[发明专利]单晶硅基板中的缺陷密度的控制方法

说明书

本发明提供一种单晶硅基板中的缺陷密度的控制方法，其中进行准备单晶硅基板的准备工序、粒子束照射工序及粒子束照射工序后的热处理工序，所述控制方法的特征在于，在进行准备工序之前，具有预先对试验用单晶硅基板照射粒子束后进行热处理并测定产生的缺陷密度的测定工序、以及取得所测定的缺陷密度与氮浓度的相关关系的相关关系取得工序，并基于已取得的相关关系，以使热处理工序后的单晶硅基板中的缺陷密度成为目标值的方式调节准备的单晶硅基板的氮浓度。由此提供一种在利用粒子束照射与热处理控制缺陷密度的器件的制造工序中，能够减小起因于单晶硅基板的缺陷密度的偏差，以高精度控制缺陷密度的单晶硅基板中的缺陷密度的控制方法。

技术领域

本发明涉及一种单晶硅基板中的缺陷密度的控制方法。

背景技术

在使用了单晶硅基板的半导体元件的制造工序中，会频繁地进行粒子束照射与热处理。例如，晶体管的源极/漏极的形成工序中，离子注入高浓度的掺杂剂，并通过后续的热处理，使掺杂剂活化，且同时使因离子注入而产生的损伤恢复。此外，在控制功率器件中的过剩载流子的复合寿命的工序中，通过电子束或质子等的粒子束照射，有意引入会成为载流子的复合中心的缺陷，并通过后续的热处理进行复合寿命的调节。

若对单晶硅基板照射高能量的粒子束，则晶格位置的硅原子会被弹出，生成间隙硅(I)与作为其空壳的空位(V)。由于过量生成的I及V为单体时并不稳定，因此会进行复合(V+I→O)，或者是I彼此、V彼此簇聚，又或者与单晶硅基板中所含的轻元素杂质进行反应而形成复合体。并且，I或V的簇、或者I或V与轻元素杂质的复合体在硅的能带隙中形成深能级，作为载流子的复合中心或产生中心发挥作用。针对这些复合中心或产生中心会使器件特性劣化的情况，希望尽可能地降低轻元素复合体的密度。

另一方面，以往一直使用以下技术：在IGBT(Insulated Gate BipolorTransistor，绝缘栅双极晶体管)或二极管等的功率器件中，通过粒子束照射与热处理在单晶硅基板中计划性地引入会成为载流子的复合中心的缺陷，将载流子的复合寿命控制地较短，由此使开关速度高速化，最终降低开关损耗(专利文献1～4)。此时，通过粒子束照射在室温附近引入多种会成为复合中心的缺陷，由于其中也存在热不稳定的缺陷种类，因此通过在粒子束照射后实施热处理来消除热不稳定的缺陷，并调节缺陷密度，能够得到复合寿命的期望的数值。

然而，即使将粒子束照射的条件及粒子束照射后的热处理的条件设为相同，也仍存在器件特性产生偏差的问题(非专利文献1～4)。作为器件特性的偏差的主要因素，猜测硅基板自身所包含的某种物质为主要因素，特别是碳和氧的杂质的影响令人担忧。

非专利文件1中指出，即使在进行相同的复合寿命控制的情况下，也存在开关损耗依赖于晶圆的问题，且认为由于通过电子束照射而产生的主要缺陷(CsI、CiCs或CiOi)中，仅CiOi活化能具有晶圆依赖性，且具有氧浓度越高则活化能越高的倾向，因此氧杂质为依赖于晶圆的主要因素(其中，Cs：取代型碳、Ci：间隙型碳、Oi：间隙型氧、I：间隙硅)。此外，非专利文献2及非专利文献3中示出了，当电子束照射后以350℃±10℃进行热处理时，作为IGBT的通态电压的V_CE(sat)与用光致发光法测定的来自CiOi的C线发光强度具有相关性。此外，非专利文献4中记载了，在FWD(Free Wheeling Diode，续流二极管)的恢复特性的改善中，如He照射那样以大于等于供体浓度的浓度局部引入晶体缺陷时，作为空穴陷阱发挥作用的CiOi的密度控制是重要的，进而碳浓度控制也是重要的。此时，需要控制轻元素复合体的密度使其尽可能不产生偏差。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-135509号公报

专利文献2：日本特开2000-200792号公报

专利文献3：国际公开第2013/100155号

专利文献4：国际公开第2007/055352号