CN111386593A - 单晶硅基板的分选方法以及单晶硅基板 - Google Patents

单晶硅基板的分选方法以及单晶硅基板 Download PDF

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Abstract

本发明是一种控制载流子的复合寿命的单晶硅基板的分选方法，其特征在于，具有：准备工序，由利用悬浮区熔法生长的单晶硅锭制作并准备作为单晶硅基板的候补的单晶硅基板；粒子束照射工序，向准备的单晶硅基板照射粒子束；测量工序，在粒子束照射工序后的单晶硅基板中，注入过剩载流子，并测量过剩载流子浓度相对于注入了过剩载流子后的经过时间的衰减曲线；判定工序，在测量的过剩载流子衰减曲线中，求出该衰减曲线中的去除衰减速度快的前半部分的尾部中剩余过剩载流子浓度衰减到注入时的过剩载流子浓度的规定比例的衰减时间，在该衰减时间的值为预先确定的判定值以下的情况下，判定单晶硅基板合格；以及分选工序，将由与制作出通过判定而判定为合格的单晶硅基板的单晶硅锭相同的单晶硅锭制作的单晶硅基板分选为控制载流子的复合寿命的单晶硅基板。由此，提供一种单晶硅基板的分选方法，该方法为了抑制微弱的尾电流，而在通过控制载流子的复合寿命来抑制尾电流的功率器件中分选低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板。

Description

单晶硅基板的分选方法以及单晶硅基板
技术领域
本发明涉及一种控制载流子的复合寿命的单晶硅基板的分选方法、以及通过该分选方法分选的单晶硅基板。
背景技术
近年来，强烈要求改善能量效率和削减温室效应气体，作为电力用半导体装置的逆变器的需求正在扩大。为了使逆变器装置高效化、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电力损耗抑制为较低。
作为构成逆变器的主要的半导体元件，存在IGBT(Insulated Gate BipolorTransistor，绝缘栅双极晶体管)和FWD(Free Wheeling Diode，续流二极管)。
在IGBT中，当在开关操作中从接通状态向断开状态关断时，产生直到存储在漂移层内的载流子复合而消失为止都在流动的尾电流，因此存在关断时的电力损耗(关断损耗)伴随高频化而增大的问题。
在FWD的情况下，当从电流正在流动的状态切断时，存在于内部的大量的载流子向相反方向流动，在相反方向电流增加到最大值后开始减少，从而存在尾电流流动的期间。当该尾电流较大时，存在反向恢复时的电力损耗(反向恢复损耗)增大的问题。
这样，降低IGBT关断时的尾电流和FWD反向恢复时的尾电流从而降低整体的电力损耗对于逆变器的高频化和提高效率而言是重要的。
为了降低IGBT的关断损耗和FWD的反向恢复损耗，存在通过照射粒子束等而形成载流子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，通过缩短规定区域的载流子的复合寿命，从而能够有效地降低IGBT关断时的尾电流、FWD反向恢复时的尾电流，其结果，能够降低整体的电力损耗。
另外，在功率器件的耐压特性中，由于硅基板中的氧供体的形成成为问题，其是电阻率些微偏差的主要原因，因此在高性能的器件中，多采用几乎不包含氧的FZ(FloatingZone，浮动区)单晶硅基板、通过在CZ法中施加了磁场的MCZ法制得的极低氧浓度的单晶硅基板。
作为测量载流子的复合寿命的方法，广泛使用微波光电导衰减法(MicrowavePhotoConductive Decay method：μ-PCD法)。在该μ-PCD法中，首先，照射与单晶硅的带隙相比能量大的光脉冲，使在单晶硅基板中产生过剩载流子。晶圆的导电率由于所产生的过剩载流子而升高，之后，伴随着时间经过，过剩载流子复合并消失，从而导电率降低。通过检测并解析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)，从而能够求出复合寿命。此外，当向单晶硅基板照射粒子束时，在禁带中产生形成作为复合中心的能级的缺陷，复合寿命缩短。
复合寿命定义为过剩载流子的浓度通过复合而衰减到1/e(＝0.368)为止的时间(非专利文献1)，将根据能够视为反射微波功率的指数函数的衰减部分(主模式)所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到光脉冲照射时的1/e为止的时间称为1/e寿命。在任一种定义的复合寿命的情况下，均通过在过剩载流子衰减曲线中对过剩载流子浓度为注入时的百分之几十程度的比较高的部分进行解析来求出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-074959号公报
专利文献2：日本特开2014-056881号公报
专利文献3：日本特开平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量方法”
发明内容
(一)要解决的技术问题
如上所述，在功率器件的制造工序中，使用的技术是通过使用粒子束照射来控制载流子的复合寿命，从而抑制尾电流，但是存在以下问题，即，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反映较低浓度的过剩载流子的衰减成为问题的尾电流的特性。
一般认为复合寿命越短(即，高浓度的过剩载流子的衰减越快)，则越抑制尾电流(即，低浓度的过剩载流子的衰减也快)，但是未必如此，存在的问题为，也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情况。
另外，为了进一步推进开关器件的高速化和低电力损耗化，而期望一种能够抑制更微弱的尾电流的单晶硅基板。即，期望一种作为微弱尾电流的原因的低浓度过剩载流子快速衰减的单晶硅基板，但是没有一种分选这种单晶硅基板的方法，或者，不能根据复合寿命的值来高精度地进行分选。
本发明鉴于上述问题而做出，其目的在于提供一种单晶硅基板的分选方法、以及通过该分选方法分选的单晶硅基板，该方法为了抑制微弱的尾电流，而在通过控制载流子的复合寿命来抑制尾电流的功率器件中分选低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种单晶硅基板的分选方法，所述单晶硅基板控制载流子的复合寿命，其特征在于，具有：准备工序，由利用悬浮区熔法(FZ法)生长的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；粒子束照射工序，向所述准备的单晶硅基板照射粒子束；测量工序，在所述粒子束照射工序后的所述单晶硅基板中，注入过剩载流子，并测量过剩载流子浓度相对于注入了过剩载流子后的经过时间的衰减曲线(过剩载流子衰减曲线)；判定工序，在所述测量的过剩载流子衰减曲线中，求出该衰减曲线中的去除衰减速度快的前半部分的尾部中剩余过剩载流子浓度衰减到注入时的过剩载流子浓度的规定比例的衰减时间，在该衰减时间的值为预先确定的判定值以下的情况下，判定所述单晶硅基板合格；以及分选工序，将由与制作出通过所述判定而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分选为控制载流子的复合寿命的单晶硅基板。
通过利用这样的分选方法来分选单晶硅基板，从而能够在通过粒子束照射控制载流子的复合寿命而抑制尾电流的功率器件中，分选低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板，因此能够抑制微弱的尾电流，由此，能够降低电力损耗。
此时，在所述粒子束照射工序中，优选以3×1014/cm2以上9×1015/cm2以下的照射剂量照射电子束。
通过用这样范围的照射剂量照射电子束，从而能够明确低浓度的过剩载流子的衰减中的由单晶硅锭造成的不同，从而能够可靠地分选低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板。
此时，在所述测量工序中优选使用微波光电导衰减法(μ-PCD法)。
这样，通过使用μ-PCD法，从而能够极其简便地在短时间内测量过剩载流子衰减曲线。
此时，所述过剩载流子衰减曲线的尾部优选是剩余过剩载流子浓度为注入时的过剩载流子浓度的10％以下的区域。
这样，通过使过剩载流子衰减曲线的尾部成为剩余过剩载流子浓度为10％以下的区域，从而能够明确低浓度的过剩载流子的衰减中的由单晶硅锭造成的不同，能够更可靠地分选低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板。在此，剩余过剩载流子浓度的下限值没有特别限定，例如通过设为0.5％以上，从而能够防止载流子浓度过低而不能高精度地测量。
此时，优选地，在所述粒子束照射工序中，以1×1015/cm2的照射剂量照射电子束，在所述判定工序中，根据所述过剩载流子衰减曲线求出剩余过剩载流子浓度成为注入时的过剩载流子浓度的3％的衰减时间，并在该求出的衰减时间为2.0μsec以下的情况下，判定为所述单晶硅基板合格。
如果以这样的判定条件分选，则能够更可靠地分选低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板。
另外，为了实现上述目的，本发明提供一种单晶硅基板，其控制载流子的复合寿命，其特征在于，在以1×1015/cm2的照射剂量照射电子束后，注入过剩载流子，并测量了过剩载流子浓度相对于注入了过剩载流子后的经过时间的衰减曲线(过剩载流子衰减曲线)的情况下，在所述过剩载流子衰减曲线中，剩余过剩载流子浓度成为注入时的过剩载流子浓度的3％的衰减时间为2.0μsec以下。
根据这样的单晶硅基板，在通过控制载流子的复合寿命来抑制尾电流的功率器件中，由于低浓度的过剩载流子的衰减变快，因此是能够抑制微弱的尾电流的器件，由此，能够降低电力损耗。
(三)有益效果
如上所述，根据本发明的单晶硅基板的分选方法，在通过粒子束照射控制载流子的复合寿命时，能够分选低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板，因此在通过控制载流子的复合寿命来抑制尾电流的功率器件中，能够抑制微弱的尾电流，由此，能够降低电力损耗。另外，根据本发明的单晶硅基板，在通过控制载流子的复合寿命来抑制尾电流的功率器件中，由于低浓度的过剩载流子的衰减变快，因此是能够抑制微弱的尾电流的器件，由此，能够降低电力损耗。
附图说明
图1是表示本发明的单晶硅基板的分选方法的流程的图。
图2是表示在实验例中测量的过剩载流子衰减曲线的例子的图。
图3是表示在实验例中测量的样本C与样本J的过剩载流子衰减曲线中的尾部的衰减时间的差(J-C)和电子束照射剂量的关系的图。
图4是表示在实验例中测量的各样本的过剩载流子衰减曲线中的尾部的衰减时间(电子束照射剂量是3×1015/cm2，求出衰减时间的剩余过剩载流子浓度是1％)的图。
图5是表示在实验例中测量的各样本的过剩载流子衰减曲线中的尾部的衰减时间(电子束照射剂量是1×1015/cm2，求出衰减时间的剩余过剩载流子浓度是3％)的图。
图6是表示在实验例中测量的过剩载流子衰减曲线中的尾部的衰减时间与碳浓度的关系的图。
图7是表示在实验例中测量的过剩载流子衰减曲线中的尾部的衰减时间与磷浓度的关系的图。
图8是表示在实验例中测量的过剩载流子衰减曲线中的尾部的衰减时间与1/e寿命的关系的图。
具体实施方式
以下，关于本发明，作为实施方式的一例，参照附图进行详细地说明，但是本发明不限于此。
如上所述，在功率器件的制造工序中，使用的技术是通过使用粒子束照射来控制载流子的复合寿命，从而抑制尾电流，但是存在以下问题，即，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反映较低浓度的过剩载流子的衰减成为问题的尾电流的特性。另外，为了进一步推进开关器件的高速化和低损耗化，而期望一种能够抑制更微弱的尾电流的单晶硅基板。即，期望一种作为微弱尾电流的原因的低浓度的过剩载流子快速衰减的单晶硅基板，但是没有一种分选这种单晶硅基板的方法。
因此，本发明人经过多次认真研究，发现在向FZ单晶硅基板照射粒子束后，注入过剩载流子并测量了载流子浓度相对于之后的经过时间的衰减的情况下，在过剩载流子浓度变低的尾部，由FZ单晶硅锭引起的差变大，另外，还发现低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅锭。进而，发现上述低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板难以根据复合寿命的值以高精度进行分选，从而完成了本发明。
以下参照图1对本发明的单晶硅基板的分选方法进行说明。
首先，进行准备工序，该工序由利用FZ法生长的单晶硅锭制作并准备作为控制载流子的复合寿命的单晶硅基板的候补的单晶硅基板(图1的S11)。在此准备的单晶硅基板的规格(直径、电阻率等)没有特别限定，但是优选符合器件的要求。
另外，准备该单晶硅基板的方法在本发明中没有特别限定。例如，能够通过从单晶硅锭切出硅晶圆，为了去除切断损伤而对硅晶圆进行化学蚀刻处理，然后进行化学机械抛光，从而准备单晶硅基板。
接着，进行对单晶硅基板照射粒子束的粒子束照射工序(图1的S12)。在该粒子束照射工序中，能够以3×1014/cm2以上9×1015/cm2以下的照射剂量照射电子束作为粒子束。电子束照射在控制复合寿命的功率器件的制造工序中被广泛使用，因此优选将粒子束设为电子束。
通过使电子束的照射量在3×1014/cm2以上，从而在低浓度的过剩载流子的衰减中，能够使由单晶硅锭引起的差变大，而能够可靠地分选低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板。
另外，通过使电子束的照射量为9×1015/cm2以下，从而在低浓度的过剩载流子的衰减中，能够使由单晶硅锭引起的差变大，而能够可靠地分选低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板，并且能够防止由于照射耗费时间而效率低下。电子束的加速电压没有特别限定，能够设为在功率器件的制造工序中使用的加速电压，例如能够设为0.5-2MV。
此外，所照射的粒子束的种类不限于电子束。可以选择质子、氦离子等带电粒子作为粒子束进行使用。
接着，进行测量工序，在粒子束照射工序后的单晶硅基板中，测量过剩载流子衰减曲线(图1的S13)。
在过剩载流子衰减曲线的测量中，能够使用例如微波光电导衰减法(μ-PCD法)。μ-PCD法中的测量条件可以是通常使用的条件，例如能够通过在非专利文献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量方法”》中所记载的条件等进行测量。另外，测量装置能够使用目前在市场销售的产品。
过剩载流子衰减曲线除了受到在单晶硅基板中生成的复合中心的影响之外，也受到单晶硅基板的表面中的表面复合的影响。在过剩载流子衰减曲线的测量中，在单晶硅基板的表面复合成为问题的情况下，进行抑制表面复合的处理。作为抑制该表面复合的处理，一般使用热氧化处理(氧化膜钝化)、电解溶液处理(化学钝化)。
在使用氧化膜钝化的情况下，优选在粒子束照射工序之前在单晶硅基板的表面形成氧化膜。如果在粒子束照射工序之前进行氧化膜钝化，则抑制表面复合，但不必担心通过照射粒子束所生成的复合中心会消失。氧化膜能够通过例如氧化性气氛的热处理来形成。氧化膜形成热处理的条件为，例如使温度为900℃以上1100℃以下，使时间为10分钟以上60分钟以下。在使用化学钝化的情况下，为了避免钝化效果的经时变化的影响，优选在测量过剩载流子衰减曲线之前进行化学钝化。
接着，进行判定工序，该工序求出上述测量的过剩载流子衰减曲线的尾部中的剩余过剩载流子浓度衰减到注入时的过剩载流子浓度的规定比例的衰减时间，在该衰减时间的值为预先确定的判定值以下的情况下，判定所述单晶硅基板合格(图1的S14)。
关于判定值，能够确定为预先求出其与器件的尾电流特性的关系，基于该关系而能够获得目标的尾电流的值。另外，在能够通过当前的制造技术制造的单晶硅锭中，在考虑了制造成本与器件特性改善的效果的平衡的范围内，期望以尾部的衰减时间尽可能缩短的方式进行确定。
此时，过剩载流子衰减曲线的尾部能够设为剩余过剩载流子浓度为注入时的过剩载流子浓度的15％以下的区域，但是优选设定为10％以下的区域。另外，所述预先确定的判定值能够设为例如剩余过剩载流子浓度成为注入时的过剩载流子浓度的X1(％)所需要的时间t1(μsec)。
关于满足这样的判定值t1(μsec)以下的单晶硅基板，在通过粒子束照射来控制载流子的复合寿命的功率器件中，由于低浓度的过剩载流子的衰减变快，因此为能够抑制微弱的尾电流的单晶硅基板。
在过剩载流子衰减曲线的尾部中，由FZ单晶硅锭引起的衰减时间的差变大的理由考虑为如下所述。
在过剩载流子衰减曲线中，在过剩载流子浓度变低的尾部，过剩少数载流子(在单晶硅基板的导电类型是N型的情况下为空穴)的衰减是主导性的。在不作用外力的情况下，过剩载流子的衰减通过过剩的电子与空穴的复合来进行，如果作为载流子复合中心的缺陷的浓度变高，则促进过剩载流子的衰减。另一方面，虽然没有成为载流子复合中心，但是如果存在作为载流子陷阱的缺陷，则有的情况下，通过重复载流子的捕获和排出，从而抑制载流子的复合，并抑制过剩载流子的衰减。由此，作为少数载流子陷阱的缺陷的浓度由于FZ单晶硅锭的某些主要原因而变高，并抑制过剩少数载流子的衰减，从而认为在过剩载流子衰减曲线的尾部，由FZ单晶硅锭引起的差变大。
对高浓度的过剩载流子的衰减带来影响的缺陷主要是载流子复合中心，而对低浓度的过剩载流子的衰减带来影响的缺陷是载流子复合中心和少数载流子陷阱两者。因而，如果不存在少数载流子陷阱，则复合寿命反映低浓度的过剩载流子的衰减时间，但是在存在少数载流子陷阱的情况下，复合寿命不再反映低浓度的过剩载流子的衰减时间。
少数载流子陷阱的实际状态不清楚，但是认为是通过粒子束照射所生成的点缺陷(原子空位和晶格间硅)与单晶硅所包含的轻元素杂质(掺杂剂、碳、氧、氮等)的复合体。因而，如果是从轻元素杂质的浓度基本上均匀的相同单晶硅锭切出的单晶硅基板，则低浓度的过剩载流子的衰减特性基本上相同。但是，少数载流子陷阱的浓度根据轻元素杂质的绝对浓度和浓度平衡而不同，因此难以仅根据任意一种轻元素杂质的浓度来分选。
接着，进行分选工序(图1的S15)。在该分选工序中，将由与制作出在判定工序中判定为合格的单晶硅基板的单晶硅锭相同的单晶硅锭制作的单晶硅基板分选为控制复合寿命的单晶硅基板。
如果像这样分选单晶硅基板，则在通过粒子束照射来控制载流子的复合寿命的功率器件中，能够可靠地分选低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板。
由与制作出在判定工序中判定为合格的单晶硅基板的单晶硅锭相同的单晶硅锭制作单晶硅基板，可以在结束图1的S11-S15所示的工序之后进行，但是当由S11的单晶硅锭制作作为候补的单晶硅基板时，可以同时制作多个单晶硅基板。
这样，利用本发明的单晶硅基板的分选方法分选的单晶硅基板，在通过粒子束照射来控制载流子的复合寿命的功率器件中，由于低浓度的过剩载流子的衰减变快，因此成为能够抑制微弱的尾电流的单晶硅基板，由此，能够降低电力损耗。因而，能够分选合适的单晶硅基板作为通过粒子束照射来控制载流子的复合寿命的功率器件用的单晶硅基板。
接着，对本发明的单晶硅基板进行说明。
本发明人在粒子束照射后的单晶硅基板中成功发现低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板。而且，发现低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板难以根据复合寿命的值识别，从而完成了本发明的单晶硅基板。
本发明的单晶硅基板是控制载流子的复合寿命的单晶硅基板，当以1×1015/cm2的照射剂量照射电子束后，注入过剩载流子，并在测量过剩载流子浓度相对于注入了过剩载流子后的经过时间的衰减曲线(过剩载流子衰减曲线)的情况下，在过剩载流子衰减曲线中，剩余过剩载流子浓度成为注入时的过剩载流子浓度的3％的衰减时间为2.0μsec以下。
根据这样的单晶硅基板，在通过控制载流子的复合寿命来抑制尾电流的功率器件中，由于低浓度的过剩载流子的衰减变快，因此为能够抑制微弱的尾电流的单晶硅基板，由此，能够降低电力损耗。
本发明的单晶硅基板作为用于通过粒子束照射来控制载流子的复合寿命的功率器件的单晶硅基板是合适的。在复合寿命的控制中，除了电子束之外，还有使用质子、氦离子等作为粒子束的情况，但是本发明的单晶硅基板即使在进行使用了任一种粒子束照射的控制的情况下，也会成为上述那样的低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板。
切出单晶硅基板的单晶硅锭的生长方法设为FZ法，直径、电阻率等规格没有特别限定，但是优选符合器件的要求。
在本发明中，作为通过粒子束照射来控制载流子的复合寿命的单晶硅基板，为了抑制微弱的尾电流，而使用上述单晶硅基板的分选方法的理由是基于从以下实验中获得的发现。
(实验例)
准备了从通过FZ法制造的多个单晶硅锭中分别切出的多个单晶硅基板。多个单晶硅基板的掺杂剂种类、掺杂剂浓度、氧浓度、碳浓度、氮浓度、直径、结晶面取向如以下所述。
掺杂剂种类/浓度：磷/6.2×1013-7.8×1013atoms/cm3、
氧浓度：不足0.1ppma、0.2-0.4ppma(JEIDA)、
碳浓度：0.01-0.10ppma(JEIDA)、
氮浓度：3.6×1014-3.1×1015atoms/cm3、
直径：200mm、150mm、
结晶面取向：(100)。
氧浓度不足0.1ppma的单晶硅基板是由将通常的多结晶硅棒作为原料并通过FZ法生长的单晶硅锭制造的基板(以下有的情况称为纯Poly-FZ基板)。另外，氧浓度为0.2-0.4ppma的单晶硅基板是由将利用CZ法生长的单晶硅棒作为原料并利用FZ法生长的单晶硅锭制造的(以下有的情况称为CZ-FZ基板)。准备了四个级别(A-D)的直径为200mm的纯Poly-FZ基板，准备了三个级别(E-G)的直径为150mm的纯Poly-FZ基板，准备了四个级别(H-K)的直径为200mm的CZ-FZ基板，准备了三个级别(L-N)的直径为150mm的CZ-FZ基板。
接着，在准备的多个单晶硅基板上进行氧化膜钝化。此时，氧化膜钝化通过利用氧化热处理形成氧化膜而进行。此外，热处理温度设定为1000℃，时间设定为60分钟，气氛设定为氧。
接着，向形成氧化膜后的多个单晶硅基板照射电子束。此时，电子束的照射剂量设定为3×1014-9×1015/cm2，电子束的加速电压在任一种照射剂量的情况下都设为2MV。
接着，在照射了电子束的多个单晶硅基板中，分别利用μ-PCD法测量了过剩载流子衰减曲线。
在图2中示出在样本C和样本J中测量的过剩载流子衰减曲线的例子。样本C是直径为200mm的纯Poly-FZ基板，氧浓度不足0.1ppma，碳浓度是0.01ppma，氮浓度是2.3×1015atoms/cm3。样本J是直径为200mm的CZ-FZ基板，氧浓度是0.2ppma，碳浓度是0.01ppma，氮浓度是3.1×1015atoms/cm3。图2的纵轴的载流子浓度是将注入载流子时的峰值浓度设定为1而进行标准化的。关于电子束的照射剂量，图2的(a)为3×1014/cm2，图2的(b)为1×1015/cm2，图2的(c)为2×1015/cm2，图2的(d)为3×1015/cm2，图2的(e)为6×1015/cm2，图2的(f)为9×1015/cm2。在各图中，粗线表示样本C的情况，细线表示样本J的情况。
这样，可知：即使在任一种照射剂量的情况下，以及，在任一种单晶硅基板的情况下，过剩载流子衰减曲线都能够大致分为衰减速度快的前半部分、和衰减速度慢的后半部分(尾部)，在对复合寿命有要求的过剩载流子浓度比较高的部分和过剩载流子浓度比较低的尾部，表现不同。另外，可知在尾部单晶硅锭引起的差变大。而且，可知在任一种照射剂量的情况下，与样本J相比，样本C尾部的衰减时间短。
接着，在测量的过剩载流子衰减曲线的尾部，求出了剩余过剩载流子浓度成为注入时的过剩载流子浓度X1(％)所需要的衰减时间t1(μsec)。
在图3中示出样本C与样本J的衰减时间的差(J-C)和电子束照射剂量的关系。图3中的符号的差异表示求出了衰减时间的剩余过剩载流子浓度的差异，○表示0.5％的情况，Δ表示1％的情况，□表示3％的情况，◇表示5％的情况，×表示10％的情况。
在任一种电子束照射剂量的情况下，以及，在任一种剩余过剩载流子浓度的情况下，样本C与样本J的衰减时间的差(J-C)都为正值，因此可知与样本J相比样本C尾部的衰减时间短。特别地，可知在电子束照射剂量为2×1015-3×1015/cm2的情况下，样本C与样本J的衰减时间的差变大，因此能够高灵敏度地评价由FZ单晶硅锭引起的衰减时间的差。
关于样本A-N，根据单晶硅锭的原料和直径对过剩载流子衰减曲线中的尾部的衰减时间的例子进行分类而在图4及图5中示出。图4表示电子束照射剂量是3×1015/cm2、求出衰减时间的剩余过剩载流子浓度是1％的情况，图5表示电子束照射剂量是1×1015/cm2、求出衰减时间的剩余过剩载流子浓度是3％的情况。
这样，可知过剩载流子衰减曲线中的尾部的衰减时间变快的单晶硅基板不能根据单晶硅锭的原料、直径的差异进行分选。另外，可知由于根据单晶硅锭的原料未必能够分选，因此根据单晶硅基板的氧浓度不能分选。
此时，例如，在图4或者图5的条件中，通过将衰减时间的判定值设定为2μsec，从而能够分选低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板，因此能够控制微弱的尾电流。
接着，在图6中示出过剩载流子衰减曲线中的尾部的衰减时间与单晶硅基板的碳浓度的关系，在图7中示出过剩载流子衰减曲线中的尾部的衰减时间与单晶硅基板的磷浓度的关系。在各图中，电子束照射剂量、以及求出衰减时间的剩余过剩载流子浓度在(a)中是3×1015/cm2及1％，在(b)中是1×1015/cm2及3％。各图中的符号的差异表示单晶硅锭的直径及原料的差异，○表示直径是200mm的纯Poly-FZ的情况，Δ表示直径是150mm的纯Poly-FZ的情况，□表示直径是200mm的CZ-FZ的情况，◇表示直径是150mm的CZ-FZ的情况。
根据该结果可知，过剩载流子衰减曲线中的尾部的衰减时间快的单晶硅基板不能根据包含于单晶硅基板的碳、磷的浓度来分选。
接着，在图8中示出过剩载流子衰减曲线中的尾部的衰减时间与1/e寿命的关系。电子束照射剂量是1×1015/cm2，求出衰减时间的剩余过剩载流子浓度是3％。
根据该结果得知，过剩载流子衰减曲线中的尾部的衰减时间快的单晶硅基板不能根据一般性定义的复合寿命来分选。
如上所述，对于不能仅根据包含于该单晶硅基板中的磷、碳、或者氧的任何一个的浓度来分选过剩载流子衰减曲线中的尾部的衰减时间变快的单晶硅基板的理由，考虑为如下所述。
当对单晶硅基板照射高能量的粒子束时，晶格位置的硅原子被弹出，并生成晶格间硅(以下称为I)和作为其空壳(日语：抜け殻)的空位(以下称为V)。过剩生成的I、V作为单体不稳定，因此进行复合(V+I→0)或者I彼此、V彼此进行聚类，或者与包含于单晶硅基板中的轻元素杂质反应并形成复合体。而且，I、V的簇、I、V与轻元素杂质的复合体在硅的带隙中形成深能级，并作为载流子的复合中心发挥作用，从而降低复合寿命。另外，一部分复合体作为少数载流子陷阱发挥作用，而抑制过剩少数载流子的复合。
作为与空位V关联的缺陷，已知V和置换型磷Ps反应而形成VP(V+Ps→VP)。另外，也有如下情况：V与晶格间氧Oi反应而形成VO(V+Oi→VO)，进而，V与VO反应而形成V2O(V+VO→V2O)。另外，V彼此反应也形成VV(V+V→VV)。在存在氮的情况下，V与N反应也形成VN(V+N→VN)。V与P、O、或者与N的反应分别竞争，因此，如果在氮浓度高的情况下容易形成VN，则可能难以形成V关联的其它复合体。
另一方面，作为晶格间硅I关联的缺陷，已知I与置换型硼Bs反应而形成晶格间硼Bi(I+Bs→Bi)，进而，Bi与Oi反应而形成BiOi(Bi+Oi→BiOi)。另外，在存在碳的情况下，I与置换型碳Cs反应而形成晶格间碳Ci(I+Cs→Ci)，进而，Ci与Oi、Ci与Cs反应而形成CiOi、CiCs(Ci+Oi→CiOi、Ci+Cs→CiCs)。另外，I彼此反应也形成I簇(I+I+…→In)。在存在氮的情况下，V与N反应，从而抑制V与I的复合，其结果，有可能容易形成I关联的复合体。
I、V与轻元素杂质的反应取决于各自的绝对浓度和浓度平衡，极其复杂，难以估计哪个复合体处于优势。由此，认为作为少数载流子陷阱发挥作用的复合体的浓度不仅仅取决于包含在单晶硅基板中的磷、碳、或者氧的任何一个的浓度。
因此，如本发明那样，通过在向单晶硅基板照射电子束后，求出测量的过剩载流子衰减曲线中的尾部的衰减时间，并对该值为预先确定的判定值以下的单晶硅基板进行分选，从而能够分选低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板，因此能够减小由单晶硅基板引起的尾电流的偏差，并且能够抑制微弱的尾电流。
【实施例】
以下，示出实施例并对本发明进行更具体的说明，但本发明并不限定于此。
(实施例)
在实施例中，对于由两个种类的FZ单晶硅锭(锭1及2)制作的单晶硅基板，按照本发明的分选方法判定由各单晶硅锭制作的单晶硅基板是否合格，并进行了分选。
(锭1)
首先，利用FZ法来生长磷浓度为7×1013atoms/cm3的单晶硅锭(锭1)。直径是200mm，结晶轴取向是＜100＞。氧浓度不足0.1ppma，碳浓度是0.01ppma。而且，利用标准的晶圆加工工艺由该单晶硅锭制作了镜面抛光精加工的单晶硅基板。
接着，通过氧化热处理在所制作的单晶硅基板上形成了氧化膜(氧化膜钝化)。氧化热处理温度设定为1000℃，时间设定为60分钟，气氛设定为氧。接着，向形成了氧化膜的单晶硅基板照射电子束。电子束的照射量设为1×1015/cm2，电子束的加速电压设为2MV。
而且，在照射了电子束的单晶硅基板中，利用μ-PCD法测量了过剩载流子衰减曲线。其结果为，剩余过剩载流子浓度成为3％的衰减时间为1.5μsec，比作为判定是否合格的基准的判定值2.0μsec短，因此作为控制复合寿命的单晶硅基板而判定为合格。通过将判定值设为2.0μsec，从而能够在FZ单晶硅锭中分选低浓度的过剩载流子的衰减尽可能变快的单晶硅基板。
接着，将由与制作出合格的单晶硅基板的单晶硅锭相同的单晶硅锭(锭1)制作的单晶硅基板分选为控制复合寿命的单晶硅基板。
接着，使用所分选的单晶硅基板制作器件，并评价了关断时的尾电流，其结果为，确认了尾电流被抑制为较低。
(锭2)
首先，利用FZ法来生长磷浓度为8×1013atoms/cm3的单晶硅锭(锭2)。直径是200mm，结晶轴取向是＜100＞。氧浓度是0.2ppma，碳浓度是0.03ppma。而且，利用标准的晶圆加工工艺由该单晶硅锭制作了镜面抛光精加工的单晶硅基板。
接着，通过氧化热处理在所制作的单晶硅基板上形成了氧化膜(氧化膜钝化)。氧化热处理温度设定为1000℃，时间设定为60分钟，气氛设定为氧。接着，向形成了氧化膜的单晶硅基板照射电子束。电子束的照射量设为1×1015/cm2，电子束的加速电压设为2MV。
而且，在照射了电子束的单晶硅基板中，利用μ-PCD法测量了过剩载流子衰减曲线。其结果为，过剩载流子浓度衰减到3％所需要的时间为3.4μsec，比作为判定是否合格的基准的判定值2.0μsec长，因此作为控制复合寿命的单晶硅基板而判定为不合格。而且，不将由与制作出不合格的单晶硅基板的单晶硅锭相同的单晶硅锭(锭2)制作的单晶硅基板作为控制复合寿命的单晶硅基板使用。
这样，确认了：根据本发明的分选方法，能够排除低浓度的过剩载流子的衰减变慢的单晶硅基板，并能够高精度地分选单晶硅锭自身引起的过剩载流子的衰减时间的偏差变小且低浓度的过剩载流子的衰减变快的单晶硅基板。
此外，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式仅是例示，具有与记载于本发明的权利要求书的技术思想实质上相同的结构并实现同样的作用效果的技术方案，均包含于本发明的技术范围内。

Claims (6)

1.一种单晶硅基板的分选方法，所述单晶硅基板控制载流子的复合寿命，其特征在于，具有：
准备工序，由利用悬浮区熔法(FZ法)生长的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；
粒子束照射工序，向所述准备的单晶硅基板照射粒子束；
测量工序，在所述粒子束照射工序后的所述单晶硅基板中，注入过剩载流子，并测量过剩载流子浓度相对于注入了过剩载流子后的经过时间的衰减曲线(过剩载流子衰减曲线)；
判定工序，在所述测量的过剩载流子衰减曲线中，求出该衰减曲线中的去除衰减速度快的前半部分的尾部中剩余过剩载流子浓度衰减到注入时的过剩载流子浓度的规定比例的衰减时间，在该衰减时间的值为预先确定的判定值以下的情况下，判定所述单晶硅基板合格；以及
分选工序，将由与制作出通过所述判定而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分选为控制载流子的复合寿命的单晶硅基板。
2.根据权利要求1所述的单晶硅基板的分选方法，其特征在于，
在所述粒子束照射工序中，以3×1014/cm2以上9×1015/cm2以下的照射剂量照射电子束。
3.根据权利要求1或2所述的单晶硅基板的分选方法，其特征在于，
在所述测量工序中，使用微波光电导衰减法作为测量所述衰减曲线的方法。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的单晶硅基板的分选方法，其特征在于，
所述过剩载流子衰减曲线的尾部是剩余过剩载流子浓度为注入时的过剩载流子浓度的10％以下的区域。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的单晶硅基板的分选方法，其特征在于，
在所述粒子束照射工序中，以1×1015/cm2的照射剂量照射电子束，
在所述判定工序中，根据所述过剩载流子衰减曲线求出剩余过剩载流子浓度成为注入时的过剩载流子浓度的3％的衰减时间，并在该求出的衰减时间为2.0μsec以下的情况下，判定为所述单晶硅基板合格。
6.一种单晶硅基板，其控制载流子的复合寿命，其特征在于，
在以1×1015/cm2的照射剂量照射电子束后，注入过剩载流子，并测量了过剩载流子浓度相对于注入了过剩载流子后的经过时间的衰减曲线(过剩载流子衰减曲线)的情况下，在所述过剩载流子衰减曲线中，剩余过剩载流子浓度成为注入时的过剩载流子浓度的3％的衰减时间为2.0μsec以下。
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