激光退火工艺在IGBT制造中的应用

激光退火是绝缘栅双极型晶体管(IGBT背面工艺的重要步骤。对离子注入后的硅基IGBT 圆片背面进行激光快速退火，实现激活深度，有效修复离子注入破坏的晶格结构。随着IGBT技术发展和薄片加工工艺研发的需要，IGBT背面退火越来越多应用激光退火技术。

01 IGBT火技术

在垂直方向上，IGBT结构经历了穿通型(pouch through，PT)，非穿通型(nonpouch through，NPT)和电场截止型(field stop，FS)，使器件的整体性能不断提高。

图IGBT结构的变化

在NPT和FS型IGBT中，常见的工艺流程是先完成正面工艺包括正面金属化工艺，再进行硅片背面减薄，达到需要的硅片厚度，之后通过离子注入和退火工艺在背面形成P+区域(NPT IGBT的集电区)或同时形成FS IGBT的P型区(集电区)和n型场截止层或缓冲层。

图IGBT工艺流程

由于硅片正面金属铝的存在，此处的退火艺必须保证硅片正面温度要小于500℃，因此用炉管工艺来激活时温度必须低于500℃(一般选择400-450℃)。但在这一温度范围内，注入离子的激活率很低，对器件的性能调整造成影响。

激光退火由于能够对硅片背面进行局域加热，在硅片背面局部形成极高温，大幅提高背面注入离子的激活率，同时保持硅片正面在较低温度。

02 激光退火技术

20世纪60年代后期和20世纪70年代初期偶尔出现过关于激光退火的报道，但是激光退火直到1971年才被发明出来。为了保证不损伤正面的器件结构，并保证背面的激活效果，从IGBT第四代之后，逐步采用激光退火技术取代传统热退火技术。

激光退火的原理是用激光束照射半导体表面，在照射区内产生极高的温度，使晶体的损伤得到修复，并消除位错的方法。它能有效地消除离子注入所产生的晶格缺陷，同时由于加热时间极短(约为普通热退火的百万分之一)，可避免破坏集成电路的浅结电导率和其他结特性。

图激光退火波长与深度的关系示意图

激光退火工艺可以有效修复离子注入破坏的晶格结构，获得比传统退火方式更好的离子激活效率和激活深度，且不损伤硅片的正面器件，从而在IGBT制造过程中得到业界的广泛关注和应用。