制造半导体器件的方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种制造半导体器件的方法，它能够充分地激活较深的离子注入层，并完全恢复离子注入过程中所产生的晶格缺陷。连续地发射激光脉冲(21a至25a)，以形成基本上为CW(连续波)的激光。本发明专利技术的该特征能够在大约2μm处稳定的进行较深处离子注入层的激活，且产生较少的缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造诸如IC (集成电路)、MOSFET (M0S场效应晶体管)以及 IGBT (绝缘栅双极晶体管)之类的半导体器件的方法。
技术介绍
近年来，计算机和通信设备在其主要部件中频繁使用集成电路(IC)，在这些IC中将许多晶体管、电阻器等组合来构成电路，并集成在一块芯片上。此类IC中的一种包含功率半导体元件的IC被称为功率IC。IGBT是一种单芯片功率元件，呈现MOSFET的高速开关特性和电压驱动特性以及双极晶体管的低导通电压特性。IGBT的应用正扩展到包括通用逆变器、AC伺服器件、不间断电源(UPS)、开关式电源等的工业领域以及包括微波炉、电饭煲、闪光灯等的家电领域。目前正致力于开发使用新的芯片结构并且呈现低导通电压的下一代器件，以实现应用设备的低功耗和高效率。IGBT的结构包括穿通(PT)型、非穿通(NPT)型以及场阻断(FS)型。除了在某些音频功率放大器中使用P沟道型元件之外，当今量产的几乎所有IGBT都具有η沟道垂直双扩散结构。本说明书也基于η沟道IGBT进行描述。PT型在ρ+型外延基板和η—层(η型活性层)之间具有η.层(η缓冲层)，且η型活性层中的耗尽层到达η缓冲层。PT型是IGBT的主流基本结构。在例如击穿电压为600V 的系统中，尽管70 μ m的厚度对于活性层而言已经足够，但包括ρ+型基板的总厚度可达 200 μ m至300 μ m。因此，正在使用FZ (浮区)基板而不是使用外延基板来开发采用低掺杂浅P+集电层的NPT型IGBT以及具有场阻断层的FS型IGBT，以获得低成本芯片。图13是 NPT型IGBT的截面视图。该NPT型没有使用ρ+基板，相比使用外延基板的PT型，显著减小了基板51的总厚度。该结构能够控制空穴注入率，因此实现了无寿命控制的高速开关，但是依赖于η型活性层51a的厚度和电阻率导通电压相当高。但是，由于如前所述使用了 FZ 基板51而不使用ρ+外延基板，因此有可能使得芯片降低成本。在图13中，附图标记52表示P型基底层；53表示η型发射极层力4表示栅极氧化膜；55表示栅电极；56表示层间介质膜；57表示作为发射极电极的前表面电极；62表示ρ型集电极层；63表示作为集电极电极的后表面电极。图14是FS型IGBT的截面视图。FS型IGBT具有与PT型IGBT基本相同的结构。 FS型IGBT使用FZ基板51而不使用ρ+外延基板，基板51的总厚度为100 μ m至200 μ m。 对应于600伏的击穿电压，η型活性层51a的厚度约为70 μ m，与PT型相同，并且η型活性层51a被耗尽。为此，η型活性层51a下方设置有η型层，即η型场阻断(FS)层61。在集电极侧，浅P+扩散层被用作低注入量集电极(P型集电极层6 。与NPT型的情形相同，此结构无需寿命控制。此外，为了进一步减小导通电压，已知一种将此FS型IGBT与沟槽IGBT 结构(图中未示出)相结合的结构，其中从芯片前表面形成有窄而深的沟，且在沟槽的侧面上形成有MOSFET结构。最近正在通过设计优化来减小总厚度。近年来，不经由中间直流而直接进行交流-交流变换的矩阵转换器正受到瞩目。 矩阵转换器不需要与常规逆变器不同的电容器，并且具有减少了电源高次谐波的优点。但是，由于输入的是交流，因此要求矩阵转换器中的半导体开关具有反向耐压能力。如果使用常规IGBT，则需要用串联二极管来阻断反向电压。如图15所示，反向阻断IGBT具有反向阻断能力，延续了常规IGBT的基本特性。除了在反向阻断IGBT中形成了隔离层之外，基本结构与NPT型IGBT相同。由于消除了串联二极管，反向阻断IGBT的传导损耗降低了大约一半，相当大地增强了矩阵转换器的转换效率。通过组合形成大约100 μ m以上深度的结(形成P型隔离层)的技术和制造大约100 μ m以下厚度的极薄晶片的技术，已经制造出了高性能的反向阻断IGBT。在图15中，附图标记70表示钝化膜。为实现厚度约为70 μ m的薄型 IGBT，制造工艺中有很多技术问题，包括由于制造工艺中所必需的对后表面进行的背面磨削、从后表面注入离子以及后表面热处理所可能引起的翘曲。以下将基于FS型IGBT描述制造工艺。图16至20是依制造工艺顺序图示的半导体器件主要部件的截面视图，示出了一种常规半导体器件的制造方法。在接下来的描述中，半导体器件是FS型IGBT。(1)在FZ-N基板51上沉积栅氧化膜54 (SiO2)和多晶硅(poly-Si)栅电极55，并加工。在栅电极阳的表面上沉积并加工层间介质膜56 (此例中为BPSG)，以制作绝缘栅结构。(2)在FZ-N基板51的表面区域中形成ρ基底层52 (p+)，然后在ρ基底层52中形成η型发射极层53。前表面电极57是由铝硅膜构成的发射极电极，与η型发射极层53接触。铝硅膜随后在400至500摄氏度的相对低温下进行热处理，以实现稳定的接合性和低阻抗布线。虽然未被示出，但是也可以形成聚酰亚胺膜的绝缘保护膜来覆盖前表面。如图16所示，前表面侧的处理至此步骤结束。(4)如图17所示，通过背面磨削、蚀刻或者其他技术，使得FZ-N基板51从后表面 58开始减薄至希望的厚度。(5)然后，如图18所示，从后表面58进行离子注入以形成离子注入层59和60，以供分别形成η型层(场阻断(F。层61)和高浓度ρ型集电极层62 (ρ+层)(这两个层在图 19中示出)。在某些情况下，为了建立与后表面电极63(集电极电极)的欧姆接触，在注入硼离子后，在后表面58上注入BF2的ρ层作为接触层，以获得高浓度层。(6)用电炉(图中未示出)进行退火的热处理。热处理温度是在从350摄氏度至 500摄氏度范围内的相对低温。在该步骤中，如图19所示地形成场阻断层(FS层)61 (η层) 和P型集电极层62(ρ+层)。(7)之后，如图20所示，在高浓度ρ型集电极层62(层)上，通过组合从铝层、钛层、镍层、金层等之中选择出的多个金属膜，来形成后表面电极63。(8)尽管没有示出，但在切片之后，使用超声波接线装置，在前表面电极57的表面上固定铝布线。后表面电极63经由焊料层连接到基材。由此，完成FS型IGBT。在退火步骤(6)中，有多种使用激光退火的方法，使得能够仅在用于激活离子注入层的表面区域中进行加热。专利文献1揭示了用YAG3 ω和YAG2 ω激光器来激活η层。专利文献2揭示了用两台激光装置来激活离子注入层。专利文献3揭示了用照射脉冲激光并形成宽幅脉冲的两台激光照射装置来激活杂质层的方法。专利文献4揭示了关于FS IGBT后表面区域中的杂质激活率的内容。专利文献5揭示了一种激光照射装置，其包括发射不同波长的激光脉冲的第一光源和第二光源；以及使得照射区域重叠地对加工对象进行照射的光学系统。专利文献6揭示了使用两台激光振荡器(激光发射器件)，以及利用前一脉冲和间隔延迟时间后射出的后一脉冲形成宽幅脉冲激光，从而进行照射。日本未审查专利申请 [专利文献2]日本专利No. 4043865 [专利文献3]日本未审查专利申请 [专利文献4]日本专利No. 4088011 [专利文献5]日本未审查专利申请 [专利文献6]日本未审查专利申请公开 No. 2003-059856 公开 No. 2005-22本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种制造半导体器件的方法，包括下述步骤：在半导体衬底的第一主面上形成半导体元件的前表面结构；研磨所述半导体衬底的后表面侧的第二主面以将所述半导体衬底的厚度减小至预定厚度；在具有所述预定厚度的所述半导体衬底的第二主面侧形成离子注入层；以及利用激光退火工序来激活所述离子注入层，其中激活所述离子注入层的步骤通过下述步骤来进行：使用多个激光发射器件，每个激光发射器件以预定重复频率和预定脉冲宽度发射激光；以及在由所述预定重复频率确定的第一时间周期中重复激光发射过程，所述过程包括：从所述多个激光发射器件的第一激光发射器件发射第一激光脉冲；在所述第一激光脉冲的末端从第二激光发射器件发射第二光脉冲；在所述第二激光脉冲的末端从第三激光发射器件发射第三光脉冲；以及逐次地在第（ｎ－１）激光脉冲的末端从第ｎ激光发射器件发射第ｎ激光脉冲，之后在所述第ｎ激光脉冲的末端从所述第一激光发射器件发射所述第一激光脉冲，其中ｎ是正整数，重复所述激光发射过程，形成具有基本上为ＣＷ激光的波形的激光，该激光照射离子注入层以激活所述离子注入层。

【技术特征摘要】
2010.06.24 JP 2010-1438251.一种制造半导体器件的方法，包括下述步骤在半导体衬底的第一主面上形成半导体元件的前表面结构；研磨所述半导体衬底的后表面侧的第二主面以将所述半导体衬底的厚度减小至预定厚度；在具有所述预定厚度的所述半导体衬底的第二主面侧形成离子注入层；以及利用激光退火工序来激活所述离子注入层，其中激活所述离子注入层的步骤通过下述步骤来进行使用多个激光发射器件，每个激光发射器件以预定重复频率和预定脉冲宽度发射激光；以及在由所述预定重复频率确定的第一时间周期中重复激光发射过程，所述过程包括从所述多个激光发射器件的第一激光发射器件发射第一激光脉冲；在所述第一激光脉冲的末端从第二激光发射器件发射第二光脉冲；在所述第二激光脉冲的末端从第三激光发射器件发射第三光脉冲；以及逐次地在第(n-1)激光脉冲的末端从第η激光发射器件发射第η 激光脉冲，之后在所述第η激光脉冲的末端从所述第一激光发射器件发射所述第一激光脉冲，其中η是正整数，重复所述激光发射过程，形成具有基本上为CW激光的波形的激光，该激光照射离子注入层以激活所述离子注入层。2.如权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其特征在于，在一个激光脉冲的末端和下一个激光脉冲的始端...

【专利技术属性】
技术研发人员：中泽治雄，窪内源宜，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP