单晶硅基板的分选方法及单晶硅基板技术

本发明专利技术提供一种单晶硅基板的分选方法，其具有以下工序：由晶锭制作并准备作为候补的单晶硅基板的准备工序；粒子束照射工序；恢复热处理工序；测定过剩载流子衰减曲线的测定工序；由过剩载流子衰减曲线中的过剩载流子浓度衰减至1/e的时间LT及过剩载流子浓度衰减至X％(1≤X≤10)的时间t

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单晶硅基板的分选方法及单晶硅基板
本专利技术涉及一种单晶硅基板的分选方法及单晶硅基板。
技术介绍
近年来，强烈要求改善能源效率与削减温室效应气体，作为电力用半导体装置的逆变器的需求正在扩大。为了逆变器装置的高效率化和小型化，期望半导体元件的高频化，因此需要将半导体元件的功率损耗抑制得较低。作为构成逆变器的主要的半导体元件，有IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管)与FWD(FreeWheelingDiode，续流二极管)。在IGBT中，当在开关操作中从开启(ON)状态向断开(OFF)状态关断时，会产生直到积蓄在漂移层内的载流子复合而消失为止都在流动的拖尾电流，因此存在关断时的功率损耗(关断损耗)伴随着高频化而增大的问题。在FWD的情况下，当由导通状态切断电流时，存在于内部的大量载流子流向反方向，由于反向电流增加至最大值后开始减小，因此存在拖尾电流流动的期间。若该拖尾电流较大，则存在反向恢复时的功率损耗(反向恢复损耗)增大的问题。由此，对于逆变器的高频化或效率提高而言，降低IGBT关断时的拖尾电流与FWD的反向恢复时的拖尾电流从而降低整体的功率损耗是重要的。为了降低IGBT的关断损耗或FWD的反向恢复损耗，存在一种通过照射粒子束等形成载流子的复合寿命较短的区域的方法(专利文献1、专利文献2、专利文献3)。在这些方法中，通过缩短确定区域的载流子的复合寿命，能够有效地降低IGBT关断时的拖尾电流或FWD的反向恢复时的拖尾电流，其结果，能够降低整体的功率损耗。此外，对于功率器件的耐压特性，由于单晶硅基板中的氧供体的形成会导致单晶硅基板的电阻率的些许偏差而成为问题，因此对于高性能的器件，多使用几乎不含氧的FZ(FloatingZone)单晶硅基板，或通过在CZ(Czochralski)法中施加了磁场的MCZ法而制成的极低氧浓度的单晶硅基板。作为测定载流子的复合寿命的方法，广泛使用了微波光电导衰减法(MicrowaveMethodMethodConductiveDecaymethod：μ-PCD法)。在该μ-PCD法中，首先照射能量大于单晶硅的能带隙的光脉冲，使单晶硅基板中产生过剩载流子(即，注入过剩载流子)。虽然晶圆的导电率因产生的过剩载流子而升高，但在之后，随着时间的经过，过剩载流子复合并消失，由此导电率降低。通过将该变化作为反射微波功率的时间变化(过剩载流子衰减曲线)进行检测及解析，可求出复合寿命。另外，若对单晶硅基板照射粒子束，则在禁带中会产生形成作为复合中心的能级的缺陷，复合寿命缩短。复合寿命被定义为过剩载流子的浓度通过复合而衰减至1/e(＝约0.368)的时间(非专利文献1)，将由可视作反射微波功率的指数函数的衰减部分(主模式)求出的衰减的时间常数称为主模式寿命，将反射微波功率衰减至光脉冲照射时的1/e的时间称为1/e寿命。不论是哪一种定义的复合寿命，均通过在过剩载流子衰减曲线中对过剩载流子浓度变为注入时的数十％左右的较高的部分进行解析而求出。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平第10-074959号公报专利文献2：日本特开第2014-056881号公报专利文献3：日本特开平第06-021358号公报非专利文献非专利文献1：JEIDA-53-1997“硅晶圆的基于反射微波光电导衰减法的复合寿命测定方法”
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题如上所述，在功率器件的制造工序中，使用了通过使用粒子束照射控制载流子的复合寿命从而抑制拖尾电流的技术。然而，其存在以下问题，以较高浓度的过剩载流子的衰减为对象的复合寿命的特性未必会反映较低浓度的过剩载流子的衰减成为问题的拖尾电流的特性。此外，通常认为复合寿命越短(即，高浓度的过剩载流子的衰减越快)则越抑制拖尾电流(即，低浓度的过剩载流子的衰减也快)，但并不一定如此，还存在即使复合寿命较短，低浓度的过剩载流子的衰减也慢的问题。此外，为了进一步推进开关器件的高速化与低功率损耗化，期望一种能够更确实地抑制拖尾电流的单晶硅基板。即，虽然期望一种能够通过复合寿命的控制更确实地抑制拖尾电流的单晶硅基板，但还没有分选这种单晶硅基板的方法。本专利技术鉴于上述问题而成，其目的在于提供一种分选能够通过复合寿命的控制抑制拖尾电流的单晶硅基板的方法。此外，本专利技术的目的还在于提供一种能够通过复合寿命的控制抑制拖尾电流的单晶硅基板。解决技术问题的技术手段为了达成上述目的，本专利技术提供一种单晶硅基板的分选方法，所述单晶硅基板为控制载流子的复合寿命的单晶硅基板，所述分选方法的特征在于，具有以下工序：由单晶硅锭制作并准备作为所述单晶硅基板的候补的单晶硅基板的准备工序；对所述准备的单晶硅基板照射粒子束的粒子束照射工序；对所述粒子束照射工序后的所述单晶硅基板实施热处理的恢复热处理工序；在所述恢复热处理工序后的所述单晶硅基板中注入过剩载流子，并测定过剩载流子衰减曲线的测定工序，所述过剩载流子衰减曲线为过剩载流子浓度相对于注入所述过剩载流子后的经过时间的衰减曲线；在所述测定的过剩载流子衰减曲线中，求出所述过剩载流子浓度衰减至1/e的时间LT及所述过剩载流子浓度衰减至X％(1≤X≤10)的时间tTail(X)之后，使用下述公式1，计算出所述tTail(X)与所述过剩载流子浓度衰减至X％的理想衰减时间[-LT×ln(X/100)]的差ΔtTail(X)，并在该ΔtTail(X)的值为预先确定的判定值以下时，判定所述单晶硅基板合格的判定工序；分选由与制作出通过所述判定而被判定为合格的单晶硅基板的所述单晶硅锭相同的单晶硅锭制作的单晶硅基板作为所述控制载流子的复合寿命的单晶硅基板的分选工序。ΔtTail(X)＝tTail(X)-[-LT×ln(X/100)]···(1)通过使用这样的分选方法分选单晶硅基板，能够分选通过复合寿命的控制更确实地抑制了拖尾电流的单晶硅基板。此外，通过使用以这样的方式分选的单晶硅基板制作器件，对于通过粒子束照射与之后的恢复热处理控制载流子的复合寿命从而抑制拖尾电流的功率器件，能够通过复合寿命的控制抑制拖尾电流，由此能够降低功率损耗。此时，在所述测定工序中，作为测定所述衰减曲线的方法，优选使用微波光电导衰减法(μ-PCD法)。如此，通过使用μ-PCD法，能够极其简便地在短时间内测定过剩载流子衰减曲线。此外，优选在所述判定工序中，在过剩载流子浓度衰减至注入时的所述过剩载流子浓度的X％(1≤X≤10)时的所述ΔtTail(X)的值为2μsec以下时，判定所述单晶硅基板合格。若以这样的判定条件进行判定，则可分选出能够通过复合寿命的控制而更确实地抑制拖尾电流的单晶硅基板。此外，为了达成上述目的，本专利技术提供一种单晶硅基板，所述单晶硅基板为控制载流子的复合寿命的单晶硅基板，其特征在于，在对所述单晶硅基板实施粒子束照射与恢复热处理之后，注入过剩载流子，并测定了作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单晶硅基板的分选方法，所述硅单晶基板为控制载流子的复合寿命的硅单晶基板，所述分选方法的特征在于，具有以下工序：/n由单晶硅锭制作并准备作为所述单晶硅基板的候补的单晶硅基板的准备工序；/n对所述准备的单晶硅基板照射粒子束的粒子束照射工序；/n对所述粒子束照射工序后的所述单晶硅基板实施热处理的恢复热处理工序；/n在所述恢复热处理工序后的所述单晶硅基板中注入过剩载流子，并测定过剩载流子衰减曲线的测定工序，所述过剩载流子衰减曲线为过剩载流子浓度相对于注入所述过剩载流子后的经过时间的衰减曲线；/n在所述测定的过剩载流子衰减曲线中，求出所述过剩载流子浓度衰减至1/e的时间LT及所述过剩载流子浓度衰减至X％(1≤X≤10)的时间t

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180425 JP 2018-0838481.一种单晶硅基板的分选方法，所述硅单晶基板为控制载流子的复合寿命的硅单晶基板，所述分选方法的特征在于，具有以下工序：
由单晶硅锭制作并准备作为所述单晶硅基板的候补的单晶硅基板的准备工序；
对所述准备的单晶硅基板照射粒子束的粒子束照射工序；
对所述粒子束照射工序后的所述单晶硅基板实施热处理的恢复热处理工序；
在所述恢复热处理工序后的所述单晶硅基板中注入过剩载流子，并测定过剩载流子衰减曲线的测定工序，所述过剩载流子衰减曲线为过剩载流子浓度相对于注入所述过剩载流子后的经过时间的衰减曲线；
在所述测定的过剩载流子衰减曲线中，求出所述过剩载流子浓度衰减至1/e的时间LT及所述过剩载流子浓度衰减至X％(1≤X≤10)的时间tTail(X)之后，使用下述公式1，计算出所述tTail(X)与所述过剩载流子浓度衰减至X％的理想衰减时间[-LT×ln(X/100)]的差ΔtTail(X)，并在该ΔtTail(X)的值为预先确定的判定值以下时，判定所述单晶硅基板合格的判定工序；
分选由与制作出通过所述判定而被判定为合格的单晶硅基板的所述单晶硅锭相同的单晶硅锭制作的单晶硅基板作为所述控制载流子的复合寿命的单晶硅基板的分选工序，
ΔtTa...

【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：日本;JP