[發明專利]使用激光退火選擇激活注入摻雜劑的半導體器件制作方法

有效

• 申請號: 201010592347.1
• 申請日: 2010-12-09
• 公開（公告）號: CN102097306A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: J·沃貝基;M·拉希莫
• 申請（專利權）人: ABB技術有限公司
• 主分類號: H01L21/268
• 分類號: H01L21/268;H01L21/265;H01L21/329;H01L29/861;H01L29/739
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱海煜;王忠忠

技術領域

本發明涉及用于制作具有在半導體襯底的相同側上包括用第一導電類型的摻雜劑摻雜的至少一個區域和用第二導電類型的摻雜劑摻雜的至少一個區域的圖案化表面的半導體器件。

背景技術

存在其中n型區和p型區兩者都在半導體襯底的相同側上形成的半導體器件。例如，制造下一代IGBT(絕緣柵雙極晶體管)可能要求半導體晶圓的適當圖案化的背側面，其中背側面包括形成IGBT的陽極的p型區并且背側面還包括形成反并聯二極管的陰極的n型區。其中，“圖案化”可指p型和n型區的優化幾何形狀和優化摻雜分布兩者。

常規地，這樣的圖案化半導體已經使用例如高級的掩模技術處理。例如，待圖案化的表面的整個區域首先用摻雜劑摻雜，例如用于形成p型摻雜的硼或鋁。隨后，應該維持p型摻雜的區域可以用例如電介質等的保護層保護，該保護層可使用例如掩模和光刻技術圖案化。然后，在第二摻雜過程中，例如用于形成n型摻雜的磷或砷的另一個摻雜劑可摻雜進入未保護的區域并且過度補償用于在這些區域中形成p型摻雜的摻雜劑。

在US2009/267200中，描述使用掩模的IGBT的另一個制造方法，其中像硼、氟化硼或鋁的p摻雜劑通過掩模深注入到進入器件的背面的第一深度并且之后進行第一激光退火，通過該退火，該表面被熔融至第一深度并且摻雜劑完全激活。由于在熔融期間高的流動性，摻雜劑均勻分布在熔融部分內。然后，這樣的磷或砷的n摻雜劑注入到第二深度，其比第一深度小以形成n緩沖層。進行第二激光退火，由此襯底熔融到第二深度使得n摻雜劑再次均勻分布在熔融部分中。

然而，使用掩模技術的p型和n型區的這樣的圖案化可能要求相當大的勞動和成本。

發明內容

本發明的目的可以是提供用于制作具有圖案化表面的半導體器件的方法，該圖案化表面在半導體襯底的相同側上包括用第一導電類型的摻雜劑摻雜的區域和用第二導電類型的摻雜劑摻雜的其他區域，該方法允許降低的勞動和成本。

這樣的目的可由權利要求1的主旨解決。有利的實施例在附屬的權利要求中給出。

根據本發明的方面，提出用于制作具有圖案化表面的半導體器件的方法，該圖案化表面包括在半導體襯底的相同側上用第一導電類型的摻雜劑摻雜的至少一個區域和用第二導電類型的摻雜劑摻雜的至少一個區域。該方法包括優選地但不必須按照下列順序的下列步驟：

(a)注入例如用于形成p型摻雜的硼或鋁等第一導電類型的摻雜劑并且注入例如用于形成n型摻雜的磷或砷等第二導電類型的摻雜劑至待圖案化的表面中；

(b)通過使用激光束局部加熱待圖案化的表面的部分區域到第一溫度來局部激活第一導電類型的摻雜劑；以及

(c)通過加熱襯底到低于第一溫度的第二溫度來激活第二導電類型的摻雜劑。

本發明基于使用下列效應的想法：一般已知半導體材料可通過引入例如原子、離子或分子等粒子進入半導體材料的晶格而被摻雜成具有特定的導電類型，即具有n型或p型。然而，已經發現，通過離子注入已經引入半導體材料的粒子在有效地充當摻雜劑之前可能需要“激活”。該效應可理解為由于以下事實：在離子注入期間，注入的粒子可能不位于半導體材料的晶格內的在該處它們將有效地充當摻雜劑的位置。此外，半導體材料的晶格可能由于離子注入過程而損傷。因此，為了激活注入的粒子，加熱注入區域并且由此燒結或甚至熔融該區域可能是必須的。當這樣加熱時，注入的粒子可在晶格內擴散并且可最終到達它們可有效充當摻雜劑的位置。

已經發現，不同的摻雜劑可能必須通過不同的加熱程序激活。例如，例如硼等第一型摻雜劑可需要加熱到很高的溫度，例如超過850℃，優選地在900和1000℃之間，以便對摻雜劑激活成要求的濃度。例如磷等其他類型的摻雜劑可在低得多的溫度下已經激活成要求的摻雜劑濃度，例如低于650℃的溫度，優選地在400和600℃之間的溫度，例如在500和550℃之間。

因此，兩種類型的摻雜劑(即用于產生第一導電類型的第一類型摻雜劑和用于產生第二導電類型的第二類型摻雜劑)可注入待圖案化的半導體襯底的表面。第一導電類型的摻雜劑注入其中的區域和第二導電類型的摻雜劑注入其中的區域可至少部分重疊使得兩個摻雜劑在注入過程后在重疊區中存在。將每個導電類型的摻雜劑注入待圖案化的整個襯底表面可也是可能的。

然后，為了在圖案化的襯底表面內的特定位置產生將最終主導的導電類型，相應摻雜劑可通過使用合適的加熱過程選擇性地激活。