DE112016001599T5 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Zu verhindern, dass ein Zwischengebiet mit einer Kathodenelektrode in Kontakt kommt, selbst wenn ein Kathodengebiet teilweise defekt ist. Bereitgestellt wird eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat, welches ein Feldstoppgebiet, in welches erste Fremdatome von einem ersten Leitfähigkeitstyp implantiert sind, ein Zwischengebiet, welches auf einer Rückseite des Feldstoppgebiets gebildet ist und in welches zweite Fremdatome von einem zweiten Leitfähigkeitstyp implantiert sind, und ein Kathodengebiet von dem ersten Leitfähigkeitstyp, welches auf einer Rückseite des Zwischengebiets gebildet ist, aufweist. In einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats ist eine Dichte der ersten Fremdatome höher als eine Dichte der zweiten Fremdatome.

Description

  • HINTERGRUND
  • 1. TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung.
  • 2. STAND DER TECHNIK
  • Herkömmlicherweise gibt es eine bekannte Struktur, in welcher in einer Halbleitervorrichtung wie einer FWD (Freilaufdiode) ein p-Zwischengebiet so gebildet war, dass es mit einem n-Kathodengebiet in Kontakt stand, um Strom- und/oder Spannungsschwingungen, welche beim Fließen eines sehr kleinen Stroms auftreten können, zu unterdrücken (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
    Patentdokument 1: US-Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2009/267200
  • Jedoch kommt das p-Zwischengebiet, wenn das Kathodengebiet infolge des Einflusses in einem Herstellungsprozess erzeugter Teilchen oder dergleichen teilweise defekt wird, unerwünschterweise mit einer Kathodenelektrode in Kontakt.
  • KURZBESCHREIBUNG
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Halbleitersubstrat. Das Halbleitersubstrat kann ein Feldstoppgebiet, in welches erste Fremdatome von einem ersten Leitfähigkeitstyp implantiert sind, aufweisen. Das Halbleitersubstrat kann ein Zwischengebiet, welches auf einer Rückseite des Feldstoppgebiets gebildet ist und in welches zweite Fremdatome von einem zweiten Leitfähigkeitstyp implantiert sind, aufweisen. Das Halbleitersubstrat kann ein Kathodengebiet von dem ersten Leitfähigkeitstyp, welches auf einer Rückseite des Zwischengebiets gebildet ist, aufweisen. In einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats kann eine Dichte der ersten Fremdatome höher als eine Dichte der zweiten Fremdatome sein.
  • In der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats kann die Dichte der ersten Fremdatome fünfmal so hoch wie die Dichte der zweiten Fremdatome oder höher sein. Dritte Fremdatome sind in das Kathodengebiet implantiert, und in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats kann die Dichte der ersten Fremdatome ein Tausendstel einer Dichte der dritten Fremdatome oder niedriger sein.
  • Ein rückseitiges Oberflächengebiet, in welchem die Dichte der ersten Fremdatome höher als die Dichte der zweiten Fremdatome ist, ist in einer Tiefenrichtung ab der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet, und eine Länge des rückseitigen Oberflächengebiets in der Tiefenrichtung kann eine Länge sein, welche ein Loch nicht durchtunnelt. Eine Länge des rückseitigen Oberflächengebiets in der Tiefenrichtung kann länger als eine Debye-Länge in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats sein. Die Länge des rückseitigen Oberflächengebiets in der Tiefenrichtung kann 0,03 μm oder länger sein.
  • Das rückseitige Oberflächengebiet kann in der Tiefenrichtung kürzer als das Kathodengebiet sein. Das rückseitige Oberflächengebiet kann in der Tiefenrichtung auch länger als das Kathodengebiet sein. In dem rückseitigen Oberflächengebiet kann ein Unterschied zwischen der Dichte der ersten Fremdatome und der Dichte der zweiten Fremdatome in einem näher an der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats liegenden Gebiet zunehmen.
  • Ein Halbleitervorrichtungs-Herstellungsverfahren gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält, in einem Halbleitersubstrat, das Bilden eines Feldstoppgebiets, in welches erste Fremdatome von einem ersten Leitfähigkeitstyp implantiert werden, das Bilden eines Zwischengebiets, welches auf einer Rückseite des Feldstoppgebiets gebildet wird und in welches zweite Fremdatome von einem zweiten Leitfähigkeitstyp implantiert werden, und das Bilden eines Kathodengebiets von dem ersten Leitfähigkeitstyp, welches auf einer Rückseite des Zwischengebiets gebildet wird. In die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats können die ersten Fremdatome und die zweiten Fremdatome so implantiert werden, dass eine Dichte der ersten Fremdatome höher als eine Dichte der zweiten Fremdatome wird.
  • Fremdatome können in das Feldstoppgebiet implantiert werden, nachdem Fremdatome in das Kathodengebiet implantiert wurden.
  • Die Kurzbeschreibung beschreibt nicht unbedingt alle erforderlichen Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung kann auch eine Unterkombination der oben beschriebenen Merkmale sein.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Zeichnung, welche einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform zeigt.
  • 2 ist eine Zeichnung, welche die Halbleitervorrichtung 100, in welcher ein Teil eines Kathodengebiets 24 defekt ist, zeigt.
  • 3 ist ein Schaubild, welches Verteilungen von Fremdatomdichten in einem in 2 gezeigten Abschnitt A-A' zeigt.
  • 4 ist eine Zeichnung, welche einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung 200 gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
  • 5 ist ein Schaubild, welches Verteilungen von Fremdatomdichten in einem in 4 gezeigten Abschnitt B-B' zeigt.
  • 6A ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen einer an die Halbleitervorrichtung 100 angelegten Vorwärtsspannung und einem durch die Halbleitervorrichtung 100 fließenden Strom zeigt.
  • 6B ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen einer an die Halbleitervorrichtung 200 angelegten Vorwärtsspannung und einem durch die Halbleitervorrichtung 200 fließenden Strom zeigt.
  • 7 ist ein Schaubild, welches eine beispielhafte Fremdatomdichte-Verteilung in dem Kathodengebiet 24, einem Zwischengebiet 22 und einem FS-Gebiet 20 zeigt.
  • 8 ist ein Schaubild, welches mittels SIMS (Sekundärionen-Massenspektrometrie) gemessene beispielhafte Dichten zweiter Fremdatome und dritter Fremdatome zeigt.
  • 9 ist ein Schaubild, welches eine Debye-Länge in einer rückseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats 10 zeigt.
  • 10A ist eine Zeichnung, welche eine weitere beispielhafte Halbleitervorrichtung 100 zeigt.
  • 10B ist eine Zeichnung, welche die Halbleitervorrichtung 100, in welcher ein Teil des Kathodengebiets 24 defekt ist, zeigt.
  • 10C ist ein Schaubild, welches eine beispielhafte Fremdatomdichte-Verteilung in dem Kathodengebiet 24, dem Zwischengebiet 22 und dem FS-Gebiet 20 zeigt.
  • 11 ist ein Ablaufplan, welcher einen beispielhaften Herstellungsprozess der Halbleitervorrichtung 100 zeigt.
  • BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mittels der Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Jedoch begrenzen die folgenden Ausführungsformen die Erfindung gemäß den Ansprüchen nicht. Außerdem sind nicht alle Kombinationen der in den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale zum Erfüllen einer Aufgabe der Erfindung unbedingt erforderlich.
  • 1 ist eine Zeichnung, welche einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform zeigt. Die Halbleitervorrichtung 100 ist eine vertikale Halbleitervorrichtung, in welcher eine Elektrode auf einer vorderseitigen Oberfläche und einer rückseitigen Oberfläche eines Halbleitersubstrats 10 gebildet ist und Strom in der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 10 fließt. 1 zeigt eine Diode als ein Beispiel der Halbleitervorrichtung 100. Die Diode kann als eine parallel zu einem Schaltelement wie einem IGBT geschaltete Freilaufdiode (FWD) fungieren.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 enthält das Halbleitersubstrat 10, eine Anodenelektrode 12 und eine Kathodenelektrode 14. Die Anodenelektrode 12 ist so vorgesehen, dass sie mit der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 in Kontakt steht. Die Kathodenelektrode 14 ist so vorgesehen, dass sie mit der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 in Kontakt steht. Die Anodenelektrode 12 und die Kathodenelektrode 14 sind zum Beispiel aus einem aluminiumhaltigen Metallwerkstoff gebildet. Die Anodenelektrode 12 des vorliegenden Beispiels hat eine ebene Form. Jedoch kann die Anodenelektrode 12 eines anderen Beispiels auch eine Grabenform haben.
  • Das Halbleitersubstrat 10 ist aus einem Halbleitermaterial wie Silicium oder einem Verbindungshalbleiter gebildet. Das Halbleitersubstrat 10 ist mit Fremdatomen in einer vordefinierten Dichte dotiert. Sofern nicht anders beschrieben, bezeichnen die hierin angegebenen Fremdatome Dotierungsstoffe, welche in ein Halbleitermaterial implantiert sind, um einen n- oder einen p-Leitungstyp anzugeben. Das Halbleitersubstrat 10 des vorliegenden Beispiels ist von einem n–-Leitungstyp. Der n-Typ ist ein beispielhafter erster Leitungstyp. Außerdem ist der p-Typ ein beispielhafter zweiter Leitungstyp. Jedoch können der erste Leitungstyp und der zweite Leitungstyp jeweils ein entgegengesetzter Leitungstyp sein.
  • Das Halbleitersubstrat 10 weist ein Anodengebiet 16, ein Driftgebiet 18, ein Feldstoppgebiet (FS-Gebiet 20) und ein Kathodengebiet 24 auf. Außerdem ist ein rückseitiges Oberflächengebiet 26 mindestens in einem Teil des Kathodengebiets 24 vorgesehen.
  • Das Driftgebiet 18 ist von dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie demjenigen des Halbleitersubstrats 10. In dem vorliegenden Beispiel fungiert ein Gebiet, in welchem das Anodengebiet 16, das FS-Gebiet 20 und das Kathodengebiet 24 nicht in dem Halbleitersubstrat 10 gebildet sind, als das Driftgebiet 18.
  • Das Anodengebiet 16 ist in dem Halbleitersubstrat 10 und auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats 10 gebildet und mit der Anodenelektrode 12 elektrisch verbunden. Das Anodengebiet 16 ist mit Fremdatomen von einem anderen Leitfähigkeitstyp als demjenigen des Driftgebiets 18 dotiert. In dem vorliegenden Beispiel ist das Anodengebiet 16 vom p-Typ.
  • Das FS-Gebiet 20 ist auf der Rückseite des Driftgebiets 18 gebildet. Das FS-Gebiet 20 ist von dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Driftgebiet 18 und liegt da, wo die Fremdatome mit einer höheren Dichte als in dem Driftgebiet 18 implantiert sind. In dem vorliegenden Beispiel ist das FS-Gebiet 20 vom n-Typ. Außerdem werden die in das FS-Gebiet 20 implantierten Fremdatome als erste Fremdatome bezeichnet. Die ersten Fremdatome sind zum Beispiel Wasserstoff oder Phosphor.
  • Wasserstoff ist in dem Zustand eines Clusters, welcher Defektkomplexe (einen VOH-Defekt) bildet, an Fehlstellen (V) und Sauerstoff (O) in einem Halbleitermaterial gebunden. Dieser VOH-Defekt wird ein Donator. Folglich wird der VOH-Defekt ein n-Dotierungsstoff (Fremdatome). Wasserstoff kann durch Implantation von Wasserstoffionen wie Protonen und Deuterium in das Halbleitermaterial eingebracht werden. Sauerstoff kann in einem Herstellungsprozess in einem Halbleitermaterial enthalten sein oder kann in einem Prozess zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung absichtlich in ein Gebiet eines Halbleiters eingebracht werden. Fehlstellen können in einem Herstellungsprozess in einem Halbleitermaterial enthalten sein oder können in einem Prozess zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung absichtlich in ein Gebiet eines Halbleiters eingebracht werden. Sofern nicht anders beschrieben, wird ein Wasserstoff (einen VOH-Defekt) enthaltender Donator hierin einfach als ein Wasserstoffdonator bezeichnet und wird Wasserstoff als ein Dotierungsstoff (Fremdatome) bezeichnet. Durch Vorsehen des FS-Gebiets 20 mit einer hohen Dichte kann verhindert werden, dass eine Sperrschicht, welche sich von einer Grenzfläche des Anodengebiets 16 her ausdehnt, das Zwischengebiet 22 oder das Kathodengebiet 24 erreicht.
  • Das Zwischengebiet 22 ist auf der Rückseite des FS-Gebiets 20 gebildet. Das Zwischengebiet 22 ist von dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie demjenigen des Anodengebiets 16. In dem vorliegenden Beispiel ist das Zwischengebiet 22 vom p-Typ. Außerdem werden die in das Zwischengebiet 22 implantierten Fremdatome als zweite Fremdatome bezeichnet. Die zweiten Fremdatome sind zum Beispiel Bor.
  • Das Kathodengebiet 24 ist auf der Rückseite des Zwischengebiets 22 gebildet. Das Kathodengebiet 24 ist von dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie demjenigen des FS-Gebiets 20. Die Fremdatomdichte in dem Kathodengebiet 24 des vorliegenden Beispiels ist höher als die Fremdatomdichte in jedem des FS-Gebiets 20 und des Zwischengebiets 22. In dem vorliegenden Beispiel ist das Kathodengebiet 24 vom n+-Typ. Außerdem werden die in das Kathodengebiet 24 implantierten Fremdatome als dritte Fremdatome bezeichnet. Die dritten Fremdatome sind zum Beispiel Phosphor. Das Kathodengebiet 24 ist mit der Kathodenelektrode 14 elektrisch verbunden.
  • Es gibt ein allgemein bekanntes Phänomen, bei welchem, wenn eine Diode bei einem geringen Strom von ungefähr einem Zehntel eines Nennstroms eine Sperrverzögerung durchmacht, Ladungsträger auf der Kathodenseite sich erschöpfen und dann eine Strom- oder Spannungskurve stark schwingt. In der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels wird, wenn sich während der Sperrverzögerung eine Sperrschicht von der Anodenseite her ausdehnt und die Ladungsträger auf der Kathodenseite im Begriff sind, sich zu erschöpfen, ein starkes elektrisches Feld an einen pn-Übergang zwischen dem Zwischengebiet 22 und dem Kathodengebiet 24 angelegt, so dass in dem Übergang ein Lawinendurchbruch auftritt. Folglich werden Löcher von der Kathodenseite her in das Driftgebiet 18 injiziert, so dass die Dichte der Ladungsträger in dem Driftgebiet 18 auf der Kathodenseite höher gemacht werden kann. Infolgedessen können auf eine Erschöpfung der Ladungsträger zurückzuführende Spannungs- und Stromschwingungen unterdrückt werden. Deshalb kann eine sanfte Erholung der Halbleitervorrichtung 100 erreicht werden.
  • Die ersten Fremdatome, welche in das FS-Gebiet 20 implantiert wurden, werden mittels einer Wärmebehandlung oder dergleichen innerhalb des Halbleitersubstrats 10 diffundiert. Infolgedessen liegen die ersten Fremdatome auch innerhalb des Zwischengebiets 22 und des Kathodengebiets 24 vor. Entsprechend liegen auch die zweiten Fremdatome, welche in das Zwischengebiet 22 implantiert wurden, innerhalb des Kathodengebiets 24 vor.
  • In der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 in der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels ist die Dichte der ersten Fremdatome pro Volumeneinheit höher als die Dichte der zweiten Fremdatome pro Volumeneinheit. In der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels ist das rückseitige Oberflächengebiet 26, in welchem die Dichte der ersten Fremdatome höher als die Dichte der zweiten Fremdatome ist, in einer Tiefenrichtung ab der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 gebildet. Eine gestrichelte Linie in 1 zeigt ein Ende des rückseitigen Oberflächengebiets 26, welches Ende der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 gegenüberliegt. Es ist zu beachten, dass die Tiefenrichtung eine Richtung von der vorderseitigen Oberfläche zu der rückseitigen Oberfläche oder eine Richtung von der rückseitigen Oberfläche zu der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 bezeichnet.
  • Wenn in einer Vorrichtung, in welcher das rückseitige Oberflächengebiet 26 nicht vorgesehen ist, ein Teil des Kathodengebiets 24 defekt ist, erscheint das Zwischengebiet 22 in dem defekten Gebiet. Deswegen kommt das Zwischengebiet 22 unerwünschterweise mit der Kathodenelektrode 14 in Kontakt. Im Gegensatz dazu erscheint in der Halbleitervorrichtung 100, selbst wenn ein Teil des Kathodengebiets 24 defekt ist, das rückseitige n-Oberflächengebiet 26 in einem Abschnitt des defekten Gebiets, welcher Abschnitt mit der Kathodenelektrode 14 in Kontakt steht. Deswegen kann, selbst wenn ein Teil des Kathodengebiets 24 defekt ist, eine elektrische Verbindung des Zwischengebiets 22 mit der Kathodenelektrode 14 verhindert werden.
  • 2 ist eine Zeichnung, welche die Halbleitervorrichtung 100, in welcher ein Teil des Kathodengebiets 24 defekt ist, zeigt. Zum Beispiel wenn in einem Schritt, in welchem n-Fremdatome von der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 her in das Kathodengebiet 24 implantiert werden, Teilchen wie Staub an der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 anhaften, werden die Fremdatome nicht in ein mit den Teilchen bedecktes Gebiet implantiert. In diesem Fall wird das Kathodengebiet 24 nicht in dem Gebiet gebildet und wird folglich unerwünschterweise ein defekter Teil erzeugt.
  • Wie oben beschrieben, erscheint in einem Fall, in welchem das rückseitige Oberflächengebiet 26 nicht vorgesehen ist, das Zwischengebiet 22 in dem defekten Gebiet in dem Kathodengebiet 24. In diesem Fall kommt das Zwischengebiet 22 unerwünschterweise mit der Kathodenelektrode 14 in Kontakt. Infolgedessen haben das Zwischengebiet 22 und das Kathodengebiet 24 unerwünschterweise das gleiche Potential. Wenn das Zwischengebiet 22 und das Kathodengebiet 24 das gleiche Potential haben, wird es schwieriger, bei einer angelegten Vorwärts-Vorspannung Löcher aus dem Zwischengebiet 22 in das Kathodengebiet 24 zu injizieren, so dass die Vorwärtsspannung unerwünschterweise ansteigt.
  • Im Gegensatz dazu erscheint bei Vorsehen des rückseitigen Oberflächengebiets 26 in der Halbleitervorrichtung 100 das rückseitige n-Oberflächengebiet 26 in dem defekten Gebiet in dem Kathodengebiet 24. Deswegen kann, selbst wenn ein Teil des Kathodengebiets 24 defekt ist, verhindert werden, dass das Zwischengebiet 22 und das Kathodengebiet 24 das gleiche Potential haben, so dass die Halbleitervorrichtung 100 richtig betrieben werden kann.
  • 3 ist ein Schaubild, welches Verteilungen von Fremdatomdichten in einem Abschnitt A-A' in 2 zeigt. In 3 ist die senkrechte Achse eine logarithmische Achse, welche die Fremdatomdichten zeigt. In 3 zeigt die waagerechte Achse Tiefen ab der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10. Außerdem sind auf der waagerechten Achse jeweilige Bereiche des rückseitigen Oberflächengebiets 26, des Zwischengebiets 22, des FS-Gebiets 20 und des Driftgebiets 18 gezeigt. Es ist zu beachten, dass, da das Kathodengebiet 24 in dem Abschnitt A-A' defekt ist, das Kathodengebiet 24 nicht gezeigt ist. In dem nicht-defekten Teil des Kathodengebiets 24 entspricht ein Gebiet, in welchem die Dichte der dritten Fremdatome höher als die Dichte der zweiten Fremdatome ist, dem Kathodengebiet 24.
  • Es ist zu beachten, dass durchgezogene Linien in 3 die Dichteverteilung der in das FS-Gebiet 20 implantierten und diffundierten ersten Fremdatome beziehungsweise die Dichteverteilung der in das Zwischengebiet 22 implantierten und diffundierten zweiten Fremdatome zeigen. Außerdem zeigt eine gestrichelte Linie die Dichteverteilung der dritten Fremdatome in einem Fall, in welchem das Kathodengebiet 24 nicht defekt ist. Es ist zu beachten, dass selbst in einem Fall, in welchem die ersten Fremdatome und die dritten Fremdatome Fremdatome der gleichen Art sind, die Dichten der ersten und der dritten Fremdatome hierin jeweils unter Betrachtung der ersten Fremdatome und der dritten Fremdatome als verschiedene Fremdatome definiert sind.
  • In das FS-Gebiet 20 sind die ersten Fremdatome wie Wasserstoff implantiert und diffundiert. Deswegen liegt in dem FS-Gebiet 20 eine Spitzendichte der ersten Fremdatome vor. In das Zwischengebiet 22 sind die zweiten Fremdatome wie Bor implantiert und diffundiert. Ein p-Gebiet, in welchem die Dichte der zweiten Fremdatome höher als die Dichte der ersten Fremdatome ist, entspricht dem Zwischengebiet 22.
  • Wie oben beschrieben, ist in der Nähe der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 das rückseitige n-Oberflächengebiet 26, in welchem die Dichte der ersten Fremdatome höher als die Dichte der zweiten Fremdatome ist, gebildet. Deswegen kann verhindert werden, dass das p-Zwischengebiet 22 mit der Kathodenelektrode 14 in Kontakt kommt.
  • 4 ist eine Zeichnung, welche einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung 200 gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt. In der Halbleitervorrichtung 200 sind Dichteverteilungen der ersten Fremdatome und der zweiten Fremdatome von denjenigen in der Halbleitervorrichtung 100 verschieden. In der Nähe der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 weist die Halbleitervorrichtung 200 nicht das rückseitige Oberflächengebiet 26, in welchem die Dichte der ersten Fremdatome höher als die Dichte der zweiten Fremdatome wird, auf. Die übrige Struktur der Halbleitervorrichtung 200 ist die gleiche wie diejenige der Halbleitervorrichtung 100. Es ist zu beachten, dass 4 die Halbleitervorrichtung 200, in welcher ein Teil des Kathodengebiets 24 defekt ist, zeigt.
  • 5 ist ein Schaubild, welches Verteilungen von Fremdatomdichten in einem Abschnitt B-B' in 4 zeigt. Der Abschnitt B-B' ist ein Abschnitt, in welchem das Kathodengebiet 24 defekt ist. Es ist zu beachten, dass 5 die Dichte der ersten Fremdatome und die Dichte der zweiten Fremdatome zeigt und die Dichte der dritten Fremdatome weglässt. Die Dichteverteilung der dritten Fremdatome ist die gleiche wie die in 3 gezeigte Dichteverteilung der dritten Fremdatome.
  • In der Halbleitervorrichtung 200 ist die Dichte der zweiten Fremdatome auch in der Nähe der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 höher als die Dichte der ersten Fremdatome. Deswegen wird das rückseitige Oberflächengebiet 26 nicht gebildet, so dass das Zwischengebiet 22 unerwünschterweise mit der Kathodenelektrode 14 in Kontakt kommt.
  • 6A ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen einer an die Halbleitervorrichtung 100 angelegten Vorwärtsspannung und einem durch die Halbleitervorrichtung 100 fließenden Strom zeigt. Außerdem zeigt 6A einen Fall, in welchem das Kathodengebiet 24 keine defekten Teile aufweist, und einen Fall, in welchem ein defekter Teil in dem Kathodengebiet 24 erzeugt ist. In dem vorliegenden Beispiel beträgt die Breite des defekten Teils in dem Kathodengebiet 24 3,0 μm in einer zu der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 parallelen Richtung. Wie in 6A gezeigt, steigt die Vorwärtsspannung in der das rückseitige Oberflächengebiet 26 aufweisenden Halbleitervorrichtung 100 kaum an, selbst wenn ein defekter Teil in dem Kathodengebiet 24 erzeugt ist.
  • 6B ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen einer an die Halbleitervorrichtung 200 angelegten Vorwärtsspannung und einem durch die Halbleitervorrichtung 100 fließenden Strom zeigt. Außerdem zeigt 6B einen Fall, in welchem das Kathodengebiet 24 keine defekten Teile aufweist, und einen Fall, in welchem ein defekter Teil in dem Kathodengebiet 24 erzeugt ist. In dem vorliegenden Beispiel beträgt die Breite des defekten Teils in dem Kathodengebiet 24 3,0 μm. Es ist zu beachten, dass die Ergebnisse, selbst wenn die Breite des defekten Teils auf 0,1 μm, 0,3 μm und 1,0 μm geändert wurde, die gleichen waren wie diejenigen in dem Fall, in welchem die Breite des defekten Teils 3,0 μm betrug.
  • In der Halbleitervorrichtung 200 ohne rückseitige Oberflächengebiete 26 wie in 6B gezeigt wird die Vorwärtsspannung, wenn ein defekter Teil selbst geringfügig in dem Kathodengebiet 24 erzeugt ist, unerwünschterweise beträchtlich groß. Man geht davon aus, dass dies daran liegt, dass das Zwischengebiet 22 mit der Kathodenelektrode 14 in Kontakt steht, so dass es unerwünschterweise das gleiche Potential wie dasjenige des Kathodengebiets 24 hat, und dann verhindert wird, dass bei einer angelegten Vorwärts-Vorspannung Elektronen aus dem Kathodengebiet 24 in das Zwischengebiet 22 injiziert werden. Ein weiteres Erhöhen der Vorwärts-Vorspannung führt zu einer sogenannten zurückspringenden Kurve. Die Kurve lässt einen negativen Widerstand und einen schnellen Anstieg des Stroms erkennen.
  • 7 ist ein Schaubild, welches eine beispielhafte Fremdatomdichte-Verteilung in dem Kathodengebiet 24, dem Zwischengebiet 22 und dem FS-Gebiet 20 zeigt. Die Fremdatomdichte-Verteilung in 7 zeigt ein Ergebnis einer Messung mittels eines SR-(Ausbreitungswiderstands-)Verfahrens. Die senkrechte Achse in 7 ist eine logarithmische Achse (zum Beispiel ein Zehnerlogarithmus), welche relative Werte der Fremdatomdichte zeigt, und die waagerechte Achse zeigt die Abstände von der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10. Die in 7 als eine durchgezogene Linie gezeigte Fremdatomdichte veranschaulicht eine Netto-Fremdatomdichte (Netto-Dotierungsdichte) als das Ergebnis des Kombinierens der Dichten der ersten Fremdatome, der zweiten Fremdatome und der dritten Fremdatome. Das heißt, in einem Gebiet, welches eine Vielzahl von Fremdatomen des gleichen Leitungstyps enthält, gibt die durchgezogene Linie die Summe der Dichten der jeweiligen Fremdatome an. In einem Gebiet, welches eine Vielzahl von Fremdatomen verschiedener Leitungstypen enthält, gibt die durchgezogene Linie einen Unterschied zwischen den Dichten der Fremdatome der verschiedenen Leitungstypen an. Außerdem bildet die Grenze zwischen den Gebieten verschiedener Leitungstypen einen pn-Übergang, wo die Ladungsdichte der p-Fremdatome und der n-Fremdatome ausgeglichen ist, was die Netto-Dotierungsdichte verringert. Folglich wird in manchen Fallen, wie in 7 gezeigt, an dem pn-Übergang ein Abfall (lokaler Minimalwert) der Dichte beobachtet.
  • Die Dichte der ersten Fremdatome in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 kann aus der mittels des SR-Verfahrens gemessenen Fremdatomdichte-Verteilung geschätzt werden. Zum Beispiel entspricht die Fremdatomdichte-Verteilung in dem FS-Gebiet 20 ungefähr der Dichteverteilung der ersten Fremdatome. Als ein Beispiel kann die Dichteverteilung der ersten Fremdatome in dem FS-Gebiet 20 zu der Rückseite des Halbleitersubstrats 10 hin extrapoliert werden, um die Dichte der ersten Fremdatome in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 zu schätzen. Als ein spezielleres Beispiel wird auf der Grundlage der mittels des SR-Verfahrens gemessenen Fremdatomdichte-Verteilung die Grenze (der pn-Übergang) zwischen dem FS-Gebiet 20 und dem Zwischengebiet 22 erfasst. Die Grenze ist ein Punkt, wo sich der Leitungstyp der mittels des SR-Verfahrens erfassten Fremdatomdichte-Verteilung umkehrt. Außerdem kann die Grenze ein Punkt sein, wo die gemessene Fremdatomdichte-Verteilung den lokalen Minimalwert hat.
  • Dann wird ein Bereich erfasst, in welchem die Fremdatomdichte-Verteilung in einem tiefer als die Grenze liegenden Gebiet (FS-Gebiet 20) anfänglich linear wird. Als ein Beispiel kann der Bereich sich von einer Position, welche 0,5 μm tiefer als die Grenze liegt (die Tiefe ab der rückseitigen Oberfläche des Substrats beträgt 1,0 μm), bis zu einer Position, welche 1,5 μm tiefer als die Grenze liegt (die Tiefe ab der rückseitigen Oberfläche des Substrats beträgt 2,0 μm), erstrecken.
  • Der Abstand von der Grenze ist bevorzugt länger als die Diffusionsstrecke der zweiten Fremdatome. Die Fremdatomdichte-Verteilung in dem Bereich wird mittels des Verfahrens der kleinsten Quadrate linear angenähert. Es ist zu beachten, dass das Verfahren der kleinsten Quadrate zum Anpassen mit Werten auf der senkrechten Achse als logarithmischen Werten (zum Beispiel Zehnerlogarithmus) und mit Werten auf der waagerechten Achse als linearen Werten verwendet werden kann oder zum Anpassen mit Werten auf der senkrechten Achse als linearen Werten und mit Werten auf der waagerechten Achse ebenfalls als linearen Werten verwendet werden kann. Zum Beispiel kann log y = ax + b in einem Fall, in welchem man eine lineare Näherung mit der senkrechten Achse als Zehnerlogarithmuswert erhält, verwendet werden. Der Buchstabe x bezeichnet eine Tiefe ab der rückseitigen Oberfläche des Substrats, und der Buchstabe y bezeichnet einen gemessenen Wert der Fremdatomdichte in x. Die Gerade der linearen Näherung wird bis zu der Position der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 extrapoliert, um die Dichte der ersten Fremdatome in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 zu schätzen. In 7 ist die als eine gestrichelte Linie gezeichnete Gerade als eine Dichte N1 bezeichnet.
  • In 7 ist die Dichte der ersten Fremdatome in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 zu einem Referenzwert 1 normiert. Es ist zu beachten, dass die Dichte der dritten Fremdatome erheblich höher als die Dichte der anderen Fremdatome ist und deshalb die mittels des SR-Verfahrens gemessene Fremdatomdichte in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 der Dichte der dritten Fremdatome entspricht. In der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 kann die Dichte der ersten Fremdatome ein Tausendstel der Dichte der dritten Fremdatome oder niedriger sein. Außerdem kann das Anpassen mit einem gemessenen Wert, welcher nicht normiert ist, erfolgen.
  • Es ist zu beachten, dass die Dichte der zweiten Fremdatome in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 als N2 bezeichnet ist. Wie oben beschrieben, ist in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 die Dichte N2 der zweiten Fremdatome niedriger als die Dichte der ersten Fremdatome. Die Dichte der zweiten Fremdatome kann mittels eines anderen als des SR-Verfahrens gemessen werden.
  • 8 ist ein Schaubild, welches mittels SIMS (Sekundärionen-Massenspektrometrie) gemessene beispielhafte Dichten der zweiten und der dritten Fremdatome zeigt. Die Dichte der zweiten Fremdatome wie Bor in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 kann mittels SIMS genau gemessen werden. Außerdem kann in einem Fall, in welchem die ersten Fremdatome Fremdatome wie Phosphor sind, welche mittels SIMS genau gemessen werden können, auch die Dichte der ersten Fremdatome mittels SIMS gemessen werden. Es ist zu beachten, dass in 7 ein Teil der mittels SIMS gemessenen Dichteverteilung der zweiten Fremdatome als eine gestrichelte Linie gezeigt ist. Außerdem ist die in 8 gezeigte Dichteverteilung der dritten Fremdatome ungefähr gleich der in 7 gezeigten Fremdatomdichte-Verteilung in dem Kathodengebiet 24.
  • Wie in 7 und 8 gezeigt, können die Dichteverteilungen der ersten Fremdatome und der zweiten Fremdatome mittels des SR-Verfahrens und mittels SIMS gemessen werden. Außerdem können die mittels des SR-Verfahrens gemessene Dichte der ersten Fremdatome und die mittels SIMS gemessene Dichte der zweiten Fremdatome entsprechend dem Unterschied zwischen der mittels des SR-Verfahrens gemessenen Dichte der dritten Fremdatome und der mittels SIMS gemessenen Dichte der dritten Fremdatome korrigiert werden. Mittels solcher Verfahren kann ermittelt werden, ob das rückseitige Oberflächengebiet 26 in der Nähe der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 vorliegt. Das rückseitige Oberflächengebiet 26 kann ein Gebiet sein, welches von dem Schnittpunkt der Dichteverteilung N1 der ersten Fremdatome, welche mittels des Verfahrens der kleinsten Quadrate auf der Grundlage eines mittels des SR-Verfahrens gemessenen Werts geschätzt wurde, und der Dichteverteilung N2 der zweiten Fremdatome, welche mittels SIMS gemessen wurde, bis zu der rückseitigen Oberfläche des Substrats reicht. Außerdem kann die Länge des rückseitigen Oberflächengebiets 26 in der Tiefenrichtung gemessen werden.
  • In der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 kann die Dichte der ersten Fremdatome fünfmal so hoch wie die Dichte der zweiten Fremdatome oder höher sein. Die Dichte der ersten Fremdatome kann zehnmal so hoch wie die Dichte der zweiten Fremdatome oder höher sein. Sie kann auch zwanzigmal so hoch wie die Dichte der zweiten Fremdatome oder höher sein. Eine höhere Dichte der ersten Fremdatome kann sicherer verhindern, dass das Zwischengebiet 22 mit der Kathodenelektrode 14 in Kontakt kommt. Es ist zu beachten, dass in dem rückseitigen Oberflächengebiet 26 der Unterschied zwischen der Dichte der ersten Fremdatome und der Dichte der zweiten Fremdatome in einem näher an der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 liegenden Gebiet zunehmen kann.
  • Es ist zu beachten, dass die Länge des rückseitigen Oberflächengebiets 26 in der Tiefenrichtung bevorzugt eine Länge ist, welche Löcher nicht durchtunneln. Dies kann selbst in einem Fall, in welchem das Kathodengebiet 24 teilweise defekt ist, verhindern, dass Löcher aus dem Zwischengebiet 22 zu der Kathodenelektrode 14 tunneln.
  • Außerdem ist die Länge des rückseitigen Oberflächengebiets 26 in der Tiefenrichtung bevorzugt länger als die Debye-Länge, welche der Dichte der ersten Fremdatome in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats entspricht. Die Debye-Länge λD kann man zum Beispiel mittels der folgenden Formel erhalten. λD = (ε0εrkT/NDq2)1/2
  • Hier bezeichnet ε0 die Permittivität eines Vakuums, bezeichnet εr die relative Permittivität eines Halbleiters, bezeichnet k eine Boltzmann-Konstante, bezeichnet T eine Temperatur, bezeichnet ND eine Fremdatomdichte und bezeichnet q eine Elementarladung. Obwohl ND eine Dichte der von einem n-Dotierungsstoff gelieferten Elektronen bezeichnet, bezeichnet es hierin einfach eine Fremdatomdichte (Donatorendichte). Eine Debye-Länge, welche der Dichte der ersten Fremdatome in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 entspricht und bei Raumtemperatur (300 K) vorliegt, wird einfach als die Debye-Länge in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 bezeichnet.
  • Die Debye-Länge ist als ein Wert anzusehen, welcher angibt, ob das Innere des Ladungsplasmas als ladungsneutral betrachtet werden kann. Das heißt, wenn die Größe (Länge) des Ladungsplasmas hinreichend länger als die Debye-Länge ist, wird eine Coulombkraft an der Grenze des Ladungsplasmas abgeschirmt. In der Halbleitervorrichtung 100 entsprechen Elektronen und Löcher, welche in einem Durchlasszustand fließen, einem Ladungsplasma.
  • Deswegen können, wenn das rückseitige Oberflächengebiet 26 länger als die Debye-Länge in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ist, Löcher, welche bei einer Vorwärts-Vorspannung von der Anodenelektrode 12 zu der Kathodenelektrode 14 fließen, selbst in einem Fall, in welchem ein Teil des Kathodengebiets 24 defekt ist, abgeschirmt werden. Die Länge des rückseitigen Oberflächengebiets 26 kann doppelt so lang wie die Debye-Länge in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 oder länger sein. Sie kann auch zehnmal so lang wie die Debye-Länge oder länger sein.
  • 9 ist ein Schaubild, welches die Debye-Längen in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 zeigt. Die senkrechte Achse in 9 zeigt die Debye-Längen (μm), und die waagerechte Achse zeigt die Dichten (/cm3) der ersten Fremdatome in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10. 9 zeigt die Debye-Längen bei Raumtemperatur.
  • Als ein Beispiel beträgt die Dichte der ersten Fremdatome in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ungefähr 1,0 × 1016/cm3. In diesem Fall beträgt die Debye-Länge ungefähr 0,03 μm. Die Länge des rückseitigen Oberflächengebiets 26 in der Tiefenrichtung kann 0,03 μm oder länger sein. Außerdem kann die Länge des rückseitigen Oberflächengebiets 26 0,06 μm oder länger sein oder kann sie 0,3 μm oder länger sein.
  • Als ein weiteres Beispiel beträgt die Dichte der ersten Fremdatome in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ungefähr 1,0 × 1015/cm3. In diesem Fall beträgt die Debye-Länge ungefähr 0,1 μm. Die Länge des rückseitigen Oberflächengebiets 26 in der Tiefenrichtung kann 0,1 μm oder länger sein. Außerdem kann die Länge des rückseitigen Oberflächengebiets 26 0,2 μm oder länger sein oder kann sie 1 μm oder länger sein.
  • Das rückseitige Oberflächengebiet 26 kann in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10 kürzer als das Kathodengebiet 24 sein. Die Länge des rückseitigen Oberflächengebiets 26 kann in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10 halb so lang wie die Länge des Kathodengebiets 24 oder kürzer sein. Sie kann auch ein Viertel der Länge des Kathodengebiets 24 oder kürzer sein.
  • Es ist zu beachten, dass der Diffusionskoeffizient der ersten Fremdatome innerhalb des Halbleitersubstrats 10 bevorzugt größer als derjenige der zweiten Fremdatome ist. Als ein Beispiel sind die ersten Fremdatome Protonen (Wasserstoff) und sind die zweiten Fremdatome Bor. Folglich kann eine Verteilung, bei welcher die zweiten Fremdatome in dem Zwischengebiet 22 eine höhere Dichte als die ersten Fremdatome haben und die ersten Fremdatome in dem rückseitigen Oberflächengebiet 26 eine höhere Dichte als die zweiten Fremdatome haben, mühelos durch Diffundieren der Fremdatome gebildet werden.
  • 10A ist eine Zeichnung, welche eine weitere beispielhafte Halbleitervorrichtung 100 zeigt. 10B ist eine Zeichnung, welche die Halbleitervorrichtung 100, in welcher ein Teil des Kathodengebiets 24 defekt ist, zeigt. 10C ist ein Schaubild, welches eine beispielhafte Fremdatomdichte-Verteilung in dem Kathodengebiet 24, dem Zwischengebiet 22 und dem FS-Gebiet 20 zeigt.
  • In der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels kann das rückseitige Oberflächengebiet 26 in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10 länger als das Kathodengebiet 24 sein. Das heißt, die Grenze zwischen dem p-Zwischengebiet 22 und dem FS-Gebiet 20 kann an einer in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 10 tieferen Position als derjenigen des Kathodengebiets 24 liegen. In diesem Fall dient ein Teil des p-Zwischengebiets 22 auf der Rückseite als das rückseitige n-Oberflächengebiet 26. Dies ermöglicht, das rückseitige Oberflächengebiet 26 zu der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 hin freizulegen, selbst wenn ein defekter Teil in dem Kathodengebiet 24 erzeugt ist wie in 10B gezeigt.
  • Außerdem ist, wie in 10C gezeigt, das rückseitige Oberflächengebiet 26 auch an einer bezüglich der Position, wo das p-Zwischengebiet 22 mit dem Kathodengebiet 24 in Kontakt steht, inneren Position gebildet. Deswegen bildet das p-Zwischengebiet 22 auf der Rückseite einen pn-Übergang mit dem erweiterten rückseitigen Oberflächengebiet 26, nicht mit dem Kathodengebiet 24. Die übrige Struktur ist die gleiche wie diejenige der in 1 bis 9 gezeigten Halbleitervorrichtung 100.
  • In der Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Beispiels ist das rückseitige n-Oberflächengebiet 26 zwischen dem p-Zwischengebiet 22 und dem n-Kathodengebiet 24 gebildet und ist die Dichte in dem rückseitigen Oberflächengebiet 26 niedriger als diejenige in dem Kathodengebiet 24. Dies ermöglicht, dass der Lawinendurchbruch an dem pn-Übergang relativ langsam vor sich geht. Deshalb kann das Auftreten des Lawinenstroms während einer Sperrverzögerung gesteuert werden, und deshalb kann eine Sanfterholungs-Kennlinie eingestellt werden. Außerdem ist die Wirkung des Unterdrückens einer scharfen Richtungsänderung (Zurückspringen in einer Kurve) in der Strom/Spannungs-Kennlinie in diesem Beispiel die gleiche wie bei der in 1 bis 9 gezeigten Halbleitervorrichtung 100.
  • 11 ist ein Ablaufplan, welcher einen beispielhaften Herstellungsprozess der Halbleitervorrichtung 100 zeigt. Zuerst wird auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats 10 die Struktur auf der Vorderseite wie das Anodengebiet 16 und die Anodenelektrode 12 gebildet (S300). Als ein Beispiel werden p-Fremdatome wie Bor in ein vordefiniertes Gebiet in der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 implantiert und thermisch diffundiert, um das Anodengebiet 16 zu bilden. Dann wird die Anodenelektrode 12 auf der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 gebildet. Ein Isolierfilm kann zwischen der vorderseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 und der Anodenelektrode 12 vorgesehen werden. Der Isolierfilm wird mit einem Kontaktloch versehen, welches die Anodenelektrode 12 und das Anodengebiet 16 elektrisch verbindet.
  • Dann wird die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 geschliffen (S302). In S302 wird das Halbleitersubstrat 10 bis auf eine einer Durchbruchspannung, welche die Halbleitervorrichtung 100 haben soll, entsprechende Dicke geschliffen.
  • Dann werden die zweiten Fremdatome wie Bor an einer dem Zwischengebiet 22 entsprechenden Position von der Rückseite des Halbleitersubstrats 10 her implantiert (S304). Außerdem werden die dritten Fremdatome wie Phosphor an einer dem Kathodengebiet 24 entsprechenden Position von der Rückseite des Halbleitersubstrats 10 her implantiert (S306). Nach der Implantation der zweiten Fremdatome und der dritten Fremdatome können die zweiten Fremdatome und die dritten Fremdatome durch Laserglühen oder dergleichen aktiviert werden. Außerdem werden die ersten Fremdatome wie Protonen (Wasserstoff) an einer dem FS-Gebiet 20 entsprechenden Position von der Rückseite des Halbleitersubstrats 10 her implantiert (S308). Zu weiteren Beispielen der ersten Fremdatome zählen Phosphor und dergleichen.
  • In dem vorliegenden Beispiel werden die ersten Fremdatome in das FS-Gebiet 20 implantiert, nachdem die dritten Fremdatome in das Kathodengebiet 24 implantiert wurden. Wenn in dem Schritt des Implantierens der dritten Fremdatome in das Kathodengebiet 24 Teilchen an der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 anhaften, ist es hochwahrscheinlich, dass die Teilchen sich in dem Schritt des Implantierens der dritten Fremdatome, des Laserglühens und dergleichen ablösen. Deswegen erleichtert das nach dem Implantieren der dritten Fremdatome erfolgende Implantieren der ersten Fremdatome das Bilden des rückseitigen Oberflächengebiets 26 ohne defekte Teile, selbst wenn ein defekter Teil in dem Kathodengebiet 24 erzeugt wird.
  • Dann wird das Halbleitersubstrat 10 in einen Glühofen oder dergleichen gelegt und wärmebehandelt (S310). In einem Fall, in welchem die ersten Fremdatome Protonen (Wasserstoff) sind, beträgt die Temperatur der Wärmebehandlung ungefähr 350°C. Außerdem beträgt die Temperatur der Wärmebehandlung in einem Fall, in welchem die ersten Fremdatome Phosphor sind, ungefähr 450°C.
  • Dadurch werden die ersten Fremdatome wie Protonen (Wasserstoff) oder dergleichen aktiviert und geringfügig diffundiert. In den Schritten S304 bis S310 werden das FS-Gebiet 20, das Zwischengebiet 22 und das Kathodengebiet 24 gebildet. In diesen Schritten werden die ersten Fremdatome beziehungsweise die zweiten Fremdatome so implantiert und diffundiert, dass in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 die Dichte der ersten Fremdatome höher als die Dichte der zweiten Fremdatome wird.
  • Zum Beispiel kann das Mengenverhältnis zwischen den ersten Fremdatomen und den zweiten Fremdatomen in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 durch Einstellen der Tiefe, in welche die zweiten Fremdatome wie Bor implantiert werden, eingestellt werden. Je tiefer die zweiten Fremdatome implantiert werden, desto mehr nehmen die zweiten Fremdatome, welche diffundiert werden, um die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 zu erreichen, ab. In einem Fall, in welchem Bor als die zweiten Fremdatome implantiert wird, kann es an einer ab der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 0,4 μm tief oder tiefer liegenden Position implantiert werden. Das heißt, die Position der Spitzendichte der zweiten Fremdatome kann eine ab der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 0,4 μm tief oder tiefer liegende Position sein.
  • Ferner kann auch durch Einstellen der Spitzendichte der ersten Fremdatome auf einen relativ hohen Wert das Mengenverhältnis zwischen den ersten Fremdatomen und den zweiten Fremdatomen in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 eingestellt werden. Die Spitzendichte der ersten Fremdatome kann ein Hundertstel der Spitzendichte der zweiten Fremdatome oder höher sein. Die Spitzendichte der ersten Fremdatome kann auch ein Dreißigstel der Spitzendichte der zweiten Fremdatome oder höher sein. Es ist zu beachten, dass in einem Fall, in welchem es eine Vielzahl von Spitzendichten der ersten Fremdatome gibt, eine Spitzendichte der ersten Fremdatome, die der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 am nächsten liegende Spitzendichte, halb so hoch wie die Spitzendichte der zweiten Fremdatome oder höher sein kann.
  • Ferner kann durch Einstellen der Spitzenposition der ersten Fremdatome auf einen oberflächennahen Wert das Mengenverhältnis zwischen den ersten Fremdatomen und den zweiten Fremdatomen in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 eingestellt werden. Je oberflächennäher die ersten Fremdatome implantiert werden, desto mehr nehmen die ersten Fremdatome, welche diffundiert werden, um die rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 zu erreichen, zu. In einem Fall, in welchem Protonen als die ersten Fremdatome verwendet werden, kann die Spitze in der Dichteverteilung der ersten Fremdatome in einem Bereich von 2 μm bis 10 μm ab der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 vorgesehen sein. Die Obergrenze der Spitzenposition kann auch 5 μm oder kürzer sein. In einem Fall, in welchem es eine Vielzahl von Spitzendichten der ersten Fremdatome gibt, kann eine Spitzendichte der ersten Fremdatome, die der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 am nächsten liegende Spitzendichte, in dem Bereich vorgesehen sein.
  • Es ist zu beachten, dass die ersten Fremdatome in eine tiefere Position als derjenigen der dritten Fremdatome implantiert und auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 10 diffundiert werden. Deswegen können die ersten Fremdatome mühelos diffundiert werden, um das mit Teilchen bedeckte Gebiet in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 zu erreichen. Deswegen kann, selbst wenn das Kathodengebiet 24 teilweise defekt ist, das rückseitige Oberflächengebiet 26 ohne defekte Teile gebildet werden.
  • Es ist zu beachten, dass der Diffusionskoeffizient der ersten Fremdatome bevorzugt größer als derjenige der zweiten Fremdatome ist. Deswegen werden selbst in einem Fall, in welchem während der Implantation der ersten Fremdatome Teilchen an der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 anhaften, die ersten Fremdatome diffundiert, um das mit Teilchen bedeckte Gebiet zu erreichen, was es erleichtert, das rückseitige Oberflächengebiet 26 ohne defekte Teile zu bilden.
  • Dann wird das Halbleitersubstrat 10 mit Elektronenstrahlen oder dergleichen bestrahlt (S312). Außerdem wird das Halbleitersubstrat 10 wärmebehandelt (S314). Dies stellt die Ladungsträger-Lebensdauern innerhalb des Halbleitersubstrats 10 ein.
  • Dann wird die Kathodenelektrode 14 auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 gebildet (S316). Durch solche Schritte kann die Halbleitervorrichtung 100 hergestellt werden.
  • Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist der technische Umfang der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Jedem Fachmann wird einleuchten, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen mit verschiedenen Änderungen und Verbesserungen versehen werden können. Aus dem Umfang der Ansprüche geht außerdem hervor, dass die mit solchen Änderungen oder Verbesserungen versehenen Ausführungsformen in dem technischen Umfang der Erfindung enthalten sein können.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Halbleitersubstrat
    12
    Anodenelektrode
    14
    Kathodenelektrode
    16
    Anodengebiet
    18
    Driftgebiet
    20
    FS-Gebiet
    22
    Zwischengebiet
    24
    Kathodengebiet
    26
    rückseitiges Oberflächengebiet
    100
    Halbleitervorrichtung
    200
    Halbleitervorrichtung

Claims (11)

  1. Halbleitervorrichtung, enthaltend ein Halbleitersubstrat, welches Halbleitersubstrat enthält: ein Feldstoppgebiet, in welches erste Fremdatome von einem ersten Leitfähigkeitstyp implantiert sind; ein Zwischengebiet, welches auf einer Rückseite des Feldstoppgebiets gebildet ist und in welches zweite Fremdatome von einem zweiten Leitfähigkeitstyp implantiert sind; und ein Kathodengebiet von dem ersten Leitfähigkeitstyp, welches auf einer Rückseite des Zwischengebiets gebildet ist, wobei in einer rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats eine Dichte der ersten Fremdatome höher als eine Dichte der zweiten Fremdatome ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats die Dichte der ersten Fremdatome fünfmal so hoch wie die Dichte der zweiten Fremdatome oder höher ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei dritte Fremdatome in das Kathodengebiet implantiert sind und in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats die Dichte der ersten Fremdatome ein Tausendstel einer Dichte der dritten Fremdatome oder niedriger ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein rückseitiges Oberflächengebiet, in welchem die Dichte der ersten Fremdatome höher als die Dichte der zweiten Fremdatome ist, in einer Tiefenrichtung ab der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet ist und eine Länge des rückseitigen Oberflächengebiets in der Tiefenrichtung eine Länge ist, welche ein Loch nicht durchtunnelt.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Länge des rückseitigen Oberflächengebiets in der Tiefenrichtung länger als eine Debye-Länge in der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Länge des rückseitigen Oberflächengebiets in der Tiefenrichtung 0,03 μm oder länger ist.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei das rückseitige Oberflächengebiet in der Tiefenrichtung kürzer als das Kathodengebiet ist.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei das rückseitige Oberflächengebiet in der Tiefenrichtung länger als das Kathodengebiet ist.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei in dem rückseitigen Oberflächengebiet ein Unterschied zwischen der Dichte der ersten Fremdatome und der Dichte der zweiten Fremdatome in einem näher an der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats liegenden Gebiet zunimmt.
  10. Halbleitervorrichtungs-Herstellungsverfahren, welches Verfahren enthält: in einem Halbleitersubstrat, das Bilden eines Feldstoppgebiets, in welches erste Fremdatome von einem ersten Leitfähigkeitstyp implantiert werden; das Bilden eines Zwischengebiets, welches auf einer Rückseite des Feldstoppgebiets gebildet wird und in welches zweite Fremdatome von einem zweiten Leitfähigkeitstyp implantiert werden; und das Bilden eines Kathodengebiets von dem ersten Leitfähigkeitstyp, welches auf einer Rückseite des Zwischengebiets gebildet wird, wobei in eine rückseitige Oberfläche des Halbleitersubstrats die ersten Fremdatome und die zweiten Fremdatome so implantiert werden, dass eine Dichte der ersten Fremdatome höher als eine Dichte der zweiten Fremdatome wird.
  11. Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, wobei Fremdatome in das Feldstoppgebiet implantiert werden, nachdem Fremdatome in das Kathodengebiet implantiert wurden.
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