雜質(zhì)導(dǎo)入方法、半導(dǎo)體元件的制造方法及半導(dǎo)體元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其以超過熱力學(xué)平衡濃度的高濃度向雜質(zhì)元素的擴(kuò)散系數(shù)極小的固體材料導(dǎo)入雜質(zhì)元素。雜質(zhì)導(dǎo)入方法包括：以考慮到光脈沖的每1次的照射時(shí)間(τ)和光脈沖的能量密度F而確定的膜厚(tf)，在由固體材料構(gòu)成的對(duì)象物(半導(dǎo)體基板)的表面上堆積含有雜質(zhì)元素的雜質(zhì)源膜的步驟(S1～S4)；和以照射時(shí)間(τ)和能量密度(F)向雜質(zhì)源膜照射光脈沖，以超過熱力學(xué)平衡濃度的濃度向?qū)ο笪飳?dǎo)入雜質(zhì)元素的步驟(S5)。
【專利說明】
雜質(zhì)導(dǎo)入方法、半導(dǎo)體元件的制造方法及半導(dǎo)體元件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及雜質(zhì)導(dǎo)入方法、半導(dǎo)體元件的制造方法及半導(dǎo)體元件，特別涉及的是 對(duì)雜質(zhì)元素的擴(kuò)散系數(shù)極小的固體材料導(dǎo)入雜質(zhì)元素的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為功率半導(dǎo)體，碳化硅(SiC)特別是4H的碳化硅(4H-SiC)等寬帶隙半導(dǎo)體的雜 質(zhì)元素的擴(kuò)散系數(shù)小。在半導(dǎo)體基板為4H-SiC的情況下，在對(duì)4H-SiC的（0001)面（（000-1) 面)進(jìn)行例如IO 1Vcm2左右以上的大劑量的離子注入時(shí)，為了促進(jìn)4H-SiC的再結(jié)晶化，同時(shí) 又促進(jìn)雜質(zhì)元素的活性化，需要事先將半導(dǎo)體基板加熱升溫到300~800°C程度，在離子注 入后，還需要進(jìn)行1600~1800°C程度的高溫退火。但是，即使經(jīng)過這種處理，例如，作為p型 摻雜的鋁(Al)也幾乎不在4H-SiC晶體中進(jìn)行熱擴(kuò)散。在迄今為止的見解中，關(guān)于Al以外的 其他有用的雜質(zhì)元素，SiC晶體中的擴(kuò)散系數(shù)都小。
[0003] 與此相對(duì)，日本特開2013-214657號(hào)公報(bào)提案的是如下方法:將Al蒸鍍?cè)讦切蚐iC半 導(dǎo)體基板的表面上，以200nm左右的厚度成膜，然后向該Al膜照射激光的光脈沖，在SiC基板 上形成P型雜質(zhì)摻雜層。在日本特開2013-214657號(hào)公報(bào)記載的發(fā)明中，在室溫、約6.7 X 10一 5Pa的低壓狀態(tài)下，以照射時(shí)間20ns照射lj/cm2左右的能量密度的光脈沖(KrF準(zhǔn)分子激光、 波長248nm)4發(fā)(4射程），而將雜質(zhì)元素 Al以4X ΙΟ'πΓ3水平(級(jí)別）的濃度導(dǎo)入η型SiC半導(dǎo) 體基板的表面。但是，即使利用日本特開2013-214657號(hào)公報(bào)的技術(shù)，在距表面50nm~IOOnm 水平的深度中，Al的導(dǎo)入濃度也保留在I X IO16Cnf3水平。該I X IO16Cnf3水平的值是專利文獻(xiàn) 1的技術(shù)的導(dǎo)入濃度的最下限值。
[0004] 同樣，例如，作為η型摻雜的氮(N)即使事先將半導(dǎo)體基板加熱升溫到300~800°C 程度，并且在離子注入后，實(shí)施1600~1800°C程度的高溫的退火處理，也幾乎不在4H-SiC晶 體中進(jìn)行熱擴(kuò)散。
[0005] 與此相對(duì)，井上等提案有如下方法：使η型S i C基板浸漬在高濃度的氨水溶液 (NH3aq)中，經(jīng)由該氨水溶液照射激光的光脈沖，在SiC基板形成η型雜質(zhì)摻雜層(井上祐樹 等5名"氨水溶液中激光照射實(shí)現(xiàn)的向4H-SiC的氧摻雜(Nitrogen doping of 4Η SiC by Laser Irradiation in Ammonia Solution)"第74屆應(yīng)用物理學(xué)會(huì)秋季學(xué)術(shù)演講會(huì)預(yù)演講 稿集2013年秋）。
[0006] 井上等使用10重量％的濃度的氨水溶液，以照射時(shí)間55ns照射2.5J/cm2左右的能 量密度的光脈沖(KrF準(zhǔn)分子激光、波長248nm)3發(fā)（3射程），而將N導(dǎo)入SiC基板的表面。但 是，在井上等的技術(shù)的情況下，因?yàn)閷?shí)質(zhì)上可與SiC基板接觸的N的密度低，所以具有難以按 照超過SiC的N的熱力學(xué)平衡濃度即固溶濃度的高濃度導(dǎo)入之類的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 發(fā)明所要解決的課題
[0008] 本發(fā)明是著眼于上述的問題而完成的，其目的在于，提供一種雜質(zhì)導(dǎo)入方法、半導(dǎo) 體元件的制造方法及半導(dǎo)體元件，其即使是例如寬帶隙半導(dǎo)體材料等雜質(zhì)元素的擴(kuò)散系數(shù) 極小的固體材料，也能夠以超過熱力學(xué)平衡濃度的高濃度將雜質(zhì)元素導(dǎo)入。
[0009] 用于解決課題的技術(shù)方案
[0010] 為了解決上述課題，本發(fā)明的雜質(zhì)導(dǎo)入方法的某種方式的宗旨為，包括：以考慮到 光脈沖的每1次的照射時(shí)間和光脈沖的能量密度而確定的膜厚，在由固體材料構(gòu)成的對(duì)象 物的表面上堆積含有雜質(zhì)元素的雜質(zhì)源膜的步驟;和以照射時(shí)間和能量密度向雜質(zhì)源膜照 射光脈沖，以超過熱力學(xué)平衡濃度的濃度向?qū)ο笪飳?dǎo)入雜質(zhì)元素的步驟。
[0011] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法的某種方式的宗旨為，包括:準(zhǔn)備具有第一 半導(dǎo)體區(qū)域的中間生成物的工序；以考慮到光脈沖的每1次的照射時(shí)間和光脈沖的能量密 度而確定的膜厚，在第一半導(dǎo)體區(qū)域的表面上堆積含有雜質(zhì)元素的雜質(zhì)源膜的工序;和通 過以照射時(shí)間和能量密度向雜質(zhì)源膜照射光脈沖而以超過熱力學(xué)平衡濃度的濃度向第一 半導(dǎo)體區(qū)域?qū)腚s質(zhì)元素，形成第二半導(dǎo)體區(qū)域的工序。
[0012] 另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的某種方式的宗旨為，具備:第一半導(dǎo)體區(qū)域;和設(shè)置 于該第一半導(dǎo)體區(qū)域的內(nèi)部且以超過熱力學(xué)平衡濃度的濃度導(dǎo)入有雜質(zhì)元素的第二半導(dǎo) 體區(qū)域。
[0013]發(fā)明效果
[0014] 因此，根據(jù)本發(fā)明的雜質(zhì)導(dǎo)入方法、半導(dǎo)體元件的制造方法及半導(dǎo)體元件，即使是 雜質(zhì)元素的擴(kuò)散系數(shù)極小的固體材料，也能夠以超過熱力學(xué)平衡濃度的高濃度將雜質(zhì)元素 導(dǎo)入。
【附圖說明】
[0015] 圖1是對(duì)本發(fā)明第一實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置的構(gòu)成概要進(jìn)行示意性地說 明的含有剖面圖的框圖；
[0016] 圖2是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法所使用的光脈沖的能量密度和雜質(zhì) 源膜的膜厚之間的關(guān)系進(jìn)行說明的曲線圖；
[0017] 圖3是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法進(jìn)行說明的流程圖；
[0018] 圖4是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法進(jìn)行說明的工序剖面圖（其一）；
[0019] 圖5是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法進(jìn)行說明的工序剖面圖（其二）；
[0020] 圖6是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法進(jìn)行說明的工序剖面圖（其三）；
[0021] 圖7是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法進(jìn)行說明的工序剖面圖（其四）；
[0022] 圖8(a)和圖8(b)是表示去除利用第一實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法并使用各 不相同的膜厚的雜質(zhì)源膜而得到的雜質(zhì)導(dǎo)入?yún)^(qū)域的上面的殘存的雜質(zhì)源膜之前的狀態(tài)的 SEM圖像的一部分；
[0023] 圖9是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法進(jìn)行說明的工序剖面圖（其五）；
[0024] 圖10(a)和圖10(b)是表示去除利用第一實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法并使用 各不相同的膜厚的雜質(zhì)源膜而得到的雜質(zhì)導(dǎo)入?yún)^(qū)域的上面的殘存的雜質(zhì)源膜以后的狀態(tài) 的SEM圖像的一部分；
[0025] 圖11的圖11(a)是放大圖10(a)中的局部區(qū)域而得到的圖，圖11(b)是表示圖11(a) 中的A部分的AES分析結(jié)果的曲線圖，圖11(c)是表示圖11(a)中的B部分的AES分析結(jié)果的曲 線圖；
[0026] 圖12是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法進(jìn)行說明的工序剖面圖（其六）；
[0027] 圖13是表示利用第一實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法而得到的半導(dǎo)體基板的內(nèi) 部的雜質(zhì)元素的濃度和侵入深度的輪廓線的曲線圖；
[0028] 圖14(a)和圖14(b)是分別改變尺度而表示利用第一實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入 方法而得到的半導(dǎo)體基板的內(nèi)部的pn結(jié)二極管的I-V特性的曲線圖；
[0029] 圖15(a)和圖15(b)是表示去除利用比較例的雜質(zhì)導(dǎo)入方法并使用各不相同的膜 厚的雜質(zhì)源膜而得到的雜質(zhì)導(dǎo)入?yún)^(qū)域的上面的殘存的雜質(zhì)源膜以前的狀態(tài)的SEM圖像的一 部分；
[0030] 圖16(a)和圖16(b)是表示去除利用比較例的雜質(zhì)導(dǎo)入方法并使用各不相同的膜 厚的雜質(zhì)源膜而得到的雜質(zhì)導(dǎo)入?yún)^(qū)域的上面的殘存的雜質(zhì)源膜以后的狀態(tài)的SEM圖像的一 部分；
[0031] 圖17(a)和圖17(b)分別改變尺度而表示利用第一實(shí)施方式及比較例的雜質(zhì)導(dǎo)入 方法而得到的半導(dǎo)體基板的內(nèi)部的pn結(jié)二極管的I-V特性的曲線圖；
[0032] 圖18是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體元件的制造方法進(jìn)行說明的工序剖面圖；
[0033] 圖19是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體元件的制造方法的第一變形例進(jìn)行說明 的工序剖面圖（其一）；
[0034] 圖20是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體元件的制造方法的第一變形例進(jìn)行說明 的工序剖面圖（其二）；
[0035] 圖21是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體元件的制造方法的第一變形例進(jìn)行說明 的工序剖面圖（其三）；
[0036] 圖22是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體元件的制造方法的第一變形例進(jìn)行說明 的工序剖面圖（其四）；
[0037] 圖23是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體元件的制造方法的第二變形例進(jìn)行說明 的工序剖面圖（其一）；
[0038] 圖24是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體元件的制造方法的第二變形例進(jìn)行說明 的工序俯視圖（其二）；
[0039]圖25是從圖24中的A-A方向看到的工序剖面圖；
[0040] 圖26是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體元件的制造方法的第二變形例進(jìn)行說明 的工序剖面圖（其三）；
[0041] 圖27是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體元件的制造方法的第二變形例進(jìn)行說明 的工序剖面圖（其四）；
[0042] 圖28是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體元件的制造方法的第二變形例進(jìn)行說明 的工序剖面圖（其五）；
[0043]圖29是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體元件的制造方法的第二變形例進(jìn)行說明 的工序剖面圖（其六）；
[0044] 圖30是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體元件的制造方法的第二變形例進(jìn)行說明 的工序剖面圖（其七）；
[0045] 圖31是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體元件的制造方法的第二變形例進(jìn)行說明 的工序剖面圖（其八）；
[0046]圖32是對(duì)第一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體元件的制造方法的第二變形例進(jìn)行說明 的工序剖面圖（其九）；
[0047]圖33是對(duì)在第二變形例的半導(dǎo)體元件的制造方法中先形成陰極膜時(shí)的工藝流程 進(jìn)行說明的工序剖面圖；
[0048]圖34是用光學(xué)顯微鏡觀察以陽極膜的上面的高度水平地切斷利用第二變形例的 半導(dǎo)體元件的制造方法而得到的實(shí)施例1的半導(dǎo)體元件所得到的狀態(tài)的俯視圖；
[0049]圖35是用光學(xué)顯微鏡觀察以陽極膜的上面的高度水平地切斷比較例的半導(dǎo)體元 件所得的狀態(tài)的俯視圖；
[0050] 圖36是表示實(shí)施例1和比較例的各自的半導(dǎo)體元件的正電壓區(qū)域的I-V特性的曲 線圖；
[0051] 圖37是表示實(shí)施例1和比較例的各自的半導(dǎo)體元件的負(fù)電壓區(qū)域的I-V特性的曲 線圖；
[0052]圖38是示意性地對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置的構(gòu)成的概要 進(jìn)行說明的含有剖面圖的框圖；
[0053]圖39是示意性地對(duì)本發(fā)明的第三實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置的構(gòu)成的概要 進(jìn)行說明的含有剖面圖的框圖；
[0054]圖40是示意性地對(duì)第三實(shí)施方式所使用的運(yùn)算控制裝置的構(gòu)成的概要進(jìn)行說明 的框圖；
[0055]圖41是對(duì)第三實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法進(jìn)行說明的流程圖；
[0056]圖42是對(duì)第三實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法進(jìn)行說明的工序剖面圖（其一）； [0057]圖43是對(duì)第三實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法進(jìn)行說明的工序剖面圖（其二）； [0058]圖44是對(duì)第三實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法進(jìn)行說明的工序剖面圖（其三）； [0059]圖45是對(duì)第三實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法進(jìn)行說明的工序剖面圖（其四）； [0060]圖46是對(duì)第三實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法進(jìn)行說明的工序剖面圖（其五）；
[0061] 圖47是表示在實(shí)施例2的雜質(zhì)導(dǎo)入方法中照射1次光脈沖時(shí)的形成于氮化物膜的 照射區(qū)域和非照射區(qū)域之間的臺(tái)階的輪廓線的曲線圖；
[0062] 圖48是表示在實(shí)施例2的雜質(zhì)導(dǎo)入方法中照射3次光脈沖時(shí)的形成于氮化物膜的 照射區(qū)域和非照射區(qū)域之間的臺(tái)階的輪廓線的曲線圖；
[0063] 圖49是表示在實(shí)施例2的雜質(zhì)導(dǎo)入方法中照射10次光脈沖時(shí)的形成于氮化物膜的 照射區(qū)域和非照射區(qū)域之間的臺(tái)階的輪廓線的曲線圖；
[0064] 圖50是表示在實(shí)施例2的雜質(zhì)導(dǎo)入方法中形成于去除了氮化物膜后的氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域 的上面的臺(tái)階的輪廓線的曲線圖；
[0065] 圖51是表示就利用實(shí)施例2的雜質(zhì)導(dǎo)入方法而形成的氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域的氮濃度和侵入 深度而言利用SIMS而得到的輪廓線的曲線圖；
[0066] 圖52是對(duì)利用實(shí)施例2的雜質(zhì)導(dǎo)入方法而形成的氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域的表面的電流-電壓 (I-V)特性的測定方法進(jìn)行說明的剖面圖；
[0067] 圖53是針對(duì)每一照射次數(shù)而表示利用實(shí)施例2的雜質(zhì)導(dǎo)入方法而形成的氮導(dǎo)入?yún)^(qū) 域的I-V特性的曲線圖；
[0068] 圖54是針對(duì)每一照射次數(shù)而表示利用實(shí)施例2的雜質(zhì)導(dǎo)入方法而形成的氮導(dǎo)入?yún)^(qū) 域的電阻值的曲線圖；
[0069] 圖55是表示在實(shí)施例3的雜質(zhì)導(dǎo)入方法中照射1次光脈沖時(shí)的形成于氮化物膜的 照射區(qū)域和非照射區(qū)域之間的臺(tái)階的輪廓線的曲線圖；
[0070] 圖56是表示在實(shí)施例3的雜質(zhì)導(dǎo)入方法中照射2次光脈沖時(shí)的形成于氮化物膜的 照射區(qū)域和非照射區(qū)域之間的臺(tái)階的輪廓線的曲線圖；
[0071] 圖57是表示在實(shí)施例3的雜質(zhì)導(dǎo)入方法中照射3次光脈沖時(shí)的形成于氮化物膜的 照射區(qū)域和非照射區(qū)域之間的臺(tái)階的輪廓線的曲線圖；
[0072] 圖58是表示在實(shí)施例3的雜質(zhì)導(dǎo)入方法中照射5次光脈沖時(shí)的形成于氮化物膜的 照射區(qū)域和非照射區(qū)域之間的臺(tái)階的輪廓線的曲線圖；
[0073] 圖59是表示在實(shí)施例3的雜質(zhì)導(dǎo)入方法中照射10次光脈沖時(shí)的形成于氮化物膜的 照射區(qū)域和非照射區(qū)域之間的臺(tái)階的輪廓線的曲線圖；
[0074] 圖60是是針對(duì)每一照射次數(shù)而表示利用實(shí)施例3的雜質(zhì)導(dǎo)入方法而形成的氮導(dǎo)入 區(qū)域的I-V特性的曲線圖；
[0075] 圖61是針對(duì)每一照射次數(shù)而表示利用實(shí)施例3的雜質(zhì)導(dǎo)入方法而形成的氮導(dǎo)入?yún)^(qū) 域的電阻值的曲線圖；
[0076]圖62是對(duì)第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法的概要進(jìn)行說明的示意性的工 序剖面圖（其一）；
[0077]圖63是對(duì)第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法的概要進(jìn)行說明的示意性的工 序剖面圖（其二）；
[0078]圖64是對(duì)第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法的概要進(jìn)行說明的示意性的工 序剖面圖（其三）；
[0079]圖65是對(duì)第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法的概要進(jìn)行說明的示意性的工 序剖面圖（其四）；
[0080]圖66是對(duì)第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法的概要進(jìn)行說明的示意性的工 序剖面圖（其五）；
[0081 ] 符號(hào)說明
[0082] la、lb 雜質(zhì)導(dǎo)入裝置
[0083] Ic 雜質(zhì)導(dǎo)入裝置
[0084] 2 對(duì)象物（中間生成物）
[0085] 2a 雜質(zhì)導(dǎo)入?yún)^(qū)域(半導(dǎo)體區(qū)域）
[0086] 2c 氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域
[0087] 3 突起部
[0088] 4 雜質(zhì)源膜
[0089] 4c 氮化物膜
[0090] 6 激光
[0091] 7 陽極膜(歐姆接觸電極膜）
[0092] 10 成膜裝置
[0093] IOc 成膜裝置
[0094] 20 光照射裝置
[0095] 21 半導(dǎo)體基板
[0096] 22 外延生長層
[0097] 22c 外延生長層
[0098] 23 X-Y移動(dòng)載物臺(tái)
[0099] 30 運(yùn)算控制裝置
[0100] 30c 運(yùn)算控制裝置
[0101] 31 膜厚控制部
[0102] 32 光源控制部
[0103] 33 光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)
[0104] 34 光源
[0105] 50 導(dǎo)入處理裝置
[0106] 50c 半導(dǎo)體元件
[0107] 51 腔室
[0108] 51a 光學(xué)窗
[0109] 52 漂移層(第一 η型半導(dǎo)體區(qū)域）
[0110] 52a 漏區(qū)（第二η型半導(dǎo)體區(qū)域）
[0111] 53a、53b 阱區(qū)
[0112] 54a、54b 源區(qū)
[0113] 55 柵極絕緣膜
[0114] 56 柵極
[0115] 57 層間絕緣膜
[0116] 58 源極膜
[0117] 59 漏極膜(歐姆接觸電極膜）
[0118] 61 加熱裝置
[0119] 73 基底層
[0120] 74 雜質(zhì)源膜
[0121] 74a 基底接觸區(qū)域(接觸區(qū)域）
[0122] 75 源極膜(電極膜）
[0123] 81 半導(dǎo)體基板
[0124] 82 外延生長層
[0125] 83a 第一導(dǎo)入阻止圖案
[0126] 83b 第二導(dǎo)入阻止圖案
[0127] 83c 第三導(dǎo)入阻止圖案
[0128] 84 雜質(zhì)源膜
[0129] 84a~84c半導(dǎo)體區(qū)域
[0130] 85 陰極膜
[0131] 86 陽極膜
[0132] F 能量密度
[0133] M 凹陷部
[0134] N 照射次數(shù)
[0135] tf 膜厚
[0136] τ 照射時(shí)間
【具體實(shí)施方式】
[0137] 下面，對(duì)本發(fā)明的第一~第三實(shí)施方式進(jìn)行說明。第一及第二實(shí)施方式提供的是 一種能夠以超過熱力學(xué)的平衡濃度的高濃度導(dǎo)入雜質(zhì)元素，并且可向距固體材料的表面 50nm以上的深的位置以接近固體材料的固溶濃度的水平(級(jí)別）的高濃度導(dǎo)入雜質(zhì)元素的 雜質(zhì)導(dǎo)入方法、使用該雜質(zhì)導(dǎo)入方法的半導(dǎo)體元件的制造方法及半導(dǎo)體元件。
[0138] 另外，第三實(shí)施方式提供的是一種即使是氮的擴(kuò)散系數(shù)極小的例如寬帶隙半導(dǎo)體 等固體材料，也能夠?qū)⒌猿^固體材料的熱力學(xué)的平衡濃度的高濃度導(dǎo)入固體材料的表 面的雜質(zhì)導(dǎo)入方法、使用該雜質(zhì)導(dǎo)入方法的半導(dǎo)體元件的制造方法及半導(dǎo)體元件。
[0139] 在以下附圖的記載中，在相同或類似的部分，附帶有相同或類似的符號(hào)。但是，附 圖只是示意性的附圖，應(yīng)當(dāng)注意到厚度和平面尺寸之間的關(guān)系、各裝置或各部件的厚度的 比率等與實(shí)際的不同。因此，具體的厚度或尺寸應(yīng)當(dāng)參考以下的說明而判定。另外，在附圖 彼此間，也包含彼此的尺寸關(guān)系或比率不同的部分，這是不言而喻的。
[0140]另外，以下說明的"左右"或"上下"的方向只是為了方便說明而定義的，并非要限 定本發(fā)明的技術(shù)思想。因而，例如，如果將紙面旋轉(zhuǎn)90度，則"左右"或"上下"就要更換讀法， 如果將紙面旋轉(zhuǎn)180度，則"左"就變成"右"，這是自不待言的。另外，在本說明書及附圖中， 在冠以η或p的區(qū)域或?qū)又?，電子或空穴分別是許多載流子的意思。另外，附帶于η或p的+或-分別是雜質(zhì)濃度比未注有+及-的半導(dǎo)體區(qū)域相對(duì)高或低的半導(dǎo)體區(qū)域的意思。
[0141] (第一實(shí)施方式）
[0142] -雜質(zhì)導(dǎo)入裝置的結(jié)構(gòu)-
[0143] 如圖1所示，本發(fā)明的第一實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ia具備:在由固體材料 構(gòu)成的對(duì)象物2的表面設(shè)置含有雜質(zhì)元素的雜質(zhì)源膜4的成膜裝置10、經(jīng)由雜質(zhì)源膜4向具 有平坦表面的對(duì)象物2照射激光6等照射量(能量密度)大的光脈沖而將雜質(zhì)元素導(dǎo)入的光 照射裝置20、可控制雜質(zhì)源膜4的膜厚等成膜條件及激光6的能量密度或光脈沖相對(duì)于對(duì)象 物2的相對(duì)的光照射位置等光照射條件的運(yùn)算控制裝置30。
[0144] 成膜裝置10可采用例如濺射裝置、電子束蒸鍍裝置、等離子體CVD裝置等。在第一 實(shí)施方式的成膜裝置10中，如圖1所示，例示的是具備可真空排氣的腔室11和設(shè)置于腔室11 內(nèi)且載置對(duì)象物2的下部電極12a的濺射裝置的情況。在腔室11內(nèi)，在腔室上板13側(cè)，以與下 部電極12a對(duì)向的方式配置有含有雜質(zhì)元素的靶14。
[0145] 作為濺射裝置，還設(shè)有:連接在下部電極12a和靶14之間的電源15、與腔室11連接 且向腔室11內(nèi)導(dǎo)入氬(Ar)氣等稀有氣體的氣體導(dǎo)入閥16、與腔室11連接且將腔室11內(nèi)制成 真空狀態(tài)的由旋轉(zhuǎn)栗、渦輪分子栗或低溫栗等構(gòu)成的真空栗17。在電源15、氣體導(dǎo)入閥16及 真空栗17上連接有控制要成膜的雜質(zhì)源膜4的膜厚的膜厚控制部31。另外，膜厚控制部31可 對(duì)來自裝設(shè)于成膜裝置10的省略圖示的膜厚計(jì)的信號(hào)進(jìn)行現(xiàn)場（in situ、原位)監(jiān)控并進(jìn) 行反饋控制。電源15、氣體導(dǎo)入閥16及真空栗17經(jīng)由膜厚控制部31與運(yùn)算控制裝置30連接。
[0146] 如果利用圖1的DC濺射裝置的情況進(jìn)行說明，則通過電源15對(duì)在下部電極12a和靶 14之間附加直流電壓，而使導(dǎo)入的稀有氣體離子化并與靶14碰撞，然后使從靶14彈出的雜 質(zhì)元素的粒子與對(duì)象物2的表面碰撞、附著而成膜。成膜裝置10除由DC濺射裝置構(gòu)成以外， 也可以由RF濺射裝置、磁控濺射裝置、離子束濺射裝置等構(gòu)成。要成膜的雜質(zhì)源膜4的膜厚 可通過調(diào)節(jié)成膜時(shí)的處理時(shí)間來控制。
[0147] 第一實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ia的光照射裝置20具備:在一定尺寸的照射 區(qū)域內(nèi)經(jīng)由雜質(zhì)源膜4向?qū)ο笪?的表面掃描照射光脈沖的光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33、經(jīng)由支承臺(tái) 12b使對(duì)象物2沿著在與對(duì)象物2的主面平行的面內(nèi)定義的X-Y方向自如地移動(dòng)的X-Y移動(dòng)載 物臺(tái)23。光照射裝置20經(jīng)由雜質(zhì)源膜4向?qū)ο笪?的上面掃描照射激光6的光脈沖，通過由激 光6賦予的能量效應(yīng)，向?qū)ο笪?的內(nèi)部的局部導(dǎo)入雜質(zhì)元素。能量效應(yīng)也包含熱能效應(yīng)。
[0148] 作為第一實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ia的對(duì)象物2,例示性地采用使用SiC基 板的情況，具體地對(duì)使用期待用作功率半導(dǎo)體的4H-SiC基板的情況進(jìn)行說明。如圖4所示， 對(duì)象物2是在具有(0001)面（（000-1)面)的n +型半導(dǎo)體基板21上設(shè)有以IX IO1Vcm3左右的 濃度具有IOym左右的厚度的ιΓ型4H-SiC的外延生長層（以下，稱為"外延層"）22的兩層結(jié) 構(gòu)。對(duì)象物2以外延層22側(cè)的面為表面而面向光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33側(cè)配置。在對(duì)象物2的表面上， 雖然省略了圖示，但也可以設(shè)置用于位置對(duì)準(zhǔn)的基準(zhǔn)標(biāo)記。另外，對(duì)象物2的材料不局限于 SiC，例如，即使是氮化鎵(GaN)、氧化鎵(Ga2O3)、金剛石等其他寬帶隙半導(dǎo)體材料，也可應(yīng)用 本發(fā)明，不局限于寬帶隙半導(dǎo)體材料。
[0149] 雜質(zhì)源膜4是含有要向?qū)ο笪?摻雜的雜質(zhì)元素作為雜質(zhì)導(dǎo)入源的膜，例如，在選 擇Al作為p型雜質(zhì)元素的情況下，可使用Al薄膜。另外，雜質(zhì)源膜4不局限于雜質(zhì)元素本身的 單一元素膜，也可以為由與其他元素的化合物例如氮化物等化合物或混合物構(gòu)成的薄膜， 或者，也可以為將它們層疊在一起的多層復(fù)合膜等。另外，雜質(zhì)元素不局限于Al，可以與導(dǎo) 電型的選擇、或母相元素的替換位置或晶格間位置對(duì)應(yīng)地適當(dāng)使用硼(B)、鎵(Ga)、氮(N)、 磷(P)、砷(As)等其他雜質(zhì)元素。
[0150]如圖1所示，第一實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ia的光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33具備:射出 激光6等能量密度大的光脈沖的光源34、使所射出的激光6聚光的省略圖示的透鏡系統(tǒng)或成 形為規(guī)定形狀的可變窄縫等。在光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33中連接有控制要照射的激光6的照射條件 的光源控制部32,并且光源控制部32與運(yùn)算控制裝置30連接。光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33的光源34經(jīng) 由光源控制部32而由運(yùn)算控制裝置30控制。
[0151]另外，光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33在掃描激光6的情況下，如果需要，則也可以具備將已成形 的激光6反射而導(dǎo)入省略圖示的透鏡等聚光裝置的未圖示的反射鏡或棱鏡等其他光學(xué)系 統(tǒng)。已成形的激光6等能量密度大的光脈沖向?qū)ο笪?的上面和雜質(zhì)源膜4的界面區(qū)域照射。
[0152] 要成形的激光6的形狀優(yōu)選使用長方形(矩形)狀，但不局限于矩形，也可以為其他 形狀。另外，雖然都省略了圖示，但在控制光脈沖相對(duì)于對(duì)象物2的照射位置時(shí)，在光束調(diào)節(jié) 系統(tǒng)33中也可以根據(jù)需要另外設(shè)置:拍攝對(duì)象物2的基準(zhǔn)標(biāo)記的CCD照相機(jī)等拍攝裝置、照 射照明光的照明光發(fā)光裝置、使照明光反射及透射的反射鏡及對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)等。
[0153] 作為能量密度大的光脈沖，優(yōu)選為具有可對(duì)雜質(zhì)元素及對(duì)象物2的晶格振動(dòng)賦予 光能的波長的激光6的脈沖，以使其經(jīng)由雜質(zhì)源膜4而產(chǎn)生充分的反應(yīng)能量。例如可使用具 有 248nm(KrF)、193nm(ArF)、308nm(XeCl)、351nm(XeF)等振蕩波長的準(zhǔn)分子激光、或 266nm (YAG第四諧波(高次諧波））、355nm(YAG第三諧波(高次諧波））、532nm(YAG第二諧波(高次諧 波））激光、或1 · 〇64ym(YAG基本波）、10 · 6μπι(二氧化碳(CO2)氣體)激光等。另外，萊(Hg)燈或 氙(Xe)燈等高輸出的連續(xù)光即使通過分光器或?yàn)V光片進(jìn)行波長選擇也能夠得到能量密度 大的光脈沖，因此不必局限于激光。
[0154]另外，如果以照射如準(zhǔn)分子激光那樣成為比許多半導(dǎo)體材料的禁帶寬度還大的能 量的紫外線區(qū)域的波長的激光6的方式構(gòu)成，則能夠激發(fā)由紫外線區(qū)域的光能實(shí)現(xiàn)的光催 化作用等的表面反應(yīng)。因此，能夠激發(fā)成為雜質(zhì)元素的導(dǎo)入對(duì)象的固體表面的晶格振動(dòng)，容 易進(jìn)行包含使雜質(zhì)元素向作為目的的固體材料的晶格間位置或替換位置等導(dǎo)入位置移動(dòng) 的表面迀移等在內(nèi)的表面反應(yīng)等。但是，因?yàn)楸華rF( = 193nm)激光等短的短波長即真空紫 外光的范圍內(nèi)所含的短波長的光會(huì)被大氣中的氧分子吸收而阻礙傳播，所以在大氣中的激 光摻雜中，優(yōu)選為具有190nm左右以上的波長的激光6。
[0155] X-Y移動(dòng)載物臺(tái)23構(gòu)成為，從下方水平地支承支承臺(tái)12b，并且與省略圖示的移動(dòng) 載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置連接，通過由運(yùn)算控制裝置30控制移動(dòng)載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置而使支承臺(tái)12b分 別沿著水平面內(nèi)的方向（X-Y方向）自如地移動(dòng)，由此能夠使對(duì)象物2相對(duì)于光脈沖的照射位 置自如地移動(dòng)。例如，通過使對(duì)象物2相對(duì)于光脈沖的照射位置的相對(duì)位置自如地移動(dòng)，能 夠采用直接描繪的手法。進(jìn)而，也可以通過在支承臺(tái)12b和X-Y移動(dòng)載物臺(tái)23之間設(shè)置使支 承臺(tái)12b沿著垂直于X-Y方向的Z方向移動(dòng)的Z移動(dòng)載物臺(tái)，而構(gòu)成除沿X-Y方向以外還可沿Z 方向移動(dòng)的支承臺(tái)12b，從而能夠進(jìn)行焦點(diǎn)等的調(diào)節(jié)。
[0156]在運(yùn)算控制裝置30上連接有輸入裝置41和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置42,運(yùn)算控制裝置30構(gòu)成 為可訪問保存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置42的內(nèi)部的數(shù)據(jù)。經(jīng)由輸入裝置41向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置42輸入雜 質(zhì)元素的種類(物性值）、一個(gè)脈沖(一個(gè)射程)的照射時(shí)間(脈沖寬度)及激光6的能量密度。 運(yùn)算控制裝置30利用經(jīng)驗(yàn)法則即公式（1)設(shè)定保存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置42的雜質(zhì)元素的種類、 一個(gè)脈沖的照射時(shí)間及能量密度，以使其計(jì)算出雜質(zhì)源膜4的膜厚t f。
[0157] t = a · ln(F)-0---(l)
[0158] 在此，a為由雜質(zhì)元素的種類和激光6的照射時(shí)間規(guī)定的熱擴(kuò)散長度(nm)，F(xiàn)為激光 6的能量密度(J/cm2)。另外，β為根據(jù)事先的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為考慮了雜質(zhì)元素的種類和激光6 的照射時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)法則而設(shè)定的修正系數(shù)(nm)。熱擴(kuò)散長度a及修正系數(shù)經(jīng)由輸入裝置41 保存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置42。
[0159] 對(duì)公式（1)進(jìn)行詳細(xì)描述。由Al膜表面吸收的激光能量通過熱擴(kuò)散而擴(kuò)散到基板 內(nèi)部。此時(shí)，當(dāng)設(shè)熱擴(kuò)散系數(shù)為D時(shí)，某時(shí)刻t的熱擴(kuò)散長度a由a = 2·^ (Dt)賦予。因此，照 射了激光脈沖之后的深度X的溫度T(X)近似地由
[0160] T (x) =AFexp (-χ/2/~ (Dx))
[0161] 賦予。在此，τ為激光的脈沖寬度(照射時(shí)間），F(xiàn)為激光照射量(能量密度），Α為固體 的比熱、密度、反射率等的函數(shù)，近似地設(shè)為恒定的系數(shù)。
[0162] 當(dāng)設(shè)可以某照射量進(jìn)行摻雜的最大膜厚為Xmax，且設(shè)可進(jìn)行摻雜的Al/SiC界面的 最低溫度為Tlimit ( X = Xmax )時(shí)，可得到下式。
[0163] 【數(shù)學(xué)式1】
[0164]
[0165]
[0166]
[0167]
[0168] 在此，由于Al的導(dǎo)熱率為k = 2.3 X 102W/mK，比熱為P = 0.90J/gK，密度為C = 2.7g/ cm3，因此熱擴(kuò)散系數(shù)D被求出為
[0169] D = k/pC=?0.95cm2/s··· (4) 〇
[0170] 因而，激光脈沖照射之后的熱擴(kuò)散長度α因脈沖寬度為約50ns而被求出為
[0171] 【數(shù)學(xué)式3】
[0172]
[0173]另外，由（3)、（5)式可得到
[0174] 【數(shù)學(xué)式4】
[0175]
[0176] 在此，在Al膜厚薄至120nm左右的情況下，會(huì)形成許多表面粗糙度(表面缺陷），且 產(chǎn)生反方向泄漏電流的增加及ON電流的降低等，電特性變差。當(dāng)Al膜厚厚至240nm左右且表 面缺陷減少時(shí)，可實(shí)現(xiàn)反方向飽和電流(泄漏電流）的減少及ON電流的增加，電特性得到改 善。即，膜厚如圖2中的作為下限膜厚(下限厚度)的虛線所示，在使Al膜厚厚至240nm左右以 上時(shí)，可實(shí)現(xiàn)特性良好的摻雜。
[0177] 另外，通過將圖2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和公式(6)擬合，某照射量F的Al膜厚的最大值(上限 厚度)tfmax由下式(7)賦予。
[0178] tfmax=4.4X103 · ln(F)-5350(nm)---(7)
[0179] 即，為了通過將Al膜進(jìn)行激光燒蝕而進(jìn)行摻雜，Al的膜厚tf優(yōu)選為
[0180] tf g240nm(下限厚度tfmin)，
[0181] 另外，優(yōu)選為
[0182] tf$4.4X103 · ln(F)-5350nm(上限厚度tfmax)。
[0183] 通過根據(jù)雜質(zhì)元素的種類及照射時(shí)間τ設(shè)定熱擴(kuò)散長度α及修正系數(shù)β，可得到如 圖2所示的膜厚上限直線L。另外，由于公式（1)是使用自然對(duì)數(shù)而得到的公式，因此嚴(yán)格來 講，不會(huì)成為直線，但如果著眼于圖2所示的范圍等，則可看做是大致直線，所以為了方便說 明，在本說明書中，利用"直線"這個(gè)術(shù)語對(duì)公式(1)進(jìn)行說明。
[0184] 在圖2中的膜厚上限直線L的右側(cè)，包含以圓形標(biāo)記（〇）為數(shù)據(jù)點(diǎn)的三個(gè)圖標(biāo)al~ a3、以三角形標(biāo)記(Λ)為數(shù)據(jù)點(diǎn)的一個(gè)圖標(biāo)a4及以加號(hào)(+ )為數(shù)據(jù)點(diǎn)的一個(gè)圖標(biāo)cl。在三個(gè) ?標(biāo)記的圖標(biāo)al~a3中的圖中右側(cè)的兩個(gè)圖標(biāo)al、a2的情況下，能量密度F均為4. OJ/cm2左 右，膜厚tf分別為240nm左右和480nm左右。另外，在三個(gè)圖標(biāo)al~a3中的圖中左側(cè)的?標(biāo)記 的圖標(biāo)a3和Λ標(biāo)記的圖標(biāo)a4的情況下，能量密度F均為3.7J/cm 2左右，膜厚tf分別為240nm左 右和120nm左右。另外，在+標(biāo)記的圖標(biāo)cl的情況下，能量密度F為4. OJ/cm2左右，膜厚tf為 120nm左右。
[0185] 在將能量密度F = 4. OJ/cm2、照射時(shí)間τ = 50ns、一個(gè)射程的光脈沖照射到Al雜質(zhì) 源膜4的情況下，雜質(zhì)源膜4的膜厚tf的上限厚度tfmax通過利用由公式(7)表示的膜厚上限直 線L的方程式而成為
[0186] tfmax=4.4X103 · 1η(4·0)-5350與750nm。
[0187] 即，通過在240 S tf S 750(nm)的范圍內(nèi)設(shè)定光脈沖照射前的膜厚tf，在光脈沖照射 后，在對(duì)象物2的表面，殘留有至少相當(dāng)于一個(gè)原子層的膜厚程度的雜質(zhì)源膜4。在一定范圍 內(nèi)將膜厚t f設(shè)定為1個(gè)點(diǎn)的方法可以適當(dāng)確定，或者例如也可以使用上限厚度tfmax和下限厚 度t fmin之間的中間值即"(tfmax+tfmin)/2"等而確定。
[0188] 而且，如果如圖2中的四個(gè)圖標(biāo)al~a4那樣光脈沖的能量密度F的值和雜質(zhì)源膜4 的膜厚t f的值的組合(F，tf)滿足公式(7)，則通過一個(gè)射程就能夠高濃度且距表面深地向?qū)?象物2的表面導(dǎo)入雜質(zhì)元素。進(jìn)而，在下限厚度t fmin以上的三個(gè)圖標(biāo)al~a3中，在光脈沖照 射后，在對(duì)象物2的表面，殘留有至少相當(dāng)于一原子層的膜厚程度的雜質(zhì)源膜4,在對(duì)象物2 的表面設(shè)置電極而形成有半導(dǎo)體元件時(shí)，能夠?qū)⒈砻娴娜毕菀种频饺菰S范圍內(nèi)，以使其得 到所期望的二極管特性。另一方面，在下限厚度低于t fmin = 240nm的?標(biāo)記的圖標(biāo)&4及+標(biāo) 記的圖標(biāo)cl的情況下，即使能夠摻雜，表面的缺陷程度也大，電特性變差。
[0189] 另外，如圖2中的膜厚上限直線L和表示能量密度F的橫軸的交點(diǎn)所示，為了通過一 個(gè)射程而進(jìn)行所期望的摻雜，需要在光脈沖的能量密度F上具有下限值。在圖2例示的雜質(zhì) 元素為AU照射時(shí)間為i = 50ns的情況下，可根據(jù)膜厚上限直線L和橫軸的交點(diǎn)的值設(shè)定為 約3.3J/cm2作為能量密度F的下限值。另一方面，能量密度F的上限值能夠隨著雜質(zhì)源膜4的 膜厚t f而增大，但從能量效率的觀點(diǎn)出發(fā)，在第一實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ia中，優(yōu) 選為6 .OJ/cm2以下。
[0190]通過選擇如滿足公式(7)及下限厚度tfmin那樣的任意光脈沖的能量密度F的值和 雜質(zhì)源膜4的膜厚tf的值的組合(F，tf)，能夠相對(duì)于一定的能量密度F設(shè)定在光脈沖照射后 在對(duì)象物2的表面可殘留至少相當(dāng)于一個(gè)原子層的膜厚程度的雜質(zhì)源膜4的最薄的膜厚t f。 另外，同時(shí)也能夠設(shè)定相對(duì)于一定膜厚tf的最小的能量密度F。
[0191]另外，在圖2中的比膜厚上限直線L更靠左側(cè)的區(qū)域內(nèi)，例示有以三個(gè)X標(biāo)記為數(shù) 據(jù)點(diǎn)的圖標(biāo)bl~b3。在如三個(gè)圖標(biāo)bl~b3那樣的光脈沖的能量密度F的值和雜質(zhì)源膜4的膜 厚tf的值的組合(F，t f)的情況下，與上述的三個(gè)圖標(biāo)al~a3的情況不同，不能進(jìn)行所期望的 激光摻雜。
[0192] 在三個(gè)X標(biāo)記的圖標(biāo)bl~b3中的中央的bl及右側(cè)的b2的情況下，因?yàn)槟芰棵芏菷 相對(duì)于膜厚tf過大，或者膜厚tf相對(duì)于能量密度F過薄，所以即使能夠?qū)㈦s質(zhì)元素?fù)诫s于對(duì) 象物2的表面，也不能在光脈沖照射后在對(duì)象物2的表面殘留至少相當(dāng)于一個(gè)原子層的膜厚 程度的雜質(zhì)源膜4,會(huì)加重如圖7中的凹陷部M或圖16(a)所示的雜質(zhì)導(dǎo)入?yún)^(qū)域2a的表面缺陷 的程度。
[0193] 而且，在后工序中在對(duì)象物2的表面設(shè)置電極而制造出半導(dǎo)體元件時(shí)，會(huì)招致正向 的電流值下降、或反向偏置時(shí)的泄漏電流的增加，不能具備充分的特性。另外，在三個(gè)X標(biāo) 記的圖標(biāo)bl~b3中的左側(cè)的b3的情況下，光脈沖的能量密度F低于下限值。即，通過利用膜 厚上限直線L規(guī)定工藝窗口，并設(shè)定光脈沖的能量密度F和雜質(zhì)源膜4的膜厚tf，不會(huì)在對(duì)象 物2的表面過剩地形成凹陷部M，即使產(chǎn)生表面缺陷，也保留在可容許缺陷的程度的一定的 范圍內(nèi)。
[0194] 運(yùn)算控制裝置30計(jì)算出的膜厚tf的數(shù)據(jù)向膜厚控制部31輸入，并且輸入到運(yùn)算控 制裝置30的照射時(shí)間τ、能量密度F的數(shù)據(jù)、及將脈沖數(shù)設(shè)為一次的數(shù)據(jù)向光源控制部32輸 入。另外，也可以構(gòu)成為通過在運(yùn)算控制裝置30上連接有省略圖示的顯示裝置，而顯示膜厚 tf、照射時(shí)間τ、能量密度F、及脈沖數(shù)的數(shù)據(jù)等。
[0195] 膜厚控制部31控制成膜裝置10的電源15的電壓、氣體導(dǎo)入閥16及真空栗17的動(dòng) 作，以使雜質(zhì)源膜4以所輸入的膜厚tf成膜在對(duì)象物2上。光源控制部32控制光束調(diào)節(jié)系統(tǒng) 33的動(dòng)作，以使其以所輸入的能量密度F、脈沖數(shù)及照射時(shí)間τ進(jìn)行光脈沖的掃描照射。
[0196] 實(shí)施例1
[0197] -第一實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法_
[0198] 接著，參照?qǐng)D3的流程圖及圖4~圖12對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法進(jìn) 行說明。首先，在圖3的步驟Sl中，如圖4所示，準(zhǔn)備在η +型半導(dǎo)體基板21的上面?zhèn)刃纬捎笑搔Ｐ?外延層22的對(duì)象物2,如雙點(diǎn)劃線所示，將該對(duì)象物2以對(duì)象物2的上面面向靶14側(cè)的方式載 置固定在圖1中的成膜裝置10的內(nèi)部。
[0199] 接著，在步驟S2中，經(jīng)由輸入裝置41將雜質(zhì)元素的種類、一個(gè)脈沖的照射時(shí)間τ及 激光6的能量密度F保存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置42。另外，也可以在步驟Sl之前實(shí)施驟S2。雜質(zhì)元素 設(shè)為Al，照射時(shí)間設(shè)為τ = 50ns，能量密度設(shè)為F = 4.0J/cm2。另外，公式（1)的熱擴(kuò)散長度α 預(yù)設(shè)定為上述的4.4Χ 103nm，另外，修正系數(shù)β預(yù)設(shè)定為5350nm的值。
[0200] 運(yùn)算控制裝置30在步驟S3中，從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置42讀出一個(gè)脈沖的照射時(shí)間τ、激光 6的能量密度F、熱擴(kuò)散長度α及修正系數(shù)β，利用公式(1)，計(jì)算出
[0201] tf(F = 4.0，ns = 50)<4.4X103 · 1η(4·0)-5350
[0202] <750nm
[0203] 和雜質(zhì)源膜4的膜厚tf，且設(shè)定為后續(xù)的成膜工序的成膜條件。在本實(shí)施例1中，設(shè) 為膜厚tf = 240nm。
[0204] 另外，作為激光6的照射工序的照射條件，將脈沖數(shù)設(shè)定為一個(gè)射程，照射時(shí)間設(shè) 定為τ = 50ns，能量密度設(shè)定為F = 4.0 J/cm2。然后，將所設(shè)定的膜厚tf = 240nm輸出到成膜裝 置10的膜厚控制部31，并且分別將脈沖數(shù)1次、照射時(shí)間i = 50ns及能量密度F = 4.0J/cm2輸 出到光照射裝置20的光源控制部32。
[0205]接著，成膜裝置10的膜厚控制部31在步驟S4中控制下部電極12a和靶14間的電壓、 氣體導(dǎo)入閥16及真空栗17的動(dòng)作，如圖5所示，以設(shè)定于對(duì)象物2的外延層22的上面的膜厚 tf = 240nm，將由Al薄膜構(gòu)成的雜質(zhì)源膜4成膜。
[0206]接著，將成膜有雜質(zhì)源膜4的對(duì)象物2從成膜裝置10取出并向光照射裝置20搬運(yùn)， 然后使雜質(zhì)源膜4的上面面向光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33側(cè)而載置固定在支承臺(tái)12b上。光照射裝置20 配置在室溫狀態(tài)下的大氣的氣氛中。然后，使光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33沿著X方向及Y方向移動(dòng)規(guī)定 量，以使相對(duì)于對(duì)象物2上的外延層2 2摻雜雜質(zhì)元素的最初的照射目標(biāo)位置相應(yīng)的基準(zhǔn)標(biāo) 記的位置與激光6的光軸重合。
[0207]接著，光照射裝置20的光源控制部32控制光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33的動(dòng)作，以使其以所設(shè) 定的脈沖數(shù)1次、照射時(shí)間τ = 50ns及能量密度F = 4.0J/cm2照射激光6，在步驟S5中，如圖6 所示，經(jīng)由雜質(zhì)源膜4向?qū)ο笪?的外延層22的上面照射激光6的光脈沖。激光6使用例如 248nm(KrF)準(zhǔn)分子激光，以照射區(qū)域以平面圖案計(jì)成為約350μπι見方的正方形狀的方式成 形光束。
[0208]此時(shí)，由于要照射的光脈沖的能量密度F為高達(dá)4.OJ/cm2的高能狀態(tài)，因此在照射 有光脈沖的雜質(zhì)源膜4的照射區(qū)域內(nèi)，Al飛躍地進(jìn)行活性化而熔融，在與外延層22的界面 上，Al被導(dǎo)入到外延層22的內(nèi)部。另外，在雜質(zhì)源膜4的激光6側(cè)的表面上會(huì)產(chǎn)生燒蝕造成的 羽煙24，A1向照射區(qū)域的周圍飛散，并且在照射區(qū)域周邊產(chǎn)生熔融流動(dòng)區(qū)域。其結(jié)果是，如 圖7所示，在照射區(qū)域S內(nèi)，雜質(zhì)源膜4的膜厚t f減小，并且在照射區(qū)域S和非照射區(qū)域的邊界 附近的區(qū)域的局部，通過熔融流動(dòng)而Al的一部分隆起。
[0209] 在光脈沖的照射后，在照射區(qū)域S的雜質(zhì)源膜4的內(nèi)部，通過高能的光脈沖的照射， 對(duì)象物2的上面的局部也進(jìn)行燒蝕，構(gòu)成對(duì)象物2的表面缺陷的凹陷部M(臺(tái)階、階差)呈多種 多樣的深度而形成有多個(gè)，但通過先行進(jìn)行的步驟S2及S3的處理，可控制形成于照射區(qū)域S 的凹陷部M的分布狀態(tài)。凹陷部M的距外延層22的表面的最大深度d為120nm~200nm程度。
[0210] 另外，在凹陷部M的內(nèi)側(cè)，呈多種多樣的高度而形成有多個(gè)突起部3,該多個(gè)突起部 3經(jīng)由凹陷部M固著于外延層22的表面，且向上方突出。突起部3的距外延層22的表面的最大 高度h為120nm~200nm程度。另外，在光脈沖的照射區(qū)域S內(nèi)，在光脈沖照射后，在雜質(zhì)導(dǎo)入 區(qū)域2a的表面上，以殘留至少相當(dāng)于一個(gè)原子層的厚度的方式且以覆蓋多個(gè)突起部3的方 式以一定的厚度堆積殘留有雜質(zhì)源膜4的一部分。因此，如圖8(a)的SEM圖像的俯視圖所示， 在圖中的大致正方形狀所示的射程的輪廓線的內(nèi)側(cè)，呈現(xiàn)所殘留的Al薄膜的較淡的金屬光 澤。另外，在射程的輪廓線的外側(cè)，在光脈沖照射后，通過因 Al的燒蝕而熔融流動(dòng)到照射區(qū) 域的周圍的Al等，以黑暗的色調(diào)呈現(xiàn)。
[0211]圖8(b)是除將雜質(zhì)源膜4的膜厚tf設(shè)為480nm以外還將照射條件設(shè)為與膜厚t f為 240nm時(shí)的激光6的照射條件相同而進(jìn)行了摻雜時(shí)的拍攝照射區(qū)域的上面所得的SEM圖像。 與圖8(a)的俯視圖同樣，在射程的輪廓線的內(nèi)側(cè)，在光脈沖照射后，呈現(xiàn)所殘留的Al薄膜的 較淡的金屬光澤，并且在射程的輪廓線的外側(cè)，因 Al的燒蝕而熔融流動(dòng)到照射區(qū)域的周圍 的Al以比圖8(a)的情況更黑的色調(diào)呈現(xiàn)。另外，圖7中所示的凹陷部M的截面形狀為了方便 說明而示意性地進(jìn)行了表示，不限定實(shí)際的形狀。另外，同樣，突起部3的截面形狀也例示性 地進(jìn)行了表示，實(shí)際的形狀可呈大致圓柱狀、大致三角錐狀、其他棱柱狀等各種幾何學(xué)形 狀。
[0212]接著，在步驟S6中，在雜質(zhì)源膜4為Al的情況下，使用熱磷酸(H3PO4)等，如圖9所示， 去除殘留在對(duì)象物2的外延層22的表面上的雜質(zhì)源膜4。在圖10(a)的SEM圖像的俯視圖上， 在照射區(qū)域的內(nèi)側(cè)，黑暗的色調(diào)以成層次的方式呈現(xiàn)，殘留的雜質(zhì)源膜4大致被去除，并且 顯示固著殘留在對(duì)象物2上的突起部3。
[0213]另外，圖10(b)是與圖10(a)的情況同樣地利用熱磷酸等去除了在光脈沖照射后所 殘留的雜質(zhì)源膜4以后的對(duì)圖8(b)的情況(雜質(zhì)源膜4的膜厚tf = 480nm)的對(duì)象物2的照射 區(qū)域的上面進(jìn)行拍攝而得到的SEM圖像的俯視圖。與圖10(a)的俯視圖同樣，在照射區(qū)域的 內(nèi)偵U，呈現(xiàn)與膜厚t f = 240nm的情況大致同程度的色調(diào)及層次，殘留的雜質(zhì)源膜4大致被去 除，并且顯示固著殘留在對(duì)象物2上的突起部3。
[0214] 在圖10(a)的中央部的黑暗（黑色）的區(qū)域內(nèi)，如圖11(a)的放大圖所示，高密度地 聚集有多個(gè)突起部3。另外，如圖11(b)的能譜圖所示，當(dāng)對(duì)圖11 (a)中的位于突起部3的A部 分進(jìn)行AES分析時(shí)，可知突起部3為含有Al的Si系反應(yīng)生成物。另外，可知在圖11(b)中的位 于多個(gè)突起部3間且比突起部3低的B部分所示的區(qū)域內(nèi)，如圖11(c)的能譜圖所示，也堆積 有含有Al的Si系反應(yīng)生成物。
[0215] 接著，在步驟S7中，通過例如使用四氟甲烷(CF4)的等離子體蝕刻等，對(duì)外延層22 的表面處理20分鐘左右，去除固著在對(duì)象物2的表面上的突起部3。通過突起部3的去除，如 圖12所示，在外延層22的表面上露出多個(gè)凹陷部M，第一實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法結(jié)束。
[0216] 根據(jù)如上所述的第一實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，如圖13所示，在外延層22的最表 面，能夠使Al的濃度達(dá)到超過4H-SiC的固溶濃度的濃度6 X IO21Cnf3左右以上，且在外延層 22的內(nèi)部，能夠?qū)l導(dǎo)入到深度IOOnm附近位置。另外，在距外延層22的表面50nm左右的深 度位置，能夠?qū)l導(dǎo)入到接近4H-SiC的固溶濃度的水平的I X ΙΟ'πΓ3左右。在這一點(diǎn)上，如 圖13中的表示Si的離子強(qiáng)度的軌跡所示，可知遍及距外延層22的表面50nm左右的深度位置 之間，Si的濃度大大地減小，在對(duì)象物2的表面附近的區(qū)域內(nèi)，形成有Al和Si的合金等化合 物或混合物。
[0217] 另外，作為參考值，在圖13中，用虛線表示在氯化鋁(AlCl3)水溶液中以4.5J/cm2的 能量密度F照射激光6而將液相的Al導(dǎo)入到4H-SiC時(shí)的SMS測定結(jié)果。關(guān)于溶液中的與摻雜 相關(guān)的其他條件或方法，以非專利文獻(xiàn)"向浸漬于液體中的通過4H-SiC的準(zhǔn)分子激光照射 而實(shí)現(xiàn)的磷慘雜（Phosphorus doping of 4H SiC by liquid immersion excimer laser irradiation)"池田晃裕等3名、應(yīng)用物理快報(bào)(Applied Physics Letters)、第102卷、 P052104-1~052104-4(2013年1月）等記載的方法為基礎(chǔ)。
[0218] 如圖13所示，可知使用AlCl冰溶液的摻雜實(shí)現(xiàn)的4H-SiC的表面濃度為2 X 102Qcm-3 以下，且向?qū)ο笪?的內(nèi)部的侵入深度為40nm左右，通過使用Al薄膜而從固相進(jìn)行激光摻 雜，與來自液相的摻雜相比，能夠以更高的濃度進(jìn)行更深的摻雜。另外，關(guān)于由向4H-SiC摻 雜Al而形成的p ++型雜質(zhì)導(dǎo)入?yún)^(qū)域2a和ιΓ型外延層22的表面的區(qū)域形成的pn結(jié)二極管的特 性，通過使與雜質(zhì)導(dǎo)入?yún)^(qū)域2a具有歐姆接觸性的鎢探針與雜質(zhì)導(dǎo)入?yún)^(qū)域2a接觸而測定。如 圖14(a)所示，pn結(jié)二極管的起升電壓為對(duì)象物2即4H-SiC的固有電壓即約2.5V左右。另外， 如圖14(b)所示，可確認(rèn)pn結(jié)二極管的通斷比為四個(gè)數(shù)量級(jí)的整流性，且形成有充分的pn 結(jié)。
[0219](比較例的雜質(zhì)導(dǎo)入方法）
[0220] 另一方面，圖15表示的是使用比較例的雜質(zhì)導(dǎo)入方法而在4H_SiC上形成有p型雜 質(zhì)導(dǎo)入?yún)^(qū)域的對(duì)象物2的上面的SEM圖像。圖15是表示第一實(shí)施方式所涉及的雜質(zhì)導(dǎo)入方法 的對(duì)象物2的上面的與圖8對(duì)應(yīng)的比較例的圖像。在比較例中，利用圖2中所示的夾在膜厚上 限直線L和表示膜厚下限的虛線之間的呈現(xiàn)在圖2中右上側(cè)的工藝窗口以外的能量密度F和 膜厚t f的組合，進(jìn)行摻雜。另外，其他導(dǎo)入條件設(shè)為與上述的膜厚tf = 240nm的情況同樣。
[0221] 圖15(a)是圖2中的+標(biāo)記的圖標(biāo)cl時(shí)(膜厚tf = 120nm)的俯視圖，可知在能量密度 F = 4.0J/cm2的光脈沖照射后，射程的輪廓線的內(nèi)側(cè)以黑暗的色調(diào)進(jìn)行變色，并且未呈現(xiàn)金 屬光澤，未殘留有雜質(zhì)源膜4。另外，在射程的輪廓線的外側(cè)，在光脈沖照射后，呈現(xiàn)熔融流 動(dòng)而成的Al的痕跡。而且，在這種情況下，如圖16(a)的俯視圖所示，遍及照射區(qū)域的大范圍 而形成有已變色的狀態(tài)，大量地形成有凹陷部M及突起部3,且廣泛分布。
[0222]另外，圖15(b)是圖2中的三個(gè)X標(biāo)記的圖標(biāo)bl~b3中的最上側(cè)的bl時(shí)（膜厚tf = 81Onm)的俯視圖，在能量密度F = 4. OJ/cm2的光脈沖照射后，射程的輪廓線的內(nèi)側(cè)以極其黑 暗的色調(diào)進(jìn)行變色，并且呈現(xiàn)金屬光澤。另外，在射程的輪廓線的外側(cè)，在光脈沖照射后，未 呈現(xiàn)熔融流動(dòng)而成的Al的痕跡。而且，在這種情況下，如圖16(b)的俯視圖所示，對(duì)象物2的 上面全都未變色，未形成有一切凹陷部M及突起部3。
[0223]在此，關(guān)于第一實(shí)施方式的膜厚分別為tf = 240nm、480nm的情況及比較例的膜厚 分別為tf = 120nm、810nm的情況，在附加有各種電壓時(shí)，測定流動(dòng)的電流，驗(yàn)證二極管特性。 如圖17(3)所示，在膜厚為七￡ = 24〇11111、48〇111]1中的任一種的情況下，也因?yàn)榕c膜厚七￡ = 12〇11111 的情況相比，表面缺陷的程度得到了抑制，所以反向電壓附加時(shí)的泄漏電流減小。另外，如 圖17(b)所示，在膜厚為tf = 240nm、480nm中的任一種的情況下，也與膜厚tf=120nm的情況 相比，能夠加大正向的電流。另外，在膜厚tf = 810nm的情況下，使媽探針與照射區(qū)域接觸而 測定電流，但是，即使加大電壓，也只能檢測微微安培(PA、皮安)水平的電流，在對(duì)象物2的 表面的照射區(qū)域內(nèi)，幾乎不能進(jìn)行摻雜。
[0224] 根據(jù)第一實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，通過在室溫、大氣壓下以比以往飛躍性地高 的高能狀態(tài)照射光脈沖的每1次的能量密度F，使雜質(zhì)源膜4的光脈沖的照射區(qū)域的晶格振 動(dòng)一氣地活性化且升溫。同時(shí)，使4H-SiC的對(duì)象物2的外延層22的與雜質(zhì)源膜4的界面附近 的晶格振動(dòng)活性化，且以外延層22的表面成為開始燒蝕的狀態(tài)的方式升溫。由此，可促進(jìn)大 氣壓中的每一個(gè)射程的4H-SiC向外延層22的表面的雜質(zhì)元素的導(dǎo)入。
[0225] 另外，根據(jù)第一實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，通過提高光脈沖的每一個(gè)射程的能量 密度F，考慮因高能的光脈沖的影響而產(chǎn)生雜質(zhì)源膜4的下側(cè)的外延層22的表面的缺陷狀態(tài) (粗糙度），而在光脈沖的照射前，將雜質(zhì)源膜4的厚度預(yù)設(shè)定為在光脈沖照射后殘存雜質(zhì)源 膜4的水平的厚度，而成膜在外延層22的表面上。由此，即使向雜質(zhì)源膜4照射高能的光脈 沖，也由于在照射后雜質(zhì)源膜4會(huì)殘存在外延層22的表面上，因此以將外延層22的表面的缺 陷狀態(tài)收斂在規(guī)定的容許范圍內(nèi)內(nèi)的方式控制。
[0226] 該結(jié)果是，根據(jù)第一實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，能夠?qū)⒆鳛閷?duì)象物2的4H_SiC的外 延層22的表面的雜質(zhì)元素的濃度以稱為I X IO21的后半水平的大大超過4H-SiC的通常的固 溶濃度的高濃度導(dǎo)入，并且從對(duì)象物2的表面遍及到50nm左右的深度位置，都能夠?qū)l導(dǎo)入 至Ijl X IO2t3Cnf3左右以上。另外，在50nm以后的深度位置，也能夠?qū)l導(dǎo)入到距表面IOOnm水 平的深度。
[0227] 在這一點(diǎn)上，在將雜質(zhì)元素的離子通過高電壓而加速并注入晶體的情況下，即使 是從基板的表面到深度30nm的范圍內(nèi)，也難以將IO 19Cnf3以上的雜質(zhì)注入。根據(jù)第一實(shí)施方 式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，在最表面的濃度及侵入深度中的任一點(diǎn)上，都超過了離子注入法的導(dǎo) 入的上限值。另外，根據(jù)第一實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，在省去離子注入法中必要的對(duì)象物 的離子注入前的加熱處理或注入后的高溫退火這一點(diǎn)上也有利。
[0228] 另外，目前，在4H_SiC的對(duì)象物2上設(shè)置雜質(zhì)元素作為固相導(dǎo)入源而照射激光6進(jìn) 行激光摻雜時(shí)，在約6.7 X HT5Pa的低壓狀態(tài)下進(jìn)行，但根據(jù)第一實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法， 即使在大氣壓下，也能夠?qū)㈦s質(zhì)元素導(dǎo)入，所以沒有用于設(shè)為低壓狀態(tài)的設(shè)備負(fù)擔(dān)及作業(yè) 負(fù)擔(dān)，能夠比以往更容易且迅速地進(jìn)行激光摻雜。
[0229] -第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法-
[0230] 利用第一實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法所使用的圖4~圖7、圖9、圖12及圖18對(duì)第一實(shí) 施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法進(jìn)行說明。例如，首先，與圖4所示的同樣，準(zhǔn)備具有成為第 一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域的外延層22的中間生成物作為對(duì)象物2。在第一實(shí)施方式的半 導(dǎo)體元件的制造方法中，第一導(dǎo)電型選擇為η型，第二導(dǎo)電型選擇為第一導(dǎo)電型的相反的p 型。其后，與圖5所示的同樣，在第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體區(qū)域的ιΓ型外延層22側(cè)的上面形 成含有呈現(xiàn)第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素的雜質(zhì)源膜4。
[0231] 接著，與圖6所示的同樣，經(jīng)由雜質(zhì)源膜4向作為第一半導(dǎo)體區(qū)域的外延層22的上 表面照射激光6的光脈沖。這時(shí)，向外延層22的上表面掃描照射激光6,且向外延層22的上部 導(dǎo)入第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素，以所期望的圖案選擇地形成P++型第二半導(dǎo)體區(qū)域2a，得到ρη 結(jié)。掃描只要通過在1中的X-Y移動(dòng)載物臺(tái)23的內(nèi)部如雙向箭頭所示的X-Y移動(dòng)載物臺(tái)23的 移動(dòng)、或光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33側(cè)的移動(dòng)而進(jìn)行即可。另外，第二半導(dǎo)體區(qū)域2a的圖案化也可以在 事先將雜質(zhì)源膜4在外延層22的表面上形成為所期望的圖案以后，再沿著膜的圖案進(jìn)行掃 描照射而進(jìn)行，或者也可以在將雜質(zhì)源膜4形成在外延層22的表面整個(gè)面上以后，再沿著所 期望的圖案進(jìn)行掃描照射而進(jìn)行。
[0232] 接著，與圖9所示的同樣，去除殘留在外延層22的表面上的雜質(zhì)源膜4,其后，與圖 12所示的同樣，去除固著在外延層22的表面上的突起部3,而使第二半導(dǎo)體區(qū)域2a露出。然 后，如圖18所示，在露出的第二半導(dǎo)體區(qū)域2a上，接合形成例如鎳(Ni)或鈦(Ti)或Al的層疊 膜等進(jìn)行歐姆接觸的陽極膜7。另外，在半導(dǎo)體基板21的背面，形成例如由Ni構(gòu)成的陰極膜 8〇
[0233] 其后，在875°C下實(shí)施6分鐘左右的真空退火，將陽極膜7設(shè)為例如Ti3Si3C2等電極 膜，第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法結(jié)束。另外，在第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制 造方法中，通過使要導(dǎo)入的雜質(zhì)元素的種類、或各自的濃度、要形成的照射圖案適當(dāng)變化而 組合，能夠制造各種半導(dǎo)體元件。
[0234] 根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法，通過以控制在對(duì)象物2的 表面產(chǎn)生的缺陷狀態(tài)的方式調(diào)節(jié)雜質(zhì)源膜4的膜厚t f，來克服通過使用高能的光脈沖而產(chǎn) 生的問題，可兼得對(duì)固相雜質(zhì)元素的激光摻雜的高速化和半導(dǎo)體元件的高質(zhì)量化這兩者。 而且，即使是一個(gè)射程的光脈沖，也能夠以充分的侵入深度及超過固溶濃度的表面濃度形 成雜質(zhì)元素的導(dǎo)入?yún)^(qū)域，因此能夠大大地降低將半導(dǎo)體區(qū)域圖案化的作業(yè)時(shí)間，能夠高效 地大量生產(chǎn)維持一定質(zhì)量的半導(dǎo)體元件。
[0235] 另外，根據(jù)第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法，由于將雜質(zhì)元素從對(duì)象物2的 表面導(dǎo)入到非常深的位置，并且以高濃度進(jìn)行導(dǎo)入而形成半導(dǎo)體區(qū)域，因此能夠得到最佳 的半導(dǎo)體元件，以作為面向使用大電流的功率半導(dǎo)體等的半導(dǎo)體元件。
[0236](第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法的第一變形例）
[0237]在第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法中，以將具有第一導(dǎo)電型(η型）的第一 半導(dǎo)體區(qū)域的中間生成物設(shè)為對(duì)象物2,并向?qū)ο笪?的ιΓ型外延層22的內(nèi)部導(dǎo)入ρ++型雜質(zhì) 元素而形成第二半導(dǎo)體區(qū)域2a的情況為例進(jìn)行了說明。與此相對(duì)，如圖19~圖22所示，例 如，如果在具有第二導(dǎo)電型(p型）的第一半導(dǎo)體區(qū)域作為基底層 73的中間生成物的p型基底 層73的內(nèi)部形成比基底層73更高濃度的p++型第二半導(dǎo)體區(qū)域作為基底接觸區(qū)域74a，就能 夠構(gòu)成MOSFET的制造方法的一部分。
[0238] 在這種情況下，也如圖19所示，首先，準(zhǔn)備使IT型漂移層72外延生長而形成在漏區(qū) 71上，進(jìn)而使p型基底層73連續(xù)外延生長而形成在漂移層72上的中間生成物。其后，如圖20 所示，在第二導(dǎo)電型的基底層73的上面，以考慮到光脈沖的每1次的照射時(shí)間τ及能量密度F 而確定的膜厚tf形成含有呈現(xiàn)第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素的雜質(zhì)源膜74。
[0239] 接著，經(jīng)由雜質(zhì)源膜74照射激光6的光脈沖。這時(shí)，向基底層73的上面掃描照射激 光6,在基底層73的上部導(dǎo)入第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素，且以所期望的圖案選擇性地形成比基 底層73更高濃度的p ++型基底接觸區(qū)域74a。激光6的掃描及基底接觸區(qū)域74a的圖案化的方 法只要以圖6等所示的半導(dǎo)體元件的制造方法為基礎(chǔ)即可。
[0240]接著，去除殘留在基底層73及基底接觸區(qū)域74a的表面上的雜質(zhì)源膜74,其后，如 圖21所示，去除固著在基底接觸區(qū)域74a的表面上的突起部3。而且，如圖22所示，如果分別 經(jīng)過省略圖示的源區(qū)的形成、貫通基底層73的U形槽的形成、U形槽的內(nèi)側(cè)的柵極絕緣膜的 形成、柵極絕緣膜上的柵極的形成等工序，而在露出的基底層73及基底接觸區(qū)域74a上形成 例如Ni或Ti或Al的層疊膜等進(jìn)行歐姆接觸的源極膜75,且在漏區(qū)71的背面形成省略圖示的 漏極膜，則作為第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的MOSFET的制造工序就結(jié)束。
[0241]根據(jù)使用第一變形例的半導(dǎo)體元件的制造方法的MOSFET的制造方法，由于能夠在 基底層73的內(nèi)部且在中間生成物的表面迅速形成比基底層73極高濃度的基底接觸區(qū)域 74a，因此既能夠維持MOSFET的質(zhì)量，又能夠高效地大量生產(chǎn)。
[0242](第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法的第二變形例）
[0243] 另外，如果使用第一實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，則如圖32所示，通過在外延生長層 (外延層)82的上部以所期望的任意圖案形成高濃度的p ++型第二半導(dǎo)體區(qū)域84a~84c，能夠 制造構(gòu)成平行于主面的pn結(jié)的半導(dǎo)體元件(二極管）。下面，利用圖23~圖33對(duì)如下激光摻 雜的方法進(jìn)行說明：準(zhǔn)備具有第一導(dǎo)電型(η型）的第一半導(dǎo)體區(qū)域作為外延層82的中間生 成物，在該中間生成物的η型外延層82和雜質(zhì)源膜84之間，設(shè)置具有構(gòu)成選擇性地阻止雜質(zhì) 元素的導(dǎo)入的勢皇的第一導(dǎo)入阻止圖案83a、第二導(dǎo)入阻止圖案83b及第三導(dǎo)入阻止圖案 83c的雜質(zhì)導(dǎo)入掩模，而進(jìn)行選擇性的激光摻雜。
[0244] 首先，如圖23所示，準(zhǔn)備在n+型半導(dǎo)體基板81上具有使IT型半導(dǎo)體區(qū)域外延生長而 形成的外延層82的中間生成物。外延層82可由例如具有I X IO16Cnf3左右的濃度且厚度為10 μπι左右的外延層構(gòu)成。其后，在外延層82的上面，通過例如等離子體CVD(PECVD)等，形成由 氧化硅(SiO 2)構(gòu)成的薄膜。然后，在已成膜的SiO2膜上涂布光致抗蝕劑膜，利用光刻技術(shù)將 已涂布的光致抗蝕劑膜圖案化，以該圖案化后的光致抗蝕劑膜為掩模，將薄膜蝕刻而形成 為所期望的圖案。在薄膜為SiO 2膜的情況下，蝕刻可使用例如含有氟化銨(NH4F)及氫氟酸 (HF)的水溶液即緩沖氫氟酸(BHF)而進(jìn)行。
[0245] 圖24的俯視圖（俯視圖）例示的是通過將薄膜蝕刻而形成圖案的情況，該圖案具 有:形成于外延層82的主面的中央的圓環(huán)狀的第一導(dǎo)入阻止圖案83a、在與該第一導(dǎo)入阻止 圖案83a同心的位置經(jīng)由成為導(dǎo)入窗部的間隙而形成在第一導(dǎo)入阻止圖案83a的外側(cè)的圓 環(huán)狀的第二導(dǎo)入阻止圖案83b、經(jīng)由成為導(dǎo)入窗部的間隙而形成在該第二導(dǎo)入阻止圖案83b 的外側(cè)的框狀的第三導(dǎo)入阻止圖案83c。由第一導(dǎo)入阻止圖案83a、第二導(dǎo)入阻止圖案83b及 第三導(dǎo)入阻止圖案83c構(gòu)成本發(fā)明的"雜質(zhì)導(dǎo)入掩模"。
[0246] 第一導(dǎo)入阻止圖案83a和第二導(dǎo)入阻止圖案83b的間隙及第二導(dǎo)入阻止圖案83b和 第三導(dǎo)入阻止圖案83c的間隙具有規(guī)定的間隔，分別構(gòu)成雜質(zhì)元素的選擇性的導(dǎo)入用的窗 部，如圖25所示，外延層82的上面的局部在各自的間隙露出。另外，圖24及圖25中例示的構(gòu) 成窗部的間隙的寬度為大致等寬，但是，該寬度因?yàn)槭强紤]到由外延層82和第二半導(dǎo)體區(qū) 域84a~84c的pn結(jié)產(chǎn)生的空乏層的延伸狀態(tài)而設(shè)定的，所以實(shí)際上不局限于所例示的寬 度，可適當(dāng)變更。
[0247] 接著，如圖26所示，在外延層82上，以考慮到光脈沖的每1次的照射時(shí)間τ及能量密 度F而確定的膜厚tf，經(jīng)由第一導(dǎo)入阻止圖案83a、第二導(dǎo)入阻止圖案83b及第三導(dǎo)入阻止圖 案83c，而形成含有呈現(xiàn)第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)元素的雜質(zhì)源膜84。在雜質(zhì)元素為Al的情況下， 膜厚tf為例如240nm左右。另外，在圖26中，為了方便說明，外延層82的厚度和雜質(zhì)源膜84的 厚度被描繪成大致同程度。
[0248]接著，如圖27所示，在大氣氛圍中，經(jīng)由雜質(zhì)源膜84照射KrF準(zhǔn)分子激光的光脈沖 作為激光6。在雜質(zhì)元素為Al的情況下，光脈沖的能量密度F設(shè)為例如4.OJ/cm2,照射次數(shù)設(shè) 為1次。光脈沖的照射通過以在1次照射范圍內(nèi)無一遺漏地包含第三導(dǎo)入阻止圖案83c的框 的內(nèi)側(cè)的區(qū)域的方式成形光束而進(jìn)行。在圖27中，例示的是對(duì)第一導(dǎo)入阻止圖案83a、第二 導(dǎo)入阻止圖案83b及第三導(dǎo)入阻止圖案83c的所有表面照射有光脈沖的狀態(tài)。
[0249] 通過光脈沖的照射，向在第一導(dǎo)入阻止圖案83a和第二導(dǎo)入阻止圖案83b的間隙露 出的外延層82的上部的局部，經(jīng)由堆積而成的雜質(zhì)源膜84選擇性地導(dǎo)入p ++型雜質(zhì)元素。另 外，也向在第二導(dǎo)入阻止圖案83b和第三導(dǎo)入阻止圖案83c的間隙露出的外延層82的上部的 局部，經(jīng)由堆積而成的雜質(zhì)源膜84選擇性地導(dǎo)入p ++型雜質(zhì)元素。
[0250]其結(jié)果是，在外延層82的上部，以平面圖案計(jì)，等間隔且交替地顯示有選擇性地導(dǎo) 入有P++型雜質(zhì)元素的半導(dǎo)體區(qū)域84a~84c的上面和未導(dǎo)入的外延層82的上面作為同心圓 狀的圖案。即，在外延層82的上部，構(gòu)成有η型半導(dǎo)體區(qū)域和p型半導(dǎo)體區(qū)域在平行于主面的 面內(nèi)重復(fù)形成的表面圖案。另外，P++型半導(dǎo)體區(qū)域84a~84c的寬度及ρ ++型半導(dǎo)體區(qū)域84a ~84c間的間隙的寬度可適當(dāng)變更地設(shè)定。
[0251]接著，如圖28所示，利用規(guī)定的蝕刻液去除殘留在第一導(dǎo)入阻止圖案83a、第二導(dǎo) 入阻止圖案83b及第三導(dǎo)入阻止圖案83c的表面上的雜質(zhì)源膜84的一部分，其后，去除產(chǎn)生 固著在P++型半導(dǎo)體區(qū)域84a~84c的表面上的如圖9所示的突起部。在雜質(zhì)源膜84為Al的情 況下，除可使用例如75°C左右的熱磷酸(H 3PO4)等作為蝕刻液以外，也可使用磷酸/硝酸/醋 酸混合液或王水等種種酸。
[0252] 接著，在外延層82的上面和第一導(dǎo)入阻止圖案83a、第二導(dǎo)入阻止圖案83b及第三 導(dǎo)入阻止圖案83c的上面涂布光致抗蝕劑膜，利用光刻技術(shù)，使光致抗蝕劑膜圖案化。然后， 以圖案化后的光致抗蝕劑膜為掩模，通過使用BHF等的蝕刻，選擇性地去除殘存在外延層82 的上面的雜質(zhì)導(dǎo)入掩模，然后去除光致抗蝕劑膜，這時(shí)，如圖29所示，就形成僅殘留有第三 導(dǎo)入阻止圖案83c的圖案。即，第一導(dǎo)入阻止圖案83a及第二導(dǎo)入阻止圖案83b被去除，以平 面圖案形成有圓形狀的開口部。在該開口部，露出外延層82的上部的同心圓狀地形成有p ++ 型半導(dǎo)體區(qū)域84a~84c的區(qū)域的上面。
[0253] 接著，如圖30所示，以覆蓋外延層82的同心圓狀地形成有p++型半導(dǎo)體區(qū)域84a~ 84c的區(qū)域的方式形成例如Ti等金屬膜。然后，對(duì)半導(dǎo)體基板81以規(guī)定的溫度實(shí)施規(guī)定時(shí)間 的退火，形成表面?zhèn)鹊年枠O膜86。在圖30中，例示的是在外延層82的形成有p++型半導(dǎo)體區(qū)域 84a~84c的區(qū)域的上面層疊有陽極膜86的狀態(tài)。另外，在第三導(dǎo)入阻止圖案83c的內(nèi)緣側(cè)的 局部區(qū)域的上面，也層疊有陽極膜86,以構(gòu)成陽極膜86的周緣部的方式形成。第三導(dǎo)入阻止 圖案83c的內(nèi)側(cè)的圓形狀的外延層82的區(qū)域和陽極膜86的界面構(gòu)成肖特基界面，p ++型半導(dǎo) 體區(qū)域84a~84c和陽極膜86的界面進(jìn)行歐姆接觸。
[0254] 接著，如圖31所示，在肖特基界面上的陽極膜86的上面形成電極焊盤87。其后，在 構(gòu)成半導(dǎo)體元件的背面?zhèn)鹊呐c半導(dǎo)體基板81的外延層82相反側(cè)的表面上，形成例如Ni等金 屬膜，然后對(duì)半導(dǎo)體基板81實(shí)施規(guī)定的退火，形成背面?zhèn)鹊年帢O膜85。
[0255] 接著，在外延層82側(cè)的整個(gè)面上，使聚酰亞胺膜等堆積而形成鈍化膜88。另外，殘 存在外延層82的表面上的第三導(dǎo)入阻止圖案83c用作層間絕緣膜，但也可以通過利用CVD法 等而另外追加層疊 SiO2膜，而適當(dāng)形成必要的厚度，以作為層間絕緣膜。
[0256]接著，如圖32所示，通過光刻技術(shù)及蝕刻技術(shù)使電極焊盤87上的鈍化膜88的一部 分開口，其后，將半導(dǎo)體基板81切成多個(gè)芯片狀，經(jīng)由電極焊盤87進(jìn)行引線焊接，如果搭載 (安裝)于封裝盒，則第二變形例的半導(dǎo)體元件的制造工序結(jié)束。
[0257] 另外，為了改善外延層82和陽極膜86的肖特基結(jié)的特性及半導(dǎo)體基板81和陰極膜 85的歐姆接觸特性，在使陽極膜86的堆積后的退火溫度比陰極膜85低的情況下，如圖33所 示，先形成陰極膜85,然后再形成如圖30所示陽極膜86,以下也可以進(jìn)行利用圖31和圖32已 說明的工藝流程。此時(shí)，例如，可將陰極膜85的退火溫度設(shè)為900°C，將陽極膜86的退火溫度 設(shè)為500°C。
[0258] 作為第二變形例的實(shí)施例1，如圖34所示，例示的是以平面圖案計(jì)具有約200μπι左 右的圓形狀的肖特基界面的半導(dǎo)體元件。在該圓的內(nèi)側(cè)，以P++型半導(dǎo)體區(qū)域84a~84c的上 面和外延層82的一部分的上面分別形成4μπι左右的寬度而同心地顯示的方式選擇性地導(dǎo)入 有P型雜質(zhì)元素即Α1。即，實(shí)施例1的半導(dǎo)體元件是形成于外延層82的上部的平行于主面的 ρη結(jié)構(gòu)成所謂的結(jié)勢皇肖特基結(jié)構(gòu)(Junction Barrier Shottky結(jié)構(gòu)）的二極管。對(duì)該實(shí)施 例1的半導(dǎo)體元件的表面和背面附加電壓，測定表面和背面之間的縱向流動(dòng)的電流。
[0259] 另一方面，除p++型半導(dǎo)體區(qū)域84a~84c的激光摻雜以外，還同樣地進(jìn)行利用圖23 ~圖33已說明的工藝流程，如圖35所示，制造未形成有選擇性的p ++型半導(dǎo)體區(qū)域的圖案的 半導(dǎo)體元件作為比較例。即，比較例的半導(dǎo)體元件是通常的肖特基勢皇二極管（SBD)。關(guān)于 比較例的半導(dǎo)體元件，也與實(shí)施例1的半導(dǎo)體元件同樣，附加電壓，測定電流
[0260]如圖36中的實(shí)線軌跡所示，在附加有正電壓(正向偏置)時(shí)，實(shí)施例1的半導(dǎo)體元件 與虛線的軌跡所示的比較例同樣，通過2V以下的微小電壓的附加，流動(dòng)有同等程度的電流。 另外，可知當(dāng)附加負(fù)電壓(反向偏置)時(shí)，如圖37中的實(shí)線軌跡所示，與虛線軌跡所示的比較 例同樣，流動(dòng)的電流(泄漏電流)被抑制到很小，具備作為二極管的整流性。另一方面，例如， 在附加有-30V的電壓時(shí)，比較例的半導(dǎo)體元件的泄漏電流為IX HT8A左右，但實(shí)施例1的半 導(dǎo)體元件的泄漏電流被抑制到I X HT1t3A左右，與比較例的情況相比，約降低了兩位數(shù)。
[0261]這樣，第二變形例的半導(dǎo)體元件能夠顯著提高結(jié)勢皇肖特基結(jié)構(gòu)的特性。根據(jù)第 二變形例的半導(dǎo)體元件的制造方法，通過選擇性地以高濃度導(dǎo)入P型雜質(zhì)元素，且利用導(dǎo)入 的半導(dǎo)體區(qū)域和未導(dǎo)入的半導(dǎo)體區(qū)域描繪所期望的圖案，能夠?qū)崿F(xiàn)使用寬帶隙半導(dǎo)體的高 耐壓、低導(dǎo)通電阻且降低了泄漏電流的半導(dǎo)體元件。
[0262](第二實(shí)施方式）
[0263] 一雜質(zhì)導(dǎo)入裝置的結(jié)構(gòu)一
[0264]如圖38所示，本發(fā)明的第二實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ib具備導(dǎo)入處理裝置 50和運(yùn)算控制裝置30,該導(dǎo)入處理裝置50,在對(duì)象物2的表面設(shè)置含有雜質(zhì)元素的雜質(zhì)源膜 4,并且經(jīng)由雜質(zhì)源膜4向?qū)ο笪?照射激光6等能量密度大的光脈沖而導(dǎo)入雜質(zhì)元素;運(yùn)算 控制裝置30,能夠控制該導(dǎo)入處理裝置50的雜質(zhì)源膜4的膜厚等成膜條件及激光6的能量密 度或光脈沖相對(duì)于對(duì)象物2的相對(duì)的光照射位置等光照射條件。
[0265] 導(dǎo)入處理裝置50具備:可真空排氣的腔室51、設(shè)置于腔室51內(nèi)用于支承對(duì)象物2且 由含有絕緣材料的材料構(gòu)成的支承臺(tái)62、設(shè)置于支承臺(tái)62上的下部電極12。在腔室51內(nèi)，以 與下部電極12對(duì)向的方式配置有含有雜質(zhì)元素的靶54。在腔室51的上部的與對(duì)象物2對(duì)向 的位置，以保持在腔室上板53上的方式設(shè)有光學(xué)窗(觀察窗)51a，并且在腔室上板53及設(shè)置 于該腔室上板53的下方的靶54上分別形成有彼此同軸的貫通孔。
[0266] 在光學(xué)窗51a的上方設(shè)有具有光源34的光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33,從光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33貫通 光學(xué)窗51a、腔室上板53及靶54的各自的貫通孔而向?qū)ο笪?的上面照射激光6。另外，在導(dǎo) 入處理裝置50上，且支承臺(tái)62的內(nèi)部，埋入有加熱對(duì)象物2的加熱片等加熱裝置61。
[0267] 在導(dǎo)入處理裝置50上還設(shè)有:連接在下部電極12和靶54之間的電源15、與腔室51 連接且向腔室51內(nèi)導(dǎo)入稀有氣體的氣體導(dǎo)入閥16、與腔室11連接且將腔室11內(nèi)制成真空狀 態(tài)的真空栗17。電源15、氣體導(dǎo)入閥16及真空栗17都經(jīng)由膜厚控制部31與運(yùn)算控制裝置30 連接，與第一實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ia的情況同樣，控制各自的動(dòng)作。
[0268] 另外，光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33具有射出光脈沖的光源34,經(jīng)由光源控制部32與運(yùn)算控制 裝置30連接，與第一實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ia的情況同樣，控制動(dòng)作。在圖38中， 關(guān)于圖1所示的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ia的附帶有相同符號(hào)的部件，省略詳細(xì)的說明。
[0269] 在第二實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ib中，構(gòu)成為將圖1所示的成膜裝置10和 光照射裝置20-體化，在將對(duì)象物2維持在腔室51的內(nèi)側(cè)的狀態(tài)下，能夠在導(dǎo)入處理裝置50 的同一腔室51內(nèi)交替地連續(xù)進(jìn)行成膜處理和激光照射處理，這一點(diǎn)與第一實(shí)施方式所使用 的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ia不同，這是該雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ib的特征。另外，在第二實(shí)施方式所使用的雜 質(zhì)導(dǎo)入裝置Ib中，因?yàn)榭稍谡婵罩姓丈浼す?,所以可使用如10~200nm附近的包含在真空 紫外光的范圍內(nèi)的ArF準(zhǔn)分子激光（193nm)或F2激光（157nm)那樣的短波長的光脈沖。
[0270] 根據(jù)第二實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置lb，由于將成膜裝置10和光照射裝置20 一體化而進(jìn)行雜質(zhì)元素的來自固相的激光摻雜，因此在雜質(zhì)源膜4的成膜處理后，不需要將 對(duì)象物2搬運(yùn)到別的場所。另外，例如，也可以在照射了一個(gè)射程的激光6以后，在照射區(qū)域 上再次形成雜質(zhì)源膜4,如在與先行的射程相同的照射區(qū)域上進(jìn)一步照射一個(gè)射程的激光 6、…那樣，連續(xù)而交替地重復(fù)進(jìn)行光脈沖的照射處理和成膜處理，能夠進(jìn)一步加快雜質(zhì)元 素的導(dǎo)入速度而提高導(dǎo)入濃度。
[0271] 另外，根據(jù)第二實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置lb，能夠利用加熱裝置61調(diào)節(jié)搭 載有對(duì)象物2的下部電極12的溫度，在使對(duì)象物2升溫到一定的溫度的狀態(tài)下，照射光脈沖 進(jìn)行激光摻雜。通過使對(duì)象物2升溫的熱效應(yīng)，能夠促進(jìn)因雜質(zhì)元素的注入及擴(kuò)散而缺損的 4H-SiC的晶體的恢復(fù)。在雜質(zhì)元素為Al的情況下，對(duì)象物2的溫度優(yōu)選為室溫以上500°C左 右以下的狀態(tài)。在超過500°C的情況下，也要考慮對(duì)象物2的周邊的裝置的發(fā)熱量等，有時(shí)Al 會(huì)熔融而不能維持固相。另外，關(guān)于使用第二實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ib的雜質(zhì)導(dǎo) 入方法，因?yàn)榕c第一雜質(zhì)導(dǎo)入方法同樣，所以省略說明。另外，關(guān)于使用第二實(shí)施方式的雜 質(zhì)導(dǎo)入方法的半導(dǎo)體元件的制造方法，也同樣，所以省略說明。
[0272] (第二實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置的變形例）
[0273] 在第一實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法中，構(gòu)成為在照射激光6的光脈沖時(shí)，在大氣壓下 進(jìn)行照射。與此相對(duì)，也可以構(gòu)成為例如使用第二實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置lb，通過 腔室51中的氛圍氣含有氣相的雜質(zhì)元素，并且提高由與雜質(zhì)源膜4相同的雜質(zhì)元素構(gòu)成的 分子的分壓，來使摻雜時(shí)的腔室51內(nèi)的壓力比大氣壓高，而照射光脈沖。由此，能夠利用氛 圍氣所含的雜質(zhì)元素的分壓而促進(jìn)雜質(zhì)元素的導(dǎo)入。
[0274](第一及第二實(shí)施方式相關(guān)的其他事項(xiàng)）
[0275] 構(gòu)成利用上述的第一及第二實(shí)施方式進(jìn)行了說明的公開的一部分的論述及附圖 不應(yīng)當(dāng)理解為是限定本發(fā)明的。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可從該公開明確各種 各樣的替代實(shí)施方式、實(shí)施例及運(yùn)用技術(shù)。例如，只要能夠?qū)?duì)象物2的表面的缺陷狀態(tài)的 程度控制到一定的范圍內(nèi)，則光脈沖的照射次數(shù)不局限于1次，也可以構(gòu)成為照射2次、3次 等多次。
[0276] 通過雜質(zhì)元素多次吸收激光6的能量，能夠提高活性化率。特別是根據(jù)第二實(shí)施方 式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置lb，能夠有效地執(zhí)行這種連續(xù)的照射。但是，當(dāng)照射次數(shù)過多時(shí)， 會(huì)過于浪費(fèi)作業(yè)時(shí)間，半導(dǎo)體元件的生產(chǎn)率會(huì)下降，所以優(yōu)選最多保留在10次左右以內(nèi)，更 優(yōu)選為3次以內(nèi)。照射次數(shù)的控制只要經(jīng)由運(yùn)算控制裝置30而控制光照射裝置20的動(dòng)作即 可。
[0277] 另外，在第一及第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法中，以pn結(jié)二極管或 MOSFET為半導(dǎo)體元件的代表例進(jìn)行了說明，但作為半導(dǎo)體元件，不局限于二極管或M0SFET。 本發(fā)明可應(yīng)用于《^!^〖!^!'??！季чl管等各種半導(dǎo)體元件丨半導(dǎo)體裝置）。
[0278] 另外，本發(fā)明的雜質(zhì)導(dǎo)入方法、半導(dǎo)體元件的制造方法及半導(dǎo)體元件也可以將如 圖1~圖38所示的各自的實(shí)施方式的技術(shù)思想彼此組合而構(gòu)成。
[0279](第三實(shí)施方式）
[0280] <雜質(zhì)導(dǎo)入裝置>
[0281]如圖39的框圖中的左側(cè)所示，第三實(shí)施方式所使用的雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ic具備將氮化 物膜4c形成在由固體材料構(gòu)成的對(duì)象物2的表面上的成膜裝置10c。另外，如圖39中的右側(cè) 所示，雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ic具備光照射裝置20,該光照射裝置20具有:射出光脈沖的光源34、向 氮化物膜4c照射光脈沖的光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33、控制光源34的光源控制部32。另外，雜質(zhì)導(dǎo)入裝 置Ic具備可控制氮化物膜4c的膜厚等成膜條件及激光6的能量密度或光脈沖相對(duì)于對(duì)象物 2的相對(duì)的光照射位置等光照射條件的運(yùn)算控制裝置30c。雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ic將氮化物膜4c所 含的氮化物中的N導(dǎo)入對(duì)象物2的內(nèi)部。
[0282] 氮化物膜4c是構(gòu)成N相對(duì)于對(duì)象物2的雜質(zhì)導(dǎo)入源的雜質(zhì)源膜，可采用含有氮化物 的薄膜，例如，氮化硅(SixN y，以下簡稱為"SiN"）或氮化碳(CxNy)。下面，例示性地對(duì)使用SiN 膜的情況進(jìn)行說明。
[0283] 對(duì)象物2例示性地采用SiC基板，具體而言，利用期待作為功率半導(dǎo)體元件用的基 板材料的n+型4H-SiC基板進(jìn)行說明。如圖42所示，對(duì)象物2是在具有(0001)面（（000-1)面） 的半導(dǎo)體基板21上設(shè)有具有I X IO1Vcm3左右的濃度且具有ΙΟμπι左右的厚度的η型4H-SiC的 外延生長層（以下，稱為"外延層"）22c的兩層結(jié)構(gòu)。圖39中例示的對(duì)象物2以外延層22c側(cè)的 面為表面(上面），面向光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33側(cè)而配置。在對(duì)象物2的表面上，雖然省略了圖示，但 也可以設(shè)有用于位置對(duì)準(zhǔn)的基準(zhǔn)標(biāo)記。
[0284] 另外，對(duì)象物2的材料不局限于SiC，例如，即使是氧化鎵(Ga2O3)、金剛石等其他寬 帶隙半導(dǎo)體，也可應(yīng)用本發(fā)明。對(duì)象物2如果是N的擴(kuò)散系數(shù)極小的固體材料，則也不局限于 寬帶隙半導(dǎo)體，但優(yōu)選為N可作為施主型雜質(zhì)元素發(fā)揮功能的固體材料。
[0285] 成膜裝置IOc可采用例如濺射裝置、電子束蒸鍍裝置、等離子體CVD裝置等。如圖39 所示，第三實(shí)施方式的成膜裝置IOc例示的是電容耦合型等離子體CVD裝置的情況，該電容 耦合型等離子體CVD裝置具備:可真空排氣的腔室11、設(shè)置于腔室11內(nèi)且載置對(duì)象物2的下 部電極12、在上下方向上與該下部電極12隔開間隔而以相互平行地正對(duì)的方式設(shè)置的上部 電極13c〇
[0286] 作為電容耦合型等離子體CVD裝置，還在成膜裝置IOc上設(shè)有:連接在下部電極12 和上部電極13c之間的高頻電源15c、與腔室11連接且向腔室11內(nèi)導(dǎo)入用于成膜的原料氣體 的氣體導(dǎo)入閥16、與腔室11連接且將腔室11內(nèi)制成真空狀態(tài)的由旋轉(zhuǎn)栗、渦輪分子栗或低 溫栗等構(gòu)成的真空栗17。在高頻電源15c、氣體導(dǎo)入閥16及真空栗17上連接有控制要成膜的 氮化物膜4c的膜厚的膜厚控制部31。另外，膜厚控制部31能夠現(xiàn)場(in situ)監(jiān)控來自裝設(shè) 于成膜裝置IOc的省略圖示的膜厚計(jì)的信號(hào)而進(jìn)行反饋控制。高頻電源15c、氣體導(dǎo)入閥16 及真空栗17經(jīng)由膜厚控制部31與運(yùn)算控制裝置30c連接。
[0287] 成膜裝置IOc通過由高頻電源15c對(duì)下部電極12和上部電極13c之間附加的高頻電 壓，使導(dǎo)入到腔室11內(nèi)的原料氣體附著于對(duì)象物2的表面而成膜。成膜裝置IOc除由電容耦 合型等離子體CVD裝置構(gòu)成以外，也可以由電感耦合型等離子體CVD裝置、微波等離子體CVD 裝置、電子回旋共振型(ECR)等離子體CVD裝置等構(gòu)成。
[0288]光照射裝置20具備:支承對(duì)象物2的支承臺(tái)24c、經(jīng)由支承臺(tái)24c而搭載對(duì)象物2并 沿著在平行于對(duì)象物2的主面的面內(nèi)定義的X-Y方向自如地移動(dòng)的X-Y移動(dòng)載物臺(tái)23。光照 射裝置20經(jīng)由氮化物膜4c向?qū)ο笪?的平坦的上面掃描照射激光6的光脈沖。"光激勵(lì)效應(yīng)" 也包含熱能效應(yīng)。
[0289]如圖39所示，光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33與射出激光6等照射量(能量密度)大的光脈沖的光 源34設(shè)置為一體，在一定尺寸的照射區(qū)域內(nèi)向?qū)ο笪?的表面掃描照射光脈沖。在光束調(diào)節(jié) 系統(tǒng)33及光源34上連接有控制要照射的激光6的照射條件的光源控制部32,并且光源控制 部32與運(yùn)算控制裝置30c連接。
[0290] 作為能量密度大的光脈沖，優(yōu)選具有以經(jīng)由氮化物膜4c而產(chǎn)生充分的反應(yīng)能量的 方式能夠?qū)⒐饽苜x予雜質(zhì)元素及對(duì)象物2的晶格振動(dòng)的波長的激光6的脈沖。例如可使用： 具有 248nm(KrF)、193nm(ArF)、308nm(XeCl)、351nm(XeF)等振蕩波長的準(zhǔn)分子激光、或 266nm( YAG第四諧波）、355nm(YAG第三諧波）、532nm(YAG第二諧波)激光、或1.064μπι(YAG基 本波）、10.6μπι(二氧化碳(CO 2)氣體)激光等。另外，由于汞(Hg)燈或氙(Xe)燈等高輸出的連 續(xù)光即使用分光器或?yàn)V光片選擇波長也可得到能量密度大的光脈沖，因此不必局限于激 光。
[0291] 另外，如果以照射如準(zhǔn)分子激光那樣成為比氮化物膜4c及許多半導(dǎo)體材料的禁帶 寬度還大的能量的紫外線區(qū)域的波長的激光6的方式構(gòu)成，則能夠激發(fā)氮化物膜4c的構(gòu)成 元素及半導(dǎo)體材料的構(gòu)成元素的振動(dòng)能量，且能夠激發(fā)由紫外線區(qū)域的光能實(shí)現(xiàn)的光催化 作用等的表面反應(yīng)。因此，能夠激發(fā)成為雜質(zhì)元素的導(dǎo)入對(duì)象的固體材料的表面的晶格振 動(dòng)，容易進(jìn)行包含使雜質(zhì)元素向作為目的的固體材料的晶格間位置或替換位置等導(dǎo)入位置 移動(dòng)的表面迀移等在內(nèi)的表面反應(yīng)等。
[0292] 但是，因?yàn)楸華rF( = 193nm)激光等短的短波長即真空紫外光的范圍內(nèi)所含的短波 長的光會(huì)被大氣中的氧分子吸收而阻礙傳播，所以在大氣中的激光摻雜中，優(yōu)選為具有 190nm左右以上的波長的激光6。進(jìn)而，為了充分產(chǎn)生氮化物膜4c和4H-SiC的反應(yīng)能量，優(yōu)選 為具有380nm左右以下即YAG第三諧波（=355nm)級(jí)以下的波長的激光6 〇
[0293] 另外，光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33具備均省略了圖示的使所射出的激光6成形為規(guī)定形狀的 可變窄縫等成形裝置和使激光6聚光的透鏡等聚光裝置。成形后的激光6等光脈沖向?qū)ο笪?2的上面和氮化物膜4c的界面區(qū)域照射。要成形的激光6的形狀優(yōu)選使用長方形(矩形)狀， 但不局限于矩形，也可以為其他形狀。
[0294] 另外，雖然省略了圖示，但在控制光脈沖相對(duì)于對(duì)象物2的照射位置時(shí)，也可以根 據(jù)需要在光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33上另外設(shè)置:拍攝對(duì)象物2的基準(zhǔn)標(biāo)記的CCD照相機(jī)等拍攝裝置、 照射照明光的照明光發(fā)光裝置、使照明光反射及透射的反射鏡及對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)等。另外，在實(shí)施 后述的直接描繪(直接記錄)的情況下，也可以進(jìn)一步設(shè)置激光干涉儀等測距系統(tǒng)。另外，光 束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33在掃描激光6的情況下，如果需要，則也可以具備使成形后的激光6反射而導(dǎo) 入聚光裝置的反射鏡或棱鏡等其他光學(xué)系統(tǒng)。
[0295] X-Y移動(dòng)載物臺(tái)23從下方水平地支承支承臺(tái)24c，并且與省略圖示的移動(dòng)載物臺(tái)驅(qū) 動(dòng)裝置連接，構(gòu)成為通過由運(yùn)算控制裝置30c控制移動(dòng)載物臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置，而使支承臺(tái)24c沿 著水平的X-Y平面內(nèi)的X-Y方向分別自如地移動(dòng)，由此能夠使對(duì)象物2相對(duì)于光脈沖的照射 位置而自如地移動(dòng)。例如，通過使對(duì)象物2相對(duì)于光脈沖的照射位置的相對(duì)位置自如地移 動(dòng)，能夠利用直接描繪的手法對(duì)所期望的平面區(qū)域的范圍照射光脈沖，且能夠使添加有N的 區(qū)域選擇性地圖案化。進(jìn)而，通過在支承臺(tái)24c和X-Y移動(dòng)載物臺(tái)23之間設(shè)置使支承臺(tái)24c沿 著垂直于X-Y方向的Z方向移動(dòng)的Z移動(dòng)載物臺(tái)，能夠以可沿X-Y方向移動(dòng)還可沿Z方向移動(dòng) 的方式構(gòu)成支承臺(tái)24c而進(jìn)行焦點(diǎn)等的調(diào)節(jié)。
[0296]如圖40所示，運(yùn)算控制裝置30c具備照射次數(shù)算出電路301。另外，如圖39所示，在 運(yùn)算控制裝置30c上連接有輸入裝置41及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置42,運(yùn)算控制裝置30c構(gòu)成為可訪問 保存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置42的內(nèi)部的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置42,經(jīng)由輸入裝置41輸入有氮化物 膜4c的膜厚t f、光脈沖的能量密度F及一個(gè)脈沖(一個(gè)射程)的照射時(shí)間(脈沖寬度)τ。
[0297] 運(yùn)算控制裝置30c的照射次數(shù)算出電路301利用保存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置42的膜厚tf、 能量密度F及一個(gè)脈沖的照射時(shí)間τ，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，計(jì)算出光脈沖的照射次數(shù)η。照射次數(shù) 算出電路301可設(shè)定為按照在光脈沖照射后不在對(duì)象物2的表面殘留氮化物膜4c的程度計(jì) 算出照射次數(shù)η。另外，也可設(shè)定為按照在光脈沖照射后可在對(duì)象物2的表面殘存至少相當(dāng) 于一個(gè)原子層的膜厚程度的氮化物膜4c的方式計(jì)算出光脈沖的照射次數(shù)η。
[0298] 當(dāng)在光脈沖照射后不能在對(duì)象物2的表面殘存至少相對(duì)于一個(gè)原子層的膜厚程度 的氮化物膜4c時(shí)，氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域的構(gòu)成表面缺陷的凹凸的程度就會(huì)嚴(yán)重，在后工序中在對(duì)象 物2的表面設(shè)置電極而制造出半導(dǎo)體元件時(shí)，會(huì)招致正向的電流值下降、或反向偏置時(shí)的泄 漏電流增加，不能具備充分的特性。
[0299 ]氮化物膜4c的膜厚tf考慮光脈沖的每1次的照射時(shí)間τ及光脈沖的能量密度F而確 定。氮化物膜4c的膜厚tf優(yōu)選設(shè)定為IOnm左右以上、Ιμπι左右以下。在膜厚tf低于IOnm的情況 下，有時(shí)難以將N充分地導(dǎo)入、或相對(duì)于光脈沖的能量密度F的大小過薄而表面的凹凸的程 度變得嚴(yán)重。另外，在超過Iym的情況下，即使能夠?qū)導(dǎo)入，能量效率也會(huì)變差。另外，光脈 沖的能量密度F優(yōu)選設(shè)定為1.0J/cm 2左右以上、約6.0J/cm2左右以下。在能量密度F低于 1.0J/cm2的情況下，難以將N充分地導(dǎo)入。另外，在超過6. OJ/cm2的情況下，能量效率會(huì)變差， 并且氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域的表面的凹凸程度會(huì)變得嚴(yán)重。
[0300]另外，光脈沖的照射時(shí)間τ可在20ns~IOOns程度的范圍內(nèi)適當(dāng)設(shè)定，但優(yōu)選為例 如50ns左右。另外，要設(shè)定的光脈沖的照射次數(shù)η只要能夠殘存至少相當(dāng)于一個(gè)原子層的膜 厚程度的氮化物膜4c，則可選定任意的次數(shù)，但考慮半導(dǎo)體元件的批量生產(chǎn)性，優(yōu)選為1次 以上100次以內(nèi)的范圍內(nèi)。
[0301] 這樣，通過考慮氮化物膜4c的膜厚tf、激光6的能量密度F及一個(gè)脈沖的照射時(shí)間τ 而設(shè)定光脈沖的照射次數(shù)η，不會(huì)在對(duì)象物2的表面過剩地形成凹凸，并且即使產(chǎn)生表面缺 陷，也能夠?qū)崿F(xiàn)所期望的I-V特性等，能夠?qū)纪沟某潭缺Ａ粼谌菰S范圍內(nèi)。
[0302] 運(yùn)算控制裝置30c計(jì)算出的照射次數(shù)η的數(shù)據(jù)與輸入到運(yùn)算控制裝置30c的能量密 度F及照射時(shí)間τ的數(shù)據(jù)一同輸入到光源控制部32。另外，輸入到運(yùn)算控制裝置30c的膜厚t f 的數(shù)據(jù)向膜厚控制部31輸入。另外，也可以構(gòu)成為通過在運(yùn)算控制裝置30c上連接有省略圖 示的顯示裝置，來顯示膜厚tf、能量密度F、照射時(shí)間τ及照射次數(shù)η的數(shù)據(jù)等。
[0303]膜厚控制部31控制成膜裝置IOc的高頻電源15c的電壓、氣體導(dǎo)入閥16及真空栗17 的動(dòng)作，以使其在對(duì)象物2上以所輸入的膜厚tf形成氮化物膜4c。光源控制部32控制光束調(diào) 節(jié)系統(tǒng)33及光源34的動(dòng)作，以使其以所輸入的能量密度F、照射時(shí)間τ及計(jì)算出的照射次數(shù)η 進(jìn)行光脈沖的掃描照射，。
[0304] <雜質(zhì)導(dǎo)入方法>
[0305]接著，如圖42所示，就使用在η+型半導(dǎo)體基板21的上面?zhèn)刃纬捎笑切屯庋訉?2c的 對(duì)象物2的情況而言參照?qǐng)D41的流程圖及圖42~圖46對(duì)第三實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法進(jìn)行 說明。圖42的對(duì)象物2的結(jié)構(gòu)只是一種例示，例如，也可以為在P +型半導(dǎo)體基板的上面?zhèn)刃?成有η型外延層的結(jié)構(gòu)，也可以為在n+型半導(dǎo)體基板的上面?zhèn)刃纬捎衟型外延層的結(jié)構(gòu)?；?者，也可以使用無外延層的整體的半導(dǎo)體基板。
[0306] (a)首先，在圖41的步驟Sll中，如圖39中的成膜裝置IOc的內(nèi)部的雙點(diǎn)劃線所示， 將所準(zhǔn)備的對(duì)象物2以使外延層22c側(cè)的表面面向上部電極13c側(cè)的方式載置固定在下部電 極12上。
[0307] (b)接著，在步驟S12中，經(jīng)由輸入裝置41，將氮化物膜的膜厚tf、光脈沖的能量密 度F及照射時(shí)間τ輸入，而保存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置42。另外，也可以在步驟Sll之前實(shí)施步驟 S12〇
[0308] (c)接著，在步驟S13中，雜質(zhì)導(dǎo)入裝置Ic的運(yùn)算控制裝置30c從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置42讀 出氮化物膜的膜厚t f、光脈沖的能量密度F及照射時(shí)間τ，計(jì)算出照射次數(shù)η。然后，將計(jì)算出 的照射次數(shù)η、光脈沖的能量密度F及照射時(shí)間τ分別輸出到光照射裝置20的光源控制部32。 另外，將膜厚t f輸出到成膜裝置IOc的膜厚控制部31。
[0309] (d)接著，在步驟S14中，成膜裝置IOc的膜厚控制部31控制高頻電源15c、氣體導(dǎo)入 閥16及真空栗17各自的動(dòng)作，如圖43所示，在對(duì)象物2的外延層22c的上面，以所設(shè)定的膜厚 tf形成SiN膜等氮化物膜4c的薄膜。
[0310] (e)接著，將形成有氮化物膜4c的對(duì)象物2從成膜裝置IOc中取出，并向光照射裝置 20搬運(yùn)，以使氮化物膜4c的上面面向光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33側(cè)的方式載置固定在支承臺(tái)24c上。光 照射裝置20配置在室溫狀態(tài)的大氣的氣氛中。另外，載置于光照射裝置20的對(duì)象物2的溫度 可在室溫以上600 °C左右以下的范圍內(nèi)適當(dāng)設(shè)定。然后，使光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33沿X方向及Y方向 移動(dòng)規(guī)定量，以使相對(duì)于對(duì)象物2的外延層22c摻雜雜質(zhì)元素即N的最初的照射目標(biāo)位置相 應(yīng)的基準(zhǔn)標(biāo)記的位置與激光6的光軸重合。
[0311] (f)接著，在步驟S15中，光照射裝置20的光源控制部32控制光束調(diào)節(jié)系統(tǒng)33及光 源34的動(dòng)作，以使其以所輸入的能量密度F、照射時(shí)間τ、照射次數(shù)η照射激光6。然后，如圖44 所示，經(jīng)由氮化物膜4c向?qū)ο笪?的外延層22c的上面照射激光6的光脈沖。
[0312] 在照射有光脈沖的氮化物膜4c的照射區(qū)域S內(nèi)，通過激光6的能量，作為摻雜元素 的N飛躍地活性化而氮化物膜4c熔融，在氮化物膜4c和外延層22c的界面上，N向外延層22c 的內(nèi)部導(dǎo)入到超過固溶濃度的水平。另外，隨著激光摻雜的行進(jìn)，氮化物膜4c的膜厚tf減 小。此時(shí)，在照射次數(shù)η為多次而向同一照射區(qū)域S重復(fù)照射光脈沖的情況下，隨著照射次數(shù) η的增加，氮化物膜4c變薄。另一方面，在照射區(qū)域S的周邊，產(chǎn)生SiN的熔融流動(dòng)區(qū)域。
[0313] 而且，在光脈沖的η次照射后，如圖45所示，在與照射區(qū)域S對(duì)應(yīng)的外延層22c的上 部，形成氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域2c。另外，在氮化物膜4c的照射區(qū)域S和非照射區(qū)域之間形成臺(tái)階。另 外，在照射區(qū)域S和非照射區(qū)域的邊界附近的區(qū)域的局部，通過熔融流動(dòng)，SiN的一部分隆起 而堆積。另外，在圖45中，例示的是通過先行進(jìn)行的步驟S12及步驟S13的處理，以降低對(duì)象 物2的構(gòu)成表面缺陷的凹凸的形成的方式在氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域2c的上面以一定的厚度堆積殘留有 氮化物膜4c的一部分的情況。
[0314] (g)接著，在氮化物膜4c為SiN膜的情況下，在步驟S16中，使用熱磷酸(H 3PO4)等，如 圖46所示，去除殘留在外延層22c的表面上的氮化物膜4c。因?yàn)闅埩舻牡锬?c保護(hù)氮導(dǎo) 入?yún)^(qū)域2c的上面，所以氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域2c可抑制上面的粗面化，平坦地形成。由上述(a)~(g)的 工序構(gòu)成第三實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法。
[0315] 【實(shí)施例2】
[0316] 接著，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例2進(jìn)行說明。在實(shí)施例2中，準(zhǔn)備如圖42所示的具有外延層 22c的對(duì)象物2,利用成膜裝置10c，如圖43所示，在半導(dǎo)體基板21的上側(cè)的外延層22c的表 面，以厚度tf =約IOOnm形成氮化物膜4cSiNx〇
[0317] 接著，如圖44和圖45所示，利用設(shè)置于大氣中的光照射裝置20,以能量密度F = 4. OJ/cm2左右、照射時(shí)間τ = 50ns對(duì)氮化物膜4c照射光脈沖，將N摻雜于外延層22c。作為激 光6,使用248nm(KrF)準(zhǔn)分子激光，以照射區(qū)域S按平面圖案計(jì)成為約300μπι見方的正方形狀 的方式成形光束。激光摻雜按照將照射次數(shù)η設(shè)為1次、2次、3次、5次及10次這5種圖案而進(jìn) 行，利用各圖案，進(jìn)行a列、b列及c列共計(jì)3列的圖案化。圖47~圖49例示性地表示由5種圖案 中的n = l、3、10這3種圖案得到的照射區(qū)域S的表面的臺(tái)階的輪廓線。
[0318] 在照射次數(shù)η = 1的情況下，如圖47的曲線圖所示，臺(tái)階的最大深度為IOOnm左右。 另外，在照射次數(shù)η = 3的情況下，如圖48的曲線圖所示，臺(tái)階的最大深度為150nm~200nm程 度。另外，在照射次數(shù)η= 10的情況下，如圖49的曲線圖所示，臺(tái)階的最大深度為200nm~ 250nm程度。即，可知照射次數(shù)η增加的同時(shí)，臺(tái)階也增大。另外，在圖47~圖49中，縱軸的"0" 的位置相當(dāng)于在光脈沖照射前已成膜的氮化物膜4c的上面的高度。
[0319]接著，如圖46所示，去除殘留在外延層22c的上面的氮化物膜4c。如圖50的曲線圖 所示，在照射次數(shù)n=l、2、3及5這四種圖案的情況下，照射區(qū)域S的外延層22c的上面的高度 大致沒有變化，或者帶有若干隆起，大致為平坦。另一方面，在照射次數(shù)n=10的情況下，在 照射區(qū)域S內(nèi)，大致全無氮化物膜4c，進(jìn)而，氮化物膜4c的下側(cè)的氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域2c的上部被部 分地蝕刻IOOnm以上。在照射次數(shù)n=10的情況下，可知在氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域2c的表面形成有顯著 的凹凸。另外，在圖50中，縱軸的"0"的位置相當(dāng)于外延層22c的上面即氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域2c的上面 的高度。
[0320]在實(shí)施例2的情況下，如圖51的曲線圖所示，在外延層22c的最表面，能夠?qū)導(dǎo)入 到大大地超過4H-SiC的固溶濃度即IX 102Qcnf3以下程度的濃度IX IO21Cnf3左右以上。另外， 在外延層22c的內(nèi)部，能夠?qū)導(dǎo)入到深度50nm附近位置。另外，圖51表示的是照射次數(shù)η = 10時(shí)的氮濃度的輪廓線。
[0321]接著，如圖52的剖面圖所示，彼此隔開間隔地使兩個(gè)探針58a、58c與氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域2c 的表面接觸，在探針58a、58c間測定電阻。圖53的曲線圖例示性地表示在使照射次數(shù)η變化 為5種圖案而形成的氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域2c中的η=1、3、5、10這四種圖案的情況下得到的I-V特性。 另外，圖54的曲線圖表示的是在探針58a、58c間附加有2V的電壓時(shí)的5種圖案的情況下分別 得到的電阻值。
[0322]在照射次數(shù)n=l的情況下，如圖53中的虛線所示，即使使電壓變化，電流也幾乎不 流動(dòng)。另外，如圖54所示，附加有2V的電壓時(shí)的a列~c列這三個(gè)電阻值成為6 X IO8~5 X IOiq Ω程度的范圍內(nèi)，顯示比較高的值。
[0323]另一方面，在照射次數(shù)n = 3、5、10的情況下，如圖53所示，當(dāng)使電壓變化時(shí)，就顯示 與電壓成正比的電流流動(dòng)的歐姆性。另外，如圖54所示，在照射次數(shù)n = 2、3、5、10為四種圖 案的情況下，附加有2V的電壓時(shí)的各自的三個(gè)電阻值均為IO3 Ω水平。由圖53及圖54可知， 在實(shí)施例2的激光摻雜條件下，在照射次數(shù)η為2次以上的情況下，氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域2c具有有效的 I-V特性。
[0324] 【實(shí)施例3】
[0325] 接著，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例3進(jìn)行說明。實(shí)施例3與實(shí)施例2同樣，是以氮化物膜4c為 SiNx膜的情況，但使光脈沖的能量密度F減小到成為實(shí)施例2的情況的約4分之1的l.OJ/cm2 程度，并且其他激光摻雜條件與實(shí)施例2的情況同樣。另外，照射次數(shù)η與實(shí)施例2的情況同 樣，設(shè)為1次、2次、3次、5次及10次這5種圖案，利用各圖案，進(jìn)行a列、b列及c列共計(jì)3列的圖 案化。
[0326]在照射次數(shù)n = 1的情況下，如圖55的曲線圖所示，平均臺(tái)階的最大深度為20~ 30nm程度，與圖47所示的實(shí)施例2的對(duì)應(yīng)的激光摻雜條件的情況相比，臺(tái)階的深度縮短至5 分之1~4分之1程度。另外，在照射次數(shù)n = 2的情況下，如圖56的曲線圖所示，臺(tái)階的最大深 度為30~70nm程度。
[0327]另外，在照射次數(shù)n = 3的情況下，如圖57的曲線圖所示，臺(tái)階的最大深度為70nm左 右，與圖48所示的實(shí)施例2的對(duì)應(yīng)的激光摻雜條件的情況相比，臺(tái)階的深度縮短至3分之1~ 一半程度。另外，在照射次數(shù)n = 5的情況下，如圖58的曲線圖所示，臺(tái)階的最大深度為70~ IOOnm程度。
[0328] 另外，在照射次數(shù)n = 10的情況下，如圖59的曲線圖所示，為80~IOOnm程度，與圖 49所示的實(shí)施例2的對(duì)應(yīng)的激光摻雜條件的情況相比，臺(tái)階的深度縮短至3分之1~一半程 度。
[0329] 另外，與實(shí)施例2的情況同樣，圖60的曲線圖例示性地表示在使照射次數(shù)η變化為5 種圖案而形成的氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域2c中的η=1、3、5、10這4種圖案的情況下得到的I-V特性。另外， 圖61的曲線圖表示的是利用圖52所示的方法而在5種圖案的情況下分別得到的電阻值。
[0330 ]在圖6 0中，虛線例示的照射次數(shù)η = 1時(shí)的軌跡、點(diǎn)劃線例示的照射次數(shù)η = 3時(shí)的 軌跡及雙點(diǎn)劃線例示的照射次數(shù)η = 5時(shí)的軌跡均大致重合顯示在同一直線上。如圖60所 示，在照射次數(shù)η=1、3、5的情況下，都即使使電壓變化，電流也幾乎不流動(dòng)。另外，如圖61所 示，在照射次數(shù)η= 1、2、3、5的情況下，附加有2V的電壓時(shí)的a列~c列這三個(gè)電阻值大致成 為I X IO8~I X IO11 Ω程度的范圍內(nèi)，顯示比較高的值。
[0331] 另一方面，在照射次數(shù)n=10的情況下，如圖60所示，當(dāng)使電壓變化時(shí)，就具有歐姆 性，且流動(dòng)有大電流。另外，如圖61所示，附加有2 V的電壓時(shí)的各自的三個(gè)電阻值均為I X IO2 Ω左右程度，均比照射次數(shù)n = 1、2、3、5這四種圖案格外低。由圖60及圖61可知，在減小 光脈沖的能量密度F的情況下，通過調(diào)節(jié)照射次數(shù)η使其增大，能夠以氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域2c具備有 效的I-V特性的方式控制。
[0332] 另外，除實(shí)施例2和實(shí)施例3以外，還可以使光脈沖的能量密度F大至6 . OJ/cm2左 右，比實(shí)施例2和實(shí)施例3的情況都大，并且其他激光摻雜條件與實(shí)施例2及實(shí)施例3的情況 同樣。在這種情況下，與實(shí)施例2及實(shí)施例3的情況同樣，照射次數(shù)η越大，氮化物膜4c的臺(tái)階 越寬，蝕刻氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域2c時(shí)的蝕刻深度也變大。
[0333]根據(jù)第三實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，在室溫、大氣壓下，考慮氮化物膜4c的膜厚tf 和光脈沖的能量密度F及照射時(shí)間τ，設(shè)定光脈沖的照射次數(shù)n，然后將光脈沖照射到氮化物 膜4c，由此來促進(jìn)4H-SiC向外延層22c的表面的N的導(dǎo)入。因而，通過將作為對(duì)象物2的4H-SiC的外延層22c的表面的氮的濃度導(dǎo)入到IO 21Cnf3水平以上這種大大超過N的通常的固溶 濃度（IX IO2t3CnT3以下程度）的高濃度的水平。另外，容易將N導(dǎo)入到距外延層22c的表面 50nm左右的深度位置。
[0334] 另外，例如，在使SiC的半導(dǎo)體基板浸漬在高濃度的氨水溶液中，且經(jīng)由該氨水溶 液照射激光的光脈沖而摻雜N的方法的情況下，不僅目的N原子，而且氨水溶液所含的氧(0) 及氫(H)也會(huì)進(jìn)入SiC的晶體中，具有結(jié)晶性變差之類的問題。在這一點(diǎn)上，根據(jù)第三實(shí)施方 式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，因?yàn)椴皇鞘褂冒彼芤?，而是使用固體的氮化物膜4c，所以不會(huì)出現(xiàn)如 產(chǎn)生半導(dǎo)體特性變差那樣的大量的0或H進(jìn)入SiC的晶體中的情況。另外，通過在大氣壓的氮 氣氛下進(jìn)行照射，能夠進(jìn)一步抑制〇或H的進(jìn)入。另外，在如第三實(shí)施方式那樣以SiC為對(duì)象 物的雜質(zhì)導(dǎo)入方法中，因?yàn)槭褂肧i和N的化合物即SiNx作為氮化物，所以與SiC的協(xié)調(diào)性良 好，即使SiNx進(jìn)行燒蝕而Si堆積于4H-SiC的表面，也能夠減小對(duì)于元件來說作為不必要的 物質(zhì)發(fā)揮作用的可能性。
[0335] 另外，根據(jù)第三實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，由于進(jìn)行激光摻雜的狀態(tài)為室溫~600 °C程度的范圍內(nèi)，因此不需要進(jìn)行以往那種高達(dá)1600~1800°C程度的極高溫的退火。因此， 不會(huì)出現(xiàn)熱歷程造成的應(yīng)力變形等，能夠容易進(jìn)行N的摻雜作業(yè)。
[0336]另外，目前在4H_SiC的對(duì)象物2上設(shè)置雜質(zhì)元素作為固相導(dǎo)入源而照射激光6進(jìn)行 激光摻雜時(shí)，有時(shí)在約6.7 X KT5Pa的低壓狀態(tài)下進(jìn)行。根據(jù)第三實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法， 即使在大氣壓下也能夠?qū)⒌鳛殡s質(zhì)元素而導(dǎo)入。因而，沒有用于設(shè)為低壓狀態(tài)的設(shè)備負(fù) 擔(dān)或作業(yè)負(fù)擔(dān)，能夠比以往更容易且迅速地進(jìn)行激光摻雜。
[0337] <半導(dǎo)體元件的制造方法>
[0338]接著，參照第三實(shí)施方式的雜質(zhì)導(dǎo)入方法所使用的圖42~圖46對(duì)第三實(shí)施方式的 半導(dǎo)體元件的制造方法進(jìn)行說明。
[0339] (h)首先，如圖62的剖面圖所示，準(zhǔn)備形成有最終成為η型漂移層的半導(dǎo)體基板 52sub的中間生成物2作為對(duì)象物。
[0340]在該中間生成物2的半導(dǎo)體基板52SUB的圖62中的上側(cè)的表面的內(nèi)部，選擇性地設(shè) 有多個(gè)K型阱區(qū)53a、53b，并且在該多個(gè)p_型阱區(qū)53a、53b的各自的內(nèi)部設(shè)有源區(qū)54a、54b。 另外，在阱區(qū)53a、53b的表面，經(jīng)由柵極絕緣膜55設(shè)有柵極56。另外，在柵極56上設(shè)有層間絕 緣膜57，并且在層間絕緣膜57上，以使阱區(qū)53a、53b和源區(qū)54a、54b短路的方式設(shè)有源極膜 58。另外，在源極膜58上形成有二氧化硅膜(SiO 2膜)或聚酰亞胺膜等鈍化膜51c。即，在圖62 所示的中間生成物2的表面，形成有MOS柵極結(jié)構(gòu)。
[0341] (i)然后，使用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)等手法，進(jìn)行厚度調(diào)節(jié)，直到半導(dǎo)體基板52SUB達(dá) 到所期望的厚度tdrift為止。作為所期望的厚度tdrift，例如可選定ΙΟμπι~60μηι程度的厚度。 達(dá)到了所期望的厚度tdrift的半導(dǎo)體基板52SUB的剩余部分作為半導(dǎo)體元件的漂移層52發(fā)揮 功能。漂移層52相當(dāng)于本發(fā)明的第一 η型半導(dǎo)體區(qū)域。
[0342] (j)接著，如圖63的剖面圖所示，將半導(dǎo)體元件的上下翻轉(zhuǎn)而以與MOS柵極結(jié)構(gòu)相 反側(cè)的漂移層52的背面成為上面的方式配置在圖39所示的成膜裝置IOc的腔室11的內(nèi)部。 然后，與圖5所示的同樣，利用等離子體CVD等低溫成膜技術(shù)，在漂移層52的背面以一定的厚 度tf形成氮化物膜4c。
[0343] (k)接著，如圖64的剖面圖所示，與圖6所示的同樣，經(jīng)由氮化物膜4c向漂移層52的 背面照射激光6的光脈沖。這時(shí)，向漂移層52的背面整個(gè)面掃描照射激光6,以超過漂移層52 的固溶濃度的高濃度將N導(dǎo)入漂移層52的下部(在圖64中，表述為"上部"）。掃描可通過如圖 39中的X-Y移動(dòng)載物臺(tái)23的內(nèi)部的雙向箭頭所示的X-Y移動(dòng)載物臺(tái)23的移動(dòng)、或光束調(diào)節(jié)系 統(tǒng)33側(cè)的移動(dòng)而進(jìn)行。
[0344]此時(shí)，在要照射的光脈沖的能量密度F比較大的情況下，如圖53及圖54所示，即使 照射次數(shù)η抑制到3次或5次等較少的次數(shù)，也能夠形成具有優(yōu)異的I-V特性的氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域。 通過抑制向漂移層52的背面照射的光脈沖的照射次數(shù)η，能夠縮短半導(dǎo)體元件的制造工藝 流程，并且能夠抑制氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域的表面的蝕刻量的增加。
[0345] (1)接著，與圖46所示的同樣，去除殘留在漂移層52的背面上的氮化物膜4c，如圖 65的剖面圖所示，在漂移層52的下部且在MOS柵極結(jié)構(gòu)相反側(cè)的整個(gè)面上形成摻雜有N到超 過固溶濃度的水平的n++型氮導(dǎo)入?yún)^(qū)域作為漏區(qū)52a。漏區(qū)52a相當(dāng)于本發(fā)明的第二η型半導(dǎo) 體區(qū)域。
[0346] (m)接著，如圖66的剖面圖所示，在漏區(qū)52a上形成例如由Ni等構(gòu)成的漏極膜59。如 利用圖51~圖61所述，以高濃度導(dǎo)入有氮的漏區(qū)52a和漏極膜59進(jìn)行良好的歐姆接觸，在第 二η型半導(dǎo)體區(qū)域，形成含有歐姆接觸結(jié)構(gòu)的元件結(jié)構(gòu)。由上述工序(h)~(m)構(gòu)成第三實(shí)施 方式的半導(dǎo)體元件的制造方法。
[0347] 根據(jù)第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法，在室溫、大氣壓下，考慮氮化物膜4c 的膜厚tf和光脈沖的能量密度F及照射時(shí)間τ，設(shè)定光脈沖的照射次數(shù)n，然后將光脈沖照射 到氮化物膜4c，由此能夠?qū)?H_SiC的半導(dǎo)體基板的表面的氮以IO 21Cnf3水平以上這種大大 超過N的通常的固溶濃度（IX ΙΟ'πΓ3以下）的高濃度導(dǎo)入，能夠制造具有歐姆電阻低且接 觸性優(yōu)異的半導(dǎo)體區(qū)域的半導(dǎo)體元件50c。
[0348] 另外，目前，事先準(zhǔn)備設(shè)置于半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)鹊穆﹨^(qū)具有例如比較厚的厚度 的半導(dǎo)體基板，在該半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)刃纬蒑OS柵極結(jié)構(gòu)等，然后，利用CMP等，將半導(dǎo)體 基板的背面削薄。而且，其后將η型雜質(zhì)導(dǎo)入，因?yàn)樾枰獙?shí)施高溫退火等處理，所以具有產(chǎn)生 半導(dǎo)體基板的翹曲、裂紋等破損的問題。但是，根據(jù)第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方 法，由于不需要高溫退火，因此可將形成有表面結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體基板削薄至例如t drift=l〇Mi ~60μπι程度的極薄的水平以后，再形成高濃度的漏區(qū)52a。因而，能夠降低半導(dǎo)體元件的制 造負(fù)擔(dān)而使工藝流程高效化，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高速動(dòng)作、低損失的半導(dǎo)體元件。
[0349] (其他實(shí)施方式）
[0350] 本發(fā)明利用上述公開的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但構(gòu)成該公開的一部分的論述及附 圖不應(yīng)當(dāng)理解為是限定本發(fā)明的。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可從該公開明確各 種各樣的替代實(shí)施方式、實(shí)施例及運(yùn)用技術(shù)。例如，在第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方 法中，以氮化物膜4c的膜厚t f、光脈沖的能量密度F及照射時(shí)間τ為輸入數(shù)據(jù)，運(yùn)算控制裝置 30c執(zhí)行確定光脈沖的照射次數(shù)η的運(yùn)算處理，但也可以構(gòu)成為操作者進(jìn)行光脈沖的照射次 數(shù)η的確定。
[0351] 另外，在第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的制造方法中，以MOSFET為例進(jìn)行了說明，但 作為半導(dǎo)體元件，不局限于M0SFET。本發(fā)明包含二極管是不容置疑的，當(dāng)然也可應(yīng)用在 1681\511'、61'0、51晶閘管等各種半導(dǎo)體元件(半導(dǎo)體裝置）的1 1型半導(dǎo)體區(qū)域中。如上所述， 本發(fā)明包含未在上述中記載的各種實(shí)施方式等，并且本發(fā)明的技術(shù)范圍從上述的說明中僅 通過妥當(dāng)?shù)臋?quán)利要求書的發(fā)明特定事項(xiàng)而定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于，包括： 以考慮到光脈沖的每1次的照射時(shí)間和所述光脈沖的能量密度而確定的膜厚，在由固 體材料構(gòu)成的對(duì)象物的表面上堆積含有雜質(zhì)元素的雜質(zhì)源膜的步驟;和 以所述照射時(shí)間和所述能量密度向所述雜質(zhì)源膜照射所述光脈沖，以超過熱力學(xué)平衡 濃度的濃度向所述對(duì)象物導(dǎo)入所述雜質(zhì)元素的步驟。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于： 所述雜質(zhì)源膜的膜厚是進(jìn)一步考慮到因所述光脈沖的照射而在所述對(duì)象物的表面生 成的凹陷部的分布狀態(tài)或深度來確定的。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于： 所述能量密度為3.3 J/cm2以上6.0 J/cm2以下。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于： 所述光脈沖的波長為190nm以上。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于： 照射所述光脈沖的處理是使所述對(duì)象物為室溫以上500°C以下的狀態(tài)來進(jìn)行的。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于： 所述雜質(zhì)元素為鋁。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于： 在將所述能量密度設(shè)為F(J/cm2)時(shí)，所述膜厚是在240nm以上且（4.4X103 · In(F)-5350)nm以下的范圍內(nèi)確定的。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于： 所述堆積雜質(zhì)源膜的步驟是使用氮化物膜作為所述雜質(zhì)源膜來進(jìn)行的， 在所述導(dǎo)入雜質(zhì)元素的步驟中導(dǎo)入氮化物中的氮。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于： 所述照射光脈沖的步驟包括： 考慮所述氮化物膜的膜厚、所述光脈沖的能量密度和所述光脈沖的每1次的照射時(shí)間 來確定所述光脈沖的照射次數(shù)的階段;和 以所述能量密度、所述照射時(shí)間和所述照射次數(shù)向所述氮化物膜照射所述光脈沖的階 段。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于： 所述氮化物膜為氮化硅膜。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于： 所述氮化物膜的膜厚為IOnm以上Ιμπι以下。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于： 所述能量密度為I. 〇J/cm2以上6.0J/cm2以下。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于： 所述光脈沖的波長為190nm以上380nm以下。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于： 以對(duì)一個(gè)照射區(qū)域照射1次以上10次以內(nèi)的照射次數(shù)進(jìn)行所述光脈沖的照射。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于： 通過一邊使所述對(duì)象物相對(duì)于所述光脈沖的照射位置在X-Y平面內(nèi)相對(duì)移動(dòng)一邊進(jìn)行 所述光脈沖的照射的掃描照射，直接描繪對(duì)所期望的平面區(qū)域的范圍導(dǎo)入了所述氮的平面 圖案。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的雜質(zhì)導(dǎo)入方法，其特征在于： 使所述對(duì)象物的溫度為室溫以上且600°C以下來進(jìn)行照射所述光脈沖的步驟。17. -種半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于，包括： 準(zhǔn)備具有第一半導(dǎo)體區(qū)域的中間生成物的工序； 以考慮到光脈沖的每1次的照射時(shí)間和所述光脈沖的能量密度而確定的膜厚，在所述 第一半導(dǎo)體區(qū)域的表面上堆積含有雜質(zhì)元素的雜質(zhì)源膜的工序;和 通過以所述照射時(shí)間和所述能量密度向所述雜質(zhì)源膜照射所述光脈沖而以超過熱力 學(xué)平衡濃度的濃度向所述第一半導(dǎo)體區(qū)域?qū)胨鲭s質(zhì)元素，形成第二半導(dǎo)體區(qū)域的工 序。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于： 所述第一半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)榈谝粚?dǎo)電型， 所述堆積雜質(zhì)源膜的工序是使用呈第二導(dǎo)電型的所述雜質(zhì)元素來進(jìn)行的， 所述形成第二半導(dǎo)體區(qū)域的工序是利用所述雜質(zhì)元素使所述第二半導(dǎo)體區(qū)域形成為 第二導(dǎo)電型來進(jìn)行的， 在所述中間生成物形成含有由所述第一半導(dǎo)體區(qū)域和所述第二半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的pn 結(jié)的元件結(jié)構(gòu)。19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于： 所述堆積雜質(zhì)源膜的工序是使用與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域呈相同導(dǎo)電型的所述雜質(zhì)元 素來進(jìn)行的， 在所述形成第二半導(dǎo)體區(qū)域的工序中，利用所述雜質(zhì)元素使所述第二半導(dǎo)體區(qū)域作為 比所述第一半導(dǎo)體區(qū)域更高濃度的接觸區(qū)域而形成為與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域相同的導(dǎo)電 型， 還包括在所述接觸區(qū)域形成進(jìn)行歐姆接觸的電極膜的工序， 在所述中間生成物形成含有歐姆接觸結(jié)構(gòu)的元件結(jié)構(gòu)。20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于： 所述第一半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)榈谝粚?dǎo)電型， 還包括在所述第一半導(dǎo)體區(qū)域上形成具有雜質(zhì)導(dǎo)入用窗部的雜質(zhì)導(dǎo)入掩模的工序， 在所述堆積雜質(zhì)源膜的工序中，在局部介置所述雜質(zhì)導(dǎo)入掩模，以所述膜厚在所述第 一半導(dǎo)體區(qū)域的表面上堆積含有呈第二導(dǎo)電型的所述雜質(zhì)元素的所述雜質(zhì)源膜， 在所述形成第二半導(dǎo)體區(qū)域的工序中，向所述雜質(zhì)源膜照射所述光脈沖，在所述窗部 的正下方的所述第一半導(dǎo)體區(qū)域選擇性地形成第二導(dǎo)電型的所述第二半導(dǎo)體區(qū)域的圖案。21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于： 所述雜質(zhì)導(dǎo)入掩模為氧化硅膜。22. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于， 所述第一半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)棣切停? 所述堆積雜質(zhì)源膜的工序是使用氮化物膜作為所述雜質(zhì)源膜來進(jìn)行的， 在所述形成第二半導(dǎo)體區(qū)域的工序中，向所述氮化物膜照射所述光脈沖，將氮化物中 的氮作為所述雜質(zhì)元素導(dǎo)入所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的內(nèi)部，使第二半導(dǎo)體區(qū)域形成為η型， 還包括形成與所述第二半導(dǎo)體區(qū)域接觸的歐姆接觸電極膜的工序。23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于： 所述形成第二半導(dǎo)體區(qū)域的工序包括： 考慮所述氮化物膜的膜厚、所述光脈沖的能量密度和所述光脈沖的每1次的照射時(shí)間 來確定所述光脈沖的照射次數(shù)的階段;和 以所述能量密度、所述照射時(shí)間和所述照射次數(shù)向所述氮化物膜照射所述光脈沖的階 段。24. 根據(jù)權(quán)利要求18、19或23所述的半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于： 在所述形成第二半導(dǎo)體區(qū)域的工序中，通過一邊使所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的平面位置相 對(duì)于所述光脈沖的照射位置在X-Y平面內(nèi)相對(duì)移動(dòng)一邊進(jìn)行的掃描照射，直接描繪所述第 二半導(dǎo)體區(qū)域的平面圖案。25. -種半導(dǎo)體元件，其特征在于，具有： 第一半導(dǎo)體區(qū)域;和 設(shè)置于該第一半導(dǎo)體區(qū)域的內(nèi)部且以超過熱力學(xué)平衡濃度的濃度導(dǎo)入有雜質(zhì)元素的 第二半導(dǎo)體區(qū)域。26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于： 所述第一半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)棣切停? 所述雜質(zhì)元素為鋁， 還具有與ρ型的所述第二半導(dǎo)體區(qū)域接觸的歐姆接觸電極膜。27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于： 所述第一半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)棣切停? 所述雜質(zhì)元素為氮， 還具有與η型的所述第二半導(dǎo)體區(qū)域接觸的歐姆接觸電極膜。28. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于： 所述第一半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)镻型， 所述雜質(zhì)元素為鋁， 還具有與ρ型的所述第二半導(dǎo)體區(qū)域接觸的歐姆接觸電極膜。29. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于： 所述第一半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)镻型， 所述雜質(zhì)元素為氮， 還具有與η型的所述第二半導(dǎo)體區(qū)域接觸的歐姆接觸電極膜。
【文檔編號(hào)】H01L21/04GK105914140SQ201610105791
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年2月25日
【發(fā)明人】池田晃裕, 池上浩, 淺野種正, 井口研, 井口研一, 中澤治雄, 吉川功
【申請(qǐng)人】國立大學(xué)法人九州大學(xué), 富士電機(jī)株式會(huì)社