JPWO2019244665A1 - 半導体装置のレーザーアニール方法、半導体装置、レーザーアニール方法、レーザーアニール装置の制御装置およびレーザーアニール装置 - Google Patents

半導体装置のレーザーアニール方法、半導体装置、レーザーアニール方法、レーザーアニール装置の制御装置およびレーザーアニール装置 Download PDF

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Abstract

半導体装置のレーザーアニール方法は、半導体基板に不純物を添加する第１工程と、不純物が添加された領域に、複数回パルスレーザービームを照射して半導体基板のアニールを行う第２工程と、を含む。第２工程では、不純物が添加された領域の一部の第１領域にパルスレーザービームを照射した後、所定の時間間隔後、第１領域と隣接する第２領域にパルスレーザービームを照射する。所定の時間間隔は、パルスレーザービームのパルス間隔より大きい。

Description

この発明は、半導体装置のレーザーアニール方法、半導体装置、レーザーアニール方法、レーザーアニール装置の制御装置およびレーザーアニール装置に関する。
従来、半導体装置を作製（製造）する際に、半導体基板（半導体ウエハ）に形成されるイオン注入層の活性化を目的とするアニール熱処理を、レーザー照射エネルギーによる温度上昇を利用したレーザーアニール処理により行っている。
また、深い領域に注入されたイオンを活性化するため、赤外線領域の波長（例えば、８０８ｎｍ）を利用した赤外（ＩＲ：ｉｎｆｒａｒｅｄ）レーザーアニールが行われている。１回のレーザー照射で半導体基板の全面に照射できないため、複数のショットを繰り返し行っている。この際、レーザーアニール装置に、オーバーラップ率を設定して、レーザーの１ショットを少しずつずらして連続的に同じ箇所に複数回レーザー照射を行っている。
図１９は、従来のレーザーアニール方法における照射イメージを示す上面図である。図１９はオーバーラップ率を５０％／５０％に設定した場合の例である。オーバーラップ率とは、スキャン方向（ｙ軸方向）に照射領域を重ね合わせ（オーバーラップ）する割合と、ステップ方向に（ｘ軸方向）に照射領域を重ね合わせする割合とを示すレーザーアニール装置の主要なパラメータである。５０％／５０％の場合、スキャン方向に５０％重ね合わせし、ステップ方向に５０％重ね合わせする。ここで最初の５０％がスキャン方向のオーバーラップ率であり、次の５０％がステップ方向のオーバーラップ率である。
図１９において、ｙ軸方向は、スキャン方向と呼ばれ、ｘ軸方向はステップ方向と呼ばれる。図１９で照射領域Ｌがレーザーの１ショットを示す。また、図１９では半導体基板の各領域を矩形で示しており、以下特定の矩形の領域を座標で示す。例えば、図１９で最も左側（ｘ軸の負の方向）で、最も上側（ｙ軸の負の方向）の領域は（０、０）領域と表し、（０、０）領域の右側（ｘ軸の正の方向）を（１、０）領域と表し、（０、０）領域の下側（ｙ軸の正の方向）を（０、１）領域と表す。
最初に、図１９（ａ）に示すように、レーザーは（０、０）領域と（０、１）領域を照射する。次に、図１９（ｂ）に示すように、スキャン方向下側（ｙ軸正の方向）に移動して、レーザーは（０、１）領域と（０、２）領域を照射する。このように、図１９（ａ）で照射した領域の５０％が再度照射される。この後同様に、図１９（ｃ）〜図１９（ｆ）に示すように照射した領域の５０％を再度照射するようにして、スキャン方向下側に移動してレーザーの照射を行う。
次に、図１９（ｆ）のように半導体基板の端部の（０、５）領域と（０、６）領域の照射を行ったら、図１９（ｇ）に示すように、ステップ方向右側（ｘ軸正の方向）に移動して、レーザーは（０、５）領域と（０、６）領域の半分と（１、５）領域と（１、６）領域の半分の照射を行う。この後、図１９（ｈ）に示すように、スキャン方向上側（ｙ軸負の方向）に移動して、レーザーは（０、４）領域と（０、５）領域の半分と（１、４）領域と（１、５）領域の半分の照射を行う。この後同様に、図１９（ｉ）〜図１９（ｌ）に示すように照射した領域の５０％を再度照射するようにして、スキャン方向にレーザーの照射を行う。
このように、スキャン方向に５０％重ね合わせし、ステップ方向に５０％重ね合わせすることで、５０％／５０％のオーバーラップ率では、レーザー照射を行う領域の外周の部分を除いて、１つの領域に４回のレーザー照射が行われる。
オーバーラップ率は、このほかに６７％／５０％や６７％／６７％などに設定することも可能である。６７％の場合は、２／３の部分がオーバーラップすることになり、１つの領域に照射されるレーザーの回数が増えていく。例えば、オーバーラップ率６７％／５０％の場合、レーザー照射を行う領域の外周の部分を除いて、１つの領域に６回のレーザー照射が行われる。
このように、連続的に同じ箇所に複数回レーザー照射を行うことで、対象の温度が高まり、半導体基板内に熱が蓄積していき、イオン注入にした不純物の活性化が促進される。これにより、イオン注入で生じた結晶欠陥が回復し、また、不純物の活性化によりｎ型またはｐ型の活性層が形成される。
また、高品質のアニールを行うため、入射順序が連続する任意の２つのレーザーパルスの入射領域が重複部分をもたないように、不純物が添加された半導体基板に複数のレーザーパルスを入射させるレーザーアニール方法が公知である（下記、特許文献１参照）。
また、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などの不純物活性化を十分な深さまで効果的に行うことを可能にするレーザーアニール方法が公知である（下記、特許文献２参照）。このレーザーアニール方法では、パルス波形の最大強度の１０％から９０％にまで到達する立ち上がり時間が１６０ｎｓ以上で、立ち上がり時間とパルス波形の最大強度の９０％から１０％にまで到達する立ち下がり時間との比が１より大きいレーザーパルスを用いる。このレーザーパルスを走査しながら半導体ウエハに繰り返し重複照射し、半導体ウエハが非溶融で処理層が非溶解状態を維持し、または表層のみが溶融して表層を除く処理層が非溶解状態を維持するようにして半導体ウエハの熱処理を行う。この方法では、パルスレーザーの光侵入長を長くでき、目標とする深い領域（例えば２μｍ以上）まで活性化が可能となる。
特開２０１２−４４０４６号公報 特開２０１３−１３８２５２号公報
しかしながら、深い領域のイオンを活性化させる赤外レーザー（以下、ＩＲレーザーとする）は、エネルギー密度が高く設定される。例えば、表面領域のイオンを活性化させるグリーン（Ｇｒｅｅｎ）レーザーより３〜６倍程度エネルギー密度が高く設定される。このため、シリコン（Ｓｉ）結晶の発熱が大きく、レーザー照射により半導体ウエハの照射面に発生した熱が、反対側の非照射面まで伝わり、非照射面の温度が上昇してしまう。通常、半導体ウエハの非照射面に素子構造が形成されており、素子構造を保護するために保護テープ等の保護膜が非照射面に貼り付けられている。
この保護膜及び接着剤には、通常、２００℃〜３００℃程度の耐熱性しかない。非照射面が耐熱温度以上まで上昇すると、保護膜に発泡や変質が生じる場合がある。その結果、保護膜の除去工程で保護膜を半導体ウエハから除去し難くなってしまう。また、保護膜の損傷が生じ、例えば、保護膜がレジストであれば、レジストの焼き付き、ステージ側へのレジストの転写等が生じる。保護膜がテープやガラス補強であれば、補強剤の変質、変形や接着剤（糊）の残渣が懸念される。
図２０は、従来のレーザーアニール方法でレーザー照射後のレジストの状態を示す上面図である。この図は、ＩＲレーザーのエネルギー密度を５．４Ｊ／ｃｍ2、オーバーラップ率を６７％／５０％、ＩＲレーザーのパルス幅を２０μｓ、周波数を１ｋＨｚにして、レーザーアニール方法を行った後の結果である。図２０において、下図は倍率５倍のレジスト状態を示し、上図は倍率５０倍のレジスト状態を示す。図２０に示すように従来のレーザーアニール方法では、非照射面の表面保護膜までに熱が伝わり温度が上昇し保護膜の耐熱温度を超え、保護膜に損傷が発生している。保護膜の損傷により、半導体装置の表面を保護できず、半導体装置の製造を進めることができなくなり、不良品となってしまう。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、保護膜が設けられた非照射面側の発熱を抑えることで、保護膜を損傷させず、照射面側の表層部を十分アニールすることができる半導体装置のレーザーアニール方法、半導体装置、レーザーアニール方法、レーザーアニール装置の制御装置およびレーザーアニール装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、次の特徴を有する。半導体基板に不純物を添加する第１工程と、前記不純物が添加された領域に、複数回パルスレーザービームを照射して前記半導体基板のアニールを行う第２工程と、を含む。前記第２工程では、前記不純物が添加された領域の一部の第１領域に前記パルスレーザービームを照射した後、所定の時間間隔後、前記第１領域と隣接する第２領域に前記パルスレーザービームを照射する。
また、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記所定の時間間隔は、前記パルスレーザービームのパルス間隔より大きいことを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記第２工程では、連続する前記パルスレーザービームの照射領域間が所定の間隔以上離れていることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記所定の間隔は、前記照射領域の幅または高さの０％より大きく、１００％以下であることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記所定の間隔は、前記照射領域の高さの１／２、２／３または前記照射領域の高さであることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記第２工程より前に、前記半導体基板の一方の面に保護膜を形成する工程をさらに含み、前記第２工程では、前記保護膜が形成された面と反対側の面から前記パルスレーザービームを照射することを特徴とする。
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。第１導電型の半導体基板のおもて面に第２導電型の第１半導体層が設けられる。前記第１半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に第１導電型の第１半導体領域が設けられる。前記半導体基板の、前記第１半導体層に対して反対側の表面層に選択的に、前記半導体基板より高不純物濃度の第１導電型の第２半導体層が設けられる。前記第１半導体領域と前記半導体基板とに挟まれた前記第１半導体層の表面上の少なくとも一部にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられる。前記第１半導体領域と前記第１半導体層の表面に第１電極が設けられる。前記第２半導体層の表面に第２電極が設けられる。前記第２半導体層は、前記半導体基板に不純物を添加し、前記不純物が添加された領域の一部の第１領域に前記パルスレーザービームを照射した後、所定の時間間隔後、前記第１領域と隣接する第２領域に前記パルスレーザービームを照射して、前記半導体基板のアニールを行うことで形成される。
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかるレーザーアニール方法は、次の特徴を有する。ショット間でパルスレーザービームが入射する領域が重ならないように、パルスレーザービームでアニール対象物の表面を走査する単位工程を複数回繰り返して前記アニール対象物をアニールするレーザーアニール方法であって、１つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域と、他の１つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域とが部分的に重なるように、前記アニール対象物の表面を走査する。
また、この発明にかかるレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記単位工程の各々は、パルスレーザービームの入射する領域をショットごとに一方向に等間隔で移動させる工程を含むことを特徴とする。
また、この発明にかかるレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記アニール対象物の表面に、アニールすべきアニール対象領域が画定されており、パルスレーザービームのビーム断面内において、光強度が最大値の９０％以上となる部分が入射した領域が、前記アニール対象領域を隈なく覆うように、複数の前記単位工程を繰り返すことを特徴とする。
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかるレーザーアニール装置の制御装置は、次の特徴を有する。パルスレーザービームでアニール対象物の表面を走査するレーザーアニール装置の制御装置である。制御装置は、ショット間でパルスレーザービームが入射する領域が重ならないように、パルスレーザービームで前記アニール対象物の表面を走査する単位工程を複数回繰り返して前記アニール対象物をアニールする機能、及び１つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域と、他の１つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域とが部分的に重なるように、前記アニール対象物の表面を走査する機能を有する。
また、この発明にかかるレーザーアニール装置の制御装置は、上述した発明において、前記単位工程の各々において、パルスレーザービームの入射する領域をショットごとに一方向に等間隔で移動させる機能をさらに有することを特徴とする。
また、この発明にかかるレーザーアニール装置の制御装置は、上述した発明において、前記アニール対象物の表面に、アニールすべきアニール対象領域が画定されており、パルスレーザービームのビーム断面内において、光強度が最大値の９０％以上となる部分が入射した領域が、前記アニール対象領域を隈なく覆うように、複数の前記単位工程を繰り返す機能を、さらに有することを特徴とする。
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかるレーザーアニール装置は、次の特徴を有する。レーザーアニール装置は、パルスレーザービームを出力するレーザー光源と、前記レーザー光源から出力されたパルスレーザービームが入射する位置に保持されたアニール対象物の表面を前記レーザー光源から出力されたパルスレーザービームで走査する走査機構と、前記レーザー光源及び前記走査機構を制御する制御装置とを有する。前記制御装置は、前記レーザー光源及び前記走査機構を制御して、前記レーザー光源から出力されたパルスレーザービームで、ショット間でパルスレーザービームが入射する領域が重ならないように前記アニール対象物の表面を走査する単位工程を複数回繰り返して前記アニール対象物をアニールする機能、及び１つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域と、他の１つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域とが部分的に重なるように、前記アニール対象物の表面を走査する機能を有する。
上述した発明によれば、半導体装置のレーザーアニール方法は、オーバーラップ率を０％より小さくしている。これにより、レーザーがある領域に照射された後、隣接する領域へのレーザー照射までに時間間隔が生じ、半導体ウエハの上昇した熱が下がる時間を生じさせ、非照射面側の発熱を抑えることができる。このため、ＩＲレーザーアニールによる深い領域の活性化の際に、保護膜を損傷することなく、半導体装置を不良とすることがない。
本発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法、半導体装置、レーザーアニール方法、レーザーアニール装置の制御装置およびレーザーアニール装置によれば、保護膜が設けられた非照射面側の発熱を抑えることで、保護膜を損傷させず、照射面側の表層部を十分アニールすることができるという効果を奏する。
図１は、実施の形態にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。 図２は、実施の形態にかかる半導体装置の製造途中を示す断面図である。 図３は、実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 図４は、実施の形態にかかるレーザーアニール方法における照射イメージを示す上面図である（その１）。 図５は、実施の形態にかかるレーザーアニール方法における照射イメージを示す上面図である（その２）。 図６は、実施の形態にかかるレーザーアニール装置のレーザーパルスを示すグラフである。 図７Ａは、実施の形態にかかるレーザーアニール方法の半導体ウエハ上での照射イメージを示す上面図である（その１）。 図７Ｂは、実施の形態にかかるレーザーアニール方法の半導体ウエハ上での照射イメージを示す上面図である（その２）。 図８は、実施例および比較例のオーバーラップ率と評価結果を示す表である。 図９は、実施例にかかるレーザーアニール方法でレーザー照射後のレジストの状態を示す上面図である。 図１０は、実施例にかかるレーザーアニール装置を示す概略図である。 図１１Ａは、アニール対象物の表面をパルスレーザービームで走査するときの走査経路を示す図である。 図１１Ｂは、ビーム断面の平面形状及びビームプロファイルを示す図である。 図１２は、ビーム断面の幅方向（ｘ軸方向）のビームプロファイルを示すグラフである。 図１３Ａは、１回目の単位工程で、パルスレーザービームが入射した領域、及びｘ軸方向に関する照射回数の分布を示す図である。 図１３Ｂは、２回目の単位工程で、パルスレーザービームが入射した領域、及びｘ軸方向に関する照射回数の分布を示す図である。 図１３Ｃは、３回目の単位工程で、パルスレーザービームが入射した領域、及びｘ軸方向に関する照射回数の分布を示す図である。 図１３Ｄは、４回目の単位工程で、パルスレーザービームが入射した領域、及びｘ軸方向に関する照射回数の分布を示す図である。 図１３Ｅは、５回目の単位工程で、パルスレーザービームが入射した領域、及びｘ軸方向に関する照射回数の分布を示す図である。 図１４Ａは、シミュレーションによるアニール対象の断面構造を示す図である。 図１４Ｂは、３ショット照射の場合の温度の時間変化を示すグラフである。 図１５Ａは、アニール対象物の上面、深さ１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、１０μｍ、及び裏面の位置における最高到達温度のシミュレーション結果を示す図表である。 図１５Ｂは、１ショット照射の場合の最高到達温度と、複数ショット照射の場合の最高到達温度との差を示すグラフである。 図１６Ａは、他の実施例によるアニール方法における１回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。 図１６Ｂは、他の実施例によるアニール方法における２回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。 図１６Ｃは、他の実施例によるアニール方法における３回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。 図１６Ｄは、他の実施例によるアニール方法における４回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。 図１６Ｅは、他の実施例によるアニール方法における５回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。 図１６Ｆは、他の実施例によるアニール方法における６回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。 図１７Ａは、さらに他の実施例によるアニール方法における１回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。 図１７Ｂは、さらに他の実施例によるアニール方法における２回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。 図１７Ｃは、さらに他の実施例によるアニール方法における３回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。 図１７Ｄは、さらに他の実施例によるアニール方法における４回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。 図１７Ｅは、さらに他の実施例によるアニール方法における５回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。 図１７Ｆは、さらに他の実施例によるアニール方法における６回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。 図１７Ｇは、さらに他の実施例によるアニール方法における７回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。 図１７Ｈは、さらに他の実施例によるアニール方法における８回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。 図１８Ａは、さらに他の実施例によるアニール方法でアニール対象物４０を走査するときの走査線を示す平面図である。 図１８Ｂは、走査経路の一例を示す図である。 図１８Ｃは、走査経路の他の例を示す図である。 図１９は、従来のレーザーアニール方法における照射イメージを示す上面図である。 図２０は、従来のレーザーアニール方法でレーザー照射後のレジストの状態を示す上面図である。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法、半導体装置、レーザーアニール装置の制御装置およびレーザーアニール装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（実施の形態）
実施の形態にかかる半導体装置のレーザーアニール方法について、半導体装置として逆導通型ＩＧＢＴ（ＲＣ−ＩＧＢＴ）を製造する方法を例に説明する。ＲＣ−ＩＧＢＴは、例えばトレンチゲート構造のＩＧＢＴと、このＩＧＢＴに逆並列に接続したＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：還流ダイオード）とを同一の半導体基板（半導体チップ）上に一体化してなる。図１は、実施の形態にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。具体的には、同一の半導体基板上の活性領域に、ＩＧＢＴの動作領域となるＩＧＢＴ領域１２と、ＦＷＤの動作領域となるＦＷＤ領域１３とが並列に設けられている。活性領域は、オン状態のときに電流が流れる領域である。活性領域の周囲を囲むエッジ終端領域（不図示）にガードリングやフィールドプレート等の耐圧構造が設けられていてもよい。
図２は、実施の形態に係る半導体装置の製造途中を示す断面図である。後述する半導体ウエハの裏面１５側に、ｎ型フィールドストップ（ＦＳ：Ｆｉｅｌｄ Ｓｔｏｐ）層１を形成するためのイオン注入工程（ステップＳ４）を示している。
図３は、実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図３では、本発明のレーザーアニール方法に関する工程を詳しく記載している。まず、半導体装置の表面を形成する工程を行う（ステップＳ１）。この工程では、まず、ｎ-型ドリフト領域２となるｎ-型の半導体ウエハを用意する。半導体ウエハの材料は、シリコン（Ｓｉ）であってもよいし、炭化珪素（ＳｉＣ）であってもよい。次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入を１組とする工程を異なる条件で繰り返し行い、半導体ウエハのおもて面１４側に、ＩＧＢＴのｐ型ベース領域３、ｎ+型エミッタ領域４およびｐ+型コンタクト領域５を形成する。ｐ型ベース領域３は、ＩＧＢＴ領域１２からＦＷＤ領域１３にわたって活性領域全面に形成される。ｐ型ベース領域３は、ＦＷＤ領域１３においてｐ型アノード領域を兼ねる。ｎ+型エミッタ領域４およびｐ+型コンタクト領域５は、ＩＧＢＴ領域１２においてｐ型ベース領域３の内部に選択的に形成される。
次に、半導体ウエハのおもて面１４を熱酸化して、エッジ終端領域において半導体ウエハのおもて面１４を覆うフィールド酸化膜を形成する。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、ＩＧＢＴ領域１２においてｎ+型エミッタ領域４およびｐ型ベース領域３を貫通してｎ-型ドリフト領域２に達するトレンチ１８を形成する。トレンチ１８は、半導体ウエハのおもて面１４側から見て、例えば、ＩＧＢＴ領域１２とＦＷＤ領域１３とが並ぶ方向（図１の横方向）と直交する方向（図１の奥行き方向）に延びるストライプ状のレイアウトに配置されている。
また、トレンチ１８は、ＩＧＢＴ領域１２と同様のレイアウトで、ＦＷＤ領域１３にも形成される。ＦＷＤ領域１３において、トレンチ１８は、ｐ型ベース領域３（ｐ型アノード領域）を貫通してｎ-型ドリフト領域２に達する。次に、例えば熱酸化により、トレンチ１８の内壁に沿ってゲート絶縁膜６を形成する。次に、半導体ウエハのおもて面１４上に、トレンチ１８の内部を埋め込むようにポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）層を形成する。次に、このポリシリコン層を例えばエッチバックして、ゲート電極８となる部分をトレンチ１８の内部に残す。
これらのｐ型ベース領域３、ｎ+型エミッタ領域４、ｐ+型コンタクト領域５、トレンチ１８、ゲート絶縁膜６およびゲート電極８でトレンチゲート構造のＭＯＳゲートが構成される。ゲート電極８の形成後に、ｎ+型エミッタ領域４およびｐ+型コンタクト領域５を形成してもよい。ｎ+型エミッタ領域４は、隣り合うトレンチ１８間（メサ領域）の少なくとも１つのメサ領域に配置されていればよく、ｎ+型エミッタ領域４を配置しないメサ領域が存在してもよい。また、ｎ+型エミッタ領域４は、トレンチ１８がストライプ状に延びる方向に所定の間隔で選択的に配置されていてもよい。
次に、半導体ウエハのおもて面１４上に、ゲート電極８を覆うように層間絶縁膜９を形成する。次に、層間絶縁膜９をパターニングして、層間絶縁膜９を深さ方向に貫通する複数のコンタクトホール２８を形成する。深さ方向とは、半導体ウエハのおもて面１４から裏面１５に向かう方向である。ＩＧＢＴ領域１２のコンタクトホール２８には、ｎ+型エミッタ領域４およびｐ+型コンタクト領域５が露出される。ＦＷＤ領域１３のコンタクトホール２８には、ｐ型ベース領域３が露出される。
次に、層間絶縁膜９の上部に表面電極１０を形成する。なお、コンタクトホール２８の内壁に沿うようにバリアメタル膜（不図示）を形成し、タングステン膜を埋め込んでタングステンプラグ（不図示）を形成してもよい。
次に、表面に保護膜１１を形成する工程を行う（ステップＳ２）。表面電極１０上に、例えば、レジスト、テープ、ガラス等で半導体装置の表面を保護する保護膜１１を形成する。次に、半導体ウエハを裏面１５側から研削していき（バックグラインド）、半導体装置として用いる製品厚さの位置まで研削する薄化工程を行う（ステップＳ３）。次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入を１組とする工程を異なる条件で繰り返し行い、半導体ウエハの裏面１５側に、ｎ型フィールドストップ（ＦＳ：Ｆｉｅｌｄ Ｓｔｏｐ）層１を形成するためのイオン注入工程を行う（ステップＳ４）。例えば、図２の矢印Ａのように、ｎ型のイオン、例えばリン（Ｐ）を注入する。
次に、ｎ型ＦＳ層に注入したイオンを活性化させるＩＲレーザーアニール工程を行う（ステップＳ５）。ここで、図４、図５は、実施の形態にかかるレーザーアニール方法における照射イメージを示す上面図である。図４は、オーバーラップ率を−５０％／５０％に設定した場合の例であり、図５は、オーバーラップ率を−１００％／５０％に設定した場合の例である。図４、図５においても、ｙ軸方向は、スキャン方向と呼ばれ、ｘ軸方向はステップ方向と呼ばれ、照射領域Ｌがレーザーの１ショットを示す。また、図４、図５でも、半導体基板の各領域を矩形で示しており、特定の矩形の領域を座標で表す。実施の形態において、照射領域Ｌは、例えば、幅（ｘ軸方向）２．５ｍｍ、高さ（ｙ軸方向）０．２５ｍｍの矩形の形状である。
最初に、図４のオーバーラップ率−５０％／５０％の場合を説明する。まず、図４（ａ）に示すように、レーザーは（０、０）領域と（０、１）領域を照射する。次に、図４（ｂ）に示すように、スキャン方向下側（ｙ軸正の方向）に移動して、レーザーは（０、３）領域と（０、４）領域を照射する。このように、レーザーは（０、２）領域の照射を行わず、図４（ａ）で照射した領域から、図４（ａ）で照射した領域の高さ５０％離れた領域にレーザーが照射される。この後同様に、図４（ｃ）に示すように照射した領域から、この領域の高さ５０％離れた領域に、スキャン方向下側に移動してレーザーの照射を行う。
次に、図４（ｃ）のように半導体基板の端部の（０、６）領域と（０、７）領域の照射を行ったら、図４（ｄ）に示すように、ステップ方向右側（ｘ軸正の方向）に移動して、レーザーは（０、６）領域と（０、７）領域の半分と（１、６）領域と（１、７）領域の半分の照射を行う。この後、図４（ｅ）に示すように、スキャン方向上側（ｙ軸負の方向）に移動して、レーザーは（０、３）領域と（０、４）領域の半分と（１、３）領域と（１、４）領域の半分の照射を行う。この後同様に、図４（ｆ）に示すように照射した領域から、この領域の高さ５０％離れた領域に、スキャン方向上側に移動してレーザーの照射を行う。
次に、図４（ｆ）のように半導体基板の端部の（０、０）領域と（０、１）領域の半分と、（１、０）領域と（１、１）領域の半分の照射を行ったら、重ね合わせおよび照射されていない（０、２）領域等の照射を行うため、ステップ方向左側に移動する。図４（ｇ）に示すように、レーザーは（０、１）領域と（０、２）領域の照射を行う。この後、図４（ｈ）に示すように、スキャン方向下側に移動して、レーザーは（０、４）領域と（０、５）領域の照射を行う。この後同様に、図４（ｉ）に示すように照射した領域から、この領域の高さ５０％離れた領域に、スキャン方向下側に移動してレーザーの照射を行う。
次に、図４（ｉ）のように半導体基板の端部の（０、７）領域の照射を行ったら、図４（ｊ）に示すように、ステップ方向右側に移動して、レーザーは（０、７）領域の半分と（１、７）領域の半分の照射を行う。この後、図４（ｋ）に示すように、スキャン方向上側に移動して、レーザーは（０、４）領域と（０、５）領域の半分と（１、４）領域と（１、５）領域の半分の照射を行う。この後同様に、図４（ｌ）に示すように照射した領域から、この領域の高さ５０％離れた領域に、スキャン方向上側に移動してレーザーの照射を行う。
このように、スキャン方向に、照射した領域から５０％離し、ステップ方向に５０％重ね合わせするため、オーバーラップ率は−５０％／５０％となる。ここで最初の−５０％がスキャン方向のオーバーラップ率であり、次の５０％がステップ方向のオーバーラップ率である。オーバーラップ率−５０％／５０％の場合、周辺の部分を除いて、１つの領域に４回のレーザー照射が行われる。
次に、図５のオーバーラップ率−１００％／５０％の場合を説明する。まず、図５（ａ）に示すように、レーザーは（０、０）領域と（０、１）領域を照射する。次に、図５（ｂ）に示すように、スキャン方向下側（ｙ軸正の方向）に移動して、レーザーは（０、４）領域と（０、５）領域を照射する。このように、レーザーは（０、２）領域および（０、３）領域の照射を行わず、図５（ａ）で照射した領域から、図５（ａ）で照射した領域の高さ１００％離れた領域にレーザーが照射される。この後同様に、図５（ｃ）に示すように照射した領域から、この領域の高さ１００％離れた領域に、スキャン方向下側に移動してレーザーの照射を行う。
次に、図５（ｃ）のように半導体基板の端部の（０、８）領域と（０、９）領域の照射を行ったら、図５（ｄ）に示すように、ステップ方向右側（ｘ軸正の方向）に移動して、レーザーは（０、８）領域と（０、９）領域の半分と（１、８）領域と（１、９）領域の半分の照射を行う。この後、図５（ｅ）に示すように、スキャン方向上側（ｙ軸負の方向）に移動して、レーザーは（０、４）領域と（０、５）領域の半分と（１、４）領域と（１、５）領域の半分の照射を行う。この後同様に、図５（ｆ）に示すように照射した領域から、この領域の高さ１００％離れた領域に、スキャン方向上側に移動してレーザーの照射を行う。
次に、図５（ｆ）のように半導体基板の端部の（０、０）領域と（０、１）領域の半分と、（１、０）領域と（１、１）領域の半分の照射を行ったら、照射されていない（０、２）領域、（０、３）領域等の照射を行うため、ステップ方向左側に移動する。図５（ｇ）に示すように、レーザーは（０、２）領域と（０、３）領域の照射を行う。この後、図５（ｈ）に示すように、スキャン方向下側に移動して、レーザーは（０、６）領域と（０、７）領域の照射を行う。この後同様に、図５（ｉ）に示すように照射した領域から、この領域の高さ１００％離れた領域に、スキャン方向下側に移動してレーザーの照射を行う。
次に、図５（ｉ）のように半導体基板の端部の（０、１０）領域と（０、１１）領域の照射を行ったら、図４（ｊ）に示すように、ステップ方向右側に移動して、レーザーは（０、１０）領域と（０、１１）領域の半分と（１、１０）領域と（１、１１）領域の半分の照射を行う。この後、図５（ｋ）に示すように、スキャン方向上側に移動して、レーザーは（０、６）領域と（０、７）領域の半分と（１、６）領域と（１、７）領域の半分の照射を行う。この後同様に、図５（ｌ）に示すように照射した領域から、この領域の高さ１００％離れた領域に、スキャン方向上側に移動してレーザーの照射を行う。
このように、スキャン方向に、照射した領域から１００％離し、ステップ方向に５０％重ね合わせするため、オーバーラップ率は−１００％／５０％となる。ここで最初の−１００％がスキャン方向のオーバーラップ率であり、次の５０％がステップ方向のオーバーラップ率である。オーバーラップ率−１００％／５０％の場合、周辺の部分を除いて、１つの領域に２回のレーザー照射が行われる。
本発明のオーバーラップ率として、−５０％／５０％と−１００％／５０％の場合を説明したが、これ以外のオーバーラップ率、例えば−６７％／５０％も使用可能である。より一般的に、本発明では、スキャン方向のオーバーラップ率として、０％より小さく−１００％以上であること（−１００％≦オーバーラップ率＜０％）が好ましい。つまり、レーザーが照射される領域は、直前にレーザーが照射された領域から、この領域の高さの０％より大きくかつこの領域の高さの１００％以下の距離だけ離れていることが好ましい。また、ステップ方向のオーバーラップ率も５０％以外にすることが可能であり、例えば、０％にしてもよい。
また、ステップ方向をマイナスオーバーラップ率とすることもできる。この場合も、オーバーラップ率として、０％より小さく−１００％以上であること（−１００％≦オーバーラップ率＜０％）が好ましい。また、ステップ方向およびスキャン方向の両方ともマイナスオーバーラップ率とすることもできる。この場合もどちらも、オーバーラップ率として、０％より小さく−１００％以上であること（−１００％≦オーバーラップ率＜０％）が好ましい。
スキャン方向のオーバーラップ率として、０％より小さくすることで、レーザーがある領域に照射された後、隣接する領域へのレーザー照射までに時間間隔が生じ、半導体ウエハの上昇した熱が下がる時間が生じる。これにより、非照射面側の発熱を抑えることができる。このため、ＩＲレーザーアニールによる深い領域の活性化の際に、保護膜を損傷することなく、半導体装置を不良とすることがない。また、−１００％以上とすることで、レーザー照射の領域の間の間隔が大きくなりすぎて、深い領域が十分加熱できずに、活性化ができなくなることを防ぐことができる。
また、スキャン方向では、レーザーが照射される間隔は、レーザーのパルス間隔であるが、実施の形態では、スキャン方向に隣接する領域に連続してレーザーが照射されない。このため、上記時間間隔は、レーザーのパルス間隔より大きくなる。
なお、図４（ｃ）と図４（ｄ）のように、半導体ウエハの端部では、（０、６）領域の半分と（０、７）領域の半分が連続してレーザー照射され、領域の間に間隔がないが、以下で説明するように時間間隔は存在する。
図６は、実施の形態にかかるレーザーアニール装置のレーザーパルスを示すグラフである。図６では、縦軸はレーザーパルスの強度を示し、横軸は時間を示す。図６に示すように、レーザーアニール装置では、所定の間隔ｔ１毎にパルス幅ｔ２のレーザーパルスＬを発生する。このレーザーパルスＬが半導体ウエハを照射し、間隔ｔ１の間にスキャン方向に移動して、次のレーザーパルスＬが半導体ウエハを照射する。このように、スキャン方向では、レーザーパルスＬが連続して照射されるが、ステップ方向の移動には時間がかかるため、ステップ方向では、レーザーパルスＬが連続して照射されない。また、パルス幅ｔ２とは、レーザーパルスＬの半値幅である。所定の間隔ｔ１は例えば、１ｍｓであり、パルス幅ｔ２は例えば、２０μｓである。
また、ステップ方向の移動が、スキャン方向の移動と同程度のレーザーアニール装置では、ステップ方向の移動の時間を多くすることにより、熱が下がるための時間を設けてもよい。また、半導体ウエハの端部は、半導体装置に使用しない無効エリアとしてもよい。この場合、端部に保護膜を設けないため、温度が上昇しても問題ない。また、例えば、以下に説明する図７Ｂのようにして、半導体ウエハの端部でも、連続するレーザー照射の領域の間に間隔が生じるようにすることができる。
ここで、図７Ａ、図７Ｂは、実施の形態にかかるレーザーアニール方法の半導体ウエハ上での照射イメージを示す上面図である。図７Ａは、図４、図５のように、開始点Ｓ１からレーザー照射を開始して、スキャン方向（ｙ軸方向）に移動して端部Ｅ１に達するとステップ方向（ｘ軸方向）にのみ移動して、開始点Ｓ２からレーザー照射を開始して、スキャン方向に移動して端部Ｅ２に達するとステップ方向にのみ移動する。なお、端部とは、半導体ウエハ１９の端部であり、例えば図４では、（０、７）領域や（１、７）領域に対応する。このように、図７Ａでは、端部Ｅ１、Ｅ２での移動はステップ方向にのみであるため、レーザー照射の移動時間が少なく、半導体ウエハ全面にレーザーを照射する時間を少なくすることができる。
一方、図７Ｂは、開始点Ｓ１からレーザー照射を開始して、スキャン方向（ｙ軸方向）に移動して端部Ｅ１に達するとステップ方向（ｘ軸方向）とスキャン方向に移動して、開始点Ｓ２からレーザー照射を開始する。この後、スキャン方向に移動して端部Ｅ２に達するとステップ方向とスキャン方向に移動する。このように、図７Ｂでは、端部Ｅ１、Ｅ２で移動はスキャン方向に移動するため、端部でも連続するレーザー照射の領域の間に間隔が生じ、半導体ウエハの上昇した熱を端部でも下げることができる。
図３に戻り、半導体装置の製造方法を説明する。次に、フォトリソグラフィおよびｐ型のイオン、例えば、ホウ素（Ｂ）の注入により、半導体ウエハの裏面１５側に、ｐ+型コレクタ領域１６を形成するイオン注入工程を行う（ステップＳ６）。
次に、フォトリソグラフィにより、ＦＷＤ領域１３に開口部を有するマスクパターンを作成する工程を行う（ステップＳ７）。次に、ｎ型のイオン、例えばリン（Ｐ）を注入することにより、対応する部分をｎ+型に変えることでｎ+型カソード領域１７を形成するイオン注入工程を行う（ステップＳ８）。次に、マスクパターンを除去する工程を行う（ステップＳ９）。
次に、ｐ+型コレクタ領域１６とｎ+型カソード領域１７に注入されたイオンを活性化させるＧｒｅｅｎレーザーアニール工程を行う（ステップＳ１０）。次に、保護膜１１を除去する工程を行う（ステップＳ１１）。次に、半導体ウエハの裏面１５の全面に、裏面電極７を形成する（ステップＳ１２）。裏面電極７は、ｐ+型コレクタ領域１６およびｎ+型カソード領域１７に接する。裏面電極７は、コレクタ電極として機能するとともに、カソード電極として機能する。その後、半導体ウエハをチップ状に切断（ダイシング）して個片化することで、ＲＣ−ＩＧＢＴチップ（半導体チップ）が完成する。
以上、説明したように、実施の形態にかかる半導体装置のレーザーアニール方法および半導体装置によれば、オーバーラップ率を０％より小さくしている。これにより、レーザーがある領域に照射された後、隣接する領域へのレーザー照射までに時間間隔が生じ、半導体ウエハの上昇した熱が下がる時間を生じさせ、非照射面側の発熱を抑えることができる。このため、ＩＲレーザーアニールによる深い領域の活性化の際に、保護膜を損傷することなく、半導体装置を不良とすることがない。
（実施例）
以下、実施例について説明する。図８は、実施例および比較例のオーバーラップ率と評価結果を示す表である。実施例では、オーバーラップ率とＩＲレーザーの条件を変えて評価を行った。比較例は従来のオーバーラップ率６７％／５０％で評価した。図８において、ＯＬ率は、オーバーラップ率を示し、ｓｈｏｔ数は、半導体ウエハの１つの領域に照射されるレーザーパルスの数である。また、エネルギー密度、パルス幅、周波数は、ＩＲレーザーの条件であり、単位はそれぞれＪ／ｃｍ2、μｓ、ｋＨｚである。パルス幅は、図６のパルス幅ｔ２に対応し、周波数は１秒間のレーザーパルス数である。つまり、周波数は、図６の間隔ｔ１の逆数である。
また、活性化比率は、ＦＳ層に注入されたイオンが活性化された比率を、従来例を１にした場合で示す。剥離は、ＩＲレーザーアニール後に保護膜として用いたレジストが剥離できるか否かを示す。なお、保護膜として用いたレジストに熱による損傷がある場合は、レジストが半導体装置（半導体ウエハ）の表面に焼き付いたり、レーザーアニールの際に半導体ウエハを固定したステージにレジストが転写する。評価結果は、レジストの焼き付きや転写がない場合を合格、レジストの焼き付きや転写がある場合を不合格としている。
図８に示すように、オーバーラップ率が６７％／５０％の比較例およびステップ方向のオーバーラップ率を０％で、スキャン方向のオーバーラップ率がマイナスの実施例１では、レジストの焼き付きや転写があり、評価結果は不合格であった。また、ステップ方向のオーバーラップ率をプラスで、スキャン方向のオーバーラップ率がマイナスの実施例２〜５のいずれでもレジストの焼き付きや転写が発生せず、評価結果は合格であった。また、実施例２〜６では、活性化比率は、０．９５〜１．００であり、マイナスオーバーラップにしても、ＦＳ層に注入されたイオンが十分活性化されていることがわかる。
図９は、実施例にかかるレーザーアニール方法でレーザー照射後のレジストの状態を示す上面図である。この図は、ＩＲレーザーのエネルギー密度を７．５Ｊ／ｃｍ2、オーバーラップ率を−５０％／５０％、ＩＲレーザーのパルス幅を２０μｓ、周波数を１ｋＨｚにして、レーザーアニール方法を行った後の結果である。図９において、下図は倍率５倍のレジスト状態を示し、上図は倍率５０倍のレジスト状態を示す。図９に示すように実施例にかかるレーザーアニール方法では、非照射面の表面保護膜の温度が保護膜の耐熱温度を超えないため、保護膜が損傷していない。
図１０を参照して、実施例によるレーザーアニール装置について説明する。図１０は、実施例によるレーザーアニール装置の概略図である。レーザー光源３１がアニール用のパルスレーザービームを出力する。レーザー光源３１として、例えば赤外域のパルスレーザービームを出力する半導体レーザー発振器を用いることができる。レーザー光源３１から出力されたパルスレーザービームが、ビームホモジナイザ３２及びミラー３３を経由して、アニール対象物６０に入射する。アニール対象物６０は、例えばドーパントが注入された半導体ウエハであり、パルスレーザービームの入射によりドーパントの活性化アニールを行う。
ビームホモジナイザ３２は、アニール対象物６０の表面におけるパルスレーザービームのビーム断面形状及びビームプロファイルを整形する。例えば、アニール対象物６０の表面におけるビーム断面が、一方向に長い長尺形状を有するようにビーム断面が整形される。ビームプロファイルは、例えばビーム断面の長さ方向及び幅方向に関してトップフラット形状に整形される。
アニール対象物６０はチャンバ４０内のステージ４１に保持されている。ステージ４１は、例えばアニール対象物６０を水平に保持し、水平面内の二次元方向にアニール対象物６０を移動させる。ステージ４１として、例えば移動機構を有するＸＹステージを用いることができる。パルスレーザービームは、チャンバ４０の上面に設けられたレーザー透過窓４２を透過してチャンバ４０内に導入される。ステージ４１がアニール対象物６０を移動させることにより、アニール対象物６０の表面をパルスレーザービームで走査することができる。
制御装置５０が、レーザー光源３１からのパルスレーザービームの出力、及びステージ４１によるアニール対象物６０の移動を制御する。制御装置５０は、ステージ４１に取り付けられたエンコーダからの信号を読み取って、アニール対象物６０の位置情報を取得する。アニール対象物６０の位置に基づいてレーザー光源３１からパルスレーザービームを１ショット出力させることにより、アニール対象物６０の目標とする位置に、パルスレーザービームを入射させることができる。
制御装置５０は、ステージ４１を制御してアニール対象物６０を移動させながら、レーザー光源３１からパルスレーザービームを出力させて目標とする位置にパルスレーザービームを入射させる。これにより、パルスレーザービームの入射する領域が、ショットごとにアニール対象物６０の表面を移動する。制御装置５０は、図１１Ａ〜図１３Ｅを参照して説明するレーザーアニール方法の各処理を実現させる機能を有する。
次に、図１１Ａを参照してアニール対象物６０の表面の走査経路について説明する。
図１１Ａは、アニール対象物６０の表面におけるパルスレーザービームの走査経路６２を示す図である。アニール対象物６０の表面をｘｙ面とし、表面の法線方向をｚ軸方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。ほぼ円形のアニール対象物６０の表面に、アニールすべきアニール対象領域６１が画定されている。アニール対象領域６１は、アニール対象物６０の表面内の半導体素子が配置される領域を含む。例えば、アニール対象物６０の外周線近傍の領域を除いた領域がアニール対象領域６１として画定される。
ｘ軸方向を主走査方向とし、ｙ軸方向を副走査方向とするように、パルスレーザービームでアニール対象領域６１を走査する。
次に、図１１Ｂを参照してアニール対象物６０の表面におけるビーム断面６５の形状及びビームプロファイルについて説明する。図１１Ｂは、アニール対象物６０の表面におけるビーム断面６５の平面形状及びビームプロファイルを示す図である。ビーム断面６５は、一方向（ｙ軸方向）に長い長尺形状を有する。ｘ軸方向のビームプロファイル６６ｘ及びｙ軸方向のビームプロファイル６６ｙは、ともにトップフラット形状を有する。例えば、ビーム断面６５の長さ方向（ｙ軸方向）の寸法が約２．５ｍｍであり、幅方向（ｘ軸方向）の寸法が約０．３ｍｍである。
次に、図１２を参照してビーム断面６５の大きさの定義について説明する。図１２は、ビーム断面６５の幅方向（ｘ軸方向）のビームプロファイル４６ｘを示すグラフである。図１２の横軸はｘ軸方向の位置を表し、縦軸は光強度を表す。光強度の最大値（ビームプロファイルの最大高さ）をＩMAXで表す。ビームプロファイルの形状は、ほぼ等脚台形で近似される。ビームプロファイルの半値全幅（ＦＷＨＭ）をＷ50で表し、光強度が最大値ＩMAXの９０％の位置の幅（９０％値全幅）をＷ90で表す。
本明細書においてビーム断面６５の外周線を、光強度が最大値ＩMAXの５０％の位置と定義する。このように定義すると、ビーム断面６５の幅は、ビームプロファイルの半値全幅Ｗ50と等しくなる。アニール対象物６０（図１１Ａ）の表面のｘ軸方向に関して均一なアニールを行うために、強度ムラの少ない９０％値全幅Ｗ90の内側の部分が入射した領域が、ｘ軸方向に隙間なく並ぶように、または部分的にオーバーラップして並ぶように、アニール対象物６０の表面をパルスレーザービームで走査することが好ましい。
次に、図１３Ａ〜図１３Ｅを参照して、実施例によるアニール方法について説明する。実施例では、ショットごとに、アニール対象物６０（図１１Ａ）の表面においてパルスビームの入射する領域を移動させて、複数ショットのパルスレーザービームを入射させることによりアニールを行う。
図１３Ａ〜図１３Ｅは、それぞれ１つの主走査線に着目したとき、１回目〜５回目の主走査で、パルスレーザービームが入射した領域７０Ａ〜７０Ｅ、及びｘ軸方向に関する照射回数の分布を示す図である。以下の説明では、１本の走査線に沿って主走査を行う工程に着目する。他の走査線に沿って主走査を行う工程も、以下に説明する工程と同様である。また、ここでは、パルスレーザービームが入射した領域７０Ａ〜７０Ｅの副走査方向（ｙ軸方向）に関するオーバーラップについては考慮しない。
図１３Ａに示すように、１回の主走査では、パルスレーザービームが入射した領域７０Ａの間に隙間が確保されるように、パルスレーザービームでアニール対象物６０の表面を主走査方向（ｘ軸方向）に走査する。この走査は、パルスレーザービームが入射した複数の領域７０Ａがｘ軸方向に等間隔で並ぶように行う。ｘ軸方向に隣り合う２つの領域７０Ａの隙間の幅Ｗｇは、例えば、ビーム断面６５の幅（半値全幅Ｗ50）の２／３とする。１回目の主走査により、パルスレーザービームが入射した領域７０Ａの内側の照射回数が１回になる。
図１３Ｂ〜図１３Ｅに示した２回目〜５回目の主走査の各々においても、ショット間で、パルスレーザービームが入射した領域の間に隙間が確保されるようにアニール対象物６０の表面を走査する。図１３Ｂ〜図１３Ｅに示すように、２回目〜５回目の主走査により、それぞれパルスレーザービームが入射した領域７０Ｂ〜７０Ｅが形成される。いずれの主走査においても、パルスレーザービームが入射した領域７０Ｂ〜７０Ｅの隙間の幅Ｗｇは、１回目の主走査でパルスレーザービームが入射した領域７０Ａの隙間の幅Ｗｇと等しい。
２回目の主走査でパルスレーザービームが入射した領域７０Ｂ（図１３Ｂ）の各々は、１回目の主走査でパルスレーザービームが入射した領域７０Ａと、ｘ軸方向に関して６７％（２／３）のオーバーラップ率で部分的に重なる。領域７０Ａと領域７０Ｂとが重なった領域で、照射回数が２回になる。同様に、３回目〜５回目の主走査でパルスレーザービームが入射した領域７０Ｃ（図１３Ｃ）、７０Ｄ（図１３Ｄ）、及び７０Ｅ（図１３Ｅ）も、それぞれ１つ前の２回目〜４回目の主走査でパルスレーザービームが入射した領域７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄと６７％のオーバーラップ率で部分的に重なる。
３回目の主走査（図１３Ｃ）が終了した時点で、１回目〜３回目の主走査でパルスレーザービームが入射した領域７０Ａ〜７０Ｃがすべて重なる領域の照射回数が３回になる。４回目の主走査により、照射回数が３回になる領域が広がり、５回目の主走査が終了した時点で、照射回数３回の領域がｘ軸方向に連続する。
次に、実施例によるレーザーアニール方法によって得られる優れた効果について説明する。アニール対象物６０（図１１Ａ）にパルスレーザービームを入射させると、まず、レーザー照射面の温度が上昇する。１ショットの照射が終了すると、レーザー照射面から深さ方向に熱伝導が生じるため、レーザー照射面の温度が急激に低下し、深層部の温度が上昇する。さらに、熱がアニール対象物６０の裏面まで達することにより、裏面の温度が上昇する。裏面の温度が照射前の温度に戻らないうちに、同一の領域に次のショットのパルスレーザービームが入射すると、蓄熱の影響を受けて裏面の温度がさらに上昇する。
実施例においては、連続する２つのショットによってパルスレーザービームが入射した領域の間に隙間が確保されるため、直前のショットによって温度が上昇する領域と、次のショットによって温度が上昇する領域とが重ならない。このため、直前のショットによる蓄熱の影響が、次のショットの入射領域まで及びにくい。１つの主走査でパルスレーザービームが入射した領域に重なるように次のパルスレーザービームが入射するのは、当該主走査が終了し、後続の主走査を実行する時である。このため、１つのパルスレーザービームが入射した領域に重なるように、次のパルスレーザービームが入射するまでの経過時間が長くなる。この経過時間の間に、アニール対象物６０の裏面の温度が低下する。アニール対象物６０の裏面の温度がある程度低下した後に、次のパルスレーザービームが入射することになるため、裏面の温度上昇を抑制することができる。
さらに、図１３Ａ〜図１３Ｅに示したように、１つの主走査線に対して５回の主走査を実行することにより、アニール対象領域６１（図１１Ａ）の１つの走査線に沿う直線状の領域に、隈なく合計で３回の照射を行うことができる。また、１つの主走査でパルスレーザービームが入射した領域と、次の主走査でパルスレーザービームが入射した領域とのオーバーラップ率が６７％である。これ以降の実施例では、１つの主走査でパルスレーザービームが入射した領域と、次の主走査でパルスレーザービームが入射した領域とが重なる領域の面積の、１つの主走査でパルスレーザービームが入射した領域の面積に対する比をオーバーラップ率とする。９０％値全幅Ｗ90が半値全幅Ｗ50の１／２以上となるビームプロファイルのパルスレーザービームを使用すると、光強度が最大値ＩMAXの９０％以上の部分（図１２の９０％値全幅Ｗ90の部分）が入射した領域が、ｘ軸方向にオーバーラップして並ぶことになる。その結果、ｘ軸方向に関して均一にアニールすることができる。
実施例によるレーザーアニール方法によって得られる上記効果を確認するために、シミュレーションを行った。以下、図１４Ａ〜図１５Ｂを参照してシミュレーション結果について説明する。
図１４Ａは、シミュレーションによるアニール対象の断面構造を示す図である。単結晶シリコンからなるアニール対象物６０の裏面にアクリル製の保護膜６８が接着されている。保護膜６８が、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなるステージ４１に吸着されている。アニール対象物６０の厚さを１２０μｍ、保護膜６８の厚さを１０μｍ、ステージ４１の厚さを１０００μｍとした。ステージ４１の底面は、温度３００Ｋに維持されていると仮定した。
アニール対象物６０の表面にパルスレーザービームを入射させたときの温度上昇の様子をシミュレーションにより求めた。１ショットのパルスレーザービームを入射させた場合（１ショット照射の場合）、パルス周波数１ｋＨｚで２ショットのパルスレーザービームを同一箇所に入射させた場合（２ショット照射の場合）、パルス周波数１ｋＨｚで３ショットのパルスレーザービームを同一箇所に入射させた場合（３ショット照射の場合）の３種類のレーザー照射についてシミュレーションを行った。いずれの場合でも、アニール対象物６０の表面の最高到達温度が約１６８０Ｋになるように、表面におけるパルスエネルギ密度を調整した。
本実施例では、パルスレーザービームの連続するショットが、同一の領域に重ねて照射されることがないため、本実施例は、シミュレーションの１ショット照射の場合に相当する。オーバーラップ率５０％でアニール対象物６０の表面を走査する場合は、連続する２ショットのパルスレーザービームが同一箇所に照射される。このため、オーバーラップ率５０％で走査するアニール方法は、シミュレーションの２ショット照射の場合に相当する。オーバーラップ率６７％でアニール対象物６０の表面を走査する方法は、シミュレーションの３ショット照射の場合に相当する。
図１４Ｂは、３ショット照射の場合の温度の時間変化を示すグラフである。横軸は、１ショット目のパルスレーザービームを入射させた時点からの経過時間を単位「μｓ」で表し、縦軸は温度を単位「Ｋ」で表す。図１４Ｂ中の太い実線は表面における温度変化を示し、破線は深さ１０μｍの位置における温度変化を示し、細い実線は裏面における温度変化を示す。
パルスレーザービームの入射によって表面の温度が急激に上昇するが、裏面の温度は表面からの熱伝導により緩やかに上昇する。レーザーパルスが立ち下がると、表面の温度は急激に低下する。パルスレーザービームの１ショットの入射から約２００μｓが経過すると、表面から裏面までほぼ均一な温度になる。その後は、アニール対象物６０の全体の温度が、３００Ｋに向かって緩やかに低下する。パルス周波数１ｋＨｚのパルスレーザービームを入射させる場合には、直前のショットから次のショットまでの経過時間が約１０００μｓである。次のショットのパルスレーザービームが入射するまでの温度低下は極僅かであり、１０００μｓの期間、実質的に温度はほぼ一定に維持される。このため、アニール対象物６０に蓄熱された状態で次のショットが入射され、１ショットのパルスレーザービームが照射される度に、アニール対象物６０のベースとなる温度が上昇する。すなわち、アニール対象物６０の裏面の温度も徐々に上昇する。
図１５Ａは、アニール対象物６０の表面（深さ０μｍ）、深さ１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍ、１０μｍ、及び裏面（深さ１２０μｍ）の位置における最高到達温度のシミュレーション結果を示す図表である。１ショット照射の場合、２ショット照射の場合、及び３ショット照射の場合のパルスエネルギ密度は、それぞれ６．８Ｊ／ｃｍ2、５．７Ｊ／ｃｍ2、及び５．１Ｊ／ｃｍ2とした。この条件で、アニール対象物６０の表面における最高到達温度が約１６８０Ｋになる。アニール対象物６０の表面から深くなるに従って、最高到達温度が低下していることがわかる。
図１５Ｂは、１ショット照射の場合の最高到達温度と、複数ショット照射の場合の最高到達温度との差を示すグラフである。図１５Ａの図表の下から２段目と最下段も、１ショット照射の場合の最高到達温度と、複数ショット照射の場合の最高到達温度との差を数値で示している。図１５Ｂの横軸はアニール対象物６０の深さを単位「μｍ」で表し、縦軸は、１ショット照射の場合の最高到達温度と、複数ショット照射の場合の最高到達温度との差を単位「Ｋ」で表す。１ショット照射の場合の最高到達温度よりも、複数ショット照射の場合の最高到達温度の方が高いときの温度差を正とした。図１５Ｂのグラフ中の丸記号は、１ショット照射の場合の最高到達温度と、２ショット照射の場合の最高到達温度との差を示し、三角記号は、１ショット照射の場合の最高到達温度と、３ショット照射の場合の最高到達温度との差を示す。
深さ３μｍより浅い領域においては、１ショット照射の場合と、複数ショット照射の場合とで、最高到達温度の差は高々７０Ｋである。これに対し、裏面においては、１ショット照射の場合と２ショット照射の場合とで最高到達温度の差は１００Ｋを超え、１ショット照射の場合と３ショット照射の場合とで最高到達温度の差は２００Ｋを超える。このシミュレーション結果からわかるよう、１ショット照射の場合（本実施例に相当）でも、複数ショット照射の場合と比べて、ごく浅い領域では十分のアニール効果を得ることができ、かつ裏面の最高到達温度を低くすることが可能である。
次に、実施例の変形例によるレーザーアニール方法について説明する。上記実施例では、図１３Ａ〜図１３Ｅに示したように、直前の主走査でパルスレーザービームが入射した領域と、次の主走査でパルスレーザービームが入射する領域とのオーバーラップ率を６７％（２／３）としたが、その他のオーバーラップ率としてもよい。例えば、直前の主走査でパルスレーザービームが入射した領域と、次の主走査でパルスレーザービームが入射する領域とのオーバーラップ率を５０％としてもよい。また、異なる２つの主走査でパルスレーザービームが入射した領域のオーバーラップ率の算出は、直前の主走査でパルスレーザービームが入射した領域を基準にする代わりに、直前の主走査より前の主走査でパルスレーザービームが入射した領域を基準にしてもよい。例えば、図１３Ａから図１３Ｅまでの５回の主走査の実行順序を変えてもよい。
ｘ軸方向に関して均一なアニールを行うために、すべての主走査が終了した時点で、ビームプロファイルの９０％値全幅Ｗ90（図１２）の内側の部分が入射した領域がｘ軸方向に隙間なく、またはオーバーラップして並ぶようにすることが好ましい。
上記実施例では、主走査の各々において、パルスレーザービームが入射する領域をショットごとにｘ軸方向に等間隔で移動させたが、不等間隔で移動させてもよい。不等間隔で移動させる場合でも、すべての主走査が終了した時点で、ビームプロファイルの９０％値全幅Ｗ90の内側の部分が入射した領域がｘ軸方向に隙間なく、またはオーバーラップして並ぶようにするとよい。
上記実施例及び変形例では、１回の主走査では、ショット間でパルスレーザービームが入射する領域が重ならない。本明細書において、このように、ショット間でパルスレーザービームが入射する領域が重ならないように、パルスレーザービームでアニール対象物の表面を走査する工程を「単位工程」ということとする。単位工程は、１回の主走査に限定されない。例えば、パルスレーザービームが入射する領域が重ならないように主走査と副走査とを繰り返す場合、この主走査及び副走査を繰り返す工程を１つの単位工程ということができる。
１つの単位工程で走査する始点と終点とは、任意に設定してもよい。例えば、１つのアニール対象領域６１をｙ軸方向に区分して複数の区画を画定し、区画ごとに単位工程を繰り返してもよい。
次に、図１６Ａ〜図１６Ｆを参照して、他の実施例によるレーザーアニール方法について説明する。以下、図１０〜図１５Ｂに示した実施例によるレーザーアニール方法と共通の構成については説明を省略する。
図１６Ａ〜図１６Ｆは、それぞれ１回目〜６回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。横軸はｘ軸方向の位置を表し、縦軸は照射回数を表す。図１６Ａ〜図１６Ｆの各グラフにおいて、当該グラフに対応する主走査を行う前の照射回数を太い実線で表し、当該グラフに対応する主走査による照射回数の増分を、ハッチングを付した領域７５で表す。すなわち、ハッチングを付した領域７５は、当該グラフに対応する１回の主走査によりパルスレーザービームが照射されるｘ軸方向の領域を示している。
図１６Ａ〜図１６Ｆに示すように、主走査（単位工程）の各々では、パルスレーザービームが入射した領域が相互に重ならないようにアニール対象物６０（図１１Ａ）の表面が走査される。２回目の主走査（図１６Ｂ）では、１回目の主走査（図１６Ａ）でパルスレーザービームが入射した領域の間にパルスレーザービームが入射し、両者のパルスレーザービームの入射領域は相互に重ならない。１回目及び２回目の主走査によって、アニール対象物６０の表面が、主走査方向（ｘ軸方向）に関して隈なくパルスレーザービームで照射される。
３回目の主走査（図１６Ｃ）では、１回目の主走査（図１６Ａ）でパルスレーザービームが入射した領域に対するオーバーラップ率が６７％になるように、アニール対象物６０の表面を走査する。同様に、４回目〜６回目の主走査（図１６Ｄ〜図１６Ｆ）では、それぞれ２回前の主走査（図１６Ｂ〜図１６Ｄ）でパルスレーザービームが入射した領域に対するオーバーラップ率が６７％になるように、アニール対象物６０の表面を走査する。
図１６Ａ〜図１６Ｆに示した実施例ように、連続する２回の主走査（例えば１回目と２回目の主走査）において、パルスレーザービームが入射した領域が重ならないようにしてもよい。
次に、図１７Ａ〜図１７Ｈを参照して、さらに他の実施例によるレーザーアニール方法について説明する。以下、図１０〜図１５Ｂに示した実施例によるレーザーアニール方法と共通の構成については説明を省略する。
図１７Ａ〜図１７Ｈは、それぞれ１回目〜８回目の主走査（単位工程）を行う前後の照射回数のｘ軸方向の分布を示すグラフである。横軸はｘ軸方向の位置を表し、縦軸は照射回数を表す。図１７Ａ〜図１７Ｈの各グラフにおいて、当該グラフに対応する主走査を行う前の照射回数を太い実線で表し、当該グラフに対応する主走査による照射回数の増分を、ハッチングを付した領域７５で表す。すなわち、ハッチングを付した領域７５は、当該グラフに対応する１回の主走査によりパルスレーザービームが照射されるｘ軸方向の領域を示している。
図１７Ａ〜図１７Ｈに示すように、主走査の各々でパルスレーザービームが入射する領域の間隔が、図１６Ａ〜図１６Ｆに示した実施例の場合と比べて広い。このため、２回目の主走査（図１７Ｂ）でパルスレーザービームが入射する領域が、１回目の主走査（図１７Ａ）でパルスレーザービームが入射した領域から離れている。
３回目の主走査（図１７Ｃ）では、１回目の主走査（図１７Ａ）でパルスレーザービームが入射した領域に対するオーバーラップ率が６７％になるように、アニール対象物６０の表面を走査する。３回目の主走査（図１７Ｃ）でパルスレーザービームが入射する領域は、２回目の主走査（図１７Ｂ）でパルスレーザービームが入射した領域と重なっておらず、接している。
同様に、４回目〜８回目の主走査（図１７Ｄ〜図１７Ｈ）では、それぞれ２回前の主走査（図１７Ｂ〜図１７Ｆ）でパルスレーザービームが入射した領域に対するオーバーラップ率が６７％になるように、アニール対象物６０の表面を走査する。さらに、４回目〜８回目の主走査（図１７Ｄ〜図１７Ｈ）でパルスレーザービームが入射する領域は、直前の主走査（図１７Ｃ〜図１７Ｇ）でパルスレーザービームが入射した領域と重なっていない。
このように、各主走査において、パルスレーザービームの入射する領域が、直前の主走査でパルスレーザービームが入射した領域に重ならず、複数回前の主走査でパルスレーザービームが入射した領域と重なるようにしてもよい。
次に、図１８Ａ〜図１８Ｃを参照して、さらに他の実施例によるレーザーアニール方法について説明する。以下、図１０〜図１５Ｂに示した実施例によるレーザーアニール方法と共通の構成については説明を省略する。
図１８Ａは、アニール対象物６０を走査するときの走査線７７を示す平面図である。主走査方向はｘ軸に平行である。アニール時に、パルスレーザービームのビーム断面６５の中心が走査線７７と辿るように移動する。副走査方向に関するオーバーラップ率が５０％のとき、走査線７７の間隔は、ビーム断面６５のｙ軸方向の寸法（長さ）の１／２である。
図１８Ｂは、走査経路６２の一例を示す図である。まず、走査線７７を１つおきに走査し、その後、残りの走査線７７を順番に走査する。このとき、１本の走査線７７の走査と、その次の走査される走査線７７の走査とで、パルスレーザービームが入射する領域はｙ軸方向に関して重ならない。なお、主走査時においても、図１０〜図１５Ｂに示した実施例と同様に、パルスレーザービームが入射する領域は重ならない。このため、図１８Ｂに示した走査経路６２を辿って全ての走査線７７を走査する工程を、１つの単位工程ということができる。
図１８Ｃは、走査経路６２の他の例を示す図である。アニール対象物６０の表面が２つの部分領域７８に区分されている。一方の部分領域７８の１本の走査線７７を走査した後、他方の部分領域７８の１本の走査線７７を走査する。このように、走査線７７を２つの部分領域７８から交互に選択し、選択された走査線７７を順番に走査するようにしてもよい。
図１８Ａ〜図１８Ｃに示した実施例では、パルスレーザービームの入射する領域が副走査方向に関して重ならないように副走査される。このため、副走査の前後における熱影響を低減させることができる。
上記実施例では、パルスレーザービームの経路に対してアニール対象物６０を移動させたが、アニール対象物６０に対してパルスレーザービームの経路を移動させてもよい。すなわち、パルスレーザービームの経路を二次元方向に振ってもよい。例えば、パルスレーザービームの経路及びアニール対象物６０の一方を他方に対して移動させる走査機構を設けるとよい。
また、上記実施例及び変形例は例示であり、実施例及び変形例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。実施例及び変形例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例及び変形例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。
以上において本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、各実施の形態では第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としたが、本発明は第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としても同様に成り立つ。
以上のように、本発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法、半導体装置、レーザーアニール方法、レーザーアニール装置の制御装置およびレーザーアニール装置は、電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置などに使用されるパワー半導体装置の製造に有用である。
１ ｎ型ＦＳ層
２ ｎ-型ドリフト領域
３ ｐ型ベース領域
４ ｎ+型エミッタ領域
５ ｐ+型コンタクト領域
６ ゲート絶縁膜
７ 裏面電極
８ ゲート電極
９ 層間絶縁膜
１０ 表面電極
１１ 保護膜
１２ ＩＧＢＴ領域
１３ ＦＷＤ領域
１６ ｐ+型コレクタ領域
１７ ｎ+型カソード領域
１８ トレンチ
１９ 半導体ウエハ
２８ コンタクトホール
３１ レーザー光源
３２ ビームホモジナイザ
３３ ミラー
４０ チャンバ
４１ ステージ
４２ レーザー透過窓
５０ 制御装置
６０ アニール対象物
６１ アニール対象領域
６２ 走査経路
６５ ビーム断面
６６ｘ ｘ軸方向のビームプロファイル
６６ｙ ｙ軸方向のビームプロファイル
６８ 保護膜
７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ、７０Ｅ パルスレーザービームが入射した領域
７５ １回の主走査による照射回数の増分を示す領域
７７ 走査線
７８ 部分領域
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、次の特徴を有する。半導体基板に不純物を添加する第１工程と、前記不純物が添加された領域に、複数回パルスレーザービームを照射して前記半導体基板のアニールを行う第２工程と、を含む。前記パルスレーザービームは照射領域を備え、前記照射領域の高さ方向を第１方向、前記照射領域の幅方向を第２方向とし、前記第２工程は、前記第１方向の正の方向に第１間隔毎に複数回前記パルスレーザービームを照射して複数の第１領域を形成する第１領域形成工程と、前記第１領域形成工程後、前記第１方向に平行で前記第２方向の負の方向側にある前記第１領域の端部から、前記照射領域を前記第２方向の正の方向へ第２間隔移動し、前記第１方向の負の方向に前記第１間隔毎に複数回前記パルスレーザービームを照射して複数の第２領域を形成する第２領域形成工程と、前記第２領域形成工程後、前記第１方向に平行で前記第２方向の負の方向側にある前記第２領域の端部から、前記照射領域を前記第２方向の負の方向へ前記第２間隔移動し、さらに前記第１方向の正の方向へ前記第１間隔移動させ、前記第１方向の正の方向に前記第１間隔毎に複数回前記パルスレーザービームを照射して複数の第３領域を形成する第３領域形成工程と、前記第３領域形成工程後、前記第１方向に平行で前記第２方向の負の方向側にある前記第３領域の端部から、前記照射領域を前記第２方向の正の方向へ前記第２間隔移動し、前記第１方向の負の方向に前記第１間隔毎に複数回前記パルスレーザービームを照射して複数の第４領域を形成する第４領域形成工程と、を含む。前記第１領域は前記第２方向において前記第２領域に隣接し、前記第３領域は前記第２方向において前記第４領域に隣接する。
また、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記第３領域は、前記第１方向において隣り合う前記第１領域の間に形成され、前記第４領域は、前記第１方向において隣り合う前記第２領域の間に形成されることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記第１領域と前記第２領域に照射される前記パルスレーザービームは、前記第２方向において前記照射領域の一部が重なりあい、前記第３領域と前記第４領域に照射される前記パルスレーザービームは、前記第２方向において前記照射領域の一部が重なりあうことを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記第１領域は前記第１方向において前記第３領域と隣接し、且つ前記第１領域と前記第３領域に照射された前記パルスレーザービームの一部は、前記照射領域の一部が重なりあい、前記第２領域は前記第１方向において前記第４領域と隣接し、且つ前記第２領域と前記第４領域に照射された前記パルスレーザービームの一部は、前記照射領域の一部が重なりあうことを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記第１領域形成工程および前記第２領域形成工程では、複数の前記第１領域の間および複数の前記第２領域の間は所定の時間間隔後に前記パルスレーザービームが照射され、前記第３領域形成工程および前記第４領域形成工程では、複数の前記第３領域の間および複数の前記第４領域の間は所定の時間間隔後に前記パルスレーザービームが照射されることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記所定の時間間隔は、前記パルスレーザービームのパルス間隔より大きいことを特徴とする。また、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記第１間隔は、前記照射領域の高さの０％より大きく、１００％以下であることを特徴とする。また、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記第２間隔は、前記照射領域の幅の０％より大きく、１００％以下であることを特徴とする。また、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記第１間隔は、前記照射領域の前記高さの１／２、２／３または前記照射領域の前記高さであることを特徴とする。また、この発明にかかる半導体装置のレーザーアニール方法は、上述した発明において、前記第２工程より前に、前記半導体基板の一方の面に保護膜を形成する工程をさらに含み、前記第２工程では、前記保護膜が形成された面と反対側の面から前記パルスレーザービームを照射することを特徴とする。
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。第１導電型の半導体基板のおもて面に第２導電型の第１半導体層が設けられる。前記第１半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に第１導電型の第１半導体領域が設けられる。前記半導体基板の、前記第１半導体層に対して反対側の表面層に選択的に、前記半導体基板より高不純物濃度の第１導電型の第２半導体層が設けられる。前記第１半導体領域と前記半導体基板とに挟まれた前記第１半導体層の表面上の少なくとも一部にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられる。前記第１半導体領域と前記第１半導体層の表面に第１電極が設けられる。前記第２半導体層の表面に第２電極が設けられる。前記第２半導体層は、前記半導体基板に不純物を添加し、前記不純物が添加された領域の一部の第１領域にパルスレーザービームを照射した後、所定の時間間隔後、前記第１領域と隣接する第２領域に前記パルスレーザービームを照射して、前記第１領域と前記第２領域に照射される前記パルスレーザービームは照射領域の一部が重なりあう前記半導体基板のアニールを行うことで形成される。
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかるレーザーアニール方法は、次の特徴を有する。ショット間でパルスレーザービームが入射する領域が所定の間隔以上離れて重ならないように、パルスレーザービームでアニール対象物の表面を走査する単位工程を複数回繰り返して前記アニール対象物をアニールするレーザーアニール方法であって、１つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域と、他の１つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域とが部分的に重なるように、前記アニール対象物の表面を走査する。
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかるレーザーアニール装置の制御装置は、次の特徴を有する。パルスレーザービームでアニール対象物の表面を走査するレーザーアニール装置の制御装置である。制御装置は、ショット間でパルスレーザービームが入射する領域が所定の間隔以上離れて重ならないように、パルスレーザービームで前記アニール対象物の表面を走査する単位工程を複数回繰り返して前記アニール対象物をアニールする機能、及び１つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域と、他の１つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域とが部分的に重なるように、前記アニール対象物の表面を走査する機能を有する。
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかるレーザーアニール装置は、次の特徴を有する。レーザーアニール装置は、パルスレーザービームを出力するレーザー光源と、前記レーザー光源から出力されたパルスレーザービームが入射する位置に保持されたアニール対象物の表面を前記レーザー光源から出力されたパルスレーザービームで走査する走査機構と、前記レーザー光源及び前記走査機構を制御する制御装置とを有する。前記制御装置は、前記レーザー光源及び前記走査機構を制御して、前記レーザー光源から出力されたパルスレーザービームで、ショット間でパルスレーザービームが入射する領域が所定の間隔以上離れて重ならないように前記アニール対象物の表面を走査する単位工程を複数回繰り返して前記アニール対象物をアニールする機能、及び１つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域と、他の１つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域とが部分的に重なるように、前記アニール対象物の表面を走査する機能を有する。

Claims (14)

  1. 半導体基板に不純物を添加する第１工程と、
    前記不純物が添加された領域に、複数回パルスレーザービームを照射して前記半導体基板のアニールを行う第２工程と、
    を含み、
    前記第２工程では、前記不純物が添加された領域の一部の第１領域に前記パルスレーザービームを照射した後、所定の時間間隔後、前記第１領域と隣接する第２領域に前記パルスレーザービームを照射することを特徴とする半導体装置のレーザーアニール方法。
  2. 前記所定の時間間隔は、前記パルスレーザービームのパルス間隔より大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置のレーザーアニール方法。
  3. 前記第２工程では、連続する前記パルスレーザービームの照射領域間が所定の間隔以上離れていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置のレーザーアニール方法。
  4. 前記所定の間隔は、前記照射領域の幅または高さの０％より大きく、１００％以下であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置のレーザーアニール方法。
  5. 前記所定の間隔は、前記照射領域の高さの１／２、２／３または前記照射領域の高さであることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置のレーザーアニール方法。
  6. 前記第２工程より前に、前記半導体基板の一方の面に保護膜を形成する工程をさらに含み、
    前記第２工程では、前記保護膜が形成された面と反対側の面から前記パルスレーザービームを照射することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体装置のレーザーアニール方法。
  7. 第１導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板のおもて面に設けられた第２導電型の第１半導体層と、
    前記第１半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に設けられた第１導電型の第１半導体領域と、
    前記半導体基板の、前記第１半導体層に対して反対側の表面層に選択的に設けられた、前記半導体基板より高不純物濃度の第１導電型の第２半導体層と、
    前記第１半導体領域と前記半導体基板とに挟まれた前記第１半導体層の表面上の少なくとも一部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
    前記第１半導体領域と前記第１半導体層の表面に設けられた第１電極と、
    前記第２半導体層の表面に設けられた第２電極と、
    を備え、
    前記第２半導体層は、前記半導体基板に不純物を添加し、前記不純物が添加された領域の一部の第１領域に前記パルスレーザービームを照射した後、所定の時間間隔後、前記第１領域と隣接する第２領域に前記パルスレーザービームを照射して、前記半導体基板のアニールを行うことで形成されることを特徴とする半導体装置。
  8. ショット間でパルスレーザービームが入射する領域が重ならないように、パルスレーザービームでアニール対象物の表面を走査する単位工程を複数回繰り返して前記アニール対象物をアニールするレーザーアニール方法であって、
    １つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域と、他の１つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域とが部分的に重なるように、前記アニール対象物の表面を走査することを特徴とするレーザーアニール方法。
  9. 前記単位工程の各々は、パルスレーザービームの入射する領域をショットごとに一方向に等間隔で移動させる工程を含むことを特徴とする請求項８に記載のレーザーアニール方法。
  10. 前記アニール対象物の表面に、アニールすべきアニール対象領域が画定されており、
    パルスレーザービームのビーム断面内において、光強度が最大値の９０％以上となる部分が入射した領域が、前記アニール対象領域を隈なく覆うように、複数の前記単位工程を繰り返すことを特徴とする請求項８または９に記載のレーザーアニール方法。
  11. パルスレーザービームでアニール対象物の表面を走査するレーザーアニール装置の制御装置であって、
    ショット間でパルスレーザービームが入射する領域が重ならないように、パルスレーザービームで前記アニール対象物の表面を走査する単位工程を複数回繰り返して前記アニール対象物をアニールする機能、及び
    １つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域と、他の１つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域とが部分的に重なるように、前記アニール対象物の表面を走査する機能を有することを特徴とするレーザーアニール装置の制御装置。
  12. 前記単位工程の各々において、パルスレーザービームの入射する領域をショットごとに一方向に等間隔で移動させる機能をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載のレーザーアニール装置の制御装置。
  13. 前記アニール対象物の表面に、アニールすべきアニール対象領域が画定されており、
    パルスレーザービームのビーム断面内において、光強度が最大値の９０％以上となる部分が入射した領域が、前記アニール対象領域を隈なく覆うように、複数の前記単位工程を繰り返す機能を、さらに有することを特徴とする請求項１１または１２に記載のレーザーアニール装置の制御装置。
  14. パルスレーザービームを出力するレーザー光源と、
    前記レーザー光源から出力されたパルスレーザービームが入射する位置に保持されたアニール対象物の表面を前記レーザー光源から出力されたパルスレーザービームで走査する走査機構と、
    前記レーザー光源及び前記走査機構を制御する制御装置と、
    を有し、
    前記制御装置は、前記レーザー光源及び前記走査機構を制御して、
    前記レーザー光源から出力されたパルスレーザービームで、ショット間でパルスレーザービームが入射する領域が重ならないように前記アニール対象物の表面を走査する単位工程を複数回繰り返して前記アニール対象物をアニールする機能、及び
    １つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域と、他の１つの前記単位工程でパルスレーザービームが入射する領域とが部分的に重なるように、前記アニール対象物の表面を走査する機能を有することを特徴とするレーザーアニール装置。
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