JP2014090045A

JP2014090045A - イオン導入層の活性化方法、および、半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2014090045A
Application number: JP2012238571A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Kawaguchi; 博子川口
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2014-05-15

Abstract

【課題】基板の表面に形成されたイオン導入層にレーザ光を照射して活性化させる際、イオン導入層の表面が荒れることを抑えつつ活性化させることができるイオン導入層の活性化方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】基板に形成されたイオン導入層１４ａ、１４ｂの被照射面１６に最初にレーザ光Ｂを照射する前に、保護膜形成工程Ｐを行う。この保護膜形成工程Ｐでは、レーザ光Ｂに対して半透過性・半吸収性のカーボンキャップ１８を被照射面１６に形成する。保護膜形成工程Ｐの終了後、カーボンキャップ１８上からレーザ光Ｂを照射してカーボンキャップ１８を通過したレーザ光Ｂでイオン導入層１４を活性化させるレーザ光照射工程Ｌを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板表面に形成されたイオン導入層にレーザ光を照射して活性化させるイオン導入層の活性化方法、および、それを用いた半導体装置の製造方法に関する。

基板表面に形成されたイオン導入層に、基板を加熱した状態でレーザ光を照射することでイオン導入層を活性化させることが知られている。

ところで、イオン導入層ではイオンの照射により光の透過率が低くなっている。この状態で高エネルギー密度のレーザ光を照射すると、最表面（最も表面側）でエネルギー吸収が急激に起こり、表面構成元素が蒸発しやすい。

この対策として、例えば特許文献１には以下のことが提案されている。すなわち、最初に照射するときには低いパワー密度でレーザ光照射を行って表面近傍を活性化し、次いで段階的にパワー密度を増加させて数段階にわたって照射することにより、表面付近の元素蒸発を抑止するとともに深い位置に注入されたドーパントまで活性化させることができる。また、イオン導入層表面にＳｉＯ_２のような光透過性のマスク材で被覆することで、最表面を外界に曝すことなく活性化することができる。

特開２００２−２８９５５０号公報

ところで、実際のデバイス製造基板ではイオン導入（イオン注入）による損傷以外にも様々な注入種、濃度が存在している。すなわち、イオン導入による損傷によるものだけでなく、吸収係数の異なる領域が混在する。このため、これらを総合的に考慮してレーザ光のパワー密度を選択する必要があり、一回目のレーザ照射条件では選択できる範囲は狭い。またＳｉＯ_２からなる光透過性のマスクでイオン導入層（半導体）の表面を被覆した場合であっても、イオン導入層の表面で表面蒸発が起こるようなエネルギー条件では、被覆膜とイオン導入層との界面で各構成物が僅かに反応を起したり、応力差による亀裂や剥離などが発生して連続性が失われたりして、イオン導入層の表面が荒れる原因となり、また、その後の多段照射の均一性を阻害する要因を作る。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、基板の表面に形成されたイオン導入層にレーザ光を照射して活性化させる際、イオン導入層の表面が荒れることを抑えつつ活性化させることができるイオン導入層の活性化方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るイオン導入層の活性化方法は、基板に形成されたイオン導入層にレーザ光を照射して活性化させるイオン導入層の活性化方法であって、前記レーザ光に対して半透過性・半吸収性の保護膜を前記イオン導入層の被照射面に形成する保護膜形成工程と、前記保護膜上からレーザ光を照射して前記保護膜を通過したレーザ光で前記イオン導入層を活性化させるレーザ光照射工程と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、請求項１〜３のいずれか１項記載のイオン導入層の活性化方法を用いて半導体装置を製造することを特徴とする。

本発明によれば、基板の表面に形成されたイオン導入層にレーザ光を照射して活性化させる際、イオン導入層の表面が荒れることを抑えつつ活性化させることができるイオン導入層の活性化方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るイオン導入層の活性化方法および半導体装置の製造方法を説明する説明図である。図２（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係るイオン導入層の活性化方法を説明する工程毎の側面断面図である。解析計算結果を示すグラフ図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態では、一例として、ＳｉＣ−ＤＭＯＳの半導体装置を製造する例で説明する。

図１は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態という）に係るイオン導入層の活性化方法および半導体装置の製造方法を説明する説明図である。図２（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係るイオン導入層の活性化方法を説明する工程毎の側面断面図である。なお、説明を判り易くするために、図１では直前のステップでの処理対象部位にのみハッチを施して描いており、図２ではレーザ光の照射により活性化した部位を白抜きで描いている。

本実施形態に係るイオン導入層の活性化方法では、まず、ベース基板１０上に、イオン導入（イオン注入）の対象となるエピタキシャル層として所望のＳｉＣ層１２を形成することによりＳｉＣ基板を準備する（図１のステップ１参照）。

次に、ＳｉＣ層１２上に所定形状のマスク（例えばＳｉＯ_２からなるハードマスク）を形成して各イオン導入領域を設定する。そして、ＳｉＣ層１２上からイオン導入することにより、イオン導入層１４（１４ａ、１４ｂ）を各イオン導入領域に形成する（図１のステップ２参照）。イオン導入では、結晶性を維持する観点で高温注入で行う。

イオン導入後、洗浄してＳｉＣ層１２の被照射面１６上のマスクを完全に除去してＳｉＣ層１２を完全に露出させる。そして、カーボンキャップ１８（カーボンからなる保護層）を被照射面１６に形成する保護膜形成工程Ｐを行う（図１のステップ３、図２（ａ）参照）。

この保護膜形成工程Ｐでは、カーボンキャップ１８でのレーザ光Ｂの透過率が１０〜３０％の範囲内となるようにカーボンキャップ１８の厚みを調整する。ここで、レーザ光Ｂは、ＳｉＣ層１２を活性化できる周波数以上のレーザ光である。

カーボンキャップ１８の形成方法は特に限定しない。また、本実施形態では、カーボンキャップ１８の厚みを２００オングストロームとしている。

保護膜形成工程Ｐの終了後、以下のようにしてレーザ光照射工程Ｌを行う（図１のステップ４および図２参照）。

まず、カーボンキャップ１８上からレーザ光Ｂの１段目の照射（最初の照射）を行うことで、カーボンキャップ１８を通過したレーザ光Ｂでイオン導入層１４ａ、１４ｂを活性化させる。この１段目の照射により、レーザ光Ｂの一部がカーボンキャップ１８を透過し、ＳｉＣ層１２に吸収されるとともにカーボンキャップ１８自体の光吸収による発熱によってＳｉＣ層１２の表面のごく浅い領域Ｓ（図２（ｂ）参照）が活性化される。なお、カーボンキャップ１８の厚みが２００オングストローム程度であると、レーザ光Ｂの約３割がカーボンキャップ１８を透過する。

そして、１段目の照射後、カーボンキャップ１８を除去し、２段目以降のレーザ光照射を数段階にわたって行う。この結果、数段階にわたってイオン導入層１４（１４ａ、１４ｂ）が活性化されて活性化済み層Ｆ（Ｆａ、Ｆｂ）がイオン導入層１４の深さ方向に順次形成されていき（図２（ｃ）および（ｄ）参照）、最終的にイオン導入層１４（１４ａ、１４ｂ）全体を活性化させることができる。

なお、被照射面１６の保護を目的として、カーボンキャップ１８を残した状態で２段目以降のレーザ光照射を行ってもよい。この場合、カーボンの発熱とカーボンの蒸発による消失とを考慮して行う。

レーザ光照射工程Ｌの終了後、ゲート酸化膜２２を形成する（図１のステップ５参照）。そして、ポリシリコン層を形成してポリシリコン電極２４を形成し（図１のステップ６参照）、更に層間絶縁膜２６を形成する（図１のステップ７参照）。

更に、コンタクトホールを形成し、表面コンタクトメタル層、裏面コンタクトメタル層を成膜し、熱処理を行ってコンタクト電極２８を形成する（図１のステップ８参照）。

そして、表面電極層３０および裏面電極層３１を形成し、更に、表面にポリイミド保護層３２を形成するなどして半導体装置３４とする（図１のステップ９参照）。

本実施形態により、レーザ光照射工程Ｌの１段目の照射では、カーボンキャップ１８の存在により、イオン導入層１４ａ、１４ｂの被照射面（最表面）１６が直接にレーザ光Ｂに曝されないので、被照射面１６の原子蒸発を抑制することができる。

すなわち、カーボンキャップ１８の膜厚を調整することによりレーザ光Ｂの透過率を低く設定することで、被照射面１６で吸収されるレーザエネルギーを抑えることができ、レーザ光Ｂのパワー密度（単位面積あたりのレーザ光強度）の許容範囲を広げることができる。よって、被照射面１６の各領域で、レーザ光Ｂの吸収係数が異なっていても、被照射面１６全体を１回のレーザ光照射で活性化することができる。しかも、カーボンキャップ１８がＳｉＣ層１２を構成するＣ（カーボン）と同じ元素で構成されるため、カーボンキャップ１８とＳｉＣ層１２との界面における反応を考慮する必要がない。

また、カーボンキャップ１８がレーザ光Ｂを吸収することでカーボンキャップ１８が発熱し、この発熱によって、イオン導入層１４ａ、１４ｂの被照射面１６の活性化が促進されるという効果も得られる。

カーボンキャップ１８は、例えば、スパッタリングで成膜することにより形成してもよい。これにより、短時間でカーボンキャップ１８を成膜することができ、スループットがよい。

また、カーボンキャップ１８は、有機溶剤を被照射面１６に塗布して、高温の不活性雰囲気で乾燥させることにより形成してもよい。これにより、成膜装置を必要とせず、また、膜厚を厚く形成する上で有効である。

また、本実施形態では、レーザ光Ｂに対して半透過性・半吸収性を有する保護膜としてカーボンキャップ１８を形成する例で説明したが、レーザ光Ｂに対して半透過性・半吸収性を有するものである限り、特にカーボンキャップ１８以外のものを形成しても同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、ＳｉＣ層１２にイオン導入してイオン導入層１４（１４ａ、１４ｂ）を形成した例で説明したが、特にＳｉＣ層に限定するものではなく、ＧａＮなどのワイドギャップ半導体、更にはイオン導入の対象となるもの一般に適用可能である。

＜解析計算例＞
本発明者は、カーボンキャップ１８の膜厚と、カーボンキャップ１８にレーザ光Ｂを照射したときのレーザ光Ｂの吸収率、透過率および反射率と、の関係を解析計算により求めた。レーザ光Ｂの条件については、波長が３３５ｎｍ（３３５０オングストローム）、複素屈折率におけるｎが２．６４、ｋが１．３であるとして計算した。計算結果を図３に示す。

図３から判るように、膜厚が厚すぎると（グラフの右端側）レーザ光Ｂの大部分がカーボンキャップ１８に吸収されてしまい、薄すぎると（グラフの左端側）レーザ光Ｂの大部分がカーボンキャップ１８を透過してしまうという結果になった。また、薄すぎるとカーボンキャップ１８がすぐに消失してしまうという懸念も考えられる。

そして、カーボンキャップ１８の膜厚が２００オングストローム近傍（１５０〜２５０オングストロームの範囲）であると、吸収率および透過率が適度の好ましいことがわかった。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための例示であって、構成部品の材質、形状、構造、配置等を上記のものに特定するものではない。本発明は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、図面は模式的なものであり、寸法比などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法比などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

以上のように、本発明に係るイオン導入層の活性化方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法は、基板のイオン導入層の被照射面に最初にレーザ光を照射する前に、レーザ光に対して半透過・半吸収性の保護膜を被照射面に形成する保護膜形成工程を行っているので、イオン導入層にレーザ光を照射して活性化させる際、イオン導入層の表面が荒れることを抑えつつ活性化させることができるイオン導入層の活性化方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法として用いるのに好適である。

１４ａ、ｂイオン導入層
１６被照射面
１８カーボンキャップ
３４半導体装置
Ｂレーザ光
Ｌレーザ光照射工程
Ｐ保護膜形成工程

Claims

基板に形成されたイオン導入層にレーザ光を照射して活性化させるイオン導入層の活性化方法であって、
前記レーザ光に対して半透過性・半吸収性の保護膜を前記イオン導入層の被照射面に形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜上からレーザ光を照射して前記保護膜を通過したレーザ光で前記イオン導入層を活性化させるレーザ光照射工程と、
を備えたことを特徴とするイオン導入層の活性化方法。
前記保護膜としてカーボンキャップを形成することを特徴とする請求項１に記載のイオン導入層の活性化方法。
前記保護膜形成工程では、前記カーボンキャップに対する前記レーザ光の透過率が１０〜３０％の範囲内となるように前記カーボンキャップの厚みを調整することを特徴とする請求項２に記載のイオン導入層の活性化方法。
請求項１〜３のいずれか１項記載のイオン導入層の活性化方法を用いて半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。