JP5672096B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリサイド層を形成する半導体素子の製造方法に関する。

特許文献１には、半導体層と金属層の積層構造を加熱して半導体層の表面にシリサイド層を形成する技術が開示されている。

特開２００７−１３１１７号公報 特開２００８−８５０５０号公報 特開平７−６６１５２号公報

裏面に低融点金属が形成されたＳｉ基板の表面にシリサイド層を形成することがある。この場合、シリサイド層を形成するための加熱により低融点金属とＳｉ基板のＳｉとが相互拡散し、必要な特性が得られないことがあった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、Ｓｉ基板の表面にシリサイド層を形成しつつ、Ｓｉ基板の裏面における低融点金属とＳｉ基板のＳｉとの相互拡散を防止できる半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。

本願の発明に係る半導体素子の製造方法は、Ｓｉを含む材料で形成されたＳｉ基板の裏面に低融点金属を形成する工程と、該Ｓｉ基板の表面に高融点金属層を形成する工程と、該高融点金属層の上にレーザ吸収層を形成する工程と、該レーザ吸収層にレーザ光を照射し、該低融点金属と該Ｓｉ基板のＳｉとの相互拡散を防ぐように該低融点金属の温度を低く保ちつつ、該レーザ吸収層と該高融点金属層の界面、及び該高融点金属層と該Ｓｉ基板の界面にシリサイド層を形成する工程と、該レーザ吸収層をエッチングする工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、レーザ吸収層でレーザ光を吸収してＳｉ基板の表面側のみを高温にできるので、Ｓｉ基板の表面にシリサイド層を形成しつつ、Ｓｉ基板の裏面における低融点金属とＳｉ基板のＳｉとの相互拡散を防止できる。

本発明の実施の形態に係る半導体素子の製造方法のフローチャートである。 Ｓｉ基板の表面に高融点金属層が形成されたことを示す図である。 高融点金属層の上にレーザ吸収層が形成されたことを示す図である。 レーザ吸収層にレーザ光を照射することを示す図である。 レーザ光の照射によりシリサイド層が形成されたことを示す図である。 レーザ吸収層をエッチングしたことを示す図である。 レーザ光をレーザ吸収層に照射したときの、レーザ吸収層、高融点金属層、及びＳｉ基板の温度のシミュレーション結果である。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体素子の製造方法のフローチャートである。本発明の実施の形態に係る半導体素子の製造方法では、まずＳｉ基板の表面に高融点金属層を形成する（ステップ１０）。次いで、高融点金属層の上にレーザ吸収層を形成する（ステップ１２）。次いで、レーザ吸収層にレーザ光を照射する（ステップ１４）。これによりレーザ吸収層と高融点金属層の界面、及び高融点金属層とＳｉ基板の界面にシリサイド層を形成する。最後に、レーザ吸収層をエッチング除去する（ステップ１６）。以後、各工程について詳細に説明する。

まず、Ｓｉ基板の表面に高融点金属層を形成する（ステップ１０）。図２は、Ｓｉ基板２０の表面２０ａに高融点金属層２４が形成されたことを示す図である。本発明の実施の形態に係る高融点金属層２４は蒸着又はスパッタリングで形成されたＴｉ層である。Ｓｉ基板の厚さは１５μｍであり、高融点金属層２４の層厚は１．５μｍである。Ｓｉ基板２０の裏面２０ｂには、低融点金属であるＡｌで形成されたＡｌ配線２２が形成されている。このように、ステップ１０では、裏面２０ｂにＡｌ配線２２が形成されたＳｉ基板２０の表面２０ａに高融点金属層２４を形成する。

次いで、高融点金属層の上にレーザ吸収層を形成する（ステップ１２）。図３は、高融点金属層２４の上にレーザ吸収層２６が形成されたことを示す図である。本発明の実施の形態に係るレーザ吸収層２６はＳｉ層で形成されている。レーザ吸収層２６の層厚は１．５μｍである。

次いで、レーザ吸収層にレーザ光を照射する（ステップ１４）。図４は、レーザ吸収層２６にレーザ光を照射することを示す図である。このステップでは、第２高調波（５３２ｎｍ）のＹＡＧレーザ２８を用いてレーザ吸収層２６にレーザ光を照射する。レーザ光の照射は、Ａｌ配線２２の温度を４５０℃未満に保ちつつ、レーザ吸収層２６と高融点金属層２４の温度が９００℃程度になるように行われる。

図５は、レーザ光の照射によりシリサイド層が形成されたことを示す図である。レーザ光の照射の結果、レーザ吸収層２６と高融点金属層２４の界面には、レーザ吸収層２６のＳｉと高融点金属層２４のＴｉの化合物であるシリサイド層３０が形成される。シリサイド層３０はレーザ吸収層２６と高融点金属層２４をオーミック接触させている。また、高融点金属層２４とＳｉ基板２０の界面には、高融点金属層２４のＴｉとＳｉ基板２０のＳｉの化合物であるシリサイド層３２が形成される。シリサイド層３２は、高融点金属層２４とＳｉ基板２０をオーミック接触させている。

次いで、レーザ吸収層をエッチング除去する（ステップ１６）。このステップでは前述のレーザ照射でシリサイド化しなかったレーザ吸収層２６をドライエッチング又はフッ酸系薬液により除去する。図６は、レーザ吸収層をエッチングしたことを示す図である。このステップを終えると、シリサイド層３０が表面に露出する。

本発明の実施の形態に係る半導体素子の製造方法では、シリサイド層３０及び３２の形成のためにレーザ光を用いる。そしてレーザ吸収層２６と高融点金属層２４を９００℃程度の高温としてシリサイド層３０及び３２を形成しつつ、Ａｌ配線２２は低温（４５０℃未満）とする。このことについて図７を参照して説明する。図７は、レーザ光をレーザ吸収層２６に照射したときの、レーザ吸収層２６、高融点金属層２４、Ｓｉ基板２０、及びＡｌ配線２２の温度のシミュレーション結果である。このシミュレーションでは、レーザ照射によりレーザ吸収層２６（Ｓｉ層）の表面が１２００℃になるようにしている。例えば、パルス幅が１００ｎｍのレーザ光であればレーザ吸収層２６の表面からの深さが２μｍの位置で９００℃となる。そのため、レーザ吸収層２６も高融点金属層２４も概ね９００℃程度となり良質なシリサイド層３０及び３２を形成できる。

ところで、Ａｌ配線２２の温度が４５０℃以上となると、Ａｌ配線２２のＡｌとＳｉ基板２０のＳｉとが相互拡散する。これにより、ＡｌがＳｉ基板２０のドーパントとして作用するなどして、半導体素子の電気特性がばらつくことがある。しかしながら、本発明の実施の形態に係る半導体素子の製造方法によれば、図７から明らかなように、レーザ照射によりレーザ吸収層２６と高融点金属層２４を９００℃以上としても、Ａｌ配線２２の温度を４５０℃未満とすることができる。従ってＡｌ配線２２のＡｌとＳｉ基板２０のＳｉとの相互拡散を防止できる。

このように、本発明の特徴の１つは、Ｓｉ基板２０の表面２０ａ側にシリサイドを形成しつつ、Ｓｉ基板２０の裏面２０ｂ側ではＡｌとＳｉの相互拡散を防止することである。ゆえに、レーザ光照射時にＳｉ基板２０の裏面２０ｂでＡｌ配線２２のＡｌとＳｉ基板２０のＳｉの相互拡散を防ぐようにＡｌ配線２２の温度を低く保てば本発明の効果を得ることができる。そのため、レーザ吸収層２６、高融点金属層２４、及びＳｉ基板２０の厚さは上述の値に限定されない。これらの厚さは、この特徴を得られる限り自由に設定することができる。

本発明の実施の形態に係る半導体素子の製造方法では、レーザ光によりレーザ吸収層２６と高融点金属層２４を９００℃以上まで加熱したが、これらを４５０℃より高い温度まで加熱すれば安定したシリサイド形成がなし得る。よって、レーザ吸収層２６と高融点金属層２４の到達温度は４５０℃以上であれば特に限定されない。

本発明のレーザ吸収層２６は２つの機能を有している。第１の機能は、レーザ光を効率的に吸収して高融点金属層２４の温度を上昇させ、シリサイド層を形成する機能である。高融点金属層２４に直接レーザ光を照射するとほとんどのレーザ光が反射され高融点金属層２４を加熱することができないが、この第１の機能により効率的に高融点金属層２４を加熱できる。

第２の機能は、レーザ吸収層２６がＳｉ層であるので、レーザ吸収層２６自身がシリサイド化する機能である。第２の機能により、シリサイド層３０を形成できるので、シリサイド層３２だけの場合と比較して半導体素子を低抵抗化できる。

このように第１の機能と第２の機能を得られる限りにおいて、レーザ吸収層２６の材料は特に限定されない。たとえば、アモルファスＳｉ層や多結晶Ｓｉ層を用いてもよい。なお、レーザ吸収層２６として、シリコン以外の元素（非シリコン元素という）で構成された層（例えばＴｉＮ層）を用いると、レーザ光により発生した熱により、非シリコン元素が高融点金属層へ拡散する。そうすると、高融点金属層又はシリサイド層の品質に悪影響を及ぼす可能性がある。従って本発明ではレーザ吸収層２６の材料として非シリコン元素は採用しない。

Ｓｉ基板２０の裏面２０ｂに形成する低融点金属としてＡｌ（Ａｌ配線２２）を用いたが、本発明はこれに限定されない。本発明は、シリサイド形成時の高温がそのまま低融点金属に及ぶと低融点金属とＳｉ基板２０のＳｉが相互拡散するおそれのある場合において、低融点金属の温度上昇を回避するものである。従って低融点金属はＡｌに限定されず、「シリサイド形成時の高温がそのまま及ぼされるとＳｉと相互拡散するおそれのあるもの」であればよい。低融点金属としてＡｌ以外の材料を採用した場合は、その材料とＳｉが相互拡散しないようにその材料の温度を低く保たなければならない。

低融点金属が採用される素子としては、例えば、ＩＧＢＴや還流ダイオードがある。なお、低融点金属は、レーザ光を照射する前に形成されればいつ形成されてもよい。

ＹＡＧレーザ２８に代えてエキシマレーザなどの他のレーザ光源を用いてもよい。エキシマレーザは波長が２４８ｎｍのため、Ｓｉへの侵入深さはＹＡＧレーザの２０分の１程度となる。従ってレーザ吸収層の層厚も図７の２０分の１程度とすればよい。

高融点金属層２４はＴｉに限らず、例えばＶ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、又はＮｉのいずれかを用いてもよい。また、Ｓｉ基板２０はワイドバンドギャップ半導体によって形成されてもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドなどで形成される。

２０ Ｓｉ基板、 ２２ Ａｌ配線（低融点金属）、 ２４ 高融点金属層、 ２６ レーザ吸収層、 ２８ ＹＡＧレーザ、 ３０，３２ シリサイド層

Claims (5)

1. Ｓｉを含む材料で形成されたＳｉ基板の裏面に低融点金属を形成する工程と、
   前記Ｓｉ基板の表面に高融点金属層を形成する工程と、
   前記高融点金属層の上にレーザ吸収層を形成する工程と、
   前記レーザ吸収層にレーザ光を照射し、前記低融点金属と前記Ｓｉ基板のＳｉとの相互拡散を防ぐように前記低融点金属の温度を低く保ちつつ、前記レーザ吸収層と前記高融点金属層の界面、及び前記高融点金属層と前記Ｓｉ基板の界面にシリサイド層を形成する工程と、
   前記レーザ吸収層をエッチングする工程と、を備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法。
2. 前記低融点金属はＡｌであり、
   前記レーザ吸収層はアモルファスＳｉ層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。
3. 前記レーザ光の照射にはＹＡＧレーザ又はエキシマレーザを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子の製造方法。
4. 前記高融点金属層はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、又はＮｉのいずれかで形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
5. 前記Ｓｉ基板は炭化珪素で形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。

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