JP5500573B2 - 半導体不純物の活性化方法 - Google Patents

Description

この発明は、パルスレーザを照射することで半導体不純物を活性化する方法に関するものである。

レーザを用いた絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，以下ＩＧＢＴ）やイメージセンサなどの半導体基板の活性化は以前から試みられている。例えば図２に示したようなフィールドストップ（Ｆｉｅｌｄ Ｓｔｏｐ，以下ＦＳ）型ＩＧＢＴは、n-型基板１５の表面側に、ゲート酸化膜２４やゲート電極２３、エミッタ電極２２が形成され、n-形基板１５の裏面側には、リンがドープされたn型のバッファ層１１が形成され、さらにバッファ層１１上にボロンがドープされたｐ型のコレクタ層１２、およびコレクタ電極が形成された構造である。従来技術では、ＩＧＢＴの裏面側を形成する工程にて、リンおよびボロンがドープされた後に、表面に形成された金属のエミッタ電極の特性を維持し、劣化が生じない温度での活性化を電気炉にて行った場合、裏面側を活性化に必要な温度とすることができず、十分な活性化が困難なことから、表面側の温度を電極に影響がない程度に維持しつつ、裏面側を高温とするために、レーザを用いた局所的な加熱による活性化が試みられている。
特にパルスレーザを用いた活性化では、従来用いられているレーザのパルス幅（パルスの半値幅）が狭いため、加熱時間が短く、十分な活性化を行うことが困難であった。そのため、複数のパルスを連続して照射し、見かけ上のパルス幅を広げて活性化する方法が提案されている（特許文献１〜５参照）。

特許文献１では、半導体基板へレーザを照射し、不純物が添加された深い領域は９５０℃以上となるような条件にてダブルパルスによる活性化を行う方法が提案されている。このときに表面温度は、昇華温度よりも低い温度となるような条件にて照射を行っている。連続するパルスは、波形の一部が重なる程度の遅延時間をおいて照射している。

特許文献２では、固相拡散によって活性化を行う方法が提案されている。連続的にパルスを照射することによって、冷却速度を遅くし、急冷却に起因する欠陥の生成を抑制する。

特許文献３では、深さ方向に異なる種類もしくは注入条件が異なる不純物層を活性化するために、遅延時間を設けて、連続してレーザの照射を行う方法が提案されている。半導体基板の表層を溶融させることなく、活性化を行っている。この文献の実施例では、深さ１．５μｍ程度まで活性化されている。パルス幅の上限は、レーザの台数に依存して１０００ｎｓとなっている。理論的には１０００ｎｓ以上も可能である。

特許文献４では、深さ方向に連続して存在する層をレーザによって活性化する方法が提案されている。該レーザを重畳レーザ光と呼ぶ。パルス幅は１００ｎｓ以上５μｓ以下（実施例には２００ｎｓ、５００ｎｓ）に定めており、深さ０．１μｍ程度までは溶融も可であり、深い領域の活性化と浅い領域の活性化とに工種を分けて行っている。

特許文献５では、２台のレーザを用いて半導体基板に存在する不純物の活性化を行う方法が提案されている。先のパルスにて半導体基板が溶融しないようなエネルギー密度にて照射を行い、後のパルスは、所定の遅延時間度に到達温度が先のパルスと同じとなるエネルギー密度にて照射を行い、照射領域を溶融させることなく、不純物層の活性化を行っている。

特開２００７−１２３３００号公報 特開２００６−３４４９０９号公報 特開２００５−２２３３０１号公報 特開２００７−５９４３１号公報 特開２００８−２７０２４３号公報

しかし、上記した提案技術では、以下の問題点が依然としてある。
特許文献１に提案された技術では、溶融温度以上になるようレーザを照射しているため、半導体基板の表層は溶融している。照射面が溶融した場合、レーザ光が溶融した層に吸収されてしまい、それよりも深い領域までレーザ光が届きにくくなる。そのため、溶融した層よりも深い領域の活性化は熱の拡散に依存するが、各パルス幅が狭いので、加熱時間は短く、熱の拡散による活性化できる深さは限られる。

特許文献２に提案された技術では、固相拡散により、活性化を行っているが、パルス幅が狭いために表面温度は高くなるものの、深い領域では活性化に必要な温度まで加熱し、その温度を維持することは難しい。また、急加熱のため、表層が溶融しやすく、投入するエネルギー密度は高くできないので、活性化できる深さに限りがある。

特許文献３に提案された技術では、レーザを何台も連ね、見かけ上のパルス幅を広げている。しかし、実際に広げられるパルス幅は、レーザの台数によって決まり、何台ものレーザの使用は現実的な方法とはいえない。そのため、実施例にて１．５μｍ程度まで活性化できているものの、さらに深い領域の活性化は現実的には困難である。また、略矩形ビームを用いているが、固体レーザの発振波形から整形するためには、集光用光学系に加え、別途光学系が必要となる。さらに、略矩形ビームとすることにより、最大エネルギー密度が小さくなり、深い領域の活性化に必要なエネルギー密度を得られないことも考えられる。略矩形ビームにより、十分なエネルギー密度を確保するためには、ビームサイズの縮小が必要となり、生産性が低下する。

特許文献４に提案された技術では、一般に不純物が導入されていると、レーザはその不純物が導入されている領域に吸収されやすいため、当該領域よりもさらに深い領域への侵入が難しいことから、レーザ照射による活性化の工程を分け、先に導入された深い領域の不純物の活性化を行い、その後、浅い領域へ不純物を注入し、再びレーザ照射によって浅い領域の活性化を試みている。しかし、その分の製造コストや時間もかかる。

特許文献５に提案された技術では、具体的にはパルス幅が短いために、急加熱急冷却となり、非溶融にて２μｍを超える深い領域をまで活性化するために必要な温度に達し、かつ十分な時間維持することは難しい。また、パルス幅が短いことにより、活性化の結果が各パルスの変動や遅延時間のずれに影響されやすく、安定した深い領域の活性化が難しい。

すなわち、従来の方法では活性化が可能な深さには限りがあり、パルス幅が、深い領域を活性化するために十分広いとはいえず、何台もレーザを連ねて使用するのは、現実的な方法とはいえない。以上のことから、本発明は、活性化する不純物層が固相状態を維持し、不純物はほとんど拡散せず、かつ深い領域まで活性化を行うことができる実用的な方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の半導体不純物の活性化方法のうち、第１の本発明は、第１の不純物が半導体基板の表層からある深さに存在し、さらに深い領域に第２の不純物が存在する連続した不純物層へ、短軸の幅が、３μｍより広く、かつ５０μｍよりも狭い複数のパルスレーザを時間差にて一連の連続パルスとして照射する際に、前記パルスレーザの１パルスあたりの時間幅（以下、パルス幅）が、５００ｎｓよりも長く、かつ２０００ｎｓ以下とし、前記一連の連続パルスのうち、第２以降の前記パルスレーザのパルス幅が、第１の前記パルスレーザのパルス幅と同じまたはそれ以上長いパルス幅とし、前記一連の連続パルスとして、パルスの時間差を、前に照射のレーザパルスのパルス幅よりも長く、３倍未満となるように照射のタイミングを設定し、前記不純物層を有する前記半導体基板において同じ位置に照射される複数の前記パルスレーザのパルス幅の合計が１０００ｎｓより長く、かつ１０μｓより短くなるようにして、同じ位置へ照射するとともに、一連の連続パルス毎に半導体基板の所定の範囲を前記短軸方向に相対的に走査しながら前記照射を行い、前記不純物層を前記の一連の連続パルス照射時に非溶融状態にて活性化することを特徴とする。

第２の本発明の半導体不純物の活性化方法は、前記第１の本発明において、前記パルスレーザの半導体照射面での単一パルスのエネルギー密度が２．０Ｊ／ｃｍ^２以上、５．０Ｊ／ｃｍ^２以下であり、前記不純物層がレーザ照射時に非溶融状態を維持するエネルギー密度であることを特徴とする。

第３の本発明の半導体不純物の活性化方法は、前記第１または第２の本発明において、前記パルスレーザの繰り返し周波数は、前記一連の連続パルスとして複数のパルスレーザが照射され、次の一連の連続パルスとして複数のパルスレーザが照射されるまでに、前記半導体が照射前と同程度の温度となる間隔であることを特徴とする。

第４の本発明の半導体基板の活性化方法は、前記第１〜第３の本発明のいずれかにおいて前記パルスレーザは、Ｙｂ：ＹＡＧ第２高調波であることを特徴とする。

すなわち、本発明によれば、一連の連続パルスとなる複数のパルスレーザによって、不純物層を溶融させることなく長い時間に亘って加熱温度を維持しつつ深い領域にまで加熱することができ、２μｍを越えるような深い層の不純物層を活性化することができる。

以下、本発明で規定する各種条件の理由について説明する。

上記レーザのパルス幅は５００ｎｓより長く、かつ２０００ｎｓ以下とするのが望ましい。図１は、パルス幅１５０ｎｓ、１０００ｎｓに対して、遅延時間をそれぞれ３００ｎｓ、２０００ｎｓとしたときの温度変化の様子である。
パルス幅１５０ｎｓでは、短時間にて照射開始後すぐにピーク温度に達するため、急加熱であり、パルス幅１０００ｎｓでは、照射開始からピーク温度に達するまでの温度勾配が緩やかであり、急加熱が緩和される。さらに、ピーク温度に達するまでの間に深い領域に熱が伝わり、不純物が温められるので、ピーク温度に達した際に不純物がより活性化しやすく、活性化に必要な温度に達する領域が深くなる。

また、温度上昇が緩やかなため、パルス毎のレーザ強度の変動に対して、温度分布の変動が小さく、融点もしくは融点近くまで温度が上昇するようなエネルギー密度にて照射を行っても、固相状態を維持しやすい。さらに、冷却速度も緩やかとなるため、急冷却にて発生しやすい欠陥の形成を抑制する効果も期待できる。また、同じエネルギー密度を照射した場合、パルス幅が広がるに従い、パルスの尖頭値が低くなるので、パルス幅が広い方が高いエネルギー密度にて照射を行うことができ、半導体基板がその分多くの熱を受け、その分深い領域まで熱が伝わり、活性化が促進される。
以上の観点から、最適なパルス幅にて照射を行うことによって、レーザ照射時に不純物層が非溶融であっても、深い領域の活性化が可能である。パルス幅５００ｎｓ以下の場合、急加熱となり、深さ方向への加熱効果が低くなり、またパルス幅２０００ｎｓを超えると、深さ方向への熱伝導が増大し、半導体基板の表面側に形成された金属配線へ影響が生じる。これらの理由によって、１パルスあたりのパルス幅は５００ｎｓより長く、２０００ｎｓ以下が望ましい。

さらに、一連の連続パルスのうち、第２のパルスのパルス幅が第１のパルスのパルス幅以上長いパルス幅とするのが望ましい。一連の連続パルスとして照射を行うことにより、第１のパルスにて不純物を高温とし、第２以降のパルスでは高温を維持することができるが、このときに、レーザ照射時に不純物層が非溶融のため、パルス幅が第１のパルス以上に広いパルスを続けて照射することによって、深さ方向への熱の拡散を促進することができる。

パルスレーザのビームサイズは、レーザ照射時の不純物層の温度分布へ影響を及ぼし、特に短軸の幅は、ビームの中心から横方向への熱の拡散に影響する。同じエネルギー密度、同じ長軸幅において、短軸幅が異なる場合、短軸幅が狭いと、深さ方向への熱の拡散に比べ、横方向への熱の拡散も大きくなり、その分深い領域へ熱が伝わらず、深い領域の不純物層を高温とし、維持することが難しい。ビームの中心から横方向への熱の勾配が緩やかとなるような広さの短軸幅であれば、ビームの中心での熱の拡散は深さ方向へ行われやすくなる。また、ビームの短軸幅が狭い場合、レーザ照射時の温度分布は、パルス毎のビーム形状や尖頭値の変動に影響を受けやすく、活性化深さや活性化濃度のばらつきにつながり、ビーム幅が必要以上に広い場合には、融点もしくは融点付近まで高温となるような高いエネルギー密度にて照射すると、半導体基板の表面まで温度が伝わりやすく、金属配線が温められ、変形や特性の低下が生じる可能性がある。また、短軸幅を広げすぎることによって、活性化に必要なエネルギー密度の確保が難しくなる。
以上の点から、ビームの短軸の幅を最適な範囲にて照射を行うことにより、半導体基板の表面に形成された金属配線への影響を抑制し、深い領域に存在する不純物の活性化を行うことができる。特に短軸幅が３μｍよりも長く、５０μｍよりも短い場合には、過剰な熱の拡散を抑制することができ、ビームの形状や尖頭値の変動の影響を受けにくい安定した活性化を行うことができる。

さらに、不純物層が非溶融を維持できるようなエネルギー密度は、パルス幅と、ビームサイズ、特にビームの短軸幅に依存している。例えば、パルス幅が狭い５００ｎｓの場合、ビームの短軸幅が５０μｍでは、不純物層が非溶融を維持でき、融点付近まで高温にできるエネルギー密度は約２．０Ｊ／ｃｍ^２である。５００ｎｓ程度のパルス幅であれば、パルスの変動の影響を受けにくく、加熱や冷却の速度も緩やかとなるので、温度分布のばらつきが小さい。短軸幅が３μｍのときは、ビームの中心から横方向への拡散も考慮して、２．５ｍＪ／ｃｍ^２程度が良い。また、パルス幅が２０００ｎｓの場合には、短軸幅が５０μｍでは約３．５ｍＪ／ｃｍ^２が最適なエネルギー密度であり、ビーム幅が３μｍのとき、最適なエネルギー密度は約５．０Ｊ／ｃｍ^２となる。これ以上エネルギー密度を高くした場合、溶融しやすい状態となる。以上から、最適なエネルギー密度は、２．０Ｊ／ｃｍ^２以上５．０Ｊ／ｃｍ^２である。

次に、複数のパルスを一連の連続パルスとして照射するにあたり、各パルス間の時間差が短すぎる場合には不純物層が溶融しやすくなり、時間差が長すぎると連続パルスとしての効果を果たさなくなり、深い領域の活性化が難しい。最適な時間差にて照射を行うことによって、不純物層が非溶融状態を維持し、深い領域まで活性化を行うことが可能となる。上記時間差は、第１のパルスのパルス幅よりも長く、３倍未満であることが望ましい。

一連の連続パルスのパルス幅の合計が１０００ｎｓ以下の場合、十分深い領域の活性化が難しく、１０μｓ以上広い場合、一連の連続パルスを照射した際に半導体基板の表面に形成された金属配線へ影響が及ぶ可能性がある。そのため、レーザ照射時に、半導体基板の表面への熱の影響を抑制し、深い領域の活性化を行うためには、一連の連続パルスのパルス幅の合計が１０００ｎｓよりも広く、１０μｓよりも狭いことが望ましい。

一連の連続パルス照射後、次の一連の連続パルスが照射される前までに、半導体基板の表面温度が一連の連続パルス照射前よりも高くなっていると、繰り返し行われる一連の連続パルスの照射によって徐々に温められ、金属配線へ影響することが考えられる。そのため、レーザ発振器の繰り返し周波数は、一連の連続パルスの照射後、次の一連の連続パルスの照射までに、金属配線が形成された半導体基板の表面温度が、照射前と同程度となる周波数とする。

活性化を行う半導体基板、特にシリコンは、Ｙｂ：ＹＡＧ第２高調波に対する吸収係数が低く、表層にて吸収されにくいため、深い領域までレーザ光が届きやすい。このため、深い領域に存在する不純物の活性化への応用は有効といえる。

本発明によれば、第１の不純物が表層からある深さまで注入され、さらに深い領域に第２の不純物が注入された連続層へ、複数のパルスレーザを時間差にて同じ位置へ照射し、前記不純物層を複数のパルスレーザ照射時に非溶融状態にて活性化を行う。単一のパルス幅が広いパルスレーザを用いるため、レーザ照射時に非溶融状態であっても、加熱時間が長いため、深い領域まで熱が拡散し、深い領域の活性化が容易となる。また、活性化する不純物層が、レーザ照射時に非溶融のため、不純物の拡散が生じにくく、異なる不純物が連続して存在する半導体基板や、同じ不純物であっても、注入条件が異なる層が連続する半導体基板などの深い領域の活性化に有効である。
特にＩＧＢＴのように半導体基板の裏面から浅い領域にボロンなどのｐ型不純物層、さらに深い領域にリンなどのｎ型の不純物層が形成されているような半導体基板の構造であっても、不純物層が非溶融のため、連続する不純物層の界面にてそれぞれの拡散を防ぐような活性化を行うことができる。

パルスレーザのパルス幅が不純物層温度に与える影響を示す図である。 本発明の一実施形態の方法が適用可能なＦＳ型ＩＧＢＴの断面構造を示す図である。 本発明の実施例において２台のレーザから照射されるレーザを重ねたパルス波形を示す図である。 同じく、パルス幅の相違による半導体基板の温度変化を示す図である。 同じく、パルスの時間差による半導体基板の温度変化を示す図である。 同じく、合計パルス時間による半導体基板の温度変化を示す図である。 同じく、Ｙｂ：ＹＡＧ第２高調波レーザを照射した時のボロンおよびリンのキャリア濃度分布を示す図である。 同じく、Ｙｂ：ＹＡＧ第２高調波レーザ照射前後のボロンの不純物分布を示す図である。

本発明は、半導体基板内に存在する不純物をレーザ照射によって活性化を行うものである。以下に、本発明の一実施形態として前記ＩＧＢＴの中でもＦＳ型に適用する例を説明する。
ＦＳ型ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などのパワーデバイスに用いられる半導体基板では、浅い領域にｐ型不純物層が存在し、ｐ型不純物層よりも深い領域にｎ型不純物層が存在し、両方の層の十分な活性化が必要となる。

図２（ａ）は、本発明で処理対象となることができるＦＳ型ＩＧＢＴの断面構造の一例である。半導体基板１０の表面側にボロンが注入されたｐ型ベース領域１３が形成され、さらに、ｐ型ベース領域１３の表面側の一部にリンが注入されたｎ型エミッタ領域１４が形成されている。半導体基板１０の裏面側の表層にボロンが注入されたp+型のコレクタ層１２が形成されている。コレクタ層１２よりも深い領域に、コレクタ層１２に接するようにリンが注入されたｎ型バッファ層１１が形成され、その内側にn-型基板１５が位置している、図中、２１はコレクタ電極、２２はエミッタ電極、２４はゲート酸化膜、２３はゲート電極である。

上記半導体不純物層へは、複数のパルスレーザが一連の連続パルスとして時間差をおいて同じ位置に照射される。複数のパルスレーザは、通常は、タイミングを調整して複数のレーザ発振器から発振されて照射される。したがって、繰り返し周波数に基づいて繰り返し照射されるパルスレーザは、ここでいう一連の複数のパルスレーザに相当するものではない。なお、一連の連続パルスに続けて繰り返し周波数に基づいて、さらに一連の連続パルスを照射することは可能である。
上記レーザ発振器としては、Ｙｂ：ＹＡＧ第２高調波を用いるものが好ましい。パルスレーザは、前記したように、パルス幅を好適には５００ｎｓよりも長く、２０００ｎｓ以下とし、第２のパルスレーザのパルス幅は、第１のパルスレーザのパルス幅と同じか、長くする。該パルスレーザは、レーザ発振器や光路に置かれる減衰器などによって照射面での一パルスのエネルギー密度が、２．０Ｊ／ｃｍ^２〜５．０Ｊ／ｃｍ^２の範囲内となるように調整する。

パルスレーザは、適宜光学部材などによって整形され、好適には短軸幅を３μｍよりも広くし、かつ５０μｍよりも狭くしたビーム形状で半導体基板に照射される。一連の連続パルスの照射において、個々のパルスは上記パルス幅やエネルギー密度などを満たしていれば良く、同じ照射条件である必要はない。

一連の連続パルスとしての複数のパルスレーザの照射では、パルスの時間差は、前の照射のレーザパルスのパルス幅よりも長く、３倍未満となるように照射タイミングを設定する。複数のパルスレーザ照射では、一連となる複数のレーザパルス数は特に限定されるものではないが、パルス幅の合計として１０００ｎｓよりも長く、１０μｓよりも短いのが望ましい。

上記一連の連続パルスの照射では、次の一連の連続パルスが照射されるまでに、半導体基板の表面側が照射前と同程度の温度となるように、繰り返し周波数を設定するのが望ましい。これにより、一連の連続パルスの照射を繰り返すことによって半導体基板の表面側が温められることを防ぐ。一連の連続パルスをもちいて、スキャンを行いながら、半導体基板全面の活性化は行われるが、長軸・短軸のオーバーラップ率は、本願発明としては特に限定するものではない。

なお、この実施形態では、レーザを照射する対象として、半導体基板１０を説明したが、当該構成の半導体に限定されるものではなく、ｐ型領域、ｎ型領域が深さ方向に連続して存在し、よって、より深い位置にまで活性化が必要とされる半導体に適用することができる。したがって、半導体基板の裏面側にはｐ型領域、ｎ型領域のいずれが存在するものであってもよい。また、不純物層では、第１の不純物と第２の不純物とは種別が異なるものの他に、同じ種類の不純物層が連続するものであってもよく、不純物の濃度が異なるものや注入方法が異なる場合にも適用することができる。

（実施例１）
厚さ５０μｍで、不純物層が存在する半導体基板に、Ｙｂ：ＹＡＧ第２高調波で、パルス幅５００ｎｓ、１０００ｎｓ、２０００ｎｓ、２つのパルスレーザの遅延時間（パルス時間差）がパルス幅の２倍である１０００ｎｓ、２０００ｎｓ、４０００ｎとした２つのパルスレーザを連続して照射した際の半導体の温度変化を検討した。このときの遅延時間は、例えば、図３に示す各パルスのレーザ強度のピークからピークまでの時間のように、第一のパルスのある位置から第二のパルスのある位置までの時間で表す。
エネルギー密度は不純物層が固相状態を維持できる最大エネルギー密度とし、それぞれ単一パルスのエネルギー密度を、２．０Ｊ／ｃｍ^２、２．５Ｊ／ｃｍ^２、３．０Ｊ／ｃｍ^２とした。

図４は、以上の条件にてレーザ照射を行った半導体基板の裏面、半導体基板の裏面から深さ２．０μｍ、半導体基板の表面における到達温度である、半導体基板の裏面側の温度はほぼ同じであっても、深さ２．０μｍとなると、パルス幅５００ｎｓでは到達温度が８００度程度となり、パルス幅１０００ｎｓ、２０００ｎｓでは１１００度以上まで達し、活性化に必要と考えられている温度まで達している。半導体基板の表面側では、２０００ｎｓでは２５０度近くまで達している。これ以上の広いパルスを照射した場合、表面側に配線された金属への影響が懸念されるため、２０００ｎｓよりもパルス幅の広いパルスは好ましくない。

（実施例２）
厚さ５０μｍで、不純物層が存在する半導体基板に、Ｙｂ：ＹＡＧ第２高調波で、パルス幅２０００ｎｓ、エネルギー密度３．０Ｊ／ｃｍ^２、２つのレーザの遅延時間はパルスの１倍、２倍、３倍である２０００ｎｓ、４０００ｎｓ、６０００ｎｓとした複数のパルスレーザを照射した場合の到達温度の比較を行った。

図５は、以上の条件にてレーザ照射を行った半導体基板の裏面、裏面から深さ２．０μｍ、半導体基板の表面における到達温度である。遅延時間２０００ｎｓ（前照射パルス幅１倍）の場合、半導体基板の裏面の温度が融点を超え、溶融していることが分かる。つまり、エネルギー密度を固定し、一連の連続パルスにおける時間差を変えた場合、時間差が短くなれば、半導体基板の裏面は高温に達しやすくなり、与えるエネルギー密度は表面が溶融しない程度とする必要がある。エネルギー密度を小さくすることによって、半導体基板の裏面の溶融を防ぐことができるが、熱の拡散範囲が狭くなり、活性化できる深さが浅くなる。これらのことから、一連の連続パルスにおける時間差が短すぎると、不純物層が非溶融にて十分深い領域まで活性化は難しいといえる。また、時間差が照射パルスのパルス幅の３倍となると、半導体基板の裏面の温度は高温に達しにくくなる。そのために、深さ２．０μｍ付近では、すでに１０００度を下回り、深い領域までの活性化が難しいことが分かる。さらに高いエネルギー密度を与え、深い領域が活性化に必要な温度とすることもできるが、与えられるエネルギー密度は最大エネルギー密度によって決まっており、それ以上の高エネルギー密度を与えるためには、一般的にビームサイズを小さくし、所望のエネルギー密度を得る。しかし、ビームサイズが小さくなると、スループットが低くなり、好ましくない。時間差が照射パルスのパルス幅の２倍を考えると、半導体基板の表面では、金属配線への影響がなく、また裏面では不純物層が非溶融を維持し、２．０μｍ程度においても活性化に必要とされる温度まで達していることがわかる。

（実施例３）
厚さ５０μｍで、不純物層が存在する半導体基板に、Ｙｂ：ＹＡＧ第２高調波で、パルス幅１０００ｎｓ、２０００ｎｓ、単一パルスのエネルギー密度はそれぞれのパルスにおいて照射面が融点に達する２．０Ｊ／ｃｍ^２、３．０Ｊ／ｃｍ^２としたパルスレーザを、各パルスを繰り返して照射したときの半導体基板表面の温度変化を評価した。その結果を図６に示す。一連の連続パルスのパルス時間が長くなるに従い、表面温度が上昇する。この結果、半導体基板表面に配線された金属へ影響する温度に近づくため、金属配線へ影響が及ばない１０μｓより短い範囲であれば、深い領域の活性化を行うことができる。

実施例１から３には、従来想定される半導体基板よりも厚さが薄い場合を示した。以上のことから、本発明は、金属配線や樹脂製の固定持具への熱的な影響などから、活性化が難しい薄型半導体基板に対しても適用することが可能である。

（実施例４）
以下、本発明による半導体製造装置の製造方法について、説明する。ティルト角０度にて、ｐ型不純物ボロン及びｎ型不純物リンが、それぞれ２０ｋｅＶ、２Ｅ１３／ｃｍ^２、及び６００ｋｅＶ、２Ｅ１２／ｃｍ^２の条件で注入された半導体基板に対して周波数１０ｋＨｚ、Ｙｂ：ＹＡＧ第２高調波を用いて、パルス幅約１２００ｎｓ、遅延時間約２４００ｎｓ、エネルギー密度約２．５Ｊ／ｃｍ^２としたパルスレーザを照射した。図７は、そのときの深さ方向に対するキャリア濃度分布を示すものである。ｐ層・ｎ層の間ともに活性化されており、またｎ層は深さ２．５μｍ付近まで活性化されていることがわかる。また、高温に達する照射面付近も固相を維持しつつ、活性化がされたことが分かる。また、この条件を用いれば、２．５μｍ以下の領域を活性化することが可能であるが、パルス幅及びエネルギー密度を変えることにより効率よく活性化を行うことができる。また、照射前後の不純物分布を示した図８から、第一の不純物層にあたるボロンは、レーザ照射による濃度分布の変化がほとんどなく、拡散が生じておらず、溶融していないことが分かる。
上記の実施例では、異なる種類の不純物層が連続して存在する場合の活性化について述べたが、本発明を用いた場合、同じ不純物で注入条件が異なる層が連続して存在する半導体基板の活性化にも有効である。すなわち、浅い領域に存在する層と深い領域に存在する層が同じ不純物の場合にも適用できる。

１０ 半導体基板
１１ バッファ層
１２ コレクタ層

Claims (4)

1. 第１の不純物が半導体基板の表層からある深さに存在し、さらに深い領域に第２の不純物が存在する連続した不純物層へ、短軸の幅が、３μｍより広く、かつ５０μｍよりも狭い複数のパルスレーザを時間差にて一連の連続パルスとして照射する際に、前記パルスレーザの１パルスあたりの時間幅（以下、パルス幅）を、５００ｎｓよりも長く、かつ２０００ｎｓ以下とし、前記一連の連続パルスのうち、第２以降の前記パルスレーザのパルス幅が、第１の前記パルスレーザのパルス幅と同じまたはそれ以上長いパルス幅とし、前記一連の連続パルスとして、パルスの時間差を、前に照射のレーザパルスのパルス幅よりも長く、３倍未満となるように照射のタイミングを設定し、前記不純物層を有する前記半導体基板において同じ位置に照射される複数の前記パルスレーザのパルス幅の合計が１０００ｎｓより長く、かつ１０μｓより短くなるようにして、同じ位置へ照射するとともに、一連の連続パルス毎に半導体基板の所定の範囲を前記短軸方向に相対的に走査しながら前記照射を行い、前記不純物層を前記の一連の連続パルス照射時に非溶融状態にて活性化することを特徴とする半導体不純物の活性化方法。
2. 前記パルスレーザの半導体照射面での単一パルスのエネルギー密度が２．０Ｊ／ｃｍ^２以上、５．０Ｊ／ｃｍ^２以下であり、前記不純物層がレーザ照射時に非溶融状態を維持するエネルギー密度であることを特徴とする請求項１記載の半導体不純物の活性化方法。
3. 前記パルスレーザの繰り返し周波数は、前記一連の連続パルスとして複数のパルスレーザが照射され、次の一連の連続パルスとして複数のパルスレーザが照射されるまでに、前記半導体が照射前と同程度の温度となる間隔であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体不純物の活性化方法。
4. 前記パルスレーザは、Ｙｂ：ＹＡＧ第２高調波であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体不純物の活性化方法。

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