[发明专利]激光退火装置及激光退火方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光退火装置及激光退火方法。

背景技术

半导体晶片，特别是硅晶片的热处理中，一般应用利用电炉的加热及快速热退火（RTA）等。应用RTA时的加热时间为毫秒级。近年来，加热时间短于1μs的激光尖峰退火的应用也在推进中。

加热时间短于1μs的激光尖峰退火中，由于加热时间较短，半导体晶片的厚度方向上的温度梯度变得陡峭。因此，很难将较深区域加热成所希望的温度而不使半导体晶片的表面温度过度上升。另一方面，RTA中，由于加热时间较长，因此导致半导体晶片整体的温度上升。由于半导体晶片的温度上升，有时会产生半导体晶片的翘曲、滑动（断层）等。

通常，能够应用于半导体退火的高输出脉冲激光的脉冲宽度短于1μs或在数百μs以上。

专利文献1：日本特开2006-351659号公报

专利文献2：日本特开2011-60868号公报

专利文献3：日本特开2011-119297号公报

一般的脉冲波形从起振开始时刻开始急剧上升，达到峰值后缓慢降低。在功率达到峰值的时刻，退火对象物的表面被急剧加热而成为高温。由于达到峰值的时间为一瞬间，因此很难对退火对象物的较深区域进行充分的加热。

发明内容

根据本发明的一种观点，提供如下一种激光退火装置，该激光退火装置具有：

激光二极管，当输入脉冲电流时，射出激光脉冲；

光学系统，将从所述激光二极管射出的激光束导光至退火对象物；及

驱动器，向所述激光二极管供给具有顶部平坦的时间波形且脉冲宽度为1μs～100μs的脉冲电流。

根据本发明的另一种观点，提供如下一种激光退火方法，该方法具有：

在第1表面上形成有含有杂质扩散区域的元件结构的硅晶片的与所述第1表面相反的一侧的第2表面，离子注入掺杂剂的工序；及

注入所述掺杂剂后，以所述硅晶片的表面上的功率密度为250kW/cm²～750kW/cm²的条件，向所述硅晶片的所述第2表面照射波长690nm～950nm、脉冲宽度10μs～100μs、时间波形为顶部平坦的脉冲激光束，并使所述掺杂剂活性化的工序。

发明效果

通过使脉冲电流的时间波形顶部平坦，即使在较低的峰值功率密度下，也能够进行充分的退火。加热时间虽依赖于脉冲电流的脉冲宽度，但几乎不依赖于激光束的射束截面的形状。因此，能够高精确度地控制加热时间。

附图说明

图1是基于实施例的激光退火装置的概要图。

图2是绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的截面图。

图3中，图3A是表示基于实施例的激光退火方法中使用的脉冲激光束的时间波形的一例的图，图3B是退火对象物上的射束截面的俯视图。

图4是表示向基于实施例的激光退火装置的激光二极管供给的脉冲电流的波形与射出的激光脉冲的波形的测定结果的曲线图。

图5中，图5A是表示模拟实验中使用的顶部平坦型的激光脉冲的波形与一般的激光脉冲的波形的曲线图，图5B是表示顶部平坦型的激光脉冲及一般的激光脉冲入射后，硅晶片的深度0μm、深度3μm及深度5μm的位置的温度变化的曲线图。

图6是表示在基于实施例的激光退火方法中进行杂质的活性化退火后的试料的电子浓度、空穴浓度、磷浓度及硼浓度的测定结果的曲线图。

图7中，图7A是按射束截面内的宽度方向的每一位置表示向硅晶片照射射束截面内的空间轮廓为顶部平坦形状的激光束时的温度变化的模拟实验结果的曲线图，图7B是按射束截面内的宽度方向的每一位置表示向硅晶片照射射束截面内的空间轮廓为高斯分布的激光束时的温度变化的模拟实验结果的曲线图。

图中：10-驱动器，10A-电容器，10B-脉冲波形整形电路，11-直流电源，12-激光光源，13-半波长板，15-均化器，16-分束器，17、18-射束阻尼器，19-1/4波长板，20-聚光透镜，21-可动工作台，23-射束截面，30-硅晶片，33-基极区，34-发射区，35-栅电极，36-栅极绝缘膜，37-发射电极，38-缓冲层，39-集电极层，40-集电极。

具体实施方式

图1中示出基于实施例的激光退火装置的概要图。激光光源12通过驱动器10而被驱动。激光光源12使用例如振荡波长为690nm～950nm的激光二极管。本实施例中，使用了振荡波长为800nm的激光二极管。