(57)【要約】【課題】レーザーアニールの際のレーザーの照射むらを防ぎ、デバイス不良の発生を防ぐこと。【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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子の製造方法に関し、特にＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下「ＩＧＢＴ」と称す）などの半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータや通信機器の重要部分には、多数のトランジスタや抵抗などを、電気回路を構成するように接続して１チップ上に集積した集積回路（ＩＣ）が多用されている。このようなＩＣの中で、電力用半導体素子を含むものはパワーＩＣと呼ばれている。
【０００３】
ＩＧＢＴは、ＭＯＳＦＥＴの高速スイッチング特性・電圧駆動特性と、バイポーラトランジスタの低オン電圧特性を備えたパワー素子である。ＩＧＢＴは、汎用インバータ、ＡＣサーボ、無停電電源（ＵＰＳ）、スイッチング電源などの産業分野をはじめ、電子レンジ、炊飯器、ストロボなどの民生機器分野への応用が拡大してきている。そして、次世代に向けた開発も進んでおり、新しいチップ構造を用いた、より低オン電圧のＩＧＢＴの開発により、応用装置の低損失化や高効率化が図られている。
【０００４】
ＩＧＢＴの構造には、主に、パンチスルー（Ｐｕｎｃｈ  Ｔｈｒｏｕｇｈ、ＰＴ）型、ノンパンチスルー（Ｎｏｎ  Ｐｕｎｃｈ  Ｔｈｒｏｕｇｈ、ＮＰＴ）型、フィールドストップ（Ｆｉｅｌｄ  Ｓｔｏｐ、ＦＳ）型がある。現在量産されているＩＧＢＴは、一部のオーディオ・パワー・アンプ用のｐチャネル型を除いて、ほぼ全てｎチャネル型の縦型二重拡散構造になっている。以下では、特に示した場合を除き、ＩＧＢＴとはｎ型ＩＧＢＴをいうものとする。なお、以下の説明および添付図面において、ｎまたはｐを冠した半導体は、それぞれ電子、正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎ+やｎ-などのように、ｎやｐに付す「+」または「-」は、それぞれそれらが付されていない半導体の不純物濃度よりも比較的高濃度または比較的低濃度であることを表す。
【０００５】
ＰＴ型ＩＧＢＴは、ｐ+エピタキシャル基板とｎ-層（ｎ型活性層）との間にｎ+層（ｎバッファ層）を設け、ｎ型活性層中の空乏層がｎバッファ層に到達する構造であり、ＩＧＢＴで主流の基本構造になっている。しかし、例えば耐圧６００Ｖ系のＩＧＢＴに対しｎ型活性層は厚さ７０μｍ程度で十分であるが、ｐ+エピタキシャル基板部分を含めると総厚さは２００μｍ〜３００μｍ程度と厚くなる。そこで、エピタキシャル基板を用いずに、ＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）法により形成されるＦＺ基板を用いて低ドーズ量の浅いｐ+コレクタ層を形成して薄型化と低コスト化を図ったＮＰＴ型ＩＧＢＴ、ＦＳ型ＩＧＢＴが開発されている。
【０００６】
図１１はＮＰＴ型ＩＧＢＴの断面構造の一例を示す図である。図１１に示すＮＰＴ型ＩＧＢＴ１００は、ｎ-型のＦＺ基板（ＦＺ−Ｎ）基板１のおもて面側に、ＳｉＯ2などのゲート酸化膜４を介してポリシリコンなどのゲート電極５が形成され、さらにその上にＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）などの層間絶縁膜７を介してアルミニウムシリコン膜などの表面電極６が形成された構造を有している。このＦＺ−Ｎ基板１のおもて面側には、ｐ+ベース層２およびこのｐ+ベース層２内にｎ+エミッタ層３が形成され、ＦＺ−Ｎ基板１の裏面側には、ｐ+コレクタ層８が形成されてその上に数種の金属膜を積層して裏面電極９が形成されている。
【０００７】
このような構成のＮＰＴ型ＩＧＢＴ１００において、ｐ+コレクタ層８には、低ドーズ量の浅い低注入ｐ+コレクタが用いられる。このＮＰＴ型ＩＧＢＴ１００では、ｐ+エピタキシャル基板を用いないため、総厚さは上記ＰＴ型ＩＧＢＴに比べて大幅に薄くなる。
【０００８】
ＮＰＴ構造では、正孔の注入率を制御できるので、ライフタイム制御を行わなくても高速スイッチングが可能になる一方、オン電圧がｎ型活性層の厚みと比抵抗に依存するのでやや高い値となる。ｐ+エピタキシャル基板に代えてＦＺ基板を用いているので、チップの低コスト化は可能になっている。
【０００９】
図１２はＦＳ型ＩＧＢＴの断面構造の一例を示す図である。ただし、図１２では、図１１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。図１２に示すＦＳ型ＩＧＢＴ２００には、上記ＮＰＴ型ＩＧＢＴ１００同様、ｐ+エピタキシャル基板に代えてＦＺ−Ｎ基板１が用いられ、その総厚さは１００μｍ〜２００μｍ程度になる。ＰＴ型ＩＧＢＴと同じく、ｎ型活性層は６００Ｖ耐圧に応じて７０μｍ程度にし、空乏化させる。そのため、ＦＳ型ＩＧＢＴ２００には、ＦＺ−Ｎ基板１の裏面に、ｎ+層（ｎ+バッファ層）１０が形成され、このｎ+バッファ層１０上にｐ+コレクタ層８および裏面電極９が形成されている。すなわち、ＦＺ−Ｎ基板１の裏面側でｐ層とｎ層が連続する連続層が形成されている。ＦＳ型ＩＧＢＴ２００では、上記ＮＰＴ型ＩＧＢＴ１００同様、ライフタイム制御は不要である。
【００１０】
また、オン電圧の低減を目的として、ＩＧＢＴ表面に狭く深い溝を形成し、その側面にＭＯＳゲートを形成したトレンチ構造のＩＧＢＴを、ＦＳ構造と組み合わせたものもある。最近では設計の最適化を図って総厚さを低減することも行われるようになってきている。
【００１１】
ここで、上記図１２に示したＦＳ型ＩＧＢＴ２００を例に、ＩＧＢＴの形成方法の一例を図１３から図１７を参照して説明する。図１３はおもて面側プロセス終了後の断面図、図１４は基板研削プロセスの断面図、図１５は裏面イオン注入プロセスの断面図、図１６は裏面アニールプロセスの断面図、図１７は裏面電極膜形成プロセスの断面図である。ただし、図１３から図１７では、図１１および図１２に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００１２】
ＦＳ型ＩＧＢＴ２００の形成は、大きくおもて面側プロセスと裏面側プロセスに分けられる。まず、おもて面側プロセスについて図１３を参照して説明する。おもて面側プロセスでは、まず、ＦＺ−Ｎ基板１のおもて面側に、ＳｉＯ2およびポリシリコンを堆積、窓あけ加工してゲート酸化膜４およびゲート電極５をそれぞれ形成する。続いて、その表面にＢＰＳＧを堆積、窓あけ加工して層間絶縁膜７を形成する。これにより、ＦＺ−Ｎ基板１のおもて面側に、絶縁ゲート構造が形成される。
【００１３】
次いでＦＺ−Ｎ基板１のおもて面側にｐ+ベース層２を形成し、このｐ+ベース層２内にｎ+エミッタ層３を形成する。さらに、このｎ+エミッタ層３に接するようにアルミニウムシリコン膜を堆積し、エミッタ電極となる表面電極６を形成する。アルミニウムシリコン膜は、安定した接合性および低抵抗配線を実現するために、その後４００℃〜５００℃程度の低温で熱処理される。
【００１４】
なお、図１２および図１３では図示を省略したが、表面電極６上にはその表面を覆うようにポリイミドなどを用いて絶縁保護膜が形成される。次に裏面側プロセスについて図１４から図１７を参照して説明する。裏面側プロセスでは、まず、図１４に示すように、ＦＺ−Ｎ基板１を裏面側から所望の厚さまでバックグラインドやエッチングなどの研削を行い、薄ウエハー化する。
【００１５】
次いで、図１５に示すように、ＦＺ−Ｎ基板１の裏面側にドーパントとしてリン（Ｐ+）およびボロン（Ｂ+）をこの順でそれぞれ注入してｎ+層１０ａおよびｐ+層８ａを形成した後、電気炉を用いて３５０℃〜５００℃の低温で熱処理（アニール）を行う。これにより、リンを注入したｎ+層１０ａおよびボロンを注入したｐ+層８ａを活性化し、図１６に示したように、ＦＺ−Ｎ基板１の裏面側に、ｎ+バッファ層１０およびｐ+コレクタ層８をそれぞれ形成する。なお、ボロンの注入後にＢＦ2を注入して、ｐ+コレクタ層８の裏面電極と接する側の最表面層に、裏面電極とオーミック接触するための表面コンタクト層（ｐ層）を形成しても良い。
【００１６】
なお、図１１に示すＮＰＴ型ＩＧＢＴ１００を形成する場合は、図１５において、ＦＺ−Ｎ基板１の裏面側に、リン（Ｐ+）を注入せず、ドーパントとしてボロン（Ｂ+）のみを注入し、ｐ+層８ａを形成した後、電気炉を用いて３５０℃〜５００℃の低温で熱処理（アニール）を行う。これにより、ボロンを注入したｐ+層８ａを活性化し、ＦＺ−Ｎ基板１の裏面側に、ｐ+コレクタ層を形成すれば良い。
【００１７】
その後、図１７に示すように、ｐ+コレクタ層８の表面に、アルミニウム層、チタン層、ニッケル層、金層などの金属膜を組み合わせた裏面電極９を形成する。最後に、チップ状にダイシングしてから表面電極６の表面に、アルミワイヤ電極を超音波ワイヤーボンディング装置により固着し、裏面電極９は、はんだ層を介して所定の固定部材に接続する。
【００１８】
ところで、近年になって直流を介さずに直接交流−交流変換を行うマトリクスコンバータが脚光を浴びている。従来型インバータと違いコンデンサが不要であり、電源高調波が削減されるというメリットがある。しかし、入力が交流であるため、半導体スイッチには逆方向耐圧が要求される。従来型ＩＧＢＴを用いた場合は、逆阻止用のダイオードを直列に接続する必要があった。
【００１９】
図１８は逆阻止ＩＧＢＴの断面構造の一例を示す図である。ただし、図１８では、図１１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。図１８に示すように、逆阻止ＩＧＢＴ３００は従来型のＩＧＢＴの基本性能を踏襲しつつ、さらにｐ+分離層１１が形成され、逆耐圧を有するようにしたＩＧＢＴである。このような構造を有する逆阻止ＩＧＢＴ３００には直列ダイオードが不要であるために導通損失を半減でき、マトリクスコンバータの変換効率向上に大きく寄与する。１００μｍ以上の深い接合の形成技術と、１００μｍ以下の厚さの極薄ウエハー生産技術を組み合わせて、高性能の逆阻止ＩＧＢＴの製造が可能になっている。
【００２０】
ここで、ウエハーの厚さを薄くすると、ウエハーの剛性が著しく低下する。したがって、ウエハーを薄くした後の製造工程や搬送工程において、例えばアームや治具などでウエハーを保持する際に、ウエハーの強度が保てないという問題がある。そこで、ウエハーの裏面側にリブ構造を設けたリブウエハーが提案されている（例えば、下記特許文献１、下記特許文献２参照。）。リブウエハーは、ウエハーの裏面側において、外周端部が、中央部よりも厚くなっている。リブウエハーを用いることで、搬送工程においてウエハーを取り扱う際に、ウエハーの強度が大幅に向上し、ウエハーの割れや欠けを軽減することができる。
【００２１】
しかしながら、他にも製造プロセスの技術的課題が多い。例えば、ＩＧＢＴ製造に際し、７０μｍ程度の薄型ＩＧＢＴを実現するためには、裏面バックグラインドや裏面からのイオン注入、裏面熱処理等が必要になるため、これらの処理中にウエハーに反りが生じてしまう。
【００２２】
そのような製造プロセス技術のひとつとして、ここで例示したＩＧＢＴをはじめとする各種半導体素子の形成に必要なｐ型不純物層（ｐ層）やｎ型不純物層（ｎ層）の活性化については、これまで様々な手法が検討されており、上記のような電気炉を用いるもののほか、レーザーを用いたアニールによって不純物層の活性化を行うものもある。例えば、ウエハーをウエハー割れ防止のための接着シートで支持基板に固定しそのウエハーにレーザーを照射してｐ層およびｎ層の活性化を行う方法（例えば、下記特許文献３参照。）や、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）レーザーの第２高調波（ＹＡＧ２ωレーザー）や第３高調波（ＹＡＧ３ωレーザー）を用いて活性化を行う方法（例えば、下記特許文献４、下記特許文献５参照。）などが検討されている。
【００２３】
このような、レーザーアニール技術としては、パルス幅やエネルギー密度が異なるパルスレーザーを照射することで、基板表面からの深さが異なる領域の不純物を活性化する方法が提案されている（例えば、下記特許文献６、下記特許文献７参照。）。
【００２４】
さらに、レーザーは、不純物を活性化させるレーザーアニール処理以外にも用いられる。例えばレーザーを用いた他の処理としては、表面保護膜が形成された後、電極端子を取り出すために金属電極膜上の表面保護膜をレーザーアブレーションによって除去して開口部を形成し、この開口面にプラズマ灰化処理を含むクリーニング処理を施す処理が知られている（例えば、下記特許文献８参照。）。また、レーザーを用いて基板表面をクリーニングする際に、基板表面のクリーニングが終了したか否かを、真空中においても、真空以外においても判定する装置が提案されている（例えば、下記特許文献９参照。）。
【００２５】
【特許文献１】特許第３６２０５２８号公報
【特許文献２】特開２００４−２５３５２７号公報
【特許文献３】特開２００４−１４０１０１号公報
【特許文献４】特開２００３−０５９８５６号公報
【特許文献５】特開２００５−２２３３０１号公報
【特許文献６】特許第４０４３８６５号公報
【特許文献７】特開２００５−２２３３０１号公報
【特許文献８】特開２００４−２７３７７１号公報
【特許文献９】特開２００２−０４３２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかしながら、ｐ層、ｎ層の活性化において、従来の電気炉アニールの場合には、ｐ層の高活性化を図ることができず、さらに、ウエハー割れ防止のために接着シートを用いる方法では、接着シートの耐熱温度が通常２００℃以下であるため、３００℃以上の電気炉アニールが必要となるような場合には使用することができないという問題がある。
【００２７】
また、電気炉アニールに代えてレーザーアニールによってｐ層、ｎ層の活性化を行おうとした場合には、おもて面側プロセスとバックグラインド等の済んだ薄いウエハーにウエハー裏面側からエネルギー密度の高いレーザー光を照射することとなる。このため、レーザー光の照射面と反対側の面、すなわちおもて面側プロセスによってゲート構造等を作製した面が高温になる。具体的には、例えば、ウエハーの厚さが７０μｍである場合、ウエハーおもて面側の温度が約５００℃に達することがある。そのため、表面電極やその上の絶縁保護膜が溶けてしまい、デバイスが破壊されてしまうという問題点がある。
【００２８】
また、単パルスによってレーザーアニールを行う場合、例えば長い照射時間が必要になり、処理時間がウエハー１枚当たり数時間程度もかかる。さらに、照射エネルギー密度の高いレーザー光を照射するため、ウエハー表面にレーザー照射による加工跡が残ってしまう場合がある。
【００２９】
また、図１９および図２０は、従来のレーザーアニールにおける問題点について示す説明図である。図１９に示すように、ウエハー（例えばＦＺ−Ｎ基板１）の裏面側の表面には、例えばゴミなどのパーティクル２０が付着することがある。このとき、図２０に示すように、例えばウエハー１の裏面側の表面から１μｍ程度の深さの浅いｐ層やｎ層をレーザーアニールによって活性化する場合に、パーティクル２０が付着している領域２１にはレーザーが照射されず、不純物が活性化されないという問題がある。そして、これらのｐ層やｎ層が正常に形成されないと、漏れ電流が大きくなったり、後にウエハーの裏面側の表面に形成される電極とのコンタクト抵抗が大きくなったりして、デバイス不良を生じやすいという問題がある。
【００３０】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、レーザーアニールの際のレーザーの照射むらを防ぎ、デバイス不良の発生を防ぐことが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。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる半導体素子の製造方法は、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。
【００３２】
また、請求項２の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項１に記載の発明において、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。
【００３３】
また、請求項３の発明にかかる記載の半導体素子の製造方法は、請求項１または２に記載の発明において、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。
【００３４】
また、請求項４の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、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。
【００３５】
また、請求項５の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明において、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。
【００３６】
また、請求項６の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明において、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。
【００３７】
また、請求項７の発明にかかる半導体素子の製造方法は、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。
【００３８】
また、請求項８の発明にかかる半導体素子の製造方法は、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。
【００３９】
また、請求項９の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項８に記載の発明において、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。
【００４０】
また、請求項１０の発明にかかる半導体素子の製造方法は、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。
【００４１】
また、請求項１１の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項１０に記載の発明において、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。
【００４２】
また、請求項１２の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項１０または１１に記載の発明において、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。
【００４３】
また、請求項１３の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項７〜１２のいずれか一つに記載の発明において、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。
【００４４】
また、請求項１４の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の発明において、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。
【００４５】
また、請求項１５の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の発明において、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。
【００４６】
上述した請求項１〜７の発明によれば、第１照射工程で、ウエハーの表面に付着したパーティクルを除去し、第２照射工程で、パーティクルの影響を受けずに不純物層を活性化することができる。したがって、レーザーの照射むらがなくなり、正常な活性層を形成することができるため、デバイス不良を防ぐことができる。
【００４７】
また、上述の請求項６〜１３の発明によれば、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を正常に活性化することができる。このため、ＦＳ型ＩＧＢＴのようなウエハーの裏面側にｐ層とｎ層の連続層を有するデバイスのデバイス不良を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明にかかる半導体素子の製造方法によれば、レーザーアニールの際のレーザーの照射むらを防ぎ、デバイス不良の発生を防ぐことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体素子の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００５０】
（実施の形態１）
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。
【００５１】
図１は、２台のレーザー照射装置からそれぞれ照射されるパルス状のレーザーのパルス波形を示す説明図である。また、図２は、ウエハーの表面の状態について示す説明図である。パルス状のレーザーを照射するには、パルスレーザー発振器を用いる。あるいは光源自体を点滅させることによっても実現できるし、光源を連続して発光させておき、シャッター等の開閉によって活性化に必要な時間だけレーザーを照射することによっても実現できるが、本明細書においてパルス状のレーザーというときには、これらのどちらで実現しても良い。
【００５２】
図１に示すように、レーザーを照射する際には、例えば、２台のレーザーの半値幅（パルス幅に相当）をともに１００ｎｓとする。また、例えば、詳細は後述するが、１台目のレーザー（１ｓｔパルス）の照射エネルギー密度を１．０Ｊ／ｃｍ2以上とし、２台目のレーザー（２ｎｄパルス）の照射エネルギー密度をｐ+コレクタ層８を活性化することのできる量とする。
【００５３】
なお、１台目のレーザーおよび２台目のレーザーともに、照射エネルギー密度の上限は、ウエハーのおもて面側に影響を与えない大きさ、特におもて面側の電極が溶解しない大きさであり、好ましくは、ウエハーの裏面側の表面におけるレーザーの照射箇所に、レーザーの加工跡が残らない大きさであれば良い。また、例えば、１ｓｔパルスに対する２ｎｄパルスの遅延時間を０ｎｓ以上１０００ｎｓ以下とする。
【００５４】
このようにすることで、図２に示すように、１台目のレーザーを照射することでウエハー１の表面にアブレーションが生じ、ウエハー１の表面に付着していたパーティクル２０が吹き飛ぶ。さらに、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、ウエハー１の表面層が活性化されるため照射むらを防ぎ、ｐ+コレクタ層８を均一に形成することができる。
【００５５】
なお、図２に示すように、レーザーの照射角度Ｒは、ウエハー１の表面に対して垂直または略垂直であるのが好ましい。その理由は、レーザーの照射角度Ｒが垂直または略垂直であると、レーザーの照射エネルギー密度に対するエネルギー効率が良いからである。また、レーザーの照射角度Ｒが垂直または略垂直の場合、ウエハー１に照射されたレーザーが乱反射しても、この乱反射した光がウエハー１に焦点を結んでいない光のため、ウエハー１をアニールするような温度に加熱せず、悪影響を与えない。
【００５６】
また、ビームサイズは、ウエハー１に形成されたチップの大きさに合わせて変更しても良い。すなわち、チップ全面を１回で照射してもよいし、２回以上に分けて照射してもよい。２回以上に分ける場合には、チップ全面をレーザーで照射するために、レーザーを走査するときに、走査方向と垂直な方向に５％程度レーザーによって照射される領域を重ねるように走査させればよい。
【００５７】
次に、全固体レーザーの照射エネルギー密度の有効領域について説明する。図３は、全固体レーザーの照射エネルギー密度の有効領域について示す説明図である。図３に示すように、符号３１で示す領域が、ウエハー表面のパーティクルを吹き飛ばすことのできる照射エネルギー密度の範囲である。また、符号３２で示す領域が、ウエハーにおけるレーザーの照射箇所が削れて加工跡が残ってしまう照射エネルギー密度の範囲である。また、符号３３で示す領域が、２台目以降のレーザーにおけるウエハーの表面層を活性化させることのできる照射エネルギー密度の範囲である。
【００５８】
図３に示すように、ＹＡＧ２ωパルスレーザーなどの全固体レーザーを用いた場合、１台目のレーザーの照射エネルギー密度は、ウエハーの表面のパーティクルを吹き飛ばし、かつウエハーの表面に加工跡を残さないような大きさであれば良い。したがって、１台目のレーザーの照射エネルギー密度の有効領域３４は、１．０Ｊ／ｃｍ2以上４．０Ｊ／ｃｍ2以下であることが好ましい。また、２台目のレーザーの照射エネルギー密度は、パーティクルの吹き飛んだウエハーの表面層を活性化でき、かつウエハーの表面に加工跡を残さない大きさであれば良い。したがって、２台目のレーザーの照射エネルギー密度の有効領域３５は、０．６Ｊ／ｃｍ2以上４．０Ｊ／ｃｍ2以下であることが好ましい。
【００５９】
なお、２台目のレーザーの照射エネルギー密度が１台目のレーザーの照射エネルギー密度と同程度かそれより大きい場合、２台のレーザーの合計の照射エネルギー密度が１．２Ｊ／ｃｍ2以上であれば良い。一方、２台目のレーザーの照射エネルギー密度が１台目のレーザーの照射エネルギー密度より小さい場合、２台のレーザーの合計の照射エネルギー密度が１．２Ｊ／ｃｍ2以上であっても、ｐ+コレクタ層８が形成されない。
【００６０】
具体的には、例えば、１台目のレーザーの照射エネルギー密度が１．０Ｊ／ｃｍ2であり、２台目のレーザーの照射エネルギー密度が０．２Ｊ／ｃｍ2の場合、２台目のレーザーを照射した際に、ウエハーの表面層の温度がほとんど変わらず、ｐ+コレクタ層８（図２）が形成されない。したがって、例えば２台目のレーザーの照射エネルギー密度が０．６Ｊ／ｃｍ2程度必要となる。ここでは、図３に示すように、２台目以降のレーザーにおけるウエハーの表面層を活性化させることのできる照射エネルギー密度の範囲を、例えば０．６Ｊ／ｃｍ2以上としたが、ｐ+コレクタ層８を形成することができる大きさであれば、０．６Ｊ／ｃｍ2より小さくても良い。
【００６１】
次に、エキシマレーザーの照射エネルギー密度の有効領域について説明する。図４は、エキシマレーザーの照射エネルギー密度の有効領域について示す説明図である。図４に示すように、符号４１で示す領域が、ウエハー表面のパーティクルを吹き飛ばすことのできる照射エネルギー密度の範囲である。また、符号４２で示す領域が、ウエハーにおけるレーザーの照射箇所が削れて加工跡が残ってしまう照射エネルギー密度の範囲である。また、符号４３で示す領域が、２台目以降のレーザーにおけるウエハーの表面層を活性化させることのできる照射エネルギー密度の範囲である。このように、レーザーがエキシマレーザーの場合、全固体レーザーと比べると、ウエハーにおけるレーザーの照射箇所が削れて加工跡が残ってしまう照射エネルギー密度の範囲４２が異なる。
【００６２】
図４に示すように、ＸｅＣｌレーザーなどのエキシマレーザーを用いた場合、１台目のレーザーの照射エネルギー密度は、ウエハーの表面のパーティクルを吹き飛ばし、かつウエハーの表面に加工跡を残さないような大きさであれば良い。したがって、１台目のレーザーの照射エネルギー密度の有効領域４４は、１．０Ｊ／ｃｍ2以上１．４Ｊ／ｃｍ2以下であることが好ましい。また、２台目のレーザーの照射エネルギー密度は、パーティクルの吹き飛んだウエハーの表面層を活性化でき、かつウエハーの表面に加工跡を残さない大きさであれば良い。したがって、２台目のレーザーの照射エネルギー密度の有効領域４５は、０．６Ｊ／ｃｍ2以上１．４Ｊ／ｃｍ2以下であることが好ましい。
【００６３】
次に、遅延時間について説明する。図５は、不純物濃度と、遅延時間と、の関係について示す説明図である。図５においては、縦軸が従来の電気炉アニールによって９００℃の温度で３０分間アニールを行った際の不純物のピーク濃度を１００％とした場合の割合を示しており、横軸が１ｓｔパルスと２ｎｄパルスの遅延時間を示している。
【００６４】
図５に示すように、遅延時間が０ｎｓ以上１２００ｎｓ以下の場合、不純物のピーク濃度が７０％以上となり、活性化に効果的であることがわかる。また、好ましくは、遅延時間が、２００ｎｓ以上９００ｎｓ以下の場合、不純物のピーク濃度が９０％以上となり、活性化にさらに効果的であることがわかる。
【００６５】
（実施例１）
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。
【００６６】
なお、シリコンウエハーの表面層にボロンをイオン注入した後に、さらにシリコンウエハーの最表面層にＢＦ2をイオン注入しても良い。このようにすることで、シリコンウエハーの最表面にｐコンタクト層が形成され、シリコンウエハーの裏面側の表面に接する裏面電極とのオーミックを取ることができる。
【００６７】
続いて、２台のレーザー照射装置を用いて、ボロンの注入面に、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６または図７に示す。なお、図６または図７において、深さ０μｍは、レーザー照射面である（図８および図１０においても同じ）。
【００６８】
図６において、実施例１ａは、１台目のレーザーの照射エネルギー密度を１．０Ｊ／ｃｍ2とし、２台目のレーザーの照射エネルギー密度を０．６Ｊ／ｃｍ2として照射した場合の測定結果である。比較例１および比較例２は、１台目のレーザーの照射エネルギー密度を０．７Ｊ／ｃｍ2とし、２台目のレーザーの照射エネルギー密度を０．９Ｊ／ｃｍ2として照射した場合の測定結果である。なお、比較例１は、パーティクルが付着されていない領域を測定し、比較例２は、パーティクルが付着されている領域を測定した。
【００６９】
図６に示すように、実施例１ａにおいては、レーザー照射面から０．３μｍ程度の深さまで、ボロンが十分に拡散していることがわかる。一方、比較例１においては、照射エネルギー密度が小さく、不純物濃度が低くなっていることで、活性化が不十分なことがわかる。さらに、比較例２においては、シリコンウエハーの表面に付着したパーティクルが残っているため、全く活性化されていないことがわかる。
【００７０】
このように、１台目のレーザーと２台目のレーザーの合計の照射エネルギー密度が１．６Ｊ／ｃｍ2以上であっても、１台目のレーザーの照射エネルギー密度が１．０Ｊ／ｃｍ2未満であると、活性化が不十分であることがわかる。
【００７１】
次に、図７を用いて、１台目と２台目のレーザーの照射エネルギー密度が同じである場合について説明する。このようにすることで、レーザー照射装置から照射されるレーザーの条件を、１台目および２台目で変更する必要がなく、設定が容易である。図７において、実施例１ｂは、１台目および２台目のレーザーの照射エネルギー密度を１．７Ｊ／ｃｍ2として照射した場合の測定結果である。比較例３および比較例４は、１台目および２台目のレーザーの照射エネルギー密度を０．５Ｊ／ｃｍ2として照射した場合の測定結果である。なお、比較例３は、パーティクルが付着されていない領域を測定し、比較例４は、パーティクルが付着されている領域を測定した。
【００７２】
図７に示すように、実施例１ｂの場合、シリコンウエハーの表面にアブレーションが生じ、ウエハーの表面に付着していたパーティクルが吹き飛ぶことで、不純物濃度が濃くなっているため、十分な活性化が実現できていることがわかる。
【００７３】
一方、比較例３においては、照射エネルギー密度が小さく、不純物濃度が低くなっていることで、活性化が不十分なことがわかる。また、比較例４においては、シリコンウエハーの表面に付着したパーティクルが残っているため、全く活性化されていないことがわかる。
【００７４】
実施の形態１によれば、１台目のレーザーを照射することで、ウエハーの表面にアブレーションが生じ、ウエハーの表面に付着していたパーティクルを吹き飛ばすことができる。そして、２台目のレーザーによって不純物層を活性化する際に、パーティクルによる影響を受けず、照射むらを防ぐことができる。したがって、不純物層を正常に活性化することができるので、デバイス不良を防ぐことができる。また、１ｓｔパルスに対する２ｎｄパルスの遅延時間や、１ｓｔパルスと２ｎｄパルスの各照射エネルギー密度などを変えることにより、またレーザー照射装置の台数を増やすことにより、ボロンの拡散深さや濃度を調整することができる。
【００７５】
なお、実施の形態１においては、レーザー照射装置が２台の場合について示したが、これに限るものではない。例えば、３台以上のレーザー照射装置を用いても良い。この場合、１台目のレーザーの照射エネルギー密度が１．０Ｊ／ｃｍ2以上であり、２台目以降の全てのレーザーの照射エネルギー密度が０．６Ｊ／ｃｍ2以上であれば良い。
【００７６】
また、レーザー照射装置の台数やレーザー照射条件は、上述の範囲を満たしていれば、所望の特性が得られるように、ドーパントの拡散深さや活性化率に応じて、適宜、選択しても良い。
【００７７】
なお、上記のレーザー照射条件のうち、１ｓｔパルスに対する２ｎｄパルスの遅延時間を０ｎｓ以上１０００ｎｓ以下とするためには、２台のレーザー照射装置を用いるのが好適である。ただし、レーザーとして同一の種類のレーザーを照射する場合であって、レーザー光を１０００ｎｓ以下の間隔で連続して照射できれば、１台のレーザー照射装置でもよい。
【００７８】
（実施の形態２）
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。
【００７９】
実施の形態２は、図１５に示すように、ウエハーの裏面側にリン（Ｐ+）およびボロン（Ｂ+）をこの順でそれぞれ注入してｎ+層１０ａおよびｐ+層８ａを形成した後、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。このレーザーアニールによってｎ+層およびｐ+層を活性化して、図１６に示すｎ+バッファ層１０およびｐ+コレクタ層８をそれぞれ形成する。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。その他の工程およびレーザー照射条件などは、実施の形態１と同様のため説明を省略する。
【００８０】
（実施例２）
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。
【００８１】
図８において、実施例２は、１台目のレーザーの照射エネルギー密度を１．０Ｊ／ｃｍ2とし、２台目のレーザーの照射エネルギー密度を０．６Ｊ／ｃｍ2として照射した場合の測定結果である。比較例５および比較例６は、１台目のレーザーの照射エネルギー密度を０．７Ｊ／ｃｍ2とし、２台目のレーザーの照射エネルギー密度を０．９Ｊ／ｃｍ2として、照射した場合の測定結果である。なお、比較例５は、パーティクルが付着されていない領域を測定し、比較例６は、パーティクルが付着されている領域を測定した。
【００８２】
図８に示すように、実施例２においては、レーザー照射面から０．３μｍ程度の深さまで、ボロンが十分に拡散し、０．３μｍ程度の深さから０．８μｍ程度の深さまで、リンが十分に拡散していることがわかる。一方、比較例５においては、照射エネルギー密度が小さく、不純物濃度が低くなっていることで、活性化が不十分なことがわかる。さらに、リンがほとんど活性化されていないことがわかる。また、比較例６においては、シリコンウエハーの表面に付着したパーティクルが残っているため、ボロンおよびリンが全く活性化されていないことがわかる。
【００８３】
このように、連続層を活性化させる場合においても、単層を活性化させる場合と同様に、１台目のレーザーと２台目のレーザーの合計の照射エネルギー密度が１．６Ｊ／ｃｍ2以上であっても、１台目のレーザーの照射エネルギー密度が１．０Ｊ／ｃｍ2未満であると、活性化が不十分であることがわかる。
【００８４】
実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態２によれば、ウエハーの表面からの深さが異なる連続層を活性化することができる。また、連続層を活性化する場合でも、１ｓｔパルスに対する２ｎｄパルスの遅延時間や、１ｓｔパルスと２ｎｄパルスの各照射エネルギー密度などを変えることにより、またレーザー照射装置の台数を増やすことにより、リンやボロンの拡散深さや濃度を調整することができる。
【００８５】
（実施の形態３）
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。
【００８６】
具体的には、エキシマレーザーの侵入長が例えば０．１μｍ程度の場合、ウエハーの表面から０．１μｍ程度の領域が例えば１０００℃程度の高温に加熱される。そして、熱の拡散により、ウエハーの表面から、例えば０．５μｍ程度の領域まで活性化することができる。
【００８７】
一方、例えば、波長が７９４ｎｍ程度の半導体レーザーのシリコンに対する侵入長は、約１０μｍ程度である。このため、シリコンウエハーの裏面側から比較的深い領域を加熱し、活性化させることができる。
【００８８】
具体的には、半導体レーザーの侵入長が例えば１０μｍ程度の場合、この範囲が例えば５００℃程度の温度に加熱される。このように、半導体レーザーによる加熱は、エキシマレーザーなどによる加熱よりも温度が低いため、活性化できる領域は、ウエハーの表面から、例えば５．０μｍ程度である。
【００８９】
次に、エキシマレーザーと半導体レーザーとのエネルギー密度の有効領域について説明する。図９は、エキシマレーザーと半導体レーザーとのエネルギー密度の有効領域について示す説明図である。図９において、エキシマレーザーの照射エネルギー密度の有効領域は、ウエハーの表面のパーティクルを吹き飛ばし、パーティクルの吹き飛んだウエハーの表面層を活性化でき、かつウエハーの表面に加工跡を残さない大きさであれば良い。その理由は、２台目の半導体レーザーが、１台目のエキシマレーザーによって活性化するウエハーの表面から比較的近い領域の活性化に寄与しないためである。したがって、エキシマレーザーの照射エネルギー密度の有効領域５４は、１．２Ｊ／ｃｍ2以上１．４Ｊ／ｃｍ2以下であることが好ましい。また、半導体レーザーの照射エネルギー密度の有効領域６４は、例えば３．０Ｊ／ｃｍ2以上である。
【００９０】
ここで、半導体レーザーの照射エネルギー密度の有効領域６４の上限値は、ウエハーのおもて面側に影響を与えない大きさ、特におもて面側の例えばアルミニウム電極が溶ける温度（５００℃程度）に達しない大きさであれば良い。したがって、半導体レーザーの照射エネルギー密度の有効領域の上限値は、例えば３０Ｊ／ｃｍ2より大きくても良い。
【００９１】
（実施例３）
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。
【００９２】
図１０において、実施例３は、１台目のＸｅＣｌパルスレーザーの照射エネルギー密度を１．３Ｊ／ｃｍ2とし、２台目の半導体レーザーの照射エネルギー密度を４．０Ｊ／ｃｍ2として照射した場合の測定結果である。比較例７および比較例８は、１台目のＸｅＣｌパルスレーザーの照射エネルギー密度を０．８Ｊ／ｃｍ2とし、２台目の半導体レーザーの照射エネルギー密度を２．０Ｊ／ｃｍ2として照射した場合の測定結果である。なお、比較例７は、パーティクルが付着されていない領域を測定し、比較例８は、パーティクルが付着されている領域を測定した。
【００９３】
図１０に示すように、実施例３においては、レーザー照射面から０．３μｍ程度の深さまで、ボロンが十分に拡散し、０．３μｍ程度の深さから０．８μｍ程度の深さまで、リンが十分に拡散していることがわかる。一方、比較例７においては、照射エネルギー密度が小さく、不純物濃度が低くなっていることで、活性化が不十分なことがわかる。さらに、リンがほとんど活性化されていないことがわかる。また、比較例８においては、シリコンウエハーの表面に付着したパーティクルが残っているため、ボロンおよびリンが全く活性化されていないことがわかる。
【００９４】
実施の形態３によれば、実施の形態１または実施の形態２と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態３によれば、ウエハーの表面から比較的深い領域を活性化する際にも適用することができる。
【００９５】
（実施の形態４）
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。
【００９６】
なお、実施の形態４においては、レーザー照射装置を２台用いる場合、２台目の全固体レーザーまたはエキシマレーザーの照射エネルギー密度は、１．２Ｊ／ｃｍ2以上、かつウエハーの裏面側の表面のレーザーの照射箇所に加工跡が残らない大きさ以下であれば良い。その理由は、１台目の半導体レーザーが、２台目の全固体レーザーまたはエキシマレーザーによって活性化するウエハーの表面から比較的近い領域の活性化に寄与しないためである。
【００９７】
また、レーザー照射装置を３台以上用いる場合、２台目以降の全固体レーザーまたはエキシマレーザーの照射エネルギー密度は、２台目のレーザーが１．０Ｊ／ｃｍ2以上、かつウエハーの裏面側の表面のレーザーの照射箇所に加工跡が残らない大きさ以下であり、３台目以降のレーザーが、０．６Ｊ／ｃｍ2以上、かつウエハーの裏面側の表面のレーザーの照射箇所に加工跡が残らない大きさ以下であれば良い。その理由は、２台目のレーザーによってウエハー表面のパーティクルを除去し、３台目以降のレーザーで活性化を行うことができるためである。
【００９８】
なお、半導体レーザーは、パルス状のレーザーを照射する方法ではなく、レーザーを照射し続ける連続照射方法でも良い。その理由は、半導体レーザーを照射し続けていても、ウエハーの裏面側の表面のレーザーの照射箇所に加工跡が残らず、かつ照射した領域に対する加熱温度が低いため、ウエハーのおもて面側に影響を与えないためである。
【００９９】
実施の形態４によれば、実施の形態１〜実施の形態３と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態４によれば、半導体レーザーを照射し、ウエハーの表面から比較的深い領域を活性化させている間に、ウエハーの表面のパーティクルを吹き飛ばすことができる。このため、連続層を活性化させる際に、レーザーアニールを行う時間を低減することができる。
【０１００】
なお、実施の形態２〜実施の形態４において、ウエハーの表面から比較的浅い領域を活性化させるための全固体レーザーまたはエキシマレーザーは、波長が１５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であれば良い。その理由は、波長が１５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であると、シリコンへの光の吸収によって、シリコンの表面から０．３μｍ以上１μｍ以下程度の深さの領域を活性化することができるためである。
【０１０１】
また、実施の形態３または実施の形態４においては、波長が７９４ｎｍの半導体レーザーを用いたが、これに限るものではない。半導体レーザーは、所望の照射エネルギー密度が得られるものであれば、波長は適宜選択することができる。例えば、４５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の半導体レーザーであれば良い。特に、波長が８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の半導体レーザーは、出力の大きなレーザー光源が安価であるので、半導体装置の製造コストを低く抑えるのに有利である。
【０１０２】
また、半導体レーザーは、波長がパルス状のレーザーの波長とは異なるものを用いると、パルス状のレーザーによって活性化される部分とは、ウエハーの表面からの距離が異なる部分を活性化させることができる。たとえば、波長が８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下であると、シリコンへの光の吸収によって、シリコンの表面から５μｍ程度の深さの領域を活性化することができる。
【０１０３】
なお、本発明においては、全固体レーザーとして、ＹＡＧ２ωレーザー以外に、ＹＡＧ２ωと基本波長が同程度（５３２ｎｍ）のＹＬＦ２ω、ＹＶＯ４（２ω）や、基本波長が３５５ｎｍ程度のＹＡＧ３ω、ＹＬＦ３ω、ＹＶＯ４（３ω）等のレーザーを用いても良い。また、エキシマレーザーとして、ＸｅＣｌ（波長：３０８ｎｍ）以外に、ＸｅＦ（波長：３５１ｎｍ）、ＫｒＦ（波長：２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（波長：１９３ｎｍ）等のレーザーを用いても良い。また、本発明にかかるレーザーアニール法によって、ＦＳ型ＩＧＢＴや逆阻止ＩＧＢＴのｐ層の単層（コレクタ層）を活性化させても良い。また、本発明は、ＩＧＢＴに限らず、ＩＣやＭＯＳなどの半導体素子の製造にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
以上のように、本発明にかかる半導体素子の製造方法は、デバイス厚の薄い半導体素子を製造するのに有用であり、特に、汎用インバータ、ＡＣサーボ、無停電電源（ＵＰＳ）またはスイッチング電源などの産業分野や、電子レンジ、炊飯器またはストロボなどの民生機器分野に用いられるＩＧＢＴなどの電力用半導体素子の製造に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】２台のレーザー照射装置からそれぞれ照射されるパルス状のレーザーのパルス波形を示す説明図である。
【図２】ウエハーの表面の状態について示す説明図である。
【図３】全固体レーザーの照射エネルギー密度の有効領域について示す説明図である。
【図４】エキシマレーザーの照射エネルギー密度の有効領域について示す説明図である。
【図５】不純物濃度と、遅延時間と、の関係について示す説明図である。
【図６】実施の形態１により得られたシリコンウエハーの深さ方向の濃度プロファイルを示す図である。
【図７】実施の形態１により得られたシリコンウエハーの深さ方向の濃度プロファイルを示す図である。
【図８】実施の形態２により得られたシリコンウエハーの深さ方向の濃度プロファイルを示す図である。
【図９】エキシマレーザーと半導体レーザーとのエネルギー密度の有効領域について示す説明図である。
【図１０】実施の形態３により得られたシリコンウエハーの深さ方向の濃度プロファイルを示す図である。
【図１１】ＮＰＴ型ＩＧＢＴの断面構造の一例を示す図である。
【図１２】ＦＳ型ＩＧＢＴの断面構造の一例を示す図である。
【図１３】おもて面側プロセス終了後の断面図である。
【図１４】基板研削プロセスの断面図である。
【図１５】裏面イオン注入プロセスの断面図である。
【図１６】裏面アニールプロセスの断面図である。
【図１７】裏面電極膜形成プロセスの断面図である。
【図１８】逆阻止ＩＧＢＴの断面構造の一例を示す図である。
【図１９】従来のレーザーアニールにおける問題点について示す説明図である。
【図２０】従来のレーザーアニールにおける問題点について示す説明図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１  ウエハー
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
【図１】
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【図２】
2010141136.tif 000004
【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】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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