半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法。通過(guò)向半導(dǎo)體基板的IGBT分區(qū)的表層部注入第1導(dǎo)電型的第1摻雜劑來(lái)形成第1注入?yún)^(qū)域。通過(guò)向IGBT分區(qū)的比第1注入?yún)^(qū)域更淺處的區(qū)域注入第2導(dǎo)電型的第2摻雜劑來(lái)形成第2注入?yún)^(qū)域。通過(guò)向二極管分區(qū)的表層部以比第2摻雜劑的濃度更高的濃度注入第1導(dǎo)電型的第3摻雜劑來(lái)形成非晶態(tài)的第3注入?yún)^(qū)域。其后，以使第3注入?yún)^(qū)域局部熔融且使第1摻雜劑活化的條件對(duì)IGBT分區(qū)及二極管分區(qū)進(jìn)行激光退火。其后，通過(guò)用脈沖寬度較短的脈沖激光束對(duì)IGBT分區(qū)及二極管分區(qū)進(jìn)行退火，從而使IGBT分區(qū)及二極管分區(qū)的整個(gè)區(qū)域中的比第2注入?yún)^(qū)域更淺處的表層部熔融并使其晶體化。根據(jù)本發(fā)明能夠抑制表面產(chǎn)生皸裂，并且還能夠使較深區(qū)域的摻雜劑活化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種適于絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)及二極管形成于一張基板上的反向?qū)↖GBT (RC-1GBT)的制造的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在下述專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)有通過(guò)激光退火而使形成于IGBT的背面的集電區(qū)域的摻雜劑活化的方法。在該激光退火方法中，首先，向半導(dǎo)體基板注入第I摻雜劑，進(jìn)而向比第I摻雜劑的注入深度更淺的區(qū)域注入第2摻雜劑。
[0003]之后，使用第I脈沖激光束進(jìn)行激光退火以使較淺區(qū)域的第2摻雜劑活化。在該激光退火中，較深區(qū)域的第I摻雜劑不會(huì)被活化。進(jìn)而，使用脈沖寬度較長(zhǎng)的第2脈沖激光束來(lái)進(jìn)行激光退火以使較深區(qū)域的第I摻雜劑活化。
[0004]以往技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)I:日本特開(kāi)2004-39984號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的技術(shù)課題
[0008]在使較淺區(qū)域的摻雜劑活化之后再使較深區(qū)域的摻雜劑活化的方法中，在對(duì)較深區(qū)域的摻雜劑進(jìn)行活化退火時(shí)，晶格缺陷從較深區(qū)域朝向較淺區(qū)域移動(dòng)。因此，晶格缺陷容易殘留于較淺區(qū)域。為了防止晶格缺陷的殘留，優(yōu)選在使較深區(qū)域的摻雜劑活化之后再使較淺區(qū)域的摻雜劑活化。若采用該方法，則在較深區(qū)域的活化退火過(guò)程中移動(dòng)至較淺區(qū)域的晶格缺陷在較淺區(qū)域的活化退火過(guò)程中幾乎被消除。
[0009]在形成RC-1GBT的半導(dǎo)體基板上，劃定有IGBT分區(qū)及二極管分區(qū)。在半導(dǎo)體基板背面的IGBT分區(qū)形成有集電區(qū)域及與其相比位于更深處的緩沖區(qū)域，在二極管分區(qū)形成有高濃度的η型陰極區(qū)域。若為了形成高濃度的η型陰極區(qū)域而離子注入磷，則注入?yún)^(qū)域會(huì)成為非晶態(tài)。與此相對(duì)，IGBT分區(qū)依舊保持晶態(tài)。即，在進(jìn)行激光退火之前，在半導(dǎo)體基板的表面混合存在非晶態(tài)區(qū)域與晶態(tài)區(qū)域。
[0010]與晶態(tài)區(qū)域相比，非晶態(tài)區(qū)域除了更容易吸收激光束的能量以外，熔點(diǎn)也較低。若使用滿足使IGBT分區(qū)內(nèi)的較深區(qū)域的摻雜劑活化所需條件的脈沖激光束來(lái)進(jìn)行退火，則非晶態(tài)區(qū)域的表層部會(huì)局部(以斑點(diǎn)狀)熔融。若表層部局部熔融后固化，則導(dǎo)致表面皸裂。在不使非晶態(tài)區(qū)域熔融的前提下使IGBT分區(qū)內(nèi)的較深區(qū)域的摻雜劑活化是困難的。
[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種包括能夠抑制表面皸裂的產(chǎn)生且能夠使較深區(qū)域的摻雜劑活化的激光退火工序的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
[0012]用于解決技術(shù)課題的手段
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第I觀點(diǎn)提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其具有:
[0014]工序(a)，通過(guò)向在表面劃定有IGBT分區(qū)及二極管分區(qū)的半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)的表層部離子注入第I導(dǎo)電型的第I摻雜劑來(lái)形成第I注入?yún)^(qū)域；
[0015]工序(b)，通過(guò)向所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)的比所述第I注入?yún)^(qū)域更淺處的區(qū)域離子注入與所述第I導(dǎo)電型相反的第2導(dǎo)電型的第2摻雜劑來(lái)形成第2注入?yún)^(qū)域；
[0016]工序(C)，通過(guò)向所述半導(dǎo)體基板的所述二極管分區(qū)的表層部以比所述第2摻雜劑的濃度更高的濃度離子注入所述第I導(dǎo)電型的第3摻雜劑，使注入?yún)^(qū)域非晶化而形成第3注入?yún)^(qū)域；
[0017]工序(d)，在所述工序(a)、(b)及(c)之后，用第I脈沖激光束以使所述第3注入?yún)^(qū)域局部熔融且使所述第I注入?yún)^(qū)域的所述第I摻雜劑活化的條件掃描所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)及所述二極管分區(qū)；及
[0018]工序(e)，在所述工序(d)之后，通過(guò)用脈沖寬度比所述第I脈沖激光束的脈沖寬度短的第2脈沖激光束掃描所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)及所述二極管分區(qū)，使所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)及所述二極管分區(qū)的整個(gè)區(qū)域中的比所述第2注入?yún)^(qū)域更淺處的表層部熔融并使其晶體化。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的第2觀點(diǎn)提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其具有:
[0020]工序(a)，通過(guò)向在表面劃定有IGBT分區(qū)及二極管分區(qū)的半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)的表層部離子注入第I導(dǎo)電型的第I摻雜劑來(lái)形成第I注入?yún)^(qū)域；
[0021]工序(b)，用第I脈沖激光束以不使所述半導(dǎo)體基板的表面熔融的條件掃描所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)及所述二極管分區(qū)，從而使所述第I注入?yún)^(qū)域的所述第I摻雜劑活化；
[0022]工序(c)，在所述工序(b)之后，通過(guò)向所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)的比所述第I注入?yún)^(qū)域更淺處的區(qū)域離子注入與所述第I導(dǎo)電型相反的第2導(dǎo)電型的第2摻雜劑來(lái)形成第2注入?yún)^(qū)域；
[0023]工序(d)，通過(guò)向所述半導(dǎo)體基板的所述二極管分區(qū)的表層部以比所述第2摻雜劑的濃度更高的濃度離子注入所述第I導(dǎo)電型的第3摻雜劑，使注入?yún)^(qū)域非晶化而形成第3注入?yún)^(qū)域;及
[0024]工序(e)，在所述工序(c)、(d)之后，通過(guò)用脈沖寬度比所述第I脈沖激光束的脈沖寬度短的第2脈沖激光束掃描所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)及所述二極管分區(qū)，使所述半導(dǎo)體基板的所述第2注入?yún)^(qū)域及所述第3注入?yún)^(qū)域的至少表層部熔融并使其晶體化，從而使所述第2摻雜劑及所述第3摻雜劑活化。
[0025]發(fā)明效果
[0026]在基于第I觀點(diǎn)的方法中，通過(guò)工序(d)中的使用第I脈沖激光束的激光退火，有時(shí)第3注入?yún)^(qū)域局部熔融且二極管分區(qū)的表面產(chǎn)生皸裂。通過(guò)在工序(e)中使用第2脈沖激光束進(jìn)行激光退火，在整個(gè)IGBT分區(qū)及二極管分區(qū)使表層部熔融，因此二極管分區(qū)的表面皸裂會(huì)消失。
[0027]在基于第2觀點(diǎn)的方法中，在工序(b)中使用第I脈沖激光束來(lái)進(jìn)行激光退火時(shí)，二極管分區(qū)并未被非晶化。因此，在使用第I脈沖激光束進(jìn)行激光退火時(shí)，二極管分區(qū)的表層部不會(huì)熔融。因此，能夠防止半導(dǎo)體基板的表面產(chǎn)生皸裂。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是在實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法中成為激光退火對(duì)象的半導(dǎo)體基板的平面圖及局部放大圖。
[0029]圖2是形成有IGBT及二極管的狀態(tài)的圖1的點(diǎn)劃線2_2處的剖視圖。
[0030]圖3是在實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法中使用的激光退火裝置的示意圖。
[0031]圖4A及圖4B是實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的制造過(guò)程中的半導(dǎo)體裝置的局部剖視圖。
[0032]圖4C及圖4D是實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的制造過(guò)程中的半導(dǎo)體裝置的局部剖視圖。
[0033]圖4E及圖4F是實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的制造過(guò)程中的半導(dǎo)體裝置的局部剖視圖。
[0034]圖4G是實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的制造過(guò)程中的半導(dǎo)體裝置的局部剖視圖。
[0035]圖5A及圖5B是另一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的制造過(guò)程中的半導(dǎo)體裝置的局部剖視圖。
[0036]圖5C及圖5D是圖5A及圖5B所示的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的制造過(guò)程中的半導(dǎo)體裝置的局部剖視圖。
[0037]圖5E及圖5F是圖5A及圖5B所示的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的制造過(guò)程中的半導(dǎo)體裝置的局部剖視圖。
[0038]圖5G是圖5A及圖5B所示的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的制造過(guò)程中的半導(dǎo)體裝置的局部剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]圖1中示出了在實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法中成為激光退火對(duì)象的半導(dǎo)體基板10的平面圖及局部放大圖。在半導(dǎo)體基板10的表面劃定有IGBT分區(qū)11及二極管分區(qū)12。在IGBT分區(qū)11形成IGBT，在二極管分區(qū)12形成二極管。
[0040]圖2中示出了形成有IGBT及二極管的狀態(tài)的在圖1的點(diǎn)劃線2_2處的剖視圖。
[0041 ]對(duì)IGBT分區(qū)11的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。在由η型硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板10的第I面13形成有包括P型基極區(qū)域15、η型發(fā)射極區(qū)域16、柵電極17、柵極絕緣膜18及發(fā)射電極19的元件結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體基板10的與第I面13相反一側(cè)的第2面14的表層部形成有P型集電區(qū)域20及η型緩沖區(qū)域21。緩沖區(qū)域21配置于比集電區(qū)域20更深的位置。在集電區(qū)域20的表面形成有集電極22。作為半導(dǎo)體基板10通常使用單晶硅基板。并且，通過(guò)柵極-發(fā)射極之間的電壓能夠進(jìn)行電流的導(dǎo)通/切斷控制。
[0042]從第2面14至集電區(qū)域20與緩沖區(qū)域21的界面為止的深度例如在約0.3μπι?0.5μπι的范圍內(nèi)。從第2面14至緩沖區(qū)域21的最深位置為止的深度例如在Ιμπι?ΙΟμπι的范圍內(nèi)。
[0043]接著，對(duì)二極管分區(qū)12的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。在半導(dǎo)體基板10的第I面13的表層部形成有P型陽(yáng)極區(qū)域25。在第2面14的表層部形成有η型陰極區(qū)域26。陽(yáng)極區(qū)域25的深度與基極區(qū)域15的深度相同。陰極區(qū)域26位于比緩沖區(qū)域21更淺處。在第I面13形成有陽(yáng)極電極27，在第2面14形成有陰極電極28。
[0044]圖3中示出了實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法中使用的激光退火裝置的示意圖。該激光退火裝置包括第I激光光源41、第2激光光源31、傳播光學(xué)系統(tǒng)47、載物臺(tái)48及控制裝置49。第2激光光源31包括固體激光振蕩器31A和固體激光振蕩器31B。固體激光振蕩器31A和固體激光振蕩器31B輸出具有綠光區(qū)域波長(zhǎng)的第2脈沖激光束。固體激光振蕩器31A和固體激光振蕩器31B使用例如輸出兩次以上的高次諧波的Nd: YAG激光器、Nd: YLF激光器、Nd:YVO4激光器等。另外，也可以使用輸出具有從紫外線至綠光為止的波長(zhǎng)區(qū)域的波長(zhǎng)的激光束的激光振蕩器，從而代替固體激光振蕩器31A和固體激光振蕩器31B。作為輸出紫外線區(qū)域的激光束的激光振蕩器可例舉出準(zhǔn)分子激光器。第I激光光源41例如使用半導(dǎo)體激光振蕩器，第I激光光源41例如輸出波長(zhǎng)為808nm的第I脈沖激光束。另外，也可以使用輸出波長(zhǎng)為950nm以下的第I脈沖激光束的半導(dǎo)體激光振蕩器。
[0045]作為半導(dǎo)體激光振蕩器，使用將多個(gè)激光二極管二維陣列的激光二極管陣列。以下，對(duì)激光二極管陣列的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。多個(gè)激光二極管以單片狀一維陣列而構(gòu)成激光棒。通過(guò)堆疊多個(gè)激光棒，構(gòu)成二維陣列的激光二極管陣列。將構(gòu)成激光棒的多個(gè)激光二極管所排列的方向稱(chēng)作慢軸。將多個(gè)激光棒堆疊的方向稱(chēng)作快軸。每個(gè)激光棒均配置有柱面透鏡。柱面透鏡將從激光棒輸出的激光束在快軸方向上、或者快軸方向及慢軸方向這兩個(gè)方向上進(jìn)行準(zhǔn)直。
[0046]從第I激光光源41輸出的第I脈沖激光束及從第2激光光源31輸出的第2脈沖激光束經(jīng)由傳播光學(xué)系統(tǒng)47入射到退火對(duì)象的半導(dǎo)體基板1。從第I激光光源41輸出的第I脈沖激光束及從第2激光光源31輸出的第2脈沖激光束入射到半導(dǎo)體基板1表面的同一區(qū)域。
[0047]接著，對(duì)傳播光學(xué)系統(tǒng)47的結(jié)構(gòu)及作用進(jìn)行說(shuō)明。從第I激光光源41輸出的第I脈沖激光束經(jīng)由衰減器42、光束擴(kuò)展器43、柱面透鏡陣列組44、分光鏡45及聚光透鏡46而入射于半導(dǎo)體基板10。
[0048]從固體激光振蕩器3IA輸出的第2脈沖激光束經(jīng)由衰減器32A及光束擴(kuò)展器33A而入射于光束分離器35。從固體激光振蕩器31B輸出的第2脈沖激光束經(jīng)由衰減器32B、光束擴(kuò)展器33B、反射鏡34而入射于光束分離器35。從固體激光振蕩器31A和固體激光振蕩器31B這兩個(gè)固體激光振蕩器輸出的第2脈沖激光束在光束分離器35匯合，并沿著共同路徑傳播。
[0049]在光束分離器35匯合于I條路徑上的第2脈沖激光束經(jīng)由柱面透鏡陣列組36、折射鏡37、分光鏡45及聚光透鏡46入射到半導(dǎo)體基板10。
[0050]光束擴(kuò)展器43、33A、33B對(duì)入射的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直，并且擴(kuò)大光束直徑。柱面透鏡陣列組44、36及聚光透鏡46將半導(dǎo)體基板10表面上的光束截面整形成長(zhǎng)條狀，并且使光束分布(光強(qiáng)度分布)均勾化。從第I激光光源41輸出的第I脈沖激光束與從第2激光光源31輸出的第2脈沖激光束入射到半導(dǎo)體基板10表面的幾乎相同的長(zhǎng)條區(qū)域。柱面透鏡陣列組44及聚光透鏡46作為從第I激光光源41輸出的第I脈沖激光束用的均化器而發(fā)揮功能，柱面透鏡陣列組36及聚光透鏡46作為從第2激光光源31輸出的第2脈沖激光束用的均化器而發(fā)揮功能。
[0051]半導(dǎo)體基板10保持于載物臺(tái)48。定義將與半導(dǎo)體基板10的表面平行的面作為XY面且將半導(dǎo)體基板10表面的法線方向作為Z方向的XYZ直角坐標(biāo)系。載物臺(tái)48受到控制裝置49的控制，使半導(dǎo)體基板10沿X方向及Y方向移動(dòng)?？刂蒲b置49向固體激光振蕩器3IA和固體激光振蕩器31B發(fā)送觸發(fā)信號(hào)。固體激光振蕩器31A和固體激光振蕩器31B接收來(lái)自控制裝置49的觸發(fā)信號(hào)，并與此同步輸出第2脈沖激光束。并且，控制裝置49控制從第I激光光源41輸出的第I脈沖激光束的輸出時(shí)機(jī)及脈沖寬度。
[0052]參考圖4A?圖4G，對(duì)實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)彳丁說(shuō)明。圖4A?圖4G表不制造過(guò)程中的半導(dǎo)體裝置的局部剖視圖。
[0053]如圖4A所示，在半導(dǎo)體基板10的IGBT分區(qū)11的第I面13形成有包括基極區(qū)域15、發(fā)射極區(qū)域16、柵電極17及柵極絕緣膜18的元件結(jié)構(gòu)。在二極管分區(qū)12的第I面13形成有陽(yáng)極區(qū)域25。陽(yáng)極區(qū)域25及基極區(qū)域15的摻雜劑在同一離子注入工序中被注入。
[0054]通過(guò)向IGBT分區(qū)11的第2面14的表層部離子注入磷(P)(第I摻雜劑)，形成成為緩沖區(qū)域21(圖2)的第I注入?yún)^(qū)域21a。通過(guò)離子注入，在第I注入?yún)^(qū)域21a內(nèi)形成有晶格缺陷50 ο
[0055]如圖4Β所示，通過(guò)向IGBT分區(qū)11的第2面14的表層部離子注入硼(B)(第2摻雜劑)，形成成為集電區(qū)域20(圖2)的第2注入?yún)^(qū)域20a。第2注入?yún)^(qū)域20a位于比第I注入?yún)^(qū)域21a更淺處。在第2注入?yún)^(qū)域20a內(nèi)也形成有晶格缺陷50。
[0056]如圖4C所示，通過(guò)向二極管分區(qū)12的第2面14的表層部離子注入磷(第3摻雜劑)，形成成為陰極區(qū)域26(圖2)的第3注入?yún)^(qū)域26a。第3注入?yún)^(qū)域26a的磷濃度高于第I注入?yún)^(qū)域21a的磷濃度及第2注入?yún)^(qū)域20a的硼濃度。通過(guò)將比硼更重的磷離子注入成高濃度，第3注入?yún)^(qū)域26a成為非晶態(tài)。
[0057]如圖4D所示，用第I脈沖激光束55來(lái)掃描半導(dǎo)體基板10的IGBT分區(qū)11及二極管分區(qū)12。第I脈沖激光束55是從第I激光光源41 (圖3)輸出的脈沖激光束。第I脈沖激光束55的脈沖寬度為1ys?20ys，在半導(dǎo)體基板10表面的脈沖能量密度為4J/cm2?7J/cm2。在掃描方向上的重疊率為50%?75%。在將掃描方向上的光束截面的寬度表示為Wt，且將在時(shí)間軸上彼此相鄰的兩次脈沖激光束的光束截面所重疊的部分的寬度表示為Wo時(shí)，重疊率定義為ffo/ffto
[0058]在上述激光退火條件下，晶態(tài)的IGBT分區(qū)11不會(huì)熔融，但是非晶態(tài)的二極管分區(qū)12的第3注入?yún)^(qū)域26a則局部(以斑點(diǎn)狀)熔融。
[0059]圖4E中示出了利用第I脈沖激光束55進(jìn)行了激光退火之后的半導(dǎo)體基板10的剖視圖。在IGBT分區(qū)11中，在第I注入?yún)^(qū)域21a及第2注入?yún)^(qū)域20a(圖4B)產(chǎn)生固相生長(zhǎng)，因此離子注入的磷及硼被活化，形成緩沖區(qū)域21及集電區(qū)域20。此時(shí)，晶格缺陷50向較淺區(qū)域移動(dòng)。
[0060]在二極管分區(qū)12，由于局部熔融的第3注入?yún)^(qū)域26a被固化，因此其表面產(chǎn)生皸裂。若為了活化較深的緩沖區(qū)域21而優(yōu)化退火條件，則會(huì)導(dǎo)致非晶態(tài)的第3注入?yún)^(qū)域26a的表層部局部熔融。若以不使第3注入?yún)^(qū)域26a熔融的條件進(jìn)行退火，則很難充分地活化較深的緩沖區(qū)域21。換言之，在實(shí)施例中，允許因用于活化緩沖區(qū)域21的激光退火而在二極管分區(qū)12表面產(chǎn)生皸裂。
[0061]如圖4F所示，用第2脈沖激光束56掃描半導(dǎo)體基板10的IGBT分區(qū)11及二極管分區(qū)12 ο第2脈沖激光束56是從第2激光光源31 (圖3)輸出的脈沖激光束。從固體激光振蕩器3IA和固體激光振蕩器31B(圖3)這兩個(gè)固體激光振蕩器輸出的兩個(gè)激光脈沖的脈沖寬度分別為0.1ys?0.25ys，從先前的激光脈沖的入射至后續(xù)的激光脈沖的入射之間的延遲時(shí)間為0.3ys?Iys。兩個(gè)激光脈沖的脈沖能量密度分別為0.8J/cm2?2.2J/cm2。在掃描方向上的重疊率為50%?80%。另外，在本實(shí)施例中，采用了以極短的延遲時(shí)間使兩個(gè)激光脈沖入射到半導(dǎo)體基板10的方法，但是，也可以采用使一個(gè)激光脈沖入射的方法。
[0062]在上述激光退火條件下，較淺的集電區(qū)域20及第3注入?yún)^(qū)域26a熔融。另外，在該條件下，由于無(wú)法充分地加熱至半導(dǎo)體基板10的較深的緩沖區(qū)域21，因此無(wú)法使第I注入?yún)^(qū)域21a(圖4B)內(nèi)的摻雜劑充分地活化。在實(shí)施例中，通過(guò)基于第I脈沖激光束55的激光退火(圖4D)，第I注入?yún)^(qū)域21a內(nèi)的摻雜劑已被活化。由此，在圖4F所示的使用第2脈沖激光束56進(jìn)行激光退火時(shí)，無(wú)需使較深的第I注入?yún)^(qū)域21a(圖4B)內(nèi)的摻雜劑活化。
[0063]圖4G中示出了用第2脈沖激光束56進(jìn)行了激光退火之后的半導(dǎo)體基板10的剖視圖。由于第3注入?yún)^(qū)域26a(圖4F)熔融之后晶體化(固化)，因此第3摻雜劑被活化，形成陰極區(qū)域26。而且，由于集電區(qū)域20熔融之后晶體化，因此晶格缺陷50(圖4D)幾乎被消除。
[0064]在基于第2脈沖激光束56的激光退火中，熔融至非晶態(tài)的第3注入?yún)^(qū)域26a(圖4F)與半導(dǎo)體基板10的單晶區(qū)域之間的邊界。晶體從該邊界外延生長(zhǎng)，因此能夠提高陰極區(qū)域26的結(jié)晶性，能夠消除其表面的皸裂。
[0065]在上述實(shí)施例中，通過(guò)使用第I脈沖激光束55(圖4D)而進(jìn)行的激光退火，能夠使較深的第I注入?yún)^(qū)域21a內(nèi)的第I摻雜劑活化。而且，通過(guò)基于第2脈沖激光束56(圖4F)的激光退火，能夠消除二極管分區(qū)12的表面皸裂。脈沖寬度相對(duì)較長(zhǎng)且脈沖能量密度相對(duì)較低的第I脈沖激光束55適于對(duì)較深區(qū)域的活化退火。相反，脈沖寬度相對(duì)較短且脈沖能量密度相對(duì)較高的第2脈沖激光束56適于對(duì)較淺區(qū)域的活化退火。由于第2脈沖激光束56的脈沖寬度較短，因此即使將第2面14(圖4F)加熱至熔點(diǎn)以上，也能夠抑制第I面13的溫度上升。由此，不會(huì)損傷形成于第I面13的IGBT的元件結(jié)構(gòu)就能夠?qū)Φ?面14的表層部進(jìn)行退火。
[0066]接著，參考圖5A?圖5G，對(duì)另一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。圖5A?圖5G表示制造過(guò)程中的半導(dǎo)體裝置的局部剖視圖。
[0067]如圖5A所示，在半導(dǎo)體基板10的第I面13形成有IGBT的元件結(jié)構(gòu)及陽(yáng)極區(qū)域25。通過(guò)向IGBT分區(qū)11的第2面14的表層部離子注入磷(第I摻雜劑)，形成第I注入?yún)^(qū)域21a。在第I注入?yún)^(qū)域21 a形成有晶格缺陷50。
[0068]如圖5B所示，用第I脈沖激光束55來(lái)掃描半導(dǎo)體基板10的IGBT分區(qū)11及二極管分區(qū)12。該退火條件與圖4D所示的基于第I脈沖激光束55的退火條件相同。通過(guò)該激光退火，第I注入?yún)^(qū)域21a內(nèi)的第I摻雜劑被活化。由于在該階段中二極管區(qū)域12不會(huì)被非晶化，因此二極管分區(qū)12的表層部不會(huì)熔融。
[0069]圖5C中示出用第I脈沖激光束55進(jìn)行了激光退火后的半導(dǎo)體基板10的剖視圖。第I注入?yún)^(qū)域21a(圖5B)內(nèi)的第I摻雜劑被活化而形成緩沖區(qū)域21。晶格缺陷50從緩沖區(qū)域21的較深區(qū)域向較淺區(qū)域移動(dòng)。在二極管分區(qū)12的表面并未產(chǎn)生皸裂。
[0070]如圖5D所示，通過(guò)向IGBT分區(qū)11的表層部離子注入硼(第2摻雜劑)，形成第2注入?yún)^(qū)域20a。第2注入?yún)^(qū)域20a位于比緩沖區(qū)域21更淺處。在第2注入?yún)^(qū)域20a內(nèi)殘留有晶格缺陷50 ο
[0071]如圖5Ε所示，通過(guò)向二極管分區(qū)12的表層部離子注入磷(第3摻雜劑)，形成第3注入?yún)^(qū)域26a。第3注入?yún)^(qū)域26a成為非晶態(tài)。
[0072]如圖5F所示，用第2脈沖激光束56來(lái)掃描半導(dǎo)體基板10的IGBT分區(qū)11及二極管分區(qū)12。該退火條件與圖4F所示的基于第2脈沖激光束56的激光退火條件相同。通過(guò)基于第2脈沖激光束56的激光退火，第2注入?yún)^(qū)域20a及第3注入?yún)^(qū)域26a熔融。
[0073]圖5G中示出用第2脈沖激光束56進(jìn)行了激光退火之后的半導(dǎo)體基板10的剖視圖。由于第3注入?yún)^(qū)域26a(圖5F)熔融之后晶體化，因此第3摻雜劑被活化，形成陰極區(qū)域26。而且，由于第2注入?yún)^(qū)域20a(圖5F)熔融之后晶體化，因此第2摻雜劑被活化，形成集極區(qū)域20。第2注入?yún)^(qū)域20a內(nèi)的晶格缺陷50(圖5F)幾乎被消除。
[0074]在圖5A?圖5G所示的實(shí)施例中，通過(guò)使用第I脈沖激光束55(圖5B)而進(jìn)行的激光退火，能夠使較深的第I注入?yún)^(qū)域21a內(nèi)的摻雜劑活化。而且，在使用第2脈沖激光束56而進(jìn)行的激光退火中，由于半導(dǎo)體基板10的整個(gè)表層部熔融，因此不會(huì)產(chǎn)生因斑點(diǎn)狀熔融而引起的表面皸裂。
[0075]以上，根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不限定于此。例如，可進(jìn)行各種變更、改良、組合等，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。
[0076]符號(hào)說(shuō)明
[0077]10-半導(dǎo)體基板，I1-1GBT分區(qū)，12-二極管分區(qū)，13-第I面，14-第2面，15-p型基極區(qū)域，16-n型發(fā)射極區(qū)域，17-柵電極，18-柵極絕緣膜，19-發(fā)射電極，20-p型集電區(qū)域，20a-第2注入?yún)^(qū)域，21-n型緩沖區(qū)域，21a-第I注入?yún)^(qū)域，22-集電極，25-陽(yáng)極區(qū)域，26-陰極區(qū)域，26a-第3注入?yún)^(qū)域，27-陽(yáng)極電極，28-陰極電極，31-第2激光光源，31A、31B_固體激光振蕩器，32A、32B-衰減器，33A、33B-光束擴(kuò)展器，34-反射鏡，35-光束分離器，36-柱面透鏡陣列組，37-折射鏡，41-第I激光光源，42-衰減器，43-光束擴(kuò)展器，44-柱面透鏡陣列組，45-分光鏡，46-聚光透鏡，47-傳播光學(xué)系統(tǒng)，48-載物臺(tái)，49-控制裝置，50-晶格缺陷，55-第I脈沖激光束，56-第2脈沖激光束。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，具有: 工序(a)，通過(guò)向在表面劃定有IGBT分區(qū)及二極管分區(qū)的半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)的表層部離子注入第I導(dǎo)電型的第I摻雜劑來(lái)形成第I注入?yún)^(qū)域； 工序(b)，通過(guò)向所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)的比所述第I注入?yún)^(qū)域更淺處的區(qū)域離子注入與所述第I導(dǎo)電型相反的第2導(dǎo)電型的第2摻雜劑來(lái)形成第2注入?yún)^(qū)域； 工序(c)，通過(guò)向所述半導(dǎo)體基板的所述二極管分區(qū)的表層部以比所述第2摻雜劑的濃度更高的濃度離子注入所述第I導(dǎo)電型的第3摻雜劑，使注入?yún)^(qū)域非晶化而形成第3注入?yún)^(qū)域； 工序(d)，在所述工序(a)、(b)及(c)之后，用第I脈沖激光束以使所述第3注入?yún)^(qū)域局部熔融且使所述第I注入?yún)^(qū)域的所述第I摻雜劑活化的條件掃描所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)及所述二極管分區(qū)；及 工序(e)，在所述工序(d)之后，通過(guò)用脈沖寬度比所述第I脈沖激光束的脈沖寬度短的第2脈沖激光束掃描所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)及所述二極管分區(qū)，使所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)及所述二極管分區(qū)的整個(gè)區(qū)域中的比所述第2注入?yún)^(qū)域更淺處的表層部熔融并使其晶體化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在所述工序(d)中，用所述第I脈沖激光束以不使所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)熔融的條件掃描所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)及所述二極管分區(qū)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在所述工序(c)中形成的所述第3注入?yún)^(qū)域位于比在所述工序(a)中形成的所述第I注入?yún)^(qū)域更淺處。4.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，具有: 工序(a)，通過(guò)向在表面劃定有IGBT分區(qū)及二極管分區(qū)的半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)的表層部離子注入第I導(dǎo)電型的第I摻雜劑來(lái)形成第I注入?yún)^(qū)域； 工序(b)，用第I脈沖激光束以不使所述半導(dǎo)體基板的表面熔融的條件掃描所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)及所述二極管分區(qū)，從而使所述第I注入?yún)^(qū)域的所述第I摻雜劑活化； 工序(c)，在所述工序(b)之后，通過(guò)向所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)的比所述第I注入?yún)^(qū)域更淺處的區(qū)域離子注入與所述第I導(dǎo)電型相反的第2導(dǎo)電型的第2摻雜劑來(lái)形成第2注入?yún)^(qū)域； 工序(d)，通過(guò)向所述半導(dǎo)體基板的所述二極管分區(qū)的表層部以比所述第2摻雜劑的濃度更高的濃度離子注入所述第I導(dǎo)電型的第3摻雜劑，使注入?yún)^(qū)域非晶化而形成第3注入?yún)^(qū)域;及 工序(e)，在所述工序(c)、(d)之后，通過(guò)用脈沖寬度比所述第I脈沖激光束的脈沖寬度短的第2脈沖激光束掃描所述半導(dǎo)體基板的所述IGBT分區(qū)及所述二極管分區(qū)，使所述半導(dǎo)體基板的所述第2注入?yún)^(qū)域及所述第3注入?yún)^(qū)域的至少表層部熔融并使其晶體化，從而使所述第2摻雜劑及所述第3摻雜劑活化。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 所述工序(b)中使用的所述第I脈沖激光束以能夠使在所述工序(d)中形成的被非晶化的所述第3注入?yún)^(qū)域的至少表層部熔融的條件掃描所述半導(dǎo)體基板。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK106062959SQ201580010008
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2015年2月19日
【發(fā)明人】鈴木剛臣, 坂本正樹(shù)
【申請(qǐng)人】住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社