(57)【要約】【課題】本発明は、一般に、レーザー光を用いて半導体基板に対しアニール処理を行う場合に、新たな断熱構造などを追加せずに、半導体基板における温度上昇を抑制する技術を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明は、炭化珪素半導体基板１０に対し一方の主面の側からレーザー光５０が照射されることで、アニール処理がなされ、アニール処理の際に、炭化珪素半導体基板１０の一方の主面の側に、不活性ガスが吹き付けられ、炭化珪素半導体基板１０が冷却される。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に対し一方の主面の側からレーザー光が照射されることで、アニール処理がなされ、
前記アニール処理の際に、前記半導体基板の前記一方の主面の側に、不活性ガスが吹き付けられ、前記半導体基板が冷却される、
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板の表面において、素子構造が形成され、
前記半導体基板の前記表面の反対側の面である裏面において、金属膜が成膜され、
前記金属膜に対しレーザー光が照射されることで、アニール処理がなされ、
前記アニール処理の際に、前記半導体基板の前記裏面において、前記半導体基板の前記裏面と平行な方向の流速成分を有する前記不活性ガスが吹き付けられ、前記半導体基板が冷却される、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記金属膜が成膜される前に、前記半導体基板の前記裏面が研削される、
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記アニール処理は、前記金属膜に対し、前記半導体基板の前記裏面の全面よりも狭い範囲を照射するスポットレーザー光が、前記半導体基板の前記裏面の全面に亘って走査されることでなされる、
請求項２または３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記アニール処理は、前記金属膜に対し、前記スポットレーザー光が、前記半導体基板の前記裏面の各箇所を２回ずつ照射しつつ、前記半導体基板の前記裏面の全面に亘って走査されることでなされる、
請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記アニール処理は、前記金属膜に対し、前記スポットレーザー光が、前記半導体基板の前記裏面の部分的領域において走査され、その後、前記半導体基板の前記裏面の前記部分的領域以外の領域において走査されることでなされる、
請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記部分的領域は、前記半導体基板の前記裏面において、前記部分的領域以外の領域と交互に配置される、
請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記不活性ガスは、前記半導体基板の径方向の内側へ向かう前記流速成分を有し、かつ、前記半導体基板の前記裏面から遠ざかる方向に排気される、
請求項２から７のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記不活性ガスは、前記半導体基板の径方向の外側へ向かう前記流速成分を有し、かつ、前記半導体基板の径方向の外側に排気される、
請求項２から７のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体基板は、炭化珪素からなる、
請求項１から９のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項８または９に記載の前記不活性ガスを供給する構成と、
前記レーザー光を前記半導体基板に照射する構成とを備える、
レーザーアニール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法およびレーザーアニール装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワーエレクトロニクス機器では、電気モータなどの負荷を駆動するための電力供給の実行と停止とを切り替える手段として、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＩＧＢＴ）、および、ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＭＯＳＦＥＴ）などのスイッチング素子または整流素子が使用されている。
【０００３】
その他のスイッチング素子または整流素子には、ショットキーバリアダイオード（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｄｉｏｄｅ（ＳＢＤ））、ｐｎダイオード、バイポーラ接合トランジスタ（ｂｉｐｏｌａ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＢＪＴ）、サイリスタ、ｇａｔｅ  ｔｕｒｎ  ｏｆｆ（ＧＴＯ）サイリスタなどがある。
【０００４】
炭化珪素（ＳｉＣ）半導体で形成された半導体装置は、シリコン（Ｓｉ）半導体で形成されたものと比較して、高電圧であり、大電流動作および高温動作に優れている。したがって、炭化珪素半導体で形成された半導体装置は、次世代の電力用半導体装置として期待されている。現在、炭化珪素半導体装置の分野では、さらなる低損失化の実現を目指して低抵抗炭化珪素半導体装置の開発が精力的に行われている。
【０００５】
炭化珪素半導体装置のうち、動作時にキャリアが炭化珪素基板を通過して縦方向に通過するものでは、炭化珪素半導体基板の裏面側に電極が設けられる必要がある。この場合、炭化珪素半導体基板の裏面側におけるｎ型の炭化珪素（ドレイン電極）と裏面電極との間のコンタクト抵抗を低くすることが求められている。低抵抗コンタクトを実現するために、炭化珪素で形成されるドレイン電極と金属で形成される裏面電極との間に、金属とシリコン（Ｓｉ）との化合物である金属シリサイドを形成することが行われている。
【０００６】
炭化珪素半導体装置のさらなる低抵抗化のために、炭化珪素基板を薄く加工して素子抵抗を低減させることも行われている。薄い炭化珪素基板を用いる炭化珪素半導体装置の製造方法では、薄い炭化珪素基板に対する処理が行われる工程数が少ないことが望ましい。薄い炭化珪素基板が処理工程において割れる確率が増大するからである。そのため、炭化珪素半導体基板の表面に配置される素子構造を作製した後で、炭化珪素半導体基板を薄く加工し、その後、炭化珪素半導体基板の裏面における裏面構造を形成することが望ましい。
【０００７】
上記の裏面構造を形成する際には、炭化珪素半導体基板の表面における素子構造は低温に維持したまま、炭化珪素半導体基板の裏面だけを１０００℃程度の高温でアニール処理することで、オーミック電極を形成する必要がある。これを達成するための１つの方法として、短パルスレーザーを用いた局所的な加熱を行うレーザーアニールが考えられる。
【０００８】
炭化珪素半導体基板に対してレーザーアニールによるオーミック電極を形成する方法は、例えば、特許文献１および特許文献２に開示されている。
【０００９】
この方法では、まず、炭化珪素半導体基板の裏面を研磨することにより、炭化珪素半導体基板を薄く加工する。
【００１０】
次に、炭化珪素半導体基板の裏面にニッケル（Ｎｉ）膜を堆積し、その後、レーザー光を照射して当該ニッケル膜を加熱する。これにより、ニッケル膜と炭化珪素半導体基板との間の界面でニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）層が形成される。ニッケルシリサイド層は、炭化珪素半導体基板に比べてオーミック性に優れているため、ニッケルシリサイド層はオーミック電極となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−１３５６１１号公報
【特許文献２】特開２０１１―１００９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
通常、レーザー光のスポット径は、オーミック電極を形成させる炭化珪素半導体基板の面積よりも小さいため、レーザー光を炭化珪素半導体基板に対して相対的に移動させて照射することで、オーミック電極は形成される。
【００１３】
炭化珪素半導体基板にレーザー光を照射してオーミック電極を形成させる場合、レーザー光が照射された金属膜と炭化珪素半導体基板とが局所的に１０００℃以上に加熱される。これにより、レーザー光照射部分から発生した熱の一部が大気中へ放出され、大気温度が上昇する。
【００１４】
低抵抗なオーミック電極を安定的に形成させるためには、１度目のレーザー光の照射を金属膜に対して行った後、２度目のレーザー光の照射を金属膜に対して行う必要がある。その際には、１度目にレーザー光が照射された位置に一部に重ねて、２度目のレーザー光の照射を行う。そのため、２度目のレーザー光の照射が行われる金属膜の周辺の大気は、１度目に照射されたレーザー光によってすでに温められている。加えて、２度目のレーザー光の照射が行われる位置の炭化珪素半導体基板および炭化珪素半導体基板を保持するチャックステージにも蓄熱が生じている。
【００１５】
これら２つの要因のため、炭化珪素半導体基板の表面における素子構造の温度は、レーザー光の積算照射時間に依存して徐々に高くなる。簡便な解決手段としては、チャックステージを水冷するなどの方法で保持される炭化珪素半導体基板を冷やし、表面素子構造の温度上昇を抑制することが考えられるが、当該冷却措置により著しいコストの増加が見込まれるため、望ましい手段とは言えない。
【００１６】
特許文献１に開示される炭化珪素半導体装置の製造方法では、炭化珪素半導体基板を例えば１５０μｍ程度以下の厚みまで薄く加工した場合、レーザー光照射によってニッケルシリサイド層を形成する際に、炭化珪素半導体基板の表面における素子構造にまで熱が伝導し、素子構造を熱的に破壊するのに十分な程度にまで、素子構造の温度が上昇してしまうことが懸念される。
【００１７】
特許文献２に開示される炭化珪素半導体装置の製造方法では、炭化珪素半導体基板と裏面電極との間に、導電性の断熱領域が設けられる。そして、当該断熱領域によって、裏面電極に対してレーザーアニール処理を行った際に、その熱が炭化珪素半導体基板の表面側に伝熱することが抑制され、素子構造に対する熱ダメージが低減される。しかし、新たに断熱領域を追加することにより、抵抗の増大およびコストの増大が生じるという問題がある。
【００１８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、一般に、レーザー光を用いて半導体基板に対しアニール処理を行う場合に、新たな断熱構造などを追加せずに、半導体基板における温度上昇を抑制する技術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】
【００１９】
本発明の一態様に関する半導体装置の製造方法は、半導体基板に対し一方の主面の側からレーザー光が照射されることで、アニール処理がなされ、前記アニール処理の際に、前記半導体基板の前記一方の主面の側に、不活性ガスが吹き付けられ、前記半導体基板が冷却される。
【００２０】
本発明の一態様に関するレーザーアニール装置は、上記の不活性ガスを供給する構成と、前記レーザー光を前記半導体基板に照射する構成とを備える。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の上記態様によれば、レーザー光が照射される箇所における大気は、半導体基板の一方の主面に吹き付けられる不活性ガスによって流れ、一定温度に保たれる。そのため、レーザー光の照射は、不活性ガスによる一定温度に保たれた大気中で行われ、結果として、安定的にアニール処理を行うことができる。
【００２２】
本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態に関する半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図２】実施形態に関する半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図３】実施形態に関する半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図４】実施形態に関する半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図５】実施形態に関する半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図６】実施形態に関する半導体装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図７】レーザーアニール装置におけるレーザー光の光路を示す模式図である。
【図８】炭化珪素半導体基板の裏面に形成された金属膜にレーザー光を走査する方法を例示する模式図である。
【図９】レーザー光を金属膜全面において走査する際の、不活性ガスの供給機構および排出機構を例示する模式図である。
【図１０】レーザー光が照射される炭化珪素半導体基板、不活性ガス供給機構および不活性ガス排出機構の位置関係を示す模式図である。
【図１１】炭化珪素半導体基板の裏面に形成された金属膜にレーザー光を走査する他の方法を例示する模式図である。
【図１２】炭化珪素半導体基板の裏面に形成された金属膜にレーザー光を走査する他の方法を例示する模式図である。
【図１３】実施形態に関するレーザーアニール後のデバイス構造を示す断面図である。
【図１４】炭化珪素半導体基板の裏面に形成された金属膜にレーザー光を走査する他の方法を例示する模式図である。
【図１５】炭化珪素半導体基板の裏面に形成された金属膜にレーザー光を走査する他の方法を例示する模式図である。
【図１６】レーザー光を金属膜全面において走査する際の、不活性ガスの供給機構および排出機構を他の形態を例示する模式図である。
【図１７】実施形態に関する不活性ガス供給機構の構造を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付の図面を参照しながら実施形態について説明する。なお、図面は模式的に示されたものであり、異なる図面にそれぞれ示されている画像のサイズおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されたものではなく、適宜変更され得る。また、以下の説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称および機能も同様のものとする。よって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。
【００２５】
また、以下の説明では、「上」、「下」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置および方向を意味する用語が用いられる場合があるが、これらの用語は、実施形態の内容を理解することを容易にするため便宜上用いられているものであり、実際に実施される際の方向とは関係しない。
【００２６】
＜第１実施形態＞
＜製造方法＞
本実施形態に関する炭化珪素半導体素子装置の製造方法の詳細について、図１から図６を参照しつつ説明する。ここでは一例として、縦型のショットキーバリアダイオードを用いて説明する。以下の実施形態では、炭化珪素半導体装置について説明するが、これに限らず、例えばシリコンを用いた半導体装置についても適用可能である。
【００２７】
図１から図６は、本実施形態に関する炭化珪素半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００２８】
図１に示される工程では、ｎ＋型の炭化珪素半導体基板１０の表面１１（主面）に、ｎ型のドリフト層１２をエピタキシャル成長させる。
【００２９】
図２に示される工程では、ドリフト層１２の表層に、酸化膜などで形成されたマスクを形成した後、フォトリソエッチングによりイオン注入用マスクを形成する。なお、図２においては、当該マスクの図示は省略している。
【００３０】
このイオン注入マスクの上からアルミニウムイオンを選択的に注入し、イオン注入領域を形成する。そして、イオン注入マスクを除去した後、注入したアルミニウムイオンを活性化させるためにアルゴン雰囲気中で熱処理を行う。この熱処理工程により、ｐ型のイオン注入領域１３が複数形成される。
【００３１】
図３に示される工程では、ドリフト層１２の表面に、例えばＴｉからなるショットキー電極２０を部分的に形成する。次に、ショットキー電極２０の表面に、例えばＡｌからなる配線電極２１を形成する。さらに、耐圧を向上させるために、例えばポリイミドからなる保護膜３０を形成する。ショットキー電極２０は、イオン注入領域１３の表面を部分的に覆うように配置される。保護膜３０は、配線電極２１の端部、ショットキー電極２０の端部、およびイオン注入領域１３の表面を覆うように形成される。このようにして、炭化珪素半導体基板１０の表面１１において、素子構造が形成される。
【００３２】
図４に示される工程では、低い抵抗を実現するために、炭化珪素半導体基板１０の表面１１とは反対側の面である裏面１４（主面）を、機械研削および研磨し、炭化珪素半導体基板１０の厚みを薄くする。例えば、炭化珪素半導体基板１０の厚みが１５０μｍ程度になるまで研削および研磨する。
【００３３】
図５に示される工程では、薄くした炭化珪素半導体基板１０の裏面１４に、金属膜４０を堆積させる。金属膜４０の材料としては、例えばＮｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、ＷまたはＴａなどが想定できる。金属膜４０の厚さは、例えば１００ｎｍにすることができる。
【００３４】
次に、レーザー光５０を用いたオーミック電極形成工程を実施する。照射するレーザー光５０の波長として例えば３５５ｎｍまたは５３２ｎｍなどがある。また、照射するレーザー光５０は、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４の全面よりも狭い範囲を照射するスポットレーザー光であり、金属膜４０にレーザー光５０を照射することで、金属膜４０と炭化珪素半導体基板１０の裏面１４とを反応させてシリサイド層を形成させる（アニール処理）。
【００３５】
ここで、表面１１における温度上昇を抑制するための、不活性ガスの供給方法および排気方法、さらに、レーザー光のエネルギー設定、レーザー光の走査方法、およびその組み合わせについて説明する。
【００３６】
＜構成＞
図７は、レーザーアニール装置におけるレーザー光の光路を示す模式図である。
【００３７】
レーザー発振器６０から出たレーザー光５０は、レーザー光５０のスポットを整形する光学系６１を通過することにより、所定のレーザー光スポットプロファイルに整形される。例えば、スポット中心付近において、エネルギー密度が一定である領域が存在するレーザー光スポットプロファイル、または、縦または横方向にレーザー光の照射範囲を広げることで、円形以外にも、長方形の形状に整形されたレーザー光スポットプロファイルなどが想定される。
【００３８】
その後、ガルバノミラー６２でレーザー光５０の光路を曲げて、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４に形成された金属膜４０にスポットレーザー光であるレーザー光５０を照射させる。図７では、炭化珪素半導体基板１０が配置されているステージ６３は移動させず、ガルバノミラー６２が回転することでレーザー光５０の光路を調整し、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４に形成された金属膜４０全面を走査させる。
【００３９】
＜作用＞
図８は、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４に形成された金属膜４０にレーザー光を走査する方法を例示する模式図である。
【００４０】
レーザー光を走査させる順序の例としては、まず、金属膜４０上の第１ライン１００を進行方向１０００に沿って進み、第１ライン１００の終点位置１０１まで達したら、その次に、第２ライン２００の始点位置２０１に移動する。そして、第２ライン２００を進行方向２０００に沿って進む。そうして、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４の全面に亘ってレーザー光５０が走査される。図８に示されるように、第２ライン２００でのレーザー光の進行方向は、第１ライン１００でのレーザー光の進行方向とは逆となる。
【００４１】
図９は、レーザー光を金属膜４０全面において走査する際の、不活性ガスの供給機構および排出機構を例示する模式図である。
【００４２】
図１０は、レーザー光が照射される炭化珪素半導体基板１０、不活性ガス供給機構４００および不活性ガス排出機構５００の位置関係を示す模式図である。図９および図１０においては、不活性ガスの流れ３００が示されている。なお、図１０において図示しないが、図７に示されたレーザー光５０を照射するための各構成と、不活性ガス供給機構４００および不活性ガス排出機構５００とを備えるレーザーアニール装置によって、レーザー光５０の照射、および、不活性ガスの供給を行うことができる。
【００４３】
不活性ガスの供給は、炭化珪素半導体基板１０を囲うように配置された不活性ガス供給機構４００により行われる。不活性ガス供給機構４００は、炭化珪素半導体基板１０のおよそ１．１倍以上１．６倍程度以下の径を持つリング状の機構であり、不活性ガス供給機構４００の内壁に設けられた不活性ガス供給穴４０１を通じて、炭化珪素半導体基板１０に対して不活性ガスが吹きつけられる。
【００４４】
このとき、不活性ガス供給穴４０１は、レーザー光が照射される炭化珪素半導体基板１０の裏面１４とほぼ同じ高さに配置され、不活性ガスは炭化珪素半導体基板１０の裏面１４に対してほぼ水平に、かつ、基板中央に向かって供給される。すなわち、不活性ガスは、炭化珪素半導体基板１０の径方向の内側へ向かう流速成分を有する。
【００４５】
不活性ガス排出機構５００は、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４の直上を覆って配置された円筒状の機構である。不活性ガス排出機構５００は、円筒状の構造の上部から排気することによって、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４に供給された不活性ガスを裏面１４から離れる方向に速やかに排気する。すなわち、不活性ガスは、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４から遠ざかる方向に排気される。
【００４６】
不活性ガスの流量は、炭化珪素半導体基板１０の表面１１に形成された素子構造が所定の温度（例えば３００℃）以上にならないように設定される。不活性ガスの流量は、１から２０Ｌ／ｍ（１０００から２００００ｓｃｃｍ）とすることができる。本実施形態では、全流量を２．０Ｌ／ｍ（リットル／分＝２０００ｓｃｃｍ）とした。不活性ガスの温度は、１０から３０℃とし、炭化珪素半導体基板１０を３５０℃以下に冷却できる温度とした。不活性ガスの成分としては、窒素、ヘリウム、アルゴンまたはクリプトンを使用することができる。本実施形態では、窒素を使用した。円筒の高さは、円筒内部で垂直方向の不活性ガス流路を生むのに十分な高さとする。
【００４７】
図９および図１０において、不活性ガス供給機構４００と不活性ガス排出機構５００とは、高さ方向（炭化珪素半導体基板１０の裏面１４の法線方向）において十分に接近して配置されることが望ましい。図９および図１０では、不活性ガス供給機構４００と不活性ガス排出機構５００とが離れて配置されてあるが、不活性ガス供給機構４００が、不活性ガス排出機構５００の一部として不活性ガス排出機構５００の下部に接続されていてもよい。
【００４８】
図６に示される工程では、図５に示された工程で形成されたシリサイド層４０ａ（オーミック電極）の表面に裏面電極４２を形成する。ここで、裏面電極４２を形成する前に、シリサイド層４０ａ（オーミック電極）の表面に形成された酸化膜などを、Ａｒ＋イオンなどを用いてエッチングしても構わない。
【００４９】
本実施形態では、炭化珪素半導体素子装置の一例としてショットキーバリアダイオードを挙げたが、ＭＯＳＦＥＴなど、他の縦型パワー半導体素子に関しても、同様に適用可能である。また、本実施形態では、金属膜４０が形成された位置にレーザー光５０が照射される場合が示されているが、金属膜４０を用いない場合のレーザーアニールであっても、周囲の温度上昇を抑制する方法として採用できる。
【００５０】
＜効果＞
以下に、本実施形態による効果を例示する。
【００５１】
本実施形態によれば、半導体装置の製造方法において、炭化珪素半導体基板１０に対し一方の主面の側からレーザー光５０が照射されることで、アニール処理がなされ、アニール処理の際に、炭化珪素半導体基板１０の一方の主面の側に、不活性ガスが吹き付けられ、炭化珪素半導体基板１０が冷却される。
【００５２】
このような構成によれば、レーザー光５０が照射される箇所における大気は、炭化珪素半導体基板１０の一方の主面に吹き付けられる不活性ガスによって流れ、一定温度に保たれる。そのため、レーザー光５０の照射は、不活性ガスによる一定温度に保たれた大気中で行われ、結果として、安定的にアニール処理を行うことができる。
【００５３】
また、炭化珪素半導体基板１０が冷却されるため、炭化珪素半導体基板１０の表面１１に存在する樹脂膜が変形することが抑制される。例えば、樹脂膜がポリイミドである場合、３５０℃以上で変形するので、炭化珪素半導体基板１０の表面１１の温度が３５０℃以下となるように不活性ガスの温度および流量を調整すればよい。
【００５４】
なお、これらの構成以外の構成については適宜省略することができるが、本明細書に示された任意の構成を適宜追加した場合でも、上記の効果を生じさせることができる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、炭化珪素半導体基板１０の表面１１において、素子構造が形成され、炭化珪素半導体基板１０の表面１１の反対側の面である裏面１４において、金属膜４０が成膜され、金属膜４０に対しレーザー光５０が照射されることで、アニール処理がなされ、アニール処理の際に、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４において、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４と平行な方向の流速成分を有する不活性ガスが吹き付けられ、炭化珪素半導体基板１０が冷却される。
【００５６】
このような構成によれば、その金属膜４０が位置する箇所における大気は、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４に吹き付けられる不活性ガスによって流れ、一定温度に保たれる。そのため、レーザー光５０の照射は、不活性ガスによる一定温度に保たれた大気中で行われ、結果として、安定的に低抵抗なオーミック電極を形成することができる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、不活性ガスは、炭化珪素半導体基板１０の径方向の内側へ向かう流速成分を有し、かつ、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４から遠ざかる方向に排気される。
【００５８】
このような構成によれば、１回目にレーザー光５０を金属膜４０に対して照射した後に、２回目にレーザー光５０をその金属膜４０に対して照射する際にも、その金属膜４０が位置する箇所における、１回目のレーザー光５０の照射によって温度が上昇した大気は、１回目のレーザー光５０の照射後に速やかに排気されている。そのため、２回目のレーザー光５０の照射は、不活性ガスによる一定温度に保たれた大気中で行われ、結果として、安定的に低抵抗なオーミック電極を形成することができる。
【００５９】
＜第２実施形態＞
以下では、上記実施形態で説明した構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略する。
【００６０】
＜作用＞
図１１および図１２は、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４に形成された金属膜４０にレーザー光を走査する他の方法を例示する模式図である。本実施形態では、炭化珪素半導体基板１０の表面１１における素子構造の温度上昇を抑制することを目的として、レーザー光５０を同一箇所に２回照射するように走査する。そして、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４の全面に亘ってレーザー光５０を走査する。図１１は、１回目のレーザー光照射に関する図であり、図１２は、２回目のレーザー光照射に関する図である。本実施形態においては、炭化珪素とのシリサイド化反応によって炭素析出物を形成する金属、例えばＮｉなどが金属膜４０に用いられていることが望ましい。
【００６１】
レーザー光を走査させる順序の例としては、まず、金属膜４０上の第１ライン１００を進行方向１０００に沿って進み、第１ライン１００の終点位置１０１まで達したら、その次に、第２ライン２００の始点位置２０１に移動する。そして、第２ライン２００を進行方向２０００に沿って進む。図１１に示されるように、第２ライン２００でのレーザー光の進行方向は、第１ライン１００でのレーザー光の進行方向とは逆となる。
【００６２】
図１１に示されるように、１回目の照射では、例えばＮｉと炭化珪素半導体基板１０の裏面１４とが反応してニッケルシリサイドおよび炭素析出物を形成する程度のエネルギーで、レーザー光照射を行えばよい。Ｎｉと炭化珪素とのシリサイド化反応はおよそ５００℃以上で生じるので、第１実施形態に示される場合に比べて、低エネルギーのレーザー光を照射することで足りる。または、第１実施形態に示される場合に比べて、走査速度が速い照射で足りる。低エネルギーでレーザー光を照射することは、レーザーの長寿命化に直結し、コストダウンにつながる。速い走査速度で照射することは、スループットの向上につながる。
【００６３】
＜構成＞
図１３は、レーザーアニール後のデバイス構造を示す断面図である。
【００６４】
図１３に示されるように、１回目の照射によって生成される炭素析出物は、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４の最表面にグラファイト層４０ｂとして生成される。すなわち、金属膜４０がレーザー照射によるシリサイド化反応を経ることで、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４におけるシリサイド層４０ａと、シリサイド層４０ａの表面におけるグラファイト層４０ｂとが形成される。
【００６５】
図１２に示されるように、２回目のレーザー光照射は、シリサイド層４０ａに対して行われ、例えば、２回目のレーザー光走査によりライン６００が形成される。また、２回目のレーザー光照射は、結果として、シリサイド層４０ａのみならずグラファイト層４０ｂに対しても行われるが、金属膜４０に対してレーザー光を照射する場合に比べ、照射対象におけるレーザー光の吸収率が著しく高い。また、グラファイト層４０ｂは熱伝導度が高いため、照射されたレーザー光のエネルギーが効率よく面内方向に拡散する。
【００６６】
そのため、本実施形態における２回目の照射においては、素子構造の温度上昇を抑制しつつ、第１実施形態の場合に比べて、低エネルギーのレーザー光を照射することで足りる。または、第１実施形態に示される場合に比べて、走査速度が速い照射で足りる。
【００６７】
＜効果＞
以下に、本実施形態による効果を例示する。
【００６８】
本実施形態によれば、アニール処理は、金属膜４０に対し、レーザー光５０が、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４の各箇所を２回ずつ照射しつつ、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４の全面に亘って走査されることでなされる。
【００６９】
このような構成によれば、２回目のレーザー光照射は、１回目のレーザー光照射で形成されたシリサイド層４０ａに対してなされるため、レーザー光照射を金属膜４０に対して行う場合に比べ、光の吸収率が著しく向上する。また、グラファイト層４０ｂは熱伝導度が高いため、照射されたレーザー光のエネルギーが効率よく面内方向に拡散する。よって、２回目のレーザー光照射には、低いエネルギーのレーザー光を用いることで足りる。または、走査速度が速いレーザー光照射で足りる。
【００７０】
＜第３実施形態＞
以下では、上記実施形態で説明した構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略する。
【００７１】
＜作用＞
図１４および図１５は、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４に形成された金属膜４０にレーザー光を走査する他の方法を例示する模式図である。本実施形態では、炭化珪素半導体基板１０の表面１１における素子構造の温度上昇を抑制することを目的として、レーザー光５０を照射する際の走査方法を工夫する。具体的には、炭化珪素半導体基板１０の全面を複数回に分けてレーザー光を照射する。本実施形態では、一例として、２回に分けて炭化珪素半導体基板１０全面を照射する方法を説明する。図１４は、１回目のレーザー光照射に関する図であり、図１５は、２回目のレーザー光照射に関する図である。
【００７２】
図１４においては、レーザー光５０を炭化珪素半導体基板１０の全面へ照射する際の照射途中である、１回目の照射を終えた段階の様子が示されている。図１４に示されるように、レーザー光５０を走査させることで形成される第１ライン１００と第２ライン２００とは、一定の空幅を有して形成されている。すなわち、レーザー光５０が、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４の部分的領域において走査される。空幅は、レーザー光の走査方向に直行する方向のスポット径のおよそ４０％以上６０％以下とすることが好適である。
【００７３】
このようにすることで、第２ライン２００を形成する際のレーザー光が照射される位置は、第１実施形態に示される場合に比べて、温度上昇が抑えられている。すなわち、炭化珪素半導体基板１０の全体への蓄熱の影響が緩和されるため、表面１１における素子構造の温度上昇が抑制される。
【００７４】
図１５においては、レーザー光５０を炭化珪素半導体基板１０の全面へ照射する際の、２回目の照射をしている段階の様子が示されている。図１５に示されるように、２回目の照射では、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４のうち１回目の照射で照射されていない領域に照射がなされ、２回目のレーザー光により形成されるライン６００を形成する。すなわち、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４の部分的領域以外の領域において走査される。蓄熱の影響が緩和される点は、１回目の照射での場合と同様である。
【００７５】
なお、図１５に示される例では、１回目の照射が行われる部分的領域は、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４において、２回目の照射が行われる部分的領域以外の領域と交互に配置される。
【００７６】
＜効果＞
以上のように、本実施形態におけるレーザー光の照射方法によれば、炭化珪素半導体基板１０およびチャックステージへの蓄熱の影響を緩和することができる。また、第２実施形態に示されるような同一箇所への複数回の照射を行うことがないので、スループットを落とさずに、素子構造の温度上昇を抑制することができる。なお、本実施形態では、炭化珪素半導体基板１０の全面を２回に分けて照射する方法を説明したが、それ以上の回数でも同様の効果を得られる。
【００７７】
＜第４実施形態＞
以下では、上記実施形態で説明した構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略する。
【００７８】
本実施形態では、第１実施形態において示されたレーザー光の照射方法に関して別の形態を説明する。
【００７９】
炭化珪素半導体基板１０の裏面１４に形成されるシリサイド層（オーミック電極）のコンタクト抵抗値は、一般にデバイス全体の抵抗値の１／１００程度であることが求められる。縦型パワー半導体デバイスは、耐圧が高いデバイスほどドリフト層の厚さが厚くなるため、ドリフト抵抗が増大しデバイス全体の抵抗値が増大する。つまり、デバイスの耐圧によって、求められるコンタクト抵抗値が異なる。すなわち、高耐圧のデバイスであるほど、コンタクト抵抗値の増大が許容される。コンタクト抵抗値の増大は、走査速度が速い照射または低エネルギーでの照射によってなされる。走査速度が速い照射または低エネルギーでの照射は、素子構造の温度上昇の抑制に直結し、また、コストダウンおよびスループット向上につながる。
【００８０】
＜第５実施形態＞
以下では、上記実施形態で説明した構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略する。
【００８１】
＜作用＞
図１６は、レーザー光を金属膜４０全面において走査する際の、不活性ガスの供給機構および排出機構を他の形態を例示する模式図である。図１７は、不活性ガス供給機構５００ａの構造を説明するための模式図である。図１６および図１７においては、不活性ガスの流れ３００ａが示されている。
【００８２】
図１６に示されるように、不活性ガス供給機構５００ａは、炭化珪素半導体基板１０の裏面１４の直上を覆って配置された円筒状の機構である。不活性ガス供給穴５０１は、不活性ガス供給機構５００ａの内壁に配置されており、図１７に示されるように、不活性ガスが炭化珪素半導体基板１０の中心に向かって供給されるように、穴の開けられる方向が決められている。
【００８３】
不活性ガス排出機構４００ａは、炭化珪素半導体基板１０を囲うように配置され、炭化珪素半導体基板１０のおよそ１．１倍以上１．６倍程度以下の径を持つリング状の機構であり、不活性ガス供給機構５００ａにより供給された不活性ガスは、不活性ガス排出機構４００ａの内壁に開けられた不活性ガス排出穴（図示せず）を通じて、炭化珪素半導体基板１０の外側に排気される。すなわち、不活性ガスは、炭化珪素半導体基板１０の径方向の外側へ向かう流速成分を有する。そして、不活性ガスは、炭化珪素半導体基板１０の径方向の外側に排気される。
【００８４】
＜効果＞
本実施形態によれば、炭化珪素半導体基板１０の全面に均一に不活性ガスが供給され、素子構造の温度上昇を抑制するとともに、より面内で均一なオーミックコンタクトの形成が可能となる。
【００８５】
＜変形例＞
上記各実施形態では、各構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載している場合があるが、これらはすべての局面において例示であって、本発明が記載されたものに限られることはない。よって、例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲内において想定される。例えば、任意の構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの実施形態における少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれる。
【００８６】
また、矛盾が生じない限り、上記各実施形態において「１つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「１つ以上」備えられていてもよい。さらに、発明を構成する構成要素は概念的な単位であって、１つの構成要素が複数の構造物から成る場合、および１つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合を含む。
【００８７】
また、本明細書における説明は、本発明のすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。
【符号の説明】
【００８８】
１０  炭化珪素半導体基板、１１  表面、１２  ドリフト層、１３  イオン注入領域、１４  裏面、２０  ショットキー電極、２１  配線電極、３０  保護膜、４０  金属膜、４０ａ  シリサイド層、４０ｂ  グラファイト層、４２  裏面電極、５０  レーザー光、６０  レーザー発振器、６１  光学系、６２  ガルバノミラー、６３  ステージ、１００  第１ライン、１０１  終点位置、２００  第２ライン、２０１  始点位置、４００，５００ａ  不活性ガス供給機構、４００ａ，５００  不活性ガス排出機構、４０１，５０１  不活性ガス供給穴、６００  ライン、１０００，２０００  進行方向。
【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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【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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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