(57)【要約】【課題】  半導体素子のｐｎ連続層を短時間で安定して活性化する。【解決手段】  レーザーを用いた不純物層の活性化に、例えば２台のレーザー照射装置を用いる。その場合、各レーザー照射装置から照射されるパルス波形が略矩形のパルス１０ａ，１０ｂを重ね合わせ、パルス１０ａ，１０ｂが連続した１パルス相当のパルス１０を不純物層に照射する。このようにパルス１０ａ，１０ｂを連続して不純物層に照射することにより、半値幅の長い単パルスを不純物層に照射したのと同様の効果が得られ、不純物層の浅い領域から深い領域まで高活性化率を実現できる。これにより、不純物層としてｐｎ連続層を有する半導体素子を安定的に短時間で活性化でき、デバイス特性の良好な半導体素子の製造が可能になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物が導入された不純物層をレーザーを用いて活性化する工程を有する半導体素子の製造方法において、
前記不純物層を活性化する際に、パルスレーザーを照射する複数のレーザー照射装置を用いて前記不純物層に照射エリアごとに複数のパルスを連続的に照射して前記不純物層を活性化することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記不純物層は、ｐ型不純物が導入されたｐ型不純物層とｎ型不純物が導入されたｎ型不純物層とが連続して形成されたｐｎ連続層であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記不純物層は、異なるドーズ量または加速エネルギーで同導電型不純物が導入された同導電型不純物層が連続して形成された連続層であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記不純物層は、アルゴンが導入されたアルゴン導入層とｐ型不純物が導入されたｐ型不純物層とが連続して形成された連続層、または前記アルゴン導入層とｎ型不純物が導入されたｎ型不純物層とが連続して形成された連続層であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記不純物層は、シリコンが導入されたシリコン導入層とｐ型不純物が導入されたｐ型不純物層とが連続して形成された連続層、または前記シリコン導入層とｎ型不純物が導入されたｎ型不純物層とが連続して形成された連続層であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記パルスは、照射エネルギー分布が略矩形であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記パルスは、いずれの領域の前記不純物層も略同一の照射エネルギー密度で照射されることとなるようにオーバーラップさせて照射されることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記パルスは、オーバーラップ率が５０％以上９８％以下、好ましくは７５％以上９５％以下であることを特徴とする請求項７記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記パルスレーザーは、波長が３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記不純物層に連続的に照射される前記パルスのトータルの照射エネルギー密度が１．２Ｊ／ｃｍ2以上４．０Ｊ／ｃｍ2以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記不純物層に連続的に照射される前記パルスの遅延時間が０ｎｓ以上５０００ｎｓ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記不純物層に連続的に照射される前記パルスの遅延時間が前記パルスの半値幅の３倍から５倍の範囲であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
前記パルスレーザーは、ＹＡＧレーザーの第２高調波であることを特徴とする請求項１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、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、ほぼすべて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。
【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３４はＮＰＴ型ＩＧＢＴの断面構造の一例である。
図３４に示すＮＰＴ型ＩＧＢＴ１００は、ｎ-型のＦＺ基板（ＦＺ−Ｎ）基板１０１の表面側に、ＳｉＯ2などのゲート酸化膜１０２を介してポリシリコンなどのゲート電極１０３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１０４を介してアルミニウムシリコン膜などの表面電極１０５が形成された構造を有している。このＦＺ−Ｎ基板１０１の表面側には、ｐ+ベース層１０６およびこのｐ+ベース層１０６内にｎ+エミッタ層１０７が形成され、ＦＺ−Ｎ基板１０１の裏面側には、ｐ+コレクタ層１０８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１０９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１０８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３５はＦＳ型ＩＧＢＴの断面構造の一例である。ただし、図３５では、図３４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３５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１０１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１０１裏面に、ｎ+層（ｎバッファ層）２０１が形成され、このｎバッファ層２０１上にｐ+コレクタ層１０８および裏面電極１０９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３５に示したＦＳ型ＩＧＢＴ２００を例に、ＩＧＢＴの形成方法の一例を図３６から図４０を参照して説明する。図３６は表面側プロセス終了後の断面図、図３７は基板研削プロセスの断面図、図３８は裏面イオン注入プロセスの断面図、図３９は裏面アニールプロセスの断面図、図４０は裏面電極膜形成プロセスの断面図である。ただし、図３６から図４０では、図３４および図３５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、大きく表面側プロセスと裏面側プロセスに分けられる。まず、表面側プロセスについて図３６を参照して説明する。
表面側プロセスでは、まず、ＦＺ−Ｎ基板１０１の表面側に、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１０２およびゲート電極１０３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１０４を形成する。これにより、ＦＺ−Ｎ基板１０１の表面側に、絶縁ゲート構造が形成される。
【００１３】
次いでＦＺ−Ｎ基板１０１の表面側にｐ+ベース層１０６を形成し、このｐ+ベース層１０６内にｎ+エミッタ層１０７を形成する。さらに、このｎ+エミッタ層１０７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１０５を形成する。アルミニウムシリコン膜は、安定した整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３５および図３６では図示を省略したが、表面電極１０５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３７から図４０を参照して説明する。裏面側プロセスでは、まず、図３７に示すように、ＦＺ−Ｎ基板１０１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、薄ウエハ化する。
【００１５】
次いで、図３８に示すように、ＦＺ−Ｎ基板１０１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２０１ａおよびｐ+層１０８ａ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２０１ａおよびボロンを注入したｐ+層１０８ａを活性化し、図３９に示したように、ＦＺ−Ｎ基板１０１の裏面側に、ｎバッファ層２０１およびｐ+コレクタ層１０８をそれぞれ形成する。
【００１６】
その後、図４０に示すように、ｐ+コレクタ層１０８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１０９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１０５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１０９は、はんだ層を介して所定の固定部材に接続する。
【００１７】
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。
【００１８】
図４１は逆阻止ＩＧＢＴの断面構造の一例である。ただし、図４１では、図３４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４１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３０１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。
【００１９】
しかしながら、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ウエハ反りの問題が発生する等、製造プロセスの技術的課題も多い。
【００２０】
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、ウエハをウエハ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や、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザーの第３高調波（ＹＡＧ３ωレーザー）を用いて活性化を行う方法などが検討されている（例えば特許文献１参照）。
【００２１】
このようなレーザーアニールは、従来は照射エリアごとに一定周期で単パルスのレーザーを照射して行われ、そのためのレーザー照射装置やレーザーアニール方法もいくつか提案されている（例えば特許文献２〜７参照）。これらの提案では、レーザー光源として複数のレーザー発振器を用いて各レーザー発振器から発振されるレーザーを合成して単パルスの周期を調整する（特許文献２，３）、複数ピークを有するパルスのパルス幅（半値幅）を調整する（特許文献４）、レーザーの同一領域への同時照射による照射領域の大面積化を図る（特許文献５）、ＹＡＧレーザーの照射エネルギーを均一化する（特許文献６）、レーザー照射試料からの反射光をミラーで反射させてレーザーを試料に再照射する（特許文献７）、等の試みがなされている。
【特許文献１】特開２００３−５９８５６号公報（段落番号［００１４］〜［００２５］，図６，図７）
【特許文献２】特開２００１−１８５５０４号公報（段落番号［０００９］〜［００１４］，図１，図２）
【特許文献３】特開２００３−１０９９１２号公報（段落番号［００３３］〜［００３４］，図２，図３）
【特許文献４】特開平１０−２７５７８１号公報（段落番号［００１４］〜［００１８］，図２，図３）
【特許文献５】特開平５−６２９２４号公報（段落番号［００１２］〜［００１６］，図１，図２）
【特許文献６】特開２００１−１５６０１８号公報（段落番号［００４０］〜［００７６］，図４，図５）
【特許文献７】特開２０００−３４９０４２号公報（段落番号［００２６］，［００２７］，［００３４］，図２，図３，図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
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。
【００２３】
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、エキシマレーザーのような半値幅が１００ｎｓ未満の短い単パルスのレーザー照射では、表面から浅い領域までしか活性化できず、例えばＦＳ型ＩＧＢＴの裏面側でｐ層とｎ層が連続するｐｎ連続層のうちｎ層まで十分に活性化することができない。ＹＡＧ３ωレーザーなどの全固体レーザーを単パルスで使用して照射した場合には、例えば直径０．９ｍｍ程度のスポット照射のため長い照射時間が必要になり、処理時間がウエハ１枚当たり数時間、例えば５インチウエハのアニールに２時間程度もかかってしまうようになる。また、照射エネルギーを大きくして１つの照射エリアにレーザー照射した場合には、ウエハ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。
【００２４】
不純物を注入した基板の深い領域まで活性化でき、かつ、その基板を透過しないで活性化を行える３００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長範囲でレーザー照射を行うことができるレーザー照射装置であって、半値幅１００ｎｓ以上のパルスで照射が行えるようにした装置を新規に構成することは容易でない。
【００２５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、半導体素子に不純物層として形成されるｐ層、ｎ層、あるいはｐｎ連続層等を短時間で安定して活性化することの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】
【００２６】
本発明では上記問題を解決するために、不純物が導入された不純物層をレーザーを用いて活性化する工程を有する半導体素子の製造方法において、前記不純物層を活性化する際に、パルスレーザーを照射する複数のレーザー照射装置を用いて前記不純物層に照射エリアごとに複数のパルスを連続的に照射して前記不純物層を活性化することを特徴とする半導体素子の製造方法が提供される。
【００２７】
このような半導体素子の製造方法によれば、レーザーを用いた不純物層の活性化に、複数のレーザー照射装置が用いられ、各レーザー照射装置からそれぞれ照射される複数のパルスが連続的に照射エリアの不純物層に照射される。複数のレーザー照射装置からのパルスを不純物層に連続的に照射することにより、半値幅の長いパルスレーザーを不純物層に照射したのと同様の効果が得られ、アニール効果が不純物層の浅い領域から深い領域にまで及ぼされるようになる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明では、レーザーを用いた不純物層の活性化に複数のレーザー照射装置を用い、各レーザー照射装置から照射される複数のパルスを連続的に照射エリアの不純物層に照射してその不純物層の活性化を行う。これにより、半値幅の長い単パルスを不純物層に照射したのと同様の効果が得られ、不純物層の浅い領域から深い領域まで高活性化率を実現できる。したがって、不純物層としてｐ層あるいはｎ層を有する半導体素子、ｐｎ連続層等の不純物連続層を有する半導体素子を、安定的にｎｓオーダーで活性化でき、デバイス特性の良好な半導体素子の製造が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、ＦＳ型ＩＧＢＴに用いられるＦＺ−Ｎ基板の裏面側の浅い領域に形成したＰ型不純物層（ｐ層）、および深い領域にｐ層に連続して形成したｎ型不純物層（ｎ層）をレーザーアニールによって活性化する場合を例に、詳細に説明する。
【００３０】
本発明では、ＦＳ型ＩＧＢＴのＦＺ−Ｎ基板の裏面側にｐ型不純物およびｎ型不純物を導入して形成された不純物層であるｐ層およびｎ層の活性化を行うために、複数台のレーザー照射装置からそれぞれ照射される波長３００ｎｍ〜６００ｎｍのパルスレーザーを重ね合わせて（合成して）ＦＺ−Ｎ基板に照射することによってアニールを行う。その際、複数台のレーザー照射装置によってＦＺ−Ｎ基板に照射されるパルスレーザーは、重ね合わされたときの１パルスに相当するパルスの半値幅が１００ｎｓ〜１０００ｎｓになるようにして照射することが好ましい。
【００３１】
すなわち、複数台のレーザー照射装置を用いて、ＦＺ−Ｎ基板の一照射エリアに、複数のパルスを連続的に照射するようにする。それにより、パルスレーザーが重ね合わされたときの１パルス相当のパルスの半値幅が長くなるので、半値幅の長い単パルスを照射したときと同様の効果が得られる。その結果、ＦＺ−Ｎ基板の深い領域にまでアニール効果を及ぼすことができ、不純物層の活性化が促進され、浅い領域にあるｐ層の高活性化だけでなく、深い領域にあるｎ層をも十分に活性化させることができる。この方法を用いることにより、ｐ層とｎ層が連続したｐｎ連続層を一気に活性化することができる。また、レーザー照射装置には既存のものを複数台用いることができ、各レーザー照射装置に特別な改造は要しない。
【００３２】
ただし、複数のパルスを連続的に照射することには、ＦＺ−Ｎ基板の一照射エリアに、先のパルスと後のパルスとが間隔をあけずに連続して照射される場合のほか、先のパルスが照射されてから後のパルスが照射されるまでの間に所定の間隔があけられる場合が含まれるものとする。先後のパルス間にあけられる間隔が所定範囲内であれば、半値幅の長い単パルスを照射したときと同様の効果を得ることが可能になる。
【００３３】
ここで、各パルスレーザーの波長範囲を３００ｎｍ〜６００ｎｍとするのは、波長が３００ｎｍより短いとＦＺ−Ｎ基板の深い領域を活性化することができず、波長が６００ｎｍより長いとＦＺ−Ｎ基板（例えば厚さ６３０μｍ）をレーザーが透過してしまい活性化が起こらなくなるためである。また、各パルスレーザーが重ね合わされたときの１パルス相当のパルスの半値幅が１００ｎｓ以上となるようにすれば、活性化率を向上させることが可能になる。半値幅を１０００ｎｓ以下とするのは、この値を実現するために必要となるレーザー照射装置の台数の問題である。すなわち、各パルスレーザーを重ね合わせたときの１パルス相当のパルスの半値幅を長くするためには、それだけレーザー照射装置が多く必要になるためである。したがって、半値幅を１０００ｎｓ以上とすることは原理的には可能である。
【００３４】
アニールに用いるパルスレーザーとしては、エキシマレーザーであるＸｅＣｌレーザー、または全固体レーザーであるＹＡＧレーザーの第２高調波（ＹＡＧ２ωレーザー）を用いる。これらのレーザーは、共にパルス出力が数十ｍＪ／パルス（ＹＡＧ３ωレーザーでは１ｍＪ／パルス程度）と大きいため、１ｍｍ角以上の照射エリアを形成することができる。例えば、ＹＡＧ２ωレーザーは、１０ｍｍ角程度の照射エリアを形成することができ、５インチウエハであればアニールに要する時間は５分程度であり、ＹＡＧ３ωレーザーとは大きく異なる。
【００３５】
ここで、ＸｅＣｌレーザーまたはＹＡＧ２ωレーザーを用いてｐｎ連続層の活性化を行う際に、照射されるレーザーのパルスの半値幅が活性化に及ぼす影響について述べる。
ＸｅＣｌレーザー、ＹＡＧ２ωレーザーは共に、各レーザー照射装置から照射されるパルスレーザーを光学調整してそのパルス波形が略矩形となるようにし、レーザー照射における各パルスはＦＺ−Ｎ基板に未照射領域を発生させないように所定のオーバーラップ率で照射するものとする。ここでは照射エネルギー分布が略矩形のパルスをオーバーラップ率９０％で照射する。なお、パルスレーザーのパルス波形、オーバーラップ率については後述する。
【００３６】
図２はレーザー照射装置から照射されるレーザーのパルス波形を示す図である。
図２に示すように、１台のレーザー照射装置から照射されるパルス１０ａは略矩形であって、このようなパルスレーザーがＦＺ−Ｎ基板上をＸ，Ｙ方向にオーバーラップ率９０％でスキャンされる。
【００３７】
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レーザーを重ね合わせたパルス波形を示す図である。
２台のレーザー照射装置を用いてパルスレーザーをそれぞれ照射するときには、ここでは図１に示すように、１台目からのパルス１０ａと２台目からのパルス１０ｂとを重ね合わせて、それぞれのパルス１０ａ，１０ｂが連続した長い略矩形の１パルス相当のパルス１０を形成するようにする。すなわち、１台目のパルス１０ａが照射されてから２台目のパルス１０ｂが照射されるまでの時間（遅延時間）を、パルス１０ａの半値幅と略同一となるようにする。
【００３８】
例えば、図１および図２に示したように、２台のレーザー照射装置から照射されるそれぞれのパルス１０ａ，１０ｂが、共に半値幅１００ｎｓで照射エネルギー密度２．０Ｊ／ｃｍ2である場合には、１台目と２台目のレーザー照射装置から照射されるパルス１０ａ，１０ｂ間の遅延時間を１００ｎｓとする。これにより、半値幅２００ｎｓで照射エネルギー密度４．０Ｊ／ｃｍ2の１パルス相当のパルス１０が、オーバーラップ率９０％で所定の方向へスキャンされながらＦＺ−Ｎ基板の不純物層に照射されることになる。レーザー照射装置を３台以上用いる場合も同様である。
【００３９】
活性化にＸｅＣｌレーザーを用いる場合は、複数のＸｅＣｌレーザーを重ね合わせたときのトータルの照射エネルギー密度が４．０Ｊ／ｃｍ2になるようにし、各レーザー照射装置から照射されるＸｅＣｌレーザーの１パルスの半値幅が５０ｎｓのレーザー照射装置を２台使用して、ＸｅＣｌレーザーの重ね合わせ後に得られる１パルス相当のパルスの半値幅を１００ｎｓにする。レーザー照射装置を４台使用すれば、ＸｅＣｌレーザーの重ね合わせ後に得られる１パルス相当のパルスの半値幅が２００ｎｓのＸｅＣｌレーザーが照射され、レーザー照射装置を８台使用すれば、ＸｅＣｌレーザーの重ね合わせ後に得られる１パルス相当のパルスの半値幅が４００ｎｓのＸｅＣｌレーザーが照射されることになる。
【００４０】
一方、活性化にＹＡＧ２ωレーザーを用いる場合は、複数のＹＡＧ２ωレーザーを重ね合わせたトータルの照射エネルギー密度が４．０Ｊ／ｃｍ2になるようにし、各レーザー照射装置から照射されるＹＡＧ２ωレーザーの１パルスの半値幅が１００ｎｓのレーザー照射装置を１台使用してＹＡＧ２ωレーザーを照射する。レーザー照射装置を２台使用すれば、ＹＡＧ２ωレーザーの重ね合わせ後に得られる１パルス相当のパルスの半値幅が２００ｎｓのＹＡＧ２ωレーザーが照射され、レーザー照射装置を４台使用すれば、ＹＡＧ２ωレーザーの重ね合わせ後に得られる１パルス相当のパルスの半値幅が４００ｎｓのＹＡＧ２ωレーザーが照射されることになる。
【００４１】
ＸｅＣｌレーザー、ＹＡＧ２ωレーザー共に、ここでは、１台のレーザー照射装置が担う照射エネルギー密度はトータルの照射エネルギー密度を台数で割った値とする。例えば、２台のレーザー照射装置でＸｅＣｌレーザーによるトータル照射エネルギー密度４．０Ｊ／ｃｍ2を得るためには、１台のレーザー照射装置で２．０Ｊ／ｃｍ2の照射エネルギー密度でＸｅＣｌレーザーを照射する。
【００４２】
図３はＸｅＣｌレーザーを用いて活性化を行ったときの半値幅と活性化率の関係を示す図、図４はＹＡＧ２ωレーザーを用いて活性化を行ったときの半値幅と活性化率の関係を示す図である。この図３および図４において、横軸は半値幅（ｎｓ）を表し、縦軸は活性化率（％）を表している。また、ｐ層は、ＦＺ−Ｎ基板裏面にボロンをドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶで注入し、ｎ層は、ＦＺ−Ｎ基板にリンをドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入して形成している。これにより、ＦＺ−Ｎ基板には、その浅い領域にｐ層が、深い領域にｎ層が、それぞれ形成されている。
【００４３】
ＸｅＣｌレーザーを用いたｐｎ連続層の活性化の場合、レーザー照射装置の台数を変えてＦＺ−Ｎ基板に照射されるパルスの半値幅を５０ｎｓ，１００ｎｓ，２００ｎｓ，４００ｎｓと変化させると、ｐ層の活性化率は、図３に示すように、半値幅５０ｎｓ（レーザー照射装置１台）以上で５０％を超える高い値を示す。一方、ｎ層の活性化率は、図３に示したように、半値幅１００ｎｓ（レーザー照射装置２台）以上で５０％を超える値を示すようになる。また、ＹＡＧ２ωレーザーを用いたｐｎ連続層の活性化の場合には、パルスの半値幅を１００ｎｓ，２００ｎｓ，４００ｎｓと変化させると、図４に示すように、ｐ層、ｎ層共にその活性化率は、半値幅１００ｎｓ（レーザー照射装置１台）以上で５０％を超える高い値を示す。ＹＡＧ２ωレーザーを用いたときの方がＸｅＣｌレーザーを用いたときに比べて活性化率が高くなるのは、波長の影響であり、ＹＡＧ２ωレーザーが波長５３２ｎｍであるのに対しＸｅＣｌレーザーが波長３０８ｎｍとその波長が短いことによる。
【００４４】
図３および図４の結果より、ＦＺ−Ｎ基板の浅い領域に形成されたｐ層の活性化は、ＸｅＣｌレーザー、ＹＡＧ２ωレーザーのいずれを用いても、１，２台のレーザー照射装置で十分に活性化を行うことができる。それに対し、ＦＺ−Ｎ基板の深い領域にあるｎ層の活性化は、レーザー照射装置の台数を増やして１パルス相当のパルスの半値幅を大きくすることによって、より効果的に活性化が図れるということができる。
【００４５】
また、従来のように温度４００℃で電気炉アニールを行った場合には、図３および図４に示したように、ｐ層の活性化率は２％であり、ｎ層の活性化率は４０％である。このように、ＸｅＣｌレーザー、ＹＡＧ２ωレーザーのいずれを用いた場合であっても、半値幅１００ｎｓ以上の略矩形の１パルス相当のパルスをｐｎ連続層に照射することにより、従来の電気炉アニールに比べて高い活性化率でｐ層とｎ層を共に活性化することができる。
【００４６】
このような照射方法によれば、接着シートを用いた支持基板方式による薄ウエハ形成技術においても、ｐ層およびｎ層の活性化を非常に短いｎｓオーダーの時間で実現することができる。また、ＩＧＢＴなどの半導体素子を形成する際、深い不純物層をエピタキシャル基板を用いずにＦＺ基板で構成することができる。さらに、ＦＳ型ＩＧＢＴ形成では、既にトランジスタなどの素子構造を形成した表面側に熱的影響を及ぼすことなく、裏面側に形成したｐ層やｎ層の活性化が行える。
【００４７】
なお、接着シートを用いない場合には、本発明を電気炉アニールによる活性化と併用することも可能である。
以上の説明では、照射エネルギー分布が略矩形の１パルス相当のパルスをオーバーラップ率９０％で照射するに当たり、そのトータルの照射エネルギー密度を４．０Ｊ／ｃｍ2とし、遅延時間を重ね合わせ前の１パルスの半値幅に等しくした場合について述べた。以下に、パルスレーザーのオーバーラップ率、照射エネルギー密度、遅延時間がｐｎ連続層の活性化に及ぼす影響について、より詳細に説明する。
【００４８】
まずレーザー照射におけるオーバーラップ率について述べる。
図５はレーザー照射装置から低オーバーラップ率で照射されるパルスレーザーのパルス波形を示す図、図６は２台のレーザー照射装置からそれぞれ低オーバーラップ率で照射されるパルスレーザーを重ね合わせたパルス波形を示す図である。図５に示すように、ここでは、１台のレーザー照射装置から照射されるパルス２０ａが台形状であって、オーバーラップ率５０％でＦＺ−Ｎ基板上をＸ，Ｙ方向にスキャンされる場合を想定する。その場合、図６に示すように、２台のレーザー照射装置から照射されたパルス２０ａ，２０ｂが重ね合わされたパルス２０には、パルス２０ａ，２０ｂが連続的であってもパルス２０の波形が重なり合わない部分３０が発生してしまう。そのため、このようなパルス２０をＦＺ−Ｎ基板に照射すると、不純物層に与えられる照射エネルギーが変動し、照射ムラが発生するようになる。
【００４９】
これに対して上記図１および図２に示したようなパルス１０ａ，１０ｂを高オーバーラップ率で照射した場合には、それらが重なり合った１パルス相当のパルス１０によってＦＺ−Ｎ基板が照射されるため、いずれの領域でも不純物層に与えられる照射エネルギーが同等になり、照射ムラが発生しない。
【００５０】
図７はｐ層のボロン濃度分布を示す図である。この図７において、横軸はＦＺ−Ｎ基板裏面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸はボロン濃度（ｃｍ-3）を表している。また、図７では、照射ムラが発生しないときのボロン濃度分布を実線で、照射ムラが発生するときのボロン濃度分布を点線で、それぞれ示している。なお、ボロンはＦＺ−Ｎ基板裏面に前述のドーズ量１×１０15ｃｍ-2および加速エネルギー５０ｋｅＶの条件で注入し、ｐ層活性化の際の照射エネルギー密度は４．０Ｊ／ｃｍ2である。また、ボロン濃度分布は、広がり抵抗法（ＳＲ法）により測定している。
【００５１】
上記図６に示したような台形状のパルス２０を低オーバーラップ率で照射した場合には、照射ムラが発生し、図７に示すように、ｐ層について安定したボロン濃度分布が得られないが、図１に示したような矩形状にパルス１０を高オーバーラップ率で照射した場合には、照射ムラが発生せず、安定したボロン濃度分布が得られる。これにより、安定した所望のデバイス特性を得ることができ、ＦＳ型ＩＧＢＴの量産性を向上させることができるようになる。
【００５２】
次にレーザー照射における照射エネルギー密度について述べる。
図８は照射エネルギー密度を変化させてＸｅＣｌレーザーを照射したときのボロン濃度分布を示す図である。図８において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸はボロン濃度（ｃｍ-3）を表している。この図８は、ＸｅＣｌレーザーのレーザー照射装置を２台使用し、遅延時間を５０ｎｓ、すなわち１台のレーザー照射装置から照射されるＸｅＣｌレーザーの半値幅と同一にしてレーザー照射を行ったときの結果である。また、レーザー照射におけるオーバーラップ率は９０％とし、ボロンはドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶでＦＺ−Ｎ基板に注入している。ボロン濃度分布はＳＲ法により測定している。
【００５３】
この図８において、ＸｅＣｌレーザー照射時のトータルの照射エネルギー密度は、１．０Ｊ／ｃｍ2〜４．０Ｊ／ｃｍ2の間で変化させている。図８に示したように、ボロン濃度は、トータルの照射エネルギー密度が１．０Ｊ／ｃｍ2，１．２Ｊ／ｃｍ2，１．５Ｊ／ｃｍ2，２．０Ｊ／ｃｍ2，４．０Ｊ／ｃｍ2と増加していくのに伴って増加する。
【００５４】
通常、ＦＳ型ＩＧＢＴの場合、ｐ層の表面濃度は、裏面電極層とのオーミックコンタクト（接触抵抗）を考慮して、５×１０16ｃｍ-3以上、より好ましくは１×１０18ｃｍ-3以上であることが好ましい。図８の結果より、トータルの照射エネルギー密度が１．０Ｊ／ｃｍ2では、ボロン濃度が５×１０16ｃｍ-3を下回り、活性化が少ないことがわかる。それに対し、トータルの照射エネルギー密度が１．５Ｊ／ｃｍ2以上では、ボロン濃度が１×１０18ｃｍ-3を上回り、ほとんど飽和されており、活性化は十分に図れているといえる。また、トータルの照射エネルギー密度が４．０Ｊ／ｃｍ2を超えると、一照射エリアにレーザー照射される照射エネルギー密度が大きすぎ、ＦＺ−Ｎ基板の表面温度がシリコンの融点（１４１５℃）を超え、表面が溶けた後で固化されてしまうため、ボロン濃度分布のばらつきが大きくなる。
【００５５】
これらのことから、ｐｎ連続層活性化のためのＸｅＣｌレーザー照射におけるトータルの照射エネルギー密度は、１．２Ｊ／ｃｍ2〜４．０Ｊ／ｃｍ2の範囲、より好ましくは１．５Ｊ／ｃｍ2〜４．０Ｊ／ｃｍ2の範囲に設定することが好ましい。なお、例えばＸｅＣｌレーザーを照射するレーザー照射装置を２台使用してトータルの照射エネルギー密度４．０Ｊ／ｃｍ2を得ようとする場合には、前述のように、各レーザー照射装置から照射エネルギー密度２．０Ｊ／ｃｍ2のＸｅＣｌレーザーを照射する。このように複数のレーザー照射装置を使用する場合には、各レーザー照射装置から照射されるＸｅＣｌレーザーの照射エネルギー密度を均等に分配することが望ましい。
【００５６】
図９は照射エネルギー密度を変化させてＹＡＧ２ωレーザーを照射したときのボロン濃度分布を示す図である。図９において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸はボロン濃度（ｃｍ-3）を表している。この図９は、ＹＡＧ２ωレーザーのレーザー照射装置を２台使用し、遅延時間を１台のレーザー照射装置から照射されるＹＡＧ２ωレーザーの半値幅と同一の１００ｎｓにしてレーザー照射を行ったときの結果である。また、レーザー照射におけるオーバーラップ率は９０％とし、ボロンはドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶでＦＺ−Ｎ基板に注入している。ボロン濃度分布はＳＲ法により測定している。
【００５７】
この図９において、ＹＡＧ２ωレーザー照射時のトータルの照射エネルギー密度は、１．０Ｊ／ｃｍ2〜４．０Ｊ／ｃｍ2の間で変化させている。図９に示したように、ボロン濃度は、トータルの照射エネルギー密度が１．０Ｊ／ｃｍ2，１．２Ｊ／ｃｍ2，１．５Ｊ／ｃｍ2，２．０Ｊ／ｃｍ2，４．０Ｊ／ｃｍ2と増加していくのに伴って増加する。
【００５８】
図９の結果より、ＸｅＣｌレーザーを用いたときと同様、トータルの照射エネルギー密度が１．０Ｊ／ｃｍ2では、ボロン濃度が低く活性化が少ない。それに対し、トータルの照射エネルギー密度が１．５Ｊ／ｃｍ2以上では、ボロン濃度が高く、ほとんど飽和している。トータルの照射エネルギー密度が４．０Ｊ／ｃｍ2を超えた場合にボロン濃度分布のばらつきが大きくなるのは、ＸｅＣｌレーザーを用いたときと同じである。
【００５９】
これらのことから、ｐｎ連続層活性化のためのＹＡＧ２ωレーザー照射におけるトータルの照射エネルギー密度は、１．２Ｊ／ｃｍ2〜４．０Ｊ／ｃｍ2の範囲に設定することが好ましく、１．５Ｊ／ｃｍ2〜４．０Ｊ／ｃｍ2の範囲に設定することがより好ましい。なお、例えばＹＡＧ２ωレーザーを照射するレーザー照射装置を２台使用してトータルの照射エネルギー密度４．０Ｊ／ｃｍ2を得るためには、各レーザー照射装置から均等に照射エネルギー密度２．０Ｊ／ｃｍ2のＹＡＧ２ωレーザーを照射する。
【００６０】
図８および図９において、ＹＡＧ２ωレーザーを用いた場合に、ＸｅＣｌレーザーを用いたときに比べてボロンの拡散深さが０．１μｍ程度深くなるのは、波長の違い、すなわちＹＡＧ２ωレーザーが波長５３２ｎｍであるのに対しＸｅＣｌレーザーが波長３０８ｎｍとその波長が短いことによる。
【００６１】
図１０はＸｅＣｌレーザーを用いて活性化を行ったときの照射エネルギー密度と活性化率の関係を示す図、図１１はＹＡＧ２ωレーザーを用いて活性化を行ったときの照射エネルギー密度と活性化率の関係を示す図である。この図１０および図１１において、横軸はトータルの照射エネルギー密度（Ｊ／ｃｍ2）を表し、縦軸は活性化率（％）を表している。また、ｐ層は、ＦＺ−Ｎ基板にボロンをドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶで注入し、ｎ層は、ＦＺ−Ｎ基板にリンをドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入して形成している。これにより、ＦＺ−Ｎ基板には、その浅い領域にｐ層が、深い領域にｎ層が、それぞれ形成されている。
【００６２】
ＸｅＣｌレーザーを用いたｐｎ連続層の活性化の場合、トータルの照射エネルギー密度を変化させていくと、ｐ層、ｎ層共にその活性化率は、図１０に示すように、トータルの照射エネルギー密度１．５Ｊ／ｃｍ2〜４．０Ｊ／ｃｍ2の範囲で５０％を超える高い値を示す。また、ＹＡＧ２ωレーザーを用いたｐｎ連続層の活性化の場合も、図１１に示すように、ｐ層、ｎ層共にその活性化率は、トータルの照射エネルギー密度１．５Ｊ／ｃｍ2〜４．０Ｊ／ｃｍ2の範囲で５０％を超える高い値を示す。ＹＡＧ２ωレーザーを用いたときの方がＸｅＣｌレーザーを用いたときに比べて活性化率が高くなるのは、ＹＡＧ２ωレーザーが波長５３２ｎｍであるのに対しＸｅＣｌレーザーが波長３０８ｎｍとその波長が短いことによる。
【００６３】
また、温度４００℃で電気炉アニールを行った場合には、図１０および図１１に示したように、ｐ層の活性化率は２％であり、ｎ層の活性化率は４０％である。ＸｅＣｌレーザーを用いた場合には、トータルの照射エネルギー密度１．２Ｊ／ｃｍ2〜４．０Ｊ／ｃｍ2でｐ，ｎ両層あるいはいずれか１層の活性化率が電気炉アニールによる活性化率を上回ることができ、ＹＡＧ２ωレーザーを用いた場合にも、トータルの照射エネルギー密度１．２Ｊ／ｃｍ2〜４．０Ｊ／ｃｍ2でｐ，ｎ両層あるいはいずれか１層の活性化率が電気炉アニールによる活性化率を上回ることができる。
【００６４】
図１０および図１１の結果より、ＦＺ−Ｎ基板のｐｎ連続層の活性化は、ＸｅＣｌレーザー、ＹＡＧ２ωレーザーのいずれを用いても、トータルの照射エネルギー密度が１．２Ｊ／ｃｍ2〜４．０Ｊ／ｃｍ2の範囲であれば、従来に比べて高い活性化率でｐ層、ｎ層を活性化することができる。
【００６５】
次にレーザー照射における遅延時間について述べる。
図１２は遅延時間を変化させてＸｅＣｌレーザーを照射したときのボロン濃度分布を示す図である。図１２において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸はボロン濃度（ｃｍ-3）を表している。この図１２は、ＸｅＣｌレーザーのレーザー照射装置を２台使用し、トータルの照射エネルギー密度を２．０Ｊ／ｃｍ2にしてレーザー照射を行ったときの結果である。また、レーザー照射におけるオーバーラップ率は９０％とし、ボロンはドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶでＦＺ−Ｎ基板に注入している。このボロン濃度分布はＳＲ法により測定している。
【００６６】
この図１２において、２台のレーザー照射装置から照射されるＸｅＣｌレーザーの間の遅延時間は、０ｎｓ〜５０００ｎｓの間で変化させている。図１２に示したように、ボロン濃度は、遅延時間を０ｎｓ（遅延なし）から遅延時間５０ｎｓに増加したときに増加し、遅延時間がそれよりも長い２５０ｎｓ，２５００ｎｓ，５０００ｎｓでは、遅延時間の増加に伴って低下する。遅延時間が５０００ｎｓを超える場合には、オーミックコンタクトを考慮したボロン濃度５×１０16ｃｍ-3以上の濃度を得ることができなくなると容易に予測される。
【００６７】
これは、遅延時間が短く、先のパルスが照射されてから後のパルスが照射されるまでの時間が短い場合には、１パルス相当のパルスが上記図１に示したような半値幅の大きな単パルスと同等になる。そのため、レーザー照射されるＦＺ−Ｎ基板の基板温度を、比較的長い時間にわたって活性化に必要な基板温度に維持することができる。これに対し、遅延時間が長い場合には、先のパルスが照射されてから後のパルスが照射されるまでに間隔があくので、遅延時間をあまりに長くするとその間で活性化に必要な基板温度を維持することができなくなる。遅延時間の値によっては、１台のレーザー照射装置を使用してレーザー照射を行った場合と同程度の効果しか得られなくなる場合もあり、その場合、ボロン濃度は減少し、活性化率は低下する。ＸｅＣｌレーザー照射における遅延時間は、０ｎｓ〜５０００ｎｓの範囲に設定することが好ましく、０ｎｓ〜２５００ｎｓの範囲に設定することがより好ましい。
【００６８】
図１３は遅延時間を変化させてＹＡＧ２ωレーザーを照射したときのボロン濃度分布を示す図である。図１３において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸はボロン濃度（ｃｍ-3）を表している。この図１３は、ＹＡＧ２ωレーザーのレーザー照射装置を２台使用し、トータルの照射エネルギー密度を２．０Ｊ／ｃｍ2にしてレーザー照射を行ったときの結果である。また、レーザー照射におけるオーバーラップ率は９０％とし、ボロンはドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶでＦＺ−Ｎ基板に注入している。このボロン濃度分布はＳＲ法により測定している。
【００６９】
この図１３において、２台のレーザー照射装置から照射されるＹＡＧ２ωレーザーの間の遅延時間は、０ｎｓ〜１００００ｎｓの間で変化させている。図１３に示したように、ボロン濃度は、遅延時間０ｎｓから１００ｎｓに増加したときに増加し、遅延時間がそれよりも長い５０００ｎｓ，１００００ｎｓでは、遅延時間の増加に伴って低下する。遅延時間が１００００ｎｓを超える場合には、ボロン濃度５×１０16ｃｍ-3以上の濃度が得られなくなる可能性が非常に高い。このようにＹＡＧ２ωレーザーを用いたときに遅延時間が長くなることによってボロン濃度が低下する理由は、図１２について述べたＸｅＣｌレーザーを用いたときと同じである。したがって、図１３の結果より、ＹＡＧ２ωレーザー照射における遅延時間は、０ｎｓ〜１００００ｎｓの範囲に設定することが好ましく、０ｎｓ〜５０００ｎｓの範囲に設定することがより好ましい。
【００７０】
図１４はＸｅＣｌレーザーを用いて活性化を行ったときの遅延時間と活性化率の関係を示す図、図１５はＹＡＧ２ωレーザーを用いて活性化を行ったときの遅延時間と活性化率の関係を示す図である。この図１４および図１５において、横軸は遅延時間（ｎｓ）を表し、縦軸は活性化率（％）を表している。また、ｐ層は、ＦＺ−Ｎ基板にボロンをドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶで注入し、ｎ層は、ＦＺ−Ｎ基板にリンをドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入して形成している。これにより、ＦＺ−Ｎ基板には、その浅い領域にｐ層が、深い領域にｎ層が、それぞれ形成されている。
【００７１】
ＸｅＣｌレーザーを用いたｐｎ連続層の活性化の場合、図１４に示すように、遅延時間を変化させていくと、遅延時間０ｎｓ〜２５００ｎｓでは、ｐ層、ｎ層共にその活性化率は５０％を超える高い値を示し、遅延時間５０００ｎｓでは、ｐ層、ｎ層共にその活性化率は５０％を下回る。また、ＹＡＧ２ωレーザーを用いたｐｎ連続層の活性化の場合は、図１５に示すように、遅延時間０ｎｓ〜５０００ｎｓでは、ｐ層、ｎ層共にその活性化率は５０％を超える高い値を示し、遅延時間１００００ｎｓでは、ｐ層、ｎ層共にその活性化率は５０％を下回る。ＹＡＧ２ωレーザーを用いたときの方がＸｅＣｌレーザーを用いたときに比べて活性化率が高くなるのは、ＹＡＧ２ωレーザーが波長５３２ｎｍであるのに対しＸｅＣｌレーザーが波長３０８ｎｍとその波長が短いことによる。
【００７２】
また、温度４００℃で電気炉アニールを行った場合には、図１４および図１５に示したように、ｐ層の活性化率は２％であり、ｎ層の活性化率は４０％である。ＸｅＣｌレーザーを用いた場合には、図１４に示したように、遅延時間０ｎｓ〜５０００ｎｓの範囲でｐ，ｎ両層あるいはいずれか１層の活性化率が電気炉アニールによる活性化率を上回ることができ、ＹＡＧ２ωレーザーを用いた場合には、図１５に示したように、遅延時間０ｎｓ〜１００００ｎｓの範囲でｐ，ｎ両層あるいはいずれか１層の活性化率が電気炉アニールによる活性化率を上回ることができる。
【００７３】
図１４および図１５の結果より、ＦＺ−Ｎ基板のｐｎ連続層の活性化は、ＸｅＣｌレーザー、ＹＡＧ２ωレーザーのいずれも満足する遅延時間としては、遅延時間０ｎｓ〜５０００ｎｓの範囲を設定することができる。このように、複数個のパルスの遅延時間を０ｎｓ（遅延時間なし）以上５０００ｎｓ以下となるように照射することにより、活性化に必要な温度以下に基板温度を下げることなくｐｎ連続層の活性化を図ることができる。
【００７４】
以上述べたように、レーザー照射装置を用いたｐｎ連続層の活性化において、照射するパルスレーザーのパルスを略矩形にし、レーザー照射におけるオーバーラップ率、照射エネルギー密度、遅延時間をそれぞれ最適に設定することにより、ｐｎ連続層を高い活性化率で効率的にかつ安定して活性化することができ、デバイス特性の良好なＦＳ型ＩＧＢＴの製造が可能になる。
【００７５】
なお、パルスレーザーを照射してレーザーアニールを行う場合に、パルス波形が一般的なGaussian分布に近いものを用いると、ＦＺ−Ｎ基板に対する加工痕が残ってしまう場合がある。
【００７６】
図１６はGaussian分布のパルス波形およびそのパルスレーザーを用いたときのＦＺ−Ｎ基板の状態を示す模式図、図１７は矩形のパルス波形およびそのパルスレーザーを用いたときのＦＺ−Ｎ基板の状態を示す模式図である。例えば図１６に示すような半値幅１００ｎｓで照射エネルギー密度４．０Ｊ／ｃｍ2のGaussian分布のパルス４０を照射して活性化を行うと、照射エネルギーの強度が最も高い位置に対応するＦＺ−Ｎ基板５０表面に加工痕５１が残り、そのため、加工痕５１はオーバーラップ率に応じてＦＺ−Ｎ基板５０上に複数形成される。
【００７７】
そこで、光学調整を行い、所定のマスクを用い、矩形パルスを形成し、さらに必要な照射エネルギーはレーザー照射装置１台当たりが担う照射エネルギー密度を低くして複数台のレーザー照射装置を用いる。例えば、図１７に示すように、半値幅１００ｎｓで照射エネルギー密度２．０Ｊ／ｃｍ2の矩形のパルス６０ａ，６０ｂを、２台のレーザー照射装置を用い、トータルの半値幅が２００ｎｓで照射エネルギー密度が４．０Ｊ／ｃｍ2のパルス６０としてレーザー照射を行う。これにより、アニールに必要な照射エネルギー密度は保ったまま、ＦＺ−Ｎ基板５０の加工痕の発生を防ぐことが可能になる。その結果、ＦＺ−Ｎ基板５０を加工痕除去のために別途加工することなくＦＳ型ＩＧＢＴを形成することが可能になる。
【００７８】
また、以上の説明では、ｐｎ連続層の活性化に用いるレーザーとして、ＸｅＣｌレーザーまたはＹＡＧ２ωレーザーを用いる場合について述べたが、これらのうち大きな半値幅が得られるＹＡＧ２ωレーザーが特に好適に用いられる。ＹＡＧ２ωレーザーのレーザー照射装置は、ＸｅＣｌレーザーのものに比べて複数台組み合わせることが比較的容易であり、半値幅も１台で１００ｎｓと大きいため、活性化に要する台数が少なくて済む。さらに、ＹＡＧ２ωレーザーは、従来用いられることのあったＹＡＧ３ωレーザーで見られるようなスポット照射になることもないので、１枚のウエハに対し、より短時間で活性化を完了することが可能になり、タクト的に有利になる。
【００７９】
以上説明したように、略矩形のパルス波形のパルスレーザーを連続的に照射することにより、加工痕がなく、不純物層の濃度分布が安定した良好なＦＳ型ＩＧＢＴを形成することができる。
【００８０】
なお、以上の説明では、ＦＳ型ＩＧＢＴに形成されるｐｎ連続層をレーザーアニールによって一気に活性化する場合を例にして述べたが、本発明は、単層のｐ層やｎ層その他ｐｐ連続層やｎｎ連続層等の活性化にも適用可能である。したがって、ＦＳ型ＩＧＢＴにおけるＦＺ基板の表面側、裏面側問わず、ｎｓオーダーでｐｎ連続層等を活性化することができる。また、ＦＳ型ＩＧＢＴに限らず、ＰＴ型やＮＰＴ型のＩＧＢＴ、逆阻止ＩＧＢＴ、最表面層がｎ層になるフリーフォイーリングダイオード（ＦＷＤ）、その他レーザーアニールによって活性化すべき不純物層を有する様々な半導体素子に適用することができる。
【００８１】
次に、第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態では、ＦＳ型ＩＧＢＴのＦＺ−Ｎ基板に形成されるｐｎ連続層のｐ層上に裏面電極とオーミックコンタクトをとるための表面コンタクト層（ｐ層）が形成される場合を例に、詳細に説明する。このような表面コンタクト層は、ＦＺ−Ｎ基板に対してリン、ボロンを順に注入した後に、フッ化ボロン（ＢＦ2+）を注入して、活性化を行うことにより形成される。
【００８２】
図１８は表面コンタクト層形成時の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
図１８において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸は不純物濃度（ｃｍ-3）を表している。ＦＺ−Ｎ基板に対し、ｎ層のリンはドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入し、ｐ層のボロンはドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶで注入し、表面コンタクト層のフッ化ボロンはドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー８０ｋｅＶで注入している。このような連続３層を形成したＦＺ−Ｎ基板について、電気炉アニールを行った場合とレーザーアニールを行った場合の不純物濃度分布をＳＲ法により測定している。また、比較のため、フッ化ボロンを注入せずに電気炉アニールを行った場合についても併せて不純物濃度分布を測定している。なお、電気炉アニールは、４００℃で１時間行い、レーザーアニールは、ＹＡＧ２ωレーザーのレーザー照射装置を２台使用し、各レーザー照射装置の照射エネルギー密度を２．０Ｊ／ｃｍ2、トータルの照射エネルギー密度を４．０Ｊ／ｃｍ2とし、半値幅は１００ｎｓとする。また、遅延時間は０ｎｓまたは３００ｎｓとし、レーザー照射のオーバーラップ率は９０％とする。
【００８３】
図１８には、フッ化ボロンを注入せずに電気炉アニ−ルを行った場合（実線）、フッ化ボロンを注入して電気炉アニールを行った場合（点線）、フッ化ボロンを注入して遅延時間０ｎｓでレーザーアニールを行った場合（二点鎖線）、フッ化ボロンを注入して遅延時間３００ｎｓでレーザーアニールを行った場合（一点鎖線）、のそれぞれの不純物濃度分布を示している。
【００８４】
この図１８に示すように、フッ化ボロンを注入することにより、電気炉アニ−ルのみでもＦＺ−Ｎ基板の浅い領域の不純物濃度は増加する。これは、フッ化ボロンを注入することにより、フッ化ボロン注入層が非晶質となり、不純物の拡散が促進されるためである。そして、電気炉アニールに代えレーザーアニールによって活性化を行うことにより、浅い領域の不純物濃度はさらに増加する。裏面電極とのコンタクトを良好に保つためには、表面コンタクト層のボロン濃度は１×１０18ｃｍ-3以上であることがより好ましく、このレーザーアニールによってＦＺ−Ｎ基板の表面から浅い領域をいっそう高濃度化することができる。
【００８５】
さらに、レーザーアニールによって活性化を行う場合で、遅延時間を３００ｎｓとした場合には、表面コンタクト層より深い側にあるｐ層およびｎ層も電気炉アニールのときと同等レベルで高濃度化させることができる。これは、レーザー照射の際に表面コンタクト層に吸収された熱がその下のｐ層に伝わり、さらにその下のｎ層にも伝わって吸収されるためである。
【００８６】
ここで行うレーザーアニールでは、適当な遅延時間でパルスを連続的に照射するため、上記のような半値幅が大きくなったのと同じパルスによって不純物活性化が行われるとともに、単パルスのレーザー照射よりも熱の伝わり時間も長く、レーザー照射面から深い領域まで短時間で活性化することができる。また、パルスを連続的に照射する際、先のパルスではフッ化ボロン注入層の再結晶化を図ることは難しく、非晶質状態かあるいは結晶欠陥が残っている状態であるが、後のパルスによって再結晶化が進むようになる。これにより、表面から浅い領域のボロンの高濃度化が可能になっている。
【００８７】
なお、遅延時間を０ｎｓとしてレーザーアニールを行った場合に深い領域が高濃度化されないのは、パルスが同時に照射されるために再結晶化の効果が得られにくく、また、同時照射によって表面側に高エネルギーのレーザーが一気に照射されるために、アブレーション（昇華）作用によって熱が深い領域にまで伝わりにくいためである。
【００８８】
このように、上記第１の実施の形態で述べたｐｎ連続層の活性化のほか、この第２の実施の形態で述べたようなｐｎ連続層に更に表面コンタクト層を形成した場合にも、本発明を適用することにより、基板表面から浅い領域およびより深い領域を効率的に活性化することができる。
【００８９】
次に、第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態では、同導電型の連続層を活性化する場合について詳細に説明する。
例えば、製造過程でパーティクルが発生して基板表面に付着すると、そのようなパーティクルのあるところではイオン注入を行っても不純物が注入されず、活性化後の不純物濃度にばらつきが生じるなどの問題が生じ易い。このようなパーティクルの影響を回避するために、高加速エネルギーでイオン注入を行うと、浅い領域の不純物濃度が低くなり、裏面電極とのコンタクトがとれなくなってしまうといった問題が発生する。パーティクルの影響を極力回避するためには、同導電型の層を深さ方向に連続して形成し、その層同士を活性化することが好ましく、それによって、パーティクル深さよりも深い領域まで不純物を活性化することが可能になる。
【００９０】
まず、ｐ層を連続して形成したｐｐ連続層の活性化について述べる。
図１９はｐｐ連続層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
図１９において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸は不純物濃度（ｃｍ-3）を表している。ここでは、ＦＺ−Ｎ基板に対し、ボロンをドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入した単層のｐ層と、ボロンをドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入して更にボロンをドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶで注入したｐｐ連続層について、電気炉アニールまたはレーザーアニールを行った場合の不純物濃度分布をＳＲ法により測定している。なお、電気炉アニールは、４００℃で１時間行い、レーザーアニールは、ＹＡＧ２ωレーザーのレーザー照射装置を２台使用し、各レーザー照射装置の照射エネルギー密度を２．０Ｊ／ｃｍ2、トータルの照射エネルギー密度を４．０Ｊ／ｃｍ2とし、半値幅は１００ｎｓとする。また、遅延時間は３００ｎｓとし、レーザー照射のオーバーラップ率は９０％とする。
【００９１】
図１９には、単層のｐ層に電気炉アニールを行った場合（実線）、ｐｐ連続層に電気炉アニールを行った場合（点線）、単層のｐ層にレーザーアニールを行った場合（二点鎖線）、ｐｐ連続層にレーザーアニールを行った場合（一点鎖線）、のそれぞれの不純物濃度分布を示している。
【００９２】
この図１９に示すように、高加速エネルギーで注入した単層のｐ層について電気炉アニールを行うと、飛程に従って基板表面側の浅い領域の不純物濃度は低くなり、また、単層のｐ層についてレーザーアニールを行っても、これを活性化することはできない。そして、ｐｐ連続層について電気炉アニールを行うと、深い領域の不純物濃度は増加するが、浅い領域の不純物濃度が十分ではない。これに対し、ｐｐ連続層についてレーザーアニールを行うと、浅い領域の不純物濃度は大幅に増加し、さらに深い領域の不純物濃度も高く保つことができるようになる。これは上記第２の実施の形態で述べたのと同様、ここで行うレーザーアニールが、パルスを連続的に照射して半値幅の大きなパルスで不純物の活性化を促進するとともに、熱の伝わり時間が長いために深い領域までｎｓオーダーの短時間で活性化し、また、先のパルスで非晶質となった層を後のパルスで再結晶化するためである。
【００９３】
このようなレーザーアニールによるｐｐ連続層の活性化は、ＮＰＴ型ＩＧＢＴや逆阻止ＩＧＢＴのようにｐ層のみを活性化する必要があるものや、パーティクルの影響を受けにくいｐｐ連続層の形成に特に有効である。
【００９４】
次いで、ｎ層を連続して形成したｎｎ連続層の活性化について述べる。
図２０はｎｎ連続層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
図２０において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸は不純物濃度（ｃｍ-3）を表している。ここでは、ＦＺ−Ｎ基板に対し、リンをドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入した単層のｎ層と、リンをドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入して更にリンをドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶで注入したｎｎ連続層について、電気炉アニールまたはレーザーアニールを行った場合の不純物濃度分布をＳＲ法により測定している。なお、電気炉アニールおよびレーザーアニールの条件は、上記ｐｐ連続層の活性化の場合と同じである。
【００９５】
図２０には、単層のｎ層に電気炉アニールを行った場合（実線）、ｎｎ連続層に電気炉アニールを行った場合（点線）、単層のｎ層にレーザーアニールを行った場合（二点鎖線）、ｎｎ連続層にレーザーアニールを行った場合（一点鎖線）、のそれぞれの不純物濃度分布を示している。
【００９６】
この図２０に示すように、高加速エネルギーで注入した単層のｎ層について電気炉アニールを行うと、飛程に従って基板表面側の浅い領域の不純物濃度は低くなり、また、単層のｎ層についてレーザーアニールを行っても、これを活性化することはできない。ｎｎ連続層について電気炉アニールを行うと、浅い領域、深い領域共に不純物濃度は増加する。そして、ｎｎ連続層についてレーザーアニールを行うと、浅い領域の不純物濃度が大幅に増加するようになる。これは、上記ｐｐ連続層の活性化の場合と同様、活性化が半値幅の大きなパルスによって行われ、熱の伝わり時間が長く、また、レーザー照射時に非晶質層の再結晶化が起こるためである。
【００９７】
このようなレーザーアニールによるｎｎ連続層の活性化は、ＦＷＤのようにｎ層のみを活性化する必要があるものや、パーティクルの影響を受けにくいｎｎ連続層の形成に特に有効である。
【００９８】
この第３の実施の形態で述べたように、ｐｐ連続層またはｎｎ連続層を形成する場合にも、本発明を適用することによって、基板表面から浅い領域およびより深い領域を効率的に活性化することができる。
【００９９】
次に、第４の実施の形態について説明する。
第４の実施の形態では、不純物としてアルゴン（Ａｒ+）を注入したアルゴン導入層（Ａｒ層）とｐ層の連続層、Ａｒ層とｎ層の連続層を活性化する場合について述べる。これも上記第３の実施の形態と同じく、パーティクルの影響を回避するために、そのパーティクル深さよりも深い領域まで不純物注入を行う場合に有効である。ただし、この第４の実施の形態の場合には、Ａｒ層に連続するｐ層のみあるいはｎ層のみを活性化する。
【０１００】
まず、先にアルゴンを注入して次にボロンを注入したＡｒ層とｐ層の連続層のうち浅い領域にあるｐ層を活性化する場合について述べる。
図２１はＡｒ層とｐ層の連続層のｐ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【０１０１】
図２１において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸は不純物濃度（ｃｍ-3）を表している。ここでは、ＦＺ−Ｎ基板に対し、先にアルゴンをドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入し、次にボロンをドーズ量１×１０14ｃｍ-2、加速エネルギー１５０ｋｅＶで注入したＡｒ層とｐ層の連続層について、電気炉アニールまたはレーザーアニールを行った場合の不純物濃度分布をＳＲ法により測定している。なお、電気炉アニールは、４００℃で１時間行い、レーザーアニールは、ＹＡＧ２ωレーザーのレーザー照射装置を２台使用し、各レーザー照射装置の照射エネルギー密度を２．０Ｊ／ｃｍ2、トータルの照射エネルギー密度を４．０Ｊ／ｃｍ2とし、半値幅を１００ｎｓとする。また、遅延時間を３００ｎｓとし、レーザー照射におけるオーバーラップ率は９０％とする。
【０１０２】
図２１には、電気炉アニールの場合（点線）、レーザーアニールの場合（二点鎖線）、のそれぞれの不純物濃度分布を示している。また、図２１には、比較のため、Ａｒ層を形成せずにｐ層のみを上記の条件（ドーズ量１×１０14ｃｍ-2、加速エネルギー１５０ｋｅＶ）で注入して電気炉アニールを行った場合の不純物濃度分布（実線）も併せて図示している。
【０１０３】
Ａｒ層を形成して電気炉アニールを行うことにより、Ａｒ層を形成しない場合に比べて不純物を高濃度化することができるが、Ａｒ層を形成してレーザーアニールを行うことで、基板表面から浅い領域およびより深い領域の不純物濃度を更に増加させることができる。したがって、このレーザーアニールにより、浅い領域に注入された不純物をより深い領域まで活性化することができる。さらに、このレーザーアニールによれば、ｎｓオーダーの短時間での活性化が可能である。
【０１０４】
次いで、先にボロンを注入して次にアルゴンを注入したｐ層とＡｒ層の連続層のうち深い領域にあるｐ層を活性化する場合について述べる。
図２２はｐ層とＡｒ層の連続層のｐ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【０１０５】
図２２において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸は不純物濃度（ｃｍ-3）を表している。ここでは、ＦＺ−Ｎ基板に対し、先にボロンをドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入し、次にアルゴンをドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶで注入したｐ層とＡｒ層の連続層について、電気炉アニールまたはレーザーアニールを行った場合の不純物濃度分布をＳＲ法により測定している。なお、電気炉アニールおよびレーザーアニールの条件は、上記のＡｒ層とｐ層の連続層を活性化する場合と同じである。
【０１０６】
図２２には、電気炉アニールの場合（点線）、レーザーアニールの場合（二点鎖線）、のそれぞれの不純物濃度分布を示している。また、図２２には、比較のため、Ａｒ層を形成せずにｐ層のみを上記の条件（ドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶ）で注入して電気炉アニールを行った場合の不純物濃度分布（実線）も併せて図示している。
【０１０７】
Ａｒ層を形成してもしなくても、電気炉アニールでは基板表面から浅い領域の不純物濃度が低く、十分に活性化することはできない。それに対し、Ａｒ層を形成してレーザーアニールを行った場合には、浅い領域の不純物濃度が増加し、深い領域の不純物濃度も高い。これは、活性化が半値幅の大きなパルスによって行われ、熱の伝わり時間が長く、また、レーザー照射時に非晶質層の再結晶化が起こるためである。レーザー照射の際、Ａｒ層には１４００℃程度の温度が加わり、不活性ガスであるアルゴンは蒸発し、基板表面側にはｐ層が残るようになる。このレーザーアニールにより、深い領域に注入された不純物を浅い領域、そして基板表面まで活性化することができる。さらに、このレーザーアニールによれば、ｎｓオーダーで活性化が可能である。ＮＰＴ型ＩＧＢＴや逆阻止ＩＧＢＴのようにｐ層のみを活性化する必要があるものや、パーティクルの影響を受けにくいｐ層の形成に特に有効である。
【０１０８】
次いで、先にアルゴンを注入して次にリンを注入したＡｒ層とｎ層の連続層のうち浅い領域にあるｎ層を活性化する場合について述べる。
図２３はＡｒ層とｎ層の連続層のｎ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【０１０９】
図２３において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸は不純物濃度（ｃｍ-3）を表している。ここでは、ＦＺ−Ｎ基板に対し、先にアルゴンをドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入し、次にリンをドーズ量１×１０14ｃｍ-2、加速エネルギー１５０ｋｅＶで注入したＡｒ層とｎ層の連続層について、電気炉アニールまたはレーザーアニールを行った場合の不純物濃度分布をＳＲ法により測定している。なお、電気炉アニールおよびレーザーアニールの条件は、上記のＡｒ層とｐ層の連続層を活性化する場合と同じである。
【０１１０】
図２３には、電気炉アニールの場合（点線）、レーザーアニールの場合（二点鎖線）、のそれぞれの不純物濃度分布を示している。また、図２３には、比較のため、Ａｒ層を形成せずにｎ層のみを上記の条件（ドーズ量１×１０14ｃｍ-2、加速エネルギー１５０ｋｅＶ）で注入して電気炉アニールを行った場合の不純物濃度分布（実線）も併せて図示している。
【０１１１】
Ａｒ層を形成して電気炉アニールを行うことにより、Ａｒ層を形成しない場合に比べて高濃度化することができるが、Ａｒ層を形成してレーザーアニールを行うことで、基板表面から浅い領域およびより深い領域の不純物濃度を更に増加させることができる。したがって、このレーザーアニールにより、浅い領域に注入された不純物を表面からより深い領域まで活性化することができる。さらに、このレーザーアニールによれば、ｎｓオーダーで活性化が可能である。
【０１１２】
次いで、先にリンを注入して次にアルゴンを注入したｎ層とＡｒ層の連続層のうち深い領域にあるｎ層を活性化する場合について述べる。
図２４はｎ層とＡｒ層の連続層のｎ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【０１１３】
図２４において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸は不純物濃度（ｃｍ-3）を表している。ここでは、ＦＺ−Ｎ基板に対し、先にリンをドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入し、次にアルゴンをドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶで注入したｎ層とＡｒ層の連続層について、電気炉アニールまたはレーザーアニールを行った場合の不純物濃度分布をＳＲ法により測定している。なお、電気炉アニールおよびレーザーアニールの条件は、上記のＡｒ層とｐ層の連続層のうち浅い領域にあるｐ層を活性化する場合と同じである。
【０１１４】
図２４には、電気炉アニールの場合（点線）、レーザーアニールの場合（二点鎖線）、のそれぞれの不純物濃度分布を示している。また、図２４には、比較のため、Ａｒ層を形成せずにｎ層のみを上記の条件（ドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶ）で注入して電気炉アニールを行った場合の不純物濃度分布（実線）も併せて図示している。
【０１１５】
Ａｒ層を形成してもしなくても、電気炉アニールでは基板表面から浅い領域の不純物濃度が低く、十分に活性化することはできない。それに対し、Ａｒ層を形成してレーザーアニールを行った場合には、浅い領域の不純物濃度が増加し、深い領域の不純物濃度も高い。これは、活性化が半値幅の大きなパルスによって行われ、熱の伝わり時間が長く、また、レーザー照射時に非晶質層の再結晶化が起こるためである。レーザー照射の際にはアルゴンは蒸発し、基板表面側にはｐ層が残るようになる。このレーザーアニールにより、深い領域に注入された不純物を浅い領域まで活性化することができる。さらに、このレーザーアニールによれば、ｎｓオーダーで活性化が可能である。ＦＷＤのようにｎ層のみを活性化する必要があるものや、パーティクルの影響を受けにくいｎ層の形成に特に有効である。
【０１１６】
なお、リンの方がボロンよりも重い元素であるため、ボロンよりも偏析効果が少なく、ドーズ量および加速エネルギーが同じであれば、リンを用いた場合の方が表面側濃度はボロンの場合に比べて低く、拡散深さも浅くなる。
【０１１７】
以上述べたように、先にアルゴンを注入してその後にボロン若しくはリンを注入する、あるいは先にボロン若しくはリンを注入してその後にアルゴンを注入することにより、ｐ層、ｎ層の活性化を図ることができる。これは、アルゴンを注入した領域が非晶質層となり、アニール時には、Ａｒ層がその前または後に注入したｐ層、ｎ層の活性化を促進するように作用するためである。そして、アニールを連続的にレーザーパルスを照射して行うことにより、ｎｓオーダーでｐ層、ｎ層を活性化することができ、特に、深い側の層の活性化とともに基板表面側の浅い領域の不純物濃度を高くすることができる点で非常に効果的である。
【０１１８】
この第４の実施の形態で述べたように、Ａｒ層とｐ層の連続層、Ａｒ層とｎ層の連続層を活性化する場合にも、本発明を適用することによって、基板表面から浅い領域およびより深い領域を効率的に活性化することができる。
【０１１９】
次に、第５の実施の形態について説明する。
第５の実施の形態では、シリコン（Ｓｉ+）を注入したシリコン導入層（Ｓｉ層）とｐ層の連続層、Ｓｉ層とｎ層の連続層を活性化する場合について述べる。これも上記第４の実施の形態と同じく、パーティクル深さよりも深い領域まで不純物注入を行う場合に有効であり、連続層のｐ層のみあるいはｎ層のみを活性化する。
【０１２０】
まず、先にシリコンを注入して次にボロンを注入したＳｉ層とｐ層の連続層のうち浅い領域になるｐ層を活性化する場合について述べる。
図２５はＳｉ層とｐ層の連続層のｐ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【０１２１】
図２５において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸は不純物濃度（ｃｍ-3）を表している。ここでは、ＦＺ−Ｎ基板に対し、先にシリコンをドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入し、次にボロンをドーズ量１×１０14ｃｍ-2、加速エネルギー１５０ｋｅＶで注入したＳｉ層とｐ層の連続層について、電気炉アニールまたはレーザーアニールを行った場合の不純物濃度分布をＳＲ法により測定している。なお、電気炉アニールおよびレーザーアニールの条件は、上記第４の実施の形態と同じである。すなわち、電気炉アニールは、４００℃で１時間行い、レーザーアニールは、ＹＡＧ２ωレーザーのレーザー照射装置を２台使用し、各レーザー照射装置の照射エネルギー密度を２．０Ｊ／ｃｍ2、トータルの照射エネルギー密度を４．０Ｊ／ｃｍ2とし、半値幅を１００ｎｓとする。また、遅延時間を３００ｎｓとし、レーザー照射のオーバーラップ率は９０％とする。
【０１２２】
図２５には、電気炉アニールの場合（点線）、レーザーアニールの場合（二点鎖線）、のそれぞれの不純物濃度分布を示している。また、図２５には、比較のため、Ｓｉ層を形成せずにｐ層のみを上記の条件（ドーズ量１×１０14ｃｍ-2、加速エネルギー１５０ｋｅＶ）で注入して電気炉アニールを行った場合の不純物濃度分布（実線）も併せて図示している。
【０１２３】
Ｓｉ層を形成して電気炉アニールを行うことにより、Ｓｉ層を形成しない場合に比べて不純物を高濃度化することができるが、Ｓｉ層を形成してレーザーアニールを行うことで、基板表面から浅い領域およびより深い領域の不純物濃度を更に増加させることができる。したがって、このレーザーアニールにより、浅い領域に注入された不純物をより深い領域まで活性化することができる。さらに、このレーザーアニールによれば、ｎｓオーダーで活性化が可能である。
【０１２４】
次いで、先にボロンを注入して次にシリコンを注入したｐ層とＳｉ層の連続層のうち深い領域にあるｐ層を活性化する場合について述べる。
図２６はｐ層とＳｉ層の連続層のｐ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【０１２５】
図２６において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸は不純物濃度（ｃｍ-3）を表している。ここでは、ＦＺ−Ｎ基板に対し、先にボロンをドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入し、次にシリコンをドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶで注入したｐ層とＳｉ層の連続層について、電気炉アニールまたはレーザーアニールを行った場合の不純物濃度分布をＳＲ法により測定している。なお、電気炉アニールおよびレーザーアニールの条件は、上記のＳｉ層とｐ層の連続層を活性化する場合と同じである。
【０１２６】
図２６には、電気炉アニールの場合（点線）、レーザーアニールの場合（二点鎖線）、のそれぞれの不純物濃度分布を示している。また、図２６には、比較のため、Ｓｉ層を形成せずにｐ層のみを上記の条件（ドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶ）で注入して電気炉アニールを行った場合の不純物濃度分布（実線）も併せて図示している。
【０１２７】
Ｓｉ層を形成してもしなくても、電気炉アニールでは基板表面から浅い領域の不純物濃度が低く、十分に活性化することはできない。それに対し、Ｓｉ層を形成してレーザーアニールを行った場合には、浅い領域の不純物濃度が増加し、深い領域の不純物濃度も高い。これは、活性化が半値幅の大きなパルスによって行われ、熱の伝わり時間が長く、また、レーザー照射時に非晶質層の再結晶化が起こるためである。このレーザーアニールにより、深い領域に注入された不純物を浅い領域まで活性化することができ、さらに、活性化をｎｓオーダーで行える。ＮＰＴ型ＩＧＢＴや逆阻止ＩＧＢＴのようにｐ層のみを活性化する必要があるものや、パーティクルの影響を受けにくいｐ層の形成に特に有効である。
【０１２８】
次いで、先にシリコンを注入して次にリンを注入したＳｉ層とｎ層の連続層のうち浅い領域にあるｎ層を活性化する場合について述べる。
図２７はＳｉ層とｎ層の連続層のｎ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【０１２９】
図２７において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸は不純物濃度（ｃｍ-3）を表している。ここでは、ＦＺ−Ｎ基板に対し、先にシリコンをドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入し、次にリンをドーズ量１×１０14ｃｍ-2、加速エネルギー１５０ｋｅＶで注入したＳｉ層とｎ層の連続層について、電気炉アニールまたはレーザーアニールを行った場合の不純物濃度分布をＳＲ法により測定している。なお、電気炉アニールおよびレーザーアニールの条件は、上記のＳｉ層とｐ層の連続層を活性化する場合と同じである。
【０１３０】
図２７には、電気炉アニールの場合（点線）、レーザーアニールの場合（二点鎖線）、のそれぞれの不純物濃度分布を示している。また、図２７には、比較のため、Ｓｉ層を形成せずにｎ層のみを上記の条件（ドーズ量１×１０14ｃｍ-2、加速エネルギー１５０ｋｅＶ）で注入して電気炉アニールを行った場合の不純物濃度分布（実線）も併せて図示している。
【０１３１】
Ｓｉ層を形成して電気炉アニールを行うことにより、Ｓｉ層を形成しない場合に比べて高濃度化することができるが、Ｓｉ層を形成してレーザーアニールを行うことで、特に基板表面から浅い領域の不純物濃度を更に増加させることができる。したがって、このレーザーアニールにより、浅い領域に注入された不純物を表面からより深い領域まで活性化さすることができ、さらに、活性化をｎｓオーダーで行える。
【０１３２】
次いで、先にリンを注入して次にシリコンを注入したｎ層とＳｉ層の連続層のうち深い領域にあるｎ層を活性化する場合について述べる。
図２８はｎ層とＳｉ層の連続層のｎ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【０１３３】
図２８において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸は不純物濃度（ｃｍ-3）を表している。ここでは、ＦＺ−Ｎ基板に対し、先にリンをドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入し、次にシリコンをドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶで注入したｎ層とＳｉ層の連続層について、電気炉アニールまたはレーザーアニールを行った場合の不純物濃度分布をＳＲ法により測定している。なお、電気炉アニールおよびレーザーアニールは、上記のＳｉ層とｐ層の連続層を活性化する場合と同じである。
【０１３４】
図２８には、電気炉アニールの場合（点線）、レーザーアニールの場合（二点鎖線）、のそれぞれの不純物濃度分布を示している。また、図２８には、比較のため、Ｓｉ層を形成せずにｎ層のみを上記の条件（ドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶ）で注入して電気炉アニールを行った場合の不純物濃度分布（実線）も併せて図示している。
【０１３５】
Ｓｉ層を形成してもしなくても、電気炉アニールでは基板表面から浅い領域の不純物濃度が低く、十分に活性化することはできない。それに対し、Ｓｉ層を形成してレーザーアニールを行った場合には、浅い領域の不純物濃度が増加し、深い領域の不純物濃度も高い。これは、活性化が半値幅の大きなパルスによって行われ、熱の伝わり時間が長く、また、レーザー照射時に非晶質層の再結晶化が起こるためである。このレーザーアニールにより、深い領域に注入された不純物を浅い領域まで活性化することができる。さらに、このレーザーアニールによれば、ｎｓオーダーで活性化が可能である。ＦＷＤのようにｎ層のみを活性化する必要があるものや、パーティクルの影響を受けにくいｎ層の形成に特に有効である。
【０１３６】
以上述べたように、先にシリコンを注入してその後にボロン若しくはリンを注入する、あるいは先にボロン若しくはリンを注入してその後にシリコンを注入することにより、ｐ層、ｎ層の活性化を図ることができる。これは、第４の実施の形態で述べたＡｒ層を用いたときと同様の理由からであり、ｎｓオーダーで深い領域とともに浅い領域も活性化することができる点で効果的である。
【０１３７】
シリコンを注入することによる効果については既に報告がある（Nakada et al, J. Appl. Phys. 81 (6), 15 March 1997）。しかし、本発明に係るレーザーアニールを行うことにより、報告されているような多段注入や長時間のアニールを行うことなく、ｎｓオーダーで基板表面側の浅い領域およびより深い領域の活性化が可能になる。
【０１３８】
この第５の実施の形態で述べたように、Ｓｉ層とｐ層の連続層、Ｓｉ層とｎ層の連続層を活性化する場合にも、本発明を適用することによって、基板表面から浅い領域およびより深い領域を効率的に活性化することができる。
【０１３９】
なお、以上の第２〜第５の実施の形態で述べたレーザーアニール条件は、上記第１の実施の形態で述べた範囲で変更可能であり、この範囲であれば、第２〜第５の実施の形態で述べたのと同様の結果を得ることができる。
【０１４０】
また、上記第１の実施の形態において述べたのと同様、第２〜第５の実施の形態でも、接着シートを用いた支持基板方式による薄ウエハ形成技術において、ｐ層、ｎ層の活性化をｎｓオーダーで実現することができる。また、ＩＧＢＴなどの半導体素子を形成する際、深い不純物層をエピタキシャル基板を用いずにＦＺ基板で構成することができる。さらに、ＦＳ型ＩＧＢＴ形成では、既にトランジスタなどの素子構造を形成した表面側に熱的影響を及ぼすことなく、裏面側に形成したｐ層やｎ層の活性化が行える。
【０１４１】
また、接着シートを用いない場合には、レーザーアニールを電気炉アニールと併用することも可能である。その場合、電気炉アニールは、レーザーアニールの前後いずれであっても構わない。
【０１４２】
次に、不純物層のレーザーアニールによる活性化の際のパルスの遅延時間およびオーバーラップ率について、それぞれ以下の第６，第７の実施の形態において更に詳細に説明する。
【０１４３】
最初に、第６の実施の形態について説明する。
ここでは、パルスの遅延時間について、まず上記第２の実施の形態と同様に、ＦＳ型ＩＧＢＴのＦＺ−Ｎ基板にリン、ボロン、フッ化ボロンを注入してｐｎ連続層上に表面コンタクト層のｐ層が形成された連続３層の活性化の場合を例に、詳細に説明する。
【０１４４】
図２９は連続３層の活性化におけるパルスの遅延時間と不純物濃度分布の関係を示す図である。
図２９において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸は不純物濃度（ｃｍ-3）を表している。ＦＺ−Ｎ基板に対し、ｎ層のリンはドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入し、ｐ層のボロンはドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶで注入し、表面コンタクト層のフッ化ボロンはドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー８０ｋｅＶで注入している。このような連続３層を形成したＦＺ−Ｎ基板について、パルスの遅延時間を変化させてレーザーアニールを行った場合の不純物濃度分布をＳＲ法により測定している。また、比較のため、電気炉アニールを行った場合についても併せて不純物濃度分布を測定している。
【０１４５】
ここで、レーザーアニールは、ＹＡＧ２ωレーザーのレーザー照射装置を２台使用し、各レーザー照射装置の照射エネルギー密度を２．０Ｊ／ｃｍ2、トータルの照射エネルギー密度を４．０Ｊ／ｃｍ2とし、半値幅は１００ｎｓとする。図２９には、このようなＹＡＧ２ωレーザーを用いて、パルスの遅延時間を、なし（０ｎｓ）、半値幅と同じ（１００ｎｓ）、半値幅の２倍（２００ｎｓ）、半値幅の３倍（３００ｎｓ）、半値幅の５倍（５００ｎｓ）、半値幅の８倍（８００ｎｓ）としてそれぞれレーザー照射を行ったときの不純物濃度分布を示している。
【０１４６】
例えば、２台の各レーザー照射装置から照射されるＹＡＧ２ωレーザーの照射エネルギー密度が２．０Ｊ／ｃｍ2、半値幅が１００ｎｓであり、遅延時間３００ｎｓの場合であれば、図３０に示すように、各レーザー照射装置からそれぞれ照射される先のパルス１０ｃと後のパルス１０ｄとの間には３００ｎｓの時間が隔てられ、トータルの照射エネルギー密度は４．０Ｊ／ｃｍ2となる。
【０１４７】
なお、図２９に示す不純物濃度分布測定では、各レーザー照射装置のパルスのオーバーラップ率は９０％で一定としている。また、電気炉アニールについては、４００℃で１時間行ったときの不純物濃度分布を示している。
【０１４８】
図２９より、表面から深い領域のｎ層は、遅延時間が０ｎｓ，１００ｎｓ，２００ｎｓ，８００ｎｓ，５００ｎｓ，３００ｎｓの順により活性化されており、特に遅延時間５００ｎｓ，３００ｎｓの場合に高濃度化が進んでいる。これは、その遅延時間のときが深い領域まで最も熱を有効に伝えることができることを示している。すなわち、レーザー照射によって表面コンタクト層に吸収された熱がその下のｐ層に伝わり、さらにその下のｎ層にも伝わって吸収されている。
【０１４９】
それに対し、遅延時間０ｎｓ，１００ｎｓの場合に深い領域のｎ層の高濃度化があまり進まないのは、遅延時間５００ｎｓ，３００ｎｓの場合に比べ、パルス間の遅延時間が短いために、照射による非晶質層の再結晶化の効果が得られにくく、また、アブレーション作用によって熱が深い領域にまで伝わりにくいためである。また、遅延時間を８００ｎｓまで上げると、活性化に必要な基板温度を維持できず、深い領域の高濃度化は抑えられてしまう。
【０１５０】
このように、ＦＳ型ＩＧＢＴに形成される連続３層のレーザーアニールにおいては、照射するパルスの遅延時間が３００ｎｓ〜５００ｎｓの範囲である場合に、特にその高濃度化の効果が大きくなるということができる。
【０１５１】
続いて、パルスの遅延時間について、ＮＰＴ型ＩＧＢＴや逆阻止ＩＧＢＴの裏面側に形成される単層のｐ層を活性化する場合を例に、詳細に説明する。
図３１は単層のｐ層の活性化におけるパルスの遅延時間とボロン濃度分布の関係を示す図である。
【０１５２】
図３１において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸はボロン濃度（ｃｍ-3）を表している。ボロンは、ＦＺ−Ｎ基板に対し、ドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶで注入している。このような単層のｐ層を形成したＦＺ−Ｎ基板について、パルスの遅延時間を変化させてレーザーアニールを行った場合のボロン濃度分布をＳＲ法により測定している。
【０１５３】
レーザーアニールは、ＹＡＧ２ωレーザーのレーザー照射装置を２台使用し、各レーザー照射装置の照射エネルギー密度を１．０Ｊ／ｃｍ2、トータルの照射エネルギー密度を２．０Ｊ／ｃｍ2とし、半値幅は１００ｎｓとする。図３１には、このようなＹＡＧ２ωレーザーを用いて、パルスの遅延時間を、なし（０ｎｓ）、半値幅と同じ（１００ｎｓ）、半値幅の２倍（２００ｎｓ）、３倍（３００ｎｓ）、５倍（５００ｎｓ）、８倍（８００ｎｓ）としてそれぞれレーザー照射を行ったときのボロン濃度分布を示している。なお、各レーザー照射装置のパルスのオーバーラップ率は９０％で一定としている。
【０１５４】
図３１より、上記図２９と同様、表面から深い領域のｎ層は、遅延時間が０ｎｓ，１００ｎｓ，２００ｎｓ，８００ｎｓ，５００ｎｓ，３００ｎｓの順により活性化されており、特に遅延時間５００ｎｓ，３００ｎｓの場合に高濃度化が進んでいる。このような単層のｐ層の場合、通常その活性化率は遅延時間に依らず７０％以上にはなるが、遅延時間５００ｎｓでは活性化率９１％、遅延時間３００ｎｓでは活性化率９２％となり、共に９０％以上の高活性化率を得ることができるようになる。遅延時間０ｎｓ，１００ｎｓの場合は、パルス間の遅延時間が短いためにレーザーが照射されたｐ層に非晶質層が残ってしまうが、遅延時間３００ｎｓ，５００ｎｓのように適当な遅延時間を設けてレーザー照射を行うことでその非晶質層の再結晶化が促進され、欠陥の少ないｐ層を形成することができるようになる。また、上記図２９と同様、遅延時間を８００ｎｓまで上げると、活性化に必要な基板温度を維持できず、深い領域の高濃度化は抑えられてしまう。
【０１５５】
このように、ＮＰＴ型ＩＧＢＴや逆阻止ＩＧＢＴに形成される単層のｐ層のレーザーアニールにおいては、照射するパルスの遅延時間が３００ｎｓ〜５００ｎｓの範囲である場合に、特にその高濃度化の効果が大きくなるということができる。
【０１５６】
なお、この第６の実施の形態では、ＹＡＧ２ωレーザーを用いた場合について述べたが、１パルスの半値幅が５０ｎｓのＸｅＣｌレーザーを用いた場合も同様に、照射パルスの遅延時間が１５０ｎｓ〜２５０ｎｓの範囲であるときに特に不純物層の高濃度化の効果が大きくなる。
【０１５７】
したがって、ＸｅＣｌレーザーまたはＹＡＧ２ωレーザーを用いたレーザーアニールによる活性化の際に、基板表面から深い領域に至る十分な熱の伝播、不純物層の再結晶化および基板温度維持といった要件を満たすことのできるパルスの遅延時間の範囲は、パルスの半値幅の３倍〜５倍とすることが望ましい。
【０１５８】
次に、第７の実施の形態について説明する。
ここでは、パルスのオーバーラップ率について、まず上記第６の実施の形態と同様、ＦＳ型ＩＧＢＴのＦＺ−Ｎ基板にリン、ボロン、フッ化ボロンを注入してｐｎ連続層上に表面コンタクト層のｐ層が形成された連続３層の活性化の場合を例に、詳細に説明する。
【０１５９】
図３２は連続３層の活性化におけるパルスのオーバーラップ率と不純物濃度分布の関係を示す図である。
図３２において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸は不純物濃度（ｃｍ-3）を表している。ＦＺ−Ｎ基板に対し、ｎ層のリンはドーズ量１×１０13ｃｍ-2、加速エネルギー２４０ｋｅＶで注入し、ｐ層のボロンはドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶで注入し、表面コンタクト層のフッ化ボロンはドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー８０ｋｅＶで注入している。このような連続３層を形成したＦＺ−Ｎ基板について、パルスのオーバーラップ率を変化させてレーザーアニールを行った場合の不純物濃度分布をＳＲ法により測定している。
【０１６０】
ここで、レーザーアニールは、ＹＡＧ２ωレーザーのレーザー照射装置を２台使用し、各レーザー照射装置の照射エネルギー密度を２．０Ｊ／ｃｍ2、トータルの照射エネルギー密度を４．０Ｊ／ｃｍ2とし、半値幅は１００ｎｓとする。図３２には、このようなＹＡＧ２ωレーザーを用いて、パルスのオーバーラップ率を５０％，７５％，９０％，９５％，９８％としてそれぞれレーザー照射を行ったときの不純物濃度分布を示している。なお、図３２に示す不純物濃度分布測定では、各レーザー照射装置のパルスの遅延時間は３００ｎｓで一定としている。
【０１６１】
図３２より、オーバーラップ率５０％で深い領域の活性化がはじまることがわかる。そして、オーバーラップ率を大きくしていくと、深い領域のｎ層の高濃度化が進むようになる。これは、オーバーラップ率を大きくした方が同じ領域への照射回数が多くなるために、深い領域へも熱が伝わりやすくなるからである。オーバーラップ率５０％ではまだ深い領域にまで熱が有効に伝わらず、オーバーラップ率が７５％以上であれば深い領域にまで熱が効果的に伝わるようになるということができる。
【０１６２】
したがって、ＦＳ型ＩＧＢＴに形成される連続３層のレーザーアニールにおいては、照射するパルスのオーバーラップ率が７５％以上９８％以下の範囲である場合に、その高濃度化の効果が大きくなる。ただし、オーバーラップ率９８％では、不純物濃度がオーバーラップ率９５％のときとほとんど変わらず、特性的には飽和状態となっている。オーバーラップ率を大きくすれば１枚のウエハを処理する時間もそれだけ長くなるので、オーバーラップ率を９８％まで大きくするメリットは少ないともいえる。
【０１６３】
続いて、パルスのオーバーラップ率について、上記第６の実施の形態と同様、ＮＰＴ型ＩＧＢＴや逆阻止ＩＧＢＴの裏面側に形成される単層のｐ層を活性化する場合を例に、詳細に説明する。
【０１６４】
図３３は単層のｐ層の活性化におけるパルスのオーバーラップ率とボロン濃度分布の関係を示す図である。
図３３において、横軸はＦＺ−Ｎ基板表面からの深さ（μｍ）を表し、縦軸はボロン濃度（ｃｍ-3）を表している。ボロンは、ＦＺ−Ｎ基板に対し、ドーズ量１×１０15ｃｍ-2、加速エネルギー５０ｋｅＶで注入している。このような単層のｐ層を形成したＦＺ−Ｎ基板について、パルスのオーバーラップ率を変化させてレーザーアニールを行った場合のボロン濃度分布をＳＲ法により測定している。
【０１６５】
レーザーアニールは、ＹＡＧ２ωレーザーのレーザー照射装置を２台使用し、各レーザー照射装置の照射エネルギー密度を１．０Ｊ／ｃｍ2、トータルの照射エネルギー密度を２．０Ｊ／ｃｍ2とし、半値幅は１００ｎｓとする。図３３には、このようなＹＡＧ２ωレーザーを用いて、パルスのオーバーラップ率を５０％，７５％，９０％，９５％，９８％としてそれぞれレーザー照射を行ったときのボロン濃度分布を示している。なお、各レーザー照射装置のパルスの遅延時間は３００ｎｓで一定としている。
【０１６６】
図３３より、オーバーラップ率が７５％以上では高濃度化が進み、ボロン濃度分布にほとんど変化は見られない。これは、活性化の対象である不純物層が単層であるためである。活性化率は、オーバーラップ率５０％でも８０％になるが、オーバーラップ率７５％以上であれば９０％以上になる。また、オーバーラップ率を大きくした方が非晶質層の再結晶化も促進され、欠陥の少ないｐ層を形成することができるようになる。
【０１６７】
このように、ＮＰＴ型ＩＧＢＴや逆阻止ＩＧＢＴに形成される単層のｐ層のレーザーアニールにおいては、照射するパルスのオーバーラップ率が５０％以上９８％以下の範囲である場合に、その高濃度化の効果が大きくなる。
【０１６８】
なお、この第７の実施の形態では、ＹＡＧ２ωレーザーを用いた場合について述べたが、ＸｅＣｌレーザーを用いた場合も同様に、照射パルスのオーバーラップ率が５０％以上９８％以下、特に７５％以上９５％以下の範囲であるときに不純物層の高濃度化の効果が大きくなる。
【０１６９】
以上の説明より、ＸｅＣｌレーザーまたはＹＡＧ２ωレーザーを用いたレーザーアニールによる活性化の際には、パルスのオーバーラップ率を５０％以上９８％以下、より好ましくは７５％以上９５％以下の範囲とすることが望ましい。
【０１７０】
なお、以上の説明において述べたオーバーラップ率は、レーザー照射の進行方向についてのオーバーラップを意味している。例えば、通常のレーザーアニールでは、進行方向がＸ方向であれば、パルスを適当なオーバーラップ率でＸ方向にオーバーラップさせ、Ｙ方向には若干（０．５ｍｍ程度）オーバーラップさせる。レーザーアニールの所要時間に特別の制限がなければ、Ｘ，Ｙ両方向のオーバーラップ率を大きくしてアニールを行っても構わない。
【０１７１】
また、上記第１〜第５の実施の形態において述べたのと同様、この第６，第７の実施の形態でも、接着シートを用いた支持基板方式において、ｐ層、ｎ層の活性化をｎｓオーダーで実現することができる。勿論、接着シートを用いない場合には、レーザーアニールを電気炉アニールと併用することも可能である。
【０１７２】
また、上記第１〜第５の実施の形態のレーザーアニールには、第６，第７の実施の形態で述べたレーザーアニール条件（遅延時間およびオーバーラップ率）を適用することが可能である。
【０１７３】
また、以上の説明では、ＩＧＢＴを例にして述べたが、本発明はＩＧＢＴに限らず、ＩＣ全体、表面側と裏面側とを問わずｎｓオーダーでｐｎ連続層、ｐｐ連続層、ｎｎ連続層、あるいは浅い領域から深い領域のｐ層、ｎ層の活性化に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【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レーザーを重ね合わせたパルス波形を示す図である。
【図２】レーザー照射装置から照射されるレーザーのパルス波形を示す図である。
【図３】ＸｅＣｌレーザーを用いて活性化を行ったときの半値幅と活性化率の関係を示す図である。
【図４】ＹＡＧ２ωレーザーを用いて活性化を行ったときの半値幅と活性化率の関係を示す図である。
【図５】レーザー照射装置から低オーバーラップ率で照射されるパルスレーザーのパルス波形を示す図である。
【図６】２台のレーザー照射装置からそれぞれ低オーバーラップ率で照射されるパルスレーザーを重ね合わせたパルス波形を示す図である。
【図７】ｐ層のボロン濃度分布を示す図である。
【図８】照射エネルギー密度を変化させてＸｅＣｌレーザーを照射したときののボロン濃度分布を示す図である。
【図９】照射エネルギー密度を変化させてＹＡＧ２ωレーザーを照射したときののボロン濃度分布を示す図である。
【図１０】ＸｅＣｌレーザーを用いて活性化を行ったときの照射エネルギー密度と活性化率の関係を示す図である。
【図１１】ＹＡＧ２ωレーザーを用いて活性化を行ったときの照射エネルギー密度と活性化率の関係を示す図である。
【図１２】遅延時間を変化させてＸｅＣｌレーザーを照射したときのボロン濃度分布を示す図である。
【図１３】遅延時間を変化させてＹＡＧ２ωレーザーを照射したときのボロン濃度分布を示す図である。
【図１４】ＸｅＣｌレーザーを用いて活性化を行ったときの遅延時間と活性化率の関係を示す図である。
【図１５】ＹＡＧ２ωレーザーを用いて活性化を行ったときの遅延時間と活性化率の関係を示す図である。
【図１６】Gaussian分布のパルス波形およびそのパルスレーザーを用いたときのＦＺ−Ｎ基板の状態を示す模式図である。
【図１７】矩形のパルス波形およびそのパルスレーザーを用いたときのＦＺ−Ｎ基板の状態を示す模式図である。
【図１８】表面コンタクト層形成時の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【図１９】ｐｐ連続層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【図２０】ｎｎ連続層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【図２１】Ａｒ層とｐ層の連続層のｐ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【図２２】ｐ層とＡｒ層の連続層のｐ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【図２３】Ａｒ層とｎ層の連続層のｎ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【図２４】ｎ層とＡｒ層の連続層のｎ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【図２５】Ｓｉ層とｐ層の連続層のｐ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【図２６】ｐ層とＳｉ層の連続層のｐ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【図２７】Ｓｉ層とｎ層の連続層のｎ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【図２８】ｎ層とＳｉ層の連続層のｎ層の活性化方法と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【図２９】連続３層の活性化におけるパルスの遅延時間と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【図３０】２つのパルスの照射エネルギー密度と遅延時間の関係を示す図である。
【図３１】単層のｐ層の活性化におけるパルスの遅延時間とボロン濃度分布の関係を示す図である。
【図３２】連続３層の活性化におけるパルスのオーバーラップ率と不純物濃度分布の関係を示す図である。
【図３３】単層のｐ層の活性化におけるパルスのオーバーラップ率とボロン濃度分布の関係を示す図である。
【図３４】ＮＰＴ型ＩＧＢＴの断面構造の一例である。
【図３５】ＦＳ型ＩＧＢＴの断面構造の一例である。
【図３６】表面側プロセス終了後の断面図である。
【図３７】基板研削プロセスの断面図である。
【図３８】裏面イオン注入プロセスの断面図である。
【図３９】裏面アニールプロセスの断面図である。
【図４０】裏面電極膜形成プロセスの断面図である。
【図４１】逆阻止ＩＧＢＴの断面構造の一例である。
【符号の説明】
【０１７５】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，２０，２０ａ，２０ｂ，４０，６０，６０ａ，６０ｂ  パルス
３０  波形が重なり合わない部分
５０  ＦＺ−Ｎ基板
５１  加工痕
【図１】
2005223301.tif 000003
【図２】
2005223301.tif 000004
【図３】
2005223301.tif 000005
【図４】
2005223301.tif 000006
【図５】
2005223301.tif 000007
【図６】
2005223301.tif 000008
【図７】
2005223301.tif 000009
【図８】
2005223301.tif 000010
【図９】
2005223301.tif 000011
【図１０】
2005223301.tif 000012
【図１１】
2005223301.tif 000013
【図１２】
2005223301.tif 000014
【図１３】
2005223301.tif 000015
【図１４】
2005223301.tif 000016
【図１５】
2005223301.tif 000017
【図１６】
2005223301.tif 000018
【図１７】
2005223301.tif 000019
【図１８】
2005223301.tif 000020
【図１９】
2005223301.tif 000021
【図２０】
2005223301.tif 000022
【図２１】
2005223301.tif 000023
【図２２】
2005223301.tif 000024
【図２３】
2005223301.tif 000025
【図２４】
2005223301.tif 000026
【図２５】
2005223301.tif 000027
【図２６】
2005223301.tif 000028
【図２７】
2005223301.tif 000029
【図２８】
2005223301.tif 000030
【図２９】
2005223301.tif 000031
【図３０】
2005223301.tif 000032
【図３１】
2005223301.tif 000033
【図３２】
2005223301.tif 000034
【図３３】
2005223301.tif 000035
【図３４】
2005223301.tif 000036
【図３５】
2005223301.tif 000037
【図３６】
2005223301.tif 000038
【図３７】
2005223301.tif 000039
【図３８】
2005223301.tif 000040
【図３９】
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【図４０】
2005223301.tif 000042
【図４１】
2005223301.tif 000043