CN104517838B - 半导体结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种半导体结构及其制造方法。半导体结构的制造方法包括以下步骤。形成一N型漂移层(N drift layer)。形成一N型缓冲层(N buffer layer)于N型漂移层上，N型缓冲层包括一N型掺杂物。形成一P型重掺杂层(P+implantation layer)于N型缓冲层上，P型重掺杂层包括一P型掺杂物。以一激光光源照射N型缓冲层及P型重掺杂层以活化N型掺杂物及P型掺杂物。其中，激光光源包括一红外光(IR)及一绿光激光(green laser)，红外光以大于300毫米/秒(mm/s)至600毫米/秒的扫描速度(scan speed)照射N型缓冲层及P型重掺杂层，红外光包括多个红外光脉冲，红外光脉冲的脉冲时间(pulse time)为大于30纳秒(ns)至200纳秒。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体结构及其制造方法，且特别是涉及一种应用于功率元件的半导体结构及其制造方法。
背景技术
绝缘栅极双载子晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是功率元件的一种，由金氧半场效电晶体(MOSFET)及具有PNP接面的双载子晶体管所并联起来而成。绝缘栅极双载子晶体管兼具两种元件的优点，包括高输入阻抗和低导通压降两种特性，在大电流操作下可降低导通及开关的功率损耗，因此广泛运用于绿能、电动车及工业马达等领域。
然而，绝缘栅极双载子晶体管中，为了在晶背上形成P-N接面，从晶背上注入n型或p型离子后，必须加热回火以活化注入的离子，但高温加热通常会造成芯片正面的铝导线的损伤。因此，为了能够提供具有良好特性的绝缘栅极双载子晶体管，注入离子的活化技术是重要的课题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体结构及其制造方法。在该半导体结构的制造方法中，以具有特定脉冲时间和扫描速度的红外光及绿光激光活化半导体结构的掺杂物，可以达到具有不同掺杂类型的深层与浅层的活化，并且使得两者之间仍具有清楚的P-N接面，进而可以应用于多种类型的元件。
为达上述目的，根据本发明内容的一实施例，提出一种半导体结构的制造方法。半导体结构的制造方法包括以下步骤。形成一N型漂移层(N drift layer)。形成一N型缓冲层(N buffer layer)于N型漂移层上，N型缓冲层包括一N型掺杂物。形成一P型重掺杂层(P+implantation layer)于N型缓冲层上，P型重掺杂层包括一P型掺杂物。以一激光光源照射N型缓冲层及P型重掺杂层以活化N型掺杂物及P型掺杂物。其中，激光光源包括一红外光(IR)及一绿光激光(green laser)，红外光以大于300毫米/秒(mm/s)至600毫米/秒的扫描速度(scan speed)照射N型缓冲层及P型重掺杂层，红外光包括多个红外光脉冲，红外光脉冲的脉冲时间(pulse time)为大于30纳秒(ns)至200纳秒。
根据本发明内容的另一实施例，提出一种半导体结构。半导体结构包括一N型漂移层、一N型缓冲层、一P型重掺杂层以及一非结晶硅层。N型缓冲层形成于N型漂移层上，N型缓冲层包括一N型掺杂物。P型重掺杂层形成于N型缓冲层上，P型重掺杂层包括一P型掺杂物。非结晶硅层形成于P型重掺杂层上。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1A至图1B绘示依照本发明内容的一实施例的半导体结构的制造方法示意图；
图1C绘示半导体结构中各膜层的掺杂浓度相对于注入深度的关系图；
图2A至图2B绘示依照本发明内容的另一实施例的半导体结构的制造方法示意图；
图2C绘示半导体结构中各膜层的掺杂浓度相对于注入深度的关系图；
图3A至图3D绘示依照本发明内容的又一实施例的半导体结构的制造方法示意图；
图3E绘示半导体结构中各膜层的掺杂浓度相对于注入深度的关系图；
图4绘示依照本发明内容的实施例的半导体结构应用于功率元件的示意图；
图5是绘示实施例中的膜层的掺杂浓度相对于注入深度的关系图；
图6是绘示实施例中的膜层的掺杂浓度相对于注入深度的另一关系图；
图7是绘示实施例中的膜层的掺杂浓度相对于注入深度的又一关系图。
符号说明
100、200、300：半导体结构
100a、100b：表面
110、710：N型漂移层
120、120’、720：N型缓冲层
120d、130d：注入深度
130：P型重掺杂层
140、140’：非结晶硅层
150：钛金属层
160：硅化钛层
700：功率元件
700b：基极
700e：射极
700g：栅极
700n：N型重掺杂区
730：P型集极层
L：激光光源
L1：红外光
L2：绿光激光
SIMS-1～SIM-3、SRP-1～SPR-8：曲线
具体实施方式
本发明内容的实施例中，半导体结构的制造方法中，以具有特定脉冲时间和扫描速度的红外光及绿光激光活化半导体结构的掺杂物，可以达到具有不同掺杂类型的深层与浅层的活化，并且使得两者之间仍具有清楚的P-N接面，进而可以应用于多种类型的元件。以下是参照所附附图详细叙述本发明内容的实施例。附图中相同的标号用以标示相同或类似的部分。需注意的是，附图已简化以利清楚说明实施例的内容，实施例所提出的细部结构为举例说明之用，并非对本发明内容欲保护的范围做限缩。具有通常知识者当可依据实际实施态样的需要对该些结构加以修饰或变化。
图1A至图1B绘示依照本发明内容的一实施例的半导体结构100的制造方法示意图，图1C绘示半导体结构100中各膜层的掺杂浓度相对于注入深度的关系图。
如图1A所示，形成N型漂移层(N drift layer)110，以及形成N型缓冲层(N bufferlayer)120’于N型漂移层110上，N型缓冲层120’包括一N型掺杂物。
接着，如图1B所示，形成P型重掺杂层(P+implantation layer)130，P型重掺杂层130包括一P型掺杂物。实施例中，例如是将P型掺杂物注入N型缓冲层120’中，而在原来的N型缓冲层120’中邻近上表面处形成P型重掺杂层130，而形成P型重掺杂层130于N型缓冲层120上。
接着，如图1B所示，以激光光源L照射N型缓冲层120及P型重掺杂层130以活化N型掺杂物及P型掺杂物。实施例中，激光光源L包括一红外光(IR)及一绿光激光(greenlaser)，红外光以大于300毫米/秒(mm/s)至600毫米/秒的扫描速度(scan speed)照射N型缓冲层120及P型重掺杂层130，红外光包括多个红外光脉冲，红外光脉冲的脉冲时间(pulsetime)为大于30纳秒(ns)至200纳秒。至此，形成于图1B所示的半导体结构100。
实施例中，N型漂移层110例如是形成于硅晶片中，N型掺杂物例如是磷(P)，P型掺杂物例如是硼(B)。
实施例中，以硅晶片为例，以具有较短波长的激光照射时，产生的热能比较会集中在表面，而以具有较长波长的激光照射时，产生的热能比较会穿透到硅晶片的内部。因此，本发明内容的实施例中，激光光源L的绿光激光用以活化较接近半导体结构100的表面的P型重掺杂层130，而红外光用以活化较远离半导体结构100的表面100a的N型缓冲层120，如此一来，激光光源L的热能局部地产生于半导体结构100中具有特定深度处，半导体结构100的另一相对表面100b上的其他金属导线或电极结构等(未绘示)不会受到高温而破坏。换句话说，以具有红外光及绿光激光的激光光源L活化半导体结构100的掺杂物，可以达到同时活化具有不同掺杂类型的深层(N型缓冲层120)与浅层(P型重掺杂层130)的效果。
实施例中，激光光源L的脉冲时间和扫描速度是关键的。脉冲时间的增加可以视作功率与能量的增加，这会使得活化量增加，也会增加掺杂物的扩散速率。扫描速度的减小，也会增大N型缓冲层120和P型重掺杂层130的受热程度。因此，根据本发明内容的实施例，以激光光源L照射并进行活化，其中红外光以大于300毫米/秒至600毫米/秒的扫描速度、以及大于30纳秒至200纳秒的脉冲时间，可以活化N型缓冲层120到需要的深度，同时又不过度活化P型重掺杂层130，而使得两者之间仍具有清楚的P-N接面。当N型缓冲层120具有的深度增大时，半导体结构100可以应用的元件类型就越多，例如可以应用在电压条件更高的元件，也可对未来的各种元件的设计具有很大优势。一实施例中，激光光源L的频率例如是30～600千赫兹(kHz)，频率增高也可强化深层的活化效果。
如图1C所示，N型缓冲层120的注入深度120d大于P型重掺杂层130的注入深度130d，且注入深度130d所在位置即为N型缓冲层120与P型重掺杂层130之间的P-N接面(P-Njunction)。实施例中，N型缓冲层120的注入深度120d大约是1.5-3微米(um)，P型重掺杂层130的注入深度130d大约是0.5-1微米(um)。实施例中，N型缓冲层120的掺杂浓度大约是1e15～16，P型重掺杂层130的掺杂浓度大约是1e19。
一实施例中，红外光及绿光激光例如是同时照射N型缓冲层120及P型重掺杂层130。另一实施例中，红外光及绿光激光例如是依序照射N型缓冲层120及P型重掺杂层130，举例来说，先以红外光照射N型缓冲层120以活化N型掺杂物，再以绿光激光照射P型重掺杂层130以活化P型掺杂物。
实施例中，绿光激光的扫描速度例如是10～2200毫米/秒(mm/s)，较佳地例如是730～1100毫米/秒(mm/s)。绿光激光也可包括多个绿光激光脉冲，绿光激光脉冲的脉冲时间例如是----30～200纳秒(ns)。
一实施例中，还可形成一金属线路层(未绘示)于P型重掺杂层130上。
图2A至图2B绘示依照本发明内容的另一实施例的半导体结构200的制造方法示意图，图2C绘示半导体结构200中各膜层的掺杂浓度相对于注入深度的关系图。本实施例的半导体结构200与前述实施例的半导体结构100不同之处在于半导体结构200的制造方法还包括形成非结晶(amorphous)硅层140于P型重掺杂层130上。
如图2A所示，形成N型漂移层110、N型缓冲层120’于N型漂移层110上、以及非结晶硅层140’于N型缓冲层120’上。
形成非结晶硅层140’的方式有很多种。一实施例中，可以经由溅镀(sputtering)或化学气相沉积(CVD)等方式形成一新增的非结晶硅层140’于N型缓冲层120’上。另一实施例中，非结晶硅层140’也可以经由离子注入方式形成，例如是以重离子(例如是氩离子)将既有的N型缓冲层120’的表面的结晶硅结构破坏成非结晶结构，而形成非结晶硅层140’。
接着，如图2B所示，注入P型掺杂物以形成P型重掺杂层130于非结晶硅层140之下。实施例中，例如是将P型掺杂物注入非结晶硅层140’中，而在原来的非结晶硅层140’中邻近下表面处形成P型重掺杂层130，以形成P型重掺杂层130于非结晶硅层140之下。一实施例中，例如是以能量为80keV，浓度为1e15～16的氩离子注入而形成非晶硅层140’，然后将浓度为1～5e15的硼注入非结晶硅层140’中。实施例中，非结晶硅层140的厚度例如是20～1000纳米。
接着，如图2B所示，以激光光源L照射N型缓冲层120及P型重掺杂层130以活化N型掺杂物及P型掺杂物。激光光源L同前所述，在此不再赘述。至此，形成于图2B所示的半导体结构200。
如图2C所示，N型缓冲层120的注入深度120d大于P型重掺杂层130的注入深度130d，且注入深度130d所在位置即为N型缓冲层120与P型重掺杂层130之间的P-N接面。
实施例中，以硅晶片为例，硼掺杂物(P型掺杂物)在结晶硅中扩散速度较快，在非结晶硅中扩散速度较慢(大约可以减慢50～70％)。将硼掺杂物注入非结晶硅层140并以激光光源L进行活化之后，硼掺杂物会扩散至非结晶硅层140中的邻接N型缓冲层120处，而形成P型重掺杂层130，使得原来的非结晶硅层140与N型缓冲层120的接面成为N型缓冲层120与P型重掺杂层130之间的P-N接面。同时，因为硼掺杂物在非结晶硅层140中的扩散速度较慢，硼掺杂物能够较佳地固定于P型重掺杂层130，维持住良好的P-N接面。并且，基于硼掺杂物在非结晶硅层140中的扩散速度较慢，激光光源L的功率可以提高，进而增加较深的区域的活化程度。
一实施例中，还可形成一金属线路层(未绘示)于非结晶硅层140上。
图3A至图3D绘示依照本发明内容的又一实施例的半导体结构300的制造方法示意图，图3E绘示半导体结构300中各膜层的掺杂浓度相对于注入深度的关系图。本实施例的半导体结构300与前述实施例的半导体结构200不同之处在于半导体结构300的制造方法还包括形成硅化钛层160于非结晶硅层140上。
如图3A所示(类似于图2A所述的步骤)，形成N型漂移层110、N型缓冲层120’于N型漂移层110上、以及非结晶硅层140’于N型缓冲层120’上。
接着，如图3B所示(类似于图2B所述的步骤)，注入P型掺杂物以形成P型重掺杂层130于非结晶硅层140之下。一实施例中，例如是以能量为80keV，浓度为1e15～16的氩离子注入而形成非晶硅层140’，然后将浓度为1～5e15的硼注入非结晶硅层140’中。接着，以红外光L1照射N型缓冲层120以活化N型掺杂物。
接着，如图3C所示，形成钛金属层150于非结晶硅层140上。实施例中，红外光L1照射的步骤于形成钛金属层150于非结晶硅层140上的步骤之前进行。
接着，如图3D所示，以绿光激光L2照射钛金属层150及非结晶硅层140，以形成硅化钛层160于非结晶硅层140上。相较于红外光L1可提供较深层的热能，对于N型缓冲层120具有良好的活化效果，绿光激光L2所提供的热能比较集中在表层，除了可以抑制P型掺杂物往N型缓冲层120内部扩散，尚可以提供能量使钛金属层150与非结晶硅层140中的硅反应而形成硅化钛层160。实施例中，硅化钛层160则可以促使P型重掺杂层130中的P型掺杂物(例如是硼)往硅化钛层160扩散，而比较不倾向往P型重掺杂层130与N型缓冲层120的接面扩散，而可以维持住良好的P-N接面。换句话说，本步骤中以绿光激光对半导体结构进行照射，可以同时达到活化P型掺杂物以及形成硅化钛层160以强化维持良好的P-N接面的效果。
如图3E所示，N型缓冲层120的注入深度120d大于P型重掺杂层130的注入深度130d，且注入深度130d所在位置即为N型缓冲层120与P型重掺杂层130之间的P-N接面。
一实施例中，还可形成一金属线路层(未绘示)于硅化钛层160上。
图4绘示依照本发明内容的实施例的半导体结构应用于功率元件的示意图。实施例中，如图4所示，功率元件700例如是绝缘栅极双载子晶体管(insulated gate bipolartransistor，IGBT)，N型漂移层710、N型缓冲层720及P型集极层730位于功率元件700的晶背侧，功率元件700的晶面侧上具有栅极700g、射极700e、基极700b及N型重掺杂区700n。N型缓冲层720例如是功率元件700的场停止层(filed stop layer)。
一实施例中，可以利用本发明内容所述的半导体结构制造方法制作N型漂移层710、N型缓冲层720及P型集极层730，其中N型漂移层710对应于N型漂移层110、N型缓冲层720对应于N型缓冲层120，P型集极层730可对应于P型重掺杂层130。另一实施例中，也可以应用本发明内容所述的制作P型重掺杂层130及非结晶硅层140的方式制作功率元件700的P型集极层730。再一实施例中，还可以本发明内容所述的制作P型重掺杂层130、非结晶硅层140及硅化钛层160的方式制作功率元件700的P型集极层730。
以下就实施例作进一步说明。以下列出半导体结构的制作条件及量测结果。然而以下的实施例为例示说明之用，而不应被解释为本发明内容实施的限制。
图5是绘示实施例中的膜层的掺杂浓度相对于注入深度的关系图。如图5所示的实施例中，是应用本发明内容所述的制作N型漂移层110、N型缓冲层120及P型重掺杂层130的方式制作功率元件的N型漂移层、N型缓冲层及P型集极层。
如图5所示，曲线SIMS-1表示以能量480keV将剂量为1e14的磷注入功率元件的晶背面的掺杂浓度与注入深度的关系。接着，对注入的磷照射激光光源以进行活化。曲线SRP-1表示以照射通量为6.3焦耳/平方公分(J/cm2)、照射点的尺寸为直径50微米(μm)、脉冲时间为30纳秒及频率为60千赫兹(kHz)的绿光激光(波长515纳米)照射后的掺杂浓度与注入深度的关系，曲线SRP-2和曲线SRP-3的活化条件同曲线SRP-1，改变照射通量为3.8焦耳/平方公分和1.3焦耳/平方公分。曲线SIMS-1的数据由二次离子质谱(Second ion massspectroscopy，SIMS)测量而得，曲线SRP-1～SRP-3的数据由展布电阻分布状况测定法(Spreading resistance profiling，SRP)测量而得。
由曲线SRP-3可看出，当照射通量为1.3焦耳/平方公分时，深度超过0.5微米以上的部分几乎未活化。由曲线SRP-1和SRP-2可看出，当照射通量为3.8焦耳/平方公分和6.3焦耳/平方公分时，虽然已活化，但表面浅层部分几乎都已熔化。换言之，以绿光激光照射不足以达成表面及深层同时活化的效果。
图6是绘示实施例中的膜层的掺杂浓度相对于注入深度的另一关系图。如图6所示的实施例中，对功率元件(N型缓冲层120及P型重掺杂层130)照射红外光(波长1046纳米)。
如图6所示，曲线SIMS-2表示以能量30keV将剂量为1e15的硼注入功率元件的晶背面的掺杂浓度与注入深度的关系，曲线SIMS-1表示以能量480keV将剂量为1e14的磷注入功率元件的晶背面的掺杂浓度与注入深度的关系。曲线SRP-4表示以功率6.5瓦(W)及脉冲时间200纳秒的红外光照射后的掺杂浓度与注入深度的关系，曲线SRP-5表示以功率4.5瓦及脉冲时间30纳秒的红外光照射后的掺杂浓度与注入深度的关系。曲线SIMS-2的数据由二次离子质谱测量而得，曲线SRP-4～曲线SRP-5的数据由展布电阻分布状况测定法测量而得。曲线SRP-4～曲线SRP-5的红外光的扫描速度均为440毫米/秒(mm/s)，照射通量分别为7.1、10.2焦耳/平方公分，频率均为60千赫兹(kHz)。
由曲线SRP-4和曲线SRP-5可看出，当脉冲时间由30纳秒提高至200纳秒时，加热总时间增加，对于较深层部分的活化程度有所提升，例如是在深度约0.5微米处具有很明显的转折，而在深度约0.5～1.2微米之间的范围具有良好的掺杂浓度。此外，红外光的扫描速度为440毫米/秒，此相对较慢的扫描速度使得芯片(功率元件)的受热较多，因而使得活化量较大。
图7是绘示实施例中的膜层的掺杂浓度相对于注入深度的又一关系图。如图7所示的实施例中，对功率元件(N型缓冲层120及P型重掺杂层130)照射红外光。
如图7所示，曲线SIMS-3表示以能量80keV将剂量为5e15的硼注入功率元件的晶背面的掺杂浓度与注入深度的关系，曲线SIMS-4表示以能量1.5MeV将剂量为1e12的磷注入功率元件的晶背面的掺杂浓度与注入深度的关系。曲线RTA表示以1000℃的加热温度及30秒的加热时间进行快速回火处理(rapid thermal annealing)后的掺杂浓度与注入深度的关系，曲线SRP-6表示以功率为16.8瓦及扫描速度为600毫米/秒的红外光照射后的掺杂浓度与注入深度的关系，曲线SRP-7表示以功率16.8瓦及扫描速度为300毫米/秒的红外光照射后的掺杂浓度与注入深度的关系，曲线SRP-8表示以功率16.0瓦及扫描速度为300毫米/秒的红外光照射后的掺杂浓度与注入深度的关系。曲线SRP-6～曲线SRP-8的红外光的频率均为300千赫兹(kHz)，脉冲时间均为200纳秒，激光光源照射点的尺寸均为直径50微米、点与点之间的重叠程度(overlap)均为96％，照射通量均为2.9焦耳/平方公分。
以加热方式进行活化，由于加上升温和降温的时间之后，整体热处理的时间较长，因而会造成掺杂物的扩散时间拉长。由曲线RTA可看出，虽然N型缓冲层的活化深度可以达到2.5微米，P型重掺杂层的活化深度也到达了0.9微米，显示硼已经往外扩散，这会造成P-N接面不良的结果。再者，由曲线SRP-7和曲线SRP-8可看出，当扫描速度降到300毫米/秒时，P型重掺杂层的活化深度到达1.2微米，显示硼已经严重地往外扩散，这是因为扫描速度的下降造成受热较多，因而使得活化量太大所造成。相对地，由曲线SRP-6可看出，当功率为16.8瓦搭配扫描速度为600毫米/秒时，提供较佳的加热程度，使得不仅P型重掺杂层的活化深度到达了0.7微米(硼并未往外扩散)，N型缓冲层的活化深度也可以达到1.8微米，显见对于较深层部分的活化程度也有良好的效果。
综上所述，虽然已结合以上较佳实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (17)
1.一种半导体结构的制造方法，包括：
形成一N型漂移层(N drift layer)；
形成一N型缓冲层(N buffer layer)于该N型漂移层上，该N型缓冲层包括一N型掺杂物；
形成一P型重掺杂层(P+implantation layer)于该N型缓冲层上，该P型重掺杂层包括一P型掺杂物；以及
以一激光光源照射该N型缓冲层及该P型重掺杂层以活化该N型掺杂物及该P型掺杂物；
其中，该激光光源包括一红外光(IR)及一绿光激光(green laser)，该红外光以440毫米/秒(mm/s)至600毫米/秒的扫描速度(scan speed)照射该N型缓冲层及该P型重掺杂层，该红外光包括多个红外光脉冲，该些红外光脉冲的脉冲时间(pulse time)为200纳秒。
2.如权利要求1所述的半导体结构的制造方法，其中该红外光及该绿光激光同时照射或依序照射。
3.如权利要求1所述的半导体结构的制造方法，其中该N型掺杂物为磷(P)，该P型掺杂物为硼(B)。
4.如权利要求1所述的半导体结构的制造方法，其中该激光光源的频率为30～600千赫兹(kHz)。
5.如权利要求1所述的半导体结构的制造方法，其中该绿光激光的扫描速度为10～2200毫米/秒(mm/s)。
6.如权利要求1所述的半导体结构的制造方法，其中该绿光激光包括多个绿光激光脉冲，该些绿光激光脉冲的脉冲时间为30～200纳秒(ns)。
7.如权利要求1所述的半导体结构的制造方法，还包括：
形成一金属线路层于该P型重掺杂层上。
8.如权利要求1所述的半导体结构的制造方法，还包括形成一非结晶(amorphous)硅层于该P型重掺杂层上。
9.如权利要求8所述的半导体结构的制造方法，其中形成该非结晶硅层于该P型重掺杂层上的步骤包括：
形成该P型重掺杂层之前，形成该非结晶硅层于该N型缓冲层上；以及
注入该P型掺杂物以形成该P型重掺杂层于该非结晶硅层之下。
10.如权利要求8所述的半导体结构的制造方法，其中该非结晶硅层经由溅镀(sputtering)、化学气相沉积(CVD)或离子注入方式形成。
11.如权利要求8所述的半导体结构的制造方法，其中该非结晶硅层的厚度为20～1000纳米。
12.如权利要求8所述的半导体结构的制造方法，还包括：
形成一金属线路层于该非结晶硅层上。
13.如权利要求8所述的半导体结构的制造方法，还包括形成一硅化钛层于该非结晶硅层上。
14.如权利要求13所述的半导体结构的制造方法，其中形成该硅化钛层的步骤包括：
形成一钛金属层于该非结晶硅层上；以及
以该绿光激光照射该钛金属层及该非结晶硅层。
15.如权利要求14所述的半导体结构的制造方法，其中以该红外光照射的步骤于形成该钛金属层于该非结晶硅层上的步骤之前进行。
16.如权利要求13所述的半导体结构的制造方法，还包括：
形成一金属线路层于该硅化钛层上。
17.一种半导体结构，包括：
N型漂移层；
N型缓冲层形成于该N型漂移层上，该N型缓冲层包括一N型掺杂物；
P型重掺杂层形成于该N型缓冲层上，该P型重掺杂层包括一P型掺杂物；
非结晶硅层形成于该P型重掺杂层上；以及
硅化钛层形成于该非结晶硅层上，
其中该N型缓冲层中的该N型掺杂物及该P型重掺杂层中的该P型掺杂物经过一激光光源照射活化，该激光光源包括一红外光和一绿光激光。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4234356A (en) * | 1979-06-01 | 1980-11-18 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Dual wavelength optical annealing of materials |
| CN101160646A (zh) * | 2005-04-13 | 2008-04-09 | 应用材料公司 | 双波长热流激光退火 |
| CN102668039A (zh) * | 2009-11-30 | 2012-09-12 | 株式会社日本制钢所 | 激光退火装置及激光退火方法 |
| CN102983159A (zh) * | 2008-01-23 | 2013-03-20 | 富士电机株式会社 | 半导体器件及其制造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4967205B2 (ja) * | 2001-08-09 | 2012-07-04 | 富士電機株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| DE102004030268B4 (de) * | 2003-06-24 | 2013-02-21 | Fuji Electric Co., Ltd | Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4234356A (en) * | 1979-06-01 | 1980-11-18 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Dual wavelength optical annealing of materials |
| CN101160646A (zh) * | 2005-04-13 | 2008-04-09 | 应用材料公司 | 双波长热流激光退火 |
| CN102983159A (zh) * | 2008-01-23 | 2013-03-20 | 富士电机株式会社 | 半导体器件及其制造方法 |
| CN102668039A (zh) * | 2009-11-30 | 2012-09-12 | 株式会社日本制钢所 | 激光退火装置及激光退火方法 |
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