JP2010141136A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ウエハー1の表面から浅い領域の不純物層、例えばFS型IGBTやNPT型IGBTにおけるp+コレクタ層8をレーザーアニールによって活性化する際に、1台目に照射エネルギー密度が1.0J/cm2以上のパルス状のレーザーを照射することで、ウエハー1の表面のパーティクル20を吹き飛ばす。そして、2台目のレーザーを照射することで、1台目のレーザー照射前にパーティクル20が付着していた領域21もパーティクル20が付着していない領域と同様に活性化し、p+コレクタ層8を均一に形成する。
【選択図】図2
Description
特に限定しないが、実施の形態1においては、NPT型IGBTを製造する場合を例にして説明する。実施の形態1は、図11に示す、NPT型IGBTを製造する際に、ウエハーの裏面側の表面層に形成されるp+コレクタ層8の活性化を行う工程において、レーザーを2台使用してレーザーアニールを行うものである。ここで、レーザーは、例えば全固体YAG2ωレーザー(波長:532nm)を2台用いた。
次に、レーザーアニールによって単一の不純物層(以下、単層とする)を活性化する場合の一例について説明する。ここでは、単層の例として、NPT型IGBTのp+コレクタ層8を形成する場合を想定する。まず、イオン注入工程において、シリコンウエハーの裏面側の表面層にボロン(B+)をイオン注入する。その際、ボロンのドーズ量は、1×1015(cm-2)である。また、加速電圧は、50keVである。
次に、実施の形態2においては、レーザーアニールによって、連続層を活性化させる方法について説明する。特に限定しないが、実施の形態2においては、FS型IGBTを製造する場合を例にして説明する。
次に、実施の形態2に示す方法で連続層を活性化する例として、FS型IGBTのnバッファ層(nフィールドストップ層)とp+コレクタ層を形成する場合を想定する。まず、イオン注入工程において、ドーズ量1×1012(cm-2)、加速電圧を700keVで、シリコンウエハーにリン(P+)をイオン注入する。続いて、ドーズ量1×1015(cm-2)、加速電圧50keVで、シリコンウエハーにボロン(B+)をイオン注入する。その後、2台のレーザー照射装置を用いて、イオン注入面に、半値幅が100nsのYAG2ωパルスレーザーを400nsの遅延時間で照射する。このようにして得たシリコンウエハーの、レーザー照射面からの深さ方向の濃度プロファイルを広がり抵抗法により測定した結果を図8に示す。
実施の形態3は、実施の形態2において、全固体レーザーまたはエキシマレーザーを2台使用する代わりに、そのうちの2台目を、半導体レーザーとするものである。ここで、全固体レーザーやエキシマレーザーのシリコンに対する侵入長は、0.01μm〜1μm程度である。これらのレーザーを照射することで、ウエハーの表面から比較的近い領域を、例えば1000℃程度の高温に加熱し、活性化することができる。
次に、実施の形態3に示す方法で連続層を活性化する例として、FS型IGBTのnバッファ層(nフィールドストップ層)とp+コレクタ層を形成する場合を想定する。まず、イオン注入工程において、ドーズ量1×1012(cm-2)、加速電圧を700keVで、シリコンウエハーにリン(P+)をイオン注入する。続いて、ドーズ量1×1015(cm-2)、加速電圧50keVで、シリコンウエハーにボロン(B+)をイオン注入する。その後、イオン注入面に、半値幅が100nsで波長が308nmのXeClパルスレーザーを照射し、400nsの遅延時間の後に、波長が794nmの半導体レーザーを照射する。このようにして得たシリコンウエハーの、レーザー照射面からの深さ方向の濃度プロファイルを広がり抵抗法により測定した結果を図10に示す。
実施の形態4は、実施の形態2において、全固体レーザーまたはエキシマレーザーを2台使用する代わりに、そのうちの1台目を、半導体レーザーとするものである。ここで、半導体レーザーは、ウエハーの表面に付着したパーティクルの影響を受けない。その理由は、例えば0.5μm以下のパーティクルがウエハーの表面に付着していても、ウエハーの表面から0.5μmより深い領域の活性化には、ほとんどパーティクルが影響を及ぼさないからである。
8 p+コレクタ層
20 パーティクル
21 パーティクルが付着していた領域
Claims (15)
- ドーパントがイオン注入された半導体の表面に、照射エネルギー密度が1.0J/cm2以上、かつ前記半導体の表面のレーザー照射領域に加工跡が残らない大きさ以下のパルス状のレーザーを照射して、前記半導体の表面に付着したパーティクルを除去する第1照射工程と、
前記第1照射工程の後に、前記半導体の表面に、照射エネルギー密度が前記半導体中のドーパントが注入された不純物層を活性化するために必要な大きさ以上、かつ前記半導体の表面のレーザー照射領域に加工跡が残らない大きさ以下のパルス状のレーザーを照射して、前記不純物層を活性化する第2照射工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 前記第1照射工程によって照射される前記パルス状のレーザーと、前記第2照射工程によって照射される前記パルス状レーザーとの遅延時間が、0ns以上1000ns以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記第2照射工程の後に、少なくとも1回以上、前記半導体の表面に、照射エネルギー密度が前記半導体中のドーパントが注入された不純物層を活性化するために必要な大きさ以上、かつ前記半導体の表面のレーザー照射領域に加工跡が残らない大きさ以下のパルス状のレーザーを照射する第3照射工程をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記パルス状のレーザーが全固体レーザーまたはエキシマレーザーであり、前記半導体中のドーパントが注入された不純物層を活性化するために必要な大きさが0.6J/cm2であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体素子の製造方法。
- 前記半導体中のドーパントが注入された不純物層が単一の不純物層であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の半導体素子の製造方法。
- 前記半導体中のドーパントが注入された不純物層が同一導電型もしくは異なる導電型の複数の不純物層からなる連続層であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の半導体素子の製造方法。
- ドーパントがイオン注入された半導体の表面に、照射エネルギー密度が1.2J/cm2以上、かつ前記半導体の表面のレーザー照射領域に加工跡が残らない大きさ以下のパルス状のレーザーを照射して、前記半導体の表面に付着したパーティクルを除去し、かつ不純物層を活性化する第1照射工程と、
前記第1照射工程の後に、前記半導体の表面に、半導体レーザーを照射して、前記第1照射工程によって活性化された領域よりも深い領域の不純物層を活性化する第2照射工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - ドーパントがイオン注入された半導体の表面に、半導体レーザーを照射して、不純物層を活性化する第1照射工程と、
前記第1照射工程の後に、前記半導体の表面に、照射エネルギー密度が1.2J/cm2以上、かつ前記半導体の表面のレーザー照射領域に加工跡が残らない大きさ以下のパルス状のレーザーを照射して、前記半導体の表面に付着したパーティクルを除去し、かつ前記第1照射工程によって活性化された領域よりも浅い領域の不純物層を活性化する第2照射工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 前記第1照射工程によって、前記半導体レーザーを連続的に照射しながら、前記第2照射工程によって、全固体レーザーまたはエキシマレーザーをパルス状に照射することを特徴とする請求項8に記載の半導体素子の製造方法。
- ドーパントがイオン注入された半導体の表面に、半導体レーザーを照射して、不純物層を活性化する第1照射工程と、
前記第1照射工程の後に、前記半導体の表面に、照射エネルギー密度が1.0J/cm2以上、かつ前記半導体の表面のレーザー照射領域に加工跡が残らない大きさ以下のパルス状のレーザーを照射して、前記半導体の表面に付着したパーティクルを除去する第2照射工程と、
前記第2照射工程の後に、前記半導体の表面に、照射エネルギー密度が前記半導体中のドーパントが注入された不純物層を活性化するために必要な大きさ以上、かつ前記半導体の表面のレーザー照射領域に加工跡が残らない大きさ以下のパルス状のレーザーを照射して、前記第1照射工程によって活性化された領域よりも浅い領域の不純物層を活性化する第3照射工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 前記第2照射工程によって照射される前記パルス状のレーザーと、前記第3照射工程によって照射される前記パルス状レーザーとの遅延時間が、0ns以上1000ns以下であることを特徴とする請求項10に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記パルス状のレーザーが全固体レーザーまたはエキシマレーザーであり、前記半導体中のドーパントが注入された不純物層を活性化するために必要な大きさが0.6J/cm2であることを特徴とする請求項10または11に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記パルス状のレーザーの波長が150nm以上550nm以下であり、前記半導体レーザーの波長が前記パルス状のレーザーの波長とは異なる波長であることを特徴とする請求項7〜12のいずれか一つに記載の半導体素子の製造方法。
- 前記パルス状のレーザーが全固体レーザーであり、前記半導体の表面のレーザー照射領域に加工跡が残らない大きさが4.0J/cm2であることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一つに記載の半導体素子の製造方法。
- 前記パルス状のレーザーがエキシマレーザーであり、前記半導体の表面のレーザー照射領域に加工跡が残らない大きさが1.4J/cm2であることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一つに記載の半導体素子の製造方法。
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