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公開番号2025136414
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-19
出願番号2024034974
出願日2024-03-07
発明の名称レーザーアニール方法
出願人住友重機械工業株式会社
代理人個人
主分類H01L 21/268 20060101AFI20250911BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ドーパントを半導体ウエハの深い領域にイオン注入することなく、かつ表層を溶融させることなく、深い領域のキャリア密度を高めることが可能なレーザーアニール方法を提供する。
【解決手段】繰返し周波数100kHz以上のパルスレーザービームまたは連続波レーザービームであるアニール用レーザービームで、ドーパントが注入された半導体ウエハの表面を走査することにより活性化アニールを行う。まず、半導体ウエハのアニールすべき領域の任意の微小領域をビームスポットが通過するときに、半導体ウエハの微小領域に投入されるレーザーエネルギー累積値を変化させて、ドーパントの活性化率が最大になる活性化率最大化アニール条件を決定する。微小領域に投入されるレーザーエネルギー累積値が、活性化率最大化アニール条件におけるレーザーエネルギー累積値より小さい条件で、ドーパントが注入された半導体ウエハの活性化アニールを行う。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
繰返し周波数１００ｋＨｚ以上のパルスレーザービームまたは連続波レーザービームであるアニール用レーザービームで、ドーパントが注入された半導体ウエハの表面を走査することにより活性化アニールを行うレーザーアニール方法であって、
半導体ウエハのアニールすべき領域の任意の微小領域をビームスポットが通過するときに、半導体ウエハの前記微小領域に投入されるレーザーエネルギー累積値を変化させて、ドーパントの活性化率が最大になる活性化率最大化アニール条件を決定し、
前記微小領域に投入されるレーザーエネルギー累積値が、前記活性化率最大化アニール条件におけるレーザーエネルギー累積値より小さい条件で、ドーパントが注入された半導体ウエハの活性化アニールを行うレーザーアニール方法。
続きを表示（約 460 文字）【請求項２】
前記アニール用レーザービームはパルスレーザービームであり、パルスレーザービームの平均パワーを、前記活性化率最大化アニール条件における平均パワーより小さくすることにより、前記活性化アニールを行うときのレーザーエネルギー累積値を小さくする請求項１に記載のレーザーアニール方法。
【請求項３】
前記活性化アニールを行うときの平均パワーを、前記活性化率最大化アニール条件における平均パワーの９０％以下に設定する請求項２に記載のレーザーアニール方法。
【請求項４】
前記アニール用レーザービームのビームスポットの、半導体ウエハの表面における移動速度を速くすることにより、前記活性化アニールを行うときのレーザーエネルギー累積値を小さくする請求項１に記載のレーザーアニール方法。
【請求項５】
前記活性化アニールを行うときのビームスポットの移動速度を、前記活性化率最大化アニール条件における移動速度の１．２５倍以上に設定する請求項４に記載のレーザーアニール方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーアニール方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、パワー半導体デバイスの性能向上を図るために、従来よりも深い領域にドーパントを添加する技術が望まれている。半導体ウエハの表層にドーパントを浅く注入し、その後、表層をドーパントの注入領域よりも深く溶融させてドーパントを溶融の深さにまで液相拡散させる方法が公知である（特許文献１）。この方法により、溶融深さまでのキャリア密度を所望の値まで高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３－３０７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の半導体素子を製造する場合、半導体ウエハの表層を溶融させる前に、半導体ウエハの裏面（溶融した表層とは反対側の面）にドーパントの拡散領域等を含む素子構造が形成されている。ドーパントを深い領域に添加するために表層を溶融させると、半導体ウエハの裏面まで高温になり、既に形成されている素子構造がダメージを受ける。
【０００５】
ドーパントを深い領域にイオン注入し、活性化アニールを行うことにより、深い領域にドーパントを添加することができる。深い領域にイオン注入するためには、イオンの加速エネルギーを大きくする必要があり、イオン注入装置の大型化を招くことになる。
【０００６】
本発明の目的は、ドーパントを半導体ウエハの深い領域にイオン注入することなく、かつ表層を溶融させることなく、深い領域のキャリア密度を高めることが可能なレーザーアニール方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によると、
繰返し周波数１００ｋＨｚ以上のパルスレーザービームまたは連続波レーザービームであるアニール用レーザービームで、ドーパントが注入された半導体ウエハの表面を走査することにより活性化アニールを行うレーザーアニール方法であって、
半導体ウエハのアニールすべき領域の任意の微小領域をビームスポットが通過するときに、半導体ウエハの前記微小領域に投入されるレーザーエネルギー累積値を変化させて、ドーパントの活性化率が最大になる活性化率最大化アニール条件を決定し、
前記微小領域に投入されるレーザーエネルギー累積値が、前記活性化率最大化アニール条件におけるレーザーエネルギー累積値より小さい条件で、ドーパントが注入された半導体ウエハの活性化アニールを行うレーザーアニール方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
微小領域に投入されるレーザーエネルギー累積値が、活性化率最大化アニール条件におけるレーザーエネルギー累積値より小さい条件でアニールを行うと、注入されたドーパントが深い領域まで拡散し、深い領域におけるキャリア密度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、一実施例で用いられるレーザーアニール装置の概略斜視図である。
図２は、半導体ウエハ３０の表面におけるビームスポット２０の移動の履歴を示す模式図である。
図３は、活性化アニールの前後におけるドーパント及びキャリアの密度分布の測定結果を示すグラフである。
図４は、活性化アニールの前後におけるドーパントの密度分布、及びビームスポットの移動速度を変化させたときのキャリアの密度分布の測定結果を示すグラフである。
図５Ａ～図５Ｃは、アニール前後におけるドーパント密度、及びアニール後におけるキャリア密度を示すグラフである。
図６Ａは、シリコンウエハにドーパントを注入した後のシリコンウエハの結晶状態を示す模式図であり、図６Ｂは、活性化率最大化アニール条件でアニールを行った後のシリコンウエハの結晶状態を示す模式図であり、図６Ｃは、活性化率最大化アニール条件よりもレーザーエネルギー累積値が低い条件でアニールを行った後のシリコンウエハの結晶状態を示す模式図である。
図７は、本実施例によるアニール方法の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１～図７を参照して、一実施例によるレーザーアニール方法について説明する。
図１は、本実施例で用いられるレーザーアニール装置の概略斜視図である。レーザー発振器１０が、高繰り返し周波数のパルスレーザービームを出力する。例えば、繰返し周波数が１００ｋＨｚ以上である場合「高繰り返し周波数」ということができる。レーザー発振器１０として、例えば緑色の波長域のパルスレーザービームを出力するファイバーレーザー発振器が用いられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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