半導(dǎo)體晶片的正向電壓偏差減少方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種正向電壓的偏差減少方法，其為減少如下的半導(dǎo)體晶片的正向電壓Vf的偏差的方法，所述半導(dǎo)體晶片為N型的半導(dǎo)體晶片，并且在俯視觀察半導(dǎo)體晶片時N層中所含有的雜質(zhì)的密度存在偏差。本說明書所公開的正向電壓偏差減少方法為，向N型的半導(dǎo)體晶片照射帶電粒子，從而在N層中生成缺陷以減少正向電壓的偏差的方法。其中一個方式為，以在俯視觀察半導(dǎo)體晶片時根據(jù)N層的雜質(zhì)的密度而使深度方向上的到達(dá)位置或照射密度不同的方式，照射帶電粒子。例如，以向半導(dǎo)體晶片的中央?yún)^(qū)域照射的帶電粒子的晶片深度方向上的到達(dá)位置，與向半導(dǎo)體晶片的邊緣區(qū)域照射的帶電粒子的到達(dá)位置相比，較靠近于P型半導(dǎo)體層的方式，照射帶電粒子。
【專利說明】半導(dǎo)體晶片的正向電壓偏差減少方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種減少俯視觀察半導(dǎo)體晶片時的正向電壓的偏差的方法。在本說明 書中，為了簡化說明，有時將"半導(dǎo)體晶片"簡稱為"晶片"。此外，有時將"P型半導(dǎo)體層"簡 稱為"P層"，且將"N型半導(dǎo)體層"簡稱為"N層"。

【背景技術(shù)】
[0002] 已知一種用于縮短二極管的反向恢復(fù)時間的壽命控制等方法。該方法為，向?qū)盈B 有P層和N層的晶片照射帶電粒子，從而有意地在N層中生成結(jié)晶缺陷的技術(shù)。載流子被 結(jié)晶缺陷捕獲從而其壽命終結(jié)。帶電粒子為離子或電子。作為離子的種類，典型地選定氦 離子或質(zhì)子。
[0003] 對結(jié)晶缺陷進(jìn)行概括說明。向晶片被照射的帶電粒子將結(jié)晶結(jié)構(gòu)中的硅原子彈 出。于是，在結(jié)晶結(jié)構(gòu)中形成缺少硅原子的空孔。該空孔被稱為點缺陷。點缺陷本身并不 穩(wěn)定，要與其他的要素相結(jié)合才會穩(wěn)定化。穩(wěn)定的缺陷的形式之一為，多個點缺陷相結(jié)合而 形成的缺陷，被稱為多孔缺陷。穩(wěn)定的缺陷的另一個形式為，晶片中所含有的雜質(zhì)與點缺陷 相結(jié)合而形成的缺陷，被稱為復(fù)合缺陷。即，點缺陷與雜質(zhì)相結(jié)合而形成復(fù)合缺陷。在此， "雜質(zhì)"并不是決定半導(dǎo)體的導(dǎo)電型的雜質(zhì)，而是無助于導(dǎo)電型的物質(zhì)。在本說明書中，為便 于說明，將上述無助于導(dǎo)電型而有助于點缺陷的穩(wěn)定化的雜質(zhì)，稱為缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)，從而 與決定導(dǎo)電型的雜質(zhì)相區(qū)別。另外，決定導(dǎo)電型的典型的雜質(zhì)為硼和磷，典型的缺陷穩(wěn)定化 雜質(zhì)為氧和碳。
[0004] 另一方面，已知如下情況，即，壽命與缺陷位置在晶片方向上的深度有關(guān)（日本特 開2007 - 251003號公報、日本特開2009 - 239269號公報)。晶片的深度方向上的缺陷的 位置能夠通過提供給所照射的帶電粒子的能量而進(jìn)行調(diào)節(jié)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明所要解決的課題
[0006] 然而，一直以來，在制造二極管時經(jīng)常使用有擴(kuò)散晶片。另一方面，伴隨著這些年 電動汽車的普及，推進(jìn)了逆變器的改良，且研究了將IGBT等晶體管元件和二極管形成于一 個芯片上的半導(dǎo)體裝置的開發(fā)。這是由于，在逆變器中較多地使用有晶體管與二極管的反 向并聯(lián)電路。在一個芯片上形成了 IGBT和二極管的反向并聯(lián)電路的裝置被稱為反向?qū)?型 IGBT (RCIGBT:Reverse Conducted Insulated Gate Bipolar Transistor)。
[0007] 作為用于形成IGBT等晶體管和二極管的晶片，最好使用適合于制作IGBT的晶片。 在制作IGBT時，應(yīng)用通過FZ法（Floating Zone法）或MCZ法（Magnetic CZ法）而被制作 出的晶片。S卩，適合于形成二極管的晶片與適合于形成IGBT的晶片有所不同。
[0008] 本申請的發(fā)明人為了即使在RCIGBT中也改善二極管的壽命特性，從而向原本使 用于IGBT的晶片均勻地照射了帶電粒子。于是，發(fā)現(xiàn)了如下情況，S卩，晶片的正向電壓Vf 產(chǎn)生依賴于俯視觀察晶片時的位置的偏差。具體而言，俯視觀察晶片時的中央?yún)^(qū)域處的正 向電壓Vf高于邊緣區(qū)域處的正向電壓Vf。另外，正向電壓Vf是指，在向二極管施加逐漸增 大的正向的電壓時，電流急劇增大的臨界電壓。在現(xiàn)有的被使用于二極管的晶片(擴(kuò)散晶片 等）中，未發(fā)現(xiàn)正向電壓Vf的面內(nèi)偏差（即使發(fā)現(xiàn)也極小)。但是，當(dāng)向被使用于IGBT的晶 片照射帶電粒子時，將產(chǎn)生依賴于面內(nèi)的位置的正向電壓Vf的偏差。由于能夠由一個晶片 來制造多個半導(dǎo)體裝置，因此正向電壓Vf的偏差不為優(yōu)選。本說明書公開了減少層疊有P 層和N層的晶片的正向電壓Vf的偏差的方法。
[0009] 當(dāng)追查盡管以相同的方式照射帶電粒子，但半導(dǎo)體晶片仍具有正向電壓Vf的偏 差的原因時，得到了以下的見解。在被使用于二極管的晶片(擴(kuò)散晶片，通過CZ法而形成的 晶片）和被使用于IGBT的晶片（通過FZ法或MCZ法而形成的晶片）中，缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的 含有密度(濃度）存在較大差異。在經(jīng)常被使用于二極管的晶片中，缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的含有 密度大概大于4. OxE + 17 [atom/cm3]。另一方面，在經(jīng)常被使用于IGBT的晶片中，缺陷穩(wěn) 定化雜質(zhì)的含有密度大概小于4.0xE + 17[atom/cm3]。推測為，該差異的原因在于晶片的 制造方法。之后，將缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的含有密度大概大于4. OxE+17 [atom/cm3]的晶片 稱為雜質(zhì)高密度晶片，將小于4. OxE + 17 [atom/cm3]的晶片稱為雜質(zhì)低密度晶片。
[0010] 并且，根據(jù)發(fā)明人的研究，在照射帶電粒子而生成缺陷的情況下，在雜質(zhì)高密度晶 片中，點缺陷的密度（即，此密度與所照射的帶電粒子的密度等效）為決定復(fù)合缺陷的密度 的支配性原因，另一方面，明確了在雜質(zhì)低密度晶片的情況下，缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度為決 定復(fù)合缺陷的密度的支配性原因。而且，在雜質(zhì)低密度晶片中，缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度在面 內(nèi)存在偏差，因此，即使均勻地照射帶電粒子，因缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的含有密度的偏差，從而 在復(fù)合缺陷的密度中產(chǎn)生偏差，其結(jié)果推測為，在正向電壓Vf中產(chǎn)生偏差。
[0011] 另外，在雜質(zhì)高密度晶片的情況下，假設(shè)即使缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的分布存在偏差，偏 差的分布也不會對所生成的復(fù)合缺陷的密度造成較大的影響。認(rèn)為其原因在于，當(dāng)缺陷穩(wěn) 定化雜質(zhì)的密度整體上較高時，即使存在偏差，也存在有足夠的、用于與通過帶電粒子的照 射而產(chǎn)生的幾乎全部的點缺陷相互作用從而生成復(fù)合缺陷的缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)。因此，在經(jīng) 常被使用于二極管的晶片中，缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的晶片面內(nèi)的偏差的影響并不顯著，只要向 晶片表面均勻地照射帶電粒子，便能夠在晶片的整個面上獲得大致均勻的正向電壓Vf。
[0012] 但是，在IGBT用的雜質(zhì)低密度晶片的情況下，即使均勻地照射帶電粒子，缺陷穩(wěn) 定化雜質(zhì)的面內(nèi)的偏差也會造成顯著的影響，從而導(dǎo)致正向電壓Vf在面內(nèi)產(chǎn)生偏差。如上 所述，在通過FZ法或MCZ法而被制成的晶片中，在晶片的面內(nèi)，中央?yún)^(qū)域與周邊區(qū)域相比， 缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度較高，因此，中央?yún)^(qū)域的正向電壓Vf高于邊緣區(qū)域的正向電壓Vf。
[0013] 根據(jù)上述的見解，本說明書提供一種減少晶片面內(nèi)的正向電壓Vf的偏差的方法。 在該方法中，在向晶片的N層射入帶電粒子從而形成結(jié)晶缺陷（點缺陷）時，以向晶片的中 央?yún)^(qū)域照射的帶電粒子的照射密度低于向邊緣區(qū)域照射的帶電粒子的照射密度的方式，照 射帶電粒子。反過來說，以向邊緣區(qū)域照射的帶電粒子的照射密度高于向中央?yún)^(qū)域照射的 帶電粒子的照射密度的方式，照射帶電粒子。即，在缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度較低的邊緣區(qū)域 中，提高所照射的帶電粒子的密度，從而生成較多的復(fù)合缺陷。通過此種方式，在中央?yún)^(qū)域 中所生成的復(fù)合缺陷的密度與邊緣區(qū)域中的復(fù)合缺陷的密度相平衡，從而正向電壓Vf在 面內(nèi)被均勻化。即，通過照射帶電粒子而使復(fù)合缺陷的偏差減小，其結(jié)果為，正向電壓Vf被 均勻化。在此，"照射密度"是指，向晶片的每單位面積照射的帶電粒子的量。
[0014] 此外，如前文所述，已知在層疊有N層和P層的晶片中，正向電壓Vf依賴于在N層 中所生成的復(fù)合缺陷的位置距P層的距離。即，在N層中所生成的復(fù)合缺陷的位置距P層 越遠(yuǎn)，則Vf越高。所生成的復(fù)合缺陷的位置(深度)與所射入的帶電粒子的深度方向上的到 達(dá)位置大致等效。因此，通過以向晶片的中央?yún)^(qū)域照射的帶電粒子的到達(dá)位置與向晶片的 邊緣區(qū)域照射的帶電粒子的到達(dá)位置相比較靠近于P層的方式，照射帶電粒子，也能夠使 正向電壓Vf均勻化。
[0015] 本說明書所公開的技術(shù)也能夠應(yīng)用于如下的晶片中，即，具有缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的 密度的偏差與上述的類型不同的偏差的晶片。例如，當(dāng)在俯視觀察晶片時缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì) 的密度在中央?yún)^(qū)域較低而在邊緣區(qū)域較高的情況下，只需以帶電粒子的照射密度在中央?yún)^(qū) 域比在邊緣區(qū)域高的方式進(jìn)行照射即可?；蛘撸恍枰运丈涞膸щ娏Ｗ拥木疃确较?上的到達(dá)位置在中央?yún)^(qū)域中比在邊緣區(qū)域中距P層較遠(yuǎn)的方式，照射帶電粒子即可。如果 以將缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的偏差一般化的形式來表現(xiàn)本說明書中所公開的技術(shù)，則表現(xiàn)為如 下。本說明書中公開了減少如下半導(dǎo)體晶片的正向電壓Vf的偏差的方法，所述半導(dǎo)體晶片 為，在俯視觀察半導(dǎo)體晶片時N型半導(dǎo)體層中所含有的缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度存在偏差的 半導(dǎo)體晶片。該偏差減少方法可表現(xiàn)為，以根據(jù)缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度而使深度方向上的 到達(dá)位置或者照射密度不同的方式，照射帶電粒子。更具體而言，本說明書中所公開的正向 電壓Vf的偏差減少方法可表現(xiàn)為，以向在俯視觀察晶片時N層中以第一密度含有缺陷穩(wěn)定 化雜質(zhì)的第一區(qū)域照射的帶電粒子的晶片深度方向上的到達(dá)位置，與向以低于第一密度的 第二密度含有缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的第二區(qū)域照射的帶電粒子的到達(dá)位置相比，較靠近于P層 的方式，照射帶電粒子。或者，本說明書所公開的方法也可以采用如下方式，即，以向第一區(qū) 域照射的帶電粒子的照射密度低于向第二區(qū)域照射的帶電粒子的照射密度的方式，照射帶 電粒子。
[0016] 有時帶電粒子的到達(dá)深度會被稱為"射程"。射程依賴于提供給帶電粒子的能量。 即，所提供的能量(加速能量)越小，則射程越短。因此，為了根據(jù)面內(nèi)的區(qū)域而改變射程，只 需一邊改變所提供的能量一邊照射帶電粒子即可。或者，只需經(jīng)由厚度對應(yīng)于晶片面內(nèi)的 位置而有所不同的金屬板，而向晶片照射固定能量的帶電粒子即可。由于金屬的厚度越厚， 則帶電粒子的能量越減小，因此能夠根據(jù)晶片的位置而對所照射的帶電粒子的射程進(jìn)行控 制。如此的金屬板被稱為吸收體。例如，在缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度在中央?yún)^(qū)域高于邊緣區(qū) 域的情況下，只需經(jīng)由如下的吸收體而從N層側(cè)照射帶電粒子即可，在所述吸收體中，與中 央?yún)^(qū)域相對置的區(qū)域的厚度薄于與邊緣區(qū)域相對置的區(qū)域的厚度?；蛘?，經(jīng)由如下的吸收 體而從P層側(cè)照射離子或電子，也可得到相同的效果，在所述吸收體中，與中央?yún)^(qū)域相對置 的區(qū)域的厚度厚于與邊緣區(qū)域相對置的區(qū)域的厚度。
[0017] 另外，無需在晶片整個面上實施帶電粒子的照射。當(dāng)在同一晶片上生成IGBT和 二極管時，也可以采用向二極管形成預(yù)定區(qū)域照射帶電粒子，而不向IGBT形成預(yù)定區(qū)域照 射帶電粒子的方式。即使在這樣的情況下，也只需以向分散于晶片整個面上的多個二極管 形成預(yù)定區(qū)域中的、N層中以第一密度含有雜質(zhì)的第一預(yù)定區(qū)域照射的帶電粒子的到達(dá)位 置，與向以低于第一密度的第二密度含有雜質(zhì)的第二預(yù)定區(qū)域照射的帶電粒子的到達(dá)位置 相比，較靠近于P層的方式，照射帶電粒子即可?；蛘?，只需以向第一預(yù)定區(qū)域照射的帶電 粒子的照射密度低于向第二預(yù)定區(qū)域照射的帶電粒子的照射密度的方式，照射帶電粒子即 可。
[0018] 當(dāng)使用利用上述的技術(shù)而減少了正向電壓Vf的面內(nèi)偏差的晶片時，能夠制造出 正向電壓均勻的多個半導(dǎo)體裝置的技術(shù)也為本說明書所公開的技術(shù)之一。通過實施例而對 本說明書中所公開的技術(shù)的詳細(xì)內(nèi)容和進(jìn)一步的改善進(jìn)行說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1A為晶片的俯視圖。
[0020] 圖1B為對第一實施例的偏差減少方法進(jìn)行說明的圖。
[0021] 圖2為表示帶電粒子的到達(dá)位置距P層的距離與正向電壓的關(guān)系的一個示例的曲 線圖。
[0022] 圖3對第一實施例的改變例的偏差減少方法進(jìn)行說明的圖。
[0023] 圖4A為對第二實施例的偏差減少方法進(jìn)行說明的圖（1)。
[0024] 圖4B為對第二實施例的偏差減少方法進(jìn)行說明的圖（2)。
[0025] 圖5A為對第三實施例的偏差減少方法進(jìn)行說明的圖(第一次照射)。
[0026] 圖5B為對第三實施例的偏差減少方法進(jìn)行說明的圖(第二次照射)。
[0027] 圖5C為對第三實施例的偏差減少方法進(jìn)行說明的圖(第三次照射)。
[0028] 圖6為表示氦離子照射密度與正向電壓的關(guān)系的一個示例的曲線圖。
[0029] 圖7A為具有不同的缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的分布的晶片的俯視圖。
[0030] 圖7B為對針對圖6A的晶片的正向電壓的偏差減少方法的一個示例進(jìn)行說明的圖 (第四實施例)。
[0031] 圖8為對第五實施例的偏差減少方法進(jìn)行說明的圖。
[0032] 圖9為表示基板的氧含有密度、正向電壓與反向恢復(fù)損失的關(guān)系的一個示例的 圖。

【具體實施方式】
[0033] 參照附圖，對本說明書所公開的半導(dǎo)體晶片的正向電壓的偏差減少方法進(jìn)行說 明。
[0034] (第一實施例）
[0035] 圖1A為用于制造將IGBT和二極管以反向并聯(lián)的方式進(jìn)行連接的反向?qū)ㄐ虸GBT (RCIGBT :Reverse Conducted Insulated Gate Bipolar Transistor)的晶片 2 (半導(dǎo)體晶 片）的模式俯視圖。例如，晶片2通過FZ法（Floating Zone法：浮區(qū)法)、或MCZ法（Magnetic CZ法：磁場直拉法)而被制造，并且N層（N型半導(dǎo)體層）中所含有的缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度 小于4. 0xE + 17[atom/cm3]。在此，缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)具體為氧分子或碳分子。將缺陷穩(wěn)定 化雜質(zhì)的密度小于4. OxE + 17 [atom/cm3]的晶片2稱為雜質(zhì)低密度晶片。
[0036] 晶片2中，在俯視觀察時的中央?yún)^(qū)域R1、邊緣區(qū)域R3、和兩者中間的區(qū)域R2中，缺 陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度有所不同。缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度在中央?yún)^(qū)域R1中最高，在中間區(qū)域 R2中第二高，在邊緣區(qū)域R3中最低。換言之，缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度在中央?yún)^(qū)域R1中比在 邊緣區(qū)域R3中高。當(dāng)缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度在4. OxE + 17 [atom/cm3]以下且具有偏差 時，即使向晶片整個面照射同樣的帶電粒子的情況下，正向電壓Vf也會產(chǎn)生偏差。在缺陷 穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度在4. OxE + 17 [atom/cm3]以下時，缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度越低，則正向 電壓Vf越低。一個示例中，當(dāng)向晶片整個面以同樣的方式照射作為帶電粒子的氦離子時， 中央?yún)^(qū)域R1中的正向電壓Vf為大約0. 15 [伏特]，中間區(qū)域R2中的正向電壓Vf為大約 〇.1〇 [伏特]，邊緣區(qū)域R3中的正向電壓Vf在大約0.05 [伏特]以下。
[0037] 使用圖1B，對第一實施例的正向電壓的偏差減少方法進(jìn)行說明。圖1B為，模式化 地表示圖1A的晶片2的沿1B - 1B線的截面的圖。但是，在圖1B中，省略了表示截面的剖 面線的圖示。晶片2中層疊有P層3 (P型半導(dǎo)體層）和N層4、5 (N型半導(dǎo)體層)。另外， N層由較多地含有N型雜質(zhì)的N+層5、和與N+層5相比N型雜質(zhì)的含有量較少的N -層4 構(gòu)成。N -層4與N+層5相比電阻較高，圖1B的結(jié)構(gòu)的二極管被稱為PIN二極管。在本說 明書中，將N -層4和N+層5合起來統(tǒng)稱為"N層"。由于P層3、N層4以及N層5的生成 方法為已知的方法，因此省略說明。
[0038] 在第一實施例的正向電壓的偏差減少方法中，從N層側(cè)表面B向晶片2的整個面 照射氦離子（H e+)81a。氦離子的照射強(qiáng)度(加速能量）被調(diào)節(jié)為如下大小，S卩，使帶電粒 子的到達(dá)深度到達(dá)至P層3的近前側(cè)為止的大小。在本實施例中，經(jīng)由凹型的吸收體9而 照射氦離子。在吸收體9之前，氦離子照射81a具有均勻的強(qiáng)度。吸收體9具有與晶片2 的中央?yún)^(qū)域R1相對置的區(qū)域的厚度薄于與邊緣區(qū)域R3相對置的區(qū)域的厚度的凹型形狀。 經(jīng)過了這樣的吸收體9之后的氦離子照射81b在中央?yún)^(qū)域R1中能量增高，而在邊緣區(qū)域 R3中能量降低。其結(jié)果為，在中央?yún)^(qū)域R1中氦離子的射程變長，而在邊緣區(qū)域R3中射程 變短。換言之，在第一實施例的正向電壓的偏差減少方法中，以在俯視觀察晶片2時向中央 區(qū)域R1照射的氦離子的深度方向上的到達(dá)位置，與向邊緣區(qū)域R3照射的氦離子的到達(dá)位 置相比較靠近于P層3 (P層和N層的邊界)的方式，照射帶電粒子。圖1B的符號E表示氦 離子的到達(dá)位置。由于在氦離子的到達(dá)位置處硅原子被彈出，從而產(chǎn)生點缺陷，因此，符號 E所表示的X標(biāo)記表示通過氦離子照射而產(chǎn)生的點缺陷。如圖1B所示，所生成的點缺陷E 在中央?yún)^(qū)域R1處靠近于P層3,并且隨著趨向于邊緣而遠(yuǎn)離P層3。另外，雖然所生成的點 缺陷E在深度方向上存在分布，但是氦離子到達(dá)位置在深度方向上的分布幅度極小(例如， 1. 0微米左右)，從而可以將峰值的位置視為氦離子的到達(dá)位置。
[0039] 如上所述，點缺陷并不穩(wěn)定，只有與存在于其附近的缺陷穩(wěn)定雜質(zhì)相結(jié)合才會穩(wěn) 定化。點缺陷與缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)相結(jié)合而形成的缺陷被稱為復(fù)合缺陷。通過氦離子照射而 形成的點缺陷并不是全部都會成為復(fù)合缺陷。尤其是，晶片2的情況下，缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的 密度依賴于區(qū)域而有所不同，在密度較高的中央?yún)^(qū)域R1中以較高的比率生成復(fù)合缺陷，而 在密度較低的邊緣區(qū)域R3中生成復(fù)合缺陷的概率較低。圖中的"缺陷E"雖然在剛剛照射 氦離子之后是指點缺陷，但是由于點缺陷的一部分與缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)相結(jié)合，因此是指復(fù) 合缺陷。
[0040] 另一方面，依賴于氦離子的到達(dá)位置與P層之間的距離，正向電壓Vf有所不同。圖 2中表示氦離子的到達(dá)位置距P層的距離與正向電壓Vf之間的關(guān)系的一個示例。圖2的曲 線圖為，復(fù)合缺陷的生成概率不依賴于缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度，而是基于向雜質(zhì)高密度晶 片以同樣的方式照射氦離子的實驗結(jié)果而得到的圖。在該示例中，當(dāng)離子粒子的到達(dá)位置 距P層的距離在5微米以下時，正向電壓Vf大致為零，在距P層的距離為17. 5微米時，正 向電壓Vf為0.05伏特，在距P層的距離為30微米時，正向電壓Vf為0. 10伏特。
[0041] 如前文所述，向晶片2以同樣的方式照射氦離子的情況下，正向電壓Vf在中央?yún)^(qū) 域R1中成為大約〇. 15伏特，在中間區(qū)域中成為大約0. 10伏特，而在邊緣區(qū)域R3中成為大 約0. 05伏特。因此，只要將吸收體9的厚度調(diào)節(jié)為，使氦離子到達(dá)位置與P層之間的距離 d在中央?yún)^(qū)域R1中成為dl = 0. 05微米以下，在中間區(qū)域R2中成為d2 = 0. 10微米，在邊 緣區(qū)域R3中成為d3 = 0. 30微米，則離子照射后的正向電壓Vf在晶片整個面上大體上成 為固定。在圖1B中圖示了氦離子E的到達(dá)位置與P層之間的距離d在中央?yún)^(qū)域R1中成為 最短，其次在中間區(qū)域R2中成為第二短，在邊緣區(qū)域R3中成為最長的情況。另外，氦離子 的照射強(qiáng)度在晶片的周向上為固定，從而被照射的氦離子的分布呈中央朝向P層側(cè)而突出 的凸?fàn)睢?br> [0042] 接下來，參照圖3,對第一實施例的改變例進(jìn)行說明。在第一實施例中，從晶片2的 N層側(cè)照射氦離子。此時，經(jīng)由吸收體9而從N層側(cè)表面B照射氦離子，在所述吸收體9中， 與中央?yún)^(qū)域R1相對置的區(qū)域的厚度薄于與邊緣區(qū)域R3相對置的區(qū)域的厚度。同樣的氦離 子照射81a經(jīng)過吸收體9之后而形成的照射81b，以向中央?yún)^(qū)域照射的氦離子的能量高于向 邊緣區(qū)域照射的氦離子的能量的方式，到達(dá)晶片2。其結(jié)果為，能夠得到在中央?yún)^(qū)域R1中靠 近于P層而在邊緣區(qū)域R3中遠(yuǎn)離P層的缺陷E的分布。也可以通過如下方式來得到相同 的效果，即，經(jīng)由與中央?yún)^(qū)域R1相對置的區(qū)域的厚度厚于與邊緣區(qū)域R3相對置的區(qū)域的厚 度的吸收體39而從P層側(cè)表面F照射氦離子(參照圖3)。同樣的氦離子照射81a以向中 央?yún)^(qū)域R1照射的氦離子的能量低于向邊緣區(qū)域R3照射的氦離子的能量的方式，到達(dá)晶片 2 (照射81c)。其結(jié)果為，能夠得到在中央?yún)^(qū)域R1中靠近于P層而在邊緣區(qū)域R3中遠(yuǎn)離P 層的缺陷E的分布。圖3圖示了中央?yún)^(qū)域R1中的氦離子到達(dá)位置與P層之間的距離dl短 于邊緣區(qū)域R3中的氦離子到達(dá)位置與P層之間的距離d3的情況。
[0043] (第二實施例）
[0044] 接下來，參照圖4A和圖4B，對第二實施例的正向電壓的偏差減少方法進(jìn)行說明。 在該實施例中，準(zhǔn)備如下的晶片42, S卩，N層(尤其是高密度地含有N型雜質(zhì)的N+層5)的厚 度在缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)密度較低的中央?yún)^(qū)域中較薄，而在缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)密度較高的邊緣區(qū) 域中較厚的晶片。從該晶片42的N層側(cè)表面B向晶片整個面照射能量相同的氦離子81a (參照圖4A)。由于氦離子的能量是固定的，因此氦離子的射程成為距N層表面B固定的深 度。但是，由于N層的厚度在中央?yún)^(qū)域中較薄而在邊緣區(qū)域中較厚，因此氦離子的到達(dá)位置 與P層（P層與N層的邊界)之間的距離在中央?yún)^(qū)域中變短，而在邊緣區(qū)域中變長。即，通過 氦離子的照射而生成的缺陷E具有在中央?yún)^(qū)域中較靠近于P層3而越趨向邊緣則越遠(yuǎn)離P 層的分布。
[0045] 接下來，如圖4B所示，平坦地削去N層側(cè)的表面。在圖4B中，符號RV所表示的虛 線部分表示削去的部分。當(dāng)削去N層側(cè)表面時，與第一實施例相同地，能夠得到抑制了正向 電壓Vf的偏差的晶片。
[0046] (第三實施例）
[0047] 接下來，參照圖5A至圖5C，對第三實施例的偏差減少方法進(jìn)行說明。晶片2與圖 1A中所示的晶片為相同的類型，在N層的中央?yún)^(qū)域中缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度較高，而在邊 緣區(qū)域中缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度較低。在該實施例中，在缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度較高的中 央?yún)^(qū)域中降低氦離子的照射密度，而在缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度較低的邊緣區(qū)域中增高氦離 子的照射密度。另外，照射密度是指，向晶片每單位面積照射的氦離子的量。在圖6中例示 了照射密度與正向電壓Vf之間的關(guān)系的一個示例。
[0048] 所照射的氦離子的能量在晶片整個面上為固定即可。通過向缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)密度 較低的邊緣區(qū)域照射高密度的氦離子，從而提高了生成復(fù)合缺陷的可能性，由此取得與中 央?yún)^(qū)域中所生成的復(fù)合缺陷的密度之間的平衡。
[0049] 使用圖5A至圖5C，對在晶片的面內(nèi)使氦離子的密度不同的方法進(jìn)行說明。在該示 例中，將能量為固定的氦離子照射三次。第一次向晶片的整個面照射能量為固定的氦離子 82a。其結(jié)果為，在晶片的整個區(qū)域R11中被射入的離子的面密度成為固定（圖5A)。
[0050] 接下來，經(jīng)由僅覆蓋晶片2的中央?yún)^(qū)域的小直徑的第一遮蔽板59a而照射能量為 固定的氦離子82b。第一遮蔽板59a不使氦離子通過。因此，在被第一遮蔽板59a所覆蓋 的范圍內(nèi)，氦離子不會到達(dá)晶片2,所射入的氦離子的密度為第一次照射時的密度。另一方 面，由于在未被第一遮蔽板59a所覆蓋的區(qū)域中，第二次的氦離子照射82b將到達(dá)，因此被 射入的氦離子的密度將增高（圖5B)。在圖5B中，與中央?yún)^(qū)域R21中的氦離子密度相比，其 周圍的區(qū)域R22中的氦離子密度較高。
[0051] 接下來，經(jīng)由與第一遮蔽板59a相比直徑較大的第二遮蔽板59b而照射能量為固 定的氦離子82c。第二遮蔽板59b也不使氦離子通過，因此，在被第二遮蔽板59b所覆蓋的 范圍內(nèi)，氦離子不會到達(dá)晶片2,所射入的氦離子的密度為第二次照射時的密度。另一方面， 由于在未被第二遮蔽板59b所覆蓋的區(qū)域中，第三次的氦離子照射82c將到達(dá)，因此被射 入的氦離子的密度進(jìn)一步提高（圖5C)。結(jié)果為，在中央?yún)^(qū)域R31中被射入的氦離子的密度 成為最低，在中央?yún)^(qū)域R31的周圍的中間區(qū)域R32中被射入的氦離子的密度僅次于中央?yún)^(qū) 域R31而成為第二低，在中間區(qū)域R32的周圍的邊緣區(qū)域R33中被射入的氦離子的密度成 為最高(參照圖5C)。如此，能夠?qū)崿F(xiàn)在中央?yún)^(qū)域中被射入的氦離子的密度為最低而越趨向 邊緣則密度越高的分布。如上所述，在氦離子的到達(dá)位置處生成點缺陷E。由于雖然在邊 緣區(qū)域中與中央?yún)^(qū)域相比缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度較低，但是點缺陷的密度與中央?yún)^(qū)域相比 較高，因此作為結(jié)果，所生成的復(fù)合缺陷的密度在中央?yún)^(qū)域和邊緣區(qū)域中被均勻化。其結(jié)果 為，能夠抑制面內(nèi)的正向電壓Vf的偏差。
[0052] (第四實施例）
[0053] 接下來，對正向電壓的偏差減少方法的第四實施例進(jìn)行說明。第四實施例為，將本 技術(shù)應(yīng)用于如下的晶片中的實施例，即，與在第一實施例至第三實施例中所使用的晶片相 比缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的分布有所不同的晶片。圖7A所示的晶片62為，在俯視圖中，N層中的缺 陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度在中央?yún)^(qū)域R4中最低，在中間區(qū)域R5中第二低，而在邊緣區(qū)域R6中 最高。因此，當(dāng)向該晶片62的整個面照射能量為固定的氦離子時，將產(chǎn)生如下的偏差，即， 中央?yún)^(qū)域R4中的正向電壓Vf降低，而隨著趨向邊緣，正向電壓Vf逐漸增高的偏差。因此， 在該實施例中，經(jīng)由吸收體69而從N層表面B側(cè)照射相同的氦離子83a，在所述吸收體69 中，與中央?yún)^(qū)域R4相對置的區(qū)域的厚度厚于與邊緣區(qū)域R6相對置的區(qū)域的厚度（圖7B)。 另外，圖7B為模式化地表示圖7A中的晶片2的沿7B - 7B線的截面的圖。但是，在圖7B 中，省略了表示截面的剖面線的圖示。
[0054] 經(jīng)過了吸收體69之后的氦離子照射83c具有如下的分布，S卩，在中央?yún)^(qū)域中能量 較低而在邊緣區(qū)域中能量較高。當(dāng)該氦離子被照射時，在晶片62中，氦離子的到達(dá)位置將 形成如下的分布，即，在中央?yún)^(qū)域R4中距P層3 (P層與N層的邊界)最遠(yuǎn)，且隨著靠近于邊 緣而靠近P層3的分布。氦離子的到達(dá)位置與結(jié)合缺陷的位置等效。在該晶片62中，雖然 在中央?yún)^(qū)域R4中復(fù)合缺陷E的密度較低但其位置遠(yuǎn)離P層3,與之相反，在邊緣區(qū)域R6中 復(fù)合缺陷E的密度較高但其位置靠近P層3。復(fù)合缺陷E的位置遠(yuǎn)離P層3的情況具有使 正向電壓Vf升高的傾向。因此，缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度在中央?yún)^(qū)域R4中較低而在邊緣區(qū) 域R6中較高的情況，與從P層到氦離子的到達(dá)位置的距離在中央?yún)^(qū)域R4中較遠(yuǎn)而在邊緣 區(qū)域R6中較近的情況，對正向電壓Vf所產(chǎn)生的作用將相互抵消，其結(jié)果為，抑制了正向電 壓Vf的面內(nèi)偏差。
[0055] 雖然第一至第三實施例中所使用的晶片2與第四實施例中所使用的晶片62均為 雜質(zhì)低密度晶片，但在N層中所含有的缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的面內(nèi)分布有所不同。但是，本說 明書所公開的技術(shù)能夠應(yīng)用于缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的分布偏差有所不同的任意的晶片中。即， 本說明書所公開的技術(shù)提供一種減少如下的晶片的正向電壓Vf的偏差的方法，所述晶片 為，N層中的缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的分布在面內(nèi)存在偏差的晶片。例如，在俯視觀察晶片時缺陷 穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度在中央?yún)^(qū)域較低而在邊緣區(qū)域較高的情況下，只需以帶電粒子的照射密 度在中央?yún)^(qū)域中比在邊緣區(qū)域中高的方式進(jìn)行照射即可?；蛘撸运丈涞膸щ娏Ｗ拥木?片深度方向上的到達(dá)位置在中央?yún)^(qū)域中比在邊緣區(qū)域中遠(yuǎn)離P層的方式，照射帶電粒子即 可。如果以將缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的偏差一般化的形式來表現(xiàn)本說明書中所公開的技術(shù)，則表 現(xiàn)為如下。本說明書中所公開的技術(shù)為，減少晶片的面內(nèi)的正向電壓Vf的偏差的方法。更 具體而言，是向?qū)盈B有P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體晶片照射帶電粒子而使N型 半導(dǎo)體層中產(chǎn)生缺陷，從而減小正向電壓的偏差的方法。本說明書中所公開的技術(shù)，尤其適 合于N層中所含有的缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度小于4. OxE+17 [atom/cm3]的晶片。在該方 法中，以在俯視觀察半導(dǎo)體晶片時根據(jù)雜質(zhì)的密度而使深度方向上的到達(dá)位置或照射密度 有所不同的方式，照射帶電粒子。更具體而言，在本說明書中所公開的方法中，以向在俯視 觀察半導(dǎo)體晶片時N層中以第一密度含有雜質(zhì)的第一區(qū)域照射的離子(帶電粒子)的晶片深 度方向上的到達(dá)位置，與向以低于第一密度的第二密度含有雜質(zhì)的第二區(qū)域照射的離子的 到達(dá)位置相比，較靠近于P層的方式，照射離子。或者，以向第一區(qū)域照射的離子的照射密 度低于向第二區(qū)域照射的離子的照射密度的方式，照射離子。以上的表述包括第一至第四 實施例。在第一至第三實施例中，中央?yún)^(qū)域相當(dāng)于第一區(qū)域的一個示例，邊緣區(qū)域相當(dāng)于第 二區(qū)域的一個示例。此外，在第四實施例中，邊緣區(qū)域相當(dāng)于第一區(qū)域的一個示例，中央?yún)^(qū) 域相當(dāng)于第二區(qū)域的一個示例。
[0056] (第五實施例）
[0057] 進(jìn)一步參照圖8對本說明書中所公開的技術(shù)的其他實施例進(jìn)行說明。本說明書所 公開的技術(shù)中，根據(jù)晶片面內(nèi)的各個區(qū)域中的缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的密度而對所照射的氦離子 的能量或密度進(jìn)行變更。該方法為，能夠通過使照射氦離子光束的光束噴槍71在晶片面內(nèi) 進(jìn)行掃描的裝置來實現(xiàn)。圖8的光束噴槍71能夠在晶片上進(jìn)行掃描的同時從晶片72的N 層側(cè)表面72b照射氦離子光束。如果放慢掃描速度，則離子的密度（S卩，所生成的點缺陷的 密度）將增高。如果增強(qiáng)光束的能量，則射程將增大，從而所生成的點缺陷的位置靠近于P 層。因此，通過使用光束噴槍71，從而能夠得到與第一實施例至第四實施例相同的結(jié)果。
[0058] 對實施例中所說明的技術(shù)所涉及的注意點進(jìn)行敘述。在實施例中，向雜質(zhì)低密度 晶片的N層照射氦離子，從而生成點缺陷。所照射的帶電粒子并不限定于氦離子。所照射 的帶電粒子也可以為質(zhì)子或電子。
[0059] 帶電粒子的照射也可以不在晶片的整個面上進(jìn)行?？梢栽谥圃?RCIGBT時相對于 生成二極管的區(qū)域而分散地生成帶電粒子。在這樣的情況下，也是與缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的含 有密度較低的區(qū)域相比，以較高的密度向缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的含有密度較高的區(qū)域照射帶電 粒子?；蛘?，以與缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的含有密度較低的區(qū)域相比，在缺陷穩(wěn)定化雜質(zhì)的含有密 度較高的區(qū)域中，到達(dá)較靠近于P層的位置的方式，照射帶電粒子。
[0060] 只要使用在上述的任意一個實施例中抑制了正向電壓Vf的面內(nèi)偏差的晶片，便 能夠減少由一個晶片制造出的多個RCIGBT的正向電壓特性的偏差。
[0061] 作為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，以作為雜質(zhì)之一的氧為例，來對雜質(zhì)的含有密度與正向電壓Vf 之間的關(guān)系的具體示例進(jìn)行介紹。圖9為針對氧含有密度為2. OxE + 17 [atom/cm3]的半 導(dǎo)體晶片、和4. OxE + 17 [atom/cm3]的晶片，對正向電壓Vf和反向恢復(fù)損失Qrr進(jìn)行了 測量的結(jié)果。另外，圖9的結(jié)果表示幾個測量值的平均值。根據(jù)圖9可知，存在當(dāng)氧的含有 密度較高時正向電壓將增高的趨勢。在一個示例中，當(dāng)氧含有密度存在兩倍的差時，正向電 壓將產(chǎn)生1.0 [V]的差。在發(fā)明人進(jìn)行的測定中，在一個樣品的半導(dǎo)體晶片上觀察到了氧 濃度為 2. OxE + 17 [atom/cm3]的區(qū)域、和 4. OxE + 17 [atom/cm3]的區(qū)域雙方。
[0062] 此外，如圖9所示，氧含有密度與反向恢復(fù)損失之間也存在特定的關(guān)系。存在當(dāng)氧 的含有密度較高時反向恢復(fù)損失將減小的趨勢。
[0063] 參照附圖，對本發(fā)明的代表性的且非限定性的具體示例進(jìn)行了詳細(xì)說明。該詳細(xì) 的說明僅以向本領(lǐng)域技術(shù)人員明示用于實施本發(fā)明的優(yōu)選示例的詳細(xì)內(nèi)容為目的，而不以 對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定為目的。此外，所公開的追加的特征以及發(fā)明能夠獨立于其他的 特征和發(fā)明而使用、或與其他的特征和發(fā)明共同使用，以提供進(jìn)一步被改善的正向電壓的 偏差減少方法。
[0064] 此外，在上述的詳細(xì)說明中所公開的特征和工序的組合，在最廣義的意義上來講 并不是實施本發(fā)明時所必須的，而是僅為了特別地對本發(fā)明的代表性的具體示例進(jìn)行說明 而記載的。而且，上述的代表性的具體示例的各種特征、和獨立以及從屬權(quán)利要求中所記載 的各種特征，在提供本發(fā)明的追加的且有用的實施方式時，并不一定必須按照如上所述的 具體示例或所列舉的順序而進(jìn)行組合。
[0065] 本說明書和/或權(quán)利要求書中所述的全部的特征旨在獨立于實施例和/或權(quán)利要 求書中所記載的特征的結(jié)構(gòu)，作為針對申請最初的公開以及權(quán)利要求書中所述的特定事項 的限定，而個別地且相互獨立地被公開。而且，與全部的數(shù)值范圍以及組或群相關(guān)的記載具 有作為相對于申請最初的公開以及權(quán)利要求書中所述的特定事項的限定，而公開其中間的 構(gòu)成的意圖。
[0066] 以上，雖然對本發(fā)明的具體示例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是這些只不過是示例，并不對 權(quán)利要求書進(jìn)行限定。在權(quán)利要求書中所記載的技術(shù)中，含有對以上所例示的具體示例進(jìn) 行各種各樣的變形、變更而得到的技術(shù)。本說明書或附圖中所說明的技術(shù)要素通過單獨或 各種組合來發(fā)揮技術(shù)上的有用性，且并不限定于申請時權(quán)利要求書中所記載的組合。此外， 本說明書或附圖中所例示的技術(shù)能夠同時實現(xiàn)多個目的，且實現(xiàn)其中的一個目的本身也具 有技術(shù)上的有用性。
【權(quán)利要求】
1. 一種正向電壓的偏差減少方法，其為減少如下的半導(dǎo)體晶片的正向電壓的偏差的方 法，所述半導(dǎo)體晶片為含有與點缺陷相結(jié)合的雜質(zhì)的N型的半導(dǎo)體晶片，并且在俯視觀察 半導(dǎo)體晶片時該雜質(zhì)的密度存在偏差， 所述正向電壓的偏差減少方法的特征在于， 以向在俯視觀察半導(dǎo)體晶片時以第一密度含有雜質(zhì)的第一區(qū)域照射的帶電粒子的照 射密度，低于向以低于第一密度的第二密度含有雜質(zhì)的第二區(qū)域照射的帶電粒子的照射密 度的方式，照射帶電粒子，從而使點缺陷與雜質(zhì)相結(jié)合而形成的復(fù)合缺陷的偏差與照射前 相比減小。
2. 如權(quán)利要求1所述的偏差減少方法，其特征在于， 在俯視觀察半導(dǎo)體晶片時，所述第一區(qū)域為半導(dǎo)體晶片的中央?yún)^(qū)域，所述第二區(qū)域為 包圍中央?yún)^(qū)域的邊緣區(qū)域。
3. -種半導(dǎo)體晶片的正向電壓的偏差減少方法，其為減少如下的半導(dǎo)體晶片的正向電 壓的偏差的方法，所述半導(dǎo)體晶片層疊有P型半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層，并且在俯視觀察半 導(dǎo)體晶片時N型半導(dǎo)體層中所含有的雜質(zhì)的密度存在偏差， 所述半導(dǎo)體晶片的正向電壓的偏差減少方法的特征在于， 所述雜質(zhì)為，與點缺陷相結(jié)合而形成復(fù)合缺陷的雜質(zhì)， 以向在俯視觀察半導(dǎo)體晶片時以第一密度含有雜質(zhì)的第一區(qū)域照射的帶電粒子的到 達(dá)位置，與向以低于第一密度的第二密度含有雜質(zhì)的第二區(qū)域照射的帶電粒子的到達(dá)位置 相比，較靠近于P型半導(dǎo)體層的方式，照射帶電粒子，從而使點缺陷與雜質(zhì)相結(jié)合而形成的 復(fù)合缺陷的偏差與照射前相比減小。
4. 如權(quán)利要求3所述的正向電壓的偏差減少方法，其特征在于， 在俯視觀察半導(dǎo)體晶片時，所述第一區(qū)域為半導(dǎo)體晶片的中央?yún)^(qū)域，所述第二區(qū)域為 包圍中央?yún)^(qū)域的邊緣區(qū)域。
5. 如權(quán)利要求4所述的正向電壓的偏差減少方法，其中， 經(jīng)由吸收體而從N型半導(dǎo)體層側(cè)照射帶電粒子，在所述吸收體中，與中央?yún)^(qū)域相對置 的區(qū)域的厚度薄于與邊緣區(qū)域相對置的區(qū)域的厚度。
6. 如權(quán)利要求4所述的正向電壓的偏差減少方法，其中， 經(jīng)由吸收體而從P型半導(dǎo)體層側(cè)照射帶電粒子，在所述吸收體中，與中央?yún)^(qū)域相對置 的區(qū)域的厚度厚于與邊緣區(qū)域相對置的區(qū)域的厚度。
7. -種半導(dǎo)體裝置，其使用如下的半導(dǎo)體晶片而被制造出，所述半導(dǎo)體晶片通過權(quán)利 要求1至6中的任一項所述的方法而減少了正向電壓的偏差。
【文檔編號】H01L21/336GK104160488SQ201380001765
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月6日
【發(fā)明者】巖崎真也 申請人:豐田自動車株式會社