[发明专利]IGBT高压功率器件圆片背面激光退火工艺

说明书

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。