(57)【要約】【課題】軽元素イオンや電子線の照射を行う半導体装置の製造方法において、シリコンウエハに含まれる炭素原子の含有量にかかわらず、略同一の電気的特性を有する製品を製造するための技術を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、シリコン結晶の少なくとも一部の照射対象領域に軽元素イオン又は電子線を照射する照射工程を備えている。この照射工程では、前記照射対象領域においてシリコンクラスタの含有量が炭素−酸素複合欠陥の含有量の０．０６倍を超えるように、軽元素イオン又は電子線の照射条件を設定する。【選択図】図１
2009141304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン結晶を有する半導体装置の製造方法であって、
シリコン結晶の少なくとも一部の照射対象領域に軽元素イオン又は電子線を照射する照射工程を備え、
前記照射工程では、前記照射対象領域においてシリコンクラスタの含有量が炭素−酸素複合欠陥の含有量の０．０６倍を超えるように、軽元素イオン又は電子線の照射条件が設定されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記シリコン結晶には、ｐ型半導体領域であるアノード領域と、ｎ型半導体領域であるカソード領域と、ｎ型半導体領域又はｉ型半導体領域であってアノード領域とカソード領域との間に位置する中間領域を有するＰＩＮ型ダイオード構造が形成されており、
前記照射工程では、前記照射対象領域として前記中間領域の少なくとも一部に軽元素イオン又は電子線を照射することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記照射工程では、前記照射対象領域として前記中間領域の一部に軽元素イオンを照射することを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記照射工程では、前記照射対象領域として前記中間領域と前記カソード領域の両者に亘る領域に電子線を照射することを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項５】
前記シリコン結晶には、第１導電型であるコレクタ領域と、第２導電型であるエミッタ領域と、第２導電型であって前記コレクタ領域とエミッタ領域との間に介在する第１ベース領域と、第１導電型であって前記第１ベース領域と前記エミッタ領域との間に介在する第２ベース領域とを有する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ構造が形成されており、
前記照射工程では、前記照射対象領域として前記第１ベース領域の少なくとも一部に軽元素イオン又は電子線を照射することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記照射工程では、前記照射対象領域として前記コレクタ領域と前記第１ベース領域との界面を含む領域に軽元素イオン又は電子線を照射することを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記シリコン結晶には、第１導電型であるコレクタ領域と、第２導電型であるエミッタ領域と、第２導電型であって前記コレクタ領域とエミッタ領域との間に介在する第１ベース領域と、第１導電型であって前記第１ベース領域と前記エミッタ領域との間に介在する第２ベース領域と、前記第１ベース領域よりも不純物濃度の高い第２導電型であって前記コレクタ領域と前記第１ベース領域との間に介在するバッファ領域を有する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ構造が形成されており、
前記照射工程では、前記照射対象領域として前記バッファ領域の少なくとも一部に軽元素イオン又は電子線を照射することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
シリコン結晶を有する半導体装置であって、
シリコン結晶の少なくとも一部に、シリコンクラスタの含有量が炭素−酸素複合欠陥の含有量の０．０６倍を超える欠陥生成領域が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
前記シリコン結晶には、ｐ型半導体領域であるアノード領域と、ｎ型半導体領域であるカソード領域と、ｎ型半導体領域又はｉ型半導体領域であってアノード領域とカソード領域との間に位置する中間領域を有するＰＩＮ型ダイオード構造が形成されており、
前記欠陥生成領域に、前記中間領域の少なくとも一部が含まれることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記欠陥生成領域に、前記カソード領域の少なくとも一部がさらに含まれることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記シリコン結晶には、第１導電型であるコレクタ領域と、第２導電型であるエミッタ領域と、第２導電型であって前記コレクタ領域とエミッタ領域との間に介在する第１ベース領域と、第１導電型であって前記第１ベース領域と前記エミッタ領域との間に介在する第２ベース領域を有する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ構造が形成されており、
前記欠陥生成領域に、前記第１ベース領域の少なくとも一部が含まれることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記欠陥生成領域に、前記コレクタ領域と前記第１ベース領域との界面がさらに含まれることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記シリコン結晶には、第１導電型であるコレクタ領域と、第２導電型であるエミッタ領域と、第２導電型であって前記コレクタ領域とエミッタ領域との間に介在する第１ベース領域と、第１導電型であって前記第１ベース領域と前記エミッタ領域との間に介在する第２ベース領域と、前記第１ベース領域よりも不純物濃度の高い第２導電型であって前記コレクタ領域と前記第１ベース領域との間に介在するバッファ領域を有する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ構造が形成されており、
前記欠陥生成領域に、前記バッファ領域の少なくとも一部が含まれることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽元素イオン又は電子線を照射することによって、シリコン結晶の電気的特性を調整する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン結晶に軽元素イオン又は電子線を照射し、シリコン結晶の電気的特性を調整する技術が知られている。この種の技術では、シリコン結晶内に軽元素イオン又は電子線を照射し、シリコン結晶内に結晶欠陥を生成させている。結晶欠陥は、電子トラップや正孔トラップとして機能する。それにより、シリコン結晶の電気的特性が変化する。
軽元素イオン又は電子線の照射による結晶欠陥の生成量は、軽元素イオン又は電子線を照射した照射量だけでなく、シリコン結晶に含まれる炭素原子の含有量に応じても変化する。即ち、軽元素イオン又は電子線の照射量が同じであっても、シリコン結晶に含まれる炭素原子の含有量が多いほど、シリコン結晶内には結晶欠陥がより多く生成され、シリコン結晶の電気的特性も大きく変化することになる。
【０００３】
半導体装置の製造に用いられる高純度のシリコンウエハにも、炭素原子は不純物として存在している。この炭素原子は、その基となるインゴットの製造時に不可避的に混入したものである。インゴッドに含まれる炭素原子は微量ではあるが、その含有量はインゴット毎に個体差が存在するとともに、インゴッド内の位置においても相違する。従って、同じインゴッドから切り出されたシリコンウエハの間でも、炭素原子の含有量は互いに相違することになる。炭素原子の含有量がシリコンウエハ毎に相違すれば、軽元素イオン又は電子線の照射を同じように行ったとしても、得られるシリコン結晶の電気的特性がシリコンウエハ毎に相違してしまう。即ち、製造される半導体装置の電気的特性に個体差（製造ばらつき）が生じてしまう。
【０００４】
上記の問題に対して、特許文献１に記載の技術では、軽元素イオン又は電子線の照射に先立って、シリコンウエハに炭素原子を意図的に導入している。シリコンウエハに炭素原子を十分に導入すると、シリコンウエハ間に生じていた元来の差が無視できるレベルとなる。その結果、半導体装置の電気的特性に関する個体差を、顕著に低減させることが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３５２１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術によると、シリコンウエハに含まれる炭素原子の含有量が変動する場合でも、略同一の電気的特性を有する半導体装置が製造できる。しかしながら、特許文献１の技術では、軽元素イオン又は電子線の照射に先立って、シリコンウエハに炭素原子を導入する必要がある。
上記を鑑み、本発明は、シリコンウエハに炭素原子を意図的に導入することなく、略同一の電気的特性を有する半導体装置が製造できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、シリコン結晶を有する半導体装置の製造方法に具現化される。この製造方法は、シリコン結晶の少なくとも一部の照射対象領域に軽元素イオン又は電子線を照射する照射工程を備える。そして、前記照射工程では、前記照射対象領域においてシリコンクラスタの含有量が炭素−酸素複合欠陥の含有量の０．０６倍を超えるように、軽元素イオン又は電子線の照射条件が設定されていることを特徴とする。
【０００８】
図１０−１２を参照して、シリコン結晶にヘリウムイオンを照射したときに、シリコン結晶内で生じる事象について説明する。なお、以下に説明する事象は、ヘリウムイオンを照射した場合に限られず、他の軽元素イオンや電子線を照射した場合も同様に発生する。図１０に示すように、シリコン結晶にヘリウムイオンを照射すると、格子位置のシリコン原子がヘリウムイオンによって弾き飛ばされ、格子間シリコンＳｉｉと格子空孔Ｖが生成される。シリコン結晶内に生成された格子空孔Ｖは、電子トラップとして機能することから、その生成量に応じてシリコン結晶の電気的特性を変化させる。
【０００９】
一方、生成された格子間シリコンＳｉｉは、図１１に示すように、その一部が別の場所で格子位置炭素Ｃｓと置き換わる。その結果、格子間炭素Ｃｉが生成される。生成された格子間炭素Ｃｉは、図１２に示すように、別の場所で格子間酸素Ｏと結びつき、シリコン結晶内に結晶欠陥である炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉを生成する。炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉは、正孔トラップとして機能することから、その生成量に応じてシリコン結晶の電気的特性を変化させる。また、生成された格子間シリコンＳｉｉの他の一部は、互いに結びついてシリコンクラスタを構成する。シリコンクラスタは、シリコン結晶の格子間に安定して存在するものであり、シリコン結晶の電気的特性に有意な影響を与えない。
以上のように、ヘリウムイオンを照射したシリコン結晶内には、格子空孔Ｖ、炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉ、シリコンクラスタ等が生成される。そして、そのうちの格子空孔Ｖが、炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉが、その生成量（正確には濃度）に応じてシリコン結晶の電気的特性を変化させる。
【００１０】
シリコン結晶内に生成される格子空孔Ｖ、炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉ、シリコンクラスタの生成量は、シリコン結晶に照射したヘリウムイオンの照射量によって変化する。図１３は、ヘリウムイオンの照射量（横軸）と格子空孔Ｖの生成量（縦軸）の関係を示すグラフである。図１３に示すように、シリコン結晶内には、ヘリウムイオンの照射量（照射密度と照射時間の積）が多いほど、格子空孔Ｖ（及び格子間シリコンＳｉｉ）が多く生成される。従って、シリコン結晶に多くのヘリウムイオンを照射するほど、シリコン結晶の電気的特性は大きく変化することとなる。
【００１１】
図１４は、ヘリウムイオンの照射量（横軸）と炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉの生成量（縦軸）の関係を示すグラフである。なお、図１４のグラフＡは、比較的に多量の炭素原子がシリコン結晶に含まれる場合を示しており、図１４のグラフＣは、比較的に少量の炭素原子がシリコン結晶に含まれる場合を示しており、図１４中のグラフＢは、それらの中間量の炭素原子がシリコン結晶に含まれる場合を示している。図１４のグラフＡ−Ｃを比較して明らかなように、シリコン結晶中の炭素原子の含有量が多いほど、炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉの生成量は多くなる。先にも説明したように、半導体装置の製造に用いられるシリコンウエハでは、炭素原子の含有量に個体差が存在する。従って、ヘリウムの照射量が同じであっても、炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉの生成量はシリコンウエハ毎に変動する。その結果、炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉに起因する電気的特性の変化量も、シリコンウエハ毎に変動することになり、複数のシリコンウエハから製造した半導体装置の特性に個体差が生じてしまう。
【００１２】
図１４に示すように、ヘリウムイオンの照射量が多いほど、炭素原子の含有量の差に起因する炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉの生成量の差（例えばグラフＡとグラフＣの差）も大きくなる。そのことから、ヘリウムイオンの照射量を小さな値に設定すれば、炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉの生成量の差を抑制することができる。しかしながら、ヘリウムイオンの照射量を小さな値に設定してしまうと、格子空孔Ｖの生成量も併せて少なくなってしまい（図１３参照）、シリコン結晶の電気的特性を十分に改善することができなくなる。その一方において、ヘリウムイオンの照射量を大きな値に設定すれば、炭素原子の含有量の差に起因する炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉの生成量の差が大きくなり、半導体装置の特性に生じる個体差も大きくなってしまう。
【００１３】
上記の問題に対して本発明者らは研究を進め、ヘリウムイオンの照射量をさらに増大させていくと、炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉの生成量が一転して低下することを確認した。この場合、図１４に示すように、炭素原子の含有量の差に起因する炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉの生成量の差も小さくなっている。
この現象を解明するために、本発明者らは、ヘリウムイオンの照射量とシリコンクラスタの生成量の関係を検証した。図１５に、ヘリウムイオンの照射量（横軸）とシリコンクラスタの生成量（縦軸）の関係を示す。図１５に示すように、ヘリウムイオンの照射量を多くするほど、シリコンクラスタの生成量は増大していくが、ヘリウムイオンの照射量がある値を超えると、シリコンクラスタの生成量が急激に増大する。即ち、ヘリウムイオンが十分に照射され、格子間シリコンＳｉｉが多量に生成されると、そのクラスタ化が加速度的に進行する。この場合、生成された格子間シリコンＳｉｉの大部分がクラスタ化し、格子位置炭素Ｃｓと置き換わる格子間シリコンＳｉｉは僅かとなる。その量はシリコン結晶に含まれる炭素原子の含有量よりも十分に少なく、シリコン結晶に含まれる炭素原子の含有量にかかわらず、炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉの生成量が略一定となる。
【００１４】
以上のように、ヘリウムイオンの照射量を従来よりも十分に大きく設定すると、シリコン結晶に含まれる炭素原子の含有量にかかわらず、シリコン結晶の電気的特性を同程度だけ正確に改善できる。本発明者らは、この知見を定量的に把握するために、ヘリウムイオン照射後のシリコン結晶に含まれるシリコンクラスタの含有量と炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉの含有量の比に着目した。図１６は、ヘリウムイオンの照射量（横軸）と、炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉの含有量に対するシリコンクラスタの含有量の比の値（縦軸）を示している。図１６に示すように、当該比の値（＝シリコンクラスタの含有量／炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉの含有量）は、ヘリウムイオンの照射量が所定値ＮＡを超えた地点から急激に増大する。即ち、ヘリウムイオンの照射量が所定値ＮＡを超えた地点から、シリコンクラスタの生成が加速し、炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉの生成が抑制されることが判る。照射量のしきい値となる所定値ＮＡは、他の製造条件に応じて変化するものであり、照射するイオンの種類（或いは電子線）によっても変化する。しかしながら、結果的にシリコンクラスタの含有量が炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉの含有量の０．０６倍を超えるように照射量を設定することにより、シリコン結晶に含まれる炭素原子の含有量にかかわらず、炭素−酸素複合欠陥ＣｉＯｉの生成量を略一定に維持することができる。即ち、シリコン結晶に含まれる炭素原子の含有量にかかわらず、略同一の電気的特性を有する半導体装置を製造することが可能となる。
【００１５】
本発明に係る製造方法は、ＰＩＮ型ダイオード構造を有する半導体装置の製造に好適に採用することができる。
ＰＩＮ型ダイオード構造は、ｐ型半導体領域であるアノード領域と、ｎ型半導体領域であるカソード領域と、ｎ型半導体領域又はｉ型半導体領域であってアノード領域とカソード領域との間に位置する中間領域を有している。そのなかで、中間領域の少なくとも一部を照射対象領域として軽元素イオン又は電子線を照射することにより、ＰＩＮ型ダイオード構造のスイッチング特性を改善することができる。
本発明によれば、シリコンウエハに含まれる炭素原子の含有量にかかわらず、略同一のスイッチング特性を有するＰＩＮ型ダイオードを繰り返し製造することができる。
【００１６】
本発明に係る製造方法では、照射工程において軽元素イオンを用いることにより、シリコン結晶の特定の深さ領域に集中して欠陥を生成することができる。この場合、例えばＰＩＮ型ダイオード構造の中間領域の一部のみを照射対象領域に定め、中間領域の一部の特性を選択的に調整することも可能となる。それにより、ＰＩＮ型ダイオード構造のスイッチング特性を効果的に改善することができる。
【００１７】
上記に対して、照射工程で電子線を用いた場合は、シリコン結晶の深さ方向に沿って広い領域に欠陥を生成することができる。この場合、例えばＰＩＮ型ダイオード構造の中間領域とカソード領域の両者に亘る領域を照射対象領域に定め、中間領域とカソード領域の両者に亘る広い領域の特性を同時に改善することができる。
【００１８】
本発明に係る製造方法は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ構造を有する半導体装置の製造にも好適に採用することができる。
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ構造は、第１導電型であるコレクタ領域と、第２導電型であるエミッタ領域と、第２導電型であって前記コレクタ領域とエミッタ領域との間に介在する第１ベース領域と、第１導電型であって前記第１ベース領域と前記エミッタ領域との間に介在する第２ベース領域を有する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ構造を有している。そのなかで、第１ベース領域の少なくとも一部を照射対象領域として軽元素イオン又は電子線を照射することにより、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ構造のスイッチング特性を改善することができる。
さらに、前記照射対象領域に前記コレクタ領域と前記第１ベース領域との界面を含めることにより、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ構造のスイッチング特性をより効果的に改善することができる。
【００１９】
また、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ構造には、前記第１ベース領域よりも不純物濃度の高い第２導電型のバッファ領域を、前記コレクタ領域と前記第１ベース領域との間に介在するように形成することができる。この場合は、前記した照射対象領域としてバッファ領域の少なくとも一部に軽元素イオン又は電子線を照射することによって、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ構造のスイッチング特性を有意に改善することができる。
【００２０】
上記した本発明に係る製造方法によって製造された半導体装置は、下記の特徴を有している。即ち、この半導体装置は、シリコン結晶を有する半導体装置であって、シリコン結晶の少なくとも一部に、シリコンクラスタの含有量が炭素−酸素複合欠陥の含有量の０．０６倍を超える欠陥生成領域が形成されている。
特に、ＰＩＮ型ダイオード構造を有する半導体装置では、前記した陥生成領域が中間領域の少なくとも一部やカソード領域の少なくとも一部に形成される。また、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ構造を有する半導体装置では、その欠陥生成領域が、第１ベース領域の少なくとも一部や第１ベース領域とコレクタ領域との界面、あるいはバッファ領域の少なくとも一部に形成される。これらの半導体装置は、優れたスイッチング特性を発揮することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、シリコンウエハに含まれる炭素原子の含有量にかかわらず、略同一の電気的特性を有する半導体装置を繰り返し製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
最初に、本発明の好適な実施形態を列記する。
（形態１）  照射工程では、軽元素イオンとして、水素、重水素、ヘリウム３、ヘリウム４等のイオンを用いることができる。
（形態２）  照射工程では、軽元素イオン又は電子線を、カソード領域側から照射することが好ましい。
（形態３）  照射工程後、シリコン結晶を２００℃から６００℃の温度範囲まで加熱する加熱（アニール）処理を行うことが好ましい。
【実施例】
【００２３】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例である半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図７は、本実施例の製造方法によって製造されるＰＩＮ型ダイオード１００の構造を示す模式図である。図２−６は、製造過程における半製品状態のＰＩＮ型ダイオード１００を示している。図１に示すフローチャートに沿って、本実施例の製造方法について詳細に説明する。
先ず、図１ステップＳ１０では、ｎ−型のシリコンウエハ１０を用意する。図２に、シリコンウエハ１０を模式的に示す。なお、図２は、一つのＰＩＮ型ダイオード１００を形成する範囲のみを示している。図２中の白丸５２は、シリコンウエハ１０に含まれる炭素原子を示している。炭素原子５２は、シリコンウエハ１０の基となるインゴッドの製造時に、不可避的に混入したものである。炭素原子５２は、シリコン結晶内でシリコン原子に置き換わり、シリコン結晶の格子位置（シリコン原子が存在すべき位置）に存在している。インゴッドに含まれる炭素原子５２は微量ではあるが、その濃度はインゴット毎に個体差が存在するとともに、インゴッド内の位置においても相違する。従って、同じインゴッドから切り出されたシリコンウエハ１０の間でも、そこに含まれる炭素原子５２の含有量は互いに相違することになる。
【００２４】
次いで、図１のステップＳ１２では、図３に示すように、シリコンウエハ１０に、ｐ型半導体領域であるアノード領域１２と、ｎ＋型半導体領域であるカソード領域１６を形成する。アノード領域１２はシリコンウエハ１０の表側表面１０ａに形成し、カソード領域１６はシリコンウエハ１０の裏側表面１０ｂに形成する。アノード領域１２は、例えばｐ型不純物であるボロンをイオン注入し、熱拡散させることによって形成することができる。カソード領域１６は、例えばｎ型不純物であるリンをイオン注入し、熱拡散させることによって形成することができる。このステップＳ１２によって、シリコンウエハ１０には、ｐ型のアノード領域１２、ｎ＋型のカソード領域１６、及びｎ−型であってアノード領域１２とカソード領域１６の間に位置する中間領域１４を有するＰＩＮ型ダイオード構造が形成される。
ここで、中間領域１４は、ｉ型（真性半導体）の領域であってもよく、ｎ−型である必要は必ずしもない。中間領域１４をｉ型の領域とする場合は、ステップＳ１０においてｉ型のシリコンウエハを用意すればよい。
【００２５】
次いで、図１のステップＳ１４では、図４に示すように、アノード領域１２にオーミック接触するアノード電極２２を形成する。アノード電極２２は、一種類の金属体又は複数種類の金属を積層体によって形成することができる。
【００２６】
次いで、図１のステップＳ１６では、図５に示すように、シリコンウエハ１０に対してヘリウム（Ｈｅ）イオンの照射を行う。このヘリウムイオンの照射は、シリコンウエハ１０の裏側表面１０ｂから行われる。ここで、ＰＩＮ型ダイオード構造の周辺領域については、マスク４０等によってヘリウムイオンが照射されることを防止する。ＰＩＮ型ダイオード構造の周辺領域は、後にダイシングラインとなる領域であるとともに、ダイシングされた個々のＰＩＮ型ダイオードの周縁部となる領域でもある。ダイシングラインとなる領域には、ヘリウムイオンの照射を行う必要はない。また、ＰＩＮ型ダイオードの周縁部となる領域については、その耐圧に無用な影響が与えられないように、ヘリウムイオンの照射を避けることが好ましい。そのことから、ＰＩＮ型ダイオード構造の周辺領域については、ヘリウムイオンの照射を防止することが好ましい。
【００２７】
先にも説明したように、シリコンウエハ１０に対してヘリウムイオンを照射することにより、シリコンウエハ１０内には格子間シリコンＳｉｉと格子空孔Ｖが生成される（図１０参照）。図５中の×印５４は、生成された格子間シリコンＳｉｉを模式的に示している。ここで、ヘリウムイオンの照射エネルギ（加速電圧）は、ヘリウムイオンの平均到達位置が中間領域１４のうちのアノード領域１２に隣接する領域（アノード領域１２と中間領域１４との界面近傍）となるように設定されている。従って、格子間シリコンＳｉｉと格子空孔Ｖといった点欠陥は、中間領域１４のアノード領域１２に隣接する領域に集中して生成される。
図６に示すように、生成された格子間シリコンＳｉｉは、その一部がシリコンクラスタ６４を構成するとともに、その他の一部が格子位置にある炭素原子５２を格子間原子化し、炭素−酸素複合欠陥６２を生成させる（図１１、図１２参照）。本実施例の製造方法では、ヘリウムイオンの照射量（照射密度と照射時間の積）が比較的に大きく設定されており、多量の格子間シリコンＳｉｉが生成される。その結果、生成された格子間シリコンＳｉｉの大部分はシリコンクラスタ６４を構成し、僅かな格子間シリコンＳｉｉのみが炭素−酸素複合欠陥６２の生成に寄与する。具体的には、シリコンクラスタ６４の含有量が炭素−酸素複合欠陥６２の含有量の０．０６倍を超えるように、ヘリウムイオンの照射量を含む照射条件が定められている。それにより、炭素−酸素複合欠陥６２の生成に寄与する格子間シリコンＳｉｉが、炭素原子５２の含有量に比して十分に少なくなり、炭素−酸素複合欠陥６２の生成が顕著に抑制される。その結果、シリコンウエハ１０に含まれる炭素原子５２の含有量にかかわらず、炭素−酸素複合欠陥６２の生成量が所定の値に維持される。
【００２８】
次いで、図１のステップＳ１８では、シリコンウエハ１０の加熱処理が行われる。この加熱処理では、シリコンウエハ１０を２００℃から６００℃の温度範囲まで加熱する。この加熱処理により、図６に示したシリコンクラスタ６４、炭素−酸素複合欠陥６２等の生成が十分に進行し、シリコンウエハ１０の電気的特性が安定する。即ち、この加熱処理を経て、シリコンクラスタ６４の含有量が炭素−酸素複合欠陥６２の含有量の０．０６倍を超える状態（シリコンクラスタ６４の含有量／炭素−酸素複合欠陥６２の含有量＞０．０６）となる。
次いで、図１のステップＳ２０では、図７に示すように、カソード領域１６にオーミック接触するカソード電極２６を形成する。その後、ダイシング工程等を経て、ＰＩＮ型ダイオード１００が完成する。
以上、本実施例のＰＩＮ型ダイオード１００の製造方法によると、シリコンウエハ１０に含まれる炭素原子５２の含有量にかかわらず、略同一の電気的特性（例えばスイッチング特性）を有するＰＩＮ型ダイオード１００を繰り返し製造することができる。即ち、ＰＩＮ型ダイオード１００を優れた製造品質（製造ばらつきが小さい）で製造することができる。
【００２９】
上記した実施例において、例えばステップＳ１６のヘリウムイオンを照射する工程では、ヘリウムイオンに代えて電子線を照射してもよい。図８に示すように、シリコンウエハ１０にカソード領域１６側から電子線を照射すると、シリコンウエハ１０の深さ方向に沿って広い領域に格子間シリコンＳｉｉ（図中の×印５４）や格子空孔Ｖを生成することができる。即ち、中間領域１４とカソード領域１６の両者に亘る領域に、格子間シリコンＳｉｉや格子空孔Ｖを生成することができる。この場合、図９に示すように、炭素−酸素複合欠陥６２やシリコンクラスタ６４等が、中間領域１４とカソード領域１６の両者に亘って生成される。即ち、中間領域１４とカソード領域１６の両者に亘って、シリコン結晶の電気的特性の改善を行うことができる。
【００３０】
また、本実施例では本発明の技術をＰＩＮ型ダイオード構造を有する半導体装置の製造方法に適用した例を説明したが、本発明の技術は他の構造を有する半導体装置、例えばＰＮ型ダイオード構造、ＭＯＳトランジスタ構造、ＩＧＢＴ構造等を有する半導体装置の製造方法にも適用可能である。これらの半導体装置の製造方法においても、その製造に用いるシリコンウエハに含まれる炭素原子の含有量に関わらず、その電気的特性をばらつき無く改善することができる。
【００３１】
（実施例２）
次に、本発明の技術を絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）に適用した実施例について説明する。
図１７は、本発明の技術を適用した製造方法によって製造した第１のＩＧＢＴ２００の構造を示す模式図である。このＩＧＢＴ２００は、トレンチゲート構造を有するノンパンチスルー型のＩＧＢＴである。ＩＧＢＴ２００は、シリコン結晶２１０と、シリコン結晶２１０の裏面２１０ｂに形成されたコレクタ電極２４０と、シリコン結晶２１０の表面２１０ａに形成されたエミッタ電極２５０と、ゲート電極２６０を備えている。コレクタ電極２４０とエミッタ電極２５０は、金属材料で形成された金属電極であり、シリコン結晶２１０の裏面２１０ｂと表面２１０ａにそれぞれオーミック接触している。ゲート電極２６０は、トレンチ構造のゲート電極であり、絶縁膜（酸化シリコン膜）２６２によってシリコン結晶２１０から絶縁されている。ゲート電極２６０は、ポリシリコンによって形成されている。ここで、シリコン結晶２１０内には、そのシリコンウエアの製造工程において混入した炭素原子５２が含まれている。
【００３２】
シリコン結晶２１０には、ｐ＋型であるコレクタ領域２１２と、ｎ＋型であるエミッタ領域２２０と、ｎ−型である第１ベース領域２１４と、ｐ型である第２ベース領域２１６と、ｐ＋型であるコンタクト領域２１８が形成されている。
コレクタ領域２１２は、ｐ型の不純物を比較的に高濃度に含むｐ＋型の半導体領域である。本実施例のコレクタ領域２１２には、ｐ型の不純物であるボロンが１．０×１０１８／ｃｍ３程度の濃度にドープされている。コレクタ領域２１２は、シリコン結晶２１０の裏面２１０ｂ側に形成されており、コレクタ電極２４０にオーミック接触している。
エミッタ領域２２０は、ｎ型の不純物を比較的に高濃度に含むｎ＋型の半導体領域である。本実施例のエミッタ領域２２０には、ｎ型の不純物であるリンが１．０×１０１８／ｃｍ３程度の濃度にドープされている。エミッタ領域２２０は、シリコン結晶２１０の表面２１０ａ側に形成されており、エミッタ電極２５０にオーミック接触している。
【００３３】
第１ベース領域２１４は、ｎ型の不純物を比較的に低濃度に含むｎ−型の半導体領域である。本実施例の第１ベース領域２１４には、ｎ型の不純物であるリンが１．０×１０１５／ｃｍ３程度の濃度にドープされている。第１ベース領域２１４は、コレクタ領域２１２とエミッタ領域２２０との間に介在している。
第２ベース領域２１６は、ｐ型の不純物を中濃度に含むｐ型の半導体領域である。本実施例の第２ベース領域２１６には、ｐ型の不純物であるボロンが１．０×１０１６／ｃｍ３程度の濃度にドープされている。第２ベース領域２１６は、第１ベース領域２１４とエミッタ領域２２０との間に介在している。
コンタクト領域２１８は、ｐ型の不純物を比較的に高濃度に含むｐ＋型の半導体領域である。本実施例のコンタクト領域２１８には、ｐ型の不純物であるボロンが１．０×１０１８／ｃｍ３程度の濃度にドープされている。コンタクト領域２１８は、シリコン結晶２１０表面２１０ａ側に形成されており、エミッタ電極２５０にオーミック接触している。コンタクト領域２１８は、シリコン結晶２１０表面２１０ａから第２ベース領域２１６まで伸びている。
ゲート電極２６０は、シリコン結晶２１０の表面２１０ａから、第１ベース領域２１４に達する深さまで形成されている。ゲート電極２６０は、エミッタ領域２２０と第２ベース領域２１６と第１ベース領域２１４に、絶縁膜２６２を介して対向している。
【００３４】
このＩＧＢＴ２００では、本発明に係る欠陥生成技術によって、シリコン結晶２１０の一部に欠陥生成領域２１４ａが形成されている。この欠陥生成領域２１４ａでは、第１実施例等においても説明したように、シリコンクラスタ６４の含有量が、炭素−酸素複合欠陥６２の含有量の０．０６倍を超える状態（シリコンクラスタ６４の含有量／炭素−酸素複合欠陥６２の含有量＞０．０６）となっている。なお、シリコンクラスタ６４及び炭素−酸素複合欠陥６２の含有量は、発光解析によって測定することができる。欠陥生成領域２１４ａは、コレクタ領域２１２と第１ベース領域２１４との界面を含み、シリコン結晶２１０の厚み方向に沿ってコレクタ領域２１２と第１ベース領域２１４に亘る範囲に形成されている。欠陥生成領域２１４ａには、炭素−酸素複合欠陥６２、シリコンクラスタ６４、格子空孔（図示省略）等の格子欠陥が多く含まれている。これらの結晶欠陥は、電子トラップや空孔トラップとして機能する。そのことから、欠陥生成領域２１４ａでは、第１ベース領域２１４の他の範囲と比較して、その電気的特性が有意に変化する。ＩＧＢＴ２００では、第１ベース領域２１４の少なくとも一部に欠陥生成領域２１４ａが形成されていることにより、そのスイッチング特性が有意に改善されている。
【００３５】
次に、図１８、図１９を参照してＩＧＢＴ２００の製造方法、特に、欠陥生成領域２１４ａを形成する手法について説明する。欠陥生成領域２１４ａを形成する手順は、実施例１の場合と同様であり、ヘリウムイオンの照射と加熱処理によって行われる。図１８に示すように、ヘリウムイオンの照射は、コレクタ電極２４０を形成する前に、シリコン結晶２１０の裏面２１０ｂ側から行うとよい。ヘリウムイオンの照射エネルギ（加速電圧）は、ヘリウムイオンの平均到達位置が第１ベース領域２１４のうちのコレクタ領域２１２に隣接する領域（第１ベース領域２１４とコレクタ領域２１２との界面近傍）となるように設定する。それにより、格子間シリコンＳｉｉや格子空孔Ｖといった点欠陥を、第１ベース領域２１４とコレクタ領域２１２との界面を含む第１ベース領域２１４の下方部に集中して生成する。ここで、図中の符号５４は、格子間シリコンＳｉｉを模式的に示している。
【００３６】
図１９に示すように、生成された格子間シリコンＳｉｉ（図中の×印）は、その一部がシリコンクラスタ６４を構成するとともに、その他の一部が格子位置にある炭素原子５２を格子間原子化し、炭素−酸素複合欠陥６２を生成させる（図１１、図１２参照）。本実施例の製造方法では、ヘリウムイオンの照射量（照射密度と照射時間の積）が比較的に大きく設定されており、多量の格子間シリコンＳｉｉが生成される。その結果、生成された格子間シリコンＳｉｉの大部分はシリコンクラスタ６４を構成し、僅かな格子間シリコンＳｉｉのみが炭素−酸素複合欠陥６２の生成に寄与する。具体的には、結果的にシリコンクラスタ６４の含有量が炭素−酸素複合欠陥６２の含有量の０．０６倍を超えるように、ヘリウムイオンの照射量を含む照射条件が定められている。それにより、炭素−酸素複合欠陥６２の生成に寄与する格子間シリコンＳｉｉが、炭素原子５２の含有量に比して十分に少なくなり、炭素−酸素複合欠陥６２の生成が顕著に抑制される。その結果、シリコン結晶２１０に含まれる炭素原子５２の含有量にかかわらず、炭素−酸素複合欠陥６２の生成量が比較的に安定する。
【００３７】
ヘリウムイオンの照射後、シリコン結晶２１０の加熱処理を行う。この加熱処理では、シリコン結晶２１０を２００℃から６００℃の温度範囲まで加熱する。この加熱処理により、炭素−酸素複合欠陥６２やシリコンクラスタ６４等の生成が十分に進行し、シリコン結晶２１０の電気的特性が安定する。この加熱処理を経て、シリコンクラスタ６４の含有量が炭素−酸素複合欠陥６２の含有量の０．０６倍を超える状態（シリコンクラスタ６４の含有量／炭素−酸素複合欠陥６２の含有量＞０．０６）となる。その後、シリコン結晶２１０の裏面２１０ｂにコレクタ電極２４０を形成し、ダイシング工程等を経て、ＩＧＢＴ２００が完成する。
【００３８】
また、図２０に示すように、本発明の技術は、プレーナゲート構造の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）２０２の製造に適用することもできる。このＩＧＢＴ２０２は、上記したＩＧＢＴ２００と同様に、シリコン結晶２１０と、シリコン結晶２１０の裏面２１０ｂに形成されたコレクタ電極２４０と、シリコン結晶２１０の表面２１０ａに形成されたエミッタ電極２５０と、ゲート電極２６０を備えている。ただし、ゲート電極２６０については、シリコン結晶２１０の表面２１０ａに、絶縁膜２６２を介して設けられている。
【００３９】
シリコン結晶２１０には、上記したＩＧＢＴ２００と同様に、ｐ＋型であるコレクタ領域２１２と、ｎ＋型であるエミッタ領域２２０と、ｎ−型である第１ベース領域２１４と、ｐ型である第２ベース領域２１６と、ｐ＋型であるコンタクト領域２１８が形成されている。第１ベース領域２１４は、コレクタ領域２１２とエミッタ領域２２０との間に介在している。第２ベース領域２１６は、第１ベース領域２１４とエミッタ領域２２０との間に介在している。コンタクト領域２１８は、シリコン結晶２１０の表面２１０ａから第２ベース領域２１６に亘る範囲に形成されている。ただし、このＩＧＢＴ２０２では、第１ベース領域２１４及び第２ベース領域２１６が、シリコン結晶２１０の表面２１０ａまで伸びており、絶縁膜２６２を介してプレーナ型のゲート電極２６０に対向している。
【００４０】
上記のようなプレーナゲート構造のＩＧＢＴ２０２においても、シリコン結晶２１０の一部に欠陥生成領域２１４ａを形成することによって、そのスイッチング特性を有意に改善することができる。ここで、欠陥生成領域２１４ａは、第１ベース領域２１４の少なくとも一部に形成することが好ましく、特に、コレクタ領域２１２と第１ベース領域２１４との界面を含むように形成することがより好ましい。
【００４１】
また、図２１に示すように、本発明の技術は、コレクタ領域２１２と第１ベース領域２１４との間にｎ＋型であるバッファ層２１３を設けたパンチスルー型のＩＧＢＴ２０４の製造にも好適に適用することができる。バッファ層２１３はｎ型の不純物を比較的に高濃度に含む領域であり、本実施例のバッファ層２１３はリンを１．０×１０１７／ｃｍ３程度の濃度で含んでいる。このようなＩＧＢＴ２０４では、図２２に示すように、バッファ領域２１３を欠陥生成領域と定め、バッファ領域２１３にヘリウムイオンを照射することが好ましい。その後、２００℃から６００℃の温度範囲による加熱処理を行うことによって、図２３に示すように、バッファ領域２１３の少なくとも一部に炭素−酸素複合欠陥６２や格子空孔（図示省略）等の格子欠陥を多く生成される。なお、この場合においても、シリコンクラスタ６４の含有量が、炭素−酸素複合欠陥６２の含有量の０．０６倍を超える（シリコンクラスタ６４の含有量／炭素−酸素複合欠陥６２の含有量＞０．０６）ように、ヘリウムイオンの照射量を十分に大きく設定する。それにより、格子間シリコン５４のクラスタ化によって炭素−酸素複合欠陥６２の生成が制限され、シリコン結晶２１０に含まれる炭素原子５２の含有量にかかわらず、バッファ層２１３の電気的特性をヘリウムイオンの照射量に応じて改善することができる。
【００４２】
また、図２４に示すように、本発明の技術は、プレーナゲート構造を有するパンチスルー型のＩＧＢＴ２０６にも好適に適用することができる。この場合においても、上記したＩＧＢＴ２０４と同様に、バッファ領域２１３を欠陥生成領域と定め、バッファ領域２１３にヘリウムイオンを照射することが好ましい。即ち、ヘリウムイオンの平均到達位置がバッファ領域２１３となるように、ヘリウムイオンの照射エネルギ（加速電圧）を設定するとよい。それにより、図２４に示すように、バッファ領域２１３の少なくとも一部に炭素−酸素複合欠陥６２や格子空孔（図示省略）等の格子欠陥を多く生成させ、バッファ層２１３の電気的特性を有意に改善することができる。なお、この場合においても、シリコンクラスタ６４の含有量が、炭素−酸素複合欠陥６２の含有量の０．０６倍を超える（シリコンクラスタ６４の含有量／炭素−酸素複合欠陥６２の含有量＞０．０６）ように、ヘリウムイオンの照射量を十分に大きく設定するとよい。それにより、格子間シリコンのクラスタ化によって炭素−酸素複合欠陥６２の生成が制限され、シリコン結晶２１０に含まれる炭素原子５２の含有量にかかわらず、バッファ層２１３の電気的特性をヘリウムイオンの照射量に応じて改善することができる。
【００４３】
以上、本発明の技術をＩＧＢＴに適用した例について説明したが、本発明の技術をＩＧＢＴに適用する態様は上記したものに限定されない。例えば、上記では欠陥を生成するためにヘリウムイオンを照射したが、他の軽元素イオンを照射してもよく、あるいは電子線を照射してもよい。また、上記したＩＧＢＴ２００、２０２、２０４、２０６の構造は一例であり、本発明の技術は別の構造を有するＩＧＢＴの製造にも好適に適用することができる。
【００４４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例の半導体装置の製造方法を示すフローチャート。
【図２】半製品状態の半導体装置（ステップＳ１０）を示す図。
【図３】半製品状態の半導体装置（ステップＳ１２）を示す図。
【図４】半製品状態の半導体装置（ステップＳ１４）を示す図。
【図５】半製品状態の半導体装置（ステップＳ１６）を示す図。
【図６】半製品状態の半導体装置（ステップＳ１８）を示す図。
【図７】完成した半導体装置（ステップＳ２０）を示す図。
【図８】電子線を照射する様子を示す図。
【図９】電子線を照射した後のシリコンウエハを模式的に示す図。
【図１０】ヘリウムの照射によって格子間シリコンと格子空孔が形成される様子を示す図。
【図１１】格子間シリコンが格子位置炭素と置き換わる様子を示す図。
【図１２】格子間炭素と格子間酸素が炭素−酸素複合欠陥を生成する様子を示す図。
【図１３】ヘリウムの照射量と格子空孔の生成量との関係を示す図。
【図１４】ヘリウムの照射量と炭素−酸素複合欠陥の生成量との関係を示す図。
【図１５】ヘリウムの照射量とシリコンクラスタの生成量との関係を示す図。
【図１６】ヘリウムの照射量と「シリコンクラスタの生成量／炭素−酸素複合欠陥の生成」の関係を示す図。
【図１７】トレンチゲート構造のノンパンチスルー型ＩＧＢＴの構造を示す図。
【図１８】ノンパンチスルー型ＩＧＢＴにヘリウムを照射する様子を示す図。
【図１９】ノンパンチスルー型ＩＧＢＴに生成された格子欠陥を模式的に示す図。
【図２０】プレーナゲート構造のノンパンチスルー型ＩＧＢＴの構造を示す図。
【図２１】トレンチゲート構造のパンチスルー型ＩＧＢＴの構造を示す図。
【図２２】パンチスルー型ＩＧＢＴにヘリウムを照射する様子を示す図。
【図２３】パンチスルー型ＩＧＢＴに生成された格子欠陥を模式的に示す図。
【図２４】プレーナゲート構造のパンチスルー型ＩＧＢＴの構造を示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１０：シリコンウエハ
１２：アノード領域
１４：中間領域
１６：カソード領域
２２：アノード電極
２６：カソード電極
４０：マスク
６２：炭素−酸素複合欠陥
６４：シリコンクラスタ
１００：ＰＩＮ型ダイオード
２００、２０２、２０４、２０６：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
２１２：コレクタ領域
２１３：バッファ領域
２１４：第１ベース領域
２１４ａ：第１ベース領域の一部に形成された欠陥生成領域
２１６：第２ベース領域
２１８：コンタクト領域
２２０：エミッタ領域
２４０：コレクタ電極
２５０：エミッタ電極
２６０：ゲート電極
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2009141304.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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