激光退火工藝在IGBT制造中的應用

2025-08-15 15:43:49 LH 352

激光退火是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)背面工藝的重要步驟。對離子注入后的硅基IGBT 圓片背面進行激光快速退火，實現激活深度，有效修復離子注入破壞的晶格結構。隨著IGBT技術發展和薄片加工工藝研發的需要，IGBT背面退火越來越多應用激光退火技術。

01  IGBT退火技術

在垂直方向上，IGBT結構經歷了穿通型（pouch through，PT），非穿通型（non pouch through，NPT）和電場截止型（field stop，FS），使器件的整體性能不斷提高。

圖 IGBT結構的變化

在NPT和FS型IGBT中，常見的工藝流程是先完成正面工藝包括正面金屬化工藝，再進行硅片背面減薄，達到需要的硅片厚度，之后通過離子注入和退火工藝在背面形成P+區域（NPT IGBT的集電區）或同時形成FS IGBT的P型區（集電區）和n型場截止層或緩沖層。

圖 IGBT 工藝流程

由于硅片正面金屬鋁的存在，此處的退火工藝必須保證硅片正面溫度要小于500℃，因此用爐管工藝來激活時溫度必須低于500℃（一般選擇400-450℃）。但在這一溫度范圍內，注入離子的激活率很低，對器件的性能調整造成影響。

激光退火由于能夠對硅片背面進行局域加熱，在硅片背面局部形成極高溫，大幅提高背面注入離子的激活率，同時保持硅片正面在較低溫度。

02  激光退火技術

20世紀60年代后期和20世紀70年代初期偶爾出現過關于激光退火的報道，但是激光退火直到1971年才被發明出來。為了保證不損傷正面的器件結構，并保證背面的激活效果，從IGBT第四代之后，逐步采用激光退火技術取代傳統熱退火技術。

激光退火的原理是用激光束照射半導體表面，在照射區內產生極高的溫度，使晶體的損傷得到修復，并消除位錯的方法。它能有效地消除離子注入所產生的晶格缺陷，同時由于加熱時間極短（約為普通熱退火的百萬分之一），可避免破壞集成電路的淺結電導率和其他結特性。

圖 激光退火波長與深度的關系示意圖

激光退火工藝可以有效修復離子注入破壞的晶格結構，獲得比傳統退火方式更好的離子激活效率和激活深度，且不損傷硅片的正面器件，從而在IGBT制造過程中得到業界的廣泛關注和應用。

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