(57)【要約】【課題】  半導体デバイスを形成するための方法および半導体デバイスを提供する。【解決手段】  半導体デバイスを形成するための方法（１００）が、半導体基板上にエピタキシャル層を堆積させるステップ（１１０）と、半導体基板からエピタキシャル層の一部分まで酸素を拡散させることによって、エピタキシャル層内に酸素拡散領域を形成するステップ（１２０）と、４００℃〜４８０℃の間の温度で１５分間を超えて、エピタキシャル層の少なくとも酸素拡散領域において焼戻し処理するステップ（１３０）とを含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスを形成するための方法（１００）であって、
半導体基板上にエピタキシャル層を堆積させるステップ（１１０）と、
前記半導体基板から前記エピタキシャル層の一部分まで酸素を拡散させることによって、前記エピタキシャル層内に酸素拡散領域を形成するステップ（１２０）と、
４００℃〜４８０℃の間の温度で１５分間を超えて、前記エピタキシャル層の少なくとも前記酸素拡散領域において焼戻し処理するステップ（１３０）と
を含む、方法（１００）。
【請求項２】
半導体デバイスを形成するための方法（２００）であって、
半導体基板に酸素を注入するステップ（２１０）と、
前記半導体基板上にエピタキシャル層を堆積させるステップ（１１０）と、
前記半導体基板から前記エピタキシャル層の一部分まで酸素を拡散させることによって、前記エピタキシャル層内に酸素拡散領域を形成するステップ（１２０）と
を含む、方法（２００）。
【請求項３】
半導体デバイスを形成するための方法（３００）であって、
半導体基板上にエピタキシャル層を堆積させるステップ（１１０）と、
前記半導体基板から前記エピタキシャル層の一部分まで酸素を拡散させることによって、前記エピタキシャル層内に酸素拡散領域を形成するステップ（１２０）と、
前記エピタキシャル層の前記酸素拡散領域に水素を注入するステップ（３３０）と
を含む、方法（３００）。
【請求項４】
前記エピタキシャル層の前記酸素拡散領域に水素を注入するステップ（３３０）をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
５００℃〜６００℃の間の温度で、前記水素注入後に１５分間を超えて、前記エピタキシャル層の少なくとも前記酸素拡散領域において焼戻し処理するステップをさらに含む、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記半導体基板に酸素を注入するステップ（２１０）をさらに含む、請求項１、３または５に記載の方法。
【請求項７】
前記半導体基板の表面の一部分において前記酸素注入をマスクするために、前記半導体基板の前記表面に注入マスクを生成するステップをさらに含む、請求項２または６に記載の方法。
【請求項８】
前記酸素注入の前に、前記半導体基板の酸素濃度を測定するステップ（４０２）をさらに含む、請求項２、６または７に記載の方法。
【請求項９】
４００℃〜４８０℃の間の温度で、１５分間を超えて、前記エピタキシャル層の少なくとも前記酸素拡散領域において焼戻し処理するステップ（１３０）をさらに含む、請求項２〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
４２０℃〜４７０℃の間の温度で、前記エピタキシャル層の少なくとも前記酸素拡散領域を焼戻し処理する前記ステップ（１３０）が、２時間を超え、かつ２０時間未満にわたって実行される、請求項１または９に記載の方法。
【請求項１１】
４００℃〜４８０℃の間の温度で前記エピタキシャル層の少なくとも前記酸素拡散領域を前記焼戻し処理した後に前記半導体基板を形成するためのプロセス作業が、４００℃未満の温度で実行される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記半導体基板の少なくとも一部分での酸素濃度が、前記エピタキシャル層内の酸素の固体溶解度よりも高い、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記半導体基板上に前記エピタキシャル層を堆積させるステップ（１１０）が、１０００℃を超える第１の温度範囲で少なくとも部分的に実行され、前記半導体基板から前記エピタキシャル層の前記一部分までの前記酸素拡散の少なくとも一部が生じ、前記エピタキシャル層内に前記酸素拡散領域を形成する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記半導体デバイスの表側に電界効果トランジスタ構造体を形成するステップ（４１２）をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記電界効果トランジスタ構造体を形成するステップ（４１２）が、前記第１の温度範囲よりも高い第２の温度範囲で、少なくとも部分的に実行される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の温度範囲よりも高い第３の温度範囲で、前記エピタキシャル層の少なくとも前記酸素拡散領域を焼戻し処理するステップ（４１０）をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記半導体デバイスの裏側にエミッタ層を形成するステップ（４１６）をさらに含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記半導体デバイスが、１００Ｖを超えるブロッキング電圧を有する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
エピタキシャル基板（１５１０）と、
前記エピタキシャル基板（１５１０）の表側に配置された複数のトランジスタ構造体またはダイオード構造体（１５２０）と、
前記エピタキシャル基板（１５１０）の裏側に配置されたドナー領域（１５３０）と
を備え、前記ドナー領域（１５３０）が、ドナー・エネルギー・レベルが３０ｍｅＶ〜２００ｍｅＶの間の酸素誘起熱ドナーを、１ｃｍ３当たり１０１４個を超えて含む、半導体デバイス（１５００）。
【請求項２０】
ドナー領域（１６２０）を有するエピタキシャル基板（１６１０）を備え、前記ドナー領域（１６２０）が、横方向に変化する酸素濃度を有する、半導体デバイス（１６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
各実施形態は、半導体デバイスの耐久性またはライフサイクルを向上させるための手段に関し、詳細には、半導体デバイス、および半導体デバイスを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの耐久性およびライフサイクルは、半導体デバイスの電源がオフになる際の電圧ピークまたは電流ピークによって影響を受けることが多い。たとえば、パワー半導体の電源を遮断する際に大電流が生じることがある。大電流による破壊のリスクを低減して、たとえば半導体デバイスの耐久性またはライフサイクルを向上させることが望まれる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｐｏｉｎｔ  ｄｅｆｅｃｔｓ，ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ，ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｉｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ”，Ｐ．Ｐｉｃｈｌｅｒ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２００４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体デバイスの耐久性またはライフサイクルを向上させるための考え方を提供することが要求されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような要求は、特許請求の範囲の主題によって満たされ得る。
【０００６】
実施形態によっては、半導体デバイスを形成するための方法に関する。この方法は、半導体基板上にエピタキシャル層を堆積させるステップと、半導体基板からエピタキシャル層の一部分まで酸素を拡散させることによって、このエピタキシャル層内に酸素拡散領域を形成するステップとを含む。さらに、この方法は、４００℃〜４８０℃の間の温度で１５分間を超えて、エピタキシャル層の少なくとも酸素拡散領域において焼戻し処理するステップを含む。
【０００７】
実施形態によっては、半導体デバイスを形成するための方法に関する。この方法は、半導体基板に酸素を注入するステップと、半導体基板上にエピタキシャル層を堆積させるステップとを含む。さらに、この方法は、半導体基板からエピタキシャル層の一部分まで酸素を拡散させることによって、エピタキシャル層内に酸素拡散領域を形成するステップを含む。
【０００８】
実施形態によっては、半導体デバイスを形成するための方法に関する。この方法は、半導体基板上にエピタキシャル層を堆積させるステップと、半導体基板からエピタキシャル層の一部分まで酸素を拡散させることによって、このエピタキシャル層内に酸素拡散領域を形成するステップとを含む。さらに、この方法は、エピタキシャル層の拡散領域に水素を注入するステップを含む。
【０００９】
実施形態によっては、エピタキシャル基板、および、エピタキシャル基板の表側に配置された複数のトランジスタ構造体またはダイオード構造体を含む半導体デバイスに関する。さらに、この半導体デバイスは、エピタキシャル基板の裏側に配置されたドナー領域を含む。ドナー領域は、ドナー・エネルギー・レベルが３０ｍｅＶ〜２００ｍｅＶの間の酸素誘起熱ドナーを、１ｃｍ３当たり１０１４個を超えて含む。
【００１０】
実施形態によっては、ドナー領域を有するエピタキシャル基板を含む半導体デバイスに関する。このドナー領域は、横方向に変化する酸素濃度を有する。
【００１１】
各装置および／または各方法のいくつかの実施形態を、ほんの一例として、添付図を参照しながら以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】拡散領域を焼戻し処理するステップを含む、半導体デバイスを形成するための方法のフローチャートを示す。
【図２】酸素を注入するステップを含む、半導体デバイスを形成するための方法のフローチャートを示す。
【図３】水素を注入するステップを含む、半導体デバイスを形成するための方法のフローチャートを示す。
【図４】熱ドナーを活性化するステップを含む、半導体デバイスを形成するための方法のフローチャートを示す。
【図５ａ−５ｄ】図４に示す方法によって半導体デバイスを形成する際の概略断面図を示す。
【図６】酸素注入を含む、半導体デバイスを形成するための方法のフローチャートを示す。
【図７ａ−７ｄ】図６に示す方法によって半導体デバイスを形成する際の概略断面図を示す。
【図８】構造化された酸素注入を含む、半導体デバイスを形成するための方法のフローチャートを示す。
【図９ａ−９ｅ】図８に示す方法によって半導体デバイスを形成する際の概略断面図を示す。
【図１０】追加の焼戻しプロセスを含む、半導体デバイスを形成するための方法のフローチャートを示す。
【図１１ａ−１１ｆ】図１０に示す方法によって半導体デバイスを形成する際の概略断面図を示す。
【図１２】水素注入を含む、半導体デバイスを形成するための方法のフローチャートを示す。
【図１３ａ−１３ｆ】図１２に示す方法によって半導体デバイスを形成する際の概略断面図を示す。
【図１４】半導体デバイスを形成するための方法のフローチャートを示す。
【図１５】半導体デバイスの概略断面図を示す。
【図１６】半導体デバイスの概略断面図を示す。
【図１７ａ】キャリア基板の界面を０μｍとした場合の、１０５０℃／１００分間、および１１５０℃／６０分間での酸素の拡散プロファイルを示す。
【図１７ｂ】酸素の別の概略拡散プロファイルを示す。
【図１８】（非特許文献１）に記載の、シリコン中の（格子間の）酸素の拡散定数を示す。
【図１９】（非特許文献１）に記載の、シリコン中の（格子間の）酸素の溶解度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、いくつかの例示的な実施形態が示してある添付図面を参照しながら、様々な例示的な実施形態をより詳細に説明する。各図において、線、層、および／または領域の厚さは、説明を明確にするために誇張されていることがある。
【００１４】
したがって、さらなる実施形態では、様々な修正形態および代替形態が実現可能であるが、それらの例示的な実施形態のいくつかを、各図において一例として示してあり、本明細書において詳細に説明する。しかし、開示された特定の形態に例示的な実施形態を限定する意図はなく、むしろ、例示的な実施形態は、本開示の範囲にある全ての修正形態、均等物、および代替形態を包含することを理解されたい。各図の説明を通して、同様の番号は、同様または類似の要素を指す。
【００１５】
ある要素が別の要素に「接続」または「結合」していると言及されるとき、この要素は、その他の要素に直接接続もしくは結合することができ、または介在要素が存在してもよいことが理解されよう。対照的に、ある要素が別の要素に「直接接続」または「直接結合」していると言及されるとき、介在要素は存在しない。各要素間の関係を記述するのに使用される他の用語は、同様に（たとえば、「〜の間」と「直接〜の間」、「隣接する」と「直接隣接する」など）解釈すべきである。
【００１６】
本明細書において使用される専門用語は、もっぱら具体的で例示的な実施形態を説明するためのものであり、さらなる例示的な実施形態を限定するものではない。本明細書では、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈から明らかにそうでないと分かる場合を除き、複数形をも含むものとする。用語「有する」、「有している」、「含む」、および／または「含んでいる」は、本明細書において使用されるとき、明記された特徴、整数、行為、動作、要素、および／または構成部品の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、行為、動作、要素、構成部品および／またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことがさらに理解されよう。
【００１７】
特に定義のない限り、本明細書において使用されている全ての用語（技術用語および科学用語を含む）は、例示的な実施形態が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されているのと同じ意味を有する。たとえば、一般的に使用される辞書に定義されている用語などの各用語は、関連技術との関連で、その意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであり、本明細書で明示的にそのように定義しない限り、理想的または過度に形式的な判断で解釈されるものではないことがさらに理解されよう。
【００１８】
図１には、一実施形態による、半導体デバイスを形成するための方法１００のフローチャートが示してある。この方法１００は、半導体基板上にエピタキシャル層を堆積させるステップ１１０と、半導体基板からエピタキシャル層の一部分まで酸素を拡散させることによって、このエピタキシャル層内に酸素拡散領域を形成するステップ１２０とを含む。さらに、この方法１００は、４００℃〜４８０℃の間の温度で１５分間を超えて、エピタキシャル層の少なくとも酸素拡散領域において焼戻し処理するステップ１３０を含む。
【００１９】
エピタキシャル層に酸素原子を注入し、その結果生じる酸素拡散領域を焼戻し処理することによって、熱ドナーの領域を形成することができる。他のドナー（たとえばリン）を使用する場合と比較して、拡散領域内での電荷担体移動度が低下することがある。このようにして、半導体デバイスのスイッチング（たとえば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタまたはダイオードのスイッチオフ）の柔軟性を改善することができる。柔軟性が改善された半導体デバイスは、たとえば、耐久性が増し、またはライフサイクルが延びる。
【００２０】
半導体デバイスの半導体基板は、たとえば、シリコン・ベースの半導体基板（たとえば、ＣＺウェーハもしくはＭＣＺウェーハ）、炭化ケイ素ベースの半導体基板、ヒ化ガリウム・ベースの半導体基板、または窒化ガリウム・ベースの半導体基板でもよい。
【００２１】
エピタキシャル層は、所与または所望の半導体基板上にエピタキシャル層を形成できる任意のエピタキシャル処理技術によって、半導体基板上に堆積させてもよい（１１０）。たとえば、エピタキシャル層は、シリコン層、炭化ケイ素層、ヒ化ガリウム層、または窒化ガリウム層でもよい。
【００２２】
エピタキシャル層を堆積させている間、かつ／または堆積させた後に、酸素原子が、半導体基板からエピタキシャル層に拡散することができ、それによってエピタキシャル層の他の領域と比較して酸素濃度が上昇した領域が生じる。たとえば、半導体基板（たとえば、エピタキシャル層に面する半導体基板の表面領域）の酸素濃度、エピタキシャル層の堆積のプロセス温度とそれに伴う酸素溶解限度、およびエピタキシャル層の堆積の処理時間、ならびに／またはエピタキシャル層の堆積１１０に続く製造プロセスによって、酸素拡散が明確に制御可能である。すなわち、半導体基板からエピタキシャル層への酸素拡散は、エピタキシャル層の堆積中（１１０）に既に開始してもよい。
【００２３】
エピタキシャル層の少なくとも酸素拡散領域（たとえば、または既に焼戻しの前に形成された半導体デバイスの一部）が、４００℃〜４８０℃の間（または、４２０℃〜４７０℃の間もしくは４４０℃〜４６０℃の間、たとえば４５０℃）の温度で、１５分を超えて（または、４０分超かつ３０時間未満、１時間超かつ２０時間未満、もしくは５時間超かつ１５時間未満で）、焼戻しまたは加熱される。４００℃〜４８０℃の間の温度範囲では、長い酸素鎖が形成されるきっかけとなることがある。エピタキシャル層内でのそうした長い酸素鎖により、少なくとも３０ｍｅＶ〜２００ｍｅＶの間（または４０ｍｅＶ〜１００ｍｅＶの間、たとえば、ほぼ５０ｍｅＶ）のドナー・エネルギー・レベルで熱ドナーが形成されることがある。すなわち、エピタキシャル層は、既定の時間にわたって既定の温度（または温度範囲）まで加熱して、たとえば、酸素拡散領域内の酸素原子の熱ドナー特性を活性化してもよい。
【００２４】
たとえば、半導体基板の少なくとも一部分での酸素濃度は、たとえば、後続のあらゆる処理ステップ中での最大プロセス温度Ｔｍａｘまたは１１００℃におけるエピタキシャル層内での酸素の固体溶解度よりも高い。このようにして、酸素溶解限度の温度依存性によって、非常に一様で再生可能な方式で酸素原子の基板への拡散状態を制御してもよい。たとえば、図１８には、様々な温度での酸素拡散率が示してあり、図１９には、様々な温度での酸素溶解度が示してある。
【００２５】
酸素拡散領域は、エピタキシャル層の残りの部分よりも（たとえば、２倍を超えてまたは１０倍を超えて）酸素濃度が高いエピタキシャル層の領域でもよい。酸素拡散領域は、（たとえば、エピタキシャル層の表面からエピタキシャル層内部に向けて測定した）厚さは、たとえば１μｍを超える（または５μｍ、または１０μｍを超え、または１μｍ〜１００μｍの間、５μｍ〜５０μｍの間、もしくは１０μｍ〜３０μｍの間である）。
【００２６】
場合によっては、拡散領域の焼戻しに続くプロセスでは、４００℃を下回る温度を使用してもよい。すなわち、４００℃〜４８０℃の間の温度でエピタキシャル層の少なくとも拡散領域を焼戻し処理した後に半導体デバイスを形成するためのプロセス作業は、主に４００℃未満の温度で実行してもよい。たとえば、後続のプロセス作業は、たとえば１分よりも長い持続時間での、４００℃を超える温度を避けてもよい。たとえば、拡散領域の焼戻しに続いて半導体デバイスを形成するための全てのプロセス作業は、完全に４００℃未満で実行してもよい。このようにして、酸素拡散領域を焼戻ししている間、または熱ドナーをさらに形成している間に形成される酸素鎖への破壊作用を回避するか、または低減することができる。別法としてまたは任意選択として、４２０℃〜４８０℃の間の温度での熱ドナーのアニール・プロセスの少なくとも一部は、たとえば、アニール・ステップを必要とする、またはそれを実行する別のプロセスの一部でもよい。
【００２７】
方法１００は、これまでに述べた考え方に関して言及した１つもしくは複数の態様、または以下に述べる１つもしくは複数の実施形態に対応する、１つまたは複数の追加の任意選択作業（たとえば、半導体基板に酸素を注入すること、および／または酸素拡散領域に水素を注入すること）を含んでもよい。
【００２８】
図２には、一実施形態による、半導体デバイスを形成するための方法２００のフローチャートが示してある。この方法２００は、半導体基板に酸素を注入するステップ２１０と、半導体基板上にエピタキシャル層を堆積させるステップ１１０とを含む。さらに、この方法は、半導体基板からエピタキシャル層の一部分まで酸素を拡散させることによって、エピタキシャル層内に酸素拡散領域を形成するステップ１２０を含む。
【００２９】
半導体基板に酸素を注入することによって、半導体基板内の酸素濃度を所望の濃度にまで上げることができる。このようにして、エピタキシャル層に拡散する酸素の量を左右することができる。エピタキシャル層に拡散する酸素の量を制御することが可能であるため、酸素拡散領域は、所望のドナー濃度で熱ドナーの領域を増加させることができる。このようにして、半導体デバイスの切替えの柔軟性を改善することができる。
【００３０】
半導体基板への酸素イオンの注入（２１０）は、低い注入エネルギーで実行することができ、したがって、半導体基板の（たとえば、半導体基板の表面から半導体基板内部に延在する）表面領域内で酸素濃度が増加する。
【００３１】
酸素注入は、半導体基板の全面にわたって実行することができ、または半導体基板の表面の一部だけに実行することができる。たとえば、半導体基板（たとえば半導体ウェーハ）の所望の一部分にまでイオン注入機の注入窓を狭めることができ、その結果、もっぱら半導体基板の所望の一部分が酸素注入に曝される。あるいは、半導体基板の表面上にマスク層（たとえばフォトレジスト層）を形成して、半導体基板の所望の領域での酸素注入をマスクまたは回避してもよい。このようにして、たとえば、半導体基板内での酸素濃度の横方向の変化を実現可能にしてもよい。
【００３２】
その後、横方向に変化する酸素濃度を有する半導体基板から酸素を拡散させることによって酸素拡散領域を形成し、その結果として横方向に変化する酸素濃度を有する酸素拡散領域を得ることができる。たとえば、エピタキシャル層の表面からの既定の距離において、酸素拡散領域の最大酸素濃度は、この既定の距離における最少酸素濃度の２倍より高くてもよい（または、１０倍より高くてもよい）。
【００３３】
このようにして、半導体基板の表面に沿った方向に横方向へ分散された第１の濃度領域と第２の濃度領域とを交互に連続して得てもよい。
【００３４】
任意選択として、酸素注入の前に半導体基板の酸素濃度が測定される。このようにして、半導体基板内の既存の酸素濃度は、酸素投入量を決定するために、たとえば半導体基板の少なくとも表面領域において、結果として生じる所望の酸素濃度を得るために注入されると考えることができる。
【００３５】
エピタキシャル層を堆積するステップ１１０に関するさらなる詳細、およびエピタキシャル層内に酸素拡散領域を形成するステップ１２０についてのさらなる詳細が、図１、または以下に述べる１つもしくは複数の実施形態とともに説明されている。
【００３６】
方法２００は、これまでに述べた考え方に関して言及した１つもしくは複数の態様、または以上もしくは以下に述べる１つもしくは複数の実施形態に対応する、１つまたは複数の追加の任意選択作業（たとえば、４００℃〜４８０℃の間の温度で１５分を超えて、拡散領域を焼戻し処理するステップ、および／または拡散領域に水素を注入するステップ）を含んでもよい。
【００３７】
図３には、一実施形態による、半導体デバイスを形成するための方法３００が示してある。この方法３００は、半導体基板上にエピタキシャル層を堆積させるステップ１１０と、半導体基板からエピタキシャル層の一部分まで酸素を拡散させることによって、このエピタキシャル層内に酸素拡散領域を形成するステップ１２０とを含む。さらに、この方法３００は、エピタキシャル層の酸素拡散領域に水素を注入するステップ３３０を含む。
【００３８】
酸素拡散領域に水素イオンを注入することによって、酸素鎖の成長を水素によって触媒反応させるか、または刺激することができる。たとえば、４００℃〜４８０℃の間の温度で酸素拡散領域を焼戻し処理するためのプロセス時間を短縮することができ、または、たとえば、酸素拡散領域内での水素の触媒効果によって焼戻しプロセスを回避することができる。このようにして、酸素拡散領域内の酸素によって代表される熱ドナーの生成を改善することができる。この熱ドナーによって、半導体デバイスの切替え動作を円滑にすることができる。このようにして、半導体デバイスの耐久性および／またはライフサイクルを改善することができる。
【００３９】
エピタキシャル層の酸素拡散領域に水素を注入するのに適した注入エネルギーで、水素を注入（３３０）してもよい。別法として、またはさらに、（たとえば、プラズマ供給拡散によって）水素拡散ステップを実行してもよい。
【００４０】
場合によっては、追加のアニール作業を実行して、酸素拡散領域内の水素の触媒効果を改善してもよい（たとえば、Ｈ注入によって誘起される任意の（寄生性）水素関連熱ドナーを取り除いてもよい）。すなわち、この方法３００は、５００℃〜６００℃の間の温度で、水素注入後の１５分間を超えて、エピタキシャル層の少なくとも酸素拡散領域において焼戻し処理するステップまたは加熱するステップを含んでもよい。
【００４１】
たとえば、エピタキシャル層を堆積するステップ１１０、および酸素拡散領域を形成するステップ１２０に関するさらなる詳細を図１とともに述べ、かつ／または１つもしくは複数の実施形態を以下に述べる。
【００４２】
方法３００は、これまでに述べた考え方に関して言及した１つもしくは複数の態様、または以上もしくは以下に述べる１つもしくは複数の実施形態に対応する、１つまたは複数の追加の任意選択作業（たとえば、４００℃〜４８０℃の間の温度で１５分を超えて、酸素拡散領域を焼戻し処理するステップ、および／または半導体基板に酸素を注入するステップ）を含んでもよい。
【００４３】
既に述べたように、半導体基板からエピタキシャル層への酸素の拡散プロセスは、エピタキシャル層の堆積プロセス１１０中に既に開始してもよい。たとえば、１０００℃を超える第１の温度範囲（たとえば、１０５０℃で１００分、または形成される半導体デバイスに応じた別の温度および時間）で、半導体基板上にエピタキシャル層を堆積させるステップ１１０を少なくとも部分的に実行し、半導体基板からエピタキシャル層の一部分までの酸素拡散の少なくとも一部が生じ、エピタキシャル層内に酸素拡散領域を形成してもよい。第１の温度範囲は、たとえば、所定時間での１０００℃を超える単一温度によって規定してもよく、または様々な時間での１０００℃を超える様々な温度を含む変化する温度プロファイルによって規定してもよい。
【００４４】
場合によっては、前述の方法はさらに、半導体デバイスの表側に電界効果トランジスタ構造体を形成するステップを含んでもよい。すなわち、たとえば、半導体基板（たとえばキャリア基板）と反対側のエピタキシャル層の表面、またはエピタキシャル層上に堆積された層に、電界効果トランジスタ構造体を形成してもよい。
【００４５】
半導体デバイスの表側は、半導体デバイスの裏側よりも構造が複雑な、半導体デバイスの片側でもよい。たとえば、ＩＧＢＴの電界効果トランジスタ構造体（たとえば、特に電界効果トランジスタのゲート）を、半導体デバイスの表側に配置してもよく、エミッタを、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタの裏側に配置してもよい。
【００４６】
ＩＧＢＴトランジスタ構造体または電界効果トランジスタ構造体は、ｎチャネル電界効果トランジスタ構造体でもよい。
【００４７】
エピタキシャル層の酸素拡散領域は、たとえば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタフィールド・ストップ領域（たとえば、裏側のエミッタとドリフト領域の間の層）を形成してもよい。
【００４８】
第１の温度範囲よりも高い第２の温度範囲で、電界効果トランジスタ構造体の形成を少なくとも部分的に実行してもよい。このようにして、半導体基板からエピタキシャル層に、酸素がさらに拡散してもよい。たとえば、第２の温度範囲は、１つまたは複数の異なる時間において、１つまたは複数の温度を含んでもよい。たとえば、第２の温度範囲の少なくとも１つの温度は、１０５０℃を超えてもよい（たとえば１１００℃）。
【００４９】
前述の方法はさらに、場合によっては、第２の温度範囲よりも高い第３の温度範囲で、エピタキシャル層の少なくとも酸素拡散領域をさらに焼戻し処理するステップを含んでもよい。このようにして、たとえば、エピタキシャル層の堆積および／または電界効果トランジスタ構造体の形成とは無関係に、半導体基板からエピタキシャル層への酸素拡散に影響を及ぼして、所望の酸素濃度または酸素分布を得てもよい。たとえば、電界効果トランジスタ構造体を形成する前またはその後に、第３の温度範囲で酸素拡散領域をさらに焼戻し処理するステップを実行してもよい。
【００５０】
前述の方法はさらに、半導体デバイスの裏側にエミッタ層を形成するステップを含んでもよい。このようにして、たとえば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタを製造してもよい。
【００５１】
図４には、半導体デバイスを形成するための方法のフローチャートが示してある。このプロセス全体を見ると、活性空間のエピタキシャル成長４０８（たとえば温度プロセスＴ１）が、前述のエピタキシャル層の堆積を表し、デバイスの表側の処理４１２が、温度プロセスＴ２を含むこと（たとえば、トランジスタ・セルおよび／またはエッジ終端、電界効果トランジスタ構造体またはアノード領域の形成）が示してある。さらに、方法４００は、（化学的機械的研磨ＣＭＰが停止するとき、これまで実装してきたトレンチを使用することによる）半導体基板を表すキャリア基板の裏側からの薄型化処理４１４と、デバイス裏側の処理４１６（たとえば、ｐ＋エミッタ注入）とを含む。さらに、方法４００は、熱ドナーを活性化するための温度プロセス４２０（たとえば、４００℃で５時間）と、任意選択の薄型化ウェーハ・プロセス（ウェーハの薄型化処理）と、デバイス表側の処理４２２（たとえば、メタライゼーションおよび／またはイミド）と、裏側のメタライゼーションを含む後端部のＢＥプロセス４２４とを含む。このようにして、たとえば、ダイオードおよび／または絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタを形成してもよい。さらに、このフローチャートには、さらなる任意選択の作業が示してあり、これらの作業を、以下の１つまたは複数の例とともに説明する。
【００５２】
図５ａ〜５ｄには、図４に示す方法によって半導体デバイスを形成する際の半導体デバイスの概略断面図が示してある。図５ａには、酸素濃度ＣＯが後続プロセスの最大固体溶解度ＳＯ（Ｔｍａｘ）を超えるキャリア基板５１０が示してある。図５ｂには、（たとえば、１２００Ｖのデバイスにおいて、１０５０℃で１００分間のサーマル・バジェットＴ１での）活性デバイス空間５２０のエピタキシャル成長が示してある。たとえば、酸素の拡散定数Ｄ（Ｔ）、および酸素の固体溶解度Ｓ（Ｔ）に対応するプロセス中に、活性空間５２０（エピタキシャル層または基板）に酸素が拡散する。
【００５３】
したがって、半導体基板５１０からエピタキシャル基板５２０への酸素拡散によって、酸素拡散領域５２２がエピタキシャル層５２０内に形成される。
【００５４】
図５ｃには、ｐ本体駆動Ｔ２（たとえば１１００℃での）を含む、デバイス表側（たとえば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタＩＧＢＴのトランジスタ・セル５３０）の処理が示してある。ｐ本体駆動は、（たとえば、ｐ注入後の）電界効果トランジスタ構造体のドーピングをアニールまたは拡散するための温度プロセスでもよい。第２の温度範囲Ｔ２内の温度を使用することにより、酸素拡散領域５２２は、エピタキシャル層５２０にまでさらに拡大する。
【００５５】
図５ｄには、ウェーハを研磨して（たとえば、キャリア基板を取り除いて）、裏側のｐ＋エミッタ５４０を注入した後の半導体デバイスが示してある。任意選択として、ＣＭＰ停止構造を使用することによって、ウェーハの薄型化処理を実行する。さらに、制御された生成酸素プロファイルに基づく酸素熱ドナーＯＴＤの活性化プロセスが実行される。
【００５６】
方法４００は、これまでに述べた考え方に関して言及した１つもしくは複数の態様、または以上もしくは以下に述べる１つもしくは複数の実施形態に対応する、１つまたは複数の追加の任意選択作業を含んでもよい。
【００５７】
図６には、一実施形態による、半導体デバイスを形成するための方法４３０のフローチャートが示してある。プロセス全体には、キャリア基板（半導体基板）の酸素濃度の任意選択測定４０２が含まれる。さらに、方法４３０は、（たとえば、任意選択として、開始酸素濃度に対応する投与量調節による）キャリア基板への酸素注入４０４、および（たとえば温度プロセスＴ１による）活性空間のエピタキシャル成長４０８を含む。さらに、方法４３０は、温度プロセスＴ２を含むデバイス表側の処理４１２（たとえば、トランジスタ・セル、エッチ終端および／または電界効果トランジスタ構造体）、ならびに（たとえば、ＣＭＰが停止するとき、これまで実装してきたトレンチを使用することによる）キャリア基板の裏側の薄型化処理４１４を含む。さらに、方法４３０は、デバイス裏側の処理４１６（たとえば、ｐ＋エミッタ注入）、および熱ドナーを活性化するための温度プロセス４２０（たとえば、４００℃で５時間）を含む。さらに、方法４３０は、任意選択のウェーハ薄型化処理、デバイス表側の処理４２２（たとえば、メタライゼーション、イミド）、および裏側のメタライゼーションを含む後端部のＢＥ処理４２４を含む。さらに、図６のフローチャートには、さらなる任意選択の作業が示してあり、これらの作業を、以上もしくは以下の１つまたは複数の例とともに説明する。
【００５８】
図７ａ〜７ｄには、図６に示す方法によって半導体デバイスを形成する際の概略断面図が示してある。図７ａには、キャリア基板（半導体基板）５１０への酸素注入が示してある。このようにして、酸素濃度ＣＯ，１が増加した表面領域７１２を形成してもよい。場合によっては、たとえば、（残りの）キャリア基板の酸素濃度ＣＯに依存する投与量調節によって酸素注入を実行してもよい。
【００５９】
図７ｂには、（たとえば、１２００Ｖのデバイスにおいて、たとえば１０５０℃で１００分間のサーマル・バジェットＴ１での）活性デバイス空間５２０のエピタキシャル成長が示してある。エピタキシャル基板の堆積中、酸素の拡散定数Ｄ（Ｔ）および固体溶解度Ｓ（Ｔ）に従って、活性空間に酸素が拡散する。このようにして、酸素濃度がＣＯ（Ｔ１）＜ＣＯ，１の酸素拡散領域５２２を形成してもよい。
【００６０】
図７ｃには、（たとえば１１００℃での）Ｐ本体駆動を含む、デバイス表側（たとえば、ＩＧＢＴトランジスタ・セル）の処理が示してあり、この処理により、たとえば酸素濃度がＣＯ（Ｔ２）＜ＣＯ，１の酸素拡散領域５２２が得られる。
【００６１】
図７ｄには、ウェーハを研磨して（たとえば、キャリア基板を取り除いて）、裏側のｐ＋エミッタ５４０を注入した後の半導体デバイスが示してある。任意選択として、ＣＭＰ停止構造を使用することによって、ウェーハの薄型化処理を実行する。さらに、制御された生成酸素プロファイルに基づく酸素熱ドナーＯＴＤの活性化プロセスが実行される。
【００６２】
方法４３０は、ある考え方に関して説明した１つもしくは複数の態様、または以上もしくは以下に述べる１つもしくは複数の実施形態に対応する、１つまたは複数の追加の任意選択作業を含んでもよい。
【００６３】
図８には、一実施形態による、半導体デバイスを形成するための方法４４０のフローチャートが示してある。方法４４０は図６に示した方法と同様であるが、構造化された酸素注入４０６をさらに含む。さらに、図８のフローチャートには、さらなる任意選択の作業が示してあり、これらの作業を、以上もしくは以下の１つまたは複数の例とともに説明する。
【００６４】
図９ａ〜９ｅには、図８の方法によって半導体デバイスを形成する際の概略断面図を示す。図９ａには、キャリア基板（半導体基板）５１０への酸素注入が示してある。
【００６５】
図９ｂには、キャリア基板への構造化された第２の酸素注入が示してあり、これはマスクされた酸素注入である。このようにして、キャリア基板の表面領域内に、横方向に変化する酸素濃度を得てもよい。
【００６６】
このようにして、半導体基板の表面に沿った方向に横方向へ分散された第１の濃度領域９１４と第２の濃度領域９１６とを交互に連続して得てもよい。
【００６７】
図９ｃには、（たとえば、１２００Ｖのデバイスにおいて、たとえば１０５０℃で１００分間のサーマル・バジェットＴ１での）活性デバイス空間５２０のエピタキシャル成長が示してある。エピタキシャル基板の堆積中、酸素の拡散定数Ｄ（Ｔ）および固体溶解度Ｓ（Ｔ）に従って、活性空間に酸素が拡散する。エピタキシャル層５２０のエピタキシャル成長後、酸素拡散領域５２２は、たとえば、ＣＯ（Ｔ１）≦ＣＯ，１＜ＣＯ，２の酸素濃度を有してもよい。
【００６８】
図９ｄには、（たとえば１１００℃での）ｐ本体駆動を含む、デバイス表側（たとえば、ＩＧＢＴのトランジスタ・セット）の処理が示してある。デバイス表側の処理の後、エピタキシャル層５２０内の酸素拡散領域５２２は、横方向に変化する酸素濃度（ＣＯ，１＜ＣＯ（Ｔ２）≦ＣＯ，２）を有してもよい。
【００６９】
図９ｅには、ウェーハを研磨して（たとえば、キャリア基板を取り除いて）、裏側のｐ＋エミッタ５４０を注入した後の半導体デバイスが示してある。任意選択として、ＣＭＰ停止構造を使用することによって、ウェーハの薄型化処理を実行する。さらに、制御された生成酸素プロファイルに基づく酸素熱ドナーＯＴＤの活性化プロセスが実行される。
【００７０】
方法４４０は、ある考え方に関して説明した１つもしくは複数の態様、または以上もしくは以下に述べる１つもしくは複数の実施形態に対応する、１つまたは複数の追加の任意選択作業を含んでもよい。
【００７１】
図１０には、一実施形態による、半導体デバイスを形成するための方法４５０が示してある。方法４５０は図８に示した方法と同様であるが、第３の温度または温度範囲Ｔ３（たとえば、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３もしくはＴ１＜Ｔ３＜Ｔ２）でのさらなる温度プロセス４１０（たとえば不活性）をさらに含む。図１０には、さらなる任意選択の作業が示してあり、これは、以上もしくは以下に説明する１つまたは複数の他の例によって使用してもよい。
【００７２】
図１１ａ〜１１ｆには、図１０に示す方法によって半導体デバイスを形成する際の概略断面図を示す。図１１ａには、キャリア基板（半導体基板）５１０への酸素注入が示してある。
【００７３】
図１１ｂには、キャリア基板への構造化された第２の酸素注入が示してあり、これはマスクされた酸素注入である。このようにして、キャリア基板の表面領域内に、横方向に変化する酸素濃度を得てもよい。
【００７４】
図１１ｃには、（たとえば、１２００Ｖのデバイスにおいて、たとえば１０５０℃で１００分間のサーマル・バジェットＴ１での）活性デバイス空間５２０のエピタキシャル成長が示してある。エピタキシャル基板の堆積中、酸素の拡散定数Ｄ（Ｔ）および固体溶解度Ｓ（Ｔ）に従って、活性空間に酸素が拡散する。エピタキシャル層５２０のエピタキシャル成長後、酸素拡散領域５２２は、たとえば、ＣＯ（Ｔ１）≦ＣＯ，１＜ＣＯ，２の酸素濃度を有してもよい。
【００７５】
図１１ｄには、温度または温度範囲Ｔ３での追加の焼戻し処理が示してある。エピタキシーに続いて、温度または温度範囲Ｔ３（たとえば不活性）での追加の酸素駆動を実行してもよい。たとえば、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３である。酸素の拡散定数Ｄ（Ｔ）および酸素の固体溶解度Ｓ（Ｔ）により、このプロセス中、活性空間に酸素が拡散する。このようにして、たとえば、酸素濃度がＣＯ．１＜ＣＯ（Ｔ３）≦ＣＯ，２の酸素拡散領域５２２を得てもよい。
【００７６】
図１１ｅには、（たとえば１１００℃での）ｐ本体駆動を含む、デバイス表側（たとえば、ＩＧＢＴのトランジスタ・セット）の処理が示してある。デバイス表側の処理の後、エピタキシャル層５２０内の酸素拡散領域５２２は、横方向に変化する酸素濃度（ＣＯ，１＜ＣＯ（Ｔ２）≦ＣＯ，２）を有してもよい。
【００７７】
図１１ｆには、ウェーハを研磨して（たとえば、キャリア基板を取り除いて）、裏側のｐ＋エミッタ５４０を注入した後の半導体デバイスが示してある。任意選択として、ＣＭＰ停止構造を使用することによって、ウェーハの薄型化処理を実行する。さらに、制御された生成酸素プロファイルに基づく酸素熱ドナーＯＴＤの活性化プロセスが実行される。
【００７８】
方法４５０は、ある考え方に関して説明した１つもしくは複数の態様、または以上もしくは以下に述べる１つもしくは複数の実施形態に対応する、１つまたは複数の追加の任意選択作業を含んでもよい。
【００７９】
図１２には、一実施形態による、半導体デバイスを形成するための方法４６０のフローチャートが示してある。方法４６０は、図４に示した方法と同様であるが、（たとえば任意選択として、水素拡散、および、たとえば５００℃を超えて１時間にわたる水素熱ドナーＨＴＤ除去のための熱プロセスを含む）水素注入４８０をさらに含み、これは、デバイス裏側の処理４１６の後、かつ酸素の熱ドナーを活性化するための温度プロセス４２０の前に実行してもよい。図１２には、さらなる任意選択の作業が示してあり、これは、以上もしくは以下に説明する１つまたは複数の方法によって使用してもよい。
【００８０】
図１３ａ〜１３ｆには、図１２に示す方法によって半導体デバイスを形成する際の概略断面図を示す。図１３ａには、酸素濃度ＣＯが後続プロセスの最大固体溶解度ＳＯ（Ｔｍａｘ）を超えるキャリア基板５１０が示してある。図１３ｂには、（たとえば、１２００Ｖのデバイスにおいて、１０５０℃で１００分間のサーマル・バジェットＴ１での）活性デバイス空間５２０のエピタキシャル成長が示してある。たとえば、酸素の拡散定数Ｄ（Ｔ）、および酸素の固体溶解度Ｓ（Ｔ）に対応するプロセス中に、活性空間５２０（エピタキシャル層または基板）に酸素が拡散する。
【００８１】
したがって、半導体基板５１０からエピタキシャル基板５２０への酸素拡散によって、酸素拡散領域５２２がエピタキシャル層５２０内に形成される。
【００８２】
図１３ｃには、ｐ本体駆動Ｔ２（たとえば１１００℃での）を含む、デバイス表側（たとえば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタＩＧＢＴのトランジスタ・セル５３０）の処理が示してある。ｐ本体駆動は、（たとえば、ｐ注入後の）電界効果トランジスタ構造体のドーピングをアニールまたは拡散するための温度プロセスでもよい。第２の温度範囲Ｔ２内の温度を使用することにより、酸素拡散領域５２２は、エピタキシャル層５２０にまでさらに拡大する。
【００８３】
図１３ｄには、ウェーハの薄型化処理（たとえば、キャリア基板の除去）、および裏側のＰエミッタの注入が示してある。場合によっては、たとえば、薄型化処理のためにＣＭＰ停止構造を使用してもよい。
【００８４】
図１３ｅには、水素の注入（たとえば、水素熱ドナー停止プロセスを含む）が示してある。埋込み水素注入を実行し、それに続いて、任意選択の水素拡散作業を実行してもよい。別法として、またはさらに、たとえば、水素投与量が１０１３ｃｍ２を超えるよう、５５０℃で１時間にわたって水素相関ドナー（ＨＴＤ）をアニール・アウトするためのアニール作業を実行してもよい。酸素拡散領域５２２に水素を注入することによって、水素濃度が増加した領域１３２４を得てもよい。拡散プロセスによって、この領域１３２４を拡大してもよい。水素は、たとえば、熱ドナーを増加させる大きい酸素鎖の成長を触媒反応させてもよい。あるいは、またはさらに、３５０〜５００℃で１〜１０時間、たとえば４００〜４９０℃で１〜５時間、たとえば４００℃で１〜４時間にわたるアニール・ステップを実行して、たとえば水素関連熱ドナーを誘起してもよい。
【００８５】
図１３ｆには、ウェーハを研磨して（たとえば、キャリア基板を取り除いて）、裏側のｐ＋エミッタ５４０を注入した後の半導体デバイスが示してある。場合によっては、ＣＭＰ停止構造を使用することによって、ウェーハの薄型化処理を実行する。さらに、制御された生成酸素プロファイルに基づく酸素熱ドナーＯＴＤの活性化プロセスが実行される。
【００８６】
方法４６０は、ある考え方に関して説明した１つもしくは複数の態様、または以上もしくは以下に述べる１つもしくは複数の実施形態に対応する、１つまたは複数の追加の任意選択作業を含んでもよい。
【００８７】
図１４には、一実施形態による方法４７０のフローチャートが示してある。方法４７０は、図１〜１３ｆに関して説明した方法のプロセス作業の組合せを含む。
【００８８】
方法４７０の様々なプロセスに関する詳細を、以上または以下の実施形態とともに説明する。
【００８９】
実施形態によっては、半導体ダイオード・デバイス（たとえば、シリコン・ダイオードもしくは炭化ケイ素ダイオード）、もしくは半導体電界効果トランジスタ・デバイス（たとえば、逆阻止もしくは逆導通の絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）、または半導体ダイオード・デバイスもしくは半導体電界効果トランジスタ・デバイスを形成するための方法に関する。すなわち、これまでに述べた考え方、または前述の１つもしくは複数の実施形態による半導体デバイスは、たとえば半導体ダイオード・デバイス、または半導体電界効果トランジスタ・デバイスを実現してもよい。
【００９０】
エピタキシャル層の酸素拡散領域は、たとえば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタのフィールド・ストップ領域（たとえば、裏側のエミッタとドリフト領域の間の層）を形成してもよい。
【００９１】
実施形態によっては、パワー半導体デバイスに関する。すなわち、これまでに述べた考え方、または前述の１つもしくは複数の実施形態による半導体デバイスは、ブロッキング電圧が１００Ｖを超えてもよい（たとえば、１００Ｖ〜１００００Ｖの間、もしくは５００Ｖ超、１０００Ｖ超、もしくは４０００Ｖ超でもよい）。
【００９２】
実施形態によっては、酸素誘起フィールド・ストップ区域に関する。提案する考え方により、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）、およびダイオード用のコスト効率の高いフィールド・ストップを、高い再現性で生成することができる。
【００９３】
たとえば、酸素を使用することによって、深い侵入距離を得ることができる。相対的に、リンまたはセレンのようなドナーを使用することにより、拡散定数が低いことから（特にリンでの）侵入距離が制限されることがある。さらに、８インチまたは１２インチのようにウェーハ直径が大きい場合の薄型化ウェーハ・プロセスとの互換性が（リンおよびセレンにおいて）問題となり得る。５００℃を下回る温度は、たとえば、陽子でドープするには十分となることがある。
【００９４】
エピタキシャル成長中にキャリア基板から、結果として生じる半導体エピタキシャル層まで酸素を拡散することによって、また、熱ドナーを生成する後続の適切な焼戻し処理によって、画定されたフィールド・ストップ区域の生成が提案される。
【００９５】
エピタキシャル成長および／または後続の高温プロセス（たとえば、本体駆動）中に使用されるプロセス温度において、使用されるキャリア基板の酸素濃度が固体溶解度を超える場合、提案する方法によって、酸素拡散による酸素濃度の非常に正確な調整が可能になる。この固体溶解度が、たとえば図１９に示してある。温度に依存する酸素の固体溶解度が、エピタキシャル成長後に半導体デバイス内で結果として生じる酸素濃度を決定することができ、結果として得られる確度は、たとえばオーブン・プロセス（のみ）の確度に依存してもよい。
【００９６】
基板の酸素濃度のレベルは、エピタキシャル層内での所望のドーピングのレベルよりも大きくてよく、したがって、所望の高い再現性を得ることができる。このために、酸素濃度が１０１８ｃｍ−３を超えるＣＺウェーハ（チョクラルスキー法）、または代替的に、酸素ドーピングが十分なＭＣＺウェーハ（磁界チョクラルスキー法）も適したものになることがある。さらに、エピタキシャル成長プロセスの前の、キャリア基板への高投与量の酸素注入の後に、図１９で提案したような酸素濃度が相対的に低いキャリア基板を使用してもよい。たとえば、エピタキシー堆積および後続の高温作業での温度を通して、ドーピングのレベルを制御してもよい。図１７ａには、このようにして形成されるデバイスの、後に得られる活性空間内での２つの酸素プロファイルの一例が示してある。プロセス温度およびプロセス時間の適切な変化を使用することにより、補誤差関数にほぼ従って延びてよい基本的な酸素ドーピング・プロファイルを調整または形成できるだけでなく、様々なプロセス温度を選択することによる様々なドーピング・レベルおよび垂直ドーピング勾配を有するマルチレベルのプロファイルを可能にすることができる。たとえば、結果として電源オフの柔軟性が良好になり、短絡強度が改善される可能性のある２段プロファイルは、たとえば温度Ｔ１での拡散と、それに続く温度Ｔ２での拡散によって、提案する方法で実現することができる。ここで、Ｔ１はＴ２よりも低い。
【００９７】
図１７ｂには、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ・デバイスの裏側の概略ドーピング・プロファイルが示してある。ｐエミッタ領域１７１０が、半導体基板の裏面ｘ０から、酸素拡散領域の第１の境界ｘ１まで達する。酸素拡散領域は、一様なドリフト区域ドーピングで、境界ｘ１からエミッタに向けて境界ｘ４にまで延び、ＩＧＢＴのドリフト領域１７５０に向けて延びる。酸素拡散領域は、第１の酸素濃度を有するｘ１からｘ２までの第１の部分１７２０、第２の酸素濃度を有するｘ２からｘ３までの第２の部分１７３０、および第３の酸素濃度を有するｘ３からｘ４までの第３の部分１７４０を含む。拡散領域は、酸素誘起熱ドナーによって誘起される、３ステップのフィールド・ストップ区域を実装する。
【００９８】
たとえば、アニール温度が様々である場合、各アニール・ステップの結果として、様々な酸素溶解度限界が得られる。したがって、結果として得られる酸素誘起熱ドナーのプロファイルは、いくつかの段階的なステップを示してもよい。たとえば、互いに異なる３つのアニール温度においては、３ステップの熱ドーピング・プロファイルが得られる。
【００９９】
このようにして調整された酸素ドーピング・プロファイルの結果として得られるドーピング・プロファイルは、その後に温度プロセスによって調整してもよく、これは熱ドナーを生成するのに適している。このため、４００℃〜４８０℃の範囲の温度が適していることがある。たとえば、約４５０℃において、良好なまたは最大のドーピング効率を得ることができる。アニール時間（焼戻し処理時間）は、たとえば、３０分〜２０時間の範囲内、または１時間〜１０時間の範囲内でもよい。
【０１００】
使用温度範囲に応じて、やはり熱２重ドナー（酸素熱２重ドナーＯＴＤＤ）を生成してもよい。ＯＴＤＤは、たとえば、ほぼ５０ｍｅＶでの平坦なドナー・レベルのそばに、１５０ｍｅＶを下回る深いドナー・レベルをさらに含んでもよい。深いレベルのイオン化エネルギーは比較的高いため、ＯＴＤＤフィールド・ストップのイオン化度は、デバイスの温度が上昇するとともに増加することがある。このようにして、デバイスのエミッタ効率は、温度に応じて変化することがある。したがって、ホット漏洩電流の低減、および電源オフ作業の柔軟性の改善を実現することができる。
【０１０１】
酸素ドープされた基板からの酸素の拡散による、ドナーのようなフィールド・ストップ・プロファイルの生成が提案され、基板の酸素ドーピングは、たとえばエピタキシャル層での所望の酸素ドーピングのレベルよりも高い。提案する方法の例が、図１〜１３ｆに示してある。
【０１０２】
たとえば、２段酸素プロファイルを生成するためのプロセスが提案されており、ここで、２つの温度Ｔ１およびＴ２での先行する２つの温度プロセスを使用してもよい。温度Ｔ１でのプロセスは、温度Ｔ２でのプロセス前に実行してもよく、Ｔ１はＴ２よりも低くてよい。場合によっては、たとえばプロセスＴ２の挿入のために、エピタキシャル成長に割り込んでもよい。場合によっては、エピタキシーに割り込んでもよく、１２００℃で焼戻し処理を実行して、サーマル・バジェットから独立させるか、一層独立させることができる。場合によっては、後に得られるデバイス基板の成長の前に、キャリア基板への高投与量の酸素注入を実行してもよい。たとえば、初期濃度から独立している後続のプロセス中に、（たとえば、後続の総合サーマル・バジェットも考慮する）キャリア内の表面濃度が、最も高い固体溶解度を上回るように注入投与量を選択することができる。
【０１０３】
酸素Ｏ濃度が溶解度を下回る（たとえば、別法として酸素Ｏが乏しい第１のエピタキシャル層もそうである）キャリア基板が使用される場合、キャリア基板への構造化された酸素Ｏ注入による実際のエピタキシャル層の成長の前に、フィールド・ストップを構築してもよい（たとえば、段階的なフィールド・ストップが可能である）。さらに、キャリア基板内で横方向に構造化された酸素濃度を、前述の２段プロセスと組み合わせてもよく、たとえば、第１の領域での酸素濃度Ｏ１は、少なくともＴ２を下回るＴ１での溶解度の範囲内にあり、酸素濃度Ｏ２は、少なくともＴ２での溶解度を上回る第２の領域にある。ＩＧＢＴまたはサイリスタの、裏側の部分的なトランジスタ利得係数の所望の横方向の変化を、この対策によって調整して、電源オフの柔軟性を改善してもよい。場合によっては、エッジ終端の領域でのフィールド・ストップ濃度を増大させることによって、いわゆるＨＤＲ（高いダイナミック・ロバスト性）原理の実装が可能にしてもよく、その結果、オン状態でのエッジ領域の自由電荷キャリアの浮遊を低減することができる。たとえば、前述の方法は、キャリア基板への高投与量の酸素注入またはプラズマ堆積を使用し、ここで、キャリア基板内の先に測定した初期濃度に応じて投与量が選択されて、開始基板の酸素濃度から独立した、良好で制御可能なプロセスを可能にする。
【０１０４】
場合によっては、薄型化処理に続いて、デバイスの裏側への（たとえば、低い注入エネルギーでの）追加の水素注入を実行してもよい。このようにして、たとえば、熱ドナーを活性化する（直）前に、ただしフィールド・ストップの所望のプロファイル形状に酸素を拡散した後に、酸素の拡散隔壁を著しく低減してもよい。このようにして、たとえば、フィールド・ストップの活性化に必要となるサーマル・バジェットを著しく低減させることができる。
【０１０５】
提案した酸素拡散領域の実装は、ドーピング・プロファイル解析（たとえば、広がり抵抗解析、深準位過渡分光法（ＤＬＴＳ）、赤外分光法、または光ルミネセンス）によって検出可能でもよい。
【０１０６】
図１５には、一実施形態による半導体デバイスの概略断面図が示してある。半導体デバイス１５００は、エピタキシャル基板１５１０、エピタキシャル基板１５１０の表側に配置された複数のトランジスタ構造体またはダイオード構造体１５２０、およびエピタキシャル基板１５１０の裏側に配置されたドナー領域１５３０を備える。ドナー領域１５３０は、ドナー・エネルギー・レベルが３０ｍｅＶ〜２００ｍｅＶの間の酸素誘起熱ドナーを、１ｃｍ３当たり１×１０１４個を超えて（または、酸素誘起熱ドナーを、１ｃｍ３当たり３×１０１４個を超えて、酸素誘起熱ドナーを、１ｃｍ３当たり１×１０１５個を超えて、酸素誘起熱ドナーを、１ｃｍ３当たり１×１０１６個を超えて、もしくは酸素誘起熱ドナー原子を、１ｃｍ３当たり１×１０１７個を超えて）含む。
【０１０７】
ドナー領域は、熱ドナーが増加した領域を実現してもよい。このようにして、半導体デバイス（たとえば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタまたはダイオード）の切替えの柔軟性を改善することができる。柔軟性が改善された半導体デバイスでは、たとえば、耐久性を増し、またはライフサイクルを延ばすことができる。
【０１０８】
ドナー領域１５３０内での１ｃｍ３当たりの酸素原子の濃度は、たとえば、酸素誘起熱ドナーの濃度の１０倍を超えることがある。さらに、ドナー領域１５３０に隣接する領域も、ドナー領域１５３０からの距離が長くなるにつれて濃度が低下する、いくらかの酸素誘起熱ドナーを含んでもよい。
【０１０９】
前述の１つまたは複数の実施形態に関して、さらに詳細を説明する（たとえば、エピタキシャル基板、トランジスタ構造体、またはドナー領域を表す酸素拡散領域）。半導体デバイス１５００は、提案した考え方に関して説明した１つもしくは複数の態様、または前述（たとえば、図１〜１４）の１つもしくは複数の実施形態に対応する、１つまたは複数の追加の特徴を含んでもよい。
【０１１０】
一例によれば、半導体デバイスは、エピタキシャル基板、エピタキシャル基板の表側に配置された複数のトランジスタ構造体、およびエピタキシャル基板１５１０の裏側に配置されたドナー領域を備えてもよい。ドナー領域１５３０は、ドナー・エネルギー・レベルが３０ｍｅＶ〜２００ｍｅＶの間の酸素原子を、１ｃｍ３当たり１×１０１７個を超えて（または、酸素原子を、１ｃｍ３当たり１×１０１８個を超えて）含む。
【０１１１】
前述の１つまたは複数の実施形態に関して、さらに詳細を説明する（たとえば、エピタキシャル基板、トランジスタ構造体、またはドナー領域を表す酸素拡散領域）。半導体デバイスは、提案した考え方に関して説明した１つもしくは複数の態様、または前述（たとえば、図１〜１４）の１つもしくは複数の実施形態に対応する、１つまたは複数の追加の特徴を含んでもよい。
【０１１２】
図１６には、一実施形態による半導体デバイスの概略断面図が示してある。半導体デバイス１６００は、ドナー領域１６２０を有するエピタキシャル基板１６１０を備える。このドナー領域１６２０では、酸素濃度が横方向に変化する。
【０１１３】
ドナー領域は、熱ドナー濃度が増加した領域を実現してもよい。このようにして、半導体デバイス（たとえば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタまたはダイオード）のスイッチングの柔軟性を改善することができる。柔軟性が改善された半導体デバイスでは、たとえば、耐久性を増し、またはライフサイクルを延ばすことができる。
【０１１４】
エピタキシャル基板１６１０の表面に沿った一方向ｘでの酸素濃度ＣＯｘの横方向の経路の一例も、図１６に示してある。
【０１１５】
前述の１つまたは複数の実施形態に関して、さらに詳細を説明する（たとえば、エピタキシャル基板、ドナー領域を表す酸素拡散領域、または酸素濃度の横方向の変化）。半導体デバイス１６００は、提案した考え方に関して説明した１つもしくは複数の態様、または前述（たとえば、図１〜１４）の１つもしくは複数の実施形態に対応する、１つまたは複数の追加の特徴を含んでもよい。
【０１１６】
例示的な実施形態はさらに、コンピュータまたはプロセッサ上でコンピュータ・プログラムが実行されるとき、上記方法のうちの１つを実行するためのプログラム・コードを有するコンピュータ・プログラムを実現してもよい。前述の様々な方法の作業をプログラム記憶式コンピュータによって実行してもよいことが、当業者には容易に理解されよう。本明細書において、いくつかの例示的な実施形態はまた、マシンまたはコンピュータ読取り可能な、たとえばデジタル・データ記憶媒体などのプログラム記憶装置を対象とするものであり、マシン実行可能またはコンピュータ実行可能な命令のプログラムを符号化するものであり、この命令は、先に述べた方法の各作業のうちのいくつかまたは全てを実行する。プログラム記憶装置は、たとえば、デジタル・メモリ、磁気ディスクや磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハード・ドライブ、または光学読取りが可能なデジタル・データ記憶媒体でもよい。さらなる例示的な実施形態はまた、上記の方法の各作業を実行するようにプログラムされたコンピュータ、または、上記の方法の各作業を実行するようにプログラムされた（フィールド）プログラマブル・ロジック・アレイ（（Ｆ）ＰＬＡ）もしくは（フィールド）プログラマブル・ゲート・アレイ（（Ｆ）ＰＧＡ）を対象とするものである。
【０１１７】
説明および図面は、本開示の原理を単に例示するに過ぎない。したがって、本明細書では明瞭に説明したりまたは図示したりしないが、本開示の原理を実施し、本開示の趣旨および範囲内に含まれる様々な構成を、当業者であれば考案できることが理解されよう。さらに、本明細書に記載した全ての例は、主に、本開示の原理、および技術の進歩に対して本発明者が貢献する概念を読者が理解する助けとなるための教示目的となることのみが明確に意図されており、具体的に記載したこうした例および条件に限定されることなく解釈されるべきである。さらに、本開示の原理、態様および実施形態、ならびにその具体的な例を説明する、本明細書における全ての記述は、その均等物を含むものである。
【０１１８】
（ある種の機能を実行する）「．．．のための手段」として示される機能ブロックは、ある機能をそれぞれ実行するように構成された回路を含む機能ブロックとして理解されたい。したがって、「何らかのもののための手段」は、「何らかのものに対して構成された、またはそれに適している手段」と同様に理解してもよい。したがって、ある種の機能を実行するように構成された手段は、こうした手段がこの機能を（所与の時刻で）必ず実行することを意味するものではない。
【０１１９】
「手段」、「センサ信号を供給するための手段」、「送信信号を生成するための手段」などと表示された任意の機能ブロックを含め、各図に示した様々な要素の機能は、「信号発生器」、「信号処理ユニット」、「プロセッサ」、「制御装置」などの専用ハードウェア、ならびに適切なソフトウェアと共同してソフトウェアを実行できるハードウェアを使用することによって実現してもよい。さらに、本明細書に「手段」と記載された任意の実態は、「１つまたは複数のモジュール」、「１つまたは複数の装置」、「１つまたは複数のユニット」などに対応してもよく、またはそれらとして実装してもよい。プロセッサによって実現されるとき、各機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共用プロセッサ、またはそのうちのいくつかが共用されてもよい複数の個々のプロセッサによって実現されてもよい。さらに、用語「プロセッサ」または「制御装置」を明示的に使用することは、もっぱらソフトウェアを実行することができるハードウェアを指すものと解釈すべきではなく、それだけには限定されないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワーク・プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）ソフトウェアを記憶するための読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、および不揮発性記憶装置を暗示的に含んでもよい。通常および／または特注の他のハードウェアも含んでよい。
【０１２０】
本明細書における任意のブロック図は、本開示の原理を実施する例示的な回路の概念図を表すことを当業者は理解すべきである。同様に、任意のフローチャート、流れ図、状態遷移図、擬似コードなどは、実質上コンピュータ読取り可能な媒体で表すことができ、したがって、コンピュータまたはプロセッサが明瞭に示してあろうとなかろうと、そうしたコンピュータまたはプロセッサによって実行することができる様々なプロセスを表すことが理解されよう。
【０１２１】
さらに、添付の特許請求の範囲は、本明細書により詳細な説明に援用され、各請求項は別々の例示的な実施形態として独立していてもよい。各請求項は別々の例示的な実施形態として独立していてもよいが、特許請求の範囲において従属請求項が１つまたは複数の他の請求項との特定の組合せに言及してもよく、他の例示的な実施形態も、その従属請求項と他の各従属請求項もしくは独立請求項の主題との組合せを含んでよいことに留意されたい。特定の組合せが意図されないことを明示しない場合は、このような組合せが本明細書において提案される。さらに、ある請求項が他の任意の独立請求項に直接依存しない場合でも、この独立請求項に対するその請求項の特徴をも含むものである。
【０１２２】
本明細書および特許請求の範囲に開示された方法は、これらの方法のそれぞれの作業のそれぞれを実行するための手段を有する装置によって実施してもよいことにさらに留意されたい。
【０１２３】
さらに、本明細書または特許請求の範囲に開示された複数の動作または機能は、特定の順序にあるものと解釈しなくてもよいことを理解されたい。したがって、複数の動作または機能の開示は、こうした動作または機能が技術的な理由で交換可能にならないのでなければ、これらを特定の順序に限定するものではない。さらに、実施形態によっては、ある単一の動作が複数の副動作を含んでもよく、またはそれらに分解されてもよい。明示的に排除されない限り、こうした副動作は、この単一の動作の開示に含まれてもよく、またその一部でもよい。
【符号の説明】
【０１２４】
１００  半導体デバイスを形成するための方法
１１０  エピタキシャル層を堆積させるステップ
１２０  酸素拡散領域を形成するステップ
１３０  少なくとも酸素拡散領域において焼戻し処理するステップ
２００  半導体デバイスを形成するための方法
２１０  酸素を注入するステップ
３００  半導体デバイスを形成するための方法
３３０  水素を注入するステップ
４０２  半導体基板の酸素濃度を測定するステップ
４０４  酸素注入
４０６  酸素注入
４０８  エピタキシャル成長
４１０  エピタキシャル層の少なくとも酸素拡散領域を焼戻し処理するステップ
４１２  半導体デバイスの表側に電界効果トランジスタ構造体を形成するステップ
４１４  キャリア基板の裏側からの薄型化処理
４１６  半導体デバイスの裏側にエミッタ層を形成するステップ
４２０  温度プロセス
４２２  デバイス表側の処理
４２４  裏側のメタライゼーションを含む後端部のＢＥプロセス
４８０  水素注入
５１０  キャリア基板
５２０  エピタキシャル基板
５２２  酸素拡散領域
５３０  絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタＩＧＢＴのトランジスタ・セル
５４０  ｐ＋エミッタ
７１２  表面領域
９１４  第１の濃度領域
９１６  第２の濃度領域
１３２４  水素濃度が増加した領域
１５００  半導体デバイス
１５１０  エピタキシャル基板
１５２０  複数のトランジスタ構造体またはダイオード構造体
１５３０  ドナー領域
１６００  半導体デバイス
１６１０  エピタキシャル基板
１６２０  ドナー領域
１７１０  ｐエミッタ領域
１７２０  第１の酸素濃度を有するｘ１からｘ２までの第１の部分
１７３０  第２の酸素濃度を有するｘ２からｘ３までの第２の部分
１７４０  第３の酸素濃度を有するｘ３からｘ４までの第３の部分
１７５０  ドリフト領域
【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５Ａ−５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９Ａ−９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０】
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【図１１Ａ−Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１２】
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【図１３Ａ−１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【外国語明細書】
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