WO2012107979A1 - レーザアニール方法及びレーザアニール装置 - Google Patents

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進 櫻木
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住友重機械工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a laser annealing method and a laser annealing apparatus for activating an impurity added to a semiconductor substrate by irradiating a laser beam.
  • An invention of a semiconductor device in which an impurity is introduced into a semiconductor substrate by ion implantation, a laser beam is irradiated, the introduced impurity is activated to form an electrode layer and a field stop layer, and a method for manufacturing the same is disclosed (for example, see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 After the surface structure of the semiconductor element is fabricated, the substrate is thinned. Thereafter, ion implantation is performed on the back surface, and a pulse laser beam is irradiated. The pulse laser beam irradiation is performed with a time difference of 600 ns or less being applied to the timing of irradiation with a plurality of laser pulses.
  • the peak concentration of the field stop layer, 5E + 18 / cm 3 so as to become less, and the dose amount of 1E + 14 / cm 2 or less, for example, phosphorus ions n - field stop -type substrate Ions are implanted into the layer formation scheduled region.
  • the dose is set to 5E + 16 / cm 2 or less so that the peak concentrations of the p + -type collector layer and the n + -type cathode layer are 1E + 21 / cm 3 or less, for example, boron ions and phosphorus ions are respectively n ⁇ -type.
  • Ions are implanted into the p + -type collector layer formation planned region and the n + -type cathode layer formation planned region from the back side of the substrate.
  • a technique is disclosed in which laser annealing is performed by irradiating a pulsed laser beam at an energy density that does not melt the silicon wafer (see, for example, Patent Document 2).
  • the impurity is ion-implanted at a high concentration, and the crystallinity of the amorphized region is completely recovered, and the implanted impurity cannot be activated.
  • An object of the present invention is to provide a laser annealing method and a laser annealing apparatus capable of realizing high quality annealing.
  • an impurity is added at a relatively low concentration in a relatively deep region of the surface layer portion, and an impurity is added at a relatively high concentration in a relatively shallow region.
  • the semiconductor substrate is melted and activated, and the low-concentration impurity added to the relatively deep region is activated without melting the semiconductor substrate to the low-concentration impurity addition region.
  • a laser annealing method is provided.
  • a first laser light source that emits a first pulse laser beam having a relatively short pulse width and a second pulse laser beam that has a relatively long pulse width are emitted.
  • a second laser light source and a semiconductor substrate in which impurities are added at a relatively low concentration in a relatively deep region of the surface layer portion and impurities are added at a relatively high concentration in a relatively shallow region The stage, the first pulse laser beam emitted from the first laser light source, and the second pulse laser beam emitted from the second laser light source are the same on the semiconductor substrate held on the stage.
  • a propagation optical system capable of propagating to a region, comprising: a beam superimposing unit that superimposes the first pulse laser beam and the second pulse laser beam on the same optical axis;
  • the semiconductor substrate can be propagated at an energy density that melts the semiconductor substrate to a position deeper than the region where the high-concentration impurity is added, and the second pulse laser beam is transmitted through the semiconductor substrate and the low-concentration impurity.
  • a region to which an impurity is added at a relatively high concentration may be amorphous.
  • the present invention it is possible to provide a laser annealing method and a laser annealing apparatus that can realize high-quality annealing.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of an impurity depth profile of a silicon wafer 50. Maximum temperature and depth at a position 3 ⁇ m deep from the back surface of the silicon wafer 50 when the pulse laser beam 20a is irradiated under conditions where the back surface (laser irradiation surface) of the silicon wafer 50 reaches the melting point (about 1690K). It is a graph which shows the relationship between the highest attained temperature of the position (front side surface) of 100 micrometers, and the pulse width of the pulse laser beam 20a.
  • a silicon wafer into which phosphorus (P) is ion-implanted with an energy of 2 MeV and a dose of 3E + 13 / cm 2 is irradiated with a pulse laser beam 20a with a pulse width of 20 ⁇ s and a power density on the irradiated surface of 420 kW / cm 2.
  • 6 is a graph showing the results of annealing. It is a graph which shows energy density required in order to irradiate a silicon wafer with the pulsed laser beam 10a which is the 2nd harmonic of a Nd: YAG laser, and to obtain 0.3 micrometer melting depth.
  • 7 is a cross-sectional TEM image of a silicon wafer after annealing was performed by irradiating the silicon wafer shown in FIG. 6 with a laser pulse having a relatively short pulse width.
  • 7 is a cross-sectional TEM image of a silicon wafer after annealing was performed by irradiating the silicon wafer shown in FIG. 6 with a laser pulse having a relatively long pulse width.
  • (A) to (C) are graphs for explaining a laser annealing method according to the first embodiment.
  • (A) to (C) are graphs for explaining a laser annealing method according to the second embodiment.
  • (A) to (C) are graphs for explaining a laser annealing method according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a laser annealing apparatus according to an embodiment.
  • the laser annealing apparatus according to the embodiment includes laser light sources 10 and 20, attenuators 11 and 21, telescopes 12 and 22, homogenizers 13 and 23, a folding mirror 14, a dichroic mirror 15, an imaging lens 16, a stage 30, and a control device 40. Consists of including.
  • the laser light source 10 includes a solid-state laser, for example, an Nd: YAG laser or an Nd: YLF laser, and a nonlinear optical crystal.
  • a solid-state laser for example, an Nd: YAG laser or an Nd: YLF laser
  • the second harmonic wavelength 532 nm
  • a pulsed laser beam 10a that is the second harmonic (wavelength 527 nm) of the Nd: YLF laser is emitted.
  • the pulse laser beam 10a is attenuated by the attenuator 11 that emits the light intensity of the incident laser beam with the attenuation factor being variable, and passes through the telescope 12 and enters the homogenizer 13.
  • the homogenizer 13 divides and superimposes the incident laser beam, thereby shaping the shape of the pulse laser beam 10a on the processing surface (laser irradiation surface) into, for example, a rectangular shape, and equalizing the light intensity in the surface.
  • the laser beam 10 a emitted from the homogenizer 13 is reflected by the folding mirror 14, passes through the dichroic mirror 15, is collected by the imaging lens 16, and is, for example, directed to the stage 30 which is an XY stage in a two-dimensional direction (X-axis direction). And the silicon wafer 50 held so as to be movable in the Y-axis direction).
  • the laser light source 20 includes, for example, a semiconductor laser (laser diode) and receives a pulsed power (current) from the control device 40, and emits a pulse laser beam 20a having a wavelength of 915 nm, for example.
  • the light intensity of the pulse laser beam 20 a is attenuated by the attenuator 21 in a variable manner, and enters the homogenizer 23 via the telescope 22.
  • the homogenizer 23 shapes the shape of the pulse laser beam 20a on the processing surface into, for example, a rectangular shape, and makes the light intensity in the surface uniform.
  • the laser beam 20 a emitted from the homogenizer 23 is reflected by the dichroic mirror 15, collected by the imaging lens 16, and incident on the silicon wafer 50 held on the stage 30.
  • the dichroic mirror 15 is a beam superimposing device that superimposes the pulse laser beams 10a and 20a on the same optical axis. Both pulsed laser beams 10a and 20a form a rectangular incident region having a length of 4 mm in the major axis direction (X-axis direction) and a length of 0.25 mm in the minor axis direction (Y-axis direction), for example. The light enters the same region on the silicon wafer 50.
  • the control device 40 controls the emission of the pulse laser beam 10 a from the solid-state laser 10 and the emission of the pulse laser beam 20 a from the semiconductor laser 20. In addition, by controlling the operation of the stage 30, the incident positions of the pulse laser beams 10a and 20a on the silicon wafer 50 held on the stage 30 are controlled.
  • the pulse width of the pulse laser beam 10a is relatively short, and the pulse width of the pulse laser beam 20a is relatively long.
  • the pulse width of the pulse laser beam 20a is, for example, 20 times or more the pulse width of the pulse laser beam 10a.
  • the pulse width of the pulsed laser beam 20 a can be controlled by the supply time of pulsed power from the control device 40 to the semiconductor laser 20.
  • the silicon wafer 50 is a semiconductor substrate to which impurities are added. Impurities are ion-implanted at a relatively low concentration in a relatively deep region, for example, a region having a depth exceeding 1 ⁇ m, from the laser irradiation surface of the silicon wafer 50. In a relatively shallow region, for example, a region having a depth of 1 ⁇ m or less, impurities are ion-implanted at a relatively high concentration. Note that when the impurity added at a high concentration is phosphorus (P), for example, silicon is amorphized in a region to which phosphorus (P) is added at a high concentration.
  • P phosphorus
  • the silicon wafer 50 is used for manufacturing, for example, an insulated gate bipolar transistor ( ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ IGBT).
  • the thickness of the silicon wafer 50 is, for example, 100 ⁇ m.
  • An IGBT emitter region and a gate region are defined in the surface layer portion on the front side of the silicon wafer 50.
  • a collector region by implantation of p-type impurities such as boron (B) and a field stop region by implantation of n-type impurities such as phosphorus (P) are defined.
  • FIG. 2 shows an example of the impurity depth profile of the silicon wafer 50.
  • the horizontal axis of the graph represents the depth from the back surface of the silicon wafer 50 in a unit of “ ⁇ m” by a linear scale.
  • the vertical axis of the graph represents the concentration of the added impurity in the unit “atoms / cc” on a logarithmic scale.
  • the position where the concentration of boron (B) peaks is a depth of 0.3 ⁇ m from the back surface. Further, the position where the concentration of phosphorus (P) reaches a peak is a depth of 1.8 ⁇ m from the back surface. Further, the phosphorus (P) implantation depth tail extends 3 ⁇ m from the back surface.
  • the pulse laser beams 10 a and 20 a are irradiated on the back surface of the silicon wafer 50.
  • Impurities (B) injected into the collector region (region relatively shallow from the laser irradiation surface) and the field stop region (region relatively deep from the laser irradiation surface) by irradiation with the pulsed laser beams 10a and 20a.
  • Activation annealing of the impurity (P) is performed.
  • the front surface layer portion becomes high temperature during annealing.
  • a band-like shape having the width in the major axis direction (X-axis direction) of the beam incident region is defined as a width.
  • the region can be annealed.
  • the entire surface on the back side of the silicon wafer 50 can be annealed by moving the beam incident area on the silicon wafer 50 in the Y-axis direction and repeating the process of annealing the band-shaped area.
  • the pulsed laser beams 10a and 20a are irradiated onto the silicon wafer 50 with an overlap rate of 50% or more, for example.
  • Impurities (P) added at a relatively low concentration in a relatively deep region are activated by the pulse laser beam 20a having a relatively long pulse width (non-melting annealing). Is done.
  • the impurity (B) added at a relatively high concentration in a relatively shallow region is activated (melted annealing) by the pulse laser beam 10a having a relatively short pulse width.
  • the pulse laser beam 10a is applied to the silicon wafer 50 at an energy density that melts silicon to a position deeper than a region where ion implantation of impurities is performed at a high concentration.
  • the silicon wafer 50 at the incident position of the pulse laser beam 10a is melted, and the region where the impurity (B) is implanted at a high concentration is in the process of recovering crystal defects by liquid phase epitaxial growth. Sufficient impurity (B) activation is performed.
  • FIG. 3 shows the maximum temperature reached at a depth of 3 ⁇ m from the back surface of the silicon wafer 50 when the pulse laser beam 20a is irradiated under the condition that the back surface of the silicon wafer 50 (laser irradiation surface) reaches the melting point (about 1690K).
  • 4 is a graph showing the relationship between the maximum temperature reached at a position (front surface) at a depth of 100 ⁇ m and the pulse width of the pulsed laser beam 20a.
  • the horizontal axis of the graph represents the pulse width of the pulsed laser beam 20a in the unit “ ⁇ s”
  • the vertical axis represents the maximum temperature reached at the depths of 3 ⁇ m and 100 ⁇ m in the unit “K”.
  • Curve a shows the relationship between the pulse width of the pulse laser beam 20a and the maximum temperature reached at a depth of 3 ⁇ m
  • curve b shows the pulse width of the pulse laser beam 20a and the maximum temperature reached at a depth of 100 ⁇ m. Shows the relationship.
  • the pulse width of the pulse laser beam 20a having a wavelength of 915 nm emitted from the semiconductor laser 20 is preferably 5 ⁇ s to 100 ⁇ s. From the curves a and b, it is more preferable to set the pulse width to 40 ⁇ s or less where the temperature rise of 3 ⁇ m depth is sufficient and the temperature rise of 100 ⁇ m depth is not significant.
  • a semiconductor laser with a wavelength of 915 nm which can obtain high output at a low cost, was used as the laser light source 20.
  • a laser beam with a wavelength of 950 nm or less having a penetration depth of about 30 ⁇ m into silicon at room temperature is output.
  • Semiconductor lasers and other lasers can be used.
  • FIG. 4 shows a case where phosphorus (P) is ion-implanted with an energy of 2 MeV and a dose of 3E + 13 / cm 2 , and a pulse laser beam 20a is applied with a pulse width of 20 ⁇ s and a power density on the irradiated surface of 420 kW / cm 2.
  • the horizontal axis of the graph represents the depth from the laser irradiation surface in units of “ ⁇ m” with a linear scale.
  • the vertical axis of the graph represents the impurity and carrier concentrations on a logarithmic scale, for example, in the unit “ions / cm 3 ”.
  • a curve a represents the impurity depth profile
  • a curve b represents the carrier depth profile.
  • irradiation of the pulse laser beam 20a under the above conditions can activate about 70% of phosphorus (P) added at a relatively low concentration in a relatively deep region.
  • the pulse width of the pulse laser beam 10a is, for example, 30 ns to 250 ns.
  • the second harmonic of an Nd: YAG laser or an Nd: YLF laser is used as the pulse laser beam 10a having a relatively short pulse width, but the fundamental wave of an Nd: YAG laser or an Nd: YLF laser, etc.
  • the fundamental wave and second harmonic of the Q-switched solid-state laser can be preferably used.
  • a laser light source capable of emitting a laser pulse with a pulse width of 30 ns to 250 ns, such as a CO 2 laser, can be used.
  • the pulse width When the pulse width is shorter than 30 ns, the peak intensity of the laser pulse becomes too high, which may cause problems such as ablation of the semiconductor material (silicon) or implanted impurities or evaporation to change the composition.
  • the pulse width exceeds 250 ns, the energy density required to melt the silicon wafer to a desired depth increases, so that it is necessary to reduce the beam size (incident area size), and throughput is reduced.
  • FIG. 5 is a graph showing the energy density required to irradiate a silicon wafer with a pulsed laser beam 10a, which is the second harmonic of an Nd: YAG laser, to obtain a melting depth of 0.3 ⁇ m.
  • the horizontal axis of the graph represents the pulse width of the pulse laser beam 10a in the unit “ns”, and the vertical axis represents the energy density required for melting from the laser irradiation surface to a position of 0.3 ⁇ m in the unit “J /”. cm 2 ".
  • the energy density required to melt a depth of 0.3 ⁇ m from the laser irradiation surface is 1.8 J / cm 2 .
  • the energy density required to melt the position at a depth of 0.3 ⁇ m from the laser irradiation surface increases as the pulse width increases, and becomes 3.4 J / cm 2 when the pulse width is 250 ns.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional TEM (transmission) of a silicon wafer in which phosphorus (P) as an impurity is ion-implanted with an energy of 100 keV and a dose of 2E + 15 / cm 2. electron microscope) image.
  • the silicon wafer showing the cross-sectional TEM image in this figure is in a relatively shallow region (region from the silicon wafer surface to a depth of about 0.2 ⁇ m).
  • Phosphorus is implanted as an impurity at a relatively high concentration. It can be seen that in part of the region where phosphorus (P) is implanted, the silicon crystal is amorphous. Note that the amorphous region is white in the TEM image shown in the figure.
  • FIG. 7 is a cross-sectional TEM image of the silicon wafer after annealing by irradiating the silicon wafer shown in FIG. 6 with a laser pulse having a relatively short pulse width.
  • a silicon wafer was irradiated with a second shot of a second harmonic of an Nd: YLF laser having a pulse width of 130 ns and a pulse energy density of 1.6 J / cm 2 for a delay time of 500 ns to melt the surface layer portion of the silicon wafer. It can be seen that the crystallinity of the region in the amorphous state has been recovered by annealing to such an extent that no defects are observed in the TEM image.
  • Laser irradiation with a relatively short pulse width melts the amorphous region and the layer containing many defects, and the crystal grows by epitaxial growth from the solid-liquid interface free from defects, so that a crystal structure with very few defects can be obtained. It is done.
  • FIG. 8 is a cross-sectional TEM image of the silicon wafer after annealing was performed by irradiating the silicon wafer shown in FIG. 6 with a laser pulse having a relatively long pulse width.
  • the silicon wafer was irradiated with a semiconductor laser (wavelength 808 nm) under conditions that did not melt the silicon wafer (pulse width 40 ⁇ s, power density 300 kW / cm 2 ).
  • pulse width 40 ⁇ s, power density 300 kW / cm 2 In non-melting annealing by laser irradiation with a relatively long pulse width, it is confirmed that crystals grow from above and below the amorphized region, and a structure in which an amorphous state and crystal defects remain is formed.
  • a laser annealing method according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the laser annealing method according to the first embodiment can be performed under the control of the control device 40 using the laser annealing apparatus according to the embodiment.
  • impurities are added at a relatively low concentration in a relatively deep region, for example, a region having a depth exceeding 1 ⁇ m, in the surface layer portion of the laser irradiation surface, and a relatively shallow region, for example, having a depth of 1 ⁇ m or less.
  • a silicon wafer 50 having a relatively high concentration of impurities added to the region is prepared.
  • the silicon wafer 50 used in the laser annealing method according to the first embodiment is manufactured as follows.
  • a resist is formed on the wafer surface, and boron (B) is applied to the region where the resist is not formed. Ion implantation at an energy of 20 keV and a dose of 1E + 15 / cm 2 .
  • the resist is formed again, and phosphorus is ion-implanted in a region other than the boron implantation region with an energy of 50 keV and a dose of 2E + 15 / cm 2 .
  • Phosphorus is added at a relatively low concentration in a relatively deep region of the surface layer portion of the silicon wafer 50, and boron is added at a relatively high concentration in a relatively shallow region.
  • silicon wafer in which phosphorus ions are implanted at a relatively high concentration in a relatively shallow region is an object to be annealed, for example, in at least a part of the phosphorous implantation region, silicon Has become amorphous.
  • the pulse laser beam 10a pulse laser beam having a relatively short pulse width
  • the pulse laser beam 20a pulse width
  • the pulse laser beam 10a pulse laser beam having a relatively short pulse width
  • the pulse laser beam 20a pulse width
  • the pulse laser beam 20a pulse width
  • the activation of the high concentration impurity is performed by melting the silicon wafer 50 to a position deeper than the region where the high concentration impurity is added.
  • the low concentration impurity activates the silicon wafer 50 without melting it to the region where the low concentration impurity is added.
  • FIG. 9A is a graph showing the time waveform of the light intensity of the pulsed laser beams 10a and 20a.
  • the horizontal axis of the graph represents the elapsed time in units of “ ⁇ s” with reference to the time of emission of the pulse laser beam 20a.
  • the vertical axis represents the light intensity of the laser beams 10a and 20a.
  • a pulse laser beam 20a having a pulse width of 15 ⁇ s is emitted from the semiconductor laser 20, and the attenuation factor is adjusted by the attenuator 21, so that the silicon wafer has a power density of 400 kW / cm 2. 50 is incident.
  • the pulsed laser beam 10a which is the second harmonic of the Nd: YLF laser having a pulse width of 150 ns, is emitted from the solid-state laser 10 after 14 ⁇ s has elapsed.
  • the attenuation rate is adjusted at 11, and is incident on the silicon wafer 50 at an energy density of 0.7 J / cm 2 .
  • FIG. 9B is a simulation result showing a temperature change of the silicon wafer 50.
  • the horizontal axis of the graph represents the elapsed time in units of “ ⁇ s” with reference to the time of emission of the pulse laser beam 20a.
  • the vertical axis represents the temperature of the silicon wafer 50 in the unit “K”.
  • a curve a indicates the surface temperature of the laser irradiation surface of the silicon wafer 50.
  • Curves b to f show temperature changes at positions where the depth from the laser irradiation surface is 1 ⁇ m to 5 ⁇ m, respectively.
  • a curve g represents a temperature change at a position where the depth from the laser irradiation surface is 100 ⁇ m (the non-laser irradiation surface of the silicon wafer 50 having a thickness of 100 ⁇ m).
  • the silicon wafer 50 When the silicon wafer 50 is irradiated with the pulse laser beam 20a, the wafer 50 is heated, and after 14 ⁇ s from the start of irradiation, the temperature of the laser irradiation surface reaches 1660 K, which is close to the melting point of silicon. However, at this point, the silicon is not yet melted.
  • the pulsed laser beam 10a is irradiated to the silicon wafer 50 in this state. By irradiation with the pulse laser beam 10a, the temperature of the silicon wafer 50 reaches the melting point of silicon.
  • FIG. 9C is a graph showing the melting depth of the silicon wafer 50.
  • the horizontal axis of the graph represents the elapsed time in units of “ ⁇ s” with respect to when the pulse laser beam 20a is emitted, and the vertical axis represents the melting depth from the laser irradiation surface of the silicon wafer 50 in units of “ ⁇ m”.
  • the unmelted silicon wafer 50 is melted to a depth of about 0.3 ⁇ m from the laser irradiation surface by the irradiation of the pulse laser beam 10a by the irradiation of the pulse laser beam 20a.
  • the molten silicon containing the ion-implanted impurity (B) is epitaxially grown, so that crystal defects are recovered and the impurity (B) is activated in a relatively shallow region. Done.
  • the impurity (P) added at a relatively low concentration in a relatively deep region for example, a region having a depth exceeding 1 ⁇ m, is heated in a solid state and taken into a silicon lattice position to be active. It becomes.
  • a relatively deep region for example, a region having a depth exceeding 1 ⁇ m
  • a laser annealing method according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the laser annealing method according to the second embodiment is different from the first embodiment in the manner of adding impurities to the silicon wafer 50 and the manner of irradiation of the pulsed laser beams 10a and 20a onto the silicon wafer 50.
  • the silicon wafer 50 used in the laser annealing method according to the second embodiment is manufactured as follows. After ion implantation of phosphorus (P) as an impurity into the silicon wafer with an energy of 700 keV and a dose of 1E + 14 / cm 2 , a resist is formed on the wafer surface, and boron (B) is applied to the region where the resist is not formed. Ion implantation with an energy of 40 keV and a dose of 1E + 15 / cm 2 . After the resist is removed, a resist is formed again, and phosphorus is ion-implanted in a region other than the boron implantation region with an energy of 100 keV and a dose of 2E + 15 / cm 2 .
  • P phosphorus
  • B boron
  • phosphorus is added at a relatively low concentration in a relatively deep region, and a relatively shallow region.
  • Boron is added at a relatively high concentration.
  • FIG. 10A is a graph showing a time waveform of the light intensity of the pulse laser beams 10a and 20a in the second embodiment.
  • the meanings of the horizontal and vertical axes of the graph are the same as those in FIG.
  • a pulse laser beam 20 a having a pulse width of 5 ⁇ s is emitted from the semiconductor laser 20, the attenuation factor is adjusted by the attenuator 21, and a silicon wafer with a power density of 700 kW / cm 2. 50 is incident.
  • the pulsed laser beam 10a which is a fundamental wave (wavelength 1064 nm) of an Nd: YAG laser having a pulse width of 80 ns, is emitted from the solid-state laser 10. Then, the attenuation factor is adjusted by the attenuator 11 and is incident on the silicon wafer 50 at an energy density of 0.7 J / cm 2 .
  • FIG. 10B is a simulation result showing a temperature change of the silicon wafer 50.
  • the meanings of both axes of the graph and the curves a to g are the same as those in FIG. 9B.
  • the wafer 50 By irradiating the silicon wafer 50 with the pulse laser beam 20a, the wafer 50 is heated, and after 4.8 ⁇ s from the start of irradiation, the surface temperature of the laser irradiation surface reaches near the melting point of silicon. Is not melted.
  • the pulsed laser beam 10a is irradiated to the silicon wafer 50 in this state. By irradiation with the pulse laser beam 10a, the temperature of the silicon wafer 50 reaches the melting point of silicon.
  • FIG. 10C is a graph showing the melting depth of the silicon wafer 50.
  • the meanings of both axes of the graph are the same as those in FIG.
  • the unmelted silicon wafer 50 is melted to a depth of about 0.3 ⁇ m from the laser irradiation surface by the irradiation with the pulse laser beam 10a.
  • the temperature of the silicon wafer 50 is lowered.
  • the melted silicon containing the ion-implanted impurity (B) is epitaxially grown, so that crystal defects are recovered and the impurity (B) is activated in a relatively shallow region.
  • the impurity (P) added at a relatively low concentration in a relatively deep region for example, a region having a depth exceeding 1 ⁇ m, is heated in a solid state and taken into a silicon lattice position to be active. It becomes.
  • the laser annealing method according to the third embodiment is different from the first embodiment in the irradiation mode of the pulse laser beams 10a and 20a onto the silicon wafer 50.
  • the manner of adding impurities to the silicon wafer 50 is the same as in the first embodiment.
  • FIG. 11A is a graph showing the time waveform of the light intensity of the pulse laser beams 10a and 20a in the third embodiment.
  • the meanings of the horizontal and vertical axes of the graph are the same as those in FIG.
  • the emission of the pulse laser beam 20a from the semiconductor laser 20 and the emission of the pulse laser beam 10a from the solid-state laser 10 are continuously performed.
  • a pulse laser beam 20a having a pulse width of 15 ⁇ s is emitted from the semiconductor laser 20, and the attenuation factor is adjusted by the attenuator 21, and is incident on the silicon wafer 50 at a power density of 340 kW / cm 2 .
  • a solid-state laser 10 emits a pulse laser beam 10a, which is the second harmonic of an Nd: YLF laser having a pulse width of 150 ns, and an attenuation factor is adjusted by an attenuator 11 so that an energy density of 2.7 J / cm 2 is obtained. Then, the light is incident on the silicon wafer 50.
  • FIG. 11B shows a simulation result showing a temperature change of the silicon wafer 50.
  • the meanings of both axes of the graph and the curves a to g are the same as those in FIG. 9B.
  • FIG. 11C is a graph showing the melting depth of the silicon wafer 50. The meanings of both axes of the graph are the same as those in FIG.
  • the silicon wafer 50 is melted to a depth of about 0.3 ⁇ m from the laser irradiation surface by the irradiation of the pulsed laser beam 10a.
  • the temperature of the melted silicon wafer 50 is lowered by the irradiation of the pulse laser beam 10a, and the melted silicon containing the ion-implanted impurity (B) is epitaxially grown, so that crystal defects can be recovered in a relatively shallow region.
  • the impurity (B) is activated.
  • the impurity (P) added at a relatively low concentration in a relatively deep region for example, a region having a depth exceeding 1 ⁇ m, is heated in a solid state by irradiation with a pulse laser beam 20 a having a pulse width of 15 ⁇ s. Then, it is taken into the silicon lattice position and activated.
  • the silicon wafer 50 is approximately irradiated by irradiating the pulse laser beam 10a while the surface reaches a temperature close to the melting point of silicon by the irradiation of the pulse laser beam 20a.
  • the silicon wafer 50 at room temperature is irradiated with the pulsed laser beam 10a, and the silicon wafer 50 is about 0.
  • the pulsed laser beam 10a In order to melt to a depth of 3 ⁇ m, the pulsed laser beam 10a is required to have a high energy density, for example, about four times the energy density. Therefore, in order to carry out the laser processing method according to the third embodiment, a high-power light source is prepared as the laser light source 10 or the beam size (incident area size) is reduced to irradiate the silicon wafer 50. It is necessary to increase the energy density of the pulsed laser beam 10a, which may cause a problem of increased cost or reduced throughput. Therefore, laser annealing can be performed more preferably by using the first embodiment.
  • a pulse laser beam 10a having a relatively short pulse width is irradiated while the silicon wafer 50 is heated until the surface temperature is close to the melting point of silicon by irradiation with a pulse laser beam 20a having a relatively long pulse width.
  • the energy density of the pulsed laser beam 10a can be reduced by melting the surface.
  • the pulse laser beam 10a having a relatively short pulse width is incident on the silicon wafer 50 immediately before the end of the irradiation with the pulse laser beam 20a having a relatively long pulse width. It will be most energy efficient to make the pulse laser beam 10a incident on the wafer 50 immediately after the irradiation of the pulse laser beam 20a.
  • part of the irradiation periods of both pulsed laser beams 10a and 20a may overlap. Further, an interval can be provided between the irradiation periods of both pulsed laser beams 10a and 20a.
  • the relatively low-concentration impurities implanted in a relatively deep region are activated and implanted in a relatively shallow region.
  • the activation of the relatively high-concentration impurities is performed, the energy efficiency is reduced, but these two impurity activations can be performed at completely different times.
  • relative low concentration impurities implanted into a relatively deep region are first activated on the entire surface of the silicon wafer 50, and then relatively high concentration impurities implanted into a relatively shallow region are activated. be able to.
  • activation of the relatively low concentration impurity implanted in the relatively deep region may be performed first, and the activation of the relatively high concentration impurity implanted in the relatively shallow region may be performed later.
  • the reverse is also possible. It is not necessary to use the laser annealing apparatus according to the embodiment. For example, two laser annealing apparatuses, a laser annealing apparatus using a semiconductor laser as a light source and a laser annealing apparatus using a solid laser as a light source, were used, and the former was implanted at a relatively low concentration in a relatively deep region. Impurities can be activated, and in the latter case, impurities implanted at a relatively high concentration in a relatively shallow region can be activated.
  • the pulsed laser beam 10a is a Q-switch solid such as an Nd: YAG laser or Nd: YLF laser having a large silicon absorption coefficient even at room temperature. It is preferable to use light emitted from an excimer laser having a shorter wavelength than the second harmonic of the laser.
  • the inventor of the present application applied a pulse laser having a pulse width of 40 ⁇ s and a power density of 300 kW / cm 2 to a silicon wafer 50 manufactured by adding impurities in the same manner as in the first and third embodiments.
  • Laser annealing was performed by irradiating the beam 20a.
  • the sheet resistance value decreased and activation of the implanted impurities was confirmed.
  • the cross section of the wafer was observed, many crystal defects remained.
  • the annealing target is the silicon wafer 50 in which phosphorus is added at a relatively low concentration in a relatively deep region and boron is added at a relatively high concentration in a relatively shallow region.
  • the added impurity is not limited to this.
  • a semiconductor substrate having a relatively low concentration in a relatively deep region, a relatively high concentration in a relatively shallow region, and phosphorus added to both regions can be an annealing target.
  • the semiconductor substrate is amorphized in at least a part of a relatively shallow phosphorus implantation region.
  • a relatively shallow region including a region where silicon is amorphized is melted by irradiation with a laser pulse having a relatively short pulse width, and crystal defects are recovered by liquid phase epitaxial growth.
  • sufficient impurity (P) activation is performed.
  • the relatively deep region is irradiated with a laser pulse having a relatively long pulse width, and the impurity (P) is sufficiently activated by non-melting annealing.
  • Non-amorphous annealing solid phase annealing
  • Non-amorphous annealing solid phase annealing
  • the surface layer portion of the front side becomes high temperature. Therefore, non-melting annealing is also preferable in that it can contribute to realization of good device characteristics. is there.
  • a semiconductor device for example, an IGBT.

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Abstract

【課題】　高品質のアニールを行う。 【解決手段】　（ａ）表層部の相対的に深い領域に、相対的に低濃度で不純物が添加され、相対的に浅い領域に、相対的に高濃度で不純物が添加されている半導体基板を準備する。（ｂ）半導体基板にレーザビームを照射して、相対的に浅い領域に添加された高濃度不純物は、高濃度不純物の添加領域よりも深い位置まで、半導体基板を溶融させて活性化させ、相対的に深い領域に添加された低濃度不純物は、半導体基板を、低濃度不純物の添加領域まで溶融させることなく活性化させる。

Description

レーザアニール方法及びレーザアニール装置
　本発明は、レーザビームを照射して、半導体基板に添加された不純物を活性化させるレーザアニール方法及びレーザアニール装置に関する。
　半導体基板に不純物をイオン注入により導入し、レーザビームを照射して、導入された不純物を活性化させ、電極層及びフィールドストップ層を形成した半導体装置とその製造方法の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１記載の技術においては、半導体素子の表面構造を作製した後、基板を薄くする。その後、裏面にイオン注入を行い、パルスレーザビームを照射する。パルスレーザビームの照射は、複数のレーザパルスを照射するタイミングに６００ｎｓ以下の時間差を設けて行う。詳細には、シリコン基板の裏面側から、フィールドストップ層のピーク濃度が、５Ｅ＋１８／ｃｍ３以下となるように、ドーズ量を１Ｅ＋１４／ｃｍ２以下として、たとえば、リンイオンをｎ－型基板のフィールドストップ層形成予定領域にイオン注入する。続いて、ｐ＋型コレクタ層及びｎ＋型カソード層のピーク濃度が１Ｅ＋２１／ｃｍ３以下となるように、ドーズ量を５Ｅ＋１６／ｃｍ２以下として、たとえば、ボロンイオン及びリンイオンを、それぞれｎ－型基板の裏面側から、ｐ＋型コレクタ層形成予定領域及びｎ＋型カソード層形成予定領域にイオン注入する。
　このような高濃度でイオンが注入されたｎ＋型カソード層などは、シリコン基板の結晶性が破壊され、アモルファス化してしまうことが知られている。特許文献１記載の半導体装置の製造方法においては、レーザビームの照射によって、レーザ照射面（基板裏面）から深さ１μｍを超える深い部分に注入された不純物は、固相拡散による欠陥回復と活性化が行われるため、十分な温度上昇及び加熱時間が確保できず、活性化が不十分となる場合がある。深い部分の活性化を十分に行うために、照射するレーザビームのエネルギ密度を上げると、溶融深さが深くなり、注入不純物のデプスプロファイルが変化して設計通りの特性が得られなかったり、基板表面の荒れがひどくなるなどの不具合が発生する。
　シリコンウエハが溶融しない範囲のエネルギ密度で、パルスレーザビームを照射してレーザアニールを行う技術が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。この方法では、不純物が高濃度でイオン注入され、アモルファス化した領域の結晶性を完全に回復させ、注入不純物を活性化することはできない。
特開２０１０－１７１０５７号公報 特開２００９－０３２８５８号公報
　本発明の目的は、高品質のアニールを実現可能なレーザアニール方法及びレーザアニール装置を提供することである。
　本発明の一観点によると、（ａ）表層部の相対的に深い領域に、相対的に低濃度で不純物が添加され、相対的に浅い領域に、相対的に高濃度で不純物が添加されている半導体基板を準備する工程と、（ｂ）前記半導体基板にレーザビームを照射して、前記相対的に浅い領域に添加された高濃度不純物は、該高濃度不純物の添加領域よりも深い位置まで、前記半導体基板を溶融させて活性化させ、前記相対的に深い領域に添加された低濃度不純物は、前記半導体基板を、前記低濃度不純物の添加領域まで溶融させることなく活性化させる工程とを有するレーザアニール方法が提供される。
　また、本発明の他の観点によると、パルス幅が相対的に短い第１のパルスレーザビームを出射する第１のレーザ光源と、パルス幅が相対的に長い第２のパルスレーザビームを出射する第２のレーザ光源と、表層部の相対的に深い領域に、相対的に低濃度で不純物が添加され、相対的に浅い領域に、相対的に高濃度で不純物が添加された半導体基板を保持するステージと、前記第１のレーザ光源を出射した第１のパルスレーザビーム、及び、前記第２のレーザ光源を出射した第２のパルスレーザビームを、前記ステージに保持された半導体基板上の同一領域に伝搬しうる伝搬光学系であって、前記第１のパルスレーザビームと前記第２のパルスレーザビームとを、同一光軸上に重畳するビーム重畳器を含み、前記第１のパルスレーザビームを、前記高濃度不純物の添加領域よりも深い位置まで、前記半導体基板を溶融させるエネルギ密度で伝搬させることが可能であり、かつ、前記第２のパルスレーザビームを、前記半導体基板を、前記低濃度不純物の添加領域まで溶融させないエネルギ密度で伝搬させる伝搬光学系とを有するレーザアニール装置が提供される。
　なお、相対的に高濃度で不純物が添加された領域は、アモルファス化していることがある。
　本発明によれば、高品質のアニールを実現可能なレーザアニール方法及びレーザアニール装置を提供することができる。
実施例によるレーザアニール装置を示す概略図である。 シリコンウエハ５０の不純物デプスプロファイルの一例を示すグラフである。 パルスレーザビーム２０ａを、シリコンウエハ５０裏側表面（レーザ照射面）が融点（約１６９０Ｋ）に達する条件で照射したときの、シリコンウエハ５０裏側表面から深さ３μｍの位置の最高到達温度、及び深さ１００μｍの位置（表側表面）の最高到達温度と、パルスレーザビーム２０ａのパルス幅との関係を示すグラフである。 リン（Ｐ）を２ＭｅＶのエネルギ、３Ｅ＋１３／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入したシリコンウエハに、パルスレーザビーム２０ａを、パルス幅を２０μｓ、照射面におけるパワー密度を４２０ｋＷ／ｃｍ２として照射して行ったアニールの結果を示すグラフである。 Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波であるパルスレーザビーム１０ａをシリコンウエハに照射し、０．３μｍの溶融深さを得るために必要なエネルギ密度を示すグラフである。 不純物としてリン（Ｐ）を、１００ｋｅＶのエネルギ、２Ｅ＋１５／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入したシリコンウエハの断面ＴＥＭ像である。 図６に示すシリコンウエハに、パルス幅が相対的に短いレーザパルスを照射してアニールを行った後の、シリコンウエハの断面ＴＥＭ像である。 図６に示すシリコンウエハに、パルス幅が相対的に長いレーザパルスを照射してアニールを行った後の、シリコンウエハの断面ＴＥＭ像である。 （Ａ）～（Ｃ）は、第１の実施例によるレーザアニール方法を説明するグラフである。 （Ａ）～（Ｃ）は、第２の実施例によるレーザアニール方法を説明するグラフである。 （Ａ）～（Ｃ）は、第３の実施例によるレーザアニール方法を説明するグラフである。
　図１は、実施例によるレーザアニール装置を示す概略図である。実施例によるレーザアニール装置は、レーザ光源１０、２０、アッテネータ１１、２１、テレスコープ１２、２２、ホモジナイザ１３、２３、折り返しミラー１４、ダイクロイックミラー１５、イメージングレンズ１６、ステージ３０、及び制御装置４０を含んで構成される。
　レーザ光源１０は、固体レーザ、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザまたはＮｄ：ＹＬＦレーザ、及び非線形光学結晶を含み、制御装置４０からのトリガ信号に応じて、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）またはＮｄ：ＹＬＦレーザの第２高調波（波長５２７ｎｍ）であるパルスレーザビーム１０ａを出射する。パルスレーザビーム１０ａは、入射するレーザビームの光強度を減衰率可変に減衰して出射するアッテネータ１１で光強度を減衰され、テレスコープ１２を通過してホモジナイザ１３に入射する。ホモジナイザ１３は入射するレーザビームを分割し、重ね合わせることにより、加工面（レーザ照射面）におけるパルスレーザビーム１０ａの形状を、たとえば矩形状に整形するとともに、面内における光強度を均一化する。
　ホモジナイザ１３を出射したレーザビーム１０ａは、折り返しミラー１４で反射されて、ダイクロイックミラー１５を透過し、イメージングレンズ１６で集光されて、たとえばＸＹステージであるステージ３０に、２次元方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動可能に保持されたシリコンウエハ５０に入射する。
　レーザ光源２０は、たとえば半導体レーザ(laser diode; LD)を含み、制御装置４０からパルス状の電力（電流）の供給を受けて、たとえば波長９１５ｎｍのパルスレーザビーム２０ａを出射する。パルスレーザビーム２０ａは、アッテネータ２１で減衰率可変に光強度を減衰され、テレスコープ２２を経由してホモジナイザ２３に入射する。ホモジナイザ２３は加工面におけるパルスレーザビーム２０ａの形状を、たとえば矩形状に整形するとともに、面内における光強度を均一化する。
　ホモジナイザ２３を出射したレーザビーム２０ａは、ダイクロイックミラー１５で反射された後、イメージングレンズ１６で集光されて、ステージ３０に保持されたシリコンウエハ５０に入射する。
　ダイクロイックミラー１５は、パルスレーザビーム１０ａ及び２０ａを同一光軸上に重畳するビーム重畳器である。両パルスレーザビーム１０ａ、２０ａは、たとえば長軸方向（Ｘ軸方向）の長さが４ｍｍ、短軸方向（Ｙ軸方向）の長さが０．２５ｍｍの矩形状の入射領域を形成して、シリコンウエハ５０上の同一領域に入射する。
　制御装置４０は、固体レーザ１０からのパルスレーザビーム１０ａの出射、及び、半導体レーザ２０からのパルスレーザビーム２０ａの出射を制御する。また、ステージ３０の動作を制御することで、ステージ３０に保持されたシリコンウエハ５０上におけるパルスレーザビーム１０ａ、２０ａの入射位置を制御する。
　パルスレーザビーム１０ａのパルス幅は相対的に短く、パルスレーザビーム２０ａのパルス幅は相対的に長い。パルスレーザビーム２０ａのパルス幅は、たとえばパルスレーザビーム１０ａのパルス幅の２０倍以上である。なお、たとえばパルスレーザビーム２０ａのパルス幅は、制御装置４０から半導体レーザ２０へのパルス状電力の供給時間で制御することができる。
　シリコンウエハ５０は、不純物が添加された半導体基板である。シリコンウエハ５０のレーザ照射面から、相対的に深い領域、たとえば深さが１μｍを超える領域には、相対的に低濃度で不純物がイオン注入されている。また、相対的に浅い領域、たとえば深さが１μｍ以下の領域には、相対的に高濃度で不純物がイオン注入されている。なお、高濃度で添加された不純物がリン（Ｐ）である場合、高濃度でリン（Ｐ）が添加された領域は、たとえばシリコンがアモルファス化する。
　シリコンウエハ５０は、たとえば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(insulated gate bipolar transistor; IGBT)の製造に用いられる。シリコンウエハ５０の厚さは、たとえば１００μｍである。シリコンウエハ５０の表側の表層部には、ＩＧＢＴのエミッタ領域及びゲート領域が画定されている。また裏側の表層部には、ｐ型不純物、たとえばホウ素（Ｂ）の注入によるコレクタ領域、及び、ｎ型不純物、たとえばリン（Ｐ）の注入によるフィールドストップ領域が画定されている。
　図２に、シリコンウエハ５０の不純物デプスプロファイルの一例を示す。グラフの横軸は、シリコンウエハ５０の裏側表面からの深さを、リニアな目盛りにより単位「μｍ」で表す。グラフの縦軸は、添加された不純物の濃度を、対数目盛りにより単位「ａｔｏｍｓ／ｃｃ」で表す。
　ホウ素（Ｂ）の濃度がピークとなる位置は、裏側表面から０．３μｍの深さである。また、リン（Ｐ）の濃度がピークとなる位置は、裏側表面から１．８μｍの深さである。更に、リン（Ｐ）の注入深さのテールは、裏面表面から３μｍに及ぶ。
　パルスレーザビーム１０ａ、２０ａは、シリコンウエハ５０の裏側表面に照射される。パルスレーザビーム１０ａ、２０ａの照射により、コレクタ領域（レーザ照射面から相対的に浅い領域）に注入された不純物（Ｂ）、及び、フィールドストップ領域（レーザ照射面から相対的に深い領域）に注入された不純物（Ｐ）の活性化アニールが行われる。なお、ＩＧＢＴの製造に用いられるシリコンウエハ５０においては、アニールに際して表側表層部が高温になるのは好ましくない。
　シリコンウエハ５０表面における矩形状ビーム入射領域の短軸方向（Ｙ軸方向）にシリコンウエハ５０を移動させることにより、ビーム入射領域の長軸方向（Ｘ軸方向）の長さを幅とする帯状の領域をアニールすることができる。パルスレーザビーム１０ａ、２０ａをシリコンウエハ５０の端部まで照射したところで、シリコンウエハ５０を、ビーム入射領域の長軸方向（Ｘ軸方向）にずらす。その後、シリコンウエハ５０上のＹ軸方向にビーム入射領域を移動させて、帯状の領域をアニールする処理を繰り返すことにより、シリコンウエハ５０の裏側表面全体をアニールすることができる。アニールにおいて、パルスレーザビーム１０ａ、２０ａは、たとえば５０％以上の重複率でシリコンウエハ５０に照射される。
　相対的に深い領域、たとえば深さが１μｍを超える領域に、相対的に低濃度で添加された不純物（Ｐ）は、パルス幅が相対的に長いパルスレーザビーム２０ａにより活性化（非溶融アニール）が行われる。相対的に浅い領域、たとえば深さが１μｍ以下の領域に、相対的に高濃度で添加された不純物（Ｂ）は、パルス幅が相対的に短いパルスレーザビーム１０ａにより活性化（溶融アニール）が行われる。パルスレーザビーム１０ａは、高濃度で不純物のイオン注入が行われている領域よりも深い位置まで、シリコンを溶融させるエネルギ密度でシリコンウエハ５０に照射される。パルスレーザビーム１０ａの照射により、パルスレーザビーム１０ａ入射位置のシリコンウエハ５０は溶融し、高濃度で不純物（Ｂ）が注入されている領域は、液相エピタキシャル成長によって、結晶欠陥が回復される過程で十分な不純物（Ｂ）活性化が行われる。
　図３及び図４を参照し、パルスレーザビーム２０ａの照射による、相対的に深い領域に、相対的に低濃度で添加された不純物の活性化について説明する。
　図３は、パルスレーザビーム２０ａを、シリコンウエハ５０裏側表面（レーザ照射面）が融点（約１６９０Ｋ）に達する条件で照射したときの、シリコンウエハ５０裏側表面から深さ３μｍの位置の最高到達温度、及び深さ１００μｍの位置（表側表面）の最高到達温度と、パルスレーザビーム２０ａのパルス幅との関係を示すグラフである。グラフの横軸は、パルスレーザビーム２０ａのパルス幅を、単位「μｓ」で表し、縦軸は、深さ３μｍ及び１００μｍの位置の最高到達温度を、単位「Ｋ」で表す。曲線ａは、パルスレーザビーム２０ａのパルス幅と、深さ３μｍの位置の最高到達温度との関係を示し、曲線ｂは、パルスレーザビーム２０ａのパルス幅と、深さ１００μｍの位置の最高到達温度との関係を示す。
　曲線ａを参照すると、パルス幅が５μｓ未満である場合、３μｍの深さの温度上昇が不十分である。このため、５μｓ未満のパルス幅は、３μｍ超の深さに添加された不純物が十分に活性化されず、好ましくない。曲線ｂを参照すると、パルスレーザビーム２０ａのパルス幅が長いほど深い領域の温度は上昇し、不純物の活性化には有利であるが、シリコンウエハ５０の表側表面（レーザ非照射面）の温度が上昇する点で好ましくなく、たとえば１００μｓを超えるパルス幅は望ましくないであろう。このため、半導体レーザ２０から出射される波長９１５ｎｍのパルスレーザビーム２０ａのパルス幅は５μｓ～１００μｓであることが好ましい。曲線ａ、ｂから、３μｍ深さの温度上昇が十分であり、かつ、１００μｍ深さの温度上昇が著しくない４０μｓ以下のパルス幅とすることが、より好ましいであろう。
　なお、実施例においては、レーザ光源２０として、安価に高出力を得られる波長９１５ｎｍの半導体レーザを用いたが、たとえば、常温でシリコンに対する侵入長が３０μｍ程度である波長９５０ｎｍ以下のレーザビームを出力する半導体レーザその他のレーザを使用することができる。
　図４は、リン（Ｐ）を２ＭｅＶのエネルギ、３Ｅ＋１３／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入したシリコンウエハに、パルスレーザビーム２０ａを、パルス幅を２０μｓ、照射面におけるパワー密度を４２０ｋＷ／ｃｍ２として照射して行ったアニールの結果を示すグラフである。グラフの横軸は、レーザ照射面からの深さを、リニアな目盛りにより単位「μｍ」で表す。グラフの縦軸は、不純物及びキャリアの濃度を、対数目盛りにより、たとえば単位「ｉｏｎｓ／ｃｍ３」で表す。曲線ａは、不純物のデプスプロファイルを示し、曲線ｂは、キャリアのデプスプロファイルを示す。
　上記条件のパルスレーザビーム２０ａの照射により、相対的に深い領域に、相対的に低濃度で添加されたリン（Ｐ）の約７０％を活性化させることができることがわかる。
　図５～図８を参照し、パルスレーザビーム１０ａの照射による、相対的に浅い領域に、相対的に高濃度で添加された不純物の活性化について説明する。
　パルスレーザビーム１０ａのパルス幅は、たとえば３０ｎｓ～２５０ｎｓである。実施例においては、相対的にパルス幅の短いパルスレーザビーム１０ａとして、Ｎｄ：ＹＡＧレーザまたはＮｄ：ＹＬＦレーザの第２高調波を用いるが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ＹＬＦレーザの基本波、その他のＱスイッチ固体レーザの基本波や第２高調波を、好ましく使用することが可能である。更に、ＣＯ２レーザ等、３０ｎｓ～２５０ｎｓのパルス幅でレーザパルスを出射可能なレーザ光源を用いることができる。パルス幅が３０ｎｓよりも短い場合、レーザパルスのピーク強度が高くなりすぎて、半導体材料（シリコン）や注入不純物がアブレーションを起こしたり、蒸発して組成が変わるなどの問題が生じうる。パルス幅が２５０ｎｓを超える場合、シリコンウエハを所望の深さまで溶融させるのに必要なエネルギ密度が高くなるため、ビームサイズ（入射領域のサイズ）を小さくする必要があり、スループットが低下する。
　図５は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波であるパルスレーザビーム１０ａをシリコンウエハに照射し、０．３μｍの溶融深さを得るために必要なエネルギ密度を示すグラフである。グラフの横軸は、パルスレーザビーム１０ａのパルス幅を単位「ｎｓ」で表し、縦軸は、レーザ照射面から深さ０．３μｍの位置まで溶融するのに必要なエネルギ密度を単位「Ｊ／ｃｍ２」で表す。
　パルスレーザビーム１０ａのパルス幅が３０ｎｓである場合、レーザ照射面から０．３μｍの深さを溶融するのに必要なエネルギ密度は、１．８Ｊ／ｃｍ２である。レーザ照射面から０．３μｍの深さの位置を溶融するのに必要なエネルギ密度は、パルス幅の増加に伴って増大し、パルス幅が２５０ｎｓである場合、３．４Ｊ／ｃｍ２となる。
　図６は、不純物としてリン（Ｐ）を、１００ｋｅＶのエネルギ、２Ｅ＋１５／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入したシリコンウエハの断面ＴＥＭ(transmission
electron microscope)像である。本図に断面ＴＥＭ像を示すシリコンウエハは、図２に不純物デプスプロファイルを示したシリコンウエハ５０とは異なり、相対的に浅い領域（シリコンウエハ表面から深さ約０．２μｍまでの領域）に、相対的に高濃度で不純物としてリンが注入されている。リン（Ｐ）が注入された領域の一部においては、シリコンの結晶がアモルファス化していることがわかる。なお、アモルファス化している領域は、本図に示すＴＥＭ像においては、白く写っている。
　図７は、図６に示すシリコンウエハに、パルス幅が相対的に短いレーザパルスを照射してアニールを行った後の、シリコンウエハの断面ＴＥＭ像である。パルス幅１３０ｎｓ、パルスエネルギ密度１．６Ｊ／ｃｍ２のＮｄ：ＹＬＦレーザの第２高調波を２ショット、５００ｎｓの遅延時間を設けてシリコンウエハに照射し、シリコンウエハの表層部を溶融した。アニールにより、アモルファス状態だった領域の結晶性が、ＴＥＭ像では欠陥が観察されない程度に回復している様子が認められる。相対的に短いパルス幅のレーザ照射によって、アモルファス領域及び欠陥を多く含む層が溶融し、欠陥のない固液界面から、結晶がエピタキシャル成長によって成長するため、欠陥の極めて少ない結晶構造が得られると考えられる。
　図８は、図６に示すシリコンウエハに、パルス幅が相対的に長いレーザパルスを照射してアニールを行った後の、シリコンウエハの断面ＴＥＭ像である。シリコンウエハを溶融させない条件（パルス幅４０μｓ、パワー密度３００ｋＷ／ｃｍ２）で、半導体レーザ（波長８０８ｎｍ）をシリコンウエハに照射した。相対的に長いパルス幅のレーザ照射による非溶融アニールでは、アモルファス化された領域の上下から結晶が成長し、アモルファス状態や結晶欠陥が残留する構造が形成されることが確認される。
　図６～図８に示すＴＥＭ像から、不純物が相対的に高濃度で添加された、相対的に浅い領域は、パルス幅が相対的に短いレーザパルスを用いた溶融アニールにより、良好な結晶構造を回復することがわかる。
　図９（Ａ）～（Ｃ）を参照し、第１の実施例によるレーザアニール方法を説明する。第１の実施例によるレーザアニール方法は、実施例によるレーザアニール装置を用い、制御装置４０の制御の下で実施することができる。
　まず、レーザ照射面表層部のうち、相対的に深い領域、たとえば深さが１μｍを超える領域に、相対的に低濃度で不純物が添加され、相対的に浅い領域、たとえば深さが１μｍ以下の領域に、相対的に高濃度で不純物が添加されたシリコンウエハ５０を準備する。第１の実施例によるレーザアニール方法において用いるシリコンウエハ５０は、次のようにして作製する。シリコンウエハに、不純物としてリン（Ｐ）を７００ｋｅＶのエネルギ、１Ｅ＋１４／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入した後、ウエハ表面にレジストを形成し、レジストの形成されていない領域に、ボロン（Ｂ）を、２０ｋｅＶのエネルギ、１Ｅ＋１５／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入する。レジストを除去した後、再度レジストを形成し、ボロンの注入領域以外の領域にリンを、５０ｋｅＶのエネルギ、２Ｅ＋１５／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入する。シリコンウエハ５０表層部の相対的に深い領域には、相対的に低濃度でリンが添加され、相対的に浅い領域には、相対的に高濃度でボロンが添加されている。
　なお、シリコンウエハ５０ではなく、相対的に浅い領域に相対的に高濃度でリンのイオン注入が行われたシリコンウエハをアニール対象とする場合は、たとえばリンの注入領域の少なくとも一部において、シリコンがアモルファス化している。
　このように作製されたシリコンウエハ５０上の同一領域に、固体レーザ１０からのパルスレーザビーム１０ａ（パルス幅が相対的に短いパルスレーザビーム）と、半導体レーザ２０からのパルスレーザビーム２０ａ（パルス幅が相対的に長いパルスレーザビーム）とを、ダイクロイックミラー１５で同一光軸上に重畳して照射し、シリコンウエハ５０に添加されたリンとボロンとを活性化させるレーザアニールを行う。
　高濃度不純物の活性化は、シリコンウエハ５０を、高濃度不純物の添加領域よりも深い位置まで溶融させて行う。低濃度不純物は、シリコンウエハ５０を、低濃度不純物の添加領域まで溶融させることなく、活性化させる。
　図９（Ａ）は、パルスレーザビーム１０ａ、２０ａの光強度の時間波形を示すグラフである。グラフの横軸は、パルスレーザビーム２０ａの出射時を基準とした経過時間を単位「μｓ」で表す。縦軸は、レーザビーム１０ａ、２０ａの光強度を表す。第１の実施例によるレーザアニール方法においては、半導体レーザ２０から、パルス幅１５μｓのパルスレーザビーム２０ａを出射させ、アッテネータ２１で減衰率を調整して、４００ｋＷ／ｃｍ２のパワー密度で、シリコンウエハ５０上に入射させる。また、シリコンウエハ５０へのパルスレーザビーム２０ａの照射開始後、１４μｓ経過時点で、固体レーザ１０から、パルス幅１５０ｎｓのＮｄ：ＹＬＦレーザの第２高調波であるパルスレーザビーム１０ａを出射させ、アッテネータ１１で減衰率を調整して、０．７Ｊ／ｃｍ２のエネルギ密度で、シリコンウエハ５０上に入射させる。
　図９（Ｂ）は、シリコンウエハ５０の温度変化を示すシミュレーション結果である。グラフの横軸は、パルスレーザビーム２０ａの出射時を基準とした経過時間を単位「μｓ」で表す。縦軸は、シリコンウエハ５０の温度を単位「Ｋ」で表す。曲線ａは、シリコンウエハ５０のレーザ照射面の表面温度を示す。曲線ｂ～ｆは、それぞれレーザ照射面からの深さが１μｍ～５μｍである位置の温度変化を示す。曲線ｇは、レーザ照射面からの深さが１００μｍである位置（厚さ１００μｍのシリコンウエハ５０のレーザ非照射面）の温度変化を示す。
　パルスレーザビーム２０ａがシリコンウエハ５０に照射されることで、ウエハ５０は加熱され、照射が開始されて１４μｓ後には、レーザ照射面の温度は、シリコンの融点に近い１６６０Ｋに達する。しかしこの時点では、まだシリコンは溶融されていない。この状態のシリコンウエハ５０に、パルスレーザビーム１０ａが照射される。パルスレーザビーム１０ａの照射により、シリコンウエハ５０の温度はシリコンの融点に到達する。
　図９（Ｃ）は、シリコンウエハ５０の溶融深さを示すグラフである。グラフの横軸は、パルスレーザビーム２０ａの出射時を基準とした経過時間を単位「μｓ」で表し、縦軸は、シリコンウエハ５０のレーザ照射面からの溶融深さを、単位「μｍ」で表す。パルスレーザビーム２０ａの照射では未溶融のシリコンウエハ５０は、パルスレーザビーム１０ａの照射により、レーザ照射面から約０．３μｍの深さまで溶融することがわかる。
　シリコンウエハ５０の温度が低下すると、イオン注入された不純物（Ｂ）を含む、溶融したシリコンがエピタキシャル成長することによって、相対的に浅い領域において、結晶欠陥の回復と、不純物（Ｂ）の活性化が行われる。
　他方、相対的に深い領域、たとえば深さが１μｍを超える領域に、相対的に低濃度で添加された不純物（Ｐ）は、固相の状態で加熱され、シリコンの格子位置に取り込まれて活性化される。たとえば図９（Ｂ）の曲線ｂ～ｆに示す温度履歴から、相対的に深い領域に注入されたリンは、パルスレーザビーム２０ａのエネルギにより活性化されるということができるであろう。
　図１０（Ａ）～（Ｃ）を参照し、第２の実施例によるレーザアニール方法を説明する。第２の実施例によるレーザアニール方法は、シリコンウエハ５０への不純物の添加態様、及び、シリコンウエハ５０へのパルスレーザビーム１０ａ、２０ａの照射態様において、第１の実施例と相違する。
　第２の実施例によるレーザアニール方法において用いるシリコンウエハ５０は、次のようにして作製する。シリコンウエハに、不純物としてリン（Ｐ）を７００ｋｅＶのエネルギ、１Ｅ＋１４／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入した後、ウエハ表面にレジストを形成し、レジストの形成されていない領域に、ボロン（Ｂ）を、４０ｋｅＶのエネルギ、１Ｅ＋１５／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入する。レジストを除去した後、再度レジストを形成し、ボロンの注入領域以外の領域にリンを、１００ｋｅＶのエネルギ、２Ｅ＋１５／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入する。
　第２の実施例によるレーザアニール方法でアニール対象とするシリコンウエハ５０のレーザ照射面表層部においても、相対的に深い領域には、相対的に低濃度でリンが添加され、相対的に浅い領域には、相対的に高濃度でボロンが添加されている。
　図１０（Ａ）は、第２の実施例におけるパルスレーザビーム１０ａ、２０ａの光強度の時間波形を示すグラフである。グラフの横軸及び縦軸の意味するところは、図９（Ａ）におけるそれらと等しい。第２の実施例によるレーザアニール方法においては、半導体レーザ２０から、パルス幅５μｓのパルスレーザビーム２０ａを出射させ、アッテネータ２１で減衰率を調整して、７００ｋＷ／ｃｍ２のパワー密度で、シリコンウエハ５０上に入射させる。また、シリコンウエハ５０へのパルスレーザビーム２０ａの照射開始後、４．８μｓ経過時点で、固体レーザ１０から、パルス幅８０ｎｓのＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）であるパルスレーザビーム１０ａを出射させ、アッテネータ１１で減衰率を調整して、０．７Ｊ／ｃｍ２のエネルギ密度で、シリコンウエハ５０上に入射させる。
　図１０（Ｂ）は、シリコンウエハ５０の温度変化を示すシミュレーション結果である。グラフの両軸及び曲線ａ～ｇの意味するところは、図９（Ｂ）におけるそれらと等しい。
　パルスレーザビーム２０ａがシリコンウエハ５０に照射されることで、ウエハ５０は加熱され、照射が開始されて４．８μｓ後には、レーザ照射面の表面温度は、シリコンの融点近傍にまで達するが、シリコンは溶融されていない。この状態のシリコンウエハ５０に、パルスレーザビーム１０ａが照射される。パルスレーザビーム１０ａの照射により、シリコンウエハ５０の温度はシリコンの融点に到達する。
　図１０（Ｃ）は、シリコンウエハ５０の溶融深さを示すグラフである。グラフの両軸の意味するところは、図９（Ｃ）におけるそれらと等しい。パルスレーザビーム２０ａの照射では未溶融のシリコンウエハ５０は、パルスレーザビーム１０ａの照射により、レーザ照射面から約０．３μｍの深さまで溶融する。
　シリコンウエハ５０の温度が低下する。イオン注入された不純物（Ｂ）を含む、溶融したシリコンがエピタキシャル成長することによって、相対的に浅い領域において、結晶欠陥の回復と、不純物（Ｂ）の活性化が行われる。
　また、相対的に深い領域、たとえば深さが１μｍを超える領域に、相対的に低濃度で添加された不純物（Ｐ）は、固相の状態で加熱され、シリコンの格子位置に取り込まれて活性化される。
　図１１（Ａ）～（Ｃ）を参照し、第３の実施例によるレーザアニール方法を説明する。第３の実施例によるレーザアニール方法は、シリコンウエハ５０へのパルスレーザビーム１０ａ、２０ａの照射態様において、第１の実施例と相違する。シリコンウエハ５０への不純物の添加態様は、第１の実施例と等しい。
　図１１（Ａ）は、第３の実施例におけるパルスレーザビーム１０ａ、２０ａの光強度の時間波形を示すグラフである。グラフの横軸及び縦軸の意味するところは、図９（Ａ）におけるそれらと等しい。第３の実施例によるレーザアニール方法においては、半導体レーザ２０からのパルスレーザビーム２０ａの出射と、固体レーザ１０からのパルスレーザビーム１０ａの出射とを連続して行う。
　半導体レーザ２０からは、パルス幅１５μｓのパルスレーザビーム２０ａを出射させ、アッテネータ２１で減衰率を調整して、３４０ｋＷ／ｃｍ２のパワー密度で、シリコンウエハ５０上に入射させる。また、固体レーザ１０からは、パルス幅１５０ｎｓのＮｄ：ＹＬＦレーザの第２高調波であるパルスレーザビーム１０ａを出射させ、アッテネータ１１で減衰率を調整して、２．７Ｊ／ｃｍ２のエネルギ密度で、シリコンウエハ５０上に入射させる。
　図１１（Ｂ）は、シリコンウエハ５０の温度変化を示すシミュレーション結果である。グラフの両軸及び曲線ａ～ｇの意味するところは、図９（Ｂ）におけるそれらと等しい。パルスレーザビーム１０ａの照射により、シリコンウエハ５０の表面温度はシリコンの融点に到達する。パルスレーザビーム１０ａの入射終了後、レーザ照射面近傍の温度は一旦低下する。シリコンウエハ５０の温度は、パルスレーザビーム２０ａの照射により上昇する。
　図１１（Ｃ）は、シリコンウエハ５０の溶融深さを示すグラフである。グラフの両軸の意味するところは、図９（Ｃ）におけるそれらと等しい。シリコンウエハ５０は、パルスレーザビーム１０ａの照射により、レーザ照射面から約０．３μｍの深さまで溶融する。
　パルスレーザビーム１０ａの照射で溶融したシリコンウエハ５０の温度が低下し、イオン注入された不純物（Ｂ）を含む、溶融したシリコンがエピタキシャル成長することによって、相対的に浅い領域において、結晶欠陥の回復と、不純物（Ｂ）の活性化が行われる。
　相対的に深い領域、たとえば深さが１μｍを超える領域に、相対的に低濃度で添加された不純物（Ｐ）は、パルス幅１５μｓのパルスレーザビーム２０ａの照射によって、固相の状態で加熱され、シリコンの格子位置に取り込まれて活性化される。
　第３の実施例によるレーザアニール方法によって、第１の実施例によるレーザアニール方法と同等のアニール効果を得ることが可能である。しかしながら、第１の実施例によるレーザアニール方法においては、パルスレーザビーム２０ａの照射により、表面がシリコンの融点に近い温度に達した状態で、パルスレーザビーム１０ａを照射して、シリコンウエハ５０を約０．３μｍの深さまで溶融（高濃度注入層を溶融）したのに対し、第３の実施例においては、常温のシリコンウエハ５０にパルスレーザビーム１０ａを照射して、シリコンウエハ５０を約０．３μｍの深さまで溶融するため、パルスレーザビーム１０ａに高いエネルギ密度、たとえば約４倍のエネルギ密度が要求される。このため、第３の実施例によるレーザ加工方法を実施するためには、レーザ光源１０として高出力の光源を準備するか、ビームサイズ（入射領域のサイズ）を小さくして、シリコンウエハ５０に照射されるパルスレーザビーム１０ａのエネルギ密度を高くする必要があり、コスト増大またはスループット低下の問題を生じさせる可能性がある。したがって、第１の実施例を用いることで、より好ましくレーザアニールを行うことができるであろう。相対的に長いパルス幅のパルスレーザビーム２０ａを照射して、表面温度がシリコンの融点付近になるまで、シリコンウエハ５０を加熱した状態で、相対的に短いパルス幅のパルスレーザビーム１０ａを入射させ、表面を溶融することで、パルスレーザビーム１０ａのエネルギ密度を小さくすることができる。
　第１及び第２の実施例においては、相対的に長いパルス幅のパルスレーザビーム２０ａの照射終了直前に、相対的に短いパルス幅のパルスレーザビーム１０ａをシリコンウエハ５０に入射させたが、シリコンウエハ５０へは、パルスレーザビーム２０ａの照射終了直後から、パルスレーザビーム１０ａを入射させるのが最もエネルギ効率が高いであろう。しかし、第１～第３の実施例によるレーザアニール方法のように、両パルスレーザビーム１０ａ、２０ａの照射期間の一部が重複していてもよい。また、両パルスレーザビーム１０ａ、２０ａの照射期間の間に間隔を設けることもできる。
　更に、第１～第３の実施例においては、パルスレーザビーム１０ａ、２０ａ入射領域において、相対的に深い領域に注入された相対的低濃度不純物を活性化させるとともに、相対的に浅い領域に注入された相対的高濃度不純物の活性化を行ったが、エネルギ効率は低下するものの、これら２つの不純物活性化を、全くの別時に行うことが可能である。たとえば、まずシリコンウエハ５０全面について、相対的に深い領域に注入された相対的低濃度不純物の活性化を行い、その後、相対的に浅い領域に注入された相対的高濃度不純物の活性化を行うことができる。この場合、相対的に深い領域に注入された相対的低濃度不純物の活性化を先に、相対的に浅い領域に注入された相対的高濃度不純物の活性化を後に行ってもよいし、その逆でもよい。なお、実施例によるレーザアニール装置を用いる必要はない。たとえば、半導体レーザを光源とするレーザアニール装置と、固体レーザを光源とするレーザアニール装置の２つのレーザアニール装置を使用し、前者で、相対的に深い領域に相対的に低濃度で注入された不純物を活性化させ、後者で、相対的に浅い領域に相対的に高濃度で注入された不純物を活性化させることができる。相対的に深い領域と相対的に浅い領域とを別時に活性化させる場合は、パルスレーザビーム１０ａとしては、常温でもシリコンの吸収係数が大きいＮｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ等のＱスイッチ固体レーザの第２高調波や、それよりも波長の短いエキシマレーザからの出射光を用いるのが好ましい。
　実施例によるレーザアニール方法により、高品質のレーザアニールを行うことが可能である。
　本願発明者は、比較例によるレーザアニール方法として、第１及び第３の実施例と等しい態様で不純物を添加して作製したシリコンウエハ５０に、パルス幅４０μｓ、パワー密度３００ｋＷ／ｃｍ２のパルスレーザビーム２０ａを照射して、レーザアニールを行った。アニール後のシリコンウエハ５０は、シート抵抗値が低下し、注入した不純物の活性化は確認されたが、ウエハ断面を観察したところ、結晶欠陥が多く残留していた。
　以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。
　たとえば、実施例においては、相対的に深い領域に相対的低濃度でリンが添加され、相対的に浅い領域に相対的高濃度でボロンが添加されたシリコンウエハ５０をアニール対象物としたが、添加される不純物はこれに限られない。たとえば、相対的に深い領域には相対的に低濃度で、相対的に浅い領域には相対的に高濃度で、双方の領域にリンが添加された半導体基板をアニール対象物とすることもできる。先に述べたように、このような半導体基板においては、たとえば相対的に浅いリンの注入領域の少なくとも一部において、半導体基板にアモルファス化が生じている。実施例によるレーザニール方法により、たとえばシリコンがアモルファス化している領域を含む相対的に浅い領域は、パルス幅が相対的に短いレーザパルスの照射で溶融され、液相エピタキシャル成長によって、結晶欠陥が回復される過程で十分な不純物（Ｐ）活性化が行われる。相対的に深い領域は、パルス幅が相対的に長いレーザパルスが照射され、非溶融アニールにより不純物（Ｐ）の十分な活性化が行われる。
　このように、アモルファス化している領域、結晶欠陥がある領域は溶融アニールを行い、良好な結晶性を実現する。アモルファス化していない領域、結晶欠陥のない領域は、非溶融アニール（固相アニール）を行う。たとえばＩＧＢＴの製造に用いられるシリコンウエハのレーザアニールにおいては、表側表層部が高温になるのは好ましくないため、非溶融アニールは、良好なデバイス特性の実現に寄与することができる点においても好適である。
　その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
　たとえば半導体装置、一例としてＩＧＢＴの製造に利用可能である。
１０　固体レーザ
１０ａ　レーザビーム
１１　アッテネータ
１２　テレスコープ
１３　ホモジナイザ
１４　折り返しミラー
１５　ダイクロイックミラー
１６　イメージングレンズ
２０　半導体レーザ
２０ａ　レーザビーム
２１　アッテネータ
２２　テレスコープ
２３　ホモジナイザ
３０　ステージ
４０　制御装置
５０　シリコンウエハ

Claims (7)

  1. 　（ａ）表層部の相対的に深い領域に、相対的に低濃度で不純物が添加され、相対的に浅い領域に、相対的に高濃度で不純物が添加されている半導体基板を準備する工程と、
    　（ｂ）前記半導体基板にレーザビームを照射して、前記相対的に浅い領域に添加された高濃度不純物は、該高濃度不純物の添加領域よりも深い位置まで、前記半導体基板を溶融させて活性化させ、前記相対的に深い領域に添加された低濃度不純物は、前記半導体基板を、前記低濃度不純物の添加領域まで溶融させることなく活性化させる工程と
    を有するレーザアニール方法。
  2. 　前記工程（ａ）で準備する半導体基板は、前記相対的に高濃度で不純物が添加された領域の少なくとも一部がアモルファス化している請求項１に記載のレーザアニール方法。
  3. 　前記工程（ｂ）において、前記相対的に浅い領域に添加された不純物は、前記半導体基板に、パルス幅が相対的に短いパルスレーザビームを照射し、照射位置の前記半導体基板を溶融させて活性化させ、前記相対的に深い領域に添加された不純物は、前記半導体基板に、パルス幅が相対的に長いパルスレーザビームを照射して活性化させる請求項１または２に記載のレーザアニール方法。
  4. 　前記工程（ｂ）において、前記相対的に浅い領域に添加された不純物は、前記半導体基板に、パルス幅が相対的に長いパルスレーザビームを照射し、前記半導体基板を溶融しない温度まで加熱した状態で、パルス幅が相対的に短いパルスレーザビームを照射し、照射位置の前記半導体基板を溶融させて活性化させる請求項３に記載のレーザアニール方法。
  5. 　前記工程（ｂ）において、前記相対的に浅い領域に添加された不純物の活性化と、前記相対的に深い領域に添加された不純物の活性化とを別時に行う請求項１～３のいずれか１項に記載のレーザアニール方法。
  6. 　パルス幅が相対的に短い第１のパルスレーザビームを出射する第１のレーザ光源と、
    　パルス幅が相対的に長い第２のパルスレーザビームを出射する第２のレーザ光源と、
    　表層部の相対的に深い領域に、相対的に低濃度で不純物が添加され、相対的に浅い領域に、相対的に高濃度で不純物が添加された半導体基板を保持するステージと、
    　前記第１のレーザ光源を出射した第１のパルスレーザビーム、及び、前記第２のレーザ光源を出射した第２のパルスレーザビームを、前記ステージに保持された半導体基板上の同一領域に伝搬しうる伝搬光学系であって、前記第１のパルスレーザビームと前記第２のパルスレーザビームとを、同一光軸上に重畳するビーム重畳器を含み、前記第１のパルスレーザビームを、前記高濃度不純物の添加領域よりも深い位置まで、前記半導体基板を溶融させるエネルギ密度で伝搬させることが可能であり、かつ、前記第２のパルスレーザビームを、前記半導体基板を、前記低濃度不純物の添加領域まで溶融させないエネルギ密度で伝搬させる伝搬光学系と
    を有するレーザアニール装置。
  7. 　更に、前記半導体基板に、前記第２のパルスレーザビームを照射し、前記半導体基板を溶融しない温度まで加熱した状態で、前記第１のパルスレーザビームを照射し、照射位置の前記半導体基板を溶融させるように、前記第１のレーザ光源からの前記第１のパルスレーザビームの出射、及び、前記第２のレーザ光源からの前記第２のパルスレーザビームの出射を制御する制御装置を含む請求項６に記載のレーザアニール装置。
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