JP2020181849A - Manufacturing method of semiconductor device and ion implantation device - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書が開示する技術は、半導体装置の製造方法に関する。本明細書が開示する技術はさらに、半導体装置の製造方法に用いられるイオン注入装置にも関する。 The techniques disclosed herein relate to methods of manufacturing semiconductor devices. The techniques disclosed herein also relate to ion implantation devices used in methods of manufacturing semiconductor devices.
特許文献1は、炭化珪素基板のイオン注入領域にイオンをイオン注入する技術を開示する。この技術では、炭化珪素基板を高温にした状態でイオン注入が実施される。これにより、イオン注入時の結晶欠陥の発生を抑制し、半導体装置の電気特性の低下を抑制することができるとされている。
特許文献1の技術では、炭化珪素基板を保持するステージに搭載されたヒーターを用いて炭化珪素基板の温度を制御している。この技術では、炭化珪素基板の全体の温度を制御することから、イオン注入前の加熱時間及びイオン注入後の冷却時間が長く、半導体装置の製造に要する時間が長くなるという問題がある。このように、炭化珪素基板を高温にした状態で拡散領域を形成する技術において、半導体装置の製造に要する時間を短縮する技術が必要とされている。
In the technique of
本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板のイオン注入領域にレーザ光を照射して前記炭化珪素基板の前記イオン注入領域を加熱しながら、前記イオン注入領域にイオンをイオン注入するイオン注入工程、を備えることができる。この製造方法では、記レーザ光を照射して前記炭化珪素基板の一部、即ち、前記炭化珪素基板の前記イオン注入領域を含む範囲を選択的に加熱するので、前記イオン注入領域の加熱に要する時間及びイオン注入後の冷却に要する時間が短い。このため、この製造方法では、半導体装置の製造に要する時間を短縮することができる。さらに、この製造方法では、前記レーザ光で前記イオン注入領域を加熱しながらイオン注入が実施されるので、イオン注入されたイオンの拡散及び活性化を同時に行うことができる。このため、必要に応じて、イオン注入後の後工程としてイオン注入されたイオンを拡散及び活性化するためのアニール工程を省略することができる。この点でも、この製造方法では、半導体装置の製造に要する時間を短縮することができる。 In the method for manufacturing a semiconductor device disclosed in the present specification, ions are implanted into the ion-implanted region while irradiating the ion-implanted region of the silicon carbide substrate with laser light to heat the ion-implanted region of the silicon carbide substrate. An ion implantation step, which is to be performed, can be provided. In this manufacturing method, a part of the silicon carbide substrate, that is, a range including the ion-implanted region of the silicon carbide substrate is selectively heated by irradiating the laser beam, so that it is necessary to heat the ion-implanted region. The time and the time required for cooling after ion implantation are short. Therefore, in this manufacturing method, the time required for manufacturing the semiconductor device can be shortened. Further, in this production method, since the ion implantation is performed while heating the ion implantation region with the laser beam, the ion-implanted ions can be diffused and activated at the same time. Therefore, if necessary, the annealing step for diffusing and activating the ion-implanted ions can be omitted as a subsequent step after the ion implantation. In this respect as well, this manufacturing method can shorten the time required for manufacturing the semiconductor device.
上記製造方法では、前記レーザ光が、前記炭化珪素基板の表面に対して斜め方向から照射されてもよい。この製造方法では、前記炭化珪素基板の表面に対して直交方向から照射されるイオン注入と干渉することなく、レーザ光照射を行うことができる。 In the above manufacturing method, the laser beam may be applied to the surface of the silicon carbide substrate from an oblique direction. In this manufacturing method, laser light irradiation can be performed without interfering with ion implantation that is irradiated from the orthogonal direction to the surface of the silicon carbide substrate.
上記製造方法は、前記イオン注入工程よりも前に、前記炭化珪素基板の前記イオン注入領域に前記レーザ光を照射して前記炭化珪素基板を加熱する加熱処理工程、をさらに備えてもよい。前記炭化珪素基板の温度が所定温度に達した後にイオン注入工程を実施することで、イオン注入されるイオンの拡散及び活性化を良好に行うことができる。 The manufacturing method may further include a heat treatment step of irradiating the ion-implanted region of the silicon carbide substrate with the laser beam to heat the silicon carbide substrate before the ion implantation step. By carrying out the ion implantation step after the temperature of the silicon carbide substrate reaches a predetermined temperature, it is possible to satisfactorily diffuse and activate the ions to be ion-implanted.
上記製造方法は、前記加熱処理工程よりも前に、前記炭化珪素基板の表面上に外方拡散防止膜を成膜する成膜工程、をさらに備えていてもよい。前記外方拡散防止膜は、前記炭化珪素基板を構成するシリコンが前記炭化珪素基板の前記表面から外方に拡散するのを防止する材料で構成されている。この製造方法によると、加熱処理工程及びイオン注入工程において、前記炭化珪素基板の前記表面からシリコンが外方に拡散するのが抑えられ、前記炭化珪素基板の表面荒れが抑えられる。 The manufacturing method may further include a film forming step of forming an external diffusion prevention film on the surface of the silicon carbide substrate before the heat treatment step. The outer diffusion prevention film is made of a material that prevents the silicon constituting the silicon carbide substrate from diffusing outward from the surface of the silicon carbide substrate. According to this manufacturing method, in the heat treatment step and the ion implantation step, the diffusion of silicon from the surface of the silicon carbide substrate to the outside is suppressed, and the surface roughness of the silicon carbide substrate is suppressed.
本明細書が開示するイオン注入装置は、被処理物に対してレーザ光を照射可能に構成されているレーザ光照射手段を備えることができる。このようなイオン注入装置は、イオン注入とレーザ光照射を同時に行うことができることから、上記半導体装置の製造方法に用いることができる。 The ion implantation apparatus disclosed in the present specification can include a laser beam irradiating means configured to be capable of irradiating a laser beam to an object to be processed. Since such an ion implantation device can simultaneously perform ion implantation and laser light irradiation, it can be used in the method for manufacturing the semiconductor device.
図1に、炭化珪素半導体装置の製造に用いられるイオン注入装置1の構成を概略して示す。イオン注入装置1は、ステージ30に保持されている炭化珪素基板40の表層部のイオン注入領域にイオンをイオン注入するための装置であり、イオン注入手段10とレーザ照射手段20を備えている。なお、イオン注入領域とは、炭化珪素基板40に搭載される素子、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、ダイオード等を構成するn型又はp型の拡散領域を形成するために、n型又はp型のドーパントがイオン注入される領域のことをいう。
FIG. 1 schematically shows the configuration of an
イオン注入手段10は、イオン源12と、引出電極14と、質量分析装置16と、分析スリット18と、を有している。イオン源12から引出電極14を通して引き出された多種類のイオンビームは、質量分析装置16により分離される。分析スリット18は、質量分析装置16によって分離されたイオンビームの中からイオン注入に必要なイオン種のみを通過させる。分析スリット18を通過したイオンビームは、炭化珪素基板40の表層部のイオン注入領域に照射される。
The ion implantation means 10 includes an
レーザ光照射手段20は、レーザ光発振器22と、集光レンズ24と、矩形ファイバ26と、を有している。レーザ光発振器22は、炭化珪素基板40を透過しない特定波長のレーザ光を発振するように構成されている。例えば、レーザ光発振器22は、LD励起固体レーザを用いて赤外光のレーザ光を発振するように構成されている。なお、レーザ光発振器22から発振されるレーザ光の波長は、イオン注入領域の深さ等に基づいて適宜に調整される。集光レンズ24は、レーザ光発振器22から発振されたレーザ光を集光し、矩形ファイバ26の入射端に導くように構成されている。矩形ファイバ26は、入射端から入射したレーザ光を出射端から出射し、炭化珪素基板40の表層部のイオン注入領域に照射するように構成されている。
The laser light irradiating means 20 includes a
矩形ファイバ26の出射端は、炭化珪素基板40の表層部のイオン注入領域に対して斜め上方に配置されている。これにより、矩形ファイバ26の出射端から出射されるレーザ光は、炭化珪素基板40の表面に対して斜め方向からイオン注入領域に向けて照射される。このように、矩形ファイバ26から出射されるレーザ光の光軸は、分析スリット18を通過したイオンビームの軌道軸(炭化珪素基板40の表面に対して直交方向に沿った軸)に対して傾斜している。これにより、イオン注入装置1は、レーザ光照射とイオン注入を同時に実施可能となるように構成されている。また、矩形ファイバ26の出射端は、炭化珪素基板40の表層部のイオン注入領域をスキャニング可能となるように構成されている。これにより、イオン注入装置1は、炭化珪素基板40の表層部のイオン注入領域を含む範囲を選択的に加熱可能に構成されている。
The exit end of the
図2〜5を参照し、図1のイオン注入装置1を用いて炭化珪素基板40の表面に拡散領域を形成する方法を説明する。図2は、製造フローを示す。図3〜5は、製造工程中の炭化珪素基板の断面図を模式的に示す。
A method of forming a diffusion region on the surface of the
まず、図3に示すように、ステージ30を用いて処理対象の炭化珪素基板40を保持し、炭化珪素基板40をイオン注入装置1内に準備する(図2のステップS1)。炭化珪素基板40の表面上には外方拡散防止膜52が成膜されている。外方拡散防止膜52は、炭化珪素基板40を構成するシリコンが炭化珪素基板40の表面から外方に拡散するのを防止する材料で構成されている。一例ではあるが、外方拡散防止膜52としては、カーボン膜、酸化シリコン膜又はレジストが用いられる。この外方拡散防止膜52は、後述の加熱処理工程及びイオン注入工程において、炭化珪素基板40の表面からシリコンが外方に拡散して生じる表面荒れを抑えることができる。また、外方拡散防止膜52の表面上にはマスク層54が成膜されている。マスク層54には、炭化珪素基板40の表層部のイオン注入領域42に対応して開口が形成されている。一例ではあるが、マスク層54の材料としては、酸化シリコン膜が用いられる。なお、外方拡散防止膜52を成膜せずに、炭化珪素基板40の表面上にマスク層54が成膜されていてもよい。
First, as shown in FIG. 3, the
次に、図4に示されるように、炭化珪素基板40の表層部のイオン注入領域42にレーザ光を照射し、イオン注入領域42を加熱する(図2のステップS2)。この加熱処理工程では、レーザ光を照射して炭化珪素基板40の一部、即ち、イオン注入領域42を含む範囲を選択的に加熱する。この加熱処理工程は、イオン注入領域42の温度が炭化珪素の溶融温度に達するまで実施される。
Next, as shown in FIG. 4, the
次に、図5に示されるように、レーザ光照射を継続しながら、炭化珪素基板40の表層部のイオン注入領域42にイオンをイオン注入する(図2のステップS3)。このイオン注入工程では、レーザ光の照射が継続されているので、イオン注入領域42の温度が高温に維持されている。このため、このイオン注入工程では、イオン注入時の結晶欠陥の発生が抑えられ、半導体装置の電気特性の低下が抑えられる。次に、レーザ光照射及びイオン注入を停止し、イオン注入工程を終了する(図2のステップS4)。
Next, as shown in FIG. 5, ions are implanted into the
上記製造方法では、レーザ光を照射して炭化珪素基板40の一部、即ち、イオン注入領域42を含む範囲を選択的に加熱する。このため、イオン注入領域42の加熱に要する時間及びイオン注入後の冷却に要する時間が短く、ひいては、半導体装置の製造に要する時間を短縮することができる。
In the above manufacturing method, a part of the
また、上記製造方法のイオン注入工程では、レーザ光の照射を継続しながら、イオン注入が実施される。特に、上記製造方法のイオン注入工程では、高出力のレーザ光照射によってイオン注入領域42の温度が炭化珪素の溶融温度以上に維持されていることから、イオン注入されたイオンの拡散及び活性化を同時に進行させることができる。このため、上記製造方法では、イオン注入後に後工程としてイオン注入されたイオンを拡散及び活性化するためのアニール工程を省略することができる。これにより、半導体装置の製造に要する時間を短縮することができる。
Further, in the ion implantation step of the above-mentioned manufacturing method, ion implantation is performed while continuing the irradiation of the laser beam. In particular, in the ion implantation step of the above manufacturing method, the temperature of the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in the present specification or drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.
1 :イオン注入装置
10 :イオン注入手段
12 :イオン源
14 :引出電極
16 :質量分析装置
18 :分析スリット
20 :レーザ光照射手段
22 :レーザ光発振器
24 :集光レンズ
26 :矩形ファイバ
30 :ステージ
40 :炭化珪素基板
1: Ion implantation device 10: Ion implantation means 12: Ion source 14: Extraction electrode 16: Mass spectrometer 18: Analysis slit 20: Laser light irradiation means 22: Laser light oscillator 24: Condensing lens 26: Rectangular fiber 30: Stage 40: Silicon carbide substrate
Claims (5)
炭化珪素基板のイオン注入領域にレーザ光を照射して前記炭化珪素基板の前記イオン注入領域を加熱しながら、前記イオン注入領域にイオンをイオン注入するイオン注入工程、を備える、半導体装置の製造方法。 It is a manufacturing method of semiconductor devices.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising an ion implantation step of irradiating an ion implantation region of a silicon carbide substrate with laser light to heat the ion implantation region of the silicon carbide substrate while implanting ions into the ion implantation region. ..
前記外方拡散防止膜は、前記炭化珪素基板を構成するシリコンが前記炭化珪素基板の前記表面から外方に拡散するのを防止する材料で構成されている、請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 Prior to the heat treatment step, a film forming step of forming an external diffusion prevention film on the surface of the silicon carbide substrate is further provided.
The semiconductor device according to claim 3, wherein the outer diffusion prevention film is made of a material that prevents silicon constituting the silicon carbide substrate from diffusing outward from the surface of the silicon carbide substrate. Production method.
被処理物に対してレーザ光を照射可能に構成されているレーザ光照射手段、を備える、イオン注入装置。 It is an ion implanter
An ion implantation apparatus including a laser beam irradiating means configured to irradiate an object to be processed with a laser beam.
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