(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主面に溝部を形成し、該溝部を形成した半導体基板の主面側にイオンを注入した後、イオンが注入されたドーパンド領域にレーザを照射してアニール処理を行う半導体装置の製造方法であって、
前記ドーパンド領域にイオンを注入する前に、前記溝部の側面にエネルギー密度３．０〜５．０Ｊ／ｃｍ２のレーザを照射して融解・再結晶化させることにより、該溝部の側面の表面段差をステップが１０ｎｍ以下になるように平滑化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板の主面を、所望のパターンのマスクで被覆し、前記半導体基板の、前記マスクにより被覆されていない部分をアルカリ溶液に接触させて湿式異方性エッチングを行い、前記溝部を形成する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板がシリコン基板であって、該半導体基板の主面の結晶面が｛１００｝面であり、前記溝部の側面の結晶面が｛１１１｝面である、請求項１又は２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、半導体基板にイオンを注入し、イオンが注入されたドーパンド領域にレーザを照射してアニール処理を行い、ドーパンド領域を活性化する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板にイオン注入することにより生じた結晶欠陥を回復して活性化させるための手段の一つとして、イオンが注入されたドーパンド領域にレーザを照射してアニール処理する方法（以下、レーザアニール法という）がある。レーザアニール法は、電気炉によるアニール処理と比べて、半導体基板全体の温度を上昇させずに済み、レーザを照射した箇所を局所的に加熱できるという特徴を持っている。
【０００３】
このため、例えば、特許文献１〜３に記載されるように、金属膜や、ＩＧＢＴ構造等の各種半導体装置構造が形成された半導体基板の裏面にイオンを注入し、ドーパンド領域にレーザを照射してアニール処理を行っても、表面に形成された金属膜や、半導体装置構造に対して熱的な損傷を与えることなく、該半導体基板の裏面を活性化できる。
【０００４】
また、特許文献２，３に記載されるように、半導体基板に溝部を形成し、該溝部にイオンを注入し、イオンが注入されたドーパンド領域にレーザを照射してアニール処理を行うことも行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−５９８５６号公報
【特許文献２】特開２００６−２７８３８２号公報
【特許文献３】特開２００６−３０３４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、半導体基板に形成した溝部を活性化するに際し、以下のような問題があった。
【０００７】
すなわち、湿式エッチングや乾式エッチング等を行って、半導体基板に溝部を形成するが、形成された溝部の表面状態は、段差などがあり、平滑でないことが多かった。特に、湿式異方性エッチングを行って溝部を形成した場合においては、エッチング面の角度と結晶面の角度にずれが生じ、図１に示すように、テラス（平坦面）１１と、ステップ（段差）１２が繰り返し形成され易かった。
【０００８】
溝部の表面に、テラス１１と、ステップ（段差）１２とが繰り返し形成されていると、溝部表面へのイオン注入量やイオン注入深さにバラつきが生じ、更には、ドーパンド領域にレーザを均一に照射できない。このため、形成されるドーパンド層の厚み、イオンドープ量、活性化状態等にバラつきが生じ易く、得られる半導体装置のデバイス特性にも悪影響（アバランシェ耐圧低下、リーク電流増大など）を及ぼす恐れがあった。
【０００９】
よって、本発明の目的は、半導体基板の主面に形成した溝部表面へのイオン注入量やイオン注入深さのバラつきを抑え、イオンが注入されたドーパンド領域を活性化して、厚み、イオンドープ量、活性化状態がほぼ均一なドーパンド層を形成できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の主面に溝部を形成し、該溝部を形成した半導体基板の主面側にイオンを注入した後、イオンが注入されたドーパンド領域にレーザを照射してアニール処理を行う半導体装置の製造方法であって、前記ドーパンド領域にイオンを注入する前に、前記溝部の側面にエネルギー密度３．０〜５．０Ｊ／ｃｍ２のレーザを照射して融解・再結晶化させることにより、該溝部の側面の表面段差をステップが１０ｎｍ以下になるように平滑化することを特徴とする。
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体基板の主面を、所望のパターンのマスクで被覆し、前記半導体基板の、前記マスクにより被覆されていない部分をアルカリ溶液に接触させて湿式異方性エッチングを行い、前記溝部を形成することが好ましい。
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体基板がシリコン基板であって、該半導体基板の主面の結晶面が｛１００｝面であり、前記溝部の側面の結晶面が｛１１１｝面であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ドーパンド領域にイオンを注入する前に、溝部の側面にレーザを照射して、該溝部の側面の表面段差を平滑化するので、溝部側面に対して、イオンをほぼ均一に注入でき、溝部側面のドーパンド領域におけるイオン注入量やイオン注入深さのバラつきを抑えることができる。そして、溝部の側面の表面段差が平滑化されているので、イオンが注入された溝部側面のドーパンド領域に対して、レーザを均一に照射でき、厚み、イオンドープ量、活性化状態がほぼ均一なドーパンド層を、溝部側面に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】半導体基板に溝部を形成した直後の溝部側面の表面状態を示す図面である。
【図２】半導体基板の溝部にレーザを照射して表面段差を平滑化する状態図である。
【図３】半導体基板の主面側にイオンを注入する状態図である。
【図４】半導体基板のドーパンド領域にレーザを照射してアニール処理する状態図である。
【図５】実施例において、半導体基板に溝部を形成した直後の溝部側面の表面状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図６】実施例において、溝部側面にレーザを照射して表面段差を平滑化した後の溝部側面の表面状態を示す電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法について、図１〜４を用いて説明する。
【００１６】
本発明の半導体装置の製造方法においては、まず、半導体基板の主面に溝部を形成する。
【００１７】
本発明で使用する半導体基板は、半導体装置の基板として使用できる基板であれば、特に限定は無い。例えば、シリコン基板、シリコンカーバイド基板、ガリウムナイトライド基板等が挙げられる。また、半導体基板の一方の面には、金属膜や、ＩＧＢＴ構造等の半導体装置構造が形成されていてもよい。この様な半導体基板の場合は、金属膜や半導体装置構造等の形成されていない側が半導体基板の主面となる。
【００１８】
溝部の形成方法は、特に限定はない。四フッ化炭素などのエッチングガスを用いた乾式エッチングや、エッチング溶液を用いた湿式エッチングなど、従来公知の方法を用いて行うことができる。なかでも、アルカリ溶液を用いた湿式異方性エッチングが好ましい。アルカリ溶液を用いて半導体基板をエッチングすることにより、特定の結晶方位に対してのエッチングを抑制して、特定の結晶面の方向に深さを持った溝部を形成できる。
【００１９】
例えば、シリコン基板の場合、｛１００｝面にマスクを形成し、水酸化カリウム、ヒドラジン、エチレンジアミン、アンモニア、テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などのアルカリ溶液を用いてエッチングすることで、図１に示すように、半導体基板の主面１に、｛１１１｝面に深さを持った溝部２（溝部側面３の傾斜角度αは、およそ５４．７°）を形成できる。特に、水酸化カリウムは、シリコンの｛１１１｝面にはほとんどエッチングが進まないので、溝の深さのばらつきを抑えることができる。
【００２０】
アルカリ溶液による湿式異方性エッチングでは、エッチングレートを非常に高く設定することができる。加えて、湿式エッチングでは、複数の半導体基板を同時に処理することができるので、リードタイムの短縮やコストの削減において非常に大きな効果を奏する。また、アルカリ溶液による湿式異方性エッチングでは、エッチング温度を低くできるので、サーマルバジェットが非常に小さくなり、活性領域のドーパントプロファイルへの影響がない。また、湿式異方性エッチングにより溝を形成する前に、アルミニウム（Ａｌ）などの比較的低融点の金属や、熱に弱い材料が半導体基板の他面に形成されていても、エッチングを行ったことによるそれらに対する影響はない。
【００２１】
次に、溝部を形成した半導体基板の溝部の側面にレーザを照射して、該溝部の側面の表面段差を平滑化する。
【００２２】
前述したように、乾式エッチングや湿式エッチング等により形成された溝部の表面は、平滑でないことが多く、特に、湿式異方性エッチングを行って溝部を形成した場合においては、エッチング面の角度と結晶面の角度にずれが生じ、図１に示すように、溝部側面３にテラス１１と、ステップ１２が繰り返し形成され易い。ステップ１２の大きさは、１μｍ以下になる場合があるが、イオン注入深さも１μｍ以下であるのが一般的であり、このステップ１２を解消してした上でイオン注入することが重要である。
【００２３】
そこで、本発明では、溝部側面３にレーザ４を照射して瞬間的に融解・再結晶化させ、図２に示すように、表面段差を平滑化する。好ましくは、ステップ１２が１０ｎｍ以下になるまで行う。
【００２４】
レーザ種としては、特に限定は無い。例えば、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＶＯ４レーザ、エキシマレーザ、半導体レーザ等が挙げられる。
【００２５】
また、レーザ処理条件は、半導体基板の材質により異なる。例えば、シリコン基板の場合、エネルギー密度３．０〜５．０Ｊ／ｃｍ２、ビーム径１〜５ｍｍのレーザを、０〜８０％のオーバーラップで照射することで、溝部側面３の表面段差を平滑化できる。エネルギー密度が５．０Ｊ／ｃｍ２を超えると、レーザ痕がついたり、半導体基板が過熱されて溶融による変形やクラックが発生することがある。３．０Ｊ／ｃｍ２未満であると、表面段差を十分に平滑化できないことがある。
【００２６】
上記のようにして溝部の側面の表面段差を平滑化した後、半導体基板の主面側にイオン５を注入する。
【００２７】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板の主面側にイオン５を注入する前に、溝部の側面にレーザ４を照射して、該溝部の側面の表面段差を平滑化するので、図３に示すように、溝部側面３に対して、イオン５をほぼ均一に注入でき、ドーパンド領域６におけるイオン５の注入量や注入深さのバラつきを抑えることができる。
【００２８】
半導体基板に注入するイオン種としては、特に限定は無い。半導体装置の製造において、ドーパンド原子として使用されているものを用いることができる。例えば、ボロン、リン、ホウ素等が挙げられる。また、イオンの注入条件は、半導体製造装置の製造において、一般的に行われている条件で行うことができる。例えば、１０ｋｅＶ〜１０００ＭｅＶの加速エネルギーにて、イオンを半導体基板に注入する方法が挙げられる。
【００２９】
ドーパンド領域６におけるイオンの注入量及び注入深さは、半導体装置の要求特性等により異なるので特に限定は無い。
【００３０】
次に、図４に示すように、イオン５が注入された半導体基板のドーパンド領域６にレーザ７を照射してアニール処理を行い、ドーパンド領域６を活性化させてドーパンド層８を形成する。
【００３１】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、溝部側面３の表面段差が平滑化されているので、図４に示すように、ドーパンド領域６に対して、レーザ７を均一に照射してアニール処理することができる。このため、厚み、イオンドープ量、活性化状態がほぼ均一なドーパンド層８を、溝部側面３に形成できる。
【００３２】
アニール処理に用いるレーザ種としては、特に限定は無い。例えば、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＶＯ４レーザ、エキシマレーザ、半導体レーザ等が挙げられる。
【００３３】
また、アニール処理におけるレーザ処理条件は、半導体基板の材質により異なる。例えば、シリコン基板の場合、エネルギー密度１．５〜５．０Ｊ／ｃｍ２、ビーム径１〜５ｍｍのレーザを、０〜８０％のオーバーラップで照射することで、ドーパントを活性化できる。エネルギー密度が５．０Ｊ／ｃｍ２を超えると、レーザ痕がついたり、半導体基板が過熱されて溶融による変形やクラックが発生することがある。１．５Ｊ／ｃｍ２未満であると、ドーパンド領域６を十分に活性化できないことがある。
【００３４】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板の主面に形成した溝部表面に対し、イオン注入量やイオン注入深さのバラつきを抑えて、イオンが注入されたドーパンド領域に対してレーザを均一に照射して活性化できるので、厚み、イオンドープ量、活性化状態がほぼ均一なドーパンド層を形成できる。
【００３５】
このため、本発明は、例えば、逆阻止型ＩＧＢＴ、その他の逆阻止型デバイス、双方向型デバイス、分離層形成を伴うＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳサイリスタ等の半導体装置の製造に際し好ましく適用できる。
【００３６】
すなわち、逆阻止型ＩＧＢＴは、特開２００６−２７８３８２号、特開２００６−３０３４１０号等に記載されるように、逆耐圧特性を有するＩＧＢＴであって、逆阻止能力を確保するために、逆耐圧を維持するｐｎ接合を半導体チップの裏面から表面まで延在させている。本発明によれば、厚み、イオンドープ量、活性化状態がほぼ均一なドーパンド層を溝部表面に形成できるので、逆耐圧のばらつき低減や、逆方向の漏れ電流低減という効果が得られる。
【実施例】
【００３７】
シリコン基板の｛１００｝面にマスクを形成し、５４重量％濃度の水酸化カリウム水溶液を用いて、１１０℃でエッチング（湿式異方性エッチング）を行い、図１に示すような、シリコン基板の主面１に、｛１１１｝面に深さを持った溝部２（溝部側面３の傾斜角度αは、およそ５４．７°）を形成した。溝部側面３の電子顕微鏡写真を図５に示す。図５に示されるように、溝部側面３のステップ上に段差がサブミクロンオーダーで形成されていた。
次に、この溝部側面３に対して、ＹＡＧ２ωダブルパルスレーザー（照射エネルギー密度は２台合計で３．６Ｊ／ｃｍ２（１．８Ｊ／ｃｍ２＋１．８Ｊ／ｃｍ２）、波長５３２ｎｍ、２台のレーザの遅延時間は３００ｎ秒）を照射したところ、図６の電子顕微鏡写真に示されるように、エッチング直後の溝部側面３のステップ上に形成されていた段差が平滑化された。
このように平滑化された溝部側面３に対してイオン注入を行い、ドーパント活性化のためのレーザ照射を行ったところ、厚み、イオンドープ量、活性化状態がほぼ均一なドーパント層を形成することができた。
このようにして、厚み、イオンドープ量、活性化状態がほぼ均一なドーパント層を形成したシリコン基板を用いて逆阻止ＩＧＢＴデバイスを製造したところ、逆耐圧のばらつきを低減し、逆方向の漏れ電流を低減することができた。
【符号の説明】
【００３８】
１：主面
２：溝部
３：溝部側面
４，７：レーザ
５：イオン
６：ドーパンド領域
８：ドーパンド層
１１：テラス
１２：ステップ
【図１】
0005929063.tif 000002
【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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