半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体装置的制造方法。使从半导体激光振荡器射出且具有第1脉冲宽度的第1激光脉冲入射到半导体基板的第2面，其中，在半导体基板的第1面形成有半导体元件，并且在第2面侧的表层部添加有杂质。使具有第1脉冲宽度的1/10以下的第2脉冲宽度的第2激光脉冲重叠入射到第1激光脉冲的入射区域。设定第1激光脉冲的下降时刻与第1激光脉冲的上升时刻在时间轴上的相对位置关系，以使通过第1激光脉冲及第2激光脉冲的入射而上升的第1面的温度不超过预先确定的容许上限值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置的制造方法
本专利技术涉及一种通过激光束的照射而使注入到半导体基板中的杂质活性化的半导体装置的制造方法。
技术介绍
专利文献1中公开有一种半导体装置的制造方法，该方法通过离子注入将杂质导入于半导体基板之后，照射激光束来将杂质活性化，由此形成电极层以及场终止层。专利文献1中所记载的技术中，在制作半导体元件的表面结构之后，使基板变薄。其后，对背面进行离子注入，使用2台激光振荡器来照射脉冲激光束。从2台激光振荡器射出的激光脉冲的时间差设定为600ns以下。具体而言，从n-型硅基板的背面侧，例如将磷离子向场终止层形成预定区域进行离子注入。此时，将注入剂量设为1×1014cm-2以下，以使场终止层的峰值浓度成为5×1018cm-3以下。接着，将注入剂量设为5×1016cm-2以下，例如分别向p+型集电极层形成预定区域以及n+型阴极层形成预定区域注入硼离子及磷离子，以使p+型集电极层以及n+型阴极层的峰值浓度成为1×1021cm-3以下。已知这种以高浓度注入有离子的n+型阴极层等由于硅基板的结晶性遭到破坏而被非晶化。在专利文献1中所记载的半导体装置的制造方法中，通过激光照射进行根据固相扩散的缺陷恢复、以及被注入到从激光照射面(基板背面)超过1μm深度的较深部分的杂质的活性化。有时无法确保充分的温度上升及加热时间，导致杂质的活性化不充分。若为了充分地进行较深部分的活性化而提高所照射的激光束的脉冲能量密度，则导致熔融深度变深。若熔融至较深的部分，则深度方向上的杂质浓度分布产生变化，有时得不到设计时预期的特性。另外，产生基板表面的龟裂程度变得严重等不良情况。提出有一种以不让半导体基板熔融的范围的脉冲能量密度，照射脉冲激光束来进行激光退火的技术(例如，参考专利文献2)。该方法中，难以充分恢复杂质以高浓度被离子注入而非晶化的区域的结晶性、且难以充分使被注入的杂质活性化。以往技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010-171057号公报专利文献2：日本特开2009-32858号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术课题在对注入到半导体基板的背面的杂质进行活性化时，在前表面侧已形成有半导体元件的表面结构。若对背面进行用于杂质的活性化及结晶性的恢复的激光照射，则导致前表面侧的温度也上升。前表面侧温度的显着上升会使已形成的表面结构受损。本专利技术的目的在于提供一种半导体装置的制造方法，其对一个表面进行激光照射使杂质活性化时，能够抑制相反侧表面的温度上升。用于解决技术课题的手段根据本专利技术的一个观点，提供一种半导体装置的制造方法，该方法具有：使从半导体激光振荡器射出且具有第1脉冲宽度的第1激光脉冲入射到半导体基板的第2面的工序；其中，在所述半导体基板的第1面形成有半导体元件，并且在第2面侧的表层部添加有杂质，及使具有所述第1脉冲宽度的1/10以下的第2脉冲宽度的第2激光脉冲重叠入射到所述第1激光脉冲的入射区域的工序，设定所述第1激光脉冲的下降时刻与所述第1激光脉冲的上升时刻在时间轴上的相对位置关系，以使通过所述第1激光脉冲及所述第2激光脉冲的入射而上升的所述第1面的温度不超过预先确定的容许上限值。专利技术效果对半导体基板的一个表面进行激光照射而进行杂质的活性化时，能够抑制相反侧表面的温度上升。附图说明图1是实施例的半导体装置的制造方法中使用的激光退火装置的示意图。图2A是利用实施例的方法而制造的IGBT的剖视图，图2B是制造中间阶段的IGBT的剖视图。图3A是表示利用实施例的方法照射的第1激光脉冲及第2激光脉冲的时间波形的一例的图表，图3B是激光脉冲的入射区域的俯视图。图4是表示半导体基板在深度方向上的杂质浓度分布的一例的图表。图5是表示向硅晶片照射第1激光脉冲时的硅晶片达到的温度与脉冲宽度之间关系的模拟试验结果的图表。图6是表示深度方向上的杂质浓度分布和退火后载流子浓度分布的图表。图7A是离子注入有磷的硅晶片的表层部的剖面TEM图像，图7B是照射第2激光脉冲之后的硅晶片表层部的剖面TEM图像，图7C是照射第1激光脉冲之后的硅晶片表层部的剖面TEM图像。图8A是表示利用实施例的方法进行激光退火时的激光脉冲的时间波形的一例的图表，图8B是表示向硅晶片照射图8A的第1激光脉冲及第2激光脉冲时的硅晶片的温度变化的模拟试验结果的图表，图8C是表示硅晶片的熔融深度的经时变化的模拟试验结果的图表。图9是表示从第1激光脉冲的下降时刻到第2激光脉冲的上升时刻为止的经过时间(延迟时间)和使硅晶片熔融所需的第2激光脉冲的通量之间的关系的图表。图10是表示向厚度为100μm的硅晶片照射第1激光脉冲及第2激光脉冲时的背面的到达温度的模拟试验结果的图表。具体实施方式图1是实施例的半导体装置的制造方法中使用的激光退火装置的示意图。半导体激光振荡器(第1激光振荡器)21射出例如波长为808nm的准连续波(QCW)激光束。另外，也可以使用射出波长为950nm以下的脉冲激光束的半导体激光振荡器。固体激光振荡器(第2激光振荡器)31射出绿色波长区域的脉冲激光束。固体激光振荡器31例如使用射出第2高次谐波的Nd：YAG激光器、Nd：YLF激光器、及Nd：YVO4激光器等。从半导体激光振荡器21射出的脉冲激光束以及从固体激光振荡器31射出的脉冲激光束经由传播光学系统27而入射于作为退火对象的半导体基板50。从半导体激光振荡器21射出的脉冲激光束和从固体激光振荡器31射出的脉冲激光束入射于半导体基板50的表面的相同区域。接着，对传播光学系统27的结构及作用进行说明。从半导体激光振荡器21射出的脉冲激光束经由衰减器22、射束扩展器23、均化器24、分色镜25以及聚光透镜26，入射于半导体基板50。从固体激光振荡器31射出的脉冲激光束经由衰减器32、射束扩展器33、均化器34、折射镜35、分色镜25以及聚光透镜26，入射于半导体基板50。射束扩展器23、33对所入射的脉冲激光束进行准直，并且扩大射束束径。均化器24、34以及聚光透镜26将半导体基板50的表面上的光束剖面整形为长条形状，并且使射束剖面内的光强度分布均匀化。从半导体激光振荡器21射出的脉冲激光束和从固体激光振荡器31射出的脉冲激光束入射于半导体基板50的表面中的大致相同的长条区域。半导体基板50保持在载物台41上。定义XYZ直角坐标系，其中，将与半导体基板50的表面平行的面作为XY面，将半导体基板50的表面的法线方向作为Z方向。控制装置20对半导体激光振荡器21、固体激光振荡器31以及载物台41进行控制。载物台41受到来自控制装置20的控制，使半导体基板50向X方向以及Y方向移动。图2A中作为利用实施例的方法制造的半导体装置的例子示出了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的剖视图。通过在由n型硅构成的半导体基板50的一个表面(以下称作“第1面”)50T上形成发射极和栅极，在另一个表面(以下称作“第2面”)50B形成集电极而制作IGBT。作为半导体基板50，通常使用硅单晶基板。利用一般的MOSFET制作工序相同的工序制作形成发射极和栅极的表面结构。例如，如图2A所示，在半导体基板50的第1面50T的表层部配置有p型基极区域51、n型发射极区域52、栅极53、栅极绝缘膜54以及发射极55。通过栅极、发射极之间的电压能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置的制造方法，其特征为，具有：使从半导体激光振荡器射出且具有第1脉冲宽度的第1激光脉冲入射到半导体基板的第2面的工序，其中，所述半导体基板的第1面形成有半导体元件，并且在第2面侧的表层部添加有杂质；及使具有所述第1脉冲宽度的1/10以下的第2脉冲宽度的第2激光脉冲重叠入射到所述第1激光脉冲的入射区域的工序，设定所述第1激光脉冲的下降时刻与所述第1激光脉冲的上升时刻在时间轴上的相对位置，以使通过所述第1激光脉冲及所述第2激光脉冲的入射而上升的所述第1面的温度不超过预先确定的容许上限值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.08 JP 2012-1764351.一种半导体装置的制造方法，其特征为，具有：使从半导体激光振荡器射出且具有10μs～30μs的范围内的脉冲宽度的第1激光脉冲入射到半导体基板的第2面的工序，其中，所述半导体基板的第1面形成有半导体元件，所述半导体基板的所述第2面侧的表层部非晶化到第1深度，并且在所述半导体基板的第2面侧的表层部的比第1深度浅的区域以相对高浓度注入有第1杂质，在第2面侧的表层部的比所述第1深度深的区域以相对低浓度注入有第2杂质；及使具有所述第1激光脉冲的脉冲宽度的1/10以下的第2脉冲宽度的第2激光脉冲重叠入射到所述第1激光脉冲的入射区域的工序，设定所述第1激光脉冲的下降时刻与所述第2激光脉冲的上升时刻在时间轴上的相对位置，以使通过所述第1激光脉冲及所述第2激光脉冲的入射而上升的所述第1面的温度不超过预先确定的容许上限值，所述第1激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：若林直木，
申请(专利权)人：住友重机械工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP