[发明专利]杂质添加装置、杂质添加方法以及半导体元件的制造方法

说明书

杂质添加装置(1)具备支承半导体衬底(2)的支承台(3)、固定于该支承台(3)的半导体衬底(2)以及与半导体衬底(2)相离地配置的壁块(10)。壁块(10)在内部具有凹部(12)以在半导体衬底(2)的壁块侧的面上形成存在包含杂质元素的溶液(4)的局部区域(B)。另外，杂质添加装置(1)具备隔着被壁块(10)包围的溶液(4)向半导体衬底(2)的上表面照射激光(32)的激光光学系统(30)。杂质添加装置(1)用于通过激光(32)的照射向半导体衬底(2)的内部的一部分添加杂质元素。

技术领域

本发明涉及一种杂质添加装置、杂质添加方法以及半导体元件的制造方法。

背景技术

作为功率半导体，期待一种使用碳化硅(SiC)、特别是4H的碳化硅(4H-SiC)的半导体元件。4H-SiC的半导体元件通常是在形成有以期望的浓度外延生长而成的4H-SiC晶体层的半导体衬底中掺杂磷(P)、铝(Al)等杂质元素的离子而制造出来的。具体地说，例如通过向半导体衬底照射被加速的杂质元素的离子来注入该离子，并且，之后进行对半导体衬底加热的(退火)处理以实现被注入了离子的半导体衬底的晶体结构的恢复和杂质元素的活性化。

在此，在对4H-SiC的(0001)面((000-1)面)进行高剂量(例如10¹⁵/cm²左右)的离子注入的情况下，需要事先进行将半导体衬底加热到300度～800度左右的加热处理。这是由于，在没有事先的加热处理的情况下，无法有效地进行4H-SiC的再结晶化和杂质元素的活性化。

另外，SiC的退火是在1600度～1800度左右的比硅(Si)的情况更高的温度下进行。已知，由于该退火而Si从半导体元件的表面脱落，半导体元件的表面由于迁移(migration)而变得粗糙。因此，在半导体元件的表面形成氮化铝(AlN)、碳(C)等保护膜之后进行退火，但是，存在增加了用于形成和去除保护膜的处理工序、处理成本增大的问题。另外，也担心铝(Al)、碳(C)对周边的污染的问题。

作为解决上述问题的方案，可考虑非专利文献1和2所记载的激光掺杂的技术。非专利文献1和2如下：将4H-SiC的半导体衬底浸渍于作为包含杂质元素的水溶液的溶液中，向半导体衬底的表面与溶液的界面区域照射激光，由此对半导体衬底进行局部的加热，来掺杂溶液中的杂质元素。该激光是在SiC中吸收系数大的紫外区的波长的光。根据非专利文献1和2，即使在与室温相当的环境下也能够同时进行杂质元素的注入和半导体衬底的活性化，无需对半导体衬底进行事先的加热处理和注入杂质元素后的退火。

但是，在非专利文献1和2的技术的情况下，需要使整个半导体衬底浸渍在溶液中。因此，产生以下问题：必须使用浸渍整个半导体衬底的程度的大量的溶液。

非专利文献1：池田晃裕及其他3人，“液体中に浸漬した4H－SiCへのエキシマレーザ照射による燐ドーピング(Phosphorus doping of 4H SiC by liquid immersionexcimer laser irradiation)”，アプライド·フィジックス·レターズ(Applied PhysicsLetters)，第102卷，p052104-1～052104-4，2013年1月

非专利文献2：西纮史及其他3人，“リン酸溶液中のエキシマレーザ照射による4H－SiCへの燐ドーピング(Phosphorus Doping into 4H-SiC by Irradiation ofExcimer Laser in Phosphoric Solution)”ジャパニーズ·ジャーナル·オブ·アプライド·フィジックス(JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS)，第52卷，第6号，p06GF02-1-4，2013年6月

发明内容

发明要解决的问题