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DE112016001611B4 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung Download PDF

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helium
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Souichi Yoshida
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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, enthaltend:Bestrahlen (S16) eines Halbleitersubstrats (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps mit Protonen von einer Rückseite des Halbleitersubstrats (1) her unter Verwendung einer ersten vordefinierten Tiefe als Bereich, wodurch eine erste Halbleiterschicht (10a-10d) des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet wird, welche einen Wasserstoffdonator enthält und eine Spitzen-Ladungsträgerdichte in der ersten vordefinierten Tiefe aufweist;Durchführen (S17) einer die Protonen aktivierenden ersten Wärmebehandlung;Bestrahlen (S18) mit Helium von der Rückseite des Halbleitersubstrats her unter Verwendung einer zweiten vordefinierten Tiefe, welche tiefer als die erste vordefinierte Tiefe liegt, als Bereich, wodurch Gitterfehler ins Halbleitersubstrat (1) eingebracht werden; undDurchführen (S19) einer zweiten Wärmebehandlung zum Einstellen einer Menge der Gitterfehler, wobei:die zweite Wärmebehandlung das Bilden einer zweiten Halbleiterschicht (10e) des ersten Leitfähigkeitstyps weiter auf einer Vorderseite des Halbleitersubstrats als die erste Halbleiterschicht (10a-10d) enthält,die zweite Halbleiterschicht (10e) den Wasserstoffdonator und das Helium enthält und mit der ersten Halbleiterschicht (10a-10d) verbunden ist,eine Störstellenschicht (11a) durch Gitterfehler des Heliums und einer Fehlstelle gebildet wird, die in einer zweiten vordefinierten Tiefe ab der Rückseite des Halbleitersubstrats, welche tiefer als die erste vordefinierte Tiefe liegt, enthalten sind; undein zwischen der Störstellenschicht (11a) und der Vorderseite des Halbleitersubstrats angeordneter Bereich gebildet wird, wo das von der Rückseite des Halbleitersubstrats eingestrahlte Helium nicht ankommt, undeine Ladungsträgerdichte des Halbleitersubstrats in einem Teil, wo die Störstellenschicht (11a) angeordnet ist, niedriger ist als in anderen Teilen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitereinrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Rückwärtsleitende Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (RC-IGBTs), in welchen ein IGBT und antiparallel zu dem IGBT geschaltete Freilaufdioden (FWDs) auf einem einzigen Substrat integriert sind, sind allgemein bekannt. In Leistungshalbleitervorrichtungen wie RC-IGBTs werden die Steuerung der Ladungsträger-Lebensdauer einer n--Driftschicht, die Bildung einer n-Feldstopp- (FS-) Schicht in der n--Driftschicht und dergleichen wie üblich durchgeführt.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines herkömmlichen RC-IGBT vom FS-Typ wird beschrieben. 16 ist ein Übersichts-Ablaufplan eines Verfahrens zum Herstellen eines herkömmlichen RC-IGBT vom FS-Typ. Zuerst werden auf einer Vorderseite eines Halbleiterwafers einer allgemein eingeführten Dicke Vorderseitenelement-Strukturen wie ein einen Metalloxidfilm-Halbleiter enthaltendes isoliertes Gate (MOS-Gate), ein Zwischenschicht-Isolierfilm und eine Vorderseitenelektrode (ein Elektroden-Anschlussfleck) durch ein übliches Verfahren gebildet (Schritt S101). Dann wird der Halbleiterwafer von einer Rückseite bis auf eine für eine Halbleitervorrichtung verwendete Produktdicke geschliffen (Schritt S102). Dann werden von der geschliffenen rückseitigen Oberfläche des Halbleiterwafers her Phosphor- (P-) oder Selen- (Se-) Ionen implantiert, wodurch eine n-FS-Schicht in einer rückseitigen Oberflächenschicht auf einer rückseitigen Oberfläche des Halbleiterwafers in einem IGBT-Gebiet und einem Diodengebiet gebildet wird (Schritt S103).
  • Dann werden Bor- (B-) Ionen von der rückseitigen Oberfläche des Halbleiterwafers her implantiert, wodurch ein p+-Kollektorgebiet an einer Position in der rückseitigen Oberflächenschicht des Halbleiterwafers, welche weniger tief als die n-FS-Schicht ist, in dem IGBT-Gebiet und dem Diodengebiet gebildet wird (Schritt S104). Dann wird eine Abdecklack-Maske mit einem dem Diodengebiet entsprechenden offenen Teil mittels Fotolithografie auf der Rückseite des Halbleiterwafers gebildet (Schritt S105). Phosphorionen werden von der rückseitigen Oberfläche des Halbleiterwafers her unter Verwendung der Abdecklack-Maske als Maske implantiert, um in dem Diodengebiet das p+-Kollektorgebiet in der rückseitigen Oberflächenschicht des Halbleiterwafers in einen n-Typ umzukehren und dadurch ein n+-Kathodengebiet zu bilden (Schritt S106). Dann wird die Abdecklack-Maske durch einen Veraschungsprozess entfernt (Schritt S107).
  • Dann werden die ionenimplantierten Fremdatome in dem Halbleiterwafer durch eine Wärmebehandlung diffundiert (Schritt S108). Dann wird ein Polyimid-Oberflächenschutzfilm auf einer vorderseitigen Oberfläche des Halbleiterwafers gebildet (Schritt S109). Dann wird der Halbleiterwafer mit Helium (He) oder einem Elektronenstrahl bestrahlt, wodurch in die n--Driftschicht Gitterfehler (Kristallfehler) eingebracht werden, welche Lebensdauer-Verkürzer werden (Schritt S110). Dann wird durch eine Wärmebehandlung (Glühen) eine Behebung der aus Helium oder einem Elektronenstrahl resultierenden Gitterfehler durchgeführt, um die Mengen von Gitterfehlern in dem Halbleiterwafer einzustellen. Infolgedessen wird die Ladungsträger-Lebensdauer eingestellt (Schritt S111). Dann wird eine mit dem p+-Kollektorgebiet und dem n+-Kathodengebiet in Kontakt stehende Rückseitenelektrode auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleiterwafers gebildet (Schritt S112). Danach wird der Halbleiterwafer in einzelne Chips geschnitten (zersägt), wodurch der herkömmliche RC-IGBT fertiggestellt wird.
  • Als ein Verfahren zum Steuern der RC-IGBT-Ladungsträger-Lebensdauer wurde ein Verfahren zum Steuern der Ladungsträger-Lebensdauer nahe einem n-n+-Übergang und der Ladungsträger-Lebensdauer nahe einem pn-Übergang in einer n--Schicht auf der Diodenseite durch Bestrahlen mit Protonen (H+) von beiden Hauptoberflächen her vorgeschlagen (siehe z.B. Patentdokument 1 (Absätze 0007, 0014, 1)). In Patentdokument 1 werden der n-n+-Übergang und der pn-Übergang in der n--Schicht jeweils von der näheren Hauptoberfläche her mit Protonen bestrahlt. Ferner wurde eine Steuerung der Ladungsträger-Lebensdauer nahe dem n-n+-Übergang und nahe dem pn-Übergang in der n--Schicht durch eine doppelte Bestrahlung mit Protonen und einem Elektronenstrahl vorgeschlagen.
  • Ferner wurde ein weiteres Verfahren vorgeschlagen, in welchem ein Diodengebiet an einer rückseitigen Substratoberfläche mit einer Heliumionenstrahl-Maske bedeckt wird, Helium in ein IGBT-Gebiet implantiert wird und danach ein aktives Gebiet des IGBT-Gebiets an der rückseitigen Substratoberfläche mit einer Heliumionenstrahl-Maske bedeckt wird und Helium in einen äußeren Randteil des IGBT-Gebiets und des Diodengebiets implantiert wird, um die Ladungsträger-Lebensdauer zu steuern (siehe z.B. Patentdokument 2 (Absätze 0053, 0056 bis 0057, 4, 5)). In Patentdokument 2 wird ein Bereich des Heliums durch die Heliumionenstrahl-Maske eingestellt, wodurch ein Gebiet kurzer Lebensdauer in der gesamten Kollektorschicht des IGBT-Gebiets und der gesamten Kathodenschicht, eine FS-Schicht und eine Driftschicht des Diodengebiets gebildet werden.
  • Ein weiteres Verfahren wurde vorgeschlagen, um die Ladungsträger-Lebensdauer eines RC-IGBT zu steuern. Gemäß dem Verfahren wird sowohl in einem IGBT-Gebiet als auch in einem Diodengebiet ein erstes Gebiet kurzer Lebensdauer an einer geringfügig tiefer als ein Graben-Gate eines MOS-Gate-Gebiets und einer p-Anodenschicht an einer vorderseitigen Oberfläche liegenden Position gebildet; und wird ein zweites Gebiet kurzer Lebensdauer an einer ab einer p-Kollektorschicht und einer n-Kathodenschicht an einer rückseitigen Oberfläche geringfügig tiefer in dem Substrat liegenden Position gebildet (siehe z.B. Patentdokument 3, Absätze 0026, 0035 bis 0040, 6, usw.). In Patentdokument 3 wird das erste Gebiet kurzer Lebensdauer von einer Oberfläche oder der rückseitigen Oberfläche her mit Helium (He) bestrahlt und wird das zweite Gebiet kurzer Lebensdauer von der rückseitigen Oberfläche her mit Helium (He) bestrahlt, wodurch jedes der Gebiete so gebildet wird, dass eine Kristallfehlerdichte in einer vordefinierten Tiefe einen Spitzenwert hat. Patentdokument 3 beschreibt ferner, dass, wenn das zweite Gebiet kurzer Lebensdauer außerdem in dem Diodengebiet vorgesehen ist, die Schaltgeschwindigkeit des IGBT-Gebiets weiter verbessert werden kann.
  • Ein weiteres Verfahren wurde vorgeschlagen, um die Ladungsträger-Lebensdauer einer Diode zu steuern. Gemäß dem Verfahren wird ein erstes Gebiet kurzer Ladungsträger-Lebensdauer in einer n+-Kathodenschicht durch eine Teilchenbestrahlung wie Protonenbestrahlung oder Heliumbestrahlung gebildet und wird ein zweites Gebiet kurzer Ladungsträger-Lebensdauer in einer n--Kathodenschicht einer p-Anodenschicht durch eine Teilchenbestrahlung wie Protonenbestrahlung gebildet (siehe z.B. Patentdokument 4, Absätze 0047 bis 0052, 4 usw.). Patentdokument 4 beschreibt ferner, dass die Teilchenbestrahlung von jeder der beiden Oberflächen des Halbleitersubstrats her durchgeführt werden kann.
  • Patentdokument 5 offenbart einen bipolarer Halbleiterschalter mit einem Halbleiterkörper. Der Halbleiterkörper enthält ein erstes p-Typ-Halbleitergebiet, ein zweites p-Typ-Halbleitergebiet und ein erstes n-Typ-Halbleitergebiet, das einen ersten pn-Übergang mit dem ersten p-Typ-Halbleitergebiet und einen zweiten pn-Übergang mit dem bildet zweite Halbleiterregion vom p-Typ. Auf einem kürzesten Weg durch das erste n-Halbleitergebiet zwischen dem ersten pn-Übergang und dem zweiten pn-Übergang variieren eine Konzentration von Ladungsrekombinationszentren und eine Konzentration von n-Dotierstoffen. Die Konzentration der Ladungsrekombinationszentren weist ein Maximum an einem Punkt entlang des kürzesten Weges auf, wo die Konzentration von n-Dotanden zumindest nahe einer maximalen Dotandenkonzentration liegt.
    • Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. JP H08-102545 A
    • Patentdokument 2: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. JP 2012-043891 A
    • Patentdokument 3: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. JP 2011-238872 A
    • Patentdokument 4: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. JP H10-074959 A
    • Patentdokument 5: Deutsche Patentanmeldung Nr. DE 10 2014 101 239 A1
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
  • Gleichwohl ist es, wenn eine n-FS-Schicht durch Implantieren von Phosphor- oder Selenionen mittels eines herkömmlichen Verfahrens gebildet wird, schwierig, die n-FS-Schicht in einer ab der rückseitigen Waferoberfläche tiefen Position mit vorteilhafter Steuerbarkeit zu bilden, und ist eine Unterdrückung von IGBT-Abschaltschwingungen und Dioden- Sperrverzögerungsschwingungen unmöglich. Andererseits kann die n-FS-Schicht in dem Fall einer Protonenbestrahlung mit vorteilhafter Steuerbarkeit gebildet werden. Jedoch besteht insofern ein Problem, als die Bestrahlungstiefe von Protonen von der Leistungsfähigkeit der Fertigungseinrichtung abhängt und deshalb zum Bilden einer bis zu einer ab der rückseitigen Waferoberfläche tiefen Position reichenden n-FS-Schicht eine kostspielige, zu einer Protonenbestrahlung mit hoher Beschleunigung fähige Fertigungseinrichtung erforderlich ist, was die Kosten erhöht.
  • Um die mit den herkömmlichen Verfahren verbundenen Probleme zu lösen, ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung bereitzustellen, welche eine verbesserte Zuverlässigkeit und niedrigere Kosten einer Halbleitervorrichtung ermöglichen, welche in einer Driftschicht eine Halbleiterschicht eines gleichen Leitfähigkeitstyps wie desjenigen der Driftschicht mit einer höheren Ladungsträgerdichte als derjenigen der Driftschicht aufweist.
  • WEG ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt. Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7 bereitgestellt. Weitere Aspekte der Erfindug ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Zeichungen und der folgengen Beschreiung von Ausfüh-. rungsbeispielen.
  • Um die obigen Probleme zu lösen und eine Aufgabe zu erfüllen, hat ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Eigenschaften. Zuerst wird ein erster Bestrahlungsprozess durchgeführt, in welchem Protonen von einer Seite einer ersten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats von einem ersten Leitfähigkeitstyp her unter Verwendung einer ersten vordefinierten Tiefe als Bereich eingestrahlt werden, wodurch eine erste Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet wird, welche erste Halbleiterschicht die Protonen enthält und eine Spitzen-Ladungsträgerdichte in der ersten vordefinierten Tiefe aufweist. Dann wird ein erster Wärmebehandlungsprozess des Aktivierens der Protonen durch eine Wärmebehandlung durchgeführt. Dann wird ein zweiter Bestrahlungsprozess durchgeführt, in welchem Helium von der Seite der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats her unter Verwendung einer zweiten vordefinierten Tiefe, welche tiefer als die erste vordefinierte Tiefe ist, als Bereich eingestrahlt wird, wodurch Gitterfehler in das Halbleitersubstrat eingebracht werden. Dann wird ein zweiter Wärmebehandlungsprozess des Einstellens einer Menge der Gitterfehler in dem Halbleitersubstrat durch eine Wärmebehandlung durchgeführt. Der zweite Wärmebehandlungsprozess enthält das Bilden einer zweiten Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp weiter auf einer Seite der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats als die erste Halbleiterschicht, wobei die zweite Halbleiterschicht die Protonen und das Helium enthält und mit der ersten Halbleiterschicht in Kontakt steht.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmebehandlungsprozess das Bilden der zweiten Halbleiterschicht mit einer Spitzen-Ladungsträgerdichte, welche niedriger als diejenige der ersten Halbleiterschicht ist, und einer zu der Seite der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats hin weniger steil als diejenige der ersten Halbleiterschicht abnehmenden Ladungsträgerdichte-Verteilung enthält.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass vor der Bestrahlung mit Protonen ein Halbleitergebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats gebildet wird. Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht werden als eine eine Ausbreitung einer Sperrschicht, welche sich von einem pn-Übergang zwischen dem Halbleitergebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp und dem Halbleitersubstrat zu der Seite der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats hin ausbreitet, unterbindende Feldstoppschicht gebildet.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bestrahlungsprozess in Form einer Vielzahl einzelner Bestrahlungen verschiedener Bereiche durchgeführt wird, wodurch eine Vielzahl der ersten Halbleiterschichten verschiedener Tiefen ab der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats gebildet wird. Aus der Vielzahl der ersten Halbleiterschichten wird die an einer ab der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats tiefsten Position gebildete erste Halbleiterschicht durch Bestrahlen mit Protonen unter Verwendung der ersten vordefinierten Tiefe als Bereich gebildet.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmebehandlung das Bilden einer dritten Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp weiter auf der Seite der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats als die erste Halbleiterschicht enthält, wobei die dritte Halbleiterschicht mit der ersten Halbleiterschicht in Kontakt steht und die Protonen und das Helium enthält.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmebehandlung das Bilden der dritten Halbleiterschicht, welche eine niedrigere Spitzen-Ladungsträgerdichte als diejenige der ersten Halbleiterschicht und eine zu der Seite der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats hin weniger steil als diejenige der ersten Halbleiterschicht abnehmende Ladungsträgerdichte-Verteilung hat, enthält.
  • Um die obigen Probleme zu lösen und eine Aufgabe zu erfüllen, hat eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Eigenschaften. Eine Halbleitervorrichtung enthält eine in einem Halbleitersubstrat vom ersten Leitfähigkeitstyp vorgesehene erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp. Die erste Halbleiterschicht enthält Protonen und hat eine Spitzen-Ladungsträgerdichte in einer ersten vordefinierten Tiefe ab einer ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats. Eine zweite Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp ist weiter auf einer Seite der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats als die erste Halbleiterschicht vorgesehen. Die zweite Halbleiterschicht steht mit der ersten Halbleiterschicht in Kontakt und enthält die Protonen und das Helium.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Halbleiterschicht eine niedrigere Spitzen-Ladungsträgerdichte als diejenige der ersten Halbleiterschicht und eine Ladungsträgerdichte-Verteilung, welche zu der Seite der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats hin weniger steil als diejenige der ersten Halbleiterschicht abnimmt, aufweist.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbleitergebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist. Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht bilden eine eine Ausbreitung einer Sperrschicht, welche sich von einem pn-Übergang zwischen dem Halbleitergebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp und dem Halbleitersubstrat zu der Seite der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats hin ausbreitet, unterbindende Feldstoppschicht.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl der ersten Halbleiterschichten in verschiedenen Tiefen ab der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist. Aus der Vielzahl der ersten Halbleiterschichten hat die an einer ab der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats tiefsten Position vorgesehene erste Halbleiterschicht eine Spitzen-Ladungsträgerdichte in der ersten vordefinierten Tiefe.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp weiter auf der Seite der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats als die erste Halbleiterschicht vorgesehen ist, wobei die dritte Halbleiterschicht mit der ersten Halbleiterschicht in Kontakt steht und die Protonen und das Helium enthält.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Halbleiterschicht eine niedrigere Spitzen-Ladungsträgerdichte als diejenige der ersten Halbleiterschicht und eine Ladungsträgerdichte-Verteilung, welche zu der Seite der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats hin weniger steil als diejenige der ersten Halbleiterschicht abnimmt, aufweist.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine aus Gitterfehlern des in einer zweiten vordefinierten Tiefe ab der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats, welche tiefer als die erste vordefinierte Tiefe ist, enthaltenen Heliums bestehende Störstellenschicht vorgesehen ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden in der ersten Halbleiterschicht nicht aktivierte Protonen durch einen zweiten Wärmebehandlungsprozess diffundiert, was ermöglicht, die die diffundierten Protonen und das nahe der ersten Halbleiterschicht durch eine Heliumbestrahlung eingebrachte Helium enthaltende zweite Halbleiterschicht in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht zu bilden. Deshalb kann zum Beispiel eine dicke Halbleiterschicht mit einer aus den Dicken der Halbleiterschichten eins und zwei bestehenden Dicke als eine Feldstoppschicht oder breite Pufferschicht mit vorteilhafter Steuerbarkeit ungeachtet der Leistungsfähigkeit der Protonenbestrahlungseinrichtung gebildet werden.
  • AUSWIRKUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der Halbleitervorrichtung und dem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung können bei einer Halbleitervorrichtung, welche in einer Driftschicht eine Halbleiterschicht wie eine breite Pufferschicht oder eine Feldstoppschicht von dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie demjenigen der Driftschicht mit einer höheren Ladungsträgerdichte als derjenigen der Driftschicht aufweist, Wirkungen wie eine verbesserte Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung und gesenkte Kosten erzielt werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Zeichnung einer Struktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
    • 2A ist ein Übersichts-Ablaufplan (Teil 1) eines Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
    • 2B ist ein Übersichts-Ablaufplan (Teil 2) des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
    • 3 ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform während der Herstellung;
    • 4 ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform während der Herstellung;
    • 5 ist ein Schaubild einer Ladungsträgerdichte-Verteilung einer FS-Schicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Beispiel;
    • 6 ist ein Schaubild einer Ladungsträgerdichte-Verteilung einer FS-Schicht einer Halbleitervorrichtung zum Vergleich;
    • 7 ist ein Schaubild einer auf eine Heliumbestrahlung zurückzuführenden Ladungsträgerdichte-Verteilung;
    • 8 ist eine Zeichnung einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
    • 9 ist eine Zeichnung einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
    • 10 ist ein Schaubild eines weiteren Beispiels einer Ladungsträgerdichte-Verteilung der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform;
    • 11 ist eine Zeichnung einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
    • 12 ist eine Zeichnung einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;
    • 13 ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform während der Herstellung;
    • 14 ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform während der Herstellung;
    • 15 ist ein Ablaufplan des Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform; und
    • 16 ist ein Übersichts-Ablaufplan eines Verfahrens zum Herstellen eines herkömmlichen RC-IGBT vom FS-Typ.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE(N) DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen einer Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. In der vorliegenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen bedeuten Schichten und Gebiete, welchen n oder p vorangestellt ist, dass Elektronen beziehungsweise Löcher die Majoritätsträger sind. Zusätzlich bedeutet + oder - nach n oder p, dass die Störstellendichte höher beziehungsweise niedriger ist als in Schichten und Gebieten ohne + oder -. In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen und den beigefügten Zeichnungen tragen Hauptteile, die identisch sind, gleiche Bezugszeichen und wird deren Beschreibung nicht wiederholt. Ferner wird in den Ausführungsformen angenommen, dass ein erster Leitfähigkeitstyp ein n-Typ ist und dass ein zweiter Leitfähigkeitstyp ein p-Typ ist.
  • Eine Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform wird unter Heranziehung eines RC-IGBT als ein Beispiel beschrieben. 1 ist eine Zeichnung einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. 1(a) ist eine Schnittansicht; 1(b) ist ein Schaubild einer Ladungsträgerdichte-Verteilung in einer Tiefenrichtung ab einer rückseitigen Substratoberfläche (Grenze von Halbleitersubstrat und Rückseitenelektrode) entlang einer in 1(a) angegebenen Schnittlinie A-A'. Die in 1(a) gezeigte Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ist ein RC-IGBT, in welchem ein IGBT mit einer Graben-Gate-Struktur und eine antiparallel zu dem IGBT geschaltete Diode auf einem einzigen Halbleitersubstrat (Halbleiterchip) integriert sind. Insbesondere sind auf einem einzigen Halbleitersubstrat ein IGBT-Gebiet 21, welches ein Wirkgebiet des IGBT bildet, und ein Diodengebiet 22, welches ein Wirkgebiet der Diode bildet, parallel vorgesehen.
  • Eine p-Basisschicht (ein Halbleitergebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp) 2 ist in einer Oberflächenschicht an einer vorderseitigen Oberfläche des eine n--Driftschicht 1 bildenden Halbleitersubstrats in dem IGBT-Gebiet 21 und dem Diodengebiet 22 vorgesehen. Die p-Basisschicht 2 fungiert als ein p-Anodengebiet in dem Diodengebiet 22. Ein die p-Basisschicht 2 durchdringender und bis zu der n--Driftschicht 1 reichender Graben 3 ist vorgesehen. Der Graben 3 ist zum Beispiel in einer streifenweisen ebenen Anordnung in vordefinierten Abständen entlang einer Richtung von dem IGBT-Gebiet 21 zu dem Diodengebiet 22 hin angeordnet, wodurch er die p-Basisschicht 2 in mehrere Gebiete (Mesa-Teile) unterteilt. In dem Graben 3 ist ein Gate-Isolierfilm 4 entlang einer Innenwand des Grabens 3 vorgesehen und ist auf dem Gate-Isolierfilm 4 eine Gate-Elektrode 5 vorgesehen.
  • In dem IGBT-Gebiet 21 sind ein n+-Emittergebiet 6 und ein p+-Kontaktgebiet 7 jeweils selektiv in jedem Mesa-Teil in der p-Basisschicht 2 vorgesehen. Das n+-Emittergebiet 6 liegt der Gate-Elektrode 5 über den auf der Innenwand des Grabens 3 vorgesehenen Gate-Isolierfilm 4 hinweg gegenüber. In dem Diodengebiet 22 ist das n+-Emittergebiet 6 nicht in der p-Basisschicht 2 vorgesehen. Eine Vorderseitenelektrode 9 steht durch Kontaktlöcher mit den n+-Emittergebieten 6 und den p+-Kontaktgebieten 7 in Kontakt und ist durch einen Zwischenschicht-Isolierfilm 8 von der Gate-Elektrode 5 elektrisch isoliert. Die Vorderseitenelektrode 9 fungiert in dem IGBT-Gebiet 21 als eine Emitterelektrode und fungiert in dem Diodengebiet 22 als eine Anodenelektrode.
  • Eine n-Feldstopp- (FS-) Schicht 10 ist in der n--Driftschicht 1 auf einer Substratrückseite vorgesehen. Die n-FS-Schicht 10 hat eine Funktion, die Ausbreitung einer Sperrschicht, welche sich von einem pn-Übergang zwischen der p-Basisschicht 2 und der n--Driftschicht 1 zu einem p+-Kollektorgebiet 12 hin ausbreitet, in dem Sperrzustand zu unterbinden. Die n-FS-Schicht 10 in dem IGBT-Gebiet 21 und dem Diodengebiet 22 hat n-Schichten (erste Halbleiterschichten) 10a bis 10d, welche Ebenen (hier 4 Ebenen) in verschiedenen Tiefen ab der rückseitigen Substratoberfläche sind. In 1 sind Bezugszeichen 10a bis 10d nacheinander ab einer der rückseitigen Substratoberfläche am nächsten liegenden ersten n-Schicht 10a entlang der Tiefenrichtung ab der rückseitigen Substratoberfläche vergeben. Die mehreren Ebenen der n-Schichten (im folgenden n-Schichten eins bis vier) 10a bis 10d sind Protonen enthaltende und durch mehrere einzelne Protonen- (H+-) Bestrahlungen verschiedener Bereiche (Projektionsbereiche (Projektionslängen entlang Einfallswinkel)) Rp gebildete Diffusionschichten.
  • Eine Protonen enthaltende Diffusionschicht ist eine komplexe Defekte (VOH) aus einem Proton, d.h. Wasserstoff (H), eine vor allem zu der Zeit der Protonenbestrahlung gebildete Fehlstelle (V) und in dem Halbleitersubstrat enthaltenen Sauerstoff (O) enthaltende Donatorenschicht. Ein komplexer VOH-Defekt ist ein Defekt, welcher einen Donator in Silicium oder einem Halbleiter, welcher Silicium enthält, durch einen als Donator bezeichneten wasserstoffbezogenen Donator oder Wasserstoffdonator angibt. Im Folgenden wird ein komplexer VOH-Defekt einfach als ein Wasserstoffdonator bezeichnet.
  • Die n-Schichten eins 10a bis vier 10d haben jeweils eine Ladungsträgerdichte-Verteilung, in welcher eine von den Protonen bei der Protonenbestrahlung erreichte Position (Tiefenposition des Bereichs Rp ab der rückseitigen Substratoberfläche) eine Spitze (ein Maximalwert) ist und die Dichte von der Spitzenposition zu beiden Substrat-Hauptoberflächen (Anodenseite und Kathodenseite) hin steil abnimmt. Eine Spitzen-Ladungsträgerdichte der ersten n-Schicht 10a, welche der rückseitigen Substratoberfläche am nächsten liegt, ist niedriger als die Ladungsträgerdichte des p+-Kollektorgebiets 12 und eines im Folgenden beschriebenen n+-Kathodengebiets 13 und ist höher als Spitzen-Ladungsträgerdichten der n-Schichten zwei 10b bis vier 10d. Die erste n-Schicht 10a kann mit dem p+-Kollektorgebiet 12 und dem n+-Kathodengebiet 13 in Kontakt stehen. Spitzen-Ladungsträgerdichten der n-Schichten eins 10a bis vier 10d nehmen jeweils mit zunehmender Tiefe der Position der Schicht ab der rückseitigen Substratoberfläche ab. Spitzen-Ladungsträgerdichten der n-Schichten zwei 10b bis vier 10d können im Wesentlichen ungefähr gleich sein. Unter Verwendung von Protonen können die n-Schichten eins 10a bis vier 10d in einer vordefinierten Tiefe ab der rückseitigen Substratoberfläche mit vorteilhafter Steuerbarkeit gebildet werden.
  • Ferner weist die n-FS-Schicht 10 eine n-Schicht (im Folgenden eine fünfte n-Schicht (zweite Halbleiterschicht)) 10e an einer ab der rückseitigen Substratoberfläche tieferen Position als die vierte n-Schicht 10d auf. Die fünfte n-Schicht 10e ist in dem Diodengebiet 22 vorgesehen. Die fünfte n-Schicht 10e kann sich bis zu einer Nähe einer Grenze des IGBT-Gebiets 21 und des Diodengebiets 22 erstrecken. Ferner ist die fünfte n-Schicht 10e eine Diffusionschicht, welche Protonen und Helium enthält, und ist sie durch Protonenbestrahlung zum Bilden der vierten n-Schicht 10d und zum Beispiel durch Helium- (He-) Bestrahlung zum Steuern der Ladungsträger-Lebensdauer der n--Driftschicht 1 gebildet. Die fünfte n-Schicht 10e steht mit der Anodenseite der vierten n-Schicht 10d in Kontakt und hat eine Spitzen-Ladungsträgerdichte in einem ab der rückseitigen Substratoberfläche tieferen Teil als die vierte n-Schicht 10d. Ferner hat die fünfte n-Schicht 10e eine Spitzen-Ladungsträgerdichte, welche niedriger als diejenige der durch Protonenbestrahlung gebildeten n-Schichten eins 10a bis vier 10d ist, und eine im wesentlichen flache Ladungsträgerdichte-Verteilung, welche von der Spitzenposition zu der Anodenseite hin weniger steil als diejenigen der n-Schichten eins 10a bis vier 10d abnimmt. Eine Dicke t1 der fünften n-Schicht 10e ist dicker als eine Dicke t2 der vierten n-Schicht 10d (t1 > t2). Anders ausgedrückt, an einer ab der rückseitigen Substratoberfläche tiefsten Position ist eine n-Schicht als die n-FS-Schicht 10 angeordnet und hat sie eine den Dicken der n-Schichten vier 10d und fünf 10e äquivalente Dicke (= t1 + t2).
  • Ferner ist in dem Diodengebiet 22 an einer ab der rückseitigen Substratoberfläche tieferen Position als der fünften n-Schicht 10e in der n--Driftschicht 1 eine durch eingebrachte Gitterfehler (durch „ד angegeben) wie eine einen Lebensdauer-Verkürzer bildende Fehlstelle (V) gebildete und aus einer Helium- (He-) Bestrahlung resultierende Störstellenschicht (im Folgenden eine erste Störstellenschicht) 11a vorgesehen. Die erste Störstellenschicht 11a kann sich bis zu einer Nähe der Grenze des IGBT-Gebiets 21 und des Diodengebiets 22 erstrecken. Die Ladungsträgerdichte der n--Driftschicht 1 ist in einem Teil, wo die erste Störstellenschicht 11a vorgesehen ist, niedriger als in anderen Teilen. Deshalb wird in dem Diodengebiet 22 die Ladungsträger-Lebensdauer der n--Driftschicht 1 kürzer, wodurch eine Ladungsträger-Auslöschung zur Zeit einer Sperrverzögerung der Diode gefördert wird, was eine Verringerung von Sperrverzögerungverlusten ermöglich.
  • Ferner ist die Ladungsträgerdichte der n--Driftschicht 1 in einem Teil, wo die erste Störstellenschicht 11a vorgesehen ist, niedriger als die Ladungsträgerdichte (Rohling-Ladungsträgerdichte) des Halbleitersubstrats; und ist die Ladungsträgerdichte der n--Driftschicht 1 in einem Teil, wo die n-FS-Schicht 10 vorgesehen ist, niedriger als die Ladungsträgerdichte des Halbleitersubstrats. Infolgedessen wird in dem Diodengebiet 22 die Ladungsträger-Lebensdauer auf der Anodenseite der n--Driftschicht 1 länger als auf deren Kathodenseite. Deshalb treten Schwingungen der Strom/Spannungs-Kurve Irp, Vrp zur Zeit einer Sperrverzögerung der Diode und auf Spannungskurven- (Vrp-) Schwingungen zurückzuführende Spannungsstöße (abnormale transiente Spannungen dV/dt) weniger wahrscheinlich auf. Ferner hat die n-FS-Schicht 10 durch Vorsehen der fünften n-Schicht 10e eine Ladungsträgerdichte-Verteilung, in welcher eine Breite ab der rückseitigen Substratoberfläche, welche bis zu einer tiefen Position reicht, breiter als diejenige in einem herkömmlichen Fall ist, wodurch man eine sanftere Erholung einer Sperrverzögerungs-Strom/Spannungs-Kurve Irp, Vrp als in einem herkömmlichen Fall erhält.
  • Ferner kann eine auf eine Heliumbestrahlung zurückzuführende Störstellenschicht (im Folgenden eine zweite Störstellenschicht) 11b nahe einer Grenze der n--Driftschicht 1 und des p+-Kollektorgebiets 12 und einer Grenze der n--Driftschicht 1 und des n+-Kathodengebiets 13 gebildet sein. Die Ladungsträgerdichte der n--Driftschicht 1 in einem Teil, wo die zweite Störstellenschicht 11b vorgesehen ist, kann verringert und auf eine vordefinierte Ladungsträgerdichte eingestellt werden, was ermöglicht, Schalteigenschaften des RC-IGBT einzustellen. 1(a) zeigt einen Zustand, in welchem die zweite Störstellenschicht 11b nahe der zweiten n-Schicht 10b gebildet ist. In diesem Fall kann die Ladungsträgerdichte nahe der zweiten n-Schicht 10b verringert und eingestellt werden.
  • In der rückseitigen Oberflächenschicht des Halbleitersubstrats ist das p+-Kollektorgebiet 12 in dem IGBT-Gebiet 21 und das n+-Kathodengebiet 13 in dem Diodengebiet 22 an einer weniger tiefen Position als die n-FS-Schicht 10 vorgesehen. Das n+-Kathodengebiet 13 grenzt an das p+-Kollektorgebiet 12 an. Das p+-Kollektorgebiet 12 und das n+-Kathodengebiet 13 können mit der am weitesten auf der Substratrückseite der n-FS-Schicht 10 liegenden ersten n-Schicht 10a in Kontakt stehen. Eine Rückseitenelektrode 14 ist auf einer Oberfläche (gesamten rückseitigen Oberfläche des n--Halbleitersubstrats) des p+-Kollektorgebiets 12 und des n+-Kathodengebiets 13 vorgesehen. Die Rückseitenelektrode 14 fungiert als eine Kollektorelektrode in dem IGBT-Gebiet 21 und fungiert als eine Kathodenelektrode in dem Diodengebiet 22.
  • Ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wird beschrieben. Die 2A und 2B sind Übersichts-Ablaufpläne des Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Die 3 und 4 sind Schnittansichten der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform während der Herstellung. Zuerst werden auf der Vorderseite eines die n--Driftschicht 1 bildenden n--Halbleitersubstrats (Halbleiterwafers) der Graben 3, der Gate-Isolierfilm 4 und die Gate-Elektrode 5 nacheinander durch ein übliches Verfahren gebildet, wodurch ein MOS-Gate gebildet wird (Schritt S1). Dann werden p-Fremdatome wie Bor (B) ionenimplantiert, wodurch die p-Basisschicht 2 in der Oberflächenschicht der gesamten vorderseitigen Substratoberfläche in einer geringeren Tiefe als der Graben 3 gebildet wird (Schritt S2).
  • Dann werden n-Fremdatome wie Phosphor (P) oder Arsen (As) ionen implantiert, wodurch das n+-Emittergebiet 6 selektiv in der p-Basisschicht 2 des IGBT-Gebiets 21 gebildet wird (Schritt S3). Dann werden p-Fremdatome wie Bor ionen implantiert, wodurch das p+-Kontaktgebiet 7 selektiv in der p-Basisschicht 2 des IGBT-Gebiets 21 gebildet wird (Schritt S4). Hier kann das p+-Kontaktgebiet 7 selektiv in der p-Basisschicht 2 des Diodengebiets 22 gebildet werden. Die Bildungsreihenfolge des n+-Emittergebiets 6 und des p+-Kontaktgebiets 7 kann vertauscht werden. Dann wird der zum Beispiel aus einem BPSG-Film oder dergleichen bestehende Zwischenschicht-Isolierfilm 8 so abgeschieden (gebildet), dass er die Gate-Elektrode 5 bedeckt (Schritt S5).
  • Dann wird der Zwischenschicht-Isolierfilm 8 strukturiert, wobei ein Kontaktloch gebildet wird und das n+-Emittergebiet 6 und das p+-Kontaktgebiet 7 in dem IGBT-Gebiet 21 sowie die p-Basisschicht 2 in dem Diodengebiet 22 freigelegt werden (Schritt S6). Dann wird in dem Kontaktloch über ein Sperrmetall (nicht gezeigt) eine Stiftelektrode (nicht gezeigt) gebildet (Schritt S7). Dann wird zum Beispiel die Vorderseitenelektrode 9 auf der gesamten Oberfläche des Zwischenschicht-Isolierfilms 8 mittels eines Sputterverfahrens so gebildet, dass sie mit der Stiftelektrode in dem Kontaktloch in Kontakt steht (Schritt S8). Dann wird das Halbleitersubstrat von der Rückseite bis auf eine für die Halbleitervorrichtung verwendete Produktdicke geschliffen (Schritt S9). Dann werden zum Beispiel p-Fremdatome wie Bor in die gesamte rückseitige Substratoberfläche ionenimplantiert, wodurch das p+-Kollektorgebiet 12 in der Oberflächenschicht der gesamten rückseitigen Substratoberfläche gebildet wird (Schritt S10).
  • Dann wird eine Abdecklack-Maske mit einem dem Diodengebiet entsprechenden offenen Teil (nicht gezeigt) mittels Fotolithografie auf der rückseitigen Substratoberfläche gebildet (Schritt S11). Dann werden zum Beispiel n-Fremdatome wie Phosphor unter Verwendung der Abdecklack-Maske als Maske ionen implantiert, wodurch das p+-Kollektorgebiet 12 der Oberflächenschicht der rückseitigen Substratoberfläche in dem Diodengebiet 22 in einen n-Typ umgekehrt wird, wodurch das n+-Kathodengebiet 13 gebildet wird (Schritt S12). Dann wird die Abdecklack-Maske durch einen Veraschungsprozess entfernt (Schritt S13). Dann werden das p+-Kollektorgebiet 12 und das n+-Kathodengebiet 13 durch Laserglühen aktiviert (Schritt S14). Dann wird die gesamte vorderseitige Substratoberfläche mit einem Oberflächenschutzfilm (nicht gezeigt) wie zum Beispiel einem Polyimidfilm überzogen, und danach wird der Oberflächenschutzfilm strukturiert, wodurch die Vorderseitenelektrode 9 und Elektroden-Anschlussflecke freigelegt werden (Schritt S15).
  • Dann erfolgt von der Substratrückseite her eine Bestrahlung mit Protonen, wodurch die n-FS-Schicht 10 gebildet wird (Schritt S16). In Schritt S16 werden zum Beispiel mehrere (z.B. 4) einzelne Protonenbestrahlungen verschiedener Bereiche Rp von der rückseitigen Substratoberfläche her durchgeführt, wodurch die mehreren Ebenen der n-Schichten in verschiedenen Tiefen ab der rückseitigen Substratoberfläche als die n-FS-Schicht 10 gebildet werden. Hier kann der Bereich Rp jeder Protonenbestrahlung von der rückseitigen Substratoberfläche her durch direktes Einstrahlen von Protonen mit verschiedenen Beschleunigungsspannungen eingestellt werden. Zum Beispiel wird durch Einstellen der Beschleunigungsspannung der Protonenbestrahlung auf ungefähr 3 MeV eine n-Schicht mit einer Halbwertsbreite von ungefähr 3 µm und einer Spitzen-Ladungsträgerdichte in einer Tiefe von ungefähr 60 µm ab der bestrahlten Oberfläche gebildet. Ferner wird, wenn die Beschleunigungsspannung der Protonenbestrahlung auf ungefähr 8 MeV eingestellt ist, eine n-Schicht mit einer Halbwertsbreite von ungefähr 10 µm und einer Spitzen-Ladungsträgerdichte in einer Tiefe von ungefähr 60 µm ab der bestrahlten Oberfläche gebildet.
  • Ferner kann in Schritt S16 zum Beispiel der Bereich Rp jeder Protonenbestrahlung durch Einstellen der Beschleunigungsspannung auf einen konstanten Wert und Bestrahlen mit Protonen durch Absorber verschiedener Dicken eingestellt werden. Zum Beispiel wenn die Beschleunigungsspannung der Protonenbestrahlung auf konstant ungefähr 4,3 MeV eingestellt ist und die Dicke des Absorbers ungefähr 95 µm beträgt, wird eine n-Schicht mit einer Halbwertsbreite von ungefähr 10 µm und einer Spitzen-Ladungsträgerdichte in einer Tiefe von ungefähr 60 µm ab der bestrahlten Oberfläche gebildet. Der Absorber ist zum Beispiel ein ein Material mit einem Absorptionsvermögen in der gleichen Größenordnung wie demjenigen des Halbleitersubstrats wie Aluminium (AI) enthaltendes Element. Ferner wird die Dosis der mehreren einzelnen Protonenbestrahlungen mit zunehmender Länge des Bereichs Rp ab der rückseitigen Substratoberfläche verringert.
  • In Schritt S16 kann die Dosis der Protonenbestrahlung zum Bilden der ersten n-Schicht 10a nahe der rückseitigen Substratoberfläche höher sein als die Dosis der Protonenbestrahlung zum Bilden der n-Schichten zwei 10b bis vier 10d oder kann sie im Wesentlichen die gleiche wie die Dosis der Protonenbestrahlung zum Bilden der n-Schichten zwei 10b bis vier 10d sein. Die Bildungsreihenfolge der mehreren Ebenen der n-Schichten kann verschiedenartig verändert werden. Dann werden Protonen in dem Halbleitersubstrat durch eine Wärmebehandlung (Glühen) aktiviert (Schritt S17).
  • Dann wird, wie in 3 gezeigt, eine Heliumbestrahlung (im Folgenden eine erste Heliumbestrahlung) 31 durchgeführt, bei welcher der Bereich auf eine Position eingestellt ist, welche ab der rückseitigen Substratoberfläche tiefer liegt als die Position des Bereichs Rp der Protonenbestrahlung in Schritt S16, wodurch Gitterfehler, welche Lebensdauer-Verkürzer werden, in die n--Driftschicht 1 in dem Diodengebiet 22 bis zu der Grenze des IGBT-Gebiets 21 und des Diodengebiets 22 eingebracht werden (Schritt S18). Zum Beispiel liegt der Bereich der ersten Heliumbestrahlung 31 ab der rückseitigen Substratoberfläche tiefer als ein Ende der Anodenseite der vierten n-Schicht 10d. Hier kann bevorzugt ein Absorber 32 verwendet werden, um den Bereich der ersten Heliumbestrahlung 31 so einzustellen, dass kein Helium bis zu dem MOS-Gate auf der Substratvorderseite gelangt.
  • Ferner wird in Schritt S18 eine ein Material mit einem Absorptionsvermögen in der gleichen Größenordnung wie demjenigen des Halbleitersubstrats wie zum Beispiel Aluminium enthaltende dicke Metallplatte 33 zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Absorber 32 angebracht, so dass keine Gitterfehler in einen Teil des IGBT-Gebiets 21 eingebracht werden, in welchen keine Gitterfehler eingebracht werden sollen. Die Metallplatte 33 ist zum Beispiel ein Element mit einer im Wesentlichen runden, ebenen Form zum Bedecken der gesamten rückseitigen Substratoberfläche und hat eine Öffnung 33a, welche ein Bestrahlungsgebiet für die erste Heliumbestrahlung 31 der rückseitigen Substratoberfläche freilegt. Die erste Heliumbestrahlung 31 bringt eine große Menge Gitterfehler an einer von dem Helium erreichten Position (Position in einer Tiefe des Bereichs Rp der ersten Heliumbestrahlung 31 (im Folgenden ein erster Heliumzielpunkt)) 31a ein, wodurch die Ladungsträgerdichte deutlich verringert wird. Darüber hinaus werden Gitterfehler überall in einem Gebiet (Gebiet von der rückseitigen Substratoberfläche bis zu dem ersten Heliumzielpunkt 31a (im Folgenden das erste Heliumdurchleitgebiet)) 31b, durch welches das Helium hindurchgeht, gebildet.
  • Anders ausgedrückt, die erste Störstellenschicht 11a wird an dem ersten Heliumzielpunkt 31a gebildet. Darüber hinaus wird auch die Ladungsträgerdichte eines von dem ersten Heliumzielpunkt 31a entfernt liegenden Teils geringfügig verringert. Der von dem Heliumzielpunkt entfernt liegende Teil ist ein Teil des Heliumdurchleitgebiets, und die rückseitige Substratoberfläche liegt näher an dem von dem Heliumzielpunkt entfernt liegenden Teil als ein eine um den Heliumzielpunkt, in welchem die Ladungsträgerdichte am niedrigsten ist, zentrierte konkave Ladungsträgerdichte-Verteilung aufweisender Teil.
  • Ferner kann, wie in 4 gezeigt, in dem Prozess in Schritt S18 Helium von der rückseitigen Substratoberfläche her (im Folgenden eine zweite Heliumbestrahlung 34) eingestrahlt werden, um Gitterfehler nahe der Grenze der n--Driftschicht 1 und des p+-Kollektorgebiets 12 und der Grenze der n--Driftschicht 1 und des n+-Kathodengebiets 13 einzubringen und dadurch Schalteigenschaften des RC-IGBT einzustellen. Hier wird der Bereich Rp der zweiten Heliumbestrahlung 34 zum Beispiel mittels eines Absorbers 35 eingestellt. Die zweite Heliumbestrahlung 34 bringt ferner eine große Menge Gitterfehler an einer von dem Helium erreichten Position (Position in der Tiefe des Bereich Rp der zweiten Heliumbestrahlung 34 (im Folgenden ein zweiter Heliumzielpunkt)) 34a ein, wodurch die Ladungsträgerdichte deutlich verringert wird. Anders ausgedrückt, die zweite Störstellenschicht 11b wird an dem zweiten Heliumzielpunkt 34a gebildet. Darüber hinaus werden Gitterfehler überall in ein Gebiet (Gebiet von der rückseitigen Substratoberfläche bis zu dem zweiten Heliumzielpunkt 34a (im Folgenden ein zweites Heliumdurchleitgebiet)) 34b, durch welches das Helium hindurchgeht, eingebracht, wodurch die Ladungsträgerdichte eines von dem zweiten Heliumzielpunkt 34a entfernt liegenden Teils geringfügig verringert wird. In 4 ist ein durch diagonale Schraffur gekennzeichneter Teil das erste Heliumdurchleitgebiet 31b der ersten Heliumbestrahlung 31.
  • Dann wird eine Behebung der aus den Bestrahlungen eins 31 und zwei 34 resultierenden Gitterfehler durch eine Wärmebehandlung (Glühen) durchgeführt, um die Menge von Gitterfehlern in dem Halbleitersubstrat einzustellen und dadurch die Ladungsträger-Lebensdauer einzustellen (Schritt S19). Hier werden Protonen, welche in der vierten n-Schicht 10d nicht aktiviert wurden, diffundiert, wodurch die fünfte n-Schicht 10e gebildet wird, welche mit der vierten n-Schicht 10d auf der Anodenseite der vierten n-Schicht 10d in Kontakt steht und eine Ladungsträgerdichte-Verteilung hat, welche zu der Anodenseite hin langsamer (weniger steil) als bei der vierten n-Schicht 10d abnimmt (siehe 1).
  • Die fünfte n-Schicht 10e wird in dem ersten Heliumdurchleitgebiet 31b gebildet, und Protonen und Helium sind in der fünften n-Schicht 10e vorhanden. Ferner werden Protonen, welche in den n-Schichten eins 10a bis vier 10d nicht aktiviert wurden, diffundiert und behebt diese Diffusion von Protonen die Gitterfehler in den Heliumdurchleitgebieten eins 31b und zwei 34b. Darüber hinaus bleiben Gitterfehler an den Heliumzielpunkten eins 31a und zwei 34a bestehen, wodurch die deutliche Verringerung der Ladungsträgerdichte aufrechterhalten wird. Infolgedessen kann in dem Diodengebiet 22 eine Ladungsträgerdichte-Verteilung erzielt werden, bei welcher die Ladungsträger-Lebensdauer auf der Anodenseite kürzer ist und die Ladungsträger-Lebensdauer über einen weiten Bereich auf der Kathodenseite länger ist.
  • Dann wird auf der gesamten rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats die mit dem p+-Kollektorgebiet 12 und dem n+-Kathodengebiet 13 in Kontakt stehende Rückseitenelektrode 14 gebildet (Schritt S20). Danach wird der Halbleiterwafer in einzelne Chips geschnitten (zersägt), wodurch der in 1 gezeigte RC-IGBT mit einer Graben-Gate-Struktur fertiggestellt wird.
  • Eine Überprüfung der Ladungsträgerdichte-Verteilung der n-FS-Schicht 10 wurde durchgeführt. 5 ist ein Schaubild der Ladungsträgerdichte-Verteilung der FS-Schicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Beispiel. 6 ist ein Schaubild der Ladungsträgerdichte-Verteilung der FS-Schicht einer Halbleitervorrichtung zum Vergleich (Vergleichsbeispiel). Ein RC-IGBT mit einer Graben-Gate-Struktur wurde gemäß dem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform unter den oben beschriebenen Bedingungen produziert (hergestellt) (im Folgenden ein erstes Beispiel). Insbesondere wurde der RC-IGBT in dem ersten Beispiel unter Verwendung eines aus einem mittels eines magnetischen Czochralski- (MCZ-) Verfahrens produzierten Rohling geschnittenen (gesägten) Siliciumwafers (Halbleitersubstrats) produziert. Ein spezifischer Widerstand des Siliciumwafers betrug 38 Ωcm (eine umgerechnete Ladungsträgerdichte (Ladungsträgerdichte des Rohlings) betrug 1,13 × 1014/cm3), und die Dicke war auf 70 µm eingestellt.
  • In Schritt S16 wurden die n-Schichten eins 10a bis vier 10d durch 4 einzelne Protonenbestrahlungen mit verschiedenen Beschleunigungsspannungen als die n-FS-Schicht 10 gebildet. Bei der Protonenbestrahlung zum Bilden der ersten n-Schicht 10a war die Beschleunigungsspannung auf 0,40 MeV eingestellt und war die Dosis auf 3,0 × 1014/cm2 eingestellt, so dass der Bereich Rp ab der rückseitigen Oberfläche des Wafers ungefähr 4 µm betrug. Bei der Protonenbestrahlung zum Bilden der zweiten n-Schicht 10b war die Beschleunigungsspannung auf 0,82 MeV eingestellt und war die Dosis auf 1,0 × 1013/cm2 eingestellt, so dass der Bereich Rp ab der rückseitigen Oberfläche des Wafers ungefähr 10 µm betrug. Bei der Protonenbestrahlung zum Bilden der dritten n-Schicht 10c war die Beschleunigungsspannung auf 1,10 MeV eingestellt und war die Dosis auf 7,0×1012/cm2 eingestellt, so dass der Bereich Rp ab der rückseitigen Oberfläche des Wafers ungefähr 18 µm betrug.
  • Bei der Protonenbestrahlung zum Bilden der vierten n-Schicht 10d war die Beschleunigungsspannung auf 1,45 MeV eingestellt und war die Dosis auf 1,0 × 1013/cm2 eingestellt, so dass der Bereich Rp ab der rückseitigen Oberfläche des Wafers ungefähr 28 µm betrug. In Schritt S17 wurde 5 Stunden lang ein Glühen bei 380 °C zum Aktivieren der Protonen durchgeführt. In Schritt S18 wurden die Heliumbestrahlungen eins 31 und zwei 34 durchgeführt. Bei der ersten Heliumbestrahlung 31 war die Dosis auf 9,0 × 1010/cm2 eingestellt und war der Bereich Rp ab der rückseitigen Oberfläche des Wafers mittels eines Absorbers auf ungefähr 58 µm eingestellt. Bei der zweiten Heliumbestrahlung 34 war die Dosis auf 5,0 × 1010/cm2 eingestellt und war der Bereich Rp ab der rückseitigen Oberfläche des Wafers mittels eines Absorbers auf ungefähr 10 µm eingestellt. In Schritt S19 wurde 1 Stunde lang ein Glühen bei 360 °C zum Beheben der aus den Heliumbestrahlungen eins 31 und zwei 34 resultierenden Gitterfehler durchgeführt.
  • Ferner wurde ein RC-IGBT mit einer Graben-Gate-Struktur als das Vergleichsbeispiel produziert. Das Vergleichsbeispiel unterscheidet sich darin von dem ersten Beispiel, dass die Heliumbestrahlungen eins 31 und zwei 34 in Schritt S18 und die Wärmebehandlung in Schritt S19 zum Beheben der durch das Helium verursachten Gitterfehler nicht durchgeführt wurden. Abgesehen von der Weglassung der Prozesse in den Schritten S18 und S19 waren die Bedingungen des Vergleichsbeispiels die gleichen wie diejenigen des ersten Beispiels. Ferner wurde die Ladungsträgerdichte-Verteilung des ersten Beispiel und des Vergleichsbeispiels mittels eines Ausbreitungswiderstands-(SR-) Messverfahrens gemessen. Die Messergebnisse sind in den 5 und 6 dargestellt. In 5 sind die Heliumdurchleitgebiete eins 31b und zwei 34b der Heliumbestrahlungen eins 31 und zwei 34 durch Pfeile von einer rückseitigen Waferoberfläche (Position in einer Tiefe von 0 µm) bis zu den Heliumzielpunkten eins 31a und zwei 34a angegeben (ähnlich in 7).
  • Wie in 6 gezeigt, wurden in dem Vergleichsbeispiel nur 4 Schichten, welche n-Schichten 100a bis 100d umfassten, als die n-FS-Schicht gebildet und wurde bestätigt, dass die Ladungsträgerdichte eines Teils, welcher tiefer als die ab der rückseitigen Waferoberfläche am tiefsten angeordnete vierte n-Schicht 100d lag, die gleiche wie die Ladungsträgerdichte (die Ladungsträgerdichte der n--Driftschicht 101) des Siliciumwafers war. Bezugszeichen 113 bezeichnet das n+-Kathodengebiet.
  • Andererseits, wie in 5 gezeigt, wurde in dem ersten Beispiel bestätigt, dass ein Gebiet (die fünfte n-Schicht 10e) mit einer höheren Ladungsträgerdichte als der Ladungsträgerdichte des Siliciumwafers (der Ladungsträgerdichte der n--Driftschicht 101) und mit einer Dicke (Breite) t1 von 10 µm an einer auf der Anodenseite tieferen Position als der ab der rückseitigen Waferoberfläche am tiefsten angeordneten vierten n-Schicht 10d gebildet wurde. Ferner wurde bestätigt, dass die fünfte n-Schicht 10e eine Spitzen-Ladungsträgerdichte an einer tieferen Position als der an einer tiefsten Position ab der rückseitigen Waferoberfläche angeordneten vierten n-Schicht 10d (in einer Tiefe von 35,1 µm ab der rückseitigen Waferoberfläche) hatte. Ferner wurde bestätigt, dass die Spitzen-Ladungsträgerdichte der fünften n-Schicht 10e 1,81 × 1014/cm3 betrug, was niedriger war als die Spitzen-Ladungsträgerdichten der n-Schichten eins 10a bis vier 10d. Ferner wurde bestätigt, dass die fünfte n-Schicht 10e eine Dicke (breite Breite), welche größer als die Dicke (Halbwertsbreite) t2 der vierten n-Schicht 10d ist, und eine Ladungsträgerdichte-Verteilung, welche zu der Anodenseite hin weniger steil als diejenige der vierten n-Schicht 10d abnimmt, aufweist.
  • Eine Überprüfung der auf die erste Heliumbestrahlung 31 zurückzuführenden Ladungsträgerdichte-Veränderung wurde bestätigt. 7 ist ein Schaubild der auf die Heliumbestrahlung zurückzuführenden Ladungsträgerdichte-Verteilung. Ein Kontrollwafer (Halbleitersubstrat) wurde durch Durchführen lediglich der Heliumbestrahlungen eins 31 und zwei 34 in Schritt S18 des oben beschriebenen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt (im Folgenden ein zweites Beispiel). In dem zweiten Beispiel wurde ein aus einem mittels eines MCZ-Verfahrens produzierten Rohling geschnittener Siliciumwafer (Halbleitersubstrat) als der Kontrollwafer verwendet. Der spezifische Widerstand des Siliciumwafers betrug 54,6 Ωcm (die umgerechnete Ladungsträgerdichte betrug 7,9 × 1013/cm3). Bei der ersten Heliumbestrahlung 31 war die Dosis auf 9,0 × 1010/cm2 eingestellt und war der Bereich Rp ab der rückseitigen Waferoberfläche mittels eines Absorbers auf ungefähr 110 µm eingestellt. Bei der zweiten Heliumbestrahlung 34 war die Dosis auf 1,1 × 1011/cm2 eingestellt und war der Bereich Rp ab der rückseitigen Waferoberfläche mittels eines Absorbers auf ungefähr 10 µm eingestellt. Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Heliumbestrahlung 31, 34 wurde Helium-3 (3He) verwendet, um die Störstellenschichten eins 11a und zwei 11b jeweils mit einer Halbwertsbreite von 7 µm zu bilden. Das Glühen in Schritt S19 wurden nicht durchgeführt. Die Ladungsträgerdichte-Verteilung nahe einer Mitte des Wafers wurde mittels eines SR-Verfahrens gemessen, und die Ergebnisse sind in 7 dargestellt.
  • Anhand der in 7 gezeigten Ergebnisse wurde bestätigt, dass die Ladungsträgerdichte an dem ersten Heliumzielpunkt 31a, wo die erste Störstellenschicht 11a durch die erste Heliumbestrahlung 31 gebildet wurde, deutlich abnimmt. Darüber hinaus wurde bestätigt, dass durch die erste Heliumbestrahlung 31 überall in dem ersten Heliumdurchleitgebiet 31b Gitterfehler gebildet wurden und dass die Ladungsträgerdichte eines von dem ersten Heliumzielpunkt 31a entfernt liegenden Teils geringfügig abnahm. In dem aus der ersten Heliumbestrahlung 31 resultierenden ersten Heliumdurchleitgebiet 31b wurde bestätigt, dass die Ladungsträgerdichte-Verteilung eines von dem ersten Heliumzielpunkt 31a entfernt liegenden Teils 41 von der Waferrückseite zu dem ersten Heliumzielpunkt 31a hin langsam abnimmt. Ein Dichtegradient in einer Richtung von dem ersten Heliumzielpunkt 31a zu der Waferrückseite hin betrug 6,23 × 1013/cm3 bis 7,27 × 1013/cm3. In dem zweiten Beispiel nahm, wie im Folgenden beschrieben, die Ladungsträgerdichte in einem Teil (an dem zweiten Heliumzielpunkt 34a) des ersten Heliumdurchleitgebiets 31b auf der Waferrückseite infolge der zweiten Heliumbestrahlung 34 deutlich ab. Wenn die zweite Heliumbestrahlung 34 nicht durchgeführt wird, hat das erste Heliumdurchleitgebiet 31b eine Ladungsträgerdichte-Verteilung, welche von der rückseitigen Waferoberfläche zu dem ersten Heliumzielpunkt 31a hin langsam abnimmt.
  • Auf diese Weise wurde zum Beispiel bestätigt, dass durch Durchführen der ersten Heliumbestrahlung 31 zum Steuern der Ladungsträger-Lebensdauer die Ladungsträgerdichte des ersten Heliumzielpunkts 31a deutlich verringert werden kann und in dem ersten Heliumdurchleitgebiet 31b die Ladungsträgerdichte eines von dem ersten Heliumzielpunkt 31a entfernt liegenden Teils geringfügig verringert werden kann. Ferner wurde bestätigt, dass die Ladungsträgerdichte eines ab der rückseitigen Waferoberfläche tiefer als der erste Heliumzielpunkt 31a liegenden Teils 42 die gleiche wie die Ladungsträgerdichte des Siliciumwafers (entspricht der Ladungsträgerdichte der n--Driftschicht 1) war und durch die Heliumbestrahlungen eins 31 und zwei 34 nicht beeinträchtigt wurde. An dem zweiten Heliumzielpunkt 34a, wo durch die zweite Heliumbestrahlung 34 die zweite Störstellenschicht 11b gebildet wurde, wurde ebenfalls ein deutlicher Rückgang der Ladungsträgerdichte bestätigt. Es wurde bestätigt, dass Gitterfehler außerdem überall in dem zweiten Heliumdurchleitgebiet 34b durch die zweite Heliumbestrahlung 34 gebildet wurden und die Ladungsträgerdichte eines von dem zweiten Heliumzielpunkt 34a entfernt liegenden Teils geringfügig abnahm. Die Ladungsträgerdichte eines weiter als der zweite Heliumzielpunkt 34a auf der Waferrückseite liegenden Teils 43 betrug 5,0 × 1013/cm3.
  • Wie beschrieben, werden gemäß der ersten Ausführungsform Protonen von der rückseitigen Substratoberfläche her eingestrahlt und wird Helium bis in einen Bereich, welcher tiefer als derjenige der Protonenbestrahlung liegt, eingestrahlt, wodurch die Protonen und Helium enthaltende n-Schicht als die n-FS-Schicht an einer Position, welche ab der rückseitigen Substratoberfläche tiefer als die Protonen enthaltende und durch die Protonenbestrahlung gebildete n-Schicht liegt, gebildet werden kann. Die Protonen und Helium enthaltende n-Schicht steht mit der aus der Protonenbestrahlung resultierenden n-Schicht in Kontakt, und die Substratvorderseite hat eine Ladungsträgerdichte-Verteilung, welche weniger steil als diejenige der durch die Protonenbestrahlung gebildeten n-Schicht abnimmt. Anders ausgedrückt, die n-FS-Schicht kann in der n--Driftschicht an einer ab der rückseitigen Substratoberfläche tiefen Position und mit einer aus der Protonen enthaltenden n-Schicht und der Protonen und Helium enthaltenden n-Schicht bestehenden Dicke gebildet werden.
  • Ferner können gemäß der ersten Ausführungsform durch Bilden einer bis zu einer ab der rückseitigen Substratoberfläche tiefen Position reichenden, dicken n-FS-Schicht und mittels Protonenbestrahlung zum Beheben auf eine Heliumbestrahlung zurückzuführender Gitterfehler dV/dt und Spannungsstöße unterdrückt werden und kann eine Strom/Spannungs-Kurve mit sanfter Erholung erreicht werden. Ferner kann gemäß der ersten Ausführungsform eine bis zu einer ab der rückseitigen Substratoberfläche tiefen Position reichende n-FS-Schicht mit vorteilhafter Steuerbarkeit durch Protonenbestrahlung und Heliumbestrahlung gebildet werden, was eine Verbesserung der Zuverlässigkeit des RC-IGBT ermöglicht. Ferner kann gemäß der ersten Ausführungsform eine bis zu einer ab der rückseitigen Substratoberfläche tieferen Position als einer Bestrahlungsgrenze (Bereichsgrenze von Protonen einer Protonenbestrahlungseinrichtung) einer gewöhnlichen Protonenbestrahlungseinrichtung reichende, dicke n-FS-Schicht durch Protonenbestrahlung und Heliumbestrahlung gebildet werden. Ohne Notwendigkeit, eine kostspielige, zu einer Protonenbestrahlung mit hoher Beschleunigung fähige Fertigungseinrichtung gegenüber einer gewöhnlichen Protonenbestrahlungseinrichtung zu verwenden, können deshalb Kostensteigerungen verhindert werden.
  • Eine Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform wird beschrieben. 8 ist eine Zeichnung einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. 8(a) ist eine Schnittansicht, und 8(b) ist ein Schaubild, welches eine Ladungsträgerdichte-Verteilung in einer Tiefenrichtung ab der rückseitigen Substratoberfläche entlang einer Schnittlinie B-B' in 8(a) zeigt. Die Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform erhält man durch Anwenden der ersten Ausführungsform auf einen RC-IGBT mit einer einzigen durch Protonenbestrahlung gebildeten Ebene einer n-Schicht (im Folgenden ersten n-Schicht) 50a. In der zweiten Ausführungsform weist eine n-FS-Schicht 50 die durch Protonenbestrahlung gebildete erste n-Schicht 50a aus einer einzigen Ebene und eine durch Protonenbestrahlung und Heliumbestrahlung gebildete n-Schicht (im Folgenden zweite n-Schicht) 50b auf.
  • Die erste n-Schicht 50a ist an einer Position nahe der rückseitigen Substratoberfläche in der n--Driftschicht 1, d.h. nahe dem p+-Kollektorgebiet 12 und dem n+-Kathodengebiet 13 vorgesehen. Die erste n-Schicht 50a kann unter gleichen Bedingungen wie denjenigen bei der der rückseitigen Substratoberfläche am nächsten liegenden n-Schicht von den mehreren die n-FS-Schicht bildenden n-Schichten in der ersten Ausführungsform gebildet sein. Die zweite n-Schicht 50b ist eine Diffusionschicht, welche Protonen und Helium enthält und welche durch die Protonenbestrahlung zum Bilden der ersten n-Schicht 50a und die erste Heliumbestrahlung 31 (oder die zweite Heliumbestrahlung 34 oder beide) gebildet ist. Bei der Bildung der zweiten n-Schicht 50b liegt der Bereich der ersten Heliumbestrahlung 31 (oder der zweiten Heliumbestrahlung 34 oder beider) tiefer als der Bereich Rp der Protonenbestrahlung von der rückseitigen Substratoberfläche her.
  • Die zweite n-Schicht 50b ist an einer ab der rückseitigen Substratoberfläche tieferen Position als die erste n-Schicht 50a vorgesehen. Ferner steht die zweite n-Schicht 50b mit einer Anodenseite der ersten n-Schicht 50a in Kontakt und hat sie eine Spitzen-Ladungsträgerdichte an einer ab der rückseitigen Substratoberfläche tieferen Position als die erste n-Schicht 50a. Ferner hat die zweite n-Schicht 50b eine Spitzen-Ladungsträgerdichte, welche niedriger als diejenige der ersten n-Schicht 50a ist, und eine im wesentlichen flache Ladungsträgerdichte-Verteilung, welche von der Spitzenposition zu der Anodenseite hin weniger steil als diejenige der ersten n-Schicht 50a abnimmt. Eine Dicke t3 der zweiten n-Schicht 50b kann dicker als eine Dicke t4 der ersten n-Schicht 50a sein (t3 > t4).
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform führt die Protonenbestrahlung in Schritt S16 in dem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform nur einmal durch (siehe 2B).
  • Wie beschrieben, kann gemäß der zweiten Ausführungsform eine Ladungsträgerdichte-Verteilung der n--Driftschicht auf der Anodenseite der n-FS-Schicht in einer Nähe des n+-Kathodengebiets und des p+-Kollektorgebiets so eingestellt werden, dass sie eine sich langsam ändernde Fremdatomdichte-Verteilung über eine relativ breite Breite (Dicke) in der Tiefenrichtung aufweist. Deshalb können Schalteigenschaften des RC-IGBT eingestellt werden.
  • Eine Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform wird beschrieben. 9 ist eine Zeichnung einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform. 9(a) ist eine Schnittansicht; 9(b) ist ein Schaubild, welches eine Ladungsträgerdichte-Verteilung in der Tiefenrichtung ab der rückseitigen Substratoberfläche entlang einer Schnittlinie C-C' in 9(a) zeigt. Die Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich darin von der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, dass die Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform eine breite Pufferstruktur aufweist, wo in der n--Driftschicht 1 an einer ab der rückseitigen Substratoberfläche tiefen vordefinierten Position (zum Beispiel in einer Tiefe ab der rückseitigen Substratoberfläche von zum Beispiel ungefähr 30 µm bis 60 µm oder einer Tiefe von ungefähr 60 µm oder mehr) eine n-FS-Schicht 51 aus einer einzigen Ebene als eine breite Pufferschicht vorgesehen ist. Eine breite Pufferstruktur ist eine Struktur, welche eine breite Pufferschicht mit einer um eine Spitze in der Tiefenrichtung zentrierten und von der Spitzenposition zu beiden Substrat-Hauptoberflächen hin abnehmenden Ladungsträgerdichte-Verteilung enthält.
  • Anders ausgedrückt, in der dritten Ausführungsform weist die n-FS-Schicht 51 eine durch Protonenbestrahlung gebildete erste n-Schicht 51a und durch Protonenbestrahlung und Heliumbestrahlung gebildete n-Schichten (im folgenden n-Schichten zwei und drei (Halbleiterschichten zwei und drei)) 51b, 51c auf. Insbesondere ist die erste n-Schicht 51a in dem IGBT-Gebiet 21 und dem Diodengebiet 22 an einer ab der rückseitigen Substratoberfläche tiefen Position in der n--Driftschicht 1 vorgesehen. Die erste n-Schicht 51a ist eine Protonen enthaltende und durch eine einzige einzelne Protonenbestrahlung gebildete Diffusionschicht. Ferner enthält die n-FS-Schicht 51 die n-Schichten zwei 51b und drei 51c jeweils auf den Substrathauptoberflächen-Seiten der ersten n-Schicht 51a. Die n-Schichten zwei 51b und drei 51c sind Protonen und Helium enthaltende Diffusionschichten und sind durch die Protonenbestrahlung und die erste Heliumbestrahlung 31 gebildet. Anders ausgedrückt, hinsichtlich der n-Schichten zwei 51b und drei 51c ist der Bereich der ersten Heliumbestrahlung 31, ähnlich der ersten Ausführungsform, an einer ab der rückseitigen Substratoberfläche tieferen Position als der Bereich Rp der Protonenbestrahlung vorgesehen.
  • Ferner sind die n-Schichten zwei 51b und drei 51c in dem Diodengebiet 22 vorgesehen. Die n-Schichten zwei 51b und drei 51c können sich bis zu einer Nähe der Grenze des IGBT-Gebiets 21 und des Diodengebiets 22 erstrecken. Die zweite n-Schicht 51b steht mit der Anodenseite der ersten n-Schicht 51a in Kontakt und hat eine ab der rückseitigen Substratoberfläche tiefer als die erste n-Schicht 51a positionierte Spitzen-Ladungsträgerdichte. Ferner ist die Spitzen-Ladungsträgerdichte der zweiten n-Schicht 51b niedriger als diejenige der aus einer Protonenbestrahlung resultierenden ersten n-Schicht 51a und hat die zweite n-Schicht 51b eine im wesentlichen flache Ladungsträgerdichte-Verteilung, welche von der Spitzenposition zu der Anodenseite hin weniger steil als diejenige der ersten n-Schicht 51a abnimmt.
  • Die dritte n-Schicht 51c steht mit der Kathodenseite der ersten n-Schicht 51 in Kontakt und hat eine Spitzen-Ladungsträgerdichte an einer ab der rückseitigen Substratoberfläche weniger tiefen Position als die erste n-Schicht 51a. Ferner ist die Spitzen-Ladungsträgerdichte der dritten n-Schicht 51c niedriger als diejenige der aus einer Protonenbestrahlung resultierenden ersten n-Schicht 51a und hat die dritte n-Schicht 51c eine im wesentlichen flache Ladungsträgerdichte-Verteilung, welche von der Spitzenposition zu der Anodenseite hin weniger steil als diejenige der ersten n-Schicht 51a abnimmt. Dicken t5, t6 der n-Schichten zwei 51b und drei 51c können dicker als eine Dicke 7t der ersten n-Schicht 51a sein (t5 > t7, t6 > t7). Ferner enthält die n-FS-Schicht 51 die n-Schichten zwei 51b und drei 51c, weshalb eine Dicke t8 derselben relativ dick ist.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform wird durch Durchführen des Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform realisiert, wobei die Protonenbestrahlung in Schritt S16 einen ab der rückseitigen Substratoberfläche tieferen Bereich Rp als den Bereich Rp in der zweiten Ausführungsform verwendet. In der dritten Ausführungsform werden Protonen, welche in der ersten n-Schicht 51a nicht aktiviert wurden, durch das Glühen in Schritt S19 zu beiden Substrathauptoberflächen-Seiten der ersten n-Schicht 51a in dem Diodengebiet 22 hin diffundiert. Infolgedessen haben beide Substrathauptoberflächen-Seiten der ersten n-Schicht 51a Spitzen, wodurch zwei n-Schichten, die jeweils eine Ladungsträgerdichte-Verteilung haben, welche von der Spitze zu jeder der Substrathauptoberflächen-Seiten hin weniger steil als diejenige der ersten n-Schicht 51a abnimmt, in dem Diodengebiet 22 gebildet werden. Diese beiden n-Schichten sind die n-Schichten zwei 51b und drei 51c.
  • Ein weiteres Beispiel einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform wird beschrieben. 10 ist ein Schaubild eines weiteren Beispiels der Ladungsträgerdichte-Verteilung der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform. In 10 ist die Störstellenschicht 11b nicht dargestellt. Die 10(a) und 10(b) zeigen die Ladungsträgerdichte-Verteilung in dem Diodengebiet 22 in der Tiefenrichtung ab der rückseitigen Substratoberfläche. In den 10(a) und 10(b) ist die waagerechte Achse die Tiefe ab der rückseitigen Substratoberfläche und ist die senkrechte Achse die Ladungsträgerdichte. Wie in 10(a) gezeigt, kann der Bereich (das aus der ersten Heliumbestrahlung 31 resultierende erste Heliumdurchleitgebiet 31d) der ersten Heliumbestrahlung 31 nahe einem Bereich der Protonenbestrahlung liegen und weniger tief ab der rückseitigen Substratoberfläche als der Bereich Rp für die Protonenbestrahlung sein. In diesem Fall ist die Protonen und Helium enthaltende dritte n-Schicht 51c nur auf der Kathodenseite der ersten n-Schicht 51a gebildet. Eine Konfiguration der dritten n-Schicht 51c stimmt zum Beispiel mit derjenigen der dritten n-Schicht 51c der in 9 gezeigten Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform überein.
  • Wie in 10(b) gezeigt, kann der Bereich (das aus der ersten Heliumbestrahlung 31 resultierende erste Heliumdurchleitgebiet 31e) der ersten Heliumbestrahlung 31 nahe dem Bereich RP der Protonenbestrahlung liegen und ab der rückseitigen Substratoberfläche tiefer als der Bereich Rp der Protonenbestrahlung sein. In diesem Fall bilden Protonen und Helium n-Schichten zwei 51d und drei 51c auf der Anodenseite und der Kathodenseite der ersten n-Schicht 51a. Die zweite n-Schicht 51d auf der Anodenseite ist innerhalb eines Bereichs der Halbwertsbreite der Spitze der durch die erste Heliumbestrahlung 31 gebildeten Störstellenschicht positioniert und enthält eine große Menge Gitterfehler. Deshalb hat die zweite n-Schicht 51d eine höhere Spitzen-Ladungsträgerdichte als die dritte n-Schicht 51c auf der Kathodenseite und eine Ladungsträgerdichte-Verteilung, welche zu der Anodenseite hin steiler als diejenige der dritten n-Schicht 51c und weniger steil als diejenige der ersten n-Schicht 51a abnimmt. Ein Konfiguration der dritten n-Schicht 51c stimmt zum Beispiel mit derjenigen der dritten n-Schicht 51c der in 9 gezeigten Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform überein.
  • Wie beschrieben, können gemäß der dritten Ausführungsform Wirkungen erzielt werden, welche mit denjenigen der ersten Ausführungsform übereinstimmen. Ferner kann gemäß der dritten Ausführungsform, ähnlich einem herkömmlichen Fall, eine breite Pufferschicht gebildet werden, welche eine aus einer die Ladungsträgerdichte steil von der Spitzenposition abfallend verringernden Protonenbestrahlung resultierende erste n-Schicht aufweist und eine zweite und eine dritte n-Schicht, welche mit der ersten n-Schicht in Kontakt stehen und eine Ladungsträgerdichte haben, welche langsamer als die erste n-Schicht abnimmt, aufweist. Die Halbleitervorrichtung mit der breiten Pufferstruktur erzielt im Hochgeschwindigkeitsbetrieb eine Sperrverzögerungs-Strom/Spannungs-Kurve mit sanfter Erholung und unterdrückt wirkungsvoll Schwingungen der Sperrverzögerungs-Strom/Spannungs-Kurve. Deshalb kann eine durch einen verlustarmen Hochgeschwindigkeits-IGBT mit Sanfterholungseigenschaften oder dergleichen realisierte Leistungshalbleitervorrichtung bereitgestellt werden und ist sie für Leistungssteuerungseinrichtungen nutzbar.
  • Ferner wird gemäß einem als ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit einer breiten Pufferstruktur vorgeschlagenen herkömmlichen Verfahren, wenn ein Halbleitersubstrat durch Aufeinanderstapeln mehrerer Halbleiterschichten durch Epitaxie produziert wird, eine Halbleiterschicht, welche eine breite Pufferschicht bilden soll und eine relativ hohe Phosphordichte aufweist, durch Epitaxie an einer ab der rückseitigen Substratoberfläche tiefen Position gebildet (im Folgenden ein erstes herkömmliches Beispiel). Gemäß einem weiteren vorgeschlagenen Verfahren werden in ein Halbleitersubstrat eingestrahlte Protonen durch eine Wärmebehandlung in Donatoren nahe einer Tiefenposition des Bereichs Rp ab der Protonenbestrahlungs-Oberfläche umgewandelt (im Folgenden ein zweites herkömmliches Beispiel). In dem ersten herkömmlichen Beispiel sind die Kosten höher als in dem zweiten herkömmlichen Beispiel, und in dem zweiten herkömmlichen Beispiel ist der Bereich der Protonenbestrahlung die Tiefenposition der breiten Pufferschicht und hängt er von der Leistungsfähigkeit der Protonenbestrahlungseinrichtung ab. Im Gegensatz dazu kann gemäß der dritten Ausführungsform eine dicke breite Pufferschicht, welche bis zu einer ab der rückseitigen Substratoberfläche tieferen Position als eine Bestrahlungsgrenze der Protonenbestrahlungseinrichtung reicht, durch Protonenbestrahlung und Heliumbestrahlung gebildet werden. Deshalb sind die Kosten niedriger als bei dem ersten herkömmlichen Beispiel und ist eine bis zu einer ab der rückseitigen Substratoberfläche tiefen Position reichende breite Pufferschicht dick und tief gegenüber dem zweiten herkömmlichen Beispiel.
  • Eine Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform wird beschrieben. 11 ist eine Zeichnung einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform. 11(a) ist eine Schnittansicht der Struktur. 11(b) ist ein Schaubild, welches die Ladungsträgerdichte-Verteilung in der Tiefenrichtung ab der rückseitigen Substratoberfläche entlang einer in 11(a) gezeigten Schnittlinie D-D' zeigt. Die Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich darin von der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform, dass zwei n-FS-Schichten (im folgenden n-FS-Schichten eins und zwei) 51, 52 in verschiedenen Tiefen ab der rückseitigen Substratoberfläche vorgesehen sind.
  • Zum Beispiel stimmt eine Konfiguration der ersten n-FS-Schicht 51 mit der n-FS-Schicht der dritten Ausführungsform überein. Die zweite n-FS-Schicht 52 enthält n-Schichten 52a bis 52d aus mehreren Ebenen (hier 4 Ebenen) verschiedener Tiefen ab der rückseitigen Substratoberfläche. Die mehreren Ebenen der n-Schichten (im Folgenden der n-Schichten eins bis vier) 52a bis 52d der zweiten n-FS-Schicht 52 sind durch mehrere einzelne Protonenbestrahlungen verschiedener Bereiche Rp gebildete Diffusionschichten. Zum Beispiel kann eine Konfiguration der zweiten n-FS-Schicht 52 mit derjenigen der durch Protonenbestrahlung gebildeten n-Schichten eins bis vier von den die n-FS-Schicht der ersten Ausführungsform bildenden mehreren Ebenen von n-Schichten übereinstimmen. In 11 sind Bezugszeichen 52a bis 52d nacheinander ab der der rückseitigen Substratoberfläche am nächsten liegenden ersten n-Schicht 52a in der Tiefenrichtung ab der rückseitigen Substratoberfläche in der zweiten n-FS-Schicht 52 vergeben.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform wird durch Bilden der ersten n-Schicht 51a der ersten n-FS-Schicht 51 mittels der Protonenbestrahlung (ersten einzelnen Protonenbestrahlung) in Schritt S16 und Bilden der n-Schichten eins 52a bis vier 52d der zweiten n-FS-Schicht 52 in dem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform realisiert. In 11 ist die aus der zweiten Heliumbestrahlung 34 in Schritt S18 resultierende zweite Störstellenschicht 11b in einem Zustand der Bildung nahe der zweiten n-Schicht 52b dargestellt (ähnlich in den 12 und 14).
  • Wie beschrieben, können gemäß der vierten Ausführungsform Wirkungen erzielt werden, welche mit denjenigen der Ausführungsformen eins bis drei übereinstimmen.
  • Eine Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform wird beschrieben. 12 ist eine Zeichnung einer Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform. Die 13 und 14 sind Schnittansichten der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform während der Herstellung. Die Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform unterscheidet sich darin von der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform, dass die n-Schichten zwei und drei (aus Protonenbestrahlung und Heliumbestrahlung resultierenden n-Schichten) 51e, 51f, welche die erste n-FS-Schicht 51 bilden, in dem IGBT-Gebiet 21 und dem Diodengebiet 22 vorgesehen sind. Anders ausgedrückt, die (aus einer Protonenbestrahlung resultierende) erste n-Schicht 51a der ersten n-FS-Schicht 51 liegt zwischen den auf beiden Substratoberflächen-Seiten der ersten n-Schicht 51a angeordneten n-Schichten zwei 51e und drei 51f. Die erste Störstellenschicht 11a ist in dem IGBT-Gebiet 21 und dem Diodengebiet 22 vorgesehen.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform wird durch Durchführen der ersten Heliumbestrahlung 31 in Schritt S18 in dem IGBT-Gebiet 21 und dem Diodengebiet 22 in dem Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform realisiert. Anders ausgedrückt, wie in 13 gezeigt, wird bei der ersten Heliumbestrahlung 31 in Schritt S18 die dicke Metallplatte (siehe 3) zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Absorber 32 nicht angebracht. Infolgedessen werden, wie in 14 gezeigt, das gesamte IGBT-Gebiet 21 und das gesamte Diodengebiet 22 das erste Heliumdurchleitgebiet 31b (das durch diagonale Schraffur gekennzeichnete Gebiet). 14 zeigt einen Zustand, in welchem die zweite Heliumbestrahlung 34 in Schritt S18 durchgeführt wird. Deshalb werden durch das Glühen in dem anschließenden Schritt, Schritt S19, auf beiden Substrat-Hauptoberflächen der ersten n-Schicht 51a die n-Schichten zwei 51e und drei 51f in dem Diodengebiet 22 und dem IGBT-Gebiet 21 gebildet.
  • Die fünfte Ausführungsform kann den Ausführungsformen eins bis drei entsprechen, wobei in dem IGBT-Gebiet 21 und dem Diodengebiet 22 die in den Ausführungsformen eins bis drei durch die Protonenbestrahlung und die Heliumbestrahlung gebildeten n-Schichten gebildet sind.
  • Wie beschrieben, können gemäß der fünften Ausführungsform Wirkungen erzielt werden, welche mit denjenigen der Ausführungsformen eins bis vier übereinstimmen.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform wird anhand der 1, 2A und 15 beschrieben. 15 ist ein Ablaufplan des Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform. Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich darin von dem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, dass die Reihenfolge der Protonenbestrahlung und der Heliumbestrahlung vertauscht ist. Anders ausgedrückt, die Protonenbestrahlung wird nach der Heliumbestrahlung durchgeführt.
  • Insbesondere werden, wie in den 2A und 15 gezeigt, ähnlich der ersten Ausführungsform Prozesse von der Bildung des MOS-Gate (Schritt S1) bis zu der Bildung eines Oberflächenschutzfilms (Schritt S15) nacheinander durchgeführt. Dann wird die Heliumbestrahlung durchgeführt (Schritt S21). Das Verfahren und die Bedingungen der Heliumbestrahlung in Schritt S21 sind die gleichen wie diejenigen der Heliumbestrahlung in der ersten Ausführungsform. Dann wird die Protonenbestrahlung durchgeführt (Schritt S22). Das Verfahren und die Bedingungen der Protonenbestrahlung in Schritt S22 sind die gleichen wie diejenigen der Protonenbestrahlung in der ersten Ausführungsform. Dann werden die Protonen in dem Halbleitersubstrat durch eine Wärmebehandlung (Glühen) aktiviert und werden die aus der Heliumbestrahlung resultierenden Gitterfehler behoben (Schritt S23).
  • Auf diese Weise wird in der sechsten Ausführungsform nach der Heliumbestrahlung in Schritt S21 und vor der Protonenbestrahlung in Schritt S22 die Wärmebehandlung zum Beheben der aus der Heliumbestrahlung resultierenden Gitterfehler nicht durchgeführt. Infolgedessen kann verhindert werden, dass die mit den Protonen verbundenen und in Donatoren umgewandelten Gitterfehler vor dem Protonenbestrahlungs-Schritt S22 behoben und beseitigt werden, was eine Wasserstoffdonator-Bildung durch die Protonenbestrahlung ähnlich der ersten Ausführungsform ermöglicht. Die Bedingungen des Glühens in Schritt S23 sind zum Beispiel die gleichen wie die Glühbedingungen zum Aktivieren der Protonen in der ersten Ausführungsform. Danach werden, ähnlich der ersten Ausführungsform, die Bildung der Rückseitenelektrode 14 (Schritt S20) und nachfolgende Prozesse nacheinander durchgeführt, wodurch der in 1 gezeigte RC-IGBT mit einer Graben-Gate-Struktur fertiggestellt wird.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform kann verwendet werden, wenn die Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bis fünften Ausführungsform hergestellt wird.
  • Wie beschrieben, können gemäß dem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform Wirkungen durch die Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß den Ausführungsformen eins bis fünf erzielt werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Abwandlungen innerhalb eines vom Geist der Erfindung nicht abweichenden Umfangs sind möglich. Obwohl zum Beispiel in den Ausführungsformen ein RC-IGBT mit einer Graben-Gate-Struktur als ein Beispiel beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung zum Beispiel auch auf verschiedene Halbleitervorrichtungen mit einer n-FS-Schicht wie einen einzelnen IGBT oder eine einzelne Diode anwendbar. Ferner kann die erste Heliumbestrahlung, obwohl in der ersten und der zweiten Ausführungsform ein Fall beschrieben ist, in welchem die erste Heliumbestrahlung zum Steuern der Ladungsträger-Lebensdauer durchgeführt wird, auch mit einem Ziel, eine Protonen und Helium enthaltende n-Schicht zu bilden, welche eine n-FS-Schicht wird, durchgeführt werden.
  • INDUSTRIELLE ANWENDUNGSMÖGLICHKEITEN
  • Wie beschrieben, sind die Halbleitervorrichtung und das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für in Stromrichteinrichtungen wie Wechselrichtern und in Stromversorgungseinrichtungen wie in verschiedenartigen Industriemaschinen verwendete Leistungshalbleitervorrichtungen nutzbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    n--Driftschicht
    2
    p-Basisschicht (p-Anodenschicht)
    3
    Graben
    4
    Gate-Isolierfilm
    5
    Gate-Elektrode
    6
    n+-Emittergebiet
    7
    p+-Kontaktgebiet
    8
    Zwischenschicht-Isolierfilm
    9
    Vorderseitenelektrode
    10, 50, 51, 52
    n-FS-Schicht
    10a bis 10e, 50a, 50b, 51a bis 51d, 52a bis 52d
    eine n-FS-Schicht bildende n-Schichten
    11a, 11b
    Störstellenschicht
    12
    p+-Kollektorgebiet
    13
    n+-Kathodengebiet
    14
    Rückseitenelektrode
    21
    IGBT-Gebiet
    22
    Diodengebiet
    31, 34
    Heliumbestrahlung
    31a, 34a
    Heliumzielpunkt
    31b, 34b
    Heliumdurchleitgebiet
    32, 35
    Absorber
    33
    Metallplatte
    33a
    Öffnung der Metallplatte

Claims (13)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, enthaltend: Bestrahlen (S16) eines Halbleitersubstrats (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps mit Protonen von einer Rückseite des Halbleitersubstrats (1) her unter Verwendung einer ersten vordefinierten Tiefe als Bereich, wodurch eine erste Halbleiterschicht (10a-10d) des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet wird, welche einen Wasserstoffdonator enthält und eine Spitzen-Ladungsträgerdichte in der ersten vordefinierten Tiefe aufweist; Durchführen (S17) einer die Protonen aktivierenden ersten Wärmebehandlung; Bestrahlen (S18) mit Helium von der Rückseite des Halbleitersubstrats her unter Verwendung einer zweiten vordefinierten Tiefe, welche tiefer als die erste vordefinierte Tiefe liegt, als Bereich, wodurch Gitterfehler ins Halbleitersubstrat (1) eingebracht werden; und Durchführen (S19) einer zweiten Wärmebehandlung zum Einstellen einer Menge der Gitterfehler, wobei: die zweite Wärmebehandlung das Bilden einer zweiten Halbleiterschicht (10e) des ersten Leitfähigkeitstyps weiter auf einer Vorderseite des Halbleitersubstrats als die erste Halbleiterschicht (10a-10d) enthält, die zweite Halbleiterschicht (10e) den Wasserstoffdonator und das Helium enthält und mit der ersten Halbleiterschicht (10a-10d) verbunden ist, eine Störstellenschicht (11a) durch Gitterfehler des Heliums und einer Fehlstelle gebildet wird, die in einer zweiten vordefinierten Tiefe ab der Rückseite des Halbleitersubstrats, welche tiefer als die erste vordefinierte Tiefe liegt, enthalten sind; und ein zwischen der Störstellenschicht (11a) und der Vorderseite des Halbleitersubstrats angeordneter Bereich gebildet wird, wo das von der Rückseite des Halbleitersubstrats eingestrahlte Helium nicht ankommt, und eine Ladungsträgerdichte des Halbleitersubstrats in einem Teil, wo die Störstellenschicht (11a) angeordnet ist, niedriger ist als in anderen Teilen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Wärmebehandlung das Bilden der zweiten Halbleiterschicht (10e) enthält, die eine niedrigere Spitzen-Ladungsträgerdichte als die erste Halbleiterschicht (10a-10d) aufweist, und die eine Ladungsträgerdichte-Verteilung aufweist, die zur Vorderseite des Halbleitersubstrats hin weniger steil abnimmt als diejenige der ersten Halbleiterschicht (10a-10d).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, enthaltend Bilden (S2) eines Halbleitergebiets (2) des zweiten Leitfähigkeitstyps an der Vorderseite des Halbleitersubstrats vorm Bestrahlen mit Protonen, wobei die erste Halbleiterschicht (10a-10d) und die zweite Halbleiterschicht (10e) als eine Feldstoppschicht (10) gebildet werden, die eine Ausbreitung einer Sperrschicht unterbindet, die sich von einem pn-Übergang zwischen dem Halbleitergebiet (2) des zweiten Leitfähigkeitstyps und dem Halbleitersubstrat (1) zur Rückseite des Halbleitersubstrats hin ausbreitet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestrahlen mit Protonen in Form einer Vielzahl einzelner Bestrahlungen verschiedener Bereiche durchgeführt wird, wodurch eine Vielzahl erster Halbleiterschichten (10a-10d) in verschiedenen Tiefen ab der Rückseite des Halbleitersubstrats gebildet wird, aus der Vielzahl erster Halbleiterschichten (10a-10d) die an einer ab der Rückseite des Halbleitersubstrats tiefsten Position gebildete erste Halbleiterschicht (10a-10d) durch das Bestrahlen mit Protonen unter Verwendung der ersten vordefinierten Tiefe als Bereich gebildet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Wärmebehandlung das Bilden einer dritten Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps näher an der Rückseite des Halbleitersubstrats als die erste Halbleiterschicht (10a-10d) enthält, wobei die dritte Halbleiterschicht mit der ersten Halbleiterschicht (10a-10d) in Kontakt steht und die Protonen und das Helium enthält.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zweite Wärmebehandlung das Bilden der dritten Halbleiterschicht enthält, welche eine niedrigere Spitzen-Ladungsträgerdichte als die erste Halbleiterschicht (10a-10d) und eine Ladungsträgerdichte-Verteilung aufweist, die zur Rückseite des Halbleitersubstrats hin weniger steil abnimmt als diejenige der ersten Halbleiterschicht (10a-10d).
  7. Halbleitervorrichtung, enthaltend: eine erste Halbleiterschicht (10a-10d) eines ersten Leitfähigkeitstyps, die in einem Halbleitersubstrat (1) des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, wobei die erste Halbleiterschicht einen Wasserstoffdonator enthält und eine Spitzen-Ladungsträgerdichte in einer ersten vordefinierten Tiefe ab einer Rückseite des Halbleitersubstrats aufweist; eine zweite Halbleiterschicht (10e) des ersten Leitfähigkeitstyps weiter auf einer Vorderseite des Halbleitersubstrats als die erste Halbleiterschicht (10a-10d) angeordnet ist, wobei die zweite Halbleiterschicht mit der ersten Halbleiterschicht (10a-10d) verbunden ist und den Wasserstoffdonator und Helium enthält; eine Störstellenschicht (11a), gebildet durch Gitterfehler des Heliums und einer Fehlstelle, die in einer zweiten vordefinierten Tiefe ab der Rückseite des Halbleitersubstrats, welche tiefer als die erste vordefinierte Tiefe liegt, enthalten sind; und ein zwischen der Störstellenschicht (11a) und der Vorderseite des Halbleitersubstrats angeordneter Bereich, wo das von der Rückseite des Halbleitersubstrats eingestrahlte Helium nicht ankommt, wobei eine Ladungsträgerdichte des Halbleitersubstrats in einem Teil, wo die Störstellenschicht (11a) angeordnet ist, niedriger ist als in anderen Teilen.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei die zweite Halbleiterschicht (10e) eine niedrigere Spitzen-Ladungsträgerdichte als die erste Halbleiterschicht (10a-10d) und eine Ladungsträgerdichte-Verteilung aufweist, die zur Vorderseite des Halbleitersubstrats hin weniger steil abnimmt als diejenige der ersten Halbleiterschicht (10a-10d).
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, enthaltend ein auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats vorgesehenes Halbleitergebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht eine eine Ausbreitung einer Sperrschicht, welche sich von einem pn-Übergang zwischen dem Halbleitergebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp und dem Halbleitersubstrat zu der Rückseite des Halbleitersubstrats hin ausbreitet, unterbindende Feldstoppschicht bilden.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, enthaltend eine Vielzahl der ersten Halbleiterschichten in verschiedenen Tiefen ab der Rückseite des Halbleitersubstrats, wobei aus der Vielzahl der ersten Halbleiterschichten (10a-10d) die an einer ab der Rückseite des Halbleitersubstrats tiefsten Position vorgesehene erste Halbleiterschicht (10a-10d) eine Spitzen-Ladungsträgerdichte in der ersten vordefinierten Tiefe aufweist.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, enthaltend eine näher an der Rücksteite des Halbleitersubstrats als die erste Halbleiterschicht (10a-10d) vorgesehene dritte Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die mit der ersten Halbleiterschicht (10a-10d) in Kontakt steht und den Wasserstoffdonator und das Helium enthält.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die dritte Halbleiterschicht eine niedrigere Spitzen-Ladungsträgerdichte als die erste Halbleiterschicht (10a-10d) und eine Ladungsträgerdichte-Verteilung aufweist, die zur Rückseite des Halbleitersubstrats hin weniger steil abnimmt als diejenige der ersten Halbleiterschicht (10a-10d).
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei eine Ladungsträgerdichte des Halbleitersubstrats (1) in einem Teil, wo die Störstellenschicht (11a) vorgesehen ist, niedriger als in anderen Teilen ist, die Halbleitervorrichtung ferner ein an der Vorderseite des Halbleitersubstrats vorgesehenes Halbleitergebiet (2) des zweiten Leitfähigkeitstyps enthält und die erste Halbleiterschicht (10a-10d) und die zweite Halbleiterschicht (10e) eine Feldstoppschicht (10) bilden, die eine Ausbreitung einer Sperrschicht unterbindet, die sich von einem pn-Übergang zwischen dem Halbleitergebiet (2) vom zweiten Leitfähigkeitstyp und dem Halbleitersubstrat (1) zur Rücksteite des Halbleitersubstrats hin ausbreitet.
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