CN105793960B - 杂质添加装置、杂质添加方法以及半导体元件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

杂质添加装置(1)具备支承半导体衬底(2)的支承台(3)、固定于该支承台(3)的半导体衬底(2)以及与半导体衬底(2)相离地配置的壁块(10)。壁块(10)在内部具有凹部(12)以在半导体衬底(2)的壁块侧的面上形成存在包含杂质元素的溶液(4)的局部区域(B)。另外，杂质添加装置(1)具备隔着被壁块(10)包围的溶液(4)向半导体衬底(2)的上表面照射激光(32)的激光光学系统(30)。杂质添加装置(1)用于通过激光(32)的照射向半导体衬底(2)的内部的一部分添加杂质元素。

Description

杂质添加装置、杂质添加方法以及半导体元件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种杂质添加装置、杂质添加方法以及半导体元件的制造方法。
背景技术
作为功率半导体，期待一种使用碳化硅(SiC)、特别是4H的碳化硅(4H-SiC)的半导体元件。4H-SiC的半导体元件通常是在形成有以期望的浓度外延生长而成的4H-SiC晶体层的半导体衬底中掺杂磷(P)、铝(Al)等杂质元素的离子而制造出来的。具体地说，例如通过向半导体衬底照射被加速的杂质元素的离子来注入该离子，并且，之后进行对半导体衬底加热的(退火)处理以实现被注入了离子的半导体衬底的晶体结构的恢复和杂质元素的活性化。
在此，在对4H-SiC的(0001)面((000-1)面)进行高剂量(例如1015/cm2左右)的离子注入的情况下，需要事先进行将半导体衬底加热到300度～800度左右的加热处理。这是由于，在没有事先的加热处理的情况下，无法有效地进行4H-SiC的再结晶化和杂质元素的活性化。
另外，SiC的退火是在1600度～1800度左右的比硅(Si)的情况更高的温度下进行。已知，由于该退火而Si从半导体元件的表面脱落，半导体元件的表面由于迁移(migration)而变得粗糙。因此，在半导体元件的表面形成氮化铝(AlN)、碳(C)等保护膜之后进行退火，但是，存在增加了用于形成和去除保护膜的处理工序、处理成本增大的问题。另外，也担心铝(Al)、碳(C)对周边的污染的问题。
作为解决上述问题的方案，可考虑非专利文献1和2所记载的激光掺杂的技术。非专利文献1和2如下：将4H-SiC的半导体衬底浸渍于作为包含杂质元素的水溶液的溶液中，向半导体衬底的表面与溶液的界面区域照射激光，由此对半导体衬底进行局部的加热，来掺杂溶液中的杂质元素。该激光是在SiC中吸收系数大的紫外区的波长的光。根据非专利文献1和2，即使在与室温相当的环境下也能够同时进行杂质元素的注入和半导体衬底的活性化，无需对半导体衬底进行事先的加热处理和注入杂质元素后的退火。
但是，在非专利文献1和2的技术的情况下，需要使整个半导体衬底浸渍在溶液中。因此，产生以下问题：必须使用浸渍整个半导体衬底的程度的大量的溶液。
非专利文献1：池田晃裕及其他3人，“液体中に浸漬した4H－SiCへのエキシマレーザ照射による燐ドーピング(Phosphorus doping of 4H SiC by liquid immersionexcimer laser irradiation)”，アプライド·フィジックス·レターズ(Applied PhysicsLetters)，第102卷，p052104-1～052104-4，2013年1月
非专利文献2：西纮史及其他3人，“リン酸溶液中のエキシマレーザ照射による4H－SiCへの燐ドーピング(Phosphorus Doping into 4H-SiC by Irradiation ofExcimer Laser in Phosphoric Solution)”ジャパニーズ·ジャーナル·オブ·アプライド·フィジックス(JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS)，第52卷，第6号，p06GF02-1-4，2013年6月
发明内容
发明要解决的问题
本发明是着眼于上述问题而完成的，其目的在于提供一种在使用溶液中的杂质元素来进行激光掺杂的情况下能够减少溶液的使用量的杂质添加装置、杂质添加方法以及半导体元件的制造方法。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明所涉及的杂质添加装置的某个方式的要点在于，具备：支承台，其支承半导体衬底；壁块，其相对于该支承台与半导体衬底相离地配置，在内部具有凹部以在半导体衬底的同支承台相反的一侧的面上形成存在包含杂质元素的溶液的局部区域，并且具有用于注入溶液的注入孔以及用于排出溶液的排出孔以在该凹部的内侧构成流通路径；以及激光光学系统，其隔着被壁块包围的溶液向半导体衬底的同支承台相反的一侧的面照射激光，所述溶液沿着流通路径在半导体衬底的同支承台相反的一侧的面上移动，其中，通过激光的照射而杂质元素被添加至半导体衬底的内部的一部分。
另外，本发明所涉及的杂质添加方法的某个方式的要点在于，包括以下步骤：在半导体衬底的主面上形成存在包含杂质元素的溶液的局部区域；使溶液在局部存在于半导体衬底的主面上的状态下在半导体衬底的主面上移动；以及隔着溶液向半导体衬底的主面照射激光，其中，向半导体衬底的内部的一部分添加杂质元素。
另外，本发明所涉及的半导体元件的制造方法的某个方式的要点在于，包括以下步骤：在第一导电型或第二导电型的半导体衬底的表面的一部分，形成存在包含第一导电型的杂质元素的溶液的局部区域；使溶液在局部存在于半导体衬底的表面上的状态下在半导体衬底的表面上移动；以及隔着溶液向半导体衬底照射激光，来在半导体衬底的表面形成第一导电型的第一半导体区域。
发明的效果
因而，根据本发明的杂质添加装置、杂质添加方法以及半导体元件的制造方法，能够抑制包含杂质元素的溶液的使用量。
附图说明
图1是以侧视图来示意性地说明本发明的实施方式所涉及的杂质添加装置的局部截面图。
图2是说明本发明的实施方式所涉及的壁块的俯视图。
图3是说明本发明的实施方式所涉及的壁块的内部空间的溶液的流通路径的俯视图。
图4是说明构成本发明的实施方式所涉及的杂质添加装置的系统的示意图。
图5是说明本发明的实施方式所涉及的杂质添加方法的侧视图。
图6是说明本发明的实施方式所涉及的杂质添加方法的局部截面图。
图7是说明本发明的实施方式所涉及的杂质添加方法的局部截面图。
图8是说明本发明的实施方式所涉及的杂质添加方法的局部截面图。
图9是说明本发明的实施方式所涉及的杂质添加方法的局部截面图。
图10是说明本发明的实施方式所涉及的杂质添加方法的俯视图。
图11是说明本发明的实施方式所涉及的杂质添加方法的局部截面图。
图12是说明本发明的实施方式所涉及的杂质添加方法的局部截面图。
图13是说明本发明的实施方式所涉及的杂质添加方法的俯视图。
图14是说明本发明的实施方式所涉及的杂质添加方法的局部截面图。
图15是说明本发明的实施方式所涉及的杂质添加方法的俯视图。
图16是说明通过本发明的实施方式所涉及的半导体元件的制造方法得到的半导体元件中掺杂的杂质元素的浓度与深度的关系的特性图。
图17是对通过本发明的实施方式所涉及的半导体元件的制造方法得到的半导体元件的电特性进行实验的电路的示意图。
图18是利用图17所示的电路得到的电压-电流特性图。
图19是说明本发明的其它实施方式所涉及的壁块的俯视图。
图20是说明本发明的另一实施方式所涉及的壁块的俯视图。
图21是说明本发明的另一实施方式所涉及的壁块的俯视图。
图22是说明本发明的另一实施方式所涉及的壁块的俯视图。
图23是图22中的XXIII-XXIII线的截面图。
具体实施方式
为了便于说明，适当简化和夸张地示出下面说明的构成本发明的实施方式所涉及的杂质添加装置的各装置、构件的形状、大小或比率。
本发明的实施方式所涉及的杂质添加装置1具备：支承台3，其支承半导体衬底2；以及壁块10，其配置于该支承台3的上方且与半导体衬底2相离。壁块10在内部具有凹部12以在半导体衬底2的上表面(图1中的上侧的面)上形成存在包含杂质元素的溶液4的溶液局部存在区域B。
另外，杂质添加装置1具备：壁块支承装置20，其将壁块10固定地支承于支承台3的上方；以及激光光学系统30，其隔着被壁块10包围的溶液4向半导体衬底2的上表面照射激光32。另外，杂质添加装置1具备循环系统40，该循环系统40向壁块10供给溶液4，并且使被壁块10包围的溶液4以与半导体衬底2的上表面接触的状态进行循环。另外，杂质添加装置1具备使支承台3在X-Y方向上自由地移动的X-Y移动台8，该X-Y方向是在与半导体衬底2的上表面平行的面内定义的。
杂质添加装置1用于通过激光32的照射来向半导体衬底2的内部的一部分添加杂质元素。此外，为了便于说明，将图1中的壁块10以由图2的I-I截面线示出的组合截面形状进行了图示。
在下面的说明中，对包括SiC的半导体衬底2进行说明，但是并不限定于SiC。作为SiC，例如使用期待用于功率半导体用的4H-SiC。在半导体衬底2中，例如通过外延生长等方法而形成有4H-SiC的晶体层。在半导体衬底2的被照射激光的一侧的面上配置有4H-SiC的(0001)面(或(000-1)面)。
溶液4是溶解有要掺杂到半导体衬底2的杂质元素的溶液。在图1所示的杂质添加装置1中，在将杂质元素设为磷(P)的情况下，溶液4能够使用85重量百分比浓度的磷酸溶液。此外，杂质元素不限定于磷，可以酌情使用硼(B)、铝(Al)、氮(N)等其它元素。另外，溶液4也是酌情构成的，例如，如果杂质元素是硼则溶液4是硼酸水，如果杂质元素是铝则溶液4是氯化铝水溶液，如果杂质元素是氮则溶液4是氨水溶液等。
支承台3搭载于X-Y移动台8。X-Y移动台8构成为从下方将支承台3呈水平地支承，并且与未图示的驱动装置连接，使半导体衬底2能够在水平面内的方向(X-Y方向)上自由地移动。关于X-Y方向的主移动，例如只要通过步进电机进行驱动即可，但是为了进行亚微米级的移动，最好利用磁悬浮来消除摩擦。如果在没有摩擦力的状态下通过磁驱动来使X-Y移动台8在X-Y方向上移动，则能够进行纳米级的位置控制。关于位置控制，例如只要将激光干涉仪的输出进行反馈来进行该位置控制即可。
本发明的实施方式所涉及的X-Y移动台8优选构成为还能够在与X-Y方向垂直的Z方向上移动，构成为以使半导体衬底2能够在X方向、Y方向以及Z方向上分别移动的方式支承该半导体衬底2的3轴移动台。具体地说，设置有使X-Y移动台8在Z方向上移动的台用驱动装置(未图示)。使用能够进行3轴移动的X-Y移动台8来将半导体衬底2自由地移动到与激光32的照射目标位置相应的规定的位置，由此能够在半导体衬底2上直接描绘期望的杂质添加区域的图案。
另外，在支承台3的半导体衬底2侧(图1中的上侧)的面形成有多个未图示的基准标记。基准标记被用作与预先设定于半导体衬底2的照射目标位置对应的支承台3侧的照射目标位置。
如图2所示，壁块10具备：矩形的主体框11，其形成有贯通俯视观察时的中央的凹部12；以及透过窗13，其以覆盖贯通的凹部12的方式呈水平地架设于主体框11的内侧(参照图1)。此外，在主体框11透过激光的情况下，凹部12也可以不贯通，也无需具备透过窗13。另外，在壁块10与半导体衬底2的上表面之间以间隔h形成有间隙G，该间隔h被设定成注入到壁块10的内部空间V的溶液4通过表面张力而不会流出到外侧。壁块10在半导体衬底2的上方围住溶液4，在半导体衬底2的上表面上形成溶液4的层，选择性地使杂质元素接触半导体衬底2。
主体框11是树脂制的。另外，主体框11在俯视图中呈一边的长度(X方向和Y方向的各长度)为150mm左右的正方形，以图1中的上下方向的长度表示的高度(Z方向的长度)被设为50mm左右，整体具有大致长方体状的外观。主体框11构成为：在X方向上的长度比半导体衬底2在X方向上的长度小，且在Y方向上的长度比半导体衬底2在Y方向上的长度小。
主体框11的凹部12是沿图1的上下方向贯通形成的，壁块10以使凹部12的轴与激光32的光轴相互平行的方式配置于半导体衬底2的上方，且不与半导体衬底2接触。即，激光32贯通主体框11的凹部12后照射到半导体衬底2。图2中的以描绘有斜线的区域表示的主体框11的凹部12的开口面积S是在主体框11的俯视图或水平截面图中表现为正面的区域的面积。凹部12的开口面积S形成为比贯通凹部12的激光32的水平截面积大。
在贯通凹部12的激光32为在激光32的水平截面图中一边为百μm量级的矩形的情况下，主体框11的凹部12例如形成为在主体框11的水平截面图中一边为1mm以上的正方形。另外，如果激光32的水平截面积变得大于百μm量级，则凹部12的开口面积S也与激光32的水平截面积相应地扩大。
在主体框11中，如图2中示意性地表示的各开口面所示的那样，形成有使溶液4从壁块10的外侧注入到内部空间V的多个注入孔14、15以及使溶液4从内部空间V排出到外侧的多个排出孔16～19。多个注入孔14、15以及多个排出孔16～19均与循环系统40连接。
在主体框11的矩形的四边中在左右方向上相对的两边中的一边(图2中的左侧的边)的上表面11a，分别开口有1个注入孔14和2个排出孔17、19。主体框11的矩形的一边侧的1个注入孔14和2个排出孔17、19是在沿着一边的同一直线上分别开口的。另外，1个注入孔14的开口面被设置成夹在2个排出孔17、19的开口面之间、且与2个排出孔17、19的开口面之间等间隔。
在主体框11的隔着凹部12而与矩形的一边相对的另一边(图2中的右侧的边)的上表面11a，以与矩形的一边侧相同的结构分别开口有另1个注入孔15和另2个排出孔16、18。主体框11的矩形的一边侧的多个注入孔及排出孔与主体框11的另一边侧的多个注入孔及排出孔构成为相对于主体框的凹部12相互对称。
如图1所示，矩形的一边侧的1个注入孔14的、主体框11的上表面11a侧的开口部为溶液4的流入侧。另外，矩形的一边侧的1个注入孔14的、在主体框11的下表面11b与主体框11的凹部12的壁面交叉的位置处开口的开口部为溶液4的流出侧。即，注入孔14是在主体框11的内部从主体框11的外侧向内侧贯通形成、并且从主体框11的上部向下部倾斜地形成的孔。此外，矩形的另一边侧的1个注入孔15也与矩形的一边侧的1个注入孔14同样地，是在主体框11的内部从主体框11的外侧向内侧贯通形成、并且从主体框11的上部向下部倾斜地形成的孔。
此外，图1所示的主体框11的注入孔14的内径被设为从溶液4的流入侧去向流出侧而均相同，但是例如也可以在主体框11的内部的上部以比注入孔14的内径面积大的面积形成向处理室内开口的储液部(未图示)。而且，也可以构成为：使储液部与注入孔14连通，使用室内的大气压来更顺利地从注入孔14向壁块10的内部空间V注入溶液4。
另外，如图1所示，矩形的另一边侧的2个排出孔16、18是在主体框11的内部在主体框11的上表面11a与下表面11b之间铅直地贯通形成的孔。矩形的另一边侧的1个排出孔16的、主体框11的下表面11b侧的开口部为溶液4的流入侧，并且矩形的另一边侧的1个排出孔16的、主体框11的上表面11a侧的开口部为溶液4的流出侧。此外，矩形的一边侧的2个排出孔17、19也与矩形的另一边侧的2个排出孔16、18同样地，是在主体框11的上表面11a与下表面11b之间铅直地贯通形成的孔。
如图1所示，在半导体衬底2的上表面上，溶液4仅与被壁块10包围的区域接触。即，溶液局部存在区域B仅形成于半导体衬底2的上表面上的、图1所示的左右方向上主体框11的矩形的一边侧的注入孔14的流出侧的开口部与另一边侧的排出孔16的流入侧的开口部之间。
另外，如图3中的实线箭头所示，从主体框11的矩形的一边侧的1个注入孔14注入的溶液4会从另一边侧的2个排出孔16、18排出。即，主体框11的矩形的一边侧的1个注入孔14与另一边侧的2个排出孔16、18相对应，形成溶液4的流通路径的一个方向(从图1中的左侧向右侧的方向)。
另外，如图3中的虚线箭头所示，从主体框11的矩形的另一边侧的1个注入孔15注入的溶液4会从一边侧的2个排出孔17、19排出。即，主体框11的矩形的另一边侧的1个注入孔15与一边侧的2个排出孔17、19相对应，形成溶液4的流通路径的另一个方向(从图1中的右侧向左侧的方向)。
即，在主体框11的隔着凹部12而相对的矩形的左右方向的2个边处，对称地设置有2组由形成于一边侧的1个注入孔以及与该注入孔对应地形成于另一边侧的2个排出口构成的组合。而且，矩形的左右方向是支承台3的X方向的移动方向。图1所示的杂质添加装置1具备2组注入孔与排出孔的组合，由此壁块10构成为具备能够使溶液4沿彼此相反的方向流通的2个路径。因此，在支承台3的X方向的移动方向正反切换的情况下，能够通过切换壁块10所具有的能够以彼此相反的方向流通的2个路径来切换溶液4的流通方向。
在壁块10仅具有1组注入孔与排出孔的组合的情况下，也可以通过设为使壁块10进行180度旋转移动的结构来切换溶液4的流通方向。但是，需要使壁块10和壁块支承装置20的结构进一步复杂化，并且激光掺杂的处理时间变长。因此，优选的是，如图3所示的壁块10那样，构成为具有能够以彼此相反的方向流通的2个路径。
如图1所示，主体框11的下表面11b位于半导体衬底2的上表面的上方，形成壁块10的与半导体衬底2的上表面平行地相向的面。在主体框11的矩形的下表面11b形成有具有防水性的部位。具有防水性的部位用于抑制溶液4通过主体框11的下表面11b与半导体衬底2的上表面之间的间隙G流出到壁块10的外侧。具有防水性的部位例如形成于主体框11的下表面11b的比多个排出孔16～19所开口的位置靠外侧的区域。关于具有防水性的部位，既可以是对主体框11的材料本身使用防水性材料而形成的，或者也可以是在主体框11的底面的规定的区域以防水性涂料涂膜而形成的。
透过窗13被设为与主体框11的凹部12紧贴地嵌合的形状，并且透过窗13的高度(图1中的上下方向的长度)形成为比主体框11的高度短。透过窗13设置于主体框11的凹部12的聚光装置39侧(图1中的上侧)，由此凹部12的上部被遮蔽，并且在凹部12的半导体衬底2侧(图1中的下侧)形成壁块10的微小的内部空间V。透过窗13形成本发明的窗构件。
透过窗13包含石英，构成为使来自激光光学系统30的激光32透过。即，激光32在透过透过窗13之后被导入到壁块10的内部空间V。另外，当溶液4被注入到壁块10的内部空间V时，溶液4的液面紧贴透过窗13的下表面(图1中的支承台3侧的面)，因此促进了溶液4的液面的稳定化。因此，能够抑制被照射到溶液局部存在区域B的激光32的折射、散射。
即，本发明的实施方式所涉及的壁块10包括无底筒状的矩形的主体框11以及遮蔽筒内部的上部的形成顶部的透过窗13。而且，壁块10被设为与半导体衬底2的上表面以间隔h稍微相离的状态，由此在壁块10与半导体衬底2之间形成间隙G。
间隙G的间隔h是壁块10的从半导体衬底2的上表面起的高度，被设为能够通过溶液4自身的表面张力来将溶液4保持于壁块10的内部空间V的最长的长度以内的长度。具体地说，基于溶液4的粘度和进行激光掺杂的处理室内的压力来设定间隔h。例如，如果溶液4是磷酸溶液，则预先通过实验等来求出磷酸溶液中的磷的浓度与粘度的关系，并且根据激光掺杂中使用的磷酸溶液的浓度来导出规定的粘度的值。然后，使用所导出的粘度的值以及处理室内的大气压的值来设定间隔h。
例如，在本发明的实施方式所涉及的85重量百分比浓度的磷酸溶液的溶液4的情况下，间隔h优选为200μm以下。本发明的实施方式所涉及的壁块10通过具备能够通过表面张力来保持溶液4的间隔h的间隙G，能够在内部空间V中持续地形成溶液4的层的期间使壁块10与半导体衬底2的上表面为非接触状态。
如图1所示，本发明的实施方式所涉及的激光光学系统30具备激光光源31以及使从激光光源31照射的激光成形为规定的形状的可变狭缝33。激光光学系统30优选构成为照射具有能量比半导体衬底2的禁带宽度大的波长的激光。例如，只要使用照射KrF(＝248nm)激光、ArF(＝193nm)激光等紫外线区域的激光的激光光源31即可。通过被半导体衬底吸收的能量，只有照射部变为高温，能够容易地使杂质元素移动到4H-SiC的晶格间位置。
另外，激光光学系统30具备将通过可变狭缝33而成形的激光32反射来引导至聚光装置39的第一镜36和第二镜37。另外，激光光学系统30具备拍摄支承台3上的基准标记的CCD照相机等摄像装置34、照射照明光的照明光发光装置35、使照明光反射和透过的第三镜38以及未图示的对准机构。
第二镜37使照明光发光装置35的照明光透过。聚光装置39例如包括多个聚光透镜。对准机构基于由摄像装置34拍摄而检测出的支承台3的基准标记的位置信息来调整支承台3的位置，进行位置对准以使半导体衬底2的照射目标区域与聚光装置39的光轴一致。
如图1所示，壁块支承装置20具有装卸自由地与壁块10的外侧面连结的多个支承臂21、22，用于保持壁块10的下表面与半导体衬底2的上表面之间的相对性的间隔h。图1中图示了正视附图时位于壁块10的后侧的2根支承臂21、22。壁块支承装置20上连接有壁块用驱动装置(未图示)，壁块支承装置20以使壁块10能够在上下方向即光轴方向(Z方向)上移动的方式支承该壁块10。
通过将利用壁块支承装置20实现的壁块10在Z方向上的移动与搭载有支承台3的能够进行3轴移动的X-Y移动台8在Z方向上的移动相组合，来调整壁块10的下表面11b与半导体衬底2的上表面之间的间隔h。即，壁块支承装置20控制壁块10的移动，并且X-Y移动台8控制半导体衬底2的移动，由此在壁块10与半导体衬底2之间形成调整后的间隔h的间隙G。
此外，壁块10和壁块支承装置20形成后述的本发明的实施方式所涉及的壁块系统25，另外，壁块用驱动装置和台用驱动装置形成后述的驱动系统9。
循环系统40用于使溶液4在罐41与壁块10之间循环。如图1所示，循环系统40具备储存溶液4的罐41以及将罐41与壁块10分别连结的注入配管44及排出配管45。另外，循环系统40具备设置于注入配管44侧的阀43以及设置于排出配管45侧的泵42。注入配管44与壁块10的注入孔14连结，并且排出配管45与壁块10的排出孔16连结。
此外，壁块10中形成有多个注入孔14、15和多个排出孔16～19(参照图2)，因此设置有与多个注入孔14、15及多个排出孔16～19分别相应的多个注入配管(未图示)及多个排出配管(未图示)。另外，还与多个注入配管及多个排出配管相应地分别设置有阀和泵。
注入配管44是在循环系统40中形成从罐41向壁块10的溶液4的去路的配管，另一方面，排出配管45是形成从壁块10向罐41的溶液4的归路的配管。注入配管44和排出配管45例如由以具有规定的强度的挠性材料制造出的挠性管等构成。泵42用于从罐41向壁块10加压输送溶液4。此外，也可以在壁块10的主体框11的上表面11a的多个注入孔14、15和多个排出孔16～19的各开口位置处设置用于将各自的注入配管及排出配管与对应的注入孔及排出孔紧密连结的连结构件。
接着，参照图4，将本发明的实施方式所涉及的杂质添加装置1的结构概念性地划分为6个系统来进行说明。图4所示的杂质添加装置1具备：半导体衬底2等样本系统5，其是激光32的照射对象物；以及支承台系统7，其构成支承台3，该支承台3固定该样本系统5，能够在任意的X方向、Y方向以及Z方向上移动。另外，杂质添加装置1具备：激光光学系统30，其向样本系统5照射激光32；以及壁块系统25，其将壁块10配置于激光光学系统30与样本系统5之间的不与样本系统5接触的位置。
另外，图4所示的杂质添加装置1具备循环系统40，该循环系统40对于壁块10的内部空间V从外侧供给溶液4，且使溶液4在壁块10的内部空间V与外侧之间循环。另外，杂质添加装置1具备使支承台系统7和壁块系统25移动的驱动系统9。
本发明所涉及的激光光学系统30只要是以下结构即可：至少能够在半导体衬底2的上表面上的溶液局部存在区域B照射能够向半导体衬底2激光掺杂液相的杂质元素的激光。驱动系统9优选具备使支承台系统7的X-Y移动台8在与X-Y方向垂直的Z方向上移动的台用驱动装置(未图示)以及使壁块系统25的壁块10在Z方向上移动的壁块用驱动装置(未图示)。但是，只要杂质添加装置1控制壁块10的下表面11b与半导体衬底2的上表面之间的间隔h，则也可以是仅具备台用驱动装置和壁块用驱动装置中的任一方的结构。
接着，参照图5～图15来说明本发明的实施方式所涉及的杂质添加装置1的动作。此外，在各图中适当省略了激光光学系统30、壁块支承装置20以及循环系统40的一部分构件的图示以便于说明。另外，以截面图来示出了各图中的壁块10和一部分图中的半导体衬底2。
首先，如图5所示，将半导体衬底2以表面朝向与支承台3相反的一侧(图5中的上侧)的方式载置于支承台3之上并固定。配置支承台3的室内被设为大气压。
接着，使支承台3在X方向和Y方向上移动规定量，以使与半导体衬底2上的要掺杂杂质元素的照射目标区域2x相应的基准标记的位置同聚光装置39的光轴32s一致。通过支承台3的移动，如图6所示，半导体衬底2上的照射目标区域2x位于壁块10的凹部12的正下方。
另外，使用支承台3或壁块支承装置20来使半导体衬底2与壁块10相互分离，在半导体衬底2与壁块10之间形成间隔h的间隙G。在间隙G的形成中，既可以只使用支承台3和壁块支承装置20中的任一方来使壁块10沿Z方向移动，也可以使用支承台3和壁块支承装置20这两方来使壁块10沿Z方向移动。
接着，如图7所示，驱动与主体框11的矩形的另一边侧(图3中的右侧)的1个排出孔16侧连接的泵42，将罐41内的溶液4压出到矩形的一边侧的注入孔14。另外，在矩形的另一边侧与1个排出孔16一起设置的另1个排出孔18上也连接有未图示的泵，该泵与连接于1个排出孔16侧的泵42同时被驱动。另外，打开主体框11的矩形的一边侧的1个注入孔14侧的阀43，并且关闭矩形的另一边侧的1个注入孔15侧的阀(未图示)。
即，在壁块10的内部空间V形成从主体框11的矩形的一边侧向另一边侧的流通路径。从矩形的一边侧向另一边侧的方向为后续的激光掺杂中的支承台3的移动方向。从罐41压出的溶液4在注入配管44内流动，在到达壁块10的注入孔14之后，穿过注入孔14到达内部空间V。
加压输送到壁块10的内部空间V的溶液4被壁块10包围，充满内部空间V直到液面到达透过窗13的下表面为止。溶液4在半导体衬底2的与内部空间V相向的上表面上形成溶液4的层。
接着，向半导体衬底2的上表面上的溶液局部存在区域B照射激光32。通过向半导体衬底2的上表面上的照射目标区域2x照射激光32，照射目标区域2x如图8所示那样成为掺杂有杂质元素的照射区域2a。
在此，也可以对半导体衬底2上的一个照射目标区域多次照射激光32。通过多次照射激光32，杂质元素的掺杂量增加，并且杂质元素的从半导体衬底2的上表面起的扩散深度变大。但是，若照射次数增加则处理时间增加，并且半导体衬底2表面的粗糙度也变大。因此，在想要缩短半导体元件的制造时间、或者抑制半导体衬底2表面的粗糙度的情况下，期望的是将照射次数限于适度的次数。
另外，在多次照射激光32的期间，持续驱动与主体框11的另一边侧的2个排出孔16、18连接的各泵。因此，在激光32的照射的进行中，也从罐41向壁块10侧适当压出溶液4，从注入配管44向壁块10的内部空间V连续地供给后续的溶液4。之前存在于壁块10的内部空间V的溶液4以被后续的溶液4压出的形式穿过2个排出孔16、18，连续地排出到壁块10的外侧。所排出的溶液4在排出配管45内流动，再次回流到罐41。即，在图8所示的壁块10中，使溶液4如图8中的逆时针箭头所示的那样在壁块10的内部空间V与外侧之间循环。
在对照射目标区域的规定次数的激光32的照射完成之后，如图9中的向右箭头所示的那样，使支承台3向X方向上的一个方向移动。随着支承台3的移动，半导体衬底2上的照射目标区域相对地向X方向上的与一个方向相反的方向(图9中的从右向左的方向)移动。然后，对掺杂有杂质元素的照射区域2a旁边的照射目标区域照射激光32，在半导体衬底2的上表面上逐次形成掺杂有杂质元素的照射区域2b、2c、2d…。
在支承台3在X方向上移动的期间，溶液4在壁块10的内部空间V与外侧之间循环。因此，在之前的照射目标位置处已使用于激光掺杂的溶液4被新供给到壁块10的内部空间V的溶液4压出到壁块10的外侧。另外，在后续的照射目标位置处形成基于新供给的溶液4的溶液层。因此，在溶液4和半导体衬底2的上表面上的溶液局部存在区域B中，旧的溶液4被去除，不断地形成激光掺杂所需的浓度的新的溶液4的层。
另外，半导体衬底2上的照射目标区域相对地向主体框11的矩形的一边侧的注入孔14移动，由此，已使用于之前的激光掺杂的旧的溶液4向矩形的另一边侧的2个排出孔16、18移动。因此，随着溶液4的循环，旧的溶液4基于支承台3的移动而移动，由此能够更顺利地进行溶液4的循环。
逐次形成的多个照射区域2a、2b、2c、2d…构成作为在X方向上延伸的区域的照射线。在此，可以根据激光32的照射处理的进行来适当设定支承台3在X方向上的移动量。即，照射线既可以连续地形成也可以非连续地形成。另外，照射线也可以如图10所示那样形成为：多个照射区域与邻接的照射区域相互之间重叠支承台3的1次移动宽度的约一半。
在图10的照射线的情况下，在图中以实线框表示的照射区域2a的左侧形成有以点划线框表示的照射区域2b，并且在以点划线框表示的照射区域2b的左侧形成有以虚线框表示的照射区域2c。另外，在以虚线框表示的照射区域2c的左侧形成有以点线框表示的照射区域2d。
直到如图11所示那样形成X方向上的某个照射线的最后的照射区域2f为止，如图6～图10所示的那样重复照射区域的形成。之后，切换溶液4的流通方向，并且使支承台3沿Y方向移动规定量。关于溶液4的流通方向的切换和支承台3沿Y方向的移动，哪一个先进行都可以，或者也可以同时进行。下面，参照图12和图13来分别说明溶液4的流通方向的切换以及支承台3沿Y方向的移动。此外，图12中的壁块10是使用以图2中的XII-XII截面线得到的组合截面图来表示的。
关于溶液4的流通方向的切换，具体地说，首先，关闭与主体框11的矩形的一边侧的1个注入孔14连结的注入配管44侧的阀43(参照图11)。另外，驱动与主体框11的矩形的另一边侧的2个排出孔16、18侧连结的2个泵(参照图11)，将壁块10的内部空间V的溶液4暂时回收到罐41。此外，图12中仅示出了与主体框11的矩形的另一边侧的1个排出孔16侧连接的泵42。
在壁块10的内部空间V的溶液4的回收完成之后，如图12所示那样，打开与主体框11的矩形的另一边侧的1个注入孔15连结的注入配管54侧的阀53。另外，驱动在与主体框11的矩形的一边侧的1个排出孔17连结的注入配管55侧连结的2个泵。此外，图12中仅示出了与主体框11的矩形的一边侧的1个排出孔17侧连接的泵52。
通过驱动泵52，溶液4从主体框11的矩形的另一边侧的1个注入孔15向一边侧的2个排出孔17、19(图3中以虚线箭头表示的流通方向)流通。另外，溶液4如图12中以顺时针箭头所示的那样在壁块10的内部空间V与外侧之间循环。即，在图12所示的壁块10的情况下，形成方向与图11所示的壁块10的内部空间V的溶液4的流通路径的方向相反的流通路径。
关于支承台3在Y方向上的移动量，可以与支承台3在X方向上的移动量同样地，根据激光32的照射处理的进行来适当设定。例如，在图13所示的移动的情况下，支承台3向图中的上侧移动。另外，照射区域的轨迹如图13中的向下箭头所示的那样，从之前的照射线X1的最后的照射区域2f移动到后续的照射线的最初的照射区域2g。在图13中，利用以点划线包围的矩形来表示之前的照射线X1的最后的照射区域2f，并且利用以实线包围的矩形来表示后续的照射线的最初的照射区域2g。之前的照射线X1的最后的照射区域2f与后续的照射线的最初的照射区域2g形成为相互之间重叠支承台3的移动宽度的约一半。
在溶液4的流通方向的切换和支承台3沿Y方向的移动完成之后，如图14中的向左箭头所示的那样，使支承台3与之前的照射线X1平行地沿X方向移动。另外，如图14中的顺时针箭头所示的那样使溶液4循环，并且在壁块10的内部空间V使溶液4从主体框11的矩形的另一边侧的1个注入孔15侧向一边侧的2个排出孔17、19侧流通。另外，通过如图6～图14所示那样重复进行支承台3的移动和激光32的照射，来如图15那样形成后续的照射线X2。
在图15的照射线X2的情况下，如图中的向右箭头所示的那样形成照射区域。在图15中以实线框表示的照射区域2g的右侧形成有以点划线框表示的照射区域2h，并且在以点划线框表示的照射区域2h的右侧形成有以虚线框表示的照射区域2i。照射线X2与之前的照射线X1重叠。
在本发明的实施方式所涉及的杂质添加方法中，如图5～图15所示，包括以下步骤：
(i)在半导体衬底2的上表面上形成存在包含杂质元素的溶液4的局部区域；
(ii)隔着溶液4向半导体衬底2的上表面照射激光32；以及
(iii)使半导体衬底2在X-Y方向上移动，该X-Y方向是在与半导体衬底2的上表面平行的面内定义的。
通过适当重复进行(i)、(ii)以及(iii)的各步骤，能够直接描绘向半导体衬底2的内部的一部分添加杂质元素而成的图案，从而形成杂质元素的掺杂面。
另外，下面说明使用本发明的实施方式所涉及的杂质添加方法的半导体元件的制造方法。具体地说，首先，在第一导电型(p型或n型)或第二导电型(n型或p型)的半导体衬底2的上部的一部分，以使半导体衬底2的上表面露出的方式形成第一导电型(n型)的半导体区域(本发明的第二半导体区域)。接着，在平面图案上处于第二半导体区域的内部的半导体衬底2的上表面上形成存在包含第一导电型(p型或n型)的杂质元素的溶液4的局部区域。
接着，隔着溶液4向第二半导体区域照射激光32，在第二半导体区域的上部形成浓度比第二半导体区域的浓度高的第一导电型(p型或n型)的半导体区域(本发明的第一半导体区域)。接着，在第一半导体区域形成欧姆电极层，来制造半导体元件。
参照图16～图18来说明通过本发明的实施方式所涉及的半导体元件的制造方法制造出的半导体元件的特性。在制造出的半导体元件中，如图16所示，从半导体衬底2的上表面起的深度越深，则所掺杂的杂质元素的浓度越低。即，可知杂质元素是从半导体衬底2的上表面被导入并扩散的。
另外，通过将激光32的照射次数为1次的情况下的曲线α与照射次数为100次的情况下的曲线β进行比较可知，所掺杂的杂质元素的浓度与从半导体衬底2的上表面起的深度的曲线(profile)依赖于照射次数。因此可知，使用本发明的实施方式所涉及的杂质添加装置1制造出的半导体元件适于在半导体衬底2的上表面附近进行高浓度的掺杂的情况。
另外，如图17所示，使用本发明的实施方式所涉及的杂质添加装置1，隔着包含第二导电型(p型)的杂质元素的溶液4向第一导电型(n型)的半导体衬底2的内部的一部分照射激光32，制造出形成有p型杂质区域2z的半导体元件。构成在制造出的半导体元件的n型半导体衬底2与p型杂质区域2z之间将阴极(欧姆)电极C、电流计A以及直流电源串联连接的电路，在半导体元件的n层与p型杂质区域2z之间施加电压。
制造出的半导体元件如图18所示那样呈现正向的整流特性，确认出在半导体元件的n层与p型杂质区域2z之间形成有pn结。即，p型杂质区域2z作为在制造半导体元件时设为目标的二极管的阳极区域而有效地发挥功能。此外，只要在n型的半导体衬底2中形成p型的源极区域和p型的漏极区域，就能够实现场效应晶体管。另外，也可以构成为使p型和n型相互反过来。
接着，说明本发明的其它实施方式所涉及的杂质添加装置的壁块。此外，下面说明的本发明的其它实施方式所涉及的杂质添加装置均在以下方面与本发明的实施方式不同：构成了使用与本发明的实施方式的壁块10不同的壁块的循环系统。在本发明的其它实施方式所涉及的杂质添加装置中，特别是壁块的注入孔和排出孔的结构与本发明的实施方式不同。另外，与注入孔及排出孔连接的注入配管、排出配管、泵、阀以及罐等结构是与本发明的实施方式所涉及的循环系统同样地构成的。因此，参照图19～图23来说明本发明的其它实施方式所涉及的壁块的与本发明的实施方式所涉及的壁块10不同的方面，并且省略其它共同的方面的说明。
首先，如图19所示，发明的其它实施方式所涉及的壁块60具备：矩形的主体框61，其在内部具有贯通的凹部62；以及透过窗13，其以覆盖凹部62的方式呈水平地架设于主体框61的内侧。
在主体框61的上表面61a的矩形的四边中在左右方向上相对的两边中的一边(图19中的左侧的边)的靠凹部62的位置，沿着主体框61的凹部62设置有用于注入溶液的5个注入孔。由5个注入孔的开口部形成第一注入孔开口线Li1。第一注入孔开口线Li1的5个注入孔的开口部在主体框61的上表面61a在沿着一边的同一直线上等间隔地排列设置。
另外，在主体框61的一边，在第一注入孔开口线Li1的外侧设置有用于排出溶液的6个排出孔。由6个排出孔的开口部形成第二排出孔开口线Ld2。第二排出孔开口线Ld2的6个排出孔的开口部在主体框61的上表面61a在沿着一边的同一直线上等间隔地排列设置，并与第一注入孔开口线Li1平行。
另外，在主体框61的上表面61a的左右方向的另一边(图19中的右侧的边)的靠凹部62的位置，沿着主体框61的凹部62设置有用于注入溶液的5个注入孔。由5个注入孔的开口部形成第二注入孔开口线Li2。第二注入孔开口线Li2的5个注入孔的开口部在主体框61的上表面61a在沿着另一边的同一直线上等间隔地排列设置。
另外，在主体框61的另一边，在第二注入孔开口线Li2的外侧设置有用于排出溶液的6个排出孔。由6个排出孔的开口部形成第一排出孔开口线Ld1。第一排出孔开口线Ld1的6个排出孔的开口部在主体框61的上表面61a在沿着另一边的同一直线上等间隔地排列设置，并与第二注入孔开口线Li2平行。
在图19所示的壁块60的情况下，第一注入孔开口线Li1和第一排出孔开口线Ld1形成溶液的一个流通路径。另外，第二注入孔开口线Li2和第二排出孔开口线Ld2形成方向与一个流通路径的方向相反的溶液的流通路径。
在图3所示的壁块10的情况下，矩形的另一边侧的2个排出孔16、18配置于边的内外方向(X方向)的中央。与此相对，在图19所示的壁块60中，第一排出孔开口线Ld1和第二排出孔开口线Ld2配置于各自的边的比内外方向的中央靠外周部的位置。因此，在支承台从矩形的一边侧向另一边侧(图19中从左向右)移动的情况下，在主体框61的下表面的另一边侧从第一排出孔开口线Ld1排出的溶液所移动的区域相比于图3所示的壁块10的情况增加。因此，能够抑制壁块60的内部空间的溶液在支承台沿X方向从矩形的一边侧向另一边侧移动时向壁块60的外侧流出。
相反，在支承台从矩形的另一边侧向一边侧(图19中从右向左)移动的情况下，在主体框61的下表面的一边侧从第二排出孔开口线Ld2排出的溶液所移动的区域相比于图3所示的壁块10的情况增加。因此，能够抑制壁块60的内部空间的溶液在支承台沿X方向从矩形的另一边侧向一边侧移动时向壁块60的外侧流出。
接着，如图20所示，本发明的另一实施方式所涉及的壁块70具备：矩形的主体框71，其在内部具有贯通的凹部72；以及透过窗13，其以覆盖凹部72的方式呈水平地架设于主体框71的内侧。
在主体框71的上表面71a的矩形的四边中在左右方向上相对的两边中的一边(图20中的左侧的边)的靠凹部72的位置，沿着主体框71的凹部72设置有6个注入孔74和6个排出孔77。由6个注入孔74的开口部和6个排出孔77的开口部形成第一注入排出混合开口线LM1。第一注入排出混合开口线LM1的6个注入孔74的开口部和6个排出孔77的开口部在主体框71的上表面71a在沿着一边的同一直线上等间隔且交替地排列设置。
另外，在主体框71的上表面71a的另一边(图20中的右侧的边)的靠凹部72的位置，沿着主体框71的凹部72设置有6个注入孔75和6个排出孔76。由6个注入孔75的开口部和6个排出孔76的开口部形成第二注入排出混合开口线LM2。第二注入排出混合开口线LM2的6个注入孔75的开口部和6个排出孔76的开口部在主体框71的上表面71a在沿着另一边的同一直线上等间隔且交替地排列设置。
在图20所示的壁块70的情况下，构成第一注入排出混合开口线LM1的6个注入孔74和构成第二注入排出混合开口线LM2的6个排出孔76形成溶液的一个流通路径。另外，构成第二注入排出混合开口线LM2的6个注入孔75和构成第一注入排出混合开口线LM1的6个排出孔77形成方向与一个流通路径的方向相反的溶液的流通路径。第一注入排出混合开口线LM1与第二注入排出混合开口线LM2构成为相对于凹部72相互对称。
接着，如图21所示，本发明的另一实施方式所涉及的壁块80具备：矩形的主体框81，其在内部具有贯通的凹部82；以及透过窗13，其以覆盖凹部82的方式呈水平地架设于主体框81的内侧。
在主体框81的上表面81a的矩形的四边中在左右方向上相对的两边中的一边(图21中的左侧的边)的靠凹部82的位置，形成有包括6个注入孔74和6个排出孔77的第一注入排出混合开口线LM1。第一注入排出混合开口线LM1为与图20所示的壁块70的第一注入排出混合开口线LM1相同的结构。另外，在主体框81的上表面81a的另一边(图21中的右侧的边)的靠凹部82的位置，形成有包括6个注入孔75和6个排出孔76的第二注入排出混合开口线LM2。第二注入排出混合开口线LM2为与图20所示的壁块70的第二注入排出混合开口线LM2相同的结构。
另外，在壁块80中，在主体框81的矩形的四边中在上下方向上相对的两边中的一边(图21中的上侧的边)，沿着主体框81的凹部82设置有用于排出溶液的6个排出孔。由6个排出孔的开口部形成第三排出孔开口线Ld3。第三排出孔开口线Ld3的6个排出孔的开口部在主体框81的上表面81a在沿着矩形的上边的同一直线上等间隔地排列设置。
另外，在主体框81的在上下方向上相对的两边中的另一边(图21中的下侧的边)，沿着主体框81的凹部82设置有用于排出溶液的6个排出孔。由6个排出孔的开口部形成第四排出孔开口线Ld4。第四排出孔开口线Ld4的6个排出孔的开口部在主体框81的上表面81a在沿着矩形的下边的同一直线上等间隔地排列设置。第三排出孔开口线Ld3与第四排出孔开口线Ld4构成为相对于凹部82相互对称。
在图21所示的壁块80中，针对构成第一注入排出混合开口线LM1的6个注入孔，对应有构成第二注入排出混合开口线LM2的6个排出孔76、构成第三排出孔开口线Ld3的6个排出孔以及构成第四排出孔开口线Ld4的6个排出孔。即，形成将从主体框81的矩形的左边侧注入的溶液在包括矩形的右边、上边以及下边的3边侧排出的流通路径。
另外，针对构成第二注入排出混合开口线LM2的6个注入孔，对应有构成第一注入排出混合开口线LM1的6个排出孔77、构成第三排出孔开口线Ld3的6个排出孔以及构成第四排出孔开口线Ld4的6个排出孔。即，形成将从主体框81的矩形的右边侧注入的溶液在包括矩形的左边、上边以及下边的3边侧排出的流通路径。
在壁块80中，构成4个排出孔开口线Ld1～Ld4的多个排出孔配置于主体框81的矩形的外周的上下左右这4个方位。因此，例如，将壁块80以使矩形的左右方向与支承台的X方向一致、并且使矩形的上下方向与支承台的Y方向一致的方式设置于杂质添加装置。除了图3所示的壁块10所带来的效果以外，无论支承台在X方向和Y方向中的哪个方向上移动，都能够更可靠地防止溶液流出到外侧。
接着，如图22所示，本发明的另一实施方式所涉及的壁块90具备：矩形的主体框91，其在内部具有贯通的凹部92；以及透过窗13，其以覆盖凹部92的方式呈水平地架设于主体框91的内侧。
在主体框91的上表面91a的矩形的四边中在左右方向上相对的两边中的一边(图22中的左侧的边)的靠凹部92的位置，形成有1个注入孔94和2个排出孔97、99。1个注入孔94和2个排出孔97、99在沿着一边的同一直线上等间隔地且以1个注入孔94夹在2个排出孔97、99之间开口的方式排列设置。
另外，在主体框91的上表面91a的另一边(图22中的右侧的边)的靠凹部92的位置，形成有1个注入孔95和2个排出孔96、98。1个注入孔95和2个排出孔96、98在沿着另一边的同一直线上等间隔地且以1个注入孔95夹在2个排出孔96、98之间开口的方式排列设置。
主体框91的一边侧的1个注入孔94和另一边侧的2个排出孔96、98形成溶液的一个流通路径。另外，主体框91的另一边侧的1个注入孔95和一边侧的2个排出孔97、99形成方向与一个流通路径的方向相反的溶液的流通路径。
主体框91的一边侧的1个注入孔94和2个排出孔97、99均是从主体框的上表面91a向下表面贯通形成的。另外，在1个注入孔94和2个排出孔97、99处，分别独立地设置有将各个孔的下部与主体框91的内部空间连通的各槽部94a、97a、99a。如图23所示，3个槽部94a、97a、99a形成为在主体框91的截面图中下底比上底长的等腰梯形形状。
另外，主体框91的另一边侧的1个注入孔95和2个排出孔96、98均是从主体框的上表面91a向下表面铅直地贯通形成的。另外，在1个注入孔95和2个排出孔96、98处，分别独立地设置有将各个孔的下部与主体框91的内部空间连通的各槽部95a、96a、98a。3个槽部95a、96a、98a与主体框91的一边侧的3个槽部94a、97a、99a同样地，形成为在主体框91的截面图中下底比上底长的等腰梯形形状。
主体框91的一边侧的1个注入孔94及2个排出孔97、99与另一边侧的1个注入孔95及2个排出孔96、98构成为相对于凹部92相互对称。
根据图22和图23所示的壁块90，在多个注入孔94、95和多个排出孔96、97、98、99处，按每个孔独立地设置有将各个孔与主体框91的内部空间连通的各槽部。因此，能够进一步提高溶液在壁块90的内部空间的流通性，从而能够进行高效的循环。
通过使用如以上那样说明的本发明的实施方式所涉及的杂质添加装置1，能够导出以下的效果。
根据本发明的实施方式所涉及的杂质添加装置1，通过壁块10，在半导体衬底2的上表面上形成存在包含杂质元素的溶液4的溶液局部存在区域B。半导体衬底2的上表面仅与被壁块10包围的溶液4接触，因此不将整个半导体衬底2浸渍于溶液4。因此，与使整个半导体衬底2浸渍于溶液4的情况相比，能够抑制激光掺杂中使用的溶液4的量。另外，能够减少溶液4的循环量，因此能够使循环系统40中使用的泵42、52等小型化，从而进一步小型地构成循环系统40。
另外，根据本发明的实施方式所涉及的杂质添加装置1，不需要使整个半导体衬底2浸渍于溶液4，因此不会发生以下情况：例如半导体衬底2的背面等不需要激光掺杂的部位暴露于溶液4而被污染。因此，能够省略用于防止不需要激光掺杂的部位的污染的保护膜的形成、去除等步骤。另外，消除了将半导体衬底2的材料限定于可抵抗溶液4的污染的材料这样的限制，能够提高材料选择的自由度。
另外，根据本发明的实施方式所涉及的杂质添加装置1，使用形成于壁块10的注入孔和排出孔来回收被供给到壁块10的内部空间V的溶液4并使该溶液4循环。因此，能够适当排出壁块10的内部空间V的溶液4，来稳定地向半导体衬底2的上表面供给比所排出的溶液4新的溶液4。因此，即使在连续照射激光32的情况下，也能够抑制因供给到半导体衬底2的上表面的溶液4的浓度不均、劣化引起的掺杂的偏差，从而进行稳定的激光掺杂。
另外，根据本发明的实施方式所涉及的杂质添加装置1，在壁块10与半导体衬底2的上表面之间以间隔h形成有间隙G，该间隔h被设定为溶液4通过表面张力而不会流出到外侧。因此，能够在不使溶液4流出到壁块10的外侧、且壁块10不与半导体衬底2的上表面接触的状态下进行激光掺杂。因此，能够防止在半导体衬底2随着支承台3的移动而移动时壁块10与半导体衬底2接触而损伤半导体衬底2表面。另外，由于处于壁块10不与半导体衬底2的上表面接触的状态，因此能够顺利地进行半导体衬底2的移动。
另外，根据本发明的实施方式所涉及的杂质添加装置1，在壁块10的主体框11的下表面11b形成有具有防水性的部位，由此使试图使溶液4保持于具有防水性的部位的内侧的力作用于溶液4。因此，能够进一步有效抑制壁块10的内部空间V的溶液4流出到壁块10的外侧。
以上，说明了本发明的实施方式所涉及的杂质添加装置和制造方法，但是本发明不限定于上述的实施方式。例如，也可以构成为使包含杂质元素的溶液接触半导体衬底2的下表面，向溶液局部存在区域B照射激光32。本发明只要在半导体衬底等样本的表面上选择性地形成存在包含杂质元素的溶液的局部区域即可，可以对上述的实施方式的各结构进行适当变更或组合来构成。
附图标记说明
1：杂质添加装置；2：半导体衬底；3：支承台；4：溶液；8：X-Y移动台；9：驱动系统；10：壁块；11b：下表面；12：凹部；13：透过窗；14、15：注入孔；16、17、18、19：排出孔；30：激光光学系统；32：激光；40：循环系统；h：间隔；B：溶液局部存在区域；G：间隙；V：内部空间。

Claims (20)

1.一种杂质添加装置，其特征在于，具备：
支承台，其支承半导体衬底；
壁块，其相对于该支承台与所述半导体衬底相离地配置，在内部具有凹部以在所述半导体衬底的同所述支承台相反的一侧的面上形成存在包含杂质元素的溶液的局部区域，并且具有用于注入所述溶液的注入孔以及用于排出所述溶液的排出孔以在该凹部的内侧构成流通路径；以及
激光光学系统，其隔着被所述壁块包围的所述溶液向所述半导体衬底的同所述支承台相反的一侧的面照射激光，所述溶液沿着所述流通路径在所述半导体衬底的同所述支承台相反的一侧的面上移动，
其中，通过所述激光的照射而所述杂质元素被添加至所述半导体衬底的内部的一部分。
2.根据权利要求1所述的杂质添加装置，其特征在于，
所述激光光学系统向与所述移动的所述溶液的移动方向相交的方向照射所述激光。
3.根据权利要求2所述的杂质添加装置，其特征在于，
还具备使所述支承台在X-Y方向上自由地移动的X-Y移动台，该X-Y方向是在与所述半导体衬底的主面平行的面内定义的。
4.根据权利要求3所述的杂质添加装置，其特征在于，
所述溶液的沿着所述流通路径的移动方向与所述支承台在通过所述激光的照射来进行的激光掺杂中的移动方向是相同的方向。
5.根据权利要求4所述的杂质添加装置，其特征在于，
所述壁块的所述半导体衬底侧的面与所述半导体衬底的同所述支承台相反的一侧的面平行，
所述杂质添加装置还具备驱动系统，该驱动系统使所述X-Y移动台沿与所述X-Y方向垂直的方向移动，以控制所述壁块的所述半导体衬底侧的面与所述半导体衬底的同所述支承台相反的一侧的面之间的间隔。
6.根据权利要求5所述的杂质添加装置，其特征在于，
所述间隔被设定为所述溶液通过所述溶液的表面张力而不会流出到所述壁块的外侧的长度，所述溶液被保持于所述壁块的所述半导体衬底侧的面与所述半导体衬底的同所述支承台相反的一侧的面之间。
7.根据权利要求6所述的杂质添加装置，其特征在于，
所述间隔为200μm以下。
8.根据权利要求7所述的杂质添加装置，其特征在于，
还具备循环系统，该循环系统使被所述壁块包围的所述溶液以与所述半导体衬底的同所述支承台相反的一侧的面接触的状态进行循环。
9.根据权利要求8所述的杂质添加装置，其特征在于，
所述激光光学系统照射具有能量比所述半导体衬底的禁带宽度大的波长的激光。
10.根据权利要求9所述的杂质添加装置，其特征在于，
所述壁块的所述半导体衬底侧的面具有防水性。
11.根据权利要求10所述的杂质添加装置，其特征在于，
所述壁块的所述凹部是贯通的，在该凹部还具备用于使所述激光透过并导入的窗构件。
12.一种使用权利要求1-11中任一项所述的杂质添加装置的杂质添加方法，其特征在于，包括以下步骤：
在半导体衬底的主面上形成存在包含杂质元素的溶液的局部区域；
使所述溶液在局部存在于所述半导体衬底的主面上的状态下在所述半导体衬底的主面上移动；以及
激光照射步骤，隔着所述溶液向所述半导体衬底的主面照射激光，
其中，向所述半导体衬底的内部的一部分添加所述杂质元素。
13.根据权利要求12所述的杂质添加方法，其特征在于，
向与所述溶液的移动方向相交的方向照射所述激光，来进行所述激光照射步骤。
14.根据权利要求13所述的杂质添加方法，其特征在于，
还包括以下步骤：使所述半导体衬底在X-Y方向上移动，该X-Y方向是在与所述半导体衬底的主面平行的面内定义的，
其中，直接描绘向所述半导体衬底的内部的一部分添加所述杂质元素而成的图案。
15.根据权利要求14所述的杂质添加方法，其特征在于，
使所述半导体衬底向与所述溶液的移动方向相同的方向移动，来进行所述激光照射步骤。
16.一种使用权利要求1-11中任一项所述的杂质添加装置的半导体元件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
在第一导电型或第二导电型的半导体衬底的表面的一部分，形成存在包含第一导电型的杂质元素的溶液的局部区域；
使所述溶液在局部存在于所述半导体衬底的表面上的状态下在所述半导体衬底的表面上移动；以及
第一半导体区域形成步骤，隔着所述溶液向所述半导体衬底照射激光，来在所述半导体衬底的表面形成第一导电型的第一半导体区域。
17.根据权利要求16所述的半导体元件的制造方法，其特征在于，
向与所述溶液的移动方向相交的方向照射所述激光，来进行所述第一半导体区域形成步骤。
18.根据权利要求17所述的半导体元件的制造方法，其特征在于，
使所述半导体衬底向与所述溶液的移动方向相同的方向移动，来进行所述第一半导体区域形成步骤。
19.根据权利要求18所述的半导体元件的制造方法，其特征在于，
在所述半导体衬底的表面形成有第一导电型的第二半导体区域，
所述第一半导体区域形成步骤是在所述第二半导体区域形成浓度比该第二半导体区域的浓度高的区域的步骤。
20.根据权利要求19所述的半导体元件的制造方法，其特征在于，
还包括在所述第一半导体区域形成欧姆电极层的步骤。
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