激光退火方法及激光控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种能够抑制半导体晶片的非照射面的温度上升并且能够高效地对照射面进行加热的激光退火方法。使激光脉冲周期性地入射于半导体晶片从而进行退火。此时，使下一周期的激光脉冲入射于基于上一次的激光脉冲的入射而温度上升后处于冷却过程中的位置。

【技术实现步骤摘要】
激光退火方法及激光控制装置本申请主张基于2019年6月7日申请的日本专利申请第2019-107012号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
本专利技术涉及一种激光退火方法及激光控制装置。
技术介绍
为了进行掺杂有杂质的硅晶片等半导体晶片的再结晶化及活化，需要对半导体晶片进行加热(退火)。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等的制造工序包括如下工序：在半导体晶片的一个表面(非照射面)形成电路元件之后，在另一个表面(照射面)掺杂杂质后进行退火。此时，为了保护已形成的电路元件，期待抑制非照射面的温度上升。为了充分地加热照射面并且抑制非照射面的温度上升，使用对照射面照射激光的激光退火(例如，专利文献1等)。作为退火用激光振荡器，使用连续振荡(CW)激光器、或者Q开关激光器或准分子激光器等脉冲激光器。专利文献1中公开了使用了激光二极管激励全固态脉冲激光振荡器的激光退火技术。专利文献1：日本特开2011-114052号公报若半导体晶片的厚度变薄，则抑制半导体晶片的非照射面的温度上升并且充分提高照射面的温度的激光照射条件会变得更加严峻。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种能够抑制半导体晶片的非照射面的温度上升并且能够高效地对照射面进行加热的激光退火方法及激光控制装置。根据本专利技术的一观点，提供一种激光退火方法，其为使激光脉冲周期性地入射于半导体晶片从而进行退火的方法，其中，使下一周期的激光脉冲入射于基于上一次的激光脉冲的入射而温度上升后处于冷却过程中的位置。根据本专利技术的另一观点，提供一种激光控制装置，其控制使脉冲激光束入射于退火对象的半导体晶片上的脉冲激光振荡器，其中，所述激光控制装置控制所述脉冲激光振荡器以使激光脉冲的重复频率成为15kHz以上。能够有效地利用入射于半导体晶片上的激光脉冲的能量。由此，能够减少投入于半导体晶片的能量，其结果，能够抑制非照射面的温度上升。若激光脉冲的重复频率成为15kHz以上，则更容易有效利用激光脉冲的能量。附图说明图1是基于实施例的激光退火装置的概略图。图2是表示使一个激光脉冲入射于硅晶片的情况下的表面温度的时间变化的计算值的曲线图。图3A是表示半导体晶片60的表面上的光束点的移动状况的图，图3B是表示点P的位置上的表面温度的时间变化的曲线图。图4是表示脉冲的重复频率与温度保持率Tr之间的关系的计算结果的曲线图。图5是表示用于退火的脉冲激光束的相对脉冲能量密度与硅晶片的相对熔融深度之间的关系的曲线图。图中：10-激光振荡器，11-增益光纤，12-输入侧光纤，13-光纤布拉格光栅，15-输出侧光纤，16-光纤布拉格光栅，20-激光二极管，21-驱动器，22-波长转换元件，30-激光控制装置，31-控制台，40-传送光学系统，50-腔室，51-激光透射窗，52-扫描机构，53-保持台，60-半导体晶片。具体实施方式参考图1至图5对基于实施例的激光退火方法及激光退火装置进行说明。图1是基于实施例的激光退火装置的概略图。基于实施例的激光退火装置包括激光振荡器10、激光控制装置30、传送光学系统40及腔室50。保持台53通过扫描机构52支撑于腔室50内。扫描机构52接收来自激光控制装置30的指令从而能够使保持台53在水平面内移动。退火对象物(即，半导体晶片60)保持于保持台53上。从激光振荡器10输出的脉冲激光束经由传送光学系统40后透过设置于腔室50的顶板的激光透射窗51而入射于半导体晶片60。基于本实施例的激光退火装置例如对掺杂于半导体晶片60中的掺杂剂进行活化退火。半导体晶片60例如为硅晶片。传送光学系统40例如包括射束均化器、透镜、反射镜等。射束均化器及透镜对半导体晶片60的表面上的光束点进行整形并且使光束分布均匀化。接着，对激光振荡器10的结构进行说明。作为激光振荡器10，使用光纤激光振荡器。在掺杂有激光活性介质的增益光纤11的一端连接有输入侧光纤12，另一端则连接有输出侧光纤15。在输入侧光纤12上形成有高反射率型的光纤布拉格光栅13，在输出侧光纤15上形成有低反射率型的光纤布拉格光栅16。由高反射率型的光纤布拉格光栅13和低反射率型的光纤布拉格光栅16构成光学谐振腔。从激光二极管20输出的激励光通过输入侧光纤12导入至增益光纤11。掺杂于增益光纤11中的激光活性介质被激励光激励。在激光活性介质过渡到低能态时产生受激发射，从而产生激光。在增益光纤11中产生的激光通过输出侧光纤15入射于波长转换元件22。被波长转换元件22波长转换后的激光束经由传送光学系统40入射于半导体晶片60。增益光纤11例如输出红外区域的激光，波长转换元件22将红外区域的激光转换为绿色波长区域的激光。驱动器21根据来自激光控制装置30的指令来驱动激光二极管20。从激光控制装置30接收到的指令包括指定从激光二极管20输出的激光脉冲的重复频率的信息。驱动器21使激光二极管以激光控制装置30所指示的激光脉冲的重复频率输出激励用激光。其结果，激光振荡器10以被指示的重复频率输出激光脉冲。激光控制装置30包括供操作人员操作的控制台31。操作人员通过操作控制台31来输入指定激光脉冲的重复频率的信息。激光控制装置30向驱动器21提供所输入的指定激光脉冲的重复频率的信息。本申请专利技术人经过研究发现，作为用于激光退火的激光，脉冲激光比CW激光更为优选。接着，从激光入射于半导体晶片60的情况下的温度变化的观点出发，对作为用于激光退火的激光使用脉冲激光比使用CW激光更为优选的理由进行说明。为了方便起见，对功率密度P均等的激光脉冲入射于半导体晶片60的情况进行说明。半导体晶片60的表面(照射面)的表面温度T可以由下式表示。[数式1]其中，t为从加热开始的经过时间，C为半导体晶片60的比热容，ρ为半导体晶片60的密度，λ为半导体晶片60的导热系数。例如，表面温度T的单位为“K”，功率密度P的单位为“W/cm2”，经过时间t的单位为“秒”，比热容C的单位为“J/g·K”，密度ρ的单位为“g/cm3”，导热系数λ的单位为“W/cm·K”。在加热开始(激光脉冲的上升时刻)至经过经过时间t0为止的期间施加于半导体晶片60的能量密度E可以由下式表示。[数式2]E＝Pt0...(2)能量密度E的单位例如为“J/cm2”。从式(1)可知，为了使从加热开始后经过了经过时间t0的时刻的半导体晶片60的表面温度达到Ta，需要满足以下条件。[数式3]若从式(2)和式(3)抵消经过时间t0，则可获得下式。[数式4]为了在使表面温度上升至Ta的前提条件下抑制半导体晶片60的背面的温度上升从而进行有效的退火，优选减小投入于半导体晶片60的能量密度E。式(4)的右边的括号内的参数为常数，由此可知，减小能量密度E只需增加功率密度P即可。实际使用所需的功率密度的级别为数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光退火方法，其为使激光脉冲周期性地入射于半导体晶片从而进行退火的方法，所述激光退火方法的特征在于，/n使下一周期的激光脉冲入射于基于上一次的激光脉冲的入射而温度上升后处于冷却过程中的位置。/n

【技术特征摘要】
20190607 JP 2019-1070121.一种激光退火方法，其为使激光脉冲周期性地入射于半导体晶片从而进行退火的方法，所述激光退火方法的特征在于，
使下一周期的激光脉冲入射于基于上一次的激光脉冲的入射而温度上升后处于冷却过程中的位置。


2.根据权利要求1所述的激光退火方法，其特征在于，
在表面温度下降相当于基于上一次的激光脉冲的入射而引起的所述半导体晶片的表面温度的上升宽度的99％的温度宽度的时刻之前，使下一周期的激光脉冲入射。


3.根据权利要求2所述的激光退火方法，其特征在于，
在表面温度下降相当于基于上一次的激光脉冲的入射而引起的所述半导体晶片的表面温度的上升宽度的95％的温度宽度的时刻之前，使下一周期的激光脉冲入射。

【专利技术属性】
技术研发人员：冈田康弘，万雅史，
申请(专利权)人：住友重机械工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP