率处，击穿电压变化宽度减小到小于或等于5%。因此，必要条件是根据本发明的半导体器件的体电阻率（即，半导体衬底的电阻率P。）满足以下表达式4。
[0105][表达式4]
[0106]P0^ 0.12V0
[0107]当电阻率P ^优选大于或等于0.125V。，更优选大于或等于0.133%时，击穿电压变化宽度能可靠地减小到小于或等于5%。
[0108]当电阻率P ^大于必要值时，一般而言，载流子的耗尽在开关期间加速，并且开关波形有可能振荡。例如，可确认，当在1200V的额定电压Vtl处体电阻率大于或等于300 Dcm时，即使在具有其中宽缓冲区设置在漂移层中的根据本发明的宽缓冲结构的二极管中，由于在反向恢复期间载流子的耗尽，也产生振荡现象。此外，发现当体电阻率太高时，振荡现象通常在其他额定电压处产生。该现象的重要因素是整个η—漂移层的总掺杂浓度(剂量)。这是因为在反向恢复期间空间电荷区的扩展根据泊松方程取决于总掺杂浓度(剂量)，并且由此所扫出载流子的总数也由总掺杂浓度确定。因此，可确认，当体电阻率在1200V的额定电压Vtl处大于300 Ω cm、体电阻率在600V的额定电压V C1处大于150 Ω cm、体电阻率在1700V的额定电压Vtl处大于425 Ω cm、体电阻率在3300V的额定电压V C1处大于825 Ω cm、并且体电阻率在4500V的额定电压Vtl处大于1125Qcm时，产生相同的振荡现象。在额定电压V。和体电阻率P C1之间建立关系P。彡0.25VP因此，体电阻率P C1必须满足以下表达式5。
[0109][表达式5]
[0110]p0<0.25V0
[0111]根据本发明的宽缓冲结构的要点在于，宽缓冲区在η—漂移层的一部分中形成，并且与具有衬底浓度(体杂质浓度)的一部分、或其净掺杂浓度小于衬底浓度的一部分接触。以此方式，击穿电压可无关于体浓度来确定。因此，击穿电压变化宽度可减小。在其中宽缓冲区分布在整个η—漂移层上的结构中，对杂质浓度和击穿电压的控制只取决于离子注入和驱动。因此，当额定电压改变时(具体地，当击穿电压增大时)，氢致供体分布在η—漂移层中大于或等于100 μπι的宽泛范围内，并且其杂质浓度必须降低。当前，实际上很难获取η_漂移层的上述浓度分布。
[0112]相反，在本发明中，可在体电阻率P C1的基础上确定主额定电压Vp实际击穿电压通过将氢致供体的杂质浓度与体净掺杂浓度(即，电阻率)相加来确定。因此，无论半导体器件的击穿电压如何都可应用本发明，并且在与氢相缔合的供体的有效剂量具有相对较小误差的情况下，本发明可减小电阻率变化宽度对击穿电压变化宽度的影响。以此方式，可容易地制造具有小击穿电压变化宽度的二极管。
[0113]在图2(c)中，用质子H+Il照射前表面(阳极电极)。然而，如图2(c)所示，可用质子H+Il照射后表面(阴极电极)。图3所示的方法的其他工艺与图2所示的制造方法的工艺相同。即，图2和图3之间的差异在于工艺(C)。
[0114]如上所述，根据第一实施例的半导体器件，宽缓冲区6设置在η—漂移层I中，该η_漂移层是其体电阻率P 0(Qcm)相对于额定电压Vtl(V)满足表达式2的衬底。宽缓冲区6的净掺杂浓度的总量在上述范围内。以此方式，即使当体电阻率的变化约为±12%时，二极管的击穿电压相对于体电阻率的变化而改变的范围也可减小。另外，半导体器件的开关特性相对于体电阻率的变化而改变的范围可减小。因此，击穿电压的变化和开关特性的变化可减小。
[0115]另外，根据制造根据第一实施例的半导体器件的方法，在FZ晶片10的一个主表面(IT漂移层I)上形成P阳极层2之后，在到比将在后续工艺中形成的P阳极层2或η +阴极层3深的部分的投影射程内用H+Il照射FZ晶片10的前表面或后表面，并且在大于或等于300°C且小于或等于550°C的温度下进行热处理。以此方式，在上述条件下在n_漂移层I中形成宽缓冲区6。在此情况下，FZ晶片10的电阻率(体电阻率)P ^目对于额定电压V。满足上述条件。以此方式，即使当体FZ晶片10的电阻率的变化约为±12%时，半导体器件的击穿电压相对于FZ晶片10的电阻率的变化而改变的范围也可减小。另外，半导体器件的开关特性相对于FZ晶片10的电阻率的变化而改变的范围可减小。因此，击穿电压的变化和开关特性的变化可减小。
[0116]在用质子H+Il照射以形成宽缓冲区6之前，在上述条件下将氧引入FZ晶片10。以此方式，当用质子H+Il照射晶片时，可防止宽缓冲区6中的电子和空穴的迀移率下降。
[0117]另外，使用FZ晶片10允许以低成本制造具有宽缓冲结构的二极管。以此方式，可降低制造成本。
[0118](第二实施例)
[0119]图7是示出根据第二实施例的半导体器件的结构和净掺杂浓度分布的示图。根据第一实施例的多个宽缓冲区6可设置在η—漂移层I中。
[0120]在第二实施例中，如图7所示，形成多个宽缓冲区6(图7中的三个宽缓冲区)。由此，多个宽缓冲区6允许精细地控制空间电荷区在开关期间的扩展。在形成有多个宽缓冲区的结构中，当额定电压Vtl为1200V时，优选体电阻率大于或等于144Dcm，其与第一实施例中的体电阻率相同。另外，当形成有多个宽缓冲区6时，与形成有一个宽缓冲区的结构相比，容易根据宽缓冲区数量形成具有高杂质浓度的宽缓冲区。因此，与形成有一个宽缓冲区的结构相比，在开关期间或当维持电源电压时，空间电荷区的电场强度的下降可能较大。因此，半导体器件的击穿电压减小。因此，体电阻率可进一步增大，并且优选体电阻率大于或等于0.15%。体电阻率的上限为0.25%，其与以上所述的相同。其他结构和第一实施例的结构相同。
[0121]接下来，描述其中形成有多个宽缓冲区的结构的操作和效果。图14是示出当施加反向偏压时漂移层的净掺杂浓度分布和内部电场强度分布之间的关系的特性图。在图14中，在包括具有平坦浓度分布的漂移层的根据相关技术的二极管、以及包括设置有多个宽缓冲区的漂移层的根据本发明的二极管中，当施加反向偏压时，漂移层的净掺杂浓度分布与内部电场强度分布相对应。图14(a)和14(b)是示出当施加电平与击穿电压相等的反向偏压且电场强度的最大值变成临界电场强度Ec(约2.5X105V/cm)以在具有平坦浓度分布的根据相关技术的二极管中导致雪崩击穿时电场强度分布((a))和供体浓度分布((b))的示图。图14(c)和14(d)是示出当施加有电平与击穿电压相等的反向偏压且在具有多个宽缓冲区的根据本发明的二极管中电场强度的最大值变成临界电场强度E。时电场强度分布((c))和供体浓度分布((d))的图表。在两个二极管中，假设FZ体晶片的供体浓度的标准值为Ntl，而FZ体晶片的供体浓度的测量值为(l+α )%(或(1-α )%，α >0)。替换地，当执行一系列元件形成工艺时，被处理成同时流动的单元的大量FZ体晶片(例如，50个FZ体晶片)中的FZ体晶片的供体浓度的测量值的标准偏差可以是(Ha)Ntl(或(1-C1)Ntl, α>0)。即，假设供体浓度的变化率为土 α (α >0)。
[0122]在本实施例中，例如，使用已知的扩展电阻仿形(profiling)法或C_V法作为测量晶片的供体浓度的方法。在图14(a)和14(c)中，为了便于说明，示出其中当施加电平与击穿电压相同的电压时耗尽层未到达η型阴极层的所谓的非穿通类型。然而，可使用其中耗尽层到达η型阴极层的穿通类型。在此情况下，类似于非穿通类型，建立以下讨论。
[0123]对于根据相关技术的二极管，当在电场强度E在距ρη结的深度X0处为O的边界条件下求解泊松方程时，电压值(击穿电压值)Φ。在供体浓度为NC1时为Φ ο= -(1/2) X0Eco当电场强度在作为边界条件的位置X土处为O时，击穿电压值的最大值和最小值Φ 土在体供体浓度变化(I土 α)Ν。时为Φ 土 = Oq/(1土 α/2)。因此，击穿电压值的变化率Δ Φ/Φ。为 4 α / {(2- α ) (2+ α )}(其中 Δ Φ = Φ_-Φ+)。
[0124]在包括多个宽缓冲区的根据本发明的二极管中，严格而言，当求解泊松方程时，泊松方程的值被复杂化。因此，在本实施例中，使用简单的方法来计算电压值的变化率ΔΦ/Φ0ο首先，如图14(d)所示，假设形成浓度为体供体浓度Ntl的β倍且宽度为Wtl的η个宽缓冲区。另外，假设宽缓冲区的杂质浓度理想地分布，并且杂质浓度没有变化。假设β大于I。在图14(c)中，由于每一宽缓冲区的电场强度的梯度大小为另一宽缓冲区的大小的β倍，因此发生大于体部分(浓度Ntl)的电场强度的下降ΛΕ。当电场强度的“下降”连续地发生η次时，其中未发生电场强度的“下降”的部分(即，体部分而非宽缓冲区)的总长度相对于漂移层的总宽度Wd的比率γ为(Wd-1iWciVWp由于满足η多2且0<H因此γ大于或等于O且小于或等于I。另一方面，减小η倍的电场强度ΔΕ相对于相同电场强度的最大值比率Tl为Σ i Λ EiZEc= q β N 0nff0/ (Ec ε ^ ε Si)(其中q为基本电荷，ε C1为真空的电容率，而eSi为硅的相对电容率)。η大于或等于O且小于或等于I。即，假设当设置多个宽缓冲区时电压值的变化率是通过从具有平坦浓度分布的根据相关技术的二极管的变化率去除不受体浓度变化影响的宽缓冲区的贡献、以及在宽缓冲区中电场强度“下降”的部分的贡献而获取的值。在该假设的基础上，电压值的变化率ΛΦ/Otl通过具有平坦浓度分布的根据相关技术的二极管中的相同比率乘以因子(γ/η)来获取。因此，建立ΛΦ/ν。=4α (γ/η)/{(2-α) (2+α)}。当α大于0%且小于或等于12%时，Λ Φ/V。在该范围内可接近4α/{(2-α ) (2+α)} ^ α，并且建立Λ Φ/Φρ α (γ/η) ο随着宽缓冲区的总数η增大，γ减小。因此，电压值的变化宽度ΛΦ/0^减小。另外，随着宽缓冲区的浓度大于体浓度Ntl(即，β增大)或宽缓冲区的数量η增大，电场强度“下降”的比率Tl增大。另外，随着宽缓冲区的宽度Wtl增大，η增大。因此，随着具有高浓度和大宽度的缓冲区的数量增大，理论上，电压(击穿电压)的变化率ΔΦ/Φ。减小。
[0125]例如，对于标准值为Ntl= 2x 113原子/cm 3的FZ体晶片，假设Ntl的变化率α为12 %、所形成的宽缓冲区的数量η为3、宽度Wtl为6 μ m、并且宽缓冲区的浓度相对于N ^的倍数β为10。在此情况下，由于η为2.19且γ为0.85，因此击穿电压的变化率Δ Φ/Φ。为显著小于α的0.047(4.7%)，并且可满足市场所需的5%的击穿电压变化宽度。因此，当形成多个宽缓冲区以满足以下表达式6的条件时，有可能将击穿电压值的变化率△ Φ/Φ。减小到小于优选的FZ体晶片的变化率。
[0126][表达式6]
[0127]4α (γ/η)/{(2-α ) (2+α )}<α
[0128]另外，当形成多个宽缓冲区以满足4 α (γ/η)/{(2-α) (2+α)}彡0.05时，有可能可靠地将击穿电压值的变化率△ Φ/Φ^减小到小于优选的FZ体晶片的变化率。
[0129]上述考虑是理想的。例如，当β (宽缓冲区的浓度相对于体浓度Ntl的倍数)太大或当η(宽缓冲区的数量)太大时，电场强度的总“下降”增大，并且难以获取足够的击穿电压。当β只是充分地接近I的值时，在电场强度的“下降” ΔΕ和体电场强度的下降之间不存在大的差异，并且宽缓冲区的效果降低，这使得防止击穿电压变化变得困难。因此，β、Wo、以及η必须在击穿电压、击穿电压的变化、以及防止反向恢复振荡的效果的基础上确定。另外，每一宽缓冲区的形状接近通过质子照射的高斯分布。指示高斯分布扩散的半宽度与Wtl相对应，并且取决于质子加速能量。当通过用质子照射来形成宽缓冲区时，例如，要考虑供体浓度在给定宽缓冲区上积分，并且该积分值被半宽度平均。即，由于电场强度的“下降”ΛΕ由宽缓冲区的积分值的总和(有效剂量)确定，因此它不明显地取决于宽缓冲区的形状(该形状是矩形或高斯分布)之间的差异。因此，选择IKWtl、以及η以实际上确定每一宽缓冲区的总积分浓度。另外，在不取决于额定电压的情况下建立上述表达式6。原因如下。临界电场强度Ε。对根据额定电压而确定的体晶片的浓度的依赖性较弱，并且要考虑依赖性为基本恒定的值。另外，电场强度的“下降” ΔΕ不取决于每一宽缓冲区的浓度或体晶片的浓度，但取决于每一宽缓冲区的浓度或体晶片的浓度的积分值(总浓度或有效剂量)。
[0130]与第一实施例中一样，多个宽缓冲区6(图7)的有效剂量之和可大于或等于4.8 X 111原子/cm 2且小于或等于1.0X10 12原子/cm 2。在第二实施例中，当三个宽缓冲区6具有图7所示的峰值浓度和半宽度时，宽缓冲区的积分浓度按距阳极电极4的距离递增的次序为4X 111原子/cm 2 (峰值浓度为2 X 114原子/cm 3，而半宽度为20 μ m)、3 X 111原子/cm2 (峰值浓度为3 X 114原子/cm3，而半宽度为10 μ m)、2 X 111原子/cm2 (峰值浓度为4 X 114原子/cm3，而半宽度为5 μ m)，并且积分浓度之和为9 X 111原子/cm2。
[0131]