[发明专利]半导体装置的制造方法及激光退火装置

说明书

技术领域

本申请主张基于2012年6月13日申请的日本专利申请第2012-133355号、2012年8月8日申请的日本专利申请第2012-176436号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种通过激光束的照射而使得注入半导体基板中的杂质活性化的半导体装置的制造方法及激光退火装置。

背景技术

专利文献1中公开了一种半导体装置的制造方法，该方法为通过离子注入将杂质导入半导体基板之后，照射激光束，使杂质活性化，从而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，利用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，向场终止层形成预定区域离子注入例如磷离子。这时，将剂量设为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，将剂量设为5×10¹⁶cm^-2以下，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例如硼离子及磷离子，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。

可知这种以高浓度注入离子而得的n⁺型阴极层等，因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，进行基于固相扩散的缺陷恢复、以及被注入到自激光照射面（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。如果为了充分地进行较深部分的活性化而提高所照射激光束的脉冲能量密度，则有时熔融深度会变得过深。如果熔融至较深的部分，则深度方向上的杂质浓度分布发生变化，有时得不到按照设计的特性。另外，产生基板表面的皲裂程度变得严重等不理想的情况。

曾提出一种以半导体基板不熔融的范围内的脉冲能量密度，照射脉冲激光束来进行激光退火的技术（例如，参照专利文献2）。利用该方法，难以使杂质被以高浓度离子注入而非晶化的区域的结晶性充分恢复、且难以使被注入的杂质充分活性化。

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

发明内容

本发明的目的在于提供一种使被注入较深区域的杂质充分活性化且能够实现高品质退火的半导体装置的制造方法及激光退火装置。

根据本发明的一观点，提供一种半导体装置的制造方法，该半导体装置的制造方法为将照射条件不同的两种激光脉冲照射到具有高浓度层和低浓度层的半导体基板表面，以使高浓度层和低浓度层全部活性化的工序，其中所述高浓度层在半导体基板的较浅区域以相对较高浓度注入有杂质且呈非晶化状态，所述低浓度层在比所述高浓度层更深的区域以相对较低浓度注入有杂质，所述半导体装置的制造方法具有：第1工序，为了不使非晶化状态的高浓度层熔融就使低浓度层活性化，照射低峰值且脉冲宽度较长的第1激光脉冲；及第2工序，为了使非晶化状态的高浓度层熔融而活性化，照射高峰值且脉冲宽度较短的第2激光脉冲。

根据本发明，能够抑制表面粗糙度且能够使得高浓度区域和低浓度区域这两个区域活性化。

根据本发明的另一观点，提供一种激光退火装置，该激光退火装置具有：

第1激光振荡器，其射出脉冲激光束；

第2激光振荡器，其射出脉冲激光束，且所述第2激光振荡器射出的脉冲激光束的脉冲宽度比从所述第1激光振荡器射出的脉冲激光束的脉冲宽度短，其峰值功率比从所述第1激光振荡器射出的脉冲激光束的峰值功率大；

传播光学系统，其使从所述第1激光振荡器射出的脉冲激光束和从所述第2激光振荡器射出的脉冲激光束入射到作为退火对象的半导体基板的表面的相同的区域；及

控制装置，其对所述第1激光振荡器和所述第2激光振荡器的激光脉冲的射出定时进行控制。

根据本发明，能够抑制表面粗糙度且能够使高浓度区域和低浓度区域这两个区域活性化。

发明效果

能够抑制表面粗糙度的增大。

附图说明