JP2016127157A

JP2016127157A - Laser annealing device and method for manufacturing semiconductor element

Info

Publication number: JP2016127157A
Application number: JP2015000044A
Authority: JP
Inventors: 輝尚川▲崎▼; Teruhisa Kawasaki
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-01-05
Filing date: 2015-01-05
Publication date: 2016-07-11

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser annealing device capable of reducing damage to an element structure on the side opposite to a laser irradiation surface even when a laser beam of a wavelength region transmitting an SiC substrate is used.SOLUTION: A laser light source outputs a pulse laser beam. A stage holds a substrate. The pulse laser beam output from the laser light source is guided to the substrate held by a stage. A moving mechanism moves one of a path of the pulse laser beam and the substrate held by the stage to the other so that an incident position of the pulse laser beam moves on a surface of the substrate. A photodetector detects the reflected light of a pulse laser beam from the substrate. A control device adjusts at least one of the number of shots of the pulse laser beam incident on the same position of the substrate and the intensity of the pulse laser beam on the basis of the intensity of the reflected light.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板へのオーミック電極の形成に適したレーザアニール装置、及びＳｉＣ基板に設けられたオーミック電極を有する半導体素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a laser annealing apparatus suitable for forming an ohmic electrode on a silicon carbide (SiC) substrate and a method for manufacturing a semiconductor element having an ohmic electrode provided on the SiC substrate.

半導体パワーデバイス用の半導体材料として、シリコンよりも広いエネルギバンドギャップを有するＳｉＣが注目されている。ＳｉＣを用いたショットキバリアダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ等のパワー半導体デバイスが実用化されている。ＳｉＣは、Ｓｉに比べて欠陥の少ないウエハを作製することが困難である。このため、ＳｉＣウエハの上に形成された欠陥の少ないエピタキシャル層が、ドリフト層として利用される。エピタキシャル層の厚さは、必要とされる耐圧に合わせて設定される。ドリフト層としてＳｉＣを用いる場合には、Ｓｉを用いる場合に比べて、約１／１０の厚さで同等の耐圧を確保することができる。例えば、厚さ１０μｍのＳｉＣからなるエピタキシャル層により、厚さ１００μｍのＳｉウエハと同程度の耐圧を確保することができる。 As a semiconductor material for semiconductor power devices, SiC having an energy band gap wider than that of silicon attracts attention. Power semiconductor devices such as Schottky barrier diodes, MOSFETs, and JFETs using SiC have been put into practical use. SiC makes it difficult to produce a wafer with fewer defects than Si. For this reason, the epitaxial layer with few defects formed on the SiC wafer is used as the drift layer. The thickness of the epitaxial layer is set according to the required breakdown voltage. In the case of using SiC as the drift layer, an equivalent breakdown voltage can be ensured with a thickness of about 1/10 compared to the case of using Si. For example, an epitaxial layer made of SiC having a thickness of 10 μm can ensure a breakdown voltage equivalent to that of a Si wafer having a thickness of 100 μm.

ショットキバリアダイオードにおいては、エピタキシャル層の表面にアノード電極が形成される。スイッチング素子においては、エピタキシャル層の表面にスイッチング機能を有する素子構造が形成される。エピタキシャル層の下地となっているＳｉＣウエハは、エピタキシャル層の支持基板としての役割を持つ。通電ロスを低減するために、ＳｉＣウエハを薄くすることが好ましい。エピタキシャル層の表面に素子構造を形成する前に、ＳｉＣウエハを薄くすると、プロセス中の破損や反りにより、素子構造を形成することが困難になる。従って、エピタキシャル層の表面に素子構造を形成した後、ＳｉＣウエハを削って薄くすることが好ましい。 In the Schottky barrier diode, an anode electrode is formed on the surface of the epitaxial layer. In the switching element, an element structure having a switching function is formed on the surface of the epitaxial layer. The SiC wafer that is the base of the epitaxial layer serves as a support substrate for the epitaxial layer. In order to reduce energization loss, it is preferable to make the SiC wafer thinner. If the SiC wafer is thinned before the element structure is formed on the surface of the epitaxial layer, it becomes difficult to form the element structure due to damage or warpage during the process. Accordingly, it is preferable to thin the SiC wafer after forming the element structure on the surface of the epitaxial layer.

薄くされたＳｉＣウエハの裏側の表面に、オーミック電極が形成される。オーミック電極の形成時にレーザアニールを適用すると、電気炉でアニールする場合に比べて、表側の表面に形成されている素子構造への熱影響を軽減することができる。オーミック電極として、ニッケルシリサイド等の金属シリサイドが用いられる。 An ohmic electrode is formed on the back surface of the thinned SiC wafer. When laser annealing is applied during the formation of the ohmic electrode, the thermal effect on the element structure formed on the surface on the front side can be reduced as compared with the case where annealing is performed in an electric furnace. A metal silicide such as nickel silicide is used as the ohmic electrode.

下記の特許文献１に、紫外域のパルスレーザビームを用いたレーザアニールにより、オーミック電極を形成する方法が開示されている。紫外域のパルスレーザとして、固体レーザの第３高調波、エキシマレーザ等が用いられる。 Patent Document 1 listed below discloses a method of forming an ohmic electrode by laser annealing using a pulse laser beam in the ultraviolet region. As a pulse laser in the ultraviolet region, a third harmonic of a solid-state laser, an excimer laser, or the like is used.

特開２０１４−１２３５８９号公報JP 2014-123589 A

エキシマレーザ等のガスレーザは、ＹＡＧレーザ等の固体レーザに比べて、レーザビームの品質が不安定であるため、高品質のアニールを再現性よく行うことが困難である。高品質のアニールを再現性よく行うために、固体レーザを用いることが好ましい。ところが、固体レーザを用いて紫外域のパルスレーザを得るためには、基本波を第３高調波に変換しなければならない。基本波から第３高調波への変換効率を高くすることが困難であるため、第３高調波の出力が小さくなる。その結果、高い生産性を確保することが困難である。 A gas laser such as an excimer laser has an unstable laser beam quality as compared with a solid-state laser such as a YAG laser, and it is difficult to perform high-quality annealing with high reproducibility. In order to perform high-quality annealing with high reproducibility, it is preferable to use a solid-state laser. However, in order to obtain an ultraviolet pulse laser using a solid-state laser, the fundamental wave must be converted into a third harmonic. Since it is difficult to increase the conversion efficiency from the fundamental wave to the third harmonic, the output of the third harmonic is reduced. As a result, it is difficult to ensure high productivity.

固体レーザの基本波または第２高調波を用いるレーザアニールでは、第３高調波を用いる場合に比べて高いレーザ出力を得ることができる。ところが、基本波または第２高調波の波長域の光は、ＳｉＣ基板を透過してしまう。ＳｉＣ基板の表面に形成された金属膜が、基本波または第２高調波を吸収して加熱されることにより、金属膜とＳｉＣ基板とのシリサイド反応が進む。シリサイド反応が進んで金属膜が薄くなると、金属膜でのレーザ光の吸収量が少なくなる。 In laser annealing using the fundamental wave or the second harmonic of a solid-state laser, a higher laser output can be obtained than when using the third harmonic. However, light in the wavelength range of the fundamental wave or the second harmonic passes through the SiC substrate. When the metal film formed on the surface of the SiC substrate absorbs the fundamental wave or the second harmonic and is heated, the silicide reaction between the metal film and the SiC substrate proceeds. When the silicide reaction proceeds and the metal film becomes thin, the amount of laser light absorbed by the metal film decreases.

金属膜で吸収されなかったレーザ光は、ＳｉＣ基板を透過して、素子構造が形成された反対側の面まで達する。アルミニウム配線等の素子構造がレーザ光を吸収して過度に加熱されると、配線が焼損してしまう場合もある。 The laser light that has not been absorbed by the metal film passes through the SiC substrate and reaches the opposite surface on which the element structure is formed. If an element structure such as an aluminum wiring absorbs laser light and is heated excessively, the wiring may burn out.

本発明の目的は、ＳｉＣ基板を透過する波長域のレーザ光を用いても、レーザ照射面とは反対側の素子構造が受けるダメージを軽減することができるレーザアニール装置を提供することである。本発明の他の目的は、ＳｉＣ基板を透過する波長域のレーザ光を用いても、レーザ照射面とは反対側の素子構造が受けるダメージを軽減することができる半導体素子の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser annealing apparatus that can reduce damage to an element structure on the side opposite to a laser irradiation surface even when using laser light in a wavelength region that passes through a SiC substrate. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can reduce damage to the device structure on the side opposite to the laser irradiation surface even when using laser light in a wavelength region that passes through a SiC substrate. That is.

本発明の一観点によると、
パルスレーザビームを出力するレーザ光源と、
基板を保持するステージと、
前記レーザ光源から出力された前記パルスレーザビームを、前記ステージに保持された前記基板まで導光する伝搬光学系と、
前記ステージに保持された前記基板の表面において、前記パルスレーザビームの入射位置が移動するように、前記パルスレーザビームの経路及び前記基板の一方を他方に対して移動させる移動機構と、
前記基板からの、前記パルスレーザビームの反射光を検出する光検出器と、
前記光検出器で検出された前記反射光の強度に基づいて、前記基板の同一箇所に入射する前記パルスレーザビームのショット数及び前記パルスレーザビームの強度のうち少なくとも一方を調整する制御装置と
を有するレーザアニール装置を提供することである。 According to one aspect of the invention,
A laser light source that outputs a pulsed laser beam;
A stage for holding a substrate;
A propagation optical system for guiding the pulse laser beam output from the laser light source to the substrate held on the stage;
A moving mechanism for moving one of the path of the pulse laser beam and the substrate relative to the other so that the incident position of the pulse laser beam moves on the surface of the substrate held on the stage;
A photodetector for detecting reflected light of the pulsed laser beam from the substrate;
A control device that adjusts at least one of the number of shots of the pulsed laser beam and the intensity of the pulsed laser beam incident on the same portion of the substrate based on the intensity of the reflected light detected by the photodetector; It is to provide a laser annealing apparatus having the same.

本発明の他の観点によると、
炭化シリコンからなる下地基板の第１の表面にニッケル、チタンまたはタングステンからなる金属膜が形成された基板を準備する工程と、
前記金属膜に、前記金属膜で吸収され、かつ前記下地基板を透過する波長域のパルスレーザビームを、同一箇所に複数ショット入射することにより、前記下地基板と前記金属膜とをシリサイド反応させる工程と、
前記基板からの前記パルスレーザビームの反射光の強度を測定する工程と、
前記反射光の強度に基づいて、前記同一箇所に入射する前記パルスレーザビームのショット数及び前記パルスレーザビームの強度のうち少なくとも一方を調整する工程と
を有する半導体素子の製造方法が提供される。 According to another aspect of the invention,
Preparing a substrate in which a metal film made of nickel, titanium or tungsten is formed on a first surface of a base substrate made of silicon carbide;
A step of causing the base film and the metal film to undergo a silicidation reaction by injecting a plurality of shots of a pulsed laser beam in a wavelength region that is absorbed by the metal film and transmitted through the base substrate into the metal film. When,
Measuring the intensity of the reflected light of the pulsed laser beam from the substrate;
There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising adjusting at least one of the number of shots of the pulse laser beam incident on the same location and the intensity of the pulse laser beam based on the intensity of the reflected light.

金属膜のシリサイド化が進むと、金属膜が薄くなり、反射光の強度が弱くなる。金属膜が薄くなった状態で、パルスレーザビームを入射させると、レーザ光の多くの成分が基板の反対側まで到達してしまう。反射光の強度に基づいて、パルスレーザビームのショット数及びパルスレーザビームの強度のうち少なくとも一方を調整することにより、基板の反対側の表面まで達するレーザエネルギを低減させ、反対側の表面に形成されている素子構造が受けるダメージを軽減することができる。 As the silicidation of the metal film proceeds, the metal film becomes thinner and the intensity of reflected light becomes weaker. When a pulsed laser beam is incident with the metal film being thin, many components of the laser light reach the opposite side of the substrate. By adjusting at least one of the number of shots of the pulse laser beam and the intensity of the pulse laser beam based on the intensity of the reflected light, the laser energy reaching the opposite surface of the substrate is reduced and formed on the opposite surface. It is possible to reduce damage to the element structure.

図１Ａ〜図１Ｄは、実施例による半導体素子の製造方法の製造途中段階における基板の断面図である。FIG. 1A to FIG. 1D are cross-sectional views of a substrate in the course of manufacturing a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment. 図１Ｅ〜図１Ｆは、実施例による半導体素子の製造方法の製造途中段階における基板の断面図である。FIG. 1E to FIG. 1F are cross-sectional views of a substrate in the course of manufacturing a semiconductor device manufacturing method according to an embodiment. 図２は、実施例によるレーザアニール装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a laser annealing apparatus according to an embodiment. 図３Ａは、基板の表面におけるパルスレーザビームの入射領域、及び入射領域の移動の履歴を示す平面図であり、図３Ｂは、パルスレーザビームの入射領域の中心の軌跡を示す平面図である。FIG. 3A is a plan view showing the incident region of the pulse laser beam on the surface of the substrate and the movement history of the incident region, and FIG. 3B is a plan view showing the locus of the center of the incident region of the pulse laser beam. 図４は、実施例による制御装置のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a control device according to the embodiment. 図５は、制御装置で実行される処理の一例のフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart of an example of processing executed by the control device. 図６は、制御装置で実行される処理の他の例のフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart of another example of processing executed by the control device.

図１Ａ〜図１Ｆを参照して、実施例による半導体素子の製造方法について説明する。 With reference to FIGS. 1A to 1F, a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment will be described.

図１Ａに示すように、ｎ型炭化シリコン（ＳｉＣ）からなる基板の表面にｎ型ＳｉＣをエピタキシャル成長させることにより、ＳｉＣからなる下地基板１０を形成する。下地基板１０には、例えば４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−ＳｉＣを用いることができる。エピタキシャル層の表層部に、イオン注入によりｐ型のガードリング１１を形成する。ガードリング１１が形成された表面とは反対側の表面を「第１の表面」１０Ａといい、ガードリング１１が形成された表面を「第２の表面」１０Ｂということとする。図１Ｂに示すように、下地基板１０の第２の表面１０Ｂに、酸化シリコンからなる絶縁膜１２を形成する。絶縁膜１２には、ガードリング１１に囲まれた領域を露出させる開口が形成されている。 As shown in FIG. 1A, an underlying substrate 10 made of SiC is formed by epitaxially growing n-type SiC on the surface of a substrate made of n-type silicon carbide (SiC). For the base substrate 10, for example, 4H—SiC, 6H—SiC, or 3C—SiC can be used. A p-type guard ring 11 is formed in the surface layer portion of the epitaxial layer by ion implantation. The surface opposite to the surface on which the guard ring 11 is formed is referred to as a “first surface” 10A, and the surface on which the guard ring 11 is formed is referred to as a “second surface” 10B. As shown in FIG. 1B, an insulating film 12 made of silicon oxide is formed on the second surface 10B of the base substrate 10. The insulating film 12 has an opening that exposes a region surrounded by the guard ring 11.

図１Ｃに示すように、絶縁膜１２に形成されている開口の底面に露出している下地基板１０の表面に、ショットキ電極１３を形成する。一例として、チタン膜を形成した後、熱処理を行うことにより、ショットキコンタクトが実現される。ショットキ電極１３の上に表面電極１４を形成する。表面電極１４には、例えばアルミニウムが用いられる。ガードリング１１、ショットキ電極１３、及び表面電極１４をまとめて、素子構造１５ということとする。 As shown in FIG. 1C, a Schottky electrode 13 is formed on the surface of the base substrate 10 exposed at the bottom surface of the opening formed in the insulating film 12. As an example, Schottky contact is realized by performing a heat treatment after forming a titanium film. A surface electrode 14 is formed on the Schottky electrode 13. For example, aluminum is used for the surface electrode 14. The guard ring 11, the Schottky electrode 13, and the surface electrode 14 are collectively referred to as an element structure 15.

図１Ｄに示すように、下地基板１０を第１の表面１０Ａから研削することにより、下地基板１０を薄くする。図１Ｅに示すように、下地基板１０の第１の表面１０Ａに、金属膜１６を形成する。金属膜１６には、下地基板１０とシリサイド反応する金属、例えばニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）またはタングステン（Ｗ）が用いられる。金属膜１６及び下地基板１０により、アニール対象の基板１８が構成される。ここまでの工程で、金属膜１６が形成された基板１８が準備される。 As shown in FIG. 1D, the base substrate 10 is thinned by grinding the base substrate 10 from the first surface 10A. As shown in FIG. 1E, a metal film 16 is formed on the first surface 10A of the base substrate 10. For the metal film 16, a metal that undergoes a silicide reaction with the base substrate 10, for example, nickel (Ni), titanium (Ti), or tungsten (W) is used. The metal film 16 and the base substrate 10 constitute a substrate 18 to be annealed. The substrate 18 on which the metal film 16 is formed is prepared by the steps so far.

図１Ｆに示すように、金属膜１６（図１Ｅ）にパルスレーザビーム１９を照射することにより、レーザアニールを行う。パルスレーザビーム１９の波長は、金属膜１６で吸収され、下地基板１０を透過する波長域に含まれる。パルスレーザビーム１９のビームプロファイルはトップフラットである。このレーザアニールは、パルスレーザビーム１９の入射領域を金属膜１６の表面内で移動させながら（走査しながら）行われる。入射領域の重複率（オーバラップ率）は、例えば５０％〜９９％とする。このレーザアニールにより、金属膜１６（図１Ｅ）がシリサイド化され、金属シリサイド膜１７が形成される。 As shown in FIG. 1F, laser annealing is performed by irradiating the metal film 16 (FIG. 1E) with a pulsed laser beam 19. The wavelength of the pulsed laser beam 19 is included in a wavelength range that is absorbed by the metal film 16 and transmitted through the base substrate 10. The beam profile of the pulsed laser beam 19 is top flat. This laser annealing is performed while moving (scanning) the incident region of the pulse laser beam 19 within the surface of the metal film 16. The overlapping rate (overlap rate) of the incident region is, for example, 50% to 99%. By this laser annealing, the metal film 16 (FIG. 1E) is silicided, and a metal silicide film 17 is formed.

図２に、実施例によるレーザアニール装置の概略図を示す。レーザ光源２０から緑色の波長域のパルスレーザビームが出力される。レーザ光源２０は、例えば２台の固体レーザ発振器２０１、２０２を含む。２台の固体レーザ発振器２０１、２０２は、同時に発振してもよいし、時間差を設けて発振してもよい。固体レーザ発振器２０１、２０２には、例えば基本波または第２高調波を出力するＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発振器、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザ発振器等が用いられる。固体レーザ発振器２０１、２０２から出力された２本のパルスレーザビームが、ビームコンバイナ２１で１つのビーム経路に統合される。 FIG. 2 shows a schematic diagram of a laser annealing apparatus according to the embodiment. A pulsed laser beam in the green wavelength region is output from the laser light source 20. The laser light source 20 includes, for example, two solid state laser oscillators 201 and 202. The two solid-state laser oscillators 201 and 202 may oscillate simultaneously, or may oscillate with a time difference. As the solid-state laser oscillators 201 and 202, for example, an Nd: YAG laser oscillator, an Nd: YLF laser oscillator, an Nd: YVO ₄ laser oscillator, or the like that outputs a fundamental wave or a second harmonic is used. Two pulse laser beams output from the solid-state laser oscillators 201 and 202 are integrated into one beam path by the beam combiner 21.

統合後のパルスレーザビームが、伝搬光学系２５によって、ステージ３０に保持された基板１８まで導光される。伝搬光学系２５は、アッテネータ２５１、テレスコープ２５２、ホモジナイザ２５３、及び部分反射鏡２５４を含む。アッテネータ２５１は、パルスレーザビームのパワーを減衰させる。テレスコープ２５２は、アッテネータ２５１を通過したパルスレーザビームのビーム径を拡大する。ホモジナイザ２５３は、基板１８の表面におけるビーム断面形状を長尺化するとともに、ビーム断面内に関して光強度を均一化する。部分反射鏡２５４は、ホモジナイザ２５３を通過したパルスレーザビームの大部分の成分を、下方に向けて反射する。 The integrated pulse laser beam is guided to the substrate 18 held on the stage 30 by the propagation optical system 25. The propagation optical system 25 includes an attenuator 251, a telescope 252, a homogenizer 253, and a partial reflection mirror 254. The attenuator 251 attenuates the power of the pulse laser beam. The telescope 252 expands the beam diameter of the pulse laser beam that has passed through the attenuator 251. The homogenizer 253 elongates the beam cross-sectional shape on the surface of the substrate 18 and makes the light intensity uniform in the beam cross-section. The partial reflection mirror 254 reflects most components of the pulse laser beam that has passed through the homogenizer 253 downward.

ステージ３０は、移動機構３１を介して基板３２に支持されている。移動機構３１は、ステージ３０に保持された基板１８を、その表面に平行な２方向、例えばビーム断面の長軸方向、及びそれに直交する方向に移動させることができる。基板１８を移動させることにより、基板１８の表面において、パルスレーザビームの入射位置を二次元方向に移動させることができる。パルスレーザビームの経路に対して基板１８を移動させる代わりに、基板１８に対してパルスレーザビームの経路を移動させてもよい。すなわち、パルスレーザビームの経路及び基板１８の一方を他方に対して移動させればよい。 The stage 30 is supported on the substrate 32 via the moving mechanism 31. The moving mechanism 31 can move the substrate 18 held on the stage 30 in two directions parallel to the surface thereof, for example, the major axis direction of the beam cross section and a direction orthogonal thereto. By moving the substrate 18, the incident position of the pulse laser beam can be moved in the two-dimensional direction on the surface of the substrate 18. Instead of moving the substrate 18 with respect to the path of the pulse laser beam, the path of the pulse laser beam may be moved with respect to the substrate 18. That is, one of the path of the pulse laser beam and the substrate 18 may be moved with respect to the other.

基板１８からのパルスレーザビームの反射光の一部が、部分反射鏡２５４を透過して光検出器２６に入射する。光検出器２６で検出された反射光の強度信号が制御装置４０に入力される。制御装置４０は、反射光の強度に基づいて、レーザ光源２０、アッテネータ２５１、及び移動機構３１を制御する。 A part of the reflected light of the pulse laser beam from the substrate 18 passes through the partial reflection mirror 254 and enters the photodetector 26. The reflected light intensity signal detected by the photodetector 26 is input to the control device 40. The control device 40 controls the laser light source 20, the attenuator 251, and the moving mechanism 31 based on the intensity of the reflected light.

図３Ａに、基板１８（図２）の表面におけるパルスレーザビームの入射領域の平面図、及び入射領域の移動の履歴を示す。１ショットの入射領域３５の平面形状は、ほぼ長さＬ、幅Ｗの長方形である。例えば、長さＬは約２．５ｍｍであり、幅Ｗは約０．３ｍｍである。入射領域３５の大きさは、パルスレーザビームのパワーに応じて、最適なパワー密度が得られるように調整される。 FIG. 3A shows a plan view of the incident region of the pulse laser beam on the surface of the substrate 18 (FIG. 2) and a history of movement of the incident region. The planar shape of the one-shot incident region 35 is a rectangle having a length L and a width W. For example, the length L is about 2.5 mm and the width W is about 0.3 mm. The size of the incident region 35 is adjusted so as to obtain an optimum power density according to the power of the pulse laser beam.

基板１８を移動させながらパルスレーザビームを入射させることにより、パルスレーザビームの入射領域３５が、基板１８の表面上で主走査方向３７（幅方向）及び副走査方向３８（長さ方向）に移動させることができる。あるショットの入射領域３５１と、主走査方向３７に移動した次のショットの入射領域３５２との主走査方向３７に関する重複率は、例えば５０％〜９９％である。あるショットの入射領域３５３と、副走査方向３８に移動した次のショットの入射領域３５４との副走査方向３８に関する重複率は、例えば５０％〜９９％である。 By making the pulse laser beam incident while moving the substrate 18, the incident region 35 of the pulse laser beam moves on the surface of the substrate 18 in the main scanning direction 37 (width direction) and the sub-scanning direction 38 (length direction). Can be made. The overlapping rate in the main scanning direction 37 between the incident area 351 of a certain shot and the incident area 352 of the next shot moved in the main scanning direction 37 is, for example, 50% to 99%. The overlapping ratio in the sub-scanning direction 38 between the incident area 353 of a certain shot and the incident area 354 of the next shot moved in the sub-scanning direction 38 is, for example, 50% to 99%.

図３Ｂに、パルスレーザビームの入射領域３５の中心の軌跡３６を示す。主走査及び副走査が繰り返される１回の走査工程で、基板１８の表面のアニール対象領域の全域にパルスレーザビームが入射する。主走査方向３７に関する重複率及び副走査方向３８に関する重複率が、共に５０％である場合、１回の走査工程で、基板１８の表面の同一箇所に、合計４ショットのパルスレーザビームが入射することになる。主走査方向３７に関する重複率及び副走査方向３８に関する重複率が、共に６６％である場合、１回の走査工程で、基板１８の表面の同一箇所に、合計９ショットのパルスレーザビームが入射することになる。このように、重複率を変化させることにより、１回の走査工程で同一箇所に入射するショット数を変化させることができる。重複率は、パルスレーザビームの繰り返し周波数及び基板１８の移動速度の少なくとも一方を調整することにより変化させることができる。 FIG. 3B shows a locus 36 at the center of the incident region 35 of the pulse laser beam. In one scanning process in which the main scanning and the sub scanning are repeated, the pulse laser beam is incident on the entire region to be annealed on the surface of the substrate 18. When both the overlapping rate in the main scanning direction 37 and the overlapping rate in the sub-scanning direction 38 are 50%, a total of four shots of the pulse laser beam are incident on the same portion of the surface of the substrate 18 in one scanning process. It will be. When the overlapping rate in the main scanning direction 37 and the overlapping rate in the sub-scanning direction 38 are both 66%, a total of nine shot pulse laser beams are incident on the same portion of the surface of the substrate 18 in one scanning step. It will be. In this way, by changing the overlap rate, the number of shots incident on the same location can be changed in one scanning process. The overlapping rate can be changed by adjusting at least one of the repetition frequency of the pulse laser beam and the moving speed of the substrate 18.

図４に、実施例による制御装置４０のブロック図を示す。制御装置４０は、反射光強度検出部４０１、レーザ照射条件調整部４０２、レーザ駆動部４０３、強度調整部４０４、及び移動機構駆動部４０５を含む。各部の機能は、例えば中央処理ユニット（ＣＰＵ）がコンピュータプログラムを実行することにより実現されるか、またはＡ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、論理回路等の電子回路で実現される。制御装置４０の記憶装置に、反射光強度−照射条件対応表４０８が格納されている。 FIG. 4 is a block diagram of the control device 40 according to the embodiment. The control device 40 includes a reflected light intensity detection unit 401, a laser irradiation condition adjustment unit 402, a laser drive unit 403, an intensity adjustment unit 404, and a moving mechanism drive unit 405. The function of each unit is realized by, for example, a central processing unit (CPU) executing a computer program, or realized by an electronic circuit such as an A / D conversion circuit, a D / A conversion circuit, and a logic circuit. A reflected light intensity-irradiation condition correspondence table 408 is stored in the storage device of the control device 40.

光検出器２６で検出された反射光の強度信号が反射光強度検出部４０１に入力される。反射光強度検出部４０１は、光検出器２６から入力された強度信号に基づいて、反射光強度測定値ＲＭを出力する。 The reflected light intensity signal detected by the photodetector 26 is input to the reflected light intensity detector 401. The reflected light intensity detector 401 outputs a reflected light intensity measurement value RM based on the intensity signal input from the photodetector 26.

レーザ照射条件調整部４０２が、反射光強度測定値ＲＭ、及び反射光強度−照射条件対応表４０８に基づいて、レーザ照射条件を決定する。レーザ照射条件には、重複率、ショット数、及びレーザパワーが含まれる。これらの照射条件の調整は、レーザ光源２０から出力されるパルスレーザビームの繰り返し周波数ＲＦ、アッテネータ２５１の減衰率ＡＦ、移動機構３１によるステージ３０（図２）の主走査方向移動速度ＨＳＶ及び副走査方向移動距離ＶＳＬを調整することにより行われる。 The laser irradiation condition adjustment unit 402 determines the laser irradiation condition based on the reflected light intensity measurement value RM and the reflected light intensity-irradiation condition correspondence table 408. Laser irradiation conditions include the overlap rate, the number of shots, and the laser power. These irradiation conditions are adjusted by adjusting the repetition frequency RF of the pulse laser beam output from the laser light source 20, the attenuation factor AF of the attenuator 251, the moving speed HSV of the stage 30 (FIG. 2) by the moving mechanism 31 and the sub-scanning. This is done by adjusting the direction moving distance VSL.

レーザ照射条件調整部４０２は、決定されたレーザ照射条件でレーザ照射が行われるように、繰り返し周波数目標値ＲＦＴをレーザ駆動部４０３に与え、減衰率目標値ＡＦＴを強度調整部４０４に与え、主走査方向移動速度の目標値ＨＳＶＴ、及び副走査方向移動距離の目標値ＶＳＬＴを移動機構駆動部４０５に与える。レーザ照射条件を調整する具体的な処理については、図５または図６を参照して後述する。 The laser irradiation condition adjustment unit 402 gives the repetition frequency target value RFT to the laser driving unit 403 and the attenuation rate target value AFT to the intensity adjustment unit 404 so that laser irradiation is performed under the determined laser irradiation conditions. A target value HSVT for the scanning direction moving speed and a target value VSLT for the sub-scanning direction moving distance are given to the moving mechanism driving unit 405. Specific processing for adjusting the laser irradiation condition will be described later with reference to FIG. 5 or FIG.

レーザ駆動部４０３は、繰り返し周波数目標値ＲＦＴに基づいてレーザ光源２０を制御する。具体的には、繰り返し周波数目標値ＲＦＴに応じて、固体レーザ発振器２０１、２０２にトリガ信号を送信する。固体レーザ発振器２０１、２０２は、トリガ信号に同期して、パルスレーザビームを出力する。例えば、２台の固体レーザ発振器２０１、２０２から同一のタイミングでパルスレーザビームが出力されるように、固体レーザ発振器２０１、２０２に与えられるトリガ信号のタイミングが調整される。 The laser driving unit 403 controls the laser light source 20 based on the repetition frequency target value RFT. Specifically, a trigger signal is transmitted to the solid-state laser oscillators 201 and 202 according to the repetition frequency target value RFT. The solid-state laser oscillators 201 and 202 output a pulse laser beam in synchronization with the trigger signal. For example, the timings of the trigger signals given to the solid laser oscillators 201 and 202 are adjusted so that the pulse laser beams are output from the two solid laser oscillators 201 and 202 at the same timing.

２台の固体レーザ発振器２０１、２０２から同一のタイミングでパルスレーザビームを出力することにより、レーザパルスのピークパワーを２倍にすることができる。なお、レーザパルス波形が時間軸上で部分的に重なるようにしてもよいし、一方の固体レーザ発振器２０１からのレーザパルスが立ち下がった後に、他方の固体レーザ発振器２０２からのレーザパルスが立ち上がるようにしてもよい。 By outputting a pulse laser beam from the two solid-state laser oscillators 201 and 202 at the same timing, the peak power of the laser pulse can be doubled. Note that the laser pulse waveforms may partially overlap on the time axis, or after the laser pulse from one solid-state laser oscillator 201 falls, the laser pulse from the other solid-state laser oscillator 202 rises. It may be.

強度調整部４０４は、減衰率目標値ＡＦＴに基づいて、アッテネータ２５１を制御する。これにより、アッテネータ２５１によるパルスレーザビームの減衰率ＡＦが、減衰率目標値ＡＦＴに一致する。 The intensity adjusting unit 404 controls the attenuator 251 based on the attenuation rate target value AFT. Thereby, the attenuation factor AF of the pulse laser beam by the attenuator 251 matches the attenuation factor target value AFT.

移動機構駆動部４０５は、主走査方向移動速度の目標値ＨＳＶＴ及び副走査方向移動距離の目標値ＶＳＬＴに基づいて、移動機構３１を制御する。これにより、ステージ３０（図２）の主走査方向移動速度ＨＳＶ及び副走査方向移動距離ＶＳＬが、それぞれ目標値ＨＳＶＴ及び目標値ＶＳＬＴに等しくなるように移動機構３１が駆動される。 The movement mechanism drive unit 405 controls the movement mechanism 31 based on the target value HSVT of the moving speed in the main scanning direction and the target value VSLT of the moving distance in the sub scanning direction. Thereby, the moving mechanism 31 is driven so that the main scanning direction moving speed HSV and the sub-scanning direction moving distance VSL of the stage 30 (FIG. 2) are equal to the target value HSVT and the target value VSLT, respectively.

図５に、制御装置４０（図４）で実行される処理の一例のフローチャートを示す。ステージ３０に基板１８を保持した状態で、ステップＳＡ１において、１回目の走査工程を実行する。具体的には、ステージ３０を主走査方向３７及び副走査方向３８（図３Ａ、図３Ｂ）に移動させながら、レーザ光源２０から出力されたパルスレーザビームを基板１８に入射させる。１回目の走査工程におけるレーザ光の強度、主走査方向３７及び副走査方向３８の重複率として、予め決定された値が採用される。さらに、走査中に、光検出器２６が反射光の強度を検出する。 FIG. 5 shows a flowchart of an example of processing executed by the control device 40 (FIG. 4). In a state where the substrate 18 is held on the stage 30, the first scanning process is executed in step SA1. Specifically, the pulse laser beam output from the laser light source 20 is incident on the substrate 18 while moving the stage 30 in the main scanning direction 37 and the sub-scanning direction 38 (FIGS. 3A and 3B). Predetermined values are adopted as the laser light intensity and the overlapping rate in the main scanning direction 37 and the sub-scanning direction 38 in the first scanning process. Further, during scanning, the photodetector 26 detects the intensity of the reflected light.

ステップＳＡ２において、直前の走査工程で測定された反射光の強度が、判定閾値以上か否かを判定する。判定の対象となる反射光の強度として、例えば、パルスレーザビームのショットごとの反射光の強度の平均値が採用される。その他に、反射光の強度として、平均から極端に外れた値を除外して平均値を求めてもよいし、中央値、最頻値等を採用してもよい。 In step SA2, it is determined whether or not the intensity of the reflected light measured in the immediately preceding scanning process is equal to or greater than a determination threshold value. As the intensity of the reflected light to be determined, for example, an average value of the intensity of the reflected light for each shot of the pulse laser beam is employed. In addition, as the intensity of the reflected light, an average value may be obtained by excluding a value extremely deviating from the average, or a median value, a mode value, or the like may be adopted.

反射光の強度が判定閾値以上である場合、ステップＳＡ１に戻って、走査工程を再度実行する。反射光の強度が判定閾値未満である場合には、アニール処理を終了する。 If the intensity of the reflected light is greater than or equal to the determination threshold, the process returns to step SA1 and the scanning process is performed again. If the intensity of the reflected light is less than the determination threshold, the annealing process is terminated.

レーザアニールによりシリサイド反応が進むと、金属膜１６（図１Ｅ）が薄くなるため、反射光の強度が低下する。実施例においては、シリサイド反応が進んで反射光の強度が判定閾値未満になると、アニール処置が終了する。 When the silicide reaction proceeds by laser annealing, the metal film 16 (FIG. 1E) becomes thin, and the intensity of reflected light decreases. In the embodiment, when the silicide reaction proceeds and the intensity of the reflected light becomes less than the determination threshold, the annealing treatment is finished.

反射光の強度が低下した状態で過度のレーザ照射を行うと、基板１８に入射したレーザ光の多くの成分が下地基板１０の第２の表面１０Ｂ（図１Ｆ）まで到達する。このため、第２の表面１０Ｂに形成されている素子構造１５（図１Ｆ）がダメージを受けてしまう。実施例による方法では、反射光の強度が判定閾値未満になると、アニール処理が終了する。このため、過度のレーザ照射に起因する素子構造１５の受けるダメージを軽減することができる。 If excessive laser irradiation is performed in a state where the intensity of the reflected light is reduced, many components of the laser light incident on the substrate 18 reach the second surface 10B (FIG. 1F) of the base substrate 10. For this reason, the element structure 15 (FIG. 1F) formed on the second surface 10B is damaged. In the method according to the embodiment, when the intensity of the reflected light becomes less than the determination threshold, the annealing process is finished. For this reason, the damage received by the element structure 15 due to excessive laser irradiation can be reduced.

図５に示した例では、反射光の強度に基づいて、走査工程を再度実行するか、終了するかが決定される。走査工程の実行回数が調整されることにより、基板１８の同一箇所へのショット数が調整される。 In the example shown in FIG. 5, it is determined based on the intensity of the reflected light whether the scanning process is executed again or is finished. By adjusting the number of executions of the scanning process, the number of shots on the same portion of the substrate 18 is adjusted.

図６に、制御装置４０（図４）で実行される処理の他の例のフローチャートを示す。ステップＳＡ１において、図５に示した例と同様に、１回目の走査工程を実行するとともに、反射光の強度を測定する。 FIG. 6 shows a flowchart of another example of processing executed by the control device 40 (FIG. 4). In step SA1, as in the example shown in FIG. 5, the first scanning step is executed and the intensity of the reflected light is measured.

ステップＳＡ３において、反射光の強度が第１判定閾値以上か否かを判定する。反射光の強度として、図５に示したステップＳＡ２で判定対象とされた反射光の強度と同様の統計量が採用される。反射光の強度が第１判定閾値以上である場合、ステップＳＡ１に戻って、次の走査工程を実行する。反射光の強度が第１判定閾値未満である場合、ステップＳＡ４において、反射光の強度が第２判定閾値以上か否かを判定する。第２判定閾値は、第１判定閾値より小さく、例えば図５に示したステップＳＡ２で用いられる判定閾値と同一である。 In step SA3, it is determined whether or not the intensity of the reflected light is greater than or equal to a first determination threshold value. As the intensity of the reflected light, a statistic similar to the intensity of the reflected light determined as the determination target in step SA2 shown in FIG. 5 is employed. If the intensity of the reflected light is greater than or equal to the first determination threshold, the process returns to step SA1 to execute the next scanning process. If the intensity of the reflected light is less than the first determination threshold, it is determined in step SA4 whether or not the intensity of the reflected light is greater than or equal to the second determination threshold. The second determination threshold is smaller than the first determination threshold, and is the same as the determination threshold used in step SA2 shown in FIG. 5, for example.

反射光の強度が第２判定閾値未満である場合、アニール処理を終了する。反射光の強度が第２判定閾値以上である場合には、ステップＳＡ５において、レーザ照射条件を変更する。反射光の強度とレーザ照射条件との対応関係は、反射光強度−照射条件対応表４０８（図４）に定義されている。具体的には、レーザ光の強度及び重複率の少なくとも一方を低下させる。重複率を変化させることは、基板１８の同一箇所へのショット数を変化させることに相当する。その後、修正されたレーザ照射条件で、ステップＳＡ１において次の走査工程を実行する。 If the intensity of the reflected light is less than the second determination threshold, the annealing process is terminated. If the intensity of the reflected light is greater than or equal to the second determination threshold, the laser irradiation condition is changed in step SA5. The correspondence relationship between the intensity of the reflected light and the laser irradiation condition is defined in the reflected light intensity-irradiation condition correspondence table 408 (FIG. 4). Specifically, at least one of the intensity of the laser beam and the overlapping rate is reduced. Changing the overlap rate is equivalent to changing the number of shots to the same location on the substrate 18. Thereafter, the next scanning process is executed in step SA1 under the corrected laser irradiation conditions.

反射光の強度が第１判定閾値未満であり、かつ第２判定閾値以上である状態は、十分なシリサイド化が行われていないが、初期のレーザ照射条件で次の走査工程を実行すると、過度の照射が行われて、素子構造１５（図１Ｆ）がダメージを受ける可能性がある状態に相当する。図６に示した例では、このような状態の時に、レーザ照射条件を変更して次の走査工程が実行される。次の走査工程では、レーザ光の強度及び重複率の少なくとも一方が低下された条件でレーザ照射が行われる。このため、素子構造１５が受けるダメージを軽減できるとともに、十分なシリサイド化を行うことが可能になる。 In the state where the intensity of the reflected light is less than the first determination threshold and not less than the second determination threshold, sufficient silicidation is not performed, but if the next scanning process is performed under the initial laser irradiation conditions, Corresponds to a state in which the element structure 15 (FIG. 1F) may be damaged. In the example shown in FIG. 6, in such a state, the next scanning process is executed by changing the laser irradiation condition. In the next scanning step, laser irradiation is performed under a condition in which at least one of the intensity of the laser light and the overlapping rate is reduced. Therefore, damage to the element structure 15 can be reduced and sufficient silicidation can be performed.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

１０下地基板
１０Ａ第１の表面
１０Ｂ第２の表面
１１ガードリング
１２絶縁膜
１３ショットキ電極
１４表面電極
１５素子構造
１６金属膜
１７金属シリサイド膜
１８基板
１９パルスレーザビーム
２０レーザ光源
２１ビームコンバイナ
２５伝搬光学系
２６光検出器
３０ステージ
３１移動機構
３２基台
３５入射領域
３６軌跡
３７主走査方向
３８副走査方向
４０制御装置
２０１、２０２固体レーザ発振器
２５１アッテネータ
２５２テレスコープ
２５３ホモジナイザ
２５４部分反射鏡
３５１、３５２、３５３、３５４入射領域
４０１反射強度検出部
４０２レーザ照射条件調整部
４０３レーザ駆動部
４０４強度調整部
４０５移動機構駆動部
４０８反射光強度−照射条件対応表
ＡＦ減衰率
ＡＦＴ減衰率目標値
ＨＳＶ主走査方向移動速度
ＨＳＶＴ主走査方向移動速度の目標値
ＲＦ繰り返し周波数
ＲＦＴ繰り返し周波数目標値
ＲＭ反射光強度測定値
ＶＳＬ副走査方向移動距離
ＶＳＬＴ副走査方向移動距離の目標値 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ground substrate 10A 1st surface 10B 2nd surface 11 Guard ring 12 Insulating film 13 Schottky electrode 14 Surface electrode 15 Element structure 16 Metal film 17 Metal silicide film 18 Substrate 19 Pulse laser beam 20 Laser light source 21 Beam combiner 25 Propagation optics System 26 Photodetector 30 Stage 31 Moving mechanism 32 Base 35 Incidence area 36 Trajectory 37 Main scanning direction 38 Sub scanning direction 40 Controller 201, 202 Solid state laser oscillator 251 Attenuator 252 Telescope 253 Homogenizer 254 Partial reflectors 351, 352, 353, 354 Incident area 401 Reflection intensity detection unit 402 Laser irradiation condition adjustment unit 403 Laser drive unit 404 Intensity adjustment unit 405 Movement mechanism drive unit 408 Reflected light intensity-irradiation condition correspondence table AF Attenuation rate AFT Attenuation rate target value HSV Main scanning direction Transfer Speed HSVT main target RF repetition frequency RFT repetition frequency target value RM reflected light intensity measurements VSL sub-scanning direction in the scanning direction travel speed movement distance VSLT subscanning direction movement distance target values of

Claims

パルスレーザビームを出力するレーザ光源と、
基板を保持するステージと、
前記レーザ光源から出力された前記パルスレーザビームを、前記ステージに保持された前記基板まで導光する伝搬光学系と、
前記ステージに保持された前記基板の表面において、前記パルスレーザビームの入射位置が移動するように、前記パルスレーザビームの経路及び前記基板の一方を他方に対して移動させる移動機構と、
前記基板からの、前記パルスレーザビームの反射光を検出する光検出器と、
前記光検出器で検出された前記反射光の強度に基づいて、前記基板の同一箇所に入射する前記パルスレーザビームのショット数及び前記パルスレーザビームの強度のうち少なくとも一方を調整する制御装置と
を有するレーザアニール装置。 A laser light source that outputs a pulsed laser beam;
A stage for holding a substrate;
A propagation optical system for guiding the pulse laser beam output from the laser light source to the substrate held on the stage;
A moving mechanism for moving one of the path of the pulse laser beam and the substrate relative to the other so that the incident position of the pulse laser beam moves on the surface of the substrate held on the stage;
A photodetector for detecting reflected light of the pulsed laser beam from the substrate;
A control device that adjusts at least one of the number of shots of the pulsed laser beam and the intensity of the pulsed laser beam incident on the same portion of the substrate based on the intensity of the reflected light detected by the photodetector; Laser annealing apparatus having.

前記レーザ光源は、基本波または第２高調波を出力する固体レーザ発振器を含む請求項１に記載のレーザアニール装置。 The laser annealing apparatus according to claim 1, wherein the laser light source includes a solid-state laser oscillator that outputs a fundamental wave or a second harmonic.

前記制御装置は、前記基板の表面において、前記パルスレーザビームの入射位置を、ある重複率で移動させることにより、前記基板のアニール対象領域の全域を走査する走査工程が繰り返されるように、前記レーザ光源及び前記移動機構を制御し、
１つの前記走査工程において測定された前記反射光の強度に基づいて、次の前記走査工程における前記パルスレーザビームの強度及び前記重複率の少なくとも一方を調整する請求項１または２に記載のレーザアニール装置。 The control device moves the incident position of the pulse laser beam on the surface of the substrate at a certain overlap rate so that a scanning step of scanning the entire region to be annealed of the substrate is repeated. Controlling the light source and the moving mechanism;
3. The laser annealing according to claim 1, wherein at least one of the intensity of the pulse laser beam and the overlap rate in the next scanning step is adjusted based on the intensity of the reflected light measured in one of the scanning steps. apparatus.

炭化シリコンからなる下地基板の第１の表面にニッケル、チタンまたはタングステンからなる金属膜が形成された基板を準備する工程と、
前記金属膜に、前記金属膜で吸収され、かつ前記下地基板を透過する波長域のパルスレーザビームを、同一箇所に複数ショット入射することにより、前記下地基板と前記金属膜とをシリサイド反応させる工程と、
前記基板からの前記パルスレーザビームの反射光の強度を測定する工程と、
前記反射光の強度に基づいて、前記同一箇所に入射する前記パルスレーザビームのショット数及び前記パルスレーザビームの強度のうち少なくとも一方を調整する工程と
を有する半導体素子の製造方法。 Preparing a substrate in which a metal film made of nickel, titanium or tungsten is formed on a first surface of a base substrate made of silicon carbide;
A step of causing the base film and the metal film to undergo a silicidation reaction by injecting a plurality of shots of a pulsed laser beam in a wavelength region that is absorbed by the metal film and transmitted through the base substrate into the metal film. When,
Measuring the intensity of the reflected light of the pulsed laser beam from the substrate;
Adjusting the at least one of the number of shots of the pulse laser beam incident on the same location and the intensity of the pulse laser beam based on the intensity of the reflected light.

前記パルスレーザビームは、固体レーザの基本波または第２高調波である請求項４に記載の半導体素子の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the pulse laser beam is a fundamental wave or a second harmonic of a solid-state laser.

前記下地基板と前記金属膜とをシリサイド反応させる工程において、前記基板の表面において、前記パルスレーザビームの入射位置を、ある重複率で移動させることにより、前記基板のアニール対象領域の全域を走査する走査工程を繰り返し、
１つの前記走査工程において測定された前記反射光の強度に基づいて、次の前記走査工程における前記パルスレーザビームの強度及び前記重複率の少なくとも一方を調整する請求項４または５に記載の半導体素子の製造方法。 In the step of causing the base substrate and the metal film to undergo a silicidation reaction, the entire area of the substrate to be annealed is scanned by moving the incident position of the pulse laser beam at a certain overlap rate on the surface of the substrate. Repeat the scanning process,
6. The semiconductor device according to claim 4, wherein at least one of the intensity of the pulse laser beam and the overlap rate in the next scanning step is adjusted based on the intensity of the reflected light measured in one scanning step. Manufacturing method.