DE102016103350B4 - Verfahren zum einbringen von störstellen und herstellungsverfahren für halbleitervorrichtung - Google Patents

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    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors

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Abstract

Verfahren zum Dotieren von Störstellen, umfassend:Abscheiden eines Quellenfilms (4) aus einem Material, das Störstellenelemente beinhaltet, auf einer Oberfläche eines festen Zielobjekts (2), wobei der Quellenfilm (4) eine Filmdicke tfaufweist; undBestrahlen des Quellenfilms (4) mit einem Lichtpuls mit einer Wellenlänge, einer Bestrahlungszeit und einer Energiedichte, so dass die Störstellenelemente in das Zielobjekt (2) bei einer Konzentration dotiert werden, die eine thermodynamische Gleichgewichtskonzentration übersteigt;gekennzeichnet dadurch, dassdie Filmdicke tf[nm] des Quellenfilms (4) durch die Daumenregel:tf=α⋅ln(F)−βvorgegeben ist, wobei α [nm] eine Wärmediffusionslänge ist, die durch die Störstellenelemente und die Bestrahlungszeit des Lichtpulses bestimmt wird, F [J/cm2] eine Energiedichte des Lichtpulses ist und β [nm] ein Korrekturkoeffizient ist; undwobei der Lichtpuls so abgestrahlt wird, dass der Quellenfilm (4) nach der Bestrahlung durch den Lichtpuls um einen Betrag einer Filmdicke, die mindestens einer Atomlage entspricht, auf der Oberfläche des Zielobjekts (2) verbleibt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Störstellen und ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Technologie zum Einbringen von Störstellenelementen in ein festes Material mit einem extrem kleinen Diffusionskoeffizienten von Störstellenelementen.
  • Wie Leistungshalbleiter hat ein Halbleiter mit breiter Bandlücke, wieSiliziumcarbid (SiC), insbesondere4HSiliziumcarbid (4H-SiC) , einen kleinen Diffusionskoeffizienten von Störstellenelementen. Wenn, für den Fall, dass ein Halbleitersubstrat 4H-SiC ist, ein hochdosiertes Ion von zum Beispiel etwa 1015/cm2 oder höher auf einer (0001) Oberfläche ((000-1) Oberfläche) aus 4H-SiC implantiert wird, wird eine Aktivierung von Störstellenelementen gemeinsam mit einer Rekristallisierung von 4H-SiC gefördert. Daher ist es notwendig, das Halbleitersubstrat im Voraus zu erwärmen, so dass die Temperatur des Halbleitersubstrats auf etwa 300 bis 800°C erhöht wird, und nach der Ionenimplantation, ist es notwendig, bei hoher Temperatur von etwa 1600 bis 1800°C zu tempern. Selbst nach solchen Behandlungen diffundierte zum Beispiel Aluminium (Al), das ein P-Typ-Dotierungsmittel ist, kaum thermisch im Inneren des 4H-SiC-Kristalls. Laut dem derzeitigen Stand des Wissens ist klar, dass ein Diffusionskoeffizient im Inneren des S iC-Kr ist all s hinsichtlich nützlicher Störstellenelemente, die nicht Al sind, klein ist.
  • Im Gegensatz dazu schlägt die JP 2013-214 657 A ein Verfahren zur Bildung einer mit einer P-Typ-Störstelle dotierten Schicht in einem SiC-Halbleitersubstrat durch Abscheiden von Al auf einer Oberfläche eines N-Typ-SiC-Halbleitersubstrats, um einen Film mit einer Dicke von etwa 200 Nanometern zu bilden, und Bestrahlen des Al-Films mit einem Lichtpuls eines Laserstrahls vor. In der Erfindung, die in der JP 2013-214 657 A beschrieben ist, werden vier Stöße von Lichtpulsen (ein KrF-Excimerlaser mit einer Wellenlänge von 248 Nanometern) mit einer Energiedichte von etwa 1 J/cm2 in einer Bestrahlungszeit von 20 ns bei Raumtemperatur und in einem Niederdruckzustand von etwa 6,7 × 10-5 Pa ausgestrahlt, um somit Al, das ein Störstellenelement ist, in eine Oberfläche des N-Typ-SiC-Halbleitersubstrats bei einem Konzentrationsniveau von 4 × 1020 cm-3 einzubringen. Selbst wenn jedoch die in der JP 2013-214 657 A beschriebene Technologie verwendet wird, ist eine Einbringungskonzentration von Al auf ein Niveau von 1 × 1016 cm-3 bei einer Tiefe von etwa 50 Nanometern bis 100 Nanometer von der Oberfläche begrenzt. Ein Wert bei dem Niveau von 1 × 1016 cm-3 ist in der Technologie gemäß Patentliteratur 1 ein unterer Grenzwert der Einbringungskonzentration.
  • Ebenso erfolgt kaum eine Wärmediffusion von zum Beispiel Stickstoff (N), der ein N-Typ-Dotierungsmittel ist, im Inneren des 4H-SiC-Kristalls, selbst wenn ein Halbleitersubstrat im Voraus erwärmt wird, um die Temperatur des Halbleitersubstrats auf etwa 300 bis 800°C zu erhöhen, und eine Temperbehandlung bei hoher Temperatur von etwa 1600 bis 1800°C nach der Ionenimplantation durchgeführt wird.
  • Im Gegenteil, Inoue et al. schlugen ein Verfahren zur Bildung einer mit einer N-Typ-Störstelle dotierten Schicht in einem SiC-Substrat durch Eintauchen eines N-Typ-SiC-Substrats in eine hoch konzentrierte, wässrige Ammoniaklösung (NH3aq) und Bestrahlen des SiC-Substrats mit einem Lichtpuls eines Laserstrahls durch die wässrige Ammoniaklösung vor („Nitrogen doping of 4H-SiC by laser irradiation in ammonia solution“ von Inoue Yuki, et al., Proceedings of the 74th JSAP (The Japan Society of Applied Physics) Autumn Meeting (Herbst 2013)) .
  • Inoue et al. verwendeten eine wässrige Ammoniaklösung bei einer Konzentration von 10 Gew.-% und bestrahlten ein SiC-Substrat mit drei Stößen von Lichtpulsen (einem KrF-Excimerlaser mit einer Wellenlänge von 248 Nanometern) mit einer Energiedichte von etwa 2,5 J/cm2 und für eine Bestrahlungszeit von 55 ns, wodurch N in die Oberfläche des SiC-Substrats eingebracht wurde. Im Falle der von Inoue et al. vorgeschlagenen Technologie ist jedoch die Dichte von N in dem Material, das praktisch imstande ist, mit dem SiC-Substrat in Kontakt zu gelangen, gering und daher besteht ein Problem, dass es schwierig ist, N in SiC bei einer hohen Konzentration einzubringen, die eine thermodynamische Gleichgewichtskonzentration übersteigt, nämlich eine Mischkristallkonzentration von N.
  • DE 100 46 170 A1 zeigt ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung einer, mit wenigstens einer passivierenden, dielektrischen Schicht überzogenen Halbleiteroberfläche. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Metallschicht auf die dielektrische Schicht aufgebracht wird und mittels einer Strahlungsquelle diese Metallschicht kurzzeitig lokal punkt- oder linienförmig erhitzt wird, so dass sich eine Schmelzmischung aus Metallschicht, dielektrischer Schicht und dem Halbleiter bildet, die nach dem Erstarren einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem Halbleiter und der Metallschicht bildet.
  • US 2001/0 018 258 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, das nach einem Laser-Dotierungsverfahren ein MOSFET-Bauelement bilden kann. Wenn Übergänge des MOSFET-Bauelements gebildet werden, weist das MOSFET-Bauelement je nach Bereich verschiedene Übergangstiefen auf, indem eine Dotierungsdifferenz in Abhängigkeit von der Wärme und der Zeit eines Laserbestrahlungsprozesses verwendet wird. Im Vergleich zu einem zweidimensionalen Verfahren zur Steuerung einer Eigenschaft des Transistors durch eine Kanalbreite und -länge bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Ausübung einer dreidimensionalen Kontrolle über die Bildung von Transistoren und anderen Übergängen in einem Halbleiterbauelement.
  • US 6 300 228 B1 zeigt ein Dotierungsverfahren zum Dotieren eines Halbleitersubstrats. Das Verfahren beginnt mit der Bildung eines amorphen Bereichs in dem Substrat. Durch mehrfache Laserbelichtung werden mehrere Dotierstoff-Filme auf entsprechenden Abschnitten der Hauptoberfläche des Substrats gebildet, die über dem amorphen Bereich liegen. Das Substrat wird dann belichtet. Der Belichtungsvorgang schmilzt den amorphen Bereich und ermöglicht es den auf der Hauptoberfläche ausgeschiedenen Dotierstoffen, in das Substrat zu diffundieren. Der Belichtungsvorgang kristallisiert auch den amorphen Bereich des Halbleitermaterials. Das Substrat wird zu einem einkristallinen Halbleitersubstrat mit mehreren dotierten Bereichen darin. Die Tiefe der dotierten Bereiche ist im Wesentlichen gleich der Tiefe des amorphen Bereichs vor dem Belichtungsvorgang.
  • JP H08-264 468 A ermöglicht es, ein Verunreinigungselement bei niedriger Temperatur in SiC zu dotieren und somit eine Elektrode auf dem SiC zu bilden, indem Siliziumkarbid, das sich in einer das Verunreinigungselement enthaltenden Gasatmosphäre befindet, mit einem Laserstrahl bestrahlt wird. Ein (n)- oder (p)-artiges SiC-Substrat 1 wird in eine Gasatmosphäre eingebracht, die ein (p) - oder (n)-artiges Verunreinigungselement enthält, und die Oberfläche des SiC-Substrats wirdmit einem Excimer- Laser in einer gepulsten Weise bei Raumtemperatur bestrahlt. Als Resultat wird das Verunreinigungselement im Reaktionsgas in das SiC-Substrat dotiert, und eine mit Verunreinigungen dotierte Schicht wird von der Oberfläche des SiC-Substrats bis zu einer vorbestimmten Tiefe gebildet.
  • US 2004/0 110 335 A1 offenbart ein Verfahren zum Tempern und Dotieren eines Halbleiters, das die Schritte des Bestrahlens einer auf einem Substrat gebildeten Halbleiterschicht mit einem Laserstrahl umfasst, wodurch mindestens ein Teil der Halbleiterschicht geschmolzen wird. Ferner umfasst das Verfahren ein Bestrahlen eines Zielmaterials mit Atomen, mit denen die Halbleiterschicht dotiert werden soll, mit dem Laserstrahl, wodurch die Atome des Zielmaterials abgetragen werden und ein Dotieren der geschmolzenen Halbleiterschicht mit den abgetragenen Atomen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde mit Schwerpunktsetzung auf das oben genannte Problem gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Einbringen von Störstellen, und eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung, wobei Störstellenelemente bei einer hohen Konzentration, die eine thermodynamische Gleichgewichtskonzentration übersteigt, selbst in ein festes Material wie ein Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke mit einem extrem kleinen Diffusionskoeffizienten von Störstellenelementen eingebracht werden. Die Erfindung ist in den unabhängigen Patentansprüchen definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Zur Lösung des oben genannten Problems liegt der Kern eines Aspekts der vorliegenden Erfindung in einem Verfahren zum Einbringen von Störstellen der vorliegenden Erfindung, umfassend einen Schritt zum Abscheiden eines Störstellenquellenfilms, der Störstellenelemente beinhaltet, auf einer Oberfläche eines Zielobjekts, das aus einem festen Material besteht, wobei der Störstellenquellenfilm mit einer Dicke abgeschieden wird, die unter Berücksichtigung der Bestrahlungszeit pro Lichtpuls und einer Energiedichte des Lichtpulses bestimmt wird, und einen Schritt zum Bestrahlen des Störstellenquellenfilms mit dem Lichtpuls mit der Bestrahlungszeit und der Energiedichte und Einbringen des Störstellenelements in das Zielobjekt bei einer Konzentration, die eine thermodynamische Gleichgewichtskonzentration übersteigt.
  • Der Kern eines Aspekts der vorliegenden Erfindung liegt in einem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung, umfassend einen Prozess zum Vorbereiten eines Zwischenprodukts mit einer ersten Halbleiterregion, einen Prozess zum Abscheiden eines Störstellenquellenfilms, der Störstellenelemente beinhaltet, auf einer Oberfläche der ersten Halbleiterregion, wobei die erste Halbleiterregion mit einer Dicke abgeschieden wird, die unter Berücksichtigung der Bestrahlungszeit pro Lichtpuls und einer Energiedichte des Lichtpulses bestimmt wird, und einen Prozess zumBilden einer zweiten Halbleiterregion durch Bestrahlen des Störstellenquellenfilms mit dem Lichtpuls mit der Bestrahlungszeit und der Energiedichte und Einbringen des Störstellenelements in die erste Halbleiterregion bei einer Konzentration, die eine thermodynamische Gleichgewichtskonzentration übersteigt.
  • Der Kern eines Aspekts der vorliegenden Erfindung liegt in einer Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung, umfassend eine erste Halbleiterregion und eine zweite Halbleiterregion, die im Inneren der ersten Halbleiterregion vorgesehen ist. Störstellenelemente werden in die zweite Halbleiterregion bei einer Konzentration eingebracht, die eine thermodynamische Gleichgewichtskonzentration übersteigt.
  • Gemäß dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen, dem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung und der Halbleitervorrichtung ist es möglich, Störstellenelemente bei einer hohen Konzentration, die eine thermodynamische Gleichgewichtskonzentration übersteigt, selbst in ein festes Material mit einem extrem kleinen Diffusionskoeffizienten von Störstellenelementen einzubringen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Schnittansicht zur schematischen Erklärung einer groben Struktur von Störstelleneinbringungsapparaten enthält, die in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
    • 2 ist eine Grafik zur Erklärung eines Verhältnisses zwischen einer Energiedichte eines Lichtpulses und einer Filmdicke eines Störstellenquellenfilms, die in einem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform verwendet werden;
    • 3 ist ein Flussdiagramm zur Erklärung des Verfahrens zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform;
    • 4 ist eine Prozessschnittansicht, die das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 1);
    • 5 ist eine Prozessschnittansicht, die das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 2);
    • 6 ist eine Prozessschnittansicht, die das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 3);
    • 7 ist eine Prozessschnittansicht, die das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 4);
    • 8A und 8B sind Teile von SEM-Bildern, die Zustände vor dem Entfernen verbleibender Störstellenquellenfilme auf oberen Oberflächen von Störstelleneinbringungsregionen zeigen, die unter Verwendung der Störstellenquellenfilme mit unterschiedlichen Filmdicken in dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform erhalten werden;
    • 9 ist eine Prozessschnittansicht, die das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 5);
    • 10A und 10B sind Teile von SEM-Bildern, die Zustände nach dem Entfernen verbleibender Störstellenquellenfilme auf oberen Oberflächen von Störstelleneinbringungsregionen zeigen, die unter Verwendung der Störstellenquellenfilme mit unterschiedlichen Filmdicken in dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform erhalten werden;
    • 11A ist eine vergrößerte Ansicht einer Teilregion von 10A, 11B ist eine Grafik, die einAES-Analysenergebnis vonAbschnitt A in 11A zeigt, und 11C ist eine Grafik, die ein AES-Analysenergebnis von Abschnitt B in 11A zeigt;
    • 12 ist eine Prozessschnittansicht, die das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 6);
    • 13 ist eine Grafik, die Profile einer Konzentration und einer Eindringungstiefe von Störstellenelementen im Inneren eines Halbleitersubstrats zeigt, die unter Verwendung des Verfahrens zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform erhalten werden;
    • 14Aund 14B sind Grafiken, die I-V-Eigenschaften einer pn-Übergangsdiode im Inneren des Halbleitersubstrats in verschiedenen Skalen zeigt, wobei das Halbleitersubstrat unter Verwendung des Verfahrens zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform erhalten wird;
    • 15A und 15B sind Teile von SEM-Bildern, die Zustände vor dem Entfernen verbleibender Störstellenquellenfilme auf oberen Oberflächen von Störstelleneinbringungsregionen zeigen, die unter Verwendung der Störstellenquellenfilme mit unterschiedlichen Filmdicken durch das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß einem Vergleichsbeispiel erhalten werden;
    • 16A und 16B sind Teile von SEM-Bildern, die Zustände nach dem Entfernen verbleibender Störstellenquellenfilme auf oberen Oberflächen von Störstelleneinbringungsregionen zeigen, die unter Verwendung der Störstellenquellenfilme mit unterschiedlichen Filmdicken durch das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß einem Vergleichsbeispiel erhalten werden;
    • 17A und 17B sind Grafiken, die I-V-Eigenschaften von pn-Übergangsdioden im Inneren der Halbleitersubstrate in verschiedenen Skalen zeigen, wobei die Halbleitersubstrate unter Verwendung der Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform und dem Vergleichsbeispiel erhalten werden;
    • 18 ist eine Prozessschnittansicht, die ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt;
    • 19 eine Prozessschnittansicht, die das erste modifizierte Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 1);
    • 20 ist eine Prozessschnittansicht, die das erste modifizierte Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 2) ;
    • 21 ist eine Prozessschnittansicht, die das erste modifizierte Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 3) ;
    • 22 ist eine Prozessschnittansicht, die das erste modifizierte Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 4) ;
    • 23 ist eine Prozessschnittansicht, die das zweite modifizierte Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 1);
    • 24 ist eine Prozessdraufsicht, die das zweite modifizierte Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 2);
    • 25 ist eine Prozessschnittansicht in der A-A Richtung in 24;
    • 26 ist eine Prozessschnittansicht, die das zweite modifizierte Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 3) ;
    • 27 ist eine Prozessschnittansicht, die das zweite modifizierte Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 4) ;
    • 28 ist eine Prozessschnittansicht, die das zweite modifizierte Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 5) ;
    • 29 ist eine Prozessschnittansicht, die das zweite modifizierte Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 6) ;
    • 30 ist eine Prozessschnittansicht, die das zweite modifizierte Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 7);
    • 31 ist eine Prozessschnittansicht, die das zweite modifizierte Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 8) ;
    • 32 ist eine Prozessschnittansicht, die das zweite modifizierte Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erklärt (Nr. 9) ;
    • 33 ist eine Prozessschnittansicht, die einen Prozess für den Fall erklärt, dass ein Kathodenelektrodenfilm zuerst in dem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten modifizierten Beispiel gebildet wird;
    • 34 ist eine Draufsicht unter einem optischen Mikroskop, die einen Zustand zeigt, in demeineHalbleitervorrichtung gemäß Beispiel 1, die unter Verwendung des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten modifizierten Beispiel erhalten wird, horizontal bei einer Höhe einer oberen Oberfläche eines Anodenelektrodenfilms geschnitten wird;
    • 35 ist eine Draufsicht unter einem optischen Mikroskop, die einen Zustand zeigt, in dem eine Halbleitervorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel horizontal bei einer Höhe einer oberen Oberfläche eines Anodenelektrodenfilms geschnitten wird;
    • 36 ist eine Grafik, die I-V-Eigenschaften in positiven Spannungsregionen der Halbleitervorrichtungen gemäß Beispiel 1 bzw. dem Vergleichsbeispiel zeigt;
    • 37 ist eine Grafik, die I-V-Eigenschaften in negativen Spannungsregionen der Halbleitervorrichtungen gemäß Beispiel 1 bzw. dem Vergleichsbeispiel zeigt;
    • 38 ist ein Blockdiagramm, das eine Schnittansicht zur schematischen Erklärung einer groben Struktur eines Störstelleneinbringungsapparats enthält, der in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
    • 39 ist ein Blockdiagramm, das eine Schnittansicht zur schematischen Erklärung einer groben Struktur eines Störstelleneinbringungsapparats enthält, der in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
    • 40 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine grobe Struktur einer Arithmetik- und Steuereinheit erklärt, die in der dritten Ausführungsform verwendet wird;
    • 41 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der dritten Ausführungsform erklärt;
    • 42 ist eine Prozessschnittansicht, die das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der dritten Ausführungsform erklärt (Nr. 1);
    • 43 ist eine Prozessschnittansicht, die das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der dritten Ausführungsform erklärt (Nr. 2);
    • 44 ist eine Prozessschnittansicht, die das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der dritten Ausführungsform erklärt (Nr. 3);
    • 45 ist eine Prozessschnittansicht, die das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der dritten Ausführungsform erklärt (Nr. 4);
    • 46 ist eine Prozessschnittansicht, die das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der dritten Ausführungsform erklärt (Nr. 5);
    • 47 ist eine Grafik, die Profile von Stufen zeigt, die zwischen Bestrahlungsregionen und Nicht-Bestrahlungsregionen von Nitridfilmen gebildet werden, für den Fall, dass eine Lichtpulsbestrahlung einmal in einem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß Beispiel 2 durchgeführt wird;
    • 48 ist eine Grafik, die Profile von Stufen zeigt, die zwischen Bestrahlungsregionen und Nicht-Bestrahlungsregionen von Nitridfilmen gebildet werden, für den Fall, dass eine Lichtpulsbestrahlung dreimal in dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß Beispiel 2 durchgeführt wird;
    • 49 ist eine Grafik, die Profile von Stufen zeigt, die zwischen Bestrahlungsregionen und Nicht-Bestrahlungsregionen von Nitridfilmen gebildet werden, für den Fall, dass Lichtpulsbestrahlung zehnmal in dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß Beispiel 2 durchgeführt wird;
    • 50 ist eine Grafik, die Profile von Stufen zeigt, die auf oberen Oberflächen von Stickstoffeinbringungsregionen nach Entfernung von Nitridfilmen in dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß Beispiel 2 gebildet werden;
    • 51 ist eine Grafik, die ein Profil einer Konzentration und einer Eindringungstiefe von Stickstoff in der Stickstoffeinbringungsregionzeigt, die unter Verwendung des Verfahrens zum Einbringen von Störstellen gemäß Beispiel 2 gebildet wird;
    • 52 ist eine Schnittansicht, die ein Verfahren zum Messen ein Strom-Spannungs- (I-V) Eigenschaft einer Oberfläche der Stickstoffeinbringungsregion erklärt, die unter Verwendung des Verfahrens zum Einbringen von Störstellen gemäß Beispiel 2 gebildet wird;
    • 53 ist eine Grafik, die die I-V-Eigenschaft der Stickstoffeinbringungsregion jeder Bestrahlungszahl zeigt, wobei die Stickstoffeinbringungsregion unter Verwendung des Verfahrens zum Einbringen von Störstellen gemäß Beispiel 2 gebildet wird;
    • 54 ist eine Grafik, die einen Widerstandswert in der Stickstoffeinbringungsregion für jede Bestrahlungszahl zeigt, wobei die Stickstoffeinbringungsregion unter Verwendung des Verfahrens zum Einbringen von Störstellen gemäß Beispiel 2 gebildet wird;
    • 55 ist eine Grafik, die Profile von Stufen zeigt, die zwischen Bestrahlungsregionen und Nicht-Bestrahlungsregionen von Nitridfilmen gebildet werden, für den Fall, dass eine Lichtpulsbestrahlung einmal in einem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß Beispiel 3 durchgeführt wird;
    • 56 ist eine Grafik, die Profile von Stufen zeigt, die zwischen Bestrahlungsregionen und Nicht-Bestrahlungsregionen von Nitridfilmen gebildet werden, für den Fall, dass eine Lichtpulsbestrahlung zweimal im Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß Beispiel 3 durchgeführt wird;
    • 57 ist eine Grafik, die Profile von Stufen zeigt, die zwischen Bestrahlungsregionen und Nicht-Bestrahlungsregionen von Nitridfilmen gebildet werden, für den Fall, dass eine Lichtpulsbestrahlung dreimal im Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß Beispiel 3 durchgeführt wird;
    • 58 ist eine Grafik, die Profile von Stufen zeigt, die zwischen Bestrahlungsregionen und Nicht-Bestrahlungsregionen von Nitridfilmen gebildet werden, für den Fall, dass Lichtpulsbestrahlung fünfmal im Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß Beispiel 3 durchgeführt wird;
    • 59 ist eine Grafik, die Profile von Stufen zeigt, die zwischen Bestrahlungsregionen und Nicht-Bestrahlungsregionen von Nitridfilmen gebildet werden, für den Fall, dass eine Lichtpulsbestrahlung zehnmal Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß Beispiel 3 durchgeführt wird;
    • 60 ist eine Grafik, die eine I-V-Eigenschaft der Stickstoffeinbringungsregion für jede Bestrahlungszahl zeigt, wobei die Stickstoffeinbringungsregion unter Verwendung des Verfahrens zum Einbringen von Störstellen gemäß Beispiel 3 gebildet wird;
    • 61 ist eine Grafik, die einen Widerstandswert in der Stickstoffeinbringungsregion für jede Bestrahlungszahl zeigt, wobei die Stickstoffeinbringungsregion unter Verwendung des Verfahrens zum Einbringen von Störstellen gemäß Beispiel 3 gebildet wird;
    • 62 ist eine schematische Prozessschnittansicht, die eine Übersicht eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform erklärt (Nr. 1);
    • 63 ist eine schematische Prozessschnittansicht, die eine Übersicht eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform erklärt (Nr. 2);
    • 64 ist eine schematische Prozessschnittansicht, die eine Übersicht eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform erklärt (Nr. 3);
    • 65 ist eine schematische Prozessschnittansicht, die eine Übersicht eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform erklärt (Nr. 4); und
    • 66 ist eine schematische Prozessschnittansicht, die eine Übersicht eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform erklärt (Nr. 5).
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In der Folge werden die erste bis dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. Die erste und zweite Ausführungsform sehen Verfahren zum Einbringen von Störstellen vor, durch die Störstellenelemente bei einer hohen Konzentration, die eine thermodynamische Gleichgewichtskonzentration übersteigt, eingebracht werden und Störstellenelemente bei einer hohen Konzentration nahe einer Mischkristallkonzentration eines festen Materials an einer Position mit einer Tiefe von 50 Nanometern oder mehr von einer Oberfläche des festen Materials eingebracht werden. Die erste und zweite Ausführungsform sehen auch Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung der oben genannten Verfahren zum Einbringen von Störstellen, wie auch die Halbleitervorrichtung vor.
  • Die dritte Ausführungsform sieht ein Verfahren zum Einbringen von Störstellen vor, durch das Stickstoff in eine Oberfläche eines festen Materials bei einer hohen Konzentration eingebracht wird, die eine thermodynamische Gleichgewichtskonzentration des festen Materials übersteigt, selbst wenn das feste Material zum Beispiel ein Halbleiter mit breiter Bandlücke ist, der einen extrem kleinen Diffusionskoeffizienten von Stickstoff hat. Die dritte Ausführungsform sieht auch ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Verfahrens zum Einbringen von Störstellen, wie auch die Halbleitervorrichtung vor.
  • In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden dieselben oder ähnliche Bezugszeichen für dieselben oder ähnliche Teile verwendet. Es sollte jedoch festgehalten werden, dass die Zeichnungen schematisch sind und Verhältnisse zwischen Dicken und flachen Dimensionen, Verhältnisse von Dicken in j edemApparat und jedem Element und so weiter, sich von jenen in der Realität unterscheiden. Daher sollten spezielle Dicken und Dimensionen unter Berücksichtigung der folgenden Erklärung festgelegt werden. Natürlich sind Beziehungen und Verhältnisse von Dimensionen in den Zeichnungen teilweise unterschiedlich.
  • In der folgenden Erklärung sind Richtungen, die mit „links und rechts“ und „oben und unten“ angegeben sind, nur der einfachen Erklärung wegen definiert und schränken die technischen Konzepte der vorliegenden Erfindung nicht ein. Wenn daher das Blatt zum Beispiel um 90 Grad gedreht wird, sind natürlich „links und rechts“ und „oben und unten“ beim Lesen miteinander vertauscht, und wenn das Blatt um 180 Grad gedreht wird, wird „links“ zu „rechts“ und „rechts“ wird „links“. In der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen besagen Regionen oder Schichten, die mit einem N und P beginnen, dass Elektronen oder Löcher ein Majoritätsträger in den gegenständlichen Regionen bzw. Schichten sind. Ferner stehen die hochgestellten Zeichen + oder -, die N und P hinzugefügt sind, dafür, dass Halbleiterregionen eine höhere oder niedrigere Störstellenkonzentration verglichen mit einer Halbleiterregion ohne + bzw. - haben.
  • (Die erste Ausführungsform)
  • - Struktur des Störstelleneinbringungsapparats -
  • Wie in 1 dargestellt, ist ein Apparat, der zum Einbringen von Störstellen 1a in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, mit einem Filmbildungsapparat 10 versehen, der einen Störstellenquellenfilm 4, der Störstellenelemente auf einer Oberfläche eines Zielobjekts 2, das aus einem festen Material besteht, beinhaltet, einen Lichtbestrahlungsapparat 20, der das Zielobjekt 2 mit einer flachen Oberfläche mit einem Lichtpuls mit hoher Bestrahlungsfluenz (Energiedichte), wie einem Laserstrahl 6, durch den Störstellenquellenfilm 4 bestrahlt, um somit Störstellenelemente einzubringen, und eine Arithmetik- und Steuereinheit 30, die Filmbildungsbedingungen wie eine Filmdicke des Störstellenquellenfilms 4 und Lichtbestrahlungsbedingungen wie die Energiedichte des Laserstrahls 6 und eine Lichtbestrahlungsposition des Lichtpulses relativ zum Zielobjekt 2 steuern kann, enthält.
  • Für den Filmbildungsapparat 10 kann zum Beispiel ein Sputtersystem, ein Elektronenstrahlabscheideapparat, ein Plasma-CVD-Apparat und so weiter, verwendet werden. 1 zeigt einen beispielhaften Fall, in dem der Filmbildungsapparat 10 gemäß der ersten Ausführungsform ein Sputtersystem ist. Das Sputtersystem enthält eine Kammer 11, die evakuiert werden kann, und eine untere Elektrode 12a, die im Inneren der Kammer 11 vorgesehen ist. Das Zielobjekt 2 ist an der unteren Elektrode 12a montiert. Im Inneren der Kammer 11 ist ein Ziel 14, das Störstellenelemente beinhaltet, an einer Seite einer oberen Platte 13 der Kammer so angeordnet, dass es der unteren Elektrode 12a zugewandt ist.
  • Wie das Sputtersystem ist der Filmbildungsapparat 10 auch mit einer Energiequelle 15, einem Gaseinbringungsventil 16 und einer Vakuumpumpe 17 versehen. Die Energiequelle 15 ist mit der unteren Elektrode 12a und dem Ziel 14 verbunden. Das Gaseinbringungsventil 16 ist mit der Kammer 11 verbunden und führt Edelgas, wie Argon- (Ar) Gas in die Kammer 11 ein. Die Vakuumpumpe 17 ist mit der Kammer 11 verbunden und durch eine Drehpumpe, eine Turbo-Molekularpumpe, eine Kryopumpe oder dergleichen strukturiert, die die Innenseite der Kammer 11 in einen Vakuumzustand bringt. Ein Filmdickensteuerteil 31, das eine Filmdicke des zu bildenden Störstellenquellenfilms 4 steuert, ist mit der Energiequelle 15, dem Gaseinbringungsventil 16 und der Vakuumpumpe 17 verbunden. Ferner ist das Filmdickensteuerteil 31 imstande, eine In-situ- und Rückkopplungssteuerung von Signalen von einem Filmdickenmessgerät (nicht dargestellt) zu überwachen, das auf dem Filmbildungsapparat 10 angeordnet ist. Die Energiequelle 15, das Gaseinbringungsventil 16 und die Vakuumpumpe 17 sind durch das Filmdickensteuerteil 31 mit der Arithmetik- und Steuereinheit 30 verbunden.
  • Zur Erklärung des in 1 dargestellten DC-Sputtersystems wird eine Gleichstromspannung zwischen der unteren Elektrode 12a und dem Ziel 14 durch die Energiequelle 15 angelegt, eingebrachtes Edelgas wird ionisiert und mit dem Ziel 14 kollidieren gelassen, und Teilchen des Störstellenelements, die vom Ziel 14 wegfliegen, werden mit einer Oberfläche des Zielobjekts 2 kollidieren gelassen und haften an dieser, um einen Film zu bilden. Der Filmbildungsapparat 10 kann abgesehen vom DC-Sputtersystem durch ein RF-Sputtersystem, ein Magnetron-Sputtersystem, ein Ionenstrahl-Sputtersystem und so weiter, konstruiert sein. Die Filmdicke des zu bildenden Störstellenquellenfilms 4 wird durch Einstellen einer Behandlungszeit zum Zeitpunkt der Filmbildung gesteuert.
  • Der Lichtbestrahlungsapparat 20 des Störstelleneinbringungsapparats 1a, der in der ersten Ausführungsform verwendet wird, ist mit einem Strahleinstellungssystem 33, das die Oberfläche des Zielobjekts 2 mit einem Lichtpuls in einer Bestrahlungsregion mit einer bestimmten Dimension durch den Störstellenquellenfilm 4 überstreicht und bestrahlt, und einer X-Y-Bewegungsplattform 23, die das Zielobjekt 2 frei durch eine Auflage 12b in einer X-Y Richtung bewegt, die in einer Ebene parallel zur Hauptoberfläche des Zielobjekts 2 definiert ist, versehen. Der Lichtbestrahlungsapparat 20 überstreicht und bestrahlt eine obere Oberfläche des Zielobjekts 2 mit einem Lichtpuls des Laserstrahls 6 durch den Stör stellenquellenfilm4, wodurch Stör stellenelemente in einem Teil einer Innenseite des Zielobjekts 2 durch Verwendung einer Energiewirkung eingebracht werden, die durch den Laserstrahl 6 gegeben ist. Die Energiewirkung enthält eine Wirkung thermischer Energie.
  • Ein SiC-Substrat wird als Beispiel des Zielobjekts 2 im Störstelleneinbringungsapparat 1a verwendet, der in der ersten Ausführungsform verwendet wird. Im Speziellen wird der Fall erklärt, dass ein 4H-SiC-Substrat, das als Substrat für Leistungshalbleiter erwartet wird, verwendet wird. Das Zielobjekt 2 hat eine Doppelschichtstruktur, wie in 4 als ein Beispiel dargestellt, in dem eine epitaktische Wachstumsschicht (inder Folge als „Epi-Schicht“ bezeichnet) 22 von N-Typ-4H-SiC mit einer Konzentration von etwa 1 × 1016/cm3 und einer Dicke von etwa 10 Mikrometern auf einer Oberseite eines n+-Typ Halbleitersubstrats 21 mit einer (0001) Oberfläche ((000-1) Oberfläche) vorgesehen ist. Das Zielobjekt 2 ist angeordnet, dass es so abgeschieden wird, dass eine Fläche des Halbleitersubstrats an der Seite der Epi-Schicht 22, die als seine Oberfläche dient, der Seite des Strahleinstellungssystems 33 zugewandt ist. Obwohl nicht dargestellt, kann eine Referenzmarke zur Positionierung an der Oberfläche des Zielobjekts 2 vorgesehen sein. Ein Material für das Zielobjekt 2 ist nicht auf SiC beschränkt und die vorliegende Erfindung kann angewendet werden, wenn andere Halbleitermaterialien mit breiter Bandlücke, wie Galliumnitrid (GaN) , Galliumoxid (Ga2O3) , Diamant, verwendet werden. Ebenso ist das Material für das Zielobjekt 2 nicht auf das Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke beschränkt.
  • Der Störstellenquellenfilm 4 ist ein Film, der als Quelle zum Einbringen von Störstellen dient, und beinhaltet Störstellenelemente, die in das Zielobjekt 2 dotiert werden sollen. Für den Fall, dass zum Beispiel Al als P-Typ-Störstellenelement gewählt wird, kann ein Al-Dünnfilm verwendet werden. Der Störstellenquellenfilm 4 ist nicht auf eine einzelne Elementschicht beschränkt, die selbst aus Störstellenelementen besteht, und kann auch ein Dünnfilm sein, der aus einer Verbindung oder einem Gemisch mit anderen Elementen besteht, wie einer Verbindung aus Nitrid und so weiter, oder einem mehrschichtigen Verbundfilm, in dem solche Filme schichtenförmig angeordnet sind. Das Störstellenelement ist nicht auf Al beschränkt und es können andere Störstellenelemente wie Bor (B), Gallium (Ga), Stickstoff (N), Phosphor (P) und Arsen (As) zweckentsprechend gemäß der Auswahl eines Leitfähigkeitstyps oder eine Substitutionsstelle oder einer interstitiellen Stelle des Elements in einer Stammphase verwendet werden.
  • Wie in 1 dargestellt, ist das Strahleinstellungssystem 33 des Störstelleneinbringungsapparats 1a, der in der ersten Ausführungsform verwendet wird, mit einer Lichtquelle 34, die einen Lichtpuls des Laserstrahls 6 und so weiter mit einer großen Energiedichte ausstrahlt, einem Linsensystem (nicht dargestellt), das den ausgestrahlten Laserstrahl 6 kondensiert, einem einstellbaren Schlitz, der den Laserstrahl 6 in eine bestimmte Form bringt, und so weiter, versehen. Ein Lichtquellensteuerteil 32, das Bestrahlungsbedingungen des auszustrahlenden Laserstrahls 6 steuert, ist mit dem Strahleinstellungssystem 33 verbunden und das Lichtquellensteuerteil 32 ist mit der Arithmetik-und Steuereinheit 30 verbunden. Die Lichtquelle 34 des Strahleinstellungssystems 33 wird durch die Arithmetik- und Steuereinheit 30 über das Lichtquellensteuerteil 32 gesteuert.
  • Beim Führen des Laserstrahls 6 kann das Strahleinstellungssystem 33 auch mit anderen optischen Systemen (nicht dargestellt versehen sein, wie einem reflektierenden Spiegel und einem Prisma, falls erforderlich, um den gebildeten Laserstrahl 6 zu einer Lichtkondensationsvorrichtung (nicht dargestellt) wie einer Linse zu reflektieren und zu leiten. Der Der Lichtpuls mit einer großen Energiedichte, wie der gebildete Laserstrahl 6, wird zu einer Grenzflächenregion zwischen der oberen Oberfläche des Zielobj ekts 2 und dem Störstellenquellenfilm 4 gestrahlt.
  • Eine Form des gebildeten Laserstrahls 6 ist vorzugsweise eine rechteckige Form, ist aber nicht auf die rechteckige Form begrenzt und kann andere Formen aufweisen. Obwohl nicht dargestellt, können eine Bildgebungsvorrichtung wie eine CCD-Kamera, die ein Bild der Referenzmarke auf dem Zielobjekt 2 aufnimmt, eine Beleuchtungslichtausstrahlungsvorrichtung, die Beleuchtungslicht ausstrahlt, einSpiegelundeinAusrichtungsmechanismuszumReflektieren und Durchlassen des Beleuchtungslichts und so weiter, zusätzlich im Strahleinstellungssystem 33, falls notwendig, vorgesehen sein, wenn eine Bestrahlungsposition eines Lichtpulses auf dem Zielobjekt 2 gesteuert wird.
  • Als Lichtpuls mit einer großen Energiedichte ist ein Puls des Laserstrahls 6 bevorzugt, da der Laserstrahl 6 eine Wellenlänge hat, die imstande ist, Lichtenergie für eine Gittervibration des Störstellenelements und des Zielobjekts 2 zu liefern, so dass eine ausreichende Reaktionsenergie durch den Störstellenquellenfilm 4 erzeugt wird. Zum Beispiel ist es möglich, einen Excimerlaser mit einer Schwingungswellenlänge von 248 Nanometern (KrF) , 193 Nanometern (ArF) , 308 Nanometern (XeCl) , 351 Nanometern (XeF) und so weiter, 266 Nanometer (YAG vierte Harmonische), 355 Nanometer (YAG dritte Harmonische), 532 Nanometer (YAG zweite Harmonische) Laser, 1,064 Mikrometer (YAG fundamental Harmonische) und 10, 6 Mikrometer (Kohlendioxid- (CO2) Gas) Laser und so weiter, zu verwenden. Es ist auch möglich, einen Lichtpuls mit einer großen Energiedichte durch Auswahl einer Wellenlänge von kontinuierlichem Hochleistungslicht von zum Beispiel einer Quecksilber-(Hg) Lampe und einer Xenon- (Xe) Lampe unter Verwendung einer Spektroskopie oder eines Filters zu erhalten. Daher ist ein Lichtpuls nicht auf jenen eines Lasers beschränkt.
  • Ferner ist es zum Beispiel durch Verwendung eines Excimerlasers, der den Laserstrahl 6 mit einer Wellenlänge in einem Ultraviolettbereich ausstrahlt, der eine größere Energie als eine Bandlücke vieler Halbleitermaterialien erzeugt, möglich, eine Oberflächenreaktion wie eine photokatalytische Aktion aufgrund einer Lichtenergie im Ultraviolettbereich optisch anzuregen. Somit wird die Gittervibration auf einer Oberfläche eines Festkörpers angeregt, der als Einbringungsziel von Störstellenelementen dient, wodurch eine Oberflächenreaktion erleichtert wird, die eine Oberflächenmigration enthält, durch die sich das Störstellenelement zu einer Einbringungsposition wie einer interstitiellen Stelle und einer Substitutionsstelle des festen Zielmaterials bewegt. Licht mit einer kürzeren Wellenlänge als jene eines ArF- (= 193 Nanometer) Lasers jedoch, nämlich Licht mit einer kurzen Wellenlänge innerhalb eines Bereichs von Vakuumultraviolettlicht, wird in Sauerstoffmolekülen in der Atmosphäre absorbiert und eine Ausbreitung wird verhindert. Daher ist für eine Laserdotierung in der Atmosphäre der Laserstrahl 6 mit einer Wellenlänge von etwa 190 Nanometern oder mehr bevorzugt.
  • Die X-Y-Bewegungsplattform 23 stützt die Auflage 12b horizontal von unten und ist mit einem beweglichen Plattformantriebsapparat (nicht dargestellt) verbunden. Wenn die Arithmetik- und Steuereinheit 30 den beweglichen Plattformantriebsapparat steuert, bewegt die X-Y-Bewegungsplattform 23 die Auflage 12b frei in einer Richtung in einer horizontalen Ebene (X-Y Richtung), so dass das Zielobjekt 2 in Bezug auf die Bestrahlungsposition eines Lichtpulses bewegt wird. Zum Beispiel wird durch freies Bewegen der Position des Zielobjekts 2 in Bezug auf die Bestrahlungsposition eines Lichtpulses ein Verfahren einer Direktverdrahtung möglich. Ferner kann eine Z-Bewegungsplattform zwischen der Auflage 12b und der X-Y-Bewegungsplattform 23 vorgesehen sein. Die Z-Bewegungsplattform bewegt die Auflage 12b in Z-Richtung senkrecht zur X-Y Richtung. Daher ist die Auflage 12b so konstruiert, dass sie sich zusätzlich zur X-Y Richtung in Z-Richtung bewegen kann. Somit können eine Brennpunkteinstellungund so weiter ausgeführt werden.
  • Eine Eingabeeinheit 41 und eine Datenspeichereinheit 42 sind mit der Arithmetik- und Steuereinheit 30 verbunden und die Arithmetik- und Steuereinheit 30 ist so konstruiert, dass sie auf die Daten, die in der Datenspeichereinheit 42 gespeichert sind, zugreifen kann. In der Datenspeichereinheit 42 werden eine Art (physikalische Eigenschaft) von Störstellenelementen, Bestrahlungszeit pro Puls (Stoß) (Pulsbreite) und eine Energiedichte des Laserstrahls 6 durch die Eingabeeinheit 41 eingegeben. Die Arithmetik- und Steuereinheit 30 kann die Art von Störstellenelement, Bestrahlungszeit pro Puls und eine Energiedichte, die in der Datenspeichereinheit 42 gespeichert sind, unter Verwendung von Formel (1) eingeben, die eine Daumenregel ist, so dass eine Filmdicke tf des Störstellenquellenfilms 4 berechnet wird. t = α ⋅ ln ( F ) − β
    Figure DE102016103350B4_0002
  • Hier stellt α eine Wärmediffusionslänge (Nanometer) dar, die durch eine Art von Störstellenelementen und Bestrahlungszeit des Laserstrahls 6 bestimmt wird, und F stellt eine Energiedichte (J/cm2) des Laserstrahls 6 dar. Ferner stellt β einen Korrekturkoeffizienten (Nanometer) dar, der als Daumenregel unter Berücksichtigung der Art des Störstellenelements und der Bestrahlungszeit des Laserstrahls 6 basierend auf vorangehenden Versuchsdaten eingestellt wird. Die Wärmediffusionslänge α und die Korrekturkoeffizienten β werden in der Datenspeichereinheit 42 durch die Eingabeeinheit 41 gespeichert.
  • Es folgen Einzelheiten bezüglich Formel (1). Laserenergie, die in der Oberfläche des Al-Films absorbiert wird, diffundiert im Inneren des Substrats durch Wärmediffusion. Zu diesem Zeitpunkt ist eine Wärmediffusionslänge α zum Zeitpunkt t gegeben durch α = 2√ (Dt) , wobei D ein Wärmediffusionskoeffizient ist. Daher ist die Temperatur T(x) bei einer Tiefe x unmittelbar nach der Laserpulsbestrahlung ungefähr gegeben durch T ( x ) = AF exp ( − x / 2 √ ( D τ ) )
    Figure DE102016103350B4_0003
    Hier stellt τ eine Pulsbreite (Bestrahlungszeit) des Lasers dar, F stellt eine Laser-Bestrahlungsfluenz (Energiedichte) dar, A ist eine Funktion der spezifischen Wärme, Dichte, des Reflexionsgrades und so weiter eines Festkörpers und kann ungefähr ein gewisser Koeffizient sein.
  • Für eine maximale Filmdicke xmax, mit der eine Dotierung mit gewisser Bestrahlungsfluenz vorgenommen werden kann, wird die folgende Formel erhalten, wenn die niedrigste Temperatur in einer Al/SiC-Grenzfläche, bei der eine Dotierung vorgenommen werden kann, Tlimit (x = xmax) ist. T l i m i t ( x = x m a x ) = AF exp ( − x m a x 2 D τ )
    Figure DE102016103350B4_0004
    Aus Formel (2) wird x m a x = 2 D τ ln ( F ) + 2 D τ ln ( A T l i m i t ( x = x m a x ) )
    Figure DE102016103350B4_0005
    erhalten. Hier ist die Wärmeleitfähigkeit k= 2,3 × 102 W /mK, die spezielle Wärme ist ρ = 0, 90 J/gK und eine Dichte ist C = 2, 7 g/cm3 für Al. Daher wird ein Wärmediffusionskoeffizient D wie folgt erhalten. D = k / ρ C ≒ 0 ,95 cm 2 / s
    Figure DE102016103350B4_0006
    Somit wird die Wärmediffusionslänge α unmittelbar nach der Laserpulsbestrahlung wie folgt erhalten, da eine Pulsbreite etwa 50 ns ist. 2 D τ = 4,4 × 10 3 ( n m )
    Figure DE102016103350B4_0007
  • Ferner wird aus Formeln (3), (5), x m a x = 4,4 × 10 3 l n ( F ) + 4,4 × 10 3 ln ( A T l i m i t ( x = x m a x ) )
    Figure DE102016103350B4_0008
    erhalten.
  • Wenn eine Al-Filmdicke klein ist, wie etwa 120 Nanometer, wird hier eine große Menge einer rauen Oberfläche (ein Oberflächendefekt) gebildet, die einen Anstieg im Umkehrleckstrom und eine Abnahme im Durchlassstrom bewirkt. Somit sind elektrische Eigenschaften verschlechtert. Wenn die Al-Filmdicke auf etwa 240 Nanometer zunimmt und ein Ausmaß des Oberflächendefekts verringert ist, wird eine Abnahme im Umkehrsättigungsstrom (Leckstrom) und eine Zunahme im Durchlassstrom erreicht, wodurch elektrische Eigenschaften verbessert werden. Dies bedeutet, dass eine Dotierung mit besseren Eigenschaften erreicht wird, wenn die Al-Filmdicke etwa 240 Nanometer groß ist, wie durch eine Punktlinie in 2 als eine minimale Filmdicke (minimale Dicke) dargestellt.
  • Ferner wurde festgestellt, dass der maximale Wert (die maximale Dicke) tfmax einer Al-Filmdicke mit einer gewissen Bestrahlungsfluenz F durch folgende Formel (7) durch Anpassen des Versuchsergebnisses in 2 an Formel (6) gegeben ist. t fmax = 4,4 × 10 3 ⋅ ln ( F ) − 5350 ( Nanometer )
    Figure DE102016103350B4_0009
  • Zur Durchführung einer Dotierung durch Laserablation eines Al-Films ist somit bevorzugt, dass eine Filmdicke tf von Al t f ≧ 240  Nanometer  ( minimale Dicke t fmin )
    Figure DE102016103350B4_0010
    ist und t f ≦ 4,4 × 10 3 ⋅ ln ( F ) − 5350 Nanometer  ( maximale Dicke t fmax )
    Figure DE102016103350B4_0011
  • Durch Einstellen einer Diffusionslänge α und eines Korrekturkoeffizienten β gemäß einer Art von Störstellenelementen und Bestrahlungszeit τ wird eine gerade Linie einer maximalen Filmdicke L, dargestellt in 2, erhalten. Formel (1) ist eine Formel, die den natürlichen Logarithmus verwendet. Daher ist sie streng genommen keine gerade Linie. Sie kann jedoch allgemein als gerade Linie betrachtet werden, wenn man sich auf den Bereich konzentriert, der in 2 dargestellt ist. Daher wird in dieser Beschreibung Formel (1) mit dem Begriff „gerade Linie“ zur Erklärung verwendet.
  • An der rechten Seite der geraden Linie maximaler Filmdicke L in 2 sind drei grafische Darstellungen a1 bis a3, deren Datenpunkte durch Kreise (o) markiert sind, eine grafische Darstellung a4, deren Datenpunkt durch ein Dreieck (Δ) markiert ist, und eine grafische Darstellung c1, deren Datenpunkt durch ein Plus (+) markiert ist, enthalten. Von den drei grafischen Darstellungen a1 bis a3, die durch o markiert sind, haben die zwei grafischen Darstellungen a1, a2 an der rechten Seite in der Zeichnung beide eine Energiedichte F von etwa 4,0 J/cm2 und Filmdicken tf von etwa 240 Nanometern bzw. etwa 480 Nanometern. Von den vier grafischen Darstellungen a1 bis a4 haben die zwei grafischen Darstellungen von a3, markiertmitdemoffenenKreis (o) bzw. a4, markiert mit dem offenen Dreieck (Δ) , an der linken Seite in der Zeichnung beide eine Energiedichte Fvon 3, 7 J/cm2 und Filmdicken tf von etwa 240 Nanometern bzw. etwa 120 Nanometern. Ferner ist im Fall der grafischen Darstellung c1, die mit + markiert ist, eine Energiedichte F etwa 4,0 J/cm2 und eine Filmdicke tf etwa 120 Nanometer.
  • Wenn der Störstellenquellenfilm 4 von Al mit einem Stoß eines Lichtpulses mit einer Energiedichte F = 4,0 J/cm2 und einer Bestrahlungszeit τ = 50 ns bestrahlt wird, wird die maximale Dicke tfmax der Filmdicke tf des Störstellenquellenfilms 4 unter Verwendung einer Gleichung der geraden Linie einer maximale Filmdicke L, ausgedrückt durch Formel (7), wie folgt. t fmax = 4.4 × 10 3 ⋅ ln ( 4.0 ) − 5350  Nanometer ≒ 750 Nanometer
    Figure DE102016103350B4_0012
  • Mit anderen Worten, durch Einstellen einer Filmdicke tf vor einer Lichtpulsbestrahlung innerhalb eines Bereichs von 240 ≦ tf ≦ 750 (Nanometer) kann der Störstellenquellenfilm 4 nach Bestrahlung mit einem Lichtpuls in einer Menge einer Filmdicke, die zumindest einer Atomlage entspricht, an der Oberfläche des Zielobjekts 2 verbleiben. Ein Verfahren zum Einstellen einer Filmdicke tf innerhalb eines gewissen Bereichs kann zweckentsprechend festgelegt werden oder die Filmdicke tf kann zum Beispiel mit „(tfmax + tfmin) /2" festgelegt werden, was ein Zwischenwert zwischen der maximalen Dicke tfmax und der minimalen Dicke tfmin ist.
  • Solange eine Kombination (F, tf) eines Werts aus einer Energiedichte F eines Lichtpulses und einer Filmdicke tf des Störstellenquellenfilms 4 Formel (7) erfüllt, wie die vier grafischen Darstellungen a1 bis a4 in 2, ist es möglich, Störstellenelementen in die Oberfläche des Zielobjekts 2 bei einer hohen Konzentration und auch tief von der Oberfläche des Zielobj ekts 2 mit einem Stoß einzubringen. Ferner kann in Bezug auf die drei grafischen Darstellungen a1 bis a3 mit der minimalen Dicke tfmin oder größer der Störstellenquellenfilm 4 nach Lichtpulsbestrahlung in einer Menge einer Filmdicke entsprechend zumindest einer Atomlage an der Oberfläche des Zielobj ekts 2 verbleiben. Dies ermöglicht, einen Oberflächendefekt innerhalb eines zulässigen Bereichs zu begrenzen, so dass die gewünschte Diodizität erhalten wird, wenn eine Halbleitervorrichtung durch Bereitstellen von Elektroden auf der Oberfläche des Zielobjekts 2 gebildet wird. Übrigens ist im Fall der grafischen Darstellung a4, die mit Δ markiert ist, und der grafischen Darstellung c1, die mit + markiert ist, wobei die minimale Dicke tfmin kleiner als 240 Nanometer ist, eine Dotierung möglich, aber ein Ausmaß eines Oberflächendefekts ist groß, wodurch eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften verursacht wird.
  • Wie durch einen Schnittpunkt zwischen der geraden Linie der maximalen Filmdicke L und der horizontalen Achse, die eine Energiedichte F in 2 darstellt, dargestellt, gibt es einen unteren Grenzwert der Energiedichte F eines Lichtpulses, um eine gewünschte Dotierung mit einem Stoß auszuführen. In dem in 2 dargestellten Beispiel, wo das Störstellenelement Al ist und die Bestrahlungszeit τ = 50 ns, kann der untere Grenzwert der Energiedichte F auf etwa 3,3 J/cm2 von dem Wert am Schnittpunkt zwischen der geraden Linie der maximalen Filmdicke L und der horizontalen Achse eingestellt werden. Übrigens kann ein oberer Grenzwert der Energiedichte F gemäß der Filmdicke tf des Störstellenquellenfilms 4 erhöht werden. Vom Standpunkt der Energieeffizienz ist jedoch bevorzugt, dass der obere Grenzwert der Energiedichte F im Störstelleneinbringungsapparat 1a, der in der ersten Ausführungsform verwendet wird, 6,0 J/cm2 oder kleiner ist.
  • Durch Auswählen einer Kombination (F, tf) mit einem Wert einer Energiedichte F eines Lichtpulses und einer Filmdicke tf des Störstellenquellenfilms 4, die Formel (7) und die minimale Dicke tfmin erfüllt, ist es möglich, die kleinste Filmdicke tf einzustellen, bei welcher der Störstellenquellenfilm 4 nach Bestrahlung mit einem Lichtpuls in einer Menge einer Filmdicke, die, in Bezug auf eine gewisse Energiedichte F, zumindest einer Atomlage entspricht, an der Oberfläche des Zielobjekts 2 verbleiben kann. Gleichzeitig ist es auch möglich, die kleinste Energiedichte F in Bezug auf eine gewisse Filmdicke tf einzustellen.
  • In einem Bereich in 2 an der linken Seite der geraden Linie maximaler Filmdicke L sind drei grafische Darstellungen b1 bis b3 als Beispiele dargestellt, deren Datenpunkte mit × markiert sind. Im Fall einer Kombination (F, tf) eines Werts einer Energiedichte F eines Lichtpulses und einer Filmdicke tf des Störstellenquellenfilms 4 (F, tf) , wie der drei grafischen Darstellungenb1 bis b3, ist es nicht möglich, eine gewünschte Laserdotierung auszuführen, anders als bei den vorangehenden drei grafischen Darstellungen a1 bis a3.
  • Von den drei grafische Darstellungen b1 bis b3, die mit × markiert sind, sind im Fall der grafischen Darstellung b2 in der Mitte und der grafischen Darstellung b1 an der rechten Seite die Energiedichten F in Bezug auf die Filmdicken tf zu groß oder die Filmdicken tf sind in Bezug auf die Energiedichten F zu klein. Selbst wenn es möglich ist, das Störstellenelement in die Oberfläche des Zielobjekts 2 zu dotieren, ist daher der Störstellenquellenfilm 4 nicht imstande, nach Bestrahlung mit einem Lichtpuls in einer Menge einer Filmdicke, die zumindest einer Atomlage entspricht, an der Oberfläche des Zielobjekts 2 zu verbleiben. Dann wird der Grad an vertieften Teilen M in 7 und Oberflächendefekten in der in 16A dargestellten Störstelleneinbringungsregion 2a auffällig.
  • Wenn dann eine Halbleitervorrichtung durch Bereitstellen von Elektroden auf der Oberfläche des Zielobjekts 2 in einem anschließenden Prozess hergestellt wird, werden eine Verringerung in einem Vorwärtsstromwert und eine Erhöhung im Umkehr-Vorspannungsleckstrom verursacht. Somit ist die Halbleitervorrichtung nicht imstande, ausreichende Eigenschaften aufzuweisen. Ferner wird von den drei grafischen Darstellungen b1 bis b3, die mit × markiert sind, im Falle der grafischen Darstellung b3 an der linken Seite die Energiedichte F eines Lichtpulses kleiner als der untere Grenzwert. Mit anderen Worten, ein Prozessfenster w wird durch Verwendung der geraden Linie maximaler Filmdicke L spezifiziert und eine Energiedichte F eines Lichtpulses und eine Filmdicke tf des Störstellenquellenfilms 4 werden eingestellt. Somit werden die vertieften Teile M nicht übermäßig auf der Oberfläche des Zielobj ekts 2 gebildet und selbst wenn ein Oberflächendefekt erzeugt wird, liegt ein Grad des Defekts in einem gewissen zulässigen Bereich.
  • Daten einer Filmdicke tf, die durch die Arithmetik- und Steuereinheit 30 berechnet werden, werden in das Filmdickensteuerteil 31 eingegeben. Gleichzeitig werden Daten der Bestrahlungszeit τ und einer Energiedichte F, wie auch Daten, die anzeigen, dass die Anzahl von Pulsen eins ist, die indieArithmetik-undSteuereinheit 30 eingegeben werden, in das Lichtquellensteuerteil 32 eingegeben. Es ist auchmöglich, eine Anzeigevorrichtung (nicht dargestellt) mit der Arithmetik- und Steuereinheit 30 zu verbinden, so dass Daten einer Filmdicke tf, einer Bestrahlungszeit τ, einer Energiedichte F, der Anzahl von Pulsen und so weiter, angezeigt werden.
  • Das Filmdickensteuerteil 31 steuert die Spannung der Energiequelle 15 und den Betrieb des Gaseinbringungsventils 16 und der Vakuumpumpe 17 im Filmbildungsapparat 10, so dass der Störstellenquellenfilm 4 mit einer eingegebenen Filmdicke tf auf dem Zielobjekt 2 gebildet wird. Das Lichtquellensteuerteil 32 steuert den Betrieb des Strahleinstellungssystems 33, so dass die überstreichende Lichtpulsbestrahlung mit einer Energiedichte F, der Anzahl von Pulsen und Bestrahlungszeit τ wie eingegeben durchgeführt wird.
  • - Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform -
  • [Beispiel 1]
  • Anschließend wird ein Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 3 und 4 bis 12 erklärt. Zunächst wird in Schritt S1 in 3 das Zielobjekt 2 vorbereitet, in dem die n-Typ-Epi-Schicht 22 auf der oberen Seite eines n+-Typ-Halbleitersubstrats 21 gebildet wird, wie in 4 dargestellt. Wie durch eine Zwei-Punktlinie im Inneren des Filmbildungsapparats 10 in 1 dargestellt, wird das Zielobjekt 2 so montiert und befestigt, dass eine obere Oberfläche des Zielobjekts 2 der Seite des Ziels 14 zugewandt ist.
  • Anschließend werden in Schritt S2 eine Art von Störstellenelement, eine Bestrahlungszeit τ pro Puls, und eine Energiedichte F des Laserstrahls 6 in der Datenspeichereinheit 42 durch die Eingabeeinheit 41 gespeichert. Schritt S2 kann vor Schritt S1 ausgeführt werden. Es wird angenommen, dass das Störstellenelement Al ist, die Bestrahlungszeit τ = 50 ns und die Energiedichte F = 4,0 J/cm2. Ebenso werden für eine Wärmediffusionslänge α und einen Korrekturkoeffizienten β in Formel (1) Werte zuvor auf die vorangehenden 4,4 × 103 Nanometer bzw. 5350 Nanometer eingestellt.
  • In Schritt S3 liest die Arithmetik- und Steuereinheit 30 die Bestrahlungszeit τ pro Puls, die Energiedichte F des Laserstrahls 6, die Wärmediffusionslänge α und des Korrekturkoeffizienten β aus der Datenspeichereinheit 42 und berechnet die Filmdicke tf des Störstellenquellenfilms 4 wie folgt unter Verwendung von Formel (1). t f ( F = 4,0,  ns = 50 ) < 4,4 × 10 3 ⋅ ln ( 4,0 ) ) − 5350 < 750 Nanometer
    Figure DE102016103350B4_0013
  • Dann stellt die Arithmetik- und Steuereinheit 30 die Filmdicke tf als eine Filmbildungsbedingung in einem folgenden Filmbildungsschritt ein. In diesem Beispiel 1 ist die Filmdicke tf = 240 Nanometer.
  • Als Bestrahlungsbedingungen in einem Bestrahlungsschritt des Laserstrahls 6 wird eingestellt, dass die Anzahl von Pulsen ein Stoß ist, die Bestrahlungszeit τ = 50 ns und die Energiedichte F = 4, 0 J/cm2. Dann wird die eingestellte Filmdicke tf = 240 Nanometer an das Filmdickensteuerteil 31 des Filmbildungsapparats 10 ausgegeben und gleichzeitig werden die Anzahl von Pulsen = eins, die Bestrahlungszeit τ = 50 ns und die Energiedichte F = 4,0 J/cm2 an das Lichtquellensteuerteil 32 des Lichtbestrahlungsapparats 20 ausgegeben.
  • Anschließend steuert das Filmdickensteuerteil 31 des Filmbildungsapparats 10 in Schritt S4 die Spannung zwischen der unteren Elektrode 12a und dem Ziel 14 und den Betrieb des Gaseinbringungsventils 16 und der Vakuumpumpe 17 und bildet den Störstellenquellenfilm 4, der aus einem Al-Dünnfilm mit der Filmdicke tf = 240 Nanometer besteht, auf der oberen Oberfläche der Epi-Schicht 22 des Zielobjekts 2, wie in 5 dargestellt.
  • Anschließend wird das Zielobjekt 2, auf dem der Störstellenquellenfilm 4 gebildet ist, aus dem Filmbildungsapparat 10 genommen und zum Lichtbestrahlungsapparat 20 befördert und dann auf der Auflage 12b so montiert und befestigt, dass eine obere Oberfläche des Störstellenquellenfilms 4 der Seite des Strahleinstellungssystems 33 zugewandt ist. Der Lichtbestrahlungsapparat 20 wird in der Atmosphäre bei Raumtemperatur angeordnet. Dann wird das Strahleinstellungssystem 33 um ein bestimmtes Maß in X-Richtung und Y-Richtung bewegt, so dass die Position der Referenzmarke mit einer optischen Achse des Laserstrahls 6 übereinstimmt. Die Referenzmarke entspricht einer anfänglichen Zielbestrahlungsposition, wo das Störstellenelement in die Epi-Schicht 22 dotiert wird, die sich auf dem Zielobjekt 2 befindet.
  • Anschließend steuert das Lichtquellensteuerteil 32 des Lichtbestrahlungsapparats 20 den Betrieb des Strahleinstellungssystems 33, so dass eine Bestrahlung mit dem Laserstrahl 6 mit der Anzahl von Pulsen = eins, der Bestrahlungszeit τ = 50 ns und der Energiedichte F = 4,0 J/cm2 durchgeführt wird, die eingestellt wurden. Wie in 6 dargestellt, wird dann in Schritt S5 die obere Oberfläche der Epi-Schicht 22 des Zielobjekts 2 mit einem Lichtpuls des Laserstrahls 6 durch den Störstellenquellenfilm 4 bestrahlt. Für den Laserstrahl 6 wird zum Beispiel ein 248 Nanometer (KrF) Excimerlaser verwendet und der Strahl wird so gebildet, dass die Bestrahlungsregion eine quadratische Form von 350 Mikrometern im Quadrat in einer ebenen Struktur annimmt.
  • Zu diesem Zeitpunkt ist die Energiedichte F des Lichtpulses zur Bestrahlung 4,0 J/cm2, was ein Hochenergiezustand ist. Daher wird in der Bestrahlungsregion des Störstellenquellenfilms 4, die mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, Al dramatisch aktiviert und geschmolzen undAl im Inneren der Epi-Schicht 22 in der Grenz fläche mit der Epi-Schicht 22 eingebracht. Ebenso wird ein Wolke 24 aufgrund der Ablation auf der Oberfläche des Störstellenquellenfilms 4 an der Seite des Laserstrahls 6 erzeugt und Al in der Peripherie der Bestrahlungsregion gestreut und eine Schmelzflussregion um die Bestrahlungsregion erzeugt. Infolgedessen, wie in 7 dargestellt, ist in der Bestrahlungsregion S die Filmdicke tf des Störstellenquellenfilms 4 verringert, und ein Teil von Al steigt in einem Teil einer Region nahe einer Grenze zwischen der Bestrahlungsregion S und einer Nicht-Bestrahlungsregion.
  • Nach der Lichtpulsbestrahlung wird im Inneren des Störstellenquellenfilms 4 der Bestrahlungsregion S auch ein Teil der oberen Oberfläche des Zielobjekts 2 aufgrund einer Bestrahlung mit dem Hochenergielichtpuls abgetragen und die mehreren vertieften Teile M (Stufen), die einen Oberflächendefekt des Zielobjekts 2 ausmachen, werden in verschiedenen Tiefen gebildet. Da jedoch die Behandlungen in Schritten S2 und S3 im Voraus durchgeführt werden, wird eine Verteilung der vertieften Teile M, die in der Bestrahlungsregion S gebildet werden, gesteuert. Die maximale Tiefe d der vertieften Teile M von der Oberfläche der Epi-Schicht 22 ist etwa 120 Nanometer bis 200 Nanometer.
  • Ferner werden mehrere vorstehende Teile 3 an einer Innenseite der vertieften Teile M gebildet. Die vorstehenden Teile 3 werden durch die vertieften Teile M an die Oberfläche der Epi-Schicht 22 geheftet und ragen mit unterschiedlichen Höhen nach oben. Eine maximale Höhe h der von der Oberfläche der Epi-Schicht 22 vorstehenden Teile 3 ist etwa 120 Nanometer bis 200 Nanometer. In der Bestrahlungsregion S des Lichtpulses wird ein Teil des Störstellenquellenfilms 4 abgeschieden und verbleibt mit einer gewissen Dicke, um die mehreren vorstehenden Teile 3 zu bedecken, so dass eine Dicke, die zumindest einer Atomlage entspricht, auf der Oberfläche der Störstelleneinbringungsregion 2a nach der Lichtpulsbestrahlung verbleibt. Daher, wie in the Draufsicht in einem SEM-Bild in 8A dargestellt, ist ein heller Metallglanz des verbleibenden Al-Dünnfilms an einer Innenseite eines Umrisses eines Stoßes erkennbar, der in einer im Allgemeinen quadratischen Form in der Zeichnung dargestellt ist. An einer Außenseite des Umrisses des Stoßes zeigt ein schwärzlicher Farbton Al und so weiter, das aufgrund einer Ablation von Al nach der Lichtpulsbestrahlung geschmolzen wird und um die Bestrahlungsregion fließt.
  • 8B ist ein SEM-Bild einer oberen Oberfläche einer Bestrahlungsregion für den Fall, dass eine Dotierung unter denselben Bestrahlungsbedingungen des Laserstrahls 6 in dem Fall ausgeführt wird, in dem die Filmdicke tf des Störstellenquellenfilms 4 240 Nanometer ist, mit der Ausnahme, dass die Filmdicke tf des Störstellenquellenfilms 4 480 Nanometer ist. Ähnlich wie in der Draufsicht in 8A ist ein heller Metallglanz eines verbleibenden Al-Dünnfilms nach einer Lichtpulsbestrahlung an einer Innenseite eines Umrisses eines Stoßes dargestellt. Ebenso ist an einer Außenseite des Umrisses des Stoßes Al, das aufgrund einer Ablation von Al geschmolzen wird und um die Bestrahlungsregion fließt, in einem noch stärker schwärzlichen Farbton als im Fall von 8A dargestellt. Schnittformen der in 7 dargestellten vertieften Teile M sind zur Erklärung schematisch dargestellt und schränken tatsächliche Formen nicht ein. Ebenso sind Schnittformen der vorstehende Teile 3 als ein Beispiel dargestellt und tatsächliche Formen können verschiedene geometrische Formen aufweisen, einschließlich einer im Allgemeinen säulenartigen Form, einer im Allgemeinen dreieckigen Pyramidenform und anderer Prismaformen.
  • Anschließend wird in Schritt S6, für den Fall, dass der Störstellenquellenfilm 4 Al ist, der Störstellenquellenfilm 4, der auf der Oberfläche der Epi-Schicht 22 des Zielobjekts 2 verbleibt, unter Verwendung heißer Phosphorsäure (H3PO4) und so weiter entfernt, wie in 9 dargestellt. In der Draufsicht eines SEM-Bildes in 10A ist ein schwärzlicher Farbton in Abstufung an der Innenseite der Bestrahlungsregion dargestellt, der zeigt, dass der verbleibende Störstellenquellenfilm 4 im Allgemeinen entfernt wurde und die vorstehenden Teile 3 angeheftet sind und auf dem Zielobjekt 2 verbleiben.
  • 10B ist eine Draufsicht eines SEM-Bildes nachdem der Störstellenquellenfilm4, der nach einer Lichtpulsbestrahlung verbleibt, unter Verwendung heißer Phosphorsäure und so weiter, ähnlich wie im Fall von 10A, von der oberen Oberfläche der Bestrahlungsregion des Zielobjekts 2 im Fall von 8B entfernt wurde (die Filmdicke tf des Störstellenquellenfilms 4 = 480 Nanometer) . Ähnlich der Draufsicht von 10A sind der Farbton und die Abstufung an der Innenseite der Bestrahlungsregion in demselben Grad wie jene im Fall der Filmdicke tf = 240 Nanometer dargestellt, was zeigt, dass der verbleibende Störstellenquellenfilm 4 im Allgemeinen entfernt wurde und die vorstehenden Teile 3 angeheftet sind und auf dem Zielobjekt 2 verbleiben.
  • In der schwärzlichen Region in der Mitte von 10A sind die mehreren vorstehenden Teile 3 bei hoher Dichte gepackt, wie in einer vergrößerten Ansicht in 11A dargestellt. Wenn wie in einer Ansicht eines Energiespektrums in 11B dargestellt, eine AES-Analyse an Abschnitt A im vorstehenden Teil 3 in 11A durchgeführt wird, ist klar, dass der vorstehende Teil 3 ein auf Si basierendes Reaktionsprodukt ist, das Al enthält. Wie ferner in einer Ansicht des Energiespektrums in 11C dargestellt, ist es auch klar, dass ein auf Si basierendes Reaktionsprodukt, das Al enthält, in einer Region abgeschieden wird, die durch Abschnitt B dargestellt ist, die zwischen den mehreren vorstehenden Teilen 3 und tiefer als der vorstehende Teile 3 in 11A positioniert ist.
  • Anschließend wird in Schritt S7 die Oberfläche der Epi-Schicht 22 durch Plasmaätzen und so weiter unter Verwendung von beispielsweise Tetrafluoromethan (CF4) für etwa 20 Minuten behandelt, wodurch die vorstehenden Teile 3, die auf der Oberfläche des Zielobjekts 2 haften, entfernt werden. Aufgrund der Entfernung der vorstehenden Teile 3 werden die mehreren vertieften Teile M auf der Oberfläche der Epi-Schicht 22 freigelegt, wie in 12 dargestellt, und das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform endet.
  • Wie in 13 dargestellt, ist es mit dem vorangehendenVerfahren zumEinbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform möglich, Al bei einer Konzentration von etwa 6 × 1021 cm-3 oder höher, die die Mischkristallkonzentration von 4H-SiC übersteigt, in der äußersten Oberfläche der Epi-Schicht 22 und an einer Position in einer Tiefe von nahezu 100 Nanometern im Inneren der Epi-Schicht 22 einzubringen. An einer Tiefenposition von etwa 50 Nanometern von der Oberfläche der Epi-Schicht 22 ist es möglich, Al bei etwa 1 × 1020 cm-3 einzubringen, was nahe der Mischkristallkonzentration von 4H-SiC ist. In diesem Zusammenhang, wie durch eine Ortslinie, die eine Ionenstärke von Si angibt, in 13 dargestellt, ist eine Konzentration von Si durch eine Position in der Tiefe von etwa 50 Nanometern von der Oberfläche der Epi-Schicht 22 signifikant verringert, was zeigt, dass eine Verbindung von Al und Si, wie eine Legierung oder ein Gemisch aus Al und Si, in einer Region nahe der Oberfläche des Zielobjekts 2 gebildet ist.
  • Als Referenzwert zeigt eine gebrochene Linie in 13 ein SIMS-Messergebnis für den Fall, dass Al in einer flüssigen Phase in 4H-SiC durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl 6 bei einer Energiedichte F von 4,5 J/cm2 in einer wässrigen Aluminiumchlorid- (AlCl3) Lösung eingebracht wird. Andere Bedingungen und Verfahren bezüglich einer Dotierung in einer Lösung beruhen auf jenen, die in einer Nicht-Patentliteratur „Phosphorus doping of 4H-SiC by liquid immersion excimer laser irradiation“ von Ikeda Akihiro et al., Applied Physics Letters, 102, 052104-1 bis 052104-4 (Januar 2013), und so weiter beschrieben sind.
  • Wie in 13 dargestellt, ist eine Konzentration in der Oberfläche von 4H-SiC aus der Dotierung unter Verwendung der wässrigen AlCl3-Lösung 2 × 1020 cm-3 oder weniger und die Eindringungstiefe in das Zielobjekt 2 ist nahezu 40 Nanometer. Es ist daher klar, dass eine Laserdotierung aus einer Festphase unter Verwendung eines Al-Dünnfilms imstande ist eine tiefere Dotierung bei einer höheren Konzentration im Vergleich zu einer Dotierung aus einer Flüssigphase zu erreichen. Ferner werden Eigenschaften einer pn-Übergangsdiode, die durch eine P++-Typ Störstelleneinbringungsregion 2a, die durch Dotierung von Al in 4H-SiC gebildet wird, und eine Region der Oberfläche der n--Typ Epi-Schicht 22 gebildet wird, gemessen, indem eine Wolframsonde mit der Störstelleneinbringungsregion 2a in Kontakt gebracht wird. Die Wolframsonde hat eine ohmsche Kontakteigenschaft mit der Störstelleneinbringungsregion 2a. Wie in 14A dargestellt, war eine anfängliche Spannung der pn-Übergangsdiode nahezu 2,5 V, was etwa die interne Spannung von 4H-SiC ist, das als Zielobjekt 2 dient. Wie in 14B dargestellt, hat ein Ein/Aus-Verhältnis der pn-Übergangsdiode eine etwa vierstellige Gleichrichtungseigenschaft, was bestätigt, dass ein ausreichender pn-Übergang gebildet ist.
  • (Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß einem Vergleichsbeispiel)
  • 15 zeigt ein SEM-Bild einer oberen Oberfläche eines Zielobjekts2, in der eine P-Typ-Störstelleneinbringungsregionin 4H-SiC durch Verwendung eines Verfahrens zum Einbringen von Störstellen gemäß einem Vergleichsbeispiel gebildet ist. 15 ist ein Bild des Vergleichsbeispiels, entsprechend 8, die die obere Oberfläche des Zielobj ekts 2 in dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In dem Vergleichsbeispiel wird eine Dotierung unter Verwendung einer Kombination aus einer Energiedichte F und einer Filmdicke tf durchgeführt, mit Ausnahme des Prozessfensters w, das in der oberen rechten Seite in 2 zwischen der geraden Linie einer maximalen Filmdicke L und der Punktlinie dargestellt ist, die die untere Grenze der Filmdicke in 2 darstellt. Die anderen Einbringungsbedingungen sind ähnlich jenen im Fall der Filmdicke tf = 240 Nanometer.
  • 15A ist eine Draufsicht für den Fall der grafischen Darstellung c1, die in 2 mit + markiert ist (die Filmdicke tf = 120 Nanometer). Nach einer Lichtpulsbestrahlung mit der Energiedichte F = 4,0 J/cm2 ist die Innenseite des Umrisses des Stoßes in einem schwärzlichen Farbton verfärbt und es zeigt sich kein Metallglanz. Es ist daher klar, dass der Störstellenquellenfilm 4 nicht verbleibt. An der Außenseite des Umrisses des Stoßes sind Spuren von Al dargestellt, das nach einer Lichtpulsbestrahlung geschmolzen und geflossen ist. In diesem Fall, wie in einer Draufsicht in 16A dargestellt, bildet sich ein Verfärbungszustand über einen breiten Bereich der Bestrahlungsregion und eine große Menge an vertieften Teilen M und vorstehenden Teile 3 wird gebildet und ist weit verteilt.
  • 15B ist eine Draufsicht für den Fall der obersten grafischen Darstellung b1 (die Filmdicke tf = 810 Nanometer) von den drei grafischen Darstellungen b1 bis b3, die in 2 mit × markiert sind, und die Innenseite des Umrisses des Stoßes ist in einem extremen schwärzlichen Farbton verfärbt und ein Metallglanz ist sichtbar. An der Außenseite des Umrisses des Stoßes, sind keine Spuren von Al dargestellt, das nach einer Lichtpulsbestrahlung geschmolzen und geflossen ist. In diesem Fall, wie in einer Draufsicht in 16B dargestellt, ist die obere Oberfläche des Zielobjekts 2 überhaupt nicht verfärbt und es sind keine vertieften Teile M und vorstehenden Teile 3 gebildet.
  • Hier wurden bei den Fällen, in welchen die Filmdicke tf = 240 Nanometer und 480 Nanometer gemäß der ersten Ausführungsform ist, und bei dem Fall, in dem die Filmdicken tf = 120 Nanometer und 810 Nanometer gemäß dem Vergleichsbeispiel ist, Strom gemessen, während eine unterschiedliche Spannung angelegt wurde, und die Diodeneigenschaft überprüft. Wie in 17A dargestellt, war in jedem der Fälle, in welchen die Filmdicke tf = 240 Nanometer und 480 Nanometer war, ein Grad eines Oberflächendefekts besser begrenzt als in dem Fall, in welchem die Filmdicke tf = 120 Nanometer war. Daher war der Leckstrom beim Anlegen einer Umkehrspannung gering. Wie in 17B dargestellt, konnte in jedem der Fälle, in welchen die Filmdicke tf = 240 Nanometer und 480 Nanometer war, Vorwärtsstrom größer sein als in dem Fall, in dem die Filmdicke tf = 120 Nanometer war. In dem Fall, in dem die Filmdicke tf = 810 Nanometer war, wurde die Wolframsonde mit der Oberseite der Bestrahlungsregion in Kontakt gebracht, um Strom zu messen. Selbst mit hoher Spannung j edoch wurde Strom nur auf Pikoampere- (pA) Niveau erfasst und die Bestrahlungsregion auf der Oberfläche des Zielobjekts 2 war kaum dotiert.
  • Mit dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform wird eine Bestrahlung bei Raumtemperatur und unter atmosphärischem Druck bei einer Energiedichte F pro Stoß des Lichtpulses in einem Hochenergiezustand durchgeführt, der dramatisch höher als zuvor ist. Dann wird die Gittervibration der Lichtpulsbestrahlungsregion des Störstellenquellenfilms 4 aktiviert und die Temperatur sofort erhöht. Gleichzeitig wird die Gittervibration nahe der Grenzfläche zwischen der Epi-Schicht 22 von 4H-SiC, die als Zielobjekt 2 dient, und dem Störstellenquellenfilm 4 aktiviert und die Temperatur wird erhöht, so dass eine Ablation der Oberfläche der Epi-Schicht 22 beginnt. Somit wird ein Einbringen von Störstellenelementen in die Oberfläche der 4H-SiC-Epi-Schicht 22 pro Stoß unter atmosphärischem Druck gefördert.
  • Mit dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform wird die Dicke des Störstellenquellenfilms 4 vor der Lichtpulsbestrahlung auf ein Niveau gestellt, das dem Störstellenquellenfilm 4 ermöglicht, nach einer Lichtpulsbestrahlung zu verbleiben, indem berücksichtigt wird, dass ein Zustand des Oberflächendefekts (Rauheit) der Epi-Schicht 22 unter dem Störstellenquellenfilm 4 aufgrund eines Einflusses eines Hochenergielichtpulses auftritt, wenn die Energiedichte F pro Stoß des Lichtpulses erhöht wird. Dann wird der Störstellenquellenfilm 4 auf der Oberfläche der Epi-Schicht 22 gebildet. Selbst wenn daher der Störstellenquellenfilm 4 mit einem Hochenergielichtimpuls bestrahlt wird, bleibt der Störstellenquellenfilm 4 auf der Oberfläche der Epi-Schicht 22 nach der Bestrahlung, wodurch der Oberflächendefektzustand der Epi-Schicht 22 innerhalb eines gewissen zulässigen Bereichs gesteuert wird.
  • Infolgedessen ist es mit dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform, möglich, Störstellenelemente bei einer hohen Konzentration des Störstellenelements in einem Niveau einer späteren Hälfte von 1 × 1021, was viel höher als eine normale Mischkristallkonzentration von 4H-SiC ist, auf der Oberfläche der 4H-SiC-Epi-Schicht 22 einzubringen, die als das Zielobjekt 2 dient. Gleichzeitig ist es auch möglich, Al bei etwa 1 × 1020 cm-3 oder höher von der Oberfläche des Zielobjekts 2 durch eine Position in einer Tiefe von etwa 50 Nanometern einzubringen. Ferner ist es an einer Position in der Tiefe von 50 Nanometern oder tiefer möglich, Al zu einer Tiefe auf einem Niveau von 100 Nanometern von der Oberfläche einzubringen.
  • In dieser Hinsicht, wenn Ionen des Störstellenelements bei hoher Spannung beschleunigt und in Kristall implantiert werden, ist es selbst in einem Bereich von einer Oberfläche eines Substrats zu einer Tiefe von 30 Nanometern schwierig, Störstellen bei 1019 cm-3 oder höher zu implantieren. Mit dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform werdenobere Grenzwerte zur Einbringung durch die Verwendung des Ionenimplantationsverfahrens hinsichtlich sowohl einer Konzentration an einer äußersten Oberfläche wie auch einer Eindringungstiefe überschritten. Ferner ist das Verfahren zumEinbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform dahingehend vorteilhaft, dass sowohl eine Wärmebehandlung eines Zielobjekts vor einer Ionenimplantation wie auch ein Hochtemperaturtempern nach der Ionenimplantation, die für das Ionenimplantationsverfahren notwendig sind, unterlassen werden können.
  • Üblicherweise, wenn Störstellenelemente als eine Festphasen-Einbringungsquelle auf einem Zielobjekt 2 aus 4H-SiC vorgesehen sind und mit einem Laserstrahl 6 zur Laserdotierung bestrahlt werden, wird die Laserdotierung in einem Niederdruckzustand von etwa 6,7 × 10-5 Pa durchgeführt. Mit dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform ist es jedoch möglich, Störstellenelemente selbst unter atmosphärischem Druck einzubringen. Daher entfallen Anlagen- und Arbeitsaufwandbelastungen zur Erzeugung eines Niederdruckzustands und es ist möglich, eine Laserdotierung einfacher und rascher als zuvor auszuführen.
  • - Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform -
  • Ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 4 bis 7, 9, 12 und 18 erklärt, die zur Erklärung des Verfahrens zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform verwendet werden. Zum Beispiel, wie ähnlich in 4 dargestellt, wird ein Zwischenprodukt mit der Epi-Schicht 22, die als erste Halbleiterregion vom ersten Leitfähigkeitstyp dient, als das Zielobjekt 2 vorbereitet. Im Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wird der N-Typ als der erste Leitfähigkeitstyp gewählt und der P-Typ, der dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, wird als der zweite Leitfähigkeitstyp gewählt. Danach, wie ähnlich in 5 dargestellt, wird der Störstellenquellenfilm 4, der ein Störstellenelement vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthält, auf der oberen Oberfläche der ersten Halbleiterregion des ersten Leitfähigkeitstyps auf der Seite der N-Typ Epi-Schicht 22 gebildet.
  • Anschließend, wie ähnlich in 6 dargestellt, wird die obere Oberfläche der Epi-Schicht 22, die die erste Halbleiterregion ist, mit einem Lichtpuls des Laserstrahls 6 durch den Störstellenquellenfilm 4 überstreicht und bestrahlt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die obere Oberfläche der Epi-Schicht 22 mit dem Laserstrahl 6 überstrichen undbestrahlt wird, wird ein Störstellenelement vom zweiten Leitfähigkeitstyp in einen oberen Teil der Epi-Schicht 22 eingebracht, eine zweite Halbleiterregion 2a vom P++-Typ wird selektiv in einer gewünschten Struktur gebildet, wodurch ein pn-Übergang erhalten wird. Ein Überstreichen kann durch Bewegen der X-Y-Bewegungsplattform 23 ausgeführt werden, wie durch den doppelseitigen Pfeil im Inneren der X-Y-Bewegungsplattform 23 in 1 dargestellt, oder durch Bewegen des Strahleinstellungssystems 33. Eine Strukturierung der zweiten Halbleiterregion 2a kann wie folgt ausgeführt werden. Der Störstellenquellenfilm 4 wird im Voraus in einer gewünschten Struktur auf der Oberfläche der Epi-Schicht 22 gebildet und eine überstreichende Bestrahlung wird entlang der Struktur auf dem Film durchgeführt. Alternativ kann der Störstellenquellenfilm 4 auf der gesamten Oberfläche der Epi-Schicht 22 gebildet werden und dann kann die überstreichende Bestrahlung entlang einer gewünschten Struktur durchgeführt werden.
  • Anschließend, wie ähnlich in 9 gezeigt, wird der auf der Oberfläche der Epi-Schicht 22 verbleibende Störstellenquellenfilm 4 entfernt und danach, wie ähnlich in 12 dargestellt, werden die vorstehenden Teile 3, die an der Oberfläche der Epi-Schicht 22 haften, entfernt, wodurch die zweite Halbleiterregion 2a freigelegt wird. Dann, wie in 18 dargestellt, wird ein Anodenelektrodenfilm 7, wie ein laminierter Film aus zum Beispiel Nickel (Ni), Titan (Ti) und Al, der in ohmschem Kontakt mit der zweiten Halbleiterregion 2a steht, verbunden und auf der Oberseite der freiliegenden zweiten Halbleiterregion 2a gebildet. An einer Rückseite des Halbleitersubstrats 21 wird ein Kathodenelektrodenfilm 8 gebildet, der zum Beispiel aus Ni besteht.
  • Danach wurde ein Tempern in Vakuum etwa sechs Minuten bei 875°C durchgeführt, wodurch der Anodenelektrodenfilm 7 als ein Elektrodenfilm aus zum Beispiel Ti3Si3C2 hergestellt wurde. Somit endet das Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Im Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, ist es möglich, verschiedene Arten von Halbleitervorrichtungen herzustellen, indem verschiedene Arten von einzubringenden Störstellenelementen, unterschiedliche Dichten und unterschiedliche zu bildende Bestrahlungsmuster kombiniert werden.
  • Mit dem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wird die Filmdicke tf des Störstellenquellenfilms 4 eingestellt, um einen Defektzustand auf der Oberfläche des Zielobjekts 2 zu erzeugen und es ist somit möglich, das Problem zu beheben, das durch die Verwendung eines Hochenergielichtimpulses erzeugt wird. Ebenso werden sowohl eine Erhöhung in der Geschwindigkeit einer Laserdotierung eines Festphasen-Störstellenelements wie auch eine höhere Qualität einer Halbleitervorrichtung erreicht. Selbst mit einem einzigen Stoß eines Lichtpulses ist es möglich eine Einbringungsregion von Störstellenelementen in ausreichender Tiefe und eine Oberflächenkonzentration zu bilden, die eine Mischkristallkonzentration übersteigt. Daher sind Arbeitsstunden, die zum Strukturieren einer Halbleiterregion erforderlich sind, signifikant verringert und gleichzeitig werden Halbleitervorrichtungen, die eine gewisse Qualität aufrechterhalten, effizient in Masse produziert.
  • Ferner wird mit dem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform eine Halbleiterregion durch Einbringen von Störstellenelementen von der Oberfläche des Zielobjekts 2 zu einer sehr tiefen Position und bei einer hohen Konzentration gebildet. Daher ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung zu erhalten, die als Halbleitervorrichtung für Leistungshalbleiter und so weiter geeignet ist, in der ein großer Strom verwendet wird.
  • (Das erste modifizierte Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform)
  • Im Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wurde ein beispielhafter Fall erklärt, wobei das Zwischenprodukt mit der ersten Halbleiterregion des ersten Leitfähigkeitstyps (N-Typ) als das Zielobjekt 2 dient und das P++-Typ Störstellenelement in die N-Typ Epi-Schicht 22 des Zielobjekts 2 eingebracht wird. Im Gegensatz dazu, wie in 19 bis 22 dargestellt, wird zum Beispiel in einem Zwischenprodukt mit einer ersten Halbleiterregion vom zweiten Leitfähigkeitstyp (P-Typ) als Basisschicht 73 eine zweite Halbleiterregion vom P++-Typ als eine Basiskontaktregion 74a im Inneren der P-Typ Basisschicht 73 bei einer höheren Konzentration als jener der Basisschicht 73 gebildet. Somit ist es möglich, einen Teil eines Herstellungsverfahrens für einen MOSFET zu strukturieren.
  • In diesem Fall, wie in 19 dargestellt, wird zunächst ein Zwischenprodukt vorbereitet, das durch Bilden einer N--Typ-Driftschicht 72 durch Epitaxialwachstum auf einer Drainregion 71 und ferner Bilden der P-Typ Basisschicht 73 auf der Driftschicht 72 durch kontinuierliches Epitaxialwachstum gebildet wird. Danach, wie in 20 dargestellt, wird ein Störstellenquellenfilm 74, der ein Störstellenelement des zweiten Leitfähigkeitstyps enthält, auf einer oberen Oberfläche der Basisschicht 73 des zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet, so dass eine Filmdicke tf erhalten wird, die unter Berücksichtigung von Bestrahlungszeit τ und einer Energiedichte F pro Lichtpuls festgesetzt wird.
  • Anschließend wird der Störstellenquellenfilm 74 mit einem Lichtpuls eines Laserstrahls 6 durch den Störstellenquellenfilm 74 bestrahlt. Zu diesem Zeitpunkt wird die obere Oberfläche der Basisschicht 73 mit dem Laserstrahl 6 überstrichen und bestrahlt, das Störstellenelement des zweiten Leitfähigkeitstyps wird in einen oberen Teil der Basisschicht 73 eingebracht und die P++-Typ-Basiskontaktregion 74a wird selektiv in einem gewünschten Muster bei einer höheren Konzentration als jene der Basisschicht 73 gebildet. Verfahren zum Überstreichen mit dem Laserstrahl 6 und Strukturieren der Basiskontaktregion 74a beruhen auf dem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung, das in 6 dargestellt ist, und so weiter.
  • Anschließend wird der Störstellenquellenfilm 74, der auf den Oberflächen der Basisschicht 73 und der Basiskontaktregion 74a verbleibt, entfernt. Danach, wie in 21 dargestellt ist, werden vorstehende Teile 3 entfernt, die ander Oberfläche der Basiskontaktregion 74a haften. Anschließend, nach Schritten zur Bildung einer Source-Region, Bilden einer U-förmigen Rille, die durch die Basisschicht 73 läuft, Bilden eines Gate-Isolationsfilms an einer Innenseite der U-förmigen Rille, Bilden einer Gate-Elektrode an der Oberseite des Gate-Isolationsfilms undsoweiter, die nicht dargestellt sind, wird ein Source-Elektrodenfilm 75 auf der freiliegenden Basisschicht 73 und Basiskontaktregion 74a gebildet, wie in 22 dargestellt ist. Der Source-Elektrodenfilm 75 ist zum Beispiel ein laminierter Film aus zum Beispiel Ni, Ti und Al und hat einen ohmschen Kontakt mit der Basisschicht 73 und der Basiskontaktregion 74a. Dann wird ein Drain-Elektrodenfilm (nicht dargestellt) an einer Rückseite der Drainregion 71 gebildet. Somit endet der Herstellungsprozess für einenMOSFET, der eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ist.
  • Mit dem Herstellungsverfahren für einen MOSFET unter Verwendung des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß dem ersten modifizierten Beispiel ist es möglich, die Basiskontaktregion 74a rasch im Inneren der Basisschicht 73 auf der Oberfläche des Zwischenprodukts bei einer extrem höheren Konzentration im Vergleich zu jener der Basisschicht 73 zu bilden. Somit ist es möglich, einen MOSFET effektiv in Masse zu produzieren, während eine Qualität aufrechterhalten wird.
  • (Das zweite modifizierte Beispiel des Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform)
  • Wenn das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung (Diode) herzustellen, in der ein pn-Übergang parallel zu einer Hauptfläche durch Bilden von zweiten Halbleiterregionen vom P++-Typ 84a bis 84c bei einer hohen Konzentration in einem gewünschten willkürlichen Muster in einem oberen Teil einer epitaktischen Wachstumsschicht (Epi-Schicht) 82 gebildet wird, wie in 32 dargestellt. In der Folge wird hier anhand von 23 bis 33 eine Erklärung bezüglich eines Verfahrens gegeben, in dem ein Zwischenprodukt mit einer ersten Halbleiterregion eines ersten Leitfähigkeitstyps (N-Typ) als Epi-Schicht 82 vorbereitet wird und eine Störstelleneinbringungsmaske vorgesehen ist, um eine selektive Laserdotierung durchzuführen. Die Störstelleneinbringungsmaske hat eine erste Einbringungsstoppstruktur 83a, eine zweite Einbringungsstoppstruktur 83b und eine dritte Einbringungsstoppstruktur 83c zwischen einer N-Typ-Epi-Schicht 82 des Zwischenprodukts und dem Störstellenquellenfilm 84 als Barrieren, die selektiv eine Einbringung von Störstellenelementen hemmen.
  • Zunächst, wie in 23 dargestellt, wird das Zwischenprodukt vorbereitet, das die Epi-Schicht 82 enthält, die auf dem N+-Typ-Halbleitersubstrat 81 durch Epitaxialwachstum einer N-Typ-Halbleiterregion gebildet wird. Die Epi-Schicht 82 kann eine Konzentration von etwa 1 × 1016 cm-3 und eine Dicke von etwa 10 Mikrometern haben. Danach wird ein Dünnfilm aus Siliziumoxid (SiO2) auf einer oberen Oberfläche der Epi-Schicht 82 zum Beispiel durch plasmaverstärkte CVD (PECVD) gebildet. Dann wird ein Fotolackfilm auf dem gebildeten SiO2-Film aufgetragen, der aufgetragene Fotolackfilm wird mit einer Fotolithografietechnologie strukturiert. Der Dünnfilm wird unter Verwendung des strukturierten Fotolackfilms als Maske geätzt und somit zu einer gewünschten Struktur gebildet. Für den Fall, dass der Dünnfilm ein SiO2-Film ist, kann ein Ätzen zum Beispiel mit einer gepufferten Fluorwasserstoffsäure (BHF) ausgeführt werden, die eine wässrige Lösung ist, die Ammoniumfluorid (NH4F) und Fluorwasserstoff säure (HF) enthält.
  • Die Draufsicht (Aufsicht) in 24 zeigt einen beispielhaften Fall, wo eine Struktur, die eine ringförmige erste Einbringungsstoppstruktur 83a, eine ringförmige zweite Einbringungsstoppstruktur 83b und eine rahmenförmige dritte Einbringungsstoppstruktur 83c enthält, durch Ätzen eines Dünnfilms gebildet wird. Die ringförmige erste Einbringungsstoppstruktur 83a ist in der Mitte der Hauptfläche der Epi-Schicht 82 gebildet, die ringförmige zweite Einbringungsstoppstruktur 83b ist konzentrisch mit der ersten Einbringungsstoppstruktur 83a und an einer Außenseite der ersten Einbringungsstoppstruktur 83a durch einen Spalt gebildet, der als Einbringungsfensterteil dient. Die rahmenförmige dritte Einbringungsstoppstruktur 83c ist an einer Außenseite der zweiten Einbringungsstoppstruktur 83b durch einen Spalt gebildet, der als Einbringungsfensterteil dient. Die erste Einbringungsstoppstruktur 83a, die zweite Einbringungsstoppstruktur 83b und die dritte Einbringungsstoppstruktur 83c bilden eine „Störstelleneinbringungsmaske“ gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Der Spalt zwischen der ersten Einbringungsstoppstruktur 83a und der zweiten Einbringungsstoppstruktur 83b und der Spalt zwischen der zweiten Einbringungsstoppstruktur 83b und der dritten Einbringungsstoppstruktur 83c haben einen bestimmten Abstand und dienen jeweils als Fensterteile für ein selektives Einbringen von Störstellenelementen. Wie in 25 dargestellt, sind Teile der oberen Oberfläche der Epi-Schicht 82 in den entsprechenden Spalten freigelegt. Breiten der Spalte, die als die Fensterteile dienen und als Beispiele in 24 und 25 dargestellt sind, sind gleich zueinander und werden unter Berücksichtigung eines Dehnungszustandes von Verarmungsschichten festgesetzt, die aufgrund der pn-Übergänge der Epi-Schicht 82 und der zweiten Halbleiterregionen 84a bis 84c erzeugt werden. Daher sind die Breiten der Spalte in der Realität nicht auf die Beispiele begrenzt und können nach Bedarf geändert werden.
  • Anschließend, wie in 26 dargestellt, wird ein Störstellenquellenfilm 84, der ein Störstellenelement eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthält, auf der Epi-Schicht 82 durch die erste Einbringungsstoppstruktur 83a, die zweite Einbringungsstoppstruktur 83b und die dritte Einbringungsstoppstruktur 83c gebildet. Eine Filmdicke tf des Störstellenquellenfilms 84 wird unter Berücksichtigung der Bestrahlungszeit τ und einer Energiedichte F pro Stoß eines Lichtpulses festgesetzt. Für den Fall, dass das Störstellenelement Al ist, ist die Filmdicke tf zum Beispiel etwa 240 Nanometer. Die Dicke der Epi-Schicht 82 und die Dicke des Störstellenquellenfilms 84, wie in 26 dargestellt, sind der einfachen Erklärung wegen ungefähr gleich.
  • Anschließend, wie in 27 dargestellt, wird eine Bestrahlung mit einem Lichtpuls eines KrF-Excimerlasers, der als der Laserstrahl 6 dient, durch den Störstellenquellenfilm 84 in der Atmosphäre durchgeführt. Für den Fall, dass das Störstellenelement Al ist, ist die Energiedichte F des Lichtpulses zum Beispiel 4,0 J/cm2 und die Bestrahlungszahl ist einmal. Die Bestrahlung mit dem Lichtpuls wird während des Formens des Strahls durchgeführt, so dass ein Bestrahlungsbereich eines Stoßes ausnahmslos die gesamte Region an der Innenseite der Flamme der dritten Einbringungsstoppstruktur 83c enthält. 27 zeigt einen Zustand, in dem alle Oberflächen der ersten Einbringungsstoppstruktur 83a, der zweiten Einbringungsstoppstruktur 83b und der dritten Einbringungsstoppstruktur 83c mit dem Lichtpuls bestrahlt werden.
  • Aufgrund der Lichtpulsbestrahlung wird das P++-Typ-Störstellenelement selektiv in den oberen Teil der Epi-Schicht 82, der in dem Spalt zwischen der ersten Einbringungsstoppstruktur 83a und der zweiten Einbringungsstoppstruktur 83b freiliegt, durch den abgeschiedenen Störstellenquellenfilm 84 eingebracht. Ebenso wird das P++-Typ Störstellenelement selektiv in den oberen Teil der Epi-Schicht 82, der in dem Spalt zwischen der zweiten Einbringungsstoppstruktur 83b und der dritten Einbringungsstoppstruktur 83c freiliegt, durch den abgeschiedenen Störstellenquellenfilm 8 eingebracht.
  • Infolgedessen sind im oberen Teil der Epi-Schicht 82 obere Oberflächen der Halbleiterregionen 84a bis 84c, in welchen das P++-Typ-Störstellenelement selektiv eingebracht ist, und die obere Oberfläche der Epi-Schicht 82, in welcher das P++-Typ-Störstellenelement nicht eingebracht ist, abwechselnd in gleichen Abständen in einer konzentrischen ebenen Struktur dargestellt. Mit anderen Worten, eine Oberflächenstruktur ist auf dem oberen Teil der Epi-Schicht 82 strukturiert, wobei die Oberflächenstruktur eine N-Typ-Halbleiterregion und eine P-Typ-Halbleiterregion aufweist, die wiederholt innerhalb einer Ebene parallel zur Hauptfläche gebildet sind. Breiten der P++-Typ-Halbleiterregionen 84a bis 84c und Breiten der Spalte unter den P++-Typ-Halbleiterregionen 84a bis 84c können geändert und nach Bedarf festgesetzt werden.
  • Anschließend, wie in 28 dargestellt, wird ein Teil des Störstellenquellenfilms 84, der auf der ersten Einbringungsstoppstruktur 83a, der zweiten Einbringungsstoppstruktur 83b und der dritten Einbringungsstoppstruktur 83c verbleibt, unter Verwendung eines bestimmten Ätzmittels entfernt. Danach werden vorstehende Teile entfernt, wie jene, die in 9 dargestellt sind, die erzeugt werden und an den Oberflächen der P++-Typ-Halbleiterregionen 84a bis 84c haften. In dem Fall, dass der Störstellenquellenfilm 84 Al ist, ist es möglich, zum Beispiel heiße Phosphorsäure (H3PO4) oder dergleichen bei etwa 75°C als Ätzmittel zu verwenden. Zusätzlich können verschiedene andere Säuren, wie ein flüssiges Gemisch aus Phosphorsäure / Salpetersäure / Essigsäure und einem Königswasser verwendet werden.
  • Anschließend wird ein Fotolackfilm auf der oberen Oberfläche der Epi-Schicht 82 und den oberen Oberflächen der ersten Einbringungsstoppstruktur 83a, der zweiten Einbringungsstoppstruktur 83b und der dritten Einbringungsstoppstruktur 83c aufgetragen. Dann wird der Fotolackfilm unter Verwendung einer Fotolithografietechnologie strukturiert. Dann wird der strukturierte Fotolackfilm als Maske verwendet und die Störstelleneinbringungsmaske, die auf der oberen Oberfläche der Epi-Schicht 82 verbleibt, wird selektiv durch Ätzen mit BHF entfernt und dann wird der Fotolackfilm entfernt. Somit wird, wie in dem Beispiel in 29 dargestellt, eine Struktur gebildet, in der nur die dritte Einbringungsstoppstruktur 83c verbleibt. Mit anderen Worten, die erste Einbringungsstoppstruktur 83a und die zweite Einbringungsstoppstruktur 83b werden entfernt und eine kreisförmige Öffnung wird in einer ebenen Struktur gebildet. Eine obere Oberfläche einer Region des oberen Teils der Epi-Schicht 82, in dem die P++-Typ-Halbleiterregionen 84a bis 84c konzentrisch gebildet sind, wird in dieser Öffnung freigelegt.
  • Anschließend, wie in 30 dargestellt, wird ein Metallfilm aus zum Beispiel Ti gebildet, so dass er die Region der Epi-Schicht 82 bedeckt, inder die P++-Typ-Halbleiterregionen 84abis 84c konzentrisch gebildet sind. Dann wird das Halbleitersubstrat 81 bei einer bestimmten Temperatur und für einen bestimmten Zeitraum getempert, wodurch ein Anodenelektrodenfilm 86 auf der Oberflächenseite gebildet wird. 30 zeigt einen beispielhaften Fall, in dem der Anodenelektrodenfilm 86 auf der oberen Oberfläche der Region der Epi-Schicht 82 laminiert ist, in der die P++-Typ-Halbleiterregionen 84a bis 84c gebildet sind. Der Anodenelektrodenfilm 86 wird auch auf eine obere Oberfläche einer Teilregion an einer Innenrandseite der dritten Einbringungsstoppstruktur 83c laminiert, wodurch ein Umfangsrandteil des Anodenelektrodenfilms 86 gebildet wird. Eine Grenzfläche zwischen einer kreisförmigen Region der Epi-Schicht 82 an der Innenseite der dritten Einbringungsstoppstruktur 83c und dem Anodenelektrodenfilm 86 bildet eine Schottky-Grenzfläche und die P++-Typ-Halbleiterregionen 84a bis 84c und der Anodenelektrodenfilm 86 stehen an ihren Grenzflächen in ohmschem Kontakt.
  • Anschließend, wie in 31 dargestellt, wird ein Elektroden-Pad 87 auf einer oberen Oberfläche der Anodenelektrodenfilm 86 an der Schottky-Grenzfläche gebildet. Danach wird ein Metallfilm aus zum Beispiel Ni auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats 81 an der gegenüberliegenden Seite der Epi-Schicht 82 gebildet, die eine Rückseite der Halbleitervorrichtung ist. Dann wird ein bestimmtes Tempern am Halbleitersubstrat 81 durchgeführt, wodurch ein Kathodenelektrodenfilm 85 an der Rückseite gebildet wird.
  • Anschließend wird ein Polyimidfilm oder dergleichen auf der gesamten Oberfläche an der Seite der Epi-Schicht 82 gebildet, wodurch ein Passivierungsfilm 88 gebildet wird. Die dritte Einbringungsstoppstruktur 83c, die auf der Oberfläche der Epi-Schicht 82 verbleibt, wird als Zwischenschichtisolationsfilm verwendet. Es kann jedoch auch ein zusätzlicher SiO2-Film durch ein-CVD Verfahren und so weiter laminiert werden, um eine notwendige Dicke für den Zwischenschichtisolationsfilm zu bilden.
  • Anschließend, wie in 32 dargestellt, kann ein Teil des Passivierungsfilms 88 auf dem Elektroden-Pad 87 durch eine Fotolithografietechnologie und eine Ätztechnologie gebildet werden. Danach wird das Halbleitersubstrat 81 in mehrere Chips geschnitten, durch das Elektroden-Pad 87 drahtgebondet und auf einem Package montiert. Dann endet der Herstellungsprozess für eine Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten modifizierten Beispiel.
  • Zur Verbesserung von Eigenschaften des Schottky-Übergangs zwischen der Epi-Schicht 82 und dem Anodenelektrodenfilm 86 und Eigenschaften des ohmschen Kontakts zwischen dem Halbleitersubstrat 81 und dem Kathodenelektrodenfilm 85 wird eine Temperatur zum Tempern nach Abscheiden des Anodenelektrodenfilms 86 gesenkt, so dass sie niedriger als jene fürdenKathodenelektrodenfilm85 ist. Ineinemsolchen Fall, wie in 33 dargestellt, kann der in 30 dargestellte Anodenelektrodenfilm 86 nach Bildung des Kathodenelektrodenfilms 85 gebildet werden. Danach können die in 31 und 32 erklärten Prozesse ausgeführt werden. Zu diesem Zeitpunkt kann zum Beispiel die Tempertemperatur für den Kathodenelektrodenfilm 85 auf 900°C gestellt werden und die Tempertemperatur für den Anodenelektrodenfilm 86 kann auf 500°C gestellt werden.
  • Als Beispiel 1 des zweiten modifizierten Beispiels zeigt 34 ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung mit einer kreisförmigen Schottky-Grenzfläche von etwa 200 Mikrometern in einer ebenen Struktur. An der Innenseite des Kreises wird Al, das ein P-Typ-Störstellenelement ist, selektiv eingebracht, so dass die oberen Oberflächen der P++-Typ-Halbleiterregionen 84a bis 84c und die obere Oberfläche eines Teils der Epi-Schicht 82 konzentrisch dargestellt sind, mit Breiten von etwa 4 Mikrometern. Mit anderen Worten, die Halbleitervorrichtung gemäß Beispiel 1 ist eine Diode, in der die pn-Übergänge, die auf dem oberen Teil der Epi-Schicht 82 parallel zur Hauptfläche gebildet sind, eine sognannte Schottky-Übergangsbarrierenstruktur bilden. An die Oberfläche und die Rückseite der Halbleitervorrichtung gemäß der Beispiel 1 wurde eine Spannung angelegt und Strom, der vertikal zwischen der Oberfläche und der Rückseite strömte, wurde gemessen.
  • Übrigens wurden Prozesse ähnlich jenen, die in 23 bis 33 erklärt sind, ausgeführt, mit Ausnahme der Laserdotierung der P++-Typ-Halbleiterregionen 84a bis 84c. Wie in 35 dargestellt, wurde dann eine Halbleitervorrichtung, in der die Struktur der selektiven P++-Typ-Halbleiterregionen nicht gebildet ist, als Vergleichsbeispiel hergestellt. Mit anderen Worten, die Halbleitervorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel ist eine normale Schottky-Barrierendiode (SBD) . In der Halbleitervorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel wurde eine Spannung angelegt und Strom wurde ähnlich wie bei der Halbleitervorrichtung gemäß Beispiel 1 gemessen.
  • Wenn, wie durch die Volllinienstelle in 36 dargestellt, eine positive Spannung (Vorwärtsvorspannung) angelegt wurde, war Strom, der in der Halbleitervorrichtung gemäß Beispiel 1 strömte, annähernd gleich jenem des durch eine gebrochene Linie dargestellten Vergleichsbeispiels bei Anlegen einer kleinen Spannung von 2V oder weniger. Wenn eine negative Spannung (Umkehrvorspannung) angelegt wurde, wurde ein Stromfluss (Leckstrom) klein gehalten, wie durch die Volllinienstelle in 37 dargestellt, ähnlich dem durch die Ortslinie einer gebrochenen Linie dargestellten Vergleichsbeispiel. Es hat sich somit gezeigt, dass die Halbleitervorrichtung gemäß Beispiel 1 ein Gleichrichten wie eine Diode hat. Wenn übrigens eine Spannung von zum Beispiel -30 V angelegt wurde, wurde ein Leckstrom der Halbleitervorrichtung gemäß Beispiel 1 auf etwa 1 × 10-10 A gehalten, während ein Leckstrom der Halbleitervorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel etwa 1 × 10-8 A war. Dies bedeutet, dass der Leckstrom um zwei Stellen im Vergleich zu jenem im Fall des Vergleichsbeispiels abnahm.
  • Wie oben angeführt, war es in der Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten modifizierten Beispiel, möglich, die Eigenschaften der Schottky-Übergangsbarrierenstruktur deutlich zu verbessern. Mit dem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten modifizierten Beispiel wird ein P-Typ Störstellenelement selektiv bei einer hohen Konzentration eingebracht und eine gewünschte Struktur unter Verwendung einer Halbleiterregion, in welcher das Störstellenelement eingebracht ist, und einer Halbleiterregion, in der das Störstellenelement nicht eingebracht ist, geschrieben. Daher ist es möglich, eine Hochspannungs-Halbleitervorrichtung, in der ein Halbleiter mit breiter Bandlücke verwendet wird, mit geringem Ein-Widerstand und verringertem Leckstrom auszuführen.
  • (Die zweite Ausführungsform)
  • - Struktur des Apparats zum Einbringen von Störstellen -
  • Wie in 38 dargestellt, ist der Apparat zum Einbringen von Störstellen 1b, der in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, mit einem Einbringungsverarbeitungsapparat 50 und einer Arithmetik- und Steuereinheit 30 versehen. Der Einbringungsverarbeitungsapparat 50 sieht den Störstellenquellenfilm 4, der Störstellenelemente beinhaltet, auf einer Oberfläche eines Zielobjekts 2 vor und bringt durch Bestrahlen des Zielobjekts 2 mit einem Lichtpuls mit einer großen Energiedichte, wie einem Laserstrahl 6, durch den Störstellenquellenfilm 4 das Störstellenelement in das Zielobjekt 2 ein. Die Arithmetik- und Steuereinheit 30 ist imstande, Filmbildungsbedingungen wie eine Filmdicke des Störstellenquellenfilms 4 des Einbringungsverarbeitungsapparats 50, und Lichtbestrahlungsbedingungen wie einen Energiedichte des Laserstrahls 6 und eine Lichtbestrahlungsposition eines Lichtpulses relativ zum Zielobjekt 2 zu steuern.
  • Der Einbringungsverarbeitungsapparat 50 enthält eine Kammer 51, die evakuiert werden kann, eine Auflage 62, die im Inneren der Kammer 51 vorgesehen ist, das Zielobjekt 2 stützt und mit einem Isoliermaterial konstruiert wird, und eine untere Elektrode 12, die auf der Auflage 62 vorgesehen ist. Im Inneren der Kammer 51, ist ein Ziel 54, das Störstellenelemente beinhaltet, so angeordnet, dass es der Fläche der unteren Elektrode 12 zugewandt ist. An einer Position in einem oberen Teil der Kammer 51, dem Zielobjekt 2 zugewandt, ist ein optisches Fenster (Ansichtsfenster) 51a vorgesehen und wird an einer Oberseite einer oberen Platte 53 der Kammer gehalten. In der oberen Platte 53 der Kammer und dem Ziel 54, das unter der oberen Platte 53 der Kammer vorgesehen ist, sind koaxiale Durchgangslöcher gebildet.
  • Über dem optischen Fenster 51a ist ein Strahleinstellungssystem 33 mit einer Lichtquelle 34 vorgesehen. Eine obere Oberfläche des Zielobjekts 2 wird mit dem Laserstrahl 6 vom Strahleinstellungssystem 33 bestrahlt. Der Laserstrahl 6 geht durch die Durchgangslöcher des optischen Fensters 51a, die obere Platte 53 der Kammer und das Ziel 54. Ferner ist im Einbringungsverarbeitungsapparat 50 ein Heizapparat 61 wie ein Blattheizgerät, der das Zielobjekt 2 erwärmt, im Inneren der Auflage 62 vergraben.
  • Der Einbringungsverarbeitungsapparat 50 ist ferner mit einer Energiequelle 15, die zwischen der unteren Elektrode 12 und dem Ziel 54 verbunden ist, einem Gaseinbringungsventil 16, das mit der Kammer 51 verbunden ist und Edelgas in die Kammer 51 leitet, einer Vakuumpumpe 17, die mit der Kammer 51 verbunden ist, und im Inneren der Kammer 15 einen Vakuumzustand erzeugt, versehen. Alle, die Energiequelle 15, das Gaseinbringungsventil 16 und die Vakuumpumpe 17, sind mit der Arithmetik- und Steuereinheit 30 durch ein Filmdickensteuerteil 31 verbunden und ein Betrieb der Energiequelle 15, des Gaseinbringungsventils 16 und der Vakuumpumpe 17 werden ähnlich wie im Fall des Störstelleneinbringungsapparats 1a, der in der ersten Ausführungsform verwendet wird, gesteuert.
  • Im Strahleinstellungssystem 33 ist die Lichtquelle 34, die einen Lichtpuls ausstrahlt, mit der Arithmetik- und Steuereinheit 30 durch das Lichtquellensteuerteil 32 verbunden und ein Betrieb des Strahleinstellungssystems 33 wird ähnlich wie im Fall des Störstelleneinbringungsapparats 1a, der in der ersten Ausführungsform verwendet wird, gesteuert. In 38 werden Elemente, die mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind wie jene im in 1 dargestellten Störstelleneinbringungsapparat 1a, nicht im Detail erklärt.
  • Der Störstelleneinbringungsapparat 1b, der in der zweiten Ausführungsform verwendet wird, ist in den Filmbildungsapparat 10 und den in 1 dargestellten Lichtbestrahlungsapparat 20 integriert und eine Filmbildungsbearbeitung und Laserbestrahlungsbearbeitung können abwechselnd in Folge im Inneren derselben Kammer 51 des Einbringungsverarbeitungsapparats 50 in einem Zustand ausgeführt werden, in dem das Zielobjekt 2 im Inneren der Kammer 51 gehalten wird. Dies ist eine Eigenschaft des Störstelleneinbringungsapparats 1b, die sich vom Störstelleneinbringungsapparat 1a unterscheidet, der in der ersten Ausführungsform verwendet wird. Da es ferner im Störstelleneinbringungsapparat 1b, der in der zweiten Ausführungsform verwendet wird, möglich ist, mit Laserstrahl 6 in Vakuum zu bestrahlen, ist es möglich, einen Lichtpuls kurzer Wellenlänge wie einen ArF-Excimerlaser (193 Nanometer) und einen F2-Laser (157 Nanometer) in einem Bereich von Vakuumultraviolettlicht von ungefähr 10 bis 200 Nanometer zu verwenden.
  • Gemäß dem Störstelleneinbringungsapparat 1b, der in der zweiten Ausführungsform verwendet wird, sind der Filmbildungsapparat 10 und der Lichtbestrahlungsapparat 20 integriert und eine Laserdotierung wird aus einer Festphase von Störstellenelementen durchgeführt. Daher ist es nicht notwendig, das Zielobjekt 2 nach der Filmbildungsbearbeitung des Störstellenquellenfilms 4 zu einer anderen Stelle zu befördern. Es ist auch möglich, wiederholt eine Lichtpulsbestrahlungsbearbeitung und Filmbildungsbearbeitung abwechselnd in Folge auszuführen. Zum Beispiel kann nach einem Stoß des Laserstrahls 6 der Störstellenquellenfilm 4 wieder auf einer Bestrahlungsregion gebildet werden und ein weiterer Stoß des Laserstrahls 6 kann dieselbe Bestrahlungsregion wie der vorangehende Stoß bestrahlen. Somit ist es möglich, eine Störstellenelementeinbringungsgeschwindigkeit noch mehr zu erhöhen und eine Einbringungskonzentration zu erhöhen.
  • Ferner wird gemäß dem Störstelleneinbringungsapparat 1b, der in der zweiten Ausführungsform verwendet wird, die Temperatur der unteren Elektrode 12, auf der das Zielobjekt 2 montiert ist, durch den Heizapparat 61 eingestellt und die Temperatur des Zielobj ekts 2 wird auf eine gewisse Temperatur erhöht. In diesem Zustand kann eine Bestrahlung mit einem Lichtpuls durchgeführt werden, um eine Laserdotierung auszuführen. Aufgrund einer Wärmewirkung, welche die Temperatur des Zielobjekts 2 erhöht, ist es möglich, eine Wiederherstellung des 4H-SiC-Kristalls zu fördern, der aufgrund einer Implantation und Diffusion des Störstellenelements mangelhaft wird. Für den Fall, dass das Störstellenelement Al ist, ist bevorzugt, dass die Temperatur des Zielobjekts 2 Raumtemperatur oder höher ist, aber etwa 500°C nicht überschreitet. Wenn die Temperatur 500°C überschreitet, könnte Al unter Berücksichtigung einer Wärmemenge, die in Geräten um das Zielobjekt 2 erzeugt wird, schmelzen und eine Festphase nicht aufrechterhalten werden. Bezüglich eines Verfahrens zum Einbringen von Störstellen unter Verwendung des Störstelleneinbringungsapparats 1b, der in der zweiten Ausführungsform verwendet wird, wird auf eine Erklärung verzichtet, da es ähnlich dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform ist. Ebenso wird aus demselben Grund auf eine Erklärung bezüglich eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Verfahrens zum Einbringen von Störstellen gemäß der zweiten Ausführungsform verzichtet.
  • (Ein modifiziertes Beispiel des Störstelleneinbringungsapparats, der in der zweiten Ausführungsform verwendet wird)
  • In dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der ersten Ausführungsform wurde eine Bestrahlung mit einem Lichtpuls des Laserstrahls 6 unter atmosphärischem Druck durchgeführt. Im Gegensatz dazu kann eine Bestrahlung mit einem Lichtpuls durchgeführt werden, nachdem ein Druck im Inneren der Kammer 51 auf folgende Weise auf höher als atmosphärischen Druck erhöht wurde. Zum Beispiel werden durch Verwendung des Störstelleneinbringungsapparats 1b, der in der zweiten Ausführungsform verwendet wird, Störstellenelemente in einer Dampfphase in atmosphärischem Gas im Inneren der Kammer 51 gehalten und ein Teildruck von Molekülen, die aus demselben Störstellenelement wie jene des Störstellenquellenfilms 4 bestehen, wird erhöht. Somit ist es möglich, die Einbringung des Störstellenelements unter Verwendung eines Teildrucks des Störstellenelements, das imatmosphärischenGas enthalten ist, zu fördern.
  • (Andere Punkte bezüglich der ersten und zweiten Ausführungsform)
  • Es sollte klar sein, dass die Angaben und Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden, die in der vorangehenden ersten und zweiten Ausführungsform erklärt wurde, die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Es sollte in Betracht gezogen werden, dass die Offenbarung einem Fachmann auf dem Gebiet verschiedene andere Ausführungsformen, Beispiele und Anwendungstechnologien enthüllt. Solange zum Beispiel ein Grad eines Oberflächendefekts des Zielobjekts 2 innerhalb eines gewissen Bereichs kontrolliert wird, ist die Anzahl von Lichtpulsbestrahlungen nicht auf einmal begrenzt und kann mehr als einmal, wie zweimal oder dreimal sein.
  • Da das Störstellenelement Energie des Laserstrahls 6 mehr als einmal absorbiert, ist es möglich, eine Aktivierungsrate zu erhöhen. Insbesondere ist es mit dem Störstelleneinbringungsapparat 1b, der in der zweiten Ausführungsform verwendet wird, möglich, eine kontinuierliche Bestrahlung effizient auszuführen. Wenn jedoch eine Bestrahlung zu oft ausgeführt wird, werden Arbeitszeiten zu lang und die Produktivität der Halbleitervorrichtung sinkt. Daher ist bevorzugt, dass die Bestrahlungszahl innerhalb von höchstens zehnmal oder weniger, vorzugsweise dreimal oder weniger liegt. Die Bestrahlungszahl kann durch Steuern eines Betriebs des Lichtbestrahlungsapparats 20 durch die Arithmetik- und Steuereinheit 30 gesteuert werden.
  • In Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform sind die pn-Übergangsdiode und der MOSFET als typische Beispiele der Halbleitervorrichtung erklärt. Die Halbleitervorrichtung ist jedoch nicht auf die Diode und den MOSFET beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann bei verschiedenen Halbleitervorrichtungen (Halbleitervorrichtungen) wie IGBT, SIT, GTO, oder SI-Thyristor anwendbar sein.
  • Das Verfahren zum Einbringen von Störstellen, das Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung und die Halbleitervorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung können durch Kombinieren technischer Konzepte jeder der in 1 bis 38 dargestellten Ausführungsformen konstruiert werden.
  • (Die dritte Ausführungsform)
  • <Störstelleneinbringungsapparat>
  • Wie ander linken Seite eines Blockdiagramms in 39 dargestellt, ist der Apparat zum Einbringen von Störstellen 1c, der in der dritten Ausführungsform verwendet wird, mit einem Filmbildungsapparat 10c versehen, in dem ein Nitridfilm 4c auf einer Oberfläche eines Zielobj ekts 2 gebildet ist, das aus einem festen Material besteht. Wie an der rechten Seite in 39 dargestellt, ist der Störstelleneinbringungsapparat 1c mit einer Lichtquelle 34 versehen, die einen Lichtpuls ausstrahlt, einem Strahleinstellungssystem 33, das den Nitridfilm 4c mit dem Lichtpuls bestrahlt, und einem Lichtquellensteuerteil 32, das die Lichtquelle 34 steuert. Der Störstelleneinbringungsapparat 1c ist auch mit einer Arithmetik- und Steuereinheit 30c versehen, die Filmbildungsbedingungen wie eine Filmdicke des Nitridfilms 4c, und Lichtbestrahlungsbedingungen, wie eine Energiedichte des Laserstrahls 6 und eine Lichtbestrahlungsposition eines Lichtpulses in Bezug auf das Zielobjekt 2 steuert. Der Störstelleneinbringungsapparat 1c bringt N in Nitrid, das im Nitridfilm 4c enthalten ist, in das Zielobjekt 2 ein.
  • Der Nitridfilm 4c ist ein Störstellenquellenfilm, der eine Quelle zum Einbringen von Störstellen N in das Zielobjekt 2 bildet, und kann ein Dünnfilm sein, der Nitrid wie ein Siliziumnitrid (SixNy, in der Folge einfach als „SiN“ bezeichnet) und Carbonnitrid (CxNy) enthält. In der Folge wird ein beispielhafter Fall erklärt, in dem ein SiN-Film verwendet wird.
  • Für das Zielobjekt 2 wird ein SiC-Substrat als ein Beispiel verwendet. Genauer gesagt, ein N+-Typ-4H-SiC-Substrat, das als Substratmaterial für ein Leistungshalbleiterelement erwartet wird, wird zur Erklärung verwendet. Wie in 42 dargestellt, hat das Zielobj ekt 2 eine Doppelschichtstruktur, in der eine epitaktische Wachstumsschicht (in der Folge als „Epi-Schicht“ bezeichnet) 22c von N-Typ 4H-SiC mit einer Konzentration von etwa 1 × 1016/cm3 und einer Dicke von etwa 10 Mikrometern an der Oberseite eines Halbleitersubstrats 21 mit einer (0001) Oberfläche ((000-1) Oberfläche) versehen ist. Das in 39 als ein Beispiel dargestellte Zielobjekt 2 ist so angeordnet, dass eine Fläche des Zielobjekts 2 an der Seite der Epi-Schicht 22c, die als seine Oberfläche (obere Oberfläche) dient, der Seite des Strahleinstellungssystems 33 zugewandt ist. Eine Ausrichtungsmarke (nicht dargestellt) zur Positionierung kann auf der Oberfläche des Zielobjekts 2 vorgesehen sein.
  • Ein Material für das Zielobjekt 2 ist nicht auf SiC beschränkt und die vorliegende Erfindung ist bei einem anderen Haibleiter mit breiter Bandlücke wie Galliumoxid (Ga2O3) und Diamant anwendbar. Das Zielobjekt 2 ist nicht auf einen Halbleiter mit breiter Bandlücke beschränkt, solange es ein festes Material mit einem extrem kleinen Diffusionskoeffizienten von N ist. Es ist jedoch ein festes Material bevorzugt, in dem N als ein Donor-Typ-Störstellenelement dient.
  • Als der Filmbildungsapparat 10c kann zum Beispiel, ein Sputtersystem, ein Elektronenstrahlabscheideapparat, ein Plasma-CVD-Apparat verwendet werden. 39 zeigt einenbeispielhaften Fall, in dem der Filmbildungsapparat 10c gemäß der dritten Ausführungsform ein kapazitiv-gekoppelter Plasma-CVD-Apparat ist, der mit einer Kammer 11, die evakuiert werden kann, einer unteren Elektrode 12, die im Inneren der Kammer 11 vorgesehen ist und auf der die Zielobjekte montiert sind, und einer oberen Elektrode 13c, die so vorgesehen ist, dass sie der unteren Elektrode 12 mit einem Abstand in der vertikalen Richtung gegenüberliegt, so dass die obere Elektrode 13 und die untere Elektrode 12 parallel zueinander werden, versehen ist.
  • Als der kapazitiv-gekoppelte Plasma-CVD-Apparat ist der Filmbildungsapparat 10c auch mit einer Hochfrequenzenergiequelle 15c, die zwischen der unteren Elektrode 12 und der oberen Elektrode 13c verbunden ist, einem Gaseinbringungsventil 16, das mit der Kammer 11 verbunden ist und ein Gasrohmaterial zur Filmbildung in die Kammer 11 leitet, und einer Vakuumpumpe 17, die mit der Kammer 11 verbunden ist und durch eine Drehpumpe, eine Turbo-Molekularpumpe, eine Kryopumpe oder dergleichen konstruiert ist, die ein Inneres der Kammer 11 in einen Vakuumzustand bringt, versehen. Ein Filmdickensteuerteil 31, das eine Filmdicke des gebildeten Nitridfilms 4c steuert, ist mit der Hochfrequenzenergiequelle 15c, dem Gaseinbringungsventil 16 und der Vakuumpumpe 17 verbunden. Ferner ist das Filmdickensteuerteil 31 imstande, eine In-situ- und Rückkopplungssteuerung von Signalen von einem Filmdickenmessgerät (nicht dargestellt) zu überwachen, das auf dem Filmbildungsapparat 10c installiert ist. Die Hochfrequenzenergiequelle 15c, das Gaseinbringungsventil 16 und die Vakuumpumpe 17 sind durch das Filmdickensteuerteil 31 mit einer Arithmetik- und Steuereinheit 30 verbunden.
  • Der Filmbildungsapparat 10c bildet einen Film durch Anheften von Gasrohmaterial, das in die Kammer 11 geleitet wird, auf der Oberfläche des Zielobjekts 2 durch Verwendung einer Hochfrequenzspannung, die durch die Hochfrequenzenergiequelle 15c zwischen der unteren Elektrode 12 und der oberen Elektrode 13c angelegt wird. Der Filmbildungsapparat 10c kann durch einen induktiv gekoppelten Plasma-CVD-Apparat, einen Mikrowellen-Plasma-CVD-Apparat, einen Elektrozyklotron-Resonanzplasma- (ECR) Plasma-CVD-Apparat oder dergleichen anstelle des kapazitiv-gekoppelten Plasma-CVD-Apparats konstruiert sein.
  • Der Lichtbestrahlungsapparat 20 ist mit einer Auflage 24c die das Zielobjekt 2 trägt, und der X-Y-Bewegungsplattform 23, auf der das Zielobjekt 2 durch die Auflage 24c montiert ist, und die das Zielobjekt 2 frei in einer X-Y Richtung bewegt, die innerhalb einer Ebene definiert ist, die parallel zur Hauptfläche des Zielobjekts 2 liegt, versehen. Der Lichtbestrahlungsapparat 20 überstreicht und bestrahlt die flache obere Oberfläche des Zielobjekts 2 mit einem Lichtpuls des Laserstrahls 6 durch den Nitridfilm 4c. Der „Effekt einer optischen Erregung“ enthält einen Effekt von thermischer Energie.
  • Wie in 39 dargestellt, ist das Strahleinstellungssystem 33 mit einer integrierten Lichtquelle 34 versehen, die einen Lichtpuls des Laserstrahls 6 und so weiter mit großer Bestrahlungsfluenz (Energiedichte) ausstrahlt und die Oberfläche des Zielobjekts 2 mit einem Lichtpuls in einer Bestrahlungsregionmit einer gewissen Dimension überstreicht und bestrahlt. Ein Lichtquellensteuerteil 32, das Bestrahlungsbedingungen des Laserstrahls 6 steuert, der zur Bestrahlung verwendet wird, ist mit dem Strahleinstellungssystem 33 und der Lichtquelle 34 verbunden und das Lichtquellensteuerteil 32 ist auch mit der Arithmetik- und Steuereinheit 30c verbunden.
  • Als ein Lichtpuls mit einer großen Energiedichte ist ein Puls des Laserstrahls 6 bevorzugt, da der Laserstrahl 6 eine Wellenlänge hat, die Lichtenergie für eine Gittervibration des Störstellenelements und des Zielobjekts 2 abgeben kann, so dass eine ausreichende Reaktionsenergie durch den Nitridfilm 4c erzeugt wird. Zum Beispiel ist es möglich, einen Excimerlaser mit einer Schwingungswellenlänge von 248 Nanometern (KrF), 193 Nanometern (ArF), 308 Nanometern (XeCl), 351 Nanometern (XeF) undsoweiter, 266Nanometer (YAG vierte Harmonische), 355 Nanometer (YAG dritte Harmonische), 532 Nanometer (YAG zweite Harmonische) Laser, 1,064 Mikrometer (YAG fundamentale Harmonische) und 10,6 Mikrometer (Kohlendioxid- (CO2) Gas) Laser und so weiter zu verwenden. Es ist auch möglich, einen Lichtpuls mit einer großen Energiedichte durch Auswählen einer Wellenlänge von kontinuierlichem Hochleistungslicht von zum Beispiel einer Quecksilber- (Hg) Lampe und einer Xenon- (Xe) Lampe unter Verwendung einer Spektroskopie oder eines Filters zu erhalten. Daher ist ein Lichtpuls nicht auf jenen eines Lasers beschränkt.
  • Ferner ist durch Verwendung einer Struktur wie eines Excimerlasers, der den Laserstrahl 6 mit einer Wellenlänge in einem Ultraviolettbereich ausstrahlt, der eine größere Energie erzeugt als der Bandspalt des Nitridfilms 4c und viele Halbleitermaterialien, möglich, eine Vibrationsenergie eines Bestandteils des Nitridfilms 4c und eines Bestandteils des Halbleitermaterials anzuregen und eine Oberflächenreaktion wie eine photokatalytische Wirkung aufgrund von Lichtenergie im Ultraviolettbereich optisch anzuregen. Somit wird eine Gittervibration einer Oberfläche eines festen Materials, das als Einbringungsziel von Störstellenelementen dient, angeregt, wodurch eine Oberflächenreaktion erleichtert wird, die eine Oberflächenmigration enthält, durch die sich das Störstellenelement zu einer Einbringungsposition wie einer interstitiellen Stelle und einer Substitutionsstelle des festen Zielmaterials bewegt.
  • Licht mit einer kürzeren Wellenlänge als jene eines ArF (= 193 Nanometer) Lasers, nämlich Licht mit einer kurzen Wellenlänge in einem Bereich von Vakuumultraviolettlicht, wird in Sauerstoffmolekülen in der Atmosphäre absorbiert und eine Ausbreitung wird verhindert. Daher ist für eine Laserdotierung in der Atmosphäre der Laserstrahl 6 mit einer Wellenlänge von etwa 190 Nanometern oder mehr bevorzugt. Ferner ist zur Erzeugung einer ausreichenden Reaktionsenergie zwischen dem Nitridfilm 4c und 4H-SiC der Laserstrahl 6 mit einer Wellenlänge von etwa 380 Nanometern oder weniger, nämlich der Laserstrahl 6 mit einer Wellenlänge im Bereich der YAG dritten Harmonischen (= 355 Nanometer) oder kleiner, bevorzugt.
  • Das Strahleinstellungssystem 33 ist auch mit einem Formungsapparat (nicht dargestellt) wie einem einstellbaren Schlitz versehen, der einen ausgestrahlten Laserstrahl 6 zu einer bestimmten Form formt, wie auch einer Lichtkondensierungsvorrichtung (nicht dargestellt) wie einer Linse, die den Laserstrahl 6 kondensiert. Ein Lichtpuls des gebildeten Laserstrahls 6 und so weiter bestrahlt eine Grenzflächenregion zwischen der oberen Oberfläche des Zielobjekts 2 und dem Nitridfilm 4c. Die Form des gebildeten Laserstrahls 6 ist vorzugsweise eine rechteckige Form, ist aber nicht auf die rechteckige Form beschränkt und kann andere Formen aufweisen.
  • Obwohl nicht dargestellt, können eine Bildgebungsvorrichtung wie eine CCD-Kamera, die ein Bild der Referenzmarke auf dem Zielobjekt 2 aufnimmt, eine Beleuchtungslichtausstrahlungsvorrichtung, die Beleuchtungslicht ausstrahlt, ein Spiegel und ein Ausrichtungsmechanismus zum Reflektieren und Durchlassen des Beleuchtungslichts und so weiter, zusätzlich im Strahleinstellungssystem 33, falls notwendig, vorgesehen sein, wenn eine Bestrahlungsposition eines Lichtpulses auf dem Zielobjekt 2 gesteuert wird. Ferner, wenn das später beschriebene direkte Beschreiben ausgeführt wird, kann ein Ranging-System wie ein Laser-Interferometer vorgesehen sein. Wenn der Laserstrahl 6 geführt wird, kann das Strahleinstellungssystem 33 bei Bedarf auch mit anderen optischen Systemen, wie einem reflektierenden Spiegel und einem Prisma versehen sein, um den gebildeten Laserstrahl 6 zur Lichtkondensierungsvorrichtung zu reflektieren und zu lenken.
  • Die X-Y-Bewegungsplattform 23 stützt die Auflage 24c horizontal von unten und ist mit einem beweglichen Plattformantriebsapparat (nicht dargestellt) verbunden. Während die Arithmetik- und Steuereinheit 30c den beweglichen Plattformantriebsapparat steuert, bewegt die X-Y-Bewegungsplattform 23 die Auflage 24c frei in einer X-Y Richtung innerhalb einer horizontalen X-Y Ebene, so dass das Zielobjekt 2 in Bezug auf die Bestrahlungsposition eines Lichtpulses frei bewegt wird. Zum Beispiel wird durch ein freies Bewegen der Position des Zielobj ekts 2 in Bezug auf die Bestrahlungsposition eines Lichtpulses möglich, einen gewünschten Bereich einer ebenen Region zu bestrahlen und Regionen mit einem Verfahren eines direkten Beschreibens selektiv zu strukturieren, wo N zugegeben wird. Ferner kann eine Z-Bewegungsplattform zwischen der Auflage 24c und der X-Y-Bewegungsplattform 23 vorgesehen sein. Die Z-Bewegungsplattform bewegt die Auflage 24c in Z-Richtung senkrecht zur X-Y Richtung. Somit ist die Auflage 24c so konstruiert, dass sie sich in der Z-Richtung zusätzlich zur X-Y Richtung bewegen kann. Somit können eine Brennpunkteinstellung und so weiter ausgeführt werden.
  • Wie in 40 dargestellt, ist die Arithmetik- und Steuereinheit 30c mit einer Bestrahlungszahl-Berechnungsschaltung 301 versehen. Wie in 39 dargestellt, sind auch eine Eingabeeinheit 41 und eine Datenspeichereinheit 42 mit der Arithmetik- und Steuereinheit 30c verbunden und die Arithmetik- und Steuereinheit 30c ist so konstruiert, dass sie auf Daten zugreifen kann, die in der Datenspeichereinheit 42 gespeichert sind. Eine Filmdicke tf des Nitridfilms 4c und eine Energiedichte Feines Lichtpulses undeineBestrahlungszeit (Pulsbreite) τ pro Puls (Stoß) werden durch die Eingabeeinheit 41 in die Datenspeichereinheit 42 eingegeben.
  • Die Bestrahlungszahl-Berechnungsschaltung 301 der Arithmetik- und Steuereinheit 30c berechnet eine Bestrahlungszahl n eines Lichtpulses nach einer Daumenregel unter Verwendung der Filmdicke tf, der Energiedichte F und Bestrahlungszeit τ pro Puls, die in der Datenspeichereinheit 42 gespeichert sind. Es ist möglich, die Bestrahlungszahl-Berechnungsschaltung 301 so einzustellen, dass die Bestrahlungszahl n in einem Ausmaß berechnet wird, in dem der Nitridfilm 4c nach Bestrahlung mit einem Lichtpuls nicht auf der Oberfläche des Zielobjekts 2 verbleibt. Es ist auch möglich, die Bestrahlungszahl-Berechnungsschaltung 301 so einzustellen, dass die Bestrahlungszahl n eines Lichtpulses so berechnet wird, dass der Nitridfilm 4c auf der Oberfläche des Zielobjekts 2 in einer Menge einer Filmdicke verbleibt, die zumindest einer Atomlage entspricht.
  • Wenn der Nitridfilm 4c nach der Lichtpulsbestrahlung nicht auf der Oberfläche des Zielobjekts 2 in einer Menge einer Filmdicke verbleiben kann, die zumindest einer Atomlage entspricht, wird ein Grad von Vorsprüngen und Vertiefungen, die einen Oberflächendefekt der Stickstoffeinbringungsregion bewirken, auffällig. Wenn eine Halbleitervorrichtung durch Vorsehen von Elektroden auf der Oberfläche des Zielobjekts 2 in einem Nachbearbeitungsprozess hergestellt wird, werden eine Abnahme in einem Vorwärtsstromwert und eine Erhöhung im Umkehrvorspannungsleckstrom verursacht. Daher ist die Halbleitervorrichtung nicht imstande, über ausreichende Eigenschaften zu verfügen.
  • Die Filmdicke tf des Nitridfilms 4c wird unter Berücksichtigung der Bestrahlungszeit τ pro Lichtpuls und einer Energiedichte F eines Lichtpulses festgesetzt. Ist bevorzugt, dass die Filmdicke tf des Nitridfilms 4c auf etwa 10 Nanometer oder größer, aber nicht über etwa 1 Mikrometer eingestellt wird. Wenn die Filmdicke tf kleiner als 10 Nanometer ist, kann es schwierig sein, ausreichend N einzuführen, und ein Grad von Vorsprüngen und Vertiefungen auf der Oberfläche kann auffällig werden, da die Dicke zu klein für die Energiedichte F eines Lichtpulses ist. Wenn die Filmdicke tf 1 Mikrometer übersteigt, ist die Energieeffizienz schlechter, selbst wenn N eingebracht wird. Es ist bevorzugt, dass die Energiedichte F eines Lichtpulses auf etwa 1,0 J/cm2 oder größer eingestellt wird, aber etwa 6,0 J/cm2 nicht übersteigt. Wenn die Energiedichte F kleiner als 1,0 J/cm2 ist, wird es schwierig, ausreichend N einzubringen. Wenn die Energiedichte F 6,0 J/cm2 überschreitet, ist die Energieeffizienz schlechter und gleichzeitig wird ein Grad von Vorsprüngen und Vertiefungen auf der Oberfläche einer Stickstoffeinbringungsregion auffällig.
  • Die Bestrahlungszeit τ eines Lichtpulses wird passend in einem Bereich von etwa 20 ns bis 100 ns eingestellt, aber zum Beispiel etwa 50 ns sind bevorzugt. Die Bestrahlungszahl n eines Lichtpulses kann auf eine willkürlich gewählte Zahl eingestellt werden, solange der Nitridfilm 4c in einer Menge einer Filmdicke . die zumindest einer Atomlage entspricht, verbleiben kann. Es ist jedoch in Hinblick auf eine Massenproduktivität von Halbleitervorrichtungen bevorzugt, dass die Bestrahlungszahl n in einem Bereich von einmal oder mehr liegt aber 100-Mal nicht überschreitet.
  • Wie oben beschrieben, wird die Bestrahlungszahl n eines Lichtpulses unter Berücksichtigung der Filmdicke tf des Nitridfilms 4c, der Energiedichte F des Laserstrahls 6 und der Bestrahlungszeit τ pro Puls eingestellt. Daher werden Vorsprünge und Vertiefungen nicht übermäßig auf der Oberfläche des Zielobjekts 2 gebildet und selbst wenn ein Oberflächendefekt erzeugt wird, kann der Grad der Vorsprünge und Vertiefungen in einem zulässigen Bereich gehalten werden, so dass gewünschte I-V-Eigenschaften erzielt werden.
  • Die Daten der Bestrahlungszahl n, die durch die Arithmetik- und Steuereinheit 30c berechnet wurde, werden in das Lichtquellensteuerteil 32 gemeinsam mit den Daten der Energiedichte F und Bestrahlungszeit τ eingegeben, die in die Arithmetik- und Steuereinheit 30c eingegeben werden. Die Daten der Filmdicke tf, die in der Arithmetik- und Steuereinheit 30c eingegeben sind, werden in das Filmdickensteuerteil 31 eingegeben. Eine Anzeigevorrichtung (nicht dargestellt) kann mit der Arithmetik- und Steuereinheit 30c verbunden sein, so dass die Daten der Filmdicke tf, der Energiedichte F, der Bestrahlungszeit τ und der Bestrahlungszahl n und so weiter angezeigt werden.
  • Das Filmdickensteuerteil 31 steuert die Spannung der Hochfrequenzenergiequelle 15c und einen Betrieb des Gaseinbringungsventils 16 und der Vakuumpumpe 17 im Filmbildungsapparat 10c, so dass der Nitridfilm 4c mit der eingegebenen Filmdicke tf auf dem Zielobjekt 2 gebildet wird. Das Lichtquellensteuerteil 32 steuert den Betrieb des Strahleinstellungssystems 33 und der Lichtquelle 34, so dass eine überstreichende Bestrahlung mit einem Lichtpuls mit der eingegebenen Energiedichte F und Bestrahlungszeit τ und der berechneten Bestrahlungszahl n durchgeführt wird.
  • <Verfahren zum Einbringen von Störstellen>
  • Anschließend wird ein Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 41 und 42 bis 46 in Bezug auf einen Fall erklärt, dass das Zielobjekt 2 verwendet wird. In dem Zielobjekt 2 wird eine N-Typ-Epi-Schicht 22c auf einer oberen Oberflächenseite eines N+-Typ-Halbleitersubstrat 21 gebildet, wie in 42 dargestellt. Die Struktur des Zielobjekts 2 in 42 dient nur als Beispiel und es ist möglich, zum Beispiel eine Struktur zu verwenden, in der eine N-Typ-Epi-Schicht auf einer oberen Oberflächenseite des P+-Typ Halbleitersubstrats gebildet ist, oder eine Struktur, in der eine P-Typ-Epi-Schicht auf einer oberen Oberflächenseite eines N +-Typ-Halbleitersubstrats gebildet ist. Alternativ kann ein Bulk-Halbleitersubstrat ohne Epi-Schicht verwendet werden.
    • (a) Zunächst wird in Schritt S11 in 41 das vorbereitete Zielobjekt 2 an der unteren Elektrode 12 so montiert und befestigt, dass die Oberfläche des Zielobjekts 2 auf der Seite der Epi-Schicht 22c der Seite der oberen Elektrode 13c zugewandt ist, wie durch eine Zwei-Punktlinie im Inneren des Filmbildungsapparats 10c in 39 dargestellt.
    • (b) Anschließend wird in Schritt S12 eine Filmdicke tf des Nitridfilms, eine Energiedichte F und Bestrahlungszeit τ eines Lichtpulses durch die Eingabeeinheit 41 eingegeben und in der Datenspeichereinheit 42 gespeichert. Schritt 12 kann vor Schritt S11 ausgeführt werden.
    • (c) Anschließend liest die Arithmetik- und Steuereinheit 30c des Störstelleneinbringungsapparats 1c die Filmdicke tf des Nitridfilms, die Energiedichte F und Bestrahlungszeit τ eines Lichtpulses aus der Datenspeichereinheit 42 und berechnet die Bestrahlungszahl n in Schritt S13. Dann werden die berechnete Bestrahlungszahl n und die Energiedichte F und Bestrahlungszeit τ eines Lichtpulses an das Lichtquellensteuerteil 32 des Lichtbestrahlungsapparats 20 ausgegeben. Die Filmdicke tf wird an das Filmdickensteuerteil 31 des Filmbildungsapparats 10c ausgegeben.
    • (d) Anschließend steuert in Schritt S14 das Filmdickensteuerteil 31 des Filmbildungsapparats 10c den Betrieb der Hochfrequenzenergiequelle 15c, des Gaseinbringungsventils 16 und der Vakuumpumpe 17, und, wie in 43 dargestellt, ein Dünnfilm des Nitridfilms 4c, wie ein SiN-Film, wird mit der eingestellten Filmdicke tf auf der oberen Oberfläche der Epi-Schicht 22c des Zielobjekts 2 gebildet.
    • (e) Anschließend wird das Zielobjekt 2, auf dem der Nitridfilm 4c gebildet ist, aus dem Filmbildungsapparat 10c genommen und zum Lichtbestrahlungsapparat 20 befördert und das Zielobjekt 2 wird auf der Auflage 24c so montiert und befestigt, dass die obere Oberfläche des Nitridfilms 4c der Seite des Strahleinstellungssystems 33 zugewandt ist. Der Lichtbestrahlungsapparat 20 wird in der Atmosphäre bei Raumtemperatur angeordnet. Es ist möglich, die Temperatur des Zielobjekts 2, das auf dem Lichtbestrahlungsapparat 20 montiert ist, passend in einem Bereich von Raumtemperatur oder höher, aber nicht über etwa 600 °C einzustellen. Dann wird das Strahleinstellungssystem 33 um ein bestimmtes Ausmaß in X-Richtung und Y-Richtung bewegt, so dass die Position der Referenzmarke mit einer optischen Achse des Laserstrahls 6 übereinstimmt. Die Referenzmarke entspricht einer anfänglichen Zielbestrahlungsposition, wo das Störstellenelement N indieEpi-Schicht 22c des Zielobjekts 2 dotiert wird.
    • (f) Anschließend steuert in Schritt S15 das Lichtquellensteuerteil 32 des Lichtbestrahlungsapparats 20 den Betrieb des Strahleinstellungssystems 33 und der Lichtquelle 34, so dass eine Bestrahlung mit dem Laserstrahl 6 mit der eingegebenen Energiedichte F, Bestrahlungszeit τ, Bestrahlungszahl n durchgeführt wird. Dann, wie in 44 dargestellt, bestrahlt ein Lichtpuls des Laserstrahls 6 die obere Oberfläche der Epi-Schicht 22c des Zielobjekts 2 durch den Nitridfilm 4c.
  • In einer Bestrahlungsregion S des Nitridfilms 4c, die mit dem Lichtpuls bestrahlt wird, wird N, das als Dotierungselement dient, aufgrund der Energie des Laserstrahls 6 stark aktiviert und der Nitridfilm 4c schmilzt. Dann wird in der Grenzfläche zwischen dem Nitridfilm 4c und der Epi-Schicht 22c, N in die Epi-Schicht 22c bis zu einem Niveau eingebracht, das eine Mischkristallkonzentration übersteigt. Während die Laserdotierung voranschreitet, wird die Filmdicke tf des Nitridfilms 4c verringert. Für den Fall, dass die Bestrahlungszahl n mehr als einmal ist und dieselbe Bestrahlungsregion S wiederholt mit einem Lichtpuls bestrahlt wird, wird die Dicke des Nitridfilms 4c mit steigender Bestrahlungszahl n geringer. Übrigens wird eine Schmelzflussregion von SiN in der Peripherie der Bestrahlungsregion S erzeugt.
  • Wie in 45 dargestellt, wird nach n-maliger Bestrahlung mit einem Lichtpuls eine Stickstoffeinbringungsregion 2c in einem oberen Teil der Epi-Schicht 22c gebildet, welcher der Bestrahlungsregion S entspricht. Ebenso wird eine Stufe zwischen der Bestrahlungsregion S und einer Nicht-Bestrahlungsregion des Nitridfilms 4c gebildet. In einem Teil einer Region nahe der Grenze zwischen der Bestrahlungsregion S und der Nicht-Bestrahlungsregion wird ein Teil von SiN aufgrund des Schmelzflusses in einem erhabenen Zustand abgeschieden. 45 zeigt einen beispielhaften Fall, wo ein Teil des Nitridfilms 4c abgeschieden ist und auf der oberen Oberfläche der Stickstoffeinbringungsregion 2c mit einer gewissen Dicke verbleibt, so dass die Vorsprünge und Vertiefungen, die einen Oberflächendefekt des Zielobjekts 2 verursachen, durch die Behandlungen in den zuvor ausgeführten Schritten S12 und S13 verringert werden.
  • (g) Für den Fall, dass der Nitridfilm 4c ein SiN-Film ist, wird anschließend in Schritt S16 der Nitridfilm 4c, der auf der Oberfläche der Epi-Schicht 22c verbleibt, unter Verwendung heißer Phosphorsäure (H3PO4) entfernt, wie in 46 dargestellt. Da der verbleibende Nitridfilm 4c die obere Oberfläche der Stickstoffeinbringungsregion 2c schützt, wird die Stickstoffeinbringungsregion 2c flach gebildet, da ein Aufrauen der oberen Oberfläche kontrolliert ist. Die vorangehenden Schritte (a) bis (g) Bilden das Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der dritten Ausführungsform.
  • [Beispiel 2]
  • Anschließend wird Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung erklärt. In Beispiel 2 wurde das Zielobjekt 2 mit der in 42 dargestellten Epi-Schicht 22c vorbereitet und ein Nitridfilm 4cSiNx wurde mit einer Dicke tf = etwa 100 Nanometer auf einer Oberfläche der Epi-Schicht 22c an einer oberen Seite des Halbleitersubstrats 21 gebildet.
  • Anschließend, wie in 44 und 45 dargestellt, wurde unter Verwendung des Lichtbestrahlungsapparats 20, der in der Atmosphäre vorgesehen war, der Nitridfilm 4c mit einem Lichtpuls mit einer Energiedichte F = etwa 4,0 J/cm2 und einer Bestrahlungszeit τ = 50 ns bestrahlt, wo durch N in die Epi-Schicht 22c dotiert wurde. Als Laserstrahl 6 wurde ein 248 Nanometer (KrF) Excimerlaser verwendet und ein Strahl wurde so gebildet, dass eine Bestrahlungsregion S eine quadratische Form eines Quadrats von etwa 300 Mikrometer in einer ebenen Struktur annahm. Die Laserdotierung wurde in fünf Mustern einer Bestrahlungszahl n ausgeführt, die einmal, zweimal, dreimal, fünfmal und zehnmal sind. Ebenso wurde ein Strukturieren in insgesamt drei Linien, einer Linie a, Linie b und Linie c ausgeführt. 47 bis 49 zeigen Beispiele von Profilen von Stufen auf der Oberfläche der Bestrahlungsregion S, die in den drei Mustern von n = 1, 3, 10 aus den fünf Mustern erhalten wurden.
  • Wenn die Bestrahlungszahl n = 1, wie in der Grafik in 47 dargestellt, waren maximale Tiefen von Stufen etwa 100 Nanometer. Wenn die Bestrahlungszahl n = 3, wie in der Grafik in 48 dargestellt, waren maximale Tiefen von Stufen etwa 150 Nanometer bis 200 Nanometer. Wenn die Bestrahlungszahl n= 10, wie in der Grafik in 49 dargestellt, waren maximale Tiefen von Stufen etwa 200 Nanometer bis 250 Nanometer. Dies beweist, dass, wenn die Bestrahlungszahl n steigt, die Größen der Stufen zunahmen. In 47 bis 49 entspricht die Position von „0“ in der vertikalen Achse der Höhe der oberen Oberfläche des Nitridfilms 4c, der vor der Lichtpulsbestrahlung gebildet wurde.
  • Anschließend, wie in 46 dargestellt, wurde der auf der oberen Oberfläche der Epi-Schicht 22c verbleibende Nitridfilm 4c entfernt. Wie in der Grafik in 50 dargestellt, war im Fall der vier Muster der Bestrahlungszahl n = 1, 2, 3 und 5 die Höhe der oberen Oberfläche der Epi-Schicht 22c in der Bestrahlungsregion S im Allgemeinen flach, fast ohne Änderungen oder leichten Vorsprüngen. Andererseits ist dann, wenn die Bestrahlungszahl n = 10, der Nitridfilm 4c in der Bestrahlungsregion S fast vollständig verschwunden und ferner ist ein oberer Teil der Stickstoffeinbringungsregion 2c unter dem Nitridfilm 4c teilweise um 100 Nanometer oder mehr geätzt. Es ist klar, dass bei einer Bestrahlungszahl n = 10 deutliche Vorsprünge und Vertiefungen auf der Oberfläche der Stickstoffeinbringungsregion 2c gebildet werden. In 50 entspricht die Position von „0“ in der vertikalen Achse der oberen Oberfläche der Epi-Schicht 22c, nämlich der oberen Oberfläche der Stickstoffeinbringungsregion 2c.
  • Im Fall von Beispiel 2, wie in der Grafik in 51 dargestellt, wurde N in die äußerste Oberfläche der Epi-Schicht 22c mit einer Konzentration von etwa 1 × 1021 cm-3 eingebracht, welche die Mischkristallkonzentration von4H-SiC weit überschreitet, die etwa 1 × 1020 cm-3 ist. Ebenso wurde N an einer Position im Inneren der Epi-Schicht 22c bei einer Tiefe von fast 50 Nanometer eingebracht. 51 zeigt ein Profil einer Stickstoffkonzentration bei der Bestrahlungszahl n = 10.
  • Anschließend, wie in der Schnittansicht in 52 dargestellt, wurden zwei Sondennadeln 58a, 58c, die mit Abstand zueinander angeordnet waren, mit der Oberfläche der Stickstoffeinbringungsregion 2c in Kontakt gebracht und der elektrische Widerstand wurde zwischen den Sondennadeln 58a, 58c gemessen. Aus den Stickstoffeinbringungsregionen 2c, die mit den fünf verschiedenenMustern einer Bestrahlungszahl n gebildet wurden, sind I-V-Eigenschaften, die im Falle der vier Muster von n = 1, 3, 5, 10 erhalten wurden, in der Grafik in 53 als Beispiele dargestellt. Die Grafik in 54 zeigt Widerstandswerte, die bei den entsprechenden fünf Mustern erhalten wurden, wenn eine Spannung von 2V zwischen den Sondennadeln 58a, 58c angelegt wurde.
  • Wenn die Bestrahlungszahl n = 1, wie durch die gebrochene Linie in 53 dargestellt, floss fast kein Strom, selbst wenn die Spannung geändert wurde. Wie in 54 dargestellt, wenn die Spannung von 2V angelegt wurde, waren drei Widerstandswerte von Linie „a“ bis Linie „c“ relativ hoch, in einem Bereich von etwa 6 × 108 bis 5 × 1010 Ω.
  • Übrigens wurden für den Fall, dass die Bestrahlungszahl n = 3, 5, 10, wie in 53 dargestellt, ohmsche Eigenschaften dargestellt, in welchen Strom proportional zur Spannung fließt, wenn die Spannung geändert wurde. Ferner, wie in 54 dargestellt, waren im Fall der vier Muster der Bestrahlungszahl n = 2, 3, 5, 10, die drei Widerstandswerte, wenn eine Spannung von 2V angelegt wurde, etwa 103 Ω. Gemäß 53 und 54 ist klar, dass unter den Laserdotierungsbedingungen von Beispiel 2, die Stickstoffeinbringungsregion 2c effektive I-V-Eigenschaften hat, wenn die Bestrahlungszahl n zweimal oder mehr ist.
  • [Beispiel 3]
  • Anschließend wird Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung erklärt. Ähnlich wie Beispiel 2 ist Beispiel 3 ein Fall, in dem der Nitridfilm 4c ein SiNx-Film ist. Eine Energiedichte F eines Lichtpulses ist jedoch auf etwa 1,0 J/cm2 verringert, was etwa einem Viertel des Falls von Bei spiel 2 entspricht, und der Rest der Laserdotierungsbedingungen war ähnlich jenen im Fall von Beispiel 2. Ähnlich wie im Fall von Beispiel 2 wurden fünf Muster einer Bestrahlungszahl n verwendet, die einmal, zweimal, dreimal, fünfmal und zehnmal sind. Ebenso wurde ein Strukturieren in insgesamt drei Linien, Linie a, Linie b, und Linie c, durchgeführt.
  • Wenn die Bestrahlungszahl n = 1, wie in der Grafik in 55 dargestellt, war eine durchschnittliche maximale Tiefe von Stufen etwa 20 bis 30 Nanometer und die Tiefen der Stufen wurden um ein Fünftel bis zu einem Viertel im Vergleich zu jenen unter den entsprechenden Laserdotierungsbedingungen von Beispiel 2, das in 47 dargestellt ist, kleiner. Wenn die Bestrahlungszahl n = 2, wie in der Grafik in 56 dargestellt, waren maximale Tiefen von Stufen etwa 30 bis 70 Nanometer.
  • Wenn die Bestrahlungszahl n = 3, wie in der Grafik in 57 dargestellt, waren maximale Tiefen von Stufen etwa 70 Nanometer und die Tiefen der Stufen wurden um ein Drittel bis zu einer Hälfte im Vergleich zu jenen unter den entsprechenden Laserdotierungsbedingungen von Beispiel 2, das in 48 dargestellt ist, kleiner. Wenn die Bestrahlungszahl n = 5, wie in der Grafik in 58 dargestellt, waren maximale Tiefen von Stufen etwa 70 bis 100 Nanometer.
  • Wenn die Bestrahlungszahl n = 10, wie in der Grafik in 59 dargestellt, waren maximale Tiefen von Stufen etwa 80 bis 100 Nanometer und die Tiefen der Stufen wurden ein Drittel bis zu einer Hälfte im Vergleich zu jenen unter den entsprechenden Laserdotierungsbedingungen von Beispiel 2, das in 49 dargestellt ist, kleiner.
  • Ähnlich wie im Fall von Beispiel 2 sind von den Stickstoffeinbringungsregionen 2c, die mit den fünf verschiedenen Mustern der Bestrahlungszahl n gebildet wurden, I-V-Eigenschaften, die im Fall der vier Muster n = 1, 3, 5, 10 erhalten wurden, in der Grafik in 60 als Beispiele dargestellt. Die Grafik in 61 zeigt Widerstandswerte, die in den entsprechenden fünf Mustern unter Verwendung des Verfahrens erhalten werden, das in 52 dargestellt ist.
  • In 60 sind eine Ortslinie für den Fall, dass die Bestrahlungszahl n = 1, dargestellt durch die gebrochene Linie als ein Beispiel, eine Ortslinie für den Fall, dass die Bestrahlungszahl n = 3, dargestellt durch eine abwechselnd lang- und kurzgestrichelte Linie als ein Beispiel, und eine Ortslinie für den Fall, dass die Bestrahlungszahl n = 5, dargestellt durch die Zwei-Punktlinie als ein Beispiel, in einem im Allgemeinen überlappten Zustand auf derselben geraden Linie dargestellt. Wie in 60 dargestellt, floss in jedem der Fälle, in welchen die Bestrahlungszahl n = 1, 3, 5, fast kein Strom, selbst wenn die Spannung geändert wurde. Wie in 61 dargestellt, waren im Falle der Bestrahlungszahl n = 1, 2, 3, 5 drei Widerstandswerte von Linie a bis Linie c, wenn eine Spannung von 2V angelegt wurde, relativ hoch, in einem Bereich von etwa 1 × 108 bis 1 × 1011 Ω.
  • Wenn die Bestrahlungszahl n = 10, floss ein großer Strom mit ohmschen Eigenschaften, wenn die Spannung geändert wurde. Wie in 61 dargestellt, waren die drei entsprechenden Widerstandswerte, wenn die Spannung von 2V angelegt wurde, etwa 1 × 102 Ω, was deutlich unter jenen in den vier Mustern der Bestrahlungszahl n = 1, 2, 3, 5 liegt. Gemäß 61 und 61 ist klar, dass, wenn die Energiedichte F eines Lichtpulses verringert wird, die Stickstoffeinbringungsregion 2c gesteuert werden kann, um effektive I-V-Eigenschaften zu haben, indem die Bestrahlungszahl n auf eine höhere Zahl gestellt wird.
  • Ferner wurde zusätzlich zu Beispiel 2 und Beispiel 3 eine Laserdotierung mit einer Energiedichte F eines Lichtpulses, die auf etwa 6, 0 J/cm2 erhöht war, was höher als jene in den Fällen von Beispiel 2 und Beispiel 3 ist, und unter Laserdotierungsbedingungen ähnlich jenen von Beispiel 2 und Beispiel 3 durchgeführt. In diesem Fall, ähnlich wie im Fall von Beispiel 2 und Beispiel 3, wurde eine Stufe eines Nitridfilms 4c umso größer, je größer die Bestrahlungszahl n wurde, und eine Ätztiefe wurde auch größer, wenn die Stickstoffeinbringungsregion 2c geätzt wurde.
  • Mit dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der dritten Ausführungsform wird die Bestrahlungszahl n eines Lichtpulses unter Berücksichtigung der Filmdicke tf des Nitridfilms 4c und der Energiedichte F und der Bestrahlungszeit τ eines Lichtpulses im Voraus festgesetzt. Dann wird der Nitridfilm 4c mit dem Lichtpuls bei Raumtemperatur und unter atmosphärischem Druck bestrahlt. Somit wird ein Einbringen von N in die Oberfläche der 4H-SiCi-Epi-Schicht 22c gefördert. Daher ist es möglich, N in die Oberfläche der 4H-SiCi-Epi-Schicht 22c als das Zielobjekt 2 bei einer Konzentration von Stickstoff in einer Menge von 1021 cm-3 einzubringen, die signifikant größer als eine Mischkristallkonzentration von N ist (etwa 1 × 1020 cm-3 oder weniger). Ferner wird N leicht an einer Position in einer Tiefe von etwa 50 Nanometern von der Oberfläche der Epi-Schicht 22c eingebracht.
  • Im Fall eines Verfahrens zur Dotierung von N, in dem ein SiC-Halbleitersubstrat in eine hoch konzentrierte, wässrige Ammoniaklösung eingetaucht und mit einem Lichtpuls eines Laserstrahls durch die wässrige Ammoniaklösung bestrahlt wird, besteht ein Problem, dass nicht nur die beabsichtigten N-Atome, sondern auch Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H), die in der wässrigen Ammoniaklösung enthalten sind, in den SiC-Kristall eindringen, wodurch die Kristallinität verschlechtert wird. In dieser Hinsicht wird bei dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der dritten Ausführungsform ein Festkörper aus Nitridfilm 4c anstelle der wässrigen Ammoniaklösung verwendet und eine große Menge von O und H, die eine Verschlechterung der Halbleitereigenschaften bewirkt, dringt nicht in den SiC-Kristall ein. Da ferner eine Laserdotierung in einer Stickstoffatmosphäre als Bestrahlungsatmosphäre unter atmosphärischem Druck durchgeführt wird, ist es möglich, ein Eindringen von O und H weiter zu begrenzen. In dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der dritten Ausführungsform, indemSiCdas Zielobjekt ist, wirdSiNx, eine Verbindung aus Si und N, als Nitrid verwendet. Daher ist eine Affinität mit SiC hoch und selbst wenn SiNx abgerieben wird und Si auf der Oberfläche von 4H-SiC abgeschieden wird, gibt es geringere Bedenken, dass Si als unnötige Substanz für das Element dienen könnte.
  • Mit dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der dritten Ausführungsform wird eine Laserdotierung innerhalb eines Bereichs von etwa Raumtemperatur bis 600° durchgeführt. Anders als im verwandten Stand der Technik ist es daher nicht notwendig, bei extrem hoher Temperatur von etwa 1600 bis 1800°C zu tempern. Es ist somit möglich, N leicht, ohne eine zusätzliche Spannungsverformung durch den thermischen Verlauf zu dotieren.
  • Wenn Störstellenelementen als Festphaseneinbringungsquelle auf dem 4H-SiC-Zielobjekt 2 vorgesehen und mit dem Laserstrahl 6 bestrahlt werden, um eine Laserdotierung auszuführen, gibt es üblicherweise Fälle, in welchen eine Laserdotierung in einem Niederdruckzustand von etwa 6,7 × 10-5 Pa durchgeführt wird. Mit dem Verfahren zum Einbringen von Störstellen gemäß der dritten Ausführungsform ist es möglich, Stickstoff als Störstellenelemente selbst unter atmosphärischemDruck einzubringen. Daher entfallen Anlagen- und Arbeitsaufwandbelastungen zur Erzeugung eines Niederdruckzustands und es ist möglich, eine Laserdotierung einfacher und rascher als zuvor auszuführen.
  • <Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung>
  • Anschließend wird ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 42 bis 46 erklärt, die zur Erklärung des Verfahrens zum Einbringen von Störstellen gemäß der dritten Ausführungsform verwendet werden.
    • (h) Zunächst, wie in einer Schnittansicht in 62 dargestellt, wird ein Zwischenprodukt 2 als das Zielobjekt 2 vorbereitet. In dem Zwischenprodukt 2 wird ein Halbleitersubstrat 52SUB gebildet, das am Ende zur N-Typ-Driftschicht wird.
  • Im Inneren einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 52SUB des Zwischenprodukts 2 in 62 sind selektiv mehrere P-Typ-Well-Regionen 53a, 53b vorgesehen. Im Inneren der mehreren P-Typ-Well-Regionen 53a, 53b sind jeweils Source-Regionen 54a, 54b vorgesehen. An den Oberflächen der Well-Regionen 53a, 53b ist eine Gate-Elektrode 56 durch einen Gate-Isolationsfilm 55 vorgesehen. An der Oberseite der Gate-Elektrode 56 ist ein Zwischenschichtisolationsfilm 57 vorgesehen. Gleichzeitig ist an einer Oberseite des Zwischenschichtisolationsfilms 57 ein Source-Elektrodenfilm 58 vorgesehen, um die Well-Regionen 53a, 53b und die Source-Regionen 54a, 54b kurzzuschließen. An der Oberseite des Source-Elektrodenfilms 58 sind ein Passivierungsfilm 51c wie ein Siliziumoxidfilm (SiO2 -Film) und ein Polyimidfilm gebildet. Somit ist eine MOS-Gate-Struktur auf der Oberfläche des Zwischenprodukts 2 gebildet, wie in 62 dargestellt.
  • (i) Unter Verwendung einer Technik, wie eines chemischen Maschinenpolierens (CMP) , wird eine Dicke des Halbleitersubstrats 52SUB eingestellt, bis das Halbleitersubstrat 52SUB eine gewünschte Dicke tdrift hat. Zum Beispiel ist es möglich, eine Dicke von etwa 10 Mikrometern bis 60 Mikrometer als die gewünschte Dicke tdrift zu wählen. Ein verbleibender Teil des Halbleitersubstrats 52SUB mit der gewünschten Dicke tdrift dient als Driftschicht 52 einer Halbleitervorrichtung. Die Driftschicht 52 entspricht einer ersten N-Typ-Halbleiterregion gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • (j) Anschließend, wie in einer Schnittansicht in 63 dargestellt, wird die Halbleitervorrichtung umgedreht und im Inneren der Kammer 11 des Filmbildungsapparats 10c angeordnet, wie in 39 dargestellt, so dass eine Rückseite der Driftschicht 52 an der gegenüberliegenden Seite der MOS-Gate-Struktur eine obere Oberfläche wird. Dann wird, ähnlich wie in 5, ein Nitridfilm 4c mit einer gewissen Dicke tf an der Rückseite der Driftschicht 52 durch Verwendung einer Niedertemperatur-Filmbildungstechnologie wie Plasma-CVD gebildet.
  • (k) Anschließend, wie in einer Schnittansicht in 64 dargestellt, wird die Rückseite der Driftschicht 52 mit einem Lichtpuls des Laserstrahls 6 durch den Nitridfilm 4c ähnlich wie in 6 bestrahlt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Rückseite der Driftschicht 52 vollständig mit dem Laserstrahl 6 überstrichen und bestrahlt, und N wird in einen unteren Teil der Driftschicht 52 (als der „obere Teil“ in 64 bezeichnet) bei einer hohen Konzentration eingebracht, die eine Mischkristallkonzentration der Driftschicht 52 überschreitet. Das Überstreichen kann durch Bewegen der X-Y-Bewegungsplattform 23, die durch den zweiseitigen Pfeil dargestellt ist, im Inneren der X-Y-Bewegungsplattform 23 in 39 oder Bewegungen an der Seite des Strahleinstellungssystems 33 erfolgen.
  • Wenn eine Energiedichte F eines Lichtpulses zur Bestrahlung relativ groß ist, ist es möglich, eine Stickstoffeinbringungsregion mit ausgezeichneten I-V-Eigenschaften zu bilden, selbst wenn die Bestrahlungszahl n auf eine geringe Zahl wie drei- oder fünfmal verringert wird, wie in 53 und 54 dargestellt. Durch Verringern der Bestrahlungszahl n eines Lichtpulses, der zum Bestrahlen der Rückseite der Driftschicht 52 verwendet wird, wird ein Herstellungsprozess für eine Halbleitervorrichtung verkürzt, eine Erhöhung eines geätzten Ausmaßes der Oberfläche der Stickstoffeinbringungsregion begrenzt.
  • (l) Ähnlich wie in 46 wird anschließend der Nitridfilm 4c entfernt, der auf der Rückseite der Driftschicht 52 verbleibt. Dann, wie in einer Schnittansicht in 65 dargestellt, wird eine N++-Typ-Stickstoffeinbringungsregion, in der N in einem Niveau dotiert ist, das die Mischkristallkonzentration übersteigt, als eine Drainregion 52a auf der gesamten Oberfläche des unteren Teils der Driftschicht 52 an der gegenüberliegenden Seite der MOS-Gate-Struktur gebildet. Die Drainregion 52a entspricht einer zweiten N-Typ-Halbleiterregion gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • (m) Anschließend, wie in einer Schnittansicht in 66 dargestellt, wird ein Drain-Elektrodenfilm 59 aus zum Beispiel Ni, auf der Drainregion 52a gebildet. Die Drainregion 52a, in die Stickstoff bei hoher Konzentration eingebracht wird, und der Drain-Elektrodenfilm 59 sind in gutem ohmschem Kontakt miteinander, wie in 51 bis 61 erklärt, und eine Elementstruktur, die eine ohmsche Kontaktstruktur in der zweiten N-Typ-Halbleiterregion enthält, wird gebildet. Die vorangehenden Schritte (h) bis (m) bilden das Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform.
  • Bei dem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform wird die Bestrahlungszahl n eines Lichtpulses unter Berücksichtigung einer Filmdicke tf des Nitridfilms 4c, und einer Energiedichte F und Bestrahlungszeit τ eines Lichtpulses eingestellt. Dann wird der Nitridfilm 4c mit einem Lichtpuls bei Raumtemperatur und unter atmosphärischem Druck bestrahlt. Daher ist es möglich, N einzubringen, so dass eine Konzentration in der Oberfläche der 4H-SiC Halbleitersubstrat bei einem Niveau von 1021 cm-3 oder mehr ist, die deutlich höher als eine Mischkristallkonzentration von N ist (etwa 1 × 1020 cm-3 oder weniger) . Es ist auch möglich, eine Halbleitervorrichtung 50c mit einer Halbleiterregion mit niedrigem ohmschen Widerstand und ausgezeichneten Kontakteigenschaften herzustellen.
  • Üblicherweise wird in Hinblick auf eine Drainregion, die an einer Rückseite eines Halbleitersubstrats vorgesehen ist, ein Halbleitersubstrat mit einer relativ großen Dicke im Voraus vorbereitet, eine MOS-Gate-Struktur oder dergleichen wird auf einer oberen Seite des Halbleitersubstrats gebildet und dann wird die Rückseite des Halbleitersubstrats durch CMP und so weiter abgetragen. Danach sind Behandlungen, wie ein Einbringen einer N-Typ-Störstelle und ein Hochtemperaturtempern, erforderlich. Daher besteht ein Problem, dass Beschädigungen, wie Verwerfungen und Risse, im Halbleitersubstrat auftreten können. Mit dem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform ist es jedoch nicht notwendig, bei Hochtemperatur zu tempern. Daher ist es möglich, die Drainregion 52a bei einer hohen Konzentration zu bilden, selbst nachdem das Halbleitersubstrat, in dem die Oberflächenstruktur gebildet ist, auf eine extrem geringe Dicke von etwa tdrift = 10 Mikrometer bis 60 Mikrometer abgetragen wurde . Somit wird ein Aufwand in der Herstellung einer Halbleitervorrichtung verringert und der Prozesswirdeffizienter. Gleichzeitig ist es möglich, eine verlustarme Hochgeschwindigkeitshalbleitervorrichtung zu erhalten.
  • In dem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform implementiert die Arithmetik- und Steuereinheit 30c eine arithmetische Verarbeitung zum Festsetzen der Bestrahlungszahl n eines Lichtpulses aus der Filmdicke tf des Nitridfilms 4c und einer Energiedichte F und Bestrahlungszeit τ eines Lichtpulses als Eingabedaten. Ein Bediener kann jedoch auch die Bestrahlungszahl n eines Lichtpulses festsetzen.
  • Ferner wurde in dem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform ein MOSFET als ein Beispiel erklärt. Die Halbleitervorrichtung ist jedoch nicht auf einen MOSFET beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist bei N-Typ-Halbleiterregionen verschiedener Arten von Halbleitervorrichtungen (Halbleitervorrichtungen), wie IGBT, SIT, GTO, SI Thyristoren und so weiter anwendbar, wie auch einer Diode. Wie bisher beschrieben, enthält die vorliegende Erfindung verschiedene Ausführungsformen, die oben nicht beschrieben sind, und der technische Umfang der Erfindung ist nur durch einen Gegenstand definiert, der die Erfindung gemäß dem angemessenen Umfang der Patentansprüche basierend auf der vorangehenden Erklärung spezifiziert.

Claims (24)

  1. Verfahren zum Dotieren von Störstellen, umfassend: Abscheiden eines Quellenfilms (4) aus einem Material, das Störstellenelemente beinhaltet, auf einer Oberfläche eines festen Zielobjekts (2), wobei der Quellenfilm (4) eine Filmdicke tf aufweist; und Bestrahlen des Quellenfilms (4) mit einem Lichtpuls mit einer Wellenlänge, einer Bestrahlungszeit und einer Energiedichte, so dass die Störstellenelemente in das Zielobjekt (2) bei einer Konzentration dotiert werden, die eine thermodynamische Gleichgewichtskonzentration übersteigt; gekennzeichnet dadurch, dass die Filmdicke tf [nm] des Quellenfilms (4) durch die Daumenregel: t f = α ⋅ ln ( F ) − β
    Figure DE102016103350B4_0014
     vorgegeben ist, wobei α [nm] eine Wärmediffusionslänge ist, die durch die Störstellenelemente und die Bestrahlungszeit des Lichtpulses bestimmt wird, F [J/cm2] eine Energiedichte des Lichtpulses ist und β [nm] ein Korrekturkoeffizient ist; und wobei der Lichtpuls so abgestrahlt wird, dass der Quellenfilm (4) nach der Bestrahlung durch den Lichtpuls um einen Betrag einer Filmdicke, die mindestens einer Atomlage entspricht, auf der Oberfläche des Zielobjekts (2) verbleibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Filmdicke des Quellenfilms (4) ferner durch einen Verteilungszustand und eine Tiefe versenkter Unregelmäßigkeiten bestimmt wird, die auf einer Oberfläche des Zielobjekts (2) erzeugt werden, wobei die versenkten Unregelmäßigkeiten einer Bestrahlung durch den Lichtpuls zuzuschreiben sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Energiedichte F des Lichtpuls 3,3 J c m 2 ≤ F ≤ 6,0 J c m 2
    Figure DE102016103350B4_0015
    ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine Wellenlänge des Lichtpulses 190 nm oder länger ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine Bestrahlungsbearbeitung mit dem Lichtpuls in einem Zustand ausgeführt wird, in dem die Temperatur des Zielobjekts (2) auf Raumtemperatur oder höher eingestellt ist, aber 500°C nicht überschreitet.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Störstellenelement Aluminium ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Filmdicke tf in einem Bereich von 240 nm ≤ tf ≤ (4,4 ·103 ·ln(F) - 5350) nm liegt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Quellenfilm (4) ein Nitridfilm ist und, das zu dotierende Störstellenelement Stickstoff ist, der im Nitridfilm enthalten ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Bestrahlung durch den Lichtpuls enthält: Festsetzen der Stoßzahl des Lichtpulses unter Berücksichtigung einer Filmdicke des Nitridfilms, einer Energiedichte des Lichtpulses und einer Bestrahlungszeit pro Stoß des Lichtpulses; und Bestrahlen des Nitridfilms mit dem Lichtpuls mit der Energiedichte, der Bestrahlungszeit und der Stoßzahl.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Nitridfilm ein Siliziumnitridfilm ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine Filmdicke des Nitridfilms 10 nm oder größer ist, aber τ µm nicht überschreitet.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Energiedichte 1,0 J/cm2 oder höher ist, aber 6,0 J/cm2 nicht überschreitet.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine Wellenlänge des Lichtpulses 190 nm oder länger ist, aber 380 nm nicht überschreitet.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Lichtpuls mit der Stoßzahl von eins oder mehr ausgestrahlt wird, aber zehn pro einzelner Bestrahlungsfläche nicht überschreitet.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine ebene Struktur durch Überstreichen mit einem Strahl des Lichtpulses direkt beschrieben wird, so dass das Zielobjekt (2) in einer X-Y Ebene, relativ zu einer Bestrahlungsposition des Strahls bewegt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Bestrahlung durch den Lichtpuls in einem Zustand ausgeführt wird, in dem die Temperatur des Zielobjekts (2) auf Raumtemperatur oder höher eingestellt ist, aber 600 °C nicht überschreitet.
  17. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, umfassend: Vorbereiten eines Zwischenprodukts mit einer ersten Halbleiterregion; Abscheiden eines Quellenfilms (4) aus einem Material, das Störstellenelemente beinhaltet, auf einer Oberfläche der ersten Halbleiterregion, wobei der Quellenfilm (4) eine Filmdicke tf aufweist; Bilden einer zweiten Halbleiterregion durch Bestrahlen des Quellenfilms (4) mit dem Lichtpuls mit einer Bestrahlungszeit und einer Energiedichte; und Dotieren der Störstellenelemente in die erste Halbleiterregion bei einer Konzentration, die eine thermodynamische Gleichgewichtskonzentration übersteigt; gekennzeichnet dadurch, dass die Filmdicke tf [nm] des Quellenfilms (4) durch die Daumenregel: t f = α ⋅ ln ( F ) − β
    Figure DE102016103350B4_0016
    vorgegeben ist, wobei α [nm] eine Wärmediffusionslänge ist, die durch die Störstellenelemente und die Bestrahlungszeit des Lichtpulses bestimmt wird, F [J/cm2] eine Energiedichte des Lichtpulses ist und β [nm] ein Korrekturkoeffizient ist; und wobei der Lichtpuls so abgestrahlt wird, dass der Quellenfilm (4) nach der Bestrahlung durch den Lichtpuls um einen Betrag einer Filmdicke, die mindestens einer Atomlage entspricht, auf der Oberfläche des Zielobjekts (2) verbleibt.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erste Halbleiterregion ein erster Leitfähigkeitstyp ist, der Quellenfilm (4) Störstellenelemente eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthält, der zweite Leitfähigkeitstyp der zweiten Halbleiterregion durch die Störstellenelemente im Quellenfilm (4) etabliert wird; und eine Elementstruktur durch das Zwischenprodukt erzeugt wird, wobei die Elementstruktur einen pn-Übergang enthält, der durch die erste Halbleiterregion und die zweite Halbleiterregion implementiert ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Quellenfilm (4) Störstellenelemente mit demselben Leitfähigkeitstyp wie jenen der ersten Halbleiterregion in der zweiten Halbleiterregion enthält, die als Kontaktregion dient, wobei die Störstellenelemente im Quellenfilm (4) auf eine höhere Konzentration dotiert sind als jene der ersten Halbleiterregion, und das Verfahren ferner umfasst: Bilden eines Elektrodenfilms, der als ohmscher Kontakt mit der Kontaktregion dient, wobei eine Elementstruktur, die eine ohmsche Kontaktstruktur enthält, durch das Zwischenprodukt erzeugt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erste Halbleiterregion der erste Leitfähigkeitstyp ist und das Verfahren ferner umfasst: Skizzieren einer Dotierungsmaske auf der ersten Halbleiterregion, wobei die Dotierungsmaske ein Fenster für Dotierungsstörstellen hat, wobei der Quellenfilm (4), der das Störstellenelement des zweiten Leitfähigkeitstyps enthält, auf einer Oberfläche der ersten Halbleiterregion teilweise durch die Dotierungsmaske abgeschieden wird, wobei der Quellenfilm (4) die Dicke hat; und durch Bestrahlen des Quellenfilms (4) durch den Lichtpuls eine Struktur der zweiten Halbleiterregion mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp selektiv in der ersten Halbleiterregion unmittelbar unter dem Fenster gebildet wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Dotierungsmaske aus einem Siliziumoxidfilm besteht.
  22. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erste Halbleiterregion vom N-Typ ist, der Quellenfilm (4) ein Nitridfilm ist, durch Bestrahlen des Nitridfilms mit dem Lichtpuls Stickstoff, der im Nitridfilm enthalten ist, in die erste Halbleiterregion dotiert wird, wodurch die zweite Halbleiterregion mit dem N-Typ etabliert wird, und das Verfahren ferner umfasst: Abscheiden eines ohmschen Kontaktelektrodenfilms, so dass er mit der zweiten Halbleiterregion in Kontakt steht.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Bilden der zweiten Halbleiterregion enthält: Festsetzten einer Stoßzahl des Lichtpulses unter Berücksichtigung einer Filmdicke des Nitridfilms, einer Energiedichte des Lichtpulses und einer Bestrahlungszeit pro Stoß des Lichtpulses; und Bestrahlen des Nitridfilms mit dem Lichtpuls mit der Energiedichte, der Bestrahlungszeit und der Stoßzahl.
  24. Verfahren nach Anspruch 18, 19, oder 23, wobei eine ebene Struktur der zweiten Halbleiterregion direkt beschrieben wird, indem ein Strahl des Lichtpulses so geführt wird, dass die Position der ersten Leitfähigkeitsregion in einer X-Y Ebene relativ zu einer Bestrahlungsposition des Strahls bewegt wird.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6468041B2 (ja) * 2015-04-13 2019-02-13 富士電機株式会社 不純物導入装置、不純物導入方法及び半導体素子の製造方法
CN106611790B (zh) * 2015-10-26 2020-07-17 上海新昇半导体科技有限公司 垂直晶体管及其制备方法
WO2019123611A1 (ja) 2017-12-21 2019-06-27 ギガフォトン株式会社 レーザ照射方法、及びレーザ照射システム
JP7024433B2 (ja) * 2018-01-19 2022-02-24 富士電機株式会社 不純物導入装置、不純物導入方法及び炭化ケイ素半導体装置の製造方法
CN112928168A (zh) * 2019-12-06 2021-06-08 力特半导体（无锡）有限公司 具有不对称击穿电压的tvs二极管和组件
CN112756798A (zh) * 2021-01-07 2021-05-07 中南大学 一种材料表面元素注入的方法
US11621168B1 (en) 2022-07-12 2023-04-04 Gyrotron Technology, Inc. Method and system for doping semiconductor materials

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08264468A (ja) 1994-09-12 1996-10-11 Ion Kogaku Kenkyusho:Kk 炭化ケイ素への不純物ドーピング方法および電極形成方法
US20010018258A1 (en) 1999-12-30 2001-08-30 Kyeong Yoon Method for fabricating semiconductor device
US6300228B1 (en) 1999-08-30 2001-10-09 International Business Machines Corporation Multiple precipitation doping process
DE10046170A1 (de) 2000-09-19 2002-04-04 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Metallkontaktes durch eine dielektrische Schicht
US20040110335A1 (en) 2002-03-26 2004-06-10 Masayuki Jyumonji Processing method and apparatus for annealing and doping semiconductor
JP2013214657A (ja) 2012-04-03 2013-10-17 Denso Corp 炭化珪素半導体装置およびその製造方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4147563A (en) * 1978-08-09 1979-04-03 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method for forming p-n junctions and solar-cells by laser-beam processing
JPH07114287B2 (ja) 1988-04-13 1995-12-06 神奈川県 半導体抵抗素子
JPH0265128A (ja) 1988-08-30 1990-03-05 Sony Corp 半導体装置の製造方法
JP3027013B2 (ja) 1991-01-28 2000-03-27 松下電器産業株式会社 半導体における不純物のドーピング方法および半導体装置の製造方法
JPH08148443A (ja) 1994-11-24 1996-06-07 Agency Of Ind Science & Technol 不純物のイオン注入方法
US5918140A (en) * 1997-06-16 1999-06-29 The Regents Of The University Of California Deposition of dopant impurities and pulsed energy drive-in
JP2000277448A (ja) 1999-03-26 2000-10-06 Ion Kogaku Kenkyusho:Kk 結晶材料の製造方法および半導体素子
JP2004158702A (ja) 2002-11-07 2004-06-03 C Tekku:Kk 半導体装置製造方法
JP2007227655A (ja) 2006-02-23 2007-09-06 Ion Engineering Research Institute Corp 半導体素子の製造方法
KR101139458B1 (ko) * 2009-06-18 2012-04-30 엘지전자 주식회사 태양전지 및 그 제조방법
US8669169B2 (en) * 2010-09-01 2014-03-11 Piquant Research Llc Diffusion sources from liquid precursors
TW201340177A (zh) * 2012-03-29 2013-10-01 Newsouth Innovations Pty Ltd 在包含多種不純物類型的矽形成局部融化區域的方法
JP6108588B2 (ja) 2012-04-27 2017-04-05 国立研究開発法人産業技術総合研究所 炭化珪素半導体素子の製造方法
CN103839826B (zh) * 2014-02-24 2017-01-18 京东方科技集团股份有限公司 一种低温多晶硅薄膜晶体管、阵列基板及其制作方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08264468A (ja) 1994-09-12 1996-10-11 Ion Kogaku Kenkyusho:Kk 炭化ケイ素への不純物ドーピング方法および電極形成方法
US6300228B1 (en) 1999-08-30 2001-10-09 International Business Machines Corporation Multiple precipitation doping process
US20010018258A1 (en) 1999-12-30 2001-08-30 Kyeong Yoon Method for fabricating semiconductor device
DE10046170A1 (de) 2000-09-19 2002-04-04 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Metallkontaktes durch eine dielektrische Schicht
US20040110335A1 (en) 2002-03-26 2004-06-10 Masayuki Jyumonji Processing method and apparatus for annealing and doping semiconductor
JP2013214657A (ja) 2012-04-03 2013-10-17 Denso Corp 炭化珪素半導体装置およびその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ikeda Akihiro et al., Applied Physics Letters, 102, 052104-1 bis 052104-4

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