DE112013006780T5 - Verfahren zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung eines Halbleiterwafers - Google Patents

Verfahren zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung eines Halbleiterwafers Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung Vf eines Halbleiterwafers des N-Typs bereitgestellt, in dem eine Dichte an Verunreinigungen, die in einer N-Schicht enthalten sind, nicht gleichförmig in einer Aufsicht des Halbleiterwafers verteilt ist. Das in dieser Spezifikation offenbarte Verfahren reduziert die Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannung durch Bestrahlen des Halbleiterwafers des N-Typs mit geladenen Partikeln und Erzeugen von Defekten in der N-Schicht, um die Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannung zu reduzieren. In einem Aspekt des Verfahrens werden geladene Partikel so bestrahlt, dass eine erreichte Position in einer Tiefenrichtung oder eine Bestrahlungsdichte sich gemäß der Dichte von Verunreinigungen in der N-Schicht in der Aufsicht des Halbleiterwafers unterscheiden. Beispielsweise werden geladene Partikel so bestrahlt, dass eine erreichte Position in der Tiefenrichtung des Wafers, die durch geladene Partikel erreicht ist, mit denen das Zentralgebiet des Halbleiterwafers bestrahlt ist, näher an einer Halbleiterschicht des P-Typs ist, als eine erreichte Position von geladenen Partikeln, mit denen ein peripheres Gebiet des Halbleiterwafers bestrahlt ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung in der Aufsicht auf einen Halbleiterwafer. In dieser Spezifikation kann ein „Halbleiterwafer“ einfach als ein „Wafer“ bezeichnet werden, um die Beschreibung zu vereinfachen. Ferner kann eine „Halbleiterschicht des P-Typs“ einfach als eine „P-Schicht“ und eine „Halbleiterschicht des N-Typs“ einfach als eine „N-Schicht“ bezeichnet werden.
  • Stand der Technik
  • Es gibt eine bekannte Technik, die Lebensdauersteuerung benannt wird, die verwendet wird, um eine umgekehrte Erholungszeit einer Diode zu verkürzen. Diese Technik verwendet eine Technologie, die geladene Partikel auf einen Wafer bestrahlt, in dem eine P-Schicht und eine N-Schicht gestapelt sind, um absichtlich Kristalldefekte in der N-Schicht zu erzeugen. Ladungsträger werden durch die Kristalldefekte gefangen und ihre Lebensdauer wird dadurch beendet. Die geladenen Partikel sind Ionen oder Elektronen. Als eine Art von Ionen werden Heliumionen oder Protonen typischerweise ausgewählt.
  • Kristalldefekte werden erklärt. Geladene Partikel, die auf einen Wafer bestrahlt werden, werfen Siliziumatome in einer Kristallstruktur aus. Dann werden Leerstellen, bei denen Siliziumatome fehlen, in der Kristallstruktur gebildet. Diese Leerstellen werden Punktdefekte genannt. Die Punktdefekte sind an sich unstabil und werden durch Bindung an andere Faktoren stabilisiert. Ein Aspekt von stabilen Defekten wird Mehrfachleerstellendefekte genannt, bei denen mehrere Punktdefekte sich aneinander binden. Ein anderer Aspekt von stabilen Defekten wird komplexe Defekte genannt, bei denen sich Punktdefekte an Verunreinigungen binden, die in einem Wafer enthalten sind. Das heißt, komplexe Defekte werden erzeugt, durch die die Punktdefekte an die Verunreinigungen gebunden werden. Hier bedeutet „Verunreinigungen“ nicht Substanzen, die den Leitfähigkeitstyp eines Halbleiters bestimmen, sondern bedeutet Substanzen, die nicht zu einem Leitfähigkeitstyp beitragen. In dieser Spezifikation werden die Verunreinigungen, die nicht zu einem Leitfähigkeitstyp beitragen, aber zu der Stabilisierung von Punktdefekten beitragen, als defektstabilisierende Verunreinigungen bezeichnet, um sie der Bequemlichkeit halber von Verunreinigungen zu unterscheiden, die den Leitfähigkeitstyp bestimmen. Bor und Phosphor sind typische Beispiele von Verunreinigungen, die den Leitfähigkeitstyp bestimmen, und Sauerstoff und Kohlenstoff sind typische Beispiele von defektstabilisierenden Verunreinigungen.
  • Auf der anderen Seite ist es bekannt, dass die Lebensdauer zu der Tiefe einer Defektposition in einer Waferrichtung in Beziehung steht (siehe JP 2007-251003 A und JP 2009-239269 A ). Defektpositionen in einer Tiefenrichtung eines Wafers können durch eine Energie angepasst werden, die geladenen Partikeln mitgegeben wird, die bestrahlt werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Herkömmlich wird ein Diffusionswafer häufig verwendet, um eine Diode herzustellen. Auf der anderen Seite sind mit der kürzlichen Verbreitung von elektrischen Fahrzeugen Verbesserungen an Invertern fortgeschritten, und die Entwicklung einer Halbleitereinrichtung, in der ein Transistorelement, wie z.B. ein IGBT, und eine Diode auf einem Chip gebildet sind, wurde untersucht. Dies hat den Grund darin, dass eine gegen-parallele Schaltung von einem Transistor und einer Diode meistens als ein Inverter verwendet wird. Eine Einrichtung, in der die gegen-parallele Schaltung eines IGBT’s und einer Diode auf einem Chip gebildet ist, wird eine umgekehrt leitende („Reverse conducted“) IGBT (bipolarer Transistor mit isoliertem Gate) (RCIGBT) genannt.
  • Mit Bezug auf einen Wafer, auf dem ein Transistor, wie z.B. ein IGBT, und eine Diode gebildet sind, wird ein Wafer bevorzugt verwendet, der zum Produzieren eines IGBT’s geeignet ist. Der Wafer, der geeignet ist, um ein IGBT zu produzieren, ist einer, der durch ein Floating Zone(FZ)-Verfahren oder ein magnetisches Zonen(MCZ)-Verfahren produziert wird. Das heißt, ein Wafer, der geeignet ist, um eine Diode zu produzieren, ist verschieden von einem Wafer, der geeignet ist, um einen IGBT zu produzieren.
  • Um die Lebensdauercharakteristik einer Diode auch in einem RCIGBT zu verbessern, hat der Erfinder dieser Anmeldung geladene Partikel gleichförmig auf einen Wafer bestrahlt, der ursprünglich für einen IGBT verwendet wurde. Anschließend hat der Erfinder gefunden, dass die Vorwärtsspannung Vf des Wafers eine Nichtgleichförmigkeit hat, die abhängig von einer Position in der Aufsicht auf den Wafer ist. Insbesondere wird die Vorwärtsspannung Vf in einem Zentralgebiet höher als die Vorwärtsspannung Vf in einem peripheren Gebiet, wenn der Wafer in einer Aufsicht gesehen wird. Eine Vorwärtsspannung Vf bedeutet die Spannung an einer Grenze, an der ein Strom abrupt groß wird, wenn die an eine Diode angelegte Spannung allmählich in einer Vorwärtsrichtung wächst. In einem Wafer, wie z.B. einem Diffusionswafer, der für eine herkömmliche Diode verwendet wurde, wurde die Nichtgleichförmigkeit in der Ebene einer Vorwärtsspannung Vf nicht beobachtet (sie war sehr klein, wenn sie beobachtet wurde). Wenn jedoch geladene Partikel auf einen Wafer bestrahlt werden, der für einen IGBT verwendet wurde, tritt eine Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannung Vf auf, die von einer Position in der Ebene des Wafers abhängig ist. Weil eine Vielzahl von Halbleitereinrichtungen aus einem Wafer gemacht werden können, ist die Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannung Vf nicht bevorzugt. Die vorliegende Spezifikation offenbart ein Verfahren zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannung Vf für einen Wafer, in dem eine P-Schicht und eine N-Schicht gestapelt sind.
  • Trotz der Tatsache, dass die geladenen Partikel gleichförmig bestrahlt werden, hat der Halbleiterwafer die Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannung Vf. Als die Ursache der Nichtgleichförmigkeit untersucht wurde, wurde die folgende Erkenntnis erhalten: ein signifikanter Unterschied wurde in den Gehaltsdichten (Konzentration) von defektstabilisierenden Verunreinigungen zwischen einem Wafer gefunden, der für die Diode verwendet wird (wie z.B. einem Diffusionswafer und einem Wafer, der durch ein CZ-Verfahren hergestellt wurde), und einem Wafer, der für den IGBT verwendet wird (der durch das FZ-Verfahren und das MCZ hergestellt wurde). In einem Wafer, der oft für die Diode verwendet wird, ist die Gehaltsdichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen im Wesentlichen größer als 4,0 × 1017 [Atome/cm3]. Auf der anderen Seite ist in einem Wafer, der oft für den IGBT verwendet wird, die Gehaltsdichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen im Wesentlichen kleiner als 4,0 × 1017 [Atome/cm3]. Es wird spekuliert, dass dieser Unterschied im Herstellungsverfahren der Wafer begründet ist. Im Weiteren wird ein Wafer, in dem die Gehaltsdichte von defektstabilisierenden Verunreinigungen im Wesentlichen größer als 4,0 × 1017 [Atome/cm3] ist, als ein Wafer hoher Verunreinigungsdichte bezeichnet; ein Wafer, in dem die Gehaltsdichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen kleiner als 4,0 × 1017 [Atome/cm3] ist, wird als ein Wafer mit niedriger Verunreinigungsdichte bezeichnet.
  • Ferner wurde gemäß der Untersuchung des Erfinders das Folgende geklärt, wenn Defekte durch Bestrahlen mit geladenen Partikeln erzeugt werden: in dem Wafer hoher Verunreinigungsdichte ist die Dichte von Punktdefekten (d.h., nach allem, äquivalent zu der Dichte von geladenen Partikeln, die bestrahlt wurden) ein dominanter Faktor, der die Dichte von komplexen Defekten bestimmt. Auf der anderen Seite ist in dem Wafer niedriger Verunreinigungsdichte die Dichte von defektstabilisierenden Verunreinigungen ein dominanter Faktor, der die Dichte von komplexen Defekten bestimmt. Dann wird spekuliert wie folgt: in dem Wafer niedriger Verunreinigungsdichte ist die Dichte von defektstabilisierenden Verunreinigungen nicht gleichförmig in der Ebene des Wafers verteilt; deswegen tritt selbst wenn die geladenen Partikeln gleichförmig bestrahlt werden, die Nichtgleichförmigkeit in der Dichte von komplexen Defekten auf, die von der Nichtgleichförmigkeit der Gehaltsdichte von defektstabilisierenden Verunreinigungen herrührt. Als ein Ergebnis, tritt die Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannung Vf auf.
  • In dem Fall des Wafers hoher Verunreinigungsdichte beeinflusst die Verteilung der Nichtgleichförmigkeit nicht sehr die Dichte von komplexen Defekten, die erzeugt werden, selbst wenn eine Nichtgleichförmigkeit in der Verteilung von defektstabilisierenden Verunreinigungen existiert. Es wird angenommen, dass dies aus folgendem Grund ist: wenn die Dichte der defektstabilisierenden Verunreinigungen allgemein hoch ist, existiert selbst, wenn die Nichtgleichförmigkeit existiert, eine ausreichende Anzahl von defektstabilisierenden Verunreinigungen, um komplexe Defekte durch Interaktion mit beinahe allen Punktdefekten zu erzeugen, die durch die Bestrahlung mit geladenen Partikeln erzeugt werden. Entsprechend ist in einem Wafer, der oft als eine Diode verwendet wird, ein Einfluss nicht bemerkbar mit Bezug auf die Nichtgleichförmigkeit der defektstabilisierenden Verunreinigungen in der Ebene des Wafers. Wenn geladene Partikel gleichförmig auf die Oberfläche des Wafers bestrahlt werden, wurde eine im Wesentlichen gleichförmige Vorwärtsspannung Vf über die ganze Oberfläche des Wafers erhalten.
  • Jedoch existiert in dem Fall des Wafers niedriger Verunreinigungsdichte für einen IGBT, selbst wenn geladene Partikel gleichförmig bestrahlt werden, ein bemerkbarer Einfluss der Nichtgleichförmigkeit an defektstabilisierenden Verunreinigungen in der Ebene, der in der Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannung Vf in der Ebene resultiert. Wie vorher erwähnt, ist in einem Wafer, der durch das FZ-Verfahren oder das MCZ-Verfahren hergestellt wird, die Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen in dem Zentralgebiet höher als in dem peripheren Gebiet in der Ebene des Wafers; deswegen wird die Vorwärtsspannung Vf des Zentralgebiets höher als die Vorwärtsspannung Vf des peripheren Gebiets.
  • Basierend auf der oben erwähnten Erkenntnis stellt diese Spezifikation ein Verfahren zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung Vf in der Ebene eines Wafers bereit. In diesem Verfahren werden geladene Partikel, wenn Kristalldefekte (Punktdefekte) durch Implantieren von geladenen Partikeln in die N-Schicht des Wafers erzeugt werden, so bestrahlt, dass die Bestrahlungsdichte von geladenen Partikeln, die auf das Zentralgebiet des Wafers bestrahlt werden, niedriger ist als die Bestrahlungsdichte von geladenen Partikeln, die auf das periphere Gebiet des Wafers bestrahlt werden. Andersrum gesagt, werden die geladenen Partikel so bestrahlt, dass die Bestrahlungsdichte von geladenen Partikeln, die auf das periphere Gebiet bestrahlt werden, höher ist als die Bestrahlungsdichte von geladenen Partikeln, die auf das Zentralgebiet bestrahlt werden. Das heißt, in dem peripheren Gebiet, in dem die Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen niedrig ist, werden geladene Partikel mit einer höheren Dichte bestrahlt, und dadurch werden mehr komplexe Defekte erzeugt. Dadurch gleicht sich die Dichte an komplexen Defekten, die in dem Zentralgebiet erzeugt werden, mit der Dichte an komplexen Defekten in dem peripheren Gebiet aus, und eine Vorwärtsspannung Vf wird gleichförmig in der Ebene des Wafers gemacht. Das heißt, die Bestrahlung mit geladenen Partikeln reduziert die Nichtgleichförmigkeit von komplexen Defekten, was in einer gleichförmigen Vorwärtsspannung Vf resultiert. Dabei bedeutet „Bestrahlungsdichte“ die Menge an geladenen Partikeln, die pro Einheitsfläche eines Wafers bestrahlt werden.
  • Ferner ist es, wie vorher erwähnt, bekannt, dass in einem Wafer, in dem eine N-Schicht und eine P-Schicht gestapelt sind, die Vorwärtsspannung Vf von dem Abstand einer Position von komplexen Defekten von der P-Schicht abhängt, die in der N-Schicht erzeugt sind. Das heißt, wenn die Position von komplexen Defekten, die in der N-Schicht erzeugt werden, weiter von der P-Schicht getrennt ist, wird die Vorwärtsspannung Vf größer. Die Position (Tiefe) von erzeugten komplexen Defekten ist im Wesentlichen äquivalent zu der erreichten Position von implantierten geladenen Partikeln in der Tiefenrichtung. Folglich kann die Vorwärtsspannung Vf auch durch Bestrahlen mit geladenen Partikeln auf solch eine Weise gleichförmig gemacht werden, dass die erreichte Position, die durch die geladenen Partikel erreicht wird, die auf das Zentralgebiet eines Wafers bestrahlt werden, näher an der P-Schicht liegt als die erreichte Position, die durch die geladenen Partikel erreicht wird, die auf das periphere Gebiet des Wafers bestrahlt werden.
  • Die in dieser Spezifikation offenbarte Technologie kann auch auf einen Wafer angewendet werden, in dem die Nichtgleichförmigkeit der Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen verschieden von dem Typ der oben erwähnten Nichtgleichförmigkeit ist. Wenn z.B. die Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen niedrig in dem Zentralgebiet in der Aufsicht auf einen Wafer ist und hoch in dem peripheren Gebiet ist, kann die Bestrahlung so durchgeführt werden, dass die Bestrahlungsdichte der geladenen Partikel in dem Zentralgebiet höher als in dem peripheren Gebiet werden kann. Alternativ kann die Bestrahlung so durchgeführt werden, dass die erreichte Position von bestrahlten geladenen Partikeln in der Tiefenrichtung des Wafers weiter weg von der P-Schicht in dem Zentralgebiet als in dem peripheren Gebiet wird. Um in der Lage zu sein, die Technologie in dieser Spezifikation für die Verschiedenheit der nichtgleichförmigen Verteilung von defektstabilisierenden Verunreinigungen anzuwenden, kann die in dieser Spezifikation offenbarte Technologie wie folgt ausgedrückt werden. Diese Spezifikation offenbart ein Verfahren zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannung Vf eines Halbleiterwafers, in dem die Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen, die in einem Halbleiter des N-Typs in der Aufsicht auf einen Halbleiterwafer enthalten ist, nicht gleichförmig verteilt ist. Das Verfahren zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit kann wie folgt ausgedrückt werden: geladene Partikel werden so bestrahlt, dass ihre erreichte Position in der Tiefenrichtung oder ihre Bestrahlungsdichte gemäß der Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen unterschiedlich ist. Genauer kann das Verfahren zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannung Vf, das in dieser Spezifikation offenbart wird, wie folgt ausgedrückt werden: geladene Partikel werden so bestrahlt, dass die in der Tiefenrichtung erreichte Position der gestrahlten Partikel, die auf ein erstes Gebiet bestrahlt werden, das defektstabilisierenden Verunreinigungen einer ersten Dichte in einer N-Schicht in der Aufsicht auf einen Wafer hat, näher an einer P-Schicht ist als die erreichte Position der geladenen Partikel, die auf ein zweites Gebiet bestrahlt werden, das defektstabilisierende Verunreinigungen mit einer zweiten Dichte enthält, die niedriger als die erste Dichte ist. Alternativ können in dem in dieser Spezifikation offenbarten Verfahren die geladenen Partikel so bestrahlt werden, dass die Bestrahlungsdichte der geladenen Partikel, die auf das erste Gebiet bestrahlt werden, niedriger als die Bestrahlungsdichte der geladenen Partikel ist, die auf das zweite Gebiet bestrahlt werden.
  • Die erreichte Tiefe der geladenen Partikel kann ein „Bereich“ genannt werden. Der Bereich hängt von einer Energie ab, die den geladenen Partikeln mitgegeben wird. Das heißt, in dem Fall, in dem die mitgegebene Energie (Beschleunigungsenergie) klein ist, wird der Bereich kurz. Entsprechend können die geladenen Partikel bestrahlt werden, während die mitgegebene Energie geändert wird, um den Bereich abhängig von Gebieten in der Ebene eines Wafers zu ändern. Alternativ können die geladenen Partikel mit einer konstanten Energie auf einen Wafer bestrahlt werden, während veranlasst wird, dass die geladenen Partikel durch eine Metallplatte durchgehen, die unterschiedliche Dicken entsprechend zu den Gebieten in der Ebene des Wafers hat. Weil die Energie der geladenen Partikel reduziert wird, wenn die Dicke der Metallplatte wächst, kann der Bereich der geladenen Partikel, die bestrahlt werden, gemäß dem Gebiet eines Wafers gesteuert werden. Solch eine Metallplatte wird ein Absorber genannt. Wenn z.B. die Dichte der defektstabilisierenden Verunreinigungen in dem Zentralgebiet höher als in dem peripheren Gebiet ist, können geladene Partikel von einer N-Schichtseite durch einen Absorber bestrahlt werden, in dem die Dicke eines Gebiets, das dem Zentralgebiet zugewandt ist, dünner als die Dicke eines Gebiets ist, das dem peripheren Gebiet zugewandt ist. Alternativ kann der gleiche Effekt erhalten werden, wenn Ionen oder Elektronen von einer P-Schichtseite durch einen Absorber bestrahlt werden, in dem die Dicke eines Gebiets, das dem Zentralgebiet zugewandt ist, dicker ist als die Dicke eines Gebiets ist, das dem peripheren Gebiet zugewandt ist.
  • Es ist nicht nötig, die geladenen Partikel auf eine ganze Oberfläche eines Wafers zu bestrahlen. In dem Fall, in dem ein IGBT und eine Diode auf einem identischen Wafer gebildet sind, kann es einen Aspekt geben, in dem geladene Partikel auf ein vorbestimmtes Gebiet bestrahlt werden, indem die Diode zu bilden ist, und in dem geladene Partikel nicht auf ein vorbestimmtes Gebiet bestrahlt werden, in dem der IGBT zu bilden ist. Selbst in solch einem Fall können geladene Partikel wie folgt bestrahlt werden. Unter einer Vielzahl von diodenbildenden vorbestimmten Gebieten, die über die ganze Oberfläche des Wafers verteilt sind, kann die erreichte Position der geladenen Partikel, die auf ein erstes vorbestimmtes Gebiet, das Verunreinigungen in der N-Schicht mit einer ersten Dichte enthält, bestrahlt werden, näher an der P-Schicht sein als die erreichte Position der geladenen Partikel, die auf ein zweites vorbestimmtes Gebiet mit Verunreinigungen mit einer zweiten Dichte enthält, die niedriger als die erste Dichte ist. Alternativ können die geladenen Partikel so bestrahlt werden, dass die Bestrahlungsdichte der geladenen Partikel, die auf das erste vorbestimmte Gebiet bestrahlt werden, niedriger ist als die Bestrahlungsdichte der geladenen Partikel, die auf das zweite vorbestimmte Gebiet bestrahlt werden.
  • Wenn ein Wafer, bei dem die Nichtgleichförmigkeit in der Ebene einer Vorwärtsspannung Vf unter Verwendung der erwähnten Technologie reduziert wurde, verwendet wird, kann eine Vielzahl von Halbleitereinrichtungen mit einer gleichförmigen Vorwärtsspannung hergestellt werden. Dies ist auch eine der in dieser Spezifikation offenbarten Technologien. In den Ausführungsbeispielen werden Erklärungen auch für die detaillierten Technologien, die in dieser Spezifikation offenbart sind, und weitere Verbesserungen angegeben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1A ist eine Aufsicht auf einen Wafer;
  • 1B ist eine Ansicht, die ein Verfahren eines ersten Ausführungsbeispiels zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit erklärt;
  • 2 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Vorwärtsspannung und einem Abstand von einer erreichten Position von geladenen Partikeln von einer P-Schicht zeigt;
  • 3 ist eine Ansicht, die ein Verfahren einer Variation des ersten Ausführungsbeispiels zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit erklärt;
  • 4A ist eine Ansicht, die ein Verfahren eines zweiten Ausführungsbeispiels zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit erklärt (1);
  • 4B ist eine Ansicht, die ein Verfahren eines zweiten Ausführungsbeispiels zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit erklärt (2);
  • 5A ist eine Ansicht, die ein Verfahren eines dritten Ausführungsbeispiels zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit (erstmalige Bestrahlung) erklärt;
  • 5B ist eine Ansicht, die ein Verfahren des dritten Ausführungsbeispiels zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit (zweite Bestrahlung) erklärt;
  • 5C ist eine Ansicht, die ein Verfahren des dritten Ausführungsbeispiels zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit (dritte Bestrahlung) erklärt;
  • 6 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Vorwärtsspannung und der Bestrahlungsdichte von Heliumionen zeigt;
  • 7A ist eine Aufsicht auf einen Wafer, der die unterschiedliche Verteilung von defektstabilisierenden Verunreinigungen hat;
  • 7B ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung für den Wafer aus 7A erklärt (viertes Ausführungsbeispiel);
  • 8 ist eine Ansicht, die ein Verfahren eines fünften Ausführungsbeispiels zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit erklärt; und
  • 9 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Sauerstoffgehaltsdichte eines Substrats, einer Vorwärtsspannung und eines umgekehrten Erholungsverlusts zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Es werden Erklärungen für ein Verfahren zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung eines Halbleiterwafers mit Bezug auf die Zeichnungen gegeben, das in dieser Spezifikation offenbart ist.
  • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • 1A ist eine schematische Aufsicht auf einen Wafer 2 (Halbleiterwafer) zum Herstellen eines umgekehrten leitfähigen IGBT’s (Reverse Conducted Insulated Gate Bipolar Transistor (RCIGBT)), in dem ein IGBT und eine Diode gegen-parallel verbunden sind. Der Wafer 2 wird z.B. durch ein Floating-Zone(FZ)-Verfahren oder ein magnetisches CZ(MCZ)-Verfahren hergestellt, und die Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen, die in einer N-Schicht (Halbleiterschicht des N-Typs) enthalten ist, ist kleiner als 4,0 × 1017 [Atome/cm3]. Dabei sind die defektstabilisierenden Verunreinigungen insbesondere Sauerstoffmoleküle oder Kohlenstoffmoleküle. Der Wafer 2, in dem die Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen kleiner als 4,0 × 1017 [Atome/cm3] ist, wird als ein Wafer niedriger Verunreinigungsdichte bezeichnet.
  • Wenn der Wafer 2 in einer Aufsicht gesehen wird, haben ein Zentralgebiet R1, ein peripheres Gebiet R3 und ein Zwischengebiet R2 dazwischen jeweils verschiedene Werte für die Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen. Die Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen ist in dem Zentralgebiet R1 am höchsten, am nächsthöchsten in dem Zwischengebiet R2 und ist am niedrigsten in dem peripheren Gebiet R3. Mit anderen Worten ist die Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen in dem Zentralgebiet R1 höher als in dem peripheren Gebiet R3. Wenn die Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen, die einen Wert von weniger als 4,0 × 1017 [Atome/cm3] hat, eine Nichtgleichförmigkeit hat, hat die Vorwärtsspannung Vf die Nichtgleichförmigkeit, selbst wenn geladene Partikel gleichförmig auf die ganze Oberfläche eines Wafers bestrahlt werden. Wenn die Dichte von defektstabilisierenden Verunreinigungen weniger als 4,0 × 1017 [Atome/cm3] ist, wird die Vorwärtsspannung Vf niedrig, weil die Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen niedrig ist. In einem Beispiel, in dem Heliumionen als geladene Partikel gleichförmig auf die ganze Oberfläche eines Wafers bestrahlt werden, ist die Vorwärtsspannung Vf in dem Zentralgebiet R1 ungefähr 0,15 V, die Vorwärtsspannung Vf in dem Zwischengebiet R2 ungefähr 0,1 V; und die Vorwärtsspannung Vf in dem peripheren Gebiet R3 ist ungefähr 0,05 V oder weniger.
  • Es werden Erklärungen für ein Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannung unter Verwendung von 1B gegeben. 1B ist eine schematische Illustration eines Querschnitts entlang Linie 1B-1B in dem Wafer 2 der 1A. Jedoch ist in der 1B die Illustration einer Schraffur, die den Querschnitt präsentiert, weggelassen. In dem Wafer 2 sind eine P-Schicht 3 (Halbleiterschicht des P-Typs) und N-Schichten 4, 5 (Halbleiterschichten des N-Typs) gestapelt. Die N-Schichten bestehen aus einer N+-Schicht 5, die einen großen Gehalt an Verunreinigung des N-Typs hat und einer N–-Schicht 4, die einen kleineren Gehalt an Verunreinigung des N-Typs als die N+-Schicht 5 hat. Die N–-Schicht 4 hat einen höheren elektrischen Widerstand als die N+-Schicht 5, und die Diode der Konfiguration von 1B wird eine PIN-Diode genannt. In dieser Spezifikation wird die kombinierte Form der N–-Schicht 4 und der N+-Schicht 5 allgemein eine „N-Schicht“ genannt. Erklärungen für die Verfahren zum Herstellen der P-Schicht 3 und der N-Schichten 4, 5 werden weggelassen, weil sie gut bekannt sind.
  • In dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannung werden Heliumionen (He+) 81a auf die ganze Oberfläche des Wafers 2 von der Oberfläche B der N-Schichtseite bestrahlt. Die Bestrahlungsintensität (Beschleunigungsenergie) der Heliumionen ist so angepasst, dass die erreichte Tiefe der geladenen Partikel einen Punkt gerade vor der P-Schicht 3 erreicht. In diesem Ausführungsbeispiel werden Heliumionen durch einen konkavgeformten Absorber 9 bestrahlt. Die Heliumionenbestrahlung 81a hat eine gleichförmige Stärke vor dem Absorber 9. Der Absorber 9 hat eine konkave Form, in dem die Dicke eines Gebiets, das dem Zentralgebiet R1 des Wafers zugewandt ist, dünner ist als die Dicke eines Gebietes, das dem peripheren Gebiet R3 zugewandt ist. Beim Bestrahlen mit Heliumionen 81b ist die Energie in dem Zentralgebiet R1 hoch und die Energie in dem peripheren Gebiet R3 niedrig, nachdem sie durch den Absorber 9 wie diesem durchgegangen sind. Als ein Ergebnis wird der Bereich der Heliumionen lang in dem Zentralgebiet R1 und wird kurz in dem peripheren Gebiet R3. Mit anderen Worten werden in dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannung geladene Partikel so in der Aufsicht des Wafers 2 bestrahlt, dass eine erreichte Position der Heliumionen in der Tiefenrichtung, die auf das Zentralgebiet R1 bestrahlt werden, näher an der P-Schicht 3 (der Grenze zwischen der P-Schicht und der N-Schicht) ist als eine erreichte Position der Heliumionen, die auf das periphere Gebiet R3 bestrahlt werden. Das Zeichen E in 1B zeigt die erreichte Position der Heliumionen. Siliziumatome werden an der erreichten Position der Heliumionen ausgeschleudert, sodass Punktdefekte erzeugt werden. Deswegen zeigen die X-Markierungen, die mit dem Zeichen E markiert sind Punktdefekte, die durch Bestrahlen mit Heliumionen erzeugt werden. Wie in 1B gezeigt, sind die erzeugten Punktdefekte nahe an der P-Schicht 3 in dem Zentralgebiet R1 und werden getrennt von der P-Schicht 3 je weiter es hin zu seiner Peripherie geht. Die erzeugten Punktdefekte E haben eine Verteilung in der Tiefenrichtung, aber die Verteilungsbreite in der erreichten Position der Heliumionen in der Tiefenrichtung ist extrem klein (z.B. ungefähr 1 µm), und die Position eines Peaks kann als die erreichte Position der Heliumionen angesehen werden.
  • Wie vorher bemerkt, sind Punkteffekte nicht stabil und werden durch Bindung an defektstabilisierende Verunreinigungen, die in der Nähe existieren, stabilisiert. Ein Defekt, in dem ein Punktdefekt und eine defektstabilisierende Verunreinigung gebunden sind, wird ein komplexer Defekt genannt. Alle Punktdefekte, die durch die Bestrahlung mit Heliumionen gebildet werden, müssen nicht notwendigerweise komplexe Defekte werden. Insbesondere in dem Fall des Wafers 2 unterscheidet sich die Dichte der defektstabilisierenden Verunreinigungen abhängig von den Gebieten. In dem Zentralgebiet R1, in dem die Dichte hoch ist, werden komplexe Defekte mit einer hohen Wahrscheinlichkeit erzeugt; in dem peripheren Gebiet R3, in dem die Dichte niedrig ist, werden Komplexe mit eine niedrigen Wahrscheinlichkeit erzeugt. "Defekte E" in der Figur bedeutet Punktdefekte direkt nach der Bestrahlung mit Heliumionen, aber sie können auch komplexe Defekte bedeuten, weil ein Teil der Punktdefekte sich mit defektstabilisierenden Verunreinigungen verbindet.
  • Auf der anderen Seite unterscheidet sich die Vorwärtsspannung Vf abhängig von einem Abstand zwischen der erreichten Position der Heliumionen und der P-Schicht. 2 zeigt ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Vorwärtsspannung Vf und einem Abstand der erreichten Position der geladenen Partikel von der P-Schicht. Der Graph von 2 basiert auf experimentellen Ergebnissen, die durch gleichförmiges Bestrahlen mit Heliumionen auf einen Wafer mit hoher Verunreinigungsdichte erhalten wurden, in dem die Erzeugungswahrscheinlichkeit von komplexen Defekten nicht von der Dichte der defektstabilisierenden Verunreinigungen abhängt. In diesem Beispiel ist die Vorwärtsspannung Vf ungefähr 0, wenn die erreichte Position der Ionenpartikel 5 µm oder weniger von der P-Schicht ist; die Vorwärtsspannung Vf wird 0,05 Volt, wenn der Abstand von der P-Schicht 17,5 µm ist; die Vorwärtsspannung Vf wird 0,10 Volt, wenn der Abstand von der P-Schicht 30 µm ist.
  • Wie vorher bemerkt, wird, wenn die Heliumionen gleichförmig auf den Wafer 2 bestrahlt werden, die Vorwärtsspannung Vf ungefähr 0,15 Volt in dem Zentralgebiet R1; ungefähr 0,10 Volt in dem Zwischengebiet; und ungefähr 0,05 Volt in dem peripheren Gebiet R3. Deswegen wird die Vorwärtsspannung Vf nach einer Ionenbestrahlung ungefähr konstant über die ganze Oberfläche des Wafers wenn die Dicke des Absorbers 9 so angepasst ist, dass ein Abstand d zwischen der erreichten Position der Heliumionen und der P-Schicht ungefähr die folgenden Bedingungen erfüllt. Der Abstand d1 ist ungefähr gleich 0,05 µm oder weniger in dem Zentralgebiet R1; der Abstand d2 ist gleich 0,10 µm in dem Zwischengebiet R2; und der Abstand d3 ist gleich 0,30 µm in dem peripheren Gebiet R3. 1B zeigt, dass der Abstand d zwischen der erreichten Position der Heliumionen E und der P-Schicht kürzer in dem Zentralgebiet R1 ist, am zweitlängsten in dem Zwischengebiet R2 ist, und am längsten in dem peripheren Gebiet R3 ist. Die Bestrahlungsintensität der Heliumionen ist konstant in der Umfangsrichtung des Wafers. Die bestrahlten Heliumionen haben eine konvexgeformte Verteilung, in der der zentrale Teil hin zu der P-Schichtseite hervorragt.
  • Als nächstes werden Erklärungen über die Variation des ersten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf 3 gegeben. In dem ersten Ausführungsbeispiel wurden Heliumionen von der N-Schichtseite des Wafers 2 bestrahlt. Zu dieser Zeit wurden Heliumionen von der Oberfläche B der N-Schichtseite durch den Absorber 9, in dem die Dicke eines Gebiets, das dem Zentralgebiet R1 zugewandt ist, dünner ist als die Dicke eines Gebiets, das dem peripheren Gebiet R3 zugewandt ist, bestrahlt. Die gleichförmige Heliumionenbestrahlung 81a wird in eine Heliumionenbestrahlung 81b umgewandelt, nachdem sie durch den Absorber 9 ging; die Heliumionenbestrahlung 81b erreicht den Wafer 2 mit der Energie von Heliumionen, die auf das Zentralgebiet bestrahlt worden sind, die größer wird als die Energie von Heliumionen, die auf das periphere Gebiet bestrahlt wurden. Als ein Ergebnis kann die Verteilung von Defekten erhalten werden, in der Defekte nahe an der P-Schicht in dem Zentralgebiet R1 sind und weg von der P-Schicht in dem peripheren Gebiet R3 sind. Der gleiche Effekt kann durch Bestrahlen mit Heliumionen von der Oberfläche F der P-Schichtseite durch einen Absorber 39 erhalten werden, bei dem die Dicke eines Gebiets, das dem Zentralgebiet R1 zugewandt ist, dicker ist als die Dicke eines Gebiets, das dem peripheren Gebiet R3 zugewandt ist (siehe 3). Die gleichförmige Heliumionenbestrahlung 81a erreicht den Wafer 2 so, dass die Energie von Heliumionen, die auf das Zentralgebiet R1 bestrahlt werden, niedriger wird als die Energie von Heliumionen, die auf das periphere Gebiet R3 bestrahlt werden (Bestrahlung 81c). Als ein Ergebnis kann die Verteilung von Defekten E erhalten werden, in der Defekte nahe an der P-Schicht in dem Zentralgebiet R1 sind, und entfernt von der P-Schicht in dem peripheren Gebiet R3 sind. 3 zeigt, dass der Abstand d1 zwischen der erreichten Position der Heliumionen und der P-Schicht in dem Zentralgebiet R1 kürzer ist als der Abstand d3 zwischen der erreichten Position der Heliumionen und der P-Schicht in dem peripheren Gebiet R3.
  • (Zweites Ausführungsbeispiel)
  • Als nächstes werden Erklärungen eines Verfahrens des zweiten Ausführungsbeispiels zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung mit Bezug auf 4A und 4B gegeben. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Wafer 42 vorbereitet, wobei der Wafer 42, in dem die Dicke der N-Schicht (insbesondere der N+-Schicht 5 einschließlich Verunreinigungen des N-Typs mit einer hohen Dichte) in dem Zentralgebiet dünn ist, in dem die Dichte von defektstabilisierenden Verunreinigungen niedrig ist, und dick ist in dem peripheren Gebiet, in dem die Dichte von defektstabilisierende Verunreinigungen hoch ist. Die Heliumionen 81a werden mit gleichförmiger Energie auf die ganze Oberfläche des Wafers von der Oberfläche B der N-Schichtseite des Wafers 42 bestrahlt (siehe 4A). Weil die Energie der Heliumionen konstant ist, ist der Bereich der Heliumionen bei einer konstanten Tiefe von der Oberfläche B der N-Schicht lokalisiert. Weil jedoch die Dicke der N-Schicht in dem Zentralgebiet dünn ist und in dem peripheren Gebiet dick ist, ist der Abstand zwischen der erreichten Position der Heliumionen und der P-Schicht (der Grenze der P-Schicht und der N-Schicht) kurz in dem Zentralgebiet und wird lang in dem peripheren Gebiet. Das heißt, Defekte E, die durch Bestrahlen mit Heliumionen erzeugt werden, haben eine Verteilung, bei der die Defekte E nahe an der P-Schicht 3 in dem Zentralgebiet sind und getrennt von der P-Schicht in einem größeren Maß hin zu der Peripherie sind.
  • Als nächstes wird, wie in 4B gezeigt, die Oberfläche der N-Schichtseite flach gekratzt. In 4B repräsentiert ein Abschnitt mit gebrochener Linie durch ein Zeichen RV einen Abschnitt, der abzukratzen ist. Wenn die Oberfläche der N-Schichtseite abgekratzt wird, wird ein Wafer erhalten, in dem die Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannung Vf unterdrückt wird, ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • (Drittes Ausführungsbeispiel)
  • Als nächstes werden Erklärungen eines Verfahrens des dritten Ausführungsbeispiels zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit mit Bezug auf 5A bis 5C gegeben. Der Wafer 2 ist vom gleichen Typ wie der in 1A gezeigte Wafer. In der N-Schicht ist die Dichte der defektstabilisierenden Verunreinigungen hoch in dem Zentralgebiet und niedrig in dem peripheren Gebiet. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Bestrahlungsdichte mit Heliumionen niedrig in dem Zentralgebiet gemacht, in dem die Dichte der defektstabilisierenden Verunreinigungen hoch ist; die Bestrahlungsdichte der Heliumionen wird hoch in dem peripheren Gebiet gemacht, in dem die Dichte der defektstabilisierenden Verunreinigungen niedrig ist. Es soll bemerkt werden, dass eine Bestrahlungsdichte die Menge an Heliumionen, die pro Einheitsfläche des Wafers bestrahlt werden, bedeutet. 6 illustriert ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Bestrahlungsdichte und eine Vorwärtsspannung Vf.
  • Die Energie der Heliumionen, die bestrahlt werden, kann konstant über die ganze Oberfläche des Wafers sein. Mit einer hohen Dichte von Heliumionen, die auf das periphere Gebiet bestrahlt werden, wo die Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen niedrig ist, wird die Möglichkeit des Produzierens von komplexen Defekten hoch gemacht, was eine Balance mit der Dichte von komplexen Defekten erzeugt, die in dem zentralen Gebiet erzeugt werden.
  • Erklärungen zu einem Verfahren werden unter Verwendung von 5A bis 5C gegeben, um die Dichte der Heliumionen in der Ebene eines Wafers unterschiedlich zu machen. In diesem Beispiel werden Heliumionen mit konstanter Energie dreimal bestrahlt. Zur ersten Zeit werden Heliumionen 82a mit einer konstanten Energie auf die ganze Oberfläche des Wafers bestrahlt. Als ein Ergebnis wird eine Oberflächendichte der in das ganze Gebiet R11 des Wafers bestrahlten Ionen konstant (siehe 5A).
  • Als nächstes werden Heliumionen 82b mit einer konstanten Energie durch eine erste Abschirmplatte 59a mit einem kleinen Durchmesser bestrahlt, der nur das Zentralgebiet des Wafers 2 bedeckt. Die ersten Abschirmplatte 59a lässt Heliumionen nicht hindurchpassieren. Deswegen erreichen in einem Gebiet, das durch die erste Abschirmplatte 59a bedeckt ist, Heliumionen nicht den Wafer 2, und die Dichte der implantierten Heliumionen bleibt bei dem gleichen Niveau wie zur ersten Zeit der Bestrahlung. Auf der anderen Seite wächst in einem Gebiet, der nicht durch die erste Abschirmplatte 59a bedeckt ist, die Dichte der implantierten Heliumionen, weil die Heliumionen 82b der zweiten Bestrahlung den Wafer 2 erreichen (siehe 5B). In 5B wird die Dichte der Heliumionen in dem peripheren Gebiet R22 höher als die Dichte der Heliumionen in dem Zentralgebiet R21.
  • Als nächstes werden Heliumionen 82c mit einer konstanten Energie durch eine zweite Abschirmplatte 59b bestrahlt, die einen größeren Durchmesser als die erste Abschirmplatte 59a hat. Die zweite Abschirmplatte 59b lässt Heliumionen ebenfalls nicht durch sie passieren. Deswegen erreichen Heliumionen nicht den Wafer 2 in einem Gebiet, das durch die zweite Abschirmplatte 59b abgedeckt ist, und die Dichte der implantierten Heliumionen bleibt auf dem gleichen Niveau wie zur zweiten Bestrahlung. Auf der anderen Seite wächst die Dichte der implantierten Ionen in einem Gebiet, der nicht durch die zweite Abschirmplatte 59b bedeckt ist, weiter, weil die Heliumionen 82c der dritten Bestrahlung den Wafer 2 erreichen (siehe 5C). Nach allem ist die Dichte der implantierten Heliumionen in dem Zentralgebiet R31 am niedrigsten, ist am nächsthöchsten in dem Zwischengebiet R32, der das Zentralgebiet R31 umgibt, und ist am höchsten in dem peripheren Gebiet R33, der das Zwischengebiet R32 umgibt (siehe 5C). Auf diese Weise kann eine Verteilung, in der die Dichte der implantierten Heliumionen am niedrigsten in dem Zentralgebiet ist und höher hin zu der Peripherie wird, realisiert werden. Wie vorher erwähnt, werden Punktdefekte E an der erreichten Position der Heliumionen erzeugt. In dem peripheren Gebiet ist die Dichte der defektstabilisierenden Verunreinigungen verglichen mit dem Zentralgebiet niedriger, aber die Dichte der Punktdefekte ist verglichen mit dem Zentralgebiet höher; deswegen wird die resultierende Dichte von komplexen Defekten, die erzeugt werden, gleichförmig zwischen dem Zentralgebiet und dem peripheren Gebiet. Als ein Ergebnis kann die Ungleichförmigkeit in der Ebene einer Vorwärtsspannung Vf unterdrückt werden.
  • (Viertes Ausführungsbeispiel)
  • Als nächstes werden Erklärungen für ein Verfahren des vierten Ausführungsbeispiels zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung gegeben. In dem vierten Ausführungsbeispiel wird die vorliegende Technologie auf einen Wafer angewendet, bei dem die Verteilung der defektstabilisierenden Verunreinigungen verschieden von der der Wafer ist, die in den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen verwendet wurden. Mit Bezug auf einen Wafer 62, der in 7A gezeigt ist, und in einer Aufsicht des Wafers 62 ist die Dichte der defektstabilisierenden Verunreinigungen in der N-Schicht am niedrigsten in dem Zentralgebiet R4, und ist am nächsthöchsten in dem Zwischengebiet R5, und ist am höchsten in dem peripheren Gebiet R6. Wenn deshalb Heliumionen mit konstanter Energie auf die ganze Oberfläche dieses Wafers 62 bestrahlt werden, ergibt sich eine Nichtgleichförmigkeit, in der die Vorwärtsspannung Vf niedrig in dem Zentralgebiet R4 wird und höher hin zu der Peripherie wird. Entsprechend werden in diesem Ausführungsbeispiel Heliumionen 83a gleichförmig von der Seite der Oberfläche B der N-Schicht durch einen Absorber 69 bestrahlt, bei dem die Dicke eines Gebiets, das dem Zentralgebiet R4 zugewandt ist, dicker ist als die Dicke eines Gebiets, das dem peripheren Gebiet R6 zugewandt ist (siehe 7B). 7B ist eine schematische Illustration eines Querschnitts entlang einer Linie 7B-7B in dem Wafer 2 von 7A. Jedoch wird in 7B die Illustration einer Schraffur, die den Querschnitt repräsentiert, weggelassen.
  • Die Bestrahlung mit Heliumionen 83b, nachdem sie durch den Absorber 69 durchgegangen ist, hat eine Verteilung, bei der eine Energie niedrig in dem Zentralgebiet ist und hoch in dem peripheren Gebiet ist. Wenn diese Heliumionen bestrahlt werden, hat der Wafer 62 eine Verteilung, dass die erreichte Position der Heliumionen am entferntesten von der P-Schicht 3 (der Grenze der P-Schicht und der N-Schicht) in dem Zentralgebiet R4 ist, und näher zu der P-Schicht 3 kommt, wenn man sich der Peripherie nähert. Die erreichte Position der Heliumionen ist äquivalent zu der Position der komplexen Defekte. Mit Bezug auf diesen Wafer 62 ist in dem Zentralgebiet R4 die Dichte der komplexen Defekte E niedrig, aber die Position der komplexen Defekte E ist entfernt von der P-Schicht 3; während auf der anderen Seite in dem peripheren Gebiet R6 die Dichte der komplexen Defekte E hoch ist, aber die Position der komplexen Defekte E nahe an der P-Schicht 3 ist. Die Tatsache, dass die Position der komplexen Defekte E entfernt von der P-Schicht 3 ist, neigt dazu, die Vorwärtsspannung Vf zu erhöhen. Deswegen hebt sich die Tatsache, dass die Dichte der defektstabilisierenden Verunreinigungen in dem Zentralgebiet R4 niedrig ist und in dem peripheren Gebiet R6 hoch ist, und die Tatsache, dass der Abstand von der P-Schicht zu der erreichten Position der Heliumionen entfernt in dem zentralen Gebiet R4 ist und nahe in dem peripheren Gebiet R6 ist, bzgl. eines Beitrags zur Vorwärtsspannung Vf auf. Als ein Ergebnis, ist die Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung Vf in der Ebene unterdrückt.
  • Der Wafer 2, der in den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen verwendet wird, und der Wafer 62, der in dem vierten Ausführungsbeispiel verwendet wird, sind beide Wafers mit niedriger Verunreinigungsdichte, aber die Verteilung in der Ebene dieser Wafer unterscheidet sich mit Bezug auf defektstabilisierende Verunreinigungen, die in der N-Schicht enthalten sind. Jedoch ist die in dieser Spezifikation offenbarte Technologie anwendbar auf irgendwelche Wafer, die eine verschiedene Nichtgleichförmigkeit in der Verteilung von defektstabilisierenden Verunreinigungen haben. Das heißt, die in dieser Spezifikation offenbarte Technologie stellt ein Verfahren zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannung Vf eines Wafers bereit, in dem die Verteilung von defektstabilisierenden Verunreinigungen in der N-Schicht ungleichförmig in der Ebene des Wafers verteilt ist. Zum Beispiel kann die Bestrahlung so durchgeführt werden, dass die Bestrahlungsdichte von geladenen Partikeln höher in dem Zentralgebiet als in dem peripheren Gebiet ist, wenn in der Aufsicht des Wafers die Dichte von defektstabilisierenden Verunreinigungen in dem Zentralgebiet niedrig ist und in dem peripheren Gebiet hoch ist. Alternativ können geladene Partikel so bestrahlt werden, dass die erreichte Position der bestrahlten geladenen Partikel in der Tiefenrichtung weiter weg von der P-Schicht in dem Zentralgebiet ist als in dem peripheren Gebiet. Wenn die Nichtgleichförmigkeit der defektstabilisierenden Verunreinigungen generalisiert wird, kann die in dieser Spezifikation offenbarte Technologie wie folgt ausgedrückt werden. Die in dieser Spezifikation offenbarte Technologie bezieht sich auf ein Verfahren zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung Vf in der Ebene eines Wafers. Genauer bezieht sich die Technologie auf ein Verfahren zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung, die ein Bestrahlen eines Halbleiterwafers, in dem eine Halbleiterschicht des P-Typs und eine Halbleiterschicht des N-Typs gestapelt sind, mit geladenen Partikeln enthält, um Defekte in der Halbleiterschicht des N-Typs zu erzeugen. Die in dieser Spezifiktion offenbarte Technologie ist insbesondere geeignet für einen Wafer, in dem die Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen, die in der N-Schicht enthalten ist, kleiner als 4,0 × 1017 [Atome/cm3] ist. In diesem Verfahren werden die geladenen Partikel so bestrahlt, dass die erreichte Position der Tiefenrichtung oder eine Bestrahlungsdichte sich gemäß der Dichte von Verunreinigungen in der Aufsicht eines Halbleiterwafers unterscheiden. Genauer werden in dem in dieser Spezifikation offenbarten Verfahren Ionen so bestrahlt, dass in der Aufsicht auf einen Halbleiterwafer die erreichte Position in der Tiefenrichtung des Wafers, die durch die Ionen (geladene Partikel) erreicht wird, die auf ein erstes Gebiet bestrahlt werden, das Verunreinigungen in der N-Schicht mit der ersten Dichte enthält, näher an der P-Schicht sind als die erreichte Position, die von Ionen erreicht wird, die auf das zweite Gebiet bestrahlt werden, das Verunreinigungen mit der zweiten Dichte enthält, die niedriger als die erste Dichte ist. Alternativ können Ionen so bestrahlt werden, dass die Bestrahlungsdichte von Ionen, die auf das erste Gebiet bestrahlt werden, niedriger sein kann als die Bestrahlungsdichte von Ionen, die auf das zweite Gebiet bestrahlt werden. Der obige Ausdruck enthält die ersten bis vierten Ausführungsbeispiele. In den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen entspricht das Zentralgebiet einem Beispiel des ersten Gebiets und das periphere Gebiet entspricht einem Beispiel des zweiten Gebiets. Ferner entspricht in dem vierten Ausführungsbeispiel das periphere Gebiet einem Beispiel des ersten Gebiets und das Zentralgebiet entspricht einem Beispiel des zweiten Gebiets.
  • (Fünftes Ausführungsbeispiel)
  • Erklärungen werden ferner für ein weiteres Ausführungsbeispiel der in dieser Spezifikation offenbarten Technologie mit Bezug auf 8 gegeben. In der in dieser Spezifikation offenbarten Technologie wird die Energie von oder die Dichte der Heliumionen, die bestrahlt werden gemäß der Dichte von defektstabilisierenden Verunreinigungen in jedem Gebiet der Ebene eines Wafers geändert. Dieses Verfahren kann mit einer Einrichtung realisiert werden, die konfiguriert ist, dass eine Strahlenkanone 71, die einen Heliumionenstrahl bestrahlt, in der Ebene des Wafers abtastet. Die Strahlenkanone 71 nach 8 kann den Heliumionenstrahl von der Oberfläche 72b der N-Schichtseite des Wafers 72 bestrahlen, während sie ein Abtasten des Wafers durchführt. Wenn eine Abtastgeschwindigkeit niedrig gemacht wird, ist die Dichte der Ionen (d.h., die Dichte der erzeugten Punktdefekte) hoch. Wenn die Energie des Strahls erhöht wird, wird ein Bereich groß, und die Position der erzeugten Punktdefekte kommt näher an die P-Schicht. Deswegen kann unter Verwendung der Strahlungskanone 71 dasselbe Ergebnis wie nach den ersten bis vierten Ausführungsbeispielen erhalten werden.
  • Bemerkenswerte Punkte über die in den Ausführungsbeispielen beschriebene Technologie werden nun vermerkt. In den Ausführungsbeispielen werden Heliumionen auf die N-Schicht eines Wafers mit niedriger Verunreinigungsdichte bestrahlt, um Punktdefekte zu erzeugen. Bestrahlte geladene Partikel sind nicht auf Heliumionen beschränkt. Bestrahlte geladene Partikel können Protonen oder Elektronen sein.
  • Ein Bestrahlen mit geladenen Partikeln muss nicht auf der ganzen Oberfläche eines Wafers durchgeführt werden. Wenn ein RCIGBT gemacht wird, können die geladenen Partikel gesondert für ein Gebiet erzeugt werden, in dem eine Diode gebildet wird. Selbst in dem Fall, können geladene Partikel mit einer höheren Dichte auf ein Gebiet bestrahlt werden, in dem die Dichte an defektstabilisierenden Verunreinigungen hoch ist, verglichen mit einem Gebiet, in dem die Gehaltsdichte von defektstabilisierenden Verunreinigungen niedrig ist. Oder auf ein Gebiet, in dem die Gehaltsdichte der defektstabilisierenden Verunreinigungen hoch ist, werden geladene Partikel so bestrahlt, dass sie eine Position näher an der P-Schicht verglichen mit einem Gebiet erreichen, in dem die Gehaltsdichte von defektstabilisierenden Verunreinigungen niedrig ist.
  • Durch die Verwendung eines Wafers, bei dem die Nichtgleichförmigkeit in einer Vorwärtsspannung in Vf in der Ebene durch irgendeines der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele unterdrückt wurde, kann die Nichtgleichförmigkeit der Vorwärtsspannungscharakteristiken für eine Vielzahl von RCIGBTs, die aus einem Wafer gemacht werden, reduziert werden.
  • Als Fundamentaldaten wird ein detailliertes Beispiel über eine Beziehung zwischen der Gehaltsdichte von Verunreinigungen und einer Vorwärtsspannung Vf präsentiert, wobei Sauerstoff, der eine Art von Verunreinigung ist, als ein Beispiel verwendet wird. 9 zeigt die gemessenen Ergebnisse einer Vorwärtsspannung Vf und eines umgekehrten Erholungsverlusts Qrr für zwei Halbleiterwafer, die die Gehaltsdichte von Sauerstoff von 2,0 × 1017 [Atome/cm3] und 4,0 × 1017 [Atome/cm3] bzw. haben. Die Ergebnisse von 9 wurden durch Durchschnittsbildung von mehreren gemessenen Werten erhalten. Wie es sich aus 9 versteht, neigt eine hohe Gehaltsdichte an Sauerstoff dazu, die Vorwärtsspannung zu erhöhen. In einem Beispiel tritt eine Differenz von 0,1 Volt in einer Vorwärtsspannung auf, wenn es einen zweifachen Unterschied in der Gehaltsdichte von Sauerstoff gibt. Gemäß der Messung der Erfinder werden in einer Probe eines Halbleiterwafers zwei Gebiete, die einen Sauerstoffgehalt von 2,0 × 1017 [Atome/cm3] bzw. 4,0 × 1017 [Atome/cm3] haben, beobachtet.
  • Ferner gibt es, wie in 9 gezeigt, eine spezifische Beziehung zwischen der Gehaltsdichte von Sauerstoff und dem umgekehrten Erholungsverlust. Die wachsende Gehaltsdichte an Sauerstoff neigt dazu, den umgekehrten Erholungsverlust abnehmen zu lassen.
  • Repräsentative, nicht beschränkende Beispiele der vorliegenden Erfindung wurden im Detail mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben. Diese detaillierte Beschreibung ist hauptsächlich dazu gedacht, den Fachmann weitere Details zum Praktizieren von bevorzugten Aspekten der vorliegenden Lehre zu lehren, und beabsichtigt nicht, den Bereich der Erfindung zu beschränken. Ferner kann jedes der zusätzlichen Merkmale und Lehren, die oben offenbart wurden, getrennt oder in Verbindung mit anderen Merkmalen und Lehren verwendet werden, um ein verbessertes Verfahren zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung eines Halbleiterwafers bereitzustellen.
  • Ferner können Kombinationen von Merkmalen und Schritten, die in der obigen detaillierten Beschreibung offenbart wurden, nicht nötig sein, um die Erfindung in ihrem breitesten Sinn auszuführen, und sie sind hauptsächlich gelehrt, um insbesondere repräsentative Beispiele der Erfindung zu beschreiben. Ferner können verschiedene Merkmale der oben beschriebenen repräsentativen Beispiele sowie die verschiedenen unabhängigen und abhängigen Patentansprüche auf Weisen kombiniert werden, die nicht spezifisch und explizit aufgezählt sind, um zusätzliche nützliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Lehre bereitzustellen.
  • Es ist beabsichtigt, dass alle in der Beschreibung und/oder den Patentansprüchen offenbarten Merkmale separat offenbart und unabhängig voneinander für den Zweck der ursprünglich geschriebenen Offenbarung sind, als auch für den Zweck des Einschränkens des beanspruchten Gegenstands, unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungsbeispielen und/oder den Patentansprüchen. Zusätzlich ist beabsichtigt, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Gruppen von Entitäten jeden möglichen Zwischenwert und jede Zwischenentität für den Zweck der ursprünglich geschriebenen Offenbarung als auch für den Zweck des Einschränkens des beanspruchten Gegenstands offenbaren.
  • Spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung wurden im Detail beschrieben, jedoch sind sie nur beispielhafte Angaben und schränken daher nicht den Bereich der Patentansprüche ein. Die in den Patentansprüchen beschriebene Technik enthält Modifikationen und Variationen der oben präsentierten spezifischen Beispiele. Technische Merkmale, die in der Beschreibung und den Zeichnungen beschrieben wurden, können alleine oder in verschiedenen Kombinationen technisch nützlich sein, und sind nicht auf die ursprünglich beanspruchten Kombinationen beschränkt. Ferner kann die in der Beschreibung und den Zeichnungen beschriebene Technik gleichzeitig eine Vielzahl von Zwecken erreichen, und eine technische Signifikanz davon liegt im Erreichen von irgendeinem dieser Zwecke.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung eines Halbleiterwafers, der ein Halbleiterwafer des N-Typs ist, der Verunreinigungen enthält, um Punktdefekte zu binden, und der eine Verunreinigungsdichte hat, die nicht gleichförmig in einer Aufsicht des Halbleiterwafers verteilt ist, wobei das Verfahren aufweist: Bestrahlen mit geladenen Partikeln, sodass in einer Aufsicht eine Bestrahlungsdichte der geladenen Partikel, die auf einen erstes Gebiet bestrahlt werden, das die Verunreinigungen mit einer ersten Dichte enthält, niedriger ist als eine Bestrahlungsdichte der geladenen Partikel, die auf ein zweites Gebiet bestrahlt werden, das die Verunreinigungen mit einer zweiten Dichte enthält, die niedriger als die erste Dichte ist, sodass eine Nichtgleichförmigkeit von komplexen Defekten, in denen Punktdefekte mit den Verunreinigungen gebunden sind, verglichen mit vor der Bestrahlung reduziert ist.
  2. Verfahren zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit nach Anspruch 1, wobei das erste Gebiet ein Zentrum des Halbleiterwafers in der Aufsicht ist, und das zweite Gebiet ein peripheres Gebiet ist, das das Zentralgebiet umgibt.
  3. Verfahren zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung eines Halbleiterwafers, in dem eine Halbleiterschicht des N-Typs und eine Halbleiterschicht des P-Typs gestapelt sind, und eine Dichte von Verunreinigungen, die in der Halbleiterschicht des N-Typs enthalten ist, in einer Aufsicht ungleichförmig verteilt auf dem Halbleiterwafer ist, wobei die Verunreinigungen Substanzen sind, die komplexe Defekte durch Binden mit Punktdefekten werden, wobei das Verfahren aufweist: Bestrahlen mit geladenen Partikeln, sodass in der Aufsicht eine erreichte Position der geladenen Partikel, die auf ein erstes Gebiet bestrahlt werden, das die Verunreinigungen mit einer ersten Dichte enthält, näher an der Halbleiterschicht des P-Typs ist als eine erreichte Position der geladenen Partikeln, die auf ein zweites Gebiet bestrahlt werden, das die Verunreinigungen mit einer zweiten Dichte enthält, die niedriger als die erste Dichte ist, sodass eine Nichtgleichförmigkeit von komplexen Defekten, bei denen die Punktdefekte mit den Verunreinigungen verbunden sind, verglichen mit vor der Bestrahlung reduziert werden.
  4. Verfahren zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit nach Anspruch 3, wobei das erste Gebiet ein Zentrum des Halbleiterwafers in der Aufsicht ist und das zweite Gebiet ein peripheres Gebiet ist, das das Zentralgebiet umgibt.
  5. Verfahren zum Reduzieren der Nichtgleichförmigkeit nach Anspruch 4, wobei die geladenen Partikel von einer Seite der Halbleiterschicht des N-Typs durch einen Absorber bestrahlt werden, dessen Dicke in einem Gebiet, das dem Zentralgebiet zugewandt ist, dünner ist als ein Gebiet, das dem peripheren Gebiet zugewandt ist.
  6. Verfahren zum Reduzieren einer Nichtgleichförmigkeit nach Anspruch 4, wobei die geladenen Partikel von einer Seite der Halbleiterschicht des P-Typs durch einen Absorber bestrahlt werden, dessen Dicke in einem Gebiet, das dem Zentralgebiet zugewandt ist, dicker ist als in einem Gebiet, das dem peripheren Gebiet zugewandt ist.
  7. Halbleitereinrichtung, die unter Verwendung eines Halbleiterwafers hergestellt wurde, bei dem eine Nichtgleichförmigkeit einer Vorwärtsspannung durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 reduziert ist.
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