JP2000349042A - Method and apparatus for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing semiconductor device

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JP2000349042A
JP2000349042A JP11156689A JP15668999A JP2000349042A JP 2000349042 A JP2000349042 A JP 2000349042A JP 11156689 A JP11156689 A JP 11156689A JP 15668999 A JP15668999 A JP 15668999A JP 2000349042 A JP2000349042 A JP 2000349042A
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Japan
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semiconductor substrate
light
laser
mirror
reflected
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JP11156689A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Obara
隆 小原
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an impurity concentration profile which is ideal for a rear electrode by a method wherein a semiconductor substrate is irradiated with a laser beam via an optical system, reflected light from the semiconductor substrate is reflected by a mirror and the reflected light is returned to the semiconductor substrate so as to be irradiated. SOLUTION: A laser beam 22 which is output from a laser oscillator 21 is guided, by a mirror 23 24, to a beam homogenizer 25 which makes the spatial intensity distribution of the laser beam 22 uniform, and it irradiates a semiconductor substrate 31, which is arranged on an X-Y table 30, from a synthetic quartz glass window 25 in a chamber 28 via a mirror 26 and an image formation lens 27. In addition, a concave mirror 32 which is fixed to the chamber 28 just above the semiconductor substrate 31 reflected light reflected from the semiconductor substrate 31 so as to irradiate the semiconductor substrate 31. Consequently, the surface of the semiconductor substrate 31 is irradiated with direct light which irradiates the semiconductor substrate via a corner optical system from the laser oscillator 21 and with indirect light which is reflected by the concave mirror 32 in such a way that both the direct light and the indirect light are superposed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の製造
方法とその製造装置の技術に係り、特に、半導体素子の
裏面電極形成方法において、ボロンもしくはリンをイオ
ン注入した後にパルスレーザ光を照射し活性化させ、ア
ルミニウム合金膜を堆積させコレクタ電極を形成する技
術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a technique of a manufacturing apparatus therefor, and more particularly to a method of forming a back surface electrode of a semiconductor device, in which boron or phosphorus is ion-implanted and then a pulse laser beam is irradiated. The present invention relates to a technique of activating an aluminum alloy film to form a collector electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、IGBT(Insulated
Gate Bipolar Transistor)
やPower−MOSデバイスの場合、ソース・ドレイ
ン電極を半導体基板の表面に形成し、コレクタ電極を裏
面に形成する構造である。
2. Description of the Related Art Generally, an IGBT (Insulated)
Gate Bipolar Transistor)
In the case of a power-MOS device, a source / drain electrode is formed on a front surface of a semiconductor substrate, and a collector electrode is formed on a back surface.

【0003】例えば、IGBTの場合、コレクタ電極の
形成は、N型シリコン基板のコレクタ電極に隣接して、
ボロンの不純物濃度を制御したP型層形成が必要とな
る。P型層の形成にはイオン注入法によりボロンをドー
ピングした後、活性化により行なっている。この場合、
活性化は電気炉等で900℃程度/30minのアニー
ルで100%を達成できるが、既に表面にn+ソースや
p+ウェル及びソース・ドレイン電極が形成されている
ことから、900℃前後のアニールは実施できない。
For example, in the case of an IGBT, a collector electrode is formed adjacent to a collector electrode of an N-type silicon substrate.
It is necessary to form a P-type layer in which the boron impurity concentration is controlled. The P-type layer is formed by doping boron by an ion implantation method and then activating it. in this case,
Activation can achieve 100% by annealing at about 900 ° C./30 min in an electric furnace or the like, but annealing at about 900 ° C. is performed because the n + source, p + well, and source / drain electrodes are already formed on the surface. Can not.

【0004】そこで、ボロンをイオン注入せずクローム
・ニツケル・銀等の合金を蒸着し、その後450℃程度
/30minのアニールを行なうことにより、N型シリ
コン基板にコレクタ電極に隣接したP型層を有したコレ
クタ電極を形成している。
Therefore, an alloy such as chrome, nickel, or silver is vapor-deposited without ion implantation of boron, and then annealing is performed at about 450 ° C. for 30 minutes to form a P-type layer adjacent to a collector electrode on an N-type silicon substrate. Having a collector electrode.

【0005】また、別の方法としては、ボロンをイオン
注入した後、瞬間アニール技術を用いて、打込まれたボ
ロンを電気的に活性化している。瞬間アニール技術は、
高出力のレーザ光、電子ビームあるいはフラッシュ光等
の放射線をシリコン基板表面に照射して、瞬間的に表面
層をアニールする技術で、大別すると、連続発振による
連続波(CW)方式と、Qスイッチ等によるパルス方式
がある。
As another method, boron is ion-implanted, and then the implanted boron is electrically activated by using an instantaneous annealing technique. Instant annealing technology
This technology irradiates the surface of the silicon substrate with radiation such as high-power laser light, electron beam, or flash light to instantaneously anneal the surface layer. It is roughly classified into a continuous wave (CW) method by continuous oscillation and Q There is a pulse method using a switch or the like.

【0006】瞬間アニール技術では、(1)短時間の加
熱が可能[CW方式:〜ms、パルス方式:ns〜μ
s]、(2)局部的の加熱が可能[熱処理領域を制御で
きる]、(3)表面層のみの加熱が可能[放射線の波長
やエネルギーによって熱処理小の深さを制御できる]、
(4)高温の加熱が可能[通常はシリコンの融点前
後]、(5)短時間の冷却が可能[〜10℃/sの冷却
速度]、(6)速い結晶成長速度を得ることが可能(〜
m/sで液体→固体化)等の特徴がある。
In the instantaneous annealing technique, (1) heating for a short time is possible [CW method: up to ms, pulse method: ns to μ]
s], (2) Local heating is possible [heat treatment area can be controlled], (3) Only the surface layer can be heated [depth of heat treatment can be controlled by radiation wavelength and energy],
(4) High-temperature heating is possible [usually around the melting point of silicon], (5) Short-time cooling is possible [-10 ° C./s cooling rate], and (6) Fast crystal growth rate is obtained ( ~
liquid / solid at m / s).

【0007】通常、十分なP型層を形成する方法とし
て、パルスレーザ照射による瞬間高温アニールによる活
性化を行う場合が多い。この方法はではパルスレーザの
パルス幅が約20ns(半値幅)と短く、基板の極表層
(1μm〜3μm)のみを加熱できるため、表面への熱
影響を与えずに、裏面のみを高温アニールを実現でき
る。
Usually, as a method of forming a sufficient P-type layer, activation is often performed by instantaneous high-temperature annealing by pulsed laser irradiation. According to this method, the pulse width of the pulse laser is as short as about 20 ns (half width), and only the very surface layer (1 μm to 3 μm) of the substrate can be heated. realizable.

【0008】なお、この際に用いるパルスレーザは、短
パルス高出力のXeClエキシマレーザもしくはKrF
エキシマレーザである。
The pulse laser used in this case is a short-pulse high-output XeCl excimer laser or KrF excimer laser.
Excimer laser.

【0009】特に、短波長のパルスレーザを用いれば下
地である半導体基板に損傷を与えることなく半導体薄膜
を効率良くアニールすることができる。例えば、XeF
(波長351nm)、XeCl(308nm)、KrF
(248nm)、ArF(193nm)のエキシマレー
ザを用いることができる。レーザのエネルギー密度は、
例えば0.5〜2.5mJ/cmで照射している。
In particular, if a short-wavelength pulse laser is used, the semiconductor thin film can be efficiently annealed without damaging the underlying semiconductor substrate. For example, XeF
(Wavelength 351 nm), XeCl (308 nm), KrF
(248 nm) and an ArF (193 nm) excimer laser can be used. The energy density of the laser is
For example, irradiation is performed at 0.5 to 2.5 mJ / cm 2 .

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クロー
ム・ニツケル・銀等の合金を蒸着後にアニール処理する
方法では、450℃程度/30minのアニールである
ことからP型層の形成を十分に行なうことができず、か
つ、複数のメタルを使用する必要がある。そのために製
作工程に時間がかかり、スループットの低下が避けられ
ない。
However, in the method of annealing after vapor deposition of an alloy such as chrome, nickel, and silver, since the annealing is performed at about 450 ° C. for 30 minutes, the p-type layer can be sufficiently formed. No, and need to use multiple metals. For this reason, the manufacturing process takes a long time, and a decrease in throughput is inevitable.

【0011】また、アニール処理途中にウエハ表面を支
持台に接触させる機会が多くなるため、ウエハ表面への
傷の発生やダストの付着率が高く、半導体特性に悪影響
を及ぼす恐れがある。
In addition, since the wafer surface is frequently contacted with the support during the annealing process, scratches on the wafer surface and a high dust adhesion rate may adversely affect semiconductor characteristics.

【0012】また、ボロンをイオン注入した後、パルス
レーザ照射による瞬間高温アニールによる活性化を行う
方法では、ボロンのイオン注入後のシリコン基板のレー
ザ光の反射率が50%と高く、このため、シリコン基板
へ照射したレーザ光の損失が大きく、レーザ発振器の高
出力化等が必要になり、装置の効率があまりよくない。
Also, in the method of performing activation by instantaneous high-temperature annealing by pulse laser irradiation after boron ion implantation, the reflectance of laser light of the silicon substrate after boron ion implantation is as high as 50%. The loss of the laser light applied to the silicon substrate is large, and the output of the laser oscillator needs to be increased, and the efficiency of the device is not very good.

【0013】本発明はこれらの事情に基づいて成された
もので、半導体素子の製造工程でパルスレーザ照射によ
る瞬間高温アニールによる活性化を行う際に、レーザ光
の損失を低減させてボロンの活性化を行ない、IGB
T、Power−MOS等の裏面電極に理想的な不鈍物
濃度プロファイルを実現することができる半導体素子の
製造方法とその装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made based on these circumstances, and when performing activation by instantaneous high-temperature annealing by pulsed laser irradiation in a semiconductor device manufacturing process, the loss of laser light is reduced to reduce the boron activity. And IGB
It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for manufacturing a semiconductor device capable of realizing an ideal concentration profile of an insensitive object for a back electrode such as T, Power-MOS or the like.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明による手
段によれば、半導体基板の裏面電極の形成に際し、不純
物を前記半導体基板へイオン注入し、熱処理によって前
記不純物を活性化させる半導体素子の製造方法におい
て、前記熱処理は、レーザ発振器から出射したレーザ光
を光学系を介して前記半導体基板に照射するとともに、
前記半導体基板からの反射光をミラーで反射して前記半
導体基板に戻して照射することを特徴とする半導体素子
の製造方法である。
According to the first aspect of the present invention, in forming a back electrode of a semiconductor substrate, an impurity is ion-implanted into the semiconductor substrate, and the impurity is activated by heat treatment. In the manufacturing method, the heat treatment irradiates the semiconductor substrate with a laser beam emitted from a laser oscillator through an optical system,
A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that light reflected from the semiconductor substrate is reflected by a mirror and returned to the semiconductor substrate for irradiation.

【0015】また請求項2の発明による手段によれば、
前記レーザ発振器からの出射するパルスレーザはXeC
lエキシマレーザもしくはKrFエキシマレーザで、レ
ーザ光の強度は前記半導体基板面で0.5J/cm
上で2.5J/cm以下であることを特徴とする半導
体素子の製造方法である。
According to the second aspect of the present invention,
The pulse laser emitted from the laser oscillator is XeC
In l excimer laser or KrF excimer laser, the intensity of the laser light is a method of manufacturing a semiconductor device, wherein said at 2.5 J / cm 2 or less at 0.5 J / cm 2 or more in the semiconductor substrate surface.

【0016】また請求項3の発明による手段によれば、
前記ミラーは、凹面の反射部をもち、前記レーザ発振器
から照射されるレーザ光の光軸上に設けられ、中央部に
孔設された孔に前記パルスレーザ光を通過させて前記半
導体基板を照射し、前記反射面で前記半導体基板からの
反射光を前記半導体基板に反射することを特徴とする半
導体素子の製造方法である。
According to the third aspect of the present invention,
The mirror has a concave reflecting portion, is provided on an optical axis of laser light emitted from the laser oscillator, and irradiates the semiconductor substrate by passing the pulsed laser light through a hole provided in a central portion. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: reflecting light reflected from the semiconductor substrate on the reflecting surface to the semiconductor substrate.

【0017】また請求項4の発明による手段によれば、
半導体基板の裏面電極の形成に際し、不純物を前記半導
体基板にイオン注入し、熱処理手段によって前記不純物
を活性化させる半導体素子の製造装置において、前記熱
処理手段は、レーザ発振器から出射したレーザ光を光学
系を介して前記半導体基板に照射する照射手段と、前記
半導体基板からの反射光を凹面ミラー面で反射して前記
半導体基板に戻して照射する凹面ミラーを有することを
特徴とする半導体素子の製造装置である。
Further, according to the means of the present invention,
In the apparatus for manufacturing a semiconductor element, in which an impurity is ion-implanted into the semiconductor substrate when the back electrode of the semiconductor substrate is formed and the impurity is activated by a heat treatment unit, the heat treatment unit emits a laser beam emitted from a laser oscillator into an optical system. An irradiating means for irradiating the semiconductor substrate through the semiconductor substrate, and a concave mirror for irradiating reflected light from the semiconductor substrate with a concave mirror surface and returning the reflected light to the semiconductor substrate. It is.

【0018】また請求項5の発明による手段によれば、
前記凹面ミラーは、ミラー面がアルミニウム蒸着面か誘
電体多層膜面であることを特徴とする半導体素子の製造
装置である。
According to the fifth aspect of the present invention,
The concave mirror is an apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein the mirror surface is an aluminum vapor-deposited surface or a dielectric multilayer film surface.

【0019】また請求項6の発明による手段によれば、
前記凹面ミラーの配置位置は、前記半導体基板の直上の
光軸上で前記光学系を形成している結像レンズの焦点距
離の位置であることを特徴とする半導体素子の製造装置
である。
Further, according to the means of the invention of claim 6,
The arrangement of the concave mirror is a position of a focal length of an imaging lens forming the optical system on an optical axis immediately above the semiconductor substrate.

【0020】また請求項7の発明による手段によれば、
前記凹面ミラーの曲率は、前記結像レンズの焦点距離か
ら前記半導体基板までの距離の2倍の値であることを特
徴とする半導体素子の製造装置である。
According to the means of the invention of claim 7,
The curvature of the concave mirror is twice as long as the distance from the focal length of the imaging lens to the semiconductor substrate.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】まず、本発明の対象となる半導体素子の主
要な製造工程について説明する。
First, main manufacturing steps of a semiconductor device to which the present invention is applied will be described.

【0023】図1は、本発明の半導体素子に係る実施の
形態を示すIGBTの断面図である。N型のシリコン基
板で形成されたウエハ1の表面において、高濃度のP型
が導入されたP+型のウエル領城、ゲート絶縁膜上のゲ
ート電極2、P型べース領域3、N型エミッタ領域
4、絶縁膜5が形成されている。エミッタ電極6は、N
型エミッタとP型べース各領域をショートさせるよう
に設けられている。
FIG. 1 shows an embodiment according to the semiconductor device of the present invention.
It is sectional drawing of the IGBT which shows a form. N-type silicon base
In the surface of the wafer 1 formed of a plate, a high-concentration P-type
P + -type wells with gates
Gate electrode 2, P-type base region 3, N+Type emitter region
4. An insulating film 5 is formed. The emitter electrode 6 is
+To short-circuit each emitter region and P-type base region
It is provided in.

【0024】本発明では、このウエハ1の裏面に対し、
ボロンをドーピング注入したアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金をコレクク電極7の材料として用いている。
このコレクタ電極7に隣接して低濃度のP型層(P−
層)8が形成されており、良好な低抵抗オーミックコン
タクトを形成している。
In the present invention, the back surface of the wafer 1 is
Aluminum or an aluminum alloy doped with boron is used as the material of the collector electrode 7.
A low-concentration P-type layer (P-
Layer 8 is formed, and a good low-resistance ohmic contact is formed.

【0025】次に、図1の構成の製造方法を説明する。
まず、ウエハ1の表面は、周知の技術を用いて、P
のウエル領域、ゲート絶縁膜上のゲ−ト電極2、P型べ
ース領域3、N型エミッタ領域4、絶縁膜5を形成す
る。その後、エミッタ電極6として、N型エミッタと
P型ベース各領域を電気的にショートさせるアルミニウ
ムを形成する。これら工程が終了するまでには、アニー
ルやリフロー等、各電極の熱処理の工程が適宜挿入され
る。
Next, a method of manufacturing the structure shown in FIG. 1 will be described.
First, the surface of the wafer 1 is formed by using a well-known technique by using a P + -type well region, a gate electrode 2 on a gate insulating film, a P-type base region 3, an N + -type emitter region 4, and an insulating film. 5 is formed. Thereafter, aluminum is formed as the emitter electrode 6 to electrically short the N + -type emitter and the P-type base regions. Until these steps are completed, heat treatment steps for each electrode such as annealing and reflow are appropriately inserted.

【0026】ウエハ1の表面の形成工程の後、本発明に
おいて重要なウエハ1の裏面側の形成工程にはいる。こ
れについて、図2(a)から(c)を参照しながら説明
する。ウエハ1の裏面に対し、ボロンをイオン注入する
(図2(a))。IE13〜IE15atoms/cm
とし加速電圧は、50KeVとする。その後ウエハ1
にレーザ照射しイオン注入されたボロンを活性化させる
(図2(b))。これによりウエハ1の中には低濃度の
P型層(P型層)8が形成される。その後、アルミニウ
ム又は積層メタル(V/Nc/Au)をスパッタリング
などで堆積させ、コレクタ電極を形成する(図2
(c))。
After the process of forming the front surface of the wafer 1, the process of forming the rear surface of the wafer 1 which is important in the present invention is started. This will be described with reference to FIGS. Boron ions are implanted into the back surface of the wafer 1 (FIG. 2A). IE13 to IE15 atoms / cm
2, and the acceleration voltage is 50 KeV. Then wafer 1
Is irradiated with a laser to activate the ion-implanted boron (FIG. 2B). As a result, a low-concentration P-type layer (P-type layer) 8 is formed in the wafer 1. Thereafter, aluminum or a laminated metal (V / Nc / Au) is deposited by sputtering or the like to form a collector electrode (FIG. 2).
(C)).

【0027】図3は、この発明を用いた図2(c)のコ
レクタ領域における、不純物濃度プロファイルを示す特
性曲線である。本発明では、ウエハ1の裏面へのレーザ
光の照射により、その影響をウエハ1裏面へのみ与え、
ウエハ1の表面までには与えるのを抑制することができ
る。
FIG. 3 is a characteristic curve showing an impurity concentration profile in the collector region of FIG. 2C using the present invention. In the present invention, by irradiating the laser beam to the back surface of the wafer 1, the influence is given only to the back surface of the wafer 1,
It is possible to suppress the application to the surface of the wafer 1.

【0028】なお、この発明の製造方法は、その他、光
トリガ型サイリスタ、逆素子型のGTOサイリスタ等に
採用しても上記と同様の効果を発揮する。
It should be noted that the manufacturing method of the present invention exerts the same effect as described above even when employed in a light-trigger type thyristor, a reverse element type GTO thyristor, and the like.

【0029】次に、上述の工程で用いた本発明のレーザ
アニール装置について説明する。
Next, the laser annealing apparatus of the present invention used in the above steps will be described.

【0030】図4は本発明のレーザアニール装置の構成
図である。すなわち、レーザ発振器21の光軸上の前方
には、レーザ光22の進路にしたがって、順次、ミラー
23、24、ホモジナイザ25、ミラー26、結像レン
ズ27、チャンバ28が設けられている。チャンバ28
には結像レンズ27の対面に当たる天井部に合成石英ガ
ラス製の窓29が形成され、チャンバ28内のその下方
には凹面ミラー32が設けられ、されにその下方に設け
られたXYテーブル30上には被処理体である半導体基
板31が裏面を上向きに載置されている。なお、この半
導体基板31の表面は保護テープで保護されてXYテー
ブル30に接している。また、レーザ発振器21はコン
トローラ33を介してコンピュータ34に接続されてい
る。
FIG. 4 is a block diagram of a laser annealing apparatus according to the present invention. That is, mirrors 23 and 24, a homogenizer 25, a mirror 26, an imaging lens 27, and a chamber 28 are sequentially provided in front of the laser oscillator 21 on the optical axis according to the path of the laser light 22. Chamber 28
A window 29 made of synthetic quartz glass is formed in a ceiling portion facing the image forming lens 27, a concave mirror 32 is provided below the inside of the chamber 28, and an XY table 30 provided therebelow. In FIG. 1, a semiconductor substrate 31 to be processed is placed with its back surface facing upward. The surface of the semiconductor substrate 31 is protected by a protective tape and is in contact with the XY table 30. The laser oscillator 21 is connected to a computer 34 via a controller 33.

【0031】なお、レーザ発振の繰返し周波数は200
Hzもしくは300Hzとし、半導体基板31へのレー
ザ照射ビームサイズを1mm□〜5mm□の正方形ビー
ムとし、5インチまたは6インチまたは8インチの半導
体基板31の全面を100μm〜200μmの重ね合せ
量でXYテーブル30により走査させる。また、その際
のXYテーブル30の動作とレーザ発振器21の制御
は、コンピュータ34とコントローラ33により行な
う。
The repetition frequency of laser oscillation is 200
Hz or 300 Hz, the laser irradiation beam size to the semiconductor substrate 31 is a square beam of 1 mm 5 mm square, and the entire surface of the semiconductor substrate 31 of 5 inches, 6 inches or 8 inches is overlapped by 100 μm to 200 μm with an XY table. Scan by 30. The operation of the XY table 30 and the control of the laser oscillator 21 at that time are performed by the computer 34 and the controller 33.

【0032】また、凹面ミラー32は、中央部にパルス
レーザ光22を通過させるための孔径φ500μm〜5
mmの孔36が孔設されている。ミラー面はアルミニウ
ムの蒸着で形成するか、石英基板上に弗化マグネシュウ
ム(MgF)等の誘電体多層膜を形成したもの用いて
いる。
The concave mirror 32 has a hole diameter φ500 μm-5
A hole 36 mm is provided. The mirror surface is formed by depositing aluminum or using a quartz substrate on which a dielectric multilayer film such as magnesium fluoride (MgF 2 ) is formed.

【0033】これらの構成により、レーザ発振器21よ
り出力したレーザ光22は、ミラー23、24により、
レーザ光22の空間的強度分布を均一化させるビームホ
モジナイザ25に導かれ、ミラー26、結像レンズ27
を介し、真空排気設備を具備したチャンバ28に合成石
英ガラス製の窓29より、XYテーブル30上に配置さ
れた半導体基板31にに照射する。
With these configurations, the laser light 22 output from the laser oscillator 21 is reflected by the mirrors 23 and 24.
The laser light 22 is guided to a beam homogenizer 25 for making the spatial intensity distribution uniform, and is reflected by a mirror 26 and an imaging lens 27.
A semiconductor substrate 31 arranged on an XY table 30 is irradiated from a window 29 made of synthetic quartz glass into a chamber 28 equipped with vacuum evacuation equipment.

【0034】また、半導体基板31の直上のチャンバ2
8に固定された凹面ミラー32は、半導体基板31から
反射してきた光を、凹面ミラー32で反射して半導体基
板31を照射する。したがって、半導体基板31の上面
には、レーザ発振器21から角光学系を経由して照射す
る直接光と、凹面ミラー32で反射した間接光の双方が
重畳して照射することになる。
The chamber 2 directly above the semiconductor substrate 31
The concave mirror 32 fixed to 8 irradiates the semiconductor substrate 31 with the light reflected from the semiconductor substrate 31 being reflected by the concave mirror 32. Therefore, both the direct light irradiated from the laser oscillator 21 via the angular optical system and the indirect light reflected by the concave mirror 32 are irradiated on the upper surface of the semiconductor substrate 31 in a superimposed manner.

【0035】また、図5は結像レンズ27と凹面ミラー
32との関係を示す説明図である。結像レンズ27のN
Aにより定まる入射角をαとし、その集光点までの距離
をf、集光点から半導体基板31までの距離をaとす
る。凹面ミラー32の配置位置は凹面中心がレーザ光2
2の集光点位置となる。凹面ミラー32の反射面の曲率
Rは集光点から半導体基板31までの距離aの2倍とな
る。凹面ミラー32の大きさはD、結像レンズ27のN
Aにより定められる角度αより決まり、D=2×2a×
tanαとなる。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the imaging lens 27 and the concave mirror 32. N of the imaging lens 27
Let α be the angle of incidence determined by A, f be the distance to the focus point, and a be the distance from the focus point to the semiconductor substrate 31. The position of the concave mirror 32 is such that the center of the concave surface is the laser beam 2.
This is the position of the focal point of No. 2. The curvature R of the reflection surface of the concave mirror 32 is twice as long as the distance a from the converging point to the semiconductor substrate 31. The size of the concave mirror 32 is D, and the size of the imaging lens 27 is N
Determined by the angle α determined by A, D = 2 × 2a ×
tanα.

【0036】結像レンズ27のNAを0.2とし、結像
レンズ27へのレーザ入射光の径dをφ30mmとした
場合、結像レンズ27から集光点までの距離fは、f=
(d/2)/tan(sin−10.2)≒73.48
mmとなり、集光点から半導体基板31までの距離aは
結像倍率1/6としたときa=12.25mmとなり、
凹面ミラー32の曲率R=2×aよりR≒24.49m
mとなる。
When the NA of the imaging lens 27 is 0.2 and the diameter d of the laser incident light on the imaging lens 27 is 30 mm, the distance f from the imaging lens 27 to the focal point is f =
(D / 2) / tan (sin- 1 0.2) ≒ 73.48
mm, and the distance a from the focal point to the semiconductor substrate 31 is a = 1.25 mm when the imaging magnification is 1/6,
From the curvature R of the concave mirror 32 = 2 × a, R ≒ 24.49 m
m.

【0037】また、凹面ミラー32の外形DはD=2×
2a×tanαよりD=10mmとなる。この凹面ミラ
ー32によりレーザ光22のエネルギー損失を50%か
ら25%程度に低減できた。
The outer shape D of the concave mirror 32 is D = 2 ×
D = 10 mm from 2a × tan α. With this concave mirror 32, the energy loss of the laser beam 22 was reduced from 50% to about 25%.

【0038】以上に述べたように本発明では、レーザ光
22の50%の反射率の損失を低減するため、照射した
パルスのレーザ光22の反射光を、再度、半導体基板3
1へ反射する凹面ミラー32を半導体基板31の直上に
設けた。凹面ミラー32は、パルスレーザ光22を通過
させるための孔36を有し、その大きさはφ500μm
〜の5mmとすることとし、半導体基板31へ照射する
パルスレーザ光22の入射NAは0.2以下とし、凹面
ミラー32の反射面はAl蒸着膜もしくは誘電体多層膜
とし、その配置位置は基板から直上に結像レンズ27の
焦点距離の位置とした。これにより、半導体基板31よ
り反射した50%のうち半分の25%程度を半導体基板
31へ再度照射されることとなり、レーザ光22の損失
は50%から25%程度へと低減することが可能になっ
た。
As described above, according to the present invention, in order to reduce the 50% reflectance loss of the laser light 22, the reflected light of the irradiated laser light 22 is again applied to the semiconductor substrate 3.
A concave mirror 32 that reflects light toward the mirror 1 is provided directly above the semiconductor substrate 31. The concave mirror 32 has a hole 36 for allowing the pulsed laser light 22 to pass therethrough, and the size thereof is φ500 μm.
The incident NA of the pulsed laser beam 22 for irradiating the semiconductor substrate 31 is set to 0.2 or less, the reflection surface of the concave mirror 32 is an Al vapor-deposited film or a dielectric multilayer film, and the arrangement position is the substrate position. From the focal length of the imaging lens 27. As a result, about 25% of the 50% reflected from the semiconductor substrate 31 is re-irradiated to the semiconductor substrate 31, and the loss of the laser beam 22 can be reduced from 50% to about 25%. became.

【0039】したがって、レーザ光22の損失を低減さ
せたボロンの活性化を行なうことができ、IGBT、P
ower−MOSの裏面電極に理想的な不鈍物濃度プロ
ファイルを実現することができる。
Therefore, it is possible to activate boron while reducing the loss of the laser beam 22, and the IGBT, P
It is possible to realize an ideal concentration profile of the intact substance for the back electrode of the lower-MOS.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明によれば、レーザ光のエネルギー
損失を大幅に低減させ、半導体基板の裏面電極に理想的
な不純物濃度プロファイルを実現した半導体素子の製造
方法及びその製造装置が得られる。
According to the present invention, it is possible to obtain a method and an apparatus for manufacturing a semiconductor device in which the energy loss of laser light is greatly reduced and an ideal impurity concentration profile is realized for the back electrode of the semiconductor substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体素子に係る実施の形態を示すI
GBTの断面図。
FIG. 1 shows an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.
Sectional drawing of GBT.

【図2】(a)〜(c)は、本発明において重要なウエ
ハ1の裏面側の形成工程を順に示す部分断面図。
FIGS. 2A to 2C are partial cross-sectional views sequentially showing a process of forming a back surface of a wafer 1 which is important in the present invention.

【図3】図2(c)のコレクタ電極における不純物濃度
プロファイルを示す特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing an impurity concentration profile in the collector electrode of FIG. 2 (c).

【図4】本発明のレーザアニール装置の構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of a laser annealing apparatus of the present invention.

【図5】本発明のレーザアニール装置の結像レンズと凹
面ミラーとの関係を示す説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between an imaging lens and a concave mirror of the laser annealing apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1ウエハ、2ゲ−ト電極2、3P型べース領域、4N+
型エミッタ領域、5絶縁膜、6エミッタ電極、7コレク
タ電極、8低濃度P型層、21レーザ発振器、27結像
レンズ、28チャンバ、32凹面ミラー
1 wafer, 2 gate electrodes 2, 3P base region, 4N +
Emitter region, 5 insulating film, 6 emitter electrode, 7 collector electrode, 8 low-concentration P-type layer, 21 laser oscillator, 27 imaging lens, 28 chamber, 32 concave mirror

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/78 658A ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 29/78 658A

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の裏面電極の形成に際し、不
純物を前記半導体基板へイオン注入し、熱処理によって
前記不純物を活性化させる半導体素子の製造方法におい
て、 前記熱処理は、レーザ発振器から出射したレーザ光を光
学系を介して前記半導体基板に照射するとともに、前記
半導体基板からの反射光をミラーで反射して前記半導体
基板に戻して照射することを特徴とする半導体素子の製
造方法。
1. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein an impurity is ion-implanted into the semiconductor substrate when a back electrode of the semiconductor substrate is formed, and the impurity is activated by heat treatment. And irradiating the semiconductor substrate with the light through an optical system, and reflecting the reflected light from the semiconductor substrate with a mirror and irradiating the semiconductor substrate with the reflected light.
【請求項2】 前記レーザ発振器からの出射するパルス
レーザはXeClエキシマレーザもしくはKrFエキシ
マレーザで、レーザ光の強度は前記半導体基板面で0.
5J/cm以上で2.5J/cm以下であることを
特徴とする請求項1記載の半導体素子の製造方法。
2. A pulse laser emitted from the laser oscillator is an XeCl excimer laser or a KrF excimer laser, and the intensity of the laser light is 0.1 mm on the semiconductor substrate surface.
The method as claimed in claim 1, wherein the at 5 J / cm 2 or more and 2.5 J / cm 2 or less.
【請求項3】 前記ミラーは、凹面の反射部をもち、前
記レーザ発振器から照射されるレーザ光の光軸上に設け
られ、中央部に孔設された孔に前記パルスレーザ光を通
過させて前記半導体基板を照射し、前記反射面で前記半
導体基板からの反射光を前記半導体基板に反射すること
を特徴とする請求項1記載の半導体素子の製造方法。
3. The mirror has a concave reflecting portion, is provided on an optical axis of laser light emitted from the laser oscillator, and allows the pulsed laser light to pass through a hole formed in a central portion. 2. The method according to claim 1, further comprising irradiating the semiconductor substrate, and reflecting light reflected from the semiconductor substrate on the reflection surface to the semiconductor substrate.
【請求項4】 半導体基板の裏面電極の形成に際し、不
純物を前記半導体基板にイオン注入し、熱処理手段によ
って前記不純物を活性化させる半導体素子の製造装置に
おいて、 前記熱処理手段は、レーザ発振器から出射したレーザ光
を光学系を介して前記半導体基板に照射する照射手段
と、前記半導体基板からの反射光を凹面ミラー面で反射
して前記半導体基板に戻して照射する凹面ミラーを有す
ることを特徴とする半導体素子の製造装置。
4. An apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein an impurity is ion-implanted into the semiconductor substrate when a back electrode of the semiconductor substrate is formed, and the impurity is activated by a heat treatment means, wherein the heat treatment means emits light from a laser oscillator. Irradiating means for irradiating the semiconductor substrate with laser light via an optical system, and a concave mirror for reflecting light reflected from the semiconductor substrate on a concave mirror surface and irradiating the semiconductor substrate with the reflected light. Semiconductor device manufacturing equipment.
【請求項5】 前記凹面ミラーは、ミラー面がアルミニ
ウム蒸着面か誘電体多層膜面であることを特徴とする請
求項4記載の半導体素子の製造装置。
5. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 4, wherein said concave mirror has a mirror surface which is an aluminum evaporation surface or a dielectric multilayer film surface.
【請求項6】 前記凹面ミラーの配置位置は、前記半導
体基板の直上の光軸上で前記光学系を形成している結像
レンズの焦点距離の位置であることを特徴とする請求項
4記載の半導体素子の製造装置。
6. An arrangement position of said concave mirror is a position of a focal length of an imaging lens forming said optical system on an optical axis immediately above said semiconductor substrate. Semiconductor device manufacturing equipment.
【請求項7】 前記凹面ミラーの曲率は、前記結像レン
ズの焦点距離から前記半導体基板までの距離の2倍の値
であることを特徴とする請求項6記載の半導体素子の製
造装置。
7. The apparatus according to claim 6, wherein the curvature of the concave mirror has a value twice as long as a distance from a focal length of the imaging lens to the semiconductor substrate.
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