[发明专利]激光退火方法及激光退火装置

说明书

本发明提供一种激光退火方法及激光退火装置。准备在一个表面的表层部注入有形成被激活后作为施主而发挥作用的复合缺陷的元素的硅晶片。向硅晶片的注入有元素的表面即激光照射面照射690nm以上且950nm以下范围内的波长的脉冲激光束从而使元素激活。在使元素激活时，向硅晶片照射脉冲宽度及脉冲能量密度满足激光照射面不会被熔融且从表面至深度40μm为止的范围中的至少一部分区域的元素被激活的条件的脉冲激光束。

技术领域

本发明涉及一种对注入有与晶体内部的晶格缺陷组合而作为施主发挥作用的元素的硅晶片进行退火从而激活所注入的元素的激光退火方法及激光退火装置。

背景技术

已知有向硅晶片注入质子而产生晶格缺陷，然后进行退火从而使n型载流子密度上升的技术。在该情况下，质子作为施主发挥作用。质子的施主化认为是由质子与空孔的复合缺陷所引起的。注入到硅晶片中的质子的施主化也被称作质子的激活。例如，通过使用电炉在500℃下进行30分钟的退火，能够激活质子(专利文献1)。

通过激光退火来激活注入到绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的与元件面相反一侧的表面的质子的技术是公知的(专利文献2)。在专利文献2中公开的方法中，向硅晶片同时照射波长为808nm的激光和波长为500nm左右的激光。波长为808nm的激光的光源使用半导体激光器，波长为500nm左右的激光的光源使用YAG2ω激光器。波长为808nm的激光向硅晶片的穿透深度长于波长500nm的激光向硅晶片的穿透深度。利用穿透深度更长的激光对相对较深的区域进行加热，利用穿透深度更短的激光对相对较浅的区域进行加热。

在专利文献2中所记载的方法中，在激光退火中从温度上升至下降为止的时间为1μs，其极为短暂，因此，为了激活质子，需要使硅处于熔融状态或接近熔融的状态。在专利文献2中所记载的方法中，使硅晶片熔融至例如约30μm左右的深度从而进行质子的激活。通过使用穿透深度不同的两种波长的激光，能够使硅晶片熔融至更深的区域。

已知：在注入质子时，从硅晶片的表面至相当于质子的投影射程Rp的深度为止的质子的通过区域的施主浓度显著低于原本就掺杂于硅晶片的掺杂剂的初期施主浓度(专利文献3)。这是因为，通过质子照射会产生成为载流子迁移率的降低或漏电流的原因的晶体状态严重扰乱的缺陷。这种缺陷被称作无序(disorder)。

通过改变着加速能量而进行三次质子照射并且每次照射质子后进行为了激活的炉退火，从而能够形成不存在无序的场截止层(专利文献3)。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-99705号公报

专利文献2：日本特开2009-176892号公报

专利文献3：国际公开第2013/147275号

发明内容

发明要解决的技术课题

如上所述，基于质子的n型载流子的产生是由复合缺陷引起的。若退火温度过高，则作为施主而发挥作用的复合缺陷恢复而被消灭，因此存在用于激活质子的退火温度的优选范围的上限值。在使用电炉进行退火时，无法将退火温度设为高于该上限值。因此，难以通过退火来消灭通过离子注入而在射程末端(End-of-Rang)区域中产生的射程末端(EOR)缺陷。在此，射程末端区域是指：从注入的掺杂剂的浓度显示峰值的位置(峰值深度)至掺杂剂到达的最深位置(尾部深度)为止的区域。在残留有EOR缺陷的区域中，有时n型载流子的密度低于n型硅晶片的初期的施主浓度。