(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主表面がセグメントの前表面であり、もう一方の主表面がセグメントの後表面である２つのほぼ平行な主表面と、前表面と後表面の間でほぼ等距離に位置する中央面と、前表面と後表面を接合している周囲縁と、前表面の下に前表面から中央面に向かって測定して距離Ｄ１で延びるセグメントの第１領域を有してなる表面層と、中央面と第１領域の間にあるセグメントの第２領域を有してなるバルク層とを有する単結晶シリコンセグメントであって、
セグメントが少数キャリア再結合中心の不均一分布を有し、バルク層における再結合中心の濃度が表面層における濃度よりも大きく、再結合中心の濃度プロファイルが、再結合中心の最大濃度が、前表面と中央面の間にありかつ中央面よりも前表面により近い領域にあり、再結合中心の最小濃度が、前表面と最大濃度領域との間の領域にあり、前表面と最大濃度領域との間の最小濃度は中央面の濃度よりも低く、再結合中心の濃度が、最小濃度から最大濃度領域へと増加していき、最大濃度領域から中央面へと減少していくというものであり、距離Ｄ１が少なくとも１０ミクロンであり少数キャリア再結合中心が置換白金を含んでなる単結晶シリコンセグメント。
【請求項２】
５００ミクロンから８００ミクロンの範囲にある厚さを有する請求項１に記載のセグメント。
【請求項３】
８００ミクロンから１２００ミクロンの範囲にある厚さを有する請求項１に記載のセグメント。
【請求項４】
再結合中心の最大濃度がセグメントの前表面から６０ミクロン内にある請求項１に記載のセグメント。
【請求項５】
再結合中心の最大濃度がセグメントの前表面から３０ミクロン内にある請求項１に記載のセグメント。
【請求項６】
再結合中心の最大濃度がセグメントの前表面から２０ミクロン内にある請求項１に記載のセグメント。
【請求項７】
５ｘ１０１５原子／ｃｍ３未満の炭素濃度を有する請求項１に記載のセグメント。
【請求項８】
単結晶シリコンウエハである請求項１に記載のセグメント。
【請求項９】
セグメントの中央面に対して非対称な再結合中心濃度プロファイルを有する請求項１に記載のセグメント。
【請求項１０】
セグメントの前表面およびセグメントの後表面である２つのほぼ平行な主表面と、前表面と後表面の間の中央面とを有する単結晶シリコンセグメントを有してなる電子パワーデバイスであって、
電子パワーデバイスの特徴において、
単結晶シリコンセグメントが少数キャリア再結合中心の不均一分布を有し、少数キャリア再結合中心が置換白金を含んでなり、
少数キャリア再結合中心の不均一分布は、前表面と中央面の間にありかつ中央面よりも前表面により近い領域にある最大濃度、および前表面と最大濃度領域との間の領域にある再結合中心の最小濃度を有しており、前表面と最大濃度領域との間の最小濃度は、中央面における再結合中心の濃度よりも低く、再結合中心の不均一分布は、濃度が、前表面での最小濃度から最大濃度へと増加していき、最大濃度から中央面へと減少していくというものである電子パワーデバイス。
【請求項１１】
デバイスがサイリスタである請求項１０に記載の電子パワーデバイス。
【請求項１２】
デバイスがパワーダイオードである請求項１０に記載の電子パワーデバイス。
【請求項１３】
セグメントが、１ｘ１０１６原子／cm3未満の炭素濃度を有する請求項１０に記載の電子パワーデバイス。
【請求項１４】
セグメントが５００ミクロンから８００ミクロンの範囲にある厚さを有する請求項１０に記載の電子パワーデバイス。
【請求項１５】
セグメントが８００ミクロンから１２００ミクロンの範囲にある厚さを有する請求項１０に記載の電子パワーデバイス。
【請求項１６】
セグメントの再結合中心の最大濃度がセグメントの前表面から５ミクロン内にある請求項１０に記載の電子パワーデバイス。
【請求項１７】
セグメントの再結合中心の最大濃度がセグメントの前表面から１０ミクロン内にある請求項１０に記載の電子パワーデバイス。
【請求項１８】
セグメントの再結合中心の最大濃度がセグメントの前表面から２０ミクロン内にある請求項１０に記載の電子パワーデバイス。
【請求項１９】
セグメントの再結合中心の最大濃度がセグメントの前表面から６０ミクロン内にある請求項１０に記載の電子パワーデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、順電圧降下（本明細書において、「正電圧降下」とも言う）に加えて、ターンオフまたはスイッチング時間を改良した高性能シリコンパワーデバイス（電力デバイス）の作製方法に関する。さらに詳細には、本発明の方法は、シリコンセグメント内の再結合中心の濃度プロファイルを制御することにより、異なる少数キャリア寿命を有する領域を含むシリコンセグメントの作製に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイリスタまたはパワーダイオードなどの固体パワーデバイスのある種のタイプの設計者らにとっては、スイッチング速度とターンオフ電荷の両方ともがよく考慮しなければならない重要なものになっている。スイッチング速度が増加し、ターンオフ電荷が減少すると、それだけデバイスの効率はさらに高くなる。しかし不幸なことに、特定のデバイスのスイッチング速度を増加させる従来からの種々の方法は、ターンオフ電荷または正電圧降下でははっきりと分かる増加という結果になることが多く、それがデバイス効率を妨げるように作用する。
【０００３】
典型的には、「オン」状態では、パワーデバイスは、必要とされる大量電流を運ぶことを司る過剰キャリアにより溢れる。しかし、問題はこうしたデバイスでは、そのデバイスがスイッチオフされているときに、起こる。すなわち、さらに詳細には、問題は、それらがもはや必要なくなるときにこうしたキャリアをどのように取り除くかに関して起こる。少数キャリア再結合は、これらの過剰キャリアが放散されるその主要なメカニズムの１つとして同定されている。速い再結合が起これば起こるほど、スイッチオフになると、キャリアを減らし、それだけ速くパワーデバイスは実際にスイッチオフされる。しかし、その再結合速度がデバイスのバルク全体で高い場合には、その後により高い電圧が、そのデバイスがオンになるときにその電流を支持するように必要となる。結果として、そのデバイスの電力消費は増加し、したがって、そのデバイスの効率は減少する。したがって、デバイスのスイッチング速度における何らかの改良は、減少したデバイス効率のコストで達成される。
【０００４】
寿命短縮（キリング）不純物（すなわち、金または白金などの再結合中心）を伴うドーピング半導体デバイスが、そのデバイスがターンオフされるときに、再結合速度が増加し、したがって、スイッチング速度も増加するという結果を生じることが当該技術分野では公知である。（例えば、V. Templeと F. Holroyd、「ターンオフ時間と正降下の間で改良されたトレードオフに関する最適キャリア寿命プロファイル（"Optimizing Carrier Lifetime Profile for Improved Trade-off Between Turn-off Time and Forward Drop"）」、「電子デバイスにおけるIEEEトランザクション（IEEE Transactions on Electron Devices）」、第23版, pp. 783-790 (1983)を参照）。過去には、こうした不純物ドーピングは典型的にはデバイスの大きな面積に適用され、デバイスのバルク全体に適用されることもあった。このアプローチによりデバイスターンオフ時間の有意な減少という結果が得られている。しかし、この改良に伴って、デバイスの正電圧降下の増加が起こる。電子、プロトン、ガンマ照射を含めた、「寿命短縮」の代替的な方法が用いられた場合でも、同様の結果が得られている。
【０００５】
デバイスのバルクドーピングまたはバルク処理に関連するその問題を回避する試みとして、局所寿命キリングが提案されてきた（例えば、Templeら、「電子デバイスにおけるIEEEトランザクション（IEEE Transactions on Electron Devices）」, pp. 783-790を参照）。例えば、少数キャリア再結合中心の位置を制御し、したがってデバイスの特定領域内の少数キャリア再結合寿命を減少させるという試みのなかで、サイリスタの局所領域が選択的に照射され、金でドープされてきた。こうしたアプローチは、少なくとも理論的には、再結合中心で選択的にドープされる領域を見込んでおり、したがって、ドープされていないそのデバイスのバルクを残しつつ、したがってバルクドーピングまたはそのデバイスの処理と関連する大きな正電圧降下を防ぎつつ、この領域内でのスイッチング速度を改良するため、魅力的である。
【０００６】
従来、デバイスのバルク内にあるこれらの再結合中心の空間的位置を最適化することが考慮されてきた。例えば、図１Ａと図１Ｂに図示説明されているように、Templeらは、オン状態電流フローの方向とは直角になっている１つの平面におけるデバイス内での高速再結合（すなわち、短い少数キャリア寿命）領域を有するという望ましさを示した。しかし、そのデバイス内のドーパントの位置をいかに選択的に調整する、あるいは制御するのかという実際問題が、いままでは難しいことであるとされてきた。事実、Templeらは、デバイス内のこうした領域の局所的な調整は、実験的には、容易には達成され得ないし、何らかの実際的な適用には、その成功の可能性が未知である拡大開発計画が必然的に伴うと述べている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
V. Temple and F. Holroyd,「Optimizing Carrier Lifetime Profile for Improved Trade-off Between Turn-off Time and Forward Drop」, IEEE Transactions on Electron Devices, ed. 23, pp. 783-790 （1983）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、デバイス内の少数キャリア再結合中心が主に特定の領域内に位置しており、デバイスの残りが実質的に該中心を有しないように、デバイス内の少数キャリア再結合中心の濃度が選択的にプロファイルされまたは誂えられる方法に対する要求が存在し続けている。
【０００９】
本発明の目的のなかには、したがって、付随する正電圧降下の増加なく、スイッチング速度を増加させた固体パワーデバイスの製造において使用するのに適している単結晶シリコンセグメントを提供すること；少数キャリア再結合中心の深さ不均一分布を含むこうしたシリコンセグメントを提供すること；改良された少数キャリア再結合速度を有する領域を含むこうしたセグメントを提供すること；そのなかの空孔濃度のプロファイルするために、セグメントが初期熱処理を受けるこうしたシリコンセグメントを製造する方法を提供すること；空孔濃度プロファイルにほぼ対応する白金濃度プロファイルが得られる条件下でシリコンセグメントの中に格子間白金原子が内方拡散されるそうした方法を提供するといったことが挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
手短に言うと、したがって、本発明は、１つの主表面はセグメントの前表面であり、もう１つの主表面はセグメントの後表面である２つのほぼ平行な主表面と、前表面と後表面の間にある中央平面と、前表面と後表面を接合している周囲縁と、前表面の下のセグメントの領域を有して成る表面層と、前表面から中央平面に向かって測定される距離Ｄ１と、その中央平面と第１領域の間にあるセグメントの第２領域を有して成るバルク層とを有してなる単結晶シリコンセグメントに関する。単結晶シリコンセグメントは、セグメントが少数キャリア再結合中心の不均一分布を有し、バルク層における中心の濃度が表面層における濃度よりも大きく、中心の濃度プロファイルが、中心のピーク密度が中央平面にあるいは中央平面の近くにあり、濃度が、セグメントの前表面の方向にピーク密度の位置からほぼ減少する濃度プロファイルであることを特徴としている。
【００１１】
本発明はさらに、１つの主表面がセグメントの前表面であり、もう１つの主表面がセグメントの後表面である２つのほぼ平行な主表面、および前表面と後表面の間にある中央平面を有する単結晶シリコンセグメントに関する。セグメントは、前表面と後表面の間にある少数キャリア再結合中心の不均一な分布を有し、再結合中心の最大濃度が、前表面と中央平面の間で、中央平面よりも前表面により近い領域においてであり、再結合中心の濃度は、前表面から最大濃度の領域へと増加し、最大濃度の領域から中央平面へと減少する。
【００１２】
本発明はさらに、セグメントにおける少数キャリア再結合中心の濃度プロファイルに影響を及ぼすために、単結晶シリコンセグメントを熱処理する方法に関する。シリコンセグメントは、前表面と、後表面と、前表面と後表面との間にある中央平面と、前表面と、前表面から中央平面に向かって測定される距離Ｄとの間のセグメントの領域を有して成る表面層、中央平面と表面層との間にあるセグメントの領域を有して成るバルク層を有する。この方法は、表面とバルク層にある結晶格子空孔を形成するために、雰囲気中においてセグメントを熱処理する工程と、セグメントの前表面の方向にほぼ減少する濃度を有する状態でピーク密度が中央平面にあるいは中央平面の近くにある空孔濃度プロファイルを有するセグメントを生産するために熱処理されたセグメントの冷却速度を制御する工程と、白金濃度プロファイルが実質的に空孔濃度プロファイルに依存しているように、冷却されたセグメントのシリコンマトリックスのなかに白金原子を熱的に拡散させる工程とから成る。
【００１３】
本発明は、さらに加えて、セグメントにおける少数キャリア再結合中心の濃度プロファイルに影響を与えるために、単結晶シリコンセグメントを熱処理する方法に関する。このシリコンセグメントは、前表面と後表面を有し（その前表面はその上にある自然の酸化物層のみを有している。）、前表面と後表面の間の中央平面を有する。その方法は、セグメントに結晶格子空孔を形成するために、窒化雰囲気においてセグメントの前表面を熱処理する工程と、その後に、最大濃度が前表面と中央平面の間にあって、中央平面よりも前表面により近くにあり、空孔濃度が前表面から最大濃度へとほぼ増加し、最大濃度の領域から中央平面へとほぼ減少するという冷却されたセグメントにおける空孔濃度プロファイルを形成するために熱処理セグメントの冷却速度を制御する工程とを有して成る。次いで、白金原子が、白金濃度プロファイルが、空孔濃度プロファイルに実質的に依存しているという結果を生じるように、冷却されたセグメントのシリコンマトリックスのなかに熱的に拡散される。
【００１４】
本発明の他の目的と特徴は一部分明らかされ、一部分はこれ以降に指摘されることになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１Ａは、単一低寿命領域、すなわち、サイリスタ構造の他の領域に対して少数キャリア再結合中心のより高い濃度を有する領域を含むサイリスタ構造の略図である。図１Ｂは、ターンオフ時に、図１Ａのサイリスタ構造で少数キャリア再結合中心の１つの好適な濃度プロファイル（すなわち、少数キャリア寿命プロファイル）のプロットである。
【図２】図２は、本方法によるシリコンセグメントの深さ（セグメントの１つの表面からほかの表面に伸びるが、表面そのものは除外する）に対する少数キャリア再結合中心濃度を一般的に描いたプロットである。
【図３】図３は、フランク−ターンブル拡散メカニズムが優勢であり、空孔濃度プロファイルがほぼ均一である場合に、処理時間の関数として白濃度プロファイルを詳細に示す、白金濃度 対 シリコンセグメントの深さのプロットである。
【図４】図４は、「キック−アウト」メカニズムが優勢であり、空孔濃度プロファイルがほぼ均一である場合に、処理時間の関数として白金濃度プロファイルを詳細に示す、白金濃度 対 シリコンセグメントの深さ（セグメントの１つの表面からほかの表面に伸びるが、表面そのものは除外する）のプロットである。
【図５】図５は、本発明の方法の略図である。
【図６】図６Ａ〜６Ｄは、本発明の方法の異なる実施態様の結果として達成されてよいさまざまな白金濃度プロファイルを詳細に示す、シリコンセグメントの深さ（１つの表面からもう１つに伸びるが、表面自体は除外する）に対する白金濃度を一般的に示すプロットである。
【図７】図７は、熱アニーリング時に強化酸化物層が存在し（曲線Ｂ）あるいは自然の酸化物層が存在する（曲線Ａ）場合に得られる異なるプロファイルを詳細に示す、白金濃度対シリコンセグメントの深さ（１つの表面からもう１つの表面に伸びるが、その両方の表面自体は除外する）のプロットである。
【図８】図８Ａから８Ｆまでは、本発明の方法の異なる実施態様の結果として達成されるさまざまな非対称性白金濃度プロファイルを詳細に示す、シリコンセグメントの深さ（１つの表面からもう１つに伸びるが、その両方の表面自体は除外する）に対する白金濃度を一般的に示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（好適な実施態様の詳細な説明）
本発明の方法によれば、サイリスタやパワーダイオードなどの電子パワーデバイスの作製において使用するのに適しているシリコンセグメントは、セグメントの特定領域内の再結合中心のピーク濃度を含むように、一方、シリコンセグメントの残りは比較的低い再結合中心の濃度を含むように作製できる。本発明はさらに、シリコンマトリックスのなかに拡散される白金原子が空孔濃度プロファイルに実質的に対応する濃度プロファイルを採り、したがって、シリコンセグメント全体を通して再結合中心濃度プロファイルを確立するという事実によっても特徴付けられる。
【００１７】
いずれかの特定の理論にとらわれるものではないが、まず、少数キャリア再結合寿命は、半導体のバンドギャップにおける分離エネルギーレベルを作り出すシリコン格子欠陥の濃度に反比例していることが挙げられる。これらのレベルは、バンドギャップにわたる過剰キャリアの再結合のためのエネルギー上の「飛び石」を提供しており、したがって、それが起こる速度を増加させる。この速度を特徴付けるのに使用されるこの典型的なパラメータは、少数キャリア再結合寿命、τである。半導体の基本的な少数キャリア寿命τ０は、等式（１）により表わされる。すなわち、
【００１８】
【数１】
0005405856.tif 000002
ここで、
Ｖｔｈは少数キャリアの熱速度であり、
σは少数キャリアのための再結合中心の捕獲断面積であり、
ＮＴは再結合中心の密度である。
【００１９】
所定の半導体に関しては、少数キャリア寿命等式における唯一の調整可能なパラメータは、再結合中心密度または濃度である。したがって、図１Ｂにより示されているように（Ｎが存在するキャリア数である場合には、Ｎはオン状態における平均キャリア濃度であり、Ｎ／Ｎはその正規化濃度である）、寿命プロファイルを達成するためには、材料の層が表面領域の両方におけるより高い再結合中心の濃度を備えたシリコンセグメントの２つの表面の間のどこかに必要とされる。これらの再結合中心のための望ましい濃度プロファイルは、図２に略図的に図示説明されている。
【００２０】
再結合中心は、いくつかの手段で半導体のなかに導入されることがあり、もっとも一般的な手段は、不純物原素、典型的に金属をシリコン材料の中に拡散させることである。近年では、シリコンパワーデバイス技術における白金の拡散および組み込みメカニズム、再結合中心について多くのことがわかってきている。今日までの経験から、白金は、ホウ素や鉄の場合でそれぞれそうであるようには、典型的な置換または格子間拡散メカニズムによってはシリコンのなかに組み込まれないことが示されている。そうではなくて、白金は、２つの可能なメカニズムの１つにより、組み込まれると考えられており、それによって、迅速に拡散する低溶解性格子間金属種が、遅い拡散をする高い溶解性の置換種に、真性点欠陥、すなわち、結晶格子空孔とシリコン自己格子間原子との相互作用により変換される。再結合または使用数キャリア寿命の目的のために、本発明にとっては重要である置換種、すなわち、白金について結果的に得られる濃度である。
【００２１】
白金原子と真性点欠陥が相互作用する可能性がある第１のメカニズムには、置換白金原子を作り出すために格子間白金原子と空孔との組み合わせを必然的に伴う。このメカニズムは典型的には、「フランク-ターンブル」（すなわち、"Ｆ−Ｔ"）メカニズムと呼ばれ、等式（２）で表わすことができる。すなわち、
【００２２】
【数２】
0005405856.tif 000003
ここで、
Ｖはシリコン格子空孔であり、
Ｍｉは格子間白金原子であり、
Ｍｓは置換白金原子である。
【００２３】
第２のメカニズムは、１つの格子間白金原子が１つのシリコン原子をその格子部位から蹴り出し、格子間部位のなかに入れるときに、起こる。このメカニズム、すなわち、「キック−アウト」メカニズムは、等式（３）により表わされる。すなわち、
【００２４】
【数３】
0005405856.tif 000004
ここで、
Ｉはシリコン自己格子間原子であり、
Ｍｉは格子間白金原子であり、
Ｍｓは置換白金原子である。
【００２５】
内方拡散白金に対する所定の試みに関しては、そのメカニズムは、少なくとも部分的に、拡散時間と温度と、サンプル中に存在する空孔および自己格子間原子の濃度に応じて優勢になる。Ｆ−Ｔメカニズムが優勢である場合には、図３により示されているような白金濃度プロファイルがシリコンセグメントにおいて形成され、あるいは作り出されることがある。Ｆ−Ｔメカニズムに従う場合に、サンプルの中心に到達した白金濃度は、その中心の空孔濃度にほぼ等しい。この関係は等式（４）により表わされる。すなわち、
【００２６】
【数４】
0005405856.tif 000005
ここで、
ＣｍとＣｖはそれぞれ金属原子と空孔の濃度であり、
ＣｅｑｖとＣｅｑｍはそれぞれ、拡散温度での空孔と金属濃度の平衡値である。
【００２７】
典型的には、ＣｅｑｖはＣｅｑｍよりもずっと大きく、したがって、Ｃｍ≒Ｃｖ（すなわち、ＣｍはほぼＣｖに等しい）。結果として、Ｆ−Ｔメカニズムに従う場合に、内方拡散の格子間白金原子がサンプル中に存在する空孔を充填し、方法においては置換型になる。
【００２８】
図３を再び参照すると、置換白金を形成するための格子間白金原子と空孔の間の相互作用は急速に起こり、すなわち、図３から分かるように、この相互作用が本質的に時間に依存しないように、格子間白金原子の輸送は充分に迅速である。さらに、図３からわかるように、シリコンセグメントのバルクにおいてＣｍ≒Ｃｖである間は、セグメント表面近くのシリコンセグメント領域におけるＣｍ≒Ｃｖからの偏差がいくらかある。
【００２９】
ここで図４を参照すると、キック−アウトメカニズムの結果（図４）と、Ｆ−Ｔメカニズムの結果（図３）が比較される場合は、図１Ｂに示されている望ましい濃度プロファイルの視点からは、Ｆ−Ｔメカニズムが、再結合中心のさらに均一な深さ分布を供給しているのが分かる。しかし、Ｆ−Ｔメカニズムにより組み込まれる白金原子が、本発明の焦点となっている空孔濃度プロファイルに密接に関連しているようにみえることは事実である。シリコン材料の空孔濃度プロファイルを制御することができる場合に、白金原子の内方拡散がＦ−Ｔメカニズムに従うのであれば、デバイスにおける白金の濃度プロファイルも制御することが可能である。
【００３０】
したがって、本発明の方法は、好都合に空孔濃度プロファイルを制御することにより、シリコン材料における再結合中心の濃度プロファイルを再生産的に制御する手段を提供することができる。さらに詳細には、シリコン材料内の空孔濃度プロファイルと、白金が材料中に内方拡散している条件を制御して、Ｆ−Ｔメカニズムに従うことによって、再結合中心は、望ましい深さ分布でその材料内に組み込まれ、それによって最適デバイス性能を提供する。
【００３１】
本発明の方法のための出発材料は、典型的には、従来からのチョクラルスキー結晶成長法により成長させた単結晶インゴットからスライスされた単結晶シリコンのセグメントである。しかし、代替的には、単結晶シリコンのセグメントは、従来からのフローティングゾーン結晶成長法により成長させたインゴットから得られる。こうした方法、ならびに標準的なシリコンスライシング、ラッピング、エッチング、研磨技術が例えば、F.Shimura「半導体シリコン結晶技術（Semiconductor Silicon Crystal Technology）」、Academic Press社刊, 1989年発行およびJ. Grabmaier編「シリコン化学エッチング法（Silicon Chemical Etching）」、Springer-Verlag社刊、New York, 1982 (参照として本明細書に組み込む。) に開示されている。
【００３２】
本発明の方法はＦ−Ｔメカニズムにより進行するので、格子間白金原子は内方拡散時にシリコンマトリックスにおける空孔を充填することに留意すべきである。したがって、白金濃度プロファイルは、シリコンセグメント内の空孔濃度プロファイルの関数、あるいはそれに実質的に依存している。言い換えると、シリコンマトリックス内で白金原子が採る位置は、マトリックス内の空孔の位置に対応する。したがって、酸素析出剤によるゲッタリングは、本発明の方法に含まれないと考えられる。結果として、シリコンセグメントの酸素濃度は、本発明の方法にとって狭く限定されない。したがって、出発シリコンセグメントは酸素を本質的に含んでいないか、あるいはチョクラルスキー方法により得ることができる範囲内または範囲外であってもどこでであっても（ＡＳＴＭ標準Ｆ−１２１−８３により決められているように、典型的な範囲は約５ｘ１０１７〜約９ｘ１０１７原子／ｃｍ３である）酸素濃度を有することもある。
【００３３】
チョクラルスキー成長シリコンに関しては、シリコンの融点の温度（約１４１０℃）から約７５０℃〜約３５０℃への単結晶インゴットの冷却速度に応じて、酸素析出核生成が形成される。出発材料にこれらの核生成中心が存在することあるいは存在しないことに、本発明は限定されない。しかし、好適には、これらの中心は約１３００℃を超えない温度でシリコンを熱処理するこにより溶解することができる。約４時間にわたって約８００℃の温度でシリコンをアニーリングするなどの一定の熱処理は、それらが約１１５０℃を超えない温度で溶解することができないように、これらの中心を安定することができる。
【００３４】
単結晶シリコンに不純物として存在する場合、置換炭素は酸素析出核形成中心の形成を触媒する能力を有する。したがって、これとそのほかの理由のために、単結晶シリコン出発材料は炭素の低い濃度を有することが好適である。すなわち、単結晶シリコンが、５ｘ１０１６原子／ｃｍ３未満、好適には１ｘ１０１６原子／ｃｍ３未満、さらに好適には５ｘ１０１４原子／ｃｍ３未満の炭素濃度を有することが好ましい。
【００３５】
ここで図５を参照すると、本発明の出発材料は、好適には、前表面３、後表面５、その前表面と後表面の間にある想像上の中央平面７を有する単結晶シリコンセグメント１である。本明細書では「前」と「後」という用語は、シリコンセグメントの２つのほぼ平坦な主表面を区別するために使用される。この用語が本明細書で使用されているように、セグメントの前表面は、電子デバイスが後にその上に組み立てられる表面では必ずしもなく、その用語が本出願で使用されているように、セグメントの後表面も電子デバイスがその上に組み立てられる表面に向かい合うセグメントの主表面では必ずしもない。さらに、シリコンセグメントはいくらか全厚変動（ＴＴＶ）、曲がりおよび反りを有していることがあるので、前表面上の各点と後表面上の各点の間の中点は、正確に平面内に正確に入らないこともある。しかし、実際的な問題としては、ＴＴＶ、曲がりと反りは典型的には非常に少ないので、非常に近似に、その中点は、前表面と後表面の間のほぼ等距離にある想像上の中央平面内に入ることができると言える。
【００３６】
本発明の方法はさまざまな厚さのシリコンセグメント上で成功裡に実施することが可能であり、材料の厚さが、部分的に、それから組み立てられるデバイスの種類の関数であることに留意すべきである。例えば、約５００から約８００ミクロンの厚さの範囲にあるシリコンウエハなどの比較的薄いシリコンセグメントは、出発材料として使用することができる。代替的には、８００ミクロンから約１５００ミクロンまで、またはそれ以上の厚さの範囲にあるより厚いセグメントを使用することが可能である。しかし典型的には、低ノイズ高性能シリコン検出器、ならびにサイリスタおよびパワーダイオードなどの関心の対象となっている特定のデバイスに関しては、厚さは約８００〜約１２００ミクロンの範囲にある。
【００３７】
本発明方法の第1の実施態様では、セグメント１は、セグメント１を包封する表面酸化物層９を成長させるために工程Ｓ１において酸素含有雰囲気において熱処理される。一般的には、酸化物層は、シリコン上に形成される自然酸化物層よりも厚い厚さを有する（約１５オングストローム）。好適には、酸化物層は少なくとも約２０オングストロームの厚さを有し、いくつかの実施態様では、少なくとも約２５オングストロームまたは少なくとも約３０オングストロームの厚さを有する。しかし、今日までに得られた実験的な証拠では、約３０オングストロームよりも大きな厚さを有する酸化物層は、望ましい効果を妨害することはないが、ほとんどまたはまったく追加的な恩恵を与えることはない。
【００３８】
工程Ｓ２においては、ウエハは、ウエハが高温に加熱されて、ウエハ１のバルク１１にある結晶格子空孔１３を形成し、それによって結晶格子空孔の数密度を増加させる熱処理工程に付される。好適には、この熱処理工程は、ウエハが標的温度にまで急速に熱せられ、比較的短い時間の間その温度でアニーリングされる、急速熱アニーリング装置で実施される。一般的には、ウエハは、少なくとも１１５０℃、好適には少なくとも１１７５℃、さらに好適には少なくとも約１２００℃、もっとも好適には約１２００℃と１２７５℃の間である温度に付される。
【００３９】
本発明の第１の実施態様では、急速熱アニーリング工程は窒化雰囲気、すなわち、窒素ガス（Ｎ２）を含有する雰囲気、あるいは露出シリコン表面を窒化することができるアンモニアなどの窒素含有化合物ガスの存在下で実施される。したがって、雰囲気は、窒素または窒素化合物ガスから全体的に構成され、あるいはアルゴンなどの非窒化ガスを付加的に含むこともある。セグメント全体を通して空孔濃度の増加が、アニーリング温度を達するときに、即時的にではなくとも、その近くで達成される。セグメントは一般的にはこの温度で少なくとも１秒間維持されるが、典型的には少なくとも数秒間（例えば、少なくとも３秒間）であり、好適には、数十秒間（例えば、２０、３０、４０または５０秒間）であり、セグメントの初期の厚さと望ましい結果的な特性に応じて、約６０秒間までの範囲の時間の間である（これは市販されている入手可能な急速熱アニーリング装置の限界に近い）。結果的に生じるセグメントは、比較的均一な空孔濃度（数密度）プロファイルを有する。
【００４０】
今日までに得られた実験的な証拠を基礎として、急速熱アニーリング工程が行われる雰囲気は、酸素、水蒸気および他の酸化ガスの比較的小さな分圧を有するに過ぎない。すなわち、雰囲気は、空孔濃度の構築を抑制するシリコン自己格子間原子の充分量を注入するには不充分である、酸化ガスの不存在またはそうしたガスの分圧を有する。酸化ガス濃度の最低限度が正確に求められていないが、０．０１気圧（ａｔｍ．）の酸素の分圧または１０，０００ピーピーエムエー（ｐｐｍａ）に関しては、空孔濃度における増加および効果は観察されていない。したがって、雰囲気が、０．０１気圧（１０，０００ｐｐｍａ）未満の酸素および他の酸化ガスの分圧を有することが好適である。さらに好適には、雰囲気のなかでのこうしたガスの分圧が約０．００５気圧（５，０００ｐｐｍａ）以下、さらに好適には、約０．００２気圧（２，０００ｐｐｍａ）以下、もっとも好適には、約０．００１気圧（１，０００ｐｐｍａ）以下である。
【００４１】
急速熱アニーリングは、シリコンセグメントが高パワーランプのバンクにより個々に熱される市販されていて入手可能な多くの急速熱アニーリング（"ＲＴＡ"）炉のいずれかで実施される。ＲＴＡ炉は一般的には急速に、上記の範囲内の厚さを有するシリコンセグメントを数分間で室温から約１２００℃まで加熱することができる。１つのこうした市販されていて入手可能なＲＴＡ炉はＡＧアソシエーツ（カリフォルニア州マウンテンビュー市）から入手可能なモデル６１０炉である。
【００４２】
真性点欠陥（すなわち、空孔とシリコン自己格子間原子）は、温度依存性に拡散速度で単結晶シリコンに拡散することができる。したがって、所定の温度での真性点欠陥の濃度プロファイルは、再結合速度および真性点欠陥の拡散度の関数である。例えば、真性点欠陥は、７００℃くらいの温度で工業的に実際的であるいずれかの時間の間で本質的に非移動性であるが、ウエハが急速熱アニーリング工程でアニーリングされる温度の近くの温度で真性点欠陥は比較的移動性である。今日までに得られた実験的な証拠は、空孔の効果的な拡散速度は、約７００℃よりも低い温度でかなり遅くなること、ならびに、おそらく８００℃、９００℃、または１，０００℃という程度の温度で、空孔はいずれかの工業的に実際的な時間の間に非移動性であることを示唆している。
【００４３】
工程Ｓ２の完了時に、ウエハは、単結晶シリコンにおいて結晶格子空孔が比較的移動性である温度の範囲に、工程Ｓ３において急速に冷却される。セグメントの温度がこの温度範囲に下がると、空孔は酸化物層９に拡散し、消滅し、したがって、セグメントがこの範囲内の温度で維持される時間の長さに応じた変化の程度を有する空孔濃度プロファイルの変化が導かれる。セグメントが無制限の時間でこの範囲内のこの温度で維持される場合、空孔濃度は、もう一度バルク１１全体を通して実質的に均一になり、空孔濃度は、熱処理工程の完了時に即座に結晶格子空孔の濃度よりも実質的に小さい平衡値である。しかし、セグメントを急速冷却することによって、結晶格子空孔の不均一分布を達成することができ、最大空孔濃度は中央平面７でまたは中央平面７の近くにあり、空孔濃度はセグメントの前表面３と後表面５の方向に減少している。
【００４４】
一般的には、この温度範囲内の平均冷却速度は、少なくとも約５℃／秒であり、好適には、少なくとも約２０℃／秒〜３０℃／秒またはそれ以上である。表面近くの低い空孔濃度領域の望ましい深さに応じて、平均冷却速度は好適には、少なくとも約５０℃／秒であり、さらにより好適には少なくとも約１００℃／秒であり、いくつかの用途に現在好ましい約１００℃／秒〜約２００℃／秒の範囲にある冷却速度という場合もある。一旦セグメントが、単結晶シリコンにおいて結晶格子空孔が比較的移動性である温度の範囲外にある温度に冷却されると、冷却速度がセグメントの空孔濃度プロファイルに有意に影響を及ぼすようには見えず、したがって、狭く限定されるようにみえない。都合良く、冷却工程は、加熱工程が実施される同じ雰囲気のなかで実施できる。
【００４５】
工程Ｓ４では、白金原子は結晶格子空孔のなかに拡散される。一般的には、白金は、特定の時間の間そのセグメントを加熱することにより、シリコンセグメントの表面に堆積され、水平表面に拡散される。Frank-Turnbullメカニズムが白金拡散で優勢になるように、拡散時間と温度は選択されることが好ましい。さらに好適には、拡散時間と温度は、定常状態に達するために白金による空孔デコレーションを可能にするのに充分なものである。
【００４６】
本発明に典型的である空孔濃度を有するシリコンセグメントに関しては、拡散温度は典型的には、約６５０から約８５０℃の範囲である。好適には、約６７０から約７５０℃の範囲である。さらに好適には、温度は約６８０から約７２０℃の範囲である。拡散時間は典型的には、約２分から約４時間の範囲である。好適には、拡散時間は約１０分から約２時間の範囲である。さらに好適には、拡散時間は約１５分から約３０分の範囲である。
【００４７】
好適には、白金の熱拡散は窒素または不活性ガスまたはそれらの混合物を含んで成る雰囲気で行われる。本方法により用いられる低温が条件として、酸素含有雰囲気も用いられる。しかし一般的には、この熱拡散工程は、用いられる低温が条件として、シリコンセグメントマトリックスのなかに点欠陥の注入という結果にはならないいずれかの雰囲気で行われることに気をつけておく。
【００４８】
しかし、白金原子がシリコンセグメントに存在する空孔と充分に反応するあるいはそれらを充填する拡散方法に必要な正確な時間と温度は、サンプルの厚さの関数として、存在する空孔の数の関数として少なくとも部分的に変動することがある。結果として、最適時間と温度は、経験的に決定されることがある。例えば、シリコンセグメントはいくつかの部分に分割し、異なる時間と温度の組み合わせを使用して各部分の上に白金の同じ濃度を堆積させた後、各部分を加熱してよい。
【００４９】
サンプル表面のケイ化物化（シリサイド化）は、ケイ化物化が点欠陥の注入という結果になるので、回避することが好ましい。機械的なひずみも、ケイ化物層から生じることがあり、これは、白金拡散に無視できない影響を与えている場合がある。さらに、サンプル表面のケイ化物化は、白金検出または測定技術に対して望ましくない影響を与えることがある。したがって、ケイ化物化の潜在的に否定的な影響を最小限度にするため、白金堆積法は好適には、１つの単層よりも小さい表面濃度を与え、ここで、白金単層は約２ｘ１０１５原子／ｃｍ２の表面積濃度に対応する。別の言い方をすれば、結果的に得られる表面濃度が約２ｘ１０５原子／ｃｍ２を越えないように白金の量がシリコンセグメント表面上に堆積されることが好ましい。
【００５０】
白金堆積は、従来方法が、表面欠陥、およびセグメントのバルクのなかに点欠陥を作り出すという結果を生じ得るシリコンセグメントの表面上に白金の堆積を生じるという結果にならないのであればという条件で、本質的に当該技術において通常のいずれかの方法によっても達成される。例えば、スパッタリングまたはｅ−ガン吹付け蒸発技術は、セグメントの表面上に単層の分画を堆積させるのに使用することが可能である。代替的には、例えば、約１ｇ／リットルの白金濃度を有する酸性化白金溶液が、スピンコートによりまたはセグメントを溶液のなかに浸すことにより表面上に堆積され、好適には、セグメントの表面が約８０℃で約１０分間ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ（１：１：６）の溶液により処理された後である。
【００５１】
工程Ｓ４の内方拡散の熱処理が完了した後、シリコンセグメントにおける白金の深さプロファイルまたは濃度プロファイルが、深準位過渡分光法（ＤＬＴＳ）測定を使用することなどにより、当該技術分野では通常のものである手段を使用して測定することが可能である。ＤＬＴＳ測定の１つの実施態様では、シリコンセグメントサンプルが、約１ｃｍ２の小片に切断され、１．１７°と２．８６°の角度で傾斜をつけて、研磨される。次いで、厚さ１５ミクロンのシリコン層が、比率２：１：１のＨＦ（フッ化水素酸、５０％溶液）、ＨＮＯ３（硝酸、発煙）、ＣＨ３ＣＯ２Ｈ（酢酸、氷酢酸）から成るエッチング溶液を使用して表面からエッチングされる。ショットキー接触はハフニウムの蒸発法により堆積される。後面でのオーミック接触には、ガリウムが使用される。置換白金濃度Ｃｓの検出範囲は、ドーパント濃度Ｄｄに依存し、これらの間の関係は、Ｃ４ｘ１０−４＜Ｃｓ＜Ｃｄｘ１０−１として表わされる。
【００５２】
白金拡散の技術および白金検出方法は敷衍して他所でさらに説明されている。例えば、Jacobら、J. Apl. Phys. vol. 82, p. 182 (1997); ZimmermannsとRyssel 「非平衡条件下でのシリコンにおける白金拡散のモデリング（"The Modeling of Platinum Diffusion In Silicon Under Non-Equilibrium Conditions,"）」、 J. Electrochemical Society, vol. 139, p. 256 (1992); Zimmermann, Goesele, Seilentahl, Echiner, 「シリコンにおける空孔濃度ウエハマッピング（"Vacancy Concentration Wafer Mapping In Silicon"）」 Journal of Crystal Growth, vol. 129, p. 582 (1993); Zimmermann とFalster, 「初期段階でのチョクラルスキーにおける酸素析出の核生成の研究（"Investigation of the Nucleation of Oxyen Precipitates in Czochralski silicon at an Early Stage"）」, Appl. Phys. Lett., Vol. 60, p. 3250 (1992); ZimmermannとRyssel, Apl. Phys. A. vol. 55, p. 121 (1992) を参照されたい。
【００５３】
本方法の第１の実施態様の結果として、シリコンセグメントのバルク内に位置している高空孔領域が形成され、その後に白金原子でデコレーションまたは充填され、白金原子はＦ−Ｔメカニズムによりシリコンセグメントのなかに拡散される。図５により図示説明されるように、得られるシリコンセグメントは、ピーク白金濃度を含む領域１７により特徴付けられ、その濃度は実質的に均一である。さらに、シリコンセグメントには、前表面３と後表面５から深さｔとｔ’までそれぞれ延ばされている領域１５と１５’が含まれる。シリコンセグメントの領域１７と比較すると、領域１５と１５’には、白金の比較的低い濃度が含まれており（図示せず）、結果として、領域１７よりも長い少数キャリア再結合寿命を有する。これらの表面層または領域内での白金濃度は約１ｘ１０１１原子／ｃｍ２よりも小さい低い濃度から、約１ｘ１０１２原子／ｃｍ２まで、あるいは約１ｘ１０１３原子／ｃｍ２または約５ｘ１０１３のピーク濃度（セグメントの表面を除外）までの範囲である。空孔濃度プロファイルを誂えるあるいは制御することにより、さまざまなゾーンまたは領域にシリコンセグメントを分割することにより、内方拡散が完了した後、得られる白金濃度のパターンまたはプロファイルを描くテンプレートが効果的に作り出される。
【００５４】
存在してよい白金と真性点欠陥の間でシリコンセグメント表面上に生じ得る相互作用に原因して、ピーク濃度の領域および比較的に低濃度の領域に対する照会はシリコン表面が除外するように意図される。別の言い方をすれば、シリコンセグメント表面は、再結合中心の濃度プロファイルを求めるまたは評価するときには、あるいはそれらを基礎として何らかの比較を行うときには考慮されるべきものではないということである。
【００５５】
本発明の方法により、領域１７における少数キャリア再結合中心の濃度は、一次的に、存在する空孔の濃度の関数となり、それは次には加熱工程（Ｓ２）の関数となり、二次的に冷却速度（Ｓ３）の関数となる。同様に、領域１５と１５’の前表面と後表面からのそれぞれの深さｔとｔ’は空孔濃度の関数でもあり、それは次には一次的にシリコンにおける結晶格子空孔が比較的移動性である温度範囲全体への冷却速度の関数となる。したがって、深さｔ、ｔ’が減少する冷却速度に伴って増加するとすれば、冷却速度は、少なくとも約１０、２０、３０、４０、５０、７０または１００ミクロンの深さを得ることが可能になるように、制御可能である。
【００５６】
本発明の第２の実施態様では、中性（すなわち、非窒化、非酸化）雰囲気が、第１の実施態様の窒化雰囲気の代わりに、加熱（急速熱アニーリング）と冷却工程で使用される。適切な中性雰囲気としては、アルゴン、ヘリウム、ネオン、二酸化炭素、および他のもの、例えば、非酸化、非窒化原素および化合物ガス、あるいはこれらのガスの混合物が挙られる。窒化雰囲気のように、適当な中性雰囲気には酸素の比較的小さな分圧、すなわち、０．０１気圧（１０，０００ｐｐｍａ）未満、より好適には０．００５気圧（５，０００ｐｐｍａ）未満、さらに好適には０００２気圧(２，０００ｐｐｍａ)未満、もっとも好適には０．００１気圧（１，０００ｐｐｍａ）未満の分圧が含まれる。
【００５７】
本発明の第３の実施態様では、工程Ｓ１（熱酸化工程）が省略されて、出発シリコンセグメントが自然酸化層以上のものは有していない。さて、図６Ａを参照すると、こうしたセグメントが中性雰囲気の下でアニーリングされる場合には、上の第２の実施態様に参照して説明されているように、一般的には実施態様１と２のそれらに類似している結果が得られる。しかし、第１の実施態様のセグメントなどのようなこうしたセグメントは窒化雰囲気のなかでアニーリングされる場合、自然酸化物層よりも厚さが厚い酸化物層（すなわち、「強化酸化物層」）を有するセグメントが窒素雰囲気のなかでアニーリングされるときに観察されるものとは、その効果は異なったものである。
【００５８】
強化酸化物層を含むセグメントが、窒素雰囲気のなかでアニーリングされる場合（図６Ａ）に、アニーリング温度に達したときに即時的にではないにしてもその近くで空孔濃度の実質的に均一な増加がセグメント全体に達成される。さらに空孔濃度は、所定のアニーリング温度でアニーリング時間の関数として有意に増加するようには見えない。対照的に、図６Ｂにみられるように、セグメントが表面上に自然酸化物層以上のものは有していない場合、ならびにセグメントの前表面と後表面が窒素のなかでアニーリングされる場合、得られるセグメントは、セグメントの断面についてほぼＵ字形に空孔濃度（数密度）プロファイルを有する。図６Ｂと図７（曲線Ａ）により図示説明されているように、その後に、これらの真性点欠陥に対するシンクとして作用する、表面それ自体への表面領域近くでの空孔輸送に原因して、セグメントが冷却されるに従って、このプロファイルは、修正され、ほぼ「Ｍ」形状をとる。さらに詳細には、最大空孔濃度が、前表面と後表面から数ミクロンまたは数十ミクロンであるいはその範囲内で起こり、比較的一定でかつ低い濃度がバルク全体で生じ、バルク中の最大濃度が、本方法により処理された後（図７の曲線Ｂとして示されている）、強化酸化物層を有するシリコンセグメントで得られる濃度に初めにおおよそ等しい。さらに、アニーリング時間における増加が、自然酸化物層以上のものを有していないシリコンセグメントにおける空孔濃度の増加という結果を生じる。
【００５９】
したがって、再び図５を参照すると、自然酸化物層のみを有するセグメントが、窒化雰囲気下で本方法によりアニーリングされる場合には、得られる少数キャリア再結合中心のピーク濃度が、白金拡散の後に、初めに領域１５と１５’の中にほぼ位置しており、一方、シリコンセグメントのバルク１７は再結合中心の比較的低い濃度を含む。典型的には、ピーク濃度のこれら領域が、シリコンセグメント表面から、数ミクロン（すなわち、約５または１０ミクロン）以内、または数十ミクロン（すなわち、約２０または３０ミクロン）以内、約４０〜約６０ミクロンまでで位置している。
【００６０】
実験的な証拠は、さらに、自然酸化物層以上のものは有していないシリコンセグメントと強化酸化物層を有するシリコンセグメントについての行動におけるこの差違は、雰囲気のなかに分子状酸素または別の酸化ガスを含めることにより回避することができることを示唆している。別の言い方をすれば、自然酸化物以上のものは有していないシリコンセグメントが窒素雰囲気のなかでアニーリングされる場合には、酸素の小さな分圧を付加的に含む雰囲気が好適である。こうした雰囲気の条件では、強化酸化物層を有するセグメントと同じように挙動する自然酸化物層のみを有するセグメントが結果的に得られる。いずれかの特定の理論にとらわれるものではないが、自然酸化物層よりも厚さでより厚い表面酸化物層は、シリコンの窒化を阻害するシールドとして役に立つように思える。窒化は、シリコンマトリックスのなかの空孔の形成またはマトリックスのなかへの空孔の注入という結果になると考えられる。結果として、図６Ａと６Ｂを比較することにより分かるように、空孔のピーク濃度（したがって再結合中心も）は実際に、空孔が注入された箇所ではない場合、そうでなければ観察されるピークよりも大きい。
【００６１】
したがって、酸化物層は、出発シリコンセグメント上に存在することがあり、あるいはアニーリング工程の間に強化酸化物層を成長させることにより、その場で形成される。後者のアプローチを採用する場合、急速熱アニーリング工程時の雰囲気は好適には、少なくとも約０．０００１気圧(１００ｐｐｍａ)の分圧が含まれ、さらに好適には、少なくとも約０．０００２気圧(２００ｐｐｍａ)の分圧である。再び図６Ａを参照すると、このように、本発明の第１の実施態様と第２の実施態様の曲線に類似した結果が得られる。しかし、上で説明されている理由のために、酸素の分圧は好適には、０．００５気圧(５，０００ｐｐｍａ)以下であり、分圧は、０．０１気圧（１０，０００ｐｐｍａ）以下、０．００２気圧(２，０００ｐｐｍａ)以下、０．００１ａｔｍ．(１，０００ｐｐｍａ)以下であれば、さらに好適である。
【００６２】
しかし、酸素分圧を有する雰囲気を利用する代替物として、シリコンセグメントは単純に、窒素雰囲気または中性雰囲気の下で、アニーリングが上の実施態様で説明されているように、完了した後、酸素雰囲気下でアニーリングされることがある。その酸素アニーリング工程は、セグメントが冷却された後に行われることがあり、あるいは代替的に、一定温度で行われる（すなわち、初期熱アニーリング工程が完了した後にそのセグメントがまだ熱い間に）。さらに、この酸素アニーリング工程は、必要に応じて、シリコンセグメント内の空孔濃度および、結果的に生じる白金濃度などをさらに誂えるまたはプロファイルする手段として上述の実施態様のいずれかに関して実施されることがある。
【００６３】
いずれかの特定の理論にとらわれるものではないが、酸素アニーリングはシリコン表面の酸化を生じることになると考えられ、結果として、酸素アニーリングはシリコン自己格子間原子の内向きフラックス（inward flux）を作り出すように作用する。自己格子間原子のこの内向きフラックスは、再結合を引き起こし、表面で開始して、その後内側に移動していくことにより空孔濃度プロファイルを次第に変更する効果を有している。したがって、シリコンセグメントから製造されるデバイスの特定最終使用に関して最適化される深さを有する低い空孔濃度の１つの領域が作り出される。図６Ｃと６Ｄをここで参照すると、酸素アニーリング工程の前に使用された条件に応じて、いくつかの異なる白金濃度プロファイルが最終的に得られることが分かる（ここで、曲線Ａ〜Ｅは、それぞれ、本発明の異なる酸素アニーリング条件下で得られる異なるプロファイルを略図的に表わしている）。さらに詳細には、図６Ｃと６Ｄの曲線Ａ〜Ｅは、白金の内方拡散の前に、空孔濃度プロファイルを変更する酸素アニーリング工程を行った結果として得られる白金濃度プロファイルを図示説明している。
【００６４】
図６Ｄを参照すると、前表面と後表面の近くにある空孔のピーク濃度を有するシリコンセグメントに関しては、白金内方拡散の後に再結合中心の分布が不均一であるセグメントが得られることに留意すべきである。さらに詳細には、このセグメントは再結合中心の不均一分布を含み、最大濃度が前表面と中央平面の間で、中央平面よりも前表面により近い領域にあり、核生成中心の濃度が、前表面から最大濃度の領域へと増加し、最大濃度の領域から中央平面へと減少する。
【００６５】
シリコンセグメントのバルク１７内の空孔のピーク濃度を有するシリコンセグメントに関して、領域１５と１５’のそれぞれの深さｔとｔ’を、表面の酸化が起こる速度を制御することより選択的に増加させることが可能である。酸化速度は、雰囲気条件、温度、この酸化工程の時間などのいくつかの要因に依存する。例えば、酸化速度は雰囲気のなかでの酸素の濃度が増加すれば増加し、酸化速度は発熱性蒸気が用いられるときに最大となる。
【００６６】
酸化処理に関する正確な条件は、深さｔおよび／またはｔ’を最適化するために、温度、時間、雰囲気組成を調整することにより、実験的に決定することが可能であることに留意すべきである。しかし、本方法に準酸素または発熱性蒸気以外の何かを用いる場合に、好適には、雰囲気のなかの酸素分圧は少なくとも約０．０００１気圧（１００ｐｐｍａ）、さらに好適には、熱アニーリング工程Ｓ２について、少なくとも約０．０００２気圧（２００ｐｐｍａ）となる。これに関しては、酸素含量または分圧に課せられている制限は本方法のこの任意の工程に適用できないことに留意すべきである。さらに、領域１７（または領域１５と１５’）に関して、空孔のピーク濃度と、したがって少数キャリア再結合中心が、実質的に保持されている場合、この酸化処理の温度は好適には約１１５０℃を超えるものである。さらに好適には、温度は少なくとも、工程Ｓ２の熱処理時に用いられた温度とほぼ同じである。特定の理論にとらわれるものではないが、温度が熱処理時に用いられるものよりも低い場合には、空孔と自己格子間原子の直接再結合のために、領域１７における再結合中心のピーク濃度は実際には減少すると考えられる。
【００６７】
この別個の酸化処理アプローチは、上で詳細に説明されているように、冷却速度を調整することにより、空孔濃度プロファイルおよびしたがって白金濃度プロファイルを制御することの代替として受入れ可能なものである。いくつかの状況では、それが提供する付加的な柔軟性のために、好適であることがある。さらに、深さｔまたはｔ’が十ミクロンまたは数十ミクロンを超える場合には、このアプローチは好適である。さらに、本発明の上述の実施態様のいずれかにより作製される、シリコンセグメントの後の酸化処理は、図６Ｃと６Ｄに略図的に図示説明されているように、多くの異なる少数キャリア再結合中心プロファイルを含むシリコンセグメントを作製する手段を提供する。
【００６８】
本発明のそのほかの実施態様では、セグメントの前表面と後表面は、異なる雰囲気に曝されるが、各雰囲気には、１種またはそれよりも多い窒化または非窒化ガスが含まれている。例えば、前表面が非窒化雰囲気に曝されると、シリコンセグメントの後表面は１つの窒化雰囲気に曝されてよい。さらに、表面の一方が処理時に遮蔽されることがある。例えば、ここで図８Ａから８Ｆまでを通して参照すると、空孔濃度プロファイルがシリコンセグメント全体を通して確立された後に、上記のように、一方の表面は遮蔽され、もう一方は酸素雰囲気のなかで熱アニーリングされてよい。遮蔽は、例えば、面と面を合わせる配置構成で重ねながら、複数のセグメント（例えば、２、３またはそれ以上）を同時にアニーリングすることにより達成することができる。このようにアニーリングされるとき、面と面を合わせるように接触される状態にある面はアニーリングの間において雰囲気から機械的に遮蔽される。代替的には、白金内方拡散が所望されるセグメントの面上のみに酸化物層を形成することにより、同様の効果が達成可能である（セグメントの急速熱アリーリング工程および所望の白金濃度プロファイルの時に使用される雰囲気に依存する。）。本発明により作製されるシリコンセグメントの表面の１つを遮蔽することにより、このように、図８Ａから８Ｆまでを通して例が図示説明されているように、非対称性再結合中心濃度プロファイルを含むセグメントを最終的に製造できる。さらに詳細には、図８Ａと８Ｆは、このように、白金内方拡散の前に空孔濃度プロファイルを変更する酸素アニーリング工程を実施した結果として得られる白金濃度プロファイルの例を図示説明している。
【００６９】
シリコンセグメントから最終的に製造されるデバイスに望ましい再結合中心濃度プロファイルが存在するように、本方法は、典型的には、達成されるべき本発明の目的に適切に適している点でデバイス製造方法のなかに組み込まれる。さらに、本方法の白金内方拡散工程は、好適には、急速熱アニーリングとそれに続く冷却工程Ｓ２とＳ３の直後に行われる。さらに詳細には、本方法の工程は、何らかの間に介入する処理をせずに、連続している順序で行われることが好ましい。しかし、間に介入する処理がそのデバイス製造方法の一部として必要な場合には、こうした処理は短い時間で低い温度でのみ行われることが好ましい。さらに詳細には、本方法の結果として、シリコンセグメントで従前に確立された空孔濃度プロファイルまたは再結合中心プロファイルにおいて分かる変化を生じる結果となるのには充分ではない時間で約１０００℃よりも低い温度で、いずれの間にか介入する処理が行われることが好ましい。
【００７０】
本発明の方法のために出発材料は、シリコンウエハなどの研磨シリコンセグメント、あるいは代替的には、ラップされエッチングされているがしかし研磨されてはいないシリコンセグメントであってよい。さらに、セグメントは優勢な真性点欠陥として、空孔または自己格子間原子の点欠陥を有することがある。例えば、セグメントは、中心から縁で空孔優勢であってよく、中心から縁で自己格子間原子優勢であってよく、あるいはセグメントは、自己格子間原子優勢材料の軸対称なリングにより囲まれている空孔優勢材料の中心コアを有してよい。
【００７１】
以上から、本発明のいくつかの目的が達成されることが分かるであろう。
【００７２】
さまざまな変更が、本発明の範囲から逸脱することなく、上記の組成と方法で行うことができるため、上述のものに含まれているすべての事柄は説明的なものとして解釈されることが意図されており、限定的な意味ではないことが意図されている。
尚、本発明において好ましい態様例として、以下の例を挙げることができる：
［事項１］  単結晶シリコンセグメントであって、
一方の主表面がセグメントの前表面であり、もう一方の主表面がセグメントの後表面である２つのほぼ平行な主表面と、前表面と後表面の間にある中央平面と、前表面と後表面を接合している周囲縁と、前表面の下のセグメントの領域および前表面から中央平面に向かって測定された距離Ｄ１とから成る表面層と、中央平面と第１領域の間にあるセグメントの第２領域から成るバルク層とを有し、前記セグメントが、
セグメントが少数キャリア再結合中心の不均一分布を有し、バルク層の中心の濃度が表面層の濃度よりも大きく、中心の濃度プロファイルが、中心のピーク密度が中央平面でまたは中央平面の近くにありかつ濃度がセグメントの前表面の方向にピーク密度の位置からほぼ減少していくという濃度プロファイルであることを特徴とする単結晶シリコンセグメント。
［事項２］  約５００ミクロンから約８００ミクロンまでの範囲にある厚さを有する事項１に記載のセグメント。
［事項３］  約８００ミクロンから約１２００ミクロンまでの範囲にある厚さを有する事項１に記載のセグメント。
［事項４］  距離Ｄ１が少なくとも約１０ミクロンである事項１に記載のセグメント。
［事項５］  距離Ｄ１が少なくとも約５０ミクロンである事項１に記載のセグメント。
［事項６］  距離Ｄ１が少なくとも約１００ミクロンである事項１に記載のセグメント。
［事項７］  少数キャリア再結合中心を含む単結晶シリコンセグメントであって、
単結晶シリコンセグメントが、一方の主表面がセグメントの前表面であり、もう一方の主表面がセグメントの後表面である２つのほぼ平行な主表面と、前表面と後表面の間にある中央平面とを有してなり、
再結合中心の最大濃度が、前表面と中央平面の間にありかつ中央平面よりも前表面により近い１つの領域にあり、再結合中心が前表面と後表面の間の不均一分布を有し、再結合中心の濃度が、前表面から最大濃度領域へと増加していき、最大濃度領域から中央平面へと減少していく単結晶シリコンセグメント。
［事項８］  約５００ミクロンから約８００ミクロンの範囲にある厚さを有する事項７に記載のセグメント。
［事項９］  約８００ミクロンから約１２００ミクロンの範囲にある厚さを有する事項７に記載のセグメント。
［事項１０］  再結合中心の最大濃度がセグメントの前表面から約５ミクロン内にある事項７に記載のセグメント。
［事項１１］  再結合中心の最大濃度がセグメントの前表面から約１０ミクロン内にある事項７に記載のセグメント。
［事項１２］  再結合中心の最大濃度がセグメントの前表面から約２０ミクロン内にある事項７に記載のセグメント。
［事項１３］  セグメントにおける少数キャリア再結合中心の濃度プロファイルに影響を及ぼすように単結晶シリコンセグメントを熱処理する方法であって、シリコンセグメントは前表面と、後表面と、前表面と後表面の間にある中央平面と、前表面と、前表面から中央平面に向かって測定される距離Ｄの間にあるセグメントの領域から成る表面層と、中央平面と表面層の間にあるセグメント領域から成るバルク層とを有し、前記方法が、
雰囲気においてセグメントを熱処理して、表面およびバルク層における結晶格子空孔を形成すること、
熱処理されたセグメントの冷却速度を制御して、ピーク密度が中央平面にまたは中央平面の近くにあり濃度がセグメントの前表面の方向にほぼ減少していく空孔濃度プロファイルを有するセグメントを製造すること、および
白金濃度プロファイルが空孔濃度プロファイルに実質的に依存しているという結果を生じるように冷却セグメントのシリコンマトリックスのなかに白金原子を熱的に拡散することと、
から成る方法。
［事項１４］  結晶格子空孔を形成する熱処理が非酸化雰囲気において約１１７５℃を超える温度にセグメントを加熱することから成る事項１３に記載の方法。
［事項１５］  結晶格子空孔を形成する熱処理が非酸化雰囲気において約１２００℃を超える温度にセグメントを加熱することから成る事項１３に記載の方法。
［事項１６］  冷却速度がシリコンにおいて結晶格子空孔に比較的移動性がある温度範囲全体に少なくとも約５０℃／秒である事項１３に記載の方法。
［事項１７］  冷却速度がシリコンにおいて結晶格子空孔に比較的移動性がある温度範囲全体に少なくとも約１００℃／秒である事項１３に記載の方法。
［事項１８］  約６７０〜約７５０℃の範囲にある温度までセグメントを加熱することにより、白金原子がセグメントのシリコンマトリックスのなかに熱的に拡散される事項１３に記載の方法。
［事項１９］  約１０分から約２時間セグメントを加熱することにより、白金原子がセグメントのシリコンマトリックスのなかに熱的に拡散される事項１３に記載の方法。
［事項２０］  白金内方拡散の前に、熱処理または冷却されるセグメントが純粋酸素または発熱性蒸気の雰囲気において第２の熱処理に付され、第２の熱処理の温度が少なくとも第１の温度にほぼ等しい事項１３に記載の方法。
［事項２１］  結晶格子空孔を形成するための熱処理であって、
（ａ）結晶格子空孔のためのシンクとして役に立つことができる表面シリコンダイオード層を形成するために、酸素含有雰囲気において少なくとも約７００℃の温度での第１熱処理にセグメントを付する工程と、
（ｂ）酸素の本質的な不存在の雰囲気において少なくとも約１１５０℃の温度での第２の熱処理に、工程（ａ）の産物を付して、シリコンセグメントのバルクに結晶格子空孔を形成する工程と、
から成る事項１３に記載の方法。
［事項２２］  セグメントにおける少数キャリア再結合中心の濃度プロファイルに影響を与えるために単結晶シリコンセグメントを加熱する方法であって、該シリコンセグメントが前表面と後表面と、前表面と後表面の間にある中央平面を有し、該前表面はその上に存在する自然酸化物層のみを有し、該方法が、
窒化雰囲気においてセグメントの前表面を加熱して、セグメントにおける結晶格子空孔を形成すること、
熱処理セグメントの冷却速度を制御して、最大濃度が前表面と中央平面の間にあり、中央平面よりも前表面により近くにある冷却セグメントにおける空孔濃度プロファイルを形成し、空孔濃度が、前表面から最大濃度領域へとほぼ増加していき、最大濃度領域から中央平面へとほぼ減少していくこと、および
白金濃度プロファイルが、空孔濃度プロファイルに実質的に依存していることに結果的になるように、冷却セグメントのシリコンマトリックスのなかに白金原子を熱的に拡散すること、
から成る方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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