本发明专利技术提供一种激光退火装置及一种激光退火方法。所述激光退火装置中，第一和第二激光单元分别提供周期相同的脉冲激光和调制波形激光，在单个周期内，调制波形激光的能量密度随时间变化且脉冲激光持续的时间小于调制波形激光持续的时间；光学单元将所述脉冲激光和所述调制波形激光至少部分重叠的投影在工件上，以对工件进行激光退火。该激光退火装置利用脉冲激光和调制波形激光相互配合以对工件进行退火，可以提高工件中杂质离子的激活率，并可以控制工件非退火面的温度。所述激光退火方法利用脉冲激光和调制波形激光相互配合以对工件进行退火。合以对工件进行退火。合以对工件进行退火。
【技术实现步骤摘要】
激光退火装置及激光退火方法
[0001]本专利技术涉及激光退火领域，特别涉及一种激光退火装置及一种激光退火方法。
技术介绍
[0002]传统的退火工艺是采用石英玻璃制成的退火炉进行烘烤退火，但是传统的退火工艺需要的退火时间较长且是对工件的整体进行加热，容易对工件中不需要退火的区域造成损伤。激光退火是指利用激光对工件进行退火处理的加工方法。激光退火由于在退火区域上具有可控性以及能够在较短时间内达到设定温度，因此被广泛应用于半导体工艺中。
[0003]在功率器件例如绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)的制作过程中，需要对其P集电极区(距器件表面相对较浅区域)及缓冲层(距器件表面相对较深区域)中注入的硼(B)和磷(P)进行退火激活，同时需要防止器件正面的金属(例如铝)受热融化。现有的技术方案中，通过采用高能量的单绿光激光进行退火，然而这种方式要实现深层P的激活，一般其退火表面的温度往往过高，容易引起表面硼(B)注入分布的改变，同时使退火表面的粗糙度大幅增加。因此，现有的激光退火方案需要改善。另外，当使用双脉冲进行退火时，对两个激光器的最高脉冲能量都有较高的要求。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供一种激光退火装置及一种激光退火方法，可以实现工件浅层注入的杂质离子与深层注入的杂质离子的有效激活，同时可以控制工件非退火面的温度，提高工件的性能。
[0005]一方面，本专利技术提供一种激光退火装置，所述激光退火装置包括：
[0006]第一激光单元，用于提供脉冲激光；
[0007]第二激光单元，用于提供调制波形激光；以及
[0008]光学单元，用于将所述脉冲激光和所述调制波形激光至少部分重叠的投影在工件上；
[0009]其中，所述脉冲激光和所述调制波形激光的重复周期相同；在单个周期内，所述调制波形激光的能量密度随时间变化，所述脉冲激光持续的时间小于所述调制波形激光持续的时间；所述脉冲激光和所述调制波形激光相互配合以对所述工件进行退火。
[0010]可选的，所述调制波形激光的波形包括三角波形、方波形或正弦波形中的至少一种；所述调制波形激光为单个周期内能量密度均大于零的连续波形，或者为任一时刻能量密度达到零的非连续波形。
[0011]可选的，所述调制波形激光的波形包括非恒定值波形；在单个周期内，所述非恒定值波形的宽度为所述脉冲激光脉宽的50倍以上。
[0012]可选的，在单个周期内，所述调制波形激光从待机能量密度上升到峰值能量密度或是从峰值能量密度下降到待机能量密度。
[0013]可选的，在单个周期内，所述脉冲激光的能量密度为所述调制波形激光的峰值能
量密度的1.5倍～30倍之间。
[0014]可选的，所述调制波形激光的待机能量密度为其峰值能量的0.02倍～0.2倍之间。
[0015]可选的，所述光学单元包括合束组件、聚焦组件、扩束准直组件以及光束整形组件；所述合束组件用于将所述脉冲激光和所述调制波形激光重叠在同一光轴上；所述聚焦组件用于接收所述合束组件输出的脉冲激光和调制波形激光并进行聚焦以在所述工件上形成光斑；所述扩束准直组件及所述光束整形组件的数量均至少为两个，所述第一激光单元和所述第二激光单元的出光光路上均设置有对应的所述扩束准直组件及所述光束整形组件；所述扩束准直组件用于将入射激光进行扩束并输出准直的激光束，所述光束整形组件用于接收所述扩束准直组件输出的激光束并进行像质调整。
[0016]可选的，所述激光退火装置还包括：
[0017]脉冲控制单元，用于产生设定频率的脉冲控制信号，所述脉冲控制信号控制所述第一激光单元按设定频率输出所述脉冲激光；
[0018]波形调制单元，用于产生设定频率的调制波形信号，所述调制波形信号控制所述第二激光单元按设定频率输出预定波形的调制波形激光；
[0019]工件台，用于承载所述工件；以及
[0020]同步控制单元，用于同步控制所述工件台、所述脉冲控制单元及所述波形调制单元，以同步控制所述第一激光单元、第二激光单元和所述工件台。
[0021]可选的，在所述脉冲控制信号和所述调制波形信号的控制下，在单个周期内，所述脉冲激光先射出且所述调制波形激光后射出，或者，所述脉冲激光和所述调制波形同时射出，或者，所述调制波形先射出且所述脉冲激光后射出。
[0022]本专利技术的激光退火装置中，利用脉冲激光和调制波形激光相互配合以对工件进行激光退火，其中，所述脉冲激光和所述调制波形激光的重复周期相同，在单个周期内，所述调制波形激光的能量密度随时间变化并且所述脉冲激光持续的时间小于所述调制波形激光持续的时间，所述调制波形激光可以对所述工件的退火区域进行预热(或辅助加热)，所述脉冲激光可以对所述工件的退火区域进行快速加热。与没有调制波形激光配合的情况相比，所述脉冲激光和所述调制波形激光的相互配合可以使得工件的退火面(例如背面)及浅层区域快速达到高温(例如熔融温度)以激活浅层区域的杂质离子，而且工件的深层区域也可以达到相对较高的温度，从而可以有效提高深层注入杂质离子的激活率。同时，由于调制波形激光对工件的预热作用，在工件的浅层区域和深层区域达到杂质离子被有效激活的温度的情况下，可以降低脉冲激光的能量密度且缩短脉冲激光单个周期内持续的时间(即缩短脉冲激光的脉宽)，使得退火面的温度不会过高而导致浅层杂质离子注入分布的改变以及退火面粗糙度增加，且与深层区域具有一定距离的工件的非退火面(例如正面)的温度不会大幅提高(不容易超出熔融温度)，以达到保护工件正面器件或金属层的目的。因此，利用所述激光退火装置不仅可以实现工件浅层注入的杂质离子与深层注入的杂质离子的有效激活，提高杂质的退火激活率，还有利于控制工件退火表面(背面)和正面的温度，提高工件的性能，而且可以降低第一激光单元(即脉冲激光器)的最高脉冲能量的要求。
[0023]另一方面，本专利技术还提供一种激光退火方法，所述激光退火方法包括：
[0024]提供第一激光单元和第二激光单元，所述第一激光单元输出脉冲激光，所述第二激光单元输出调制波形激光；
[0025]利用光学单元将所述脉冲激光和所述调制波形激光至少部分重叠的投影在工件上；
[0026]其中，所述脉冲激光和所述调制波形激光的重复周期相同；在单个周期内，所述调制波形激光的能量密度随时间变化，所述脉冲激光持续的时间小于所述调制波形激光持续的时间；所述脉冲激光和所述调制波形激光相互配合以对所述工件进行退火。
[0027]所述激光退火方法利用调制波形激光和脉冲激光相互配合以对工件进行退火，不仅可以实现工件浅层注入的杂质离子与深层注入的杂质离子的有效激活，提高杂质的退火激活率，而且还有利于控制工件退火面和非退火面的温度，提高工件的性能。
附图说明
[0028]图1为本专利技术一实施例的激光退火装置的示意图。
[0029]图2a至2d为本专利技术一实施例的激光退火装置产生的脉冲激光和三角波形本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种激光退火装置，其特征在于，激光退火装置包括：第一激光单元，用于提供脉冲激光；第二激光单元，用于提供调制波形激光；以及光学单元，用于将所述脉冲激光和所述调制波形激光至少部分重叠的投影在工件上；其中，所述脉冲激光和所述调制波形激光的重复周期相同；在单个周期内，所述调制波形激光的能量密度随时间变化，所述脉冲激光持续的时间小于所述调制波形激光持续的时间；所述脉冲激光和所述调制波形激光相互配合以对所述工件进行退火。2.如权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述调制波形激光的波形包括三角波形、方波形或正弦波形中的至少一种；所述调制波形激光为单个周期内能量密度均大于零的连续波形，或者为任一时刻能量密度达到零的非连续波形。3.如权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述调制波形激光的波形包括非恒定值波形；在单个周期内，所述非恒定值波形的宽度为所述脉冲激光脉宽的50倍以上。4.如权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，在单个周期内，所述调制波形激光从待机能量密度上升到峰值能量密度或是从峰值能量密度下降到待机能量密度。5.如权利要求4所述的激光退火装置，其特征在于，在单个周期内，所述脉冲激光的能量密度为所述调制波形激光的峰值能量密度的1.5倍～30倍之间。6.如权利要求4所述的激光退火装置，其特征在于，所述调制波形激光的待机能量密度为其峰值能量的0.02倍～0.2倍之间。7.如权利要求1至6任意一项所述的激光退火装置，其特征在于，所述光学单元包括合束组件、聚焦组件、扩束准直组件以及光束整形组件；所述合束组件用于将所述脉冲激光和所述调制波形激光重叠在同一光轴上；所述聚焦组件用于接收所述合束组件输出的脉冲激光和调制波形激光并进行聚焦以在所述工件上形成...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄元昊，
申请(专利权)人：上海微电子装备集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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