度をＣｃ［ｃｍ^－３］としてよい。縦軸を積分濃度比（ｎ２／（ｎ１＋ｎ２））として、横軸を基板濃度指標（Ｃｏ×［｛Ｃｃ／（１Ｅ１５）｝×ｅｘｐ（Ｃｏ／（１Ｅ１７））］）［ｃｍ^－３］とした片対数グラフにおいて、前記半導体基板は、前記基板濃度指標が１Ｅ１５［ｃｍ^－３］以上、１Ｅ２２［ｃｍ^－３］以下の範囲となる酸素化学濃度および炭素化学濃度を有してよい。前記積分濃度比は、上限線Ａ１：ｙ＝２．２５９Ｅ－０２×ｌｎ（ｘ）－４．９００Ｅ－０１として、下限線Ｂ１：ｙ＝２．２５９Ｅ－０２×ｌｎ（ｘ）－７．３００Ｅ－０１として、前記上限線Ａ１と前記下限線Ｂ１との間の範囲にあってよい。

【0017】

上記いずれかの半導体装置においては、前記片対数グラフにおいて、前記積分濃度比は、上限線Ａ２：ｙ＝２．２５９Ｅ－０２×ｌｎ（ｘ）－５．４００Ｅ－０１として、下限線Ｂ２：ｙ＝２．２５９Ｅ－０２×ｌｎ（ｘ）－６．８００Ｅ－０１として、前記上限線Ａ２と前記下限線Ｂ２との間の範囲にあってよい。

【0018】

上記いずれかの半導体装置において、前記半導体基板は、前記基板濃度指標が１Ｅ１５［ｃｍ^－３］以上、２Ｅ１７［ｃｍ^－３］未満の範囲となる酸素化学濃度および炭素化学濃度を有してよい。

【0019】

上記いずれかの半導体装置において、前記半導体基板は、前記基板濃度指標が２Ｅ１７［ｃｍ^－３］以上、５Ｅ１９［ｃｍ^－３］未満の範囲となる酸素化学濃度および炭素化学濃度を有してよい。

【0020】

上記いずれかの半導体装置において、前記半導体基板は、前記基板濃度指標が５Ｅ１９［ｃｍ^－３］以上、１Ｅ２２［ｃｍ^－３］以下の範囲となる酸素化学濃度および炭素化学濃度を有してよい。

【0021】

上記いずれかの半導体装置において、前記半導体基板の酸素化学濃度は、１Ｅ１７［ｃｍ^－３］以上、１Ｅ１８［ｃｍ^－３］以下であってよい。

【0022】

上記いずれかの半導体装置において、前記半導体基板の炭素化学濃度は、０．０５Ｅ１６［ｃｍ^－３］以上、２．６Ｅ１６［ｃｍ^－３］以下であってよい。

【0023】

上記いずれかの半導体装置において、Ｘｄ２を、前記ピーク群のうち、前記第１最深ピークの次に、前記半導体基板の前記おもて面に近い第２最深ピークのおもて面側の端部の深さ位置として、１＜Ｘｄ１／Ｘｄ２≦２０を満たしてよい。

【0024】

本発明の第３の態様においては、おもて面および裏面を備える半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、前記ドリフト領域の下方に設けられ、ドーピング濃度の複数のピークを有する第１導電型のバッファ領域と、を備える半導体装置を提供してよい。前記バッファ領域は、前記半導体基板の深さ方向において、前記裏面側に最も近い最浅ピークと、前記最浅ピークよりも前記おもて面側に設けられ、前記裏面から１０μｍ以上の深さ位置に３以上のピークを有するピーク群のうち、前記裏面に最も近い基準ピークと、前記ピーク群のうち、前記おもて面に最も近い第１最深ピークと、前記ピーク群のうち、前記第１最深ピークの次に、前記半導体基板の前記おもて面に近い第２最深ピークとを有してよい。Ｘｓを、前記基準ピークのおもて面側の端部の深さ位置としてよい。Ｘｄ１を、前記第１最深ピークのおもて面側の端部の深さ位置としてよい。Ｘｄ２を、前記第２最深ピークのおもて面側の端部の深さ位置としてよい。前記Ｘｄ１を前記Ｘｄ２で除した値が１より大きく２０以下であってよい。前記第１最深ピークのピーク濃度を前記第２最深ピークのピーク濃度で除した値が０．２以上３以下であってよい。

【0025】

上記いずれかの半導体装置において、前記バッファ領域のドーピング濃度を積分した積分濃度が、１．６５×１０^１２／ｃｍ^２以上、２．８×１０^１２／ｃｍ^２以下であってよい。

【0026】

上記いずれかの半導体装置において、前記半導体基板の酸素化学濃度をＣｏ［ｃｍ^－３］として、前記半導体基板の炭素化学濃度をＣｃ［ｃｍ^－３］とした場合に、（Ｃｏ×［｛Ｃｃ／（１Ｅ１５）｝×ｅｘｐ（Ｃｏ／（１Ｅ１７））］）［ｃｍ^－３］で定義される基板濃度指標が１Ｅ１５［ｃｍ^－３］以上、１Ｅ２２［ｃｍ^－３］以下であってよい。

【0027】

上記いずれかの半導体装置において、前記半導体基板は、ＭＣＺ基板であってよい。

【0028】

上記いずれかの半導体装置は、前記ドリフト領域の上方に設けられた第２導電型のベース領域と、前記ベース領域の上方に設けられ、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第１導電型のエミッタ領域と、前記ベース領域の上方に設けられ、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のコンタクト領域と、前記半導体基板の前記おもて面に設けられた複数のゲートトレンチ部とを備えてよい。

【0029】

なお、上記の発明の概要は、本発明の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。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1A】半導体装置１００の上面図の一例を示す。

【図1B】図１Ａにおけるａ－ａ'断面の一例を示す。

【図2A】半導体装置１００の変形例を示す上面図の一例である。

【図2B】図２Ａにおける領域Ａの拡大図である。

【図2C】半導体装置１００の変形例のｂ－ｂ'断面を示す。

【図3】バッファ領域２０のドーピング濃度分布の一例を示す。

【図4A】半導体装置１００の製造方法を示すフローチャートである。

【図4B】半導体装置１００の製造方法の変形例を示すフローチャートである。

【図4C】半導体装置１００の製造方法の変形例を示すフローチャートである。

【図5A】バッファ領域２０における水素イオン等の分布を示す。

【図5B】バッファ領域２０における水素イオン等の分布を示す。

【図5C】バッファ領域２０における水素イオン等の分布を示す。

【図6】ピークの深さとバッファ領域２０の積分濃度との関係を示す。

【図7】基板濃度指標Ｉｃと積分濃度比Ｎｒの関係を示す。

【図8】基板濃度指標Ｉｃと積分濃度比Ｎｒの関係を示す。

【図9】基板濃度指標Ｉｃと積分濃度比Ｎｒとの関係を示す。

【図10A】バッファ領域２０のドーピング濃度分布の変形例を示す。

【図10B】バッファ領域２０のドーピング濃度分布の変形例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

本明細書においては、ドーピング濃度とは、熱平衡状態におけるドナーの濃度またはアクセプタの濃度を意味する。本明細書においては、ネット・ドーピング濃度とは、ドナー濃度を正イオンの濃度とし、アクセプタ濃度を負イオンの濃度として、電荷の極性を含めて足し合わせた正味の濃度を意味する。一例として、ドナー濃度をＮ_Ｄ、アクセプタ濃度をＮ_Ａとすると、任意の位置における正味のネット・ドーピング濃度はＮ_Ｄ－Ｎ_Ａとなる。本明細書では、ネット・ドーピング濃度を単にドーピング濃度と記載する場合がある。

【0038】

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、格子間シリコン（Ｓｉ－ｉ）と水素が結合したＳｉ－ｉ－Ｈ欠陥、格子間炭素（Ｃｉ）と格子間酸素（Ｏｉ）および水素が結合したＣｉＯｉ－Ｈ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、これらの欠陥を水素ドナーと称する場合がある。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。本明細書では、ＳＩ単位系を採用する。本明細書において、距離や長さの単位がｃｍ（センチメートル）で表されることがある。この場合、諸計算はｍ（メートル）に換算して計算してよい。１０のべき乗の数値表示について、例えば１Ｅ＋１６の表示は、１×１０^１６を示し、１Ｅ－１６の表示は、１×１０^－１６を示す。

【0044】

図１Ａは、半導体装置１００の上面図の一例を示す。本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０を備える半導体チップである。

【0045】

トランジスタ部７０は、半導体基板１０の裏面側に設けられたコレクタ領域２２を半導体基板１０の上面に投影した領域である。コレクタ領域２２については後述する。トランジスタ部７０は、ＩＧＢＴ等のトランジスタを含む。本例では、トランジスタ部７０はＩＧＢＴである。なお、トランジスタ部７０は、ＭＯＳＦＥＴ等の他のトランジスタであってもよい。

【0046】

本図においては、半導体装置１００のエッジ側であるチップ端部周辺の領域を示しており、他の領域を省略している。例えば、本例の半導体装置１００のＹ軸方向の負側の領域には、エッジ終端構造部が設けられてよい。エッジ終端構造部は、半導体基板１０の上面側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部は、例えばガードリング、フィールドプレート、リサーフおよびこれらを組み合わせた構造を有する。なお、本例では、便宜上、Ｙ軸方向の負側のエッジについて説明するものの、半導体装置１００の他のエッジについても同様である。

【0047】

半導体基板１０は、半導体材料で形成された基板である。半導体基板１０は、シリコン基板であってよく、炭化シリコン基板であってよく、窒化ガリウム等の窒化物半導体基板等であってもよい。本例の半導体基板１０は、シリコン基板である。半導体基板１０は、半導体のインゴットから切り出したウエハであってよく、ウエハを個片化したチップであってもよい。半導体のインゴットは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）、磁場印加型チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）、フロートゾーン法（ＦＺ法）のいずれかで製造されてよい。なお、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。半導体基板１０は、後述の通り、おもて面２１および裏面２３を有する。

【0048】

本例の半導体装置１００は、半導体基板１０のおもて面２１において、ゲートトレンチ部４０と、ダミートレンチ部３０と、エミッタ領域１２と、ベース領域１４と、コンタクト領域１５と、ウェル領域１７とを備える。また、本例の半導体装置１００は、半導体基板１０のおもて面２１の上方に設けられたエミッタ電極５２およびゲート金属層５０を備える。

【0049】

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、エミッタ領域１２、ベース領域１４、コンタクト領域１５およびウェル領域１７の上方に設けられている。また、ゲート金属層５０は、ゲートトレンチ部４０およびウェル領域１７の上方に設けられている。

【0050】

エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、金属を含む材料で形成される。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（Ａｌ）等の金属、または、アルミニウム‐シリコン合金（ＡｌＳｉ）、アルミニウム‐シリコン‐銅合金（ＡｌＳｉＣｕ）等の金属合金で形成されてよい。ゲート金属層５０の少なくとも一部の領域は、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、または、アルミニウム‐シリコン合金（ＡｌＳｉ）、アルミニウム‐シリコン‐銅合金（ＡｌＳｉＣｕ）等の金属合金で形成されてよい。エミッタ電極５２およびゲート金属層５０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。エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、互いに分離して設けられる。

【0051】

エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は、層間絶縁膜３８を挟んで、半導体基板１０の上方に設けられる。層間絶縁膜３８は、図１Ａでは省略されている。層間絶縁膜３８には、コンタクトホール５４、コンタクトホール５５およびコンタクトホール５６が貫通して設けられている。

【0052】

コンタクトホール５５は、ゲート金属層５０とトランジスタ部７０内のゲート導電部とを接続する。コンタクトホール５５の内部には、タングステン等で形成されたプラグ金属層が形成されてもよい。

【0053】

コンタクトホール５６は、エミッタ電極５２とダミートレンチ部３０内のダミー導電部とを接続する。コンタクトホール５６の内部には、タングステン等で形成されたプラグ金属層が形成されてもよい。

【0054】

接続部２５は、エミッタ電極５２またはゲート金属層５０等のおもて面側電極と接続される。一例において、接続部２５は、ゲート金属層５０とゲート導電部との間に設けられる。接続部２５は、エミッタ電極５２とダミー導電部との間にも設けられている。接続部２５は、不純物がドープされたポリシリコン等の、導電性を有する材料である。本例の接続部２５は、Ｎ型の不純物がドープされたポリシリコン（Ｎ＋）である。接続部２５は、酸化膜等の絶縁膜等を介して、半導体基板１０のおもて面２１の上方に設けられる。

【0055】

ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のおもて面２１側において、予め定められた延伸方向に延伸した複数のトレンチ部の一例である。ゲートトレンチ部４０は、予め定められた配列方向（本例ではＸ軸方向）に沿って予め定められた間隔で配列される。本例のゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のおもて面２１に平行であって配列方向と垂直な延伸方向（本例ではＹ軸方向）に沿って延伸する２つの延伸部分４１と、２つの延伸部分４１を接続する接続部分４３を有してよい。

【0056】

接続部分４３は、少なくとも一部が曲線状に形成されることが好ましい。ゲートトレンチ部４０の２つの延伸部分４１の端部を接続することで、延伸部分４１の端部における電界集中を緩和できる。ゲートトレンチ部４０の接続部分４３において、ゲート金属層５０がゲート導電部と接続されてよい。

【0057】

ダミートレンチ部３０は、半導体基板１０のおもて面２１側において、予め定められた延伸方向に延伸した複数のトレンチ部の一例である。ダミートレンチ部３０は、エミッタ電極５２と電気的に接続されたトレンチ部である。ダミートレンチ部３０は、ゲートトレンチ部４０と同様に、予め定められた配列方向（本例ではＸ軸方向）に沿って予め定められた間隔で配列される。本例のダミートレンチ部３０は、半導体基板１０のおもて面２１においてＩ字形状を有するが、ゲートトレンチ部４０と同様に、半導体基板１０のおもて面２１においてＵ字形状を有してよい。即ち、ダミートレンチ部３０は、延伸方向に沿って延伸する２つの延伸部分と、２つの延伸部分を接続する接続部分を有してよい。

【0058】

本例のトランジスタ部７０は、２つのゲートトレンチ部４０と２つのダミートレンチ部３０を繰り返し配列させた構造を有する。即ち、本例のトランジスタ部７０は、１：１の比率でゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０を有している。例えば、トランジスタ部７０は、２本の延伸部分４１の間に１本のダミートレンチ部３０を有する。

【0059】

但し、ゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０の比率は本例に限定されない。ゲートトレンチ部４０の比率がダミートレンチ部３０の比率よりも大きくてよく、ダミートレンチ部３０の比率がゲートトレンチ部４０の比率よりも大きくてよい。ゲートトレンチ部４０とダミートレンチ部３０の比率は、２：３であってもよく、２：４であってもよい。また、トランジスタ部７０は、全てのトレンチ部をゲートトレンチ部４０として、ダミートレンチ部３０を有さなくてもよい。

【0060】

ウェル領域１７は、後述するドリフト領域１８よりも半導体基板１０のおもて面２１側に設けられた第２導電型の領域である。ウェル領域１７は、半導体装置１００のエッジ側に設けられるウェル領域の一例である。ウェル領域１７は、一例としてＰ＋型である。ウェル領域１７は、ゲート金属層５０が設けられる側の活性領域の端部から、予め定められた範囲で形成される。ウェル領域１７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、ゲート金属層５０側の一部の領域は、ウェル領域１７に形成される。ゲートトレンチ部４０およびダミートレンチ部３０の延伸方向の端の底は、ウェル領域１７に覆われてよい。

【0061】

コンタクトホール５４は、トランジスタ部７０において、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５の各領域の上方に形成される。コンタクトホール５４は、Ｙ軸方向両端に設けられたウェル領域１７の上方には設けられていない。このように、層間絶縁膜には、１又は複数のコンタクトホール５４が形成されている。１又は複数のコンタクトホール５４は、延伸方向に延伸して設けられてよい。

【0062】

メサ部７１は、半導体基板１０のおもて面２１と平行な面内において、トレンチ部に隣接して設けられたメサ部である。メサ部とは、隣り合う２つのトレンチ部に挟まれた半導体基板１０の部分であって、半導体基板１０のおもて面２１から、各トレンチ部の最も深い底部の深さまでの部分であってよい。各トレンチ部の延伸部分を１つのトレンチ部としてよい。即ち、２つの延伸部分に挟まれる領域をメサ部としてよい。

【0063】

メサ部７１は、トランジスタ部７０において、ダミートレンチ部３０またはゲートトレンチ部４０の少なくとも１つに隣接して設けられる。メサ部７１は、半導体基板１０のおもて面２１において、ウェル領域１７と、エミッタ領域１２と、ベース領域１４と、コンタクト領域１５とを有する。メサ部７１では、エミッタ領域１２およびコンタクト領域１５が延伸方向において交互に設けられている。

【0064】

ベース領域１４は、半導体基板１０のおもて面２１側に設けられた第２導電型の領域である。ベース領域１４は、一例としてＰ－型である。ベース領域１４は、半導体基板１０のおもて面２１において、メサ部７１のＹ軸方向における両端部に設けられてよい。なお、図１Ａは、当該ベース領域１４のＹ軸方向の一方の端部のみを示している。

【0065】

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の高い第１導電型の領域である。本例のエミッタ領域１２は、一例としてＮ＋型である。エミッタ領域１２のドーパントの一例はヒ素（Ａｓ）である。エミッタ領域１２は、メサ部７１のおもて面２１において、ゲートトレンチ部４０と接して設けられる。エミッタ領域１２は、メサ部７１を挟んだ２本のトレンチ部の一方から他方まで、Ｘ軸方向に延伸して設けられてよい。エミッタ領域１２は、コンタクトホール５４の下方にも設けられている。

【0066】

また、エミッタ領域１２は、ダミートレンチ部３０と接してもよいし、接しなくてもよい。本例のエミッタ領域１２は、ダミートレンチ部３０と接している。

【0067】

コンタクト領域１５は、ベース領域１４の上方に設けられ、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。本例のコンタクト領域１５は、一例としてＰ＋型である。本例のコンタクト領域１５は、メサ部７１のおもて面２１に設けられている。コンタクト領域１５は、メサ部７１を挟んだ２本のトレンチ部の一方から他方まで、Ｘ軸方向に設けられてよい。コンタクト領域１５は、ゲートトレンチ部４０またはダミートレンチ部３０と接してもよいし、接しなくてもよい。本例のコンタクト領域１５は、ダミートレンチ部３０およびゲートトレンチ部４０と接する。コンタクト領域１５は、コンタクトホール５４の下方にも設けられている。

【0068】

図１Ｂは、図１Ａにおけるａ－ａ'断面の一例を示す。ａ－ａ'断面は、トランジスタ部７０において、エミッタ領域１２を通過するＸＺ面である。本例の半導体装置１００は、ａ－ａ'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。エミッタ電極５２は、半導体基板１０および層間絶縁膜３８の上方に形成される。

【0069】

ドリフト領域１８は、半導体基板１０に設けられた第１導電型の領域である。本例のドリフト領域１８は、一例としてＮ－型である。ドリフト領域１８は、半導体基板１０において他のドーピング領域が形成されずに残存した領域であってよい。即ち、ドリフト領域１８のドーピング濃度は半導体基板１０のドーピング濃度であってよい。

【0070】

バッファ領域２０は、ドリフト領域１８よりも半導体基板１０の裏面２３側に設けられた第１導電型の領域である。本例のバッファ領域２０は、一例としてＮ型である。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、ベース領域１４の下面側から広がる空乏層が、第２導電型のコレクタ領域２２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。

【0071】

コレクタ領域２２は、トランジスタ部７０において、バッファ領域２０の下方に設けられる。コレクタ領域２２は、第２導電型を有する。本例のコレクタ領域２２は、一例としてＰ＋型である。

【0072】

コレクタ電極２４は、半導体基板１０の裏面２３に形成される。コレクタ電極２４は、金属等の導電材料で形成される。コレクタ電極２４の材料は、エミッタ電極５２の材料と同一であってもよく、異なっていてもよい。

【0073】

ベース領域１４は、ドリフト領域１８の上方に設けられる第２導電型の領域である。ベース領域１４は、ゲートトレンチ部４０に接して設けられる。ベース領域１４は、ダミートレンチ部３０に接して設けられてよい。

【0074】

エミッタ領域１２は、ベース領域１４の上方に設けられる。エミッタ領域１２は、ベース領域１４とおもて面２１との間に設けられる。エミッタ領域１２は、ゲートトレンチ部４０と接して設けられる。エミッタ領域１２は、ダミートレンチ部３０と接してもよいし、接しなくてもよい。

【0075】

蓄積領域１６は、ドリフト領域１８よりも半導体基板１０のおもて面２１側に設けられる第１導電型の領域である。本例の蓄積領域１６は、一例としてＮ＋型である。但し、蓄積領域１６が設けられなくてもよい。

【0076】

蓄積領域１６は、ゲートトレンチ部４０に接して設けられる。蓄積領域１６は、ダミートレンチ部３０に接してもよいし、接しなくてもよい。蓄積領域１６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。蓄積領域１６のイオン注入のドーズ量は、１．０Ｅ＋１２ｃｍ^－２以上、１．０Ｅ＋１３ｃｍ^－２以下であってよい。また、蓄積領域１６のイオン注入ドーズ量は、３．０Ｅ＋１２ｃｍ^－２以上、６．０Ｅ＋１２ｃｍ^－２以下であってもよい。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、トランジスタ部７０のオン電圧を低減できる。

【0077】

１つ以上のゲートトレンチ部４０および１つ以上のダミートレンチ部３０は、おもて面２１に設けられる。各トレンチ部は、おもて面２１からドリフト領域１８まで設けられる。エミッタ領域１２、ベース領域１４、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る領域においては、各トレンチ部はこれらの領域も貫通して、ドリフト領域１８に到達する。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たものに含まれる。

【0078】

ゲートトレンチ部４０は、おもて面２１に形成さ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形成される。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よりも内側に形成される。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。ゲートトレンチ部４０は、おもて面２１において層間絶縁膜３８により覆われる。

【0079】

ゲート導電部４４は、半導体基板１０の深さ方向において、ゲート絶縁膜４２を挟んでメサ部７１側で隣接するベース領域１４と対向する領域を含む。ゲート導電部４４に所定の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。

【0080】

ダミートレンチ部３０は、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、おもて面２１側に形成さ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。ダミー絶縁膜３２は、ダミートレンチの内壁を覆って形成される。ダミー導電部３４は、ダミートレンチの内部に形成され、且つ、ダミー絶縁膜３２よりも内側に形成される。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。ダミートレンチ部３０は、おもて面２１において層間絶縁膜３８により覆われる。

【0081】

層間絶縁膜３８は、半導体基板１０の上方に設けられる。本例の層間絶縁膜３８は、おもて面２１と接して設けられる。層間絶縁膜３８の上方には、エミッタ電極５２が設けられている。層間絶縁膜３８には、エミッタ電極５２と半導体基板１０とを電気的に接続するための１又は複数のコンタクトホール５４が設けられている。コンタクトホール５５およびコンタクトホール５６も同様に、層間絶縁膜３８を貫通して設けられてよい。層間絶縁膜３８は、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ‐ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜であってもよいし、ＢＳＧ（ｂｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）膜であってもよいし、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）膜であってもよいし、ＨＴＯ膜であってもよいし、これらの材料を積層したものであってもよい。層間絶縁膜３８の膜厚は、例えば１．０μｍであるが、これに限定されない。

【0082】

第１ライフタイム制御領域１５１は、トランジスタ部７０に設けられてよい。但し、第１ライフタイム制御領域１５１は、省略されてよい。第１ライフタイム制御領域１５１は、半導体基板１０の内部に不純物を注入すること等により意図的にライフタイムキラーが形成された領域である。一例において、第１ライフタイム制御領域１５１は、半導体基板１０にヘリウムを注入することで形成される。第１ライフタイム制御領域１５１を設けることにより、ターンオフ時間を低減し、テイル電流を抑制することにより、スイッチング時の損失を低減することができる。第１ライフタイム制御領域１５１は、トランジスタ部７０に設けられなくてもよい。

【0083】

ライフタイムキラーは、キャリアの再結合中心である。ライフタイムキラーは、格子欠陥であってよい。例えば、ライフタイムキラーは、空孔、複空孔、これらと半導体基板１０を構成する元素との複合欠陥、または転位であってよい。また、ライフタイムキラーは、ヘリウム、ネオンなどの希ガス元素、または、白金などの金属元素などでもよい。格子欠陥の形成には電子線が用いられてよい。

【0084】

ライフタイムキラー濃度とは、キャリアの再結合中心濃度である。ライフタイムキラー濃度は、格子欠陥の濃度であってよい。例えばライフタイムキラー濃度とは、空孔、複空孔などの空孔濃度であってよく、これらの空孔と半導体基板１０を構成する元素との複合欠陥濃度であってよく、または転位濃度であってよい。また、ライフタイムキラー濃度とは、ヘリウム、ネオンなどの希ガス元素の化学濃度としてもよく、または、白金などの金属元素の化学濃度としてもよい。

【0085】

第１ライフタイム制御領域１５１は、半導体基板１０の深さ方向において、半導体基板１０の中心よりも裏面２３側に設けられる。本例の第１ライフタイム制御領域１５１は、バッファ領域２０に設けられる。本例の第１ライフタイム制御領域１５１は、ＸＹ平面において半導体基板１０の全面に設けられており、マスクを使用せずに形成できる。第１ライフタイム制御領域１５１は、ＸＹ平面において半導体基板１０の一部に設けられてもよい。第１ライフタイム制御領域１５１を形成するための不純物のドーズ量は、０．５Ｅ＋１０ｃｍ^－２以上、１．０Ｅ＋１３ｃｍ^－２以下であっても、５．０Ｅ＋１０ｃｍ^－２以上、５．０Ｅ＋１１ｃｍ^－２以下であってもよい。

【0086】

第１ライフタイム制御領域１５１は、裏面２３側からの注入により形成されてよい。これにより、半導体装置１００のおもて面２１側への影響を回避できる。例えば、第１ライフタイム制御領域１５１は、裏面２３側からヘリウムを照射することにより形成される。ここで、第１ライフタイム制御領域１５１がおもて面２１側からの注入により形成されているか、裏面２３側からの注入により形成されているかは、ＳＲ法またはリーク電流の測定によって、おもて面２１側の状態を取得することで判断できる。

【0087】

図２Ａは、半導体装置１００の変形例を示す上面図の一例である。図２Ａ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２Ａにおいては、半導体装置１００の一部の部材のみを示しており、一部の部材は省略している。

【0088】

半導体基板１０は、上面視において端辺１０５を有する。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１０５を有する。図２Ａにおいては、Ｘ軸およびＹ軸は、いずれかの端辺１０５と平行である。

【0089】

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のおもて面２１と裏面２３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５２が設けられているが図２Ａでは省略している。

【0090】

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。本例の半導体装置１００は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０を備えるＲＣ－ＩＧＢＴである。図２Ａ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のおもて面２１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。

【0091】

本図においては、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。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。

【0092】

ダイオード部８０は、半導体基板１０の裏面２３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の裏面２３には、カソード領域以外の領域にＰ＋型のコレクタ領域２２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８５も、ダイオード部８０に含める場合がある。延長領域８５の裏面２３には、コレクタ領域２２が設けられている。

【0093】

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１１２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１０５の近傍に配置されている。端辺１０５の近傍とは、上面視における端辺１０５と、エミッタ電極５２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。

【0094】

ゲートパッド１１２には、ゲート電位が印加される。ゲートパッド１１２は、活性部１６０のゲートトレンチ部４０のゲート導電部４４に電気的に接続される。半導体装置１００は、ゲートパッド１１２とゲートトレンチ部４０とを接続するゲート配線を備える。本図においては、ゲート配線に斜線のハッチングを付している。

【0095】

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および活性側ゲート配線１３１は、ゲート金属層５０の一例である。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１０５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１１２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。

【0096】

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１１２からの配線長のバラツキを低減できる。

【0097】

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。

【0098】

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、Ｙ軸方向の略中央で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。

【0099】

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、または、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。

【0100】

エッジ終端構造部１４０は、半導体基板１０のおもて面２１に設けられる。エッジ終端構造部１４０は、上面視において、活性部１６０と端辺１０５との間に設けられる。本例のエッジ終端構造部１４０は、外周ゲート配線１３０と端辺１０５との間に配置されている。エッジ終端構造部１４０は、半導体基板１０のおもて面２１側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部１４０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。

【0101】

図２Ｂは、図２Ａにおける領域Ａの拡大図である。領域Ａは、トランジスタ部７０およびダイオード部８０を含む領域である。ダイオード部８０は、半導体基板１０の裏面２３側に設けられたカソード領域８２を半導体基板１０の上面に投影した領域である。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、エミッタ領域１２、ベース領域１４、コンタクト領域１５およびウェル領域１７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。

【0102】

本例のダミートレンチ部３０は、ゲートトレンチ部４０と同様に、半導体基板１０のおもて面２１においてＵ字形状を有してよい。即ち、ダミートレンチ部３０は、延伸方向に沿って延伸する２つの延伸部分３１と、２つの延伸部分３１を接続する接続部分３３を有してよい。

【0103】

本例の半導体装置１００は、半導体基板１０のおもて面２１の上方に設けられたエミッタ電極５２およびゲート金属層５０を備える。エミッタ電極５２およびゲート金属層５０は互いに分離して設けられる。本例のトランジスタ部７０は、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界に位置する境界領域９０を含む。但し、半導体装置１００は、境界領域９０を備えなくてよい。

【0104】

境界領域９０は、トランジスタ部７０に設けられ、ダイオード部８０と隣接する領域である。境界領域９０は、コンタクト領域１５を有する。本例の境界領域９０は、エミッタ領域１２を有さない。一例において、境界領域９０のトレンチ部は、ダミートレンチ部３０である。本例の境界領域９０は、Ｘ軸方向における両端がダミートレンチ部３０となるように配置されている。

【0105】

コンタクトホール５４は、ダイオード部８０において、ベース領域１４の上方に設けられる。コンタクトホール５４は、境界領域９０において、コンタクト領域１５の上方に設けられる。いずれのコンタクトホール５４も、Ｙ軸方向両端に設けられたウェル領域１７の上方には設けられていない。

【0106】

メサ部９１は、境界領域９０に設けられている。メサ部９１は、半導体基板１０のおもて面２１において、コンタクト領域１５を有する。本例のメサ部９１は、Ｙ軸方向の負側において、ベース領域１４およびウェル領域１７を有する。

【0107】

メサ部８１は、ダイオード部８０において、隣り合うダミートレンチ部３０に挟まれた領域に設けられる。メサ部８１は、半導体基板１０のおもて面２１において、コンタクト領域１５を有する。本例のメサ部８１は、Ｙ軸方向の負側において、ベース領域１４およびウェル領域１７を有する。

【0108】

エミッタ領域１２は、メサ部７１に設けられているが、メサ部８１およびメサ部９１には設けられなくてよい。コンタクト領域１５は、メサ部７１およびメサ部９１に設けられているが、メサ部８１には設けられなくてよい。

【0109】

図２Ｃは、半導体装置１００の変形例のｂ－ｂ'断面を示す。本図は、図２Ｂのｂ－ｂ'断面に相当する。本例の半導体装置１００は、第１ライフタイム制御領域１５１および第２ライフタイム制御領域１５２を備える。但し、半導体装置１００は、第１ライフタイム制御領域１５１または第２ライフタイム制御領域１５２の一方を備えなくてよいし、第１ライフタイム制御領域１５１および第２ライフタイム制御領域１５２の両方を備えなくてもよい。

【0110】

コンタクト領域１５は、メサ部９１において、ベース領域１４の上方に設けられる。コンタクト領域１５は、メサ部９１において、ダミートレンチ部３０に接して設けられる。他のＸＺ断面において、コンタクト領域１５は、メサ部７１のおもて面２１に設けられてよい。

【0111】

蓄積領域１６は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０に設けられる。本例の蓄積領域１６は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の全面に設けられる。但し、蓄積領域１６は、ダイオード部８０に設けられなくてもよい。

【0112】

カソード領域８２は、ダイオード部８０において、バッファ領域２０の下方に設けられる。コレクタ領域２２とカソード領域８２との境界は、トランジスタ部７０とダイオード部８０との境界である。即ち、本例の境界領域９０の下方には、コレクタ領域２２が設けられている。

【0113】

第１ライフタイム制御領域１５１は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の両方に設けられる。これにより、本例の半導体装置１００は、ダイオード部８０におけるリカバリーを速めて、スイッチング損失をさらに改善できる。第１ライフタイム制御領域１５１は、他の実施例の第１ライフタイム制御領域１５１と同様の方法により形成されてよい。

【0114】

第２ライフタイム制御領域１５２は、半導体基板１０の深さ方向において、半導体基板１０の中心よりもおもて面２１側に設けられる。本例の第２ライフタイム制御領域１５２は、ドリフト領域１８に設けられる。第２ライフタイム制御領域１５２は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の両方に設けられる。第２ライフタイム制御領域１５２は、おもて面２１側から不純物を注入することにより形成されてもよく、裏面２３側から不純物を注入することにより形成されてもよい。第２ライフタイム制御領域１５２は、ダイオード部８０と境界領域９０に設けられ、トランジスタ部７０の一部には設けられなくてもよい。

【0115】

第２ライフタイム制御領域１５２は、第１ライフタイム制御領域１５１の形成方法のうち、任意の方法で形成されてよい。第１ライフタイム制御領域１５１および第２ライフタイム制御領域１５２を形成するための元素およびドーズ量などは、同一であっても異なっていてもよい。

【0116】

図３は、バッファ領域２０のドーピング濃度分布の一例を示す。本図では、バッファ領域２０の積分濃度を並べて図示している。グラフＧ１は、５つのピークを有するバッファ領域２０のドーピング濃度分布の一例である。

【0117】

バッファ領域２０は、複数のピークを有する。本例のバッファ領域２０は、第１ピーク１２１、第２ピーク１２２、第３ピーク１２３、第４ピーク１２４および第５ピーク１２５の５つのピークを有する。バッファ領域２０のピークの個数は、これに限定されない。複数のピークは、ベース領域１４の下面側から広がる空乏層を止めるためのフィールドストップ層として機能してよい。

【0118】

バッファ領域２０の各ピークは、同一のドーパントにより形成されてもよいし、異なるドーパントにより形成されてもよい。バッファ領域２０の全てのピークのドーパントが水素であってよい。すなわちバッファ領域２０の全てのピークが水素ドナーを有してよい。第１ピーク１２１がリンまたは砒素のイオン注入により形成され、それ以外のピークが水素イオンのイオン注入により形成されてよい。水素イオンはプロトン、デュトロンまたはトリトンの少なくとも１つであってよい。本例の水素イオンはプロトンである。

【0119】

第１ピーク１２１、第２ピーク１２２、第３ピーク１２３、第４ピーク１２４および第５ピーク１２５は、半導体基板１０の深さ方向において、裏面２３からこの順で設けられる。即ち、第１ピーク１２１、第２ピーク１２２、第３ピーク１２３、第４ピーク１２４および第５ピーク１２５の深さ位置Ｘ１～Ｘ５について、Ｘ１＜Ｘ２＜Ｘ３＜Ｘ４＜Ｘ５を満たす。なお、本明細書において、ピークの深さ位置とは、ドーピング濃度が極大値を示す位置の裏面２３からの距離であってよい。

【0120】

バッファ領域２０の深さ方向の厚みは、５μｍ以上、８５μｍ以下であってよい。深さ位置Ｘ１は、０μｍよりも大きく、１０μｍ以下であってよい。深さ位置Ｘ２は、１μｍ以上であってよく、３０μｍ以下であってよい。深さ位置Ｘ３は、５μｍ以上であってよく、５０μｍ以下であってよい。深さ位置Ｘ４は、１０μｍ以上であってよく、７０μｍ以下であってよい。深さ位置Ｘ５は、１５μｍ以上であってよく、８５μｍ以下であってよい。

【0121】

ドーピング濃度Ｄｐ１～ドーピング濃度Ｄｐ５は、それぞれ第１ピーク１２１～第５ピーク１２５のドーピング濃度である。第１ピーク１２１のドーピング濃度Ｄｐ１は、バッファ領域２０の他のピークのドーピング濃度よりも大きくてよい。第２ピーク１２２のドーピング濃度Ｄｐ２は、第１ピーク１２１のドーピング濃度Ｄｐ１よりも小さくてよく、第１ピーク１２１以外の他のピークのドーピング濃度よりも大きくてよい。ドーピング濃度Ｄｐ５は、バッファ領域２０において最も小さいドーピング濃度であってよい。

【0122】

ピーク群１２０は、半導体基板１０の裏面２３から１０μｍ以上の深さ位置に設けられた複数のピークを有する。ピーク群１２０は、３以上のピークを有してよい。本例のピーク群１２０は、第２ピーク１２２、第３ピーク１２３、第４ピーク１２４および第５ピーク１２５の４つのピークを有するが、これに限定されない。

【0123】

基準ピークＰｓは、ピーク群１２０のうち、裏面２３に最も近いピークである。本例の基準ピークＰｓは、第２ピーク１２２である。基準ピークＰｓは、後述する積分濃度比Ｎｒを算出するために用いられる。

【0124】

深さ位置Ｘｓは、基準ピークＰｓのおもて面側の端部の深さ位置である。基準ピークＰｓのおもて面側の端部とは、基準ピークＰｓと、基準ピークＰｓのおもて面側に隣接するピークとの間において、ドーピング濃度が最も小さい位置であってよい。

【0125】

第１最深ピークＰｄ１は、ピーク群１２０のうち、半導体基板１０のおもて面２１に最も近いピークである。即ち、第１最深ピークＰｄ１は、ドリフト領域１８と接して設けられてよい。本例の第１最深ピークＰｄ１は、第５ピーク１２５である。

【0126】

深さ位置Ｘｄ１は、第１最深ピークＰｄ１のおもて面側の端部の深さ位置である。第１最深ピークＰｄ１のおもて面側の端部とは、ドーピング濃度がドリフト領域１８のドーピング濃度となる位置であってよい。

【0127】

深さ位置Ｘｂは、半導体基板１０の深さ方向において、基準ピークＰｓと第１最深ピークＰｄ１との距離のうち、基準ピークＰｓから３０％の位置である。即ち、Ｘｂは、次式で定義される。
Ｘｓ＋（Ｘｄ１－Ｘｓ）×０．３

【0128】

バッファ領域２０の積分濃度は、バッファ領域２０の上端から半導体基板１０の裏面２３に向けて、半導体基板１０の深さ方向に沿ってドーピング濃度を積分した値である。積分濃度ｎ１は、深さ位置ＸｓからＸｂまでのドーピング濃度の積分濃度を示す。積分濃度ｎ２は、深さ位置ＸｂからＸｄ１までのドーピング濃度の積分濃度を示す。バッファ領域２０の上端におけるドーピング濃度は、ドリフト領域のドーピング濃度Ｄｄｒであってよい。

【0129】

深さ位置Ｘｄ２は、ピーク群１２０のうち、第１最深ピークＰｄ１の次に、半導体基板１０のおもて面２１に近い第２最深ピークＰｄ２のおもて面側の端部の深さ位置である。深さ位置Ｘｄ２は、第２最深ピークＰｄ２と第１最深ピークＰｄ１との間において、最もドーピング濃度が低くなる深さ位置であってもよい。
深さ位置Ｘｄ１およびＸｄ２は、次式を満たしてよい。
１＜Ｘｄ１／Ｘｄ２≦２０
また、Ｘｄ１およびＸｄ２は、次式を満たしてよい。
１．２≦Ｘｄ１／Ｘｄ２≦５

【0130】

深さ位置Ｘｄ２に対する深さ位置Ｘｄ１の比、言い換えると第１最深ピークの深さ位置Ｘｄ１を第２最深ピークの深さ位置Ｘｄ２で除した値Ｘｄ１／Ｘｄ２は、２０より小さくてよく、１０より小さくてよく、５より小さくてよく、３より小さくてよい。比Ｘｄ１／Ｘｄ２は、１より大きくてよく、１．２より大きくてよく、１．５より大きくてよく、２より大きくてよい。

【0131】

Ｘｄ１／Ｘｄ２は、２０以下であってよく、１０以下であってよく、５以下であってよく、３以下であってよい。Ｘｄ１／Ｘｄ２は、１より大きく、１．２以上であってよく、１．５以上であってよく、２以上であってよい。

【0132】

第１最深ピークのピーク濃度（本例ではＤｐ５）を第２最深ピークのピーク濃度（本例ではＤｐ４）で除した値（本例ではＤｐ５／Ｄｐ４）は、０．２以上であってよく、０．５以上であってよく、０．８以上であってよい。第１最深ピークのピーク濃度（本例ではＤｐ５）を第２最深ピークのピーク濃度（本例ではＤｐ４）で除した値（本例ではＤｐ５／Ｄｐ４）は、３以下であってよく、２以下であってよく、１．５以下であってよい。

【0133】

図４Ａは、半導体装置１００の製造方法を示すフローチャートである。本例では、水素イオンを半導体基板１０に注入してバッファ領域２０を形成する工程の一例を示す。

【0134】

ステップＳ１００において、基板濃度指標Ｉｃを取得する。基板濃度指標Ｉｃは、半導体基板１０に含まれる酸素の原子密度（以下、酸素化学濃度と称する場合がある）または炭素の原子密度（以下、炭素化学濃度と称する場合がある）の少なくとも１つに関する。基板濃度指標Ｉｃは、製造方法または製造条件が異なる半導体基板１０毎に取得してよい。半導体基板１０の製造方法が異なるとは、ＣＺ法、ＭＣＺ法またはＦＺ法などの方法が異なることを指してよい。半導体基板１０の製造条件が異なるとは、同一の製造方法であっても、半導体基板１０に含まれる不純物濃度が異なることを指してよい。基板濃度指標Ｉｃは、製造方法および製造条件が同一である半導体基板１０であっても、個体毎に取得してよい。

【0135】

基板濃度指標Ｉｃは、半導体基板１０の酸素化学濃度をＣｏ［ｃｍ^－３］として、半導体基板１０の炭素化学濃度をＣｃ［ｃｍ^－３］とした場合に、次式で定義されてよい。
（Ｃｏ×［｛Ｃｃ／（１Ｅ１５）｝×ｅｘｐ（Ｃｏ／（１Ｅ１７））］）［ｃｍ^－３］
上式で定義される基板濃度指標Ｉｃの単位は［ｃｍ^－３］である。半導体基板１０の酸素化学濃度Ｃｏは、ドリフト領域１８の酸素化学濃度であってよい。半導体基板１０の炭素化学濃度Ｃｃは、ドリフト領域１８の炭素化学濃度であってよい。

【0136】

なお、基板濃度指標Ｉｃは、酸素化学濃度または炭素化学濃度の少なくとも１つに関するものであれば、他の数式で定義されてもよい。基板濃度指標Ｉｃは、半導体基板１０の酸素化学濃度Ｃｏ［ｃｍ^－３］そのものであってよい。基板濃度指標Ｉｃは、半導体基板１０の炭素化学濃度Ｃｃ［ｃｍ^－３］そのものであってもよい。

【0137】

ステップＳ１０１において、取得した基板濃度指標Ｉｃを、指標範囲に分類する。指標範囲とは、予め設定した基板濃度指標Ｉｃの値の範囲である。指標範囲は複数個あってよい。

【0138】

ステップＳ１０２において、バッファ領域２０を形成するための水素イオンの加速エネルギーを決定する。それぞれの指標範囲において、対応する加速エネルギーが予め定められている。指標範囲毎に、異なる加速エネルギーが定められていてよい。取得した基板濃度指標Ｉｃが分類された指標範囲に対応づけられている加速エネルギーを、水素イオンの加速エネルギーとして決定する。指標範囲に対応する水素イオンの加速エネルギーは、指標範囲毎に任意の値を決定してもよいし、指標範囲の代表値と水素イオンの加速エネルギーとの関係式に基づいて決定してもよい。指標範囲の代表値は、指標範囲の中心値となる基板濃度指標Ｉｃであってよく、指標範囲の上限値となる基板濃度指標Ｉｃであってよく、指標範囲の下限値となる基板濃度指標Ｉｃであってよい。水素イオンの加速エネルギーは、指標範囲の代表値となる基板濃度指標Ｉｃと水素イオンの加速エネルギーとの関係を示すテーブルデータに基づいて決定してもよい。

【0139】

ステップＳ１０４において、決定した加速エネルギーで半導体基板１０に水素イオンを注入する。半導体基板１０に水素イオンを注入する段階は、半導体基板１０の裏面２３から水素イオンを注入する段階を有してよい。バッファ領域２０が複数のピークを有する場合、２以上のピークに対してステップＳ１００～ステップＳ１０４を実行してよい。

【0140】

ステップＳ１０６において、半導体基板１０をアニールして、バッファ領域２０を形成する。このように、本例の製造方法においては、基板濃度指標Ｉｃに応じた加速エネルギーで、半導体基板１０に水素イオンを注入することにより、半導体装置１００のバッファ領域２０を形成する。これにより、半導体基板１０の酸素化学濃度Ｃｏまたは炭素化学濃度Ｃｃに応じて、ドーピング濃度が調整されたバッファ領域２０を形成することができる。

【0141】

図４Ｂは、半導体装置１００の製造方法の変形例を示すフローチャートである。本例のフローチャートでは、取得した基板濃度指標Ｉｃを分類する一以上または複数の指標範囲を設定し、それぞれの指標範囲に応じた加速エネルギーを設定しておく点、および基板濃度指標Ｉｃを複数の指標範囲のいずれかに分類し、分類された指標範囲に応じた加速エネルギーを決定し、決定した加速エネルギーで半導体基板１０に水素イオンを注入する点で、図４Ａの実施例と相違する。本例では、図４Ａの実施例と相違する点について特に説明する。

【0142】

本例では、基板濃度指標Ｉｃを第１範囲～第３範囲の３つの指標範囲に分類し、それぞれの指標範囲に応じて加速エネルギーを設定している。基板濃度指標Ｉｃの指標範囲の個数およびそれぞれの指標範囲は、本例に限らない。基板濃度指標Ｉｃの設定範囲の個数は一以上であってよく、複数であってよく、３つ以上であってよく、５つ以上であってよく、１０個以上であってよい。基板濃度指標Ｉｃの指標範囲の個数は１００個以下であってよく、５０個以下であってよく、２０個以下であってもよい。

【0143】

ステップＳ１００において、半導体基板１０の基板濃度指標Ｉｃを取得する。

【0144】

ステップＳ１０１において、取得した基板濃度指標Ｉｃを、指標範囲に分類する。すなわち、取得した基板濃度指標Ｉｃが第１範囲～第３範囲のいずれの指標範囲に分類されるかを決定する。本例では、第１範囲～第３範囲の３つの指標範囲を設定しているが、これに限定されない。基板濃度指標Ｉｃが第１範囲に分類されるかどうか検討する。基板濃度指標Ｉｃが第１範囲に分類されればステップＳ１０２に進む。基板濃度指標Ｉｃが第１範囲に分類されない場合は、第２範囲に分類されるかどうか検討する。基板濃度指標Ｉｃが第２範囲に分類されればステップ１０２に進む。基板濃度指標Ｉｃが第２範囲に分類されない場合は、第３範囲に分類され、ステップ１０２に進む。

【0145】

ステップＳ１０２において、ステップＳ１００で取得した基板濃度指標ＩｃがステップＳ１０１で分類された指標範囲に対応して設定された加速エネルギーを、水素イオンの加速エネルギーとして決定する。分類された指標範囲が第１範囲である場合には、水素イオンの加速エネルギーを第１範囲に対応して設定された第１加速エネルギーに決定する。第１範囲および第１加速エネルギーは、所望のバッファ領域２０を形成するために基準となる値であってよい。

【0146】

ステップＳ１００で取得した基板濃度指標Ｉｃがステップ１０２で第１範囲よりも高濃度を示す第２範囲に分類される場合には、水素イオンの加速エネルギーを第１加速エネルギーよりも低く設定した第２加速エネルギーに決定する。基板濃度指標Ｉｃが第１範囲よりも高濃度の第２範囲に分類されるとは、第２範囲における酸素化学濃度Ｃｏまたは炭素化学濃度Ｃｃの少なくとも１つが第１範囲の場合よりも高濃度であることを指してよい。

【0147】

ステップＳ１００で取得した基板濃度指標Ｉｃがステップ１０２で第１範囲よりも低濃度を示す第３範囲に分類される場合には、水素イオンの加速エネルギーを第１加速エネルギーよりも高く設定した第３加速エネルギーに決定する。基板濃度指標Ｉｃが第１範囲よりも低濃度の第３範囲に分類されるとは、第３範囲における酸素化学濃度Ｃｏまたは炭素化学濃度Ｃｃの少なくとも１つが第１範囲の場合よりも低濃度であることを指してよい。

【0148】

例えば、基板濃度指標Ｉｃが（Ｃｏ×［｛Ｃｃ／（１Ｅ１５）｝×ｅｘｐ（Ｃｏ／（１Ｅ１７））］）［ｃｍ^－３］で示される場合、第１範囲は、２Ｅ１７以上、５Ｅ１９未満であってよい。第２範囲は、５Ｅ１９以上、１Ｅ２２以下であってよい。第３範囲は、１Ｅ１５以上、２Ｅ１７未満であってよい。

【0149】

例えば、基板濃度指標Ｉｃが半導体基板１０の酸素化学濃度Ｃｏ［ｃｍ^－３］である場合、第１範囲は、２．０Ｅ１７ｃｍ^－３以上、３．０Ｅ１７ｃｍ^－３未満であってよい。第２範囲は、３．０Ｅ１７ｃｍ^－３以上、５．０Ｅ１７ｃｍ^－３以下であってよい。第３範囲は、１．０Ｅ１７ｃｍ^－３以上、２．０Ｅ１７ｃｍ^－３未満であってよい。

【0150】

なお、本例のフローチャートは、複数のピークのそれぞれについて実行されて、それぞれのピークを形成するための加速エネルギーが決定されてよい。また、複数のピークのうち、いずれかのピークのみを本例の方法を用いて決定してもよい。例えば、第１最深ピークＰｄ１を形成するための加速エネルギーを本例の方法で決定して、他のピークの加速エネルギーを基板濃度指標Ｉｃによらず固定としてもよい。

【0151】

ステップＳ１０４において、ステップＳ１０２で決定した加速エネルギーで半導体基板１０に水素イオンを注入する。

【0152】

図４Ｃは、半導体装置１００の製造方法の変形例を示すフローチャートである。本例のフローチャートでは、指標範囲が３個よりも多い点で、図４Ｂの実施例と相違する。本例では、図４Ｂの実施例と相違する点について特に説明する。

【0153】

ステップＳ１０１において、取得した基板濃度指標Ｉｃが第１範囲以降のいずれの指標範囲に分類されるかを決定する。基板濃度指標Ｉｃが第１範囲に分類されるかどうか検討する。基板濃度指標Ｉｃが第１範囲に分類されればステップＳ１０２に進む。基板濃度指標Ｉｃが第１範囲に分類されない場合は、第２範囲に分類されるかどうか検討する。基板濃度指標Ｉｃが第２範囲に分類されればステップ１０２に進む。基板濃度指標Ｉｃが第２範囲に分類されない場合は、さらに第４範囲（図示しない）に分類されるかどうか検討し、分類されればステップ１０２へ進み、第４範囲にも分類されない場合はさらに第５範囲（図示しない）に分類されるかどうかを検討し、といった作業を、最後の指標範囲までの範囲で、分類できるまで繰り返す。

【0154】

ステップＳ１０２において、ステップＳ１００で取得した基板濃度指標ＩｃがステップＳ１０１で分類された指標範囲に対応して設定された加速エネルギーを、水素イオンの加速エネルギーとして決定する。第１範囲から最終指標範囲までの代表値は、第１範囲から最終指標範囲まで増加してよく、減少してもよい。

【0155】

本例の製造方法は、半導体基板１０ごとの酸素化学濃度Ｃｏおよび炭素化学濃度Ｃｃに対する、バッファ領域２０のばらつきを抑えることができる。即ち、異なる半導体基板１０を用いて半導体装置１００を製造する場合であっても、バッファ領域２０の特性を一定にして、信頼性の高い半導体装置１００を提供することができる。半導体装置１００は、バッファ領域２０のばらつきを抑えることができるので、耐圧を任意の範囲に設定しやすくなる。

【0156】

なお、半導体装置１００の製造時の加速エネルギーは、バッファ領域２０における水素等の分布をＳＩＭＳ等で分析することにより検知することができる。また、半導体基板１０の基板濃度指標Ｉｃは、ドリフト領域１８における酸素および炭素をＳＩＭＳ等で分析することにより検知することができる。

【0157】

図５Ａは、バッファ領域２０における水素化学濃度等の分布を示す。本例では、基板濃度指標Ｉｃが第１範囲の半導体基板１０を用いた場合について説明する。

【0158】

分布Ｄは、第１最深ピークＰｄ１および第２最深ピークＰｄ２をイオン注入した後に半導体基板１０をアニールした場合の水素ドナー濃度分布である。本例では、第１最深ピークＰｄ１および第２最深ピークＰｄ２を用いて原理を説明するが、バッファ領域２０の他のピークについても同様の原理が適用されてよい。

【0159】

分布Ｄ１ｈは、第１最深ピークＰｄ１を形成するために注入された水素化学濃度の分布である。第１最深ピークＰｄ１を形成するために注入された水素は、アニールによって拡散する。半導体基板１０の深さ方向を横軸に取ったグラフにおいては、第１最深ピークＰｄ１の水素がおもて面２１および裏面２３のそれぞれに向けて拡散する。

【0160】

分布Ｄ１ｖは、第１最深ピークＰｄ１を形成するために水素イオンを注入したことに応じて生じた格子欠陥および格子間元素の濃度分布である。Ｖは、水素イオンの注入によって半導体基板１０に生じる空孔密度を指す。Ｃｉ、ＯｉおよびＳｉｉの添え字のｉは、半導体基板１０の格子間の元素であることを示す。Ｃｉは格子間炭素、Ｏｉは格子間酸素、Ｓｉｉは格子間シリコンである。

【0161】

分布Ｄ２ｈは、第２最深ピークＰｄ２を形成するために注入された水素化学濃度の分布である。第２最深ピークＰｄ２についても同様に、第２最深ピークＰｄ２の水素がおもて面２１および裏面２３のそれぞれに向けて拡散する。第２最深ピークＰｄ２水素化学濃度が第１最深ピークＰｄ１の水素化学濃度よりも高い場合、第２最深ピークＰｄ２から拡散する水素化学濃度が、第１最深ピークＰｄ１から拡散する水素の化学濃度よりも大きくなってよい。

【0162】

分布Ｄ２ｖは、第２最深ピークＰｄ２を形成するために水素イオンを注入したことに応じて生じた格子欠陥および格子間元素の分布である。第２最深ピークＰｄ２の水素化学濃度が第１最深ピークＰｄ１の水素化学濃度よりも高い場合、分布Ｄ２ｖのピーク濃度が分布Ｄ１ｖのピーク濃度よりも大きくてよい。但し、分布Ｄ２ｖは分布Ｄ１ｖよりも、水素イオンの注入面側に浅く形成される。

【0163】

分布Ｄｓは、半導体基板１０にドーピング領域が形成される前の酸素化学濃度Ｃｏおよび炭素化学濃度Ｃｃの分布を示す。分布Ｄｓは、半導体基板１０において比較的に一様な濃度分布であってよい。濃度分布が比較的に一様であるとは、一例として、半導体基板１０のおもて面２１から裏面２３の間の５０％から７５％の領域にわたって、当該領域の平均濃度に対する濃度変化が５０％以上２００％以下の場合であってよい。分布Ｄｓの酸素化学濃度Ｃｏおよび炭素化学濃度Ｃｃは、ドリフト領域１８の酸素化学濃度および炭素化学濃度と同一であってよい。半導体基板１０の酸素化学濃度Ｃｏは、１Ｅ１７ｃｍ^―３以上、１Ｅ１８ｃｍ^―３以下であってよい。半導体基板１０の炭素化学濃度Ｃｃは、０．０５Ｅ１６ｃｍ^―３以上、２．６Ｅ１６ｃｍ^―３以下であってよい。

【0164】

ここで、水素イオンが半導体基板１０を通過することで、半導体の原子（本例ではシリコン）に衝突して結晶格子にダメージを与え、水素イオンの飛程Ｒｐよりも浅い領域（通過領域）に格子欠陥を形成する。通過領域に形成される格子欠陥は、単原子空孔（Ｖ）、複原子空孔（ＶＶ）等の、空孔を主体とする空孔型格子欠陥である。

【0165】

半導体基板１０に水素イオンを注入した後にアニールすると、水素イオンの通過領域に水素ドナーが形成されて、ドリフト領域１８よりも高ドーピング濃度のＮ型層が形成される。水素ドナーの濃度は、水素化学濃度、酸素化学濃度、炭素化学濃度、格子欠陥濃度など複数の要素の総量に応じて決まる。例えば、バッファ領域２０においては、半導体基板１０の格子間に存在するＣｉ、Ｏｉ、Ｓｉｉなどの影響により、ＣｉＯｉ－Ｈ、ＶＯ_２ＨまたはＳｉｉ－Ｈなどの水素ドナーが生成される。そのため、半導体基板１０に含まれる酸素化学濃度Ｃｏおよび炭素化学濃度Ｃｃが高いほど、水素ドナーが発生しやすくなる。一方、半導体基板１０の酸素化学濃度Ｃｏおよび炭素化学濃度Ｃｃがばらつくと、ＣｉおよびＯｉの濃度もばらつきために、水素ドナーの濃度がばらつく原因となる。バッファ領域２０のドーピング濃度にばらつきが生じると、半導体装置１００の耐圧等の特性変動が生じる場合がある。

【0166】

半導体装置１００においては、半導体基板１０の基板濃度指標Ｉｃに応じて加速エネルギーを調整することで、水素イオンが通過する領域の深さを制御して、バッファ領域２０のドーピング濃度を調整することができる。例えば、加速エネルギーを大きくすることにより、水素イオンの通過領域が広くなり、半導体基板１０に形成される欠陥の量が増加する。加速エネルギーを小さくすることにより、水素イオンの通過領域が狭くなり、半導体基板１０に形成される欠陥の量が低下する。このように、基板濃度指標Ｉｃに応じて加速エネルギーの大きさを調整して、水素ドナーの濃度を制御することにより、半導体装置１００の特性変動を抑制することができる。

【0167】

一例において、第１最深ピークＰｄ１は、半導体装置１００のスイッチング時の波形振動に影響する場合がある。基板濃度指標Ｉｃを考慮して、第１最深ピークＰｄ１の加速エネルギーを調整することにより、半導体装置１００のスイッチング特性を安定化することができる。また、バッファ領域２０の裏面２３に近い側のピークは、コレクタ領域２２からの正孔の注入に影響する場合がある。基板濃度指標Ｉｃを考慮して、バッファ領域２０の加速エネルギーを調整することにより、コレクタ領域２２からの正孔の注入効率を安定化することができる。

【0168】

図５Ｂは、バッファ領域２０における水素化学濃度等の分布を示す。本例では、基板濃度指標Ｉｃが第１範囲よりも高濃度である第２範囲の半導体基板１０を用いた場合について説明する。

【0169】

基板濃度指標Ｉｃが比較的高濃度を示す場合、半導体基板１０に存在する酸素化学濃度Ｃｏまたは炭素化学濃度Ｃｃの少なくとも一方が高くなる。したがって、基板濃度指標Ｉｃが第１範囲である場合と同一の条件で水素イオンを注入して第１最深ピークＰｄ１を形成すると、第１範囲の場合よりも水素ドナーが高濃度化する場合がある。そのため、第１最深ピークＰｄ１の第２加速エネルギーを第１範囲に対応する第１加速エネルギーよりも低くすることにより、第１最深ピークＰｄ１を浅く注入することができる。

【0170】

第１最深ピークＰｄ１を浅く注入することにより、水素イオンの裏面２３からの通過領域が縮小して、分布Ｄ１ｖの総量が減少する。これにより、基板濃度指標Ｉｃが第１範囲の場合に第１加速エネルギーで製造した半導体装置１００と、基板濃度指標Ｉｃが第２範囲の場合に第２加速エネルギーで製造した半導体装置１００との特性のばらつきを抑制することができる。

【0171】

図５Ｃは、バッファ領域２０における水素イオン等の分布を示す。本例では、基板濃度指標Ｉｃが第１範囲よりも低濃度である第３範囲の半導体基板１０を用いた場合について説明する。

【0172】

基板濃度指標Ｉｃが比較的低濃度を示す場合、半導体基板１０に存在する酸素化学濃度Ｃｏまたは炭素化学濃度Ｃｃの少なくとも一方が低くなる。したがって、基板濃度指標Ｉｃが第１範囲である場合と同一の条件で水素イオンを注入して第１最深ピークＰｄ１を形成すると、第１範囲の場合よりも水素ドナーが低濃度化する場合がある。そのため、第１最深ピークＰｄ１の第３加速エネルギーを第１範囲に対応する第１加速エネルギーよりも高くすることにより、第１最深ピークＰｄ１を深く注入することができる。

【0173】

第１最深ピークＰｄ１を深く注入することにより、水素イオンの裏面２３からの通過領域が拡大して、分布Ｄ１ｖの総量が増加する。これにより、基板濃度指標Ｉｃが第１範囲の場合に第１加速エネルギーで製造した半導体装置１００と、基板濃度指標Ｉｃが第３範囲の場合に第３加速エネルギーで製造した半導体装置１００との特性のばらつきを抑制することができる。

【0174】

図６は、ピークの深さとバッファ領域２０の積分濃度との関係を示す。本図では、４つの異なる種類の半導体基板１０について、ピークの深さとバッファ領域２０の積分濃度との関係を比較している。本例では、バッファ領域２０のピークを裏面２３から４０μｍと６０μｍの深さ位置に形成した場合の積分濃度を示している。

【0175】

グラフＧｍは、半導体基板１０がＭＣＺ基板であり、基板濃度指標Ｉｃが第１範囲の場合のデータである。基板濃度指標Ｉｃが第１範囲の場合に、バッファ領域２０の積分濃度は２．１×１０^１２／ｃｍ^２以上、２．５×１０^１２／ｃｍ^２以下であってよい。

【0176】

グラフＧｌは、半導体基板１０がＭＣＺ基板であり、基板濃度指標Ｉｃが第２範囲の場合のデータである。即ち、グラフＧｌでの基板濃度指標Ｉｃは、グラフＧｍでの基板濃度指標Ｉｃよりも大きい。基板濃度指標Ｉｃが第２範囲の場合に、バッファ領域２０の積分濃度は２．４×１０^１２／ｃｍ^２以上、２．８×１０^１２／ｃｍ^２以下であってよい。

【0177】

グラフＧｓは、半導体基板１０がＭＣＺ基板であり、基板濃度指標Ｉｃが第３範囲の場合のデータである。即ち、グラフＧｓでの基板濃度指標Ｉｃは、グラフＧｍでの基板濃度指標Ｉｃよりも小さい。基板濃度指標Ｉｃが第３範囲の場合に、バッファ領域２０の積分濃度は２．０×１０^１２／ｃｍ^２以上、２．２５×１０^１２／ｃｍ^２以下であってよい。

【0178】

グラフＧｆは、半導体基板１０がＦＺ基板である場合のデータである。ＦＺ基板では、ＭＣＺ基板よりも半導体基板１０の酸素化学濃度Ｃｏおよび炭素化学濃度Ｃｃが低く、基板濃度指標Ｉｃが小さくなる。半導体基板１０がＦＺ基板である場合に、バッファ領域２０の積分濃度は１．６５×１０^１２／ｃｍ^２以上、１．８×１０^１２／ｃｍ^２以下であってよい。
さらに、バッファ領域２０の積分濃度は、１．６５×１０^１２／ｃｍ^２以上、２．８×１０^１２／ｃｍ^２以下であってよく、２．０×１０^１２／ｃｍ^２以上、２．８×１０^１２／ｃｍ^２以下であってよい。

【0179】

いずれの実施例においても、加速エネルギーを大きくしてピークの深さ位置を深くすることにより、バッファ領域２０の積分濃度が大きくなる。また、基板濃度指標Ｉｃの大きい半導体基板１０の方が水素ドナーが形成されやすくなるので、バッファ領域２０の積分濃度が高くなる。このように、バッファ領域２０を形成するための加速エネルギーは、異なる種類の半導体基板１０毎に取得した基板濃度指標Ｉｃに基づいて決定されてよい。

【0180】

図７は、基板濃度指標Ｉｃと積分濃度比Ｎｒの関係を示す。本図では、半導体基板１０に応じた基板濃度指標Ｉｃと、基板濃度指標Ｉｃに応じて形成したバッファ領域２０の積分濃度比Ｎｒをプロットしている。本図のグラフは、縦軸を線形スケールの積分濃度比Ｎｒ＝（ｎ２／（ｎ１＋ｎ２））として、横軸が対数スケールの基板濃度指標（Ｃｏ×［｛Ｃｃ／（１Ｅ１５）｝×ｅｘｐ（Ｃｏ／（１Ｅ１７））］）［／ｃｍ^３］とした片対数グラフである。１つのデータ点は、１つの半導体装置における基板濃度指標Ｉｃと積分濃度比Ｎｒの対応を示す。なお、１つのデータ点は、１つの半導体基板からダイシング等で小分けに得られる複数の半導体装置についての平均値であってよい。

【0181】

基板濃度指標Ｉｃは、水素ドナーの生成に対する酸素化学濃度Ｃｏの影響と炭素化学濃度Ｃｃの影響を考慮した指標である。水素ドナーの通過領域に生成される水素ドナーの濃度には、酸素化学濃度Ｃｏが寄与するとしている。さらに炭素化学濃度Ｃｃの影響を考慮するために、当該酸素化学濃度Ｃｏに補正因子を掛けている。補正因子は、炭素化学濃度Ｃｃによる水素ドナー生成への影響を意味している。さらに補正因子では、炭素化学濃度Ｃｃによる影響が、酸素化学濃度Ｃｏによって左右されるモデルを仮定している。すなわち、予め定めた炭素化学濃度（ここでは１Ｅ１５／ｃｍ^３）で規格化した炭素化学濃度Ｃｃに、予め定めた酸素化学濃度（ここでは１Ｅ１７／ｃｍ^３）で規格化した酸素化学濃度Ｃｏの指数関数で決まる値を掛けている。当該モデルにより、基板濃度指標Ｉｃの対数に対して線形にプロットされた積分濃度比Ｎｒは、比較的に直線的に示される。

【0182】

実施例１は、バッファ領域２０が４つのピークを有する場合に、第１最深ピークＰｄ１が２３μｍの実施例を示す。実施例２は、バッファ領域２０が４つのピークを有する場合に、第１最深ピークＰｄ１が２６μｍの実施例を示す。実施例３は、バッファ領域２０が５つのピークを有する場合に、第１最深ピークＰｄ１が４０μｍの実施例を示す。実施例４は、バッファ領域２０が５つのピークを有する場合に、第１最深ピークＰｄ１が５５μｍの実施例を示す。実施例５は、バッファ領域２０が５つのピークを有する場合に、第１最深ピークＰｄ１が９０μｍの実施例を示す。

【0183】

図８は、基板濃度指標Ｉｃと積分濃度比Ｎｒの関係を示す。本図では、図７で示した分布に任意の上限線および下限線を付している。

【0184】

半導体基板１０は、基板濃度指標Ｉｃが１Ｅ１５以上、１Ｅ２２以下の範囲となる酸素化学濃度Ｃｏおよび炭素化学濃度Ｃｃを有してよい。本例の積分濃度比Ｎｒと基板濃度指標Ｉｃとの関係を示すフィッティング式は、積分濃度比Ｎｒをｙとし、本例の基板濃度指標Ｉｃをｘとして、次式で表される。
フィッティング線Ｃ：ｙ＝２．２５９Ｅ－０２×ｌｎ（ｘ）－６．１００Ｅ－０１

【0185】

バッファ領域２０は、積分濃度比Ｎｒが任意の上限線および下限線の範囲内に含まれるように、複数のピークを有してよい。
本例の積分濃度比Ｎｒは、フィッティング線Ｃの傾きを用いて、次式で示される上限線Ａ１と下限線Ｂ１との間の範囲にあってよい。
上限線Ａ１：ｙ＝２．２５９Ｅ－０２×ｌｎ（ｘ）－４．９００Ｅ－０１
下限線Ｂ１：ｙ＝２．２５９Ｅ－０２×ｌｎ（ｘ）－７．３００Ｅ－０１

【0186】

また、積分濃度比Ｎｒは、次式で示される上限線Ａ２と下限線Ｂ２との間の範囲にあってもよい。
上限線Ａ２：ｙ＝２．２５９Ｅ－０２×ｌｎ（ｘ）－５．４００Ｅ－０１
下限線Ｂ２：ｙ＝２．２５９Ｅ－０２×ｌｎ（ｘ）－６．８００Ｅ－０１

【0187】

積分濃度比Ｎｒが上限線を越える場合は、バッファ領域２０の加速エネルギーを低下させることにより積分濃度比Ｎｒを低下させて、上限線と下限線の間の範囲に制御することができる。一方、積分濃度比Ｎｒが下限線を下回る場合は、バッファ領域２０の加速エネルギーを増加させることにより積分濃度比Ｎｒを増加させて、上限線と下限線の間の範囲に制御することができる。このように、基板濃度指標Ｉｃに応じて、積分濃度比Ｎｒが予め定められた範囲に含まれるようにバッファ領域２０の加速エネルギーを調整して半導体装置１００の特性変動を抑制することができる。

【0188】

図９は、基板濃度指標Ｉｃと積分濃度比Ｎｒとの関係を示す。本例では、図７で示した分布を、第１範囲から第３範囲までの３つの領域に分類している。本例の基板濃度指標Ｉｃは、（Ｃｏ×［｛Ｃｃ／（１Ｅ１５）｝×ｅｘｐ（Ｃｏ／（１Ｅ１７））］）［ｃｍ^－３］で定義されている。

【0189】

第１範囲の基板濃度指標Ｉｃは、１Ｅ１５／ｃｍ^３以上、２Ｅ１７／ｃｍ^３未満であってよい。即ち、半導体基板１０は、基板濃度指標Ｉｃが１Ｅ１５／ｃｍ^３以上、２Ｅ１７／ｃｍ^３未満の範囲となる酸素化学濃度Ｃｏおよび炭素化学濃度Ｃｃを有してよい。この場合、第１加速エネルギーは、積分濃度比Ｎｒが２０％以上、４８％以下となるように決定されてよい。

【0190】

第２範囲の基板濃度指標Ｉｃは、２Ｅ１７／ｃｍ^３以上、５Ｅ１９／ｃｍ^３未満であってよい。即ち、半導体基板１０は、基板濃度指標Ｉｃが２Ｅ１７／ｃｍ^３以上、５Ｅ１９／ｃｍ^３未満の範囲となる酸素化学濃度Ｃｏおよび炭素化学濃度Ｃｃを有してよい。この場合、第２加速エネルギーは、積分濃度比Ｎｒが３６％以上、５２％以下となるように決定されてよい。

【0191】

第３範囲の基板濃度指標Ｉｃは、５Ｅ１９／ｃｍ^３以上、１Ｅ２２／ｃｍ^３以下であってよい。即ち、半導体基板１０は、基板濃度指標Ｉｃが５Ｅ１９／ｃｍ^３以上、１Ｅ２２／ｃｍ^３以下の範囲となる酸素化学濃度Ｃｏおよび炭素化学濃度Ｃｃを有してよい。この場合、第３加速エネルギーは、積分濃度比Ｎｒが１０％以上、３２％以下となるように決定されてよい。

【0192】

図１０Ａは、バッファ領域２０のドーピング濃度分布の変形例を示す。グラフＧ２は、５つのピークを有するバッファ領域２０のドーピング濃度分布の一例である。本図では、図３のＧ１を破線で重ねて図示している。グラフＧ２においても、グラフＧ１と同様に深さ位置の関係式を満たしてよい。即ち、Ｘｄ１およびＸｄ２は、１＜Ｘｄ１／Ｘｄ２＜１０を満たしてよく、１．２＜Ｘｄ１／Ｘｄ２＜５を満たしてよい。本例では、グラフＧ１と相違する点について特に説明する。

【0193】

グラフＧ２は、グラフＧ１よりも基板濃度指標Ｉｃが高濃度を示す半導体基板１０を使用した場合の分布を示す。グラフＧ２の第１最深ピークＰｄ１は、グラフＧ１の第１最深ピークＰｄ１よりも低い加速エネルギーで形成している。第１最深ピークＰｄ１以外のピークを形成するための加速エネルギーは、グラフＧ１とグラフＧ２とで同一であってよい。

【0194】

本例の第５ピーク１２５は、グラフＧ１の第５ピーク１２５よりも裏面２３に近い位置に設けられてよい。深さ位置Ｘ５は、３０μｍ以上であってよく、４０μｍ以下であってよい。第１最深ピークＰｄ１のドーピング濃度（即ち、第５ピーク１２５のドーピング濃度Ｄｐ５）は、第２最深ピークＰｄ２のドーピング濃度（即ち、第４ピーク１２４のドーピング濃度Ｄｐ４）よりも小さくてよい。

【0195】

図１０Ｂは、バッファ領域２０のドーピング濃度分布の変形例を示す。グラフＧ２は、５つのピークを有するバッファ領域２０のドーピング濃度分布の一例である。本図では、図３のＧ１を破線で重ねて図示している。

【0196】

グラフＧ３は、グラフＧ１およびグラフＧ２よりも基板濃度指標Ｉｃが高濃度を示す半導体基板１０を使用した場合の分布を示す。グラフＧ３の第１最深ピークＰｄ１は、グラフＧ１の第１最深ピークＰｄ１よりも低い加速エネルギーで形成している。第１最深ピークＰｄ１以外のピークを形成するための加速エネルギーは、グラフＧ１とグラフＧ３とで同一であってよい。

【0197】

本例の第５ピーク１２５は、明確なピークが形成されずに、他のピークと比較して平坦なピークであってよい。この場合、第５ピーク１２５のドーピング濃度Ｄｐ５は、Ｘｄ２とドリフト領域１８との間において、最も高いドーピング濃度であってよい。Ｘｄ１は、第５ピーク１２５のおもて面側の端部において、ドリフト領域１８の基板濃度となる位置であってよい。

【0198】

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、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0199】

特許請求の範囲、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。特許請求の範囲、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。

【符号の説明】

【0200】

１０・・・半導体基板、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、１７・・・ウェル領域、１８・・・ドリフト領域、２０・・・バッファ領域、２１・・・おもて面、２２・・・コレクタ領域、２３・・・裏面、２４・・・コレクタ電極、２５・・・接続部、・・・３０・・・ダミートレンチ部、３１・・・延伸部分、３２・・・ダミー絶縁膜、３３・・・接続部分、３４・・・ダミー導電部、３８・・・層間絶縁膜、４０・・・ゲートトレンチ部、４１・・・延伸部分、４２・・・ゲート絶縁膜、４３・・・接続部分、４４・・・ゲート導電部、５０・・・ゲート金属層、５２・・・エミッタ電極、５４・・・コンタクトホール、５５・・・コンタクトホール、５６・・・コンタクトホール、７０・・・トランジスタ部、７１・・・メサ部、８０・・・ダイオード部、８１・・・メサ部、８２・・・カソード領域、８５・・・延長領域、９０・・・境界領域、９１・・・メサ部、１００・・・半導体装置、１０５・・・端辺、１１２・・・ゲートパッド、１２１・・・第１ピーク、１２２・・・第２ピーク、１２３・・・第３ピーク、１２４・・・第４ピーク、１２５・・・第５ピーク、１２０・・・ピーク群、１３０・・・外周ゲート配線、１３１・・・活性側ゲート配線、１４０・・・エッジ終端構造部、１５１・・・第１ライフタイム制御領域、１５２・・・第２ライフタイム制御領域、１６０・・・活性部

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【手続補正書】

【提出日】2023-09-20

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１４２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0142】

本例では、基板濃度指標Ｉｃを第１範囲～第３範囲の３つの指標範囲に分類し、それぞれの指標範囲に応じて加速エネルギーを設定している。基板濃度指標Ｉｃの指標範囲の個数およびそれぞれの指標範囲は、本例に限らない。基板濃度指標Ｉｃの指標範囲の個数は一以上であってよく、複数であってよく、３つ以上であってよく、５つ以上であってよく、１０個以上であってよい。基板濃度指標Ｉｃの指標範囲の個数は１００個以下であってよく、５０個以下であってよく、２０個以下であってもよい。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１４６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0146】

ステップＳ１００で取得した基板濃度指標ＩｃがステップＳ１０１で第１範囲よりも高濃度を示す第２範囲に分類される場合には、水素イオンの加速エネルギーを第１加速エネルギーよりも低く設定した第２加速エネルギーに決定する。基板濃度指標Ｉｃが第１範囲よりも高濃度の第２範囲に分類されるとは、第２範囲における酸素化学濃度Ｃｏまたは炭素化学濃度Ｃｃの少なくとも１つが第１範囲の場合よりも高濃度であることを指してよい。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１４７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0147】

ステップＳ１００で取得した基板濃度指標ＩｃがステップＳ１０１で第１範囲よりも低濃度を示す第３範囲に分類される場合には、水素イオンの加速エネルギーを第１加速エネルギーよりも高く設定した第３加速エネルギーに決定する。基板濃度指標Ｉｃが第１範囲よりも低濃度の第３範囲に分類されるとは、第３範囲における酸素化学濃度Ｃｏまたは炭素化学濃度Ｃｃの少なくとも１つが第１範囲の場合よりも低濃度であることを指してよい。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１８９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0189】

第１範囲の基板濃度指標Ｉｃは、２Ｅ１７／ｃｍ^３以上、５Ｅ１９／ｃｍ^３未満であってよい。即ち、半導体基板１０は、基板濃度指標Ｉｃが２Ｅ１７／ｃｍ^３以上、５Ｅ１９／ｃｍ^３未満の範囲となる酸素化学濃度Ｃｏおよび炭素化学濃度Ｃｃを有してよい。この場合、第１加速エネルギーは、積分濃度比Ｎｒが２０％以上、４８％以下となるように決定されてよい。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１９０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0190】

第２範囲の基板濃度指標Ｉｃは、５Ｅ１９／ｃｍ^３以上、１Ｅ２２／ｃｍ^３ 以下であってよい。即ち、半導体基板１０は、基板濃度指標Ｉｃが５Ｅ１９／ｃｍ^３以上、１Ｅ２２／ｃｍ^３ 以下の範囲となる酸素化学濃度Ｃｏおよび炭素化学濃度Ｃｃを有してよい。この場合、第２加速エネルギーは、積分濃度比Ｎｒが３６％以上、５２％以下となるように決定されてよい。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１９１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0191】

第３範囲の基板濃度指標Ｉｃは、１Ｅ１５／ｃｍ^３以上、２Ｅ１７／ｃｍ^３ 未満であってよい。即ち、半導体基板１０は、基板濃度指標Ｉｃが１Ｅ１５／ｃｍ^３以上、２Ｅ１７／ｃｍ^３ 未満の範囲となる酸素化学濃度Ｃｏおよび炭素化学濃度Ｃｃを有してよい。この場合、第３加速エネルギーは、積分濃度比Ｎｒが１０％以上、３２％以下となるように決定されてよい。

【手続補正7】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１９５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0195】

図１０Ｂは、バッファ領域２０のドーピング濃度分布の変形例を示す。グラフＧ３は、５つのピークを有するバッファ領域２０のドーピング濃度分布の一例である。本図では、図３のＧ１を破線で重ねて図示している。