DE112015003862T5 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements - Google Patents

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Abstract

Auf einer ersten Oberfläche eines Substrats, das aus Siliziumcarbid gebildet ist, wird ein Metallfilm gebildet, der wenigstens ein Metall beinhaltet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Wolfram, Molybdän und Chrom besteht. Der Metallfilm wird mit einem gepulsten Laserstrahl bestrahlt, der eine Wellenlänge in einem Bereich von 330 nm bis 370 nm aufweist, so dass eine Silicidreaktion innerhalb der Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Metallfilm auftritt, wobei ein Metallsilicidfilm gebildet wird. Eine Dicke des Metallfilms ist gleich oder größer als 30 nm, und eine Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls ist innerhalb eines Bereichs von 20 ns bis 200 ns. Eine Fluenz wird so ausgewählt, dass diese Bedingungen erfüllt, unter denen eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des Metallfilms einen Schmelzpunkt des Metallfilms nicht übersteigt und eine Maximaltemperatur der Grenzfläche zwischen dem Metallfilm und dem Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur des Metallfilms wird. Durch das vorstehende Verfahren ist es möglich, einen Metallsilicidfilm zu bilden, ohne den Metallfilm, der auf dem SiC-Substrat gebildet ist, zu schmelzen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements, das zum Bilden einer ohmschen Elektrode auf einem Siliziumcarbid-Substrat (SiC-Substrat) dient.
  • Stand der Technik
  • Als ein Halbleitermaterial für eine Halbleiterleistungsvorrichtung zieht SiC, das einen größeren Bandabstand als der von Silizium aufweist, die Aufmerksamkeit auf sich. Die Leistungshalbleitervorrichtungen, die SiC verwenden, wie z. B. eine Schottky-Diode, MOSFET und JFET, werden praktisch eingesetzt. Es ist schwieriger, einen SiC-Wafer vorzubereiten, der einen kleinen Defekt aufweist, als einen Si-Wafer herzustellen, der einen kleinen Defekt aufweist. Deshalb wird eine Epitaxieschicht, die einen kleinen Defekt aufweist und die auf einem SiC-Wafer ausgebildet ist, als eine Driftschicht verwendet. Die Dicke der Epitaxieschicht wird in Übereinstimmung mit der erforderlichen Druckfestigkeit eingestellt. In einem Fall, in dem SiC als eine Driftschicht verwendet wird, kann dieselbe Druckfestigkeit durch eine Driftschicht mit einer Dicke von etwa 1/10 des Si sichergestellt werden. Beispielsweise kann eine Epitaxieschicht, die aus SiC gebildet ist, das eine Dicke von 10 pm aufweist, eine Druckfestigkeit ungefähr äquivalent zu einer Druckfestigkeit, die ein Si-Wafer mit einer Dicke von 100 pm aufweist, sicherstellen.
  • In einer Schottky-Barriere-Diode ist eine Anodenelektrode auf der Oberfläche der Epitaxieschicht gebildet. In einem Schaltelement ist eine Elementstruktur, die eine Schaltfunktion aufweist, auf der Oberfläche der Epitaxieschicht gebildet. Der SiC-Wafer, der eine Basis der Epitaxieschicht ist, funktioniert als ein Trägersubstrat der Epitaxieschicht. Um Energieverlust zu reduzieren, ist es vorzuziehen, den SiC-Wafer dünner zu machen. In einem Fall, wo der SiC-Wafer dünner gemacht wird, bevor die Elementstruktur auf der Oberfläche der Epitaxieschicht gebildet wird, ist es aufgrund der Beschädigung oder des Verzugs, der während eines Prozesses auftritt, schwierig, die Elementstruktur zu bilden. Dementsprechend ist es vorzuziehen, den SiC-Wafer abzuschaben und dünner zu machen, bevor die Elementstruktur auf der Oberfläche der Epitaxieschicht gebildet wird.
  • Eine ohmsche Elektrode wird auf einer Rückseite des dünner gemachten SiC-Wafers gebildet. In einem Fall, wo Laser-Tempern zur Zeit des Bildens der ohmschen Elektrode angewandt wird, kann der Einfluss der Wärme, der auf die Elementstruktur, die auf einer Vorderseite gebildet ist, ausgeübt wird, weiter reduziert werden als in einem Fall, wo Tempern unter Verwendung eines elektrischen Ofens ausgeführt wird. Als die ohmsche Elektrode wird ein Metallsilicid wie z. B. Nickelsilicid verwendet.
  • Im Folgenden offenbart PTL 1 ein Verfahren zum Bilden von Nickelsilicid und Titansilicid auf einem SiC-Substrat. In dem in PTL 1 offenbarten Verfahren wird durch Ausführen von Laser-Tempern unter den Bedingungen, in denen ein Nickelfilm oder ein Titanfilm, der auf dem SiC-Substrat gebildet ist, nicht schmilzt, eine ohmsche Elektrode gebildet.
  • Zitierungsliste
  • Patentliteratur
    • [PTL 1] Japanische ungeprüfte Patentschrift Veröffentlichungs-Nr. 2014-123589
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Der Schmelzpunkt von Nickel (Ni) ist tiefer als derjenige von Titan (Ti). Deshalb steigt in einem Fall, wo die Grenzflächentemperatur zwischen einem Ni-Film und einem SiC-Substrat bis zu einer Silicidreaktionstemperatur von Ni erhöht wird, die Temperatur der Oberfläche des Ni-Films und kommt dem Schmelzpunkt nahe. Es ist schwierig, die Temperbedingungen herauszufinden, unter denen die Oberfläche des Nickel-Films nicht schmilzt und die Temperatur der Grenzfläche zwischen dem Nickel-Film und dem SiC-Substrat gleich der oder höher als die Silicidreaktionstemperatur von Ni wird. Es wurde davon ausgegangen, dass in einem Fall, wo ein Ti-Silicidfilm auf dem SiC-Substrat gebildet wird, falls eine Pulsbreite zu kurz gemacht wird, in einigen Fällen der Ti-Silicidfilm nicht unter den Bedingungen, in denen der Ti-Film nicht schmilzt, gebildet werden kann.
  • Es ist wünschenswert, ein Verfahren zum Fierstellen eines Flalbleiterelements durch Ausführen von Tempern unter den Laser-Temperbedingungen, unter denen ein Metallsilicidfilm gebildet werden kann, ohne einen Metallfilm, der auf einem SiC-Substrat gebildet ist, zu schmelzen, bereitzustellen.
  • Lösung des Problems
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements bereitgestellt, die Ausbildung eines Metallfilms, der wenigstens ein Metall aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Wolfram, Molybdän und Chrom besteht, auf einer ersten Oberfläche eines Substrats, das aus Siliziumcarbid gebildet ist, und eine Ausbildung eines Metallsilicidfilms durch Verursachen einer Silicidreaktion innerhalb einer Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Metallfilm durch Bestrahlen des Metallfilms mit einem gepulsten Laserstrahl, der eine Wellenlänge in einem Bereich von 330 nm bis 370 nm aufweist, enthält, wobei eine Dicke des Metallfilms gleich oder größer als 30 nm ist, eine Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls innerhalb eines Bereichs von 20 ns bis 200 ns ist und eine Fluenz so ausgewählt ist, dass diese die Bedingungen erfüllt, unter denen eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des Metallfilms einen Schmelzpunkt des Metallfilms nicht übersteigt und eine Maximaltemperatur der Grenzfläche zwischen dem Metallfilm und dem Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur des Metallfilms wird.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Innerhalb des Bereichs der vorstehend genannten Laser-Temperbedingungen ist es einfach, geeignete Temperbedingungen herauszufinden, unter denen ein Metallsilicidfilm gebildet werden kann, ohne den Metallfilm zu schmelzen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1A bis 1D sind Querschnittsansichten, die ein Substrat in der Mitte einer Herstellungsstufe eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterelements in Beispielen zeigen.
  • 1A und 1F sind Querschnittsansichten, die das Substrat in der Mitte der Herstellungsstufe des Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterelements in Beispielen zeigen.
  • 2 ist ein Diagramm, das die Simulationsergebnisse einer Temperaturänderung einer Grenzfläche zwischen einem Metallfilm und einem Substrat zur Zeit des Laser-Temperns zeigt, unter Verwendung eines als den Metallfilm aufgeführten Ti-Films, der eine Dicke von 100 nm aufweist.
  • 3A bis 3D sind SEM-Bilder eines Querschnitts und einer Oberfläche eines Substrats, die einem Laser-Tempern unter den jeweiligen Bedingungen einer Fluenz von 1,2 J/cm2, 1,4 J/ cm2, 1,6 J/cm2 bzw. 1,8 J/cm2 unterzogen wurden.
  • 4 ist ein Diagramm, das die Simulationsergebnisse einer Temperaturänderung einer Oberfläche eines Metallfilms zeigt, die durch Ausführen der Simulation auf derselben Probe, die in der Simulation von 2 verwendet wurde, erhalten werden.
  • 5 ist ein Querschnitts-TEM-Bild eines Substrats, das Laser-Tempern unter der Bedingung einer Fluenz von 2,0 J/cm2 unterzogen wurde.
  • 6A und 6B sind Diagramme, die die Simulationsergebnisse einer zeitlichen Veränderung einer Grenzflächentemperatur zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat zeigen, die erhalten werden, wenn Laser-Tempern unter den Bedingungen einer Wellenlänge von 355 nm und einer Dicke eines Ti-Films von 70 nm ausgeführt wird.
  • 6C und 6D sind Diagramme, die die Simulationsergebnisse einer zeitlichen Veränderung einer Grenzflächentemperatur zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat zeigen, die erhalten werden, wenn Laser-Tempern unter den Bedingungen einer Wellenlänge von 355 nm und einer Dicke eines Ti-Films von 70 nm ausgeführt wird.
  • 7 ist ein Diagramm, das einen Bereich von Temperbedingungen zeigt, unter denen eine Maximaltemperatur einer Grenzfläche zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur von Ti wird und eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des Ti-Films einen Schmelzpunkt von Ti nicht übersteigt.
  • 8A und 8B sind Diagramme, die die Simulationsergebnisse einer zeitlichen Veränderung einer Grenzflächentemperatur zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat zeigen, die erhalten werden, wenn Laser-Tempern unter den Bedingungen einer Dicke eines Ti-Films von 100 nm ausgeführt wird.
  • 8C und 8D sind Diagramme, die die Simulationsergebnisse einer zeitlichen Veränderung einer Grenzflächentemperatur zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat zeigen, die erhalten werden, wenn Laser-Tempern unter den Bedingungen einer Dicke eines Ti-Films von 100 nm ausgeführt wird.
  • 9 ist ein Diagramm, das einen Bereich von Temperbedingungen zeigt, unter denen, wenn eine Dicke eines Ti-Films 100 nm ist, eine Maximaltemperatur einer Grenzfläche zwischen dem Ti-Film und einem SiC-Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur von Ti wird und eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des Ti-Films einen Schmelzpunkt von Ti nicht übersteigt.
  • 10A und 10B sind Diagramme, die die Simulationsergebnisse einer zeitlichen Veränderung einer Grenzflächentemperatur zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat zeigen, die erhalten werden, wenn Laser-Tempern unter den Bedingungen einer Dicke eines Ti-Films von 150 nm ausgeführt wird.
  • 10C und 10D sind Diagramme, die die Simulationsergebnisse einer zeitlichen Veränderung einer Grenzflächentemperatur zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat zeigen, die erhalten werden, wenn Laser-Tempern unter den Bedingungen einer Dicke eines Ti-Films von 150 nm ausgeführt wird.
  • 11 ist ein Diagramm, das einen Bereich von Temperbedingungen zeigt unter denen, wenn eine Dicke eines Ti-Films 150 nm ist, eine Maximaltemperatur einer Grenzfläche zwischen dem Ti-Film und einem SiC-Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur von Ti wird und eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des Ti-Films einen Schmelzpunkt von Ti nicht übersteigt.
  • 12A und 12B sind Diagramme, die die Simulationsergebnisse einer zeitlichen Veränderung einer Grenzflächentemperatur zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat zeigen, die erhalten werden, wenn Laser-Tempern unter den Bedingungen einer Dicke eines Ti-Films von 30 nm ausgeführt wird.
  • 12C und 12D sind Diagramme, die die Simulationsergebnisse einer zeitlichen Veränderung einer Grenzflächentemperatur zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat zeigen, die erhalten werden, wenn Laser-Tempern unter den Bedingungen einer Dicke eines Ti-Films von 30 nm ausgeführt wird.
  • 13 ist ein Diagramm, das einen Bereich von Temperbedingungen zeigt unter denen, wenn eine Dicke eines Ti-Films 30 nm ist, eine Maximaltemperatur einer Grenzfläche zwischen dem Ti-Film und einem SiC-Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur von Ti wird und eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des Ti-Films einen Schmelzpunkt von Ti nicht übersteigt.
  • 14 ist ein Diagramm, das die Simulationsergebnisse einer Temperaturänderung einer Grenzfläche zwischen einem Metallfilm und einem Substrat zur Zeit des Laser-Temperns zeigt, unter Verwendung eines als den Metallfilm ausgeführten Wolfram-Films (W-Films), der eine Dicke von 100 nm aufweist.
  • 15 ist ein Diagramm, das einen Bereich von Temperbedingungen zeigt, unter denen, wenn eine Dicke eines W-Films 70 nm ist, eine Maximaltemperatur einer Grenzfläche zwischen dem W-Film und einem SiC-Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur von W wird und eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des W-Films einen Schmelzpunkt von W nicht übersteigt.
  • 16 ist ein Diagramm, das einen Bereich von Temperbedingungen zeigt, unter denen dann, wenn eine Dicke eines W-Films 100 nm ist, eine Maximaltemperatur einer Grenzfläche zwischen dem W-Film und einem SiC-Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur von W wird und eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des W-Films einen Schmelzpunkt von W nicht übersteigt.
  • 17 ist ein Diagramm, das einen Bereich von Temperbedingungen zeigt, unter denen, wenn eine Dicke eines W-Films 150 nm ist, eine Maximaltemperatur einer Grenzfläche zwischen dem W-Film und einem SiC-Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur von W wird und eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des W-Films einen Schmelzpunkt von W nicht übersteigt.
  • 18 ist ein Diagramm, das die Simulationsergebnisse einer Temperaturänderung einer Grenzfläche zwischen einem Metallfilm und einem Substrat zur Zeit des Laser-Temperns zeigt, unter Verwendung eines als der Metallfilm ausgeführten Molybdän-Films (Mo-Films), der eine Dicke von 100 nm aufweist.
  • 19 ist ein Diagramm, das einen Bereich von Temperbedingungen zeigt, unter denen dann, wenn eine Dicke eines Mo-Films 70 nm ist, eine Maximaltemperatur einer Grenzfläche zwischen dem Mo-Film und einem SiC-Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur von Mo wird und eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des Mo-Films einen Schmelzpunkt von Mo nicht übersteigt.
  • 20 ist ein Diagramm, das einen Bereich von Temperbedingungen zeigt, unter denen dann, wenn eine Dicke eines Mo-Films 100 nm ist, eine Maximaltemperatur einer Grenzfläche zwischen dem Mo-Film und einem SiC-Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur von Mo wird und eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des Mo-Films einen Schmelzpunkt von Mo nicht übersteigt.
  • 20 ist ein Diagramm, das einen Bereich von Temperbedingungen zeigt, unter denen, wenn eine Dicke eines Mo-Films 150 nm ist, eine Maximaltemperatur einer Grenzfläche zwischen dem Mo-Film und einem SiC-Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur von Mo wird und eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des Mo-Films einen Schmelzpunkt von Mo nicht übersteigt.
  • 22 ist ein Diagramm, das die Simulationsergebnisse einer Temperaturänderung einer Grenzfläche zwischen einem Metallfilm und einem Substrat zur Zeit des Laser-Temperns zeigt, unter Verwendung eines als der Metallfilm ausgeführten Chrom-Films (Cr-Films), der eine Dicke von 100 nm aufweist.
  • 23 ist ein Diagramm, das einen Bereich von Temperbedingungen zeigt, unter denen, wenn eine Dicke eines Cr-Films 70 nm ist, eine Maximaltemperatur einer Grenzfläche zwischen dem Cr-Film und einem SiC-Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur von Cr wird und eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des Cr-Films einen Schmelzpunkt von Cr nicht übersteigt.
  • 24 ist ein Diagramm, das einen Bereich von Temperbedingungen zeigt, unter denen, wenn eine Dicke eines Cr-Films 100 nm ist, eine Maximaltemperatur einer Grenzfläche zwischen dem Cr-Film und einem SiC-Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur von Cr wird und eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des Cr-Films einen Schmelzpunkt von Cr nicht übersteigt.
  • 25 ist ein Diagramm, das einen Bereich von Temperbedingungen zeigt, unter denen, wenn eine Dicke eines Cr-Films 150 nm ist, eine Maximaltemperatur einer Grenzfläche zwischen dem Cr-Film und einem SiC-Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur von Cr wird und eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des Cr-Films einen Schmelzpunkt von Cr nicht übersteigt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Das Verfahren zum Fierstellen eines Flalbleiterelements, das in Beispielen ausgeführt wird, wird mit Bezug auf die 1A bis 1F beschrieben.
  • Wie in 1A gezeigt, wird durch Verursachen des epitaktischen Wachsens von n-Typ-SiC auf einer Oberfläche eines Substrats, das aus n-Typ-SiC gebildet ist, ein Substrat 10, das aus SiC hergestellt ist, gebildet. Für das Substrat 10 kann beispielsweise 4FH-SiC, 6FH-SiC oder 3C-SiC verwendet werden. Auf dem Abschnitt einer Oberflächenschicht der Epitaxieschicht werden p-Typ-Schutzringe 11 durch loneninjektion gebildet. Eine Oberfläche auf der Seite gegenüber einer Oberfläche, auf der die Schutzringe 11 gebildet sind, ist als "erste Oberfläche" 10A bezeichnet, und die Oberfläche, auf der die Schutzringe 11 gebildet sind, ist als "zweite Oberfläche" 10B bezeichnet. Wie in 1B gezeigt ist, ist ein Isolierfilm 12, der aus Siliziumoxid hergestellt ist, auf der zweiten Oberfläche 10B gebildet. Innerhalb des Isolierfilms 12 ist eine Öffnung, durch die Regionen, die durch die Schutzringe 11 umgeben sind, freigelegt sind, gebildet.
  • Wie in 1C gezeigt ist, ist eine Schottky-Elektrode 13 auf einer Oberfläche des Substrats 10 gebildet, das zu der Bodenfläche der Öffnung freigelegt ist, die innerhalb des Isolierfilms 12 gebildet ist. Beispielsweise wird durch Bilden eines Titanfilms und anschließenden Ausführens einer Wärmebehandlung ein Schottky-Kontakt hergestellt. Einer Oberflächenelektrode 14 ist auf der Schottky-Elektrode 13 gebildet. Für die Oberflächenelektrode 14 ist beispielsweise Aluminium verwendet. Die Schutzringe 11, die Schottky-Elektrode 13 und die Oberflächenelektrode 14 sind gemeinsam als eine Elementstruktur 15 bezeichnet.
  • Wie in 1D gezeigt ist, ist das Substrat 10 durch Schleifen der ersten Oberfläche 10A des Substrats 10 dünner gemacht. Wie in 1E gezeigt ist, ist ein Metallfilm 16 auf der ersten Oberfläche 10A des Substrats 10 ausgeformt. Für den Metallfilm 16 wird beispielsweise Titan (Ti), Wolfram (W), Molybdän (Mo) oder Chrom (Cr) verwendet.
  • Wie in 1F gezeigt ist, wird Laser-Tempern durch Bestrahlen des Metallfilms 16 mit einem gepulsten Laserstrahl 20 ausgeführt. Der gepulste Laserstrahl 20 weist ein flaches (top-flat) Strahlprofil auf. Das Laser-Tempern wird in einem Zustand ausgeführt, in dem eine Einfallsregion des gepulsten Laserstrahls 20 innerhalb der Oberfläche des Metallfilms 16 bewegt (überstrichen) wird. Eine Überlappungsrate des Einfallbereichs ist beispielsweise 50 % bis 90 %. Durch das Laser-Tempern wird der Metallfilm 16 zu Silicid, und somit wird ein Silicidfilm 17 gebildet. Das Laser-Tempern wird unter den Bedingungen ausgeführt, in denen der Metallfilm 16 nicht schmilzt. Nachstehend sind die Bedingungen, unter denen eine Silicidreaktion verursacht wird, ohne den Metallfilm 16 zu schmelzen, als eine "nicht-schmelzende Silicid-Bedingungen" bezeichnet.
  • 2 zeigt die Simulationsergebnisse einer Temperaturänderung einer Grenzfläche zwischen dem Metallfilm 16 und dem Substrat 10 zur Zeit des Laser-Temperns, unter Verwendung eines als der Metallfilm 16 ausgeführten Titan-Films (Ti-Films), der eine Dicke von 100 nm aufweist (siehe 1E). Die Abszisse zeigt die ablaufende Zeit ausgehend von dem Punkt einer Anstiegszeit eines Laser-Impulses in der Einheit "ns" an, und die Ordinate zeigt eine Grenzflächentemperatur zwischen dem Metallfilm 16 und dem Substrat 10 in der Einheit "K". Die Kurven in 2 zeigen eine Temperaturänderung zu der Zeit, wenn das Laser-Tempern unter den Bedingungen ausgeführt wird, in denen eine Fluenz innerhalb der Oberfläche des Metallfilms 16 in der Reihenfolge ab der unteren Kurve 1,2 J/cm2, 1,4 J/cm2, 1,6 J/cm2, 1,8 J/cm2, 2,0 J/cm2, 2,5 J/cm2 und 3,0 J/cm2 ist. Die Silicid-Reaktionstemperatur RT von Ti ist 1603 K, und der Schmelzpunkt MT von Ti ist 1941 K. Ein Siedepunkt von Ti ist 3560 K, was jenseits des Bereichs ist, den die Ordinate der Kurve von 2 zeigt. Der gepulste Laserstrahl weist eine Wellenlänge von 355 nm und eine Pulsbreite von 50 ns auf.
  • Es ist zu verstehen, dass unter den Bedingungen einer Fluenz gleich oder größer als 1,4 J/cm2 die Maximaltemperatur der Grenzfläche die Silicidreaktionstemperatur RT übersteigt. Dementsprechend wird vermutlich durch Ausführen von Tempern unter den Bedingungen einer Fluenz gleich oder größer als 1,4 J/cm2 ein Ti-Silicidfilm gebildet. Darüber hinaus kann vermutlich durch Ausführen von Tempern unter den Bedingungen einer Fluenz gleich oder größer als 2,5 J/cm2 die Maximaltemperatur der Grenzfläche den Schmelzpunkt MT übersteigen, und der gesamte Ti-Film in einer Dickenrichtung kann schmelzen.
  • 3A bis 3D sind SEM-Bilder eines Querschnitts und einer Oberfläche eines Substrats, die einem Laser-Tempern unter den jeweiligen Bedingungen einer Fluenz von 1,2 J/cm2, 1,4 J/cm2, 1,6 J/cm2 bzw. 1,8 J/cm2 unterzogen wurden. In 3A wird kein Kristallkorn von Ti-Silicid beobachtet, und der Ti-Film 27a verbleibt auf dem Substrat 10. Das bedeutet, dass keine Silicidreaktion stattgefunden hat. In den 3B, 3C und 3D werden Ti-Silicidfilme 27, die jeweils eine Dicke von 130 nm, 160 nm und 190 nm aufweisen, gebildet. Die Ergebnisse des Experiments stimmen mit den in 2 gezeigten Simulationsergebnissen überein.
  • 4 zeigt die Simulationsergebnisse einer Temperaturänderung einer Oberfläche des Metallfilms 16, die durch Ausführen von Simulation unter denselben Simulationsbedingungen wie in 2 erhalten werden. Die Abszisse zeigt die ablaufende Zeit ausgehend von dem Punkt einer Anstiegszeit eines Laser-Pulses in der Einheit "ns" an, und die Ordinate zeigt eine Temperatur der Oberfläche des Ti-Films in der Einheit "K". Ähnlich zu 2 zeigen die Kurven von 4 eine Temperaturänderung zu der Zeit, wenn die Laser-Bestrahlung unter den Bedingungen ausgeführt wird, in denen eine Fluenz innerhalb der Oberfläche des Metallfilms 16 in der Reihenfolge ab der unteren Kurve 1,2 J/cm2, 1,4 J/cm2, 1,6 J/cm2, 1,8 J/cm2, 2,0 J/cm2, 2,5 J/cm2 und 3,0 J/cm2 ist.
  • Es ist zu verstehen, dass in einem Fall, wenn das Tempern unter den Bedingungen einer Fluenz gleich oder größer als 2,0 J/cm2 ausgeführt wird, die Temperatur der Oberfläche des Ti-Films den Schmelzpunkt MT übersteigt und der Ti-Film schmilzt. Unter den Bedingungen einer Fluenz gleich oder kleiner als 1,8 J/cm2 schmilzt der Ti-Film nicht.
  • 5 ist ein Querschnitts-TEM-Bild eines Substrats, dem Laser-Tempern unter der Bedingung einer Fluenz von 2,0 J/cm2 unterzogen wurde. Der Ti-Silicidfilm 27 ist auf der Oberfläche des Substrats 10 gebildet, das aus SiC gebildet ist. Auf dem Ti-Silicidfilm 27 ist ein Schutzfilm zum Aufnehmen eines TEM-Bilds gebildet. Aus dem in 5 gezeigten TEM-Bild ist zu verstehen, dass sich die Oberfläche des Ti-Silicidfilms 27 wellt. Das liegt daran, dass der Ti-Film zur Zeit des Laser-Temperns schmilzt und dann wieder erstarrt. Die Tatsache, dass der Ti-Film unter den Bedingungen einer Fluenz von 2,0 J/cm2 schmilzt, stimmt mit dem in 4 gezeigten Simulationsergebnis überein.
  • Als ein Ergebnis der Ausführung von Laser-Tempern unter den Bedingungen einer Fluenz von 2,5 J/cm2 wurde gefunden, dass Kohlenstoff auf der Oberseite des gebildeten Ti-Silicidfilms ausgefällt war. Es ist in Betracht gezogen, dass dies darin liegt, dass Kohlenstoff innerhalb des Ti-Films in dem geschmolzenen Zustand an die Oberfläche stieg. Das Ergebnis des Experiments stimmt mit der Tatsache überein, dass in der in 2 gezeigten Simulation die Grenzflächentemperatur den Schmelzpunkt MT übersteigt, wenn die Fluenz 2,5 J/cm2 war.
  • Um den Ti-Silicidfilm 27 zu bilden, der eine ebene Oberfläche aufweist, ist es vorzuziehen, eine Fluenz auszuwählen, die die Bedingungen erfüllt, unter denen die Maximaltemperatur der Oberfläche des Ti-Films den Schmelzpunkt von Ti nicht übersteigt. Darüber hinaus ist es, um eine Silicidreaktion in der Grenzfläche zwischen dem Ti-Film und dem SiC-Substrat zu bewirken, vorzuziehen, eine Fluenz auszuwählen, die die Bedingungen erfüllt, unter denen die Maximaltemperatur der Grenzfläche gleich der oder höher als die Silicidreaktionstemperatur von Ti wird.
  • 6A bis 6D zeigen jeweils die Simulationsergebnisse einer zeitlichen Veränderung einer Grenzflächentemperatur zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat, die erhalten werden, wenn Laser-Tempern unter den Bedingungen einer Wellenlänge von 355 nm und einer Dicke des Ti-Films von 70 nm ausgeführt wird. Die Abszisse zeigt die ablaufende Zeit ausgehend von dem Punkt einer Anstiegszeit eines Laser-Impulses in der Einheit "ns" an, und die Ordinate zeigt eine Grenzflächentemperatur in der Einheit "K". Die 6A, 6B, 6C und 6D zeigen die Simulationsergebnisse, die unter den Bedingungen einer Pulsbreite eines gepulsten Laserstrahls von 20 ns, 50 ns, 100 ns bzw. 200 ns erhalten werden.
  • Die Kurven in dem Diagramm von 6A zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 0,6 J/cm2, 0,8 J/cm2, 1,0 J/cm2, 1,2 J/cm2, 1,4 J/cm2, 1,6 J/cm2 und 1,8 J/cm2 ausgeführt wurden. Die Kurven in dem Diagramm von 6B zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 1,2 J/cm2, 1,4 J/cm2, 1,6 J/cm2, 1,8 J/cm2, 2,0 J/cm2, 2,5 J/cm2 und 3,0 J/cm2 ausgeführt wurden. Die Kurven in dem Diagramm von 6C zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 1,4 J/cm2, 1,6 J/cm2, 1,8 J/cm2, 2,2 J/cm2, 2,6 J/cm2, 3,0 J/cm2 und 3,4 J/cm2 ausgeführt wurden. Die Kurven in dem Diagramm von 6D zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 2,2 J/cm2, 2,4 J/cm2, 2,6 J/cm2, 3,0 J/cm2, 3,4 J/cm2, 3,8 J/cm2 und 4,2 J/cm2 ausgeführt wurden.
  • Aus den Simulationsergebnissen, die in den 6A bis 6D gezeigt sind, werden die Bedingungen einer Fluenz, unter der die Maximaltemperatur der Grenzfläche gleich der Silicidreaktionstemperatur RT von Ti wird, bestimmt. Beispielsweise wird unter den Bedingungen, in denen die Pulsbreite 20 ns, 50 ns, 100 ns und 200 ns ist, wie jeweils in den 6A bis 6D gezeigt ist, wenn die Fluenz ungefähr 0,8 J/cm2, 1,3 J/cm2, ungefähr 1,6 J/cm2 und ungefähr 2,4 J/cm2 ist, die Maximaltemperatur der Grenzfläche gleich der oder höher als die Silicidreaktionstemperatur von Ti.
  • 6A bis 6D zeigen die Simulationsergebnisse einer zeitlichen Änderung einer Grenzflächentemperatur zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat. Die zeitliche Änderung der Oberflächentemperatur des Ti-Films kann durch Simulation unter denselben Bedingungen bestimmt werden. Aus den Simulationsergebnissen werden die Bedingungen einer Fluenz, unter der die Maximaltemperatur der Oberfläche des Ti-Films den Schmelzpunkt von Ti nicht übersteigt, bestimmt.
  • 7 zeigt den Bereich von Temperbedingungen, unter denen die Maximaltemperatur einer Grenzfläche zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat gleich einer oder höher als die Silicidreaktionstemperatur von Ti wird und die Maximaltemperatur der Oberfläche des Ti-Films einen Schmelzpunkt von Ti nicht übersteigt. Die Abszisse zeigt eine Pulsbreite in der Einheit "ns", und die Ordinate zeigt eine Fluenz in der Einheit "J/cm2". Innerhalb der oberen linken Region oberhalb einer durchgezogenen Linie a in der Zeichnung wird die Maximaltemperatur der Grenzfläche zwischen dem Ti-Film und dem SiC-Substrat gleich der oder höher als die Silicidreaktionstemperatur von Ti. Innerhalb der unteren rechten Region unterhalb einer durchgezogenen Linie b in der Zeichnung übersteigt die Oberflächentemperatur des Ti-Films den Schmelzpunkt von Ti nicht. Dementsprechend erfüllen die Pulsbreite und die Fluenz innerhalb des schraffierten Bereichs zwischen der durchgezogenen Linie a und der durchgezogenen Linie b die nicht-schmelzenden Silicid-Bedingungen. Innerhalb eines Bereichs einer Pulsbreite von wenigstens 20 ns bis 200 ns kann eine Fluenz, die die vorstehend genannten Bedingungen erfüllt, ausgewählt werden.
  • 8A bis 8D zeigen jeweils die Simulationsergebnisse einer zeitlichen Veränderung einer Grenzflächentemperatur zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat, die erhalten werden, wenn Laser-Tempern unter den Bedingungen einer Dicke eines Ti-Films von 100 nm ausgeführt wird. Die Wellenlängen- und Pulsbreiten-Bedingungen der in den 8A bis 8D gezeigten Simulation sind jeweils dieselben wie die Wellenlängen- und die Pulsbreiten-Bedingungen der in den 6A bis 6D gezeigten Simulation.
  • Die Kurven in dem Diagramm von 8A zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 0,6 J/cm2, 0,8 J/cm2, 1,0 J/cm2, 1,2 J/cm2, 1,4 J/cm2, 1,6 J/cm2 und 1,8 J/cm2 ausgeführt wurden. Die Kurven in dem Diagramm von 8B zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 1,2 J/cm2, 1,4 J/cm2, 1,6 J/cm2, 1,8 J/cm2, 2,0 J/cm2, 2,5 J/cm2 und 3,0 J/cm2 ausgeführt wurden. Die Kurven in dem Diagramm von 8C zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 1,4 J/cm2, 1,6 J/cm2, 1,8 J/cm2, 2,2 J/cm2, 2,6 J/cm2, 3,0 J/cm2 und 3,4 J/cm2 ausgeführt wurden. Die Kurven in dem Diagramm von 8D zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 1,8 J/cm2, 2,2 J/cm2, 2,6 J/cm2, 3,0 J/cm2, 3,4 J/cm2, 3,8 J/cm2 und 4,2 J/cm2 ausgeführt wurden.
  • Aus den Simulationsergebnissen, die in den 8A bis 8D gezeigt sind, werden die Bedingungen einer Fluenz, unter der die Maximaltemperatur der Grenzfläche gleich der Silicidreaktionstemperatur von Ti wird. Beispielsweise wird unter den Bedingungen einer Pulsbreite von 20 ns, 50 ns, 100 ns und 200 ns, wie jeweils in den 8A bis 8D gezeigt ist, wenn die Fluenz ungefähr 1,2 J/cm2, ungefähr 1,3 J/cm2, ungefähr 1,7 J/cm2 und ungefähr 2,4 J/cm2 ist, die Maximaltemperatur der Grenzfläche gleich der oder höher als die Silicidreaktionstemperatur von Ti.
  • 9 zeigt den Bereich von Temperbedingungen, unter denen, wenn die Dicke des Ti-films 100 nm ist, die Maximaltemperatur der Grenzfläche zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat gleich der oder höher als die Silicidreaktionstemperatur von Ti wird und die Maximaltemperatur der Oberfläche des Ti-Films einen Schmelzpunkt von Ti nicht übersteigt. Die Abszisse, die Ordinate, die durchgezogene Linie a und die durchgezogene Linie b von 9 haben jeweils dieselbe Bedeutung wie die Abszisse, die Ordinate, die durchgezogene Linie a und die durchgezogene Linie b von 7. Wenn die Dicke des Ti-Films 100 nm ist, erfüllen die Pulsbreite und die Fluenz innerhalb der schraffierten Region zwischen der durchgezogenen Linie a und der durchgezogenen Linie b die nicht-schmelzenden Silicid-Bedingungen. Innerhalb eines Bereichs einer Pulsbreite von wenigstens 20 ns bis 200 ns kann eine Fluenz, die die vorstehend genannten Bedingungen erfüllt, ausgewählt werden. Wenn die Pulsbreite weniger als 20 ns ist, ist keine Fluenz vorhanden, die die nicht-schmelzenden Silicid-Bedingungen erfüllt.
  • 10A bis 10D zeigen jeweils die Simulationsergebnisse einer zeitlichen Veränderung einer Grenzflächentemperatur zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat, die erhalten werden, wenn Laser-Tempern unter den Bedingungen einer Dicke eines Ti-Films von 150 nm ausgeführt wird. Die Wellenlängen- und Pulsbreiten-Bedingungen der in den 10A bis 10D gezeigten Simulation sind jeweils dieselben wie die Wellenlängen- und Pulsbreiten-Bedingungen der in den 6A bis 6D gezeigten Simulation.
  • Die Kurven in dem Diagramm von 10A zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 0,6 J/cm2, 0,8 J/cm2, 1,0 J/cm2, 1,2 J/cm2, 1,4 J/cm2, 1,6 J/cm2 und 1,8 J/cm2 ausgeführt wurden. Die Kurven in dem Diagramm von 10B zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 1,2 J/cm2, 1,4 J/cm2, 1,6 J/cm2, 1,8 J/cm2, 2,0 J/cm2, 2,5 J/cm2 und 3,0 J/cm2 ausgeführt wurden. Die Kurven in dem Diagramm von 10C zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 1,4 J/cm2, 1,6 J/cm2, 1,8 J/cm2, 2,2 J/cm2, 2,6 J/cm2, 3,0 J/cm2 und 3,4 J/cm2 ausgeführt wurden. Die Kurven in dem Diagramm von 10D zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 1,8 J/cm2, 2,2 J/cm2, 2,6 J/cm2, 3,0 J/cm2, 3,4 J/cm2, 3,8 J/cm2 und 4,2 J/cm2 ausgeführt wurden.
  • Aus den Simulationsergebnissen, die in den 10A bis 10D gezeigt sind, werden die Bedingungen einer Fluenz, unter der die Maximaltemperatur der Grenzfläche gleich der Silicidreaktionstemperatur von Ti wird, bestimmt. Beispielsweise wird unter den Bedingungen einer Pulsbreite von 20 ns, 50 ns, 100 ns und 200 ns, wie jeweils in den 10A bis 10D gezeigt ist, wenn die Fluenz ungefähr 1,6 J/cm2, ungefähr 1,8 J/cm2, ungefähr 1,8 J/cm2 und ungefähr 2,6 J/cm2 ist, die Maximaltemperatur der Grenzfläche gleich der oder höher als die Silicidreaktionstemperatur von Ti.
  • 11 zeigt den Bereich von Temperbedingungen, unter denen, wenn die Dicke eines Ti-Films 150 nm ist, die Maximaltemperatur der Grenzfläche zwischen dem Ti-Film und einem SiC-Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur von Ti wird und die Maximaltemperatur der Oberfläche des Ti-Films einen Schmelzpunkt von Ti nicht übersteigt. Die Abszisse, die Ordinate, die durchgezogene Linie a und die durchgezogene Linie b von 11 haben jeweils dieselbe Bedeutung wie die Abszisse, die Ordinate, die durchgezogene Linie a und die durchgezogene Linie b in 7. Wenn die Dicke des Ti-Films 150 nm ist, erfüllen die Pulsbreite und die Fluenz innerhalb der schraffierten Region, die oberhalb der durchgezogenen Linie a und unterhalb der durchgezogenen Linie b ist, die nicht-schmelzende Silicid-Bedingungen. Wenn die Pulsbreite weniger als 50 ns ist, ist keine Fluenz vorhanden, die die nicht-schmelzenden Silicid-Bedingungen erfüllt.
  • Aus den in den 7, 9 und 11 gezeigten Simulationsergebnissen werden die folgenden Schlussfolgerungen gezogen.
  • Je dicker der Ti-Film ist, desto größer ist die Untergrenze der Pulsbreite, die die nicht schmelzenden Silicid-Bedingungen erfüllt. Es wurde bestätigt, dass in einem Fall, in dem die Dicke des Ti-Films innerhalb eines Bereichs von 70 nm bis 100 nm ist, falls die Pulsbreite so eingestellt ist, dass sie innerhalb eines Bereichs von 20 ns bis 200 ns ist, eine Fluenz existiert, die die nicht-schmelzenden Silicid-Bedingungen erfüllt. Es wurde außerdem bestätigt, dass in einem Fall, in dem die Dicke des Ti-Films innerhalb eines Bereichs von 100 nm bis 150 nm ist, falls die Pulsbreite so eingestellt ist, dass sie innerhalb eines Bereichs von 50 ns bis 200 ns ist, eine Fluenz existiert, die die nicht-schmelzenden Silicid-Bedingungen erfüllt.
  • 12A bis 12D zeigen jeweils die Simulationsergebnisse einer zeitlichen Veränderung einer Grenzflächentemperatur zwischen einem Ti-Film und einem SiC-Substrat, die erhalten werden, wenn Laser-Tempern unter den Bedingungen einer Dicke eines Ti-Films von 30 nm ausgeführt wird. Die Wellenlängen- und Pulsbreiten-Bedingungen der in den 12A bis 12D gezeigten Simulation sind jeweils dieselben wie die Wellenlängen- und Pulsbreiten-Bedingungen der in den 6A bis 6D gezeigten Simulation.
  • Die Kurven in dem Diagramm von 12A zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 1,6 J/cm2, 1,8 J/cm2, 2,0 J/cm2, 2,2 J/cm2, 2,4 J/cm2, 2,6 J/cm2 und 2,8 J/cm2 ausgeführt wurden. Die Kurven in dem Diagramm von 12B zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 2,4 J/cm2, 2,6 J/cm2, 2,8 J/cm2, 3,0 J/cm2, 3,2 J/cm2, 3,4 J/cm2 und 3,6 J/cm2 ausgeführt wurden. Die Kurven in dem Diagramm von 12C zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 3,4 J/cm2, 3,8 J/cm2, 4,2 J/cm2, 4,6 J/cm2, 5,0 J/cm2, 5,4 J/cm2 und 5,8 J/cm2 ausgeführt wurden. Die Kurven in dem Diagramm von 12D zeigen die Ergebnisse der Simulation, die unter den Bedingungen von, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 5,8 J/cm2, 6,4 J/cm2, 7,0 J/cm2, 7,6 J/cm2, 8,2 J/cm2, 8,8 J/cm2 und 9,4 J/cm2 ausgeführt wurden.
  • Aus den Simulationsergebnissen, die in den 12A bis 12D gezeigt sind, werden die Bedingungen einer Fluenz, unter der die Maximaltemperatur der Grenzfläche gleich der Silicidreaktionstemperatur von Ti wird, bestimmt. Beispielsweise wird unter den Bedingungen einer Pulsbreite von 20 ns, 50 ns, 100 ns und 200 ns, wie jeweils in den 12A bis 12D gezeigt ist, wenn die Fluenz ungefähr 2,0 J/cm2, ungefähr 3,2 J/cm2, ungefähr 4,4 J/cm2 und ungefähr 6,1 J/cm2 ist, die Maximaltemperatur der Grenzfläche gleich der oder höher als die Silicidreaktionstemperatur von Ti.
  • 13 zeigt den Bereich von Temperbedingungen, unter denen, wenn die Dicke eines Ti-Films 30 nm ist, die Maximaltemperatur der Grenzfläche zwischen dem Ti-Film und einem SiC-Substrat gleich der oder höher als die Silicidreaktionstemperatur von Ti wird und die Maximaltemperatur der Oberfläche des Ti-Films einen Schmelzpunkt von Ti nicht übersteigt. Die Abszisse, die Ordinate, die durchgezogene Linie a und die durchgezogene Linie b von 13 haben jeweils dieselbe Bedeutung wie die Abszisse, die Ordinate, die durchgezogene Linie a und die durchgezogene Linie b von 7. Wenn die Dicke des Ti-Films 30 nm ist, erfüllen die Pulsbreite und die Fluenz innerhalb der schraffierten Region, die oberhalb der durchgezogenen Linie a und unterhalb der durchgezogenen Linie b ist, die nicht-schmelzenden Silicid-Bedingungen.
  • Durch den Vergleich zwischen den in 7, 9 und 11 gezeigten nicht-schmelzenden Silicid-Bedingungen und den vorstehend genannten nicht-schmelzenden Silicid-Bedingungen wird verstanden, dass in einem Fall, in dem die Pulsbreite dieselbe ist, eine große Fluenz erforderlich ist, weil, je dünner der Ti-Film ist, die Wärme umso weiter zu dem SiC-Substrat gestreut wird, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist im Vergleich zu dem Ti-Film, und dies macht es schwierig, dass die Temperatur der Grenzfläche zwischen dem Ti-Film und dem SiC-Substrat ansteigt. In einem Fall, wenn eine große Fluenz zum Laser-Tempern erforderlich ist, sollte eine Hochleistungs-Laserlichtquelle vorbereitet werden. Dementsprechend steigen die Kosten der Laser-Tempervorrichtung. Um den Kostenanstieg der Vorrichtung zu verhindern, wird die Dicke des Ti-Films vorzugsweise so eingestellt, dass diese gleich oder größer als 30 nm ist und weiter bevorzugt gleich oder größer als 70 nm ist.
  • Je dicker der Ti-Film ist, desto größer muss die Pulsbreite sein, so dass die Oberfläche nicht schmilzt und die Grenzflächentemperatur bis zu der Silicidreaktionstemperatur von Ti erhöht wird. Die maximale Pulsbreite des allgemeinen gütegeschalteten Festkörperlasers ist begrenzt, und es ist schwierig, die Pulsbreite über 200 ns zu erhöhen. Deshalb ist die Dicke des Ti-Films vorzugsweise so eingestellt, dass sie gleich oder weniger als 150 nm ist.
  • In den Simulationen und Experimenten, die vorstehend beschrieben sind, war die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls auf 355 nm eingestellt. Falls sich die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls ändert, ändert sich auch das Reflexionsvermögen der Oberfläche des Metallfilms 16 (1E). In Reaktion auf die Änderung des Reflexionsvermögens ändert sich ein bevorzugter Bereich der Fluenz. Hier ist angenommen, dass sich, falls die Wellenlänge innerhalb eines Bereichs von 330 bis 370 nm ist, ein geeigneter Bereich der Fluenz praktisch nicht ändert. Beispiele des gepulsten Laserstrahls, der eine Wellenlänge innerhalb eines Bereichs von 330 nm bis 370 nm aufweist, enthalten die dritte Harmonische von Feststofflasern wie z. B. eines Nd:YAG-Lasers, eines Nd:YLF-Lasers, eines Nd:YV04-Lasers, eines Yb:YAG-Lasers, eines Yb:YLF-Lasers und eines Yb:YV04-Lasers.
  • 14 zeigt die Simulationsergebnisse einer Temperaturänderung einer Grenzfläche zwischen dem Metallfilm 16 und dem Substrat 10, die erhalten werden, während Laser-Temperns unter Verwendung eines als der Metallfilm 16 ausgeführten Wolfram-Films (W-Films), der eine Dicke von 100 nm aufweist (siehe 1E). Die Abszisse zeigt die ablaufende Zeit ausgehend von dem Punkt der Anstiegszeit des Laser-Impulses in der Einheit "ns" an, und die Ordinate zeigt die Temperatur der Grenzfläche zwischen dem W-Film 16 und dem SiC-Substrat 10 in der Einheit "K". Die Kurven von 14 zeigen die Temperaturänderung zu der Zeit, wenn das Laser-Tempern ausgeführt wird unter den Bedingungen, in denen die Fluenz innerhalb der Oberfläche des W-Films, in der Reihenfolge ab der unteren Kurve, 1,6 J/cm2, 1,8 J/cm2 und 2.0 J/cm2 ist. Obwohl die Silicidreaktionstemperatur RT von W von dem Zusammensetzungsverhältnis zwischen W und Si abhängt, ist, um eine Silicidreaktion zu bewirken, eine Temperatur gleich oder höher als 2283 K erforderlich. Der Schmelzpunkt von W ist 3695 K. Der gepulste Laserstrahl weist eine Wellenlänge von 355 nm und eine Pulsbreite von 50 ns auf.
  • Es ist zu verstehen, dass in einem Fall, in dem die Fluenz so eingestellt ist, dass diese größer ist als 1,8 J/cm2, die Grenzflächentemperatur zwischen dem W-Film und dem SiC-Substrat die Silicidreaktionstemperatur RT von W übersteigt. Als ein Ergebnis der Simulation der Oberflächentemperatur des W-Films unter den vorstehend genannten Bedingungen wurde verstanden, dass die Oberflächentemperatur des W-Films den Schmelzpunkt von W nicht übersteigt. In einem Fall, in dem W als der Metallfilm 16 verwendet wird (1E), existieren auch die Laser-Temperbedingungen, unter denen die Grenzflächentemperatur die Silicidreaktionstemperatur übersteigt und die Oberflächentemperatur den Schmelzpunkt nicht übersteigt.
  • 15, 16 und 17 zeigen den Bereich von Temperbedingungen, unter denen, wenn die Dicke jedes W-Films 70 nm, 100 nm bzw. 150 nm ist, die Maximaltemperatur der Grenzfläche zwischen dem W-Film und dem SiC-Substrat gleich der oder höher als die Silicidreaktionstemperatur von W wird und die Maximaltemperatur der Oberfläche des W-Films den Schmelzpunkt von W nicht übersteigt. Die Abszisse, die Ordinate, die durchgezogene Linie a und die durchgezogene Linie b der 15 bis 17 haben jeweils dieselbe Bedeutung wie die Abszisse, die Ordinate, die durchgezogene Linie a und die durchgezogene Linie b von 7. Es ist zu verstehen, dass, wenn die Dicke des W-Films innerhalb eines Bereichs von 70 nm bis 150 nm ist, die Temperbedingungen existieren, die die nicht-schmelzenden Silicid-Bedingungen erfüllen.
  • 18 zeigt die Simulationsergebnisse einer Temperaturänderung einer Grenzfläche zwischen dem Metallfilm 16 und dem Substrat 10 zur Zeit des Laser-Temperns, unter Verwendung eines als der Metallfilm 16 ausgeführten Molybdän-Films (Mo-Films), der eine Dicke von 100 nm aufweist (1E). Die Abszisse zeigt die ablaufende Zeit ausgehend von dem Punkt der Anstiegszeit des Laser-Impulses in der Einheit "ns" an, und die Ordinate zeigt die Temperatur der Grenzfläche zwischen dem Mo-Film und einem SiC-Substrat in der Einheit "K". Die durchgezogenen Linien in 18 zeigen eine Änderung einer Temperatur zur Zeit des Ausführens des Laser-Tempern unter den Bedingungen, in denen die Fluenz innerhalb der Oberfläche des Mo-Films, ab der unteren Linie, 1,8 J/cm2, 2,0 J/cm2 und 2,2 J/cm2 ist. Obwohl die Silicidreaktionstemperatur RT von Mo von dem Zusammensetzungsverhältnis zwischen Mo und Si abhängt, ist, um die Silicidreaktion zu bewirken, eine Temperatur gleich oder höher als 2173 K erforderlich. Der Schmelzpunkt von Mo ist 2896 K. Der gepulste Laserstrahl weist eine Wellenlänge von 355 nm und eine Pulsbreite von 50 ns auf.
  • Es ist zu verstehen, dass in einem Fall, in dem die Fluenz so eingestellt ist, dass diese größer ist als 2,0 J/cm2, die Grenzflächentemperatur zwischen dem Mo-Film und dem SiC-Substrat die Silicidreaktionstemperatur RT von Mo übersteigt. Als ein Ergebnis der Simulation der Oberflächentemperatur des Mo-Films unter den vorstehend genannten Bedingungen wurde davon ausgegangen, dass die Oberflächentemperatur des Mo-Films den Schmelzpunkt von W nicht übersteigt. In einem Fall, in dem Mo als der Metallfilm 16 (1E) verwendet wird, existieren auch die Laser-Temperbedingungen, unter denen die Grenzflächentemperatur die Silicidreaktionstemperatur übersteigt und die Oberflächentemperatur den Schmelzpunkt nicht übersteigt.
  • 19, 20 und 21 zeigen den Bereich von Temperbedingungen, unter denen, wenn die Dicke jedes Mo-Films 70 nm, 100 nm bzw. 150 nm ist, die Maximaltemperatur der Grenzfläche zwischen dem Mo-Film und einem SiC-Substrat gleich der oder höher als die Silicidreaktionstemperatur von Mo wird und die Maximaltemperatur der Oberfläche des Mo-Films den Schmelzpunkt von Mo nicht übersteigt. Die Abszisse, die Ordinate, die durchgezogene Linie a und die durchgezogene Linie b der 19 bis 21 haben jeweils dieselbe Bedeutung wie die Abszisse, die Ordinate, die durchgezogene Linie a und die durchgezogene Linie b von 7. Es ist zu verstehen, dass, wenn die Dicke des Mo-Films innerhalb eines Bereichs von 70 nm bis 150 nm ist, die Temperbedingungen existieren, die die nicht-schmelzenden Silicid-Bedingungen erfüllen.
  • 22 zeigt die Simulationsergebnisse einer Temperaturänderung einer Grenzfläche zwischen dem Metallfilm 16 und dem Substrat 10 zur Zeit des Laser-Temperns, das unter Verwendung eines als der Metallfilm 16 ausgeführten Chrom-Films (Cr-Films), der eine Dicke von 100 nm aufweist (1E). Die Abszisse zeigt die ablaufende Zeit ausgehend von dem Punkt der Anstiegszeit des Laser-Impulses in der Einheit "ns" an, und die Ordinate zeigt die Temperatur der Grenzfläche zwischen dem Cr-Film und einem SiC-Substrat in der Einheit "K". Die Kurven in 22 zeigen eine Temperaturänderung zur Zeit des Ausführens des Laser-Tempern unter den Bedingungen, in denen die Fluenz innerhalb der Oberfläche des Cr-Films, ab der unteren Linie, 2,0 J/cm2, 2,2 J/cm2 und 2,4 J/cm2 ist. Obwohl die Silicidreaktionstemperatur RT von Cr von dem Zusammensetzungsverhältnis zwischen Cr und Si abhängt, ist, um die Silicidreaktion zu bewirken, eine Temperatur gleich oder höher als 1663 K erforderlich. Der Schmelzpunkt von Cr ist 2180 K. Der gepulste Laserstrahl weist eine Wellenlänge von 355 nm und eine Pulsbreite von 50 ns auf.
  • Es ist zu verstehen, dass in einem Fall, in dem die Fluenz so eingestellt ist, dass diese größer ist als 2,2 J/cm2, die Grenzflächentemperatur zwischen dem Cr-Film und dem SiC-Substrat die Silicidreaktionstemperatur RT von Cr übersteigt. Als ein Ergebnis der Simulation der Oberflächentemperatur des Cr-Films unter den vorstehend genannten Bedingungen ist zu verstehen, dass die Oberflächentemperatur des Cr-Films den Schmelzpunkt von Cr nicht übersteigt. In einem Fall, in dem Cr als der Metallfilm 16 verwendet wird (1E), existieren auch die Laser-Temperbedingungen, unter denen die Grenzflächentemperatur die Silicidreaktionstemperatur übersteigt und die Oberflächentemperatur den Schmelzpunkt nicht übersteigt.
  • 23, 24 und 25 zeigen den Bereich von Temperbedingungen, unter denen, wenn die Dicke jedes Cr-Films 70 nm, 100 nm bzw. 150 nm ist, die Maximaltemperatur der Grenzfläche zwischen dem Cr-Film und dem SiC-Substrat gleich der oder höher als die Silicidreaktionstemperatur von Cr wird und die Maximaltemperatur der Oberfläche des Cr-Films den Schmelzpunkt von Cr nicht übersteigt. Die Abszisse, die Ordinate, die durchgezogene Linie a und die durchgezogene Linie b der 23 bis 25 haben jeweils dieselbe Bedeutung wie die Abszisse, die Ordinate, die durchgezogene Linie a und die durchgezogene Linie b von 7. Es ist zu verstehen, dass, wenn die Dicke des Cr-Films innerhalb eines Bereichs von 70 nm bis 150 nm ist, die Temperbedingungen existieren, die die nicht-schmelzenden Silicid-Bedingungen erfüllen.
  • Wie in den 14 bis 25 gezeigt, können auch W, Mo oder Cr als der Metallfilm 16 verwendet werden (1E). In diesem Fall ist es vorzuziehen, die Wellenlänge des gepulsten Laserstrahls in einen Bereich von 330 nm bis 370 nm fallen zu lassen, wie in dem Fall, in dem Ti verwendet wird. Um das Streuen der Wärme in das SiC-Substrat zu reduzieren, ist die Dicke des W-Films, des Mo-Films und des Cr-Films vorzugsweise so eingestellt, dass diese gleich oder größer als 30 nm ist, und weiter bevorzugt so eingestellt, dass diese gleich oder größer als 70 nm ist.
  • In einem Fall, in dem W, Mo oder Cr als der Metallfilm 16 verwendet wird (1E), ist es vorzuziehen, die Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls innerhalb eines Bereichs von 20 ns bis 200 ns auszuwählen, wie in dem Fall, wo der Ti-Film verwendet wird. Die Fluenz kann innerhalb des vorstehend genannten Bereichs der Pulsbreite ausgewählt sein, so dass die Maximaltemperatur der Oberfläche des Metallfilms 16 (1E) den Schmelzpunkt des Metallfilms 16 übersteigt, und die Maximaltemperatur der Grenzfläche zwischen dem Metallfilm 16 und dem Substrat 10 gleich der oder höher als die Silicidreaktionstemperatur des Metallfilms wird.
  • Bisher ist die vorliegende Erfindung basierend auf Beispielen beschrieben worden, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise, wird ein Fachmann sicher wissen, dass verschiedene Modifikation, Verbesserungen, Kombinationen und dergleichen vorgenommen werden können.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Substrat
    10A
    erste Oberfläche
    10B
    zweite Oberfläche
    11
    Schutzring
    12
    Isolierfilm
    13
    Schottky-Elektrode
    14
    Oberflächenelektrode
    15
    Elementstruktur
    16
    Metallfilm
    17
    Metallsilicidfilm
    20
    gepulster Laserstrahl
    27
    Ti-Silicidfilm
    27a
    Ti-Film
    MT
    Schmelzpunkt
    RT
    Silicidreaktionstemperatur

Claims (5)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements, das umfasst: Bilden eines Metallfilms, der wenigstens ein Metall beinhaltet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titan, Wolfram, Molybdän und Chrom besteht, auf einer ersten Oberfläche eines Substrats, das aus Siliziumcarbid gebildet ist; und Bilden eines Metallsilicidfilms durch Verursachen einer Silicidreaktion innerhalb einer Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Metallfilm durch Bestrahlen des Metallfilms mit einem gepulsten Laserstrahl, der eine Wellenlänge innerhalb eines Bereichs von 330 nm bis 370 nm aufweist, wobei eine Dicke des Metallfilms gleich oder größer als 30 nm ist, eine Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls innerhalb eines Bereichs von 20 ns bis 200 ns ist, und eine Fluenz so ausgewählt ist, dass diese Bedingungen erfüllt, unter denen eine Maximaltemperatur einer Oberfläche des Metallfilms einen Schmelzpunkt des Metallfilms nicht übersteigt und eine Maximaltemperatur der Grenzfläche zwischen dem Metallfilm und dem Substrat gleich einer oder höher als eine Silicidreaktionstemperatur des Metallfilms wird.
  2. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements nach Anspruch 1, wobei der Metallfilm aus Titan gebildet ist, und die Dicke des Metallfilms innerhalb eines Bereichs von 70 nm bis 100 nm ist.
  3. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements nach Anspruch 1, wobei der Metallfilm aus Titan gebildet ist, die Dicke des Metallfilms innerhalb eines Bereichs von 100 nm bis 150 nm ist und die Pulsbreite des gepulsten Laserstrahls innerhalb eines Bereichs von 50 ns bis 200 ns ist.
  4. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements nach Anspruch 1, wobei der Metallfilm aus einem Metall gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wolfram, Molybdän und Chrom besteht, und die Dicke des Metallfilms innerhalb eines Bereichs von 70 nm bis 150 nm ist.
  5. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der gepulste Laserstrahl die dritte Harmonische eines Festkörperlasers ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Nd:YAG-Laser, einem Nd:YLF -Laser, einem Nd:YV04-Laser, einem Yb:YAG-Laser, einem Yb:YLF-Laser und einem Yb:YV04-Laser besteht.
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