CN101217115A - Igbt高压功率器件圆片背面激光退火工艺 - Google Patents
Igbt高压功率器件圆片背面激光退火工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101217115A CN101217115A CNA2008100556271A CN200810055627A CN101217115A CN 101217115 A CN101217115 A CN 101217115A CN A2008100556271 A CNA2008100556271 A CN A2008100556271A CN 200810055627 A CN200810055627 A CN 200810055627A CN 101217115 A CN101217115 A CN 101217115A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon wafer
- laser
- wafer back
- back side
- voltage power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 title claims abstract description 16
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 54
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 54
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 abstract description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 abstract 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011982 device technology Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
本发明公开了属于半导体制造技术范围的一种IGBT高压功率器件圆片背面激光退火工艺。采用扫描方式进行激光退火，控制硅圆片背面沿与长条形状激光光斑的垂直方向做往复的匀速直线运动，形成激光光斑对硅圆片背面进行全面积的扫描，使硅圆片背面的表层升温，产生均匀的退火作用。采用本发明方案，能够解决P型掺杂层在离子注入后无法进行良好的退火处理的问题，使收集极金属层与紧邻硅圆片中的P型掺杂层之间形成良好的欧姆接触。使用较短波长激光，激光对硅片背面的透入深度有限，刚好能够较快地实现杂质激活，又不对IGBT高压功率器件中的其余结构部分产生不良的影响；采用本项技术能够得到导通电阻更小的IGB高压功率器件。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术范围，特别涉及采用激光退火方法实施离子注入掺杂退火的工艺技术的一种IGBT高压功率器件圆片背面激光退火工艺。
背景技术
IGBT为绝缘栅双极晶体管，该型器件由于很好地结合了场效应晶体管和双极晶体管两者的优点，具备很好的开关特性。IGBT高压功率器件当前主要应用于高压，强电流等功率应用的场合。
一个IGBT高压功率器件的结构如图1所示。其中器件能够承受高压，是因为存在较厚的N-层4的缘故，这一N-层越厚，则器件的耐压就越高。通常，当N-层不太厚时，可以采用外延生长的技术来制作；然而当器件的耐压要求大大增高后，要求的N-层更厚，以至于无法再采用外延技术来生长，因而需要采用其他的工艺方案。一种方法是在N-型的硅圆片衬底上直接制作IGBT器件的上层结构，然后将圆片减薄，控制N-层在所需要的厚度上，最后与另外一片P型的硅圆片粘合，形成图1所示的IGBT高压功率器件。当前另外一种更为优越的方案，仍是在N-型的硅圆片衬底上直接制作IGBT高压功率器件的上层结构，之后将圆片减薄，对N-层的厚度进行控制，最后采用背面离子注入的方法，形成P型的硅掺杂层，背面金属化后形成器件的收集极3，得到图1所示的IGBT高压功率器件。
对于后一种方案，减薄后的硅圆片，因为比较薄的缘故，操作起来不太方便，容易碎片。当前已经解决了硅圆片的操作的问题，也解决了对于薄片进行背面的高浓度离子注入的问题。但是离子注入之后，需要通过退火来激活注入的杂质，在退火工艺方面，还没有较好的工艺方案，这样高压IGBT器件的导通串联电阻还是比较大的，器件特性还不是最理想。
为了解决IGBT高压功率器件背面离子注入之后的退火问题，本发明提出采用激光光源，对减薄硅圆片背面进行扫描退火的工艺技术方案，来制作性能优越的IGBT高压功率器件。其中激光光源选用连续激光，波长在400nm～600nm，可选用市场上一般的激光器，也可选用长波长激光，例如波长为1064nm的Nd/YAG激光，光学倍频后作为退火的激光源。采用本发明的方法，激光作用的深度仅及于硅圆片背面的表层，可在相对较低的温度和热开销下，以较快的速度激活注入杂质，在保证背面金属化形成良好欧姆接触的同时，还可控制杂质的扩散再分布，不影响已经在硅圆片正面制作形成的IGBT高压功率器件结构，因此是效果更加优秀的IGBT高压功率器件背掺杂退火的技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供采用激光退火方法实施离子注入掺杂退火的工艺技术的一种IGBT高压功率器件圆片背面激光退火工艺。
对于处于硅圆片背面的收集极3的金属与紧邻的硅圆片背面5的P型掺杂层之间形成良好的欧姆接触的IGBT高压功率器件；其硅圆片背面5的P型掺杂层由硅圆片背面的离子注入和随后的退火两步工艺形成，对IGBT高压功率器件圆片背面激光退火工艺步骤为：
1)激光退火的光源采用波长范围在400nm～600nm的连续激光，或用波长较长的激光光学倍频后使用；
2)将振镜7放置在激光光源6的出射光路径上，控制振镜7的振动，使在硅圆片背面5上形成长条形状激光光斑8；
3)采用扫描方式进行激光退火。控制硅圆片背面5，使其沿与长条形状激光光斑8的垂直方向9做往复的匀速直线运动，形成激光光斑8对硅圆片背面5的扫描，光束扫描涉及的面积覆盖硅片背面面积，即激光光束扫过硅圆片的整个背面，硅圆片背面5的表层升温，产生均匀的退火作用。
所述硅圆片背面的表层升温控制在500℃～700℃，即在合适于杂质激活的温度范围内达到均匀的退火效果。
本发明的有益效果是，能够解决当前的硅圆片背面的P型掺杂层在离子注入后无法进行良好的退火处理的问题，从而使收集极金属层与紧邻的硅圆片背面的P型掺杂层之间能够形成良好的欧姆接触。在另一方面，采用本发明所使用的较短波长激光，激光对硅圆片背面的透入深度有限，刚好能够较快地实现杂质激活，又不对IGBT高压功率器件中的其余结构部分产生不良的影响；如果采用较长波长的激光，其作用透过整个硅圆片厚度，与整片加热的情况相类似，是不希望的退火方式，本发明克服了采用较长波长的常规激光退火对于器件结构可导致不良影响的问题。
附图说明
图1为IGBT高压功率器件的结构示意图。
图2为采用本发明所提方法实现激光扫描退火的装置的示例。
附图中符号说明：IGBT高压功率器件的发射极1、IGBT高压功率器件的控制栅极2、IGBT高压功率器件的收集极3、IGBT高压功率器件的漂移区4，处于硅圆片背面5的P型注入掺杂层用作IGBT高压功率器件收集区、退火激光光源6、振镜7、振镜开始振动后，在硅圆片背面扫出的激光光斑8、硅圆片背面工件台做往复匀速运动的方向9。
具体实施方式
本发明提供采用激光扫描方法的一种IGBT高压功率器件圆片背面激光退火工艺。下面结合附图对本发明予以说明。
图1为IGBT高压器件的结构示意图。其中IGBT高压功率器件发射极1的一侧为控制栅极2、控制栅极2下面为沟道区，N-型的漂移区4处于以上器件结构的下方，处于硅圆片背面5的P型注入掺杂层用作IGBT高压功率器件收集区3，收集极3的金属层与紧邻的硅圆片背面5的P型注入掺杂层之间形成良好的欧姆接触。
图2为实现激光扫描退火的装置的示意图。具体的工艺过程，举例说明如下：
1.采用波长范围在400nm～600nm的连续激光，例如波长在514.5nm的氩离子激光，或用波长较长的激光，例如1064nm的Nd/YAG激光，光学倍频后使用；
2将硅圆片背面向上，放置于工件台上；将振镜7放置在激光光源6的出射光路径上，振镜7在电磁激励下，围绕固定旋转轴开始做振动；控制振镜7的振动，可在硅片背面5上形成长条形状激光光斑8；
3.承片的工件台在沿与长条形状激光光斑8的垂直方向9上做往复的匀速直线运动；形成激光光斑8对硅圆片背面5的扫描；光束扫描涉及的面积覆盖硅圆片背面面积，即激光光束扫过硅圆片的整个背面；硅圆片背面5的表层升温，产生均匀的退火作用。
4.在激光束作用下，硅圆片背面的表层升温，控制在500℃～700℃，即在合适于杂质激活的温度范围内。工件台往复动作满设定的次数后，撤除激光(例如，通过快门)，停止工件台的动作，取下已经完成退火杂质激活的硅片。
本发明能够解决当前的一种高压IGBT高压功率器件工艺中，对硅圆片背面已经注入的P型杂质的有效激活的问题。在注入得到掺杂层5后，需要对掺杂杂质进行进一步的激活处理，才能够确保IGBT高压功率器件收集极3形成良好的欧姆接触。采用常规整片加热的方式退火，将有可能造成P型掺杂层5中的杂质的扩散再分布，从而影响器件的性能；而如果顾及到再分布问题，转而采用更低的退火温度，则掺杂杂质的激活效果又会受到影响。在另一方面，采用本发明所使用的较短波长激光，激光对硅圆片背面的透入深度有限，刚好能够较快地实现杂质激活，又不对IGBT高压功率器件中的其余结构部分产生不良的影响；而较长波长的激光，其作用将透过整个硅片厚度，与整片加热的情况是相类似的，是不希望的退火方式。
Claims (2)
1.一种IGBT高压功率器件圆片背面激光退火工艺，其特征在于，对于要求在硅圆片背面的收集极金属层与紧邻的硅圆片背面的P型掺杂层之间形成欧姆接触的IGBT高压功率器件；其P型掺杂层由硅圆片背面的离子注入和随后的退火两步工艺形成，其激光退火工艺步骤为：
1)激光退火的光源采用波长范围在400nm～600nm的连续激光，或用波长较长的激光光学倍频后使用；
2)将振镜(7)放置在激光光源(6)的出射光路径上，控制振镜(7)的振动，使在硅圆片背面(5)上形成长条形状激光光斑(8)；
3)采用扫描方式进行激光退火。控制硅圆片背面(5)，使其沿与长条形状激光光斑(8)的垂直方向(9)做往复的匀速直线运动，形成激光光斑(8)对硅圆片背面(5)的扫描；激光光束扫过硅圆片的整个背面面积，硅圆片背面(5)的表层升温，产生均匀的退火作用。
2.根据权利要求1所述IGBT高压功率器件圆片背面激光退火工艺，其特征在于，所述硅圆片背面的表层升温控制在500℃～700℃，使在合适于杂质激活的温度范围内达到均匀的退火效果。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100556271A CN101217115B (zh) | 2008-01-04 | 2008-01-04 | Igbt高压功率器件圆片背面激光退火工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100556271A CN101217115B (zh) | 2008-01-04 | 2008-01-04 | Igbt高压功率器件圆片背面激光退火工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101217115A true CN101217115A (zh) | 2008-07-09 |
| CN101217115B CN101217115B (zh) | 2010-06-02 |
Family
ID=39623519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100556271A Active CN101217115B (zh) | 2008-01-04 | 2008-01-04 | Igbt高压功率器件圆片背面激光退火工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101217115B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102157344A (zh) * | 2010-11-25 | 2011-08-17 | 清华大学 | 一种用于深紫外激光退火的加热片台扫描装置 |
| CN102315106A (zh) * | 2010-07-08 | 2012-01-11 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种激光热退火方法 |
| CN102376569A (zh) * | 2011-10-14 | 2012-03-14 | 清华大学 | 一种用于激光加工位置量测的微测试结构制造方法 |
| CN102420133A (zh) * | 2011-09-30 | 2012-04-18 | 上海华虹Nec电子有限公司 | Igbt器件的制造方法 |
| CN102456555A (zh) * | 2011-11-02 | 2012-05-16 | 上海华力微电子有限公司 | 一种激光退火扫描方法 |
| CN103050387A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-04-17 | 上海华虹Nec电子有限公司 | 硅背面的离子注入方法 |
| CN103117211A (zh) * | 2013-02-20 | 2013-05-22 | 上海华力微电子有限公司 | 一种改善激光退火后晶圆表面电阻均匀性的方法 |
-
2008
- 2008-01-04 CN CN2008100556271A patent/CN101217115B/zh active Active
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102315106A (zh) * | 2010-07-08 | 2012-01-11 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种激光热退火方法 |
| CN102315106B (zh) * | 2010-07-08 | 2013-09-04 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种激光热退火方法 |
| CN102157344A (zh) * | 2010-11-25 | 2011-08-17 | 清华大学 | 一种用于深紫外激光退火的加热片台扫描装置 |
| CN102157344B (zh) * | 2010-11-25 | 2013-01-30 | 清华大学 | 一种用于深紫外激光退火的加热片台扫描装置及退火工艺 |
| CN102420133A (zh) * | 2011-09-30 | 2012-04-18 | 上海华虹Nec电子有限公司 | Igbt器件的制造方法 |
| CN102376569A (zh) * | 2011-10-14 | 2012-03-14 | 清华大学 | 一种用于激光加工位置量测的微测试结构制造方法 |
| CN102456555A (zh) * | 2011-11-02 | 2012-05-16 | 上海华力微电子有限公司 | 一种激光退火扫描方法 |
| CN103050387A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-04-17 | 上海华虹Nec电子有限公司 | 硅背面的离子注入方法 |
| CN103050387B (zh) * | 2012-12-18 | 2016-06-08 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 硅背面的离子注入方法 |
| CN103117211A (zh) * | 2013-02-20 | 2013-05-22 | 上海华力微电子有限公司 | 一种改善激光退火后晶圆表面电阻均匀性的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101217115B (zh) | 2010-06-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11469297B2 (en) | Semiconductor device and method for producing semiconductor device | |
| CN101217115B (zh) | Igbt高压功率器件圆片背面激光退火工艺 | |
| US10651269B2 (en) | Semiconductor device and method for producing semiconductor device | |
| CN102347355B (zh) | 最小化场阑igbt的缓冲区及发射极电荷差异的方法 | |
| JP5365009B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| EP2320451B1 (en) | Fast recovery Diode | |
| CN106463528B (zh) | 碳化硅半导体装置的制造方法 | |
| US9431290B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
| CN107710417B (zh) | 半导体装置的制造方法 | |
| CN104157569B (zh) | 快恢复二极管制造工艺方法 | |
| JP5326217B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| CN102856194A (zh) | 制造反向阻断绝缘栅双极晶体管的方法 | |
| JP3919591B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| CN102163551A (zh) | 反向阻断型绝缘栅双极晶体管制造方法 | |
| CN113892189A (zh) | 碳化硅半导体装置及碳化硅半导体装置的制造方法 | |
| JP2007220724A (ja) | 薄板型ｉｇｂｔの製造方法及び薄板型ｉｇｂｔ | |
| CN103286438B (zh) | 用于产生半导体组件的方法 | |
| US20190115423A1 (en) | Insulated gate power devices with reduced carrier injection in termination area | |
| US8501586B2 (en) | Power semiconductor | |
| JP2014072306A (ja) | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 | |
| JP2021019157A (ja) | 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20080709 Assignee: U-Precision Tech Co., Ltd. Assignor: Tsinghua University Contract record no.: 2013990000553 Denomination of invention: Laser annealing technique on the wafer back of IGBT high voltage power device Granted publication date: 20100602 License type: Exclusive License Record date: 20130906 |
|
| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model |