(57)【要約】【課題】レーザ光によって拡散材料を基板に拡散（ドーピング）させる際に、各拡散層の拡散深さおよび拡散濃度を個別に制御するとともに、製造効率を向上させる。【解決手段】基板６００に、高濃度ｎ拡散領域と低濃度ｎ拡散領域とｐ拡散領域とを形成するために、それぞれの拡散領域に応じたレーザビームを基板６００に照射する。なお、各領域において、拡散材料（不純物）を拡散させる濃度や深さが異なる。本実施の形態では、各領域の拡散深さに応じて、照射するレーザビームのエネルギ密度を調整し、また、拡散濃度に応じて、パルスレーザを基板６００上にスキャンさせる際のオーバーラップレートを調整する。【選択図】図６
2012015461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の拡散材料を、基板の第１の面の第１の領域に付与するステップと、
第２の拡散材料を、前記基板の前記第１の面の前記第１の領域とは異なる第２の領域に付与するステップと、
前記第１の拡散材料および前記第２の拡散材料を付与された前記基板に所定の波長のレーザ光を照射するステップとを備え、
前記基板にレーザ光を照射するステップは、
前記基板に、前記第１の拡散材料を、第１の拡散深さおよび第１の拡散濃度で拡散させるための、前記所定の波長のレーザ光の第１の強度および第１のオーバラップレートを取得するステップと、
前記基板に、前記第２の拡散材料を、第２の拡散深さおよび第２の拡散濃度で拡散させるための、前記所定の波長のレーザ光の第２の強度および第２のオーバラップレートを取得するステップと、
前記基板の前記第１の領域に、前記１の強度および前記第１のオーバラップレートで、前記所定の波長のレーザ光を照射させ、かつ、前記基板の前記第２の領域に、前記第２の強度および前記第２のオーバラップレートで、前記所定の波長のレーザ光を照射させるステップとを含む、レーザドーピング方法。
【請求項２】
第３の拡散材料を前記基板の前記第１の面の全面に付与するステップと、
前記第３の拡散材料を付与された前記基板を熱処理することにより、前記第３の拡散材料を前記基板の前記第１の面全体に拡散させるステップと、
前記第３の拡散材料を前記第１の面の全体に拡散させた後、前記第１の面表面の前記第３の拡散材料を除去するステップとをさらに備え、
前記第１の拡散材料を前記第１の領域に付与するステップでは、前記第３の拡散材料が拡散された前記基板に前記第１の拡散材料を付与する、請求項１に記載のレーザドーピング方法。
【請求項３】
前記第１の面の前記第１の領域および前記第２の領域に拡散防止マスクを形成するステップと、
第３の拡散材料を含む気体中で前記基板の前記第１の面を熱拡散処理することにより、前記第１の面の、前記第１の領域および前記第２の領域以外の領域に前記第３の拡散材料を拡散させるステップをさらに備え、
前記第１の拡散材料を前記第１の領域に付与するステップでは、前記第３の拡散材料が拡散された前記基板に前記第１の拡散材料を付与する、請求項１に記載のレーザドーピング方法。
【請求項４】
前記第１の領域および前記第２の領域は、長手方向と短手方向を有する矩形であり、
前記レーザ光を照射するステップでは、前記基板とレーザ光の発生源とを相対的に移動させることにより、前記短手方向の幅を有するレーザ光を長手方向にスキャンする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のレーザドーピング方法。
【請求項５】
前記レーザ光を照射するステップでは、単一の光源から供給されるレーザ光を分岐して、レーザ光を照射する、請求項４に記載のレーザドーピング方法。
【請求項６】
前記第１の領域および前記第２の領域は、長手方向と短手方向を有する矩形であり、短手方向に並んで配列され、
前記レーザ光を照射するステップでは、
前記第１の領域および前記第２の領域の形状に対応した線状のレーザ光を前記第１の面に照射し、
前記基板とレーザ光の発生源とを相対的に移動させることにより、前記線状のレーザ光を前記短手方向にスキャンする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のレーザドーピング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の製造におけるレーザドーピング方法に関し、特に、基板上に、異なる種類、深さ、濃度の拡散領域を同時に形成できるレーザドーピング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の製造方法に関し、種々の技術が開示されている。
たとえば、特許文献１（特開昭６３−３０２５１８号公報）には、ｎ−領域とｐ−領域のソース電極およびドレイン電極を一回のレーザスキャンにより形成する技術が開示されている。ここでは、ｐ−シリコン基板上にｎ−ウェル領域を形成し、フィールド絶縁膜を形成し、そして、ゲート絶縁膜を形成し、ゲート電極を形成し、さらに、ｎ−ウェル領域に拡散させた拡散材料をフォトプロセスで拡散させ、ｐ−領域に拡散材料を被覆し、そして、エキシマレーザでスキャンすることによりｎ−領域とｐ−領域にソース電極とドレイン電極を形成する。
【０００３】
また、特許文献２（特開昭６０−２０６０１９号公報）には、光分解反応を起こす光の周波数が異なる２つの成分を、２つの光の周波数を同時にあるいは時間的に順次照射して析出またはドーピングさせることにより、異なる成分からなる複数の層を有する基板を生成する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献３（特開２００５−３１０８３０号公報）には、裏面電極型太陽電池であって、３種の拡散層を持つ構造を有するものについての製造方法が開示されている。当該方法によれば、３種の拡散層が順次形成される。その形成プロセスでは、拡散防止マスク形成と拡散処理と拡散防止マスク除去からなる一連の工程が、２回もしくは３回繰り返される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−３０２５１８号公報
【特許文献２】特開昭６０−２０６０１９号公報
【特許文献３】特開２００５−３１０８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術によれば、レーザ照射が基板全面に対して一律に行なわれる。このため、基板上において、拡散深さや濃度を個別に制御することができなかった。
【０００７】
また、特許文献２に記載の技術は、拡散材料が光化学反応をするものに限定され、また、析出させる成分ごとに異なる周波数の光を照射する必要があるため光利用効率が良好とは言えず、また、光化学反応に基づくものであるため生成する基板における不純物の拡散深さを制限（たとえば０．５μｍ以下等）されるという課題があった。
【０００８】
また、特許文献３に記載の技術は、各層を逐次形成する方法であり、各層の拡散深さや拡散濃度を制御することはできるものの、製造効率について改善の余地があると言える。
【０００９】
本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、レーザビームによって拡散材料を基板に拡散（ドーピング）させる際に、各拡散層の拡散深さおよび拡散濃度を個別に制御するとともに、製造効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に従ったレーザドーピング方法は、第１の拡散材料を、基板の第１の面の第１の領域に付与するステップと、第２の拡散材料を、基板の第１の面の第１の領域とは異なる第２の領域に付与するステップと、第１の拡散材料および第２の拡散材料を付与された基板に所定の波長のレーザ光を照射するステップとを備え、基板にレーザ光を照射するステップは、基板に、第１の拡散材料を、第１の拡散深さおよび第１の拡散濃度で拡散させるための、所定の波長のレーザ光の第１の強度および第１のオーバラップレートを取得するステップと、基板に、第２の拡散材料を、第２の拡散深さおよび第２の拡散濃度で拡散させるための、所定の波長のレーザ光の第２の強度および第２のオーバラップレートを取得するステップと、基板の第１の領域に、１の強度および第１のオーバラップレートで、所定の波長のレーザ光を照射させ、かつ、基板の第２の領域に、第２の強度および第２のオーバラップレートで、所定の波長のレーザ光を照射させるステップとを含む。
【００１１】
また、本発明のレーザドーピング方法は、第３の拡散材料を基板の第１の面の全面に付与するステップと、第３の拡散材料を付与された基板を熱処理することにより、第３の拡散材料を基板の第１の面全体に拡散させるステップと、第３の拡散材料を第１の面の全体に拡散させた後、第１の面表面の第３の拡散材料を除去するステップとをさらに備え、第１の拡散材料を第１の領域に付与するステップでは、第３の拡散材料が拡散された基板に第１の拡散材料を付与することが好ましい。
【００１２】
また、本発明のレーザドーピング方法は、第１の面の第１の領域および第２の領域に拡散防止マスクを形成するステップと、第３の拡散材料を含む気体中で基板の第１の面を熱拡散処理することにより、第１の面の、第１の領域および第２の領域以外の領域に第３の拡散材料を拡散させるステップをさらに備え、第１の拡散材料を第１の領域に付与するステップでは、第３の拡散材料が拡散された基板に第１の拡散材料を付与することが好ましい。
【００１３】
また、本発明のレーザドーピング方法では、第１の領域および第２の領域は、長手方向と短手方向を有する矩形であり、レーザ光を照射するステップでは、基板とレーザ光の発生源とを相対的に移動させることにより、短手方向の幅を有するレーザ光を長手方向にスキャンすることが好ましい。
【００１４】
また、本発明のレーザドーピング方法は、レーザ光を照射するステップでは、単一の光源から供給されるレーザ光を分岐して、レーザ光を照射することが好ましい。
【００１５】
また、本発明のレーザドーピング方法は、第１の領域および第２の領域は、長手方向と短手方向を有する矩形であり、短手方向に並んで配列され、レーザ光を照射するステップでは、第１の領域および第２の領域の形状に対応した線状のレーザ光を第１の面に照射し、基板とレーザ光の発生源とを相対的に移動させることにより、線状のレーザ光を短手方向にスキャンすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成によれば、基板の第１の拡散材料を付与された領域には、第１の拡散材料を拡散させるための強度およびオーバラップレートでレーザビームが照射され、基板の第２の拡散材料を付与された領域には、第２の拡散材料を拡散させるための強度およびオーバラップレートでレーザビームが照射される。
【００１７】
これにより、基板上に複数の拡散層を形成する場合、各層ごとにレーザビームの強度およびオーバラップレートを調整することにより、各層を逐次形成することなく、複数の拡散層を形成でできる。
【００１８】
したがって、製造効率を従来より向上させた上で、各層ごとに拡散深さおよび拡散濃度を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のレーザドーピング方法の一実施の形態におけるレーザビームの照射が実施されるレーザ装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１の制御システムのハードウェア構成を示す図である。
【図３】図１の基板にレーザビームが照射される状態を模式的に示す図である。
【図４】図１のレーザ装置においてパルスレーザを基板に照射する際のオーバーラップレートを説明するための図である。
【図５】レーザビームが矩形である場合のオーバーラップレートを説明するための図である。
【図６】本発明の一実施の形態における、基板への拡散領域の形成の手順の一例を説明するための図である。
【図７】図１のレーザ装置の変形例の構成を模式的に示す図である。
【図８】図６の拡散領域の形成の変形例の手順を説明するための図である。
【図９】図６の拡散領域の形成の他の変形例の手順を説明するための図である。
【図１０】図１に示したレーザ装置の変形例の構成を示す図である。
【図１１】図１に示したレーザ装置の他の変形例の構成を示す図である。
【図１２】図１１のレーザ装置による基板へのレーザビームの照射態様を説明するための図である。
【図１３】図１１のレーザ装置による基板へのレーザビームの照射態様を説明するための図である。
【図１４】図１のレーザ装置が照射されるレーザがＣＷ（Continuous wave laser）に変更された際の、同一箇所照射時間を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に従った情報処理装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一の機能を発揮する構成要素については、同一の符号を付し、詳細な説明は繰返さない。
【００２１】
［１．レーザ装置の概略構成］
図１は、本発明のレーザドーピング方法の一実施の形態におけるレーザビームの照射が実施されるレーザ装置の構成を模式的に示す図である。
【００２２】
図１を参照して、レーザ装置１は、レーザ発振器４００と、ミラー５０４と、ビームエキスパンダ３００と、ミラー５０３と、回折格子素子５０２と、対物レンズ５０１とを含む。また、レーザ装置１は、基板６００が載置されるＸＹテーブル２００を含む。
【００２３】
レーザ発振器４００から発振されるレーザビームは、ミラー５０４で反射されてビームエキスパンダ３００へ送られ、ビームエキスパンダ３００によってその広がり角を調整された後ミラー５０３へ送られ、ミラー５０３によって回折格子素子５０２に送られる。回折格子素子５０２は、レーザ発振器４００が発振した１本のレーザビームを、複数本に分岐する。対物レンズ５０１には、回折格子素子５０２によって分岐された光線の数に対応する対物レンズが設けられている。そして、対物レンズ５０１からＸＹテーブル２００に設置された基板６００にレーザビームが照射される。レーザ装置１では、たとえば基板６００に対してパルス光が照射される。
【００２４】
ＸＹテーブル２００は、基板６００を載置される載置台２０２と、当該載置台２０２を対物レンズ５０１に対して移動させる駆動部２０１を含む。駆動部２０１は、たとえばモータなどの駆動源を含み、ＸＹテーブル２００をＸ方向（図１の両矢印ＡＸ方向）およびＹ方向（図１の紙面に垂直な方向）に移動させる。
【００２５】
制御システム１００は、レーザ発振器４００および駆動部２０１の動作を制御する。制御システム１００のハードウェア構成を、図２に示す。
【００２６】
［２．制御システムハードウェア構成］
図２を参照して、制御システム１００を構成するコンピュータは、処理装置１０２、記憶装置１０３、ＲＯＭ（Reed Only Memory）１０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０５、表示装置１０６、操作パネル１０７、および、ネットワークインターフェース（Ｉ／Ｆ）１０８を備えている。これらの各要素は、バス１０１によって互いに接続されている。
【００２７】
処理装置１０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを含む。当該プロセッサ（処理装置１０２）が記憶装置１０３に記憶されたプログラムを実行することにより、処理装置１０２は、本明細書に記載された、レーザ発振器４００やＸＹテーブル２００の動作の制御を実行する。なお、処理装置１０２が実行するプログラムは、必ずしも記憶装置１０３に記憶されていなくてもよく、処理装置１０２を含むコンピュータに着脱可能に構成された記録媒体に記録されていても良く、レーザ装置１がネットワークに介して通信可能な記憶装置に記憶されていても良い。
【００２８】
ＲＡＭ１０５は、処理装置１０２のワークエリアとなる。操作パネル１０７は、キーボードやマウス、タッチパネル等の、情報を入力するための周知の装置である。
【００２９】
記憶装置１０３には、本実施の形態において利用されるパルスエネルギ強度などの種々のデータが記憶されている。その記憶内容については、後述する。
【００３０】
制御システム１００は、ネットワークＩ／Ｆ１０８を介して、ＸＹテーブル２００の駆動部２０１およびレーザ発振器４００に制御信号を送信する。これにより、レーザ発振器４００は、制御システム１００から指示されたタイミングで、指示された強度のレーザビームを発振する。また、駆動部２０１は、制御システム１００から指示されたパターンで、載置台２０２を移動させる。
【００３１】
［３．レーザビーム照射についての諸条件の決定］
図３は、基板６００にレーザビームが照射される状態を模式的に示す図である。
【００３２】
図３を参照して、基板６００には、対物レンズ５０１を介して、複数本のレーザビームＢａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄ，Ｂｅが同時に照射される。矢印Ａ１１〜矢印Ａ１３は、基板６００に対するレーザビームの走査方向を示している。
【００３３】
レーザビームＢａ〜Ｂｅは、１列に（たとえば、Ｘ方向に沿って１列に）配列されている。そして、基板６００が、矢印Ａ１１〜矢印Ａ１３で示される方向に、つまり、レーザビームＢａ〜Ｂｅの配列方向に交わる方向に移動することにより（具体的には、矢印Ａ１１、矢印Ｂ１１、矢印Ａ１２、矢印Ｂ１２、矢印Ａ１３の順に移動することにより）、基板６００上に、ライン状に、レーザビームが照射される。図３では、基板６００上でレーザビームを照射された軌跡が、軌跡Ｅ，Ｅａ〜Ｅｅで示されている。
【００３４】
基板６００の移動の向きは、対物レンズ５０１に対して、矢印Ａ１１〜Ａ１３で示されるように、交互に変更される。これにより、基板６００上全体に、所定の間隔で、ライン状のレーザビームを効率よく照射することができる。なお、図３は、矢印Ａ１２で示す向きに移動している基板６００に対してレーザビームが照射されている状態が示されている。
【００３５】
本実施の形態では、レーザビームの照射側に対して、ＸＹテーブル２００を移動させることにより、基板６００上のレーザビームの照射位置を変化させることを、スキャンと言う。なお、スキャンは、本実施の形態では、レーザビームを照射する側に対してＸＹテーブル２００の載置台２０２を移動させることにより実現されるが、本発明はこれに限らず、基板６００とレーザビームを照射する側とが相対的に移動することにより基板６００上のレーザビームの照射位置がレーザの照射時間の経過に従って変更されればよく、このため、基板６００が静止し、レーザビームを照射する側の位置が時間とともに変更されることによりスキャンが実現されてもよいし、また、レーザビームを照射する側および基板６００の双方がレーザビームの照射時間とともに移動されることによりスキャンが実現されてもよい。
【００３６】
本実施の形態では、基板６００に、高濃度ｎ拡散領域（高濃度でｎ型半導体のための不純物が拡散される領域。適宜、「ｎ＋拡散領域」と記載される。）と低濃度ｎ拡散領域（低濃度でｎ型半導体のための不純物が拡散される領域。適宜、「ｎ−拡散領域」と記載される。）とｐ拡散領域（ｐｎ型半導体のための不純物が拡散される領域）とを形成するために、それぞれの拡散領域に応じたレーザビームを基板６００に照射する。なお、各領域において、拡散材料（不純物）を拡散させる濃度や深さが異なる。本実施の形態では、各領域の拡散深さに応じて、照射するレーザビームのエネルギ密度を調整し、また、拡散濃度に応じて、パルスレーザを基板６００上にスキャンさせる際のオーバーラップレートを調整する。
【００３７】
以下、エネルギ密度およびオーバーラップレートを含む、レーザ照射についての諸条件の決定について説明する。
【００３８】
（１）  前提条件
本実施の形態における基板６００へのレーザビームの照射に際し、諸条件の決定は、以下のような前提に基づいてなされる。
【００３９】
まず、対物レンズ５０１を含めた、レーザビームを照射する側の位置が固定され、ＸＹテーブル２００が、当該レーザを照射する側に対して移動する。
【００４０】
基板６００へのレーザビームの照射中は、ＸＹテーブル２００は、等速で移動し、また、照射されるレーザビームは一定の周波数とされる。
【００４１】
基板６００上にレーザビームを一定の速度でスキャンするために、スキャンの前にＸＹテーブル２００を加速させる工程が設けられている。また、スキャンの後、または、スキャンの向きを変更する際には、ＸＹテーブル２００を減速させる工程が設けられている。加速または減速する工程における加速度は、たとえば１．０Ｇ（９．８ｍ／ｓｅｃ2）とされる。
【００４２】
また、対物レンズ５０１を介して基板６００に照射される光は、１００％の効率で、基板６００上に付与された拡散材料の基板６００への拡散に利用される。
【００４３】
（２）  スキャン速度
本実施の形態では、スキャン方向についての拡散材料が拡散される寸法は、図３においてＬで示されている。つまり、本実施の形態では、レーザビームのスキャンは、距離Ｌだけ、等速でスキャンされる。
【００４４】
１つの向きでのスキャンに要する処理時間（Ｔｐｓ）は、等速で移動させる前に加速させる時間（加速時間）と、等速で移動させながらレーザビームを照射する時間（等速スキャン時間）と、停止（または、方向転換）に向けて減速させる時間（減速時間）との和で表わされる、具体的には次の式（１）で表わすことができる。
【００４５】
Ｔｐｓ＝Ｔａ＋Ｔｃ＋Ｔｄ                                        …（１）
ここで、上記加速工程は、スキャン速度が０から等速でのレーザビームの照射における速度まで加速される。したがって、加速時間Ｔａは、スキャン速度（Ｖ）を加速度（ａ）で割ったもので表わされる。
【００４６】
また、等速スキャン時間は、基板６００上で１つの向きでスキャンされる距離（Ｌ）を上記スキャン速度（ｖ）で割ったもの（Ｌ／ｖ）で表わすことができる。
【００４７】
また、減速時間（Ｔｄ）は、減速の開始時の速度（つまり、スキャン速度（ｖ））を加速度（ａ）で割ったもの（ｖ／ａ）で表わすことができる。
【００４８】
これにより、上記式（１）は、次の式（２）で表わすことができる。
処理時間（Ｔｐｓ）＝ｖ／ａ＋Ｌ／ｖ＋ｖ／ａ                      …（２）
そして、式（２）は、右辺をまとめると、次の式（３）で表わすことができる。
【００４９】
処理時間（Ｔｐｓ）＝（２／ａ）・ｖ＋Ｌ／ｖ                      …（３）
ここで、処理時間（Ｔｐｓ）が最小となるｖの値は、式（３）をｖで微分することにより、求めることができる。式（３）の両辺をｖで微分した式を、式（４）として示す。
【００５０】
ｄ（Ｔｐｓ）／ｄｖ＝２／ａ−Ｌ／ｖ２                            …（４）
そして、式（４）において、ｄ（Ｔｐｓ）／ｄｖ＝０のときのｖの値が、処理時間を最小にすることができるスキャン速度となる。
【００５１】
たとえば、Ｌ＝１２５ｍｍとし、ａ＝９．８ｍ／ｓｅｃ2とすると、スキャン速度ｖは、ｖ＝７８２ｍｍ／ｓｅｃとして求められる。
【００５２】
（３）  オーバーラップレート（ＯＬＲ）
図４は、パルスレーザを基板６００に照射する際のオーバーラップレートを説明するための図である。
【００５３】
図４において、円Ｒ１１は、ある瞬間での基板６００に照射される１本のレーザビームの照射位置を示し、円Ｒ１２は、円Ｒ１１の時点から単位時間だけスキャンがなされたときの、レーザビームの照射位置を示している。円Ｒ１１の直径に対する、円Ｒ１１と円Ｒ１２が重なる部分のスキャン方向についての寸法の割合が、オーバラップレートとなる。
【００５４】
単位時間における基板６００上のレーザビームの照射位置の移動距離（ＬＰ）は、照射されるレーザビームの繰返し周波数（ｆ（Ｈｚ））を用いると、次の式（５）で表わすことができる。
【００５５】
ｖ＝ＬＰ×ｆ                                                    …（５）
なお、上記した距離（ＬＰ）は、レーザビームの直径（Ｄ）とレーザビームのオーバーラップレート（ＯＬＲ）を用いると、次の式（６）で表わされるため、式（５）は、次の式（７）で表わすことができる。なお、本実施の形態では、オーバラップレート（ＯＬＲ）は、パーセント表示されている値とする。
【００５６】
ＬＰ＝２×Ｄ×（ＯＬＲ／１００）                                …（６）
ｖ＝２×Ｄ×（ＯＬＲ／１００）×ｆ                              …（７）
つまり、上記のようにスキャン速度（ｖ）が設定された場合、オーバーラップレート（ＯＬＲ）は、レーザビームの直径（Ｄ）とレーザビームの繰返し周波数（ｆ）を調整することにより、調整することができる。
【００５７】
なお、本実施の形態では、レーザビームの直径は、形成する拡散領域の幅（図３のスキャン方向と交わる方向の寸法）とされる。したがって、本実施の形態では、繰返し周波数により、オーバーラップレートが調整される。
【００５８】
図５は、基板６００上に照射されるレーザビームの形状が、矩形である場合のオーバーラップレート等の考え方を説明するための図である。
【００５９】
図５では、図４と同様に、レーザビームのスキャン方向のビームの寸法がＤで表わされている。また、枠Ｒ１３は、図４の円Ｒ１１と同様に、ある瞬間での基板６００に照射される１本のレーザビームの照射位置を示し、枠Ｒ１４は、図４の円Ｒ１２と同様に、枠Ｒ１３の時点から単位時間だけスキャンがなされたときの、レーザビームの照射位置を示している。
【００６０】
レーザビームの形状が矩形の場合、枠Ｒ１３のスキャン方向についての寸法に対する、枠Ｒ１３と枠Ｒ１４が重なる部分のスキャン方向についての寸法の割合が、オーバラップレートとなる。
【００６１】
そして、本実施の形態では、レーザビームの形状が矩形である場合であっても、円径である場合と同様に、オーバーラップレートを設定することができる。
【００６２】
（４）  レーザビームの１パルスあたりのエネルギ密度
本実施の形態では、基板６００に拡散材料を拡散させる深さ（拡散深さ）は、レーザビームの１パルスあたりのエネルギ密度を調整することによって、調整できる。つまり、本実施の形態では、当該エネルギ密度は、基板６００における拡散材料の拡散深さに応じて、決定される。
【００６３】
（５）  実施例
本実施の形態では、拡散濃度や拡散深さを決定するためのパラメータ（オーバーラップレートおよびエネルギ密度）は、予めパラメータの値を特定の値で設定して実験を行ない、そのときに得られた半導体における各拡散領域の拡散濃度と拡散深さの値に基づいて、決定される。
【００６４】
なお、レーザ発振器４００の仕様として重要な、繰返し周波数および平均出力については、半導体の製造において想定されるオーバーラップレートやビームサイズの範囲から、これらの値の範囲を求めることができる。
【００６５】
繰返し周波数（ｆ）については、スキャン速度（ｖ）とレーザビームの直径（Ｄ）とオーバーラップレート（ＯＬＲ）とから、式（８）に示すように求められる。たとえば、スキャン速度（ｖ）を上記のように求めた７８２ｍｍ／ｓｅｃとし、レーザビームの直径（Ｄ）を０．１（ｍｍ）とし、そして、オーバーラップレート（ＯＬＲ）を４０〜６０％とした場合、繰返し周波数（ｆ）は、下記のように１３０．３〜１９５．５（ｋＨｚ）程度の値が必要とされる。
【００６６】
繰返し周波数（ｆ）＝ｖ／｛Ｄ×（ＯＬＲ／１００）｝
＝７８２／｛０．１×（０．４〜０．６）｝
＝１３０．３〜１９５．５（ｋＨｚ）              …（８）
また、平均出力については、次の式（９）に示されるように、照射されるレーザビームの１パルスあたりのエネルギ（パルスエネルギ）と繰返し周波数の積によって求めることができる。ここで、パルスエネルギは、エネルギ密度とレーザビームのサイズの積で表わすことができる。
【００６７】
ここで、エネルギ密度を１〜３Ｊ／ｃｍ２とし、ビームサイズを０．００１×０．０１ｃｍ２とし、繰返し周波数を式（８）に基づいて２００（ｋＨｚ）程度とした場合、平均出力は、次に式（９）に基づいて、２〜６（Ｗ）程度と想定される。
【００６８】
レーザ平均出力＝パルスエネルギ×繰返し周波数
＝（エネルギ密度×ビームサイズ）×繰返し周波数
＝｛（１〜３）×（０．００１×０．０１）｝×２００
＝２〜６（Ｗ）                                    …（９）
このような想定をすることにより、レーザ発振器４００として、最大繰返し周波数２００ｋＨｚ、最大平均出力６Ｗのレーザ発振器を用いるよう、レーザ装置１のシステムを設計することができる。
【００６９】
［４．拡散領域の形成（１）］
次に、図６を参照して、本実施の形態における、基板への拡散領域の形成の手順について説明する。まず、図６（Ａ）に示されるように、Ｓｉ基板が準備される。
【００７０】
図６（Ａ）では、基板１０の側面が示されている。当該基板１０において、厚さＤＰは約０．２ｍｍとされ、また、Ｘ方向の寸法（図３の寸法Ｌ１）とＹ方向の寸法（図３の寸法Ｌ２）は、たとえば１２０〜１５０ｍｍ程度とされる。
【００７１】
なお、これらの寸法は一例であって、本発明に係るレーザドーピング方法が適用される基板のサイズはこれに限定されるものではない。
【００７２】
次に、基板１０の主面（レーザビームを照射される面）に、拡散材料が付与される。これにより、図６（Ｂ）に示されるように、基板１０の主面には、拡散材料２０が、所定のパターンで付与された状態となる。拡散材料２０は、リンなどの、基板１０に拡散させる不純物を含む。拡散材料２０は、たとえば、リンなどの不純物を含む液体が、スクリーン印刷やインクジェット印刷により塗布されることにより、基板１０上に付与される。なお、拡散材料２０が付与される領域は、後述するように、高濃度ｎ拡散領域および低濃度ｎ拡散領域を形成する領域を含み、かつ、ｐ拡散領域が形成される領域以外の領域である。
【００７３】
そして、拡散材料２０の乾燥が完了すると、次の工程が実施される。
次の工程では、基板１０上に、先に付与された拡散材料とは別の種類の拡散材料（ボロンなどの不純物を含む拡散材料）が、付与される。これにより、図６（Ｃ）に示されるように、基板１０上にはさらに拡散材料３０が付与される。なお、拡散材料３０は、後述するように、ｐ拡散領域が形成される領域を含み、高濃度ｎ拡散領域および低濃度ｎ拡散領域が形成される領域以外の領域に、形成される。拡散材料３０についても、たとえば、ボロンなどの不純物を含む液体がスクリーン印刷やインクジェット印刷によって塗布されることによって、基板１０上に付与される。
【００７４】
拡散材料２０および拡散材料３０の膜厚については、特に限定されるものではないが、たとえば、０．５〜１μｍとすることができる。
【００７５】
そして、拡散材料３０が乾燥されると、次の工程に移される。拡散材料２０の乾燥および／または拡散材料３０の乾燥は、たとえば、１００〜２００℃に加熱された状態で行なわれる。
【００７６】
なお、本実施の形態では、基板１０に対して、ｐ拡散領域のための拡散材料の付与の後でｎ拡散領域のための拡散材料が付与されたが、この順番に限定されるものではなく、先に付与された拡散材料の乾燥が完了してから次の拡散材料が付与されれば、ｎ拡散領域のための拡散材料が先に付与されても良い。
【００７７】
拡散材料２０および拡散材料３０を付与された基板１０に対して、図６（Ｄ）に示されるように、レーザビームが照射される。
【００７８】
なお、図６（Ｄ）では、レーザビームが、下向きの矢印で示されている。なお、各矢印には、矢印Ｂ１，矢印Ｂ２，矢印Ｂ３のように、異なる参照符号が付されている。これらの矢印には、照射されるレーザビームのエネルギ密度および／または繰返し周波数が異なるものについては、異なる参照符号が付されている。
【００７９】
図６（Ｄ）には、レーザビームの照射により、基板１０に形成される拡散領域が合わせて示されている。具体的には、基板１０には、ｐ拡散領域４０と、高濃度ｎ拡散領域６０と、低濃度ｎ拡散領域５０が形成されている。
【００８０】
矢印Ｂ１で示されるレーザビームが照射された領域には、ｐ拡散領域が形成され、矢印Ｂ３に対応するレーザビームが照射された領域には、高濃度ｎ拡散領域が形成され、そして、矢印Ｂ２に対応するレーザビームが照射された領域には、低濃度ｎ拡散領域が形成されている。
【００８１】
図６（Ｄ）から理解されるように、本実施の形態では、隣接する拡散領域ごとに、拡散濃度および拡散深さを実現するための、エネルギ密度および／または繰返し周波数のレーザビームが照射される。隣接するレーザビームごとにエネルギ密度を変更する場合には、たとえば、図１の回折格子素子５０２と対物レンズ５０１の間に、各レーザビームのエネルギ密度を調整する機構（たとえば、フィルタ）を配置する。隣接するレーザビームごとに繰返し周波数を変更する場合には、たとえば、図７に示されるように、同時に照射される各レーザビームごとに、レーザ発振器を設ける。
【００８２】
図７では、レーザ発振器４２１Ａ〜４２１Ｄのそれぞれから出力されるレーザビームが、ミラー５２４Ａ〜５２４Ｄ、ビームエキスパンダ３２１Ａ〜３２１Ｄ、ミラー５２３Ａ〜５２３Ｄを介して、対物レンズ５２１Ａ〜５２１Ｄのそれぞれから、基板６００へと照射される。
【００８３】
たとえば、レーザ発振器４２１Ａは、矢印Ｂ１に対応するレーザビームを出力する。レーザ発振器４２１Ｂは、矢印Ｂ２に対応するレーザビームを出力する。レーザ発振器４２１Ｃは、矢印Ｂ３に対応するレーザビームを出力する。レーザ発振器４２１Ｄは、矢印Ｂ２に対応するレーザビームを出力する。レーザ発振器４２１Ａ〜４２１Ｄが出力するレーザビームのエネルギ強度および繰返し周波数は、制御システム１００によって制御される。
【００８４】
［５．拡散領域の形成（２）］
次に、図８を参照して、本実施の形態における、基板への拡散領域の形成の変形例の手順について説明する。
【００８５】
本変形例では、図８（Ａ）に示されるように基板１０を準備した後、図８（Ｂ）に示されるように、ｎ−拡散領域を形成するためのリンなどの不純物を含む溶液を塗布することにより拡散材料２１を基板１０の主面全体に付与する。当該溶液の塗布は、たとえば、スピンコート、スプレーコート、スリットコートなどの方法によってなされる。
【００８６】
当該溶液を乾燥させた後、図８（Ｃ）に示されるように、熱拡散処理を行なうことにより、基板１０表面にｎ−拡散領域５０を形成する。
【００８７】
そして、図８（Ｄ）に示されるように、拡散材料２１を除去する。
そして、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）を参照して説明したように、拡散材料２０および拡散材料３０を基板１０上に付与する。これにより、基板１０上には、図８（Ｅ）に示されるように、拡散材料２０および拡散材料３０が付与される。
【００８８】
そして、拡散材料３０が付与された領域にｐ＋拡散領域を形成するためのレーザビーム（矢印Ｂ１）を照射し、拡散材料２０が付与された領域にｎ＋拡散領域を形成するためのレーザビーム（矢印Ｂ３）を照射する。
【００８９】
本変形例では、レーザドーピングの前処理として、ｎ−拡散領域が熱処理により形成される。つまり、本発明に係るレーザドーピング方法は、熱処理による拡散領域の形成と組合わせることができる。
【００９０】
［６．拡散領域の形成（３）］
次に、図９を参照して、本実施の形態における、基板への拡散領域の形成の他の変形例の手順について説明する。
【００９１】
本変形例では、図９（Ａ）に示されるように基板１０を準備した後、図９（Ｂ）に示されるように、ｐ拡散領域を形成する領域に、拡散防止マスク７０が形成される。拡散防止マスクの形成は、たとえば、印刷やインクジェットにより、ＳｉＯ２などの薄膜にエッチングでパターン形成することにより行なわれる。
【００９２】
次に、図９（Ｃ）に示されるように、気相熱拡散により、ｎ−拡散領域５０が形成される。このときの気相熱拡散は、たとえば、ＰＯＣｌ３雰囲気中での熱拡散である。
【００９３】
次に、図９（Ｄ）に示されるように、拡散防止マスク７０を除去する。
そして、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）を参照して説明したように、拡散材料２０および拡散材料３０を基板１０上に付与する。これにより、基板１０上には、図９（Ｅ）に示されるように、拡散材料２０および拡散材料３０が付与される。
【００９４】
そして、拡散材料３０が付与された領域にｐ＋拡散領域を形成するためのレーザビーム（矢印Ｂ１）を照射し、拡散材料２０が付与された領域にｎ＋拡散領域を形成するためのレーザビーム（矢印Ｂ３）を照射する。
【００９５】
本変形例では、レーザドーピングの前処理として、気相熱拡散により形成される。つまり、本発明に係るレーザドーピング方法は、気相熱拡散による拡散領域の形成と組合わせることができる。
【００９６】
［７．装置構成の変形例（１）］
図１０は、図１に示したレーザ装置１の変形例の構成を示す図である。
【００９７】
本変形例では、回折格子素子５０２の代わりに、ビームスプリッタ５１２が設けられている。そして、ビームスプリッタ５１２により分岐されたそれぞれのレーザビームは、対物レンズ５１１を介して、基板６００へと照射される。
【００９８】
［８．装置構成の変形例（２）］
図１１は、図１に示したレーザ装置１の他の変形例の構成を示す図である。
【００９９】
本変形例では、図１２に示されるように、基板６００に対して、ライン状に配列されたレーザビームが照射される。
【０１００】
本変形例では、スキャン方向は、図１２に示されるように、レーザビームの配列方向に交わる方向（矢印Ａ２で示される方向）とされる。
【０１０１】
本変形例では、スキャン動作中、レーザビームの照射のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことにより、図１２に示されるように、基板６００に対してラインＥごとにレーザビームを照射できる。
【０１０２】
また、本変形例では、レーザビームの配列方向に沿って、図１３に示すようにレーザビームの強度を調整することにより、当該配列方向においても、付与された拡散材料のパターンに応じたレーザビームの照射を実現することができる。
【０１０３】
［９．ＣＷレーザ］
図１４は、レーザ装置において照射されるレーザビームがＣＷレーザとされた場合の、基板に対する拡散濃度の変更を説明するための図である。
【０１０４】
レーザ装置１において、照射されるレーザビームがパルスレーザの場合には、拡散濃度を変更する場合、オーバラップレートが調整されていた。
【０１０５】
照射されるレーザビームがＣＷレーザとされた場合、オーバラップレートの代わりに、同一箇所にレーザビームが照射される時間（同一箇所照射時間）が調整される。
【０１０６】
図１４（Ａ）は、レーザビーム形状が円径である場合が示されている。図１４（Ａ）において、円Ｒ２１は、ある瞬間での基板６００に照射される１本のレーザビームの照射位置を示し、円Ｒ２２は、円Ｒ２１の時点から単位時間だけスキャンがなされたときの、レーザビームの照射位置を示している。
【０１０７】
図１４（Ｂ）は、レーザビーム形状が矩形である場合が示されている。図１４（Ｂ）において、枠Ｒ２３は、ある瞬間での基板６００に照射される１本のレーザビームの照射位置を示し、枠Ｒ２４は、枠Ｒ２３の時点から単位時間だけスキャンがなされたときの、レーザビームの照射位置を示している。
【０１０８】
図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）から理解されるように、基板６００上において、ビーム寸法をＤとし、スキャン速度をｖとされた場合、同一箇所照射時間は、Ｄ／ｖで表される。
【０１０９】
ＣＷレーザが採用された場合には、オーバラップレートの代わりに、同一箇所照射時間が調整されることにより、基板に対する拡散材料の拡散濃度を調整することができる。
【０１１０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１１】
１  レーザ装置、１０，６００  基板、２０，２１，３０  拡散材料、４０，５０，６０  拡散領域、７０  拡散防止マスク、１００  制御システム、２００  ＸＹテーブル、２０１  駆動部、２０２  載置台、３００，３２１Ａ〜３２１Ｄ  ビームエキスパンダ、４００，４２１Ａ〜４２１Ｄ，４２１Ａ，４２１Ｂ，４２１Ｃ，４２１Ｄ  レーザ発振器、５０１  対物レンズ、５０２  回折格子素子、５０３，５０４  ミラー、５１２  ビームスプリッタ。
【図１】
2012015461.tif 000003
【図２】
2012015461.tif 000004
【図３】
2012015461.tif 000005
【図４】
2012015461.tif 000006
【図５】
2012015461.tif 000007
【図６】
2012015461.tif 000008
【図７】
2012015461.tif 000009
【図８】
2012015461.tif 000010
【図９】
2012015461.tif 000011
【図１０】
2012015461.tif 000012
【図１１】
2012015461.tif 000013
【図１２】
2012015461.tif 000014
【図１３】
2012015461.tif 000015
【図１４】
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