JP2011243836A - レーザアニール方法及びレーザアニール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高品質のレーザアニールを行う。
【解決手段】 （ａ）第１の表面の表層部に少なくとも一種類の不純物が添加され、添加された不純物のデプスプロファイルが把握された半導体基板を準備する。（ｂ）把握された不純物のデプスプロファイルに基づき、不純物が添加されている、第１の表面から最も深い位置を決定し、該位置に添加されている不純物を活性化させうる目標温度を決定する。（ｃ）不純物の濃度がピークとなる位置のうち、第１の表面から最も浅いピーク位置の深さよりも浅い範囲で半導体基板を溶融させ、かつ、不純物が添加されている、第１の表面から最も深い位置を、目標温度以上の温度とする条件で、半導体基板の第１の表面にレーザビームを照射する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、半導体基板に添加された不純物を活性化させるレーザアニール方法及びレーザアニール装置に関する。

パルスレーザビームを照射して、半導体基板に添加された不純物（ドーパント）を活性化させるレーザアニール技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。また、連続発振するレーザビームを用いたレーザアニールも行われている（たとえば、特許文献２参照）。

近年、パワーデバイスの製造において、半導体基板裏面に添加された不純物の活性化に、レーザビームを用いる方法が注目されている。

パワーデバイス、たとえば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(insulated gate bipolar transistor; IGBT)の製造においては、まず、シリコン基板の表側の表面に、エミッタ、ゲート等の構造を形成し、保護シートを貼り付けた後、裏面を削って基板を薄くし、裏面に不純物を注入する。シリコン基板の裏面には、フィールドストップ層となるｎ型不純物、たとえばリン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）、さらにコレクタ層となるｐ型不純物、たとえばホウ素（Ｂ）が注入される。その後、シリコン基板の裏面にレーザビームを照射することにより、裏側から注入した不純物を活性化する。

ＩＧＢＴ製造において求められるシリコン基板の厚さは薄く、たとえば１００μｍ未満の厚さが要求される場合も生じるようになった。表側表面の構造や、貼付した保護シートへの影響を小さくして、裏面に注入された不純物を活性化させるため、レーザアニールにおいては、表側表面を比較的低温に維持し、裏面をシリコンの融点前後に加熱する必要がある。

パルスレーザビームを照射して行うレーザアニールでは、極めて短い時間、たとえば最長でも１μｓの期間にレーザパルスが基板に入射するため、基板の表側表面を比較的低温に保ったまま、裏側の最表面をシリコンの融点前後まで加熱することが可能である。しかしながらレーザパルスの入射時間の短さゆえ、基板厚さ（深さ）方向の温度差が大きく、裏側最表面が融点を超える温度になっていても、たとえば裏側最表面から２μｍ〜５μｍ深さでは、十分高温にはならず、この深さの不純物の活性化が不十分となる場合があった。

一方、連続発振するレーザビームを用いたレーザアニールにおいては、ビームのスキャン速度を速くして加熱時間を短くすることができる。しかしたとえば、幅１００μｍの矩形状ビームを幅方向に１ｍ／ｓの速さでスキャンしたときの加熱時間は１００μｓであり、パルスレーザビームを使用した場合と比較すると２桁以上長くなる。このためシリコン基板の表側と裏側とで温度差が小さくなり、不純物活性化のために、裏面（ビーム照射面）温度をシリコンの融点付近まで上昇させるようにレーザビームを照射すると、表側表面（ビーム非照射面）の温度も高くなるという問題があった。

連続波電磁放射を放出するソースを用いた熱処理装置が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。特許文献３記載の熱処理装置は、たとえばランプアニールより短時間の加熱を可能にするが、パワー密度が６０ｋＷ／ｃｍ^２程度、加熱時間は１００μｓ以上である。このため、熱拡散により処理基板全体の温度が上昇しやすく、パワーデバイスが製造される厚さ１００μｍ程度の基板に対し、非照射面を比較的低温に保ったまま、照射面のみをシリコンの融点近くまで加熱することは困難である。

ＩＧＢＴの製造工程において、波長６９０ｎｍ〜９００ｎｍ、照射時間１０μｓ〜１００μｓ、パワー密度２５０ｋＷ／ｃｍ^２〜７５０ｋＷ／ｃｍ^２のパルスレーザビームを照射することにより、フィールドストップ層及びコレクタ層の不純物を活性化する発明が開示されている（たとえば、特許文献４参照）。しかし、この方法では非照射面（照射面から１００μｍ深さ）の温度が３００℃を超える場合があることが記されている。

連続発振するレーザビームを変調器を用いてパルス化し、１μｓ〜９９９μｓの期間照射して行うレーザアニール方法の発明が公知である（たとえば、特許文献５参照）。変調器としては、音響光学素子、電気光学素子、磁気光学素子、または機械式高速シャッタが用いられる。しかしこれらの変調器を通したレーザビームは安定性に劣り、均一なアニールを行うには好適とはいえない。

特開２００６−１５６７８４号公報 特開昭６２−１６０７８１号公報 特表２００６−５０１６３６号公報 特開２００６−３５１６５９号公報 特開２００８−２５１８３９号公報

本発明の目的は、高品質のレーザアニールが可能なレーザアニール方法及びレーザアニール装置を提供することである。

本発明の一観点によると、（ａ）第１の表面の表層部に少なくとも一種類の不純物が添加され、添加された前記不純物のデプスプロファイルが把握された半導体基板を準備する工程と、（ｂ）把握された前記不純物のデプスプロファイルに基づき、前記不純物が添加されている、前記第１の表面から最も深い位置を決定し、該位置に添加されている前記不純物を活性化させうる目標温度を決定する工程と、（ｃ）前記不純物の濃度がピークとなる位置のうち、前記第１の表面から最も浅いピーク位置の深さよりも浅い範囲で前記半導体基板を溶融させ、かつ、前記不純物が添加されている、前記第１の表面から最も深い位置を、前記目標温度以上の温度とする条件で、前記半導体基板の前記第１の表面にレーザビームを照射する工程とを有するレーザアニール方法が提供される。

本発明の他の観点によると、駆動用電源をスイッチングすることで、パルス幅が５μｓ以上１０μｓ未満のパルスレーザビームを出射する半導体レーザと、半導体基板を保持するステージと、前記半導体レーザを出射したパルスレーザビームを前記ステージに伝搬する光学系とを有し、前記半導体レーザ及び前記光学系は、前記ステージに保持された半導体基板の表面に、パルスレーザビームを、４Ｊ／ｃｍ^２以上６Ｊ／ｃｍ^２未満のパルスエネルギ密度で入射させるレーザアニール装置が提供される。

本発明によれば、高品質のレーザアニールが可能なレーザアニール方法及びレーザアニール装置を提供することができる。

レーザパルスのパルス幅を変化させた場合の、パルスエネルギ密度とレーザ照射面（基板裏側最表面）の最高到達温度との関係を示すグラフである。 レーザパルスのパルス幅を変化させた場合の、パルスエネルギ密度と基板温度（非照射面である基板の表側表面温度）との関係を示すグラフである。 レーザパルスのパルス幅を変化させた場合の、パルスエネルギ密度と３μｍ深さの最高到達温度との関係を示すグラフである。 レーザパルスのパルス幅を変化させた場合の、パルスエネルギ密度とレーザ照射面からの溶融深さとの関係を示すグラフである。 （Ａ）及び（Ｂ）は、実施例によるレーザアニール装置を示す概略図である。 実施例によるレーザアニール方法を示すフローチャートである。 シリコン基板５０の不純物デプスプロファイルを示すグラフである。 （Ａ）及び（Ｂ）は、レーザビーム照射条件を詳細に決定するために行ったシミュレーション結果を示すグラフである。

本願発明者は、シリコン基板の表側表面を比較的低温に維持しつつ、たとえば裏面（レーザビーム照射面）からのシリコン溶融深さを０．１μｍ以下とし、更に、たとえば裏面から３μｍ以上の深さに添加（注入）された不純物を十分活性化させることが可能な、安定的アニール条件をシミュレーションにより求めた。シミュレーションは、厚さ１００μｍのシリコン基板にレーザパルスを１ショット入射させる条件で行った。

図１は、レーザパルスのパルス幅を変化させた場合の、パルスエネルギ密度とレーザ照射面（基板裏側最表面）の最高到達温度との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、パルスエネルギ密度を単位「ｍＪ／ｃｍ^２」で表し、グラフの縦軸は、レーザ照射面の最高到達温度を単位「Ｋ」で表す。曲線ａ〜ｆは、それぞれレーザパルスのパルス幅が、３μｓ、５μｓ、７μｓ、１０μｓ、１５μｓ、２０μｓであるときの両者の関係を示す。

いずれのパルス幅においても、パルスエネルギ密度が増加するとレーザ照射面の温度は上昇するが、照射面温度がシリコンの融点（１６８３Ｋ）に達すると、融解潜熱のため温度が変化しない領域（パルスエネルギ密度の範囲）が現れる。この温度変化しないパルス幅、パルスエネルギ密度でレーザビームを照射することで、活性化のばらつきの少ない、安定したレーザアニールを行うことが可能となる。

図２は、レーザパルスのパルス幅を変化させた場合の、パルスエネルギ密度と基板温度（非照射面である基板の表側表面温度）との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、パルスエネルギ密度を単位「ｍＪ／ｃｍ^２」で表し、グラフの縦軸は、基板（非照射面）の最高到達温度を単位「Ｋ」で表す。曲線ａ〜ｆは、それぞれレーザパルスのパルス幅が、３μｓ、５μｓ、７μｓ、１０μｓ、１５μｓ、２０μｓであるときの両者の関係を示す。

本図を図１とともに参照すると、基板（非照射面）温度は、照射面（基板裏面）が溶融するパルスエネルギ密度まではリニアに上昇し、それを超えるパルスエネルギ密度の範囲においては、頭打ちとなることがわかる。これは照射面でシリコンの溶融が起こると、照射面におけるレーザビームの反射率が増大し、入熱が減少するためである。

また本図から、パルス幅が長いほど基板（非照射面）温度が高くなることがわかる。これはパルス幅が長いほど照射面溶融の起こるパルスエネルギ密度が大きい（照射面が溶融しにくい）ため、溶融するまでの入熱が大きくなる結果である。

基板（非照射面）を低温に保つ観点からは、パルス幅は短いほどよいことがわかる。しかし後述するように、パルス幅が短いと照射面からの溶融深さが深くなるため、短すぎるのも問題である。

図３は、レーザパルスのパルス幅を変化させた場合の、パルスエネルギ密度と３μｍ深さの最高到達温度との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、パルスエネルギ密度を単位「ｍＪ／ｃｍ^２」で表し、グラフの縦軸は、レーザ照射面からの深さが３μｍの位置の最高到達温度を単位「Ｋ」で表す。曲線ａ〜ｆは、それぞれレーザパルスのパルス幅が、３μｓ、５μｓ、７μｓ、１０μｓ、１５μｓ、２０μｓであるときの両者の関係を示す。

本図を図１とともに参照すると、レーザ照射面（基板裏側最表面）の温度が、融解潜熱のために変化しないパルスエネルギ密度の範囲においては、深さが３μｍの位置でも、パルスエネルギ密度の変化に対して、最高到達温度の変化が緩やかであることがわかる。

また本図を参照すると、深さ３μｍの位置で十分に不純物を活性化できる温度、たとえば１０００℃を確保するために、パルス幅５μｓのレーザパルスでは４Ｊ／ｃｍ^２以上のパルスエネルギ密度が必要であることがわかる。レーザパルスのパルスエネルギ密度を４Ｊ／ｃｍ^２以上とすることで、レーザ照射面からの深さが３μｍ以上の位置、少なくとも深さ３μｍの位置で十分に不純物を活性化させることができる。一方、パルス幅が５μｓ未満、たとえば３μｓの場合には、３μｍ深さの温度が１０００℃に達するのは、６Ｊ／ｃｍ^２以上のエネルギ密度となり、後述するように溶融深さが深くなってしまい好ましくない。

図４は、レーザパルスのパルス幅を変化させた場合の、パルスエネルギ密度とレーザ照射面からの溶融深さとの関係を示すグラフである。グラフの横軸は、パルスエネルギ密度を単位「ｍＪ／ｃｍ^２」で表し、グラフの縦軸は、照射面からのシリコン溶融深さを単位「μｍ」で表す。曲線ａ〜ｆは、それぞれレーザパルスのパルス幅が、３μｓ、５μｓ、７μｓ、１０μｓ、１５μｓ、２０μｓであるときの両者の関係を示す。

パルス幅が５μｓ以上であるとき、６Ｊ／ｃｍ^２未満のパルスエネルギ密度であれば、溶融深さを０．１μｍ以下とすることができることがわかる。シリコンが溶融すると、溶融位置に添加されていた不純物の拡散が激しくなるため、レーザアニールにおいて、溶融深さが深すぎるのは好ましくない。

図３を参照して導出した結果ともあわせ、レーザパルスのパルスエネルギ密度は、４Ｊ／ｃｍ^２以上６Ｊ／ｃｍ^２未満であることが望ましい。

更に、図１によれば、レーザパルスのパルス幅が１５μｓ以上の場合、６Ｊ／ｃｍ^２未満のパルスエネルギ密度では、照射面が融点に到達しておらず、パルスエネルギ密度の増加量に対する温度の変化量が大きく、パルスエネルギの変動により活性化対象領域の温度が大きく変化してしまうことがわかる。したがって、１５μｓ以上のパルス幅は安定的な不純物活性化には適さない。また図３によれば、パルス幅が１０μｓ以上１５μｓ未満のとき、融解潜熱のため温度が変化しない領域は、６Ｊ／ｃｍ^２未満のパルスエネルギ密度範囲においては、十分広いとはいえない。

以上より、安定したレーザアニールを実施するためには、レーザパルスのパルス幅を十分なマージンを確保できる５μｓ以上１０μｓ未満とすることが好ましい。このパルス幅の条件で、照射面温度が融点に達する範囲でアニールを行うことにより、照射面の温度が安定し、レーザビームのエネルギの変動の影響を受けにくいレーザアニールが可能となる。

図５（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例によるレーザアニール装置を示す概略図である。図５（Ａ）を参照する。実施例によるレーザアニール装置は、たとえば波長８０８ｎｍのパルスレーザビーム１０ａを出射する半導体レーザ１０、アニール対象物である半導体基板（シリコン基板５０）を２次元方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動可能に保持するＸＹステージ４０、及び半導体レーザ１０を出射したパルスレーザビーム１０ａをＸＹステージ４０に保持されたシリコン基板５０に伝搬する光学系２０を含んで構成される。

半導体レーザ１０は、たとえば高出力の得られるスタック型の半導体レーザであり、駆動用電源を高速にオンオフすることで、パルス状にレーザビーム１０ａを出射する。パルスレーザビーム１０ａのパルス幅は、たとえば５μｓ以上１０μｓ未満である。パルスレーザビーム１０ａは、光透過率の高い光学系２０を経由して、ＸＹステージ４０上に載置されたシリコン基板５０に入射する。ＸＹステージ４０はチャンバ３０内に配置されている。パルスレーザビーム１０ａは、チャンバ３０に設けられたウインド３０ａを透過して、シリコン基板５０に照射される。パルスレーザビーム１０ａは、たとえば長さ方向（長軸方向）３ｍｍ、幅方向（短軸方向）０．２ｍｍの矩形状の入射領域を形成して、シリコン基板５０に入射する。シリコン基板５０のレーザ照射面上におけるパルスレーザビーム１０ａのパルスエネルギ密度は、たとえば４Ｊ／ｃｍ^２以上６Ｊ／ｃｍ^２未満である。

ＸＹステージ４０を駆動し、矩形状ビームの短軸方向、たとえばＸ方向にシリコン基板５０を移動させながら、ビーム幅の５０％（０．１ｍｍ）をオーバーラップさせて照射を繰り返し、シリコン基板５０の端部まで照射したところで、長軸方向、たとえばＹ方向に５０％オーバーラップさせるように、１．５ｍｍだけシリコン基板５０を移動させる。そして次にＸ負方向にシリコン基板５０を移動させながら、５０％のオーバーラップ率でレーザ照射を行い、シリコン基板５０の他方の端部に達したところで、シリコン基板５０をＹ方向に１．５ｍｍ移動させる。このステージ動作を繰り返してシリコン基板５０の裏側表面全体にパルスレーザビーム１０ａを照射する。

シリコン基板５０の厚さは、たとえば１００μｍである。シリコン基板５０の表側の表層部には、ＩＧＢＴのエミッタ領域及びゲート領域が画定されている。また裏側の表層部には、ｐ型不純物、たとえばホウ素（Ｂ）の注入によるコレクタ領域、及び、ｎ型不純物、たとえばリン（Ｐ）の注入によるフィールドストップ領域が画定されている。フィールドストップ領域は、リン（Ｐ）をたとえば２０００ｋｅＶのエネルギ、１Ｅ＋１３ｉｏｎｓ／ｃｍ^２のドーズ量でイオン注入することで形成される。コレクタ領域は、その後、ホウ素（Ｂ）をたとえば４０ｋｅＶのエネルギ、１Ｅ＋１４ｉｏｎｓ／ｃｍ^２のドーズ量でイオン注入することで形成することができる。

シリコン基板５０の裏側表面へのパルスレーザビーム１０ａの照射により、コレクタ領域に注入された不純物（Ｂ）、及び、フィールドストップ領域に注入された不純物（Ｐ）の活性化アニールが行われる。

図５（Ｂ）に光学系２０の詳細を示す。光学系２０は、レンズアレイ２０ａ、２０ｂ、及びレンズ２０ｃを含む。レンズアレイ２０ａ、２０ｂは、それぞれ矩形状ビームの長軸方向、短軸方向について、ビーム断面を整形するとともに、ビーム断面内の光強度分布を均一に近づける。レンズ２０ｃは、矩形状ビームをシリコン基板５０上に集光する。

実施例によるレーザアニール装置は、高出力の得られるスタック型の半導体レーザ、及び光透過率の高い光学系を用いることにより、十分なパワー密度を得ることのできるレーザアニール装置である。また、半導体レーザの駆動用電源を高速にスイッチングすることにより、特殊な変調器を用いることなく、安定したアニール処理を可能とするレーザアニール装置である。

図６は、実施例によるレーザアニール方法を示すフローチャートである。実施例によるレーザアニール方法においては、まずステップＳ１０１において、たとえば裏面の表層部に、少なくとも一種類の不純物が添加され、そのデプスプロファイルが把握された半導体基板を準備する。

図７は、シリコン基板５０の不純物デプスプロファイルを示すグラフである。グラフの横軸は、シリコン基板５０の裏面最表面からの深さを、リニアな目盛りにより単位「μｍ」で表す。グラフの縦軸は、添加された不純物の濃度を、対数目盛りにより単位「ａｔｏｍｓ／ｃｃ」で表す。

ホウ素（Ｂ）の濃度がピークとなる位置は、裏面最表面から０．３μｍの深さであることがわかる。また、リン（Ｐ）の濃度がピークとなる位置は、裏面最表面から１．８μｍの深さであることもわかる。更に、リン（Ｐ）の注入深さのテールは、裏面最表面から３μｍに及ぶ。

シリコン基板５０の不純物プロファイルは、測定やシミュレーションによって把握することができる。

再び、図６を参照する。実施例によるレーザアニール方法においては、次にステップＳ１０２において、把握された不純物デプスプロファイルに基づき、不純物が添加されている最深の位置（深さ）を決定し、その位置（深さ）に添加されている不純物を活性化させうる目標温度を決定する。

たとえば図７に示す不純物デプスプロファイルに基づき、不純物が添加されている最深の位置はシリコン基板５０の裏面（レーザ照射面）から３μｍの深さであると決定する。そしてその位置に添加されている不純物（リン）を活性化させうる目標温度を、たとえば１０００℃と決定する。

ステップＳ１０３においては、たとえば不純物濃度がピークとなる位置（深さ）のうち、最も浅いピーク位置まで半導体基板を溶融させ、かつ、不純物が添加されている最深の位置（深さ）を目標温度以上の温度、たとえば目標温度とする条件で、半導体基板裏面にパルスレーザビームを照射する。なお、溶融させる深さは、最も浅い不純物ピークの位置より浅ければよく、必ずしもピーク位置まで溶融させなくともかまわない。ここで、不純物が添加されている最深の位置（深さ）及び目標温度は、ステップＳ１０２で決定されたそれらである。

図７を参照して説明したように、ホウ素（Ｂ）の濃度がピークとなる位置は、裏面最表面から０．３μｍの深さである。また、リン（Ｐ）の濃度がピークとなる位置は、裏面最表面から１．８μｍの深さである。したがって、パルスレーザビーム１０ａの照射条件は、まず、不純物濃度がピークとなる位置（深さ）のうち、最も浅いピーク位置である０．３μｍよりも浅い、たとえば０．１μｍまでシリコン基板５０を溶融させる条件とする。更に、不純物が添加されている最深の位置である３μｍ深さを目標温度である１０００℃以上にする条件とする。この結果、パルスレーザビーム１０ａは、たとえばパルス幅５μｓ以上１０μｓ未満、パルスエネルギ密度４Ｊ／ｃｍ^２以上６Ｊ／ｃｍ^２未満でシリコン基板５０に照射される。

レーザビーム照射条件の詳細な決定は、たとえば以下のように行う。

図８（Ａ）及び（Ｂ）は、レーザビーム照射条件を詳細に決定するために行ったシミュレーション結果を示すグラフである。シミュレーションは、厚さ１００μｍのシリコン基板にレーザパルスを１ショット入射させる条件で行った。なお、基板の端部では断熱されるとしてシミュレートした。

図８（Ａ）は、リン（Ｐ）の活性化が十分に行われるために、リン（Ｐ）の注入領域（最深の位置）である深さ３μｍの温度が、最高到達温度で１０００℃以上となる条件での、パルスレーザビーム１０ａのパルス幅と、照射面におけるパワー密度、及びレーザ照射面の温度との関係を表す。グラフの横軸は、パルスレーザビーム１０ａのパルス幅を単位「μｓ」で表示する。グラフの縦軸は、パワー密度と照射面温度とを、それぞれ単位「ｋＷ／ｃｍ^２」、「Ｋ」で表示する。

図８（Ｂ）は、３μｍ深さの温度が、最高到達温度で１０００℃以上となる条件での、パルスレーザビーム１０ａのパルス幅と、１００μｍ深さ（非照射面）の温度、及びレーザ照射面からのシリコン溶融深さとの関係を表す。グラフの横軸は、パルスレーザビーム１０ａのパルス幅を単位「μｓ」で表示する。グラフの縦軸は、１００μｍ深さ（非照射面）の温度とシリコン溶融深さとを、それぞれ単位「Ｋ」、「μｍ」で表示する。

図８（Ａ）、（Ｂ）両図から、５μｓ未満のパルス幅のレーザビームで、３μｍ深さの不純物注入領域を、活性化が十分に行われる温度まで加熱すると、照射面の温度が高くなり、シリコンの溶融深さが深くなることがわかる。また、図８（Ａ）から、加熱に必要なパワー密度が高くなることも認められる。このため、パルスレーザビーム１０ａのパルス幅を５μｓ未満とするのは好ましくない。

一方、図８（Ｂ）から、１０μｓ以上のパルス幅のレーザビームを用いた場合、１００μｍ深さ（非照射面）の温度が高くなることがわかる。このため、パルスレーザビーム１０ａのパルス幅を１０μｓ以上とするのも好ましくない。

安定した、ばらつきの少ない活性化が可能な、レーザ照射面温度変化の小さい領域でアニールするためには、パルスレーザビーム１０ａのパルス幅を５μｓ以上１０μｓ未満、たとえば７μｓとすることが好ましい。図８（Ｂ）より、パルス幅が５μｓ以上１０μｓ未満の範囲においては、シリコン基板の溶融深さはレーザ照射面から０μｍより大きく０．１６μｍ以下、パルス幅が７μｓのときには０．０５μｍとなる。したがって、パルスレーザビーム１０ａのパルス幅を５μｓ以上１０μｓ未満とすれば、シリコン基板５０は、不純物濃度がピークとなる位置（深さ）のうち、最も浅いピーク位置である０．３μｍ深さより深くは溶融しない。

パルスレーザビーム１０ａのパルス幅が７μｓのとき、図８（Ａ）のグラフから、要求されるパワー密度は６５０ｋＷ／ｃｍ^２（パルスエネルギ密度は４．５５Ｊ／ｃｍ^２）である。そこで活性化アニールのためのレーザビーム照射条件を、パルス幅７μｓ、パワー密度６５０ｋＷ／ｃｍ^２（パルスエネルギ密度４．５５Ｊ／ｃｍ^２）に決定し、決定された照射条件でシリコン基板５０の裏面にパルスレーザビーム１０ａを照射して、レーザアニールを行う。

実施例によるレーザアニール方法によれば、半導体基板の溶融深さを、不純物濃度がピークとなる位置（深さ）のうち、最も浅いピーク位置よりも浅くするため、不純物プロファイルを大きく変化させることなく、添加された不純物、実施例においてはリン（Ｐ）とホウ素（Ｂ）とを活性化させることができる。また、添加された不純物のほぼすべてを活性化させることができる。更に、均一なアニールを行うことができる。たとえば基板面内のシート抵抗は、σで１％以下を確保することが可能である。このように高品質のレーザアニールを実現することができる。

なお、図８（Ａ）及び（Ｂ）に結果を示したシミュレーションは、たとえばシリコン基板５０からＸＹステージ４０への熱移動がない断熱条件で行われているため、レーザ非照射面の温度は、たとえばパルス幅７μｓのとき２００℃程度と高くなっているが、実際の基板温度は、投入される熱量とＸＹステージ４０等へ逃げる熱量とのバランスで決定される。基板温度の上昇を防ぐには、ＸＹステージ４０の基板保持部（チャック）は、冷却または温度調整されることが望ましい。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。

たとえば、実施例においては、リン（Ｐ）とホウ素（Ｂ）が添加されているシリコン基板をアニール対象物としたが、添加されるｎ型不純物、ｐ型不純物はこれに限られない。また、たとえばリン（Ｐ）だけが注入された基板など、一方の導電型の不純物が添加された半導体基板をアニール対象とすることもできる。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

レーザアニール一般、たとえばパワーデバイス製造工程における半導体基板のレーザアニール、特にＩＧＢＴのコレクタ側のフィールドストップ層の活性化アニールに利用することができる。

１０ 半導体レーザ
１０ａ パルスレーザビーム
２０ 光学系
２０ａ、２０ｂ レンズアレイ
２０ｃ レンズ
３０ チャンバ
３０ａ ウインド
４０ ＸＹステージ
５０ シリコン基板

Claims (5)

1. （ａ）第１の表面の表層部に少なくとも一種類の不純物が添加され、添加された前記不純物のデプスプロファイルが把握された半導体基板を準備する工程と、
   （ｂ）把握された前記不純物のデプスプロファイルに基づき、前記不純物が添加されている、前記第１の表面から最も深い位置を決定し、該位置に添加されている前記不純物を活性化させうる目標温度を決定する工程と、
   （ｃ）前記不純物の濃度がピークとなる位置のうち、前記第１の表面から最も浅いピーク位置の深さよりも浅い範囲で前記半導体基板を溶融させ、かつ、前記不純物が添加されている、前記第１の表面から最も深い位置を、前記目標温度以上の温度とする条件で、前記半導体基板の前記第１の表面にレーザビームを照射する工程と
   を有するレーザアニール方法。
2. 前記工程（ｃ）において、前記半導体基板の前記第１の表面に、パルス幅が５μｓ以上１０μｓ未満のパルスレーザビームを、４Ｊ／ｃｍ^２以上６Ｊ／ｃｍ^２未満のパルスエネルギ密度で照射する請求項１に記載のレーザアニール方法。
3. 前記半導体基板の前記第１の表面とは反対側の第２の表面の表層部に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのエミッタ領域が画定されており、前記第１の表面の表層部に、第１の不純物が注入されたコレクタ領域、及び、第２の不純物が注入されたフィールドストップ領域が画定されており、
   前記工程（ｃ）において、前記コレクタ領域に注入された前記第１の不純物、及び前記フィールドストップ領域に注入された前記第２の不純物を活性化させる請求項１または２に記載のレーザアニール方法。
4. 前記工程（ｂ）において、前記不純物が添加されている、前記第１の表面から最も深い位置が３μｍと決定される請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザアニール方法。
5. 駆動用電源をスイッチングすることで、パルス幅が５μｓ以上１０μｓ未満のパルスレーザビームを出射する半導体レーザと、
   半導体基板を保持するステージと、
   前記半導体レーザを出射したパルスレーザビームを前記ステージに伝搬する光学系と
   を有し、
   前記半導体レーザ及び前記光学系は、前記ステージに保持された半導体基板の表面に、パルスレーザビームを、４Ｊ／ｃｍ^２以上６Ｊ／ｃｍ^２未満のパルスエネルギ密度で入射させるレーザアニール装置。

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