专利名称：Igbt高压功率器件圆片背面激光退火工艺的制作方法
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。
技术背景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。当前己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，本发明提出釆 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400mn 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1064腿的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Xk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50(TC 70(TC，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。
图1为IGBT高压功率器件的结构示意图。 图2为釆用本发明所提方法实现激光扫描退火的装置的示例。 附图屮符号说明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50(TC 70(TC，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。在注入得到惨杂层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。
权利要求
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50(TC 70(TC，使在合适于杂质激活的 温度范围内达到均匀的退火效果。
全文摘要
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。
文档编号H01L21/331GK101217115SQ20081005562
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月4日 优先权日2008年1月4日
发明者严利人, 朋 刘, 刘志弘, 卫 周 申请人:清华大学