[發明專利]激光預熱退火系統和方法

有效

• 申請號: 201910446747.2
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110181165B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 蔣一鳴;陳靜;侯曉弈;李震;陳威;李紅;孫金召;王紀軍;吳迪一;周炯
• 申請（專利權）人: 北京華卓精科科技股份有限公司
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/082;B23K26/70;H01L21/268
• 代理公司: 北京頭頭知識產權代理有限公司 11729
• 代理人: 呂艷英

本發明提供了激光預熱退火系統和方法。該激光預熱退火系統包括控制單元、激光發生裝置、光學模塊和載片裝置；其中，所述激光發生裝置包括第一波長主光源和第二波長輔助光源；所述光學模塊包括主整形模塊、輔助整形模塊和合束裝置；所述控制單元發出脈沖信號，以分別控制所述激光發生裝置的激光脈沖時序和所述載片裝置的同步時序運動。該激光預熱退火系統具有增加激活深度，提高激活均勻性和激活效率，提高加工效率的優點。

技術領域

本發明涉及一種激光預熱退火系統，具體涉及通過兩組不同波長激光光源來實現可控激光預熱退火的系統，及使用該系統進行的激光預熱退火方法。

背景技術

隨著技術的進步，功率半導體器件如IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，絕緣柵雙極型晶體管)芯片的厚度在逐漸減薄，進行芯片制造時，需要在減薄后的晶圓背面進行離子注入，此工藝會對晶格造成嚴重的損傷，且注入的絕大多數雜質離子并不位于置換位置，因此不能提供相應的載流子，不具備電活性，所以需要再對材料的注入層進行熱處理，以修復晶格損傷，同時激活雜質使材料具備電活性，這種熱處理工藝即為退火。

隨著半導體行業的發展，器件尺寸的不斷縮小，對于器件源漏區、集電極PN結深的控制要求越來越高，傳統的退火工藝，包括爐管退火、燈光輻射快速熱退火(Rapid ThermalAnnealing)、尖峰退火(Spike Annealing)等由于退火溫度較低，退火時間相對較長，雜質很容易發生擴散，所以傳統退火工藝已經很難再滿足日益增長的工藝需求。在此背景下，激光脈沖退火(Laser Spike Annealing)的方法應運而生。

激光脈沖退火，是一種利用脈沖激光對材料表面進行熱處理的退火方法。由于瞬時溫度高、作用時間短、熱預算低等優勢，激光脈沖退火能夠很好地滿足高效激活的工藝要求，成為很多半導體功率器件制作流程中的關鍵工藝之一。

發明內容

為此，本發明提供了一種激光預熱退火系統，通過使用包括兩種波長光源的激光發生裝置，對兩種激光脈沖時序進行控制，在提高激活效率，顯著改善退火均勻性的同時，大幅提升產率，并能有效避免薄片在工藝加工中的碎片問題。

根據本發明的一個方面，提供一種激光預熱退火系統，包括控制單元、激光發生裝置、光學模塊和載片裝置；

其中，所述激光發生裝置包括第一波長主光源和第二波長輔助光源；

所述光學模塊包括主整形模塊、輔助整形模塊和合束裝置；

所述控制單元發出脈沖信號，以分別控制所述激光發生裝置的激光脈沖時序和所述載片裝置的同步時序運動。

優選地，所述第一波長主光源發射波長范圍為500～560nm的激光，第二波長輔助光源發射波長范圍為780～1064nm的激光。

所述第一波長主光源包括一個或多個激光發生器。所述第一波長主光源包括多個激光發生器時，所述光學模塊進一步包括耦合模塊。

所述光學模塊進一步包括光闌和鏡頭。

根據本發明的一個方面，提供一種激光預熱退火方法，包括以下步驟：

步驟一、由控制單元發出脈沖信號；

步驟二、控制包括第一波長主光源和第二波長輔助光源的激光發生裝置，以產生第一波長激光光束和第二波長激光光束；

步驟三、所述第一波長激光光束通過光學模塊的主整形模塊，所述第二波長激光光束通過所述光學模塊的輔助整形模塊，分別形成第一線斑和第二線斑；

步驟四、所述第一線斑和第二線斑通過所述光學模塊的合束裝置合成為目標線斑投射到晶圓表面；

步驟五、控制載片裝置沿所述目標線斑寬度方向勻速移動，以對承載于所述載片裝置上的晶圓進行第一掃描；