[发明专利]激光退火方法及激光退火装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种照射激光束来激活添加在半导体基板中的杂质的激光退火方法及激光退火装置。

背景技术

公开有如下发明，即通过离子注入将杂质导入到半导体基板中，并照射激光束来激活所导入的杂质，形成电极层及场终止（field stop）层的半导体装置及其制造方法（例如参考专利文献1）。在专利文献1记载的技术中，在制作半导体元件的表面结构之后，使基板变薄。之后，对背面进行离子注入，并照射脉冲激光束。在照射多个激光脉冲的定时上设定600ns以下的时间差来进行脉冲激光束的照射。具体而言，从硅基板的背面侧，将剂量设为1E+14/cm²以下，例如将磷离子离子注入到n^-型基板的场终止层形成预定区域，以使场终止层的峰值浓度成为5E+18/cm³以下。接着，将剂量设为5E+16/cm²以下，从n^-型基板的背面侧，例如分别将硼离子及磷离子离子注入到P⁺型集电极层形成预定区域及n⁺型阴极层形成预定区域，以使P⁺型集电极层及n⁺型阴极层的峰值浓度成为1E+21/cm³以下。

已知这种以高浓度注入有离子的n⁺型阴极层等会导致硅基板的结晶性被破坏，并进行非晶化。专利文献1记载的半导体装置的制造方法中，通过激光束的照射使注入到距激光照射面（基板背面）超过1μm深度的较深部分的杂质进行基于固相扩散的缺陷恢复及活化，因此无法确保充分的温度上升及加热时间，有时会使活化不够充分。若为了充分进行较深部分的活化而提高照射的激光束的能量密度，则会产生熔融深度变深，注入杂质的深度分布产生变化而无法获得设计时预期的特性或基板表面的皲裂变得严重等不良情况。

公开有如下技术，即以硅晶片不熔融的范围的能量密度照射脉冲激光束来进行激光退火（例如参考专利文献2）。在该方法中，以高浓度离子注入杂质，而完全修复了非晶化区域的结晶性，无法活化注入杂质。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-171057号公报

专利文献2：日本特开2009-032858号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现高品质退火的激光退火方法及激光退火装置。

根据本发明的一种观点，提供如下一种激光退火方法，该激光退火方法具有如下工序：

（a）准备在表层部的相对较深区域以相对低浓度添加杂质，在相对较浅区域以相对高浓度添加杂质的半导体基板；及（b）对所述半导体基板照射激光束，使所述半导体基板熔融至比该高浓度杂质的添加区域更深的位置而使添加在所述相对较浅区域的高浓度杂质活化；不使所述半导体基板熔融至所述低浓度杂质的添加区域而使添加在所述相对较深区域的低浓度杂质活化。

并且，根据本发明的另一种观点，提供如下一种激光退火装置，该激光退火装置具有：

第1激光光源，射出脉冲宽度相对较短的第1脉冲激光束；第2激光光源，射出脉冲宽度相对较长的第2脉冲激光束；载物台，保持半导体基板，在该半导体基板的表层部的相对较深区域以相对低浓度添加杂质，在相对较浅区域以相对高浓度添加杂质；及传播光学系统，能够将从所述第1激光光源射出的第1脉冲激光束及从所述第2激光光源射出的第2脉冲激光束传播到保持在所述载物台的半导体基板上的相同区域，该传播光学系统包括将所述第1脉冲激光束与所述第2脉冲激光束重叠在同一光轴上的射束重叠器，并且能够以将所述半导体基板熔融至比所述高浓度杂质的添加区域更深的位置的能量密度来传播所述第1脉冲激光束，并且，以不将所述半导体基板熔融至所述低浓度杂质的添加区域的能量密度来传播所述第2脉冲激光束。

另外，在以相对高浓度添加有杂质的区域有时会进行非晶化。

发明效果

根据本发明能够提供一种能够实现高品质退火的激光退火方法及激光退火装置。

附图说明

图1是表示基于实施例的激光退火装置的概要图。

图2是表示硅晶片50的杂质深度分布的一例的曲线图。

图3是表示以硅晶片50的背侧表面（激光照射面）达到熔点（约1690K）的条件照射脉冲激光束20a时，距硅晶片50的背侧表面3μm深度位置的最高到达温度、及100μm深度位置（表面侧表面）的最高到达温度与脉冲激光束20a的脉冲宽度之间的关系的曲线图。