(57)【要約】【課題】  レーザアニールを実施する際に、半導体基板の内部に生じる応力を抑制する技術を提供する。【解決手段】  半導体装置の製造方法は、Ｓｉを含有する半導体基板の表面に対してＳｉイオンを注入する工程であって、前記表面に複数のＳｉ注入領域と複数のＳｉ非注入領域が交互に配置されるようにＳｉイオンを注入し、Ｓｉ注入領域にアモルファス層を形成する、工程と、複数のＳｉ注入領域と複数のＳｉ非注入領域を覆うように前記表面に金属膜を形成する工程と、Ｓｉ注入領域を覆う部分の金属膜がＳｉ非注入領域を覆う部分の金属膜よりも高温となるように金属膜の表面に対して所定の走査間隔でレーザを照射して金属膜をアニールすることにより、金属膜と半導体基板中のＳｉを反応させてシリサイドを形成する工程、を有する。【選択図】図２
2020077822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
Ｓｉを含有する半導体基板の表面に対してＳｉイオンを注入する工程であって、前記表面に複数のＳｉ注入領域と複数のＳｉ非注入領域が交互に配置されるようにＳｉイオンを注入し、前記Ｓｉ注入領域にアモルファス層を形成する、前記工程と、
複数の前記Ｓｉ注入領域と複数の前記Ｓｉ非注入領域を覆うように前記表面に金属膜を形成する工程と、
前記Ｓｉ注入領域を覆う部分の前記金属膜が前記Ｓｉ非注入領域を覆う部分の前記金属膜よりも高温となるように前記金属膜の表面に対して所定の走査間隔でレーザを照射して前記金属膜をアニールすることにより、前記金属膜と前記半導体基板中のＳｉを反応させてシリサイドを形成する工程、
を有する、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体基板と、半導体基板の表面に対してオーミック接合された電極を有する半導体装置が開示されている。この半導体装置の製造方法では、まず、Ｓｉを含有する半導体基板の表面に、金属膜（Ｎｉ膜）を形成する。そして、金属膜の表面に対してレーザを照射して金属膜をアニールすることにより、Ｎｉシリサイドを形成する。これにより、半導体基板と電極とのオーミック接合を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０５８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザアニールは、所定の走査間隔で実施される。すなわち、レーザアニールは、ビームスポットを所定の割合でずらしながら、金属膜の表面に対して複数回レーザを照射することによって実施される。このため、ビームスポットが重複する領域は、ビームスポットが重複しない領域と比較して高温となる。特許文献１の技術では、ビームスポットが重複する領域において、金属膜の表面と裏面との温度差が大きくなり、金属膜と半導体基板との界面付近の半導体基板の内部に局所的に強い圧縮応力が生じる。このため、半導体基板の内部に局所的に応力が残留する。その結果、半導体装置の耐久性が低下する。本明細書では、レーザアニールを実施する際に、半導体基板の内部に生じる応力を抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、Ｓｉイオンを注入する工程と、金属膜を形成する工程と、シリサイドを形成する工程を有する。前記Ｓｉイオンを注入する工程では、Ｓｉを含有する半導体基板の表面に、複数のＳｉ注入領域と複数のＳｉ非注入領域が交互に配置されるように前記表面に対してＳｉイオンを注入し、前記Ｓｉ注入領域にアモルファス層を形成する。前記金属膜を形成する工程では、複数の前記Ｓｉ注入領域と複数の前記Ｓｉ非注入領域を覆うように前記表面に金属膜を形成する。前記シリサイドを形成する工程では、前記Ｓｉ注入領域を覆う部分の前記金属膜が前記Ｓｉ非注入領域を覆う部分の前記金属膜よりも高温となるように、前記金属膜の表面に対して所定の走査間隔でレーザを照射して前記金属膜をアニールすることにより、前記金属膜と前記半導体基板中のＳｉを反応させてシリサイドを形成する。
【０００６】
上記の製造方法では、まず、Ｓｉイオンを注入する工程において、Ｓｉ注入領域にアモルファス層が形成される。そして、シリサイドを形成する工程では、Ｓｉ注入領域を覆う部分の金属膜がＳｉ非注入領域を覆う部分の前記金属膜よりも高温となるように、レーザアニールが実施される。Ｓｉ注入領域内のアモルファス層は熱伝導率が低く、断熱層として機能する。このため、Ｓｉ注入領域を覆う部分の金属膜が高温となっても、アモルファス層よりも深い側へ熱が伝わり難い。したがって、Ｓｉ注入領域を覆う部分の金属膜が高温となっても、その金属膜の表面（レーザ照射面）と金属膜の裏面（半導体基板との接触面）の間で温度差が生じ難い。これにより、Ｓｉ注入領域を覆う部分の金属膜と半導体基板との界面の下側における半導体基板の内部に生じる応力を抑制することができる。また、Ｓｉ非注入領域は、それほど高温とはならないので、高い応力は生じない。このように、この製造方法によれば、レーザアニール時に半導体基板内で生じる応力を低減できる。したがって、この製造方法によれば、耐久性の高い半導体装置を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】半導体ウェハ１２の平面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図。
【図３】半導体装置の製造工程を説明するための図。
【図４】半導体装置の製造工程を説明するための図。
【図５】半導体装置の製造工程を説明するための図。
【図６】半導体装置の製造工程を説明するための図。
【図７】半導体装置の製造工程を説明するための図。
【図８】ビームスポット４０内のエネルギー分布を示す図。
【図９】ビームスポット４０の軌跡を示す図。
【図１０】半導体装置の製造工程を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１、２に示す半導体ウェハ１２は、半導体基板１４と、半導体基板１４の上面を覆う上部電極１６を有する。半導体基板１４は、Ｓｉを含有する半導体により構成されている。半導体基板１４は、例えばＳｉＣにより構成されている。半導体ウェハ１２の内部には、スイッチング素子等が形成されている。半導体ウェハ１２は、後に複数の半導体チップに分割されることで、半導体装置となる。以下、半導体基板１４の下面１４ａに半導体基板１４に対してオーミック接触する電極を形成する工程について説明する。
【０００９】
まず、図３に示すように、リソグラフィ技術によって、半導体基板１４の下面１４ａに複数の開口部２０ａを有するレジスト２０を形成する。各開口部２０ａは、図４に示すように、ｙ方向に沿って伸びている。複数の開口部２０ａは、ｘ方向に一定の間隔を空けて設けられている。すなわち、半導体基板１４の下面１４ａがレジスト２０に覆われている部分と、半導体基板１４の下面１４ａが開口部２０ａ内に露出する部分とが、ｘ方向に交互に配置されるように、開口部２０ａが設けられる。
【００１０】
次に、図５に示すように、半導体基板１４の下面１４ａに対して、レジスト２０を介してＳｉイオンを注入する。半導体基板１４の下面１４ａがレジスト２０に覆われている範囲では、レジスト２０によってＳｉイオンの半導体基板１４への注入が遮られる。下面１４ａが開口部２０ａ内に露出している範囲では、Ｓｉイオンが半導体基板１４へ注入される。したがって、半導体基板１４の下面１４ａに、Ｓｉイオンが注入された領域（レジスト２０に覆われていない範囲）である複数のＳｉ注入領域３０と、Ｓｉイオンが注入されない領域（レジスト２０に覆われている範囲）である複数のＳｉ非注入領域３２が交互に配置される。ここでは、Ｓｉイオンの注入深さ（半導体基板１４の下面１４ａからの深さ）が、例えば０．１μｍ〜０．３μｍとなるようにＳｉイオンが注入される。また、Ｓｉイオンの注入濃度は、例えば、２×１０１５／ｃｍ２以上とされる。Ｓｉイオンの注入深さや注入濃度は、Ｓｉイオンの照射エネルギーやドーズ量を適宜調整することにより制御することができる。Ｓｉ注入領域３０では、Ｓｉイオンが上記の注入濃度で注入されることにより、半導体基板１４中の結晶構造がアモルファス（非晶質）化される。このため、Ｓｉ注入領域３０では、Ｓｉイオンが注入された半導体領域がアモルファス層３４となる。Ｓｉ注入領域３０では、アモルファス層３４は、下面１４ａ近傍の領域に形成される。Ｓｉ非注入領域３２では、アモルファス層３４が形成されない。
【００１１】
次に、図６に示すように、レジスト２０を除去した後に、複数のＳｉ注入領域３０と複数のＳｉ非注入領域３２を覆うように、半導体基板１４の下面１４ａに金属膜３６を形成する。金属膜３６は、シリサイドを形成可能な材料（例えば、Ｎｉ、Ｔｉ等）により構成されている。金属膜３６は、その厚みが１０ｎｍ以上となるように形成される。
【００１２】
次に、図７に示すように、金属膜３６の表面に対してレーザを照射して、金属膜３６をアニールする。レーザアニールは、レーザのビームスポットを所定の速さで移動させながら、金属膜３６の表面に対してパルス照射することにより実施される。具体的には、図１の矢印１００に示すように、半導体ウェハ１２の下面（より詳細には金属膜３６の表面）において、ビームスポット４０をｘ方向に所定の間隔で間欠的に移動させながらｙ方向に往復移動させる。これにより、金属膜３６の表面全域にレーザが照射される。その結果、半導体基板１４の下面１４ａの全域において金属膜３６と半導体基板中のＳｉが反応して合金化し、半導体基板１４に対してオーミック接触するシリサイド層３８が形成される。
【００１３】
図８は、金属膜３６の表面に照射されるビームスポット４０と、レーザのエネルギー密度分布を示している。エネルギー密度Ｅ１は、金属膜３６と半導体基板１４中のＳｉを反応させてシリサイドを形成するために必要なエネルギー密度であり、エネルギー密度Ｅ２は、レーザ照射範囲内のエネルギー密度の最大値の半分のエネルギー密度である。図８において、エネルギー密度Ｅ２よりも低いエネルギー密度の部分は、金属膜３６を加熱する能力が極めて低い。したがって、本実施形態では、エネルギー密度Ｅ２よりも高いエネルギー密度を有する部分を、ビームスポット４０という。また、ビームスポット４０のうちのエネルギー密度Ｅ１よりも高いエネルギー密度を有する部分を主要部４０ａという。また、ビームスポット４０のうち、エネルギー密度Ｅ１よりも低いエネルギー密度を有する部分を、外周部４０ｂという。主要部４０ａはビームスポット４０の中央に位置し、外周部４０ｂは主要部４０ａの周囲に位置する。図に示すように、主要部４０ａ内では、エネルギー密度が高い値で略均一に分布している。外周部４０ｂ内では、エネルギー密度が、ビームスポット４０の外周側に向かうほど低下している。外周部４０ｂ内では、半径方向の位置によってエネルギー密度に大きな差が生じている。
【００１４】
図９は、ビームスポット４０がｙ方向に往復移動する様子を示している。上述したように、レーザアニールでは、レーザの照射位置を移動させながら、レーザをパルス照射する。すなわち、レーザを極めて短い周期で間欠的に照射する。ビームスポット４０は、図９に示すような軌跡を描く。ビームスポット４０は、矢印１００に示すように−ｙ方向に移動した後に、ｘ方向に所定幅シフトした位置で、矢印１０２に示すようにｙ方向へ移動する。ビームスポット４０は、矢印１０２に示すようにｙ方向に移動した後に、ｘ方向に所定幅シフトした位置で、矢印１０４に示すように−ｙ方向へ移動する。図９においてグレーハッチングされた領域は、矢印１００の経路と矢印１０２の経路において主要部４０ａの軌跡が重複する領域、及び、矢印１０２の経路と矢印１０４の経路において主要部４０ａの軌跡が重複する領域である。このように、ビームスポット４０の隣接する移動経路において主要部４０ａの軌跡が重複するように、ビームスポット４０を移動させる。
【００１５】
半導体基板１４の下面１４ａの全域においてシリサイドを形成するためには、金属膜３６の表面の全域に対して、エネルギー密度がＥ１以上のレーザを照射する必要がある。このため、レーザアニールを実施する過程において、図９のグレーハッチングされた領域に示すように、エネルギー密度Ｅ１以上を有する主要部４０ａが重複して通過する重複領域４０ｃが生じる。重複領域４０ｃでは、エネルギー密度が高い主要部４０ａが重複して通過するため、他の領域と比較して金属膜３６の表面が高温となる。このため、従来の技術では、重複領域４０ｃにおいて、金属膜３６の表面（すなわち、レーザ照射面）と裏面（すなわち、半導体基板１４の下面１４ａとの接触面）との温度差が大きくなり、金属膜３６直下の半導体基板１４の内部に局所的に強い圧縮応力が生じる。このため、半導体基板１４の内部に局所的に応力が残留し、半導体装置の耐久性が低下する。これに鑑みて、本実施形態では、図１０に示すように、重複領域４０ｃがＳｉ注入領域３０に重なるように、レーザアニールを実施する。換言すると、重複領域４０ｃが、アモルファス層３４を覆う部分の金属膜３６と重なるように、レーザアニールを実施する。このため、Ｓｉ注入領域３０を覆う部分の金属膜３６が、Ｓｉ非注入領域３２を覆う部分の金属膜３６よりも高温となる。
【００１６】
Ｓｉ注入領域３０内のアモルファス層３４は熱伝導率が低く、断熱層として機能する。このため、Ｓｉ注入領域３０を覆う部分（すなわち、重複領域４０ｃ）の金属膜３６が高温となっても、アモルファス層３４よりも深い側へ熱が伝わり難い。すなわち、Ｓｉ注入領域３０では、金属膜３６の熱が半導体基板１４の内部側へ拡散し難い。したがって、Ｓｉ注入領域３０を覆う部分の金属膜３６が高温となっても、その金属膜３６の表面と裏面の間で温度差が生じ難い。これにより、Ｓｉ注入領域３０を覆う部分の金属膜３６と半導体基板１４との界面の下側における半導体基板１４の内部に生じる応力を抑制することができる。なお、Ｓｉ非注入領域３２（すなわち、重複領域４０ｃ以外の領域）では、金属膜３６がそれほど高温とはならない。このため、Ｓｉ非注入領域３２では、アモルファス層３４が存在しなくても、金属膜３６の表面と裏面との温度差が大きくならず、半導体基板１４の内部に高い応力は生じない。
【００１７】
上記のようにレーザアニールを行うことによって、半導体基板１４の下面１４ａ全体にシリサイド層３８が形成される。シリサイド層３８を形成した後、シリサイド層３８が形成された半導体ウェハ１２を複数に分割することにより、半導体装置が製造される。
【００１８】
以上に説明したように、本実施形態では、半導体基板１４の内部にアモルファス層３４を形成し、レーザアニール工程ではアモルファス層３４を覆う部分の金属膜３６をビームスポット４０の重複領域４０ｃ内に配置することによって、レーザアニール時に半導体基板１４内に生じる応力を低減する。このため、半導体基板１４の内部に残留する応力が低減され、耐久性の高い半導体装置を製造することができる。なお、半導体基板１４内に注入されたＳｉイオンは、金属膜３６との合金化に消費されるため、製造される半導体装置の電気特性等は半導体基板１４内に注入されたＳｉイオンにほとんど影響されない。
【００１９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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、出願時請求項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。
【符号の説明】
【００２０】
１２：半導体ウェハ
１４：半導体基板
１４ａ：下面
１６：上部電極
２０：レジスト
２０ａ：開口部
３０：Ｓｉ注入領域
３２：Ｓｉ非注入領域
３４：アモルファス層
３６：金属膜
３８：シリサイド層
４０：ビームスポット
４０ａ：主要部
４０ｂ：外周部
４０ｃ：重複領域
【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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