JP2016127157A - Laser annealing device and method for manufacturing semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化シリコン(SiC)基板へのオーミック電極の形成に適したレーザアニール装置、及びSiC基板に設けられたオーミック電極を有する半導体素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a laser annealing apparatus suitable for forming an ohmic electrode on a silicon carbide (SiC) substrate and a method for manufacturing a semiconductor element having an ohmic electrode provided on the SiC substrate.
半導体パワーデバイス用の半導体材料として、シリコンよりも広いエネルギバンドギャップを有するSiCが注目されている。SiCを用いたショットキバリアダイオード、MOSFET、JFET等のパワー半導体デバイスが実用化されている。SiCは、Siに比べて欠陥の少ないウエハを作製することが困難である。このため、SiCウエハの上に形成された欠陥の少ないエピタキシャル層が、ドリフト層として利用される。エピタキシャル層の厚さは、必要とされる耐圧に合わせて設定される。ドリフト層としてSiCを用いる場合には、Siを用いる場合に比べて、約1/10の厚さで同等の耐圧を確保することができる。例えば、厚さ10μmのSiCからなるエピタキシャル層により、厚さ100μmのSiウエハと同程度の耐圧を確保することができる。 As a semiconductor material for semiconductor power devices, SiC having an energy band gap wider than that of silicon attracts attention. Power semiconductor devices such as Schottky barrier diodes, MOSFETs, and JFETs using SiC have been put into practical use. SiC makes it difficult to produce a wafer with fewer defects than Si. For this reason, the epitaxial layer with few defects formed on the SiC wafer is used as the drift layer. The thickness of the epitaxial layer is set according to the required breakdown voltage. In the case of using SiC as the drift layer, an equivalent breakdown voltage can be ensured with a thickness of about 1/10 compared to the case of using Si. For example, an epitaxial layer made of SiC having a thickness of 10 μm can ensure a breakdown voltage equivalent to that of a Si wafer having a thickness of 100 μm.
ショットキバリアダイオードにおいては、エピタキシャル層の表面にアノード電極が形成される。スイッチング素子においては、エピタキシャル層の表面にスイッチング機能を有する素子構造が形成される。エピタキシャル層の下地となっているSiCウエハは、エピタキシャル層の支持基板としての役割を持つ。通電ロスを低減するために、SiCウエハを薄くすることが好ましい。エピタキシャル層の表面に素子構造を形成する前に、SiCウエハを薄くすると、プロセス中の破損や反りにより、素子構造を形成することが困難になる。従って、エピタキシャル層の表面に素子構造を形成した後、SiCウエハを削って薄くすることが好ましい。 In the Schottky barrier diode, an anode electrode is formed on the surface of the epitaxial layer. In the switching element, an element structure having a switching function is formed on the surface of the epitaxial layer. The SiC wafer that is the base of the epitaxial layer serves as a support substrate for the epitaxial layer. In order to reduce energization loss, it is preferable to make the SiC wafer thinner. If the SiC wafer is thinned before the element structure is formed on the surface of the epitaxial layer, it becomes difficult to form the element structure due to damage or warpage during the process. Accordingly, it is preferable to thin the SiC wafer after forming the element structure on the surface of the epitaxial layer.
薄くされたSiCウエハの裏側の表面に、オーミック電極が形成される。オーミック電極の形成時にレーザアニールを適用すると、電気炉でアニールする場合に比べて、表側の表面に形成されている素子構造への熱影響を軽減することができる。オーミック電極として、ニッケルシリサイド等の金属シリサイドが用いられる。 An ohmic electrode is formed on the back surface of the thinned SiC wafer. When laser annealing is applied during the formation of the ohmic electrode, the thermal effect on the element structure formed on the surface on the front side can be reduced as compared with the case where annealing is performed in an electric furnace. A metal silicide such as nickel silicide is used as the ohmic electrode.
下記の特許文献1に、紫外域のパルスレーザビームを用いたレーザアニールにより、オーミック電極を形成する方法が開示されている。紫外域のパルスレーザとして、固体レーザの第3高調波、エキシマレーザ等が用いられる。 Patent Document 1 listed below discloses a method of forming an ohmic electrode by laser annealing using a pulse laser beam in the ultraviolet region. As a pulse laser in the ultraviolet region, a third harmonic of a solid-state laser, an excimer laser, or the like is used.
エキシマレーザ等のガスレーザは、YAGレーザ等の固体レーザに比べて、レーザビームの品質が不安定であるため、高品質のアニールを再現性よく行うことが困難である。高品質のアニールを再現性よく行うために、固体レーザを用いることが好ましい。ところが、固体レーザを用いて紫外域のパルスレーザを得るためには、基本波を第3高調波に変換しなければならない。基本波から第3高調波への変換効率を高くすることが困難であるため、第3高調波の出力が小さくなる。その結果、高い生産性を確保することが困難である。 A gas laser such as an excimer laser has an unstable laser beam quality as compared with a solid-state laser such as a YAG laser, and it is difficult to perform high-quality annealing with high reproducibility. In order to perform high-quality annealing with high reproducibility, it is preferable to use a solid-state laser. However, in order to obtain an ultraviolet pulse laser using a solid-state laser, the fundamental wave must be converted into a third harmonic. Since it is difficult to increase the conversion efficiency from the fundamental wave to the third harmonic, the output of the third harmonic is reduced. As a result, it is difficult to ensure high productivity.
固体レーザの基本波または第2高調波を用いるレーザアニールでは、第3高調波を用いる場合に比べて高いレーザ出力を得ることができる。ところが、基本波または第2高調波の波長域の光は、SiC基板を透過してしまう。SiC基板の表面に形成された金属膜が、基本波または第2高調波を吸収して加熱されることにより、金属膜とSiC基板とのシリサイド反応が進む。シリサイド反応が進んで金属膜が薄くなると、金属膜でのレーザ光の吸収量が少なくなる。 In laser annealing using the fundamental wave or the second harmonic of a solid-state laser, a higher laser output can be obtained than when using the third harmonic. However, light in the wavelength range of the fundamental wave or the second harmonic passes through the SiC substrate. When the metal film formed on the surface of the SiC substrate absorbs the fundamental wave or the second harmonic and is heated, the silicide reaction between the metal film and the SiC substrate proceeds. When the silicide reaction proceeds and the metal film becomes thin, the amount of laser light absorbed by the metal film decreases.
金属膜で吸収されなかったレーザ光は、SiC基板を透過して、素子構造が形成された反対側の面まで達する。アルミニウム配線等の素子構造がレーザ光を吸収して過度に加熱されると、配線が焼損してしまう場合もある。 The laser light that has not been absorbed by the metal film passes through the SiC substrate and reaches the opposite surface on which the element structure is formed. If an element structure such as an aluminum wiring absorbs laser light and is heated excessively, the wiring may burn out.
本発明の目的は、SiC基板を透過する波長域のレーザ光を用いても、レーザ照射面とは反対側の素子構造が受けるダメージを軽減することができるレーザアニール装置を提供することである。本発明の他の目的は、SiC基板を透過する波長域のレーザ光を用いても、レーザ照射面とは反対側の素子構造が受けるダメージを軽減することができる半導体素子の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser annealing apparatus that can reduce damage to an element structure on the side opposite to a laser irradiation surface even when using laser light in a wavelength region that passes through a SiC substrate. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can reduce damage to the device structure on the side opposite to the laser irradiation surface even when using laser light in a wavelength region that passes through a SiC substrate. That is.
本発明の一観点によると、
パルスレーザビームを出力するレーザ光源と、
基板を保持するステージと、
前記レーザ光源から出力された前記パルスレーザビームを、前記ステージに保持された前記基板まで導光する伝搬光学系と、
前記ステージに保持された前記基板の表面において、前記パルスレーザビームの入射位置が移動するように、前記パルスレーザビームの経路及び前記基板の一方を他方に対して移動させる移動機構と、
前記基板からの、前記パルスレーザビームの反射光を検出する光検出器と、
前記光検出器で検出された前記反射光の強度に基づいて、前記基板の同一箇所に入射する前記パルスレーザビームのショット数及び前記パルスレーザビームの強度のうち少なくとも一方を調整する制御装置と
を有するレーザアニール装置を提供することである。
According to one aspect of the invention,
A laser light source that outputs a pulsed laser beam;
A stage for holding a substrate;
A propagation optical system for guiding the pulse laser beam output from the laser light source to the substrate held on the stage;
A moving mechanism for moving one of the path of the pulse laser beam and the substrate relative to the other so that the incident position of the pulse laser beam moves on the surface of the substrate held on the stage;
A photodetector for detecting reflected light of the pulsed laser beam from the substrate;
A control device that adjusts at least one of the number of shots of the pulsed laser beam and the intensity of the pulsed laser beam incident on the same portion of the substrate based on the intensity of the reflected light detected by the photodetector; It is to provide a laser annealing apparatus having the same.
本発明の他の観点によると、
炭化シリコンからなる下地基板の第1の表面にニッケル、チタンまたはタングステンからなる金属膜が形成された基板を準備する工程と、
前記金属膜に、前記金属膜で吸収され、かつ前記下地基板を透過する波長域のパルスレーザビームを、同一箇所に複数ショット入射することにより、前記下地基板と前記金属膜とをシリサイド反応させる工程と、
前記基板からの前記パルスレーザビームの反射光の強度を測定する工程と、
前記反射光の強度に基づいて、前記同一箇所に入射する前記パルスレーザビームのショット数及び前記パルスレーザビームの強度のうち少なくとも一方を調整する工程と
を有する半導体素子の製造方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
Preparing a substrate in which a metal film made of nickel, titanium or tungsten is formed on a first surface of a base substrate made of silicon carbide;
A step of causing the base film and the metal film to undergo a silicidation reaction by injecting a plurality of shots of a pulsed laser beam in a wavelength region that is absorbed by the metal film and transmitted through the base substrate into the metal film. When,
Measuring the intensity of the reflected light of the pulsed laser beam from the substrate;
There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising adjusting at least one of the number of shots of the pulse laser beam incident on the same location and the intensity of the pulse laser beam based on the intensity of the reflected light.
金属膜のシリサイド化が進むと、金属膜が薄くなり、反射光の強度が弱くなる。金属膜が薄くなった状態で、パルスレーザビームを入射させると、レーザ光の多くの成分が基板の反対側まで到達してしまう。反射光の強度に基づいて、パルスレーザビームのショット数及びパルスレーザビームの強度のうち少なくとも一方を調整することにより、基板の反対側の表面まで達するレーザエネルギを低減させ、反対側の表面に形成されている素子構造が受けるダメージを軽減することができる。 As the silicidation of the metal film proceeds, the metal film becomes thinner and the intensity of reflected light becomes weaker. When a pulsed laser beam is incident with the metal film being thin, many components of the laser light reach the opposite side of the substrate. By adjusting at least one of the number of shots of the pulse laser beam and the intensity of the pulse laser beam based on the intensity of the reflected light, the laser energy reaching the opposite surface of the substrate is reduced and formed on the opposite surface. It is possible to reduce damage to the element structure.
図1A〜図1Fを参照して、実施例による半導体素子の製造方法について説明する。 With reference to FIGS. 1A to 1F, a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment will be described.
図1Aに示すように、n型炭化シリコン(SiC)からなる基板の表面にn型SiCをエピタキシャル成長させることにより、SiCからなる下地基板10を形成する。下地基板10には、例えば4H−SiC、6H−SiC、3C−SiCを用いることができる。エピタキシャル層の表層部に、イオン注入によりp型のガードリング11を形成する。ガードリング11が形成された表面とは反対側の表面を「第1の表面」10Aといい、ガードリング11が形成された表面を「第2の表面」10Bということとする。図1Bに示すように、下地基板10の第2の表面10Bに、酸化シリコンからなる絶縁膜12を形成する。絶縁膜12には、ガードリング11に囲まれた領域を露出させる開口が形成されている。
As shown in FIG. 1A, an underlying
図1Cに示すように、絶縁膜12に形成されている開口の底面に露出している下地基板10の表面に、ショットキ電極13を形成する。一例として、チタン膜を形成した後、熱処理を行うことにより、ショットキコンタクトが実現される。ショットキ電極13の上に表面電極14を形成する。表面電極14には、例えばアルミニウムが用いられる。ガードリング11、ショットキ電極13、及び表面電極14をまとめて、素子構造15ということとする。
As shown in FIG. 1C, a
図1Dに示すように、下地基板10を第1の表面10Aから研削することにより、下地基板10を薄くする。図1Eに示すように、下地基板10の第1の表面10Aに、金属膜16を形成する。金属膜16には、下地基板10とシリサイド反応する金属、例えばニッケル(Ni)、チタン(Ti)またはタングステン(W)が用いられる。金属膜16及び下地基板10により、アニール対象の基板18が構成される。ここまでの工程で、金属膜16が形成された基板18が準備される。
As shown in FIG. 1D, the
図1Fに示すように、金属膜16(図1E)にパルスレーザビーム19を照射することにより、レーザアニールを行う。パルスレーザビーム19の波長は、金属膜16で吸収され、下地基板10を透過する波長域に含まれる。パルスレーザビーム19のビームプロファイルはトップフラットである。このレーザアニールは、パルスレーザビーム19の入射領域を金属膜16の表面内で移動させながら(走査しながら)行われる。入射領域の重複率(オーバラップ率)は、例えば50%〜99%とする。このレーザアニールにより、金属膜16(図1E)がシリサイド化され、金属シリサイド膜17が形成される。
As shown in FIG. 1F, laser annealing is performed by irradiating the metal film 16 (FIG. 1E) with a
図2に、実施例によるレーザアニール装置の概略図を示す。レーザ光源20から緑色の波長域のパルスレーザビームが出力される。レーザ光源20は、例えば2台の固体レーザ発振器201、202を含む。2台の固体レーザ発振器201、202は、同時に発振してもよいし、時間差を設けて発振してもよい。固体レーザ発振器201、202には、例えば基本波または第2高調波を出力するNd:YAGレーザ発振器、Nd:YLFレーザ発振器、Nd:YVO4レーザ発振器等が用いられる。固体レーザ発振器201、202から出力された2本のパルスレーザビームが、ビームコンバイナ21で1つのビーム経路に統合される。
FIG. 2 shows a schematic diagram of a laser annealing apparatus according to the embodiment. A pulsed laser beam in the green wavelength region is output from the
統合後のパルスレーザビームが、伝搬光学系25によって、ステージ30に保持された基板18まで導光される。伝搬光学系25は、アッテネータ251、テレスコープ252、ホモジナイザ253、及び部分反射鏡254を含む。アッテネータ251は、パルスレーザビームのパワーを減衰させる。テレスコープ252は、アッテネータ251を通過したパルスレーザビームのビーム径を拡大する。ホモジナイザ253は、基板18の表面におけるビーム断面形状を長尺化するとともに、ビーム断面内に関して光強度を均一化する。部分反射鏡254は、ホモジナイザ253を通過したパルスレーザビームの大部分の成分を、下方に向けて反射する。
The integrated pulse laser beam is guided to the
ステージ30は、移動機構31を介して基板32に支持されている。移動機構31は、ステージ30に保持された基板18を、その表面に平行な2方向、例えばビーム断面の長軸方向、及びそれに直交する方向に移動させることができる。基板18を移動させることにより、基板18の表面において、パルスレーザビームの入射位置を二次元方向に移動させることができる。パルスレーザビームの経路に対して基板18を移動させる代わりに、基板18に対してパルスレーザビームの経路を移動させてもよい。すなわち、パルスレーザビームの経路及び基板18の一方を他方に対して移動させればよい。
The
基板18からのパルスレーザビームの反射光の一部が、部分反射鏡254を透過して光検出器26に入射する。光検出器26で検出された反射光の強度信号が制御装置40に入力される。制御装置40は、反射光の強度に基づいて、レーザ光源20、アッテネータ251、及び移動機構31を制御する。
A part of the reflected light of the pulse laser beam from the
図3Aに、基板18(図2)の表面におけるパルスレーザビームの入射領域の平面図、及び入射領域の移動の履歴を示す。1ショットの入射領域35の平面形状は、ほぼ長さL、幅Wの長方形である。例えば、長さLは約2.5mmであり、幅Wは約0.3mmである。入射領域35の大きさは、パルスレーザビームのパワーに応じて、最適なパワー密度が得られるように調整される。
FIG. 3A shows a plan view of the incident region of the pulse laser beam on the surface of the substrate 18 (FIG. 2) and a history of movement of the incident region. The planar shape of the one-
基板18を移動させながらパルスレーザビームを入射させることにより、パルスレーザビームの入射領域35が、基板18の表面上で主走査方向37(幅方向)及び副走査方向38(長さ方向)に移動させることができる。あるショットの入射領域351と、主走査方向37に移動した次のショットの入射領域352との主走査方向37に関する重複率は、例えば50%〜99%である。あるショットの入射領域353と、副走査方向38に移動した次のショットの入射領域354との副走査方向38に関する重複率は、例えば50%〜99%である。
By making the pulse laser beam incident while moving the
図3Bに、パルスレーザビームの入射領域35の中心の軌跡36を示す。主走査及び副走査が繰り返される1回の走査工程で、基板18の表面のアニール対象領域の全域にパルスレーザビームが入射する。主走査方向37に関する重複率及び副走査方向38に関する重複率が、共に50%である場合、1回の走査工程で、基板18の表面の同一箇所に、合計4ショットのパルスレーザビームが入射することになる。主走査方向37に関する重複率及び副走査方向38に関する重複率が、共に66%である場合、1回の走査工程で、基板18の表面の同一箇所に、合計9ショットのパルスレーザビームが入射することになる。このように、重複率を変化させることにより、1回の走査工程で同一箇所に入射するショット数を変化させることができる。重複率は、パルスレーザビームの繰り返し周波数及び基板18の移動速度の少なくとも一方を調整することにより変化させることができる。
FIG. 3B shows a locus 36 at the center of the
図4に、実施例による制御装置40のブロック図を示す。制御装置40は、反射光強度検出部401、レーザ照射条件調整部402、レーザ駆動部403、強度調整部404、及び移動機構駆動部405を含む。各部の機能は、例えば中央処理ユニット(CPU)がコンピュータプログラムを実行することにより実現されるか、またはA/D変換回路、D/A変換回路、論理回路等の電子回路で実現される。制御装置40の記憶装置に、反射光強度−照射条件対応表408が格納されている。
FIG. 4 is a block diagram of the
光検出器26で検出された反射光の強度信号が反射光強度検出部401に入力される。反射光強度検出部401は、光検出器26から入力された強度信号に基づいて、反射光強度測定値RMを出力する。
The reflected light intensity signal detected by the
レーザ照射条件調整部402が、反射光強度測定値RM、及び反射光強度−照射条件対応表408に基づいて、レーザ照射条件を決定する。レーザ照射条件には、重複率、ショット数、及びレーザパワーが含まれる。これらの照射条件の調整は、レーザ光源20から出力されるパルスレーザビームの繰り返し周波数RF、アッテネータ251の減衰率AF、移動機構31によるステージ30(図2)の主走査方向移動速度HSV及び副走査方向移動距離VSLを調整することにより行われる。
The laser irradiation
レーザ照射条件調整部402は、決定されたレーザ照射条件でレーザ照射が行われるように、繰り返し周波数目標値RFTをレーザ駆動部403に与え、減衰率目標値AFTを強度調整部404に与え、主走査方向移動速度の目標値HSVT、及び副走査方向移動距離の目標値VSLTを移動機構駆動部405に与える。レーザ照射条件を調整する具体的な処理については、図5または図6を参照して後述する。
The laser irradiation
レーザ駆動部403は、繰り返し周波数目標値RFTに基づいてレーザ光源20を制御する。具体的には、繰り返し周波数目標値RFTに応じて、固体レーザ発振器201、202にトリガ信号を送信する。固体レーザ発振器201、202は、トリガ信号に同期して、パルスレーザビームを出力する。例えば、2台の固体レーザ発振器201、202から同一のタイミングでパルスレーザビームが出力されるように、固体レーザ発振器201、202に与えられるトリガ信号のタイミングが調整される。
The
2台の固体レーザ発振器201、202から同一のタイミングでパルスレーザビームを出力することにより、レーザパルスのピークパワーを2倍にすることができる。なお、レーザパルス波形が時間軸上で部分的に重なるようにしてもよいし、一方の固体レーザ発振器201からのレーザパルスが立ち下がった後に、他方の固体レーザ発振器202からのレーザパルスが立ち上がるようにしてもよい。
By outputting a pulse laser beam from the two solid-
強度調整部404は、減衰率目標値AFTに基づいて、アッテネータ251を制御する。これにより、アッテネータ251によるパルスレーザビームの減衰率AFが、減衰率目標値AFTに一致する。
The
移動機構駆動部405は、主走査方向移動速度の目標値HSVT及び副走査方向移動距離の目標値VSLTに基づいて、移動機構31を制御する。これにより、ステージ30(図2)の主走査方向移動速度HSV及び副走査方向移動距離VSLが、それぞれ目標値HSVT及び目標値VSLTに等しくなるように移動機構31が駆動される。
The movement
図5に、制御装置40(図4)で実行される処理の一例のフローチャートを示す。ステージ30に基板18を保持した状態で、ステップSA1において、1回目の走査工程を実行する。具体的には、ステージ30を主走査方向37及び副走査方向38(図3A、図3B)に移動させながら、レーザ光源20から出力されたパルスレーザビームを基板18に入射させる。1回目の走査工程におけるレーザ光の強度、主走査方向37及び副走査方向38の重複率として、予め決定された値が採用される。さらに、走査中に、光検出器26が反射光の強度を検出する。
FIG. 5 shows a flowchart of an example of processing executed by the control device 40 (FIG. 4). In a state where the
ステップSA2において、直前の走査工程で測定された反射光の強度が、判定閾値以上か否かを判定する。判定の対象となる反射光の強度として、例えば、パルスレーザビームのショットごとの反射光の強度の平均値が採用される。その他に、反射光の強度として、平均から極端に外れた値を除外して平均値を求めてもよいし、中央値、最頻値等を採用してもよい。 In step SA2, it is determined whether or not the intensity of the reflected light measured in the immediately preceding scanning process is equal to or greater than a determination threshold value. As the intensity of the reflected light to be determined, for example, an average value of the intensity of the reflected light for each shot of the pulse laser beam is employed. In addition, as the intensity of the reflected light, an average value may be obtained by excluding a value extremely deviating from the average, or a median value, a mode value, or the like may be adopted.
反射光の強度が判定閾値以上である場合、ステップSA1に戻って、走査工程を再度実行する。反射光の強度が判定閾値未満である場合には、アニール処理を終了する。 If the intensity of the reflected light is greater than or equal to the determination threshold, the process returns to step SA1 and the scanning process is performed again. If the intensity of the reflected light is less than the determination threshold, the annealing process is terminated.
レーザアニールによりシリサイド反応が進むと、金属膜16(図1E)が薄くなるため、反射光の強度が低下する。実施例においては、シリサイド反応が進んで反射光の強度が判定閾値未満になると、アニール処置が終了する。 When the silicide reaction proceeds by laser annealing, the metal film 16 (FIG. 1E) becomes thin, and the intensity of reflected light decreases. In the embodiment, when the silicide reaction proceeds and the intensity of the reflected light becomes less than the determination threshold, the annealing treatment is finished.
反射光の強度が低下した状態で過度のレーザ照射を行うと、基板18に入射したレーザ光の多くの成分が下地基板10の第2の表面10B(図1F)まで到達する。このため、第2の表面10Bに形成されている素子構造15(図1F)がダメージを受けてしまう。実施例による方法では、反射光の強度が判定閾値未満になると、アニール処理が終了する。このため、過度のレーザ照射に起因する素子構造15の受けるダメージを軽減することができる。
If excessive laser irradiation is performed in a state where the intensity of the reflected light is reduced, many components of the laser light incident on the
図5に示した例では、反射光の強度に基づいて、走査工程を再度実行するか、終了するかが決定される。走査工程の実行回数が調整されることにより、基板18の同一箇所へのショット数が調整される。
In the example shown in FIG. 5, it is determined based on the intensity of the reflected light whether the scanning process is executed again or is finished. By adjusting the number of executions of the scanning process, the number of shots on the same portion of the
図6に、制御装置40(図4)で実行される処理の他の例のフローチャートを示す。ステップSA1において、図5に示した例と同様に、1回目の走査工程を実行するとともに、反射光の強度を測定する。 FIG. 6 shows a flowchart of another example of processing executed by the control device 40 (FIG. 4). In step SA1, as in the example shown in FIG. 5, the first scanning step is executed and the intensity of the reflected light is measured.
ステップSA3において、反射光の強度が第1判定閾値以上か否かを判定する。反射光の強度として、図5に示したステップSA2で判定対象とされた反射光の強度と同様の統計量が採用される。反射光の強度が第1判定閾値以上である場合、ステップSA1に戻って、次の走査工程を実行する。反射光の強度が第1判定閾値未満である場合、ステップSA4において、反射光の強度が第2判定閾値以上か否かを判定する。第2判定閾値は、第1判定閾値より小さく、例えば図5に示したステップSA2で用いられる判定閾値と同一である。 In step SA3, it is determined whether or not the intensity of the reflected light is greater than or equal to a first determination threshold value. As the intensity of the reflected light, a statistic similar to the intensity of the reflected light determined as the determination target in step SA2 shown in FIG. 5 is employed. If the intensity of the reflected light is greater than or equal to the first determination threshold, the process returns to step SA1 to execute the next scanning process. If the intensity of the reflected light is less than the first determination threshold, it is determined in step SA4 whether or not the intensity of the reflected light is greater than or equal to the second determination threshold. The second determination threshold is smaller than the first determination threshold, and is the same as the determination threshold used in step SA2 shown in FIG. 5, for example.
反射光の強度が第2判定閾値未満である場合、アニール処理を終了する。反射光の強度が第2判定閾値以上である場合には、ステップSA5において、レーザ照射条件を変更する。反射光の強度とレーザ照射条件との対応関係は、反射光強度−照射条件対応表408(図4)に定義されている。具体的には、レーザ光の強度及び重複率の少なくとも一方を低下させる。重複率を変化させることは、基板18の同一箇所へのショット数を変化させることに相当する。その後、修正されたレーザ照射条件で、ステップSA1において次の走査工程を実行する。
If the intensity of the reflected light is less than the second determination threshold, the annealing process is terminated. If the intensity of the reflected light is greater than or equal to the second determination threshold, the laser irradiation condition is changed in step SA5. The correspondence relationship between the intensity of the reflected light and the laser irradiation condition is defined in the reflected light intensity-irradiation condition correspondence table 408 (FIG. 4). Specifically, at least one of the intensity of the laser beam and the overlapping rate is reduced. Changing the overlap rate is equivalent to changing the number of shots to the same location on the
反射光の強度が第1判定閾値未満であり、かつ第2判定閾値以上である状態は、十分なシリサイド化が行われていないが、初期のレーザ照射条件で次の走査工程を実行すると、過度の照射が行われて、素子構造15(図1F)がダメージを受ける可能性がある状態に相当する。図6に示した例では、このような状態の時に、レーザ照射条件を変更して次の走査工程が実行される。次の走査工程では、レーザ光の強度及び重複率の少なくとも一方が低下された条件でレーザ照射が行われる。このため、素子構造15が受けるダメージを軽減できるとともに、十分なシリサイド化を行うことが可能になる。
In the state where the intensity of the reflected light is less than the first determination threshold and not less than the second determination threshold, sufficient silicidation is not performed, but if the next scanning process is performed under the initial laser irradiation conditions, Corresponds to a state in which the element structure 15 (FIG. 1F) may be damaged. In the example shown in FIG. 6, in such a state, the next scanning process is executed by changing the laser irradiation condition. In the next scanning step, laser irradiation is performed under a condition in which at least one of the intensity of the laser light and the overlapping rate is reduced. Therefore, damage to the
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。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
10 下地基板
10A 第1の表面
10B 第2の表面
11 ガードリング
12 絶縁膜
13 ショットキ電極
14 表面電極
15 素子構造
16 金属膜
17 金属シリサイド膜
18 基板
19 パルスレーザビーム
20 レーザ光源
21 ビームコンバイナ
25 伝搬光学系
26 光検出器
30 ステージ
31 移動機構
32 基台
35 入射領域
36 軌跡
37 主走査方向
38 副走査方向
40 制御装置
201、202 固体レーザ発振器
251 アッテネータ
252 テレスコープ
253 ホモジナイザ
254 部分反射鏡
351、352、353、354 入射領域
401 反射強度検出部
402 レーザ照射条件調整部
403 レーザ駆動部
404 強度調整部
405 移動機構駆動部
408 反射光強度−照射条件対応表
AF 減衰率
AFT 減衰率目標値
HSV 主走査方向移動速度
HSVT 主走査方向移動速度の目標値
RF 繰り返し周波数
RFT 繰り返し周波数目標値
RM 反射光強度測定値
VSL 副走査方向移動距離
VSLT 副走査方向移動距離の目標値
DESCRIPTION OF
Claims (6)
基板を保持するステージと、
前記レーザ光源から出力された前記パルスレーザビームを、前記ステージに保持された前記基板まで導光する伝搬光学系と、
前記ステージに保持された前記基板の表面において、前記パルスレーザビームの入射位置が移動するように、前記パルスレーザビームの経路及び前記基板の一方を他方に対して移動させる移動機構と、
前記基板からの、前記パルスレーザビームの反射光を検出する光検出器と、
前記光検出器で検出された前記反射光の強度に基づいて、前記基板の同一箇所に入射する前記パルスレーザビームのショット数及び前記パルスレーザビームの強度のうち少なくとも一方を調整する制御装置と
を有するレーザアニール装置。 A laser light source that outputs a pulsed laser beam;
A stage for holding a substrate;
A propagation optical system for guiding the pulse laser beam output from the laser light source to the substrate held on the stage;
A moving mechanism for moving one of the path of the pulse laser beam and the substrate relative to the other so that the incident position of the pulse laser beam moves on the surface of the substrate held on the stage;
A photodetector for detecting reflected light of the pulsed laser beam from the substrate;
A control device that adjusts at least one of the number of shots of the pulsed laser beam and the intensity of the pulsed laser beam incident on the same portion of the substrate based on the intensity of the reflected light detected by the photodetector; Laser annealing apparatus having.
1つの前記走査工程において測定された前記反射光の強度に基づいて、次の前記走査工程における前記パルスレーザビームの強度及び前記重複率の少なくとも一方を調整する請求項1または2に記載のレーザアニール装置。 The control device moves the incident position of the pulse laser beam on the surface of the substrate at a certain overlap rate so that a scanning step of scanning the entire region to be annealed of the substrate is repeated. Controlling the light source and the moving mechanism;
3. The laser annealing according to claim 1, wherein at least one of the intensity of the pulse laser beam and the overlap rate in the next scanning step is adjusted based on the intensity of the reflected light measured in one of the scanning steps. apparatus.
前記金属膜に、前記金属膜で吸収され、かつ前記下地基板を透過する波長域のパルスレーザビームを、同一箇所に複数ショット入射することにより、前記下地基板と前記金属膜とをシリサイド反応させる工程と、
前記基板からの前記パルスレーザビームの反射光の強度を測定する工程と、
前記反射光の強度に基づいて、前記同一箇所に入射する前記パルスレーザビームのショット数及び前記パルスレーザビームの強度のうち少なくとも一方を調整する工程と
を有する半導体素子の製造方法。 Preparing a substrate in which a metal film made of nickel, titanium or tungsten is formed on a first surface of a base substrate made of silicon carbide;
A step of causing the base film and the metal film to undergo a silicidation reaction by injecting a plurality of shots of a pulsed laser beam in a wavelength region that is absorbed by the metal film and transmitted through the base substrate into the metal film. When,
Measuring the intensity of the reflected light of the pulsed laser beam from the substrate;
Adjusting the at least one of the number of shots of the pulse laser beam incident on the same location and the intensity of the pulse laser beam based on the intensity of the reflected light.
1つの前記走査工程において測定された前記反射光の強度に基づいて、次の前記走査工程における前記パルスレーザビームの強度及び前記重複率の少なくとも一方を調整する請求項4または5に記載の半導体素子の製造方法。 In the step of causing the base substrate and the metal film to undergo a silicidation reaction, the entire area of the substrate to be annealed is scanned by moving the incident position of the pulse laser beam at a certain overlap rate on the surface of the substrate. Repeat the scanning process,
6. The semiconductor device according to claim 4, wherein at least one of the intensity of the pulse laser beam and the overlap rate in the next scanning step is adjusted based on the intensity of the reflected light measured in one scanning step. Manufacturing method.
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