(57)【要約】      （修正有）【課題】再結合ライフタイムを高精度で制御でき、シリコン基板自体に起因する再結合ライフタイムのばらつきを小さくできる再結合ライフタイムの制御方法及びシリコン基板を提供する。【解決手段】複数の試験用シリコン基板におけるキャリアの再結合ライフタイムの変化を測定する測定工程Ｓ１と、再結合ライフタイムの変化から熱処理時間に対する複数の試験用シリコン基板の再結合中心濃度の変化を算出する再結合中心濃度算出工程Ｓ２と、再結合中心濃度の変化と複数の試験用シリコン基板のドーパント濃度との或いは再結合中心濃度の変化とドーパント濃度及び酸素濃度との相関関係を算出する相関関係算出工程Ｓ３と、シリコン基板を準備する準備工程Ｓ４と、シリコン基板に粒子線照射する粒子線照射工程Ｓ５と、シリコン基板を熱処理する熱処理工程Ｓ６と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアの再結合ライフタイムを制御するシリコン基板を準備する準備工程と、該準備したシリコン基板に粒子線を照射する粒子線照射工程と、該粒子線照射工程後の前記シリコン基板を熱処理する熱処理工程とを行うことでシリコン基板のキャリアの再結合ライフタイムを制御する再結合ライフタイムの制御方法であって、
前記準備工程を行う前に予め、ドーパント濃度及び酸素濃度が異なる複数の試験用シリコン基板に粒子線照射した後、熱処理を行い、熱処理時間に対する、前記複数の試験用シリコン基板におけるキャリアの再結合ライフタイムの変化を測定する測定工程と、
該測定した再結合ライフタイムの変化から、前記熱処理時間に対する、前記複数の試験用シリコン基板の再結合中心濃度の変化を算出する再結合中心濃度算出工程と、
該算出した再結合中心濃度の変化と前記複数の試験用シリコン基板のドーパント濃度との、或いは、前記再結合中心濃度の変化と前記ドーパント濃度及び前記酸素濃度との相関関係を算出する相関関係算出工程とを有し、
該算出した相関関係に基づいて、前記熱処理工程後の前記シリコン基板の再結合ライフタイムが所望の値になるように、前記準備工程で準備する前記シリコン基板のドーパント濃度、或いは、ドーパント濃度及び酸素濃度を調整することを特徴とする再結合ライフタイムの制御方法。
【請求項２】
前記複数の試験用シリコン基板から算出した前記再結合中心濃度の変化から、熱処理中に前記再結合中心濃度の減衰時定数が変化する時間ｔ１を予め求め、前記熱処理工程における熱処理時間をｔ１未満とする場合には、前記相関関係算出工程において、前記再結合中心濃度の変化と前記ドーパント濃度との相関関係を算出し、前記準備工程において、前記再結合中心濃度の変化と前記ドーパント濃度との相関関係に基づいて、準備するシリコン基板のドーパント濃度を調整することを特徴とする請求項１に記載の再結合ライフタイムの制御方法。
【請求項３】
前記複数の試験用シリコン基板から算出した前記再結合中心濃度の変化から、熱処理中に前記再結合中心濃度の減衰時定数が変化する時間ｔ１を予め求め、前記熱処理工程における熱処理時間をｔ１以上とする場合には、前記相関関係算出工程において、前記再結合中心濃度の変化と前記ドーパント濃度及び前記酸素濃度との相関関係を算出し、前記準備工程において、前記再結合中心濃度の変化と前記ドーパント濃度及び前記酸素濃度との相関関係に基づいて、準備するシリコン基板のドーパント濃度及び酸素濃度を調整することを特徴とする請求項１に記載の再結合ライフタイムの制御方法。
【請求項４】
前記シリコン基板に含まれるドーパントをリンとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の再結合ライフタイムの制御方法。
【請求項５】
前記シリコン基板を、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶から製造されたものとすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の再結合ライフタイムの制御方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のシリコン基板のライフタイム制御方法により前記再結合ライフタイムを制御されたシリコン基板であって、
前記準備工程において、ドーパント濃度が２×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、酸素濃度が７ｐｐｍａ以上に調整されたものであることを特徴とするシリコン基板。
【請求項７】
前記シリコン基板はチョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶から製造されたものであることを特徴とする請求項６に記載のシリコン基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板におけるキャリアの再結合ライフタイムの制御方法及びシリコン基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ：ＩＧＢＴ）やダイオード等のパワーデバイスにおいては、基板中にキャリアの再結合中心となる欠陥を意図的に導入して、キャリアの再結合ライフタイムを短く制御することによって、スイッチング速度を高速化し、結果的にスイッチング損失を低減させる技術が従来から用いられている。
【０００３】
再結合ライフタイムを制御する方法として、金や白金などの重金属不純物を基板中に拡散させる方法と、電子線、プロトン、ヘリウムイオンなどの荷電粒子線を照射する方法がある。重金属不純物を拡散させる方法では、その濃度や深さ方向の分布、面内均一性などの制御が難しいことから、近年では、荷電粒子線照射が用いられることが多くなっている（特許文献１、特許文献２参照）。荷電粒子線照射の場合は、欠陥が室温付近で導入され、この欠陥が熱的に不安定なので、荷電粒子線の照射後に、更に熱処理を施すことで欠陥を安定化させる。
【０００４】
パワーデバイスにおけるスイッチング損失と定常損失とはトレードオフの関係にあることから、全体の損失を低減するためには、再結合ライフタイムの厳密な制御が必要となる。
また、パワーデバイスの耐圧特性には、シリコン基板の抵抗率の僅かなばらつきが問題になるため、高性能のデバイスには、抵抗率の均一性に優れているＮＴＤ（Ｎｅｕｔｒｏｎ  Ｔｒａｎｓｍｕｔａｔｉｏｎ  Ｄｏｐｉｎｇ：中性子照射）−ＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）シリコン基板が多く用いられる。しかし、ＦＺ法で製造された単結晶から切り出されたＦＺシリコン基板は、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法で製造された単結晶から切り出されたＣＺシリコン基板と比べて大直径化が困難であり、製造コストの低減が難しいことから、ＦＺシリコン基板に代わるＣＺシリコン基板が開示されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１３５５０９号公報
【特許文献２】特開２０００−２００７９２号公報
【特許文献３】特開２００５−３２２７１２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】杉山他，シリコンテクノロジーＮｏ．８７，ｐ．６．
【非特許文献２】杉江他，シリコンテクノロジーＮｏ．１４８，ｐ．１１．
【非特許文献３】Ｎ．Ｉｎｏｕｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａ  Ｂ  ４０１−４０２（２００７），ｐ．４７７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、粒子線照射の条件や、粒子線照射後の熱処理の条件を同じにしても、再結合ライフタイムがばらつくという問題があった。再結合ライフタイムのばらつきは、デバイス特性のばらつきに直接影響するので、そのばらつきを改善することが極めて重要な課題である。特に近年では、半導体デバイスの高性能化に伴い、再結合ライフタイムを高精度で制御し、そのばらつきをできる限り小さくする必要がある。
再結合ライフタイムのばらつき要因として、シリコン基板自体に含まれる何らかの物質が要因として疑われているが、特に炭素不純物の影響が懸念されている。
【０００８】
半導体デバイスの基板として広く用いられるシリコン単結晶基板には、炭素が不純物として含まれている。炭素は、シリコン単結晶の製造工程において混入し、更に、ウェーハ加工工程、エピタキシャル成長工程、デバイス製造工程においても混入する場合がある。シリコン中の炭素は、通常の状態ではシリコンの格子位置に存在し（以下、格子位置に存在する炭素を置換型炭素と呼ぶ）、それ自身は電気的に不活性である。しかし、デバイス工程における荷電粒子線照射や熱処理などにより、炭素が格子間位置に弾き出され移動すると（以下、格子間位置に存在する炭素を格子間炭素と呼ぶ）、格子間炭素が他の不純物と反応して複合体を形成することで電気的に活性となり、デバイス特性に悪影響を及ぼすという問題が生じる。
【０００９】
特に、電子線やヘリウムイオンなどの粒子線をシリコン基板に照射することでキャリアの再結合ライフタイムを制御するパワーデバイスでは、０．０５ｐｐｍａ以下の極微量の炭素がデバイス特性に悪影響を及ぼすことが指摘されている（非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３参照）。このことから、シリコン基板に含まれる炭素をできる限り低減することが重要な課題とされている。
しかしながら、再結合ライフタイムのばらつきに対しては、この炭素不純物が主要因であるか否か、実際には明らかになっていない。
【００１０】
また、パワーデバイス用のＦＺシリコン基板に代わるＣＺシリコン基板として、低酸素濃度のＣＺシリコン基板が開示されているが、再結合ライフタイム制御の観点から、ＦＺシリコン基板と同等の品質が得られるかどうかは明らかではない。
【００１１】
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、再結合ライフタイムを高精度で制御でき、且つシリコン基板自体に起因する再結合ライフタイムのばらつきを小さくでき、更にＣＺシリコン基板を使用した場合であってもＦＺシリコン基板を使用した場合と同等の品質が得られる再結合ライフタイムの制御方法及びシリコン基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明によれば、キャリアの再結合ライフタイムを制御するシリコン基板を準備する準備工程と、該準備したシリコン基板に粒子線を照射する粒子線照射工程と、該粒子線照射工程後の前記シリコン基板を熱処理する熱処理工程とを行うことでシリコン基板のキャリアの再結合ライフタイムを制御する再結合ライフタイムの制御方法であって、前記準備工程を行う前に予め、ドーパント濃度及び酸素濃度が異なる複数の試験用シリコン基板に粒子線照射した後、熱処理を行い、熱処理時間に対する、前記複数の試験用シリコン基板におけるキャリアの再結合ライフタイムの変化を測定する測定工程と、該測定した再結合ライフタイムの変化から、前記熱処理時間に対する、前記複数の試験用シリコン基板の再結合中心濃度の変化を算出する再結合中心濃度算出工程と、該算出した再結合中心濃度の変化と前記複数の試験用シリコン基板のドーパント濃度との、或いは、前記再結合中心濃度の変化と前記ドーパント濃度及び前記酸素濃度との相関関係を算出する相関関係算出工程とを有し、該算出した相関関係に基づいて、前記熱処理工程後の前記シリコン基板の再結合ライフタイムが所望の値になるように、前記準備工程で準備する前記シリコン基板のドーパント濃度、或いは、ドーパント濃度及び酸素濃度を調整することを特徴とする再結合ライフタイムの制御方法を提供する。
【００１３】
再結合ライフタイムは再結合中心濃度の逆数に比例するので、再結合中心濃度を制御することにより再結合ライフタイムの高精度な制御が可能となる。そして、予め試験用のシリコン基板から得た、粒子線照射後の熱処理工程におけるシリコン基板の再結合中心濃度の変化とドーパント濃度、或いはドーパント濃度と酸素濃度の相関関係に基づいて、再結合ライフタイムを制御するシリコン基板のドーパント濃度、酸素濃度を調整することができる。このような調整により再結合ライフタイムを制御すれば、シリコン基板自体に起因する再結合ライフタイムのばらつきを小さく抑制することができる。
【００１４】
このとき、前記複数の試験用シリコン基板から算出した前記再結合中心濃度の変化から、熱処理中に前記再結合中心濃度の減衰時定数が変化する時間ｔ１を予め求め、前記熱処理工程における熱処理時間をｔ１未満とする場合には、前記相関関係算出工程において、前記再結合中心濃度の変化と前記ドーパント濃度との相関関係を算出し、前記準備工程において、前記再結合中心濃度の変化と前記ドーパント濃度との相関関係に基づいて、準備するシリコン基板のドーパント濃度を調整することが好ましい。
【００１５】
熱処理時間を上記のｔ１未満とする場合には再結合中心濃度の変化はシリコン基板のドーパント濃度に強く依存するため、準備するシリコン基板のドーパント濃度を調整することで、シリコン基板に起因した再結合ライフタイムのばらつきを小さく抑制することができる。
【００１６】
またこのとき、前記複数の試験用シリコン基板から算出した前記再結合中心濃度の変化から、熱処理中に前記再結合中心濃度の減衰時定数が変化する時間ｔ１を予め求め、前記熱処理工程における熱処理時間をｔ１以上とする場合には、前記相関関係算出工程において、前記再結合中心濃度の変化と前記ドーパント濃度及び前記酸素濃度との相関関係を算出し、前記準備工程において、前記再結合中心濃度の変化と前記ドーパント濃度及び前記酸素濃度との相関関係に基づいて、準備するシリコン基板のドーパント濃度及び酸素濃度を調整することが好ましい。
【００１７】
熱処理時間を上記のｔ１以上とする場合には再結合中心濃度の変化はシリコン基板のドーパント濃度及び酸素濃度の両方に強く依存するため、準備するシリコン基板のドーパント濃度及び酸素濃度の両方を調整することで、シリコン基板に起因した再結合ライフタイムのばらつきを小さく抑制することができる。
【００１８】
このとき、前記シリコン基板に含まれるドーパントをリンとすることができる。
【００１９】
粒子線照射と熱処理を施した際の、シリコン基板の再結合ライフタイムは、特にリン濃度への依存性が強い。このことから、ドーパント濃度としてリン濃度を調整することにより、さらに精度よく再結合ライフタイムを制御することができる。また、パワーデバイス用のシリコン基板にはｎ型のシリコン基板が広く用いられているので、ドーパントをｎ型ドーパントであるリンとすることが好適である。
【００２０】
またこのとき、前記シリコン基板を、チョクラルスキー法（ＣＺ法または磁場を印加したＭＣＺ法、以下、単にチョクラルスキー法またはＣＺ法という）により育成されたシリコン単結晶から製造されたものとすることができる。
【００２１】
本発明では、ＣＺシリコン基板の再結合ライフタイムをＦＺシリコン基板の再結合ライフタイムと同等の値に制御でき、パワーデバイス用のシリコン基板としてＣＺシリコン基板を使用する場合であっても、ＦＺシリコン基板を使用する場合と同等の品質のシリコン基板を得ることができる。
【００２２】
また本発明は、上記目的を達成するために、上記のシリコン基板のライフタイム制御方法により前記再結合ライフタイムを制御されたシリコン基板であって、前記準備工程において、ドーパント濃度が２×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、酸素濃度が７ｐｐｍａ以上に調整されたものであることを特徴とするシリコン基板を提供する。
【００２３】
このように、ドーパント濃度が２×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、酸素濃度が７ｐｐｍａ以上であれば、シリコン基板に起因する再結合ライフタイムのばらつきを小さくすることができると同時に、ＦＺシリコン基板と同等の再結合ライフタイムを得ることができる。ドーパント濃度が２×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であれば、ドーパント濃度のばらつきによるライフタイムのばらつきが小さくなる。また、酸素濃度が７ｐｐｍａ以上であると、酸素濃度のばらつきによるライフタイムのばらつきが小さくなると共に、ＦＺシリコン基板と同等の再結合ライフタイムが得られる。
【００２４】
このとき、前記シリコン基板はチョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶から製造されたものとすることができる。
本発明では、ＣＺシリコン基板の再結合ライフタイムをＦＺシリコン基板の再結合ライフタイムと同等の値にできるため、パワーデバイス用のシリコン基板としてＣＺシリコン基板を使用する場合であっても、ＦＺシリコン基板を使用する場合と同等の品質のシリコン基板を得ることができるものとなる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の再結合ライフタイムの制御方法及びその方法で再結合ライフタイムを制御されたシリコン基板であれば、シリコン基板のドーパント濃度、或いは、ドーパント濃度と酸素濃度の両方を調整することにより、再結合ライフタイムを高精度で制御することができるので、シリコン基板に起因する再結合ライフタイムのばらつきを小さくすることができる。また、本発明は、ＣＺシリコン基板の再結合ライフタイムを制御する場合に、ＦＺシリコン基板と同等の再結合ライフタイムを得ることが可能であるため、特にＣＺシリコン基板をパワーデバイス用に使用する際に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のシリコン基板の再結合ライフタイムの制御方法を示す図である。
【図２】再結合中心濃度Ｎｒ（ｔ）と熱処理時間ｔとの関係を示したグラフである。
【図３】再結合中心濃度の初期値Ｎｒ（０）とドーパント濃度、酸素濃度、炭素濃度との関係を示したグラフである。
【図４】熱処理時間ｔがｔ１未満の場合の再結合中心濃度の減衰時定数τ１とドーパント濃度、酸素濃度、炭素濃度との関係を示したグラフである。
【図５】熱処理時間ｔがｔ１以上の場合の再結合中心濃度の減衰時定数τ２とドーパント濃度、酸素濃度、炭素濃度との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記のように、従来技術では、粒子線照射の条件と粒子線照射後の熱処理の条件を調整することによってキャリアの再結合ライフタイムを制御しており、この場合、シリコン基板に起因する何らかの要因で、再結合ライフタイムのばらつきが生じるという問題があった。
また、近年、シリコン基板の大直径化と製造コストの低減を目的として、パワーデバイス用のシリコン基板として、ＦＺシリコン基板の代わりにＣＺシリコン基板を使用することが多くなってきている。この場合、従来技術では、ＣＺシリコン基板の再結合ライフタイムをＦＺシリコン基板と同等の再結合ライフタイムに制御することは困難となるという問題があった。
【００２８】
本発明者は鋭意検討を重ねたところ、まず、シリコン基板に粒子線照射とその後の熱処理を施した場合、熱処理中のキャリアの再結合中心濃度Ｎｒ（ｔ）は、熱処理時間ｔに対して指数関数的に減少すること［Ｎｒ（ｔ）＝Ｎｒ（０）ｅｘｐ（−ｔ／τ）、但し、Ｎｒ（０）：再結合中心濃度の初期値、ｔ：熱処理時間、τ：減衰時定数である］と、再結合中心濃度の初期値Ｎｒ（０）はドーパントの種類と濃度に依存することを見出した。
【００２９】
また、再結合中心濃度の減衰時定数τは、ある時間ｔ１を境にして変化し、熱処理時間ｔがｔ１未満の場合の減衰時定数τ１は、シリコン基板のドーパント濃度、酸素濃度、炭素濃度の何れにも強く依存しないこと、ｔがｔ１以上の場合の減衰時定数τ２は、シリコン基板の酸素濃度に強く依存することを見出した。
【００３０】
以上のことから、熱処理時間ｔがｔ１未満の場合、Ｎｒ（ｔ）はドーパント濃度に強く依存し、熱処理時間ｔがｔ１以上の場合、Ｎｒ（ｔ）はドーパント濃度と酸素濃度の両方に強く依存することを見出し、本発明を完成させた。
【００３１】
以下、図１を参照に、本発明の再結合ライフタイムの制御方法を説明する。
まず、複数の試験用シリコン基板を用意する。ここで用意する複数の試験用シリコン基板は、それぞれドーパント濃度及び酸素濃度が異なるものとする。シリコン基板のドーパントの種類とその濃度は、特に限定されないが、デバイス側からの要求に見合うようにするのが好ましい。また、ドーパント濃度及び酸素濃度以外の条件は、実際に再結合ライフタイムを制御する対象となるシリコン基板と同じ条件にすることができる。
【００３２】
また、この試験用シリコン基板を用意する方法は、本発明において特に限定されない。例えば、シリコン単結晶からシリコンウェーハを切り出し、切断ダメージを取り除くためにシリコンウェーハに化学的エッチング処理を行った後、機械的化学的研磨を行うことにより試験用シリコン基板を用意できる。また、更にエピタキシャル成長炉内でエピタキシャル層を成長させた試験用シリコン基板を用意しても良い。
【００３３】
次に、複数の試験用シリコン基板に粒子線照射した後、熱処理を行い、熱処理時間に対するキャリアの再結合ライフタイムの変化を測定する測定工程を行う（図１のＳ１）。尚、図１の括弧内のシリコン基板は、各工程において処理されるシリコン基板を示している。
【００３４】
この測定工程における粒子線照射の前に、試験用シリコン基板の表面に酸化膜を形成することができる。そして、酸化膜形成後（粒子線照射前）のシリコン基板の再結合ライフタイムＬＴ０を測定することができる。
酸化膜は、酸化性雰囲気の熱処理により形成することができる。酸化膜形成熱処理の条件は、例えば、温度を９００〜１１００℃、時間を１０〜６０分とすることができる。この酸化膜は、測定工程において、再結合ライフタイムを測定する際の表面再結合を抑制する役割を有する。表面再結合が問題にならない場合には、この酸化膜の形成処理を省略することもできる。
【００３５】
再結合ライフタイムの測定には、例えば、マイクロ波光導電減衰法（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｄｅｃａｙ  ｍｅｔｈｏｄ：μ―ＰＣＤ法）を用いることができる。μ―ＰＣＤ法における測定条件は、一般的に用いられている条件で良く、例えば、文献「ＪＥＩＤＡ−５３−１９９７“シリコンウェーハの反射マイクロ波光導電減衰法による再結合ライフタイム測定方法”」に記載された条件等により測定することができる。測定装置は市販されているものを用いることができる。
【００３６】
測定工程において、粒子線照射によりキャリアの再結合中心となる欠陥を発生させるが、粒子線照射の条件は、対象とする半導体デバイスの製造プロセスの粒子線照射工程（図１のＳ５）で使用される条件に合わせることが望ましい。例えば、粒子線として電子線を、１Ｅ１３〜１Ｅ１５／ｃｍ２の線量で、０．５〜２ＭｅＶの加速電圧で照射することができる。
【００３７】
測定工程において、粒子線照射後の熱処理（以下、回復熱処理と呼ぶことがある）を施すが、回復熱処理の温度と雰囲気は、再結合ライフタイムの制御対象とするシリコン基板の製造プロセスの熱処理工程（図１のＳ６）で使用される条件に合わせることが望ましい。例えば、温度を３００〜４００℃、雰囲気を窒素、酸素、あるいは水素などとすることができる。
そして、ここでは、熱処理時間に対する再結合ライフタイムの変化を測定するため、熱処理時間ｔを、例えば、０＜ｔ≦１８０分の範囲で変化させて複数の試験用シリコン基板を熱処理する。
【００３８】
そして、各熱処理時間ｔにおける、回復熱処理後の各試験用シリコン基板の再結合ライフタイム［ＬＴ（ｔ）］をそれぞれ測定し、これらの測定値から、熱処理時間に対する、複数の試験用シリコン基板におけるキャリアの再結合ライフタイムの変化を測定する。
【００３９】
次に、測定工程（図１のＳ１）で測定した再結合ライフタイムの変化から、熱処理時間に対する、複数の試験用シリコン基板の再結合中心濃度の変化を算出する再結合中心濃度算出工程を行う（図１のＳ２）。
再結合ライフタイムＬＴは再結合中心濃度Ｎｒの逆数に比例（ＬＴ∝１／Ｎｒ）することから、再結合ライフタイムの逆数を再結合中心濃度の相対値とすることができる。また、粒子線照射前のシリコン基板には、結晶成長や酸化熱処理などの粒子線照射前の工程で形成された再結合中心が含まれていることから、回復熱処理後（熱処理時間をｔとした場合）の各試験用シリコン基板の再結合中心濃度［１／ＬＴ（ｔ）］から粒子線照射前の再結合中心濃度［１／ＬＴ０］を差し引くことにより、粒子線照射と回復熱処理により形成された再結合中心濃度Ｎｒ（ｔ）を求めることができる。即ち、粒子線照射と回復熱処理により形成された各試験用シリコン基板の再結合中心濃度Ｎｒ（ｔ）を、Ｎｒ（ｔ）＝１／ＬＴ（ｔ）−１／ＬＴ０で表す式により算出することができる。
【００４０】
ここで、粒子線照射前の工程で形成された再結合中心濃度が、粒子線照射と回復熱処理により形成される再結合中心濃度よりも十分に低いこと（１／ＬＴ（ｔ）＞＞１／ＬＴ０であること）がわかっている場合は、粒子線照射前の再結合ライフタイム［ＬＴ０］の測定を省略して、再結合中心濃度Ｎｒ（ｔ）を、Ｎｒ（ｔ）＝１／ＬＴ（ｔ）として算出することもできる。
このようにして、各熱処理時間ｔと、それに対応する再結合中心濃度Ｎｒ（ｔ）との関係から、熱処理時間に対する、複数の試験用シリコン基板の再結合中心濃度の変化を算出する。
【００４１】
次に、相関関係算出工程を行う（図１のＳ３）。
相関関係算出工程では、再結合中心濃度算出工程（図１のＳ２）において算出した再結合中心濃度の変化と、複数の試験用シリコン基板のドーパント濃度、酸素濃度とを対応させることで、再結合中心濃度の変化とドーパント濃度との、或いは、再結合中心濃度の変化とドーパント濃度及び酸素濃度との相関関係を容易に算出できるが、本発明では、特に以下のような手順に従い相関関係を算出することが好ましい。
【００４２】
まず、試験用シリコン基板から算出した再結合中心濃度の変化から、熱処理中に再結合中心濃度の減衰時定数τが変化する時間ｔ１を求める。
ここで、再結合中心濃度の減衰時定数τが変化する熱処理時間ｔ１は、Ｎｒ（ｔ）＝Ｎｒ（０）ｅｘｐ（−ｔ／τ）（但し、Ｎｒ（０）：初期値、ｔ：熱処理時間、τ：減衰時定数）の式を、Ｎｒ（ｔ）の実測値（上記Ｎｒ（ｔ）＝１／ＬＴ（ｔ）−１／ＬＴ０で表す式による算出結果）と熱処理時間ｔとの関係にフィッティングすることにより求めることができる。またここで、試験用シリコン基板の酸素濃度は、特に限定されるものではないが、再結合中心濃度の減衰時定数τの変化が見やすいように、７ｐｐｍａより低くすることが好ましい。また、再結合中心濃度の減衰時定数τが変化する熱処理時間ｔ１は、熱処理温度が低いと長くなり、熱処理温度が高いと短くなる。特に、熱理温度が高い場合には、熱処理時間を振ってｔ１を求める際に、最初の熱処理時間ｔがｔ１以上になると、見かけ上ｔ１が存在しないように見える場合が有るので注意する必要が有る。
【００４３】
そして、再結合ライフタイムを制御する対象となるシリコン基板の熱処理工程（図１のＳ６）における熱処理時間ｔ２をｔ１未満とするか、或いは、ｔ１以上とするかにより、準備工程（図１のＳ４）において、再結合ライフタイムを制御する対象となるシリコン基板のドーパント濃度か、或いはドーパント濃度及び酸素濃度のどちらを調整するかを決定する。
【００４４】
ここで、ｔ２＜ｔ１とする場合は、調整対象はドーパント濃度に決定し、該調整のために再結合中心濃度の変化と試験用シリコン基板のドーパント濃度との相関関係を算出する。このように、熱処理工程における熱処理時間ｔ２をｔ１未満とする場合には再結合中心濃度の変化はシリコン基板のドーパント濃度に強く依存するため、準備工程で準備するシリコン基板のドーパント濃度を調整することで、シリコン基板に起因した再結合ライフタイムのばらつきを小さく抑制することができる。
【００４５】
また、ｔ２≧ｔ１とする場合は、調整対象はドーパント濃度及び酸素濃度に決定し、該調整のために再結合中心濃度の変化とドーパント濃度及び酸素濃度との相関関係を算出する。熱処理工程における熱処理時間ｔ２をｔ１以上とする場合には再結合中心濃度の変化はシリコン基板のドーパント濃度及び酸素濃度の両方に強く依存するため、準備するシリコン基板のドーパント濃度及び酸素濃度の両方を調整することで、シリコン基板に起因した再結合ライフタイムのばらつきを小さく抑制することができる。
【００４６】
次に、上記のように算出した相関関係に基づいて、熱処理工程後のシリコン基板の再結合ライフタイムが所望の値になるように、準備工程で準備するシリコン基板のドーパント濃度、或いは、ドーパント濃度及び酸素濃度を調整する（図１のＳ４）。
【００４７】
準備するシリコン基板のドーパント濃度、或いは、ドーパント濃度と酸素濃度を調整する方法は、本発明において特に限定されない。例えば、シリコン単結晶育成時の条件を調整する方法等を使用することができる。例えば、ＣＺ法または磁場を印加するＭＣＺ法であれば、ルツボ内に添加するドーパントの量で、シリコン単結晶中のドーパント濃度を調整できるし、酸素濃度はルツボ回転やガス流量、炉内圧、磁場強度等により調整することができる。
【００４８】
次に、粒子線照射工程を行う（図１のＳ５）。
ここで行う粒子線照射の条件は、測定工程（図１のＳ１）と同様の条件とすることが好ましい。例えば、電子線を、１Ｅ１３〜１Ｅ１５／ｃｍ２の線量で、０．５〜２ＭｅＶの加速電圧で照射することができる。
【００４９】
次に、熱処理工程を行う（図１のＳ６）。
ここで行う熱処理の条件は、測定工程（図１のＳ１）と同様の条件とすることが好ましい。例えば、温度を３００〜４００℃、雰囲気を窒素、酸素、あるいは水素などとすることができる。
【００５０】
以上のような、本発明の再結合ライフタイムの制御方法であれば、再結合ライフタイムを高精度で制御することができ、シリコン基板に起因した再結合ライフタイムのばらつきを小さく抑制することができる。
【００５１】
また、本発明では、シリコン基板に含まれるドーパントをリンとすることが好ましい。またこのとき、試験用シリコン基板に含まれるドーパントも、再結合ライフタイムを制御するシリコン基板に合わせてリンとすることが好ましい。
粒子線照射と熱処理を施した際の、シリコン基板の再結合ライフタイムは、特にリン濃度への依存性が強い。このことから、準備工程において準備するシリコン基板のドーパント濃度としてリン濃度を調整することにより、さらに精度よく再結合ライフタイムを制御することができる。また、パワーデバイス用のシリコン基板にはｎ型のシリコン基板が広く用いられているので、ドーパントをｎ型ドーパントであるリンとすることが好適である。
【００５２】
また、本発明では、シリコン基板を、チョクラルスキー法（ＣＺ法または磁場を印加したＭＣＺ法）により育成されたシリコン単結晶から製造されたものとすることができる。またこのとき、試験用シリコン基板も、再結合ライフタイムを制御するシリコン基板に合わせてＣＺシリコン基板とすることが好ましい。
本発明では、ＣＺシリコン基板の再結合ライフタイムをＦＺシリコン基板の再結合ライフタイムと同等の値に制御でき、パワーデバイス用のシリコン基板としてＣＺシリコン基板を使用する場合であっても、ＦＺシリコン基板を使用する場合と同等の品質のシリコン基板を得ることができる。
【００５３】
次に、本発明のシリコン基板について説明する。
【００５４】
本発明者は、ＣＺシリコン基板において、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上の場合、熱処理時の再結合中心濃度の減衰時定数τ２の酸素濃度依存性は弱く、酸素濃度が７ｐｐｍａより低い場合は、τ２の酸素濃度依存性が強くなり、酸素濃度が低いほどτ２が長くなることを見出した。
更に、酸素濃度が７ｐｐｍａ以上のＣＺシリコン基板では酸素濃度が低いＦＺ基板とτ２が同等になるという極めて特異な現象が起こることを見出し、本発明のシリコン基板を完成させた。
【００５５】
本発明のシリコン基板は、本発明の再結合ライフタイムの制御方法で再結合ライフタイムを制御されたものである。
そして、本発明の制御方法における、準備工程において、準備工程以前に予め算出した相関関係に基づいて、ドーパント濃度が２×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、酸素濃度が７ｐｐｍａ以上に調整されたものである。
【００５６】
このようなドーパント濃度及び酸素濃度のシリコン基板であれば、粒子線照射とその後の熱処理によりライフタイムを制御するパワーデバイスにおいて、シリコン基板に起因したライフタイムのばらつきを小さくすることができる。
【００５７】
また、シリコン基板のドーパント濃度の下限は特に限定されない。酸素濃度の上限も特に限定されないが、酸素ドナーの発生による抵抗率の変化を抑制するために、１８ｐｐｍａ以下とすることが好ましい。また、酸素ドナーの発生は、熱処理温度を４００℃以下にすることや、炭素をドープすることなどによっても抑制することができる。
【００５８】
また、本発明のシリコン基板において、シリコン基板はチョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶から製造されたものであることが好ましい。
【００５９】
特にパワーデバイス用のシリコン基板として、ＦＺシリコン基板の代わりにＣＺシリコン基板を使用する場合において、ＣＺシリコン基板の再結合ライフタイムをＦＺシリコン基板と同等の再結合ライフタイムに制御できる。従って、本発明であれば従来からＦＺシリコン基板を用いてきたパワーデバイスにおいても使用することが可能なＣＺシリコン基板となる。
【００６０】
本発明において、ライフタイムを高精度で制御し、シリコン基板に起因するライフタイムのばらつきを小さくするために、上述のようなシリコン基板のライフタイム制御方法を用いる理由は、以下のような実験例により得られた知見による。
【００６１】
（実験例）
異なるドーパント濃度、酸素濃度、炭素濃度を有する複数のＣＺシリコン基板を用意した。複数のシリコン基板のドーパント種、ドーパント濃度、酸素濃度、炭素濃度、直径、結晶軸方位は、以下の通りである。
ドーパント種／濃度：リン／１×１０１４〜８×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、ボロン／８×１０１４〜１６×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、
酸素濃度：２．７〜１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、
炭素濃度：０．０１〜２ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、
直径：２００ｍｍ、
結晶軸方位：＜１００＞。
【００６２】
次に、用意したシリコン基板に、酸化熱処理により酸化膜を形成した。熱処理温度は１０００℃とし、時間は６０分、雰囲気は酸素とした。その後、酸化膜を形成したシリコン基板の再結合ライフタイム［ＬＴ０］をμ‐ＰＣＤ法により測定した。
【００６３】
次に、酸化膜形成後の再結合ライフタイムＬＴ０を測定したシリコン基板に電子線を照射した。このとき、電子線の照射線量は１×１０１４／ｃｍ２とし、電子線の加速電圧は２ＭＶとした。
【００６４】
次に、電子線照射したシリコン基板に回復熱処理を施した。回復熱処理の温度は３５０℃とし、雰囲気は窒素、時間ｔは０〜１８０分の範囲で振った。その後、再結合ライフタイム［ＬＴ（ｔ）］をμ‐ＰＣＤ法により測定した。更に、電子線照射と回復熱処理により形成された再結合中心濃度Ｎｒ（ｔ）を、Ｎｒ（ｔ）＝１／ＬＴ（ｔ）−１／ＬＴ０で表される式により算出した。
【００６５】
電子線照射と回復熱処理により形成された再結合中心濃度Ｎｒ（ｔ）と回復熱処理時間ｔとの関係を図２に示す。なお、シンボルは実測値を示しており、曲線は、ｔが３０分未満のＮｒ（ｔ）の実測値に対して、Ｎｒ（ｔ）＝Ｎｒ１（０）ｅｘｐ（−ｔ／τ１）の式をフィッティングした結果と、ｔが３０分以上のＮｒ（ｔ）の実測値に対して、Ｎｒ（ｔ）＝Ｎｒ２（０）ｅｘｐ（−ｔ／τ２）の式をフィッティングした結果を示している。
【００６６】
図２におけるシンボルの○はリンの場合を示し、△はボロンの場合を示している。図２から、サンプルによってＮｒ（ｔ）が異なること、Ｎｒ（ｔ）が指数関数的に減少すること、熱処理時間ｔが約３０分を境にして、減衰時定数τが異なることがわかる。以下、τが変化する熱処理時間をｔ１とする。本実験例の場合、ｔ１は３０分であった。
【００６７】
ここで、Ｎｒ（０）とドーパント濃度、酸素濃度、炭素濃度との関係を、それぞれ図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示す。図３（ａ）から、Ｎｒ（０）はドーパントの種類とその濃度に強く依存し、図３（ｂ）及び図３（ｃ）から、Ｎｒ（０）は酸素濃度及び炭素濃度にはほとんど依存しないことがわかる。また、図３（ａ）から、リンの場合（○）とボロンの場合（△）を比較すると、リンの場合の方がよりドーパント濃度依存性が強く、リン濃度が高くなるほどＮｒ（０）が高くなることがわかる。
【００６８】
このことから、ドーパント濃度、特にリンの濃度を調整することでＮｒ（０）を制御できることがわかる。更に、図３（ａ）において、ドーパント濃度依存性を外挿すると、ドーパント濃度がゼロの場合のＮｒ（０）が、リンの場合とボロンの場合で約０．４の値で一致することから、Ｎｒ（０）は、ドーパントの種類が関与する成分と関与しない成分の２種類あることがわかる。
【００６９】
次に、熱処理時間ｔがｔ１未満の場合の減衰時定数τ１とドーパント濃度、酸素濃度、炭素濃度との関係を、それぞれ図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）に示す。これらの結果から、τ１は、ドーパント濃度、酸素濃度、炭素濃度の何れにも強く依存しないことがわかる。
【００７０】
以上のように、Ｎｒ（０）はドーパントの種類とその濃度に依存し、特にリン濃度に強く依存し、熱処理時間ｔがｔ１未満である場合は、τ１はドーパント濃度、酸素濃度、炭素濃度の何れにも依存しないことから、ｔがｔ１未満である場合のＮｒ（ｔ）はドーパント濃度、特にリン濃度により制御できることがわかる。即ち、ｔがｔ１未満の場合は、ドーパント濃度によりライフタイムを高精度で制御でき、再結合ライフタイムを制御するシリコン基板のドーパント濃度のばらつきを小さくすることにより、再結合ライフタイムのばらつきを小さくすることができる。
【００７１】
次に、熱処理時間ｔがｔ１以上の場合の減衰時定数τ２とドーパント濃度、酸素濃度、炭素濃度との関係を、それぞれ図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）に示す。これらの結果から、τ２は、ドーパント種とその濃度、炭素濃度にはほとんど依存しないが、酸素濃度に強く依存することがわかる。特に、酸素濃度が２．７ｐｐｍａから７ｐｐｍａの範囲でτ２が急激に減少し、７ｐｐｍａ以上での変化は小さいことがわかる。
【００７２】
以上のように、Ｎｒ（０）はドーパント種とその濃度に依存し、特にリン濃度に強く依存し、熱処理時間ｔがｔ１以上の場合は、τ２はドーパント種とその濃度、炭素濃度にはほとんど依存しないが、酸素濃度に強く依存する。このことから、ｔがｔ１以上の場合のＮｒ（ｔ）はリン濃度と酸素濃度の両方により制御できることがわかる。すなわち、ｔがｔ１以上の場合は、シリコン基板のドーパント濃度と酸素濃度を調整することにより再結合ライフタイムを高精度に制御できる。そして、ドーパント濃度と酸素濃度のばらつきを小さくすることにより、再結合ライフタイムのばらつきを小さくすることができる。
【００７３】
また、図５の（ｂ）に示すように、酸素濃度が７ｐｐｍａ以上であれば、減衰時定数τ２のばらつきが小さいため、酸素濃度のばらつきが原因の再結合ライフタイムのばらつきを小さく抑制することができる。また、図３の（ａ）に示すように、ドーパント濃度が２×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であれば、ドーパント濃度のばらつきによるＮｒ（０）への影響は小さいため、ドーパント濃度のばらつきが原因の再結合ライフタイムのばらつきを小さくすることができる。
【００７４】
以上の結果から、熱処理時間ｔが、減衰時定数τが変化する時間ｔ１未満の場合は、ドーパント濃度、特にリン濃度により再結合ライフタイムを高精度で制御でき、ドーパント濃度のばらつきを小さく調整することにより、ライフタイムのばらつきを小さくすることができる。また、ｔがｔ１以上の場合は、ドーパント濃度、特にリン濃度と酸素濃度により再結合ライフタイムを高精度で制御でき、再結合ライフタイムを制御するシリコン基板のドーパント濃度と酸素濃度のばらつきを小さく調整することにより、再結合ライフタイムのばらつきを小さくすることができることがわかった。
【００７５】
上記のように、電子線照射とその後の熱処理により形成された再結合中心の挙動が、ドーパントの種類とその濃度や酸素濃度に依存する理由は、以下のように考えられる。
【００７６】
シリコン基板に対して、高エネルギーの粒子線を照射すると、格子位置のシリコン原子が弾き出されて、格子間シリコン（以下、Ｉと称する）とその抜け殻である空孔（以下、Ｖと称する）が生成される。過剰に生成されたＩやＶは、単体では不安定なため、再結合したり（Ｖ＋Ｉ→０）、Ｉ同士やＶ同士がクラスタリングしたり、シリコン基板中に含まれる不純物と反応して複合体を形成する。
【００７７】
空孔Ｖに関連する欠陥として、Ｖと置換型リンＰｓが反応してＶＰが形成される（Ｖ＋Ｐｓ→ＶＰ）ことが知られている。また、Ｖと格子間酸素Ｏｉが反応してＶＯが形成され（Ｖ＋Ｏｉ→ＶＯ）、更に、ＶとＶＯが反応してＶ２Ｏ（Ｖ＋ＶＯ→Ｖ２Ｏ）が形成される場合もある。また、Ｖ同士が反応してＶＶも形成される（Ｖ＋Ｖ→ＶＶ）。上述の実験例で示されたように、電子線照射により形成された再結合中心は、Ｐの関与する成分と関与しない成分の少なくとも２種類の成分からなる。Ｐの関与する成分はＶＰ、Ｐの関与しない成分はＶＶ、ＶＯが主と考えられる。これらの複合体は、熱的に不安定であり、電子線照射後の回復熱処理において、その温度と時間に応じて消滅していく。
【００７８】
熱処理初期の減衰時定数が短い再結合中心は、その時定数がリン濃度、酸素濃度、炭素濃度の何れにも依存しないことから、ＶＶと推測される。一方、熱処理後期の減衰時定数が長い再結合中心は、ＶＰとＶＯが主と推測される。熱処理後期の減衰時定数が酸素濃度に強く依存し、酸素濃度が高いほど減衰時定数が短くなる理由は明らかではないが、次のようなことが考えられる。酸素濃度が高い場合、ＶＯの形成によりＶＰが乖離しやすくなり（Ｖ＋Ｏｉ→ＶＯの反応によるＶＰ→Ｖ＋Ｐの反応の促進）、また、ＶＯが更にＯｉと反応してＶＯ２が形成されることによりＶＯとしては消滅しやすくなる（ＶＯ＋Ｏ→ＶＯ２）ことが考えられる。
【００７９】
一方、格子間シリコンＩが関連する欠陥として、Ｉと置換型ボロンＢｓが反応して格子間ボロンＢｉが形成され（Ｉ＋Ｂ→Ｂｉ）、更に、ＢｉとＯｉが反応してＢｉＯｉが形成される（Ｂｉ＋Ｏｉ→ＢｉＯｉ）ことが知られている。また、炭素が存在する場合、Ｉと置換型炭素Ｃｓが反応して格子間炭素Ｃｉが形成され（Ｉ＋Ｃｓ→Ｃｉ）、更に、ＣｉとＯｉ、ＣｉとＣｓが反応してＣｉＯｉ、ＣｉＣｓが形成される（Ｃｉ＋Ｏｉ→ＣｉＯｉ、Ｃｉ＋Ｃｓ→ＣｉＣｓ）。また、Ｉ同士が反応してＩクラスターも形成される（Ｉ＋Ｉ＋…→Ｉｎ）。電子線照射後の再結合中心濃度は、リン濃度と比べるとボロン濃度依存性が弱く、炭素濃度依存性は見られないことから、Ｉ関連欠陥はＶ関連欠陥よりも再結合ライフタイムへの影響度が小さいと考えられる。
【実施例】
【００８０】
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８１】
（参考例１）
リン濃度が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、酸素濃度が０．１ｐｐｍａのＦＺシリコン基板を準備した。
次に、準備したＦＺシリコン基板に、酸化熱処理により酸化膜を形成した。酸化熱処理温度は１０００℃とし、時間は６０分、雰囲気は酸素とした。その後、シリコン基板に電子線を照射した。電子線の照射線量は１×１０１４／ｃｍ２とし、電子線の加速電圧は２ＭＶとした。次に、電子線照射したシリコン基板に回復熱処理を施した。回復熱処理の温度は３５０℃とし、雰囲気は窒素、時間は１２０分とした。
次に、回復熱処理後のＦＺシリコン基板の再結合ライフタイムをμ‐ＰＣＤ法により測定した結果、再結合ライフタイムは６．８μｓｅｃであった。
【００８２】
（実施例１）
図１に示すような、本発明の再結合ライフタイムの制御方法でリンがドープされたＣＺシリコン基板の再結合ライフタイムの制御を行った。このとき、ＣＺシリコン基板の再結合ライフタイムを参考例１に示したＦＺシリコン基板と同じ６．８μｓｅｃ程度に制御することを目標とした。
【００８３】
まず、測定工程において、ドーパント濃度（リン濃度）及び酸素濃度が異なる複数の試験用シリコン基板に、粒子線照射した後、熱処理を行い、熱処理時間に対する、複数の試験用シリコン基板におけるキャリアの再結合ライフタイムの変化を測定した。試験用シリコン基板はＣＺ法により育成されたシリコン単結晶から製造されたものとした。
このときの電子線の照射線量は１×１０１４／ｃｍ２とし、電子線の加速電圧は２ＭＶとした。またこのとき、熱処理の温度は３５０℃とし、雰囲気は窒素、時間は０〜１８０分とした。
【００８４】
次に、再結合中心濃度算出工程において、再結合ライフタイムの変化から、熱処理時間に対する、複数の試験用シリコン基板の再結合中心濃度の変化を算出しｔ１が３０分であることが分かった。
次に、相関関係算出工程において、熱処理時間が１２０分のときの再結合中心濃度の変化と複数の試験用シリコン基板のドーパント濃度及び酸素濃度との相関関係を算出した。
次に、上記相関関係に基づいて、熱処理工程後のＣＺシリコン基板の再結合ライフタイムが所望の値（６．８μｓｅｃ程度）になるように、準備工程で準備するＣＺシリコン基板のドーパント濃度及び酸素濃度を調整した。このとき、準備したＣＺシリコン基板は、リン濃度を１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、酸素濃度を１０ｐｐｍａに調整したものであった。
【００８５】
その後、準備したＣＺシリコン基板に、酸化熱処理により酸化膜を形成した。熱処理温度は１０００℃とし、時間は６０分、雰囲気は酸素とした。
その後、ＣＺシリコン基板に電子線を照射した。電子線の照射線量は１×１０１４／ｃｍ２とし、電子線の加速電圧は２ＭＶとした。次に、電子線照射したシリコン基板に回復熱処理を施した。回復熱処理の温度は３５０℃とし、雰囲気は窒素、時間は１２０分とした。
このように、実施例１における酸化熱処理、粒子線照射、回復熱処理の条件は参考例１と同様の条件とした。
【００８６】
回復熱処理後の再結合ライフタイムをμ‐ＰＣＤ法により測定した結果、ＣＺシリコン基板の再結合ライフタイムは参考例１のＦＺシリコン基板と同等の７．０μｓｅｃであった。
このように、実施例１ではＣＺシリコン基板の再結合ライフタイムをＦＺシリコン基板の再結合ライフタイムと同等にできることが確認できた。
また、このようにリン濃度が２×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、酸素濃度が７ｐｐｍａ以上のＣＺシリコン基板であれば、ＦＺシリコン基板の場合と同等の再結合ライフタイムが得られることがわかった。
【００８７】
また、上記で算出した相関関係に基づき、リン濃度が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、酸素濃度が１０ｐｐｍａに調整したＣＺシリコン基板を５枚準備し、上記と同様の条件で、酸化熱処理、電子線照射、回復熱処理を行った後再結合ライフタイムをμ‐ＰＣＤ法により測定した結果、再結合ライフタイムは６．８μｓｅｃ、６．８μｓｅｃ、７．０μｓｅｃ、６．７μｓｅｃ、６．６μｓｅｃであり、ＣＺシリコン基板自体に起因する再結合ライフタイムのバラツキを非常に小さく抑えられることが確認できた。
【００８８】
（比較例１）
試験用シリコン基板を使用して、再結合中心濃度の変化とドーパント濃度との、或いは、再結合中心濃度の変化とドーパント濃度及び酸素濃度との相関関係を算出せず、準備するシリコン基板のドーパント濃度と酸素濃度の両方ともを、上記相関関係に基づいて調節しなかったこと以外、実施例１と同様の条件でＣＺシリコン基板の再結合ライフタイムを制御した。
このとき、無作為に選んだリン濃度が５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、酸素濃度が４ｐｐｍａであるＣＺシリコン基板を、実施例１と同様の条件で、酸化膜を形成し、電子線照射後に回復熱処理を施した。
【００８９】
続いて、実施例１と同様の条件で回復熱処理後の再結合ライフタイムをμ‐ＰＣＤ法により測定した結果、再結合ライフタイムは２．３μｓｅｃであった。
このように、比較例１では、酸化膜形成熱処理条件、電子線照射条件、回復熱処理条件を参考例１及び実施例１と同様の条件にしたにも関わらず、ＣＺシリコン基板の再結合ライフタイムはＦＺシリコン基板の再結合ライフタイムと大きく離れた値になってしまうことが確認された。
【００９０】
また、リン濃度と酸素濃度が異なるＣＺシリコン基板を５枚準備し、上記と同様の条件で、酸化熱処理、電子線照射、回復熱処理を行った後再結合ライフタイムをμ‐ＰＣＤ法により測定した結果、再結合ライフタイムは４．７μｓｅｃ、２．３μｓｅｃ、４．２μｓｅｃ、５．２μｓｅｃ、３．６μｓｅｃとなり、実施例１と比べてＣＺシリコン基板自体に起因する再結合ライフタイムのバラツキが著しく大きくなることが確認された。
【００９１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【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５】
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