JP2001196320A - ドーピング方法、半導体装置の製造方法、半導体素子の製造方法及びその製造装置、ドーピング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｓｉチップが形成されたＳｉウエハへの不純
物のドーピングと活性化の処理の際に、レーザ照射によ
る方法で理想的な不純物濃度プロファイルを実現し、Ｓ
ｉチップの裏面に電極を形成する技術を提供すること。 【解決手段】 Ｓｉウエハ１に形成されたＳｉチップの
裏面に電極を形成するに際し、Ｓｉチップ１への不純物
２７、２７ａ〜２７ｃのドーピングと、このドーピング
された不純物２７、２７ａ〜２７ｃを活性化は同一の高
真空チャンバ１１、１１ａ内で加熱手段による加熱によ
りおこなう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、ドーピング方
法、半導体装置の製造方法、半導体素子の製造方法およ
び装置、ドーピング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にＩＧＢＴ（ＩｎｓｕＩａｔｅｄ
Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や
Ｐｏｗｅｒ−Ｍｏｓデバイス等の場合、ソース・ドレイ
ン電極を半導体基板の表面に、コレクタ電極を裏面に形
成する構造になっている。例えば、ＩＧＢＴの場合、コ
レクタ電極の形成には、Ｎ型Ｓｉ基板にコレクタ電極に
隣接してボロン（Ｂ）の不純物濃度を制御したＰ型層の
形成が必要になる。Ｐ型層の形成は、イオン注入法もし
くは、不純物を含む反応性気体をチャンバ内に封入して
の化学的ドーピング法により、ボロンをドーピングした
後、活性化により行っている。また、特開平５−３２６
４３０号公報には、チャンバ内に試料を載置して、外部
から添加物を含んだ反応ガスを真空チャンバ内に供給
し、その雰囲気下で試料にレーザ光を照射してドービン
グする技術が開示されている。しかし、活性化は１００
０℃程度／１Ｈｏｕｒのアニールを行えば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、１００
０℃前後のアニールは実施できない。さらに、近年、ウ
エハについてもエピウエハやＯＳＬに代り、安価なロウ
（生）ウエハを使用したパワーデバイスが具現化されて
きている。このロウウエハを用いたプロセスでは、作動
させるためにＯＮする際の電圧を実用レベルにするため
に、ウエハの厚さは１００μｍ程度のものを用いてい
る。それに伴い、ウエハを加工した後に表面のプロセス
を実施するのが困難である為、最初にウエハに表面プロ
セスを施した後に、ウエハを薄く加工し、その後に裏面
のプロセス処理（イオン注入、５００℃前後のアニー
ル）を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
コレクタ電極の形成方法では、シリコン（Ｓｉ）基板へ
の不純物のドーピングと活性化の処理においては、イオ
ン注入装置もしくは反応性気体を封入する機構を有した
装置を必要としている。また、その後の活性化には４５
０℃程度のアニール処理を施すことであることから、裏
面側については十分な活性化温度まで上げることができ
ない。そのため、Ｐ型層の形成を十分に行うことができ
ず、十分な活性化も行うことができない。また、特開平
５−３２６４３０号公報に記載されている技術のよう
に、真空チャンバの外部から添加物を含む反応ガスを、
真空チャンバ内に供給する方法では、反応ガスの内部に
触媒が含まれているので、反応の純度が得られない。ま
た、ロウウエハを使用したプロセスの場合、ウエハの裏
面側も低濃度のＮ型Ｓｉであるので、裏面電極のコンタ
クト抵抗を低くするには裏面側のＳｉ面を高濃度にする
必要がある。そのため、裏面にイオン注入した後に、拡
散炉で５００℃の熱処理を行い、イオン注入したイオン
を活性化させて高濃度層を形成している。しかしなが
ら、これについては表面形成処理後の裏面の処理プロセ
スを行っているため、熱処理は５００℃以下に制限され
てイオンの活性化が不十分になる。

【０００４】このため、トランジスタ動作時のＯＮ電圧
が高くなく不具合が発生する。さらに、ウエハが薄いた
めイオン注入装置から拡散炉へ移送する工程で、ウエハ
の割れが起こりやすく、生産プロセスの歩留まりを低下
させている。本発明はこれらの事情にもとづいて成され
たもので、主にＳｉウエハへの不純物のドーピングと活
性化の処理の際に、レーザ照射による方法で理想的な不
純物濃度プロファイルを実現し、Ｓｉチップの裏面に電
極を形成する技術を提供することを主目的としている。

【課題を解決するための手段】本発明によれば、密閉容
器内に基板および固体のドーパントを載置する載置工程
と、前記ドーパントを加熱し、蒸発させる蒸発工程と、
前記蒸発工程の後に前記基板にレーザ光を照射し、前記
ドーパントをドープするドープ工程と、を備えることを
特徴とするドーピング方法である。このドーピング方法
を用いることにより、活性化を伴ってドープすることが
可能になるという効果を有する。また、密閉容器内に載
置される固体のドーパントを加熱し、蒸発させる蒸発工
程と、前記蒸発工程の後に、前記密閉容器内に載置され
る基板にレーザ光を照射し、前記ドーパントをドープす
るドープ工程と、を備えることを特徴とするドーピング
方法である。

【０００５】また、前記蒸発工程における前記ドーパン
トの加熱は、前記レーザ光の光源と同一の光源のレーザ
光を前記ドーパントに照射することにより行うことを特
徴とする前記ドーピング方法である。また、前記ドープ
工程は、前記ドーパントの載置位置から前記基板の載置
位置の方向へ不活性ガスをフローさせながら前記ドープ
を行うことを特徴とする前記記載のドーピング方法であ
る。また、ドーピング工程を備える半導体装置の製造方
法において、前記ドーピング工程は、密閉容器内に載置
される固体のドーパントを加熱し、蒸発させる蒸発工程
と、前記蒸発工程の後に、前記密閉容器内に載置される
基板にレーザ光を照射し、前記ドーパントをドープする
ドープ工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の
製造方法である。また、基板の両面に電極を備える半導
体装置の製造方法において、前記基板の一方の面に電極
を形成させる第１工程と、前記第１工程の後に、前記基
板の他方の面を研磨し、前記基板を所定の厚さにする第
２工程と、前記第２工程の後に密閉容器内に前記基板お
よび固体のドーパントを載置する工程と、前記ドーパン
トを加熱し、蒸発させる工程と、前記基板の他方の面に
レーザ光を照射し、前記ドーパントをドープするドープ
工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方
法である。

【０００６】また、Ｓｉウエハに形成されたＳｉチップ
の裏面に電極を形成するに際し、前記Ｓｉチップに不純
物をドーピングさせ、かつ、熱処理によりドーピングさ
せた不純物を活性化させた後、導電金属を堆積させて前
記Ｓｉチップの裏面電極を形成する半導体素子の製造方
法において、 前記Ｓｉチップへの前記不純物のドーピ
ングと、このドーピングされた不純物の活性化とは同一
の加熱工程によりおこなうことを特徴とする半導体素子
の製造方法である。また、前記不純物のドーピングは、
前記密閉容器内に固体の不純物を載置し、その不純物を
前記加熱手段で加熱して発生させた蒸気を用いておこな
うことを特徴とする前記半導体素子の製造方法である。
また、前記不純物のドーピングは、前記密閉容器内に固
体の不純物を載置し、その不純物を前記加熱手段で加熱
して発生させた蒸気をガスで前記Ｓｉウエハへ移送する
ことを特徴とする前記半導体素子の製造方法である。ま
た、前記ドーピングさせる不純物は、３族または５族元
素から選ばれた一種又は複数種の元素を用いることを特
徴とする前記半導体素子の製造方法である。また、前記
加熱手段は、レーザ加熱、ランプ加熱又は抵抗加熱のう
ちいずれかを用いていることを特徴とする前記半導体素
子の製造方法である。

【０００７】また、前記加熱手段が前記レーザ加熱の場
合は、照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、かつ、レーザ光の強
度は前記Ｓｉウエハ面で０．５Ｊ／ｃｍ２以上２．５Ｊ
／ｃｍ２以下であることを特徴とする前記半導体素子の
製造方法である。また、前記加熱手段による前記ドーピ
ングさせる不純物を加熱する温度は、前記不純物である
固体金属固有の蒸気圧特性により前記密閉容器内にこの
不純物の蒸気が発生する温度であることを特徴とする前
記半導体素子の製造方法である。また、Ｓｉウエハを載
置するヒータを固定したＸＹテーブルと、このＸＹテー
ブルと離間して設けられた金属加熱手段とを具備すると
ともに外壁に透光性窓を有し前記ＸＹテーブルを収容し
ている密閉容器と、この密閉容器の前記透過窓から光学
系を介してレーザ光を照射するレーザ発振器を備えた半
導体素子の製造装置において、 前記金属加熱手段によ
り加熱して前記不純物の蒸気を発生させて前記Ｓｉチッ
プにドーピングをおこない、かつ、前記加熱手段により
前記ドーピングされた不純物の活性化をおこなうことを
特徴とする半導体素子の製造装置である。

【０００８】また、前記金属加熱手段は、抵抗加熱方式
又はランプ加熱方式又はレーザ加熱方式のうちいずれか
１つであることを特徴とする前記半導体素子の製造装置
である。また、前記金属加熱手段がレーザ加熱方式であ
る場合、照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、かつ、レーザ光の
強度は前記Ｓｉウエハ面で０．５Ｊ／ｃｍ２以上、２．
５Ｊ／ｃｍ２以下であることを特徴とする前記半導体素
子の製造装置である。また、密閉容器と、前記密閉容器
内に基板を載置するための第１の支持手段と、前記密閉
容器内に固体のドーパントを載置するための第２の支持
手段と、前記ドーパントを加熱するための加熱手段と、
前記基板にレーザ光を照射して前記ドーパントをドープ
するためのレーザ光照射手段と、を備えることを特徴と
するドーピング装置である。また、前記加熱手段は、前
記ドーパントにレーザ光を照射するレーザ光照射手段で
あることを特徴とする前記ドーピング装置である。ま
た、前記密閉容器内に不活性ガスをフローさせるための
ガス供給口およびガス排気口を備え、前記不活性ガス
は、前記第２の支持手段から前記第１の支持手段の方向
へフローするように前記ガス供給口および前記ガス排気
口を配設することを特徴とする前記ドーピング装置であ
る。

【０００９】

【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。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。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Ｓｉ基板で形成されたウエハ１の表面
において、高濃度のＰ型不純物が導入された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＋型エミッタ領域４とＰ型
べース各領域３をショートさせるように設けられてい
る。本発明では、このウエハ１の裏面に対し、Ｂ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。また、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。次に、図１の構成の製造方法を説明す
る。まず、Ｓｉのウエハ１の表面は、周知の技術を用い
て、Ｐ＋型のウェル領域、ゲート絶縁膜上のゲート電極
２、Ｐ型べース領域３、Ｎ＋型のエミッタ領域４、絶縁
膜５を形成する。その後、エミッタ電極６として、Ｎ＋
型エミッタ領域４とＰ型ベース領域３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。

【００１０】まず、Ｓｉウエハ１の表面側の形成工程の
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。図２（ａ）に示すようなＳｉウエハ
１の裏面に対し、レーザメルト法により裏面を溶融する
ことにより（図２（ｂ））、Ｂを拡散させ、ドーピング
及び活性化してＰ型層を形成する。これによりＳｉウエ
ハ１中には低抵抗濃度のＰ型層（Ｐ−層）８が形成され
る（図２（ｃ））。その後に、アルミニウム、バナジウ
ムニッケル、金を全てスパッタリングにして、裏面側の
コレクタ電極７を形成する。図３は、この発明の上述の
技術を用いて形成した図２（ｃ）のコレクタ領域におけ
る、不純物濃度のプロファイルを示す特性曲線である。
レーザメルトアニール法は、Ｓｉウエハ１の裏面へのレ
ーザ照射により、その入熱をＳｉウエハ１の裏面へのみ
与えることができる。図３によれば、アルミニウムとＢ
の拡散効率の違いを利用していることがわかる。すなわ
ち、アルミニウムは拡散速度が速く、Ｂのそれは遅い。
この結果、コレクタ電極７の付近には拡散の遅いＢが残
っていて、不純物濃度の高いＰ型層が形成され、そのＢ
の分布領域に隣接して、アルミニウムの分布が緩やかに
続き、低濃度Ｐ型層８を形成することができる。これに
より、オーミック接合をとりつつ、不純物の低濃度の注
入が実現され、キャリアのライフタイムの短い（キャリ
ア濃度の低下が早い）コレクタ領域が完成する。

【００１１】このような構造は、スイッチングロスの改
善（電気抵抗の低下）に大いに寄与する。また、この発
明の裏面の電極は、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。次に、上述の工程で用いた本発明のレ
ーザドーピングと活性化処理に用いたレーザ加熱装置に
ついて説明する。図４は本発明の第１の実施の形態によ
るレーザ加熱装置の模式構成図である。すなわち、密閉
容器で形成された高真空チャンバ１１の下部には、ＸＹ
テーブル１２と金属加熱ヒータ１３が設けられている。
また、高真空チャンバ１１の天井部にはレーザ光を透過
する石英ガラス等による透過窓１４が形成され、側壁部
には１×１０^−５程度の真空度まで排気可能な真空ポン
プ１５に接続されるパイプ１７が連通している。なお、
ＸＹテーブル１２の上面にはヒータ１８が固定されて設
けられており、このヒータ１８の上面は被加工物である
Ｓｉウエハ１ａ等を載置する載置面が形成されている。
また、透過窓１４の上方の光軸上には、透過窓１４の側
から順次、結像レンズ１９、ミラー２０、ホモジナイザ
２１、ミラー２２、ミラー２３およびレーザ発振器２４
が設けられている。

【００１２】また、レーザ発振器やＸＹテーブル１２や
バルブ１６等には、それぞれの制御を行うコントローラ
２６がそれらに各々図示しない信号線で接続している。
これらの構成により、高真空チャンバ１１内のＸＹテー
ブル１２のヒータ１８上にＳｉウエハ１ａを載置し、一
方、金属加熱ヒータ１３上には例えば固体のＢをドープ
源（ドーパント）２７として載置する。金属加熱ヒータ
１３の熱によりＢは蒸発し、高真空チャンバ１１の内部
はＢ蒸気が充満した雰囲気になる。この状態で、レーザ
発振器２４を発振させて、レーザ発振器２４より出力し
たレーザ光２５は、ミラー２３、２２より、レーザ光の
空間的強度分布を均一化させるホモジナイザ２１に導か
れ、ミラー２０、結像レンズ１９を介し、透過窓１４か
ら高真空チャンバ１１内のＳｉウエハ１ａに照射され
る。レーザ光２５によりＳｉウエハ１ａの全面を照射す
るため、Ｓｉウエハ１ａを載置したＸＹテーブル１２が
コントローラ２６により走査される。また、コントロー
ラ２６は、ＸＹテーブル１２とレーザ照射の同期の制御
も行っている。このパルスレーザ光２５の照射により、
Ｓｉウエハ１ａの照射を受けた箇所は、瞬間的に高温ア
ニールさせ、また、不純物であるＢのドーピングと活性
化が同時に行われる。

【００１３】この処理方法によれば、レーザ発振器から
発振されたパルスレーザのパルス幅が約２０ｎｓ（半値
幅）と短いものを用いているので、Ｓｉウエハの表層
（１μｍ〜３μｍまで加熱）のみを加熱できる。そのた
め、Ｓｉウエハの照射部になる表面のみを高温アニール
し、ドーパントである不純物を注入することが実現でき
る。つまり、パルスレーザ発振器としては短パルス高出
力のＸｅＣｌエキシマレーザもしくはＫｒＦエキシマレ
ーザを用いたことにより、Ｓｉウエハに対してイオン注
入装置および、反応性気体の封入により化学的に注入さ
せる手段を用いずに、不純物（例えばＢ）を注入し、同
時に活性化させることができる。 （実施例１）図４に示した装置を用いてＳｉウエハに対
し、ドーパントとしてＳｂ（アンチモン）をドーピング
及び活性化させた実施例を、図４を参照して説明する。
高真空チャンバ１１内にＳｉウエハ１ａをＸＹテーブル
１２上のヒータ１８上に載置し、ドーピングを行うため
のドーパント２７ａとして固体金属のＳｂを金属加熱ヒ
ータ１３上に配置する。高真空チャンバ１１には１×１
０−５Ｐａ程度の真空度まで排気可能な真空ポンプ１５
がパイプ１７等により接続されている。

【００１４】金属加熱ヒータ１３をＳｂの蒸気圧特性を
考慮して３５０℃程度に加熱すると、高真空チャンバ１
１内にはＳｂ蒸気２８が発生する。この状態で、レーザ
発振器２４を発振させて、それにより出力されたレーザ
光２５を、ミラー２３、２２より、レーザ光２５の空間
的強度分布を均一化させるホモジナイザ２１に導き、ミ
ラー２０、結像レンズ１９を介し、高真空チャンバ１１
内のＳｉウエハ１ａを照射する。なお、Ｓｉウエハ１ａ
の全面への照射はＸＹテーブル１２の走査により行う。
このＸＹテーブル１２とレーザ光２５の照射の同期は、
コントローラ２６により行われる。レーザ発振器２４の
レーザ発振の繰返し周波数は２００Ｈｚもしくは３００
Ｈｚで、Ｓｉウエハ１ａへのレーザ照射ビームサイズは
１ｍｍ□〜５ｍｍ□の正方形ビームである。それらを５
インチまたは６インチまたは８インチのＳｉウエハ１ａ
の全面を１００μｍ〜２００μｍの重ね合わせ量でＸＹ
テーブル１２により走査させる。レーザ光２５の照射強
度は２．０Ｊ／ｃｍ２とし、Ｓｉウエハ１ａを載置して
いるヒータ１８の温度は４００℃とした。これらによ
り、Ｓｉウエハへ１ａの所定のＳｂドーピング及び活性
化が得られた。

【００１５】図５は、ＳｉウエハへＳｂがドーピングさ
れた状態を、ＳＩＭＳによるデプスプロファイルを示す
グラフである。レーザを照射した表面をドーピング量の
ピーク深さ０．４μｍまでＳｂがドーピングされたこと
が分かる。つまり、Ｓｉウエハの表層のみがドーピング
されている。なお、Ｓｂを加熱する加熱温度３５０℃
は、高真空チャンバ１１内の圧力と温度により決定され
るので、高真空チャンバ１１内の真空度を１×１０−５
ＰａとするとＳｂの蒸気圧特性から３１０℃以上に加熱
するとＳｂ蒸気が発生する。また、Ｓｂの代りにＰを同
様な高真空チャンバ１１内圧力で蒸気化させるには、７
０℃に加熱することで可能である。なお、Ｓｉウエハ表
面において、照射するパルスレーザ光の強度は、０．５
Ｊ／ｃｍ２以上２．５Ｊ／ｃｍ２であることが好まし
い。この範囲とすることにより、Ｓｉウエハの損傷を抑
制することができると共に、好適な不純物の活性化が可
能となる。また、本発明は裏面電極の作成以外にも適用
可能である。たとえばＭＯＳトランジスタ構造における
ソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ、ウェル、チャンネ
ルドープなど不純物の拡散を要する部分に本発明に係る
ドーピング方法を用いることが可能である。あるいはＤ
ＲＡＭの製造における不純物拡散工程に本発明に係るド
ーピング方法を適用することが可能である。その他結晶
中に不純物を拡散させる場合に本発明は広く適用可能で
ある。本発明に係るドーピング方法を用いることによ
り、不純物の拡散・活性化を好適に行うことが可能とな
る。次に、第２の実施の形態について説明する。図６は
本発明の第２の実施の形態を示すレーザ加熱装置の模式
構成図である。

【００１６】すなわち、密閉容器で形成された高真空チ
ャンバ１１ａの下部には、ＸＹテーブル１２ａとドーパ
ント載置台３０が設けられている。また、高真空チャン
バ１１ａの天井部にはレーザ光２５ａ、２５ｂを透過す
る２個の透過窓１４ａ、１４ｂが形成され、側壁部には
真空ポンプ１５ａに接続されるパイプ１７ａが連通して
いる。なお、ＸＹテーブル１２ａの上面にはヒータ１８
ａが固定されて設けられており、このヒータ１８ａの上
面は被加工物であるＳｉウエハ１ｂ等を載置する載置面
が形成されている。また、透過窓１４ａの上方の光軸上
には、透過窓１４ａの側から順次、結像レンズ１９ａ、
可動ハーフミラー３２、ホモジナイザ２１ａ、ミラー２
２ａ、ミラー２３ａおよびレーザ発振器２４ａが設けら
れている。なお、可動ハーフミラー３２は図示しない駆
動源により点Ｂを支点として矢印Ａ方向に位置ａから位
置ｂまで所定角度往復移動する。さらに、もう一方の透
過窓１４ｂの上方の光軸上には、透過窓１４ｂの側から
順次、結像レンズ１９ｂおよびミラー３３が設けられ、
このミラー３３は可動ハーフミラー３２の透過側の光軸
上に設置されている。したがって、レーザ発振器２４ａ
から出力したレーザ光２５ａは可動ハーフミラー３２の
位置に応じて振り分けられて、透過窓１４ａと透過窓１
４ｂから高真空チャンバ１１ａ内に導かれる。

【００１７】また、レーザ発振器２４ａやＸＹテーブル
１２ａやバルブ１６ａ等には、それぞれの制御を行うコ
ントローラ２６ａから、それぞれに図示しない信号線が
接続している。これらの構成により、高真空チャンバ１
１ａ内のＸＹテーブル１２ａのヒータ１８ａ上にＳｉウ
エハ１ｂを載置し、一方、ドーパント載置台３０上には
例えば固体のボロン（Ｂ）をドーパント２７ｂとして載
置する。続いて、可動ハーフミラー３２を位置ｂに設定
し、レーザ発振器２４ａを発振させると出力したレーザ
光２５ｂは、透過窓１４ｂから高真空チャンバ１１ａ内
に導かれてドーパント載置台３０上のＢを照射する。そ
のレーザ光２５ｂの照射熱によりＢは蒸発する。それに
より、高真空チャンバ１１ａのプロセス部であるＸＹテ
ーブル１２ａ上のウエハ１ｂは、Ｂ蒸気２８ａが充満し
た雰囲気に曝される。次に、この状態で、可動ハーフミ
ラー３２を位置ａに移動させる。したがって、レーザ発
振器２４ａより出力したレーザ光２５ａは、ミラー２３
ａ、２２ａより、レーザ光２５ａの空間的強度分布を均
一化させるビームホモジナイザ２１ａに導かれ、可動ハ
ーフミラー３２、結像レンズ１９ａを介し、透過窓１４
ａから高真空チャンバ１１ａ内のＳｉウエハ１ｂに照射
される。

【００１８】レーザ光２５ａによりＳｉウエハ１ｂの全
面を照射するため、Ｓｉウエハ１ｂを載置したＸＹテー
ブル１２ａがコントローラ２６ａにより走査される。ま
た、コントローラ２６ａは、ＸＹテーブル１２ａとレー
ザ光２５ａの照射の同期の制御も行っている。このパル
スレーザ光２５ａの照射により、Ｓｉウエハ１ｂの照射
を受けた箇所は、瞬間的に高温アニールされ、また、不
純物（ドーパント）であるＢのドーピングと活性化がほ
ぼ同時に行われる。なお、Ｂとウエハ１ｂへのレーザ光
２５ａ、２５ｂの照射を、１台のレーザ発振器２４ａか
ら出力したレーザ光２５を可動ハーフミラー３２を用い
て振り分けたが、Ｂとウエハ１ｂに対してそれぞれレー
ザ発振器と光学系を設置して２台のレーザ発振器（不図
示）を用いておこなうこともできる。その際は、図６で
示した可動ハーフミラー３２は不要になる。 （実施例２）図６に示した装置を用いてＳｉウエハにＩ
ＧＢＴを形成する場合を、図６を参照して説明する。ま
ず、ロウウエハであるＳｉウエハ１ｃの表面には、電極
形成の所定のプロセスが全て行われ、次に素子の耐電圧
レベルに合わせて、裏面に研磨を施してＳｉウエハ１ｃ
の厚さを所定の厚さにする。次に本発明の上述の装置に
より、Ｓｉウエハ１ｃの裏面にドープ工程を行う。この
ドープ工程はプロセス部であるＸＹテーブル１２ａ上の
ヒータ１８ａの上にＳｉウエハ１ｃの裏面側を上にして
セットする。続いて、可動ハーフミラー３２を位置ｂの
状態にしてレーザ発振器２４ａを発振させてレーザ光２
５ｂを出力し、ドープ源２７ｂである例えば、Ｐもしく
Ａｓにエキシマレーザを照射する。

【００１９】ウエハ１ｃにドープされるドーパント量
は、レーザ発振器２４ａのエキシマレーザの出力により
コントロールする。次にラジカルドーパントの蒸気雰囲
気に曝されたウエハ１ｃに均一にフローされた時点で、
ウエハ１ｃにエキシマレーザを照射しウエハ１ｃの裏面
表層部を溶融させて、ウエハ１ｃの裏面にＮ型のドーパ
ント（例えば、ＰやＡｓ等）をドープする。続いて、同
様に本発明による装置で連続してＢ（Ｂ）をドープする
工程を行う。ただし、プロセス部でＢをドーフ°する場
合のレーザ照射条件は、ウエハの溶融深さがＰもしくは
Ａｓをドープするために溶融させた深さより薄くコント
ロールする。次にＡｌをスパッタし、４５０℃で熱処理
を行いオーミック電極を形成する。最後に、Ｖ（バナジ
ウム）／Ｎｉ（ニッケル）／Ａｕ（金）をスパッタ装置
により裏面側に形成してプロセスを終了させる。 （実施例３）図６に示した装置を用いてＳｉウエハにＰ
ｏｗｅｒ Ｍｏｓ ＦＥＴを形成する場合を、図６を参
照して説明する。ロウウエハであるＳｉウエハ１ｄの表
面には、電極形成の所定のプロセスを全て行われ、次に
素子の耐圧レベルに合わせて、裏面に研磨を施してウエ
ハ１ｄの厚さを所定の厚さにする。次に本発明の上述の
装置により、ウエハ１ｄの裏面にドープ工程を行う。こ
のドープ工程はプロセス部であるＸＹテーブル１２ａ上
のヒータ１８ａの上にウエハ１ｄの裏面側を上にしてセ
ットする。続いて、真空ポンプ１５ａを作動させて可動
ハーフミラー３２を位置ｂの状態にしてレーザ発振器２
４ａを発振させてレーザ光２５ｂを出力し、ドープ源２
７ｃである例えば、ＰもしくＡｓにエキシマレーザを照
射する。

【００２０】ウエハ１ｄにドープされるドーパント量
は、レーザ発振器２４ａのエキシマレーザの出力により
コントロールする。次に、ウエハ１ｄにエキシマレーザ
を照射しウエハ１ｄの裏面表層部を溶融させて、ウエハ
１ｄの裏面にＮ型のドーパント（例えばＰやＡｓ等）を
ドープする。最後に、Ｖ（バナジウム）／Ｎｉ（ニッケ
ル）／Ａｕ（金）をスパッタ装置により裏面側に形成し
てプロセスを終了させる。図７は上述の各実施例と従来
の処理法による、ウエハにドープ源としてＢおよびＰを
用いて、ドープされたキャリアの活性化率（自由キャリ
ア数／不純物数）を比較したグラフである。なお、従来
の処理法とは、（イ）イオン注入＋拡散炉（４５０
℃）、および、（ロ）イオン注入＋レーザアニールであ
る。図７のグラフから明らかなように、ドープ源がＢの
場合とＰの場合のいずれでも、キャリアの活性化率は本
発明の実施例では８０％を超えているのに対して、
（ロ）の場合は６０〜８０％であり、（イ）の場合は２
０％以下である。本発明が優れた活性化率を示してい
る。また、図８は上述の各実施例と上述の従来の処理法
による、処理工程中のウエハの割れの発生率を比較した
グラフである。従来の処理法では、いずれも処理装置か
ら処理装置へ移送する必要があるため、ウエハの割れの
発生を完全に防ぐことは困難であるが、本発明の各実施
例の場合は、同一装置で処理するため、ウエハの割れを
防止することができ、ほとんど発生しない。

【００２１】また、上述の各実施の形態では、ドープ源
を加熱する手段として、金属加熱ヒータ１３及びレーザ
光２５ｂを用いたが、抵抗加熱方式又はランプ加熱方式
等を用いることもできる。また、ドープ源としては、半
導体としてＳｉを用いた場合に、Ｐ型半導体とするので
あれば、３価の不純物、代表的にはＢを用いることがで
きる。Ｎ型半導体とするのであれば、５価の不純物、代
表的にはＰ（燐）やＡｓ（砒素）やＳｂ（アンチモン）
を用いることができる。上述のように本発明によれば、
従来のようにウエハにイオン注入装置と反応性気体の封
入による化学的に注入させる手段と併せて用いずに、ウ
エハに不純物を注入し、ほぼ同時に活性化させる方法
と、その装置を提供することが可能となった。これによ
り、ＩＧＢＴ、Ｐｏｗｅｒ−ＭＯＳの裏面電極に理想的
な不純物濃度のプロファイルを実現することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、基板への不純物のドー
ピングと活性化の処理の際に、レーザ照射による方法で
理想的な不純物濃度プロファイルを実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】（ａ）から（ｃ）は、本発明のウエハの裏面側
の形成工程の説明図。

【図３】アルミニウムとボロンの拡散効率の違いを示す
グラフ。

【図４】本発明の第１の実施の形態によるレーザ加熱装
置の模式構成図。

【図５】ＳｉウエハへＳｂがドーピングされた状態を、
ＳＩＭＳによるデプスプロファイルを示すグラフ。

【図６】本発明の第２の実施の形態を示すレーザ加熱装
置の模式構成図。

【図７】各方法で、ウエハにドープ源としてＢおよびＰ
を用いて、ドープされたキャリアの活性化率を比較した
グラフ。

【図８】各方法で、処理工程中のウエハの割れの発生率
を比較したグラフ。

【符号の説明】

１ａ〜１ｄ…ウエハ、７…コレクタ電極、１１、１１…
高真空チャンバ、１３…金属加熱ヒータ、２４、２４ａ
…レーザ発振器、

フロントページの続き (72)発明者 小林 源臣 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉容器内に載置される固体のドーパン
   トを加熱し、蒸発させる蒸発工程と、 前記蒸発工程の後に、前記密閉容器内に載置される基板
   にレーザ光を照射し、前記ドーパントをドープするドー
   プ工程と、 を備えることを特徴とするドーピング方法。
2. 【請求項２】 前記蒸発工程における前記ドーパントの
   加熱は、前記レーザ光の光源と同一の光源のレーザ光を
   前記ドーパントに照射することにより行うことを特徴と
   する請求項１記載のドーピング方法。
3. 【請求項３】 ドーピング工程を備える半導体装置の製
   造方法において、 前記ドーピング工程は、 密閉容器内に載置される固体のドーパントを加熱し、蒸
   発させる蒸発工程と、 前記蒸発工程の後に、前記密閉容器内に載置される基板
   にレーザ光を照射し、前記ドーパントをドープするドー
   プ工程と、 を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 基板の両面に電極を備える半導体装置の
   製造方法において、 前記基板の一方の面に電極を形成させる第１工程と、 前記第１工程の後に、前記基板の他方の面を研磨し、前
   記基板を所定の厚さにする第２工程と、 前記第２工程の後に密閉容器内に前記基板および固体の
   ドーパントを載置する工程と、 前記ドーパントを加熱し、蒸発させる工程と、 前記基板の他方の面にレーザ光を照射し、前記ドーパン
   トをドープするドープ工程と、 を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 Ｓｉウエハに形成されたＳｉチップの裏
   面に電極を形成するに際し、前記Ｓｉチップに不純物を
   ドーピングさせ、かつ、熱処理によりドーピングさせた
   不純物を活性化させた後、導電金属を堆積させて前記Ｓ
   ｉチップの裏面電極を形成する半導体素子の製造方法に
   おいて、 前記Ｓｉチップへの前記不純物のドーピングと、このド
   ーピングされた不純物の活性化とは同一の加熱工程によ
   りおこなうことを特徴とする半導体素子の製造方法。
6. 【請求項６】 前記不純物のドーピングは、前記密閉容
   器内に固体の不純物を載置し、その不純物を前記加熱手
   段で加熱して発生させた蒸気を用いておこなうことを特
   徴とする請求項５記載の半導体素子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記不純物のドーピングは、前記密閉容
   器内に固体の不純物を載置し、その不純物を前記加熱手
   段で加熱して発生させた蒸気をガスで前記Ｓｉウエハへ
   移送することを特徴とする請求項５記載の半導体素子の
   製造方法。
8. 【請求項８】 前記ドーピングさせる不純物は、３族ま
   たは５族元素から選ばれた一種又は複数種の元素を用い
   ることを特徴とする請求項５記載の半導体素子の製造方
   法。
9. 【請求項９】 前記加熱手段は、レーザ加熱、ランプ加
   熱又は抵抗加熱のうちいずれかを用いていることを特徴
   とする請求項５記載の半導体素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記加熱手段が前記レーザ加熱の場合
    は、照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、かつ、レーザ光の強度
    は前記Ｓｉウエハ面で０．５Ｊ／ｃｍ２以上２．５Ｊ／
    ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項５記載の半導
    体素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記加熱手段による前記ドーピングさ
    せる不純物を加熱する温度は、前記不純物である固体金
    属固有の蒸気圧特性により前記密閉容器内にこの不純物
    の蒸気が発生する温度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方法。
12. 【請求項１２】 Ｓｉウエハを載置するヒータを固定し
    たＸＹテーブルと、このＸＹテーブルと離間して設けら
    れた金属加熱手段とを具備するとともに外壁に透光性窓
    を有し前記ＸＹテーブルを収容している密閉容器と、こ
    の密閉容器の前記透過窓から光学系を介してレーザ光を
    照射するレーザ発振器を備えた半導体素子の製造装置に
    おいて、 前記金属加熱手段により加熱して前記不純物の蒸気を発
    生させて前記Ｓｉチップにドーピングをおこない、か
    つ、前記加熱手段により前記ドーピングされた不純物の
    活性化をおこなうことを特徴とする半導体素子の製造装
    置。
13. 【請求項１３】 前記金属加熱手段は、抵抗加熱方式又
    はランプ加熱方式又はレーザ加熱方式のうちいずれか１
    つであることを特徴とする請求項１２記載の半導体素子
    の製造装置。
14. 【請求項１４】 前記金属加熱手段がレーザ加熱方式で
    ある場合、照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、かつ、レーザ光
    の強度は前記Ｓｉウエハ面で０．５Ｊ／ｃｍ２以上、
    ２．５Ｊ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１
    ２記載の半導体素子の製造装置。
15. 【請求項１５】 密閉容器と、 前記密閉容器内に基板を載置するための第１の支持手段
    と、 前記密閉容器内に固体のドーパントを載置するための第
    ２の支持手段と、 前記ドーパントを加熱するための加熱手段と、 前記基板にレーザ光を照射して前記ドーパントをドープ
    するためのレーザ光照射手段と、 を備えることを特徴とするドーピング装置。
16. 【請求項１６】 前記加熱手段は、前記ドーパントにレ
    ーザ光を照射するレーザ光照射手段であることを特徴と
    する請求項１５記載のドーピング装置。