半导体装置和半导体装置的制造方法与流程

1.本发明涉及半导体装置和半导体装置的制造方法。


背景技术：

2.以往，在二极管等半导体装置中，已知有在半导体基板的下表面侧设置n 型的缓冲区的结构(例如，参照专利文献1和专利文献2)。
3.专利文献1：国际公开第2011
‑
052787号
4.专利文献2：美国专利申请公开第2015/0214347号说明书


技术实现要素：

5.技术问题
6.关于半导体装置而言，优选抑制在反向恢复动作时等的振荡。
7.一般性公开
8.为了解决上述课题，在本发明的一方式中提供一种半导体装置。半导体装置可以具备包含体施主的半导体基板。半导体装置可以具备设置于半导体基板的下表面侧并且在半导体基板的深度方向上具有一个以上的掺杂浓度峰和一个以上的氢浓度峰的第一导电型的第一缓冲区。第一缓冲区的掺杂浓度峰之中的最靠近半导体基板的下表面的最浅浓度峰的掺杂浓度可以为半导体基板的体施主浓度的50倍以下。
9.第一缓冲区的所有掺杂浓度峰的掺杂浓度可以为体施主浓度的50倍以下。
10.第一缓冲区可以具有两个以上的掺杂浓度峰，并且至少一个掺杂浓度峰的掺杂浓度高于体施主浓度的50倍。
11.第一缓冲区可以具有两个以上的掺杂浓度峰。至少一个掺杂浓度峰的掺杂浓度可以高于最浅浓度峰的掺杂浓度。
12.最浅浓度峰的掺杂浓度可以低于最靠近最浅浓度峰的掺杂浓度峰的掺杂浓度。
13.最浅浓度峰的掺杂浓度可以低于在半导体基板的上表面与下表面之间流通额定电流的1/10的电流的情况下的基准载流子浓度。
14.半导体装置可以具备配置于半导体基板的上表面的沟槽部。在将从沟槽部的下端起朝向半导体基板的下表面对半导体基板的掺杂浓度进行积分而得的浓度设为积分浓度，并且将积分浓度达到半导体基板的临界积分浓度的位置设为临界位置的情况下，临界位置与最浅浓度峰重叠，或者临界位置配置于比最浅浓度峰更靠沟槽部侧的位置。
15.半导体装置可以具备设置于最浅浓度峰与半导体基板的下表面之间并且掺杂浓度的峰值高于最浅浓度峰的第一导电型的阴极区。
16.半导体装置可以具备设置于最浅浓度峰与半导体基板的下表面之间的第二导电型的下表面侧区域。最浅浓度峰与阴极区之间的施主浓度的谷部的极小值小于第二浓度峰，该第二浓度峰在比最浅浓度峰更靠半导体基板的上表面侧的位置与最浅浓度峰相邻。
17.半导体装置可以具备设置于最浅浓度峰与半导体基板的下表面之间的第二导电
型的集电极区。
18.半导体装置可以具备晶体管部和二极管部。二极管部可以具有第一缓冲区。二极管部可以具有设置于第一缓冲区与半导体基板的下表面之间的第一导电型的阴极区。晶体管部可以具有设置于半导体基板的下表面侧并且在半导体基板的深度方向上具有一个以上的掺杂浓度峰和一个以上的氢浓度峰的第一导电型的第二缓冲区。晶体管部可以具有设置于第二缓冲区与半导体基板的下表面之间的第二导电型的集电极区。
19.第二缓冲区中的各个掺杂浓度峰的掺杂浓度可以与记第一缓冲区中在同一深度位置设置的掺杂浓度峰的掺杂浓度相同。
20.第二缓冲区的掺杂浓度峰中的最靠近半导体基板的下表面的掺杂浓度峰的掺杂浓度可以高于第一缓冲区的最浅浓度峰的掺杂浓度。最浅浓度峰与阴极区之间的施主浓度的谷部的极小值可以比第二缓冲区的最浅浓度峰与集电极区之间的边界的施主浓度小。
21.在本发明的第二方式中，提供一种具备晶体管部和二极管部的半导体装置的制造方法。制造方法可以包括在包含体施主的半导体基板的上表面形成晶体管部的发射极区和二极管部的阳极区的有源区形成工序。制造方法可以包括从半导体基板的下表面向晶体管部和二极管部以离子注入方式注入第一导电型的第一掺杂剂，并且从半导体基板的下表面向晶体管部以离子注入方式注入第一导电型的第二掺杂剂的离子注入工序。
22.注入第一掺杂剂的深度位置与注入第二掺杂剂的深度位置可以相同。
23.第一掺杂剂可以为氢。
24.第二掺杂剂可以为氢、磷、砷中的任一种。
25.应予说明，上述发明的概要并未列举出本发明的全部必要特征。另外，这些特征组的子组合也能够另外成为发明。
附图说明
26.图1是表示本发明的一个实施方式的半导体装置100的一例的剖视图。
27.图2是表示图1的k
‑
k线处的掺杂浓度分布和氢化学浓度分布的一例的图。
28.图3是表示半导体装置100在反向恢复时的电压波形和电流波形的一例的图。
29.图4是表示流通于半导体装置100的电流与振荡阈值电压之间的关系的一例的图。
30.图5a是表示掺杂浓度峰25
‑
1的掺杂浓度d1和体施主浓度db之比d1/db与振荡阈值电压之间的关系的一例的图。
31.图5b是电流密度为0.1
×
jr时的各区域的载流子浓度分布的一例。
32.图6是表示缓冲区20中的掺杂浓度分布和氢化学浓度分布的另一例的图。
33.图7是表示缓冲区20中的掺杂浓度分布和氢化学浓度分布的另一例的图。
34.图8是表示缓冲区20中的掺杂浓度分布和氢化学浓度分布的另一例的图。
35.图9是表示缓冲区20中的掺杂浓度分布和氢化学浓度分布的另一例的图。
36.图10是表示半导体装置100的另一构成例的剖视图。
37.图11是表示半导体装置100的另一构成例的剖视图。
38.图12是表示半导体装置100的另一例的俯视图。
39.图13是图12中的区域a的放大图。
40.图14是表示图13中的b
‑
b截面的一例的图。
41.图15是表示第一缓冲区20
‑
1和第二缓冲区20
‑
2中的掺杂浓度分布的一例的图。
42.图16是表示半导体装置100的制造方法的一部分工序的流程图。
43.图17是表示在深度方向上对半导体基板10的掺杂浓度进行积分而得的积分浓度的一例的图。
44.符号说明
45.10：半导体基板；11：阱区；12：发射极区；14：基区；15：接触区；16：蓄积区；18：漂移区；20：缓冲区；21：上表面；22：集电极区；23：下表面；24：集电极电极；25：掺杂浓度峰；26：第一谷部；27：第二谷部；28：第三谷部；29：直线部分；30：虚设沟槽部；31：前端部；32：虚设绝缘膜；34：虚设导电部；38：层间绝缘膜；39：直线部分；40：栅极沟槽部；41：前端部；42：栅极绝缘膜；44：栅极导电部；52：发射极电极；54：接触孔；60、61：台面部；70：晶体管部；80：二极管部；81：延长区；82：阴极区；83：下表面侧区域；90：边缘终端结构部；100：半导体装置；102：端边；112：栅极焊盘；125：氢浓度峰；130：外周栅极布线；131：有源侧栅极布线；160：有源部
具体实施方式
46.以下，通过发明的实施方式来说明本发明，但是以下的实施方式并非要限定权利要求的发明。另外，在实施方式之中所说明的所有特征的组合对发明的解决方案而言并不一定都是必须的。
47.在本说明书中将与半导体基板的深度方向平行的方向上的一侧称为“上”，将另一侧称为“下”。在基板、层或其他部件的两个主面之中，将一个面称为上表面，将另一个面称为下表面。“上”、“下”的方向并不限定为重力方向或安装半导体装置时的方向
48.在本说明书中，有时会使用x轴、y轴和z轴的直角坐标轴来说明技术事项。直角坐标轴只是确定构成要素的相对位置，并不限定特定的方向。例如，z轴并不限定相对于地面的高度方向而示出。应予说明， z轴方向和
‑
z轴方向是互为相反的方向。在不记载正负而记载为z轴方向的情况下，指与 z轴和
‑
z轴平行的方向。
49.在本说明书中，将与半导体基板的上表面和下表面平行的正交轴设为x轴和y轴。另外，将与半导体基板的上表面和下表面垂直的轴设为z轴。在本说明书中，有时将z轴方向称为深度方向。另外，在本说明书中，有时包括x轴和y轴在内将与半导体基板的上表面和下表面平行的方向称为水平方向。
50.在本说明书中，在称为“相同”或“相等”的情况下，也可以包含具有因制造偏差等引起的误差的情况。该误差例如为10％以内。
51.在本说明书中，以p型或n型来说明掺杂有杂质的掺杂区域的导电型。在本说明书中，所谓杂质有时特指n型的施主或者p型的受主中的某一种，有时记载为掺杂剂。在本说明书中，所谓掺杂是指将施主或者受主导入半导体基板，并形成呈现n型的导电型或者呈现p型的导电型的半导体。
52.在本说明书中，所谓掺杂浓度是指热平衡状态下的施主的浓度或者受主的浓度。在本说明书中，所谓净掺杂浓度是指将施主浓度设为正离子的浓度并将受主浓度设为负离子的浓度，包含电荷的极性而总计所得的净浓度。作为一例，如果将施主浓度设为n
d
并将受主浓度设为n
a
，则任意位置的实质的净掺杂浓度成为n
d
‑
n
a
。在本说明书中，有时将净掺杂浓
度简记为掺杂浓度。
53.施主具有向半导体供给电子的功能。受体具有从半导体接受电子的功能。施主和受主并不限于杂质本身。例如，存在于半导体中的空位(v)、氧(o)和氢(h)结合而成的voh缺陷作为供给电子的施主而发挥功能。在本说明书中，有时将voh缺陷称为氢施主。
54.在本说明书中，在记载为p 型或n 型的情况下，意味着与p型或n型相比掺杂浓度高，在记载为p
‑
型或n
‑
型的情况下，意味着与p型或n型相比掺杂浓度低。另外，在本说明书中记载为p 型或n 型的情况下，意味着与p 型或n 型相比掺杂浓度高。
55.在本说明书中，所谓化学浓度是指无论电活化的状态如何而测定的杂质的原子密度。化学浓度能够通过例如二次离子质谱分析法(sims)来测量。上述的净掺杂浓度能够通过电压
‑
电容测定法(cv法)来测定。另外，可以将利用扩展电阻测定法(sr法)测量的载流子浓度作为净掺杂浓度。利用cv法或sr法测量的载流子浓度可以设为热平衡状态下的值。另外，由于在n型的区域中施主浓度远大于受主浓度，所以也可以将该区域中的载流子浓度设为施主浓度。同样地，在p型的区域中，也可以将该区域中的载流子浓度设为受主浓度。在本说明书中，有时将n型区域的掺杂浓度称为施主浓度，有时将p型区域的掺杂浓度称为受主浓度。
56.另外，在施主、受主或净掺杂的浓度分布具有峰的情况下，可以将该峰值作为该区域中的施主、受主或净掺杂的浓度。在施主、受主或净掺杂的浓度大致均匀的情况下等，可以将该区域中的施主、受主或净掺杂的浓度的平均值作为施主、受主或净掺杂的浓度。
57.利用sr法测量的载流子浓度可以低于施主或受主的浓度。在测定扩展电阻时电流流通的范围内，有时半导体基板的载流子迁移率低于晶体状态下的值。载流子迁移率的降低是由于晶格缺陷等引起的晶体结构的紊乱(无序)而使载流子散乱而产生的。
58.根据利用cv法或sr法测量的载流子浓度算出的施主或受主的浓度可以低于表示施主或受主的元素的化学浓度。作为一例，在硅的半导体中成为施主的磷或砷的施主浓度，或者成为受主的硼(boron)的受主浓度为它们的化学浓度的99％左右。另一方面，在硅的半导体中成为施主的氢的施主浓度为氢的化学浓度的0.1％至10％左右。在本说明书中，采用si单位制。在本说明书中，距离、长度的单位有时以cm(厘米)表示。在该情况下，各计算可以换算为m(米)来进行计算。
59.图1是表示本发明的一实施方式的半导体装置100的一例的剖视图。半导体装置100设置有绝缘栅双极型晶体管(igbt)等晶体管元件以及续流二极管(fwd)等二极管元件中的至少一方。在图1中示出了设置有二极管元件的半导体装置100。
60.半导体装置100具备半导体基板10。半导体基板10是由半导体材料形成的基板。作为一例，半导体基板10是硅基板。本例的半导体基板10整体地分布有第一导电型(n型)的体施主。体施主是在制造成为半导体基板10的原料的锭时，由大致均匀地包含于锭内的掺杂剂所形成的施主。本例的体施主是除氢以外的元素。体施主的掺杂剂例如为磷、锑、砷、硒、硫，但并不限定于此。本例的体施主为磷。在该情况下，体施主浓度可以是半导体基板10中的磷浓度的最小值。体施主也包含于p型的区域。半导体基板10可以是从半导体的锭切出的晶片，也可以是将晶片单片化而成的芯片。半导体的锭可以通过切克劳斯基法(cz法)、施加磁场型切克劳斯基法(mcz法)、悬浮区熔法(fz法)中的任一种来制造。本例的锭通过mcz法来制造。体施主浓度db可以使用分布于半导体基板10的整体的施主的化学浓度，也可以是
该化学浓度的90％至100％之间的值。
61.半导体基板10具有上表面21和下表面23。上表面21和下表面23是半导体基板10的两个主面。在本说明书中，将与上表面21和下表面23平行的面的正交轴设为x轴和y轴，将与上表面21和下表面23垂直的轴设为z轴。
62.本例的半导体基板10具有基区14、漂移区18和缓冲区20。本例的漂移区18是n
‑
型的区域。缓冲区20配置于半导体基板10的下表面23侧。缓冲区20是掺杂浓度比漂移区18的掺杂浓度高的n型的区域。所谓下表面23侧，是在将半导体基板10的深度方向(z轴方向)上的厚度设为t的情况下，距下表面23的深度方向上的距离为t/2以内的区域。缓冲区20可以设置于从下表面23起t/4以内的区域。
63.缓冲区20具有掺杂浓度比漂移区18的掺杂浓度高的掺杂浓度峰25。所谓掺杂浓度峰25的掺杂浓度是指掺杂浓度峰25的顶点处的掺杂浓度。另外，漂移区18的掺杂浓度可以使用掺杂浓度分布大致平坦的区域中的掺杂浓度的平均值。所谓掺杂浓度分布大致平坦的区域可以是掺杂浓度的变动在
±
10％以内且在深度方向上具有10μm以上的宽度的区域。本例的缓冲区20在半导体基板10的深度方向(z轴方向)上具有多个掺杂浓度峰25。
64.本例的缓冲区20通过向半导体基板10注入质子等氢离子并进行热处理而形成。氢离子可以从半导体基板10的下表面23注入，也可以从上表面21注入。
65.基区14是配置于漂移区18与半导体基板10的上表面21之间的p
‑
型的区域。在半导体装置100为二极管的情况下，基区14作为二极管的阳极区发挥功能。在半导体装置100为晶体管的情况下，在与栅电极面对的基区14形成沟道。图1的基区14与漂移区18相接。在其他例子中，也可以在基区14与漂移区18之间设置其他区域。基区14可以与半导体基板10的上表面21相接。
66.本例的半导体基板10具有设置于缓冲区20与下表面23之间的n 型的阴极区82。阴极区82以与下表面23相接的方式设置。在半导体装置100为晶体管的情况下，半导体基板10具有设置于缓冲区20与下表面23之间的p 型的集电极区。集电极区22以与下表面23相接的方式设置。缓冲区20可以作为场截止层发挥功能，该场截止层防止从基区14的下端扩展的耗尽层到达p 型的集电极区或n 型的阴极区82。
67.在半导体基板10的上表面21和下表面23分别设置有电极，但在图1中省略。各个电极可以由包含铝等的金属材料形成。在本例中，设置于上表面21的电极与基区14接触，设置于下表面23的电极与阴极区82接触。
68.图2是表示图1的k
‑
k线处的掺杂浓度分布和氢化学浓度分布的一例的图。k
‑
k线是横穿缓冲区20并与z轴平行的线。本例的缓冲区20以将氢离子从下表面23注入到预定的深度位置的方式形成。
69.在从下表面23注入的氢离子所通过的区域形成有以单原子空位(v)、多原子空位(vv)等空位为主体的晶格缺陷。与空位相邻的原子具有悬空键。晶格缺陷也包括晶格间隙原子、位错等，广义上也可包括施主、受主，但在本说明书中，有时将以空位为主体的晶格缺陷称为空位型晶格缺陷、空位型缺陷，或者简称为晶格缺陷。另外，由于通过向半导体基板10注入氢离子而形成较多的晶格缺陷，所以有时半导体基板10的结晶性强烈地紊乱。在本说明书中，有时将该结晶性的紊乱称为无序。另外，注入到缓冲区20的氢(h)、空位(v)和氧(o)结合并形成voh缺陷。进而，通过热退火使氢扩散，由此促进voh缺陷的形成。voh缺陷作
为供给电子的施主发挥功能。在本说明书中，有时将voh缺陷简称为氢施主。在本例的缓冲区20中包含有氢施主。氢施主也可以包含于两个掺杂浓度峰25之间的区域。氢施主的掺杂浓度低于氢的化学浓度。如果将氢施主的掺杂浓度相对于氢的化学浓度的比例设为活化率，则活化率可以为0.1％～30％的值。在本例中，活化率为1％～5％。
70.缓冲区20的氢化学浓度分布在注入了氢离子的深度位置具有一个以上的氢浓度峰125。本例的氢化学浓度分布具有多个氢浓度峰125
‑
1、125
‑
2、125
‑
3、125
‑
4。氢化学浓度越高，则上述的voh缺陷越容易形成得多。因此，缓冲区20的掺杂浓度分布在与各个氢浓度峰值125对应的深度位置具有一个以上的掺杂浓度峰25。缓冲区20的掺杂浓度峰25可以是氢施主的浓度峰。本例的掺杂浓度分布具有多个掺杂浓度峰25
‑
1、25
‑
2、25
‑
3、25
‑
4。
71.掺杂浓度峰25的个数与氢浓度峰125的个数可以一致。另外，掺杂浓度峰25和氢浓度峰125可以设置于相同的深度位置。所谓峰彼此设置于相同的深度位置可以是指在一个峰的半峰全宽内配置有另一个峰的顶点。
72.另外，由于在氢扩散的区域也形成voh缺陷，所以两个掺杂浓度峰25之间的区域的掺杂浓度也容易上升。因此，容易使掺杂浓度峰25之间的区域成为浓度比漂移区18的浓度高的区域。
73.在本例中，从半导体基板10的下表面23侧注入氢离子。因此，在氢化学浓度分布中，与从各个氢浓度峰125的顶点向上表面21侧延伸的下摆sh2相比，从氢浓度峰125的顶点向下表面23侧延伸的下摆sh1更平缓。即，下摆sh1的倾斜度小于下摆sh2的倾斜度。同样地，在掺杂浓度分布中，与从各掺杂浓度峰25的顶点向上表面21侧延伸的下摆sd2相比，从掺杂浓度峰25的顶点向下表面23侧延伸的下摆sd1也可以更平缓。即，下摆sd1的倾斜度可以小于下摆sd2的倾斜度。
74.将缓冲区20的掺杂浓度峰25中的最靠近半导体基板10的下表面23的峰设为最浅浓度峰。在本例中，掺杂浓度峰25
‑
1为最浅浓度峰。掺杂浓度峰25
‑
1的掺杂浓度d1为预先确定的阈值浓度dth以下。阈值浓度dth可以是半导体基板10的体施主浓度db的50倍。阈值浓度dth可以是体施主浓度db的30倍，也可以是20倍，还可以是10倍。
75.通过将作为最浅浓度峰的掺杂浓度峰25
‑
1的掺杂浓度设为阈值浓度dth以下，能够抑制半导体装置100在反向恢复时等的载流子的枯竭，并且抑制电压或电流波形的振荡。
76.在本例中，缓冲区20的所有掺杂浓度峰25
‑
1、25
‑
2、25
‑
3、25
‑
4的掺杂浓度d1、d2、d3、d4为阈值浓度dth以下。由此，能够进一步地抑制电压或电流波形的振荡。越远离下表面23，则掺杂浓度峰25的掺杂浓度可以越小。但是，最远离下表面23地配置的掺杂浓度峰25
‑
4的掺杂浓度d4可以大于相邻的掺杂浓度峰25
‑
3的掺杂浓度d3。掺杂浓度峰25
‑
1与阴极区82之间的掺杂浓度可以具有谷状的浓度分布即第一谷部26。第一谷部26的掺杂浓度的极小值dv1可以是施主浓度的极小值。掺杂浓度或施主浓度的极小值dv1可以小于掺杂浓度峰25
‑
2的掺杂浓度d2。由此，能够进一步抑制在反向恢复时等的载流子的枯竭，并且抑制电压或电流波形的振荡。掺杂浓度或施主浓度的极小值dv1可以为预先确定的阈值浓度dth以下。
77.另外，阴极区82的掺杂浓度的峰值高于掺杂浓度峰25
‑
1的掺杂浓度。阴极区82的掺杂浓度的峰值可以比缓冲区20中的任一掺杂浓度峰25的掺杂浓度都高。
78.图3是表示半导体装置100在反向恢复时的电压波形和电流波形的一例的图。电压波形是施加于上表面21的电极与下表面23的电极之间的电压的波形。另外，电流波形是在
上表面21的电极与下表面23的电极之间流通的电流的波形。在图3中，以虚线表示比较例的波形，以实线表示半导体装置100的波形。在图3的例子中，将周围温度设为25℃，将半导体装置100的导通状态的电流设为额定电流的1/10。另外，在比较例中，最浅浓度峰25
‑
1的掺杂浓度为体施主浓度db的大致100倍。其他掺杂浓度峰25的掺杂浓度在比较例和半导体装置100中均相同。
79.如果缓冲区20的掺杂浓度峰25的掺杂浓度高，则掺杂浓度峰25附近的空穴变少。因此，在半导体装置100的反向恢复时，在掺杂浓度峰25的附近载流子容易枯竭。如果在反向恢复动作结束之前载流子局部地枯竭，则有时在反向恢复时的电压和电流波形中产生振荡。特别地，如果在半导体基板10的下表面23的附近载流子枯竭，则反向恢复时的电压和电流波形容易产生振荡。
80.在比较例中，配置于下表面23的附近的掺杂浓度峰25
‑
1的掺杂浓度高。因此，在比较例的电压波形和电流波形中产生较大的摆动。另一方面，在半导体装置100中，使配置于下表面23的附近的掺杂浓度峰25
‑
1的掺杂浓度为体施主浓度db的50倍以下。因此，在半导体装置100的电压波形和电流波形中抑制了摆动。
81.图4是表示流通于半导体装置100的电流与振荡阈值电压之间的关系的一例的图。图4的横轴表示在半导体装置100的上表面21的电极与下表面23的电极之间流通的电流密度。将在半导体装置100中流通额定电流时的电流密度设为jr。流通额定电流的1/10的电流时的电流密度为0.1
×
jr。另外，如图3的比较例所示，所谓振荡阈值电压是在电压波形和电流波形中开始产生预定振幅以上的振荡时的阳极与阴极间电压。作为一例，所谓预定的振幅设为阳极与阴极间电压的绝对值呈现电源电压以上的值的时间内的振幅。另外，作为一例，所谓预定的振幅以上的振荡是指，阳极与阴极间电压的绝对值相对于预定的振幅在时间上呈现急剧的增加，并且该急剧的增加成为触发，以后的电压波形呈现摆动。由于流通于半导体装置100的电流密度越小，蓄积载流子越少，所以容易发生载流子的枯竭。因此，如图4所示，流通于半导体装置100的电流密度越小，则振荡阈值电压越小，越容易产生振荡。
82.在图4中示出了作为最浅浓度峰的掺杂浓度峰25
‑
1的掺杂浓度比较高的例子和比较低的例子这两个例子。掺杂浓度峰25
‑
1的掺杂浓度越低，振荡阈值电压越大，则振荡受到抑制。例如在电流密度为0.1
×
jr时，掺杂浓度峰25
‑
1的掺杂浓度高的例子的振荡阈值电压为vth1，掺杂浓度低的例子的振荡阈值电压为vth2。vth2高于vth1。应予说明，振荡开始电压也可以是在电压波形或电流波形中产生预定振幅以上的波形的情况下的施加于二极管的电源电压。即使在该情况下，振荡开始电压也示出与图4相同的趋势。
83.图5a是表示掺杂浓度峰25
‑
1的掺杂浓度d1和体施主浓度db之比d1/db与振荡阈值电压之间的关系的一例的图。通过将d1/db设为50以下，能够增大振荡阈值电压，抑制振荡。d1/db也可以为20以下，还可以为10以下。
84.另外，图2所示的阈值浓度dth可以比在半导体基板10的上表面21与下表面23之间流通额定电流的1/10的电流的情况下的基准载流子浓度小。半导体装置100的额定电流可以使用半导体装置100的目录等中的规格值。通过将额定电流除以半导体装置100的有源部的面积，能够算出额定电流密度jr。半导体装置100的各区域的掺杂浓度能够通过sims法、cv法或sr法等进行测定。
85.图5b是电流密度为0.1
×
jr时的各区域的载流子浓度分布的一例。图5b的横轴表
示距半导体基板10的下表面23的距离，纵轴表示电子或空穴的浓度。在本例中，将半导体基板10在z轴方向上的厚度设为w0。另外，将沟槽部在z轴方向上的下端的位置设为zt。沟槽部是后述的栅极沟槽部或虚设沟槽部。各区域的载流子浓度能够通过使用了各区域的掺杂浓度的模拟来算出。在本例中，各区域是漂移区18和缓冲区20。漂移区18的上表面21侧的端部的位置可以是基区14(作为二极管的阳极区发挥功能)的下端的位置，也可以是沟槽部的下端的位置zt。可以将半导体基板10在深度方向上的中央0.5w0(或漂移区18在深度方向上的中央)的载流子浓度设为基准载流子浓度p
c
。阈值浓度dth可以是基准载流子浓度p
c
的一半以下，也可以是基准载流子浓度p
c
的1/4以下。由此，能够抑制电压波形和电流波形中的振荡。
86.图6是表示缓冲区20中的掺杂浓度分布和氢化学浓度分布的另一例的图。本例的缓冲区20具有两个以上的掺杂浓度峰25。
87.在本例中，至少一个掺杂浓度峰25的掺杂浓度比掺杂浓度峰25
‑
1的掺杂浓度d1高。在图6所示的例子中，掺杂浓度峰25
‑
1的掺杂浓度d1低于最接近掺杂浓度峰25
‑
1的掺杂浓度峰25
‑
2的掺杂浓度d2。由此，能够抑制振荡。
88.另外，至少一个掺杂浓度峰25的掺杂浓度可以高于阈值浓度dth。通过使任一个掺杂浓度峰25的掺杂浓度高于阈值浓度dth，能够抑制从基区14的下端延伸的耗尽层到达阴极区82。另外，即使提高除掺杂浓度峰25
‑
1以外的掺杂浓度峰25的掺杂浓度，对振荡阈值电压造成的影响也比较小。即，由于半导体基板10的下表面23与高浓度的掺杂浓度峰25之间的距离比较大，所以载流子容易残留在下表面23与高浓度的掺杂浓度峰25之间。由此，振荡受到抑制。
89.在图6的例子中，除掺杂浓度峰25
‑
1以外的所有掺杂浓度峰25的掺杂浓度均高于阈值浓度dth。由此，能够抑制从基区14的下端延伸的耗尽层到达阴极区82。掺杂浓度峰25的掺杂浓度可以随着远离下表面23而变高。在图6的例子中，d1<d2<d3<d4。由此，能够抑制振荡阈值电压变小，并且抑制耗尽层到达阴极区82。
90.图7是表示缓冲区20中的掺杂浓度分布和氢化学浓度分布的另一例的图。在本例中，配置为第二靠近下表面23的掺杂浓度峰25
‑
2的掺杂浓度d2高于阈值浓度dth。与掺杂浓度峰25
‑
2相比远离下表面23地配置的掺杂浓度峰25的掺杂浓度可以高于阈值浓度dth，也可以低于阈值浓度dth。在图7的例子中，与掺杂浓度峰25
‑
2相比远离下表面23地配置的所有掺杂浓度峰25的掺杂浓度低于阈值浓度dth。通过这样的构成，也能够抑制从基区14的下端延伸的耗尽层到达阴极区82并且抑制振荡。
91.图8是表示缓冲区20中的掺杂浓度分布和氢化学浓度分布的另一例的图。在本例中，最远离下表面23地配置的掺杂浓度峰25
‑
4的掺杂浓度d4高于阈值浓度dth。掺杂浓度峰25
‑
1与掺杂浓度峰25
‑
4之间的掺杂浓度峰25的掺杂浓度可以高于阈值浓度dth，也可以低于阈值浓度dth。在图8的例子中，掺杂浓度峰25
‑
2的掺杂浓度高于阈值浓度dth。另外，在掺杂浓度峰25
‑
2与掺杂浓度峰25
‑
4之间配置有掺杂浓度比阈值浓度dth低的掺杂浓度峰25
‑
3。通过这样的构成，也能够抑制从基区14的下端延伸的耗尽层到达阴极区82并且抑制振荡。
92.图9是表示缓冲区20中的掺杂浓度分布和氢化学浓度分布的另一例的图。在本例中，除掺杂浓度峰25
‑
1以外的所有掺杂浓度峰25的掺杂浓度均高于阈值浓度dth。但是，除
掺杂浓度峰25
‑
1以外的掺杂浓度峰25的掺杂浓度随着远离下表面23而变低。通过这样的构成，也能够抑制从基区14的下端延伸的耗尽层到达阴极区82并且抑制振荡。
93.图10是表示半导体装置100的另一构成例的剖视图。本例的半导体装置100具备p 型的下表面侧区域83。除下表面侧区域83以外的结构与在图1至图9中所说明的任一方式的半导体装置100相同。下表面侧区域83选择性地配置于与下表面23相接的区域。即，在与下表面23相接的区域设置有阴极区82和下表面侧区域83。通过设置下表面侧区域83，能够调整来自下表面23侧的电子注入量。另外，在反向恢复时等能够从下表面23侧供给空穴。由此，能够抑制振荡。
94.图11是表示半导体装置100的另一构成例的剖视图。本例的半导体装置100具备p 型的下表面侧区域83。除下表面侧区域83以外的结构与在图1至图9中所说明的任一方式的半导体装置100相同。下表面侧区域83配置在阴极区82与掺杂浓度峰25
‑
1之间。下表面侧区域83是不与下表面23相接的浮置区域。下表面侧区域83选择性地配置于阴极区82的上表面。即，阴极区82的上表面的一部分未被下表面侧区域83覆盖。通过设置下表面侧区域83，能够调整来自下表面23侧的电子注入量。另外，在反向恢复时等，能够从下表面23侧供给空穴。由此，能够抑制振荡。
95.图12是表示半导体装置100的另一例的俯视图。在图12中示出了将各部件投影到半导体基板10的上表面而得的位置。在图12中仅示出了半导体装置100的一部分部件而省略了一部分部件。
96.半导体装置100具备半导体基板10。半导体基板10在俯视时具有端边102。在本说明书中简称为俯视的情况，意味着从半导体基板10的上表面侧进行观察。本例的半导体基板10具有在俯视时相互面对的两组端边102。在图12中，x轴和y轴与任一个端边102平行。另外，z轴与半导体基板10的上表面垂直。
97.在半导体基板10设置有有源部160。有源部160是在半导体装置100进行了动作的情况下，在半导体基板10的上表面与下表面之间在深度方向上流通主电流的区域。在有源部160的上方设置有发射极电极，但在图12中省略。
98.在有源部160设置有包括igbt等晶体管元件的晶体管部70以及包括续流二极管(fwd)等二极管元件的二极管部80中的至少一方。在图12的例子中，晶体管部70和二极管部80沿着半导体基板10的上表面的预定的排列方向(在本例中为x轴方向)交替地配置。在其他例子中，在有源部160可以仅设置有晶体管部70和二极管部80中的一方。
99.在图12中，对配置晶体管部70的区域标注符号“i”，对配置二极管部80的区域标注符号“f”。在本说明书中，有时将俯视时与排列方向垂直的方向称为延伸方向(在图12中为y轴方向)。晶体管部70和二极管部80可以分别在延伸方向上具有长边。即，晶体管部70在y轴方向上的长度比在x轴方向上的宽度大。同样地，二极管部80在y轴方向上的长度比在x轴方向上的宽度大。晶体管部70和二极管部80的延伸方向与后述的各沟槽部的长边方向可以相同。
100.二极管部80在与半导体基板10的下表面相接的区域具有n 型的阴极区。在本说明书中，将设置有阴极区的区域称为二极管部80。即，二极管部80是在俯视时与阴极区重叠的区域。在半导体基板10的下表面，在除阴极区以外的区域可以设置p 型的集电极区。在本说明书中，将二极管部80沿y轴方向延长至后述的栅极布线而成的延长区81有时也包含于二
极管部80。在延长区81的下表面设置有集电极区。
101.晶体管部70在与半导体基板10的下表面相接的区域具有p 型的集电极区。另外，晶体管部70在半导体基板10的上表面侧周期性地配置有具有n型的发射极区、p型的基区、栅极导电部和栅极绝缘膜的栅极结构。
102.半导体装置100可以在半导体基板10的上方具有一个以上的焊盘。本例的半导体装置100具有栅极焊盘112。半导体装置100也可以具有阳极焊盘、阴极焊盘和电流检测焊盘等焊盘。各焊盘配置于端边102的附近。所谓端边102的附近是指俯视时的端边102与发射极电极之间的区域。在安装半导体装置100时，各焊盘可以介由导线等布线与外部的电路连接。
103.对栅极焊盘112施加栅极电位。栅极焊盘112与有源部160的栅极沟槽部的导电部电连接。半导体装置100具备将栅极焊盘112与栅极沟槽部连接的栅极布线。在图12中对栅极布线标注斜线的阴影线。
104.本例的栅极布线包括外周栅极布线130和有源侧栅极布线131。外周栅极布线130在俯视时配置于有源部160与半导体基板10的端边102之间。本例的外周栅极布线130在俯视时包围有源部160。也可以将在俯视时被外周栅极布线130包围的区域设为有源部160。另外，外周栅极布线130与栅极焊盘112连接。外周栅极布线130配置于半导体基板10的上方。外周栅极布线130可以是包含铝等的金属布线。
105.有源侧栅极布线131设置于有源部160。通过在有源部160设置有源侧栅极布线131，能够对半导体基板10的各区域减小从栅极焊盘112起的布线长度的不均一。
106.有源侧栅极布线131与有源部160的栅极沟槽部连接。有源侧栅极布线131配置在半导体基板10的上方。有源侧栅极布线131可以是由掺杂有杂质的多晶硅等半导体形成的布线。
107.有源侧栅极布线131可以与外周栅极布线130连接。本例的有源侧栅极布线131以在y轴方向上的大致中央从一方的外周栅极布线130横穿有源部160直到另一方的外周栅极布线130的方式沿x轴方向延伸地设置。在由有源侧栅极布线131分割有源部160的情况下，在各个分割区域中，晶体管部70和二极管部80可以沿x轴方向交替地配置。
108.另外，半导体装置100也可以具备由多晶硅等形成的pn结二极管即未图示的温度感测部、对设置于有源部160的晶体管部的动作进行模拟的未图示的电流检测部。
109.本例的半导体装置100在有源部160与端边102之间具备边缘终端结构部90。本例的边缘终端结构部90配置于外周栅极布线130与端边102之间。边缘终端结构部90缓和半导体基板10的上表面侧的电场集中。边缘终端结构部90还可以具备包围有源部160而设置为环状的保护环、场板以及降低表面电场结构中的至少一种。
110.图13是图12中的区域a的放大图。区域a是包括晶体管部70、二极管部80和有源侧栅极布线131的区域。本例的半导体装置100具备设置于半导体基板10的上表面侧的内部的栅极沟槽部40、虚设沟槽部30、阱区11、发射极区12、基区14和接触区15。栅极沟槽部40和虚设沟槽部30分别是沟槽部的一例。另外，本例的半导体装置100具备设置于半导体基板10的上表面的上方的发射极电极52和有源侧栅极布线131。发射极电极52和有源侧栅极布线131相互分离地设置。
111.在发射极电极52和有源侧栅极布线131与半导体基板10的上表面之间设置有层间
绝缘膜，但在图13中省略。在本例的层间绝缘膜，以贯通该层间绝缘膜的方式设置有接触孔54。在图13中，对各个接触孔54标注斜线的阴影线。
112.发射极电极52设置于栅极沟槽部40、虚设沟槽部30、阱区11、发射极区12、基区14和接触区15的上方。发射极电极52通过接触孔54与半导体基板10的上表面的发射极区12、接触区15和基区14接触。另外，发射极电极52通过设置于层间绝缘膜的接触孔而与虚设沟槽部30内的虚设导电部连接。发射极电极52可以在y轴方向上的虚设沟槽部30的前端与虚设沟槽部30的虚设导电部连接。
113.有源侧栅极布线131通过设置于层间绝缘膜的接触孔而与栅极沟槽部40连接。有源侧栅极布线131可以在y轴方向上的栅极沟槽部40的前端部41与栅极沟槽部40的栅极导电部连接。有源侧栅极布线131不与虚设沟槽部30内的虚设导电部连接。
114.发射极电极52由包含金属的材料形成。在图13中示出了设置发射极电极52的范围。例如，发射极电极52的至少一部分区域由铝(al)、或者铝
‑
硅合金、铝
‑
硅
‑
铜合金例如alsi、alsicu等金属合金形成。发射极电极52可以在由铝等形成的区域的下层具有由钛、钛化合物等形成的阻挡金属。进而，在接触孔内也可以具有以与阻挡金属和铝等接触的方式填埋钨等而形成的插塞。
115.阱区11与有源侧栅极布线131重叠地设置。阱区11在不与有源侧栅极布线131重叠的范围也以预定的宽度延伸地设置。本例的阱区11从接触孔54在y轴方向上的端部起向有源侧栅极布线131侧离开而设置。阱区11是掺杂浓度比基区14的掺杂浓度高的第二导电型的区域。本例的基区14为p
‑
型，阱区11为p 型。
116.晶体管部70和二极管部80分别具有在排列方向上排列有多个的沟槽部。在本例的晶体管部70中，沿着排列方向交替地设置有一个以上的栅极沟槽部40和一个以上的虚设沟槽部30。在本例的二极管部80中，沿着排列方向设置有多个虚设沟槽部30。在本例的二极管部80未设置栅极沟槽部40。
117.本例的栅极沟槽部40可以具有沿着与排列方向垂直的延伸方向延伸的两个直线部分39(沟槽的沿着延伸方向为直线状的部分)和将两个直线部分39连接的前端部41。图13中的延伸方向为y轴方向。
118.优选前端部41的至少一部分在俯视时设置为曲线状。通过前端部41将两个直线部分39在y轴方向上的端部彼此连接，能够缓和直线部分39的端部处的电场集中。
119.在晶体管部70中，虚设沟槽部30设置于栅极沟槽部40的各个直线部分39之间。在各个直线部分39之间可以设置一条虚设沟槽部30，也可以设置多条虚设沟槽部30。虚设沟槽部30可以具有沿延伸方向延伸的直线形状，也可以与栅极沟槽部40同样地具有直线部分29和前端部31。图13所示的半导体装置100包含不具有前端部31的直线形状的虚设沟槽部30和具有前端部31的虚设沟槽部30这双方。
120.阱区11的扩散深度可以比栅极沟槽部40和虚设沟槽部30的深度深。栅极沟槽部40和虚设沟槽部30在y轴方向上的端部在俯视时设置于阱区11。即，在各沟槽部的y轴方向上的端部，各沟槽部在深度方向上的底部被阱区11覆盖。由此，能够缓和各沟槽部的该底部处的电场集中。
121.在排列方向上的各沟槽部之间设置有台面部。台面部是指在半导体基板10的内部被沟槽部夹着的区域。作为一例，台面部的上端是半导体基板10的上表面。台面部的下端的
深度位置与沟槽部的下端的深度位置相同。本例的台面部在半导体基板10的上表面以沿着沟槽在延伸方向(y轴方向)上延伸的方式设置。在本例中，在晶体管部70设置有台面部60，在二极管部80设置有台面部61。在本说明书中，在仅称为台面部的情况下，是指台面部60和台面部61中的每一个。
122.在各个台面部均设置有基区14。将在台面部中在半导体基板10的上表面露出的基区14中的、配置为最接近有源侧栅极布线131的区域设为基区14
‑
e。虽然在图13中示出了配置于各个台面部在延伸方向上的一个端部的基区14
‑
e，但是在各个台面部的另一个端部也配置有基区14
‑
e。在各个台面部，在俯视时被基区14
‑
e夹着的区域可以设置有第一导电型的发射极区12和第二导电型的接触区15中的至少一方。本例的发射极区12为n 型，接触区15为p 型。发射极区12和接触区15可以在深度方向上设置于基区14与半导体基板10的上表面之间。
123.晶体管部70的台面部60具有在半导体基板10的上表面露出的发射极区12。发射极区12以与栅极沟槽部40接触的方式设置。与栅极沟槽部40相接的台面部60可以设置有在半导体基板10的上表面露出的接触区15。
124.台面部60的接触区15和发射极区12分别从x轴方向上的一个沟槽部设置到另一个沟槽部。作为一例，台面部60的接触区15和发射极区12沿着沟槽部的延伸方向(y轴方向)交替地配置。
125.在另一例中，台面部60的接触区15和发射极区12可以沿着沟槽部的延伸方向(y轴方向)设置为条纹状。例如在与沟槽部相接的区域设置发射极区12，在被发射极区12夹着的区域设置接触区15。
126.在二极管部80的台面部61未设置发射极区12。在台面部61的上表面可以设置有基区14和接触区15。在台面部61的上表面，在被基区14
‑
e夹着的区域，可以以与各个基区14
‑
e相接的方式设置有接触区15。在台面部61的上表面，在被接触区15夹着的区域可以设置有基区14。基区14可以配置于被接触区15夹着的整个区域。
127.在各个台面部的上方设置有接触孔54。接触孔54配置于被基区14
‑
e夹着的区域。本例的接触孔54设置于接触区15、基区14和发射极区12的各区域的上方。接触孔54不设置于与基区14
‑
e和阱区11对应的区域。接触孔54可以配置于台面部60在排列方向(x轴方向)上的中央。
128.在二极管部80中，在与半导体基板10的下表面相邻的区域设置有n 型的阴极区82。在半导体基板10的下表面，在未设置阴极区82的区域可以设置有p 型的集电极区22。阴极区82和集电极区22设置在半导体基板10的下表面23与缓冲区20之间。在图13中用虚线表示阴极区82与集电极区22之间的边界。
129.阴极区82在y轴方向上与阱区11分离地配置。由此，能够确保掺杂浓度比较高且形成至深的位置的p型的区域(阱区11)与阴极区82之间的距离而提高耐压。本例的阴极区82在y轴方向上的端部相比于接触孔54在y轴方向上的端部，远离阱区11地配置。在另一例中，阴极区82在y轴方向上的端部可以配置于阱区11与接触孔54之间。
130.图14是表示图13中的b
‑
b截面的一例的图。b
‑
b截面是穿过发射极区12和阴极区82的xz面。本例的半导体装置100在该截面具有半导体基板10、层间绝缘膜38、发射极电极52和集电极电极24。层间绝缘膜38设置于半导体基板10的上表面。层间绝缘膜38是包含添加
有硼或磷等杂质的硅酸盐玻璃等绝缘膜、热氧化膜以及其他绝缘膜中的至少一层的膜。在层间绝缘膜38设置有在图13中所说明的接触孔54。
131.发射极电极52设置于层间绝缘膜38的上方。发射极电极52通过层间绝缘膜38的接触孔54而与半导体基板10的上表面21接触。集电极电极24设置于半导体基板10的下表面23。发射极电极52和集电极电极24由铝等金属材料形成。在本说明书中，将连结发射极电极52与集电极电极24的方向(z轴方向)称为深度方向。
132.半导体基板10具有n
‑
型的漂移区18。漂移区18分别设置于晶体管部70和二极管部80。
133.在晶体管部70的台面部60，从半导体基板10的上表面21侧起依次设置有n 型的发射极区12和p
‑
型的基区14。在基区14的下方设置有漂移区18。在台面部60可以设置有n 型的蓄积区16。蓄积区16配置于基区14与漂移区18之间。蓄积区16的掺杂剂的导电型与漂移区18的掺杂剂的导电型相同。蓄积区16是具有比漂移区18的掺杂浓度高的掺杂浓度的区域。在本例中，蓄积区16是具有比漂移区18的施主浓度高的施主浓度的区域。
134.发射极区12以在半导体基板10的上表面21露出，并且与栅极沟槽部40接触的方式设置。发射极区12可以与台面部60的两侧的沟槽部接触。发射极区12的掺杂浓度比漂移区18的掺杂浓度高。
135.基区14设置于发射极区12的下方。本例的基区14以与发射极区12相接的方式设置。基区14可以与台面部60的两侧的沟槽部接触。
136.蓄积区16设置于基区14的下方。蓄积区16是掺杂浓度比漂移区18的掺杂浓度高的n 型的区域。通过在漂移区18与基区14之间设置高浓度的蓄积区16，能够提高载流子注入促进效果(ie效果)，降低导通电压。蓄积区16可以以覆盖各台面部60中的基区14的整个下表面的方式设置。
137.在二极管部80的台面部61，以与半导体基板10的上表面21相接的方式设置有p
‑
型的基区14。在基区14的下方设置有漂移区18。在台面部61中，可以在基区14的下方设置有蓄积区16。
138.在晶体管部70和二极管部80的每一个中，在漂移区18下可以设置有n 型的缓冲区20。本例的缓冲区20包括设置于二极管部80的第一缓冲区20
‑
1和设置于晶体管部70的第二缓冲区20
‑
2。第一缓冲区20
‑
1与在图1至图11中所说明的缓冲区20相同。第二缓冲区20
‑
2可以与图1至图11中所说明的缓冲区20相同。
139.在晶体管部70中，在第二缓冲区20
‑
2之下设置有p 型的集电极区22。集电极区22设置在第二缓冲区20
‑
2的最浅浓度峰即掺杂浓度峰25
‑
1与下表面23之间。集电极区22的受主浓度高于基区14的受主浓度。集电极区22可以包含与基区14相同的受主，也可以包含与基区14不同的受主。集电极区22的受主例如是硼。
140.在二极管部80中，在第一缓冲区20
‑
1之下设置有n 型的阴极区82。阴极区82设置在第一缓冲区20
‑
1的最浅浓度峰即掺杂浓度峰25
‑
1与下表面23之间。阴极区82的施主浓度高于漂移区18的施主浓度。阴极区82的施主例如是氢或磷。应予说明，成为各区域的施主和受主的元素并不限定于上述的例子。集电极区22和阴极区82在半导体基板10的下表面23露出，并与集电极电极24连接。集电极电极24可以与半导体基板10的整个下表面23相接。发射极电极52和集电极电极24由铝等金属材料形成。
141.在半导体基板10的上表面21侧设置有一个以上的栅极沟槽部40和一个以上的虚设沟槽部30。各沟槽部从半导体基板10的上表面21起贯穿基区14而到达漂移区18。在设置有发射极区12、接触区15和蓄积区16中的至少任一个的区域中，各沟槽部也贯穿这些掺杂区而到达漂移区18。所谓沟槽部贯穿掺杂区并不限定于按照在形成掺杂区之后形成沟槽部的顺序制造的结构。在形成沟槽部之后在沟槽部之间形成掺杂区的结构也包含于沟槽部贯穿掺杂区的结构。
142.如上所述，在晶体管部70设置有栅极沟槽部40和虚设沟槽部30。在二极管部80设置有虚设沟槽部30，未设置栅极沟槽部40。在本例中，二极管部80与晶体管部70之间在x轴方向上的边界是阴极区82与集电极区22之间的边界。应予说明，在图1至图11中所说明的半导体装置100中未设置沟槽部，但在图1至图11中所说明的半导体装置100中也可以设置沟槽部。
143.栅极沟槽部40具有设置于半导体基板10的上表面21的栅极沟槽、栅极绝缘膜42和栅极导电部44。栅极绝缘膜42以覆盖栅极沟槽的内壁的方式设置。栅极绝缘膜42可以以将栅极沟槽的内壁的半导体氧化或氮化的方式形成。栅极导电部44在栅极沟槽的内部设置于比栅极绝缘膜42靠内侧的位置。即，栅极绝缘膜42将栅极导电部44与半导体基板10绝缘。栅极导电部44由多晶硅等导电材料形成。
144.栅极导电部44在深度方向上可以设置为长于基区14。该截面中的栅极沟槽部40在半导体基板10的上表面21被层间绝缘膜38覆盖。栅极导电部44与栅极布线电连接。如果对栅极导电部44施加预定的栅极电压，则在基区14中的与栅极沟槽部40相接的界面的表层形成因电子的反转层产生的沟道。
145.虚设沟槽部30在该截面中可以具有与栅极沟槽部40相同的结构。虚设沟槽部30具有设置于半导体基板10的上表面21的虚设沟槽、虚设绝缘膜32和虚设导电部34。虚设导电部34与发射极电极52电连接。虚设绝缘膜32以覆盖虚设沟槽的内壁的方式设置。虚设导电部34设置于虚设沟槽的内部，并且设置于比虚设绝缘膜32靠内侧的位置。虚设绝缘膜32将虚设导电部34与半导体基板10绝缘。虚设导电部34可以由与栅极导电部44相同的材料形成。例如虚设导电部34由多晶硅等导电材料形成。虚设导电部34在深度方向上可以具有与栅极导电部44相同的长度。
146.本例的栅极沟槽部40和虚设沟槽部30在半导体基板10的上表面21被层间绝缘膜38覆盖。应予说明，虚设沟槽部30和栅极沟槽部40的底部可以是向下侧凸出的曲面状(在截面中为曲线状)。
147.图15是表示第一缓冲区20
‑
1和阴极区82、第二缓冲区20
‑
2和集电极区22中的掺杂浓度分布的一例的图。第一缓冲区20
‑
1中的掺杂浓度分布与在图1至图11中所说明的任一缓冲区20的掺杂浓度分布相同。由此，能够抑制二极管部80在反向恢复时的振荡。
148.第二缓冲区20
‑
2具有一个以上的掺杂浓度峰25。第二缓冲区20
‑
2的掺杂浓度峰25设置在与第一缓冲区20
‑
1中的掺杂浓度峰25相同的深度位置。
149.第二缓冲区20
‑
2中的各个掺杂浓度峰25的掺杂浓度可以与在第一缓冲区20
‑
1中设置于同一深度位置的掺杂浓度峰25的掺杂浓度相同。即，第二缓冲区20
‑
2可以具有与第一缓冲区20
‑
1的掺杂浓度分布相同的掺杂浓度分布。这种情况下，第二缓冲区20
‑
2的氢化学浓度分布可以与第一缓冲区20
‑
1的氢化学浓度分布相同。或者，第二缓冲区20
‑
2的掺杂
浓度峰25
‑
1b的深度位置可以比第一缓冲区20
‑
1的掺杂浓度峰25
‑
1a的深度位置更靠近下表面23。由此，能够使晶体管部70的耗尽层在靠近集电极区22的位置停止，能够将来自集电极区22的空穴的注入维持得较高。
150.另外，如图15所示，作为第二缓冲区20
‑
2的最浅浓度峰的掺杂浓度峰25
‑
1b的掺杂浓度可以比作为第一缓冲区20
‑
1的最浅浓度峰的掺杂浓度峰25
‑
1a的掺杂浓度高。由此，能够在二极管部80中抑制振荡，并且在晶体管部70中抑制耗尽层到达集电极区22。掺杂浓度峰25
‑
1b的掺杂浓度d1b可以是掺杂浓度峰25
‑
1b的掺杂浓度d1a的5倍以上，也可以是10倍以上，还可以是20倍以上。
151.掺杂浓度峰25
‑
1b的掺杂浓度d1b可以高于阈值浓度dth。掺杂浓度峰25
‑
1b的掺杂浓度d1b可以是阈值浓度dth的2倍以上，也可以是5倍以上，还可以是10倍以上。由此，在晶体管部70中，能够进一步抑制耗尽层到达集电极区22。掺杂浓度峰25
‑
1b与集电极区22之间的掺杂浓度可以具有靠近掺杂浓度峰25
‑
1b的谷状的浓度分布即第二谷部27和靠近集电极区22的第三谷部28。第三谷部28可以是第二缓冲区20
‑
2与集电极区22之间的具有pn结的边界。第三谷部28处的掺杂浓度是第三谷部28处的施主浓度(n
d
)和受主浓度(n
a
)的净浓度(n
d
‑
n
a
)。由于第三谷部28是pn结，所以施主浓度和受主浓度是相同的浓度。因此，第三谷部28的掺杂浓度理论上为0。第三谷部28处的施主浓度可以具有不为0的有限的值。将第二谷部27处的施主浓度dv2设为掺杂浓度峰25
‑
1b与集电极区22之间的边界处的施主浓度。施主浓度dv2是从半导体基板10的上表面21起与第三谷部28的pn结相接的区域的施主浓度dv2。第二谷部27的施主浓度dv2可以是微分值最初低于0.5的部位的掺杂浓度，也可以是微分值最初低于0.25的部位的掺杂浓度，还可以是微分值最初成为0的部位的掺杂浓度，该微分值是在从第三谷部28朝向第二缓冲区20
‑
2的方向上，以深度位置对掺杂浓度进行微分而得到的值。第二谷部27处的施主浓度dv2可以比第一缓冲区20
‑
1的第一谷部26的掺杂浓度的极小值dv1高。由此，在晶体管部70中，能够进一步抑制耗尽层到达集电极区22，并且能够抑制二极管部80的反向恢复振荡。第二谷部27处的施主浓度dv2可以比预先确定的阈值dth大，也可以比预先确定的阈值dth小。在本例中，第二谷部27处的施主浓度dv2比预先确定的阈值dth小。第二谷部27处的施主浓度dv2可以比掺杂浓度峰25
‑
2大，也可以比掺杂浓度峰25
‑
2小。在本例中，第二谷部27处的施主浓度dv2比掺杂浓度峰25
‑
2大。由此，在晶体管部70中，能够进一步抑制耗尽层到达集电极区22。
152.图16是表示半导体装置100的制造方法的一部分工序的流程图。在图16中示出形成第一缓冲区20
‑
1和第二缓冲区20
‑
2的工序的一例。作为第二缓冲区20
‑
2的最浅浓度峰的掺杂浓度峰25
‑
1b可以如下地形成。
153.在半导体基板10形成设置有晶体管部70和二极管部80的有源部160中的半导体基板10的上表面21侧的结构(有源区形成工序s0)。所谓上表面21侧的结构是指，例如在图14所示的结构中，设置于比半导体基板10在深度方向上的中央靠上表面21侧的位置的结构。例如在上表面21侧的结构中包括晶体管部70的发射极区12和二极管部80的基区14。二极管部80的基区14作为二极管的阳极区发挥功能。在晶体管部70和二极管部80中的某一者或两者的上表面21侧可以包括沟槽部。
154.接着，从半导体基板10的下表面23向晶体管部70和二极管部80这双方进行n型的掺杂剂的离子注入，形成作为第一缓冲区20
‑
1的最浅浓度峰的掺杂浓度峰25
‑
1a(第一离子
注入工序s1)。也就是说，在第一离子注入工序s1中，在晶体管部70和二极管部80这双方形成相同浓度的掺杂浓度峰25
‑
1a。本例的第一离子注入工序s1中的掺杂剂为氢。在第一离子注入工序s1之后，可以对半导体基板10进行热退火(第一退火工序s2)。也可以省略第一退火工序s2。在第一离子注入工序s1中，也可以还形成晶体管部70和二极管部80这双方中的除最浅浓度峰以外的浓度峰。各个浓度峰能够通过改变掺杂剂的射程而从半导体基板10的下表面23多次注入掺杂剂来形成。
155.接着，从半导体基板10的下表面23仅向晶体管部70追加地进行n型的掺杂剂的离子注入(第二离子注入工序s3)。在第二离子注入工序s3中，在应该形成掺杂浓度峰25
‑
1b的深度位置追加地进行离子注入。在本例中，在第二离子注入工序s3中注入掺杂剂的深度位置与在第一离子注入工序s1中注入掺杂剂的深度位置相同。也就是说，在第二离子注入工序s3中，以与形成于晶体管部70的掺杂浓度峰25
‑
1a重叠的方式注入掺杂剂。由此，形成作为第二缓冲区20
‑
2的最浅浓度峰的掺杂浓度峰25
‑
1b。掺杂浓度峰25
‑
1b的掺杂浓度比掺杂浓度峰25
‑
1a的掺杂浓度高出在第二离子注入工序s3中追加地注入的掺杂剂的量。在第二离子注入工序s3之后，可以对半导体基板10进行热退火(第二退火工序s4)。
156.第二离子注入工序s2中的掺杂剂可以与第一离子注入工序s1中的掺杂剂相同，也可以不同。作为第二缓冲区20
‑
2的最浅浓度峰的掺杂浓度峰25
‑
1b的掺杂剂可以是氢，还可以含有磷或砷。或者，掺杂浓度峰25
‑
1b的掺杂剂也可以是磷或砷而不含氢。掺杂浓度峰25
‑
1b中包含的氢施主浓度可以高于掺杂浓度峰25
‑
1b中包含的除氢以外的施主浓度，也可以低于掺杂浓度峰25
‑
1b中包含的除氢以外的施主浓度。
157.在图16的例子中，在第一离子注入工序s1之后进行第二离子注入工序s3，但也可以在第一离子注入工序s1之前进行第二离子注入工序s3。另外，每次进行第一离子注入工序s1和第二离子注入工序s2的各离子注入工序，都对半导体基板10进行热退火，但也可以在进行两个离子注入工序之后，进行共同的热退火工序。
158.另外，阴极区82和集电极区22可以在缓冲区20之后形成，也可以在缓冲区20之前形成。通过这样的工序，能够在半导体基板10的内部形成各区域。
159.图17是表示在深度方向上对半导体基板10中的掺杂浓度进行积分而得到的积分浓度的一例的图。将栅极沟槽部40等沟槽部的下端的深度位置设为zt。在本例中，将从位置zt朝向半导体基板10的下表面23对半导体基板10的掺杂浓度进行积分而得到的浓度设为积分浓度。关于对掺杂浓度进行积分的深度方向上的起点，也可以使用漂移区18的最接近基区14的下端的深度位置来代替位置zt。
160.由于漂移区18为大致均匀的掺杂浓度，所以积分浓度朝向下表面23呈直线状地增加。另外，在缓冲区20和集电极区22(或阴极区82)中，根据各自的掺杂浓度分布，积分浓度朝向下表面23增加。
161.将积分浓度比半导体基板10的临界积分浓度n
c
大的深度位置设为临界位置znc。应予说明，在使施加于半导体基板10的上表面21与下表面23之间的正向偏压增加并且电场强度的最大值达到临界电场强度e
c
而产生了雪崩击穿的状态下，从漂移区18的最接近基区14的下端的深度位置向下表面23侧扩展的耗尽层所到达的深度位置处的积分浓度为临界积分浓度n
c
。临界电场强度e
c
的值可以为1
×
105(v/cm)以上且3
×
105(v/cm)。作为一例，临界电场强度e
c
的值为2
×
105(v/cm)。如果将临界电场强度设为e
c
，将q设为元电荷(1.602
×
10
‑
19
[c])，将ε0设为真空的介电常数(8.854
×
10
‑
14
[f/cm])，将ε
r
设为物质的相对介电常数，则临界积分浓度n
c
为e
c
(ε
r
ε0/q)＝n
c
。硅的相对介电常数为11.9。临界积分浓度n
c
可以为8.0
×
10
11
(/cm2)以上。另外，临界积分浓度n
c
可以为2.0
×
10
12
(/cm2)以下。在本例中，临界积分浓度n
c
为1.2
×
10
12
(/cm2)。
[0162]
临界位置znc优选与作为最浅浓度峰的掺杂浓度峰25
‑
1重叠，或者配置于比掺杂浓度峰25
‑
1更靠沟槽部侧的位置。所谓临界位置znc与掺杂浓度峰25
‑
1重叠可以是指临界位置znc配置于掺杂浓度峰25
‑
1的半峰全宽内。由此，能够抑制从基区14的下端向下表面23侧扩展的耗尽层到达集电极区22或阴极区82这一情况。临界位置znc可以配置于缓冲区20内。
[0163]
以上，虽然使用实施方式来说明了本发明，但是本发明的技术范围并不限定于在上述实施方式中记载的范围。对于上述实施方式，能够加以多种变更或改进对于本领域技术人员而言是明了的。根据权利要求的记载可以明了，这样的加以变更或改进而得的方式也能够包含于本发明的技术范围。