[发明专利]半导体晶片的正向电压偏差减少方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种减少俯视观察半导体晶片时的正向电压的偏差的方法。在本说明书中，为了简化说明，有时将“半导体晶片”简称为“晶片”。此外，有时将“P型半导体层”简称为“P层”，且将“N型半导体层”简称为“N层”。

背景技术

已知一种用于缩短二极管的反向恢复时间的寿命控制等方法。该方法为，向层叠有P层和N层的晶片照射带电粒子，从而有意地在N层中生成结晶缺陷的技术。载流子被结晶缺陷捕获从而其寿命终结。带电粒子为离子或电子。作为离子的种类，典型地选定氦离子或质子。

对结晶缺陷进行概括说明。向晶片被照射的带电粒子将结晶结构中的硅原子弹出。于是，在结晶结构中形成缺少硅原子的空孔。该空孔被称为点缺陷。点缺陷本身并不稳定，要与其他的要素相结合才会稳定化。稳定的缺陷的形式之一为，多个点缺陷相结合而形成的缺陷，被称为多孔缺陷。稳定的缺陷的另一个形式为，晶片中所含有的杂质与点缺陷相结合而形成的缺陷，被称为复合缺陷。即，点缺陷与杂质相结合而形成复合缺陷。在此，“杂质”并不是决定半导体的导电型的杂质，而是无助于导电型的物质。在本说明书中，为便于说明，将上述无助于导电型而有助于点缺陷的稳定化的杂质，称为缺陷稳定化杂质，从而与决定导电型的杂质相区别。另外，决定导电型的典型的杂质为硼和磷，典型的缺陷稳定化杂质为氧和碳。

另一方面，已知如下情况，即，寿命与缺陷位置在晶片方向上的深度有关（日本特开2007－251003号公报、日本特开2009－239269号公报）。晶片的深度方向上的缺陷的位置能够通过提供给所照射的带电粒子的能量而进行调节。

发明内容

发明所要解决的课题

然而，一直以来，在制造二极管时经常使用有扩散晶片。另一方面，伴随着这些年电动汽车的普及，推进了逆变器的改良，且研究了将IGBT等晶体管元件和二极管形成于一个芯片上的半导体装置的开发。这是由于，在逆变器中较多地使用有晶体管与二极管的反向并联电路。在一个芯片上形成了IGBT和二极管的反向并联电路的装置被称为反向导通型IGBT（RCIGBT:Reverse Conducted Insulated Gate Bipolar Transistor）。

作为用于形成IGBT等晶体管和二极管的晶片，最好使用适合于制作IGBT的晶片。在制作IGBT时，应用通过FZ法（Floating Zone法）或MCZ法（Magnetic CZ法）而被制作出的晶片。即，适合于形成二极管的晶片与适合于形成IGBT的晶片有所不同。

本申请的发明人为了即使在RCIGBT中也改善二极管的寿命特性，从而向原本使用于IGBT的晶片均匀地照射了带电粒子。于是，发现了如下情况，即，晶片的正向电压Vf产生依赖于俯视观察晶片时的位置的偏差。具体而言，俯视观察晶片时的中央区域处的正向电压Vf高于边缘区域处的正向电压Vf。另外，正向电压Vf是指，在向二极管施加逐渐增大的正向的电压时，电流急剧增大的临界电压。在现有的被使用于二极管的晶片（扩散晶片等）中，未发现正向电压Vf的面内偏差（即使发现也极小）。但是，当向被使用于IGBT的晶片照射带电粒子时，将产生依赖于面内的位置的正向电压Vf的偏差。由于能够由一个晶片来制造多个半导体装置，因此正向电压Vf的偏差不为优选。本说明书公开了减少层叠有P层和N层的晶片的正向电压Vf的偏差的方法。

当追查尽管以相同的方式照射带电粒子，但半导体晶片仍具有正向电压Vf的偏差的原因时，得到了以下的见解。在被使用于二极管的晶片（扩散晶片，通过CZ法而形成的晶片）和被使用于IGBT的晶片（通过FZ法或MCZ法而形成的晶片）中，缺陷稳定化杂质的含有密度（浓度）存在较大差异。在经常被使用于二极管的晶片中，缺陷稳定化杂质的含有密度大概大于4.0xE＋17［atom/cm³］。另一方面，在经常被使用于IGBT的晶片中，缺陷稳定化杂质的含有密度大概小于4.0xE＋17［atom/cm³］。推测为，该差异的原因在于晶片的制造方法。之后，将缺陷稳定化杂质的含有密度大概大于4.0xE＋17［atom/cm³］的晶片称为杂质高密度晶片，将小于4.0xE＋17［atom/cm³］的晶片称为杂质低密度晶片。