(57)【要約】  カソード領域が欠損しても、中間領域をカソード電極に接触させない。半導体基板を備える半導体装置であって、半導体基板は、第１伝導型の第１不純物が注入されたフィールドストップ領域と、フィールドストップ領域の裏面側に形成され、第２伝導型の第２不純物が注入された中間領域と、中間領域の裏面側に形成された第１伝導型のカソード領域とを有し、半導体基板の裏面において、第１不純物の濃度が、第２不純物の濃度よりも高い半導体装置を提供する。
2017086018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を備える半導体装置であって、
前記半導体基板は、
第１伝導型の第１不純物が注入されたフィールドストップ領域と、
前記フィールドストップ領域の裏面側に形成され、第２伝導型の第２不純物が注入された中間領域と、
前記中間領域の裏面側に形成された第１伝導型のカソード領域と
を有し、
前記半導体基板の裏面において、前記第１不純物の濃度が、前記第２不純物の濃度よりも高い半導体装置。
【請求項２】
前記半導体基板の裏面において、前記第１不純物の濃度が、前記第２不純物の濃度の５倍以上である
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記カソード領域は、第３不純物が注入されており、
前記半導体基板の裏面において、前記第１不純物の濃度は、前記第３不純物の１／１０００以下である
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１不純物の濃度が前記第２不純物の濃度よりも高い裏面領域が、前記半導体基板の裏面から深さ方向に形成されており、
前記裏面領域の前記深さ方向における長さは、正孔がトンネルしない長さである
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記裏面領域の前記深さ方向における長さは、前記半導体基板の裏面におけるデバイ長さよりも長い
請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記裏面領域の前記深さ方向における長さは、０．０３μｍ以上である
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記裏面領域は、前記カソード領域よりも、前記深さ方向において短い
請求項４に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記裏面領域は、前記カソード領域よりも、前記深さ方向において長い
請求項４に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記裏面領域において、前記半導体基板の裏面に近いほど、前記第１不純物の濃度と、前記第２不純物の濃度の差が増大する
請求項４から８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
半導体装置の製造方法であって、
半導体基板に、第１伝導型の第１不純物が注入されたフィールドストップ領域と、前記フィールドストップ領域の裏面側に形成され、第２伝導型の第２不純物が注入された中間領域と、前記中間領域の裏面側に形成された第１伝導型のカソード領域とを形成する段階を備え、
前記半導体基板の裏面において、前記第１不純物の濃度が、前記第２不純物の濃度よりも高くなるように、前記第１不純物および前記第２不純物を注入する製造方法。
【請求項１１】
前記カソード領域に不純物を注入した後に、前記フィールドストップ領域に不純物を注入する
請求項１０に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の半導体装置において、微小電流が流れている場合の電流・電圧発振を抑制する目的で、ｎ型カソード領域に接するようにｐ型中間領域を形成する構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１  米国特許出願公開第２００９／２６７２００号明細書
【解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、製造プロセス中に生じたパーティクル等の影響で、カソード領域が部分的に欠損すると、ｐ型の中間領域がカソード電極に接触してしまう。
【一般的開示】
【０００４】
本発明の第１の態様における半導体装置は、半導体基板を備える。半導体基板は、第１伝導型の第１不純物が注入されたフィールドストップ領域を有してよい。半導体基板は、フィールドストップ領域の裏面側に形成され、第２伝導型の第２不純物が注入された中間領域を有してよい。半導体基板は、中間領域の裏面側に形成された第１伝導型のカソード領域を有してよい。半導体基板の裏面において、第１不純物の濃度が、第２不純物の濃度よりも高くてよい。
【０００５】
半導体基板の裏面において、第１不純物の濃度が、第２不純物の濃度の５倍以上であってよい。カソード領域は、第３不純物が注入されており、半導体基板の裏面において、第１不純物の濃度は、第３不純物の１／１０００以下であってよい。
【０００６】
第１不純物の濃度が第２不純物の濃度よりも高い裏面領域が、半導体基板の裏面から深さ方向に形成されており、裏面領域の深さ方向における長さは、正孔がトンネルしない長さであってよい。裏面領域の深さ方向における長さは、半導体基板の裏面におけるデバイ長さよりも長くてよい。裏面領域の深さ方向における長さは、０．０３μｍ以上であってよい。
【０００７】
裏面領域は、カソード領域よりも、深さ方向において短くてよい。裏面領域は、カソード領域よりも、深さ方向において長くてよい。裏面領域において、半導体基板の裏面に近いほど、第１不純物の濃度と、第２不純物の濃度の差が増大してよい。
【０００８】
本発明の第２の形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板に、第１伝導型の第１不純物が注入されたフィールドストップ領域と、フィールドストップ領域の裏面側に形成され、第２伝導型の第２不純物が注入された中間領域と、中間領域の裏面側に形成された第１伝導型のカソード領域とを形成する段階を備える。半導体基板の裏面において、第１不純物の濃度が、第２不純物の濃度よりも高くなるように、第１不純物および第２不純物を注入してよい。
【０００９】
カソード領域に不純物を注入した後に、フィールドストップ領域に不純物を注入してよい。
【００１０】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一つの実施形態に係る半導体装置１００の断面を示す図である。
【図２】カソード領域２４の一部が欠損した半導体装置１００を示す図である。
【図３】図２のＡ−Ａ'部分における不純物濃度の分布を示す図である。
【図４】比較例に係る半導体装置２００の断面を示す図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ'部分における不純物濃度の分布を示す図である。
【図６Ａ】半導体装置１００に印加する順方向電圧と、半導体装置１００に流れる電流の関係を示す図である。
【図６Ｂ】半導体装置２００に印加する順方向電圧と、半導体装置１００に流れる電流の関係を示す図である。
【図７】カソード領域２４、中間領域２２およびＦＳ領域２０における不純物濃度分布の一例を示す図である。
【図８】ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）法で測定した第２不純物の濃度および第３不純物の濃度の一例を示す図である。
【図９】半導体基板１０の裏面におけるデバイ長さを示す図である。
【図１０Ａ】半導体装置１００の他の例を示す図である。
【図１０Ｂ】カソード領域２４の一部が欠損した半導体装置１００を示す図である。
【図１０Ｃ】カソード領域２４、中間領域２２およびＦＳ領域２０における不純物濃度分布の一例を示す図である。
【図１１】半導体装置１００の製造工程の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は、一つの実施形態に係る半導体装置１００の断面を示す図である。半導体装置１００は、半導体基板１０のおもて面および裏面に電極が形成され、半導体基板１０の厚み方向に電流が流れる縦型の半導体装置である。図１では、半導体装置１００の一例としてダイオードを示している。当該ダイオードは、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子と並列に設けられるフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）として機能してよい。
【００１４】
半導体装置１００は、半導体基板１０、アノード電極１２およびカソード電極１４を備える。アノード電極１２は、半導体基板１０のおもて面に接して設けられる。カソード電極１４は、半導体基板１０の裏面に接して設けられる。アノード電極１２およびカソード電極１４は、例えばアルミニウムを含む金属材料で形成される。本例のアノード電極１２はプレーナ形状を有するが、他の例におけるアノード電極１２はトレンチ形状を有してもよい。
【００１５】
半導体基板１０は、シリコンまたは化合物半導体等の半導体材料で形成される。半導体基板１０には所定の濃度の不純物がドープされる。本明細書における不純物とは、特に断りがなければ、半導体材料にドープされてｎ型またはｐ型の伝導型を示すドーパントのことである。本例の半導体基板１０は、ｎ−型の伝導型を有する。ｎ型は、第１伝導型の一例である。また、ｐ型は、第２伝導型の一例である。ただし、第１伝導型および第２伝導型は、それぞれ逆の伝導型であってもよい。
【００１６】
半導体基板１０は、アノード領域１６、ドリフト領域１８、フィールドストップ領域（ＦＳ領域２０）およびカソード領域２４を有する。また、カソード領域２４の少なくとも一部には、裏面領域２６が設けられる。
【００１７】
ドリフト領域１８は、半導体基板１０と同一の伝導型を有する。本例では、半導体基板１０のうち、アノード領域１６、ＦＳ領域２０およびカソード領域２４が形成されない領域が、ドリフト領域１８として機能する。
【００１８】
アノード領域１６は、半導体基板１０のおもて面側に形成され、アノード電極１２と電気的に接続する。アノード領域１６には、ドリフト領域１８とは異なる伝導型の不純物がドープされる。本例においてアノード領域１６はｐ型である。
【００１９】
ＦＳ領域２０は、ドリフト領域１８の裏面側に形成される。ＦＳ領域２０は、ドリフト領域１８と同一の伝導型を有し、且つ、ドリフト領域１８よりも高濃度に不純物が注入される。本例においてＦＳ領域２０はｎ型である。また、ＦＳ領域２０に注入されている不純物を第１不純物と称する。第１不純物は、例えば水素またはリンである。
【００２０】
水素は、半導体材料において空孔（Ｖ）および酸素（Ｏ）とクラスター状に結合して複合欠陥（ＶＯＨ欠陥）を構成する。このＶＯＨ欠陥がドナーとなるので、ＶＯＨ欠陥はｎ型のドーパント（不純物）となる。水素は、プロトンやデュトロンといった水素イオンの注入により、半導体材料に導入されてよい。酸素は、半導体材料の製造時に含まれているか、半導体装置を製造する途中で半導体領域中に意図的に導入されてよい。空孔は、半導体材料製造時に含まれているか、半導体装置を製造する途中で半導体領域中に意図的に導入されてよい。本明細書では、特に断りがなければ、水素を含むドナー（ＶＯＨ欠陥）を、単に水素ドナーと呼び、水素をドーパント（不純物）とする。高濃度のＦＳ領域２０を設けることで、アノード領域１６の界面から延びる空乏層が、中間領域２２またはカソード領域２４まで到達することを防ぐことができる。
【００２１】
中間領域２２は、ＦＳ領域２０の裏面側に形成される。中間領域２２は、アノード領域１６と同一の伝導型を有する。本例において中間領域２２はｐ型である。また、中間領域２２に注入されている不純物を第２不純物と称する。第２不純物は、例えばボロンである。
【００２２】
カソード領域２４は、中間領域２２の裏面側に形成される。カソード領域２４は、ＦＳ領域２０と同一の伝導型を有する。本例のカソード領域２４における不純物濃度は、ＦＳ領域２０および中間領域２２のそれぞれの不純物濃度よりも高い。本例においてカソード領域２４はｎ＋型である。また、カソード領域２４に注入されている不純物を第３不純物と称する。第３不純物は、例えばリンである。カソード領域２４は、カソード電極１４と電気的に接続される。
【００２３】
定格電流の１／１０程度の小さい電流でダイオードを逆回復させると、カソード側のキャリアが枯渇し、電流または電圧波形が激しく発振する現象が知られている。本例の半導体装置１００は、逆回復時にアノード側から空乏層が広がり、カソード側のキャリアが枯渇しそうになると、中間領域２２およびカソード領域２４との間のｐｎ接合に高電界が印加され、当該接合がアバランシェ降伏する。これにより、カソード側からドリフト領域１８に正孔が注入され、カソード側のドリフト領域１８のキャリア密度を高くすることができる。その結果、キャリアの枯渇による電圧・電流の振動を抑制することができる。従って、半導体装置１００をソフトリカバリ化することができる。
【００２４】
ＦＳ領域２０に注入された第１不純物は、熱処理等により半導体基板１０の内部において拡散する。この結果、第１不純物は、中間領域２２およびカソード領域２４の内部にも存在する。同様に、中間領域２２に注入された第２不純物は、カソード領域２４の内部にも存在する。
【００２５】
本例の半導体装置１００では、半導体基板１０の裏面において、第１不純物の単位体積当たりの濃度が、第２不純物の単位体積当たりの濃度よりも高い。本例の半導体装置１００は、第１不純物の濃度が第２不純物の濃度よりも高い裏面領域２６が、半導体基板１０の裏面から深さ方向に形成されている。図１においては、裏面領域２６の半導体基板１０の表面側の端部を点線で示している。なお深さ方向とは、半導体基板１０のおもて面および裏面を結ぶ方向である。
【００２６】
仮に、裏面領域２６を設けない装置においてカソード領域２４の一部が欠損した場合、当該欠損領域には中間領域２２があらわれる。このため、中間領域２２がカソード電極１４と接触してしまう。これに対して半導体装置１００においては、仮にカソード領域２４の一部が欠損しても、当該欠損領域においてカソード電極１４と接触する部分には、ｎ型の裏面領域２６があらわれる。このため、カソード領域２４の一部が欠損しても、中間領域２２がカソード電極１４に電気的に接続されることを防ぐことができる。
【００２７】
図２は、カソード領域２４の一部が欠損した半導体装置１００を示す図である。例えば、半導体基板１０の裏面からカソード領域２４にｎ型の不純物を注入する工程において、半導体基板１０の裏面にゴミ等のパーティクルが付着していると、パーティクルで覆われた領域には不純物が注入されない。この場合、当該領域にはカソード領域２４が形成されずに欠損が生じてしまう。
【００２８】
上述したように、裏面領域２６が設けられていない場合、カソード領域２４が欠損した領域には中間領域２２があらわれる。この場合、中間領域２２がカソード電極１４に接触してしまう。その結果、中間領域２２およびカソード領域２４が同電位になってしまう。中間領域２２およびカソード領域２４が同電位になると、順バイアス時に、中間領域２２からカソード領域２４に正孔が注入されづらくなり、順方向電圧が増大してしまう。
【００２９】
これに対し、半導体装置１００に裏面領域２６を設けることで、カソード領域２４が欠損した領域にはｎ型の裏面領域２６があらわれる。このため、カソード領域２４の一部が欠損しても、中間領域２２およびカソード領域２４が同電位になることを防ぎ、半導体装置１００を適切に動作させることができる。
【００３０】
図３は、図２のＡ−Ａ'部分における不純物濃度の分布を示す図である。図３において縦軸は、不純物濃度を示す対数軸である。図３において横軸は、半導体基板１０の裏面からの深さを示している。また、横軸に対応して、裏面領域２６、中間領域２２、ＦＳ領域２０およびドリフト領域１８の範囲を示している。なおＡ−Ａ'部分ではカソード領域２４が欠損しているので、カソード領域２４は示していない。カソード領域２４が欠損していない部分では、第３不純物の濃度が第２不純物の濃度より高い領域が、カソード領域２４となる。
【００３１】
なお図３においては、ＦＳ領域２０に注入して拡散された第１不純物、および、中間領域２２に注入して拡散された第２不純物のそれぞれの濃度分布を実線で示す。また、カソード領域２４が欠損していない場合の、第３不純物の濃度分布を点線で示している。なお、第１不純物と第３不純物とが同一種類の不純物の場合であっても、本明細書においては、第１不純物および第３不純物を別箇の不純物として、それぞれの濃度を定義している。
【００３２】
ＦＳ領域２０には、水素等の第１不純物が注入され拡散される。このため、ＦＳ領域２０内に第１不純物の濃度のピークが存在する。中間領域２２には、ボロン等の第２不純物が注入され拡散される。第２不純物の濃度が第１不純物の濃度より高いｐ型の領域が、中間領域２２となる。
【００３３】
上述したように、半導体基板１０の裏面近傍においては、第１不純物の濃度が第２不純物の濃度よりも高いｎ型の裏面領域２６が形成される。このため、ｐ型の中間領域２２が、カソード電極１４に接触することを防ぐことができる。
【００３４】
図４は、比較例に係る半導体装置２００の断面を示す図である。半導体装置２００は、第１不純物および第２不純物の濃度分布が、半導体装置１００と異なる。半導体装置２００は、半導体基板１０の裏面近傍において、第１不純物の濃度が第２不純物の濃度より高くなる裏面領域２６を有さない。半導体装置２００の他の構造は、半導体装置１００と同一である。なお図４においては、カソード領域２４の一部が欠損した半導体装置２００を示している。
【００３５】
図５は、図４のＢ−Ｂ'部分における不純物濃度の分布を示す図である。Ｂ−Ｂ'部分は、カソード領域２４が欠損した部分である。なお図５においては、第１不純物の濃度および第２不純物の濃度を示しており、第３不純物の濃度は省略している。第３不純物の濃度分布は、図３に示した第３不純物の濃度分布と同一である。
【００３６】
半導体装置２００においては、半導体基板１０の裏面近傍においても、第２不純物の濃度が、第１不純物の濃度よりも高い。このため、裏面領域２６が形成されずに、中間領域２２がカソード電極１４に接触してしまう。
【００３７】
図６Ａは、半導体装置１００に印加する順方向電圧と、半導体装置１００に流れる電流の関係を示す図である。また、図６Ａにおいては、カソード領域２４に欠損が無い場合と、カソード領域２４に欠損が生じている場合を示している。本例において、半導体基板１０の裏面と平行な方向における、カソード領域２４の欠損幅は３．０μｍである。図６Ａに示すように、裏面領域２６を有する半導体装置１００においては、カソード領域２４に欠損が生じても、順方向電圧はほとんど増大しない。
【００３８】
図６Ｂは、半導体装置２００に印加する順方向電圧と、半導体装置１００に流れる電流の関係を示す図である。また、図６Ｂにおいては、カソード領域２４に欠損が無い場合と、カソード領域２４に欠損が生じている場合を示している。本例において、カソード領域２４の欠損幅は３．０μｍである。なお、欠損幅を０．１μｍ、０．３μｍ、１．０μｍと変化させても、欠損幅が３．０μｍの場合と同等の結果となった。
【００３９】
図６Ｂに示すように、裏面領域２６を有さない半導体装置２００においては、カソード領域２４にわずかでも欠損が生じると、順方向電圧が非常に大きくなってしまう。これは、中間領域２２がカソード電極１４に接触し、カソード領域２４と中間領域２２とが同電位になってしまい、順バイアス時にカソード領域２４から中間領域２２への電子の注入が阻害されるためと考えられる。さらに順バイアス電圧が増加すると、負性抵抗を示し急激に電流が増加する、いわゆる飛び波形を示す。
【００４０】
図７は、カソード領域２４、中間領域２２およびＦＳ領域２０における不純物濃度分布の一例を示す図である。図７における不純物濃度分布は、ＳＲ法（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）により測定した結果を示す。図７の縦軸は不純物濃度の相対値を示す対数軸（例えば常用対数）であり、横軸は半導体基板１０の裏面からの距離を示す。図７の実線で示す不純物濃度は、第１不純物、第２不純物および第３不純物の濃度を総合した、正味の不純物濃度（ネットドーピング濃度）の結果を示している。つまり、同一伝導型の複数の不純物が含まれている領域では、各不純物の濃度の総和を示しており、異なる伝導型の複数の不純物が含まれている領域では、異なる伝導型の不純物の濃度の差分を示している。また、異なる伝導型を示す領域の境界はｐｎ接合であり、ｐ型不純物とｎ型不純物の電荷密度が補償されてネットドーピング濃度が低下する。そのため、図７のようにｐｎ接合の箇所では濃度の低下（極小値）が見られる場合がある。
【００４１】
半導体基板１０の裏面における第１不純物の濃度は、ＳＲ法における不純物濃度分布から推測できる。例えばＦＳ領域２０における不純物濃度分布は、概ね第１不純物の濃度分布を示している。一例として、ＦＳ領域２０における第１不純物の濃度分布を、半導体基板１０の裏面側に外挿して、半導体基板１０の裏面における第１不純物の濃度を推定してよい。より具体的な例として、ＳＲ法による不純物濃度分布から、ＦＳ領域２０および中間領域２２の境界（ｐｎ接合）を検出する。当該境界は、ＳＲ法で検出する不純物濃度分布の伝導型が反転する点である。また、当該境界は、測定した不純物濃度分布が極小値を示す点であってもよい。
【００４２】
次に、当該境界よりも深い領域（ＦＳ領域２０）において、不純物濃度分布が最初に直線状になる範囲を検出する。一例として、当該境界からみて０．５μｍ深い位置（基板裏面からの深さは１．０μｍ）から、１．５μｍ深い位置（基板裏面からの深さは２．０μｍ）までを当該範囲としてもよい。当該境界からの距離は、第２不純物の拡散距離よりも大きいことが好ましい。そして、当該範囲における不純物濃度分布を、最小２乗法で直線に近似する。なお、縦軸は対数値（例えば常用対数）、横軸は線形値として最小２乗法のフィッティングをしてもよいし、縦軸は線形、横軸も線形として同じくフィッティングしてもよい。例えば、縦軸を常用対数として直線近似する場合は、ｌｏｇ  ｙ＝ａｘ＋ｂとしてよく、ｘは基板裏面からの深さ、ｙはｘにおける不純物濃度の測定値である。当該直線を、半導体基板１０の裏面位置まで外挿することで、第１不純物の半導体基板１０の裏面における濃度を推定できる。図７においては、当該直線は濃度Ｎ１の点線として表示している。
【００４３】
図７においては、半導体基板１０の裏面における第１不純物の濃度を基準値１として規格化している。なお、第３不純物の濃度は、他の不純物の濃度に比べて非常に大きいので、ＳＲ法で測定した半導体基板１０の裏面における不純物濃度は、第３不純物の濃度に対応する。半導体基板１０の裏面において、第１不純物の濃度は、第３不純物の濃度の１／１０００以下であってよい。また、フィッティングについては、規格化しない測定値で行ってよい。
【００４４】
なお、半導体基板１０の裏面における第２不純物の濃度をＮ２とする。上述したように、半導体基板１０の裏面において、第２不純物の濃度Ｎ２は、第１不純物の濃度よりも小さい。第２不純物の濃度は、ＳＲ法以外の方法で測定してよい。
【００４５】
図８は、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）法で測定した第２不純物の濃度および第３不純物の濃度の一例を示す図である。半導体基板１０の裏面における、ボロン等の第２不純物の濃度は、ＳＩＭＳ法により精度よく測定することができる。また、第１不純物が、リン等のようにＳＩＭＳ法で精度よく測定できる不純物である場合、第１不純物の濃度もＳＩＭＳ法で測定してよい。なお、図７においては、ＳＩＭＳ法で測定した第２不純物の濃度分布の一部を点線で示している。また、図８に示す第３不純物の濃度分布は、図７に示したカソード領域２４における不純物濃度分布とほぼ等しい。
【００４６】
図７および図８に示したように、ＳＲ法およびＳＩＭＳ法を用いることで、第１不純物および第２不純物の濃度分布を測定することができる。また、ＳＲ法で測定した第１不純物の濃度と、ＳＩＭＳ法で測定した第２不純物の濃度を、ＳＲ法およびＳＩＭＳ法で測定した第３不純物濃度の差異に応じて校正してもよい。このような方法により、半導体基板１０の裏面近傍において裏面領域２６が存在するか否かを判定できる。裏面領域２６は、ＳＲ法で測定した値を基に最小２乗法で推定した第１不純物の濃度分布Ｎ１と、ＳＩＭＳ法で測定した第２不純物の濃度分布Ｎ２との交点から、基板裏面までの領域としてよい。また、裏面領域２６の深さ方向における長さを測定することができる。
【００４７】
半導体基板１０の裏面において、第１不純物の濃度は、第２不純物の濃度の５倍以上であってよい。第１不純物の濃度は、第２不純物の濃度の１０倍以上であってよく、２０倍以上であってもよい。第１不純物の濃度が大きいほど、中間領域２２がカソード電極１４に接触することを確実に防ぐことができる。なお、裏面領域２６において、半導体基板１０の裏面に近いほど、第１不純物の濃度と、第２不純物の濃度の差が増大してよい。
【００４８】
なお、裏面領域２６の深さ方向における長さは、正孔がトンネルしない長さであることが好ましい。これにより、カソード領域２４が欠損した場合であっても、中間領域２２からカソード電極１４に正孔がトンネルしてしまうことを防ぐことができる。
【００４９】
また、裏面領域２６の深さ方向における長さは、半導体基板の裏面における第１不純物の濃度に対応するデバイ長さよりも長いことが好ましい。デバイ長さλDは、例えば下式で与えられる。
λＤ＝（ε０εｒｋＴ／ＮＤｑ２）１／２
ここで、ε０は真空の誘電率、εｒは半導体の比誘電率、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、ＮＤは不純物濃度、ｑは電気素量を示す。ＮＤはｎ型ドーパントから供給された電子の濃度であるが、本明細書では、簡単に不純物濃度（ドナー濃度）とする。半導体基板１０の裏面における第１不純物の濃度に対応する、室温（３００Ｋ）でのデバイ長さを、単に半導体基板１０の裏面におけるデバイ長さと称する。
【００５０】
デバイ長さは、電荷プラズマの内部を電荷中性とみなせるか否かを示す値と考えられる。つまり、電荷プラズマの大きさ（長さ）が、デバイ長よりも十分長ければ、電荷プラズマの境界でクーロン力が遮蔽される。半導体装置１００においては、オン状態で流れる電子および正孔が電荷プラズマに対応する。
【００５１】
このため、裏面領域２６が半導体基板１０の裏面におけるデバイ長さよりも長ければ、カソード領域２４が欠損した場合であっても、順バイアスでアノード電極１２からカソード電極１４に向かって流れる正孔を遮蔽できる。裏面領域２６は、半導体基板１０の裏面におけるデバイ長さの２倍以上であってよく、１０倍以上であってもよい。
【００５２】
図９は、半導体基板１０の裏面におけるデバイ長さを示す図である。図９の縦軸はデバイ長さ（μｍ）を示し、横軸は半導体基板１０の裏面における第１不純物の濃度（／ｃｍ３）を示す。図９は、室温におけるデバイ長さを示している。
【００５３】
一つの実施例として、半導体基板１０の裏面における第１不純物の濃度は、１．０×１０１６／ｃｍ３程度である。この場合、デバイ長さは０．０３μｍ程度となる。裏面領域２６の深さ方向における長さは、０．０３μｍ以上であってよい。また、裏面領域２６の長さは、０．０６μｍ以上であってよく、０．３μｍ以上であってもよい。
【００５４】
他の実施例として、半導体基板１０の裏面における第１不純物の濃度は、１．０×１０１５／ｃｍ３程度である。この場合、デバイ長さは０．１μｍ程度となる。裏面領域２６の深さ方向における長さは、０．１μｍ以上であってよい。また、裏面領域２６の長さは、０．２μｍ以上であってよく、１μｍ以上であってもよい。
【００５５】
裏面領域２６は、カソード領域２４よりも、半導体基板１０の深さ方向において短くてよい。裏面領域２６は、半導体基板１０の深さ方向において、カソード領域２４の半分以下の長さであってよく、１／４以下の長さであってもよい。
【００５６】
なお、第１不純物は、第２不純物よりも半導体基板１０の内部における拡散係数が大きいことが好ましい。一例として第１不純物はプロトン（水素）であり、第２不純物はボロンである。これにより、中間領域２２では第２不純物のほうが第１不純物よりも高濃度であり、且つ、裏面領域２６では第１不純物のほうが第２不純物よりも高濃度である分布を、不純物の拡散により容易に形成できる。
【００５７】
図１０Ａは、半導体装置１００の他の例を示す図である。図１０Ｂは、カソード領域２４の一部が欠損した半導体装置１００を示す図である。図１０Ｃは、カソード領域２４、中間領域２２およびＦＳ領域２０における不純物濃度分布の一例を示す図である。
【００５８】
本例の半導体装置１００は、裏面領域２６が、カソード領域２４よりも、半導体基板１０の深さ方向において長くてもよい。すなわち、ｐ型の中間領域２２とＦＳ領域２０の境界が、カソード領域２４よりも半導体基板１０の深さ方向において深く位置してもよい。この場合、ｐ型の中間領域２２の裏面側の一部が、ｎ型の裏面領域２６になっている。これにより、図１０Ｂのように、カソード領域２４の欠損が生じても、裏面領域２６が半導体基板１０の裏面に露出することができる。
【００５９】
また、図１０Ｃに示すように、ｐ型の中間領域２２がカソード領域２４と接する位置よりも奥側にも、裏面領域２６が形成される。そのため、ｐ型の中間領域２２は、裏面側において、カソード領域２４ではなく延長された裏面領域２６とｐｎ接合を形成する。他の構造は、図１から図９に示した半導体装置１００と同一である。
【００６０】
本例の半導体装置１００は、ｐ型の中間領域２２と、ｎ型のカソード領域２４との間に、カソード領域２４よりも低濃度のｎ型の裏面領域２６が形成される。このため、ｐｎ接合におけるアバランシェ降伏を比較的に緩やかに発生させることができる。従って、逆回復時のアバランシェ電流の発生を制御できるので、ソフトリカバリ特性を調整することができる。また、電圧−電流特性における急峻な変化（波形の飛び）を抑制する効果は、図１から図９に示した半導体装置１００と同様である。
【００６１】
図１１は、半導体装置１００の製造工程の一例を示す図である。まず、半導体基板１０のおもて面側に、アノード領域１６およびアノード電極１２等のおもて面構造を形成する（Ｓ３００）。一例として、半導体基板１０のおもて面の所定の領域に、ボロン等のｐ型の不純物を注入して熱拡散することで、アノード領域１６を形成する。次に、半導体基板１０のおもて面にアノード電極１２を形成する。半導体基板１０のおもて面とアノード電極１２との間には絶縁膜が設けられていてもよい。当該絶縁膜には、アノード電極１２とアノード領域１６とを電気的に接続するコンタクトホールが設けられる。
【００６２】
次に、半導体基板１０の裏面を研削する（Ｓ３０２）。Ｓ３０２においては、半導体装置１００が有するべき耐圧に応じた厚さに、半導体基板１０を研削する。
【００６３】
次に、半導体基板１０の裏面側から、中間領域２２に対応する位置にボロン等の第２不純物を注入する（Ｓ３０４）。また、半導体基板１０の裏面側から、カソード領域２４に対応する位置にリン等の第３不純物を注入する（Ｓ３０６）。第２不純物および第３不純物を注入した後、レーザーアニール等により、第２不純物および第３不純物を活性化させてよい。また、半導体基板１０の裏面側から、ＦＳ領域２０に対応する位置にプロトン（水素）等の第１不純物を注入する（Ｓ３０８）。第１不純物としては、他にリン等があげられる。
【００６４】
本例においては、カソード領域２４に第３不純物を注入した後に、ＦＳ領域２０に第１不純物を注入する。カソード領域２４に第３不純物を注入する段階において、半導体基板１０の裏面にパーティクルが付着していても、第３不純物注入およびレーザーアニール等の段階において当該パーティクルが脱離する可能性が高い。このため、第３不純物を注入した後に第１不純物を注入することで、カソード領域２４に欠損が生じた場合であっても、欠損の無い裏面領域２６を形成しやすくなる。
【００６５】
次に、アニール炉等に半導体基板１０を搬入して熱処理する（Ｓ３１０）。第１不純物がプロトン（水素）の場合、熱処理の温度は３５０℃程度である。また、第１不純物がリンイオンの場合、熱処理の温度は４５０℃程度である。
【００６６】
これにより、プロトン（水素）等の第１不純物が活性化するとともに、若干拡散する。Ｓ３０４からＳ３１０の工程において、ＦＳ領域２０、中間領域２２およびカソード領域２４が形成できる。これらの工程では、半導体基板１０の裏面において、第１不純物の濃度が、第２不純物の濃度よりも高くなるように、それぞれの不純物を注入し、拡散させる。
【００６７】
例えば、ボロン等の第２不純物を注入する深さを調整することで、半導体基板１０の裏面における第１不純物および第２不純物の大小関係を調整できる。第２不純物を深く注入すれば、半導体基板１０の裏面まで拡散する第２不純物は減少する。第２不純物としてボロンを注入する場合、半導体基板１０の裏面から０．４μｍ以上深い位置に注入してよい。つまり、第２不純物のピーク濃度の位置が、半導体基板１０の裏面から０．４μｍ以上深い位置であってよい。
【００６８】
また、第１不純物のピーク濃度を比較的に高くすることでも、半導体基板１０の裏面における第１不純物および第２不純物の大小関係を調整できる。第１不純物のピーク濃度は、第２不純物のピーク濃度の１／１００以上であってよい。第１不純物のピーク濃度は、第２不純物のピーク濃度の１／３０以上であってもよい。なお、第１不純物のピークが複数ある場合、半導体基板１０の裏面に最も近い第１不純物のピークの濃度が、第２不純物のピーク濃度の半分以上であってよい。
【００６９】
また、第１不純物のピーク位置を浅くすることでも、半導体基板１０の裏面における第１不純物および第２不純物の大小関係を調整できる。第１不純物を浅く注入すれば、半導体基板１０の裏面まで拡散する第１不純物は増大する。第１不純物としてプロトンを用いる場合、第１不純物の濃度分布のピークは、半導体基板１０の裏面から２μｍ以上、１０μｍ以下の範囲に設けられてよい。ピーク位置の上限は、５μｍ以下であってもよい。第１不純物のピークが複数ある場合、半導体基板１０の裏面に最も近い第１不純物のピークが当該範囲に設けられてよい。
【００７０】
なお、第１不純物は、第３不純物よりも深い位置に注入されて、半導体基板１０の裏面側に拡散する。このため、第１不純物は、パーティクルで覆われていた半導体基板１０の裏面の領域まで拡散しやすい。このため、カソード領域２４が欠損していても、欠損の無い裏面領域２６を形成することができる。
【００７１】
なお、第１不純物は、第２不純物よりも拡散係数が大きいことが好ましい。これにより、第１不純物の注入時に半導体基板１０の裏面にパーティクルが付着していた場合であっても、パーティクルで覆われていた領域まで第１不純物が拡散して、欠損の無い裏面領域２６が形成しやすくなる。
【００７２】
次に、電子線等を半導体基板１０に照射する（Ｓ３１２）。また、半導体基板１０を熱処理する（Ｓ３１４）。これにより、半導体基板１０の内部におけるキャリアライフタイムを調整する。
【００７３】
そして、半導体基板１０の裏面にカソード電極１４を形成する（Ｓ３１６）。このような工程により、半導体装置１００を製造できる。
【００７４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００７５】
１０・・・半導体基板、１２・・・アノード電極、１４・・・カソード電極、１６・・・アノード領域、１８・・・ドリフト領域、２０・・・ＦＳ領域、２２・・・中間領域、２４・・・カソード領域、２６・・・裏面領域、１００・・・半導体装置、２００・・・半導体装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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