TW201532722A - 用於活化工件上之異原子的方法及設備 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種用於活化工件(18)上之異原子之方法，以一第一波長之脈衝第一雷射光束(4)及具有一與此重疊之第二波長之脈衝第二雷射光束(8)進行活化，其中第一雷射光束(4)之脈衝長度(t1)長於第二雷射光束(8)之脈衝長度(t2)，且第二雷射光束(8)之脈衝(P)在時間上在第一雷射光束(4)之脈衝(P)內照射在工件(18)上。此外，本發明亦係關於一種實施該方法之設備。
Description
本發明係關於一種在一工件中活化異原子之方法及設備。
IGBT在電力電子學上扮演日益重要角色。其廣泛應用於電子器件如電爐、洗衣機、熱水爐等之控制上，但亦用於混合動力車及電動車以及用於可再生能源之整流器上。日益重要者是，改進此類電晶體之電效率，俾便降低所產生之熱損失，並因此使IGBT模組小型化。降低熱損失與降低製造此IGBT之矽晶圓厚度有關。目前用於達600V之IGBT係由僅約50微米厚之晶圓製出。
製造上之困難在於，必須在此薄晶圓之一側製造結構，該結構亦包含鋁或銅之金屬接點。只有在此接點製造出來後，才可將晶圓由背側磨薄至最終之例如50微米厚度。接著必須在該新成之背側表面製造出一電性活躍之層，其係藉由帶入異原子而成，通常藉由植入電加速之離子。此異原子必須經由加熱至矽融點(約1425℃)活化，亦即，其只在此熱處理後才具備有效電性。由於在前側已建立金屬接點，此熱處理無法在爐中實施。基於此故，此活化愈來愈由脈衝雷射執行。此雷射之波長選擇方式為，使雷射光侵入矽不到一微米至一微米
深，且脈衝長度選擇方式為，使得在雷射脈衝期間熱僅在矽中擴散幾微米。此雷射之典型特徵為其放射波長在綠光譜範圍，例如515奈米或532奈米(頻率加倍之固態雷射)且脈衝長度在0.5至1.5微秒範圍。
然而在若干應用上需要活化至矽構件中較大深度。此無法由使用綠光較短波長之脈衝達到。近期發現，對矽晶圓同時以脈衝綠雷射光及連續紅外線雷射光照射，比僅用脈衝綠光照射更能活化植入在較大深度之異原子。此外在矽晶體中晶格缺陷之密度可經由熱處理降低。控制晶格缺陷密度係屬重要，這是由於其決定IGBT關閉行為，且因而影響電損失及所產生之電磁干擾。能發射例如808奈米波長雷射光、且能產生若干百瓦光功率之連續二極體雷射非常適用於此。一種此類裝置見於例如DE 11 2010 004 232 T5。然而在此所述之方法之缺點在於，該額外照射之二極體雷射光功率額外加熱矽晶圓，因而可能逾越前側最大所能容許之溫度。
本發明之目的因而在於提出一種用於活化工件上之異原子之方法及設備，能夠避免這些缺點。
在方法上，此目的以一種具有申請專利範圍請求項1特徵之方法而達成。依據該方法一工件被一第一波長之第一脈衝雷射光束及一與此重疊之第二波長之第二脈衝雷射光束加工，而第一雷射光束之脈衝長度長於第二雷射光束之脈衝長度，且第二雷射光束之脈衝在第一雷射光束之脈衝時間範圍內照射工件。
換言之，兩個雷射係以脈衝操作且工件被一由兩個雷射產生、合併之雷射光束加工。與先前技術不同，此第一雷射光源亦由一專用電源供應以脈衝方式操作。第一雷射光束之脈衝長度必須等於或長於第二雷射光束之脈衝長度。二雷射光束及雷射光源必須互相同步，使得二雷射光束之脈衝在相同時間照射在工件上相同位置。若例如脈衝重複頻率為10kHz，則兩脈衝間之時間間隔為100微秒。當第一雷射脈衝長度調至10微秒，則意味此雷射僅具有一10%工作循環，亦即，其僅在全部時間之10%內發射光束至工件上，該工件例如為一晶圓。
經由此降低在工件上產生之熱，且例如特別是不逾越晶圓前側之最大容許溫度。
在本發明一較佳實施例中第一雷射光束之脈衝長度至少為第二雷射光束脈衝長度之五倍。
第一雷射光束之脈衝長度以最大為第二雷射光束脈衝長度之五十倍為佳。
第二雷射光束之脈衝長度以1微秒為佳，且第一雷射光束之脈衝長度以5微秒至50微秒，特別是10微秒，為佳。
在另一實施例中第一雷射光束之脈衝長度至少為5微秒。其被設置為，在極限情況下使用連續或近似連續之第一雷射光束，而第二雷射光束之脈衝長度仍舊在些少微秒範圍。在一具體實施例中，第一雷射光束之連續照射與脈衝長度大約為1微秒之第二雷射光束結合。
在本發明另一較佳實施例中第一雷射光源發射在紅外線範圍之雷射光，而第二雷射光源之雷射光在綠光範圍。
在時間上較短之第二雷射之脈衝未必需要在時間上準確落在較長之第一雷射脈衝之中間，而是其可例如在時間上位於紅外線脈衝之末端或頭部，或在第一雷射脈衝內之任何其他時間點上。
在設備方面，此目的藉由一種依據請求項7特徵之用於加工一工件之設備而達成。
第一雷射光源以由二極體雷射構成為佳。
2‧‧‧第一雷射光源
4‧‧‧第一雷射光束
6‧‧‧第二雷射光源
8‧‧‧第二雷射光束
10‧‧‧光學透鏡系統
12‧‧‧第一光束成形元件
14‧‧‧第二光束成形元件
16‧‧‧雙色鏡
18‧‧‧工件
20‧‧‧運動系統
22‧‧‧第二雷射光束強度曲線
24‧‧‧第一雷射光束強度曲線
P‧‧‧脈衝
t1‧‧‧第一雷射光束之脈衝長度
t2‧‧‧第二雷射光束之脈衝長度
T‧‧‧週期
以下根據圖式中之實施例對本發明進一步說明。圖中顯示：第1圖本發明之一用於加工一工件之設備，第2圖第一及第二雷射光束強度之時間進程。
第1圖顯示本發明之一設備，其具有一第一雷射光源2，用以產生一具有第一波長之第一脈衝雷射光束4。第一雷射2係一例如二極體雷射，以之產生在紅外線範圍之雷射光，具有808奈米之第一波長。該設備進一步包括一第二雷射光源6，以之產生一第二脈衝雷射光束8。該第二雷射光源產生一在綠光譜範圍波長為例如515奈米或532奈米之第二雷射光束8。
該設備另外包括光學透鏡系統10。該系統又包括一第一光束成形元件12，用以成形第一雷射光束
4，及一第二光束成形元件14，用以成形第二雷射光束8。此外光學透鏡系統10包括一雙色鏡16，將第一雷射光束4與第二雷射光束8共軸重疊。總體來說以光學透鏡系統10將個別脈衝雷射光束4、8重疊，且共同導向工件18，其中，該工件在此處係一矽晶圓。為移動工件18，其被設於一運動系統20上，使得雷射光束4、8可被導向工件18之不同位置。二雷射光源2、6係以脈衝方式操作，第二雷射光束8之脈衝P在第一雷射光束4之脈衝P之時間內照射在工件相同位置。
第2圖顯示一曲線22，代表第二雷射光束8隨時間之強度，及一曲線24，代表第一雷射光束4隨時間之強度。該第一雷射光源2之操作方式為，使第一雷射光束4具有脈衝P，其脈衝長度t1約為10微秒。與此相對，第二雷射光源6之操作方式為，使第二雷射光束8具有脈衝P，其脈衝長度t2約為1微秒。二雷射光束4、8之週期T相同且各為100微秒，使得脈衝重複頻率f為10kHz。二前後、週期重複出現之脈衝之時間間隔為100微秒。
此表示藉由第一雷射光束4之10微秒之脈衝長度t1，此第一雷射光源2僅具有一10%之工作循環，亦即，其雷射光僅在全部時間之10%照射工件18。例如在40W之第一雷射光源2之一持續光功率中，在所述之脈衝操作中，照射在工件18上之平均功率僅為10%，亦即4W。因而在工件18上之額外產生之熱亦降低至10%，不超過工件18之最大容許溫度。在實施例中，以第二雷
射光源6向工件18照射42W之雷射光功率，使得總平均照射功率為46W。
在此情況下第二雷射光束8之脈衝P準確位於第一雷射光束2之較長脈衝P之中間。在其他實施例中其亦可在時間上位於第一雷射光束4之脈衝P之末端、開頭或在任何其他時間點上。
本發明容許充分利用雙雷射源2、6之雷射活化法之優點，而無需考慮工件18，特別是晶圓前側之極高溫度之缺點。
2‧‧‧第一雷射光源
4‧‧‧第一雷射光束
6‧‧‧第二雷射光源
8‧‧‧第二雷射光束
10‧‧‧光學透鏡系統
12‧‧‧第一光束成形元件
14‧‧‧第二光束成形元件
16‧‧‧雙色鏡
18‧‧‧工件
20‧‧‧運動系統
Claims (8)
- 一種用於活化工件(18)上之異原子之方法，其以一第一波長之脈衝第一雷射光束(4)及具有一與此重疊之第二波長之脈衝第二雷射光束(8)進行活化，其特徵為第一雷射光束(4)之脈衝長度(t1)長於第二雷射光束(8)之脈衝長度(t2)，且第二雷射光束(8)之脈衝(P)在時間上在第一雷射光束(4)之脈衝(P)內照射在工件(18)上。
- 如請求項1之方法，其中第一雷射光束(4)之脈衝長度(t1)至少為第二雷射光束(8)之脈衝長度(t2)之5倍。
- 如請求項1或2之方法，其中第一雷射光束(4)之脈衝長度(t1)最大為第二雷射光束(8)之脈衝長度(t2)之50倍。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其中第二雷射光束(8)之脈衝長度(t2)為1微秒且第一雷射光束(4)之脈衝長度(t1)為5微秒至50微秒，特別是微10微秒。
- 如請求項1至4中任一項之方法，其中第一雷射光束(4)之脈衝長度(t1)至少為5微秒。
- 如請求項1至5中任一項之方法，其中第一雷射光源(2)發射之雷射光在紅外線範圍而第二雷射光源(6)發射之雷射光在綠光範圍。
- 一種根據前述請求項1至6中任一項之方法在一工件(18)上活化異原子之設備，具有一第一雷射光源(2)，用以產生一第一波長之脈衝第一雷射光束(4)，且具有一第二雷射光源(6)，用以產生一第二波長之脈衝第二雷射光束(8)，並具有一光學透鏡系統(10)，可將二雷射光束(4、8)導至工件(18)上。
- 如請求項7之設備，其中該第一雷射光源(2)係一二極體雷射。
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