(57)【要約】【課題】  不純物の活性化アニールの品質を高めることが可能な半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  表層部に、第１の不純物がドープされた第１の層と、第１の層よりも深い領域に、第１の層の不純物濃度よりも低濃度に、第２の不純物がドープされた第２の層とを含む半導体基板の表層部に、第１のレーザパルスを入射させて、表層部を溶融させることなく、第２の層の第２の不純物を活性化させる。半導体基板の表層部に、第１のレーザパルスのパルス幅よりも短い第２のレーザパルスを入射させて、第１の層を溶融させ、第２の層は溶融させることなく、第１の層の第１の不純物を活性化させる。第２のレーザパルスの入射領域が第１のレーザパルスの入射領域の内部に配置され、第２のレーザパルスの入射領域の面積が、第１のレーザパルスの入射領域の面積の９０％〜１００％の範囲内である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層部に、第１の不純物がドープされた第１の層と、前記第１の層よりも深い領域に、前記第１の層の不純物濃度よりも低濃度に、第２の不純物がドープされた第２の層とを含む半導体基板の前記表層部に、第１のレーザパルスを入射させて、前記表層部を溶融させることなく、前記第２の層の第２の不純物を活性化させる工程と、
前記半導体基板の前記表層部に、前記第１のレーザパルスのパルス幅よりも短い第２のレーザパルスを入射させて、前記第１の層を溶融させ、前記第２の層は溶融させることなく、前記第１の層の前記第１の不純物を活性化させる工程と
を有し、
前記第２のレーザパルスの入射領域が前記第１のレーザパルスの入射領域の内部に配置され、第２のレーザパルスの入射領域の面積が、第１のレーザパルスの入射領域の面積の５０％〜１００％の範囲内である半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１のレーザパルスの光源は半導体レーザ発振器であり、前記第２のレーザパルスの光源は固体レーザ発振器であり、
前記第１のレーザパルスのパルス幅をＰＷ１、前記第１のレーザパルスの立下り時刻をｔ４、前記第２のレーザパルスの立ち上がり時刻をｔ２、第１のレーザパルスの繰り返し周期をＴで表したとき、
−０．７×ＰＷ１≦ｔ２−ｔ４≦Ｔ／１０
を満たすタイミングで前記第１のレーザパルス及び前記第２のレーザパルスを前記半導体基板に入射させる請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１のレーザパルスの入射領域と、前記第２のレーザパルスの入射領域とは、実質的に一致する請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板を、その表面に平行な第１の方向に移動させながら、前記第１のレーザパルスと前記第２のレーザパルスとを、周期的に前記半導体基板の前記表層部に入射させる工程と、
前記半導体基板を、前記第１の方向とは反対向きに移動させながら、前記第１のレーザパルスと前記第２のレーザパルスとを、周期的に前記半導体基板の前記表層部に入射させる工程と
を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１のレーザパルスの波長は、前記半導体基板への光侵入長が、前記半導体基板の表面から前記第２の層の底面までの深さよりも長くなるように選択されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１のレーザパルスの波長は、前記半導体基板への光侵入長が、前記半導体基板の厚さよりも短くなるように選択されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームの照射によって、半導体基板に注入された不純物を活性化させる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板に不純物をイオン注入により導入した後、レーザビームを照射して不純物を活性化させることにより、電極層及びフィールドストップ層を形成する半導体装置の製造方法が、特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の技術においては、半導体素子の表面構造を作製した後、基板を薄くする。その後、裏面にイオン注入を行い、２台のレーザ発振器を用いてパルスレーザビームを照射する。２台のレーザ発振器から射出されるレーザパルスの時間差が６００ｎｓ以下に設定される。
【０００３】
詳細には、ｎ−型のシリコン基板の裏面側から、例えば、リンイオンをフィールドストップ層形成予定領域にイオン注入する。このとき、フィールドストップ層のピーク濃度が５×１０１８ｃｍ−３以下となるように、ドーズ量を１×１０１４ｃｍ−２以下とする。続いて、ｐ＋型コレクタ層及びｎ＋型カソード層のピーク濃度が１×１０２１ｃｍ−３以下となるように、ドーズ量を５×１０１６ｃｍ−２以下として、例えば、ボロンイオン及びリンイオンを、それぞれｐ＋型コレクタ層形成予定領域及びｎ＋型カソード層形成予定領域に注入する。
【０００４】
このような高濃度でイオンが注入されたｎ＋型カソード層などは、シリコン基板の結晶性が破壊されてアモルファス化してしまうことが知られている。特許文献１に記載の半導体装置の製造方法においては、レーザ照射によって、固相拡散による欠陥回復、及びレーザ照射面（基板裏面）から深さ１μｍを超える深い部分に注入された不純物の活性化が行われる。十分な温度上昇及び加熱時間が確保できず、不純物の活性化が不十分となる場合がある。深い部分の活性化を十分に行うために、照射するレーザビームのパルスエネルギ密度を上げると、溶融深さが深くなってしまう。深い部分まで溶融すると、深さ方向に関する不純物濃度分布が変化して、設計通りの特性が得られない場合がある。さらに、基板表面の荒れがひどくなるなどの不具合が発生する。
【０００５】
半導体基板が溶融しない範囲のパルスエネルギ密度で、パルスレーザビームを照射してレーザアニールを行う技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この方法では、不純物が高濃度でイオン注入されてアモルファス化した領域の結晶性を、十分回復させ、かつ注入された不純物を十分活性化することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１７１０５７号公報
【特許文献２】特開２００９−０３２８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、不純物の活性化アニールの品質を高めることが可能な半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によると、
表層部に、第１の不純物がドープされた第１の層と、前記第１の層よりも深い領域に、前記第１の層の不純物濃度よりも低濃度に、第２の不純物がドープされた第２の層とを含む半導体基板の前記表層部に、第１のレーザパルスを入射させて、前記表層部を溶融させることなく、前記第２の層の第２の不純物を活性化させる工程と、
前記半導体基板の前記表層部に、前記第１のレーザパルスのパルス幅よりも短い第２のレーザパルスを入射させて、前記第１の層を溶融させ、前記第２の層は溶融させることなく、前記第１の層の前記第１の不純物を活性化させる工程と
を有し、
前記第２のレーザパルスの入射領域が前記第１のレーザパルスの入射領域の内部に配置され、第２のレーザパルスの入射領域の面積が、第１のレーザパルスの入射領域の面積の９０％〜１００％の範囲内である半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
第１の層及び第２の層の不純物の活性化アニールの品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施例による半導体装置の製造方法に用いられるレーザアニール装置の概略図である。
【図２】図２Ａは、実施例による方法で製造されるＩＧＢＴの断面図であり、図２Ｂは、ＩＧＢＴの製造途中段階における断面図である。
【図３】図３Ａは、実施例による方法で照射される第１及び第２のレーザパルスの時間波形の一例を示すグラフであり、図３Ｂは、レーザパルスの入射領域の平面図であり、図３Ｃは、レーザパルスの入射領域の他の構成例の平面図である。
【図４】図４は、半導体基板の深さ方向に関する不純物濃度分布の一例を示すグラフである。
【図５】図５は、シリコンウエハに第１のレーザパルスを照射した時のシリコンウエハの到達温度と、パルス幅との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】図６は、深さ方向の不純物濃度分布と、アニール後のキャリア濃度分布とを示すグラフである。
【図７】図７Ａは、リンをイオン注入したシリコンウエハの表層部の断面ＴＥＭ像であり、図７Ｂは、第２のレーザパルスを照射した後のシリコンウエハの表層部の断面ＴＥＭ像であり、図７Ｃは、第１のレーザパルスを照射した後のシリコンウエハの表層部の断面ＴＥＭ像である。
【図８】図８Ａは、実施例による方法でレーザアニールを行う時のレーザパルスの時間波形の一例を示すグラフであり、図８Ｂは、図８Ａの第１及び第２のレーザパルスをシリコンウエハに照射した時の、シリコンウエハの温度変化のシミュレーション結果を示すグラフであり、図８Ｃは、シリコンウエハの溶融深さの時間変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】図９は、第１のレーザパルスの立下り時刻から第２のレーザパルスの立上り時刻までの経過時間（遅延時間）と、シリコンウエハを溶融させるのに必要な第２のレーザパルスのフルエンスとの関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、活性化アニール前の不純物濃度分布、及び活性化アニール後のキャリア濃度分布の測定結果を示すグラフである。
【図１１】図１１は、活性化アニール前の不純物濃度分布、及び活性化アニール後のキャリア濃度分布の測定結果を示すグラフである。
【図１２】図１２Ａは、半導体ウエハの全面を活性化アニールするときのパルスレーザビームの走査経路を示す平面図であり、図１２Ｂ及び図１２Ｃは、連続波レーザビームとパルスレーザビームとを用いてアニールを行うときのレーザ入射領域の平面図及び半導体ウエハの１点に入射するレーザエネルギの時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に、実施例による半導体装置の製造方法に用いられるレーザアニール装置の概略図を示す。半導体レーザ発振器（第１のレーザ発振器）２１が、例えば波長８０８ｎｍの準連続発振（ＱＣＷ）レーザビームを射出する。なお、波長９５０ｎｍ以下のパルスレーザビームを射出する半導体レーザ発振器を用いてもよい。固体レーザ発振器（第２のレーザ発振器）３１が、緑色の波長域のパルスレーザビームを射出する。固体レーザ発振器３１には、例えば第２高調波を射出するＮｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ等が用いられる。
【００１２】
半導体レーザ発振器２１から射出したパルスレーザビーム及び固体レーザ発振器３１から射出したパルスレーザビームが、伝搬光学系２７を経由して、アニールの対象の半導体基板５０に入射する。半導体レーザ発振器２１から射出したパルスレーザビームと固体レーザ発振器３１から射出したパルスレーザビームとは、半導体基板５０の表面の同一の領域に入射する。
【００１３】
次に、伝搬光学系２７の構成及び作用について説明する。半導体レーザ発振器２１から射出したパルスレーザビームが、アッテネータ２２、ビームエキスパンダ２３、ホモジナイザ２４、ダイクロイックミラー２５、及び集光レンズ２６を経由して、半導体基板５０に入射する。
【００１４】
固体レーザ発振器３１から射出したパルスレーザビームが、アッテネータ３２、ビームエキスパンダ３３、ホモジナイザ３４、ベンディングミラー３５、ダイクロイックミラー２５、及び集光レンズ２６を経由して、半導体基板５０に入射する。
【００１５】
ビームエキスパンダ２３、３３は、入射したパルスレーザビームをコリメートするとともに、ビーム径を拡大する。ホモジナイザ２４、３４及び集光レンズ２６は、半導体基板５０の表面におけるビーム断面を長尺形状に整形するとともに、ビーム断面内の光強度分布を均一化する。半導体レーザ発振器２１から射出したパルスレーザビームと、固体レーザ発振器３１から射出したパルスレーザビームとは、半導体基板５０の表面において、ほぼ同一の長尺領域に入射する。
【００１６】
半導体基板５０は、ステージ４１に保持されている。半導体基板５０の表面に平行な面をＸＹ面とし、半導体基板５０の表面の法線方向をＺ方向とするＸＹＺ直交座標系を定義する。制御装置２０が、半導体レーザ発振器２１、固体レーザ発振器３１、及びステージ４１を制御する。ステージ４１は、制御装置２０からの制御を受けて、半導体基板５０をＸ方向及びＹ方向に移動させる。
【００１７】
図２Ａに、実施例による方法で製造される半導体装置の例として、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の断面図を示す。ＩＧＢＴは、ｎ型のシリコンからなる半導体基板５０の一方の面（以下、「第１の面」という。）５０Ｔにエミッタとゲートとを形成し、もう一方の面（以下、「第２の面」という。）５０Ｂにコレクタを形成することで作製される。半導体基板５０として、通常はシリコン単結晶基板が用いられる。エミッタとゲートを形成する面の構造は、一般的なＭＯＳＦＥＴの作製工程と同様の工程で作製される。例えば、図２Ａに示すように、半導体基板５０の第１の面５０Ｔの表層部に、ｐ型のベース領域５１、ｎ型のエミッタ領域５２、ゲート電極５３、ゲート絶縁膜５４、エミッタ電極５５が配置される。ゲート−エミッタ間の電圧で、電流のオンオフ制御を行うことができる。
【００１８】
半導体基板５０の第２の面５０Ｂの表層部に、ｐ型のコレクタ層５７及び低濃度のｎ型のバッファ層５６が形成されている。バッファ層５６は、コレクタ層５７よりも深い領域
に配置される。コレクタ層５７及びバッファ層５６は、それぞれ不純物として、例えばボロン及びリンをイオン注入し、活性化アニールを行うことにより形成される。この活性化アニールに、図１に示したレーザアニール装置が適用される。コレクタ電極５８が、活性化アニールの後に、コレクタ層５７の表面に形成される。
【００１９】
第２の面５０Ｂからコレクタ層５７とバッファ層５６との界面までの深さは、例えば約０．３μｍである。第２の面からバッファ層５６の最も深い位置までの深さは、例えば１μｍ〜５μｍの範囲内である。
【００２０】
図２Ｂに、レーザアニールを行う段階の半導体基板５０の断面図を示す。半導体基板５０の第２の面５０Ｂの表層部５７ａに、ボロンがイオン注入されている。表層部５７ａより深い領域５６ａに、リンがイオン注入されている。表層部５７ａ内のボロン、及び深い領域５６ａ内のリンは、活性化していない。表層部５７ａのボロン濃度は、深い領域５６ａのリン濃度より高い。本明細書において、表層部５７ａを「高濃度層」といい、深い領域５６ａを「低濃度層」という。ボロンのドーズ量が多いため、高濃度層５７ａはアモルファス状態になっている。高濃度層５７ａと低濃度層５６ａとの界面より深い領域は、単結晶状態のままである。半導体基板５０の第１の面５０Ｔには、図２Ａに示した素子構造が形成されている。
【００２１】
図３Ａに、半導体基板５０（図２Ｂ）に入射するレーザパルス波形の概略を示す。図３Ａでは、パルス波形を長方形で表しているが、実際のパルス波形は、パルスの立ち上がり、減衰、及び立ち下がり等の部分を含む。図３Ａに示されたパルス波形の射出タイミングは、制御措置２０（図１）が半導体レーザ発振器２１及び固体レーザ発振器３１を制御することにより決定される。
【００２２】
時刻ｔ１に、半導体レーザ発振器２１から射出した第１のレーザパルスＬＰ１の、半導体基板５０への入射が開始する。時刻ｔ１の後の時刻ｔ２に、固体レーザ発振器３１から射出した第２のレーザパルスＬＰ２が半導体基板５０に入射する。第１のレーザパルスＬＰ１と第２のレーザパルスＬＰ２とが入射する領域は、ほぼ重なる。第２のレーザパルスＬＰ２のピークパワーは、第１のレーザパルスＬＰ１のピークパワーより高く、第２のレーザパルスＬＰ２のパルス幅ＰＷ２は、第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅ＰＷ１より短い。時刻ｔ３で、第２のレーザパルスＬＰ２の入射が終了する。その後、時刻ｔ４で、第１のレーザパルスＬＰ１の入射が終了する。なお、時刻ｔ４の後に、第２のレーザパルスＬＰ２を入射させる場合もある。
【００２３】
第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅ＰＷ１は、例えば１０μｓ以上である。第２のレーザパルスＬＰ２のパルス幅ＰＷ２は、例えば１μｓ以下である。一例として、パルス幅ＰＷ１が１０μｓ〜３０μｓの範囲内であり、パルス幅ＰＷ２が１００ｎｓ〜２００ｎｓの範囲内である。第２のレーザパルスＬＰ２のパルス幅ＰＷ２を、第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅ＰＷ１の１／１０以下とすることが好ましい。
【００２４】
図３Ｂに、半導体基板５０（図２Ｂ）の第２の面５０Ｂにおけるレーザパルスの入射領域の平面図を示す。第１のレーザパルスＬＰ１（図３Ａ）及び第２のレーザパルスＬＰ２（図３Ａ）は、半導体基板５０の第２の面５０Ｂ（図２Ｂ）において、Ｘ方向に長い同一の領域４０に入射する。例えば、ビーム入射領域４０の好適な長さＬ及び幅Ｗｔは、それぞれ２ｍｍ〜４ｍｍ及び２００μｍ〜４００μｍである。
【００２５】
アニール中は、半導体基板５０（図２Ｂ）をＹ方向に移動させながら、第１のレーザパルスＬＰ１及び第２のレーザパルスＬＰ２（図３Ａ）を、一定の繰り返し周波数で半導体基板５０に入射させる。第１のレーザパルスＬＰ１及び第２のレーザパルスＬＰ２の繰り
返し周波数の１周期の間に半導体基板５０が移動する距離をＷｏで表す。時間軸上で隣り合う２つの第１のレーザパルスＬＰ１のビーム入射領域４０は、相互に部分的に重なる。両者の重複率Ｗｏ／Ｗｔは、例えば５０％である。
【００２６】
図３Ａに示した時刻ｔ１で第１のレーザパルスＬＰ１の入射が開始すると、半導体基板５０の第２の面５０Ｂ（図２Ｂ）の表層部の温度が上昇し始める。時刻ｔ２の時点で、半導体基板５０の第２の面５０Ｂの温度は、アモルファスシリコンの融点（１３００Ｋ〜１４３０Ｋ）まで達していない。時刻ｔ２で第２のレーザパルスＬＰ２を入射させると、半導体基板５０の第２の面５０Ｂの表層部の温度がアモルファスシリコンの融点まで達し、表層部が溶融する。溶融した部分は、高濃度層５７ａ（図２Ｂ）の底面まで達する。
【００２７】
第２のレーザパルスＬＰ２の入射が終了すると、半導体基板５０の表層部の温度が低下し、固化する。このとき、単結晶の低濃度層５６ａ（図２Ｂ）から結晶がエピタキシャル成長することにより、高濃度層５７ａが単結晶になる。同時に、高濃度層５７ａに注入されている不純物が活性化する。
【００２８】
時刻ｔ３以降も、第１のレーザパルスＬＰ１（図３Ａ）の入射が継続しているため、半導体基板５０の第２の面５０Ｂから深い低濃度層５６ａまで加熱され、温度が上昇する。これにより、低濃度層５６ａ（図２Ｂ）に注入されている不純物が活性化する。時刻ｔ４で第１のレーザパルスＬＰ１の入射が終了する時点で、半導体基板５０の第２の面５０Ｂの温度は、単結晶シリコンの融点まで到達しない。このため、再結晶化した半導体基板５０の第２の面５０Ｂの表層部は再溶融しない。
【００２９】
時刻ｔ４よりも後に第２のレーザパルスＬＰ２を入射させる場合には、第１のレーザパルスＬＰ１の照射によって低濃度層５６ａ内の不純物が活性化する。その後、第２のレーザパルスＬＰ２の照射によって高濃度層５７ａ（図２Ｂ）を溶融させる。高濃度層５７ａが再結晶化する時に、高濃度層５７ａ内の不純物が活性化する。
【００３０】
図３Ｂでは、半導体基板５０の表面における第１のレーザパルスＬＰ１の入射領域４０と第２のレーザパルスＬＰ２の入射領域４０とを、ほぼ一致させたが、必ずしも両者を一致させる必要はない。図３Ｃに示すように、第１のレーザパルスＬＰ１の入射領域４０Ａを第２のレーザパルスＬＰ２の入射領域４０Ｂよりもやや大きくしてもよい。このとき、第２のレーザパルスＬＰ２の入射領域４０Ｂが、第１のレーザパルスＬＰ１の入射領域４０Ａに含まれる。
【００３１】
第１のレーザパルスＬＰ１の入射領域４０Ａと第２のレーザパルスＬＰ２の入射領域４０Ｂとの面積を同一にして両者を一致させる構成とした場合、両者の光軸のずれに対する余裕（マージン）がほとんどなくなる。図３Ｃに示したように、第１のレーザパルスＬＰ１の入射領域４０Ａを第２のレーザパルスＬＰ２の入射領域４０Ｂより大きくすると、両者の光軸がずれた場合でも、ずれ量が小さければ、第２のレーザパルスＬＰ２の入射領域４０Ｂが第１のレーザパルスＬＰ１の入射領域４０Ａの内側に収まる。このため、光軸合わせ余裕（マージン）を大きくすることができる。
【００３２】
第１のレーザパルスＬＰ１の入射領域４０Ａと、第２のレーザパルスＬＰ２の入射領域４０Ｂとが重なった領域で、高濃度層５７ａ及び低濃度層５６ａ（図２Ｂ）の不純物の活性化が行われる。第１のレーザパルスＬＰ１の入射領域４０Ａを第２のレーザパルス４０Ｂの入射領域４０Ｂに対して大きくしすぎると、第１のレーザパルスＬＰ１の重複率が高くなりすぎ、無駄が多くなる。第１のレーザパルスＬＰ１の重複率は、好ましくは５０％以上である。第２のレーザパルスは、時間軸上で隣り合う２つのショットの入射領域の間に隙間ができないように照射しなければならない。上述の要請を見たし、かつ照射無駄な
エネルギを削減するために、第２のレーザパルスＬＰ２の入射領域４０Ｂの面積を、第１のレーザパルスＬＰ１の入射領域４０Ａの面積の５０％〜１００％とすることが好ましい。
【００３３】
図４に、半導体基板５０の深さ方向に関する不純物濃度分布の一例を示す。図４の横軸は、半導体基板５０の第２の面５０Ｂ（図２Ｂ）からの深さを単位「μｍ」で表す。図４の縦軸は、添加された不純物の濃度を単位「ｃｍ−３」で、対数目盛で表す。
【００３４】
ホウ素（Ｂ）の濃度が、第２の面５０Ｂから０．３μｍの深さで最大値を示す。また、リン（Ｐ）の濃度は、第２の面５０Ｔから１．８μｍの深さで最大値を示す。リン（Ｐ）の濃度分布の裾野（テール）は、第２の面５０Ｂから３μｍの深さまで及ぶ。ホウ素の不純物濃度とリンの不純物濃度とが等しくなる深さが、高濃度層５７ａと低濃度層５６ａ（図２Ｂ）との界面に相当する。
【００３５】
相対的に深い領域、例えば深さが１μｍを超える領域に、相対的に低濃度で添加された不純物（リン）は、パルス幅が相対的に長い第１のレーザパルスＬＰ１（図３Ａ）により活性化される。相対的に浅い領域、例えば深さが１μｍ以下の領域に、相対的に高濃度で添加された不純物（ホウ素）は、パルス幅が相対的に短い第２のレーザパルスＬＰ２（図３Ａ）により活性化される。第２のレーザパルスＬＰ２は、高濃度で不純物のイオン注入が行われてアモルファス化した領域よりも深い位置まで、半導体基板５０を溶融させる。第２のレーザパルスＬＰ２の照射により、入射領域４０（図３Ｂ）の半導体基板５０が溶融する。溶融した領域が固化するときに、単結晶の領域から液相エピタキシャル成長が生じる。これにより、アモルファス化していた領域の再結晶化、及び不純物（ホウ素）の活性化が行われる。
【００３６】
図２Ａ、図２Ｂ、及び図４では、相対的に浅い高濃度層５７ａにボロンを注入し、相対的に深い低濃度層５６ａにリンを注入した例を示したが、他の不純物を注入する場合でも、同様の活性化が行われる。また、高濃度層５７ａ及び低濃度層５６ａに同一導電型の不純物を注入してもよい。一例として、高濃度層５７ａ及び低濃度層５６ａの両方にリンを注入してもよい。この場合には、浅い領域に高濃度のｎ型層が形成され、深い領域に低濃度のｎ型層が形成される。
【００３７】
図５及び図６を参照して、第１のレーザパルスＬＰ１（図３Ａ）の照射による深い低濃度層５６ａ（図２Ｂ）の不純物の活性化について説明する。
【００３８】
図５に、シリコンウエハに第１のレーザパルスＬＰ１を照射した時のシリコンウエハの到達温度と、パルス幅との関係のシミュレーション結果を示す。横軸は、第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅ＰＷ１を単位「μｓ」で表し、縦軸は、到達温度を単位「Ｋ」で表す。第１のレーザパルスＬＰ１の波長は９１５ｎｍとした。第１のレーザパルスＬＰ１の照射条件は、シリコンウエハの表面温度がシリコンの融点（約１６９０Ｋ）に達する条件とした。図５の実線ａ、ｂは、それぞれシリコンウエハの表面からの深さが３μｍ及び１００μｍの位置の到達温度を示す。
【００３９】
パルス幅が短いと、深い領域まで熱が伝わりにくいことがわかる。深さ３μｍの位置の不純物を活性化させるには、パルス幅を５μｓ以上にすることが好ましい。パルス幅が長すぎると、深さ１００μｍ程度の深い領域、すなわち、素子構造が形成された第１の面５０Ｔ（図２Ｂ）の温度が高くなってしまう。
【００４０】
図６に、深さ方向の不純物濃度分布と、アニール後のキャリア濃度分布とを示す。横軸は、シリコンウエハの表面からの深さを単位「μｍ」で表し、縦軸は、濃度を単位「ｃｍ
−３」で表す。実線ａは、加速エネルギ２ＭｅＶ、ドーズ量３×１０１３ｃｍ−２の条件でリンのイオン注入を行なったときのリン濃度を示す。この不純物濃度分布は、低濃度層５６ａ（図２Ｂ）の不純物濃度分布に対応する。実線ｂは、第１のレーザパルスＬＰ１を照射した後のキャリア濃度を示す。レーザ照射は、パルス幅２０μｓ、照射面におけるパワー密度３６０ｋＷ／ｃｍ２の条件で行なった。図６に示した結果から、注入した不純物の約７０％以上が活性化していることが確認された。
【００４１】
次に、図７Ａ〜図７Ｃを参照して、イオン注入によってアモルファス化した領域の回復について説明する。
【００４２】
図７Ａに、リンをイオン注入したシリコンウエハの表層部の断面ＴＥＭ像を示す。リンのイオン注入は、加速エネルギ１００ｋｅＶ、ドーズ量２×１０１５ｃｍ−２の条件で行なった。このイオン注入の条件は、高濃度層５７ａへの不純物のイオン注入条件に対応する。図７Ａにおいて、アモルファス化した領域が、相対的に薄い色で表されている。
【００４３】
図７Ｂに、第２のレーザパルスＬＰ２（図３Ａ）を照射した後のシリコンウエハの表層部の断面ＴＥＭ像を示す。第２のレーザパルスＬＰ２として、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの第２高調波を用いた。第２のレーザパルスＬＰ２の照射は、いわゆるダブルパルス法で行なった。１つのレーザパルスのパルス幅は１３０ｎｓ、パルスエネルギ密度は１．６Ｊ／ｃｍ２であり、１ショット目のレーザパルスの照射から２ショット目のレーザパルスの照射までの遅延時間は５００ｎｓである。レーザ照射によって溶融した領域において、その下の単結晶領域からエピタキシャル成長が生じるため、欠陥の少ない良好な単結晶層が得られている。
【００４４】
図７Ｃに、第１のレーザパルスＬＰ１（図３Ａ）を照射した後のシリコンウエハの表層部の断面ＴＥＭ像を示す。第１のレーザパルスＬＰ１の波長は８０８ｎｍである。第１のレーザパルスＬＰ１の照射は、パルス幅４０μｓ、パワー密度３００ｋＷ／ｃｍ２の条件で行なった。この照射条件では、シリコンウエハの表面は溶融しない。レーザパルスによってシリコンウエハの深い領域（図２Ｂの低濃度層５６ａ）まで溶融させてしまうと、高濃度層５７ａの不純物濃度分布が崩れてしまう。このため、第１のレーザパルスＬＰ１の照射は、シリコンウエハを溶融させない条件で行われる。シリコンウエハを溶融させないで不純物の活性化を行うアニール方法を、「非溶融アニール」という。これに対し、シリコンウエハを一時的に溶融させるアニール方法を、「溶融アニール」という。非溶融アニールでは、アモルファス化した領域の上面及び下面から結晶化が進む。厚さ方向に関してほぼ中央に、アモルファス状態の層が残存している。結晶化された領域の結晶品質も、図７Ｂの再結晶化領域の結晶品質より悪い。
【００４５】
図７Ａ〜図７Ｃに示した断面ＴＥＭ像からわかるように、アモルファス状態の高濃度層５７ａ（図２Ｂ）は、パルス幅が相対的に短く、ピークパワーが相対的に高い第２のレーザパルスＬＰ２（図３Ａ）を用いて溶融アニールを行い、不純物を活性化させることが好ましい。
【００４６】
図８Ａに、実施例による方法でレーザアニールを行う時のレーザパルスの時間波形の一例を示す。横軸は、第１のレーザパルスＬＰ１の立上りからの経過時間を単位「μｓ」で表し、縦軸は光強度を表す。第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅は１５μｓである。第１のレーザパルスＬＰ１の立上りから１４μｓ経過した時点で、第２のレーザパルスＬＰ２が立ち上がる。第２のレーザパルスＬＰ２は、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの第２高調波であり、そのパルス幅は１３０ｎｓである。
【００４７】
図８Ｂに、図８Ａの第１及び第２のレーザパルスＬＰ１、ＬＰ２をシリコンウエハに照
射した時の、シリコンウエハの温度変化のシミュレーション結果を示す。横軸は、経過時間を単位「μｓ」で表し、縦軸は、温度を単位「Ｋ」で表す。図８Ｂ中の実線ａ〜ｇは、それぞれシリコンウエハの表面からの深さが０μｍ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、及び１００μｍの位置の温度を示す。
【００４８】
第１のレーザパルスＬＰ１の照射が開始されると、シリコンウエハの温度が上昇する。照射が開始されて１４μｓ経過した時点で、シリコンウエハの表面温度が、シリコンの融点に近い１６６０Ｋに達する。この時点では、シリコンウエハは溶融していない。第２のレーザパルスＬＰ２が照射されると、シリコンウエハの表面温度が融点に達し、表層部が溶融する。
【００４９】
図８Ｃに、シリコンウエハの溶融深さの時間変化のシミュレーション結果を示す。横軸は、経過時間を単位「μｓ」で表し、縦軸は、溶融深さを単位「μｍ」で表す。第２のレーザパルスＬＰ２の照射によって、深さ約０．３μｍまで溶融していることがわかる。深さ０．３μｍよりも浅い領域に注入されている不純物は、表層部が溶融及び再結晶化することにより、活性化される。
【００５０】
図８Ｂに示したように、第１のレーザパルスＬＰ１の照射開始から約１４μｓ経過した時点で、深さ５μｍの位置の温度が１２００Ｋを超えている。このため、深さ５μ程度の溶融しなかった領域に注入されている不純物は、固相拡散によって活性化される。
【００５１】
図９に、第１のレーザパルスＬＰ１の立下り時刻ｔ４から第２のレーザパルスＬＰ２の立上り時刻ｔ２までの経過時間ｔ２−ｔ４と、シリコンウエハを溶融させるのに必要な第２のレーザパルスＬＰ２のフルエンスとの関係を示す。時刻ｔ４から時刻ｔ２までの遅延時間をｔｄと表記する。横軸は、遅延時間ｔｄを単位「μｓ」で表す。遅延時間ｔｄが負の領域では、第１のレーザパルスＬＰ１の立下り時刻ｔ４よりも前に、第２のレーザパルスＬＰ２が立上がる。図９の左縦軸は、第２のレーザパルスＬＰ２のフルエンスを単位「Ｊ／ｃｍ２」で表し、右縦軸は、第２のレーザパルスＬＰ２のパワーを単位「Ｗ」で表す。
【００５２】
図９に示した実線ａは、シリコンウエハの深さ０．３μｍの位置が溶融する条件のときの第２のレーザパルスＬＰ２のフルエンスのシミュレーション結果を示す。実線ｂは、シリコンウエハの最表面が溶融する条件のときの第２のレーザパルスＬＰ２のフルエンスのシミュレーション結果を示す。遅延時間ｔｄが変化したときの両者の増減傾向は、ほぼ等しい。図９に示した四角記号は、シリコンウエハの最表面が溶融するときの第２のレーザパルスＬＰ２のパワーの実測値を示す。第１のレーザパルスＬＰ１の入射領域４０（図３Ｂ）の面積、及びパルス幅が一定であるため、第２のレーザパルスＬＰ２のパワーに定数を乗じることにより、フルエンスに換算することができる。図９に示したように、シミュレーション結果は、実際の実験結果に十分整合している。
【００５３】
横軸の原点（ｔｄ＝０）は、第１のレーザパルスＬＰ１の立下りと同時に、第２のレーザパルスＬＰ２が立上がる照射条件に対応する。
【００５４】
第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅は２５μｓとし、シリコンウエハ表面におけるパワー密度は３１０ｋＷ／ｃｍ２とした。遅延時間ｔｄが−２５μｓの位置は、第１のレーザパルスＬＰ１の立上りと同時に第２のレーザパルスＬＰ２が立上る照射条件に対応する。
【００５５】
遅延時間ｔｄを−２５μｓから０μｓに向かって長くする（第２のレーザパルスＬＰ２の立ち上がり時刻ｔ２を第１のレーザパルスＬＰ１の立下り時刻ｔ４に近づける）と、シ
リコンウエハを溶融させるために必要な第２のレーザパルスＬＰ２のフルエンスが低下する。これは、第２のレーザパルスＬＰ２の入射時点で、第１のレーザパルスＬＰ１によってシリコンウエハが予熱されているためである。遅延時間ｔｄ＝０の近傍で、シリコンウエハを溶融させるために必要な第２のレーザパルスＬＰ２のフルエンスが最小値を示す。
【００５６】
遅延時間ｔｄが０から長くなるに従って、シリコンウエハを溶融させるために必要な第２のレーザパルスＬＰ２のフルエンスが増加する。これは、第１のレーザパルスＬＰ１の立下り時刻ｔ４の後、シリコンウエハの温度が低下する（予熱の効果が低減される）ためである。
【００５７】
図９に示したシミュレーション結果、及び実験結果からわかるように、第１のレーザパルスＬＰ１と第２のレーザパルスＬＰ２との照射タイミングを調節することにより、シリコンウエハを溶融させるために必要な第２のレーザパルスＬＰ２のフルエンスを小さくすることができる。言い換えると、入射領域４０（図３Ｂ）の面積が一定であれば、第２のレーザパルスＬＰ２用の固体レーザ発振器３１（図１）として、出力の小さなものを用いることができる。固体レーザ発振器３１の出力が一定であれば、入射領域４０の面積を大きくすることができる。
【００５８】
図１０及び図１１を参照して、実施例による活性化方法の効果について説明する。シリコンウエハに不純物としてリン（Ｐ）を注入し、実施例による方法で活性化アニールを行う評価実験を行った。
【００５９】
図１０及び図１１は、活性化アニール前の不純物濃度分布、及び活性化アニール後のキャリア濃度分布の測定結果を示す。横軸は、深さを単位「μｍ」で表し、縦軸は、濃度を単位「ｃｍ−３」で表す。図１０及び図１１の破線は、活性化アニール前の不純物濃度分布を示す。半導体基板として単結晶シリコン基板を用い、注入不純物をリン（Ｐ）とした。深さ０．２μｍ及び１．８μｍの位置で、不純物濃度が極大値を示している。表面から深さ０．３μｍまでの浅い領域が、高濃度層５７ａ（図２Ｂ）に対応し、深さ０．３μｍから約４μｍまでの深い領域が、低濃度層５６ａ（図２Ｂ）に対応する。評価実験では、浅い高濃度層５７ａ及び深い低濃度層５６ａの不純物として、共にリンを採用したが、高濃度層５７ａ及び低濃度層５６ａの不純物として、それぞれｐ型及びｎ型不純物を採用しても、活性化アニールによる活性化率は、評価実験による結果とほぼ同一の傾向を示す。
【００６０】
評価実験では、第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅を２５μｍとし、パワー密度を３１０ｋＷ／ｃｍ２とした。第２のレーザパルスＬＰ２のパルス幅を０．１５μｍとした。第２のレーザパルスＬＰ２のフルエンスは、図９に示した溶融深さが０．３μｍとなる条件とした。
【００６１】
図１０は、第１のレーザパルスＬＰ１の立ち下がり時刻ｔ４と同時、または時刻ｔ４よりも後に、第２のレーザパルスＬＰ２が立ち上がる条件で活性化アニールを行った結果を示す。第１のレーザパルスＬＰ１の立ち下がり時刻ｔ４から第２のレーザパルスＬＰ２の立ち上がり時刻ｔ２までの遅延時間ｔｄを、０μｓ、２μｓ、５μｓ、及び１０μｓとした。
【００６２】
図１１は、第１のレーザパルスＬＰ１の立ち下がり時刻ｔ４よりも前に、第２のレーザパルスＬＰ２が立ち上がる条件で活性化アニールを行った結果を示す。第１のレーザパルスＬＰ１の立ち下がり時刻ｔ４から第２のレーザパルスＬＰ２の立ち上がり時刻ｔ２までの遅延時間ｔｄが負になる。第１のレーザパルスＬＰ１の立ち下がり時刻ｔ４から第２のレーザパルスＬＰ２の立ち上がり時刻ｔ２までの遅延時間ｔｄを、−３μｓ、−８μｓ、−１３μｓ、及び−１８μｓとした。
【００６３】
図１０及び図１１に示したように、遅延時間ｔｄが−１８μｓ〜１０μｓの範囲内で、浅い領域（高濃度層５７ａに対応する領域）及び深い領域（低濃度層５６ａに対応する領域）のいずれにおいても、十分な活性化が行われていることがわかる。深さ０．３μｍよりも浅い領域では、第２のレーザパルスＬＰ２の照射によって高濃度層５７ａが一旦溶融し、その後固化するときに不純物が活性化される。
【００６４】
第１のレーザパルスＬＰ１のマイクロ秒オーダのパルス幅は、電気炉でアニールする時間に比べて著しく短い。このため、十分な活性化を行うために、電気炉によるアニールに比べて高い温度が必要となる。シリコンの温度が約１２００Ｋを超えると、マイクロ秒オーダのパルス幅（加熱時間）でも、不純物の活性化が起こり始める。図８Ｂに示したシミュレーション結果のように、深さ１μｍ〜５μｍの領域の温度が、第１のレーザパルスＬＰ１の照射によって１２００Ｋを超えているとき、第１のレーザパルスＬＰ１の照射によって、深さ５μｍまでの深い領域の活性化が行われる。図１０及び図１１に示した評価実験の結果から、０．３μｍよりも深い４μｍ程度までの領域において、第１のレーザパルスＬＰ１の照射によって不純物が活性化されることが確認された。
【００６５】
第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅を長くすると、温度１２００Ｋに達する領域が、より深くなる。従って、より深い領域まで不純物の活性化を行いたい場合には、第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅を長くすればよい。第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅は、活性化させる目標深さによって決定される。深い領域まで活性化させるために、第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅を長くしたとき、半導体基板の表面が溶融しないように、パワー密度を低下させることが好ましい。次に、第１のレーザパルスＬＰ１で半導体基板の表面を溶融させることが好ましくない理由について説明する。
【００６６】
パルス幅の短い第２のレーザパルスＬＰ２の照射によって半導体基板の表層部を溶融させる場合には、半導体基板の表層部の温度が急激に上昇することにより、レーザパルスの入射領域のほぼ全域でほぼ同時に溶融が開始する。パルス幅の長い第１のレーザパルスＬＰ１を照射すると、図８Ｂに示したように、基板温度が徐々に上昇する。入射領域４０（図３Ｂ）内で温度にばらつきがあると、入射領域４０内で、溶融した領域と溶融していない領域とが混在することになる。溶融した領域と溶融していない領域とが混在すると、固化後に半導体基板の表面に凹凸が発生してしまう。半導体基板の表層部の結晶品質を高く維持するために、第１のレーザパルスＬＰ１の照射条件は、半導体基板の表面を溶融させない条件とすることが好ましい。
【００６７】
次に、浅い高濃度層５７ａ（図２Ｂ）と、深い低濃度層５６ａ（図２Ｂ）との活性化アニールを行うときの、第１のレーザパルスＬＰ１と第２のレーザパルスＬＰ２との入射タイミングの好ましい条件について説明する。図１０及び図１１に示したように、第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅が２５μｓのとき、遅延時間ｔｄが−１８μｓ〜１０μｓの範囲内で十分な活性化を行えることが確認された。
【００６８】
第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅をＰＷ１で表し、前記第１のレーザパルスの立下り時刻をｔ４、前記第２のレーザパルスの立ち上がり時刻をｔ２で表したとき、−０．７×ＰＷ１≦ｔ２−ｔ４≦０．４×ＰＷ１の範囲内で、良好な活性化を行うことが評価実験で確認された。第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅が変わっても、第１のレーザパルスＬＰ１の立ち上がりから立下りまでの期間の基板温度の変化は、同様の傾向を示す。従って、第１のレーザパルスＬＰ１の立ち下がり時刻ｔ４より前の時刻ｔ２で第２のレーザパルスＬＰ２が立ち上がる場合、第１のレーザパルスＬＰ１のパルス幅が変わっても、−０．７×ＰＷ１≦ｔ２−ｔ４≦０の範囲内で良好な活性化アニールを行うことが可能であると考えられる。
【００６９】
第１のレーザパルスＬＰ１の立ち下がり時刻ｔ４より後の時刻ｔ２で第２のレーザパルスＬＰ２が立ち上がる場合、第２のレーザパルスＬＰ２のフルエンスを調整することにより、良好な再結晶化及び活性化を行うことが可能である。ただし、図９に示したように、遅延時間ｔｄ＝ｔ２−ｔ４が長くなると、第２のレーザパルスＬＰ２のフルエンスを大きくしなければならない。また、遅延時間ｔｄが長くなりすぎると、第１のレーザパルスＬＰ１の立下り時刻ｔ４から第２のレーザパルスＬＰ２の立ち上がり時刻ｔ２までの半導体基板の移動距離が無視できなくなる。すなわち、図３Ｃに示した第１のレーザパルスＬＰ１の入射領域４０Ａに対して、第２のレーザパルスＬＰ２の入射領域４０ＢがＹ方向に変位してしまう。第１のレーザパルスＬＰ１と第２のレーザパルスＬＰ２とを、実質的に同一の領域に入射させるために、遅延時間ｔｄ＝ｔ２−ｔ４は、第１のレーザパルスＬＰ１のパルスの繰り返し周期の１／１０以下とすることが好ましい。すなわち、第１のレーザパルスＬＰ１のパルスの繰り返し周期をＴで表したとき、ｔ２−ｔ４≦Ｔ／１０とすることが好ましい。
【００７０】
図１２Ａに、半導体基板（シリコンウエハ）５０の表面の全域を、第１のレーザパルスＬＰ１及び第２のレーザパルスＬＰ２でアニールするときの走査経路の一例を示す。図１に示したように、レーザビームの経路を固定して、第１のレーザパルスＬＰ１及び第２のレーザパルスＬＰ２を半導体基板５０に周期的に入射させながら、ステージ４１を移動させる。これにより、半導体基板５０の表面が、第１のレーザパルスＬＰ１及び第２のレーザパルスＬＰ２で走査される。主走査方向をＹ方向、副走査方向をＸ方向とする。Ｙ方向（主走査方向）に関しては、往復走査を行う。
【００７１】
図１２Ｂ及び図１２Ｃを参照して、比較例によるアニール方法について説明する。比較例では、深い領域の活性化を行うための第１のレーザビームとして、連続波（ＣＷ）レーザビームを用い、浅い領域の活性化を行うための第２のレーザビームとして、パルスレーザビームを用いる。
【００７２】
図１２Ｂに、第１のレーザビームの第１の入射領域６０Ａ及び第２のレーザビームの第２の入射領域６０Ｂの位置関係を示す。両者とも、Ｘ方向に長い長尺形状を有する。第２の入射領域６０Ｂが第１の入射領域６０Ａの内側に含まれる。この位置関係を保って、第１の入射領域６０Ａ及び第２の入射領域６０ＢをＹ軸の負の方向に走査する。半導体基板５０の表面上の１点に着目すると、第１の入射領域６０Ａの前方の縁（図１２Ｂにおいて右側の縁）が通過した時点から、後方の縁（図１２Ｂにおいて左側の縁）が通過する時点まで、第１のレーザビームが照射される。第２のレーザビームは、その立ち上がり時点から立下り時点まで照射される。
【００７３】
半導体基板５０の表面上の１点に着目したとき、第１のレーザビームの入射時刻ｔ１０から第２のレーザビームの入射時刻ｔ１１までの経過時間は、第１の入射領域６０Ａと第２の入射領域６０Ｂとの位置関係に依存する。より詳細には、第１の入射領域６０Ａの右側の縁と第２の入射領域６０Ｂの縁との間隔と、走査速度とに依存する。
【００７４】
図１２Ｃに、第１の入射領域６０Ａ及び第２の入射領域６０ＢをＹ軸の正の方向に走査するときの、第１の入射領域６０Ａと第２の入射領域６０Ｂとの位置関係、及び半導体基板５０の表面上の１点に照射されるレーザビームの照射タイミングを示す。第１のレーザビームの入射時刻ｔ１０から、第２のレーザビームの入射時刻ｔ１１までの経過時間は、第１の入射領域６０Ａの左側の縁と第２の入射領域６０Ｂの縁との間隔と、走査速度とに依存する。
【００７５】
図１２Ｂ及び図１２Ｃに示したように、Ｙ軸の負の方向に走査する時と、正の方向に走
査する時とで、第１のレーザビームの入射時刻ｔ１０から第２のレーザビームの入射時刻ｔ１１までの経過時間が同一にならない。これに対し、実施例では、第１のレーザパルスＬＰ１の入射時刻から第２のレーザパルスＬＰ２の入射時刻までの経過時間は、２つのレーザパルスの入射領域の相対位置関係とは無関係であり、第１のレーザパルスＬＰ１及び第２のレーザパルスＬＰ２の立ち上がり時刻の間隔に一致する。このため、Ｙ軸の正及び負のいずれの方向に走査する場合でも、第１のレーザパルスＬＰ１の入射時刻から第２のレーザパルスＬＰ２の入射時刻までの経過時間が同一になる。従って、Ｙ方向に関して往復走査を行うことが可能になる。往復走査を行うことにより、アニール時間を短縮することができる。また、往路と復路とで、第１のレーザパルスＬＰ１と第２のレーザパルスＬＰ２との経路の相対的な位置関係を調整する必要がない。このため、複雑な光学系の調整機構が不要である。
【００７６】
上記実施例において、第１のレーザパルスＬＰ１の波長を短くしすぎると、レーザエネルギがシリコンウエハの極浅い領域で吸収されてしまい、深い領域を効率的に加熱することが困難になる。逆に、第１のレーザパルスＬＰ１の波長を長くしすぎると、レーザエネルギがシリコンウエハに吸収されなくなってしまう。第１のレーザパルスＬＰ１でシリコンウエハの低濃度層５６ａ（図２Ｂ）を効率的に加熱するために、その波長を５５０ｎｍ以上、９５０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００７７】
波長５５０ｎｍの光は、シリコン基板の深さ１μｍ程度まで侵入する。このため、第１のレーザパルスＬＰ１の波長を５５０ｎｍにすると、深さ１μｍまでの領域を効率的に加熱することができる。深さ１μｍよりも深い領域は、熱伝導によって加熱される。第１のレーザパルスＬＰ１の波長を６５０ｎｍにすると、深さ３μｍ程度までの領域を効率的に加熱することができる。第１のレーザパルスＬＰ１の波長を７００ｎｍにすると、深さ５μｍ程度までの領域を効率的に加熱することができる。シリコン基板の厚さが１００μｍの場合、第１のレーザパルスＬＰ１の波長を９５０ｎｍよりも長くすると、シリコン基板を透過してしまうレーザエネルギが多くなる。
【００７８】
深い低濃度層５６ａ（図２Ｂ）の不純物を活性化するために、半導体基板５０への、第１のレーザパルスＬＰ１の光侵入長を、半導体基板５０の第２の面５０Ｂから低濃度層５６ａの底面までの深さよりも長くすることが好ましい。また、半導体基板５０を透過してしまう無駄な光エネルギを少なくするために、第１のレーザパルスＬＰ１の光侵入長を、半導体基板５０の厚さより短くすることが好ましい。第１のレーザパルスＬＰ１の波長は、上記光侵入長を満たすように選択される。ここで、「光侵入長」は、光強度が１／ｅに減衰する距離を意味する。
【００７９】
第１のレーザパルスＬＰ１の照射条件、具体的にはパルス幅及びパワー密度は、半導体基板の表面が溶融せず、かつ低濃度層５６ａ内の不純物の活性化が始まる条件とすることが好ましい。具体的には、低濃度層５６ａの底面の温度が、１２００Ｋを超える条件とすることが好ましい。
【００８０】
第２のレーザパルスＬＰ２は、シリコンウエハの高濃度層５７ａ（図２Ｂ）を効率的に溶融させるために、シリコンに吸収されやすい緑色の波長成分を含むことが好ましい。なお、第１のレーザパルスＬＰ１の予熱の効果のため、緑色よりも長い波長の光も、シリコンに吸収されやすくなる。従って、第２のレーザパルスＬＰ２の波長を、波長１μｍ程度の赤外域としてもよい。赤外域の波長の光は、シリコン基板の深い領域まで侵入するため、第２のレーザパルスＬＰ２として緑色の波長域の光を用いた場合に比べて、より深い領域まで溶融する。
【００８１】
上記実施例では、ＩＧＢＴの製造を例に取り上げたが、上記実施例による方法は、半導
体基板の一方の面の表層部の不純物を活性化させ、かつ反対側の面の温度上昇を抑制することが望まれる半導体装置の製造に適用することが可能である。
【００８２】
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。
【符号の説明】
【００８３】
２０  制御装置
２１  半導体レーザ発振器
２２  アッテネータ
２３  ビームエキスパンダ
２４  ホモジナイザ
２５  ダイクロイックミラー
２６  集光レンズ
２７  伝搬光学系
３１  固体レーザ発振器
３２  アッテネータ
３３  ビームエキスパンダ
３４  ホモジナイザ
３５  ベンディングミラー
４０  レーザパルスの入射領域
４０Ａ  第１のレーザパルスの入射領域
４０Ｂ  第２のレーザパルスの入射領域
４１  ステージ
５０  半導体基板
５０Ｔ  第１の面
５０Ｂ  第２の面
５１  ｐ型のベース領域
５２  ｎ型のエミッタ領域
５３  ゲート電極
５４  ゲート絶縁膜
５５  エミッタ電極
５６  低濃度のｎ型のバッファ層
５６ａ  低濃度層
５７  ｐ型のコレクタ層
５７ａ  高濃度層
５８  コレクタ電極
６０Ａ  第１の入射領域
６０Ｂ  第２の入射領域
【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７】
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