CN102210011A - 半导体器件和制造半导体器件的方法 - Google Patents

Abstract

一种半导体器件(100)，其中用于控制载流子寿命的多个晶体缺陷(14a)分布在硅基板(8)中，所述半导体器件(100)的特征在于：所引起的自陷级与带隙的中心的能级的差小于0.2eV的所述晶体缺陷(14a)的总数量小于所引起的所述自陷级为与所述带隙的所述中心的所述能级的差为0.2eV或更大的所述自陷级中的与所述带隙的所述中心的所述能级最接近的自陷级的所述晶体缺陷(14a)的数量。

Description

半导体器件和制造半导体器件的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件和一种制造所述半导体器件的方法，并且特别地涉及这样一种半导体器件：用于控制载流子寿命的多个晶体缺陷形成在硅基板上。

背景技术

在制造半导体器件的过程中，通过在硅基板中形成晶体缺陷来控制硅基板中的载流子的寿命这种技术是可行的。在这种技术中，通过在硅基板中形成晶体缺陷，多个自陷级分布在硅基板中的带隙内。载流子由多个自陷级俘获，从而促进了载流子的再结合并且缩短了载流子的寿命。这里的晶体缺陷指的是引起硅基板的晶体结构不规则的晶体缺陷，因此意指的不仅是晶格缺陷(空位：缺少部分硅原子，填隙硅：脱离晶格点的硅原子)而且是杂质原子、以及杂质原子和晶格缺陷的结合和/或聚集。因此，引起在本说明书中后面描述的深自陷级的晶体缺陷为缺失硅原子的部分，该硅原子为硅基板的晶体结构的元素。

用于在硅基板中形成晶体缺陷的技术通常采用诸如氦离子的粒子射线来辐照硅基板。通过这种方式，可以通过有利的可控性在硅基板中形成晶体缺陷，并且因此可以获得控制载流子寿命的有利功能。该相关技术的示例包括在公开号为5-102161的日本专利申请公开(JP-A-5-102161)中描述的一个。

然而，当硅基板中的晶体缺陷的总数量增加时，将反向电压施加到半导体器件使得晶体缺陷产生载流子，从而泄漏电流增加。另一方面，当形成在硅基板中的晶体缺陷的总数量减少而减少了泄漏电流时，硅基板中载流子的再结合频率降低。因此，难以保持控制载流子寿命的功能。至今，尚未建立使得可以减少泄漏电流且同时呈现出寿命控制功能的技术。

发明内容

本发明提供了一种半导体器件，使用所述半导体器件可以减少泄漏电流并且同时保持控制载流子寿命的功能。

根据本发明的第一方案的一种制造半导体器件的方法为这样的制造半导体器件的方法：其中用于控制载流子寿命的多个晶体缺陷形成在硅基板中。所述方法包括：晶体缺陷形成步骤，其中在所述硅基板中形成所述多个晶体缺陷；以及终止步骤，其中执行形成在所述硅基板中的所述多个晶体缺陷的终止以使得所引起的自陷级与带隙的中心的能级的差小于0.2eV的所述晶体缺陷的总数量小于所引起的所述自陷级为与所述带隙的所述中心的所述能级的差为0.2eV或更大的所述自陷级中的与所述带隙的所述中心的所述能级最接近的自陷级的所述晶体缺陷的数量。

根据第一方案的所述方法，通过终止引起对泄漏电流具有强影响的深自陷级的晶体缺陷达到比终止引起浅自陷级的晶体缺陷所达到的程度更大的程度来减少这些引起深自陷级的晶体缺陷。因此，可以减少泄漏电流。同时，终止引起对泄漏电流具有弱影响的浅自陷级的晶体缺陷达到的程度小于终止引起深自陷级的晶体缺陷的程度。因此，大量引起浅自陷级的晶体缺陷保留在硅基板中。因此，保持了控制载流子寿命的功能。

在上述第一方案的方法中，可以使得所引起的自陷级与带隙的中心的能级的差小于0.2eV的晶体缺陷的总数量大于所引起的所述自陷级为与所述带隙的所述中心的能级的差为0.2eV或更大的所述自陷级中的与所述带隙的所述中心的能级次接近的自陷级的晶体缺陷的数量。

当形成在硅基板中的大量晶体缺陷终止时，可能无法保持寿命控制功能。当使得所引起的自陷级与带隙的中心的能级的差小于0.2eV的晶体缺陷的总数量大于所引起的所述自陷级为与所述带隙的所述中心的能级的差为0.2eV或更大的所述自陷级中的与所述带隙的所述中心的能级次接近的自陷级的晶体缺陷的数量时，可以保证有足够数量的晶体缺陷来保持寿命控制功能。因此，可以减少泄漏电流并且同时确保保持寿命控制功能。

根据本发明的第二方案的半导体器件包括具有多个用于控制载流子寿命的晶体缺陷的硅基板。在该半导体器件中，所引起的自陷级与带隙的中心的能级的差小于0.2eV的晶体缺陷的总数量小于所引起的所述自陷级为与所述带隙的所述中心的能级的差为0.2eV或更大的所述自陷级中的与所述带隙的所述中心的能级最接近的自陷级的晶体缺陷的数量。

根据第二方案的半导体器件，引起对泄漏电流的量具有强影响的深自陷级的晶体缺陷的总数量小于所引起的自陷级为在对泄漏电流具有弱影响的浅自陷级中的与带隙的中心的能级最接近的自陷级的晶体缺陷的数量。因此，减少了泄漏电流。另一方面，引起浅自陷级的多个晶体缺陷保留在硅基板中，并且因此保持了控制载流子寿命的功能。

在第二方案的半导体器件中，可以使得所引起的自陷级与带隙的中心的能级的差小于0.2eV的晶体缺陷的总数量大于所引起的自陷级为与带隙的中心的能级的差为0.2eV或更大的自陷级中的与带隙的中心的能级次接近的自陷级的晶体缺陷的数量。

当形成在硅基板中的大量晶体缺陷终止时，可能无法保持寿命控制功能。当使得所引起的自陷级与带隙的中心的能级的差小于0.2eV的晶体缺陷的总数量大于所引起的自陷级为与带隙的中心的能级的差为0.2eV或更大的自陷级中的与带隙的中心的能级次接近的自陷级的晶体缺陷的数量时，可以保证有足够数量的晶体缺陷来保持寿命控制功能。因此，可以减少泄漏电流并且同时确保保持寿命控制功能。

根据本发明，提供一种半导体器件，使用所述半导体器件可以减少泄漏电流同时保持控制载流子寿命的功能。

附图说明

本发明的前述和进一步的目的、特征和优点将从下面参考附图对示例实施例的说明中变得显而易见，其中相同的附图标记用于表示相同的元件，并且其中：

图1为根据本发明的第一示例的半导体器件100的截面图；

图2示出了制造半导体器件100的方法的第一步骤；

图3示出了制造半导体器件100的方法的第二步骤；

图4示出了制造半导体器件100的方法的第三步骤；

图5示出了制造半导体器件100的方法的第四步骤；

图6A为示出在终止步骤之前晶体缺陷14a附近的硅原子的键合状态的示意图；

图6B为示出在终止步骤之后晶体缺陷14a附近的硅原子的键合状态的示意图；

图7A为示出在终止步骤之前硅基板中带隙内的能级的示意图；

图7B为示出在终止步骤之后硅基板中带隙内的能级的示意图；

图8示出了制造根据本发明的第二示例的半导体器件200的方法的第一步骤；

图9示出了制造半导体器件200的方法的第二步骤；

图10示出了制造半导体器件200的方法的第三步骤；

图11示出了制造半导体器件200的方法的第四步骤；

图12A为示出在终止步骤之前晶体缺陷14a附近的硅原子的键合状态的示意图；

图12B为示出在终止步骤之后晶体缺陷14a附近的硅原子的键合状态的示意图；

图13示出了制造根据本发明的第三示例的半导体器件300的方法的第一步骤；

图14示出了制造半导体器件300的方法的第二步骤；

图15示出了制造半导体器件300的方法的第三步骤；

图16A为示出在终止步骤之前晶体缺陷74a附近的硅原子的键合状态的示意图；

图16B为示出在终止步骤之后晶体缺陷74a附近的硅原子的键合状态的示意图；

图17为示出泄漏电流和每个自陷级与带隙的中心之间的能级差之间的关系的曲线图；

图18为示出每个自陷级的自陷密度和泄漏电流之间的关系的曲线图；

图19为示出每个自陷级的自陷密度和正向电压之间的关系的曲线图；

图20为在根据本发明的半导体器件和常规半导体器件的情况下正向电压和泄漏电流之间的关系的曲线图；

图21示出了由DLTS方法进行的测量的结果，示出了在常规半导体器件中自陷级和每个自陷级的自陷密度之间的关系；以及

图22示出了由DLTS方法进行的测量的结果，示出了在根据本发明的半导体器件中自陷级和每个自陷级的自陷密度之间的关系。

具体实施方式

为了解决上述问题，涉足到本发明的研究者研究了二极管中的晶体缺陷和泄漏电流之间的关系。结果，得到如下发现。图17为示出泄漏电流和每个自陷级与带隙的中心之间的能级差之间的关系的曲线图。在图17中，水平轴表示与带隙的中心的能级差Egap(eV)，并且垂直轴表示由形成在硅基板中的晶体缺陷引起的泄漏电流的标准化电流值Ileak(A)。在自陷级的深度减小时，与带隙的中心的能级差Egap增大。如图17中所示，在与带隙的中心的能级差Egap减小时(在自陷级的深度增大时)，泄漏电流的电流值Ileak增大。特别地，泄漏电流Ileak显示出从与带隙的中心的能级差Egap为0.2eV的点处快速增加。在下面的说明中，与带隙的中心的能级偏差小于0.2eV的自陷级被称为深自陷级。与带隙的中心的能级偏差等于或大于0.2eV的自陷级被称为浅自陷级。从图17中所示的曲线图可以看出，泄漏电流的电流值Ileak严重地取决于引起深自陷级的晶体缺陷。

图18为示出每个自陷级的自陷密度和泄漏电流之间的关系的曲线图。在图18中，水平轴表示形成在硅基板中的带隙内的每个自陷级的自陷密度Nt(cm^-3)。自陷密度Nt从图18的左侧到右侧增大。垂直轴表示泄漏电流的标准化电流值Ileak(A)。在下面的说明中，Et1表示深自陷级，并且Et2表示浅自陷级。如图18中所示，关于引起深自陷级Et1的晶体缺陷，在自陷级的自陷密度Nt增大时，泄漏电流的电流值Ileak增大。另一方面，关于引起浅自陷级Et2的晶体缺陷，即使当自陷级的自陷密度增大时，泄漏电流的电流值Ileak的增加也较小。因此，可以看出，与引起浅自陷级Et2的晶体缺陷的密度相比，泄漏电流的电流值Ileak更严重地取决于引起深自陷级Et1的晶体缺陷的密度。

图19为示出每个自陷级的自陷密度与正向电压之间的关系的曲线图。由于当载流子的寿命缩短时正向电压增大，可以通过测量正向电压来评估寿命控制功能。在图19中，水平轴表示每个自陷级的自陷密度Nt(cm^-3)，并且自陷密度Nt从图19中的左侧到右侧增大。垂直轴表示标准化正向电压Vf(V)。在半导体器件中，在载流子的寿命缩短时，正向电压Vf升高。换句话说，在自陷级的自陷密度Nt增大时，正向电压Vf升高。在图19中所示的曲线图中，在深自陷级Et1和浅自陷级Et2的情况的任一情况下，在自陷级的自陷密度Nt增大时，正向电压Vf升高。因此，可以看出，正向电压Vf对自陷级的深度的依存性低。换句话说，可以看出，寿命控制功能对自陷级的深度的依存性低。

从图17至图19中所示的曲线图可以看出，通过减少引起深自陷级Et1的晶体缺陷达到比减少引起浅自陷级Et2的晶体缺陷所达到的程度更大的程度，可以减小泄漏电流的电流值Ileak，而无需改变正向电压Vf。换句话说，可以看出，可以减小泄漏电流的电流值Ileak，而不会削弱控制载流子寿命的功能。应当注意的是，不仅从二极管中看出这种倾向性，而且从具有寿命控制功能的所有半导体器件中看出这种倾向性。

本发明是基于上述发现而做出的。具体地，本发明提供了一种半导体器件，使用所述半导体器件可以减少泄漏电流同时保持控制载流子寿命的功能，并且本发明还提供了一种制造这种半导体器件的方法。

图20为示出分别由常规制造方法和由根据本发明的方法制造的半导体器件的正向电压和泄漏电流之间的关系的曲线图。在图20中，水平轴表示标准化正向电压Vf(V)。垂直轴表示泄漏电流的标准化电流值Ileak(A)。如图20中所示，当制造具有寿命控制功能且显示类似正向电压的半导体器件时，从正向电压为例如1.0的数据中可以看出，在通过根据本发明的方法制造的半导体器件中，与常规半导体器件中的泄漏电流相比，泄漏电流减少了约75％。通过根据本发明的方法，可以制造出如下的半导体器件：使用所述半导体器件可以减少泄漏电流，同时以与常规半导体器件的寿命控制功能等同的水平保持控制载流子寿命的功能。

下面说明的示例的优选特征如下：(第一特征)当执行氦离子的加速辐照时，根据形成晶体缺陷的位置来调节加速能量；(第二特征)当执行氦离子的加速辐照时，根据形成晶体缺陷的位置来调节吸收涂层的厚度；(第三特征)将所引起的自陷级与带隙的中心的能级的差小于0.2eV的晶体缺陷的总数量设定为大于所引起的自陷级为与带隙的中心的能级的差为0.2eV或更大的自陷级中的与带隙的中心次接近的自陷级的晶体缺陷的数量。

(第一示例)

图1为根据本发明的第一示例的半导体器件100的截面图。半导体器件100为二极管。半导体器件100包括放置在硅基板8的第一表面8a上的阳极电极10和放置在硅基板8的第二表面8b上的阴极电极16。在硅基板8中，布置有阳极区6、阴极区2、漂移区4和多个晶体缺陷14a。阳极区6为p⁺型区域并且在硅基板8的第一表面8a侧布置在硅基板8的部分中。阴极区2为n⁺型区域并且在硅基板8的第二表面8b侧布置在硅基板8中。漂移区4为n^-型区域并且布置在硅基板8中阳极区6和阴极区2之间。在硅基板8中，存在带隙(未示出)，并且晶体缺陷14a在带隙内提供自陷级。在半导体器件100中，所引起的自陷级与带隙的中心的能级的差小于0.2eV的晶体缺陷14a的总数量小于所引起的自陷级为与带隙的中心的能级的差为0.2eV或更大的自陷级中的与带隙的中心的能级最接近的自陷级的晶体缺陷14a的数量。

布置在硅基板8中的晶体缺陷14a的数量可以通过例如深级瞬态光谱(DLTS，Deep Transient Spectroscopy)方法来测量。图21和图22示出了由DLTS方法获得的测量结果。图21示出了在具有寿命控制功能的常规半导体器件中自陷级Et和每个自陷级的自陷密度Nt之间的关系。图22示出了在本示例的半导体器件100中自陷级Et和每个自陷级的自陷密度Nt之间的关系。在图21和图22中，水平轴表示形成在硅基板的带隙内的自陷级Et，并且自陷级的能级沿着这些图中从左侧到右侧的方向变得更接近带隙的中心的能级。垂直轴表示每个自陷级的自陷密度Nt，并且自陷密度Nt从这些图中的底侧到顶侧增大。图21和图22中的Nt1表示深自陷级Et1的自陷密度。图21和图22中的Nt2a表示浅自陷级Et2中的与带隙的中心的能级最接近的自陷级的自陷密度。图22中的Nt2b表示浅自陷级Et2中的与带隙的中心的能级次接近的自陷级的自陷密度。自陷密度与晶体缺陷的数量成比例。

如图21和图22中所示，由DLTS方法的测量结果给出了连续值。然而，自陷级存在于这些图中所示的峰值的位置处，并且在其它能级处不存在自陷级。如图21中所示，可以看出，深自陷级Et1的自陷密度Nt1近似为浅自陷级Et2的自陷密度Nt2a的三倍至四倍高。另一方面，如图22中所示，可以看出，在这个示例的半导体器件100中，深自陷级Et1的自陷密度Nt1小于浅自陷级Et2的自陷密度Nt2a。

假设晶体缺陷14a的宽度为d，深自陷级Et1的自陷密度为Nt1n，深自陷级Et1的俘获截面为σ1n，浅自陷级Et2的自陷密度为Nt2，并且浅自陷级Et2的俘获截面为σ2，在图21中所示的具有寿命控制功能的常规半导体器件的情况下满足下列表达式(1)。另一方面，在图22中所示的这个示例的半导体器件100的情况下，满足下列表达式(2)和(3)。

∑(Nt1n×σ1n×d)＞Nt2a×σ2×d...(1)

∑(Nt1n×σ1n×d)＜Nt2a×σ2×d...(2)

Nt2a＞Nt1＞Nt2b...(3)

自陷密度与晶体缺陷的数量成比例。因此，表达式(1)暗指，所引起的自陷级与带隙的中心的能级的差小于0.2eV的晶体缺陷的总数量大于所引起的自陷级为与带隙的中心的能级的差为0.2eV或更大的自陷级中的与带隙的中心的能级最接近的自陷级(Et2a)的晶体缺陷的数量。表达式(2)暗指，所引起的自陷级与带隙的中心的能级Ei的差小于0.2eV的晶体缺陷的总数量小于所引起的自陷级为与带隙的中心的能级Ei的差为0.2eV或更大的自陷级中的与带隙的中心的能级最接近的自陷级(Et2a)的晶体缺陷的数量。表达式(3)暗指，所引起的自陷级与带隙的中心的能级的差小于0.2eV的晶体缺陷的总数量小于所引起的自陷级为与带隙的中心的能级的差为0.2eV或更大的自陷级中的与带隙的中心的能级最接近的自陷级(Et2a)的晶体缺陷的数量。表达式(3)还暗指，相同的总数量大于所引起的自陷级为与带隙的中心的能级的差为0.2eV或更大的自陷级中的与带隙的中心的能级次接近的自陷级(Et2b)的晶体缺陷的数量。

通过这个示例的半导体器件100，引起对泄漏电流的量具有强影响的深自陷级Et1的晶体缺陷的总数量小于所引起的自陷级为对泄漏电流具有弱影响的浅自陷级Et2中的与带隙的中心的能级最接近的自陷级(Et2a)的晶体缺陷的数量。因此，减少了泄漏电流。另一方面，引起浅自陷级Et2的多个晶体缺陷保留在硅基板中，并且保持了控制载流子寿命的功能。另外，尽管在有晶体缺陷设置在硅基板中的半导体器件中总的来说存在泄漏电流随着温度升高而增加的趋势，由于引起深自陷级Et1的晶体缺陷的数量小，即使在半导体器件100的情况下，在高温条件下也能减少泄漏电流。

接下来，参考图2至图5，将说明制造第一示例的半导体器件100的方法。如图2中所示，准备好n^-型硅基板8。接下来，通过硅基板8的第二表面8b将诸如磷的n型杂质植入到硅基板8中并且进行热扩散，由此在硅基板8的第二表面8b侧上在硅基板8中形成n⁺型阴极区2。然后，通过硅基板8的第一表面8a将诸如硼的p型杂质植入到硅基板8中并且进行热扩散，由此在硅基板8的第一表面8a侧上在硅基板8的部分中形成p⁺型阳极区6。硅基板8中的既不形成阴极区2又不形成阳极区6的区域为n^-型漂移区4。

接下来，如图3中所示，与阳极区6抵接的阳极电极10形成在硅基板8的第一表面8a上。接下来，用加速的氦离子12辐照硅基板8的第二表面8b。以此方式，多个晶体缺陷14a形成在硅基板8中(晶体缺陷形成步骤)。

接下来，如图4中所示，将氢(未示出)导入硅基板8中(终止步骤)。作为导入氢的方法，可以使用在扩散炉中加热硅基板8、并且使氢气在硅基板8上流动的方法，将氢离子植入到硅基板8中、然后进行加热的方法，等。通过加热使导入硅基板8中的氢原子扩散。当扩散的氢离子移动到晶体缺陷14a时，晶体缺陷14a终止。附图标记14b表示由于终止过程而复原的晶体缺陷。当通过将氢离子植入基板中并且进行加热而将氢导入硅基板中时，可以通过调节氢植入条件来调节氢离子植入的位置以及扩散范围。后面将对氢植入条件的细节进行说明。尽管在这个示例中将氢导入硅基板8中，但也可以将氘或氚导入硅基板8中。

接下来，如图5中所示，抵接阴极区2的阴极电极16形成在硅基板8的第二表面8b上。通过上述步骤制成半导体器件100。

图6A为示出在终止步骤之前晶体缺陷14a附近的硅原子的键合状态的示意图。在图6A中，附图标记22表示硅原子。虚线20表示硅原子的悬空键。图6B为示出在终止步骤之后晶体缺陷14a附近的硅原子的键合状态的示意图。如图6B中所示，当氢原子24移动到晶体缺陷14a时，氢原子24与悬空键20键合，由此晶体缺陷14a终止。因此，晶体缺陷14a复原，表示为14b。

图7A为示出在终止步骤之前硅基板8中带隙内的能级的示意图。在图7A中，Ec表示传导带，并且Ev表示价带。Ei表示带隙的中心。Et表示自陷级。在自陷级Et中，Et1表示深自陷级。Et2表示浅自陷级。图7B为示出在终止步骤之后硅基板8中带隙内的能级的示意图。在图7B中，Et2a表示浅自陷级Et2中与带隙的中心的能级Ei最接近的自陷级。如图7B中所示，当深自陷级Et1的晶体缺陷14a终止时，深自陷级Et1的晶体缺陷14a复原。深自陷级Et1的已复原的晶体缺陷14a消失。注意到，在图7B中，尽管表示深自陷级Et1的虚线被擦除以便于理解引起自陷级Et1的晶体缺陷14a被消除的状态，但是并不是所有引起自陷级Et1的晶体缺陷14a都被终止过程消除了，也就是说，这种晶体缺陷14a的部分被终止过程消除。

在这个示例的制造方法中，可以使用如下方法作为在终止步骤中导入氢的方法：将氢离子植入到硅基板8中，然后加热基板8。在这种情况下，用于氢离子植入的条件的示例如下，例如：加速度能量为4MeV或8MeV；辐照量为6×10¹²(cm^-2)。用于热处理的条件的示例如下：气氛为氮气氛或氢气氛；加热温度为400℃；热处理时间为30分钟。通过在这种条件下将氢导入硅基板8中，可以制造出满足上述表达式(2)的半导体器件100。

通过这个示例的制造方法，相对大程度地终止引起深自陷级Et1的晶体缺陷，以使得引起深自陷级的晶体缺陷的总数量减少。因此，可以减少泄漏电流。同时，引起浅自陷级Et2且被终止的晶体缺陷的数量小于引起深自陷级Et1且被终止的晶体缺陷的数量。因此，引起浅自陷级Et2的多个晶体缺陷保留在硅基板8中。因此，保持了控制载流子寿命的功能。使用由这种方法制造的半导体器件100，可以减少泄漏电流同时保持控制载流子寿命的功能。

(第二示例)

图8至图11示出了制造本发明的第二示例的半导体器件200的方法。半导体器件200为二极管。半导体器件200具有与半导体器件100相同的结构，半导体器件200与半导体器件100的唯一区别在于形成晶体缺陷的方法和终止晶体缺陷的方法。因此，在图8中，由通过将图2中的附图标记加上30而获得的附图标记所表示的部分与参考图2描述的对应部分为相同的部分，并且省略对各个相同部分的说明。在硅基板38的第二表面38b侧上在硅基板38中形成阴极区32的过程与第一示例的制造方法相似，故省略对该过程的说明。在这个示例中，在形成阴极区32之后，如图8中所示，通过硅基板38的第一表面38a将诸如硼的p型杂质植入到硅基板38中并且进行热扩散，由此在硅基板38的第一表面38a上在硅基板38中形成p⁺型阳极区36。当执行该过程中，通过在氧气氛中进行热扩散，热氧化膜37a和37b形成在硅基板38的第一表面38a和第二表面38b上。当热氧化膜37a和37b形成时，在硅基板38的第一表面38a侧和第二表面38b侧，多个填隙硅原子出现在硅基板38中。

接下来，如图9中所示，去除热氧化膜37a和37b。然后，抵接阳极区36的阳极电极40形成在硅基板38的第一表面38a上。此后，用加速的氦离子42辐照硅基板38的第二表面38b。因此，多个晶体缺陷44a形成在硅基板38中(晶体缺陷形成步骤)。

接下来，如图10中所示，对硅基板38进行热处理(终止步骤)，以使硅基板38中的填隙硅原子39被加热和扩散。当扩散的硅原子39移动到晶体缺陷44a时，晶体缺陷44a终止。附图标记44b表示由于终止过程而复原且消失的晶体缺陷。当执行该过程时，可以通过调节热处理条件来调节硅原子39的扩散范围。

接下来，如图11中所示，抵接阴极区32的阴极电极46形成在硅基板38的第二表面38b上。通过上述步骤制成了半导体器件200。

图12A为示出在终止步骤之前晶体缺陷44a附近的硅原子的键合状态的示意图。在图12A中，附图标记52表示硅原子。虚线50表示硅原子的悬空键。图12B为示出在终止步骤之后晶体缺陷44a附近的硅原子的键合状态的示意图。如图12B中所示，当填隙硅原子39移动到晶体缺陷44a时，填隙硅原子39与悬空键50键合，由此晶体缺陷44a终止。因此，晶体缺陷44a复原，表示为44b。

在这个示例的制造方法中，通过调节填隙硅原子39的扩散范围使得引起图7A和7B中所示的深自陷级Et1的晶体缺陷的总数量小于引起自陷级Et2a的晶体缺陷的数量。因此，可以制造这样一种半导体器件：使得所述半导体器件可以减少泄漏电流，同时保持控制载流子寿命的功能。另外，根据这个示例的制造方法，可以在硅基板38中终止晶体缺陷44a，而不将诸如氢的杂质导入硅基板38中。

(第三示例)

图13至图15示出了制造根据本发明的第三示例的半导体器件300的方法。半导体器件300为二极管。半导体器件300具有与半导体器件100相同的结构，并且半导体器件300与半导体器件100的唯一区别在于形成晶体缺陷的方法和终止晶体缺陷的方法。因此，在图13中，由通过将图2中的附图标记加上60而获得的附图标记所表示的部分与参考图2描述的对应部分为相同的部分，故省略对各个相同部分的说明。分别在硅基板68的第一表面68a侧和第二表面68b侧上在硅基板68中形成阳极区66和阴极区62的过程与第一示例的制造方法的过程相似，故省略对该过程的说明。在这个示例中，在形成阳极区66之后，如图13中所示，抵接阳极区66的阳极电极70在硅基板68的第一表面68a侧上形成在硅基板68上。然后，用加速的氦离子72辐照硅基板68的第二表面68b。以此方式，多个晶体缺陷74a形成在硅基板68中(晶体缺陷形成步骤)。接下来，通过硅基板68的第一表面68a朝向形成晶体缺陷74a的位置植入氧离子67。当执行该过程时，可以通过调节植入条件来调节植入氧离子67的位置。在这个示例中，氧离子67植入到硅基板68中。然而，也可将碳离子或氟离子植入到硅基板68中。氧离子67可以通过硅基板68的第二表面68b植入。

接下来，如图14中所示，对硅基板68进行热处理(终止步骤)。以此方式，硅基板68中的氧离子67扩散。当扩散的氧离子67移动到晶体缺陷74a时，晶体缺陷74a终止。附图标记74b表示由于终止过程而复原的晶体缺陷。当执行该过程时，可以通过调节热处理条件来调节氧离子67的扩散范围。

接下来，如图15中所示，抵接阴极区62的阴极电极76在硅基板68的第二表面68b侧形成在硅基板68上。通过上述步骤制成半导体器件300。

图16A为示出在终止步骤之前晶体缺陷74a附近的硅原子的键合状态的示意图。在图16A中，附图标记82表示硅原子。虚线80表示硅原子的悬空键。图16B为示出在终止步骤之后晶体缺陷74a附近的硅原子的键合状态的示意图。如图16B中所示，当氧原子67移动到晶体缺陷74a时，氧离子67与悬空键80键合，由此晶体缺陷74a终止。因此，晶体缺陷74a复原，表示为74b。

在这个示例的制造方法中，通过氧离子67的植入范围和扩散范围使得引起图7A和7B中所示的深自陷级Et1的晶体缺陷的总数量小于引起自陷级Et2a的晶体缺陷的数量。因此，可以制造出这样一种半导体器件：使用所述半导体器件可以减少泄漏电流，同时保持控制载流子寿命的功能。另外，通过这个示例的制造方法，即使当氢离子之外的离子植入到硅基板68中时，也可以终止硅基板68中的晶体缺陷74a。

在第一示例至第三示例的制造方法中，优选的是，在氦离子的加速辐照期间，根据形成晶体缺陷的位置来调节用于辐照的加速度能量。还优选的是，根据形成晶体缺陷的位置来调节吸收涂层的厚度。通过在氦离子的加速辐照期间调节加速度能量和吸收涂层的厚度，可以在硅基板中选择性地形成引起浅自陷级的晶体缺陷和引起深自陷级的晶体缺陷。

在第一示例至第三示例的制造方法中，优选的是，使得所引起的自陷级与带隙的中心的能级的差小于0.2eV的晶体缺陷的总数量大于所引起的自陷级为与带隙的中心的能级的差为0.2eV或更大的自陷级中的与带隙的中心的能级次接近的自陷级的晶体缺陷的数量。具体地，优选的是，在半导体器件中，满足上述表达式(3)。当形成在硅基板中的大量晶体缺陷终止时，可能不能保持寿命控制功能。然而，当在半导体器件中满足表达式(3)时，可以确保有足够数量的晶体缺陷来保持寿命控制功能。因此，可以减少泄漏电流，同时确保保持寿命控制功能。

尽管上面详细地说明了本发明的示例，这些示例仅为示例性的，权利要求的范围不限于这些示例。权利要求中描述的技术包括上述特定示例的各种变型例和改动。例如，尽管在说明示例时描述了二极管及其制造方法，半导体器件及其制造方法可以为另外的半导体器件，诸如金属氧化物半导体(MOS)或者绝缘栅型双极晶体管(IGBT)，以及它们的制造方法。说明书和附图中描述的技术特征仅单独地或在各种组合中呈现出了技术应用，并且在申请时组合不限于说明书中描述的示例的组合。另外，说明书和附图中所示的技术同时达到了多个目的并且无论当达到目的中的哪一个目的时在技术上是可用的。

Claims (4)

1.一种用于制造半导体器件的方法，其中用于控制载流子寿命的多个晶体缺陷分布在硅基板上，所述方法包括：

晶体缺陷形成步骤，其中在所述硅基板中形成所述多个晶体缺陷；以及

终止步骤，其中执行所述多个晶体缺陷的终止以使得所引起的自陷级与带隙的中心的能级的差小于0.2eV的所述晶体缺陷的总数量小于所引起的所述自陷级为与所述带隙的所述中心的所述能级的差为0.2eV或更大的所述自陷级中的与所述带隙的所述中心的所述能级最接近的自陷级的所述晶体缺陷的数量。

2.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中

使得所引起的所述自陷级与所述带隙的所述中心的所述能级的差小于0.2eV的所述晶体缺陷的所述总数量大于所引起的所述自陷级为与所述带隙的所述中心的所述能级的差为0.2eV或更大的所述自陷级中的与所述带隙的所述中心的所述能级次接近的自陷级的所述晶体缺陷的数量。

3.一种包括硅基板的半导体器件，所述硅基板具有用于控制载流子寿命的多个晶体缺陷，

其中，所引起的自陷级与带隙的中心的能级的差小于0.2eV的所述晶体缺陷的总数量小于所引起的所述自陷级为与所述带隙的所述中心的所述能级的差为0.2eV或更大的所述自陷级中的与所述带隙的所述中心的所述能级最接近的自陷级的所述晶体缺陷的数量。

4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中

所引起的所述自陷级与所述带隙的所述中心的所述能级的差小于0.2eV的所述晶体缺陷的所述总数量大于所引起的所述自陷级为与所述带隙的所述中心的所述能级的差为0.2eV或更大的所述自陷级中的与所述带隙的所述中心的所述能级次接近的自陷级的所述晶体缺陷的数量。

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