单晶硅基板中的缺陷密度的控制方法技术

本发明专利技术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。度的控制方法。度的控制方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单晶硅基板中的缺陷密度的控制方法


[0001]本专利技术涉及一种单晶硅基板中的缺陷密度的控制方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]另一方面，以往一直使用以下技术：在IGBT(Insulated Gate Bipolor Transistor，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。
[0005]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。
[0006]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
[0007]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号非专利文献
[0008]非专利文献1：清井他，第61回応用物理学会春季学術講演会講演予稿集，19p-F9-14.非专利文献2：湊他，第4回
パワーデバイス
用
シリコンおよび
関連半導体材料
に
関
する
研究会p.77.非专利文献3：K.Takano et al.,Proceeding of the 27th International Symposium on Power Semiconductor Devices&IC
’
s,2015,p.129.非专利文献4：杉山他，第4回
パワーデバイス
用
シリコンおよび
関連半導体材料
に
関
する
研究会p.71.

技术实现思路

本专利技术要解决的技术问题
[0009]如上所述，为了提升器件特性，需要更严格地控制因粒子束照射与热处理而形成的轻元素复合体的密度。
[0010]虽然通常认为若粒子束照射的条件及粒子束照射后的热处理的条件相同，则能够通过控制作为轻元素复合体的构成元素的碳或氧的浓度来控制因粒子束照射与热处理而形成的轻元素复合体的密度，但实际上并非必然如此，还会有即使将碳浓度及氧浓度设为相同，轻元素复合体的密度有时也仍产生偏差的问题。
[0011]本专利技术鉴于上述问题而完成，其目的在于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，能够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。解决技术问题的技术手段
[0012]为了达成上述目的，本专利技术提供一种单晶硅基板中的缺陷密度的控制方法，其中进行下述工序：准备控制缺陷密度的单晶硅基板的准备工序；对准备的所述单晶硅基板照射粒子束的粒子束照射工序；以及该粒子束照射工序后的对所述单晶硅基板实施热处理的热处理工序，所述控制方法的特征在于，在进行所述准备工序之前，具有：预先对氮浓度不同的多个试验用单晶硅基板照射所述粒子束后进行热处理，并测定所述多个试验用单晶硅基板中产生的缺陷密度的测定工序；以及取得所测定的所述缺陷密度与所述氮浓度的相关关系的相关关系取得工序，并基于已取得的所述相关关系，以使所述热处理工序后的所述单晶硅基板中的缺陷密度成为目标值的方式，调节所述准备工序中准备的所述单晶硅基板的氮浓度。
[0013]如此，只要基于预先由试验用单晶硅基板得到的热处理工序后的单晶硅基板中的缺陷密度与氮浓度的相关关系，通过调节单晶硅基板的氮浓度来控制缺陷密度，就能够减小起因于单晶硅基板的缺陷密度的偏差。
[0014]此外，此时，优选将作为控制所述缺陷密度的对象的缺陷设为碳或含有碳及氧的复合体。
[0015]晶体生长时，单晶硅基板中会混入作为杂质的碳及氧。在这样的单晶硅基板中，只要基于热处理工序后的碳或包含碳及氧的复合体的浓度与氮浓度的相关关系，通过调节单晶硅基板的氮浓度来控制缺陷密度，就能够减小起因于单晶硅基板的缺陷密度的偏差。
[0016]此外，在所述测定工序中，作为测定所述缺陷密度的方法，优选使用阴极射线发光法或光致发光法。
[0017]由于通过阴极射线发光法或光致发光法能够检测到作为来自碳的发光线的G线或作为来自包含碳及氧的复合体的发光线的C线，因此作为测定碳或包含碳及氧的复合体的浓度的方法，能够适宜地使用阴极射线发光法或光致发光法。
[0018]此外，优选由利用悬浮区熔法(FZ法)生长的掺氮单晶硅制造准备的所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种单晶硅基板中的缺陷密度的控制方法，其中进行下述工序：准备控制缺陷密度的单晶硅基板的准备工序；对准备的所述单晶硅基板照射粒子束的粒子束照射工序；以及所述粒子束照射工序后的对所述单晶硅基板实施热处理的热处理工序，所述控制方法的特征在于，在进行所述准备工序之前，具有：预先对氮浓度不同的多个试验用单晶硅基板照射所述粒子束后进行热处理，并测定所述多个试验用单晶硅基板中产生的缺陷密度的测定工序；以及取得所测定的所述缺陷密度与所述氮浓度的相关关系的相关关系取得工序，并基于已取得的所述相关关系，以使所述热处理工序后的所述单晶硅基板中的缺陷密度成为目标值的方式，调节所述准备工序中准备的所述单晶硅基板的氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：竹野博，
申请(专利权)人：信越半导体株式会社，
类型：发明
国别省市：