本发明涉及一种激光退火方法及激光退火装置。
背景技术：
在离子注入有p型掺杂剂(即，铝)的sic晶片上形成碳膜之后，在感应加热炉中进行热处理，从而对碳化硅(sic)赋予p型导电性。若加大感应加热炉的输入功率，则能够提高热处理温度。但是，需要对整个炉进行加热，因此对除了sic晶片以外的部分(例如基座等)进行加热的能量会浪费掉。并且，退火结束后，将sic晶片冷却至室温需要较长时间。而且，由于进行高温的热处理，因而会导致构成炉的材料损耗。
为了解决这些课题，提出有利用激光退火对sic晶片进行加热的方法(专利文献1)。在该激光退火方法中，在sic晶片的离子注入层的表面上形成激光吸收膜(碳膜)之后，进行激光退火。通过利用激光吸收膜吸收sic无法吸收的波长的激光束，能够对sic晶片进行加热。
专利文献1：日本特开2014-146757号公报
已知专利文献1中公开的激光退火方法难以使注入于sic晶片的掺杂剂充分活化。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种能够使注入于sic晶片的掺杂剂活化的激光退火方法及激光退火装置。
根据本发明的一种观点，提供一种激光退火方法，其具有如下工序：
准备退火对象物的工序，在注入有未被活化的掺杂剂的由碳化硅构成的晶片的表面上形成由金属构成的吸收膜，从而形成退火对象物；及
使所述掺杂剂活化的工序，向所述吸收膜照射激光束从而使所述掺杂剂活化，
所述退火对象物的表面上的所述激光束的功率密度为如下大小：在所述吸收膜与所述晶片之间能够发生硅化反应并且能够使硅化反应形成的金属硅化物膜蒸发掉的大小。
根据本发明的另一观点，提供一种激光退火装置，其具有：
保持机构，其保持退火对象物，所述退化对象物通过在注入有未被活化的掺杂剂的由碳化硅构成的晶片的表面上形成吸收膜而成；
激光光源，其向保持于所述保持机构的所述退火对象物照射激光束；及
控制装置，其控制所述激光光源，以使所述退火对象物的表面上的所述激光束的功率密度成为如下大小，即，在所述吸收膜与所述晶片之间能够发生产生硅化反应并且能够使硅化反应形成的金属硅化物膜蒸发掉的大小。
在通过硅化反应而形成的金属硅化物膜蒸发的期间，能够对晶片进行加热。加热后的晶片容易吸收激光能量。因此，能够将晶片加热至足以使掺杂剂活化的温度。
附图说明
图1是表示激光退火前及激光退火中的sic晶片的剖视图。
图2是表示实施例的激光退火装置的概略图。
图3是表示sic的吸收长度(吸收系数的倒数)的波长依赖性的曲线图。
图4中(a)是注入了掺杂剂离子的状态的sic晶片的截面示意图，图4中(b)是金属硅化物膜蒸发掉的状态的sic晶片的截面示意图。
图5是表示进行了离子注入的sic晶片的载体浓度分布的曲线图。
图6是表示向形成有吸收膜的sic晶片照射的激光束(图1b～图1d)在sic晶片的表面上的功率密度与基于拉曼光谱分析的775cm-1位置处的信号强度之间的关系的曲线图。
图7是表示激光退火后的sic晶片的截面的极性图像的图。
图8是表示另一实施例的激光退火装置的概略图。
图中：1-退火对象物，10-sic晶片，11-掺杂剂注入层，12-吸收膜，13-金属硅化物膜，14-最表层部，15-激光束，20-腔室，21-保持机构，23-激光导入窗，25-气体导入口，26-气体排出口，30-激光光源，31-光纤，32-聚光光学系统，35-控制装置，36-输入装置，37-输出装置，41-衰减器，42-光束扩展器，43-均化器，44-折射镜，45-聚光光学系统。
具体实施方式
以下，参考图1对实施例的激光退火方法进行说明。图1是激光退火前及激光退火中的sic晶片的剖视图。
如图1中(a)所示，准备退火对象物1，该退火对象物1包括在表层部形成有掺杂剂注入层11的sic晶片10及形成于其表面的吸收膜12。sic晶片10具有n型导电性，在掺杂剂注入层11中注入有赋予p型导电性的掺杂剂，例如铝(al)。吸收膜12可以使用具有比单晶硅的熔点更高的熔点且可形成硅化物的金属，例如钨(w)、钼(mo)、钛(ti)、铌(nb)等。
如图1中(b)所示，向sic晶片10上的吸收膜12(图1a)照射激光束15。由此发生硅化反应，形成金属硅化物膜13。吸收膜12通过硅化反应而几乎消失。在硅化反应中，sic晶片10的掺杂剂注入层11得到加热。
如图1中(c)所示，继续照射激光束15，使金属硅化物膜13(图1b)蒸发。此时，sic晶片10的掺杂剂注入层11得到进一步加热。
如图1中(d)所示，继续照射激光束15，进一步对掺杂剂注入层11进行加热。由此，掺杂剂注入层11内的掺杂剂得到活化。
接着，参考图2，对实施例的激光退火装置进行说明。
图2是实施例的激光退火装置的概略图。在腔室20内容纳有保持机构21。保持机构21保持退火对象物1(图1)。从气体导入口25向腔室20内导入惰性气体，例如氩气(ar)。从气体排出口26排出腔室20内的气体。在腔室20的壁上安装有激光导入窗23。激光束通过激光导入窗23导入至腔室20内而照射退火对象物1。
激光光源30输出退火用的激光束。激光光源30例如可以使用输出波长为800nm的激光束的激光二极管。从激光光源30输出的激光束导入至光纤31，并从光纤31的输出端输出。光纤31的输出端的激光束的功率的最大值例如为60w。从光纤31的输出端输出的激光束被聚光光学系统32聚光，并通过激光导入窗23而入射于腔室20内的退火对象物1。
在光纤31的输出端，激光束的光束截面内的光束分布被大致均匀化。因此，退火对象物1的表面上的激光束的光束点的分布也被大致均匀化。通过改变聚光光学系统32的倍率，能够改变退火对象物1的表面上的光束点的大小。通过改变光束点的大小，能够改变激光束的功率密度。并且，通过改变激光光源30的输出，也能够改变退火对象物1的表面上的功率密度。
控制装置35控制激光光源30。操作者通过操作输入装置36，向控制装置35输入各种指令、激光退火条件等。控制装置35从输出装置37向操作者输出应通知的各种信息。
[热处理温度]
接着，对使sic内的掺杂剂活化所需的热处理温度进行说明。
在激光退火中，只要设定与使用以往的感应加热炉进行退火时的热处理温度及热处理时间相同程度的退火条件，也能够实现与以往相同程度的活化。但是，要想有效利用激光退火的特征(即，局部加热)，优选提高热处理温度且缩短热处理时间。
使用以往的感应加热炉进行退火时的热处理温度在1600℃以上且1800℃以下的范围内，热处理时间在5分钟以上且30分钟以下的范围内。要想缩短激光退火中的热处理时间以使其比上述范围更短，需要进一步提高热处理温度。由于在高温下进行退火，因此优选将腔室20(图2)内设为惰性气体气氛，例如ar气氛。
[扩散距离]
接着，对使sic内的掺杂剂活化所需的扩散距离进行说明。
为了使离子注入的掺杂剂(例如al)活化，必须使掺杂剂移动(扩散)至晶格的位置。此时的扩散距离l可以使用热处理温度t、热处理时间t而表示为下式。
[数式1]
其中，d(t)由下式来定义。
[数式2]
其中，d0是扩散系数，ea是活化能量，k是玻尔兹曼常数。sic中的al的扩散系数d0是1.3×10-8m2/s，活化能量ea是2.394ev。
在使用感应加热炉的以往的退火条件的范围中，热处理温度的下限值是1600℃，热处理时间的下限值是5分钟。此时的扩散距离l为13.6nm。在使用感应加热炉的以往的退火条件的范围中，热处理温度的上限值是1800℃，热处理时间的上限值是30分钟。此时的扩散距离l为67.5nm。四次周期六方晶系碳化硅(4h-sic)的a轴方向上的晶格间隔是0.3nm，c轴方向上的晶格间隔是1.0nm。由此可知，要想使sic中的掺杂剂活化，必须以使扩散距离比晶格间隔长10倍以上的条件进行退火。
[激光对sic的直接加热]
接着，参考图3，对为了使sic内的掺杂剂活化而利用激光照射直接对sic晶片进行加热的方法进行考察。
图3是表示sic的吸收长度(吸收系数的倒数)的波长依赖性的曲线图。横轴以单位“nm”表示波长，纵轴以单位“μm”表示吸收长度。在波长为350nm时，吸收长度约为10μm。若激光束的波长比350nm长，则sic晶片的掺杂剂注入层11几乎不吸收激光能量。因此，要想直接加热sic晶片而使掺杂剂活化，优选使用波长比350nm短的激光束。
但是，激光光源射出激光束的方式与种类为脉冲振荡，其脉冲宽度在1ns～100ns的范围内。在以该范围中最长的脉冲宽度(即100ns)作为加热时间进行激光退火的情况下，即使在sic的升华温度(2545℃)的热处理温度下，扩散距离l还是比活化所需的扩散距离小4位数左右。要想弥补该4位数的差，必须照射1万次或其以上的脉冲激光束。因此，使用紫外波长区域的脉冲激光束对sic直接加热而使掺杂剂活化的方法是不现实的。
[sic的预热的并用]
接着，对进行激光退火时预先对sic晶片进行加热的方法进行考察。若sic晶片的温度变高，则晶格振动就会变大，用于键结sic的各个原子的共价键会受到影响。由此，即使是光子能量比室温时的能带间隙更低的光也会被sic吸收。4h-sic晶体的室温时的能带间隙是3.26ev。由此可知，要想使4h-sic晶体吸收一般的绿色(光子能量约为2.3ev)光或近红外(光子能量约为1.5ev)光，需要相当大的预热。因此，需要预先将sic晶片加热成高温的加热装置，导致退火装置的结构受到较大的限制。
如此，在激光照射之前预先对sic晶片进行加热方可使激光能量直接吸收于sic晶片的方法也是不现实的。
[吸收激光的吸收膜]
已知通过激光照射将sic晶片直接加热而使掺杂剂的活化的方法及并用预热而将sic晶片直接加热的方法均不现实。作为其他方法(活化退火的候选)，可例举出将吸收激光能量的吸收膜12(图1中(a))形成在sic晶片10，并通过激光照射来对吸收膜12进行加热，由此间接地对掺杂剂注入层11进行加热的方法。
作为吸收膜12的材料，优选使用即使混入于sic内也不会对sic的电特性带来不良影响的材料。例如，优选将使用于掺杂剂的al用作吸收膜。但是，由于al对激光束的反射率较高，因此al不适于用作吸收膜。而且，由于al的熔点较低，因此也不得不降低激光退火时的热处理温度。因此，al不适于用作激光退火等短时间加热时使用的吸收膜。
作为吸收膜的材料的候选材料，可列举出可用作sic的欧姆电极的材料且熔点较高的ti、mo、w、nb、cr等。这些金属可用于硅化物层的构成材料，并且在热处理中，即使构成吸收膜的这些金属的极少一部分混入于sic晶片内，其带来的不良影响也较小且容易采取对策。这些候选材料中激光束的反射率较低的金属有w、mo、ti、nb。若将这些金属形成在sic晶片的表面后进行激光退火，则这些金属与si发生反应而形成硅化物层。这些金属还与硅化反应之后剩余的c形成化合物。因此，还能够获得抑制在硅化反应后c单独浮游的效果。
[实施例的优异效果]
接着，参考图4，对上述实施例的优异效果进行说明。
在上述实施例中，退火对象物1(图1中(a))包括吸收膜12。吸收膜12针对激光退火中使用的激光束的波长区域(例如800nm的波长区域)的光具有比sic晶片10更高的吸收系数。因此，能够有效地吸收激光能量。
由于使用金属膜作为吸收膜12，因此能够得到抑制激光照射时sic晶片10破损的效果。
若照射激光束15(图1中(b))，则吸收膜12(图1中(a))与sic晶片10的si发生硅化反应，从而形成吸收膜12的构成元素与si的金属间化合物(即，金属硅化物膜13)(图1中(b))。由于金属硅化物膜13的形成消耗sic晶片10内的si原子，因此在金属硅化物膜13的附近，si原子变得不足而成为富含c的状态。若si原子不足，则掺杂剂(即al原子)通过位点竞争效果而变得容易进入si原子的晶格位置。其结果，能够得到掺杂剂的活化变得容易的效果。
在将掺杂剂离子注入于sic晶片10时，从sic晶片10的表面注入高速加速的掺杂剂离子。若掺杂剂离子进入sic晶片10内，则其与sic晶片10内的多个原子相互作用而进行减速。若速度下降，则掺杂剂离子与sic晶片10内的si原子或c原子碰撞。由此，能够将掺杂剂离子注入到sic晶片10内的某一深度范围的区域中。在掺杂剂离子的密度表示峰值的深度的附近，晶体缺陷增加且结晶性恶化。
在sic晶片10的表面附近，由于掺杂剂离子的能量过高，因此碰撞截面面积较小，掺杂剂离子与si原子或c原子碰撞的概率较低。因此，在sic晶片10的表面的附近，因离子注入而产生的晶体缺陷及变形非常少。
图4中(a)是已注入掺杂剂离子的状态的sic晶片10的截面示意图。位于比掺杂剂注入层11更浅处的最表层部14的晶体缺陷密度低于结晶性恶化的掺杂剂注入层11的晶体缺陷密度。若在该状态下进行活化退火，则从结晶性较差的掺杂剂注入层11上下的结晶性较高的区域朝向掺杂剂注入层11的内部产生结晶性的恢复。由于晶体生长在生长方向上具有特异性，因此在从上下界面朝向内侧晶体生长而恢复结晶性的情况下，在从上下生长的晶体彼此接触的界面不会出现晶体学意义上的连续。即，在从下朝向上方生长的晶体与从上朝向下方生长的晶体之间的界面上会残留大量的晶体缺陷。
在上述实施例中，在图4中(a)所示的相当于最表层部14的区域形成有金属硅化物膜13(图1中(b))。该金属硅化物膜13在图1中(c)所示的工序中会蒸发掉。
图4中(b)是金属硅化物膜13蒸发掉的状态的sic晶片10的截面示意图。在实施例中，由于金属硅化物膜13会被蒸发掉，因此在掺杂剂注入层11中并未产生从上朝向下方的晶体生长。因此，能够抑制活化退火后结晶性得到恢复的掺杂剂注入层11内的晶体缺陷增大。而且，能够将晶体生长方向或结晶性恢复方向限定为单向，因此能够在热负载更小的条件下进行活化。
由于sic在大气压下并非液相，因此结晶性较高的最表层部14(图4a)的处理是重要的。例如，通过以不产生结晶性较高的最表层部14程度的低能量进行离子注入的方法及在离子注入后追加去除最表层部14的处理的方法等，均能够抑制晶体缺陷的增大。在上述实施例中，无需采用这种方法即可抑制晶体缺陷的增大。
[基于激光退火的结晶性恢复的评价实验]
接着，参考图5及图6，说明使sic晶片10内的掺杂剂活化的评价实验的结果。
在评价实验中，作为退火对象物1(sic晶片10)，使用了在表层部形成有外延生长膜的n型导电性的4h-sic晶片。sic晶片的结构如下。
口径：直径100mm
厚度：350μm
偏移角度：4度
外延生长膜的厚度：5μm
外延生长膜的n型掺杂剂浓度：1×1015cm-3以下
掺杂剂的离子注入条件如下。
离子种类：al+
加速能量：350kev
剂量：4×1014cm-2
注入时的晶片温度：500℃
图5是表示以上述条件进行了离子注入后的sic晶片10的载体浓度分布的曲线图。横轴以单位“nm”表示深度，纵轴以单位“cm-3”表示载体浓度。在深度为400nm处，载体浓度表示最大值，剂量设定为载体的峰值浓度超过1×1019cm-3的剂量。
接着，对活化退火的评价方法进行说明。为了对活化进行评价，需要验证掺杂剂原子(即al原子)与si原子置换的情况，但是，通过对载体浓度及极性进行分析，只能得到已与si原子置换的al原子的有关信息，因此无法推测未被活化的al原子的状况，不适于工艺的阐明。因此，根据通过离子注入而产生的晶体缺陷的恢复程度(结晶性的高度)而评价活化工艺。
在结晶性的评价中使用了拉曼光谱分析。单纯的单晶的原子周期性地排列。这些原子以一定的振动能级进行振动。若向4h-sic晶片照射光子能量比能带间隙更低的激光束，则价电子带的电子以一定概率吸收光子能量。吸收了比能带间隙分割小的光子能量的电子被虚能级激发，但马上会返回价电子带。由于光子能量不会被4h-sic晶体吸收，因此在电子返回原来的能级时，基于能量守恒定律，放射出具有与入射的光子的能量相同的能量的光子(该现象被称为瑞利散射)。
但是，电子有时会以一定概率转变成仅高出振动能级的能级。该能级相当于振动能级，在该电子返回原来的能级时，基于能量守恒定律，放射出具有仅低相当于振动能级的能量的光子能量的光子。该现象被称为斯托克斯拉曼。由该光子能量引起的波长的变化被称为拉曼位移。
在4h-sic晶体中，在775cm-1与797cm-1位置处出现基于拉曼位移的散射光强度的峰值。在本评价实验中，出现在797cm-1位置处的信号强度较低，因此根据出现在775cm-2位置处的信号强度，评价了4h-sic晶体的结晶性。
结晶性较差的单晶的原子排列的周期性较低，因此振动能级的纯度较低。越是结晶性较差的4h-sic晶体，除了相当于775cm-1的能量以外的振动能级变多，因此775cm-1位置处的信号强度变低。利用该现象，并且根据拉曼光谱分析测定775cm-1位置处的信号强度，从而能够对结晶性进行评价。
图6是表示向形成有吸收膜12的退火对象物1照射的激光束15(图1)在退火对象物1的表面上的功率密度与775cm-1位置处的信号强度(以下，称为拉曼强度)之间的关系的曲线图。横轴以单位“kw/cm2”表示退火对象物1的表面上的激光束15的功率密度，纵轴以任意单位表示拉曼强度。在图6的曲线图中，三角形、菱形及圆形标记分别表示将激光照射时间设为2秒、10秒及20秒时的测定结果。作为吸收膜12使用了厚度100nm的w膜。
进行离子注入之前的裸晶片的拉曼强度r0是8200计数值。该拉曼强度r0成为通过激光退火而恢复结晶的sic晶片10的拉曼强度的目标值。在离子注入了al之后且进行激光退火之前的sic晶片10的拉曼强度r1是2900计数值。
在功率密度为17kw/cm2以下的范围中，即使提高功率密度，拉曼强度也停留在大致恒定的大小。结晶性的恢复程度取决于热处理温度与热处理时间。在本评价实验中，将热处理时间分别设定成2秒、10秒或20秒。扩散系数d依赖于热处理温度，因此扩散距离应该随着热处理温度的变高而变长。在功率密度为17kw/cm2以下的范围中结晶性并未恢复的原因可以认为热处理温度未被提高。
由图6可知，在功率密度为17kw/cm2的位置，拉曼强度阶梯状地变大。但是，即使在功率密度为17kw/cm2以上且23kw/cm2以下的范围中，拉曼强度也停留在大致恒定的大小，并且也未发现结晶性的恢复。其主要原因也可以认为热处理温度未充分提高。
在评价实验中，若功率密度超过17kw/cm2，则由w构成的吸收膜12引起硅化反应，形成金属硅化物膜13(图1中(b))。在功率密度为17kw/cm2以下的条件下，被吸收膜12吸收的激光能量作为使w与si发生硅化反应所需的潜热而被消耗，因此可以认为sic晶片10的温度上升得到了抑制。因此，在功率密度为17kw/cm2以下的范围中，即使提高功率密度且加长热处理时间，拉曼强度也大致恒定，且几乎不会产生结晶性的恢复。
若功率密度成为23kw/cm2以上，则金属硅化物膜13(图1中(b))开始蒸发。在功率密度为17kw/cm2以上且23kw/cm2以下的范围中，投入于金属硅化物膜13的激光能量作为金属硅化物膜13的蒸发潜热而被消耗掉。因此，可以认为在17kw/cm2以上且23kw/cm2以下的范围中，即使提高功率密度，也无法得到sic晶片10的充分的温度上升。
在金属硅化物膜13蒸发而消失为止的期间(图1中(b)至图1中(c)为止的期间)，掺杂剂注入层11被加热而温度上升。例如，可以认为金属硅化物膜13与掺杂剂注入层11之间的界面的温度上升至硅化钨的沸点附近。
若功率密度成为23kw/cm2以上，则金属硅化物膜13蒸发掉之后激光继续对掺杂剂注入层11进行照射(图1中(d))。在金属硅化物膜13蒸发掉的时刻，掺杂剂注入层11的温度被预热至足够高的温度，因此掺杂剂注入层11能够吸收激光能量。因此，在吸收膜12及金属硅化物膜13消失之后，掺杂剂注入层11继续吸收激光能量，从而被加热至更高的温度。其结果，在功率密度为24kw/cm2以上的范围中，随着功率密度的增大，拉曼强度会变大。即，结晶性得到恢复。
在功率密度为23kw/cm2以下的范围中(即，尚未达到掺杂剂注入层11恢复结晶性所需的充分的温度的范围中)，即使在2秒以上且20秒以下的范围中改变热处理时间，拉曼强度也几乎不会变化。在功率密度为24kw/cm2以上的范围中，由于实际上进行结晶性的恢复，因此可以推测随着热处理时间的增加拉曼强度会变大。
如上所述，通过使形成于sic晶片10的表面的金属硅化物膜13蒸发并且之后也继续照射激光，能够使掺杂剂注入层11的结晶性得到恢复。
[基于激光退火的活化的评价实验]
对以能够使结晶性恢复的条件进行激光退火的样品，评价了掺杂剂的活化程度。以下，参考图7，对其评价结果进行说明。对上述评价实验中使用的已注入有al的退火对象物1，以功率密度26.2kw/cm2进行了10秒钟的激光退火。
图7是表示激光退火后的sic晶片10的截面的极性图像的图。横轴以单位“μm”表示sic晶片10的平面方向上的位置，纵轴以单位“μm”表示深度方向上的位置。极性图像是通过扫描型静电电容显微镜来测量的图像。使用的扫描型静电电容显微镜的灵敏度极限为约1×1015cm-3。图7中的比深度9μm更深的位置出现的深色区域an相当于n型导电性的n型sic晶片。比其更浅的区域相当于外延生长层。在比深度3μm稍微浅的位置出现的颜色稍深的区域ap相当于掺杂剂注入层11。通过扫描型静电电容显微镜法进行测量的结果，确认到该区域ap表示p型导电性。其他区域无法判断导电性。这是因为外延生长层的n型掺杂剂浓度为1×1015cm-3以下，其与扫描型静电电容显微镜的灵敏度极限大致相同。另外，实际上，n型区域an由蓝色的多个点来表示，p型区域ap由橙色的多个点来表示。在无法判定导电性的区域中，蓝色的点和橙色的点混合存在。
接着，对掺杂剂的活化率进行考察。利用扫描型静电电容显微镜法无法确定载体浓度，因此根据扫描型静电电容显微镜的灵敏度、图5中示出的掺杂剂分布及图7中示出的p型区域ap的厚度来推测活化率。
外延生长层的起初的n型载体浓度最大为1×1015cm-3。p型区域ap是通过掺杂剂的活化而从n型转换为p型的。由扫描型静电电容显微镜的灵敏度可知，p型区域ap的p型载体浓度为1×1015cm-3以上。因此，可以认为已活化的掺杂剂浓度为2×1015cm-3以上。
并且，由图7可知，p型区域ap的厚度为约0.4μm。由图5中示出的掺杂剂分布可知，若掺杂剂浓度为1×1018cm-3以上的区域转换为p型，则p型区域的厚度就成为约0.4μm。在已注入的掺杂剂浓度为1×1018cm-3以上的区域内，已活化的掺杂剂浓度成为2×1015cm-3以上，因此可以推断活化率约为0.2％。
使用以往的感应加热炉进行活化退火时的活化率约为1％。与其相比，可以认为通过以稍微高于结晶性恢复的阈值的程度的功率密度进行激光退火即可得到充分高的活化率。
由上述评价实验得到如下见解。
在sic晶片10的表面上形成由可进行硅化反应的金属构成的吸收膜12，并进行激光退火而形成金属硅化物膜13并且使金属硅化物膜13蒸发掉，由此能够对sic晶片10进行充分预热。通过向预热的sic晶片10继续照射激光，能够使掺杂剂活化。为了得到充分的预热效果，作为吸收膜优选使用熔点较高的金属。例如，若使用具有比单晶硅的熔点更低的熔点的金属，则在未被加热至充分高的温度的状态下就会形成硅化膜，因此难以进行充分的预热。为了在形成硅化膜时进行充分的预热，优选使用具有比单晶硅的熔点更高的熔点的金属。作为这种金属，可列举出钨、钼、钛、铌等。
为了使金属硅化物膜13蒸发掉，必须将激光束的功率密度设定在某一阈值(第1阈值)以上。由图6可知，该第1阈值约为23kw/cm2。通过照射该第1阈值以上的功率密度的激光束，能够使sic晶片10的结晶性得到恢复。为了使掺杂剂活化，优选以第1阈值以上的功率密度进行激光退火。
为了得到充分的活化率，基于图7中示出的评价实验结果，优选将功率密度设为26kw/cm2以上。而且，优选将激光束的照射时间(对sic晶片10表面上的同一地点照射激光束的时间)设为1秒以上，更优选设为2秒以上，进一步优选设为10秒以上。若加长激光束的照射时间，则能够提高活化率。
在使用图2中示出的激光退火装置来进行活化退火时，控制装置35可以控制激光光源30以便满足产生活化的条件。产生活化的第1条件为，退火对象物1(图1b)的表面上的激光束的功率密度为在吸收膜12与sic晶片10之间能够发生硅化反应的大小。第2条件为，退火对象物1(图1b)的表面上的激光束的功率密度为能够使已形成的金属硅化物膜13(图1b)蒸发掉的大小。
在参考图5及图6进行说明的结晶性恢复的评价实验中，sic晶片的厚度设为350μm，外延生长膜的厚度设为5μm。并且，在参考图7进行说明的活化的评价实验中，sic晶片的厚度设为375μm。
接着，对不限定sic晶片的厚度时的激光束的功率密度的优选范围进行说明。
在sic晶片中形成igbt等的情况下，在晶片的背面侧的表面形成p型层。此时，为了改善电特性，有时磨削晶片使其薄板化。并且，在sic外延晶片的前表面侧的表面形成p型层的情况下，有时存在晶片的厚度反而比上述评价实验中使用的晶片的厚度更厚的情况。尤其，sic的绝缘击穿强度比si的绝缘击穿强度高10倍以下，因此从电特性的观点考虑，与使用si晶片的情况相比，能够将sic晶片的厚度设为非常薄。
较大影响激光退火时的热处理温度的热容量依赖于sic晶片的厚度，因此结晶性恢复或活化所需的功率密度根据sic晶片的厚度而上升或下降。并且，晶片的大小和形状也很重要。在对分割成芯片状的sic晶片进行激光退火时，由于热容量比分割前的sic晶片更小，因此结晶性恢复或活化所需的功率密度会下降。在本说明书中，将分割成芯片的sic芯片也称作sic晶片。
功率密度为晶片表面上的激光束的功率除以光束点的面积而得到的值，其是结晶恢复及掺杂剂(例如铝)的活化中的重要的参数。在此，分别分解为各自的参数而进行研究。在晶片的口径及厚度相同的条件下，退火对象物的热容量恒定，因此激光束的功率越大(即，热量输入越大)则热处理温度越容易提高。而且，若功率大，则也能够加大激光束的光束点。若光束点变大，则热量朝向周围扩散而引起的能量损耗变少，活化所需的功率密度会下降。
由此，最适于结晶性的恢复及掺杂剂的活化的功率密度还受sic晶片的厚度及形状、激光退火装置的规格的影响。以功率密度为26kw/cm2以上的条件下使掺杂剂活化的图7的评价实验只是一例，在晶片的厚度较薄或激光束的功率较大时，掺杂剂也可以在更低的功率密度下得到活化。
因此，可以预想到，若改变激光束的功率、晶片的厚度、晶片的大小等，则能够将掺杂剂的活化所需的功率密度降低至图7的评价实验中确认到的掺杂剂的活化所需的功率密度26kw/cm2的一半左右。例如，可以预想到，功率密度的优选的范围为13kw/cm2以上。
[实施例的变形例]
在上述实施例中，作为激光光源使用了激发波长为800nm的激光二极管，但是，也可以使用具有其他波长区域的激发波长的激光光源。作为激光光源，优选使用具有吸收膜12(图1中(a))能够吸收的波长区域的激发波长的激光振荡器。并且，在上述实施例中，使用了连续振荡激光束，但是，也可以使用具有能够使金属硅化物膜13(图1中(b))蒸发的功率的脉冲激光束。
为了在激光退火中提高sic晶片10的温度，作为保持机构21(图2)，可以使用具有阻碍热量从sic晶片10传递到外部的结构的机构。例如，可以采用仅与sic晶片10的底面的一部分区域接触并支承sic晶片10的剑山状的结构。或者，也可以采用保持sic晶片10的外周部附近以使sic晶片10的里侧支承于半空中的结构。
在上述实施例中，将4h-sic的晶片作为了退火对象，但是，也可以将具有其他晶体结构的sic(例如，3c-sic、6h-sic等)作为退火对象。并且，在上述实施例中，作为p型掺杂剂使用了al，但是，也可以使用其他掺杂剂，例如硼(b)。
在上述实施例中，使注入至sic晶片的p型掺杂剂活化，但是，也可以使用上述实施例的激光退火方法而使n型掺杂剂活化。作为n型掺杂剂，可以使用氮(n)或磷(p)。
接着，参考图8，对另一实施例的激光退火装置进行说明。以下，省略说明与图2中示出的激光退火装置共同的结构。
图8是本实施例的激光退火装置的概略图。本实施例的激光退火装置使用衰减器41、光束扩展器42、均化器43、折射镜44及聚光光学系统45，从而代替图2中示出的激光退火装置的光纤31。
衰减器41使激光束衰减。光束扩展器42对入射的激光束进行准直并且放大光束直径。均化器43及聚光光学系统45将sic晶片10的表面上的光束截面整形为规定的形状，并且使光束截面内的光强度分布均匀化。
与图2中示出的激光退火装置相同，使用图8中示出的激光退火装置也能够进行sic晶片10的掺杂剂的活化。
通过图1～图8中示出的实施例的方法而制作出的sic晶片可以使用于pin光电二极管、功率mosfet、续流二极管等。
上述实施例只是为示例，理所当然，不同实施例中示出的结构可以局部替代或者组合使用。对于多个实施例中的基于相同结构的相同的作用效果，省略说明。而且，本发明并不只限于上述实施例。例如，对本领域技术人员来说，能够进行各种变更、改良以及组合等是显而易见的。