KR102371864B1 - 레이저어닐링방법 및 레이저어닐링장치 - Google Patents

레이저어닐링방법 및 레이저어닐링장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102371864B1
KR102371864B1 KR1020187030696A KR20187030696A KR102371864B1 KR 102371864 B1 KR102371864 B1 KR 102371864B1 KR 1020187030696 A KR1020187030696 A KR 1020187030696A KR 20187030696 A KR20187030696 A KR 20187030696A KR 102371864 B1 KR102371864 B1 KR 102371864B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon wafer
laser beam
laser
pulsed laser
pulse width
Prior art date
Application number
KR1020187030696A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180134924A (ko
Inventor
나오키 와카바야시
Original Assignee
스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 filed Critical 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Publication of KR20180134924A publication Critical patent/KR20180134924A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102371864B1 publication Critical patent/KR102371864B1/ko

Links

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)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

활성화함으로써 도너로서 작용하는 복합결함을 형성하는 원소가, 일방의 표면의 표층부에 주입된 실리콘웨이퍼를 준비한다. 690nm 이상 950nm 이하의 범위 내의 파장의 펄스레이저빔을, 실리콘웨이퍼의 원소가 주입되어 있는 표면인 레이저조사면에 입사시켜 원소를 활성화시킨다. 원소를 활성화시킬 때에, 펄스레이저빔의 펄스폭, 및 펄스에너지밀도를, 레이저조사면이 용융하지 않으며, 표면으로부터 깊이 40μm까지 중 적어도 일부의 영역의 원소가 활성화하는 조건으로 펄스레이저빔을 실리콘웨이퍼에 입사시킨다.

Description

레이저어닐링방법 및 레이저어닐링장치
본 발명은 결정 내부의 격자결함과 조합하여 도너로서 작용하는 원소가 주입된 실리콘웨이퍼를 어닐링하고, 주입된 원소를 활성화시키는 레이저어닐링방법, 및 레이저어닐링장치에 관한 것이다.
실리콘웨이퍼에 프로톤을 주입하여 격자결함을 발생시키고, 그 후 어닐링함으로써, n형 캐리어밀도가 상승하는 것이 알려져 있다. 이 경우, 프로톤이 도너로서 작용한다. 프로톤의 도너화는, 프로톤과 공공(空孔)과의 복합결함에 기인한다고 생각되고 있다. 실리콘웨이퍼에 주입된 프로톤의 도너화는, 프로톤의 활성화라고도 한다. 예를 들면, 500℃에서 30분간, 전기로(電氣爐)를 이용하여 어닐링을 행함으로써, 프로톤을 활성화시킬 수 있다(특허문헌 1).
절연게이트 바이폴러 트랜지스터(IGBT)의 소자면과는 반대측의 표면에 주입된 프로톤을, 레이저어닐링에 의하여 활성화시키는 기술이 공지이다(특허문헌 2). 특허문헌 2에 개시된 방법에서는, 파장이 808nm인 레이저광과, 파장 500nm 정도의 레이저광이, 실리콘웨이퍼에 동시에 조사된다. 파장 808nm의 레이저광의 광원으로서 반도체레이저가 이용되고, 파장 500nm 정도의 레이저광의 광원으로서, YAG2ω레이저가 이용된다. 파장 808nm의 레이저광의 실리콘웨이퍼로의 침입길이는, 파장 500nm의 레이저광의 실리콘웨이퍼로의 침입길이보다 길다. 침입길이가 긴 레이저광으로 상대적으로 깊은 영역을 가열하고, 침입길이가 짧은 레이저광으로 상대적으로 얕은 영역을 가열한다.
특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 레이저어닐링에서는 온도가 상승한 후에 하강할 때까지의 시간이 1μs로 매우 짧기 때문에, 프로톤을 활성화시키기 위하여 실리콘이 용융상태이거나 거기에 가까운 상태인 것이 필요하다고 되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 실리콘웨이퍼를, 예를 들면 약 30μm 정도의 깊이까지 용융시켜 프로톤의 활성화가 행해진다. 침입길이가 다른 2종류의 파장의 레이저광을 이용함으로써, 실리콘웨이퍼를, 보다 깊은 영역까지 용융시킬 수 있다.
프로톤주입 시에, 실리콘웨이퍼의 표면으로부터 프로톤의 투영범위(Rp)에 상당하는 깊이까지의 프로톤의 통과영역이, 실리콘웨이퍼에 원래 도프되어 있는 도펀트의 초기 도너농도보다 매우 낮아지는 것이 알려져 있다(특허문헌 3). 이것은, 프로톤조사에 의하여, 캐리어이동도의 저하나 누출전류의 원인이 되는 결정상태가 강하게 흐트러진 결함이 발생하기 때문이라고 생각되고 있다. 이와 같은 결함은, 디스오더라고 불린다.
가속에너지를 변경하여 3회의 프로톤조사를 행함과 함께, 3회의 프로톤조사마다 활성화를 위한 전기로어닐링을 행함으로써, 디스오더가 없는 필드스톱층을 형성할 수 있다(특허문헌 3).
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2009-99705호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2009-176892호 특허문헌 3: 국제 공개 제2013/147275호
상술과 같이, 프로톤에 의한 n형 캐리어의 발생은 복합결함에 기인한다. 어닐링온도가 너무 높으면, 도너로서 작용하는 복합결함이 회복함으로써 소멸되기 때문에, 프로톤의 활성화를 행하기 위한 어닐링온도의 적합한 범위의 상한값이 존재한다. 전기로를 이용하여 어닐링을 행하는 경우에, 어닐링온도를 이 상한값보다 높게 할 수 없다. 이로 인하여, 이온주입에 의하여 엔드 오브 레인지(end-of-range) 영역에 발생한 엔드 오브 레인지(EOR)결함을, 어닐링에 의하여 소멸시키는 것이 곤란하다. 여기에서, 엔드 오브 레인지 영역이란, 주입된 도펀트의 농도가 피크를 나타내는 위치(피크깊이)로부터, 도펀트가 도달하는 가장 깊은 위치(테일깊이)까지의 영역을 의미한다. EOR결함이 잔류하고 있는 영역에 있어서는, n형 캐리어의 밀도가, n형 실리콘웨이퍼의 초기의 도너농도보다 낮아지는 경우가 있다.
실리콘웨이퍼의 표층부를 용융시켜 프로톤을 활성화시키는 방법(특허문헌 2에 기재된 방법)에서는, 실리콘을 용융시키기 위하여 실리콘웨이퍼 표면에 있어서의 에너지밀도를 높게 해야 한다. 일례로서, 실리콘웨이퍼를 깊이 30μm까지 용융시키는 경우에 대하여 고찰한다. 실리콘의 엔탈피는 1780J/g이기 때문에, 면적 1cm2의 영역을 깊이 30μm까지 용융시키기 위하여 필요한 잠열은 12.4J/cm2이다. 실리콘을 용융시키기 위해서만, 12.4J/cm2의 에너지밀도에 상당하는 레이저에너지가 소비된다. 레이저어닐링을 행할 때에는, 잠열에 상당하는 에너지에 더하여, 실리콘웨이퍼를 융점까지 가열하기 위한 에너지도 필요하다. 따라서, 실리콘웨이퍼를 깊이 30μm까지 용융시키기 위해서는, 12.4J/cm2보다 높은 에너지밀도가 필요해진다.
파장 808nm의 반도체레이저를 연속발진시키는 경우에, 에너지밀도를 높게 하기 위해서는, 레이저발진기의 출력을 높게 하거나, 실리콘웨이퍼 표면에 있어서의 빔스폿의 이동속도를 느리게 해야 한다. 파장 500nm 정도의 펄스발진하는 YAG2ω레이저의 에너지밀도를 높게 하기 위해서는, 1펄스당 에너지를 높게 하거나, 빔스폿사이즈를 작게 해야 한다. 어느 경우도, 레이저발진기의 고비용화, 또는 스루풋의 저하를 초래한다.
또, 특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 침입길이가 긴 레이저광을 이용하여 상대적으로 깊은 영역의 가열이 행해진다. 그런데, 실리콘웨이퍼로의 광의 침입길이는, 실리콘웨이퍼의 온도에 의존한다. 실리콘웨이퍼의 온도가 상승하면, 에너지밴드갭이 작아져, 그 결과광의 침입길이가 짧아진다. 레이저광의 입사에 의하여 실리콘웨이퍼의 온도가 높아지면, 침입길이가 짧아지기 때문에, 레이저광의 입사가 계속하고 있을 때의 침입길이는, 레이저입사 초기의 침입길이보다 짧아진다.
IGBT의 제조공정에서, 프로톤을 전기로어닐링에 의하여 활성화시키는 시점에서, 실리콘웨이퍼에 이미 IGBT의 소자구조가 형성되어 있다. 이 소자구조에는, 예를 들면 알루미늄 등이 포함되어 있다. 따라서 프로톤의 활성화 어닐링 중에 알루미늄과 실리콘이 실리사이드를 형성하는 온도 이상까지 가열할 수 없다. 특허문헌 3에 개시된 방법에서는, 420℃, 400℃, 및 380℃에서 3회의 전기로어닐링이 행해진다. 이와 같은 온도에서의 전기로어닐링으로 디스오더를 효율적으로 소멸시키는 것은 곤란하다.
본 발명의 목적은, EOR결함을 감소시킬 수 있고, 또한 실리콘웨이퍼를 용융시킬 정도까지의 레이저발진기의 고출력화를 필요로 하지 않는 레이저어닐링방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 프로톤 등의 주입 후에 디스오더를 저감시키는 것이 가능한 레이저어닐링방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 이들 레이저어닐링방법에 적용 가능한 레이저어닐링장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점에 의하면,
활성화함으로써 도너로서 작용하는 복합결함을 형성하는 원소가, 일방의 표면의 표층부에 주입된 실리콘웨이퍼를 준비하는 공정과,
690nm 이상 950nm 이하의 범위 내의 파장의 펄스레이저빔을, 상기 실리콘웨이퍼의 상기 원소가 주입되어 있는 표면인 레이저조사면에 입사시켜 상기 원소를 활성화시키는 공정을 구비하고,
상기 원소를 활성화시키는 공정에 있어서, 상기 펄스레이저빔의 펄스폭, 및 펄스에너지밀도를, 상기 레이저조사면이 용융하지 않으며, 표면으로부터 깊이 40μm까지 중 적어도 일부의 영역의 상기 원소가 활성화하는 조건으로 상기 펄스레이저빔을 상기 실리콘웨이퍼에 입사시키는 레이저어닐링방법이 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 의하면,
690nm 이상 950nm 이하의 범위 내의 파장의 펄스레이저빔을 출력하는 레이저광원과,
활성화함으로써 도너로서 작용하는 복합결함을 형성하는 원소가, 일방의 표면의 표층부에 주입된 실리콘웨이퍼를 지지하는 스테이지와,
상기 레이저광원으로부터 출력된 펄스레이저빔을, 상기 스테이지에 지지된 실리콘웨이퍼까지 전파시키는 전파광학계와,
상기 레이저광원을 제어하는 제어장치를 구비하고,
상기 전파광학계는, 상기 실리콘웨이퍼의 표면에 있어서의 펄스레이저빔의 빔단면을, 폭이 200μm 이상의 일방향으로 긴 형상으로 정형하며,
상기 제어장치는, 상기 레이저광원으로부터 출력되는 펄스레이저빔의 펄스폭이 70μs 이상 100μs 이하, 또는 140μs 이상이 되고, 상기 실리콘웨이퍼의 레이저조사면의 최고 도달온도가 1414℃ 미만이 되는 조건을 충족시키는 파워가 되도록 상기 레이저광원을 제어하는 레이저어닐링장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 관점에 의하면,
두께방향의 전역에 도너가 첨가되어 있고, 활성화함으로써 도너로서 작용하는 복합결함을 형성하는 원소가 일방의 표면의 표층부에 더 주입된 실리콘웨이퍼를 준비하고,
690nm 이상 950nm 이하의 범위 내의 파장의 펄스레이저빔을, 상기 실리콘웨이퍼의 상기 원소가 주입되어 있는 표면인 레이저조사면에 입사시켜 상기 원소를 활성화시키는 레이저어닐링방법으로서,
상기 펄스레이저빔의 펄스폭 및 펄스에너지밀도를, 상기 원소의 주입 시에 상기 원소가 통과한 영역인 통과영역에 발생한 디스오더, 및 엔드 오브 레인지 영역에 발생한 엔드 오브 레인지 결함 중 적어도 일방을 소멸시킴으로써, 당해 영역의 캐리어밀도를, 적어도 상기 원소를 주입하기 전의 상기 실리콘웨이퍼의 초기 도너농도까지 회복시키는 조건으로 설정하여 상기 펄스레이저빔을 상기 실리콘웨이퍼에 입사시키는 레이저어닐링방법.
본 발명의 또 다른 관점에 의하면,
690nm 이상 950nm 이하의 범위 내의 파장의 펄스레이저빔을 출력하는 레이저광원과,
상기 레이저광원으로부터 출력된 펄스레이저빔을 어닐링 대상의 웨이퍼까지 전파시키는 전파광학계와,
어닐링 대상의 웨이퍼가, 활성화함으로써 도너로서 작용하는 복합결함을 형성하는 원소가 일방의 표면의 표층부에 주입되고, 상기 원소를 활성화시키기 위한 전기로어닐링을 행한 후의 웨이퍼일 때에 적용되는 펄스레이저빔의 출력조건을 규정하는 제1 레시피, 및 어닐링 대상의 웨이퍼가, 상기 원소가 일방의 표면의 표층부에 주입되며, 전기로어닐링을 실시하지 않은 웨이퍼일 때에 적용되는 펄스레이저빔의 출력조건을 규정하는 제2 레시피를 기억하고 있는 기억장치와,
상기 레이저광원을 제어하는 제어장치를 구비하고,
상기 제어장치는,
상기 제1 레시피 및 상기 제2 레시피로부터, 어느 쪽의 레시피를 적용할지를 선택하며,
선택된 레시피에 근거하여 상기 레이저광원을 제어하는 레이저어닐링장치가 제공된다.
전기로어닐링에서는 EOR결함을 소멸시키는 것이 곤란하지만, 펄스레이저를 이용한 어닐링에 의하여, 전기로어닐링을 이용하는 경우와 비교하여 EOR결함을 큰폭으로 감소시키는 것이 가능해진다. 또한, 실리콘웨이퍼의 레이저조사면을 용융시키지 않는 조건이 적용되기 때문에, 표면을 용융시키는 경우에 비하여 출력이 작은 레이저발진기를 이용할 수 있다.
디스오더를 소멸시킴으로써, 소자 특성의 개선을 도모할 수 있다.
도 1에 있어서, 도 1의 (a)는, 실시예에 의한 레이저어닐링방법을 적용하여 제조되는 IGBT의 단면도이며, 도 1의 (b)는, 레이저어닐링을 행하는 단계의 실리콘웨이퍼의 단면도이다.
도 2에 있어서, 도 2의 (a)는, 실리콘의 온도와 밴드갭의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 2의 (b)는, 실리콘의 온도와 광침입길이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 표면의 최고 도달온도가 실리콘의 융점(1414℃)이 되는 조건에서 레이저빔을 입사시킨 경우의 깊이와 최고 도달온도의 관계의 시뮬레이션결과를 나타내는 그래프이다.
도 4에 있어서, 도 4의 (a)는, 어닐링 대상의 실리콘웨이퍼의 단면도이며, 도 4의 (b)는, 레이저어닐링 후의 실리콘웨이퍼의 단면도이고, 도 4의 (b)는, 레이저어닐링 후의 실리콘웨이퍼의 두께방향에 관한 캐리어밀도의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5에 있어서, 도 5의 (a)는, 다른 실시예에 의한 레이저어닐링방법에 있어서의 프로톤주입 후의 실리콘웨이퍼의 단면도이며, 도 5의 (b)는, 전기로어닐링 후의 실리콘웨이퍼의 단면도이고, 도 5의 (c)는, 레이저어닐링 후의 실리콘웨이퍼의 단면도이다.
도 6에 있어서, 도 6의 (a)는, 평가실험에 이용한 실리콘웨이퍼의 단면도이며, 도 6의 (b)는, 레이저어닐링 후의 실리콘웨이퍼의 단면도이다.
도 7은, 레이저어닐링 후의 실리콘웨이퍼의 캐리어밀도의, 깊이방향에 관한 분포의 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 상술한 조건에서 레이저어닐링을 행한 시료의 깊이방향에 관한 캐리어밀도분포의 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 실리콘웨이퍼의 표면의 최고 도달온도가 대략 실리콘의 융점에 도달하는 조건에서 레이저어닐링을 행하는 경우의, 깊이방향에 관한 최고 도달온도의 분포의 시뮬레이션결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 실리콘웨이퍼의 두께와, 펄스폭과, 비조사면의 최고 도달온도와의 관계의 시뮬레이션결과를 나타내는 도표이다.
도 11에 있어서, 도 11의 (a) 내지 (e)는, IGBT의 제조방법을 설명하기 위한 실리콘웨이퍼의 단면도이다.
도 12는, 실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)의 표층부의 캐리어밀도분포의 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 13에 있어서, 도 13의 (a) 내지 (e)는, IGBT의 다른 제조방법을 설명하기 위한 실리콘웨이퍼의 단면도이다.
도 14는, 실시예에 의한 레이저어닐링장치의 개략도이다.
도 15는, 실리콘웨이퍼의 두께와, 비조사면의 최고 도달온도가 400℃ 이하가 되는 조건을 충족시키는 펄스폭의 상한값의 관계(제1 관계)를 나타내는 그래프이다.
도 16에 있어서, 도 16의 (a) 및 (b)는, 입사하는 펄스레이저빔의 펄스폭과, 실리콘웨이퍼에 주입되어 있는 프로톤이 활성화되는 깊이의 범위의 관계(제2 관계)를 나타내는 그래프이다.
도 17은, 제어장치의 기능블록도이다.
도 18은, 다른 평가실험으로 프로톤을 활성화시켰을 때의 캐리어밀도의 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 19는, 또 다른 평가실험으로 프로톤을 활성화시켰을 때의 캐리어밀도의 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 20은, 또 다른 평가실험으로 프로톤을 활성화시켰을 때의 캐리어밀도의 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 21은, 또 다른 평가실험으로 프로톤을 활성화시켰을 때의 캐리어밀도의 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 1의 (a) 및 (b)를 참조하여, 실시예에 의한 레이저어닐링방법을 적용하여 제작되는 반도체소자의 예로서, 절연게이트 바이폴러 트랜지스터(IGBT)의 구조에 대하여 간단하게 설명한다.
도 1의 (a)는, 실시예에 의한 레이저어닐링방법을 적용하여 제조되는 IGBT의 단면도이다. n형의 실리콘웨이퍼(10)의 일방의 면(이하, "비조사면"이라고 함)(10A)에 이미터, 게이트 등의 소자구조가 형성되어 있고, 다른 일방의 면(이하, "레이저조사면"이라고 함)(10B)에 컬렉터가 형성되어 있다.
예를 들면, 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 실리콘웨이퍼(10)의 비조사면(10A)의 표층부에, p형의 베이스영역(11), n형의 이미터영역(12), 게이트전극(13), 게이트절연막(14), 및 이미터전극(15)가 배치된다. 게이트-이미터 간의 전압으로, 전류의 온 오프 제어를 행할 수 있다. 이미터전극(15)에는, 예를 들면 알루미늄이 이용된다.
실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)의 표층부에, p형의 컬렉터층(17) 및 저밀도의 n형의 버퍼층(필드스톱층)(16)이 형성되어 있다. 버퍼층(16)은, 컬렉터층(17)보다 깊은 영역에 배치된다. 컬렉터층(17)은, p형의 도펀트, 예를 들면 붕소(B)를 이온주입하여 활성화함으로써 형성된다. n형의 버퍼층(16)은, n형의 도펀트, 예를 들면 인(P) 및 프로톤을 주입하여 활성화함으로써 형성된다. 버퍼층(16)의 상대적으로 얕은 영역에 인이 주입되고, 상대적으로 깊은 영역에 프로톤이 주입된다. 컬렉터전극(18)이, 컬렉터층(17)의 표면에 형성된다.
레이저조사면(10B)으로부터 컬렉터층(17)과 버퍼층(16)의 계면까지의 깊이는, 예를 들면 약 0.2μm 내지 약 0.5μm까지의 범위 내이다. 레이저조사면(10B)으로부터 버퍼층(16)의 가장 깊은 위치까지의 깊이는, 예를 들면 5μm 내지 40μm까지의 범위 내이다. 인을 5μm보다 깊은 영역에 주입하는 것은 곤란하다. 이로 인하여, 5μm보다 깊은 영역은, 주로 프로톤을 활성화함으로써 n형 영역으로 된다.
도 1의 (b)는, 레이저어닐링을 행하는 단계의 실리콘웨이퍼(10)의 단면도이다. 실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)의 표층부의 제1 층(17a)에 보론이 주입되어 있다. 제1 층(17a)보다 깊은 제2 층(16a)에 인이 주입되어 있고, 그것보다 깊은 제3 층(16b)에 프로톤이 주입되어 있다. 이 단계에서는, 이들 도펀트는 활성화되어 있지 않다. 보론의 도스량은, 인의 도스량보다 많다.
[IGBT의 제조공정]
다음으로, IGBT의 제조공정에 대하여 설명한다. 먼저, 실리콘웨이퍼의 비조사면(10A)에, 베이스영역(11), 이미터영역(12), 게이트전극(13), 게이트절연막(14), 및 이미터전극(15)(도 1의 (a))을 포함하는 소자구조를 형성한다. 비조사면(10A)의 소자구조는, 공지의 반도체프로세스에 의하여 형성된다.
비조사면(10A)에 소자구조를 형성한 후에, 실리콘웨이퍼(10)를 레이저조사면(10B)으로부터 연삭함으로써, 실리콘웨이퍼(10)를 얇게 한다. 일례로서, 실리콘웨이퍼(10)의 두께를 50μm~200μm의 범위 내까지 얇게 한다. 얇게 된 실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)으로부터 보론, 인, 및 프로톤을 주입함으로써, 제1 층(17a), 제2 층(16a), 및 제3 층(16b)(도 1의 (b))을 형성한다. 이들 도펀트의 주입에는, 예를 들면 이온주입법이 적용된다.
도펀트의 주입 후에, 실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)에 레이저빔을 입사시킴으로써 레이저어닐링을 행한다. 이 레이저어닐링에 의하여, 보론, 인, 및 프로톤이 활성화되어, p형의 컬렉터층(17) 및 n형의 버퍼층(16)(도 1의 (a))이 형성된다.
[프로톤 활성화를 위하여 적합한 조건]
다음으로, 제3 층(16b)(도 1의 (b))에 주입된 프로톤을, 레이저어닐링에 의하여 활성화시키기 위한 적합한 조건에 대하여 설명한다.
레이저어닐링을 행하기 전에, 실리콘웨이퍼(10)(도 1의 (a))의 비조사면(10A)에 IGBT의 소자구조가 형성되어 있다. 레이저어닐링 시에 비조사면(10A)의 온도가 너무 높아지면, 소자구조가 데미지를 받게 된다. 구체적으로는, 이미터전극(15)에 알루미늄 등의 융점이 낮은 금속재료를 이용하고 있는 경우, 이 금속재료와 실리콘웨이퍼(10)와의 실리사이드 반응 등이 발생한다. 소자구조의 데미지를 억제하기 위하여, 레이저어닐링 시에 있어서의 비조사면(10A)의 최고 도달온도를, 알루미늄의 실리사이드 반응이 발생하는 온도(약 450℃) 이하로 하는 것이 요망된다. 여유를 구비하고, 비조사면(10A)의 최고 도달온도를 400℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
실리콘웨이퍼의 매우 얕은 영역에 프로톤 이외의 도펀트가 첨가되어 있는 경우가 있다. 프로톤의 활성화 시에 실리콘웨이퍼의 표층부가 용융하면, 프로톤 이외의 도펀트의 깊이방향에 관한 밀도분포(프로파일)가 흐트러진다. 매우 얕은 영역의 도펀트의 프로파일의 흐트러짐을 방지하기 위하여, 펄스레이저빔의 펄스폭, 및 실리콘웨이퍼 표면에 있어서의 펄스에너지밀도를, 레이저조사면(10B)의 최고 도달온도가 실리콘의 융점(1414℃)을 넘지 않도록 선택하는 것이 바람직하다.
펄스폭이 정해지면, 레이저조사면(10B)이 용융하지 않는 조건을 충족시키기 위한 펄스에너지밀도의 상한값이 정해진다. 보다 깊은 영역의 프로톤을 활성화하기 위해서는, 레이저조사면(10B)의 최고 도달온도가 실리콘의 융점의 근방이 되도록 하는 것이 바람직하다. 일례로서, 조사면의 최고 도달온도가 1000℃ 이상 1414℃ 미만의 범위 내가 되도록, 펄스폭 및 펄스에너지밀도를 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 펄스레이저빔의 펄스폭 및 펄스에너지밀도를, 프로톤의 통과영역에 발생한 디스오더를 소멸 또는 저감시킬 수 있는 범위로 하는 것이 바람직하다.
[침입길이가 긴 파장역의 레이저빔을 이용하는 경우의 가열의 과정]
다음으로, 프로톤이 주입된 5μm보다 깊은 영역을 가열하기 위하여, 침입길이가 긴 파장역의 레이저빔을 이용한 어닐링에 있어서의 가열의 과정에 대하여, 도 2의 (a) 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
도 2의 (a)는, 실리콘의 온도와 밴드갭의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 2의 (b)는, 실리콘의 온도와 광침입길이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 2의 (a)의 가로축은 실리콘의 온도를 단위 "℃"로 나타내고, 세로축은 밴드갭을 단위 "eV"로 나타낸다. 도 2의 (b)의 가로축은 실리콘의 온도를 단위 "K"로 나타내고, 세로축은 광침입길이를 단위 "μm"로 나타낸다. 도 2의 (b)의 실선 및 파선은, 각각 파장 800nm 및 532nm의 광의 침입길이를 나타낸다.
도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 실리콘의 온도가 상승함에 따라, 밴드갭이 좁아진다. 광의 흡수율은, 통상, 밴드갭이 좁아짐에 따라 높아진다.
도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 실리콘의 온도가 상승하면, 밴드갭이 좁아짐으로써 광침입길이가 짧아진다. 실온에서는, 파장 800nm 및 532nm의 광의 침입길이는, 각각 약 10μm 및 1μm이다. 실리콘의 온도가 융점(1687K) 근방까지 상승하면, 파장 800nm 및 532nm의 광의 침입길이는, 각각 실온 시의 침입길이의 약 1/30 및 약 1/10까지 짧아진다.
침입길이가 긴 파장 800nm의 레이저빔을 실온의 실리콘웨이퍼에 입사시키면, 깊이 10μm 정도까지 레이저빔이 침입한다. 그런데, 실리콘웨이퍼의 표면의 온도가 융점 근방까지 상승한 후에는, 침입길이는, 파장 532nm의 레이저빔의 실온에 있어서의 침입길이보다 짧아진다. 이와 같이, 실온에 있어서의 침입길이가 긴 파장의 레이저빔을 이용했다고 해도, 표면의 온도 상승 후에는 침입길이가 짧아진다. 이로 인하여, 침입길이가 긴 파장의 레이저빔을 이용하여 레이저어닐링을 행하는 경우에도, 표면의 온도 상승 후에는, 표면의 가장 근방에서 레이저에너지가 흡수된다. 레이저에너지의 흡수에 의하여 표면 근방에서 발생한 열이 실리콘웨이퍼의 깊은 영역에 전도됨으로써, 실리콘웨이퍼의 깊은 영역의 온도가 상승한다.
도 3은, 표면의 최고 도달온도가 실리콘의 융점(1414℃)이 되는 조건에서 레이저빔을 입사시킨 경우의 깊이와 최고 도달온도의 관계의 시뮬레이션결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 실리콘웨이퍼의 표면으로부터의 깊이를 단위 "μm"로 나타내고, 세로축은 최고 도달온도를 단위 "℃"로 나타낸다. 실리콘웨이퍼에 입사시키는 펄스레이저빔의 파장은 800nm로 했다. 도 3 중의 삼각기호 및 둥근기호는, 각각 펄스폭 250μs 및 25μs의 펄스레이저빔을 1쇼트 입사시켰을 때의 최고 도달온도를 나타낸다. 어느 경우에도, 펄스의 하강시점에 있어서의 표면온도가 약 1414℃가 되도록, 펄스에너지밀도가 조정되어 있다.
실리콘웨이퍼의 표면의 최고 도달온도가 가장 높고, 깊은 영역일수록 최고 도달온도가 낮아져 있다. 프로톤을 주입하면, 투영범위(Rp)에 상당하는 깊이보다 얕은 통과영역에 디스오더가 발생한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 디스오더가 발생하고 있는 상대적으로 얕은 영역의 최고 도달온도는, 프로톤을 활성화시켜야 할 상대적으로 깊은 영역의 최고 도달온도보다 높아진다. 바꾸어 말하면, 디스오더가 발생하고 있는 영역의 어닐링온도를, 프로톤의 투영범위(Rp)에 상당하는 깊이의 영역의 어닐링온도보다 높게 할 수 있다. 이하에 설명하는 실시예에서는, 얕은 영역의 온도가 깊은 영역의 온도보다 높아지는 온도프로파일을 이용하고 있다.
[실시예에 의한 레이저어닐링방법]
다음으로, 도 4의 (a) 내지 (c)를 참조하여, 실시예에 의한 레이저어닐링방법에 대하여 설명한다.
도 4의 (a)는, 어닐링 대상의 실리콘웨이퍼(20)의 단면도이다. 실리콘웨이퍼(20)의 두께방향의 전역에 도너가 첨가되어 있고, 실리콘웨이퍼(20)에 n형 도전성이 부여되어 있다. 실리콘웨이퍼(20)의 일방의 표면(21)로부터, 투영범위(Rp)가 약 5μm가 되는 조건에서 프로톤(H+)가 주입되어, 프로톤주입층(22)이 형성되어 있다. 프로톤주입층(22)보다 얕은 프로톤의 통과영역에 디스오더(23)이 발생하고 있다.
도 4의 (b)는, 레이저어닐링 후의 실리콘웨이퍼(20)의 단면도이다. 파장 808nm의 펄스레이저빔(PL)을 실리콘웨이퍼(20)의 표면(21)에 입사시킴으로써, 레이저어닐링을 행한다. 레이저광원으로서, 반도체레이저소자를 이용할 수 있다. 이 레이저어닐링에 의하여, 프로톤주입층(22)(도 4의 (a)) 내의 프로톤이 활성화되어, n형층(22a)이 형성된다.
펄스레이저빔(PL)의 펄스폭 및 실리콘웨이퍼(20)의 표면에 있어서의 펄스에너지밀도는, 디스오더(23)(도 4의 (a))를 소멸시킴으로써, 프로톤의 통과영역의 캐리어밀도를, 적어도 프로톤을 주입하기 전의 실리콘웨이퍼의 초기 도너농도까지 회복시킴과 함께, 실리콘웨이퍼(20)의 레이저조사면(표면(21))과는 반대측의 비조사면의 최고 도달온도가 400℃를 넘지 않는 조건으로 설정된다. 여기에서, "초기 도너농도"란, 단결정의 실리콘잉곳 형성 시에 도핑되는 n형 도펀트 중 전기적으로 활성화되어 있는 n형 도펀트의 농도를 의미한다.
다음으로, 도 4의 (c)를 참조하여, 본 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.
도 4의 (c)는, 레이저어닐링 후의 실리콘웨이퍼(20)의 두께방향에 관한 캐리어밀도의 분포를 나타내는 그래프이다. 가로축은 실리콘웨이퍼(20)의 표면(21)로부터의 깊이를 단위 "μm"로 나타내고, 세로축은 캐리어밀도(캐리어농도)를 단위 "cm-3"으로 나타낸다. 도 4 중의 파선은, 실리콘웨이퍼(20)의 초기 도너농도(Di)를 나타내고 있다.
깊이 5μm로부터 14μm까지의 범위에서, n형의 캐리어밀도가 초기 도너농도(Di)보다 높아져 있다. 이것은, 프로톤이 활성한 것을 의미한다. 또한, 깊이 5μm보다 얕은 영역(프로톤의 통과영역)의 캐리어밀도가, 초기 도너농도(Di)와 대략 동일하다. 즉, 프로톤의 통과영역에 있어서의 캐리어밀도의 저하가 발생하고 있지 않다. 이것은, 레이저어닐링에 의하여 디스오더(23)(도 4의 (a))이 대략 소멸된 것을 의미한다.
본 실시예에 있어서는, 도 3에 나타낸 최고 도달온도의 분포로부터 알 수 있는 바와 같이, 프로톤을 활성화시켜야 할 영역의 어닐링온도보다 프로톤의 통과영역의 어닐링온도가 높아진다. 이로써, 디스오더(23)을 효율적으로 소멸시킬 수 있다. 또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 레이저를 조사한 표면(21)(도 4의 (a))과는 반대측의 비조사면의 최고 도달온도는, 표면(21)이나 프로톤주입층(22)의 최고 도달온도보다 낮다. 이로 인하여, 비조사면의 온도를 최고 도달온도가 400℃를 넘지 않고, 또한 프로톤을 활성화시킬 수 있는 레이저조사조건을 발견하는 것이 가능하다.
다음으로, 본 실시예의 다양한 변형예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는 파장 808nm의 펄스레이저빔을 이용했지만, 그 외의 적외역의 파장, 예를 들면 690nm 이상 950nm 이하의 파장의 펄스레이저빔을 이용해도 된다. 또, 본 실시예에서는 실리콘웨이퍼(20)에 프로톤을 주입했지만, 그 외에, 활성화함으로써 도너로서 작용하는 복합결함을 형성하는 원소, 예를 들면 듀테론, 트리톤 등을 이용해도 된다.
다음으로, 도 5의 (a) 내지 (c)를 참조하여, 다른 실시예에 의한 레이저어닐링방법에 대하여 설명한다. 도 4의 (a) 내지 (c)에 나타낸 실시예에서는, 레이저어닐링에 의하여, 프로톤을 활성화시킴과 함께 디스오더를 소멸시켰다. 본 실시예에서는, 프로톤의 활성화를 위하여 전기로어닐링을 이용하여, 디스오더를 소멸시키기 위하여 레이저어닐링을 이용한다.
도 5의 (a)는, 프로톤주입 후의 실리콘웨이퍼(20)의 단면도이다. 이 상태는, 도 4의 (a)에 나타낸 실리콘웨이퍼(20)의 단면도와 동일하다. 프로톤의 통과영역에 디스오더(23)이 발생하고 있다.
도 5의 (b)는, 전기로어닐링 후의 실리콘웨이퍼(20)의 단면도이다. 전기로어닐링을 행함으로써, 프로톤주입층(22)(도 5의 (a)) 내의 프로톤이 활성화되어, n형층(22a)이 형성된다. 전기로어닐링으로 디스오더(23)을 소멸시키는 것은 곤란하기 때문에, 전기로어닐링 후에도 프로톤의 통과영역에 디스오더(23)이 잔류하고 있다.
도 5의 (c)는, 레이저어닐링 후의 실리콘웨이퍼(20)의 단면도이다. 레이저어닐링을 행함으로써, 디스오더(23)(도 5의 (b))을 소멸시킬 수 있다.
도 4의 (a) 내재 (c)에 나타낸 실시예에서는, 레이저어닐링에 의하여 프로톤의 활성화와 디스오더(23)의 소멸 양방을 행할 필요가 있다. 이에 반하여, 도 5의 (a) 내지 (c)에 나타낸 실시예에서는, 레이저어닐링에 의하여 프로톤의 활성화를 행할 필요가 없기 때문에, 레이저조사조건이 완화된다. 이와 같이, 도 5의 (a) 내지 (c)에 나타낸 전기로어닐링을 병용하는 실시예에 의한 레이저어닐링방법을 이용하는 경우의 바람직한 레이저조사조건과, 도 4의 (a) 내지 (c)에 나타낸 전기로어닐링을 이용하지 않는 실시예에 의한 레이저어닐링방법을 이용하는 경우의 바람직한 레이저조사조건은 다르다.
[레이저어닐링으로 프로톤을 활성화시키는 레이저조사조건]
다음으로, 실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)의 최고 도달온도가 실리콘의 융점인 약 1414℃보다 약간 낮은 온도에 도달한다는 조건에서, 전기로어닐링을 병용하지 않고 레이저어닐링에 의하여 프로톤을 활성화시키며, 또한 디스오더를 소멸시키기 위한 빔사이즈, 레이저발진형태, 및 펄스폭(가열시간)의 바람직한 조건에 대하여 설명한다.
[빔사이즈의 적합 조건]
도 6의 (a) 및 (b)와 도 7을 참조하여, 빔사이즈의 적합 조건에 대하여 설명한다. 실리콘웨이퍼에 레이저빔이 입사하면, 광에너지가 실리콘웨이퍼의 표층부에서 흡수되어 열로 변환되고, 그 열이 심부(深部)로 확산된다. 깊이 10μm 정도의 깊은 영역에 주입된 프로톤을 활성화시키기 위해서는, 심부를 향하여 열을 효율적으로 확산시키는 것이 필요하다.
본원의 발명자는, 실리콘웨이퍼의 표면에 있어서의 빔사이즈와 프로톤의 활성화의 관계를 조사하기 위한 평가실험을 행했다. 이하, 이 평가실험에 대하여 설명한다.
도 6의 (a)는, 평가실험에 이용한 실리콘웨이퍼(30)의 단면도이다. 실리콘웨이퍼(30)에, 도스량 1×1014cm-2의 조건으로 프로톤이 주입되어, 프로톤주입층(31)이 형성되어 있다. 주입하는 프로톤의 빔은, 예를 들면 가속에너지 4.3MeV로 가속한 후에, 투영범위(Rp)가 5μm가 되도록 알루미늄 박으로 감속시킴으로써 얻어진다. 프로톤의 통과영역에 디스오더(32)가 발생한다.
도 6의 (b)는, 레이저어닐링 후의 실리콘웨이퍼(30)의 단면도이다. 프로톤주입층(31)(도 6의 (a)) 내에 프로톤이 활성화됨으로써 n형층(31a)가 형성되어 있다. 또한, 디스오더(32)(도 6의 (a))가 소멸되어 있다. 레이저어닐링에는, 파장 808nm의 연속발진레이저를 이용했다. 실리콘웨이퍼(30)의 표면에 있어서의 레이저빔의 빔스폿의 직경은, 50μm, 100μm, 및 200μm의 3조건으로 했다. 실리콘웨이퍼(30)의 가열시간이 200μs가 되도록, 빔스폿의 이동속도를 조정했다. 실리콘웨이퍼(30)의 표면에 있어서의 파워밀도는, 실리콘웨이퍼(30)의 표면의 최고 도달온도가 실리콘의 융점(약 1414℃)이 되도록 설정했다. 빔스폿의 크기가 달라도 가열시간이 일정하기 때문에, 상기 조건을 충족시키는 파워밀도는 일정하다.
도 7은, 레이저어닐링 후의 실리콘웨이퍼(30)의 캐리어밀도의, 깊이방향에 관한 분포의 측정결과를 나타내는 그래프이다. 캐리어밀도의 분포는, 스프레딩 저항측정법(SRA)을 이용하여 측정했다. 도 7의 가로축은 표면으로부터의 깊이를 단위 "μm"로 나타내고, 세로축은 캐리어밀도를 단위 "cm-3"으로 나타낸다. 도 7 중의 굵은 파선, 가는 실선, 및 굵은 실선은, 각각 빔스폿의 직경(d)이 50μm, 100μm, 및 200μm의 조건에서 레이저어닐링을 행한 시료의 캐리어밀도를 나타낸다. 빔스폿의 크기에 따라, 프로톤의 활성화의 거동에 큰 차가 나타나 있는 것을 알 수 있다. 비교를 위하여, 전기로를 이용하여 온도 350℃~500℃에서 약 2시간의 어닐링을 행한 시료의 캐리어밀도를 가는 파선으로 나타낸다. 또, 실리콘웨이퍼(30)의 초기 도너농도를 일점 쇄선으로 나타낸다.
전기로를 이용하여 어닐링을 행한 경우의 캐리어밀도분포는, 주입된 프로톤의 농도분포에 가깝다고 생각할 수 있다. 단, 깊이 14μm~20μm의 범위에 있어서, 캐리어밀도가 초기 도너농도보다 낮아져 있다. 이것은, 이온주입에 기인하여 발생한 EOR결함에 의한 것이다. 전기로를 이용한 어닐링으로 EOR결함을 소멸시키기 위해서는, 어닐링온도를 높게 해야 한다. 단, 어닐링온도를 높게 하면, 도너로서 작용하는 복합결함도 소멸하게 된다. 따라서, 전기로를 이용한 어닐링으로 EOR결함을 소멸시키는 것은 곤란하다.
빔스폿의 직경(d)이 50μm인 조건에서 레이저어닐링을 행한 경우, 깊이 약 9μm보다 얕은 영역에서는 프로톤의 활성화가 진행되고 있지만, 9μm보다 깊은 영역에서는, 프로톤이 전혀 활성화되어 있지 않다. 빔스폿의 직경(d)이 200μm인 조건에서 레이저어닐링을 행한 경우에는, 깊이 7μm~15μm의 범위에 있어서 프로톤이 활성화되어 있다. 또한, 깊이 14μm~20μm의 범위 내의 EOR결함이 소멸되어 있는 것을 알 수 있다. 빔스폿의 직경(d)이 100μm인 조건에서 레이저어닐링을 행한 경우의 프로톤의 활성화의 거동은, 빔스폿의 직경이 50μm인 조건에서 어닐링을 행한 경우의 거동과, 200μm인 조건에서 어닐링을 행한 경우의 거동의 중간이다.
빔스폿의 직경(d)이 200μm인 조건에서 어닐링을 행한 경우에, 깊이 7μm보다 얕은 영역에서 프로톤의 활성화율이 낮은 것은, 얕은 영역의 온도가 너무 높아져, 도너로서 작용하는 복합결함이 회복되었기 때문이라고 생각할 수 있다.
도 7에 나타낸 평가실험의 결과로부터, 빔스폿이 작아지면, 깊은 영역의 프로톤의 활성화가 진행되지 않는 것을 알 수 있다. 이것은, 빔스폿이 작은 경우에는, 표층부에 부여된 열이 깊이방향만이 아니라, 가로방향으로도 확산됨으로써, 깊은 영역의 온도가 높아지기 어렵기 때문이라고 생각할 수 있다.
10μm보다 깊은 영역에 있어서 효율적으로 프로톤을 활성화시키기 위해서는, 빔스폿의 직경을 100μm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 효율적으로 EOR결함을 소멸시키기 위해서는, 빔스폿의 직경을 200μm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
이 평가실험에서는 빔스폿을 원형으로 했지만, 빔스폿을 일방향으로 긴 장척형상으로 하여 어닐링을 행하는 경우에도, 상기 평가실험의 결과를 적용할 수 있다. 예를 들면, 10μm보다 깊은 영역에 있어서 프로톤을 활성화하기 위해서는, 장척형상의 빔스폿의 폭을 100μm 이상으로 하는 것이 바람직하다. EOR결함을 소멸시키기 위해서는, 장척형상의 빔스폿의 폭을 200μm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
효율적으로 프로톤의 활성화를 행할 수 없는 경우에는, 조사하는 레이저빔의 에너지밀도를 높여야 한다. 레이저빔의 에너지밀도를 높게 하면, 실리콘웨이퍼의 비조사면(10A)(도 1의 (b))의 온도가 높아진다. 비조사면(10A)의 온도 상승을 억제하기 위하여, 프로톤의 활성화 어닐링의 효율성을 높이는 것이 요망된다. 빔스폿의 폭을 200μm 이상으로 하면, 프로톤의 활성화 어닐링의 효율을 높일 수 있다.
[레이저발진형태의 적합 조건]
다음으로, 레이저발진형태의 적합한 조건에 대하여 설명한다. 연속발진의 레이저를 이용하여 어닐링을 행하는 경우에는, 실리콘웨이퍼의 표면에 있어서의 빔스폿의 크기와 이동속도에 의하여, 가열시간이 정해진다. 연속발진의 레이저를 이용한 어닐링에서는, 실리콘웨이퍼에 레이저가 상시 조사되고 있기 때문에, 실리콘웨이퍼의 온도를 용이하게 높일 수 있다. 바꾸어 말하면, 비조사면의 온도도 상승하기 쉽다. 이에 반하여, 펄스레이저를 이용하는 경우에는, 펄스폭에 의하여 가열시간이 정해진다. 레이저발진의 듀티비를 작게 하면, 실리콘웨이퍼에의 축열을 저감시킬 수 있다. 이로 인하여, 비조사면의 온도의 상승을 억제하는 것이 가능하다.
두께 125μm의 실리콘웨이퍼의 레이저조사면의 온도를 실리콘의 융점까지 가열하는 조건에서, 비조사면의 최고 도달온도를 시뮬레이션에 의하여 구했다. 그 결과, 연속발진레이저를 이용한 경우의 비조사면의 최고 도달온도가 640℃이며, 펄스폭 10μs, 발진듀티비 2%의 펄스레이저를 이용한 경우의 비조사면의 최고 도달온도는 150℃였다. 이 온도의 차는, 연속발진레이저를 이용하는 경우에는, 축열의 영향을 크게 받지만, 펄스레이저를 이용하는 경우에는, 축열의 영향을 받기 어려운 것에 기인한다.
상술과 같이, 연속발진레이저를 이용하는 경우에는, 레이저조사면의 최고 도달온도를 실리콘의 융점 근방으로 하고, 또한 실리콘웨이퍼의 비조사면의 최고 도달온도를 400℃ 이하로 하는 것이 곤란하다는 것을 알 수 있다. 비조사면의 최고 도달온도를 400℃ 이하로 하기 위하여, 펄스레이저를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 축열의 영향을 경감시키기 위하여, 발진의 듀티비를 10% 이하로 하는 것이 바람직하고, 5% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
[펄스폭의 적합 조건]
다음으로, 도 8 내지 10을 참조하여, 펄스폭의 적합 조건에 대하여 설명한다. 펄스폭이 90μs, 80μs, 70μs, 및 60μs의 4개의 조건에서 레이저어닐링을 행하여, 깊이방향에 관한 캐리어밀도분포를 측정하는 평가실험을 행했다. 실리콘웨이퍼로서, 도스량을 1×1014cm-2, 투영범위(Rp)를 5μm로 한 조건에서 프로톤을 주입한 것을 이용했다.
실리콘웨이퍼의 레이저조사면에 있어서의 빔스폿은, 직경 200μm의 원형으로 했다. 또, 레이저조사면의 최고 도달온도가 실리콘의 융점 근방이 되도록, 펄스에너지밀도를 선택했다. 예를 들면, 펄스폭 90μs의 경우에는, 펄스에너지밀도가 18.8J/cm2가 된다. 펄스폭이 짧아지면, 실리콘웨이퍼의 표면의 최고 도달온도를 실리콘의 융점 근방으로 하기 위하여 필요한 펄스에너지밀도는 작아진다. 바꾸어 말하면, 펄스폭이 길어짐에 따라, 실리콘웨이퍼의 표면의 최고 도달온도를 실리콘의 융점 근방으로 하기 위한 펄스에너지밀도가 높아진다. 이것은, 펄스폭이 길어지면, 실리콘웨이퍼 내부 및 외부로 확산되는 열량이 많아지기 때문이다.
도 8은, 상술한 조건에서 레이저어닐링을 행한 시료의 깊이방향에 관한 캐리어밀도분포의 측정결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 깊이를 단위 "μm"로 나타내고, 세로축은 캐리어밀도를 단위 "cm-3"으로 나타낸다. 도 8 중의 가장 굵은 실선, 두번째로 굵은 실선, 가는 실선, 및 굵은 파선이, 각각 펄스폭 90μs, 80μs, 70μs, 및 60μs의 조건에서 레이저어닐링을 행한 시료의 측정결과를 나타낸다. 비교를 위하여, 전기로어닐링을 행한 시료의 측정결과를 가는 파선으로 나타내고, 실리콘웨이퍼의 베이스의 n형 캐리어밀도를 일점 쇄선으로 나타낸다.
또한, 펄스폭 90μs 및 80μs로 레이저어닐링을 행한 시료에는, 표층부의 얕은 영역에 인이 주입되어 있다. 깊이 3μm보다 얕은 영역의 캐리어밀도의 피크는, 주입된 인에 의한 것이다.
펄스레이저를 이용한 레이저어닐링에서는, 깊이 5μm보다 얕은 영역에 있어서, 프로톤이 거의 활성화되어 있지 않는 것을 알 수 있다. 이것은, 도너로서 작용하는 복합결함이 레이저어닐링에 의하여 회복되었기 때문이라고 생각할 수 있다. 깊이 5μm보다 얕은 영역의 n형 캐리어밀도를 높이기 위해서는, 치환형의 n형 도펀트, 예를 들면 인을 주입하여, 치환형의 n형 도펀트를 활성화하면 된다.
깊이 14μm~18μm의 범위에서, 전기로어닐링을 행한 시료, 및 펄스폭 60μs의 조건에서 레이저어닐링을 행한 시료의 캐리어밀도가, 베이스의 캐리어밀도보다 낮아져 있다. 이것은, 이온주입 시에 발생한 EOR결함이 어닐링 후에도 남아 있는 것을 의미한다. 펄스폭 70μs의 조건에서 레이저어닐링을 행한 시료에서는, 깊이 16μm~17μm의 범위에, 약간 EOR결함이 남아 있지만, 전기로어닐링의 경우에 비하여, EOR결함의 밀도가 낮다. 펄스폭 80μs 및 90μs의 조건에서 레이저어닐링을 행한 시료에서는, EOR결함이 거의 소멸되어 있는 것을 알 수 있다. EOR결함을 소멸시키기 위해서, 펄스폭을 70μs 이상으로 하는 것이 바람직하다.
펄스폭 70μs의 조건에서 레이저어닐링을 행함으로써, 깊이 5μm~15μm의 범위 내의 프로톤을 활성화할 수 있다. 펄스폭 80μs~90μs의 조건에서 레이저어닐링을 행함으로써, 깊이 5μm~20μm의 범위 내의 프로톤을 활성화할 수 있다. 특히, 깊이 10μm~17μm의 범위 내에서는, 레이저어닐링을 행함으로써, 전기로어닐링을 행하는 경우에 비하여 프로톤의 활성화율을 높일 수 있다.
도 8에 나타낸 평가실험에서는, 실리콘웨이퍼의 표면에 있어서의 빔스폿을 직경 200μm의 원형으로 했다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 빔스폿의 직경을 50μm로 하면, 깊이 5μm보다 얕은 영역의 프로톤을 활성화시키는 것도 가능하다. 예를 들면, 깊이 2μm~9μm의 영역의 프로톤을 활성화시킬 수 있다.
전기로어닐링을 행하는 경우의 프로톤의 활성화율은, 어닐링온도와 어닐링시간에 의존한다. 이에 반하여, 펄스레이저를 이용한 레이저어닐링에 있어서는, 펄스레이저빔의 상승시점에서 온도가 상승하기 시작하고, 하강시점에서 온도가 저하되기 시작한다. 온도의 시간변화의 거동은, 도 8에 나타낸 펄스폭의 범위인 60μs~90μs에 있어서, 펄스폭에 거의 의존하지 않는다. 이로 인하여, 펄스레이저를 이용한 어닐링에 있어서의 프로톤의 활성화율은 최고 도달온도에 의존한다고 생각할 수 있다.
도 9는, 실리콘웨이퍼의 표면의 최고 도달온도가 대략 실리콘의 융점에 도달하는 조건에서 레이저어닐링을 행하는 경우의, 깊이방향에 관한 최고 도달온도의 분포의 시뮬레이션결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 깊이를 단위 "μm"로 나타내고, 세로축은 최고 도달온도를 단위 "℃"로 나타낸다. 도 9의 둥근기호 및 사각기호는, 각각 펄스폭이 80μs 및 100μs일 때의 최고 도달온도를 나타낸다.
도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 펄스폭 80μs의 조건에서 레이저어닐링을 행한 시료에 있어서는, 깊이 5μm~20μm의 범위 내에서 프로톤이 활성화되어 있다. 도 9로부터, 펄스폭 80μs의 레이저를 조사했을 때의 깊이 5μm 및 20μm의 위치의 최고 도달온도는, 각각 약 1160℃ 및 약 750℃이다. 이 점에서, 프로톤을 활성화시키기 위한 최고 도달온도의 적합 범위의 상한값(TH)가 1160℃이며, 하한값(TL)을 750℃라고 생각할 수 있다.
도 8로부터, 깊이 10μm보다 깊은 영역에서, 전기로어닐링에 의한 활성화율보다 높은 활성화율이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 깊이 10μm의 위치의 최고 도달온도는 약 1000℃이다. 즉, 최고 도달온도가 1000℃가 되는 위치보다 깊은 영역에서, 전기로어닐링에 의한 활성화율보다 높은 활성화율이 얻어진다. 전기로어닐링에 의한 활성화율보다 높은 활성화율을 얻는다는 관점에서, 최고 도달온도의 적합 범위의 상한값(TH)을 1000℃로 설정해도 된다.
도 9에 나타낸 최고 도달온도의 적합 범위의 상한값(TH)와 하한값(TL)의 사이에서, 프로톤을 활성화할 수 있다. 펄스폭 100μs의 조건에서 어닐링한 경우에, 최고 도달온도가 상한값(TH)와 하한값(TL)의 사이에 들어가는 깊이는, 6μm 내지 19.5μm이다. 따라서, 펄스폭 100μs의 조건에서 어닐링하면, 깊이 6μm 내지 19.5μm의 범위의 프로톤을 활성화할 수 있다. 반대로, 프로톤을 활성화시키고자 하는 목표 깊이의 범위로부터, 도 9에 나타낸 그래프에 근거하여, 바람직한 펄스폭을 구할 수 있다.
도 7 및 도 8에 나타낸 예에서는, 레이저어닐링에 의하여 깊이 2μm보다 얕은 영역의 프로톤을 활성화시키는 것이 곤란했다. 이것은, 보다 깊은 영역의 프로톤을 활성화시키기 위하여, 레이저조사면의 최고 도달온도가 실리콘의 융점 근방이 되는 조건에서 레이저어닐링을 행했기 때문이다. 레이저조사면의 최고 도달온도가 상한값(TH)와 하한값(TL)의 범위 내가 되도록 레이저어닐링조건을 설정하면, 표면으로부터 깊이 2μm까지의 얕은 영역의 프로톤을 활성화시키는 것도 가능하다.
다음으로, 실리콘웨이퍼의 비조사면의 최고 도달온도를 400℃ 이하로 한다는 조건으로부터 도출되는 펄스폭의 적합한 범위에 대하여 설명한다.
도 10은, 실리콘웨이퍼의 두께와, 펄스폭과, 비조사면의 최고 도달온도와의 관계의 시뮬레이션결과를 나타내는 도표이다. 두께 100μm와 130μm의 2종류의 실리콘웨이퍼, 및 80μs, 100μs, 120μs의 3종류의 펄스폭에 대하여, 비조사면의 최고 도달온도를 구했다. 펄스에너지밀도는, 레이저조사면의 최고 도달온도가 실리콘의 융점 근방이 되도록 설정했다.
비조사면의 최고 도달온도는, 비조사면에 불가역성의 시온잉크를 도포하고, 시온잉크의 변색으로부터 구했다. 예를 들면, 변색온도 360℃의 시온잉크가 변색하고, 변색온도 410℃의 시온잉크가 변색하지 않은 경우에는, 최고 도달온도는 360℃~410℃의 범위 내라고 생각할 수 있다.
레이저조사면의 최고 도달온도가 실리콘의 융점 근방이 된다는 조건하에서, 비조사면의 최고 도달온도는, 펄스폭 및 실리콘웨이퍼의 두께에 의존한다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 펄스폭이 길어짐에 따라, 비조사면의 최고 도달온도가 높아지고, 실리콘웨이퍼가 얇아짐에 따라, 비조사면의 최고 도달온도가 높아진다.
실리콘웨이퍼의 두께가 130μm인 경우에는, 펄스폭이 100μs 이하의 조건에서 비조사면의 최고 도달온도가 400℃ 이하가 된다. 실리콘웨이퍼의 두께가 100μm인 경우에는, 펄스폭이 80μs 이하의 조건에서 비조사면의 최고 도달온도가 400℃ 이하가 된다. IGBT는, 전기적 특성 개선을 위하여 박판화(薄板化)되는 경향이 있어, 프로톤의 활성화 어닐링을 행하는 단계의 실리콘웨이퍼의 두께는, 130μm 이하로 하는 경우가 많다. 따라서, 레이저어닐링에 이용하는 펄스레이저빔의 펄스폭으로서, 100μs 이하의 범위에서 선택하는 것이 바람직하다.
실리콘웨이퍼의 두께가 100μm보다 얇은 경우여도, 프로톤을 활성화시켜야 할 목표 깊이가 20μm보다 얕은 경우에는, 비조사면의 최고 도달온도를 400℃ 이하로 억제하는 것이 가능하다. 반대로, 실리콘웨이퍼의 두께가 130μm보다 두꺼우면, 비조사면의 최고 도달온도를 400℃ 이하로 억제하고, 또한 20μm보다 깊은 영역의 프로톤을 활성화시키는 것이 가능해진다. 이와 같이, 비조사면의 온도는, 실리콘웨이퍼의 두께나, 프로톤을 활성화시키고자 하는 영역의 깊이에 영향을 받는다. 실리콘웨이퍼의 두께와, 펄스폭과, 비조사면의 최고 도달온도와의 상술의 관계는 일례이며, 디바이스 설계에 의하여 변화한다.
실리콘웨이퍼의 두께에 따라, 비조사면의 최고 도달온도가 400℃ 이하가 되는 펄스폭의 상한값을, 미리 시뮬레이션 등에 의하여 결정해 둘 수 있다. 프로톤의 활성화 어닐링을 행하는 경우, 실리콘웨이퍼의 두께에 따라 결정되어 있는 펄스폭의 상한값 이하의 범위로부터, 실제로 사용하는 펄스레이저빔의 펄스폭을 결정할 수 있다.
상술한 평가실험 및 시뮬레이션은, 펄스레이저빔의 파장을 808nm로 하여 행했지만, 실리콘의 흡수스펙트럼으로부터 판단하여, 파장 690nm 내지 950nm의 범위 내의 펄스레이저빔을 이용해도 되고, 동일한 어닐링조건을 적용하는 것이 가능하다. 또, 상술한 평가실험 및 시뮬레이션에 근거하는 고찰에서는, 프로톤을 주입하여 n형 캐리어를 발생시키는 예를 나타냈지만, 도너로서 작용하는 복합결함을 형성하는 프로톤 이외의 원소를 주입해도 된다. 예를 들면, 듀테론, 트리톤 등을 주입해도 된다.
[IGBT의 제조방법]
다음으로, 도 1의 (a), 도 11의 (a) 내지 (e)를 참조하여, IGBT의 제조방법에 대하여, 컬렉터층 및 버퍼층의 형성공정에 주목하여 설명한다. 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 실리콘웨이퍼(10)의 비조사면(10A)에, 베이스영역(11), 이미터영역(12), 게이트전극(13), 게이트절연막(14), 및 이미터전극(15)로 이루어지는 소자구조를 형성한다. 소자구조를 형성한 후에, 실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)을 연삭함으로써, 두께를 50μm~200μm의 범위 내까지 얇게 한다.
도 11의 (a)에 나타내는 바와 같이, 실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)의 표층부에 프로톤을 주입한다. 예를 들면, 프로톤의 도스량을 1×1014cm-2로 하고, 프로톤이 표면으로부터 깊이 20μm까지의 범위에 분포하는 조건에서 주입을 행한다. 이로써, 프로톤이 주입된 제3 층(16b)가 형성된다. 프로톤의 주입 시에, 복수의 가속에너지로 복수 회의 이온주입을 행해도 된다.
도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, 실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)의 표층부에 인을 주입한다. 인이 주입되는 깊이는, 제3 층(16b)보다 얕다. 이로써, 인이 주입된 제2 층(16a)가 형성된다.
도 11의 (c)에 나타내는 바와 같이, 실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)의 표층부에 보론을 주입한다. 보론이 주입되는 깊이는, 제2 층(16a)보다 얕다. 이로써, 보론이 주입된 제1 층(17a)가 형성된다.
도 11의 (d)에 나타내는 바와 같이, 실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)에, 파장 808nm의 펄스레이저빔을 입사시킴으로써, 레이저어닐링을 행한다. 이 레이저어닐링에 의하여, 제3 층(16b)에 주입되어 있는 프로톤, 및 제2 층(16a)에 주입되어 있는 인이 활성화되어, 버퍼층(16)(도 1의 (a))이 형성된다. 제1 층(17a)에 주입되어 있는 보론의 일부도 활성화된다. 이 레이저어닐링은, 실리콘웨이퍼(10)의 비조사면(10A)(도 1의 (a))의 최고 도달온도가 400℃ 이하, 레이저조사면(10B)의 최고 도달온도가 실리콘의 융점 이하, 또한 표면으로부터 깊이 20μm까지 중 적어도 일부의 영역의 프로톤이 활성화되는 조건에서 행한다.
도 11의 (e)에 나타내는 바와 같이, 실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)에 녹색의 파장역, 예를 들면 파장 530nm의 펄스레이저빔을 입사시킴으로써, 제1 층(17a)에 주입되어 있는 보론을 활성화시킨다. 이로써 p형의 컬렉터층(17)(도 1의 (a))이 형성된다.
도 12에, 실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)의 표층부의 캐리어밀도분포의 측정결과를 나타낸다. 가로축은 깊이를 단위 "μm"로 나타내고, 세로축은 캐리어밀도를 단위 "cm-3"으로 나타낸다. 깊이 0.5μm보다 얕은 영역에, 보론이 활성된 것에 의한 p형 캐리어밀도의 피크가 나타나고, 깊이 0.5μm~2μm의 범위에, 인이 활성화된 것에 의한 n형 캐리어밀도의 피크가 나타나 있다. 깊이 4μm~16μm의 범위에, 프로톤이 활성화된 것에 의한 n형 캐리어밀도가 큰 피크가 나타나 있다.
인의 주입에 의하여 형성할 수 있는 n형 영역의 깊이는, 겨우 5μm 정도이다. 프로톤의 주입을 행함으로써, 5μm보다 깊은 영역에 n형 영역을 형성할 수 있다.
본 실시예에서는, 실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)을 연삭한 후에 프로톤을 주입했지만, 공정순서를 변경하여, 프로톤을 주입하고 복수 공정을 거친 후에 실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)을 연삭해도 된다.
[IGBT의 다른 제조방법]
다음으로, 도 13의 (a) 내지 (e)를 참조하여, IGBT의 다른 제조방법에 대하여 설명한다. 이하, 도 11의 (a) 내지 (e)에 나타낸 제조방법과의 상이점에 대하여 설명하고, 공통의 공정에 대해서는 설명을 생략한다.
도 13의 (a) 및 (b)에 나타낸 프로톤의 주입공정, 및 인의 주입공정은, 도 11의 (a) 및 (b)에 나타낸 공정과 동일하다. 도 11의 (a) 내지 (e)에 나타낸 방법에서는, 인의 주입 후에, 보론을 주입했지만, 본 방법에서는, 도 13의 (c)에 나타내는 바와 같이, 보론의 주입 전에 프로톤 및 인을 활성화하기 위한 레이저어닐링을 행한다. 어닐링조건은, 도 11의 (d)에 나타낸 레이저어닐링의 조건과 동일하다.
도 13의 (d)에 나타내는 바와 같이, 프로톤 활성화의 레이저어닐링 후에, 실리콘웨이퍼(10)의 레이저조사면(10B)의 표층부에 보론을 주입한다. 보론의 주입조건은, 도 11의 (c)에 나타낸 보론의 주입공정의 조건과 동일하다. 도 13의 (e)에 나타내는 바와 같이, 녹색의 파장역의 펄스레이저빔을 이용하여, 보론을 활성화하기 위하여 레이저어닐링을 행한다.
도 13의 (a) 내지 (e)에 나타낸 바와 같이, 프로톤 및 인을 활성화시킨 후에, 보론을 주입해도 된다.
[레이저어닐링장치]
다음으로, 도 14 내지 16을 참조하여, 실시예에 의한 레이저어닐링장치에 대하여 설명한다.
도 14는, 실시예에 의한 레이저어닐링장치의 개략도이다. 이 레이저어닐링장치에는, 레이저광원으로서, 레이저다이오드(41)와 고체 레이저발진기(51)가 장비되어 있다. 레이저다이오드(41)가, 예를 들면 파장 808nm의 제1 펄스레이저빔을 출력한다. 다만, 파장 690nm 이상 950nm 이하의 펄스레이저빔을 출력하는 레이저다이오드를 이용해도 된다. 또, 레이저다이오드(41)로서, 연속발진 가능한 레이저다이오드를 이용하여 레이저다이오드의 전원회로를 단시간에 주기적으로 온 오프함으로써 펄스레이저빔을 출력해도 된다. 고체 레이저발진기(51)가, 녹색의 파장역의 제2 펄스레이저빔을 출력한다. 고체 레이저발진기(51)에는, 예를 들면 제2 고조파를 출력하는 Nd: YAG레이저, Nd: YLF레이저, Nd: YVO4레이저 등이 이용된다.
레이저다이오드(41)로부터 출력된 제1 펄스레이저빔 및 고체 레이저발진기(51)로부터 출력된 제2 펄스레이저빔이, 전파광학계(47)를 경유하여, 어닐링 대상의 실리콘웨이퍼(10)에 입사한다.
다음으로, 전파광학계(47)의 구성 및 작용에 대하여 설명한다. 레이저다이오드(41)로부터 출력된 제1 펄스레이저빔이, 어테뉴에이터(42), 빔익스팬더(43), 호모지나이저(44)를 경유하여, 다이크로익 미러(45)에서 반사되고, 그 후에, 집광렌즈(46)을 경유하여, 실리콘웨이퍼(10)에 입사한다.
고체 레이저발진기(51)로부터 출력된 제2 펄스레이저빔이, 어테뉴에이터(52), 빔익스팬더(53), 호모지나이저(54), 벤딩미러(55)를 경유하여, 다이크로익 미러(45)를 투과하고, 그 후 집광렌즈(46)을 경유하여, 실리콘웨이퍼(10)에 입사한다.
빔익스팬더(43, 53)는, 각각 입사한 제1 펄스레이저빔 및 제2 펄스레이저빔을 콜리메이팅함과 함께, 빔직경을 확대한다. 호모지나이저(44, 54) 및 집광렌즈(46)는, 실리콘웨이퍼(10)의 표면에 있어서의 빔단면을 장척형상으로 정형함과 함께, 빔단면 내의 광강도분포를 균일화한다. 레이저다이오드(41)로부터 출력된 제1 펄스레이저빔과, 고체 레이저발진기(51)로부터 출력된 제2 펄스레이저빔은, 실리콘웨이퍼(10)의 표면에 있어서, 대략 동일한 장척영역에 입사한다. 이 장척영역의 폭은 200μm 이상이다.
실리콘웨이퍼(10)는 스테이지(61)에 지지되어 있다. 실리콘웨이퍼(10)의 표면에 평행한 면을 XY면으로 하고, 실리콘웨이퍼(10)의 표면의 법선방향을 Z방향으로 하는 XYZ직교좌표계를 정의한다. 스테이지(61)는, 제어장치(40)로부터의 제어를 받아, 실리콘웨이퍼(10)를 X방향 및 Y방향으로 이동시킨다. 제어장치(40)는, 레이저다이오드(41)로부터 출력되는 펄스레이저빔의 출력타이밍, 펄스폭, 및 파워를 제어한다. 제1 펄스레이저빔의 펄스에너지밀도는, 펄스폭, 파워, 및 실리콘웨이퍼의 표면에 있어서의 빔사이즈로부터 산출된다. 제1 펄스레이저빔의 출력타이밍은, 발진듀티비가 10% 이하, 보다 바람직하게는 5% 이하가 되도록 설정된다. 제어장치(40)는, 또한 고체 레이저발진기(51)에 발진트리거신호를 송출한다.
입력장치(65)를 통하여, 제어장치(40)에 다양한 데이터, 지령 등이 입력된다. 제어장치(40)는, 출력장치(66)에 데이터처리결과를 출력한다.
제어장치(40)는, 기억장치(64)를 포함한다. 기억장치(64)에, 실리콘웨이퍼(10)의 두께와, 비조사면의 최고 도달온도가 400℃ 이하가 되는 조건을 충족시키는 펄스폭의 상한값의 관계(이하, 제1 관계라고 함)가 기억되어 있다. 또한, 기억장치(64)에, 입사하는 펄스레이저빔의 펄스폭과 실리콘웨이퍼에 주입되어 있는 프로톤이 활성화되는 깊이의 범위의 관계(이하, 제2 관계라고 함)가 기억되어 있다.
도 15에, 제1 관계의 일례를 나타낸다. 가로축은 실리콘웨이퍼(10)의 두께를 나타내고, 세로축은 펄스폭의 상한값을 나타낸다. 도 6에 나타낸 평가실험의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 실리콘웨이퍼가 두꺼워짐에 따라, 펄스폭의 상한값은 길어진다.
도 16의 (a)에, 제2 관계의 일례를 나타낸다. 도 16의 (a)는, 도 9의 시뮬레이션결과의 그래프에 대응한다. 가로축은 실리콘웨이퍼의 조사면으로부터의 깊이를 나타내고, 세로축은 최고 도달온도를 나타낸다. 도 16의 (a)에는, 펄스폭이 다른 펄스레이저빔을 조사했을 때의 최고 도달온도가, 펄스폭마다 나타나 있다. 도 16의 (a)에서는, 예를 들면 펄스폭이 PW1, PW2, PW3, 및 PW4일 때의 최고 도달온도가 나타나 있다. 깊이가 동일한 경우, 펄스폭이 길수록 최고 도달온도가 높아진다. 최고 도달온도가 상한값(TH)와 하한값(TL)의 사이의 영역에 있어서, 프로톤을 활성화할 수 있다.
도 16의 (b)에, 제2 관계의 다른 예를 나타낸다. 도 16의 (b)의 가로축은 펄스폭을 나타내고, 세로축은 깊이를 나타낸다. 도 16의 (b)의 도트로 표시된 영역이, 프로톤을 활성화할 수 있는 깊이를 나타내고 있다. 도 16의 (b)의 그래프는, 도 16의 (a)의 그래프로부터 작성할 수 있다. 예를 들면, 도 16의 (a)의 그래프로부터, 펄스폭이 PW2일 때의 최고 도달온도가 상한값(TH) 및 하한값(TL)이 되는 깊이가, 각각 D1 및 D4인 것을 알 수 있다. 펄스폭이 PW2일 때에 프로톤을 활성화할 수 있는 깊이는, D1 내지 D4까지이다. 도 16의 (b)의 그래프에 있어서, 펄스폭이 PW2일 때에, 깊이가 D1 및 D4인 위치가, 각각 프로톤을 활성화할 수 있는 범위의 가장 얕은 위치 및 가장 깊은 위치에 상당한다. 복수의 펄스폭에 대하여, 프로톤을 활성화할 수 있는 범위의 가장 얕은 위치 및 가장 깊은 위치를 구함으로써, 도 16의 (b)의 그래프를 작성할 수 있다.
다음으로, 제어장치(40)(도 10)에서 실행되는 어닐링 지원 기능에 대하여 설명한다. 오퍼레이터가 입력장치(65)를 조작하여 실리콘웨이퍼의 두께를 입력하면, 제어장치(40)는, 입력된 두께와, 제1 관계(도 15)로부터, 펄스폭의 상한값을 구한다. 구해진 펄스폭의 상한값이 출력장치(66)에 표시된다. 다만, 실리콘웨이퍼의 두께는 설치된 센서로 측정하여, 두께를 입력하는 수고를 생략해도 된다.
오퍼레이터가 입력장치(65)를 조작하여, 활성화시키고자 하는 깊이의 범위를 입력하면, 제어장치(40)는, 입력된 깊이의 범위와, 제2 관계(도 16의 (a) 또는 도 16의 (b))로부터, 펄스폭의 추천범위를 구한다. 도 16의 (a)에 나타낸 제2 관계를 이용하는 경우에는, 입력된 깊이의 범위의 가장 얕은 개소와 가장 깊은 개소의 양방에 있어서, 최고 도달온도가 상한값(TH)와 하한값(TL)의 사이에 있는 펄스폭이 추천범위로서 추출된다. 필요에 따라 보간연산(補間演算)을 행함으로써, 펄스폭의 추천범위의 상한값과 하한값을 산출할 수 있다. 도 16의 (b)에 나타낸 제2 관계를 이용하는 경우에는, 입력된 깊이의 범위가, 도 16의 (b)의 활성화할 수 있는 범위에 포함되는 펄스폭이 추천범위로서 추출된다. 추출된 펄스폭의 추천범위가 출력장치(66)에 표시된다.
오퍼레이터는, 도 15로부터 구해지는 펄스폭의 상한값, 및 도 16의 (a) 또는 도 16의 (b)로부터 구해지는 펄스폭의 추천범위를 참고로 하여, 실제로 어닐링할 때의 펄스폭을 결정할 수 있다.
일례로서, 입력된 깊이의 범위가 D1 내지 D3까지인 경우, 펄스폭 PW1 내지 PW2까지의 범위가 추천범위로서 추출된다. 펄스폭 PW3, PW4인 경우에는, 깊이 D1의 최고 도달온도가 상한값(TH)을 넘고 있기 때문에, 깊이 D1의 프로톤을 활성화할 수 없다. 입력된 깊이가 D2 내지 D4까지인 경우, 펄스폭 PW2 내지 PW3까지의 범위가 추천범위로서 추출된다. 펄스폭이 PW1인 경우에는, 깊이 D4의 최고 도달온도가 하한값(TL)에 도달하지 않고, 펄스폭이 PW4인 경우에는, 깊이 D2의 최고 도달온도가 상한값(TH)을 넘고 있다.
입력된 깊이의 범위가 D1 내지 D5까지인 경우, 가장 얕은 개소와 가장 깊은 개소의 양방에 있어서, 최고 도달온도가 상한값(TH)와 하한값(TL)의 사이에 있는 펄스폭이 존재하지 않는다. 이 경우에는, 깊이 D1의 최고 도달온도가 상한값(TH)가 되는 펄스폭 PW2, 및 깊이 D5의 최고 도달온도가 하한값(TL)이 되는 펄스폭 PW3을 추출한다.
제어장치(40)는, 추천 펄스폭으로서, PW2와 PW3을, 활성화할 수 있는 깊이의 범위와 함께 출력장치(66)에 표시한다. 오퍼레이터는, 표시된 정보에 근거하여, 가장 바람직한 펄스폭을 결정할 수 있다.
도 14에서는, 레이저다이오드(41)로부터 출력된 제1 펄스레이저빔과, 고체 레이저발진기(51)로부터 출력된 제2 펄스레이저빔이 동축 상에 통합되어 있다. 이 레이저어닐링장치에서는, 제1 펄스레이저빔을 이용한 어닐링과, 제2 펄스레이저빔을 이용한 어닐링의 양방을 실행할 수 있다. 그 외의 구성으로서, 전파광학계(47)의 집광렌즈(46)로서, 레이저다이오드(41) 및 고체 레이저발진기(51)로부터 출력되는 제1 펄스레이저빔 및 제2 펄스레이저빔 각각에 다른 집광렌즈를 배치하여, 비동축의 구성으로 해도 된다. 또는, 레이저다이오드(41)로부터 출력되는 제1 펄스레이저빔으로 어닐링하는 장치와, 고체 레이저발진기(51)로부터 출력되는 제2 펄스레이저빔으로 어닐링하는 장치를 나누어도 된다.
다음으로, 도 17을 참조하여, 다른 실시예에 의한 레이저어닐링장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 14 내지 도 16의 (b)에 나타낸 실시예에 의한 레이저어닐링장치와 공통의 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
본 실시예에서는, 레이저어닐링장치의 기억장치(64)에, 레이저다이오드(41)의 출력조건을 규정하는 레시피가 기억되어 있다. 제어장치(40)는, 이 레시피에 근거하여 레이저다이오드(41)를 제어한다. 입력장치(65)를 통하여, 제어장치(40)에 다양한 데이터, 지령 등이 입력된다. 제어장치(40)는, 출력장치(66)에 데이터처리결과를 출력한다.
도 17은, 제어장치(40)의 기능블록도이다. 제어장치(40)는, 레시피선택부(40a) 및 레이저광원제어부(40b)를 포함한다. 기억장치(64)에, 제1 레시피(68) 및 제2 레시피(69)가 기억되어 있다. 제1 레시피(68)는, 어닐링 대상의 웨이퍼가 전기로어닐링을 행한 후의 웨이퍼, 예를 들면 도 5의 (b)에 나타낸 실리콘웨이퍼(20)일 때에 적용되는 펄스레이저빔의 출력조건을 규정한다. 제2 레시피(69)는, 어닐링 대상의 웨이퍼가 전기로어닐링을 실시하지 않은 웨이퍼, 예를 들면 도 4의 (a)에 나타낸 실리콘웨이퍼(20)일 때에 적용되는 펄스레이저빔의 출력조건을 규정한다.
레시피선택부(40a)는, 출력장치(66)에, 어닐링 대상의 웨이퍼가 전기로어닐링을 행한 후의 웨이퍼인지, 전기로어닐링을 실시하지 않은 웨이퍼인지(이하, 웨이퍼종별이라고 함)의 선택을 오퍼레이터에게 재촉하는 정보를 출력한다. 오퍼레이터가 입력장치(65)에, 웨이퍼종별을 나타내는 정보를 입력한다. 입력장치(65)에 입력된 웨이퍼종별이 레시피선택부(40a)에 부여된다.
레이저광원제어부(40b)는, 레시피선택부(40a)에 부여된 웨이퍼종별에 근거하여, 제1 레시피(68) 및 제2 레시피(69)로부터, 어느 쪽의 레시피를 적용할지를 선택한다. 또한, 선택된 레시피에 근거하여 레이저다이오드(41)를 제어한다.
다음으로, 본 실시예에 의한 레이저어닐링장치의 우수한 효과에 대하여 설명한다.
어닐링 대상의 실리콘웨이퍼(10)의 웨이퍼종별에 따라, 어닐링에 적합한 조건으로 펄스레이저빔을 출력시킬 수 있다. 이로 인하여, 전기로어닐링 실시완료 및 전기로어닐링이 실시되지 않는 것 중 어느 실리콘웨이퍼(10)에 대해서도, 적합한 조건으로 프로톤의 활성화 어닐링을 행할 수 있다. 또한, 전기로어닐링이 실시되지 않는 실리콘웨이퍼(10)에 대해서는, 적합한 조건으로 디스오더를 소멸시키기 위한 어닐링을 행할 수 있다. 또, 웨이퍼종별의 선택을 오퍼레이터에게 재촉하기 때문에, 오퍼레이터에게 있어 조작성이 향상된다.
다음으로, 본 실시예의 변형예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 웨이퍼종별의 선택을 오퍼레이터에게 맡겼지만, 처리되는 실리콘웨이퍼(10)의 웨이퍼종별을 사전에 제어장치(40)에 등록해 두어도 된다. 또는, 어닐링 대상의 실리콘웨이퍼를 수용하고 있는 웨이퍼캐리어 등에 웨이퍼종별을 나타내는 마크를 표시해 두어도 된다. 이 마크를 센서로 검지함으로써, 제어장치(40)는 어닐링 대상의 실리콘웨이퍼(10)의 웨이퍼종별을 취득할 수 있다.
[프로톤이 사전에 활성화되어 있는 경우]
다음으로, 프로톤주입에 의하여 발생한 디스오더를 회복시키는 레이저어닐링을 행하기 전에, 프로톤이 이미 활성화되어 있는 예에 대하여 설명한다.
프로톤이 주입된 실리콘웨이퍼의 두께가 약 100μm이고, 비조사면의 최고 도달온도를 400℃ 이하로 억제한다는 조건하에서는, 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이, 레이저어닐링에 의한 프로톤의 활성화는, 깊이 20μm 정도까지가 한계이다. 따라서, 20μm보다 깊은 영역에 프로톤을 주입하여 활성화시키고자 하는 경우에는, 레이저어닐링 이외의 어닐링방법, 예를 들면 전기로어닐링 등을 적용하는 것이 필요하다.
이와 같이, 레이저어닐링 이외의 방법으로 피크농도 근방의 프로톤을 활성화하는 경우에는, 디스오더 영역의 도너농도의 회복만을 레이저어닐링으로 행하면 된다.
프로톤에 의한 도너는 복합결함에 기인한다. 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이, 레이저어닐링에 의한 온도가 1160℃ 이상에 도달하면, 복합결함이 회복되어, 그 결과 도너가 소멸하게 된다. 한편, 전기로어닐링을 이용하여 프로톤을 활성화시킬 수 있는 온도, 바꾸어 말하면 복합결함을 형성할 수 있는 온도에서는, 디스오더를 회복시킬 수 없다.
이상의 고찰을 살펴보면, 복합결함과 디스오더는 결함의 종류가 다르지만, 레이저어닐링을 이용하는 경우에, 적어도 복합결함이 남는 온도에서는, 디스오더를 회복시킬 수 없다고 생각할 수 있다. 레이저어닐링에 의한 디스오더의 회복에는, 적어도 1160℃ 이상의 온도조건이 필요하다고 생각할 수 있다. 프로톤이 사전에 활성화되어 있는 경우에는, 이 온도조건을 충족시키도록, 레이저어닐링에 있어서의 펄스에너지밀도 및 가열시간을 제어하여 디스오더를 회복시키면 된다.
다음으로, 도 18을 참조하여, 펄스레이저빔을 이용하여 프로톤을 활성화시키는 다른 평가실험의 결과에 대하여 설명한다.
도 18은, 본 평가실험으로 프로톤을 활성화시켰을 때의 캐리어밀도의 측정결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 실리콘웨이퍼의 표면으로부터의 깊이를 단위 "μm"로 나타내고, 세로축은 캐리어밀도를 단위 "cm-3"으로 나타낸다. 레이저어닐링에 이용한 펄스레이저빔의 파장은 808nm이다. 어닐링 대상의 실리콘웨이퍼에는, 투영범위(Rp)가 10μm가 되는 조건에서 프로톤이 주입되어 있다. 이때, 프로톤의 분포의 테일깊이는 약 20μm이다.
다음으로, 펄스레이저빔의 조사조건에 대하여 설명한다. 펄스폭은 20μs, 40μs, 60μs, 및 80μs로 했다. 파워밀도는, 실리콘웨이퍼의 표면의 최고 도달온도가 대략 실리콘의 융점(1414℃)이 되는 조건으로 했다. 듀티비는 2%로 했다. 실리콘웨이퍼의 표면에 있어서의 빔형상은, 길이가 2.8mm, 폭이 0.26mm인 장척형상으로 했다. 이 펄스레이저빔을 빔형상의 폭방향에 대한 주(主)주사와, 길이방향에 대한 부(副)주사를 반복함으로써, 웨이퍼 표면의 소정의 영역, 예를 들면 대략 전역에 레이저빔을 입사시켰다. 폭방향(주주사방향)의 중복율을 67%로 하고, 길이방향(부주사방향)의 중복율을 50%로 했다. 이 중복율로 펄스레이저빔의 주사를 행하면, 실리콘웨이퍼의 표면상의 1개의 개소에 레이저펄스가 6회 입사하게 된다.
도 18에 있어서, 가는 실선, 가는 파선, 굵은 실선, 및 굵은 파선은, 각각 펄스폭 80μs, 60μs, 40μs, 및 20μs의 조건에서 어닐링을 행했을 때의 캐리어밀도를 나타낸다. 실리콘웨이퍼의 초기 도너농도(Di)를 파선으로 나타낸다.
펄스폭이 20μs의 조건에서도, 깊이 약 8μm 내지 13μm까지의 범위에서 캐리어농도가 초기 도너농도(Di)를 상회하고 있다. 이와 같이, 펄스폭 20μs의 조건에서 레이저어닐링을 행해도, 프로톤을 활성화하는 것은 가능하다. 그런데, 깊이 8μm보다 얕은 영역에서는, 캐리어농도가 초기 도너농도(Di)보다 현저하게 낮다. 이것은, 이온주입 시에 프로톤이 통과함으로써 발생한 디스오더를 회복시킬 수 없는 것을 의미한다.
도 18에 나타낸 평가실험으로부터, 프로톤주입 시에 발생한 디스오더를 회복시키기 위해서는, 펄스폭을 80μs 이상으로 하는 것이 바람직한 것이 도출된다.
다음으로, 도 19를 참조하여, 또 다른 평가실험의 결과에 대하여 설명한다. 도 18에 나타낸 평가실험에서는, 프로톤의 주입 시의 투영범위(Rp)가 10μm인 실리콘웨이퍼를 이용했지만, 도 19에 나타낸 평가실험에서는, 프로톤의 주입 시의 투영범위(Rp)가 20μm인 실리콘웨이퍼를 이용한다.
도 19는, 본 평가실험으로 프로톤을 활성화시켰을 때의 캐리어밀도의 측정결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 실리콘웨이퍼의 표면으로부터의 깊이를 단위 "μm"로 나타내고, 세로축은 캐리어밀도를 단위 "cm-3"으로 나타낸다. 레이저어닐링에 이용한 펄스레이저빔의 파장은 808nm이다.
다음으로, 펄스레이저의 조사조건에 대하여 설명한다. 펄스폭은 120μs, 140μs, 160μs, 180μs, 및 200μs로 했다. 파워밀도는, 실리콘웨이퍼의 표면의 최고 도달온도가 대략 실리콘의 융점(1414℃)이 되는 조건으로 했다. 듀티비, 빔형상, 주주사 및 부주사의 방향, 중복율은, 도 18에 나타낸 평가실험의 조건과 동일하다.
도 19에 있어서, 가장 가는 실선, 가장 가는 파선, 2번째로 가는 실선, 2번째로 가는 파선, 및 가장 굵은 실선은, 각각 펄스폭 200μs, 180μs, 160μs, 140μs, 및 120μs의 조건에서 어닐링을 행했을 때의 캐리어밀도를 나타낸다. 실리콘웨이퍼의 초기 도너농도(Di)를 파선으로 나타낸다.
깊이 27μm의 근방에, 잔류하고 있는 EOR결함에 의한 캐리어밀도의 골짜기가 형성되어 있다. 이 골짜기의 깊이 및 형상은 조사하는 펄스레이저빔의 펄스폭에 따라 다르지만, 약 40μm의 깊이에 있어서, 캐리어밀도가 초기 도너농도(Di)에 수렴되어 있다. 이 점에서, 이온주입된 프로톤의 테일깊이가 약 40μm인 것을 알 수 있다.
펄스폭 120μs 이상의 조건에서, 20μm~25μm의 깊이의 영역, 및 그 근방에서 프로톤이 활성화되어 있는 것을 알 수 있다. 펄스폭이 120μs인 조건에서는, 17μm보다 얕은 영역에 있어서 디스오더가 회복되고 있지 않는 것을 알 수 있다. 투영범위(Rp)를 20μm(테일깊이를 40μm)로 한 경우에, 펄스폭 140μs 이상의 조건에서, 디스오더가 대략 회복되고 있는 것을 알 수 있다. 테일깊이가 40μm 이하인 경우이더라도, 펄스폭이 140μs 이상인 조건에서 레이저어닐링을 행함으로써, 디스오더를 회복시키는 것이 가능하다.
펄스폭을 200μs로 하면, 깊이 30μm의 근방에 형성된 EOR결함도 회복되고 있다. 테일깊이가 40μm 이하인 경우에, 펄스폭을 200μs 이상의 조건에서 레이저어닐링을 행하면, EOR결함을 회복시키는 것이 가능하다.
다음으로, 도 20을 참조하여, 또 다른 평가실험의 결과에 대하여 설명한다. 도 18 및 도 19에 나타낸 평가실험에서는, 실리콘웨이퍼의 표면의 소정의 영역에 있어서 펄스레이저빔의 주사를 1회 실행했지만, 도 20에 나타낸 평가실험에서는, 펄스폭을 80μs로 하고, 주사하는 회수를 변화시켰다. 여기에서, "주사"란, 주주사와 부주사를 소정의 중복율로 반복하여 실리콘웨이퍼의 표면의 소정의 영역에 펄스레이저빔을 입사시키는 처리를 의미한다.
도 20은, 본 평가실험으로 프로톤을 활성화시켰을 때의 캐리어밀도의 측정결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 실리콘웨이퍼의 표면으로부터의 깊이를 단위 "μm"로 나타내고, 세로축은 캐리어밀도를 단위 "cm-3"으로 나타낸다. 펄스폭 및 주사횟수 이외의 어닐링조건은, 도 18 및 도 19에 나타낸 평가실험의 어닐링조건과 동일하다. 실리콘웨이퍼의 표면의 최고 도달온도가 실리콘의 융점 근방이 되는 조건을 충족시키기 위하여, 파워밀도를 144kW/cm2로 했다.
도 20에 있어서, 굵은 실선, 파선, 및 가는 실선은, 각각 주사횟수를 1회, 3회, 및 5회로 했을 때의 캐리어밀도를 나타낸다. 주사횟수를 늘리면, 깊이 약 15μm보다 얕은 영역에 있어서 캐리어밀도가 증가하는 것을 알 수 있다. 이것은, 주사횟수를 늘림으로써, 보다 많은 디스오더가 회복되고 있는 것을 의미한다. 또, 주사횟수를 늘리면, 깊이 약 25μm의 근방에 있어서도 캐리어밀도가 증가하는 것을 알 수 있다. 이것은, 주사횟수를 늘림으로써, 보다 많은 EOR결함이 회복되고 있는 것을 의미한다.
펄스폭 80μs, 주사횟수 1회의 조건에서 레이저어닐링을 행하는 경우에는, 디스오더 및 EOR결함을 충분히 회복시킬 수 없다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 펄스폭을 140μs 이상으로 하면 디스오더가 회복되고, 펄스폭을 200μs 이상으로 하면 EOR결함이 회복되고 있다. 펄스폭을 길게 함으로써 이들의 결함이 회복되고 있는 점에서, 펄스폭 80μs의 조건에서 디스오더 및 EOR결함이 충분히 회복되지 않는 것은, 가열시간이 짧기 때문이라고 생각할 수 있다.
주사횟수를 늘려 누적가열시간을 길게 함으로써, 보다 많은 디스오더 및 EOR결함을 회복시키는 것이 가능하다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 주사횟수가 5회에서는, 디스오더 및 EOR결함의 회복이 불충분하다는 것을 알 수 있다. 주사횟수를 5회보다 많이 하면, 보다 많은 디스오더 및 EOR결함을 회복시키는 것이 가능하다. 디스오더 및 EOR결함을 충분히 회복시키기 위하여 필요한 주사횟수는, 실험에 의하여 발견할 수 있다. 예를 들면, 디스오더 및 EOR결함이 발생하고 있던 영역에 있어서의 캐리어밀도를 초기 도너농도(Di)까지 회복시키기 위하여 필요한 주사횟수는, 실험에 의하여 발견할 수 있다.
도 19에 나타낸 평가실험의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 펄스폭을 길게 하면 디스오더 및 EOR결함을 충분히 회복시킬 수 있지만, 펄스폭을 길게 하면, 실리콘웨이퍼의 레이저조사면과는 반대측의 표면(비조사면)의 온도 상승폭이 커진다. 이로 인하여, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이 비조사면에 융점이 낮은 금속 등을 포함하는 소자구조가 형성되어 있는 경우에는, 비조사면의 허용되는 최고 도달온도에 근거하여 펄스폭의 상한값이 제한된다. 이 경우에는, 펄스폭을 상한값보다 짧게 하고 주사횟수를 늘림으로써, 비조사면의 온도 상승을 억제하면서, 디스오더 및 EOR결함을 충분히 회복시키는 것이 가능해진다.
다음으로, 도 21을 참조하여, 또 다른 평가실험의 결과에 대하여 설명한다. 도 20에 나타낸 평가실험에서는 펄스폭을 80μs로 했지만, 도 21에 나타낸 평가실험에서는 펄스폭을 20μs로 했다. 그 외의 어닐링조건은 도 20에 나타낸 평가실험의 어닐링조건과 동일하다. 실리콘웨이퍼의 표면의 최고 도달온도가 실리콘의 융점 근방이 되는 조건을 충족시키기 위하여, 파워밀도를 380kW/cm2로 했다.
도 21은, 본 평가실험으로 프로톤을 활성화시켰을 때의 캐리어밀도의 측정결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은 실리콘웨이퍼의 표면으로부터의 깊이를 단위 "μm"로 나타내고, 세로축은 캐리어밀도를 단위 "cm-3"으로 나타낸다.
도 20에 있어서, 굵은 실선, 파선, 및 가는 실선은, 각각 주사횟수를 1회, 3회, 및 5회로 했을 때의 캐리어밀도를 나타낸다. 도 20에 나타낸 평가실험의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 펄스폭이 20μs인 조건에서도, 주사횟수를 늘림으로써, 보다 많은 디스오더 및 EOR결함을 회복시킬 수 있다.
예를 들면, 프로톤의 주입깊이(테일깊이)가 20μm 정도이면, 도 18에 나타낸 바와 같이 펄스폭 80μs 정도의 짧음으로 디스오더 및 EOR결함을 충분히 회복시킬 수 있다. 그런데, 프로톤의 주입깊이가 20μm를 초과하여 40μm 정도가 되면, 도 19에 나타낸 바와 같이, 디스오더 및 EOR결함을 충분히 회복시키기 위하여 펄스폭을 보다 길게 해야 한다. 도 20 및 도 21에 나타낸 레이저어닐링 시의 주사횟수를 복수 회로 하는 방법은, 프로톤의 주입깊이가 20μm를 초과하여 40μm 정도까지인 경우에, 특히 우수한 효과를 발휘한다. 또한, 레이저어닐링 시의 주사횟수를 복수 회로 하는 방법은, 비조사면에 소자구조가 형성되어 있는 경우에, 특히 우수한 효과를 발휘한다.
상술한 각 실시예는 예시이며, 다른 실시예에서 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 말할 필요도 없다. 복수의 실시예의 동일한 구성에 의한 동일한 작용효과에 대해서는 실시예마다 순서대로 언급하지 않는다. 또한, 본 발명은 상술한 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.
10 n형의 실리콘웨이퍼
10A 비조사면
10B 레이저조사면
11 p형의 베이스영역
12 n형의 이미터영역
13 게이트전극
14 게이트절연막
15 이미터전극
16 n형의 버퍼층
16a 인이 주입된 제2 층
16b 프로톤이 주입된 제3 층
17 p형의 컬렉터층
17a 보론이 주입된 제1 층
18 컬렉터전극
20 실리콘웨이퍼
21 실리콘웨이퍼의 표면
22 프로톤주입영역
22a 프로톤의 활성화에 의한 n형층
23 디스오더
30 실리콘웨이퍼
31 프로톤주입층
31a 프로톤의 활성화에 의한 n형층
32 디스오더
40 제어장치
40a 레시피선택부
40b 레이저광원제어부
41 레이저다이오드
42 어테뉴에이터
43 빔익스팬더
44 호모지나이저
45 다이크로익 미러
46 집광렌즈
47 전파광학계
51 고체 레이저발진기
52 어테뉴에이터
53 빔익스팬더
54 호모지나이저
55 벤딩미러
61 스테이지
64 기억장치
65 입력장치
66 출력장치
68 제1 레시피
69 제2 레시피

Claims (23)

  1. 활성화함으로써 도너로서 작용하는 복합결함을 형성하는 원소가, 일방의 표면의 표층부에 주입된 실리콘웨이퍼를 준비하는 공정과,
    690nm 이상 950nm 이하의 범위 내의 파장의 펄스레이저빔을, 상기 실리콘웨이퍼의 상기 원소가 주입되어 있는 표면인 레이저조사면에 입사시켜 상기 원소를 활성화시키는 공정을 구비하고,
    상기 원소를 활성화시키는 공정에 있어서, 상기 펄스레이저빔의 펄스폭을 70μs 이상 200μs 이하의 범위내로 설정하고, 및 펄스에너지밀도를, 상기 레이저조사면이 용융하지 않으며, 표면으로부터 깊이 40μm까지 중 적어도 일부의 영역의 상기 원소가 활성화하는 조건으로 상기 펄스레이저빔을 상기 실리콘웨이퍼에 입사시키는 레이저어닐링방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펄스레이저빔의 펄스폭을 70μs 이상 100μs 이하로 설정하고, 펄스에너지밀도를, 표면으로부터 깊이 20μm까지 중 적어도 일부의 영역의 상기 원소가 활성화하여, 상기 실리콘웨이퍼의 상기 레이저조사면과는 반대측의 비조사면의 최고 도달온도가 400℃를 넘지 않는 조건으로 설정하는 레이저어닐링방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 펄스레이저빔의 펄스폭을 140μs 이상으로 설정하는 레이저어닐링방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저조사면에 있어서의 상기 펄스레이저빔의 빔단면은, 일방향으로 긴 형상이며, 상기 빔단면의 폭이 200μm 이상인 레이저어닐링방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펄스레이저빔의 발진의 듀티비가 5% 이하인 레이저어닐링방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펄스레이저빔이 상기 레이저조사면에 입사하는 것에 의한 상기 레이저조사면의 최고 도달온도가 1000℃ 이상이고, 또한 실리콘의 융점 이하인 레이저어닐링방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘웨이퍼의 두께방향의 전역에 도너가 초기 도너농도가 되도록 첨가되어 있고,
    상기 원소를 활성화시키는 공정에 있어서, 상기 펄스레이저빔의 펄스폭 및 펄스에너지밀도를, 상기 원소의 주입 시에 상기 원소가 통과한 영역인 통과영역에 발생한 디스오더, 및 엔드 오브 레인지 영역에 발생한 엔드 오브 레인지 결함 중 적어도 일방을 소멸시킴으로써, 당해 영역의 캐리어밀도를, 적어도 상기 원소를 주입하기 전의 상기 실리콘웨이퍼의 상기 초기 도너농도까지 회복시키는 조건으로 설정하여 상기 펄스레이저빔을 상기 실리콘웨이퍼에 입사시키는 레이저어닐링방법.
  8. 690nm 이상 950nm 이하의 범위 내의 파장의 펄스레이저빔을 출력하는 레이저광원과,
    활성화함으로써 도너로서 작용하는 복합결함을 형성하는 원소가, 일방의 표면의 표층부에 주입된 실리콘웨이퍼를 지지하는 스테이지와,
    상기 레이저광원으로부터 출력된 펄스레이저빔을, 상기 스테이지에 지지된 실리콘웨이퍼까지 전파시키는 전파광학계와,
    상기 레이저광원을 제어하는 제어장치를 구비하고,
    상기 전파광학계는, 상기 실리콘웨이퍼의 표면에 있어서의 펄스레이저빔의 빔단면을, 폭이 200μm 이상의 일방향으로 긴 형상으로 정형하며,
    상기 제어장치는, 상기 레이저광원으로부터 출력되는 펄스레이저빔의 펄스폭이 70μs 이상 200μs 이하가 되고, 상기 실리콘웨이퍼의 레이저조사면의 최고 도달온도가 1414℃ 미만이 되는 조건을 충족시키는 파워가 되도록 상기 레이저광원을 제어하는 레이저어닐링장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어장치는, 또한, 상기 레이저광원으로부터 출력되는 펄스레이저빔의 펄스폭이 100μs 이하가 되도록 상기 레이저광원을 제어하는 레이저어닐링장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어장치는, 또한, 상기 레이저광원으로부터 출력되는 펄스레이저빔의 펄스폭이 140μs 이상이 되도록 상기 레이저광원을 제어하는 레이저어닐링장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 펄스레이저빔의 발진의 듀티비가 5% 이하가 되도록 상기 레이저광원을 제어하는 레이저어닐링장치.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    입력장치 및 출력장치를 더 구비하고,
    상기 제어장치에, 상기 실리콘웨이퍼의 표면이 용융하지 않는 조건으로, 상기 펄스레이저빔을 상기 실리콘웨이퍼에 입사시켰을 때에, 입사하는 상기 펄스레이저빔의 펄스폭과 상기 실리콘웨이퍼에 주입되어 있는 원소가 활성화하는 깊이의 범위의 관계가 기억되어 있으며,
    상기 제어장치는,
    상기 입력장치로부터, 활성화시켜야 할 깊이의 범위가 입력되면, 입력된 깊이의 범위와, 상기 관계에 근거하여, 펄스폭의 추천범위를 구하고, 상기 추천범위를 상기 출력장치에 출력하는 레이저어닐링장치.
  13. 두께방향의 전역에 도너가 첨가되어 있고, 활성화함으로써 도너로서 작용하는 복합결함을 형성하는 원소가 일방의 표면의 표층부에 더 주입된 실리콘웨이퍼를 준비하고,
    690nm 이상 950nm 이하의 범위 내의 파장의 펄스레이저빔을, 상기 실리콘웨이퍼의 상기 원소가 주입되어 있는 표면인 레이저조사면에 입사시키는 레이저어닐링방법으로서,
    상기 펄스레이저빔의 펄스폭을 70μs 이상 200μs 이하의 범위내로 하고, 펄스에너지밀도를, 상기 원소의 주입 시에 상기 원소가 통과한 영역인 통과영역에 발생한 디스오더, 및 엔드 오브 레인지 영역에 발생한 엔드 오브 레인지 결함 중 적어도 일방을 소멸시킴으로써, 당해 영역의 캐리어밀도를, 적어도 상기 원소를 주입하기 전의 상기 실리콘웨이퍼의 초기 도너농도까지 회복시키는 조건으로 설정하여 상기 펄스레이저빔을 상기 실리콘웨이퍼에 입사시키는 레이저어닐링방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 펄스레이저빔의 펄스폭 및 펄스에너지밀도를, 추가로 상기 실리콘웨이퍼의 상기 레이저조사면과는 반대측의 비조사면의 최고 도달온도가 400℃를 넘지 않는 조건으로 설정하는 레이저어닐링방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 펄스레이저빔의 펄스폭 및 펄스에너지밀도를, 추가로 상기 실리콘웨이퍼의 상기 레이저조사면으로부터 깊이 40μm까지 중 적어도 일부의 영역의 상기 원소가 활성화하는 조건으로 설정하는 레이저어닐링방법.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 펄스레이저빔의 펄스폭이 70μs 이상 100μs 이하로 설정되고, 펄스에너지밀도가, 상기 실리콘웨이퍼의 상기 레이저조사면으로부터 깊이 20μm까지 중 적어도 일부의 영역의 상기 원소가 활성화하는 조건으로 설정되어 있는 레이저어닐링방법.
  17. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 펄스레이저빔의 펄스폭이 140μs 이상으로 설정되고, 펄스에너지밀도가, 상기 실리콘웨이퍼의 상기 레이저조사면으로부터 깊이 40μm까지 중 적어도 일부의 영역의 상기 원소가 활성화하는 조건으로 설정되어 있는 레이저어닐링방법.
  18. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 레이저조사면에 있어서의 상기 펄스레이저빔의 빔단면은 일방향으로 긴 형상이며, 상기 빔단면의 폭이 200μm 이상인 레이저어닐링방법.
  19. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 펄스레이저빔의 발진의 듀티비가 5% 이하인 레이저어닐링방법.
  20. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 펄스레이저빔이 상기 레이저조사면에 입사하는 것에 의한 상기 레이저조사면의 최고 도달온도가 1000℃ 이상이고, 또한 실리콘의 융점 이하인 레이저어닐링방법.
  21. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 실리콘웨이퍼의 상기 원소는, 상기 펄스레이저빔을 입사시키기 전에 활성화되어 있고, 상기 실리콘웨이퍼에 상기 디스오더 및 상기 엔드 오브 레인지 결함이 잔류하고 있는 레이저어닐링방법.
  22. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 펄스레이저빔을 상기 실리콘웨이퍼에 입사시키는 공정에 있어서, 상기 레이저조사면의 소정의 영역 내에서 상기 펄스레이저빔의 복수 회의 주사를 행하고,
    상기 펄스레이저빔의 펄스폭 및 펄스에너지밀도는, 상기 펄스레이저빔을 1회 주사한 것만으로는 상기 디스오더 및 상기 엔드 오브 레인지 결함의 어느 것도 소멸시킬 수 없지만, 상기 복수 회의 주사에 의하여 상기 디스오더 및 상기 엔드 오브 레인지 결함 중 적어도 일방을 소멸시킬 수 있는 조건으로 설정되어 있는 레이저어닐링방법.
  23. 삭제
KR1020187030696A 2016-04-27 2017-04-24 레이저어닐링방법 및 레이저어닐링장치 KR102371864B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016089018 2016-04-27
JPJP-P-2016-089018 2016-04-27
JP2016187992 2016-09-27
JPJP-P-2016-187992 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
KR20180134924A KR20180134924A (ko) 2018-12-19
KR102371864B1 true KR102371864B1 (ko) 2022-03-07

Family

ID=60161645

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187030696A KR102371864B1 (ko) 2016-04-27 2017-04-24 레이저어닐링방법 및 레이저어닐링장치

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3451365B1 (ko)
JP (1) JP6910742B2 (ko)
KR (1) KR102371864B1 (ko)
CN (1) CN109075042B (ko)
WO (1) WO2017188166A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7428481B2 (ja) * 2019-06-07 2024-02-06 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制御装置
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 (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
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
KR101176696B1 (ko) * 2007-11-08 2012-08-23 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 펄스 트레인 어닐링 방법 및 장치
US20130017674A1 (en) 2011-07-13 2013-01-17 Toshiba America Electronic Components, Inc. Cryogenic silicon ion-implantation and recrystallization annealing

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
DE102005026408B3 (de) * 2005-06-08 2007-02-01 Infineon Technologies Ag Verfahren zur Herstellung einer Stoppzone in einem Halbleiterkörper und Halbleiterbauelement mit einer Stoppzone
US7800081B2 (en) * 2007-11-08 2010-09-21 Applied Materials, Inc. 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
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
CN103999225B (zh) * 2012-01-19 2017-02-22 富士电机株式会社 半导体装置及其制造方法
CN104054178B (zh) 2012-03-30 2017-09-08 富士电机株式会社 半导体装置的制造方法
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
JP6269858B2 (ja) * 2014-11-17 2018-01-31 富士電機株式会社 炭化珪素半導体装置の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
JP2009099705A (ja) 2007-10-16 2009-05-07 Toyota Motor Corp 半導体装置の製造方法
KR101176696B1 (ko) * 2007-11-08 2012-08-23 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 펄스 트레인 어닐링 방법 및 장치
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
US20130017674A1 (en) 2011-07-13 2013-01-17 Toshiba America Electronic Components, Inc. Cryogenic silicon ion-implantation and recrystallization annealing

Also Published As

Publication number Publication date
EP3451365A4 (en) 2020-09-30
EP3451365A1 (en) 2019-03-06
JPWO2017188166A1 (ja) 2019-03-07
CN109075042B (zh) 2023-11-14
KR20180134924A (ko) 2018-12-19
JP6910742B2 (ja) 2021-07-28
WO2017188166A1 (ja) 2017-11-02
EP3451365B1 (en) 2023-08-16
CN109075042A (zh) 2018-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102371864B1 (ko) 레이저어닐링방법 및 레이저어닐링장치
US8309474B1 (en) Ultrafast laser annealing with reduced pattern density effects in integrated circuit fabrication
KR101228488B1 (ko) 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법
EP2674967B1 (en) Laser annealing method and laser annealing apparatus
US9653299B2 (en) Semiconductor device producing method
JP2006351659A (ja) 半導体装置の製造方法
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
JPWO2014136237A1 (ja) レーザアニール装置、半導体装置の製造方法
JP5661009B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP6320799B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP5500573B2 (ja) 半導体不純物の活性化方法
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
JP2022510520A (ja) 基板を熱処理するための方法及び関連のシステム
JP6143591B2 (ja) 半導体装置の製造方法及び製造装置
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
JP6732371B2 (ja) レーザアニール装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant