(57)【要約】【課題】  表面の不純物濃度が比較的に高い評価用ウエハを製造する。【解決手段】  半導体ウエハ内の不純物を活性化させるレーザーアニールの効果を評価するための評価用ウエハの製造方法が開示される。この製造方法は、第１深さ範囲へ不純物をイオン注入する工程と、イオン注入後に半導体ウエハを加熱処理し、不純物を半導体ウエハの表面まで熱拡散させる工程と、熱拡散後に半導体ウエハの第１深さ範囲よりも深部の第２深さ範囲へ不純物をイオン注入する工程とを備える。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ内の不純物を活性化させるレーザーアニールの効果を評価するための評価用ウエハの製造方法であって、
第１深さ範囲へ不純物をイオン注入する工程と、
前記イオン注入後に、前記半導体ウエハを加熱処理して、前記不純物を前記半導体ウエハの表面まで熱拡散させる工程と、
前記熱拡散後に、前記半導体ウエハの前記第１深さ範囲よりも深部の第２深さ範囲へ、不純物をイオン注入する工程と、
を備える製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体ウエハ内の不純物を活性化させるレーザーアニールの効果を評価するための評価用ウエハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造では、半導体ウエハへ不純物をイオン注入した後、レーザーアニールによって不純物を活性化させることによって、ｐ型やｎ型といった所望の導電性を有する領域を形成することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４３６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体ウエハへ注入された不純物を、十分に活性化させるためには、レーザーアニールの条件を適切に設定する必要がある。そこで、予め不純物が注入された評価用の半導体ウエハ（以下、評価用ウエハと称する）に、レーザーアニールを試験的に実施することによって、レーザーアニールの効果を評価する試験が行われている。この試験では、レーザーアニール後に、評価用ウエハのシート抵抗を測定することによって、レーザーアニールの効果（即ち、不純物が活性化された程度）が評価される。
【０００５】
評価用ウエハのシート抵抗は、通常、接触式のプローブを用いて測定される。そのことから、シート抵抗の測定結果には、プローブと評価用ウエハとの間の接触抵抗に起因する誤差が生じ得る。シート抵抗を正しく測定するためには、プローブと評価用ウエハとの間の接触抵抗を排除又は低減する必要があり、そのためには、評価用ウエハの表面における不純物濃度を、十分に高くしておく必要がある。しかしながら、従来の評価用ウエハでは、表面の不純物濃度を十分に高めることができず、シート抵抗の測定結果が、プローブと評価用ウエハとの間の接触抵抗に大きく左右されるという問題があった。
【０００６】
上記の実情を鑑み、本明細書は、表面の不純物濃度が比較的に高い評価用ウエハを製造するための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従来の評価用ウエハでは、半導体ウエハへ不純物のイオン注入のみが行われており、その不純物を事前に活性化することは行われていなかった。レーザーアニールの効果を評価するために注入した不純物を、事前に活性化させておく必要はないためである。しかしなら、レーザーアニールによる活性化では、不純物が広範囲に拡散し難い。そのため、評価用ウエハの表面では、レーザーアニールによる活性化が不十分となって、不純物濃度が比較的に低くなることが判明した。
【０００８】
上記の知見に基づき、本技術では、半導体ウエハの表面近傍に不純物を注入し、それを事前に加熱処理することによって、不純物を半導体ウエハの表面まで熱拡散させる。これにより、評価用ウエハの表面における不純物濃度を、予め十分に高めることができる。その後、レーザーアニールの効果を評価するための不純物を、半導体ウエハの所望の深さへイオン注入する。これにより、表面の不純物濃度が比較的に高いとともに、レーザーアニールの効果を評価するための不純物（即ち、活性化されていない不純物）を含有する評価用ウエハを製造することができる。
【０００９】
上述した本技術は、半導体ウエハ内の不純物を活性化させるレーザーアニールの効果を評価するための評価用ウエハの製造方法に具現化される。この製造方法は、第１深さ範囲へ不純物をイオン注入する工程と、イオン注入後に半導体ウエハを加熱処理し、不純物を半導体ウエハの表面まで熱拡散させる工程と、熱拡散後に半導体ウエハの第１深さ範囲よりも深部の第２深さ範囲へ不純物をイオン注入する工程とを備える。この製造方法によると、表面の不純物濃度が比較的に高い評価用ウエハの製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】レーザーアニールの効果を評価する試験の流れを示すフローチャート。
【図２】評価用ウエハ１０のシート抵抗を、シート抵抗測定装置２０によって測定する様子を示す図。
【図３】評価用ウエハ１０の製造方法の流れを示すフローチャート。
【図４】半導体ウエハ１０（評価用ウエハ１０の母材）の第１深さ範囲Ｄ１に、不純物をイオン注入する工程を示す図。
【図５】イオン注入後の半導体ウエハ１０を拡散炉３０によって加熱処理し、半導体ウエハ１０内の不純物を熱拡散させる工程を示す図。
【図６】熱拡散後の半導体ウエハ１０の不純物濃度のプロファイルの一例を示すグラフ。グラフの横軸は、半導体ウエハ１０の表面１０ａからの深さ（厚み方向の距離）を示し、縦軸は不純物濃度を示す。
【図７】熱拡散後の半導体ウエハ１０の第２深さ範囲Ｄ２に、不純物をイオン注入する工程を示す図。
【図８】完成した評価用ウエハ１０の不純物濃度のプロファイルの一例を示すグラフ。グラフの横軸は、半導体ウエハ１０の表面１０ａからの深さ（厚み方向の距離）を示し、縦軸は不純物濃度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照して、実施例の評価用ウエハ１０の製造方法について説明する。前述したように、半導体装置の製造では、半導体ウエハへ不純物をイオン注入した後、レーザーアニールによって不純物を活性化させることによって、ｐ型やｎ型といった所望の導電性を有する領域を形成することが行われている。ここで、半導体ウエハへ注入された不純物を、十分に活性化させるためには、レーザーアニールの条件を適切に設定する必要があり、そのためには、レーザーアニールを試験的に実施することによって、レーザーアニールの効果を評価する必要がある。本実施例の評価用ウエハ１０は、そのような試験に用いられる半導体ウエハであり、レーザーアニールによって活性化されるための不純物が予め注入されたものである。
【００１２】
上記した試験は、概して、図１に示す流れで実施される。先ず、評価用ウエハ１０を用意し（Ｓ１２）、評価用ウエハ１０に対してレーザーアニールを試験的に実施する（Ｓ１４）。そして、レーザーアニール後に、評価用ウエハ１０のシート抵抗を測定し（Ｓ１６）、その測定結果に基づいて、レーザーアニールの効果（即ち、不純物が活性化された程度）を評価する（Ｓ１８）。
【００１３】
評価用ウエハのシート抵抗は、図２に示すように、接触式のプローブ２２を用いたシート抵抗測定装置２０によって測定される。そのことから、シート抵抗の測定結果は、プローブ２２と評価用ウエハ１０との間の接触抵抗によって、意図せず変動することがある。シート抵抗を正しく測定するためには、プローブ２２と評価用ウエハ１０との間の接触抵抗を排除又は低減する必要があり、そのためには、評価用ウエハ１０の表面１０ａにおける不純物濃度を十分に高くする必要がある。なお、図２に示すシート抵抗測定装置２０は、四つのプローブ２２を有し、四探針法によってシート抵抗を測定するものであるが、これは一例であり、シート抵抗測定装置２０の具体的な構成は特に限定されない。
【００１４】
評価用ウエハ１０の表面１０ａにおける不純物濃度を高くするために、本実施例では、図３に示す手順によって、評価用ウエハ１０を製造する。先ず、半導体ウエハ１０を用意し（Ｓ２２）、その半導体ウエハ１０へ不純物のイオン注入を行う（Ｓ２４）。ここで、この半導体ウエハ１０は、最終的に評価用ウエハ１０となることから、説明の便宜上、両者の間で同じ符号を使用する。半導体ウエハ１０を構成する半導体材料は、特に限定されず、例えばシリコン（Ｓｉ）や炭化シリコン（ＳｉＣ）であってもよい。
【００１５】
図４に示すように、一度目のイオン注入は、半導体ウエハ１０の表面１０ａから実施され、比較的に浅い範囲Ｄ１（以下、第１深さ範囲Ｄ１という）に不純物が注入される。一例ではあるが、本実施例では注入深さの設定を０．１マイクロメートルとし、ドーズ量の設定を１．０Ｅ１４／ｃｍ２としている。これらの設定は、適宜変更することができる。但し、ドーズ量については、後述する二度目のイオン注入と比較して、十分に高くするとよい。
【００１６】
次に、イオン注入後の半導体ウエハ１０を加熱処理して、半導体ウエハ１０内の不純物を熱拡散させる（図３のＳ２６）。この加熱処理は、図５に示すように、拡散炉３０を用いて行うとよい。加熱処理の温度や時間といった条件は、半導体ウエハ１０内の不純物が、半導体ウエハ１０の表面１０ａまで十分に熱拡散するように、適宜定めることができる。一例ではあるが、本実施例における設定温度は９５０℃である。また、図５に示す拡散炉３０は一例であり、その具体的な構成は特に限定されない。拡散炉３０の雰囲気は、特に限定されないが、窒素と酸素とを用いた還元雰囲気であるとよい。
【００１７】
ここまでの工程により、半導体ウエハ１０には、図６に示すような不純物濃度のプロファイルが形成される。第１深さ範囲Ｄ１に注入された不純物が、上記した加熱処理によって熱拡散することで、表面１０ａにおける不純物濃度（図中の点Ａ）は、十分に高くなっている。なお、表面１０ａにおける具体的な不純物濃度は、特に限定されず、必要に応じて適宜定めることができる。また、その必要とされる不純物濃度を得るために、一度目のイオン注入のドーズ量や、熱拡散の温度や時間を適宜設定するとよい。
【００１８】
最後に、半導体ウエハ１０へ不純物のイオン注入を再度行う（図３のＳ２８）。この二度目のイオン注入は、先のイオン注入と同様に、半導体ウエハ１０の表面１０ａから実施される。但し、このイオン注入では、図７に示すように、第１深さ範囲Ｄ１よりも深部の第２深さ範囲Ｄ２に不純物が注入される。一例ではあるが、本実施例では注入深さの設定を２マイクロメートルとし、ドーズ量の設定を１．０Ｅ１３／ｃｍ２としている。これらの設定は、適宜変更することができる。ここで注入された不純物は、レーザーアニールの効果を評価するための不純物であり、評価用ウエハ１０の製造工程では活性化されない。以上により、評価用ウエハ１０の製造が完了する。
【００１９】
図８に示すように、完成した評価用ウエハ１０では、表面１０ａにおいて不純物濃度が比較的に高いとともに、第２深さ範囲Ｄ２には、レーザーアニールの効果を評価するための不純物が導入されている。ここで、図８における曲線Ｘは、活性化された不純物の濃度を示しており、曲線Ｙは、活性化されていない不純物の濃度を示している。二つの曲線Ｘ、Ｙの交点Ｂでは、その不純物濃度が、半導体ウエハ１０の初期の不純物濃度の１０倍以上であるとよく、そのような濃度が実現されるように、一度目のイオン注入のドーズ量、熱拡散の温度や時間、及び二度目のイオン注入のドーズ量をそれぞれ定めるとよい。
【００２０】
以上のように、本実施例では、半導体ウエハ１０の表面近傍に不純物を注入し、それを加熱処理によって事前に熱拡散させておく。これにより、評価用ウエハ１０の表面１０ａにおける不純物濃度（図８中の点Ａ）を十分に高めることができる。その後、レーザーアニールの効果を評価するための不純物が、半導体ウエハ１０の所望の深さへイオン注入される。これにより、表面１０ａの不純物濃度が比較的に高い評価用ウエハ１０を製造することができる。
【００２１】
本実施例では、拡散炉３０による熱拡散の前後において、一度ずつのイオン注入を行っている。しかしながら、他の実施形態として、拡散炉３０による熱拡散の前後のいずれか、又はその両方において、複数のイオン注入を行ってもよい。この場合、その複数のイオン注入において、不純物のドーズ量や注入深さの設定を必要に応じて変更してもよい。
【００２２】
以上、いくつか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。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。
【符号の説明】
【００２３】
１０：評価用ウエハ（半導体ウエハ）
１０ａ：評価用ウエハ１０の表面
２０：シート抵抗測定装置
２２：シート抵抗測定装置のプローブ
３０：拡散炉
Ｄ１：第１深さ範囲
Ｄ２：第２深さ範囲
【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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