[發明專利]激光退火方法及激光退火裝置

在審

• 申請號: 201780026141.2
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN109075042A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 若林直木
• 申請（專利權）人: 住友重機械工業株式會社
• 主分類號: H01L21/265
• 分類號: H01L21/265;H01L21/268;H01L21/336;H01L29/739;H01L29/78
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫

本發明提供一種激光退火方法及激光退火裝置。準備在一個表面的表層部注入有形成被激活后作為施主而發揮作用的復合缺陷的元素的硅晶片。向硅晶片的注入有元素的表面即激光照射面照射690nm以上且950nm以下范圍內的波長的脈沖激光束從而使元素激活。在使元素激活時，向硅晶片照射脈沖寬度及脈沖能量密度滿足激光照射面不會被熔融且從表面至深度40μm為止的范圍中的至少一部分區域的元素被激活的條件的脈沖激光束。

技術領域

本發明涉及一種對注入有與晶體內部的晶格缺陷組合而作為施主發揮作用的元素的硅晶片進行退火從而激活所注入的元素的激光退火方法及激光退火裝置。

背景技術

已知有向硅晶片注入質子而產生晶格缺陷，然后進行退火從而使n型載流子密度上升的技術。在該情況下，質子作為施主發揮作用。質子的施主化認為是由質子與空孔的復合缺陷所引起的。注入到硅晶片中的質子的施主化也被稱作質子的激活。例如，通過使用電爐在500℃下進行30分鐘的退火，能夠激活質子(專利文獻1)。

通過激光退火來激活注入到絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的與元件面相反一側的表面的質子的技術是公知的(專利文獻2)。在專利文獻2中公開的方法中，向硅晶片同時照射波長為808nm的激光和波長為500nm左右的激光。波長為808nm的激光的光源使用半導體激光器，波長為500nm左右的激光的光源使用YAG2ω激光器。波長為808nm的激光向硅晶片的穿透深度長于波長500nm的激光向硅晶片的穿透深度。利用穿透深度更長的激光對相對較深的區域進行加熱，利用穿透深度更短的激光對相對較淺的區域進行加熱。

在專利文獻2中所記載的方法中，在激光退火中從溫度上升至下降為止的時間為1μs，其極為短暫，因此，為了激活質子，需要使硅處于熔融狀態或接近熔融的狀態。在專利文獻2中所記載的方法中，使硅晶片熔融至例如約30μm左右的深度從而進行質子的激活。通過使用穿透深度不同的兩種波長的激光，能夠使硅晶片熔融至更深的區域。

已知：在注入質子時，從硅晶片的表面至相當于質子的投影射程Rp的深度為止的質子的通過區域的施主濃度顯著低于原本就摻雜于硅晶片的摻雜劑的初期施主濃度(專利文獻3)。這是因為，通過質子照射會產生成為載流子遷移率的降低或漏電流的原因的晶體狀態嚴重擾亂的缺陷。這種缺陷被稱作無序(disorder)。

通過改變著加速能量而進行三次質子照射并且每次照射質子后進行為了激活的爐退火，從而能夠形成不存在無序的場截止層(專利文獻3)。

以往技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2009-99705號公報

專利文獻2：日本特開2009-176892號公報

專利文獻3：國際公開第2013/147275號

發明內容

發明要解決的技術課題

如上所述，基于質子的n型載流子的產生是由復合缺陷引起的。若退火溫度過高，則作為施主而發揮作用的復合缺陷恢復而被消滅，因此存在用于激活質子的退火溫度的優選范圍的上限值。在使用電爐進行退火時，無法將退火溫度設為高于該上限值。因此，難以通過退火來消滅通過離子注入而在射程末端(End-of-Rang)區域中產生的射程末端(EOR)缺陷。在此，射程末端區域是指：從注入的摻雜劑的濃度顯示峰值的位置(峰值深度)至摻雜劑到達的最深位置(尾部深度)為止的區域。在殘留有EOR缺陷的區域中，有時n型載流子的密度低于n型硅晶片的初期的施主濃度。