CN102315107A - 制造半导体器件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种制造半导体器件的方法，它能够充分地激活较深的离子注入层，并完全恢复离子注入过程中所产生的晶格缺陷。连续地发射激光脉冲(21a至25a)，以形成基本上为CW(连续波)的激光。本发明的该特征能够在大约2μm处稳定的进行较深处离子注入层的激活，且产生较少的缺陷。

Description

制造半导体器件的方法
相关申请的交叉引用
本申请基于2010年6月24日提交的日本专利申请No.2010-143825且要求该申请的优先权，该申请的内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及一种制造诸如IC(集成电路)、MOSFET(MOS场效应晶体管)以及IGBT(绝缘栅双极晶体管)之类的半导体器件的方法。
背景技术
近年来，计算机和通信设备在其主要部件中频繁使用集成电路(IC)，在这些IC中将许多晶体管、电阻器等组合来构成电路，并集成在一块芯片上。此类IC中的一种包含功率半导体元件的IC被称为功率IC。
IGBT是一种单芯片功率元件，呈现MOSFET的高速开关特性和电压驱动特性以及双极晶体管的低导通电压特性。IGBT的应用正扩展到包括通用逆变器、AC伺服器件、不间断电源(UPS)、开关式电源等的工业领域以及包括微波炉、电饭煲、闪光灯等的家电领域。
目前正致力于开发使用新的芯片结构并且呈现低导通电压的下一代器件，以实现应用设备的低功耗和高效率。
IGBT的结构包括穿通(PT)型、非穿通(NPT)型以及场阻断(FS)型。除了在某些音频功率放大器中使用p沟道型元件之外，当今量产的几乎所有IGBT都具有n沟道垂直双扩散结构。本说明书也基于n沟道IGBT进行描述。
PT型在p+型外延基板和n-层(n型活性层)之间具有n+层(n缓冲层)，且n型活性层中的耗尽层到达n缓冲层。PT型是IGBT的主流基本结构。在例如击穿电压为600V的系统中，尽管70μm的厚度对于活性层而言已经足够，但包括p+型基板的总厚度可达200μm至300μm。因此，正在使用FZ(浮区)基板而不是使用外延基板来开发采用低掺杂浅p+集电层的NPT型IGBT以及具有场阻断层的FS型IGBT，以获得低成本芯片。图13是NPT型IGBT的截面视图。该NPT型没有使用p+基板，相比使用外延基板的PT型，显著减小了基板51的总厚度。该结构能够控制空穴注入率，因此实现了无寿命控制的高速开关，但是依赖于n型活性层51a的厚度和电阻率导通电压相当高。但是，由于如前所述使用了FZ基板51而不使用p+外延基板，因此有可能使得芯片降低成本。在图13中，附图标记52表示p型基底层；53表示n型发射极层；54表示栅极氧化膜；55表示栅电极；56表示层间介质膜；57表示作为发射极电极的前表面电极；62表示p型集电极层；63表示作为集电极电极的后表面电极。
图14是FS型IGBT的截面视图。FS型IGBT具有与PT型IGBT基本相同的结构。FS型IGBT使用FZ基板51而不使用p+外延基板，基板51的总厚度为100μm至200μm。对应于600伏的击穿电压，n型活性层51a的厚度约为70μm，与PT型相同，并且n型活性层51a被耗尽。为此，n型活性层51a下方设置有n型层，即n型场阻断(FS)层61。在集电极侧，浅p+扩散层被用作低注入量集电极(p型集电极层62)。与NPT型的情形相同，此结构无需寿命控制。此外，为了进一步减小导通电压，已知一种将此FS型IGBT与沟槽IGBT结构(图中未示出)相结合的结构，其中从芯片前表面形成有窄而深的沟，且在沟槽的侧面上形成有MOSFET结构。最近正在通过设计优化来减小总厚度。
近年来，不经由中间直流而直接进行交流-交流变换的矩阵转换器正受到瞩目。矩阵转换器不需要与常规逆变器不同的电容器，并且具有减少了电源高次谐波的优点。但是，由于输入的是交流，因此要求矩阵转换器中的半导体开关具有反向耐压能力。如果使用常规IGBT，则需要用串联二极管来阻断反向电压。如图15所示，反向阻断IGBT具有反向阻断能力，延续了常规IGBT的基本特性。除了在反向阻断IGBT中形成了隔离层之外，基本结构与NPT型IGBT相同。由于消除了串联二极管，反向阻断IGBT的传导损耗降低了大约一半，相当大地增强了矩阵转换器的转换效率。通过组合形成大约100μm以上深度的结(形成p型隔离层)的技术和制造大约100μm以下厚度的极薄晶片的技术，已经制造出了高性能的反向阻断IGBT。在图15中，附图标记70表示钝化膜。为实现厚度约为70μm的薄型IGBT，制造工艺中有很多技术问题，包括由于制造工艺中所必需的对后表面进行的背面磨削、从后表面注入离子以及后表面热处理所可能引起的翘曲。以下将基于FS型IGBT描述制造工艺。
图16至20是依制造工艺顺序图示的半导体器件主要部件的截面视图，示出了一种常规半导体器件的制造方法。在接下来的描述中，半导体器件是FS型IGBT。
(1)在FZ-N基板51上沉积栅氧化膜54(SiO2)和多晶硅(poly-Si)栅电极55，并加工。在栅电极55的表面上沉积并加工层间介质膜56(此例中为BPSG)，以制作绝缘栅结构。
(2)在FZ-N基板51的表面区域中形成p基底层52(p+)，然后在p基底层52中形成n型发射极层53。
前表面电极57是由铝硅膜构成的发射极电极，与n型发射极层53接触。铝硅膜随后在400至500摄氏度的相对低温下进行热处理，以实现稳定的接合性和低阻抗布线。虽然未被示出，但是也可以形成聚酰亚胺膜的绝缘保护膜来覆盖前表面。
如图16所示，前表面侧的处理至此步骤结束。
(4)如图17所示，通过背面磨削、蚀刻或者其他技术，使得FZ-N基板51从后表面58开始减薄至希望的厚度。
(5)然后，如图18所示，从后表面58进行离子注入以形成离子注入层59和60，以供分别形成n型层(场阻断(FS)层61)和高浓度p型集电极层62(p+层)(这两个层在图19中示出)。在某些情况下，为了建立与后表面电极63(集电极电极)的欧姆接触，在注入硼离子后，在后表面58上注入BF2的p层作为接触层，以获得高浓度层。
(6)用电炉(图中未示出)进行退火的热处理。热处理温度是在从350摄氏度至500摄氏度范围内的相对低温。在该步骤中，如图19所示地形成场阻断层(FS层)61(n层)和p型集电极层62(p+层)。
(7)之后，如图20所示，在高浓度p型集电极层62(层)上，通过组合从铝层、钛层、镍层、金层等之中选择出的多个金属膜，来形成后表面电极63。
(8)尽管没有示出，但在切片之后，使用超声波接线装置，在前表面电极57的表面上固定铝布线。后表面电极63经由焊料层连接到基材。由此，完成FS型IGBT。
在退火步骤(6)中，有多种使用激光退火的方法，使得能够仅在用于激活离子注入层的表面区域中进行加热。
专利文献1揭示了用YAG3ω和YAG2ω激光器来激活n层。
专利文献2揭示了用两台激光装置来激活离子注入层。
专利文献3揭示了用照射脉冲激光并形成宽幅脉冲的两台激光照射装置来激活杂质层的方法。
专利文献4揭示了关于FS IGBT后表面区域中的杂质激活率的内容。
专利文献5揭示了一种激光照射装置，其包括：发射不同波长的激光脉冲的第一光源和第二光源；以及使得照射区域重叠地对加工对象进行照射的光学系统。
专利文献6揭示了使用两台激光振荡器(激光发射器件)，以及利用前一脉冲和间隔延迟时间后射出的后一脉冲形成宽幅脉冲激光，从而进行照射。
[专利文献1]日本未审查专利申请  公开No.2003-059856
[专利文献2]日本专利No.4043865
[专利文献3]日本未审查专利申请  公开No.2005-223301
[专利文献4]日本专利No.4088011
[专利文献5]日本未审查专利申请  公开No.2009-032858
[专利文献6]日本未审查专利申请  公开No.2008-270243
下面将描述上述常规示例中的一些问题。
1)尽管希望到FS型IGBT的FS层61(n层)为止都进行充分的激活，但是用电炉在350摄氏度至500摄氏度的相对低温下进行热处理无法完成令人满意的激活。
2)即便如上所述地延展脉冲宽度或者提高重复频率，但是当激光照射过程中存在中断时，中断周期被加热部位的温度将会降低。这样，如图21所示，加热进行得不充分，无法到达离表面约2μm处的较深FS层61(n层)，这会引发浓度分布不稳定以及FS层中缺陷恢复不充分。因此，无法实现令人满意的激活。
(3)当利用常规方法仅从后表面58侧进行激光照射时，将会意外地影响到前表面侧。例如，激光照射过程可能会提高前表面侧功能性结构的温度并熔融前表面电极57。
(4)普通的连续波(CW)激光的输出功率远低于一般的脉冲激光。结果，就无法进行充分的激活。而另一方面，对于短脉冲激光而言，尽管它能以高能量密度传送输出功率，但如图21所示，它无法对位于后表面58下方深处的离子注入层59(将成为FS层)进行激活，并且它无法完全恢复晶格缺陷。
(5)高能量密度激光的照射使得表面分布呈盒状分布，从而造成扩散层(p型集电极层62和FS层61)的深度波动。
(6)专利文献2、5、6揭示了用两个激光脉冲来获得被照射用于退火的宽幅脉冲。但是，这些文献没有揭示使用多个激光脉冲脉冲来形成具有基本上为CW波形的激光，并且通过照射该基本上为CW的激光来进行离子注入层的退火的半导体制造方法。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于解决上述问题，并提供一种半导体器件的制造方法，它能够对深处的离子注入层(FS层)进行充分激活，并完全恢复离子注入过程中产生的晶格缺陷。
为了实现上述目的，根据本发明权利要求1所述的制造半导体器件的方法包括以下步骤：在半导体衬底的第一主面上形成半导体元件的前表面结构；研磨该半导体衬底的后表面侧的第二主面以将该半导体衬底的厚度减小至预定厚度；在具有预定厚度的该半导体衬底的第二主面侧形成离子注入层；以及利用激光退火工艺来激活该离子注入层，其中激活该离子注入层的步骤通过下述步骤来进行：使用多个激光发射器件，每个激光发射器件以预定重复频率和预定脉冲宽度发射激光；以及在由该预定重复频率确定的第一时间周期中重复激光发射过程，该过程包括：从该多个激光发射器件的第一激光发射器件发射第一激光脉冲；在该第一激光脉冲的末端从第二激光发射器件发射第二光脉冲；在该第二激光脉冲的末端从第三激光发射器件发射第三光脉冲；以及逐次地在第(n-1)激光脉冲的末端从第n激光发射器件发射第n激光脉冲，之后在该第n激光脉冲的末端从该第一激光发射器件发射该第一激光脉冲，其中n是正整数，重复该激光发射过程，形成具有基本上为CW激光的波形的激光，该激光照射离子注入层以激活该离子注入层。
本发明权利要求2所述的制造半导体器件的方法是如权利要求1所述的方法，其中，较佳地在一个激光脉冲的末端和下一个激光脉冲的始端之间插入延迟时间。
本发明权利要求3所述的制造半导体器件的方法是如权利要求1所述的方法，其中，较佳地该预定重复频率在2kHz到500kHz的范围中，并且该预定脉冲宽度在1μs到50μs的范围中。
本发明权利要求4所述的制造半导体器件的方法是如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，较佳地该激光脉冲的每一个脉冲的能量密度在0.1J/cm2到5J/cm2的范围中。
本发明权利要求5所述的制造半导体器件的方法是如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，较佳地在激光照射的工序中冷却该半导体衬底。
本发明权利要求6所述的制造半导体器件的方法是如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，较佳地在激光照射的工序中该第一主面被静电吸盘保持或被冷却。
本发明权利要求7所述的制造半导体器件的方法是如权利要求1或2所述的方法，其中，较佳地该离子注入层是包括连续形成的p型杂质层和n型杂质层的pn连续层，该p型杂质层包含注入的p型杂质，该n型杂质层包含注入的n型杂质。
本发明权利要求8所述的制造半导体器件的方法是如权利要求1或2所述的方法，其中，较佳地在由进行该激光发射过程的预定频率确定的第一时间周期的m倍的周期中，该激光脉冲照射该离子注入层，m是正整数；之后，在第二时间周期中停止激光脉冲的照射；并且在该第一时间周期的m倍的周期中再次进行激光脉冲的照射；重复进行由该第一时间周期的m倍的周期中的照射和该第二时间周期中的停止所构成的过程。
根据本发明，激光脉冲被连续发射，以基本上形成CW(连续波)激光。本发明的该特征稳定地在约2μm处进行较深的离子注入层的激活，且缺陷较少，并且对于形成FS层尤其有效。
因此，能够获得一种呈现高激活率和优良特性的半导体器件。
此外，本发明的激光退火方法防止其中的晶片开裂，从而提供了一种制造呈现良好电特性的半导体器件的方法。
若基本上为CW的激光的能量密度过高，在照射激光的时间周期之间，可以进行中止。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的半导体器件制造方法的工序中，半导体器件的主要部件的截面视图。
图2是根据本发明第一实施例的半导体器件制造方法的、图1工序的后一工序中，半导体器件的主要部件的截面视图。
图3是根据本发明第一实施例的半导体器件制造方法的、图2工序的后一工序中，半导体器件的主要部件的截面视图。
图4是根据本发明第一实施例的半导体器件制造方法的、图3工序的后一工序中，半导体器件的主要部件的截面视图。
图5是根据本发明第一实施例的半导体器件制造方法的、图4工序的后一工序中，半导体器件的主要部件的截面视图。
图6是激光脉冲的时序图。
图7示出了激光退火工序。
图8示出了用静电吸盘固定基板进行激光退火的工序。
图9示出了将基板固定至水冷翼片进行激光退火的工序。
图10显示了用扩展阻抗探测法获得的浓度分布。
图11显示了用于应对具有过大能量密度的基本上为CW激光的方法。
图12示出了根据本发明第二实施例的半导体器件制造方法。
图13是NPT型IGBT的截面视图。
图14是FS型IGBT的截面视图。
图15是反向阻断IGBT的截面视图。
图16是常规半导体器件制造方法的工序中，半导体器件的主要部件的截面视图。
图17是常规半导体器件制造方法的、图16工序的后一工序中，半导体器件的主要部件的截面视图。
图18是常规半导体器件制造方法的、图17工序的后一工序中，半导体器件的主要部件的截面视图。
图19是常规半导体器件制造方法的、图18工序的后一工序中，半导体器件的主要部件的截面视图。
图20是常规半导体器件制造方法的、图19工序的后一工序中，半导体器件的主要部件的截面视图。
图21显示了常规半导体器件后表面侧的扩散分布。
符号描述
1：FZ-N基板(也被简称为基板)
2：p型基底层
3：n型发射极层
4：栅氧化膜
5：栅电极
6：层间介质膜
7：前表面电极(发射极电极)
8：后表面
9：离子注入层(将成为FS层11)
10：离子注入层(将成为p型集电极层12)
11：FS层
12：p型集电极层
13：后表面电极(集电极电极)
14：激光
21-25：激光发射器件
21a-25a：激光脉冲
27：光学系统的反射镜
28：静电吸盘
29 背板
30：水冷翼片
具体实施方式
下面将参考附图描述一些较佳实施例。
(实施例1)
图1至5是根据本发明第一实施例的半导体器件制造方法的工序中，半导体器件的主要部件的截面视图。图1至5按制造顺序进行显示。本实施例基于FS型IGBT的示例进行描述。
(1)在FZ-N基板1的前表面侧沉积栅氧化膜4(SiO2)和多晶硅(poly-Si)栅电极5，并加工。在栅电极5的表面上沉积并加工层间介质膜6(此例中为BPSG)，以制作绝缘栅结构。
(2)在FZ-N基板1的表面区域中形成p基底层2(p+)，然后在p基底层2中形成n型发射极层3。
(3)表面电极7是由铝硅膜构成的发射极电极，与n型发射极层3接触。铝硅膜随后在400至500摄氏度的相对低温下进行热处理，以实现稳定的接合性和低阻抗布线。虽然未被示出，但是也可以形成聚酰亚胺膜的绝缘保护膜来覆盖前表面。
如图1所示，到此工序为止，用于在前表面侧形成半导体器件的前表面结构的步骤已完成。
(4)如图2所示，通过背面磨削、蚀刻或者其他技术，使得FZ-N基板1从后表面8开始减薄至希望的厚度。
(5)然后，如图3所示，从后表面8进行离子注入以形成离子注入层9和10，以供分别形成n型层(FS层11)和高浓度p型集电极层12(p+层)(这两个层在图4中示出)。本实施例中，对n层注入磷离子，且对p层注入硼离子。在某些情况下，为了建立与后表面电极13的欧姆接触，在注入硼离子后，在后表面8上注入BF2的p层作为表面接触层，以获得高浓度层。
在如图8所示用静电吸盘28贴附基板1的状态下，或者如图9所示在隔着背板29用水冷翼片30冷却基板1的状态下，通过向后表面8照射激光14的激光退火方式来进行热处理。可以用氦气冷却来替代水冷。如图7所示，在该激光退火步骤中，后表面侧朝上。如图4所示，该激光退火步骤形成FS层11(n型层)以及高浓度p型集电极层12(p+层)。下面还将参照图6进一步详细描述激光退火的方法。
(7)之后，如图5所示，在高浓度p型集电极层12上，通过组合从铝层、钛层、镍层、金层等之中选择出的多个金属膜，来形成后表面电极13。
(8)尽管没有示出，但在切片之后，使用超声波接线装置，在前表面电极7的表面上固定铝布线。后表面电极13经由焊料层连接到基底。由此，完成FS型IGBT。
下面将对步骤(6)的激光退火方法进行描述。图6是激光脉冲的时序图。如图6所示，使用分别发射第一激光脉冲21a至第五激光脉冲25a的五个激光发射器件21至25，来进行激光退火。激光发射器件21至25中的每一个都以10kHz的频率、20μs的脉冲宽度发射激光脉冲21a至25a，该频率对应于100μs的周期。在从第一激光发射器件21发射的第一激光脉冲21a的末端，第二激光发射器件22发射第二激光脉冲22a；在从第二激光发射器件22发射的第二激光脉冲22a的末端，第三激光发射器件23发射第三激光脉冲23a。重复与此相同的过程直至第五激光发射器件25发射第五激光脉冲25a。在从第五激光发射器件25发射的第五激光脉冲25a的末端，第一激光发射器件21再次发射第一激光脉冲21a。重复这些过程，以获得基本上连续(或CW)的激光14(图8中示出)。五个激光脉冲21a至25a(每个的周期为20μs)连在一起，构成了周期为100μs的基本上为CW的激光14。激光脉冲21a至25a中的每一个提供0.8J/cm2的能量密度。一个控制器件(图中未示出)控制五个激光发射器件21至25的发射定时。
当激光照射一块芯片100μs的周期时，照射到这一块芯片的能量密度为0.8J/cm2×5个脉冲＝4.0J/cm2，该能量密度已经足够获得令人满意的激活。
为了获得基本上为CW的激光14，最好激光脉冲21a至25a的频率在2kHz到500kHz的范围内，脉冲宽度在1μs至50μs的范围内，一个脉冲的能量密度在0.1J/cm2至5J/cm2的范围内。若频率低于2kHz或者脉冲宽度小于1μs，则激光发射器件的个数上升，从而增加了制造成本。另一方面，500kHz的频率和50μs脉冲宽度在实际应用中已经足够获得令人满意的激光退火。小于0.1J/cm2的单脉冲能量密度将小于离子注入层9和10的激活能量，因此不足以激活这些层。大于5J/cm2的能量密度将会导致表面区域的扩散分布呈盒状分布，这引发扩散深度的波动。此外，如此高的能量密度将熔融FS型IGBT的前表面电极7(铝电极)。
上述条件下的激光退火过程连续加热基板1，充分地激活约2μm处的较深的离子注入层9。
如图8所示，在由静电吸盘28紧紧支承住晶片(基板1)的前表面侧的情况下，进行激光照射。结果，前表面电极7不受热量的影响，从而避免了IGBT前表面上的前表面电极7(铝电极)的熔融。用如图9所示的照射系统结构能够获得同样的效果，其中用引导装置将基板1紧紧地附着在背板上，并用水冷翼片进行冷却。
图8和图9是激光照射系统的概要图。五个激光发射器件21至25发射激光至未示出的光纤，这些光纤捆扎在一起形成厚光纤。从厚光纤的前端发射连续激光14，并在用光学系统的反射镜27反射连续激光14之后，将该连续激光14照射至基板。激光14的照射时间和能量被设定为激活离子注入层9和10所必需的值。
图10显示由SR方法得到的浓度分布。其中显示了实施例1、后面即将描述的实施例2以及常规示例的分布。常规示例的方法是专利文献3所揭示的方法，其中以100ns的脉冲宽度发射脉冲YAG 2ω激光的两个激光器件被用来形成每隔500ns发射的200ns的宽幅脉冲。一个激光器件的能量密度为2J/cm2，两个激光器件的总能量密度即为4J/cm2(恒定值)。照射重叠率为90％。p层(硼注入层)中的离子注入量为1×1015cm-2，且加速能量为50keV；n层(将成为FS层的磷注入层)中的离子注入量为1×1013cm-2，且加速能量为1.0MeV。离子注入时的入射角为7度。
在常规示例中，在第一激光发射器件开始发射激光之后500ns第二激光发射器件开始发射激光。当第一激光发射器件在200ns的时间周期内发射激光时，在300ns的时间周期中休止或者暂停激光发射。由于在300ns的休止周期温度降低，激活深度只到大约1.3μm。从图10中可以看到，离子注入层9中，2μm深度处的激活并不充分。晶格缺陷没有被恢复，从而造成漏电流的产生。
与之相比，本发明实施例1中，向基板1照射持续脉冲，形成实质上连续的激光。结果，有足够的热量到达图3中的较深的离子注入层9(将成为图4中的FS层11)，从而在大约2μm的深度激活离子注入层9。
这样，实施例1的方法恢复了由于离子注入过程中的损伤在较深的离子注入层9中所造成的晶格缺陷。由于激光14的能量密度相当低，不会形成盒状分布，也不会由于激光照射而产生加工痕迹。
在上述实施例中，本发明的方法被用来激活离子注入层9和10，该离子注入层9和10将成为FS型IGBT的后表面8区域中FS层11和集电极层12的pn连续层。本发明的方法也可被用来激活NPT型IGBT后表面侧的集电极层的p层以及MOSFET后表面侧的漏极层的n层。
如果激光14的能量密度过高，则可以降低该能量密度。但是，如果过分减小该能量密度，基本上为CW的激光将不足以进行令人满意的激活。可以通过以下方式来解决这种情况。
图11显示了用于应对基本上为CW激光的能量密度过高的情形的方法。
在由频率所确定的周期(第一周期，10kHz频率的情况下为100μs)的m倍的周期中发射激光(m为正整数)。然后，暂停0.1秒至数秒的时间，以停止发射激光脉冲。之后，再次发射激光脉冲。重复这些操作。若激光脉冲的照射时间周期不够，将增加由频率所确定的周期(第一周期)。暂停时间不一定是由频率所确定的周期。激光照射时间是充分激活离子注入层所需的时间周期。需考虑激光点移动到下一芯片所需的时间来确定暂停时间。
(实施例2)
图12显示了根据本发明第二实施例的半导体器件制造方法。图12是激光照射的时序图。除了激光退火过程之外，制造步骤与实施例1的步骤相同。实施例2也是一个FS-IGBT的例子。
图12的时序图与图6的时序图的不同点在于，例如，激光脉冲21a和激光脉冲22a之间间隔5μs。激光发射器件21至25与图8或图9中的相同，且未示出的控制器件控制激光脉冲21a至25a的发射开始时间。
激光发射器件21至25中的每一个都发射20μs时长和1J/cm2的发射能量密度的方波激光脉冲。第一激光发射器件21的20μs照射结束后，在间隔5μs的延迟时间之后，第二激光发射器件22进行照射。第三和第四激光发射器件的照射过程也有5μs的间隔。在第四发射器件进行照射并且间隔了5μs之后，第一激光发射器件21再次进行照射。为了避免由于被照射表面在延迟时间内温度降低而导致的激活不充分，优选在延迟时间内将被照射表面的温度维持在500摄氏度或更高。
与实施例1所示相同，在用静电吸盘28支承IGBT晶片前表面侧的状态下，或者在用引导装置将IGBT晶片前表面侧紧紧地附着在背板上并用水冷翼片进行冷却的状态下，对IGBT晶片进行照射。由于照射过程中的这些设置，IGBT前表面上的铝质表面电极7不会熔融，且前表面侧不受热量影响。
如图10所示，与实施例1相比，所插入的延迟时间略微降低了硼注入层的浓度和磷注入层(FS层)的浓度。但是，器件特性并不受影响。
与实施例1相同的激光退火条件可以进行充分的晶格缺陷恢复，这些晶格缺陷由于离子注入过程中的损伤而在较深的离子注入层9中产生。由于被照射的激光的能量密度低，因此即便在最上层表面也不会形成盒状分布，并且不会由于激光照射而产生加工痕迹。
532nm波长YAG 2ω全固态激光器被用于上述实施例1和2。但是，也可以使用其它类型激光器，如YLF 2ω、YVO4(2ω)、YAG 3ω、YLF 3ω、YVO4(3ω)等。可以用准分子激光器来替代全固态激光器，如XeCl(308nm)、KrF、XeF等。
除硼和磷之外，在使用大扩散系数的掺杂剂(例如，硫、硒、锂、氢)进行离子注入的情况下，本发明也有效。
以上描述中的器件类型为在后表面较深位置处具有FS层的FS型IGBT。经确认，本发明应用于其它类型器件的后表面侧n层也没有问题，包括NPT型IGBT、反向阻断IGBT以及FWD(续流二极管)。

Claims (8)

1.一种制造半导体器件的方法，包括下述步骤：
在半导体衬底的第一主面上形成半导体元件的前表面结构；
研磨所述半导体衬底的后表面侧的第二主面以将所述半导体衬底的厚度减小至预定厚度；
在具有所述预定厚度的所述半导体衬底的第二主面侧形成离子注入层；以及
利用激光退火工序来激活所述离子注入层，
其中激活所述离子注入层的步骤通过下述步骤来进行：
使用多个激光发射器件，每个激光发射器件以预定重复频率和预定脉冲宽度发射激光；以及
在由所述预定重复频率确定的第一时间周期中重复激光发射过程，所述过程包括：从所述多个激光发射器件的第一激光发射器件发射第一激光脉冲；在所述第一激光脉冲的末端从第二激光发射器件发射第二光脉冲；在所述第二激光脉冲的末端从第三激光发射器件发射第三光脉冲；以及逐次地在第(n-1)激光脉冲的末端从第n激光发射器件发射第n激光脉冲，之后在所述第n激光脉冲的末端从所述第一激光发射器件发射所述第一激光脉冲，其中n是正整数，
重复所述激光发射过程，形成具有基本上为CW激光的波形的激光，该激光照射离子注入层以激活所述离子注入层。
2.如权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其特征在于，
在一个激光脉冲的末端和下一个激光脉冲的始端之间插入延迟时间。
3.如权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其特征在于，
所述预定重复频率在2kHz到500kHz的范围中，并且所述预定脉冲宽度在1μs到50μs的范围中。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的制造半导体器件的方法，其特征在于，
所述激光脉冲的每一个脉冲的能量密度在0.1J/cm2到5J/cm2的范围中。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的制造半导体器件的方法，其特征在于，
在激光照射的工序中冷却所述半导体衬底。
6.如权利要求1至4中的任一项所述的制造半导体器件的方法，其特征在于，
在激光照射的工序中，所述第一主面被静电吸盘保持或被冷却。
7.如权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其特征在于，
所述离子注入层是包括连续形成的p型杂质层和n型杂质层的pn连续层，所述p型杂质层包含注入的p型杂质，所述n型杂质层包含注入的n型杂质。
8.如权利要求1或2所述的制造半导体器件的方法，其特征在于，
在由进行所述激光发射过程的预定频率确定的第一时间周期的m倍的周期中，所述激光脉冲照射所述离子注入层，m是正整数；之后，在第二时间周期中停止激光脉冲的照射；并且在所述第一时间周期的m倍的周期中再次进行激光脉冲的照射；重复进行由所述第一时间周期的m倍的周期中的照射和所述第二时间周期中的停止所构成的过程。
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