JPWO2017188166A1 - レーザアニール方法及びレーザアニール装置 - Google Patents
レーザアニール方法及びレーザアニール装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2017188166A1 JPWO2017188166A1 JP2018514573A JP2018514573A JPWO2017188166A1 JP WO2017188166 A1 JPWO2017188166 A1 JP WO2017188166A1 JP 2018514573 A JP2018514573 A JP 2018514573A JP 2018514573 A JP2018514573 A JP 2018514573A JP WO2017188166 A1 JPWO2017188166 A1 JP WO2017188166A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- silicon wafer
- pulse
- laser beam
- annealing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 title claims description 139
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 57
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 260
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 259
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 259
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 67
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 90
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 36
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 32
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 32
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 22
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 18
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 8
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 219
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 54
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 37
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 36
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 27
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 21
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 19
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 16
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 12
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 12
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 12
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 11
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- LKTZODAHLMBGLG-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon;$l^{2}-alumanylidenesilylidenealuminum Chemical compound [Si]#[Al].[Si]#[Al].[Al]=[Si]=[Al] LKTZODAHLMBGLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N triton Chemical compound [3H+] GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
- H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
- H01L29/66333—Vertical insulated gate bipolar transistors
- H01L29/66348—Vertical insulated gate bipolar transistors with a recessed gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
- H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
- H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
- H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
- H01L29/7397—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/36—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the concentration or distribution of impurities in the bulk material
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
活性化することによってドナーとして作用する複合欠陥を形成する元素が、一方の表面の表層部に注入されたシリコンウエハを準備する工程と、
690nm以上950nm以下の範囲内の波長のパルスレーザビームを、前記シリコンウエハの前記元素が注入されている表面であるレーザ照射面に入射させて前記元素を活性化させる工程と
を有し、
前記元素を活性化させる工程において、前記パルスレーザビームのパルス幅、及びパルスエネルギ密度を、前記レーザ照射面が溶融せず、表面から深さ40μmまでの少なくとも一部の領域の前記元素が活性化する条件で前記パルスレーザビームを前記シリコンウエハに入射させるレーザアニール方法が提供される。
690nm以上950nm以下の範囲内の波長のパルスレーザビームを出力するレーザ光源と、
活性化することによってドナーとして作用する複合欠陥を形成する元素が、一方の表面の表層部に注入されたシリコンウエハを保持するステージと、
前記レーザ光源から出力されたパルスレーザビームを、前記ステージに保持されたシリコンウエハまで伝搬させる伝搬光学系と、
前記レーザ光源を制御する制御装置と
を有し、
前記伝搬光学系は、前記シリコンウエハの表面におけるパルスレーザビームのビーム断面を、幅が200μm以上の一方向に長い形状に整形し、
前記制御装置は、前記レーザ光源から出力されるパルスレーザビームのパルス幅が70μs以上100μs以下、または140μs以上になり、前記シリコンウエハのレーザ照射面の最高到達温度が1414℃未満になる条件を満たすパワーになるように前記レーザ光源を制御するレーザアニール装置が提供される。
厚さ方向の全域にドナーが添加されており、活性化することによってドナーとして作用する複合欠陥を形成する元素が一方の表面の表層部にさらに注入されたシリコンウエハを準備し、
690nm以上950nm以下の範囲内の波長のパルスレーザビームを、前記シリコンウエハの前記元素が注入されている表面であるレーザ照射面に入射させて前記元素を活性化させるレーザアニール方法であって、
前記パルスレーザビームのパルス幅及びパルスエネルギ密度を、前記元素の注入時に前記元素が通過した領域である通過領域に発生したディスオーダー、及びエンドオブレンジ領域に発生したエンドオブレンジ欠陥の少なくとも一方を消滅させることにより、当該領域のキャリア密度を、少なくとも前記元素を注入する前の前記シリコンウエハの初期ドナー濃度まで回復させる条件に設定して前記パルスレーザビームを前記シリコンウエハに入射させるレーザアニール方法。
690nm以上950nm以下の範囲内の波長のパルスレーザビームを出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されたパルスレーザビームをアニール対象のウエハまで伝搬させる伝搬光学系と、
アニール対象のウエハが、活性化することによってドナーとして作用する複合欠陥を形成する元素が一方の表面の表層部に注入され、前記元素を活性化させるための炉アニールを行った後のウエハであるときに適用されるパルスレーザビームの出力条件を規定する第1のレシピ、及びアニール対象のウエハが、前記元素が一方の表面の表層部に注入され、炉アニールが未実施のウエハであるときに適用されるパルスレーザビームの出力条件を規定する第2のレシピを記憶している記憶装置と、
前記レーザ光源を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記第1のレシピ及び前記第2のレシピから、どちらのレシピを適用するかを選択し、
選択されたレシピに基づいて前記レーザ光源を制御するレーザアニール装置が提供される。
次に、IGBTの製造工程について説明する。まず、シリコンウエハの非照射面10Aに、ベース領域11、エミッタ領域12、ゲート電極13、ゲート絶縁膜14、及びエミッタ電極15(図1A)を含む素子構造を形成する。非照射面10Aの素子構造は、公知の半導体プロセスにより形成される。
次に、第3の層16b(図1B)に注入されたプロトンを、レーザアニールによって活性化させるための好適な条件について説明する。
次に、プロトンが注入された5μmより深い領域を加熱するために、侵入長の長い波長域のレーザビームを用いたアニールにおける加熱の過程について、図2A〜図3を参照して説明する。
次に、図4A〜図4Cを参照して、実施例によるレーザアニール方法について説明する。
次に、シリコンウエハ10のレーザ照射面10Bの最高到達温度がシリコンの融点である約1414℃よりわずかに低い温度に達するという条件で、炉アニールを併用することなくレーザアニールによってプロトンを活性化させ、かつディスオーダーを消滅させるためのビームサイズ、レーザ発振形態、及びパルス幅(加熱時間)の好ましい条件について説明する。
図6A、図6B、及び図7を参照して、ビームサイズの好適条件について説明する。シリコンウエハにレーザビームが入射すると、光エネルギがシリコンウエハの表層部で吸収されて熱に変換され、その熱が深部に拡散する。深さ10μm程度の深い領域に注入されたプロトンを活性化させるためには、深部に向かって熱を効率的に拡散させることが必要である。
次に、レーザ発振形態の好適な条件について説明する。連続発振のレーザを用いてアニールを行う場合には、シリコンウエハの表面におけるビームスポットの大きさと移動速度とによって、加熱時間が決まる。連続発振のレーザを用いたアニールでは、シリコンウエハにレーザが常時照射されているため、シリコンウエハの温度を容易に高めることができる。言い換えると、非照射面の温度も上昇し易い。これに対し、パルスレーザを用いる場合には、パルス幅によって加熱時間が決まる。レーザ発振のデューティ比を小さくすると、シリコンウエハへの蓄熱を低減することができる。このため、非照射面の温度の上昇を抑制することが可能である。
次に、図8〜図10を参照して、パルス幅の好適条件について説明する。パルス幅が90μs、80μs、70μs、及び60μsの4つの条件でレーザアニールを行い、深さ方向に関するキャリア密度分布を測定する評価実験を行った。シリコンウエハとして、ドーズ量を1×1014cm−2、投影飛程Rpを5μmとした条件でプロトンを注入したものを用いた。
次に、図1A、図11A〜図11Eを参照して、IGBTの製造方法について、コレクタ層及びバッファ層の形成工程に着目して説明する。図1Aに示すように、シリコンウエハ10の非照射面10Aに、ベース領域11、エミッタ領域12、ゲート電極13、ゲート絶縁膜14、及びエミッタ電極15からなる素子構造を形成する。素子構造を形成した後、シリコンウエハ10のレーザ照射面10Bを研削することにより、厚さを50μm〜200μmの範囲内まで薄くする。
次に、図13A〜図13Eを参照して、IGBTの他の製造方法について説明する。以下、図11A〜図11Eに示した製造方法との相違点について説明し、共通の工程については説明を省略する。
次に、図14〜図16を参照して、実施例によるレーザアニール装置について説明する。
次に、プロトン注入によって発生したディスオーダーを回復させるレーザアニールを行う前に、プロトンが既に活性化されている例について説明する。
10A 非照射面
10B レーザ照射面
11 p型のベース領域
12 n型のエミッタ領域
13 ゲート電極
14 ゲート絶縁膜
15 エミッタ電極
16 n型のバッファ層
16a リンが注入された第2の層
16b プロトンが注入された第3の層
17 p型のコレクタ層
17a ボロンが注入された第1の層
18 コレクタ電極
20 シリコンウエハ
21 シリコンウエハの表面
22 プロトン注入領域
22a プロトンの活性化によるn型層
23 ディスオーダー
30 シリコンウエハ
31 プロトン注入層
31a プロトンの活性化によるn型層
32 ディスオーダー
40 制御装置
40a レシピ選択部
40b レーザ光源制御部
41 レーザダイオード
42 アッテネータ
43 ビームエキスパンダ
44 ホモジナイザ
45 ダイクロイックミラー
46 集光レンズ
47 伝搬光学系
51 固体レーザ発振器
52 アッテネータ
53 ビームエキスパンダ
54 ホモジナイザ
55 ベンディングミラー
61 ステージ
64 記憶装置
65 入力装置
66 出力装置
68 第1のレシピ
69 第2のレシピ
Claims (23)
- 活性化することによってドナーとして作用する複合欠陥を形成する元素が、一方の表面の表層部に注入されたシリコンウエハを準備する工程と、
690nm以上950nm以下の範囲内の波長のパルスレーザビームを、前記シリコンウエハの前記元素が注入されている表面であるレーザ照射面に入射させて前記元素を活性化させる工程と
を有し、
前記元素を活性化させる工程において、前記パルスレーザビームのパルス幅、及びパルスエネルギ密度を、前記レーザ照射面が溶融せず、表面から深さ40μmまでの少なくとも一部の領域の前記元素が活性化する条件で前記パルスレーザビームを前記シリコンウエハに入射させるレーザアニール方法。 - 前記パルスレーザビームのパルス幅を70μs以上100μs以下に設定し、パルスエネルギ密度を、表面から深さ20μmまでの少なくとも一部の領域の前記元素が活性化し、前記シリコンウエハの前記レーザ照射面とは反対側の非照射面の最高到達温度が400℃を超えない条件に設定する請求項1に記載のレーザアニール方法。
- 前記パルスレーザビームのパルス幅を140μs以上に設定する請求項1に記載のレーザアニール方法。
- 前記レーザ照射面における前記パルスレーザビームのビーム断面は、一方向に長い形状であり、前記ビーム断面の幅が200μm以上である請求項1乃至3のいずれか1項に記載のレーザアニール方法。
- 前記パルスレーザビームの発振のデューティ比が5%以下である請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレーザアニール方法。
- 前記パルスレーザビームが前記レーザ照射面に入射することによる前記レーザ照射面の最高到達温度が1000℃以上で、かつシリコンの融点以下である請求項1乃至5のいずれか1項に記載のレーザアニール方法。
- 前記シリコンウエハの厚さ方向の全域にドナーが初期ドナー濃度となるように添加されており、
前記元素を活性化させる工程において、前記パルスレーザビームのパルス幅及びパルスエネルギ密度を、前記元素の注入時に前記元素が通過した領域である通過領域に発生したディスオーダー、及びエンドオブレンジ領域に発生したエンドオブレンジ欠陥の少なくとも一方を消滅させることにより、当該領域のキャリア密度を、少なくとも前記元素を注入する前の前記シリコンウエハの前記初期ドナー濃度まで回復させる条件に設定して前記パルスレーザビームを前記シリコンウエハに入射させる請求項1乃至6のいずれか1項に記載のレーザアニール方法。 - 690nm以上950nm以下の範囲内の波長のパルスレーザビームを出力するレーザ光源と、
活性化することによってドナーとして作用する複合欠陥を形成する元素が、一方の表面の表層部に注入されたシリコンウエハを保持するステージと、
前記レーザ光源から出力されたパルスレーザビームを、前記ステージに保持されたシリコンウエハまで伝搬させる伝搬光学系と、
前記レーザ光源を制御する制御装置と
を有し、
前記伝搬光学系は、前記シリコンウエハの表面におけるパルスレーザビームのビーム断面を、幅が200μm以上の一方向に長い形状に整形し、
前記制御装置は、前記レーザ光源から出力されるパルスレーザビームのパルス幅が70μs以上100μs以下、または140μs以上になり、前記シリコンウエハのレーザ照射面の最高到達温度が1414℃未満になる条件を満たすパワーになるように前記レーザ光源を制御するレーザアニール装置。 - 前記制御装置は、前記パルスレーザビームの発振のデューティ比が5%以下になるように前記レーザ光源を制御する請求項8に記載のレーザアニール装置。
- さらに、入力装置及び出力装置を有し、
前記制御装置に、前記シリコンウエハの表面が溶融しない条件で、前記パルスレーザビームを前記シリコンウエハに入射させた時に、入射する前記パルスレーザビームのパルス幅と、前記シリコンウエハに注入されている元素が活性化する深さの範囲との関係が記憶されており、
前記制御装置は、
前記入力装置から、活性化させるべき深さの範囲が入力されると、入力された深さの範囲と、前記関係とに基づいて、パルス幅の推奨範囲を求め、前記推奨範囲を前記出力装置に出力する請求項8または9に記載のレーザアニール装置。 - 厚さ方向の全域にドナーが添加されており、活性化することによってドナーとして作用する複合欠陥を形成する元素が一方の表面の表層部にさらに注入されたシリコンウエハを準備し、
690nm以上950nm以下の範囲内の波長のパルスレーザビームを、前記シリコンウエハの前記元素が注入されている表面であるレーザ照射面に入射させるレーザアニール方法であって、
前記パルスレーザビームのパルス幅及びパルスエネルギ密度を、前記元素の注入時に前記元素が通過した領域である通過領域に発生したディスオーダー、及びエンドオブレンジ領域に発生したエンドオブレンジ欠陥の少なくとも一方を消滅させることにより、当該領域のキャリア密度を、少なくとも前記元素を注入する前の前記シリコンウエハの初期ドナー濃度まで回復させる条件に設定して前記パルスレーザビームを前記シリコンウエハに入射させるレーザアニール方法。 - 前記パルスレーザビームのパルス幅及びパルスエネルギ密度を、さらに前記シリコンウエハの前記レーザ照射面とは反対側の非照射面の最高到達温度が400℃を超えない条件に設定する請求項11に記載のレーザアニール方法。
- 前記パルスレーザビームのパルス幅及びパルスエネルギ密度を、さらに前記シリコンウエハの前記レーザ照射面から深さ40μmまでの少なくとも一部の領域の前記元素が活性化する条件に設定する請求項11または12に記載のレーザアニール方法。
- 前記パルスレーザビームのパルス幅が70μs以上100μs以下に設定され、パルスエネルギ密度が、前記シリコンウエハの前記レーザ照射面から深さ20μmまでの少なくとも一部の領域の前記元素が活性化する条件に設定されている請求項11乃至13のいずれか1項に記載のレーザアニール方法。
- 前記パルスレーザビームのパルス幅が140μs以上に設定され、パルスエネルギ密度が、前記シリコンウエハの前記レーザ照射面から深さ40μmまでの少なくとも一部の領域の前記元素が活性化する条件に設定されている請求項11乃至13のいずれか1項に記載のレーザアニール方法。
- 前記レーザ照射面における前記パルスレーザビームのビーム断面は一方向に長い形状であり、前記ビーム断面の幅が200μm以上である請求項11乃至15のいずれか1項に記載のレーザアニール方法。
- 前記パルスレーザビームの発振のデューティ比が5%以下である請求項11乃至16のいずれか1項に記載のレーザアニール方法。
- 前記パルスレーザビームが前記レーザ照射面に入射することによる前記レーザ照射面の最高到達温度が1000℃以上で、かつシリコンの融点以下である請求項11乃至17のいずれか1項に記載のレーザアニール方法。
- 前記シリコンウエハの前記元素は、前記パルスレーザビームを入射させる前に活性化されており、前記シリコンウエハに前記ディスオーダー及び前記エンドオブレンジ欠陥が残留している請求項11または12に記載のレーザアニール方法。
- 前記パルスレーザビームを前記シリコンウエハに入射させる工程において、前記レーザ照射面の所定の領域内で前記パルスレーザビームの複数回の走査を行い、
前記パルスレーザビームのパルス幅及びパルスエネルギ密度は、前記パルスレーザビームを1回走査しただけでは前記ディスオーダー及び前記エンドオブレンジ欠陥のいずれも消滅させることはできないが、前記複数回の走査によって前記ディスオーダー及び前記エンドオブレンジ欠陥の少なくとも一方を消滅させることができる条件に設定されている請求項11乃至13のいずれか1項に記載のレーザアニール方法。 - 690nm以上950nm以下の範囲内の波長のパルスレーザビームを出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されたパルスレーザビームをアニール対象のウエハまで伝搬させる伝搬光学系と、
アニール対象のウエハが、活性化することによってドナーとして作用する複合欠陥を形成する元素が一方の表面の表層部に注入され、前記元素を活性化させるための炉アニールを行った後のウエハであるときに適用されるパルスレーザビームの出力条件を規定する第1のレシピ、及びアニール対象のウエハが、前記元素が一方の表面の表層部に注入され、炉アニールが未実施のウエハであるときに適用されるパルスレーザビームの出力条件を規定する第2のレシピを記憶している記憶装置と、
前記レーザ光源を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記第1のレシピ及び前記第2のレシピから、どちらのレシピを適用するかを選択し、
選択されたレシピに基づいて前記レーザ光源を制御するレーザアニール装置。 - さらに、アニール対象のウエハが炉アニールを行った後のウエハであるか、炉アニールが未実施のウエハであるかを示す情報が入力される入力装置を有し、
前記制御装置は、前記入力装置に入力された情報に基づいて、前記第1のレシピ及び前記第2のレシピから、どちらのレシピを適用するかを選択する請求項21に記載のレーザアニール装置。 - さらに出力装置を有し、
前記制御装置は、前記出力装置に、アニール対象のウエハが炉アニールを行った後のウエハであるか、炉アニールが未実施のウエハであるかの選択をオペレータに促す情報を出力させる請求項22に記載のレーザアニール装置。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016089018 | 2016-04-27 | ||
JP2016089018 | 2016-04-27 | ||
JP2016187992 | 2016-09-27 | ||
JP2016187992 | 2016-09-27 | ||
PCT/JP2017/016132 WO2017188166A1 (ja) | 2016-04-27 | 2017-04-24 | レーザアニール方法及びレーザアニール装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2017188166A1 true JPWO2017188166A1 (ja) | 2019-03-07 |
JP6910742B2 JP6910742B2 (ja) | 2021-07-28 |
Family
ID=60161645
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018514573A Active JP6910742B2 (ja) | 2016-04-27 | 2017-04-24 | レーザアニール方法及びレーザアニール装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3451365B1 (ja) |
JP (1) | JP6910742B2 (ja) |
KR (1) | KR102371864B1 (ja) |
CN (1) | CN109075042B (ja) |
WO (1) | WO2017188166A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021082725A (ja) * | 2019-11-20 | 2021-05-27 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
CN111354639A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-06-30 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | Igbt器件的制备方法及igbt器件 |
JP7475779B2 (ja) * | 2020-06-04 | 2024-04-30 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
CN112435921B (zh) * | 2020-11-05 | 2024-05-17 | 北京华卓精科科技股份有限公司 | 一种功率器件的激光退火方法和激光退火系统 |
CN112435920B (zh) * | 2020-11-05 | 2024-02-23 | 北京华卓精科科技股份有限公司 | 一种长波长激光退火方法及装置 |
JP2022112689A (ja) * | 2021-01-22 | 2022-08-03 | 株式会社 日立パワーデバイス | 半導体装置の製造方法、半導体装置、半導体モジュールおよび電力変換装置 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003059856A (ja) * | 2001-08-09 | 2003-02-28 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
JP2006344977A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Infineon Technologies Ag | 阻止ゾーンを半導体基板に製造する方法、および、阻止ゾーンを有する半導体部品 |
JP2009099705A (ja) * | 2007-10-16 | 2009-05-07 | Toyota Motor Corp | 半導体装置の製造方法 |
JP2009176892A (ja) * | 2008-01-23 | 2009-08-06 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
WO2013108911A1 (ja) * | 2012-01-19 | 2013-07-25 | 富士電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
WO2016080288A1 (ja) * | 2014-11-17 | 2016-05-26 | 富士電機株式会社 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4614747B2 (ja) * | 2004-11-30 | 2011-01-19 | 住友重機械工業株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
US7800081B2 (en) * | 2007-11-08 | 2010-09-21 | Applied Materials, Inc. | Pulse train annealing method and apparatus |
US20090120924A1 (en) * | 2007-11-08 | 2009-05-14 | Stephen Moffatt | Pulse train annealing method and apparatus |
JP5641965B2 (ja) * | 2011-02-09 | 2014-12-17 | 住友重機械工業株式会社 | レーザアニール方法及びレーザアニール装置 |
US20130017674A1 (en) * | 2011-07-13 | 2013-01-17 | Toshiba America Electronic Components, Inc. | Cryogenic silicon ion-implantation and recrystallization annealing |
JP5726031B2 (ja) * | 2011-09-27 | 2015-05-27 | 住友重機械工業株式会社 | レーザアニール装置及びレーザアニール方法 |
JP5880691B2 (ja) | 2012-03-30 | 2016-03-09 | 富士電機株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
TWI545627B (zh) * | 2012-06-13 | 2016-08-11 | Sumitomo Heavy Industries | 半導體裝置的製造方法及雷射退火裝置 |
US9490128B2 (en) * | 2012-08-27 | 2016-11-08 | Ultratech, Inc. | Non-melt thin-wafer laser thermal annealing methods |
-
2017
- 2017-04-24 WO PCT/JP2017/016132 patent/WO2017188166A1/ja active Application Filing
- 2017-04-24 CN CN201780026141.2A patent/CN109075042B/zh active Active
- 2017-04-24 JP JP2018514573A patent/JP6910742B2/ja active Active
- 2017-04-24 EP EP17789448.2A patent/EP3451365B1/en active Active
- 2017-04-24 KR KR1020187030696A patent/KR102371864B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003059856A (ja) * | 2001-08-09 | 2003-02-28 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
JP2006344977A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Infineon Technologies Ag | 阻止ゾーンを半導体基板に製造する方法、および、阻止ゾーンを有する半導体部品 |
JP2009099705A (ja) * | 2007-10-16 | 2009-05-07 | Toyota Motor Corp | 半導体装置の製造方法 |
JP2009176892A (ja) * | 2008-01-23 | 2009-08-06 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
WO2013108911A1 (ja) * | 2012-01-19 | 2013-07-25 | 富士電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
WO2016080288A1 (ja) * | 2014-11-17 | 2016-05-26 | 富士電機株式会社 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109075042B (zh) | 2023-11-14 |
EP3451365A1 (en) | 2019-03-06 |
EP3451365B1 (en) | 2023-08-16 |
EP3451365A4 (en) | 2020-09-30 |
WO2017188166A1 (ja) | 2017-11-02 |
KR102371864B1 (ko) | 2022-03-07 |
KR20180134924A (ko) | 2018-12-19 |
CN109075042A (zh) | 2018-12-21 |
JP6910742B2 (ja) | 2021-07-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6910742B2 (ja) | レーザアニール方法及びレーザアニール装置 | |
US8309474B1 (en) | Ultrafast laser annealing with reduced pattern density effects in integrated circuit fabrication | |
US9653299B2 (en) | Semiconductor device producing method | |
EP2674967B1 (en) | Laser annealing method and laser annealing apparatus | |
US9302348B2 (en) | Ultrafast laser annealing with reduced pattern density effects in integrated circuit fabrication | |
EP2674968B1 (en) | Semiconductor device manufacturing method and laser annealing apparatus | |
JP2010283325A (ja) | 半導体素子の製造方法及びレーザアニール装置 | |
JP6004765B2 (ja) | 半導体装置の製造方法及びレーザアニール装置 | |
JP5661009B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP2011114052A (ja) | 半導体基板の製造方法及びレーザアニール装置 | |
JP6143650B2 (ja) | 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置 | |
JP2012156390A (ja) | レーザアニール方法及びレーザアニール装置 | |
JP2008270243A (ja) | 半導体デバイスの製造方法 | |
JP6338512B2 (ja) | 半導体装置の製造方法及びレーザアニール装置 | |
JP2014195004A (ja) | 半導体素子の製造方法及び半導体素子の製造装置 | |
WO2022176443A1 (ja) | 半導体素子の製造方法及び半導体素子 | |
JP6497903B2 (ja) | レーザアニール装置 | |
JP6143591B2 (ja) | 半導体装置の製造方法及び製造装置 | |
JP6732371B2 (ja) | レーザアニール装置 | |
JP2013065586A (ja) | 半導体装置の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191015 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20201201 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210201 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210706 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210706 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6910742 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |