Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements

专利摘要:
Durchdie Erfindung wird eine stabile Aktivierung von pn-Folgeschichtenin einem Halbleiterelement innerhalb einer kurzen Zeit erreicht.Für dieseAktivierung wird eine Laserstrahlung von beispielsweise zwei Laserstrahlungsvorrichtungenangewandt. In diesem beispielsweisen Fall werden zwei gepulste Laserstrahlen10a und 10b, die jeweils eine angenähert rechteckige Verlaufsformhaben, von den jeweiligen Laserstrahlungsvorrichtungen abgestrahltund aufeinanderfolgend zu einem gepulsten Strahl 10 kombiniert,der äquivalenteinem einzigen Impuls ist, mit dem der dotierte Schichtbereich bestrahltwird. Durch aufeinanderfolgendes Richten der gepulsten Strahlen10a und 10b auf den dotierten Schichtbereich in dieser Weise wirdein Effekt erzielt, der gleich demjenigen der Bestrahlung des dotiertenSchichtbereichs mit einem einzigen gepulsten Strahl mit einer langenHalbwertbreite ist, wodurch eine hohe Aktivierungsrelation von einemflachen Bereich bis zu einem tiefen Bereich des dotierten Schichtbereichsrealisiert wird. Dies kann das Halbleiterelement in stabiler Weisein kurzer Zeit aktivieren, wobei die pn-Folgeschichten der dotierteSchichtbereich sind, und es können Halbleiterelementemit überlegenenCharakteristiken hergestellt werden.
公开号:DE102004030268A1
申请号:DE200410030268
申请日:2004-06-23
公开日:2005-01-13
发明作者:Mitsuaki Kirisawa；Haruo Nakazawa；Kazuo Shimoyama
申请人:Fuji Electric Device Technology Co Ltd；
IPC主号:H01L21-268

专利说明:
[0001] DieErfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements,und zwar im speziellen eines Elements wie eines IC (integral circuit,integrierter Schaltkreis), eines MOS (metal oxide semiconductor,Metall-Oxid-Halbleiter)oder eines IGBT (insulated gate bipolar transistor, Bipolartransistormit insolierter Steuerelektrode).
[0002] Inden letzten Jahren wurden sehr üblichin wichtigen Abschnitten eines Rechners oder einer Kommunikationsvorrichtungintegrierte Schaltkreise (ICs) verwendet, in denen jeweils eineAnzahl von Transistoren und Widerständen so miteinander verbundensind, daß sieauf einem Chip zu integrierende elektrische Schaltkreise bilden.Unter diesen ICs werden solche, die Leistungs-Halbleiterelemente enthalten,als Leistungs-ICs bezeichnet.
[0003] EinIGBT ist ein Leistungselement, das mit beiden Charakteristiken ausgestattetist: mit der hohen Schaltgeschwindigkeit und der Spannungssteuerungeines MOSFET und der niedrigen Ein-Spannung eines Bipolartransistors.Der IGBT hat sein Anwendungsgebiet von einem industriellen Feld,das Bauteile wie Allgemeinzweck-Inverter, Wechselstrom-Servovorrichtungen,nicht-unterbrechbare Stromquellen (UPS, uninterruptible power sources) undschaltende Stromquellen einschließt, ausgedehnt auf Kundenanwendungsfeldereinschließlich Mikrowellenbereichen,elektrischen Reiskochern und Radartechnik (Strobes). Zusätzlich schreitetdie Entwicklung zu IGBTs der nächstenGeneration fort. So wird ein IGBT mit einer neuen Chipstruktur mitnoch niedrigerer Ein-Spannung entwickelt, um hierdurch Bauteileherzustellen, die solche IGBTs anwenden, die verminderten Verlustund einen erhöhtenWirkungsgrad aufweisen.
[0004] DieIGBT Strukturen könnenhauptsächlich klassifiziertwerden in solche mit Sperrschichtberührung Raumladungszonendurchgriff(PT, punch through), solche ohne Sperrschichtberührung (NPT, non punch through)und solche der Feldstop-Art (FS, field stop). Weiterhin haben nahezualle der gegenwärtigin Massenproduktion hergestellten IGBTs eine vertikale Doppeldiffusionsstrukturmit n-Kanal, außer einemTeil von ihnen, die fürAudioleistungsverstärkerverwendet werden und eine p-Kanal-Strultur haben. Im folgenden beziehtsich mit Ausnahme von speziell spezifizierten Fällen der Ausdruck "IGBT" auf einen n-Typ-IGBT.
[0005] EinPT-IGBT hat eine Struktur, bei der zwischen einem p⁺-epitaxialenSubstrat und einer n^–-Schicht (n-leitendeaktive Schicht) eine n⁺-Schicht (n-Pufferschicht)vorhanden ist, um zu ermöglichen, daß eine Verarmungsschichtin der n-leitendenaktiven Schicht die n-leitende Pufferschicht erreicht. Dies wirdzu einer Grundstruktur als Haupttendenz bei den IGBTs. Jedoch kommtfür einenIGBT der Serie für beispielsweise600 V Druchbruchspannung, obwohl es für die n-leitende aktive Schichtausreicht, wenn sie mit einer Dicke in der Größenordnung von 70 μm gestaltetwird, die Gesamtdicke einschließlichdes p⁺-epitaxialen Substratteils in dieGrößenordnung von200 μm bis300 μm,was ziemlich erheblich ist und zur Entwicklung des NPT-IGBT unddes FS-IGBT geführthat. Bei beiden Arten wird kein epitaxiales Substrat verwenden,sondern ein FZ-Substrat, das aus einem Kristall gebildet wird, derdurch das FZ-Verfahren (Schwebezone, floating zone) gebildet wird,um darin eine flache, also seichte p⁺-leitende Kollektorschichtzu bilden, die mit einer niedrigen Dosis dotiert ist, um dünner zusein und mit niedrigen Kosten herstellbar zu sein.
[0006] Für die Herstellungeines solchen IGBT zeigen sich jedoch hinsichtlich der Realisierungeiner geringen Dicke in der Größenordnungvon 70 μmviele technische Gesichtspunkte des Herstellungsprozesses, insbesonderedas Problem des sich Biegens oder Werfens der Scheibe aufgrund erforderliche Prozeßschrittewie des Bodenflächenschleifens,der Innenimplantation an der Unterseite und einer unterseitigenWärmebehandlung,der sogenannten Temperung, zur Aktivierung.
[0007] Alseinen dieser technischen Gesichtspunkte des Herstellungsprozesseswird hingewiesen auf die Aktivierung einer p-leitend dotierten Schicht (p-Schicht)oder einer n-leitend dotierten Schicht (n-Schicht), eine Technik,die bei der Herstellung verschiedener Arten von HalbleiterelementeneinschließlichIGBTs, wie sie hier als Beispiele genannt sind, angewandt wird.Für dieAktivierung sind bisher verschiedene Verfahrensweisen untersuchtworden, darunter ein Verfahren mit einer elektrischen Heizvorrichtungund ein Verfahren der Durchführungder Aktivierung des dotierten Schichtbereichs durch eine Temperungmit Hilfe eines Lasers. Beispielsweise wurde ein Verfahren untersucht,bei dem die Scheibe auf einer Trägerunterlagemit Hilfe eines Klebeblattes zum Verhindern eines Bruchs der Scheibebefestigt wurde und dann mit einem Laserstrahl bestrahlt wurde,um die p-Schicht und die n-Schicht zu aktivieren; oder ein Verfahren,bei dem die Aktivierung unter Verwendung der dritten Harmonischeneines YAG-Lasers (Yttrium-Aluminium-Granat, YAG3ω-Laser) durchgeführt wurde,usw (siehe beispielsweise JP-A-2003-59856, Absätze Nr. 0014 bis 0025, 6 und 7).
[0008] DieseLaser-Temperung wurde früherdurch Bestrahlen der Scheibe mit einem Einzelimpuls-Laserstrahlbei einer festen Periode fürjede Bestrahlungsflächedurchgeführtund es wurden verschiedene Laserbestrahlungsgeräte und verschiedene Laser-Temperungsverfahren,sogenannte Ausheizverfahren, vorgeschla gen (z. B. JP-A-2001-185507,Absätze0009 bis 0014, 1 und2; JP-A-2003-109912,Absätze0033 bis 0034, 2 und 3; JP A-10-275781, Absätze 0014bis 0018, 2 und 3; JP-A-5-62924, Absätze 0012bis 0016, 1 und 2; JP-A-2001-156018, Absätze 0040 bis 0076, 4 und 5; und JP A-2000-349042, Absätze 0026,0027 und 0034, 2, 3 und 4). Bei diesen früheren Vorschlägen wurdenu. a. folgende Techniken versucht: Justierung der Dauer des einzelnenImpulses durch Verwendung einer Mehrzahl von Laseroszillatoren für Laserstrahlquellenzum Synthetisieren von Laserstrahlen bei einem Laserbetrieb in denjeweiligen Laseroszillatoren (JP-A-2001-185504, JP-A-2003-109912);Einstellen der Impulsbreite (Halbbreite) eines gepulsten Strahlsmit einer Mehrzahl von Spitzen (JP-A-10-275781); Erhöhen derFlächeeines bestrahlten Bereichs durch Durch- führung einer gleichzeitigenBestrahlung mit Laserstrahlen auf den selben Bereich (JP-A-5-62924);Gleichförmigmachungder Verteilung der Bestrahlungsenergie eines YAG-Laserstrahls (JP-A-2001-156018);und Zurückwerfeneines von einem Laserbestrahlungsobjekt reflektierten Laserstrahlsdurch einen Spiegel zum erneuten Bestrahlen des Bestrahlungsobjekts mitdem zurückgeworfenenLaserstrahl (JP-A-2000-349042).
[0009] DerErfindung liegt die Lösungder im folgenden dargelegten Probleme zugrunde. Beim Aktivierender p-Schicht und der n-Schicht kann im Fall der Temperung mit einerelektrischen Heizvorrichtung, die oben erwähnt wurde, die p-Schicht nichtin hohem Maß aktiviertwerden. Das Verfahren mit Verwendung eines Klebstoffblatts, für das diezulässigeTemperatur üblicherweisenur bis zu 200°Cbeträgt,zum Verhindern eines Bruchs der Scheibe ist dann unmöglich, wenndie TEMPERUNG mit dem elektrischen Heizgerät bei 300°C oder mehr durchgeführt werdensoll.
[0010] Sollenindessen die p-Schicht und die n-Schicht durch eine Laserbehandlunganstelle der elektrischen Heizeinrichtung aktiviert werden, so kanneine Bestrahlung mit einem kurz-einzelgepulsten Laserstrahl miteiner Halbwertsbreite, also der Breite beim halben Maximumwert,von 100 ns oder weniger, wie beispielsweise der gepulste Strahldes Exzimerlasers, von der Oberfläche aus nur einen flachen,untiefen Bereich aktivieren. Beispielsweise ist eine ausreichendeAkti vierung bis zur n-Schicht unmöglich bei aufeinanderfolgendenpn-Schichten an der Bodenseite des FS-IGBTs, bei dem die p-Schicht unddie n-Schicht in dieser Reihenfolge von der Bodenfläche heraufeinanderfolgend vorhanden sind. Wird die Bestrahlung mit einemLaserstrahl eines Gesamt-Feststoff-Lasers wie dem YAG3ω-Laser durchgeführt, undzwar in Form eines Einzelimpulses, so benötigt die Bestrahlung, die miteinem Strahlenpunkt beispielsweise mit einem Durchmesser in der Größenordnungvon 0,9 mm durchgeführtwird, eine lange Bestrahlungszeit. Die Bearbeitungszeit für eine einzigeScheibe beträgtinsofern immerhin einige Stunden. Die Temperung einer 5-Zoll-Scheibe,um ein Beispiel zu nennen, benötigteine Zeit in der Größenordnungvon zwei Stunden. Wird aber eine Bestrahlungsfläche mit einem Laserstrahl bestrahlt, dessenStrahlungsenergie erhöhtworden ist, so bleiben manchmal Spuren einer Werkbeschädigung durchdie Laserbestrahlung auf der Scheibenoberfläche zurück.
[0011] EineLaserbestrahlungsvorrichtung, die die Bestrahlung mit einem Laserstrahlmit einer Wellenlängeim Bereich von 300 nm bis 600 nm durchführt, kann ein Substrat, dasdarin implantiert Verunreinigungsionen enthält, bis zu einem tiefen Bereichaktivieren, ohne zu verursachen, daß der Laserstrahl durch dasSubstrat hindurchtritt. Es ist jedoch nicht leicht, eine Laserbestrahlungsvorrichtungneu zu erstellen, die die Bestrahlung mit dem genannten Laserstrahlin einem Impuls mit einer Halbwertsbreite von 100 ns oder mehr durchführen kann.
[0012] DieErfindung wurde unter Berücksichtigung desVorstehenden gemacht mit dem Ziel, ein Verfahren zum Herstelleneines Halbleiterelements anzugeben, wobei nach diesem Verfahrenin kurzer Zeit eine Region wie eine p-Schicht, eine n-Schicht oder pn-Folgeschichten,die als dotierter Schichtbereich in einem Halbleiterelement gebildetsind, stabil aktiviert werden kann.
[0013] ZumLösen derobigen Probleme und zum Erreichen des genannten Ziels dient erfindungsgemäß ein Verfahrenzum Herstellen eines Halbleiterelements, umfassend den Verfahrensschrittder Aktivierung eines dotierten Schichtbereichs, in den Verunreinigungeneingeführtwurden, durch einen Laserstrahl, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,daß beimAktivieren des dotierten Schichtbereichs eine Mehrzahl von Laserstrahlungsvorrichtungen,von denen jede die Bestrahlung mit einem gepulsten Laserstrahl durchführt, dazuverwendet werden, eine aufeinanderfolgende Bestrahlung des dotiertenSchichtbereichs fürjede Bestrahlungsfläche hiervonmit einer Mehrzahl der gepulsten Strahlen durchzuführen undhierdurch den dotierten Schichtbereich zu aktivieren.
[0014] Gemäß diesemHerstellungsverfahren werden zum Aktivieren eines dotierten Schichtbereichs unterLaseranwendung mehrere Laserstrahlungsvorrichtungen verwendet. Derdotierte Schichtbereich wird in einer Bestrahlungsfläche aufeinanderfolgend miteiner Mehrzahl von gepulsten Strahlen bestrahlt, die von den jeweiligenLaserstrahlungsvorrichtungen abgestrahlt werden. Durch aufeinanderfolgendesBestrahlen des dotierten Schichtbereichs mit den gepulsten Strahlenvon einer Mehrzahl von Laserstrahlungsvorrichtungen wird der gleicheEffekt erzielt wie bei der Bestrahlung des dotierten Schichtbereichs miteinem einzigen gepulsten Strahl, der eine lange Halbwertsbreitehat. Dies verursacht einen Temperungs- oder Ausheizeffekt, der voneinem flachen Bereich zu einem tiefen Bereich im dotierten Schichtbereichausgeübtwird.
[0015] DasAktivieren des dotierten Schichtbereichs durch Anwendung einer Mehrzahlvon Laserstrahlungsvorrichtungen führt zum erfindungsgemäßen Effekt,daß derdotierte Schichtbereich in der Bestrahlungsfläche aufeinanderfolgend miteiner Mehrzahl von gepulsten Strahlen bestrahlt wird, die von denjeweiligen Laserstrahlungsvorrichtungen ausgesendet werden, wodurchder dotierte Schichtbereich aktiviert wird. Der erzielte Effektist der gleiche wie der der Bestrahlung des dotierten Schichtbereichs miteinem einzigen gepulsten Strahl mit einer langen Halbwertsbreitezur Ermöglichungder Realisierung einer Aktivierung hoher Rate von einem flachenBereich fortschreitend zu einem tiefen Bereich des dotierten Schichtbereichs.Es kann also ein Halbleiterelement mit einer p-Schicht oder einern-Schicht als dotierter Schichtbereich und ein Halbleiterelement mitaufeinanderfolgenden dotierten Schichten wie pn-Folgeschichten alsdotierter Schichtbereich innerhalb einer kurzen Zeit in der Größenordnungvon Nanosekunden stabil aktiviert werden, um es möglich zu machen,daß Halbleiterelementemit überlegenen Bauteilcharakteristikenhergestellt werden.
[0016] WeitereEinzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sichaus der folgenden Beschreibung bevorzugter Durchführungsbeispieleim Vergleich zum Stand der Technik unter Bezugnahme auf die Zeichnung.Es zeigen:
[0017] 1 eine Impulsform einesAquivalents zu einem einzigen gepulsten Laserstrahl, die durch aufeinanderfolgendeszeitliches Kombinieren jeweiliger gepulster Laserstrahlen erhaltenwird, die von zwei Laserstrahlungsvorrichtungen ausgesendet werden;
[0018] 2 die Impulsform eines gepulstenLaserstrahls, der von einer einzigen Laserstrahlungsvorrichtungabgegeben wird;
[0019] 3 ein Diagramm, das dieBeziehung zwischen der Halbwertsbreite eines gepulsten Laserstrahlsund der Aktivierungsrelation, wenn die Aktivierung unter Verwendungeines XeCl-Lasers durchgeführtwird, zeigt;
[0020] 4 ein Diagramm, das dieBeziehung zwischen der Halbwertsbreite eines gepulsten Laserstrahlsund der Aktivierungsrelation, wenn die Aktivierung unter Verwendungeines YAG2ω-Lasers durchgeführt wird,zeigt;
[0021] 5 die Impulsform eines gepulstenLaserstrahls, der von einer Laserstrahlungsvorrichtung abgegebenwird, mit niedriger Überlappungsrelation;
[0022] 6 Impulsformen, die entstandensind durch aufeinanderfolgendes Kombinieren jeweiliger gepulsterLaserstrahlen, die von zwei Laserstrahlungsvorrichtungen abgegebenwerden, mit niedriger Überlappungsrelation;
[0023] 7 ein Diagramm der Bor-Konzentrationsverteilungin einer p-Schicht;
[0024] 8 ein Diagramm der Bor-Konzentrationsverteilung,wenn die Bestrahlung mit dem XeCl-Laser mit sich ändernderBestrahlungsenergiedichte durchgeführt wird;
[0025] 9 ein Diagramm der Bor-Konzentrationsverteilung,wenn die Bestrahlung mit dem YAG2ω-Laser mit sich ändernderBestrahlungsenergiedichte durchgeführt wird;
[0026] 10 ein Diagramm, das dieBeziehung zwischen der Bestrahlungsenergiedichte und der Aktivierungsrelationzeigt, wenn die Aktivierung unter Verwendung des XeCl-Lasers durchgeführt wird;
[0027] 11 ein Diagramm, das dieBeziehung zwischen der Bestrahlungsenergiedichte und der Aktivierungsrelationzeigt, wenn die Aktivierung unter Verwendung des YAG2ω-Lasersdurchgeführtwird;
[0028] 12 ein Diagramm der Bor-Konzentrationsverteilung,wenn die Bestrahlung mit dem XeCl-Laser mit veränderlicher Verzögerungszeitdurchgeführtwird;
[0029] 13 ein Diagramm der Bor-Konzentrationsverteilung,wenn die Bestrahlung mit dem YAG2ω-Laser mit veränderlicherVerzögerungszeit durchgeführt wird;
[0030] 14 ein Diagramm, das dieBeziehung zwischen der Verzögerungszeitund der Aktivierungsrelation, wenn die Aktivierung unter Verwendungdes XeCl-Lasersdurchgeführtwird, zeigt;
[0031] 15 ein Diagramm, das dieBeziehung zwischen der Verzögerungszeitund der Aktivierungsrelation, wenn die Aktivierung unter Verwendungdes YAG2ω-Lasers durchgeführt wird,zeigt;
[0032] 16 ein schematisches Diagrammeiner Impulsform mit Gauß'scher Verteilungund des Zustands eines FZ-N-Substrats, wenn ein gepulster Laserstrahlmit dieser Impulsform verwendet wird;
[0033] 17 ein schematisches Diagrammeiner rechteckigen Impulsform und des Zustands des FZ-N-Substrats,wenn ein gepulster Laserstrahl mit dieser Impulsform verwendet wird;
[0034] 18 ein Diagramm der Beziehungder Verunreinigungs-Konzentrationsverteilung zu den Aktivierungsverfahren,wenn eine Oberflächenkontaktschichtgebildet wird;
[0035] 19 ein Diagramm der Beziehungder Verunreinigungs-Konzentrationsverteilung zu den Aktivierungsverfahrenbei aufeinanderfolgenden pp-Schichten;
[0036] 20 ein Diagramm der Beziehungder Verunreinigungs-Konzentrationsverteilung zu den Aktivierungsverfahrenbei aufeinanderfolgenden nn-Schichten;
[0037] 21 ein Diagramm der Beziehungder Verunreinigungs-Konzentrationsverteilung zu den Aktivierungsverfahrenbei einer p-Schicht in einer aufein anderfolgenden Schichtung einerAr-Schicht und der p-Schicht;
[0038] 22 ein Diagramm der Beziehungder Verunreinigungs-Konzentrationsverteilung zu den Aktivierungsverfahrenbei einer p-Schicht in einer aufeinanderfolgenden Schichtung derp-Schicht und einer Ar-Schicht;
[0039] 23 ein Diagramm der Beziehungder Verunreinigungs-Konzentrationsverteilung zu den Aktivierungsverfahrenbei einer n-Schicht in einer aufeinanderfolgenden Schichtung einerAr-Schicht und der n-Schicht;
[0040] 24 ein Diagramm der Beziehungder Verunreinigungs-Konzentrationsverteilung zu den Aktivierungsverfahrenbei einer n-Schicht in aufeinanderfolgender Schichtung der n-Schichtund einer Ar-Schicht;
[0041] 25 ein Diagramm der Beziehungder Verunreinigungs-Konzentrationsverteilung zu den Aktivierungsverfahrenbei einer p-Schicht in aufeinanderfolgender Schichtung einer Si-Schichtund der p-Schicht;
[0042] 26 ein Diagramm der Beziehungder Verunreinigungs-Konzentrationsverteilung zu den Aktivierungsverfahrenbei einer p-Schicht in aufeinanderfolgender Schichtung der p-Schichtund einer Si-Schicht;
[0043] 27 ein Diagramm der Beziehungder Verunreinigungs-Konzentrationsverteilung zu den Aktivierungsverfahrenbei einer n-Schicht in aufeinanderfolgender Schichtung einer Si-Schichtund der n-Schicht;
[0044] 28 ein Diagramm der Beziehungder Verunreinigungs-Konzentrationsverteilung zu den Aktivierungsverfahrenbei einer n-Schicht in aufeinanderfolgender Schichtung der n-Schichtund einer Si-Schicht;
[0045] 29 ein Diagramm der Beziehungder Verunreinigungs-Konzentrationsverteilung zu den Verzögerungszeitengepulster Strahlen bei der Aktivierung von drei aufeinanderfolgendenSchichten;
[0046] 30 die Beziehung zwischenden Bestrahlungsenergiedichten und einer Verzögerungszeit um zwei gepulsteStrahlen;
[0047] 31 ein Diagramm der Beziehungder Bor-Konzentrationsverteilung zur Verzögerungszeit der gepulsten Strahlenbei der Aktivierung einer einzelnen p-Schicht;
[0048] 32 ein Diagramm der Beziehungder Verunreinigungs-Konzentrationsver teilung zu den Überlappungsrelationender gepulsten Strahlen bei der Aktivierung von drei aufeinanderfolgenden Schichten;
[0049] 33 ein Diagramm der Beziehungder Bor-Konzentrationsverteilung zu den Überlappungsrelationen der gepulstenStrahlen bei der Aktivierung einer einzelnen p-Schicht;
[0050] 34 ein Beispiel des Aufbauseines NPT-IGBTs im Querschnitt;
[0051] 35 ein Beispiel des Aufbauseines FS-IGBTs im Querschnitt;
[0052] 36 eine Querschnittsansicht,die den Zustand nach der Vollendung eines Oberseiten-Bearbeitungsschrittszeigt;
[0053] 37 eine Querschnittsansicht,die den Zustand bei der Substratschleif-Bearbeitung zeigt;
[0054] 38 eine Querschnittsansicht,die den Zustand beim Vorgang der Innenimplantation an der Unterseitedarstellt;
[0055] 39 eine Querschnittsansicht,die den Zustand bei einem Temperungsvorgang an der Unterseite darstellt;
[0056] 40 einen Querschnitt, derden Zustand bei der Elektrodenschicht-Bildungsverarbeitung an derOberseite darstellt;
[0057] 41 ein Beispiel eines inRückwärtsrichtungsperrenden IGBT im Querschnitt.
[0058] Zunächst werdenanhand von Beispielen Halbleiterbauelemente und ihre Herstellungsschritte gezeigt,bei deren Herstellung ein Aktivierungsschritt erforderlich ist,und werden hierbei auftretende Probleme beschrieben.
[0059] 34 zeigt im Querschnittein Beispiel der Struktur eines NPT-IGBT 100.
[0060] DieserNPT-IGBT 100 von 34 hateinen Aufbau mit einem n^–-leitenden FZ (FZ-N)Substrat 101, an dessen Oberseite sich eine Steuerelektrode 103 auseinem Material wie Polysilizium befindet, wobei dazwischen ein Steuerelektrodenoxidfilm 102 aus einemMaterial wie SiO₂ angeordnet ist. Bei diesem Aufbaubefindet sich auf der Steuerelektrode 103 eine oberseitigeElektrode 105 aus beispielsweise einem Aluminiumsiliziumfilm,und dazwischen noch eine Zwischenschicht-Isolatorschicht 104 auseinem Material wie BPSG (boro-phospho silicate glass, Borphosphorsilicat-Glas).Oberseitig im Substrat 101 sind eine p⁺- Basisschicht 106 undin dieser eine n⁺-Emitterschicht 107 gebildet.An der Unterseite des Substrats 101 ist eine p⁺-leitendeKollektorschicht 108 gebildet, an deren Unterseite wiederumeine Flächenelektrode 109 durchLaminieren verschiedener Arten von Metallfilmen gebildet ist. Oberflächen-angrenzendeuntiefe Schichten werden im folgenden als flache Schichten bezeichnet,im Gegensatz zu den darunterliegenden tiefen Schichten.
[0061] Beidem NPT-IGBT 100 mit dieser Struktur wird als die p⁺-leitende Kollektorschicht 108 einflacher, also untiefer Niedrigpegel-Injektions-p⁺-Kollektorverwendet, der mit niedriger Dosis dotiert ist. Bei diesem NPT-IGBT 100 gibtes kein epitaxiales Substrat, so daß er insgesamt deutlich dünner wirdals der in der Beschreibungseinleitung genannte PT-IGBT.
[0062] BeimNPT-Aufbau kann die Löcherinjektionsrategesteuert werden, um ein Hochgeschwindigkeitsschalten ohne Durchführung einerSteuerung der Lebenszeit der Löcherdurchzuführen.Andererseits wird der Wert der Ein-Spannung, der von der Dicke unddem spezifischen Widerstand einer n-leitenden aktiven Schicht abhängt, etwashöher.Die Verwendung des FZ-Substrats anstelle des oben genannten p⁺-epitaxialen Substrats erlaubt die Herstellungder Chips mit der NPT-Struktur zu verminderten Kosten.
[0063] 35 zeigt im Querschnitteinen Aufbaus eines FS-IGBTs 200. In 35 sind die selben Bestandteile wie diein 34 gezeigten mitgleichen Bezugszeichen und Angaben bezeichnet und ins einzelne gehendeerneute Erläuterungenkönnenunterbleiben.
[0064] Für diesenFS-IGBT 200 von 35 wird ebensowie beim obenbeschriebenen NPT-IGBT anstelle des ebenfalls schonbeschriebenen p⁺-epitaxialen Substrats einFZ-N-Substrat 101 verwendet, wobei seine gesamte Dickein die Größenordnungvon 100 μmbis 200 μmkommt. Wie beim PT-IGBT ist die n-leitende aktive Schicht mit einerDicke in der Größenordnungvon 70 μmhergestellt, in Abhängigkeit vonder Durchbruchspannung und Ladungsträgerverarmung. Für den Zweckist im IGBT 200 an der Unterseite des FZ-N-Substrats 101 einen⁺-leitende Schicht 201 (n-Pufferschicht) gebildet,auf der dann die p⁺-Kollektorschicht 108 unddie untere Oberflächenelektrode 109 gebildetsind. Bei diesem IGBT 200 ist wie beim oben beschriebenenIGBT 100 eine Lebensdauersteuerung nicht notwendig.
[0065] Für den Zweckder Erniedrigung der Ein-Spannung gibt es auch die Bauart einesIGBTs mit einer Grabenstruktur, nämlich mit einem schmalen undtiefen Graben, der an der Oberseite des IGBTs zusammen mit einerMOS-Steuerelektrode, die an der Seitenwand des Grabens sitzt, gebildetist, wobei dieser IGBT mit einem IGBT einer FS-Struktur kombiniertist. In jüngererZeit ist durch eine Entwurfsoptimierung eine Dickenreduktion erzieltworden.
[0066] Nachdemin 35 der FS-IGBT 200 als Beispielgezeigt wurde, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 35 bis 40 ein Beispiel eines Verfahrens zumHerstellen des IGBT beschrieben. 36 zeigtin einer Querschnittsansicht den Zustand nach der Vollendung derProzeßschrittean der Oberseite, und 37 zeigtin gleicher Darstellung den Zustand beim Prozeßschritt des Schleifens des Substrats. 38 zeigt in gleicher Weiseden Zustand währendder unterseitigen Innenimplantation, 39 denZustand bei einer unterseitigen Wärmebehandlung, der sogenanntenTemperung, und 40 denZustand im Verfahrensschritt der Elektrodenfilmbildung an der Oberseite.In den 36 bis 40 sind die gleichen Bestandteilewie die von 34 und 35 mit gleichen Bezugszeichenbezeichnet und sie werden nicht erneut im einzelnen beschrieben.
[0067] DieVerfahrensschritte zum Bilden des FS-IGBT 200 können grobklassifiziert werden in einen Oberseitenprozeß und einen Unterseitenprozeß. Zunächst wirdunter Bezugnahme auf 36 der oberseitigeProzeß erläutert.
[0068] Beimoberseitigen Prozeß werdenauf der Oberseite des FZ-N-Substrats 101 in dieser ReihenfolgeSiO₂ und Polysilizium aufgebracht. Dieseaufgebrachten Materialien werden dann so verarbeitet, daß sie einFenster bekommen, das durch sie, also durch den Steuerelektrodenoxidfilm 102 unddie Steuerelektrode 103 hindurchdringt. Hierauf wird auf derOberflächeBPSG zur Bildung der Zwischenschicht-Isolatorschicht 104 aufgebracht.Im nächsten Verarbeitungsschrittwird in dieser Schicht 104 ein Fenster gebildet. Dies ergibtden Aufbau der isolierten Steuerelektrode, die auf der Oberseitedes FZ-N-Substrats 101 gebildet ist.
[0069] Alsnächsteswird auf der Oberseite des FZ-N-Substrats 101 die p⁺-leitende Basisschicht 106 gebildet,in der dann weiterhin die n⁺-leitende Emitterschicht 107 gebildetwird. Sodann wird ein Aluminium-Silizium-Film so abgelagert, daß er inKontakt mit der n⁺-leitenden Emitterschicht 7 steht,und wird dadurch zur Oberflächenelektrode 105,die die Emitterelektrode werden soll. Der Aluminium-Silizium-Film wirddann bei einer niedrigen Temperatur in der Größenordnung von 400°C bis 500°C wärmebehandelt,zum Erzielen einer Verbindung untereinander mit stabiler Kompatibilität und niederemWiderstand.
[0070] Obwohler in den 35 und 36 nicht dargestellt ist,wird auf der Oberseitenelektrode 105 ein Isolierschutzfilmaufgebracht, wobei ein Material wie Polyimid verwendet wird, dasdie Oberflächeder Elektrode 105 überdeckt.
[0071] Alsnächsteswird unter Bezugnahme auf die 37 bis 40 die Bearbeitung der Boden-oder Unterseite erläutert.Beim in 37 dargestelltenVerfahrensschritt zum Bearbeiten der Unterseite wird das FZ-N-Substrat 101 zunächst vonder Unterfläche herbis auf die gewünschteDicke reduziert, indem ein unterseitiges Abschleifen oder Abätzen durchgeführt wirdund hierdurch eine verdünnteScheibe erhalten wird.
[0072] Alsnächsteswerden, wie in 38 gezeigt ist,auf der Unterseitenflächedes Substrats 101 Phosphorionen (P⁺)und Borionen (B⁺) in dieser Reihenfolgeimplantiert, um eine n⁺-leitende Schicht 201a undeine p⁺-leitende Schicht 108a zubilden, die anschließenddurch Verwendung einer elektrischen Heizvorrichtung getempert (wärmebehandelt)werden, und zwar bei einer niedrigen Temperatur von 350°C bis 500°C. Dies aktiviertdie phosphorimplantierte n⁺-leitende Schicht 201a unddie borimplantierte p⁺-leitende Schicht 108a dazu,wie in 39 dargestellt,die n⁺-leitende Pufferschicht 201 bzwdie p⁺-leitende Kollektorschicht 108 ander Unterseite des FZ-N-Substrats 101 zu bilden.
[0073] Anschließend wird,wie in 40 gezeigt ist, aufder Außenfläche derp⁺-leitendenKollektorschicht 108 die unterseitige Flächenelektrode 109 gebildet, dieaus einer Kombination von Metallschichten wie einer Aluminiumschicht,einer Titanschicht, einer Nickelschicht und einer Goldschicht aufgebautist.
[0074] Schließlich wirddie Scheibe einer Zerteilung unterworfen und ergibt Chipartige Stücke. Dannwerden auf jedem der chipartigen Stücke auf der Oberfläche deroberseitigen Elektrode 105 Aluminiumdrahtelektroden mitHilfe eines Ultraschall-Drahtbonders fixiert. Die unterseitige Elektrode 109 wirddahingegen mit einem spezifizierten Befestigungsstück verbunden,wobei dazwischen eine Lötmittelschicht angeordnetwird.
[0075] Nebenbeibemerkt, gibt es seit einigen Jahren im "limelight" einen Matrixkonverter, der eine direkteWechselstrom/Wechselstrom-Umsetzung ohne das Zwischenprodukt einesGleichstroms durchführt. Andersals die noch früherenInverter benötigtder Matrixkonverter keinen Kondensator, um den Vorteil der reduziertenAbgabe von Oberwellen zu erbringen. Jedoch benötigt ein Wechselstromeingangeinen Halbleiterschalter mit einer hohen Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung.Bei Verwendung eines IGBT nach einer früheren Bauart muß deshalbin Serie hierzu eine in Rückwärtsrichtungsperrende Diode geschaltet werden.
[0076] 41 zeigt ein Beispiel einesin Rückwärtsrichtungsperrenden IGBT 300 im Querschnitt. In 41 sind die gleichen Bestandteile mitgleichen Bezugszeichen wie in 34 bezeichnetund werden hier nicht erneut im einzelnen beschrieben.
[0077] Derin Rückwärtsrichtungsperrende IGBT 300 von 41 hatim wesentlichen ein Verhalten, das dem der vorher beschriebenenArt folgt, und ist noch mit einer p⁺-leitendenIsoliertrennschicht 301 versehen, die zusätzlich ausgebildetist, um so eine hohe Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung zu schaffen. Für den IGBT 300 mitdiesem Aufbau bedarf es keiner in Reihe geschalteten Diode, under ermöglicht,daß derLeitungsverlust auf die Hälftereduziert wird. Dies trägterheblich zu einer Erhöhungdes Umwandlungswirkungsgrads des Matrixkonverters bei. Die Technologiedes Bildens einer tiefen Übergangsschichtmit einer Tiefe von 100 μmoder mehr und die Technologie der Herstellung einer sehr dünnen Scheibemit einer Dicke von 100 μmoder weniger werden miteinander kombiniert, um die Herstellung einesin Rückwärtsrichtungsperrenden IGBT hoher Betriebsleistung zu ermöglichen. Die Herstellung vonSchichten so geringer Dicke ist jedoch insbesondere wegen der Gefahrdes sich Biegens und Werfens der Scheibe problematisch, wie in derBeschreibungseinleitung dargelegt wurde.
[0078] MitHilfe der Erfindung sind die dargelegten Probleme lösbar. Imfolgenden werden Durchführungsbeispieleder Erfindung aufgezeigt. Als erstes wird eine erste Durchführungsweiseerläutert.
[0079] Für dieseerste Durchführungsweisebezieht sich die Beschreibung auf den folgenden Fall als Beispiel,nämlich,daß einep-leitende dotierte Schicht (p-Schicht),die in einer untiefen, also flachen Region an der Unterseite desFZ-N-Substrats einesFS-IGBTs gebildet ist, und eine n-leitende dotierte Schicht (n-Schicht), die ineiner an die p-Region anschließendentiefliegenden Region gebildet ist, durch eine Laser-Temperung aktiviertwerden.
[0080] ImRahmen der Erfindung werden zunächst diedotierten Schichten durch Einbringen von Verunreinigung des p-Typsund des n-Typs in das FZ-N-Substrat des FS-IGBTs an dessen Unterseite gebildetund wird dann die Aktivierung durch Tempern der Schichten durchBestrahlung des Substrats mit gepulsten Laserstrahlen durchgeführt. DieBestrahlung erfolgt durch aufeinanderfolgendes Kombinieren (Synthetisieren)der gepulsten Laserstrahlen, die getrennt von einer Mehrzahl vonLaserstrahlungsgerätenabgegeben werden. Jeder der gepulsten Laserstrahlen hat eine Wellenlänge zwischen300 nm und 600 nm. Vorzugsweise werden die gepulsten Laserstrahlenauf das FZ-N-Substrat durch die Laserstrahlungsgeräte so projiziert,daß dieHalbwertsbreite eines Äquivalentsin Form eines einzigen Impulses, also eines fiktiven äquivalentenMonoimpulses, gebildet durch aufeinanderfolgende zeitliche Kombinationder jeweiligen gepulsten Laserstrahlen, einen Wert zwischen 100ns und 1.000 ns annimmt.
[0081] DieLaserstrahlungsgerätewerden also so verwendet, daß siezeitlich aufeinanderfolgend eine Bestrahlungsfläche des FZ-N-Substrats mitden gepulsten Laserstrahlen bestrahlen. Dies erweitert die Halbwertsbreitedes äquivalenteneinzigen Impulses, gebildet durch das aufeinanderfolgende Kombinieren derjeweiligen gepulsten Laserstrahlen. Der erzielte Effekt ist somitder gleiche wie wenn ein einzelner gepulster Strahl mit einer langenHalbwertsbreite projiziert wird. Als Ergebnis kann der Temperungseffekt auchin einem tiefen Bereich des FZ-N-Substrats ausgeübt werden,um die Aktivierung der dotierten Schichten zu beschleunigen, wasnicht nur die p-Schicht in dem flachen Bereich in hohem Maß aktivierenkann, sondern auch die n-Schicht im tiefen Bereich ausreichend akti vierenkann. Durch die Anwendung des Verfahrens können pn-Folgeschichten, in denendie p-Schicht und die n-Schicht aufeinanderfolgend ausgebildet sind,auf Anhieb sofort aktiviert werden. Als Laserbestrahlungsgeräte können viele existierendeVorrichtungen verwendet werden, ohne daß jeweils irgendwelche speziellenUmwandlungen gefordert werden.
[0082] DieAngabe, daß eineaufeinanderfolgende Bestrahlung mit einer Mehrzahl von gepulstenStrahlen erfolgt, soll sowohl den Fall einer Bestrahlung einer einzigenBestrahlungsflächedes FZ-N-Substrats mit einem vorausgehenden gepulsten Strahl undeinem nachfolgenden gepulsten Strahl, die ohne Belassung eines dazwischenliegendenZeitintervalls aufgestrahlt werden, als auch den Fall umfassen, daß ein spezifiziertesZeitintervall zwischen der Aufstrahlung des vorausgehenden gepulstenStrahls und der Aufstrahlung des nachfolgenden gepulsten Strahlsbelassen wird. Liegt das zwischen dem vorausgehenden und dem nachfolgendengepulsten Strahl liegende Zeitintervall innerhalb der spezifiziertenDauer, so ist es möglich,den selben Effekt zu erzielen wie im Fall, daß die Bestrahlung mit einemeinzigen gepulsten Strahl mit langer Halbwertsbreite durchgeführt wird.
[0083] Hierbeiist der Grund, daß manden Wellenlängenbereichjedes gepulsten Laserstrahls zwischen 300 nm und 600 nm wählt, der,daß eingepulster Laserstrahl mit einer Wellenlänge unter 300 nm die tiefliegendenBereiche im FZ-N-Substrat nicht aktivieren kann und der Strahl miteiner Wellenlänge über 600nm ohne Bewirkung einer Aktivierung durch das FZ-N-Substrat (z.B. 630μmdick) hindurchtritt. Und der Grund, daß man die Halbwertsbreite des Äquivalentsdes gepulsten Strahls, der durch aufeinanderfolgende Kombinationjeweiliger gepulster Laserstrahlen gebildet wird, zwischen 100 nsund 1000 ns wählt,ist, daß wennman diese Halbwertsbreite zu 100 ns oder mehr wählt, eine Erhöhung imAktivierungsverhältnis,im folgenden als Aktivierungsrelation bezeichnet, möglich ist,währendwenn man die Halbwertsbreite über1.000 ns wählt,die Problematik der Bereitstellung einer passenden Zahl von Laserstrahlungsgeräten, diefür dieRealisierung so hoher Werte der Halbwertsbreite erforderlich sind,auftritt. Um die Halbwertsbreite des Äquivalents des durch aufeinanderfolgendeKombination jeweiliger gepulster Laserstrahlen gebildeten gepulstenStrahl zu verlängern,werden entsprechend mehr Laserstrahlungsgeräte benörigt. Im Prinzip ist die Erhöhung der Halbwertsbreiteauf über1.000 ns aber durchaus möglich.
[0084] Für den zurTemperung verwendeten gepulsten Laser wird der XeCl-Laser als Exzimer-Laserverwendet, oder wird die zweite Harmonische des YAG-Lasers (YAG2ω-Laser)als ein Vollständig-Feststoff-Laserverwendet. Beide dieser Laser haben gepulste Strahlungsausgänge in derGrößenordnung vonmehreren zig mJ/Puls (beim oben genannten YAG3ω-Laser in der Größenordnungvon 1 mJ/Puls). Es kann also eine Bestrahlungsfläche von 1 mm² odermehr behandelt werden. Beispielsweise kann mit dem YAG2ω-Laser eineBestrahlungsflächein der Größenordnungvon 10 mm² behandelt werden, was eine zurTemperung einer Fünf-Zoll-Scheibeerforderliche Zeit in der Größenordnungvon fünfMinuten zur Folge hat. Dies ist ein großer Unterschied gegenüber demYAG3ω-Laser.
[0085] Eswird nun der Effekt des Halbwerts des ausgestrahlten gepulsten Strahlsdes Lasers, der zur Aktivierung verwendet wird, erläutert, wenndie pn-Folgeschichten unter Verwendung des XeCl-Lasers oder desYAG2ω-Lasersaktiviert werden.
[0086] Sowohlbeim XeCl-Laser als auch beim YAG2ω-Laser wird jeder der von denvon Laserstrahlungsvorrichtungen abgegebenen gepulsten Laserstrahlenoptisch so justiert, daß seineImpulsform angenähertrechteckig wird. Die jeweiligen gepulsten Laserstrahlen sind beider Laserbestrahlung auf das FZ-N-Substrat zu richten, wobei manes so einrichtet, daß siesich örtlichmit einem spezifizierten Überlappungsverhältnis, imfolgenden als Überlappungsrelationbezeichnet, überlappen,so daß keineunbestrahlten Bereiche auf dem Substrat zurückbleiben. Die gepulsten Laserstrahlenmit jeweils angenähert rechteckigerräumlicherStrahlungsenergieverteilung werden mit einer Überlappungsrelation von 90% aufgestrahlt. Überdie Impulsform und die Überlappungsrelationgibt es spätergenauere Darlegungen.
[0087] 2 zeigt die Impulsform einesvon einer der Laserstrahlungsvorrichtungen abgegebenen gepulstenLaserstrahls 10a. Dieser von einer einzigen Laserstrahlungsvorrichtungabgegebene Laserstrahl 10a ist sowohl räumlich als auch zeitlich angenähert rechteckig.Bei einer räumlichen Überlappungsolcher gepulster Laserstrahlen mit einer Überlappungsrelation von 90%, wie es einerseits durch eine gepunktete und andererseits durcheine durchgezogene Linie dargestellt ist, wird das FZ-N-Substratin zwei Richtungen (X-Richtung und Y-Richtung) überstrichen.
[0088] 1 zeigt die Impulsform eines äquivalenteneinzelnen gepulsten Laserstrahls, der durch aufeinanderfolgendezeitliche Kombination der von zwei Laserstrahlungsvorrichtungenabgestrahlten gepulsten Laserstrahlen gebildet wird.
[0089] Werdenin der in 1 gezeigtenWeise zwei Laserstrahlungsgerätezum Abstrahlen jeweiliger gepulster Laserstrahlen verwendet, sowerden der angenähertrechteckige gepulste Laserstrahl 10a von der ersten Vorrichtungund ein angenähertrechteckiger gepulster Laserstrahl 10b von der zweitenVorrichtung zeitlich aufeinanderfolgend so kombiniert, daß ein gepulsterLaserstrahl 10 gebildet wird, der äquivalent einem einzigen langenund angenähert rechteckigenImpuls ist. Dies bedeutet, daß dieZeit (Verzögerungszeit)vom Abstrahlen des gepulsten Laserstrahls 10a der erstenVorrichtung bis zum Abstrahlen des gepulsten Laserstrahls 10b derzweiten Vorrichtung so bemessen ist, daß sie angenähert gleich der Halbwertsbreitedes gepulsten Laserstrahls 10a wird.
[0090] Beispielsweisehaben entsprechend 1 diejeweiligen von den beiden Laserstrahlungsgeräten abgegebenen gepulsten Laserstrahlen 10a und 10b übereinstimmendeine Halbwertsbreite von 100 ns und eine Strahlungsenergiedichtevon 2,0 J/cm². In diesem Fall erfolgt dieBestrahlung mit einer Verzögerungszeit,also einem Zeitversatz zwischen den zu kombinierenden Impulsen,nämlichzwischen den gepulsten Laserstrahlen 10a und 10b,die vom ersten bzw zweiten Laserstrahlungsgerät abgegeben werden, von 100ns. Dies macht den gepulsten Laserstrahl 10 äquivalenteinem gepulsten Laserstrahl mit einer Halbwertsbreite von 200 nsund einer Strahlungsenergiedichte von 4,0 J/cm²;er wird auf einen dotierten Schichtbereich im FZ-N-Substrat gerichtet, während manmit ihm das Substrat in der gegebenen Richtung mit einer Überlappungsrelationvon 90 % überstreicht.Das gleiche gilt, wenn drei oder mehr Laserstrahlungsvorrichtungenverwendet werden.
[0091] ImFall der Verwendung des XeCl-Lasers für die Aktivierung, wird für die Bestrahlungmit gepulsten Strahlen aus einer Mehrzahl von XeCl-Laser-Strahlungsvorrichtungen,die zeitlich aufeinanderfolgend kombiniert werden, die gesamte Bestrahlungsenergiezu 4,0 J/cm² gewählt. Werden zwei der Laserstrahlungsgeräte verwendet,von denen jedes eine Bestrahlung mit dem XeCl-Laser mit einer Halbwertsbreitevon 50 ns fürden einzelnen Impuls durchführt,so wird die Halbwertsbreite äquivalenteinem einzigen gepulsten Strahl, der nach aufeinanderfolgender Kombinationder jeweiligen gepulsten Strahlen von den Strahlungsgeräten erhaltenwird, zu 100 ns gemacht. Durch Verwendung von vier solchen Laserstrahlungsgeräten wirddie Bestrahlung durchgeführtmit den gepulsten Strahlen der XeCl-Laser mit einer Halbwertsbreitevon 200 ns für äquivalenteinem einzigen Impuls, erhalten nach dem aufeinanderfolgenden zeitlichenKombinieren der jeweiligen gepulsten Strahlen der XeCl-Laser derStrahlungsvorrichtungen. Werden acht solcher Laserstrahlungsgeräte verwendet,so wird die Bestrahlung durchgeführtmit den gepulsten Strahlen der acht XeCl-Laser mit einer resultierendenHalbwertsbreite von 400 ns fürden äquivalenteneinzigen Impuls, erhalten nach dem aufeinanderfolgenden zeitlichenKombinieren der jeweiligen gepulsten Strahlen der XeCl-Laser der Strahlungsvorrichtungen.
[0092] ImFall der Verwendung eines YAG2ω-Lasersfür dieAktivierung tritt bei der aufeinanderfolgenden zeitlichen Kombinationder gepulsten, von einer Mehrzahl von Laserstrahlungsgeräten abgegebenenStrahlen eine gesamte Bestrahlungsenergiedichte von 4,0 J/cm² auf. Währendbei Verwendung eines einzigen Laserstrahlungsgeräts mit einem YAG2ω-Laser dieLaserstrahlung mit gepulsten Strahlen mit einer Halbwertsbreitevon 100 ns fürden einzelnen Impuls durchgeführtwird, ergibt sich durch die Verwendung von zwei Laserstrahlungsgeräten nachder Kombination fürden äquivalenteneinen Impuls eine Halbwertsbreite von 200 ns. Werden vier Bestrahlungsvorrichtungenverwendet, so beträgtdie entsprechende Halbwertsbreite 400 ns.
[0093] Sowohlbeim XeCl-Laser als auch beim YAG2ω-Laser ist der Wert der aufdie einzelne Laserstrahlungsvorrichtung entfallenden Strahlungsenergiedichtedie gesamte Bestrahlungsenergiedichte geteilt durch die Zahl derVorrichtungen. Soll beispielsweise bei Verwendung von XeCl-Laserndurch zwei Laserstrahlungsvor richtungen eine Gesamtbestrahlungsenergiedichtevon 4,0 J/cm² erzielt werden, so muß durchdie einzelne Laserstrahlungsvorrichtung der Laserstrahl eine Bestrahlungsenergiedichtevon 2,0 J/cm² abgeben.
[0094] 3 zeigt als Diagramm dieBeziehung zwischen der Halbwertsbreite des gepulsten Laserstrahlsund der Aktivierungsrelation, wenn die Aktivierung unter Verwendungvon XeCl-Lasern durchgeführtwird. 4 zeigt die gleicheBeziehung für YAG2ω-Laser.In den 3 und 4 sind auf der horizontalenAchse die Halbwertsbreite (ns) und auf der vertikalen Achse dieAktivierungsrelation (%) aufgetragen. Die p-Schicht ist gebildetworden durch Implantieren von Borionen an der Unterseite des FZ-N-Substratsmit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 50 keV und die n-Schicht ist gebildet worden durch Implantierenvon Phosphorionen in das FZ-N-Substrat mit einer Dosis von 1·10¹³ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergie von240 keV wodurch das FZ-N-Substrat mit der p-Schicht in seinem flachenBereich und der n-Schicht in seinem tiefen Bereich gebildet wurde.
[0095] ImFall der Aktivierung von pn-Folgeschichten durch Verwendung desXeCl-Lasers wirddie Anzahl der Laserstrahlungsvorrichtungen erhöht, damit die Halbwertsbreitedes auf das FZ-N-Substrat gestrahlten gepulsten Laserstrahls erhöht wirdauf 50 ns, 100 ns, 200 ns und 400 ns. Dies bewirkt, daß, wie 3 zeigt, die Aktivierungsrelationin der p-Schicht fürdie Halbwertsbreite von 50 ns (bei einer einzigen Laserstrahlungsvorrichtung)oder mehr einen hohen Wert über50 % erzielt. Wie ebenfalls 3 zeigt, kommtdie Aktivierungsrelation in der n-Schicht bei einer Halbwertsbreite von100 ns (bei zwei Laserstrahlungsvorrichtungen) oder mehr auf einenWert über50 %. Im Fall der Aktivierung der pn-Folgeschichten unter Verwendungdes YAG2ω-Laserswird die Halbwertsbreite des gepulsten Laserstrahls erhöht auf 100ns, 200 ns und 400 ns. Dies ergibt, wie 4 zeigt, für die Aktivierungsrelationensowohl in der p-Schicht als auch in der n-Schicht für die Halbwertsbreite von 100ns (mit einer einzigen Laserstrahlungsvorrichtung) oder mehr einenWert über50 %. Der Grund, warum die Aktivierungsrelation bei Verwendung desYAG2ω-Lasershöher wirdals bei Verwendung des XeCl-Lasers, beruht auf einem Wellenlängeneffekt,da die Wellenlängebeim XeCl- Laser mit308 nm kürzerist als beim YAG2ω-Lasermit 532 nm.
[0096] Ausden in den 3 und 4 dargestellten Resultatenergibt sich, daß dieim flachen Bereich im FZ-N-Substrat gebildete p-Schicht sowohl beiVerwendung des XeCl-Lasers als auch des YAG2ω-Lasers durch einen oder zweiLaserstrahlungsvorrichtungen ausreichend aktiviert werden kann.Im Vergleich hierzu ist festzustellen, daß die Aktivierung der n-Schichtim tiefen Bereich im FZ-N-Substrat effektiv durch Erhöhen derZahl der Laserstrahlungsvorrichtungen zum Erhöhen der Halbwertsbreite desden gepulsten Strahlen äquivalenteneinzelnen Strahls mit guter Effizienz durchgeführt werden kann.
[0097] Wenn,wie in der Vergangenheit, eine Temperung mit einer elektrischenHeizvorrichtung bei einer Temperatur von 400° C durchgeführt wird, beträgt, wiedie 3 und 4 zeigen, die Aktivierungsrelationin der p-Schicht 2 % und in der n-Schicht 40 %. Sowohl bei Verwendungdes XeCl-Lasers als auch des YAG2ω-Lasers können also durch Bestrahlen derpn-Folgeschichten mit einem gepulsten Laserstrahl äquivalenteinem einzelnen angenähertrechteckigen Impuls der Halbwertsbreite von 100 ns oder mehr sowohldie p-Schicht als auch die n-Schicht mit einer höheren Aktivierungsrelationaktiviert werden, als sie in der Vergangenheit durch eine Temperung miteiner elektrischen Heizvorrichtung erzielt wurde.
[0098] Miteinem solchen Bestrahlungsverfahren kann auch bei der Technologieder Bildung einer dünnenScheibe und beim Verfahren des Befestigens der Scheibe auf einerTrägerunterlagedurch ein Klebeblatt die Aktivierung der p-Schicht und der n-Schicht ineiner sehr kurzen Zeit in der Größenordnungvon Nanosekunden realisiert werden. Außerdem kann bei der Herstellungeines Halbleiterelements wie eines IGBTs eine tiefe dotierte Schichtin einem FZ-Substrat ohne Verwendung eines epitaxialen Substratsgebildet werden, und könnenbeim Herstellen des FS-IGBTs die p-Schicht und die n-Schicht, die ander Unterseite gebildet sind, ohne Ausübung eines thermischen Effektsauf die Oberseite, auf der Bauelementstrukturen wie Transistorenbereits gebildet sind, hergestellt werden.
[0099] Wirdkein Klebeblatt verwendet, so kann die erfindungsgemäße Aktivierungauch in Kombination mit der Aktivierung durch eine elektrische Heizvorrichtungdurchgeführtwerden.
[0100] ImVorhergehenden wurde der Fall erläutert, daß die Bestrahlung mit gepulstenStrahlen durchgeführtwird, von denen jeder eine Bestrahlungsenergieverteilung äquivalentzu einem einzelnen angenähertrechteckigen Impuls hat, der mit einer örtlichen Überlappungsrelation von 90% zur Überlappunggebracht wird. Bei der Bestrahlung wurde die gesamte Bestrahlungsenergiedichtezu 4,0 J/cm² gewählt und wurde die Verzögerungszeitzwischen den aufeinanderfolgenden zur Kombination zu bringendengepulsten Strahlen als gleich der Halbwertsbreite eines einzelnenImpulses, bevor er kombiniert wird, gewählt. Die folgende Beschreibungbefaßtsich im einzelnen mit den Effekten der Überlappungsrelation des gepulstenLaserstrahls, der Bestrahlungsenergiedichte und der Verzögerungszeit,wobei diese Parameter Effekte auf die Aktivierung der pn-Folgeschichtenhaben.
[0101] Dieerste Betrachtung gilt der örtlichen Überlappungsrelationbei der Laserbestrahlung.
[0102] 5 zeigt die Impulsform einesvon einer einzigen Laserstrahlungsvorrichtung abgestrahlten gepulstenLaserstrahls mit einer niedrigen Überlappungsrelation. 6 zeigt die Impulsformen,die durch aufeinanderfolgendes Kombinieren jeweiliger gepulsterLaserstrahlen entstehen, die von zwei Laserstrahlungsvorrichtungenabgestrahlt werden, bei niedriger Überlappungsrelation. 5 betrifft den Fall, daß ein gepulsterStrahl 20a, der von einer einzelnen Laserstrahlungsvorrichtungabgegeben wird, räumlichund zeitlich eine Trapezform hat und daß mit diesem gepulsten Laserstrahldas FZ-N-Substrat in zwei Richtungen (X- und Y Richtung) mit einer Überlappungsrelationvon 50 % überstrichenwird. Im Fall von 6 wirdein gepulster Strahl 20 durch die aufeinanderfolgende Kombinationder jeweils ebenfalls um 50% überlapptengepulsten Strahlen 20a und 20b, die von den beidenLaserstrahlungsvorrichtungen abgegeben werden, gebildet, wobei,obwohl die gepulsten Strahlen 20a und 20b aufeinanderfolgend kombiniertwerden, eine Lückein Form eines diskontinuierlichen Teils 30 auftritt. DieBestrahlung des FZ-N-Substratsmit einem derartigen gepulsten Strahl 20 hat also Variationenin der auf den dotierten Schichtbereich einwirkenden Bestrahlungsenergie zurFolge, mit dem Ergebnis der Produktion von ungleichmäßig bestrahltenTeilen.
[0103] ImGegensatz hierzu wird dann, wenn die Bestrahlung mit den rechteckig gepulstenStrahlen 10a und 10b gemäß 1 und 2 mithoher Überlappungsrelationdurchgeführtwird, das FZ-N-Substrat durch den gepulsten Strahl 10 – der äquivalentzu einem einzigen Puls, der durch die aufeinanderfolgend kombiniertengepulsten Strahlen 10a und 10b gebildet wird,ist – gleichmäßig bestrahlt.Hierdurch wird in jedem Bereich die auf den dotierten Schichtbereich einwirkendeBestrahlungsenergie gleichförmigund es werden keine ungleichmäßig bestrahltenTeile herstellt.
[0104] 7 zeigt als Diagramm dieBorkonzentrationsverteilung in der p-Schicht. In 7 sind auf der horizontalen Achse dieTiefe von der Unterflächedes FZ-N-Substratsin μm undauf der vertikalen Achse die Borkonzentration in cm^–3 aufgetragen.Die Kurven zeigen als durchgezogene Linie die Borkonzentrationsverteilung,wenn keine ungleichmäßig bestrahltenTeile erzeugt worden sind, und als gepunktete Linie die Borkonzentrationsverteilung,wenn ungleichmäßig bestrahlteTeile erzeugt wurden. Die Implantation der Borionen wurde an derUnterseitenflächedes Substrats unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Mitder obengenannten Bestrahlungsdosis von 1·10¹⁵ cm^–2 undeiner Beschleunigungsenergie von 50 keV Bei der Aktivierung derp-Schicht betrug die Bestrahlungsenergiedichte 4,0 J/cm².Die Borkonzentrationsverteilung wurde mit dem SR-Verfahren (spreadingresistance method, Ausbreitungswiderstandverfahren) gemessen.
[0105] Beieiner Bestrahlung mit dem trapezförmigen gepulsten Strahl 20 gemäß 6 mit niedriger Überlappungsrelationergeben sich ungleichmäßig bestrahlteTeile, die es unmöglichmachen, eine stabile Borkonzentrationsverteilung über diep-Schicht zu erzielen, wie 7 zeigt.Im Gegensatz hierzu entstehen dann, wenn die Bestrahlung mit demrechteckförmigengepulsten Strahl 10, wie er in 1 gezeigt ist, mit hoher Überlappungsrelationdurchgeführtwird, keine ungleichmäßig bestrahltenTeile und man kann eine stabile Borkonzentrationsverteilung erhalten.Dies macht es möglich,stabile gewünschte Bauelementencharakteristikenzu erhalten, wodurch man die Massenproduktivität von FS-IGBTs verbessern kann.
[0106] Alsnächsteswird die Energiedichte bei der Laserbestrahlung untersucht. 8 zeigt als Diagramm dieBorkonzentrationsverteilung, wenn die Bestrahlung mit XeCl-Laserndurchgeführtwird, wobei die Bestrahlungsenergiedichte variiert wird. In 8 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe von der Oberseite des Substrats her in μm und aufder vertikalen Achse die Borkonzentration in cm^–3 aufgetragen.Den Ergebnissen von 8 liegteine Laserbestrahlung mit zwei Laserstrahlungsvorrichtungen zugrunde,die XeCl-Laser verwenden, wobei die Verzögerungszeit zu 50 ns gewählt wird,was gleich der Halbwertsbreite des von einer der Laserstrahlungsvorrichtungenabgegebenen gepulsten Strahls des XeCl-Lasers ist. Die Überlappungsrelation bei der Laserbestrahlungwurde zu 90 % gewählt.Die Implantation der Borionen in das FZ-N-Substrat wurde mit einerDosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 50 keV durchgeführt.Die Borkonzentrationsverteilung wurde mit dem SR-Verfahren gemessen.
[0107] Beider Bestrahlung ergaben sich die in 8 dargestelltenErgebnisse mit einer gesamten Bestrahlungsenergiedichte der XeCl-Laser-Bestrahlungin einem Variationsbereich von 1,0 J/cm² bis4,0 J/cm². Gemäß den Ergebnissen von 8 erhöht sich die Borkonzentrationmit einer Erhöhungder gesamten Bestrahlungsenergiedichte, wobei die Ergebnisse dargestelltsind für1,0 J/cm², 1,2 J/cm²,1,5 J/cm², 2,0 J/cm² und4,0 J/cm².
[0108] Üblicherweiseist im Fall des FS-IGBT die Oberflächenkonzentration der p-Schichtvorzugsweise 5·10¹⁶ cm^–3 oder mehr und vorzugsweisewenigstens 1· 10¹⁸ cm^–3 unter Berücksichtigungdes Ohm'schen Kontakts(Kontaktwiderstand) mit der unterseitigen Elektrodenschicht. Ausden in 8 dargestelltenErgebnissen ergibt sich, daß,wenn die gesamte Bestrahlungsenergiedichte 1,0 J/cm² beträgt, dieBorkonzentration unter 5·10¹⁶ cm^–3 kommt und die Aktivierungniedrig ist. Bei einer gesamten Strahlungsenergiedichte von 1,5J/cm² oder mehr ergibt sich indessen, daß die Borkonzentrationhöher als 1·10¹⁸ cm^–3 wird und fast gesättigt ist.Man kann also sagen, daß eineausreichende Aktivierung durchgeführt ist. Überschreitet andererseits diegesamte Bestrahlungsenergiedichte den Wert von 4,0 J/cm²,so wird sie zu hoch, da die Bestrahlungsenergiedichte für eine gegebeneBestrahlungsflächedurch die Laserbestrahlung dann bewirkt, daß die Oberflächentemperaturdes FZ-N-Substrats den Schmelzpunkt des Siliziums (1.415° C) überschreitet.Dies hat zur Folge, daß dieOberflächedes Substrats schmilzt und dann wieder fest wird, was zu erheblichenVariationen in der Borkonzentrationsver teilung führt.
[0109] Ausobigem ergibt sich, daß diegesamte Bestrahlungsenergiedichte bei der Bestrahlung mit dem XeCl-Laserzum Aktivieren der pn-Folgeschichten vorzugsweise so festgelegtwird, daß sieinnerhalb des Bereichs von 1,2 J/cm² bis4,0 J/cm² und vorzugsweise innerhalb desBereichs von 1,5 J/cm² bis 4,0 J/cm² liegt. Wenn z. B. zwei die Bestrahlungmit dem XeCl-Laser durchführendenLaserstrahlungsvorrichtungen dazu verwendet werden, eine gesamte Strahlungsenergiedichtevon 4,0 J/cm², wie oben angegeben, zu erbringen,so wird von jeder Laserstrahlungsvorrichtung ein XeCl-Laserstrahlmit einer Strahlungsenergiedichte von 2,0 J/cm² abgestrahlt. ImFall der Verwendung einer Mehrzahl von Laserstrahlungsvorrichtungenauf diese Weise ist es wünschenswert,daß dieBestrahlungsenergiedichte des von jeder einzelnen Laserstrahlungsvorrichtungabgegebenen XeCl-Laserstrahls überdie Vorrichtungen gleichmäßig verteiltist.
[0110] 9 zeigt als Diagramm dieBorkonzentrationsverteilung, wenn die Bestrahlung mit dem YAG2ω-Laser durchgeführt wird,wobei die Bestrahlungsenergiedichte variiert wird. In 9 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe in μmvon der Oberseite des FZ-N-Substrats und auf der vertikalen Achsedie Borkonzentration in cm^–3 aufgetragen. Die Figurzeigt die Ergebnisse, wenn die Laserbestrahlung unter Verwendungvon zwei Laserbestrahlungsvorrichtungen mit YAG2ω-Lasern durchgeführt wird,wobei die Verzögerungszeitmit 100 ns angenommen wird, was gleich der Halbwertsbreite des gepulstenStrahls des von jeder der Laserstrahlungsvorrichtungen abgegebenenYAG2ω-Laserstrahlenist. Darüberhinaus wird die Überlappungsrelationder Laserbestrahlung zu 90 % angenommen. Die Implantation der Borionenin das FZ-N-Substrat wurde mit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 undeiner Beschleunigungsenergie von 50 keV durchgeführt. Die Borkonzentrationsverteilungwurde mit dem SR-Verfahren gemessen.
[0111] In 9 sind die Bestrahlungsergebnissefür unterschiedlichegesamte Bestrahlungsenergiedichten der YAG2ω-Laserbestrahlung von 1,0 J/cm² bis 4,0 J/cm² gezeigt.Wie man sieht, erhöhtsich die Borkonzentration mit einer Erhöhung der gesamten Bestrahlungsenergiedichtevom Wert 1,0 J/cm² über 1,2 J/cm²,1,5 J/cm² und 2,0 J/cm² bis4,0 J/cm².
[0112] 9 zeigt, daß ebensowie im Fall der Verwendung des XeCl-Lasers bei einer gesamten Bestrahlungsenergiedichtevon nur 1,0 J/cm² die Borkonzentration niedrigist und auch die Aktivierung niedrig bleibt. Wenn die gesamte Bestrahlungsenergiedichte1,5 J/cm² überschreitet, wird die Borkonzentrationaber hoch und nahezu gesättigt.Aus den gleichen Gründenwie beim XeCl-Laser führteine gesamte Bestrahlungsenergiedichte über 4,0 J/cm² zu großen Unterschiedlichkeitenin der Borkonzentrationsverteilung.
[0113] Hierausergibt sich, daß diegesamte Bestrahlungsenergiedichte bei der YAG2ω-Laserbestrahlung zum Aktivierender pn-Folgeschichten vorzugsweise so festgelegt wird, daß sie innerhalbdes Bereichs von 1,2 J/cm² bis 4,0 J/cm² und vorzugsweise im Bereich zwischen 1,5J/cm² und 4,0 J/cm² liegt. ZumErzielen einer gesamten Bestrahlungsenergiedichte von 4,0 J/cm² bei Verwendung von beispielsweise zweiLaserstrahlungsvorrichtungen, die die Bestrahlung mit YAG2ω-Lasern durchführen, werden dieYAG2ω-Laserstrahlenmit einer Bestrahlungsenergiedichte von jeweils 2,0 J/cm² in gleicher Weise von jeder Laserstrahlungsvorrichtungabgestrahlt.
[0114] Bezugnehmendauf die 8 und 9, ist der Grund, daß die Diffusionstiefedes Bors bei Verwendung des YAG2ω-Lasersim Vergleich zur Diffusionstiefe beim XeCl-Laser in der Größenordnungvon 0,1 μmgrößer ist,die Differenz zwischen den Wellenlängen der beiden Laser. Während nämlich der YAG2ω-Laser eineWellenlängevon 532 nm hat, beträgtdie kürzereWellenlängedes XeCl-Lasers nur 308 nm.
[0115] 10 zeigt als Diagramm dieBeziehung zwischen der Bestrahlungsenergiedichte und der Aktivierungsrelation,wenn die Aktivierung mit XeCl-Lasern durchgeführt wird, und 11 zeigt die gleiche Beziehung, wenndie Bestrahlung mit YAG2ω-Lasern durchgeführt wird.In beiden 10 und 11 sind auf der horizontalenAchse die gesamte Bestrahlungsenergiedichte in J/cm² undauf der vertikalen Achse die Aktivierungsrelation in % aufgetragen.In diesem Fall ist die p-Schicht gebildet durch Implantieren derBorionen an der Unterseite des FZ-N-Substrats mit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 50 keV und ist die n-Schicht gebildet durch Implantieren vonPhosphorionen in das FZ-N-Substrat mit einer Dosis von 1·10¹³ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 240 keV Hierdurch wird im FZ-N-Substrat die p-Schicht in einemflachen, oberflächennahenBereich und die n-Schicht in einem tiefen Bereich gebildet.
[0116] Wirdim Fall der Aktivierung der pn-Folgeschichten unter Verwendung desXeCl-Lasers die gesamte Strahlungsenergiedichte schrittweise verändert, sozeigt die Aktivierungsrelation sowohl für die p-Schicht als auch für die n-Schicht,wie in 10 zu sehen ist,einen hohen Wert über50 %, wenn die gesamte Strahlungsenergiedichte innerhalb des Bereichsvon 1,5 J/cm² bis 4,0 J/cm² liegt. 11 zeigt für die gleicheSituation und fürdie Verwendung von YAG2ω-Lasernebenfalls eine hohe Aktivierungsrelation über 50 % für die gesamte Bestrahlungsenergiedichteim Bereich von 1,5 J/cm² bis 4,0 J/cm². Der Grund, warum die Aktivierungsrelationbei der Verwendung von YAG2ω-Lasernhöher istals bei Verwendung von XeCl-Lasernist wiederum der Wellenlängenunterschied,nämlich532 nm beim YAG2ω-Laser und 308 nmbeim XeCl-Laser.
[0117] Die 10 und 11 zeigen auch die Aktivierungsrelationbei Verwendung einer elektrischen Heizvorrichtung und bei einerTemperatur von 400° C.Hierbei beträgtdie Aktivierungsrelation in der p-Schicht 2 % und in der n-Schicht40 %. Wird ein XeCl-Laser mit einer gesamte Bestrahlungsenergiedichtevon 1,2 J/cm² bis 4,0 J/cm² verwendet,so ergibt sich eine Aktivierungsrelation sowohl in der p-Schicht als auchin der n-Schicht oder in einer von beiden oberhalb der Aktivierungsrelation,die durch die Temperung mit der elektrischen Heizvorrichtung erzieltwird. Auch bei Verwendung des YAG2ω-Lasers und Aufwendung einergesamten Bestrahlungsenergiedichte von 1,2 J/cm² bis4,0 J/cm² werden die Aktivierungsrelationenin der p-Schicht und in der n-Schicht oder in einer von beiden Schichten über derdurch das Tempern mit der elektrischen Heizvorrichtung erzieltenAktivierungsrelation erhalten.
[0118] Diein den 10 und 11 dargestellten Ergebnissezeigen, daß diep-Schicht und dien-Schicht in den pn-Folgeschichten, die im FZ-N-Substrat gebildetsind, durch Verwendung eines beliebigen der beiden Laser, XeCl-Laseroder YAG2ω-Laser, mit einerhöherenAktivierungsrelation durchgeführtwerden kann, als es beim Stand der Technik möglich war, wenn die gesamteBestrahlungsenergiedichte im Bereich von 1,2 J/cm² bis4,0 J/cm² liegt.
[0119] Alsnächsteswird die Verzögerungszeitbei der Laserbestrahlung näheruntersucht.
[0120] 12 zeigt als Diagramm dieBorkonzentrationsverteilung, wenn die Bestrahlung mit dem XeCl-Laserdurchgeführtwird und die Verzögerungszeit verändert wird.In 12 sind auf der horizontalen Achsedie Tiefe in μmvon der oberen Außenfläche desFZ-N-Substrats und auf der vertikalen Achse die Borkonzentrationin cm^–3 aufgetragen. 12 zeigt die Ergebnisse,wenn die Bestrahlung unter Verwendung von zwei Laserbestrahlungsvorrichtungenmit XeCl-Lasern durchgeführtwurde, mit einer gesamten Bestrahlungsenergiedichte von 2,0 J/cm². Die Überlappungsrelationbei der Laserbestrahlung wurde auf 90° eingestellt. Die Implantierungder Borionen wurde am FZ-N-Substrat mit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 50 keV durchgeführt.Die Borkonzentrationsverteilung wurde durch das SR-Verfahren gemessen.
[0121] Beider Bestrahlung, die zu den Ergebnissen von 12 führte,wurde die Verzögerungszeitzwischen den separat von den beiden Laserstrahlungsvorrichtungenabgestrahlten gepulsten Laserstrahlen der XeCl-Laser zwischen 0ns und 5.000 ns verändert.Wie 12 zeigt, wird dieBorkonzentration höher,wenn die Verzögerungszeitvon 0 ns (keine Verzögerung)auf 50 ns erhöhtwird, und erniedrigt sich bei einer weiteren Erhöhung der Verzögerungszeit aufWerte von 250 ns, 2.500 ns und 5.000 ns, also auf Werte über 50 ns.Es ist leicht vorherzusagen, daß dann,wenn die Verzögerungszeit5.000 ns übersteigt,eine Borkonzentration von 1·10¹⁶ cm^–3 oder höher nichtmehr erreicht werden kann, die aber erforderlich ist, wenn die Herstellungeines Ohm'schen Kontaktesvorgesehen werden soll.
[0122] DerGrund hierfürist folgender: Wenn die Verzögerungszeitkurz ist, also die Zeit von der Abstrahlung des vorhergehenden gepulstenStrahls bis zur Abstrahlung eines nachfolgenden gepulsten Strahlskurz ist, werden die gepulsten Strahlen äquivalent zu einem einzigengepulsten Strahl mit einer hohen Halbwertsbreite, wie es oben in 1 gezeigt ist. Die Temperaturdes laserbestrahlten FZ-N- Substratskann also füreine verhältnismäßig langeZeit auf einem fürdie Aktivierung erforderlichen Wert gehalten werden. Ist indessendie Verzögerungszeitzu lang, so bleibt zwischen der Abstrahlung des vorhergehenden Strahlsbis zur Abstrahlung des nachfolgenden gepulsten Strahls ein Intervall.Eine zu lange Verzögerungszeitmacht es also unmöglich,während dieserVerzögerungszeitdie fürdie Aktivierung notwendige Substrattemperatur aufrechtzuerhalten.Nur einige Verzögerungszeitwertelassen einen Effekt erzielen, der gleich dem Effekt ist, den manerhält, wenneine einzige Laserstrahlungsvorrichtung zum Durchführen derLaserbestrahlung verwendet wird. In diesem Fall nimmt die Borkonzentrationab und die Aktivierungsrelation sinkt. Die Verzögerungszeit bei der Bestrahlungmit XeCl-Lasern wird vorzugsweise im Bereich von 0 ns bis 5.000ns und noch mehr bevorzugt im Bereich von 0 ns bis 2.500 ns festgelegt.
[0123] 13 zeigt als Diagramm dieBorkonzentrationsverteilung, wenn die Bestrahlung mit dem YAG2ω-Laser durchgeführt wirdund die Verzögerungszeitverändertwird. In 13 sind aufder horizontalen Achse die Tiefe in μm von der oberen Außenfläche desFZ-N-Substrats und auf der vertikalen Achse die Borkonzentrationin cm^–3 aufgetragen. 13 zeigt die Ergebnisse,wenn die Bestrahlung unter Verwendung von zwei Laserbestrahlungsvorrichtungenmit YAG2ω-Laserndurchgeführtwurde, mit einer gesamten Bestrahlungsenergiedichte von 2,0 J/cm². Die Überlappungsrelationbei der Laserbestrahlung wurde auf 90° eingestellt. Die Implantierungder Borionen wurde am FZ-N-Substrat mit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 50 keV durchgeführt.Die Borkonzentrationsverteilung wurde durch das SR-Verfahren gemessen.
[0124] Beider Bestrahlung, die zu den Ergebnissen von 13 führte,wurde die Verzögerungszeitzwischen den separat von den beiden Laserstrahlungsvorrichtungenabgestrahlten gepulsten Laserstrahlen der YAG2ω-Laser zwischen 0 ns und 10.000ns verändert.Wie 13 zeigt, wird dieBorkonzentration höher,wenn die Verzögerungszeitvon 0 ns auf 100 ns erhöhtwird, und erniedrigt sich mit einer Erhöhung der Verzögerungszeitauf Werte von 5.000 ns und 10.000 ns, also auf Werte über 100ns. Übersteigtdie Verzögerungszeit10.000 ns, so kann es sich leicht ergeben, daß eine Borkonzentration vonwenigstens 5·10¹⁶ cm^–3 nicht mehr erreichtwerden kann. Der Grund dafür,daß dieBorkonzentration auf diese Weise abnimmt, wenn die Verzögerungszeitlängerwird, ist derselbe wie der unter Bezugnahme auf 12 fürdie Verwendung von XeCl-Lasern erläuterte Grund. Aus den in 13 gezeigten Ergebnissenergibt sich, daß dieVerzögerungszeitbei der Bestrahlung mit YAG2ω-Lasernvorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0 ns bis 10.000 ns und nochbevorzugter im Bereich von 0 ns bis 5.000 ns festgelegt wird.
[0125] DasDiagramm von 14 zeigtdie Beziehung zwischen der Verzögerungszeitund der Akrivierungsrelation, wenn die Aktivierung unter Verwendungvon XeCl-Lasern durchgeführtwird. Das Diagramm von 15 zeigtdie gleiche Beziehung bei Verwendung von YAG2ω-Lasern. In den 14 und 15 sind auf der horizontalen Achse dieVerzögerungszeitin ns und auf der vertikalen Achse die Aktivierungsrelation in %aufgetragen. Die p-Schicht ist durch Implantieren von Borionen ander Unterfläche desFZ-N-Substrats mit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 undeiner Beschleunigungsenergie von 50 keV gebildet worden, und dien-Schicht ist durch Implantieren von Phosphorionen in das FZ-N-Substratmit einer Dosis von 1·10¹³ cm^–2 mit einer Beschleunigungsenergievon 240 keV gebildet worden. Hierdurch ist das FZ-N-Substrat mitder p-Schicht in seinem flachen Bereich und der n-Schicht in seinemtiefen Bereich gebildet worden.
[0126] Beider Aktivierung der pn-Folgeschichten unter Verwendung des XeCl-Lasers zeigen, wenndie Verzögerungszeitschrittweise verändertwird, wie in 14 dargestelltist, fürdie Verzögerungszeitzwischen 0 ns und 2.500 ns die Aktivierungsrelationen sowohl derp-Schicht als auch der n-Schicht einen hohen Wert über 50 %,der jedoch bei einer Verzögerungszeitvon 5.000 ns unter 50 % liegt. Auch im Fall der Aktivierung derpn-Folgeschichten unter Verwendung des YAG2ω-Lasers haben, wie 15 zeigt, die Aktivierungsrelationensowohl der p-Schicht als auch der n-Schicht für eine Verzögerungszeit zwischen 0 ns und5.000 ns einen hohen Wert über50 %, jedoch liegt die Aktivierungsrelation bei einer Verzögerungszeitvon 10.000 ns unter 50 %. Der Grund dafür, daß die Aktivierungsrelationbei Verwendung des YAG2ω-Lasershöher wirdals bei Verwendung des XeCl-Lasers, ist, daß der XeCl-Laser im Vergleichzum YAG2ω-Laser,dessen Wellenlänge532 nm beträgt,eine kürzereWellenlängehat, die 308 nm beträgt.
[0127] Wird,wie in den 14 und 15 auch noch gezeigt ist,das Tempern mit einer elektrischen Heizvorrichtung bei einer Temperaturvon 400° Cdurchgeführt,so ergibt sich die Aktivierungsrelation in der p-Schicht zu 2 %und in der n-Schicht zu 40 %. Die Aktivierungsrelationen sowohlin der p-Schicht als auch in der n-Schicht oder in einer der Schichtenkönnenim Fall der Verwendung von XeCl-Lasern,wie in 14 gezeigt ist,mit einer Verzögerungszeitim Bereich von 0 ns bis 5.000 ns über den Wert angehoben werden,der durch eine Temperung mit einer elektrischen Heizvorrichtungerhalten wird. Auch im Fall der Verwendung von YAG2ω-Lasernkönnen,wie 15 zeigt, mit einerVerzögerungszeitvon 0 ns bis 10.000 ns die Aktivierungsrelationen in sowohl derp-Schicht als auch der n-Schicht oder in einer der Schichten über denWert gebracht werden, die durch ein Tempern mit einer elektrischenHeizvorrichtung erzielt wird.
[0128] Ausden in den 14 und 15 gezeigten Ergebnissenergibt sich, daß dieVerzögerungszeitfür einezufriedenstellende Aktivierung der pn-Folgeschichten im FZ-N-Substratbei Verwendung entweder des XeCl-Lasers oder des YAG2ω-Lasersinnerhalb des Bereichs von 0 ns bis 5.000 ns festgelegt werden kann.Durch das Durchführender Bestrahlung auf diese Weise so, daß die Verzögerungszeit zwischen mehrerengepulsten Strahlen zwischen 0 ns (keine Verzögerungszeit) und 5.000 ns zuliegen kommt, könnendie pn-Folgeschichten aktiviert werden, ohne die Substrattemperaturunter die fürdie Aktivierung notwendige Temperatur zu erniedrigen.
[0129] Wieoben dargelegt, könnenbei der Aktivierung der pn-Folgeschichten unter Verwendung von Laserstrahlungsvorrichtungen,wenn die Impulsform des gepulsten Laserstrahls angenähert rechteckig gemachtwird, sowohl die Überlappungsrelationals auch die Bestrahlungsenergiedichte als auch die Verzögerungszeitbei der Laserbestrahlung optimiert werden. Die pn-Folgeschichtenkönneneffektiv und stabil mit einer hohen Aktivierungsrelation aktiviert werden,wodurch die FS-IGBTsmit überlegenenVorrichtungscharakteristiken hergestellt werden können.
[0130] Beider Durchführungdes Lasertemperns durch Bestrahlen mit einem gepulsten Laserstrahl führt dieVerwendung eines Strahls mit einer Impulsform, die angenähert einerallgemeinen Gauß'schen Verteilunggleicht, gelegentlich dazu, daß aufdem FZ-N-Substrat Spuren einer Bearbeitungsschädigung zurückbleiben.
[0131] 16 zeigt schematisch dieImpulsform 40 der Gauß'schen Verteilungund den Zustand eines FZ-N-Substrats 50, wenn ein gepulsterLaserstrahl mit dieser Impulsform verwendet wird. 17 zeigt schematisch eine rechteckigeImpulsform 60 und den Zustand des FZ-N-Substrats 50,wenn ein gepulster Laserstrahl mit dieser Impulsform verwendet wird. Wennbeispielsweise die Aktivierung durch Bestrahlung mit einem gepulstenLaserstrahl mit der Impulsform 40 der Gauß'schen Verteilungmit einer Halbwertsbreite von 100 ns und einer Bestrahlungsenergiedichtevon 4,0 J/cm² durchgeführt wird, so bleibt an einerStelle des FZ-N-Substrats, die der Position der höchsten Bestrahlungsenergieintensität des gepulstenLaserstrahls entspricht, eine Bearbeitungsspur-Schädigung 51 zurück. Aufgrundder Überlappungsrelationder gepulsten Laserstrahlen entsteht also eine Mehrzahl dieser Bearbeitungsspur-Schädigungen 51 aufdem Substrat 50.
[0132] Eswird deshalb eine optische Justierung durchgeführt, bei der eine spezifischeMaske verwendet wird, die dazu dient, einen rechteckigen Impulszu formen. Ferner wird die von der einzelnen Laserstrahlungsvorrichtungbeigesteuerte Bestrahlungsenergiedichte erniedrigt, wobei aufgrundder Verwendung einer Mehrzahl von Laserstrahlungsvorrichtungen danndoch die geforderte Bestrahlungsenergie geliefert wird. Beispielsweisewird, wie 17 zeigt,die Laserbestrahlung unter Verwendung von zwei Laserstrahlungsvorrichtungendurchgeführt,um zeitlich aufeinanderfolgend jeweilige rechteckig gepulste Strahlen 60a und 60b zukombinieren, von denen jeder eine Halbwertsbreite von 100 ns undeine Strahlungsenergiedichte von 2,0 J/cm² hat,wobei durch die Kombination der gepulste Strahl 60 entsteht,der eine gesamte Halbwertsbreite von 200 ns und eine gesamte Strahlungsenergiedichtevon 4,0 J/cm² hat. Dies ermöglicht es,eine Bestrahlung durchzuführen,die die Erzeugung von Spuren einer Bearbeitungsschädigung aufdem FS-N-Substrat 50 verhindern kann, während doch eine für die Temperungausreichende Bestrahlungsenergiedichte aufrechterhalten wird. Insofernkann der FS-IGBT hergestellt werden, ohne daß ein zusätzlicher Arbeitsschritt aufgewandtwird, um vom FZ-N-Substrat die Folgen der Bearbeitungsspur-Schädigung zuentfernen.
[0133] Bisherwurde der Fall beschrieben, daß als Laserzur Aktivierung der pn-FolgeschichtenXeCl-Laser oder YAG2ω-Laserverwendet werden. Von diesen beiden wird die Verwendung des YAG2ω-Lasersbevorzugt, durch den ein gepulster Strahl mit großer Halbwertsbreiteerhalten werden kann. Die Laserstrahlungsvorrichtungen mit YAG2ω-Lasern sindleichter zu einer Gruppe kombinierbar als die XeCl-Laser und lieferneinen gepulsten Strahl mit einem Halbwert, der 100 ns sein kann,pro Vorrichtung, was nur eine geringe Anzahl von Vorrichtungen für eine ausreichendeAktivierung notwendig macht. Weiterhin ergibt der gepulste Strahldes YAG2ω-Laserskeine Punktbestrahlung, wie sie bei der Bestrahlung mit einem gepulstenStrahl des YAG3ω-Lasers beobachtetwurde, der in der Vergangenheit verwendet wurde, so daß die Aktivierungjeder Scheibe in einer weiterhin kürzeren Zeit durchgeführt werden kann,was in taktischer Hinsicht vorteilhaft ist.
[0134] Wieoben dargelegt, kann gemäß der Erfindungdurch die Durchführungder Bestrahlung mit einem gepulsten Laserstrahl mit angenähert rechteckigerImpulsform ein hervorragender FS-IGBT gebildet werden, ohne jedeSpur von Bearbeitungsschädigungund mit einer stabilen Verunreinigungskonzentrationsverteilung inder dotierten Schichtregion.
[0135] Dievorgehenden Erläuterungenbeziehen sich auf den Fall, daß pn-Folgeschichten, diebeispielsweise in einem FS-IGBT gebildet sind, augenblicklich aktiviertwerden. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar auf die Aktivierungeiner einzelnen Schicht, einer p-Schicht oder einer n-Schicht, oder auchanderer pp-Folgeschichten oder nn-Folgeschichten. Unabhängig davon,ob die Oberseite oder die Unterseite des FZ-Substrats im FS-IGBTbetroffen ist, kann der dotierte Schichtbereich wie beispielsweisedie pn-Folgeschichten innerhalb einer sehr kurzen Zeit in der Größenordnungvon Nanosekunden aktiviert werden. Außerdem ist die Erfindung nichtauf den FS-IGBT beschränkt,sondern kann auch angewandt werden auf einen PT-IGBT, einen NPT-IGBT,einen in Rückwärtsrichtungsperrenden IGBT, eine Freilaufdiode (FWD, Free Wheeling Diode),bei der die äußerste Oberflächenschichteine n-Schicht wird, und auf zahlreiche andere Halbleiterelementemit dotierten Schichtbereichen, die durch eine Lasertemperung aktiviertwerden sollen.
[0136] Alsnächsteswird eine zweite Durchführungsformbeschrieben.
[0137] Diezweite Durchführungsformwird im einzelnen unter Bezugnahme auf den folgenden beispielhaftenFall beschrieben. In diesem Fall wird auf der p-Schicht in den pn-Folgeschichten,die im FZ-N-Substrat des FS-IGBTs gebildet sind, eine als P Schichtbezeichnete Oberflächenkontaktschichtgebildet, um einen Ohm'schenKontakt mit der Unterseitenelektrode zu schaffen. Eine solche Oberflächenkontaktschichtwird gebildet durch Implantieren von Phosphorionen und Borionenin das FZ-N-Substrat in dieser Reihenfolge, bevor dann Borfluoridionen (BF₂ ⁺) implantiert werden,um die Aktivierung durchzuführen.
[0138] 18 zeigt als Diagramm dieBeziehung der Verunreinigungskonzentrationsverteilung zu den Aktivierungsverfahrenbeim Bilden der Oberflächenkontaktschicht.
[0139] In 18 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe von der Oberseite des FZ-N-Substrats in μm und aufder vertikalen Achse die Verunreinigungskonzentration in cm^–3 aufgetragen.Im FZ-N-Substrat sind die Phosphorionen für die n-Schicht mit einer Dosis von 1·10¹³ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 240 keV implantiert worden, sodann die Borionen für die p-Schichtmit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 50 keV implantiert worden und schließlich die Borfluoridionen für die Oberflächenkontaktschichtmit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 80 keV implantiert worden. Nachdem diese drei aufeinanderfolgendenSchichten im FZ-N-Substrat gebildet waren, wurde die jeweilige Verunreinigungskonzentrationmit Hilfe des SR-Verfahrenssowohl fürden Fall einer Temperung mit einem elektrischen Heizgerät als auchfür denFall der Lasertemperung gemessen. Zum Vergleich wurde auch die Verunreinigungskonzentrationsverteilungfür denFall der Temperung mit dem elektrischen Heizgerät, aber ohne Implantierungvon Borfluoridionen, untersucht. Die Temperung mit der elektrischenHeizvorrichtung wurde bei 400° Cfür dieDauer einer Stunde durchgeführtund die Lasertemperung wurde unter Verwendung von zwei Laserstrahlungsvorrichtungenmit YAG2ω-Laserndurchgeführt,wobei die Bestrahlungsenergiedichte des gepulsten Strahls jederLaserstrahlungsvorrichtung 2,0 J/cm², diegesamte Bestrahlungsenergiedichte 4,0 J/cm² unddie Halbwertszeit 100 ns betrugen. Die Untersuchungen betrafen Fälle mitder Verzögerungszeit0 ns und 300 ns und mit einer Laserbestrahlungs-Überlappungsrelation von 90%.
[0140] In 18 ist die jeweilige Verunreinigungskonzentrationsverteilungfür diefolgenden Fälledargestellt: elektrische Heizvorrichtung ohne Implantieren von Borfluoridionen(durchgezogene Linie); elektrische Heizvorrichtung-Temperung beiImplantierung von Fluoridionen (gepunktete Linie); Lasertemperung beiImplantierung von Borfluoridionen und mit der Verzögerungszeit0 ns (langkurzkurz-gestrichelte Linie); und Lasertemperung bei Implantierungvon Borfluoridionen und der Verzögerungszeitvon 300 ns (gleichmäßig gestrichelteLinie).
[0141] Wie 18 zeigt, erhöht sichdurch das Implantieren der Borfluoridionen, selbst wenn nur miteinem elektrischen Heizgerätgetempert wird, die Verunreinigungskonzentration im flachen Bereichdes FZ-N-Substrats. Dies kommt daher, daß die Implantierung von Borfluoridionendie mit den Borfluoridionen implantierte Schicht amorph macht, wodurchdie Diffusion der Verunreinigungen beschleunigt wird. Die Verunreinigungskonzentrationim flachen Bereich wird dann weiter erhöht durch Durchführung derAktivierung mit Hilfe der Lasertemperung anstelle der elektrischenHeizvorrichtung-Temperung. Um den Kontakt mit dem Unterseiten-Elektrodentopfzu halten, beträgtdie Borkonzentration in der Oberflächenkontaktschicht vorzugsweisemindestens 1·10¹⁸ cm^–3. Durch die Lasertemperungkann die flache Region von der Oberseite des FZ-N-Substrats hermit einer noch höherenVerunreinigungskonzentration dotiert werden.
[0142] Wirddarüberhinaus die Verzögerungszeit beider durch die Lasertemperung durchgeführten Aktivierung zu 300 nsbestimmt, so könnenauch die p-Schicht und die n-Schicht auf der Seite, die tiefer liegenals die Oberflächenkontaktschicht,mit einer hohen Verunreinigungskonzentration in einer Höhe äquivalentder durch das elektrische Heizvorrichtung-Tempern erzielten Konzentrationdotiert werden. Dies kommt daher, daß die bei der Laserbestrahlungin der Oberflächenkontaktschichtabsorbierte Wärmezur darunterliegenden p-Schicht übertragenwird und dann weiterhin zur darunter liegenden n-Schicht übertragenwird, wo sie absorbiert wird.
[0143] Beider hier durchgeführtenLasertemperung werden die gepulsten Strahlen mit einer angepaßten Verzögerungszeitabgestrahlt. Die Aktivierung der Verunreinigungen kann also durcheinen gepulsten Strahl durchgeführtwerden, der äquivalentdem Strahl mit einer erhöhtenHalbwertsbreite ist, wie oben beschrieben wurde. Gleichzeitig wirddie Zeit der Wärmeübertragunglängerals im Fall der Laserbestrahlung mit einem einzigen gepulsten Strahl,so daß dasSubstrat innerhalb einer kurzen Zeit in einer, von der vom Laserzu bestrahlenden Oberflächeher tiefen, Region aktiviert werden kann. Durch eine Durchführung derBestrahlung mit den aufeinanderfolgend abgegebenen gepulsten Strahlenkann ein amorpher Zustand oder ein Zustand mit verbliebenen Kristalldefekten,die durch die Schwierigkeit bei der Rekristallisation der mit denBorfluoridionen implantierten Schicht nur durch den vorhergehendengepulsten Strahl bewirkt werden, in einen rekristallisierten Zustand übergeführt werdenund durch nachfolgende gepulste Strahlen zu einem noch fortgeschrittenerkristallisierten Zustand gebracht werden. Dies ermöglicht dieHerstellung des flachen Bereichs, der mit einer hohen Borkonzentrationdotiert ist, von der Oberflächeaus.
[0144] DerGrund dafür,daß dann,wenn die Lasertemperung mit einer Verzögerungszeit von 0 ns durchgeführt wird,die tiefe Region nicht mit einer so hohen Verunreinigungskonzentrationdotiert wird, ist, daß esmit gleichzeitig abgestrahlten gepulsten Strahlen schwierig ist,den Rekristallisationseffekt zu erhalten, und eine momentane Bestrahlungder Oberflächenseitemit gleichzeitig abgestrahlten Laserstrahlen hoher Energie eineWärme erzeugt,die nur schwer durch Weiterleitung zu der tiefen Region übertragenwerden kann.
[0145] Indieser Weise wird die Erfindung nicht nur auf den Fall der Aktivierungvon pn-Folgeschichten angewandt, wie es bei der ersten Durchführungsform erläutert wurde,sondern auch auf den Fall der Aktivierung der Oberflächenkontaktschicht,die zusätzlichauf den pn-Folgeschichten gebildet wurde, wie es anhand der zweitenDurchführungsformerläutert wurde,gemäß der sowohlder flache Bereich als auch der tiefere Bereich von der Substratoberfläche hereffektiv aktiviert werden kann.
[0146] Alsnächsteswird eine dritte Durchführungsformbeschrieben.
[0147] ZurErläuterungder dritten Durchführungsformwird der Fall beschrieben, daß aufeinanderfolgendeSchichten gleichen Leitfähigkeitstypsaktiviert werden.
[0148] Wenn,beispielsweise beim Herstellungsprozeß, Fremdpartikel erzeugt undan der Substratoberflächeangebracht werden, könnendie Verunreinigungsionen nicht an einer Fläche implantiert werden, ander diese Partikel sitzen, selbst wenn eine Innenimplantation durchgeführt wird.Hierdurch wird mit einiger Wahrscheinlichkeit das Problem erzeugt,daß nachder Aktivierung eine ungleichmäßige Verunreinigungskonzentrationzurückbleibt.Zum Zweck der Vermeidung eines Einflusses der Partikel kann zwar eineInnenimplantation unter einer hohen Beschleunigungsspannung durchgeführt wird,dies führtaber zu einer erniedrigten Verunreinigungskonzentration im flachenBereich mit der Folge, daß möglicherweiseder Kontakt mit der Unterseitenelektrode verfehlt wird. Um den Einfluß der Partikelso weit als möglich zuunterbinden, werden vorzugsweise Schichten mit gleichem Leitfähigkeitstypin der Richtung der Tiefe aufeinanderfolgend gebildet und dann aktiviert.Dies ermöglichtes, Verunreinigungen bis zu einem Bereich mit einer Tiefe zu aktivieren,die die Tiefe der vorhandenen Partikel übertrifft.
[0149] Eswird zunächstdie Aktivierung von pp-Folgeschichten erläutert, wobei die p-Schichtenaufeinanderfolgend hergestellt werden.
[0150] 19 zeigt als Diagramm dieBeziehung der Verunreinigungskonzentrationsverteilungen zu den Aktivierungsmethodenum die pp-Folgeschichten.
[0151] In 19 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe in μmvon der Oberseite des FZ-N-Substrats und auf der vertikalen Achsedie Verunreinigungskonzentration in cm^–3 aufgetragen.Es wurden hier am FZ-N-Substrat Borionen mit einer Dosis von 1·10¹³ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 240 keV implantiert, um eine einzige p-Schicht zu bilden. AmFZ-N-Substrat wurden weiterhin Borionen mit einer Dosis von 1·10¹³ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 240 keV und weitere Borionen mit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 50 keV implantiert, um die pp-Folgeschichten zu erzeugen. Für die sogebildeten einzelnen p-Schichten und pp-Folgeschichten wurde die Verunreinigungskonzentrationsverteilungdurch das SR-Verfahren gemessen, nachdem ein Tempern mit einer elektrischenHeizvorrichtung bzw. mit einem Laser durchgeführt wurde. Das Tempern mitder elektrischen Heizvorrichtung wurde bei 400° C eine Stunde lang durchgeführt unddas Lasertempern wurde unter Verwendung von zwei Laserstrahlungsvorrichtungenmit YAG2ω-Laserndurchgeführt,wobei die Bestrahlungsenergiedichte des gepulsten Strahls jederLaserstrahlungsvorrichtung 2,0 J/cm², diegesamte Bestrahlungsenergiedichte 4,0 J/cm² unddie Halbwertsbreite 100 ns betrugen. Die Verzögerungszeit wurde auf 300 nsfestgesetzt und die Überlappungsrelationder Laserstrahlung auf 90 % festgesetzt.
[0152] 19 zeigt die jeweilige Verunreinigungskonzentrationsverteilungfür folgendeFälle:Tempern mit einer elektrischen Heizvorrichtung bei einer einzigenp-Schicht (durchgezogene Linie), Tempern mit einer elektrischenHeizvorrichtung bei pp-Folgeschichten (gepunktete Linie), Lasertempernbei einer einzigen p-Schicht(lang-kurz-kurz-gestrichelte Linie) und Lasertempern bei pp-Folgeschichten(gleichmäßig gestrichelteLinie).
[0153] Wie 19 zeigt, liefert das Tempernmit einer elektrischen Heizvorrichtung bei einer einzigen p-Schicht,auf die die Implantierung mit hoher Beschleunigungsenergie durchgeführt wird,eine Verunreinigungskonzentration, die im flachen Bereich an derOberflächenseitedes Substrats entsprechend der Reichweite der implantierten Ionenniedriger wird. Selbst bei einer an der einzigen p-Schicht durchgeführten Lasertemperungkann die Schicht nicht aktiviert werden. Das bei pp-Folgeschichten durchgeführte Tempernmit der elektrischen Heizvorrichtung erhöht die Verunreinigungskonzentrationim tiefen Bereich, liefert jedoch eine unzureichende Verunreinigungskonzentrationim flachen Bereich. Im Gegensatz hierzu erhöht das Lasertempern bei den pp-Folgeschichtenerheblich die Verunreinigungskonzentration im flachen Bereich undermöglicht gleichzeitig,daß dieVerunreinigungskonzentration in einem noch tieferen Bereich hochbleibt. Der Grund hierfürist, daß ingleicher Weise, wie es fürdie zweite Durchführungsformerklärtwurde, das hier durchgeführteLasertempern die Aktivierung der Verunreinigungen mit einem gepulstenStrahl mit großerHalbwertsbreite, der gebildet wird durch aufeinanderfolgend abgestrahltegepulste Strahlen, beschleunigt, und gleichzeitig aktiviert die über einelange Zeit übertrageneWärme dieVerunreini gungen bis zu einem tiefen Bereich in einer kurzen Zeitin der Größenordnungvon Nanosekunden, und eine durch den vorhergehenden gepulsten Strahlamorph gemachte Schicht wird durch den nachfolgenden gepulsten Strahlrekristallisiert.
[0154] DieseAktivierung der pp-Folgeschichten durch das Lasertempern ist spezielleffektiv fürein Bauteil wie ein NPT-IGBT oder ein in Rückwärtsrichtung sperrender IGBT,bei denen nur die p-Schicht aktiviert werden muß, und für die Bildung der pp-Folgeschichten,bei denen es Probleme hinsichtlich einer Beeinträchtigung durch Partikel gibt.
[0155] ImAnschluß hieranwird die Aktivierung von nn-Folgeschichten beschrieben, bei denendie n-Schichten aufeinanderfolgend gebildet werden.
[0156] 20 zeigt als Diagramm dieBeziehung der Verunreinigungskonzentrationsverteilung zu verschiedenenAktivierungsverfahren bei nn-Folgeschichten.
[0157] In 20 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe in μmvon der Oberseitenflächedes FZ-N-Substrats und auf der vertikalen Achse die Verunreinigungskonzentrationin cm^–3 aufgetragen.Es werden im FZ-N-Substrat Phosphorionen mit einer Dosis von 1·10¹³ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 240 keV implantiert, um eine einzelne n-Schicht zu bilden, dannwurden am FZ-N-Substrat Phosphorionen mit einer Dosis von 1·10¹³ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 240 keV implantiert, und dann wurden weitere Phosphorionen miteiner Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 240 keV implantiert und weitere Phosphorionen mit einer Dosisvon 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 50 keV implantiert, um die nn-Folgeschichten zu bilden. Für die so gebildeteeinzelne n-Schicht und fürdie so gebildeten nn-Folgeschichten wurden die Temperung mit der elektrischenHeizvorrichtung und die Temperung mittels Laserstrahl durchgeführt unddie Verunreinigungskonzentrationsverteilung wurde mit dem SR-Verfahrengemessen. Die Bedingungen bei der Temperung mittels elektrischerHeizvorrichtung und mittels Laser waren die gleichen wie die beider Aktivierung der oben beschriebenen pp-Folgeschichten.
[0158] In 20 ist die jeweilige Verunreinigungskonzentrationsverteilungfür diefolgenden Fälleangegeben: Tempern mit elektrischer Heizvorrichtung an der Einzel-n-Schicht(durchgezogene Linie); Tempern mit elektrischer Heizvorrichtung anden nn-Folgeschichten (gepunktete Linie); Tempern der Einzel-n-Schichtmittels Laser (lang-kurz-gestrichelte Linie); und Temperung mittelsLaser an den nn-Folgeschichten(gestrichelte Linie).
[0159] Wie 20 zeigt, liefert die ander einzelnen n-Schicht, bei der die Implantation mit hoher Beschleunigungsenergiedurchgeführtwird, durchgeführteTemperung mit der elektrischen Heizvorrichtung, eine die Verunreinigungskonzentration,die infolge der Reichweite der implantierten Ionen im flachen Bereichan der Oberseitenflächedes Substrats niedriger wird. Auch bei der an der einzelnen n-SchichtdurchgeführtenTemperung mittels Laser kann die Schicht nicht aktiviert werden.Die an den nn-Folgeschichten durchgeführte Temperung mit elektrischerHeizvorrichtung erhöhtdie Verunreinigungskonzentration sowohl im flachen Bereich als auchim tiefen Bereich. Und die mit Laser an den nn-Folgeschichten durchgeführte Temperungerhöht dieVerunreinigungskonzentration im flachen Bereich ganz erheblich.Der Grund hierfürist, daß ebensowie im Fall der Aktivierung der oben beschriebenen pp-Folgeschichtendie Aktivierung durch den gepulsten Strahl mit einer großen Halbwertsbreitedurchgeführtwird, wodurch die Wärmefür einelange Zeit übertragenwird und die Rekristallisation der amorphen Schicht bei der Laserbestrahlunginduziert wird.
[0160] DieseAktivierung der nn-Folgeschichten durch die Laser-Temperung istinsbesondere effektiv fürein Bauelement wie eine FWD, bei der nur die n-Schicht aktiviertwerden muß,und fürdie Formierung von nn-Folgeschichten, bei denen die Beeinträchtigungdurch Partikel ein Problem bilden kann.
[0161] Wieanhand der dritten Durchführungsform erläutert wurde,könnendurch Anwendung der Erfindung sowohl beim Bilden von pp-Folgeschichtenals auch beim Bilden von nn-Folgeschichten sowohl der flache Bereichals auch der tiefere Bereich von der Substratoberfläche auseffektiv aktiviert werden.
[0162] Nachfolgendwird eine vierte Durchführungsformerläutert.
[0163] Für die vierteDurchführungsformwird der Fall erläutert,daß diefolgenden aufeinanderfolgenden Schichten aktiviert werden sollen.Eine argoninduzierte Schicht (Ar-Schicht), in die Argonionen (Ar⁺) als Verunreinigungsionen implantiert wurden,eine p-Schicht, und aufeinanderfolgende Schichten aus Ar-Schichtund n- Schicht. Diesist wie bei der dritten Durchführungsformauch effektiv, wenn zur Vermeidung des Effekts von Partikeln Verunreinigungsionen ineinen Bereich mit einer Tiefe, die die Tiefe der vorhandenen Partikel übertrifft,implantiert werden. Bei der vierten Durchführungsform werden jedoch nur diep-Schicht oder die n-Schicht,die im Wechsel zur Ar-Schicht vorliegt, aktiviert.
[0164] Zuerstwird der Fall beschrieben, daß ineinem flachen Bereich der aufeinanderfolgenden Ar- und p-Schichten,in die zuerst Argonionen und dann Borionen implantiert werden, diep-Schicht aktiviert werden soll.
[0165] 21 zeigt als Diagramm dieBeziehung der Verunreinigungskonzentrationsverteilung zu den Aktivierungsverfahrenan der p-Schicht in den aufeinanderfolgenden Schichten Ar-Schichtund p-Schicht.
[0166] In 21 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe in μmvon der Oberseitenflächedes FZ-N-Substrats aus und auf der vertikalen Achse die Verunreinigungskonzentrationin cm^–3 aufgetragen.In das FZ-N-Substrat wurden zuerst Argonionen mit einer Dosis von1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 240 keV implantiert, und wurden dann Borionen mit einer Dosisvon 1·10¹⁴ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 150 keV implantiert, um die aufeinanderfolgenden Schichten,nämlichdie Ar-Schicht und die p-Schicht, zu bilden. In den so gebildetenaufeinanderfolgenden Schichten der Ar-Schicht und der p-Schichtwird die Verunreinigungskonzentrationsverteilung mit dem SR-Verfahrenfür denFall gemessen, daß eineTemperung mit einer elektrischen Heizvorrichtung oder mit einerLaserbestrahlung durchgeführtwurde. Das Tempern mit der elektrischen Heizvorrichtung wird bei400° C für die Dauereiner Stunde durchgeführtund die Temperung mittels Laser wird für die Verwendung von zwei Laserstrahlungsvorrichtungenmit YAG2ω-Laserndurchgeführt,wobei die Bestrahlungsenergiedichte des gepulsten Laserstrahls jederLaserstrahlungsvorrichtung 2,0 J/cm², diegesamte Bestrahlungsenergiedichte 4,0 J/cm² unddie Halbwertsbreite 100 ns betragen. Die Verzögerungszeit wird auf 300 nsgesetzt und die Überlappungsrelationder Laserbestrahlung beträgt90 %.
[0167] In 21 ist die jeweilige Verunreinigungskonzentrationsverteilungfür diefolgenden Fälledargestellt: Temperung mit einer elektrischen Heizvorrichtung (gepunkteteLinie) und Temperung mit Hilfe eines Lasers (kurz-kurz-lang-gestrichelteLinie). Zum Vergleich ist zusätzlichdie Verunreinigungskonzentrationsverteilung (durchgehende Linie)für denFall eingezeichnet, daß dasTempern mit der elektrischen Heizvorrichtung nur mit der p-Schichtdurchgeführt wird,die gebildet ist durch das Implantieren von Verunreinigungsionenunter den genannten Bedingungen (Dosis von 1·10¹⁴ cm^–2 undBeschleunigungsenergie von 150 keV) ohne Bilden der Ar-Schicht.
[0168] Durchdas Durchführender Temperung mit der elektrischen Heizvorrichtung kann, wenn die Ar-Schichtgebildet ist, die Verunreinigungskonzentration im Vergleich zumFall ohne Ar-Schicht höher werden.Durch die Durchführungder Laser-Temperung könnenjedoch bei vorhandener Ar-Schicht die Verunreinigungskonzentrationensowohl im flachen Bereich als auch im tiefen Bereich von der Substratoberfläche ausnoch weiter erhöhtwerden. Durch die Lasertemperung können Verunreinigungsatome,die im flachen Bereich implantiert sind, zum tieferen Bereich aktiviertwerden. Außerdemist durch die Lasertemperung eine Aktivierung in einer kurzen Zeitin der Größenordnungvon Nanosekunden möglich.
[0169] Alsnächsteswird der Fall der Aktivierung der p-Schicht in einem tiefen Bereichder aufeinanderfolgenden Schichten von p-Schicht und Ar-Schichtbeschrieben, wobei in diese aufeinanderfolgenden Schichten zuerstBorionen und dann Argonionen implantiert werden.
[0170] 22 zeigt als Diagramm dieBeziehung der Verunreinigungskonzentrationsverteilung zu den Aktivierungsverfahrenfür diep-Schicht in den aufeinanderfolgenden Schichten von p-Schicht und Ar-Schicht.
[0171] In 22 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe in μmvon der Oberseitenflächedes FZ-N-Substrats aus und auf der vertikalen Achse die Verunreinigungskonzentrationin cm^–3 aufgetragen. Eserfolgt hier am FZ-N-Substrat zuerst eine Implantierung von Borionenmit einer Dosis von 1·10¹³ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 240 keV und dann eine Implantierung von Argonionen mit einer Dosisvon 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 50 keV zur Bildung der aufeinanderfolgenden Schichten von p-Schichtund Ar-Schicht. An diesen aufeinanderfolgenden Schichten von p-Schicht und.Ar-Schicht wird die Verunreinigungskonzentrationsverteilung mitdem SR-Verfahren gemessen, wenn eine Temperung mit einer elektrischenHeizvorrichtung oder eine Temperung mit Laserbestrahlung durchgeführt wird.Die Bedingungen der Temperung mit der elektrischen Heizvorrichtungund der Temperung mit der Laserbestrahlung sind die gleichen wie dieoben im Fall der Aktivierung der dort beschriebenen aufeinanderfolgendenSchichten aus Ar-Schicht und p-Schicht.
[0172] In 22 ist die jeweilige Verunreinigungskonzentrationsverteilungfür diefolgenden Fälledargestellt: Temperung mit der elektrischen Heizvorrichtung (gepunkteteLinie) und Temperung durch Laserbestrahlung (kurz-kurz-langgestrichelteLinie). Außerdemist zum Vergleichszweck in 22 auch nochdie Verunreinigungskonzentrationsverteilung (als durchgehende Linie)für denFall gezeigt, daß eineTemperung mit einer elektrischen Heizvorrichtung bei nur der p-Schichtdurchgeführtwird, indem Verunreinigungsionen unter den oben genannten Bedingungen(eine Dosis von 1·10¹³ cm^–2 und eine Beschleunigungsenergievon 240 keV) ohne Vorhandensein der Ar-Schicht gebildet wird.
[0173] Unabhängig davon,ob die Ar-Schicht gebildet wird oder nicht, erweist sich die Verunreinigungskonzentrationim flachen Bereich von der Substratoberfläche aus bei der Temperung mitder elektrischen Heizvorrichtung als niedrig, so daß dieserBereich nicht ausreichend aktiviert werden kann. Wird andererseits,wenn die Ar-Schicht hergestellt ist, die Temperung durch Laserbestrahlungdurchgeführt,so erhöhtsich die Verunreinigungskonzentration im flachen Bereich, und dieim tiefen Bereich ist ebenfalls hoch. Dies kommt daher, daß die Aktivierungdurch den gepulsten Strahl mit einer großen Halbwertsbreite durchgeführt wird,wodurch die Wärmeübertragungszeitlang wird und die Rekristallisation der amorphen Schicht bei derL aserbestrahlung induziert wird. Bei der Laserbestrahlung wirddie Ar-Schicht biszu einer Temperatur in der Größenordnungvon 1.400° Cerhitzt, was bewirkt, daß dasArgon als ein Edelgas verdampft und die p-Schicht zum Verbleibenan der Substratoberflächenseitegebracht wird. Durch die Laser-Temperung können die im tiefen Bereichimplantierten Verunreinigungsatome zum flachen Bereich hin und weiterbis zur Substratoberflächeaktiviert werden. Außerdemist durch die Laser-Temperung die Aktivierung in einer kurzen Zeitin der Größenordnungvon Nanosekunden möglich. Einesolche Aktivierung durch Laser-Temperung ist insbesondere effektivfür einBauelement wie ein NPT-IGBT oder ein in Rückwärtsrichtung sperrender IGBT,bei dem nur die p-Schicht aktiviert werden muß, und für die Bildung der p-Schicht,die durch Partikel beeinträchtigtsein kann.
[0174] Imfolgenden wird der Fall der Aktivierung der n-Schicht in einem flachenBereich der aufeinanderfolgenden Schichten von Ar-Schicht und n-Schichtbeschrieben, wobei in die aufeinanderfolgenden Schichten zuerstdie Argonionen und dann Phosphorionen implantiert werden.
[0175] 23 zeigt als Diagramm dieBeziehung der Verunreinigungskonzentrationsverteilung zu verschiedenenAktivierungsverfahren bei der n-Schicht in der Schichtenfolge vonAr-Schicht und n-Schicht.
[0176] In 23 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe in μmvon der Oberseitenflächedes FZ-N-Substrats aus und auf der vertikalen Achse die Verunreinigungskonzentrationin cm^–3 aufgetragen. Eswurden hier zuerst Argonionen mit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergie von240 keV in das FZ-N-Substrat implantiert und dann wurden mit einerDosis von 1·10¹⁴ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 150 keV Phosphorionen implantiert, um die Schichtenfolge der Ar-Schichtund der n-Schicht zu bilden. An dieser Schichtenfolge wurde eineTemperung einerseits mit einer elektrischen Heizvorrichtung undandererseits mit einer Laserbestrahlung durchgeführt und die Verunreinigungskonzentrationsverteilungwurde nach dem SR-Verfahren gemessen. Die Bedingungen der Temperungmit der elektrischen Heizvorrichtung bzw mit dem Laser waren diegleichen wie die im Fall der Aktivierung der oben beschriebenen Schichtenfolgeaus der Ar-Schicht und der p-Schicht.
[0177] In 23 ist die jeweilige Verunreinigungskonzentrationsverteilungfür diefolgenden Fälledargestellt: Temperung mit der elektrischen Heizvorrichtung (gepunkteteLinie) und zum Temperung mit Hilfe der Laserbestrahlung (lang-kurzgestrichelteLinie), und zum Vergleich ist in 23 außerdem (als durchgezogeneLinie) die Verunreinigungskonzentrationsverteilung im Fall dargestellt,daß dieTemperung mit der elektrischen Heizvorrichtung durchgeführt wurde,und zwar bei Vorhandensein von nur der n-Schicht, die gebildet wurdedurch Implantieren von Verunreinigungsionen unter den oben angegebenen Bedingungen(Dosis 1· 10¹⁴ cm^–2 und Beschleunigungsenergievon 150 keV), ohne Bildung der Ar-Schicht.
[0178] Wirdim Fall, daß dieAr-Schicht gebildet worden ist, die Temperung mit der elektrischenHeizvorrichtung durchgeführt,so kann man erreichen, daß dieVerunreinigungskonzentration im Vergleich zum Fall ohne Ar-Schichthöher ist.Jedoch kann durch Durchführungder Temperung mit der Laserbestrahlung bei vorhandener Ar-Schichtdie Verunreinigungskonzentration sowohl im flachen Bereich als auchim tiefen Bereich, von der Substratoberfläche aus, noch weiter erhöht werden.Durch die Laser-Temperung könnenalso Verunreinigungsatome, die im flachen Bereich implantiert sind,zum tieferen Bereich aktiviert werden. Außerdem ist durch die Lasertemperungeine Aktivierung in einer kurzen Zeit in der Größenordnung von Nanosekundenmöglich.
[0179] Imfolgenden wird der Fall beschrieben, daß die n-Schicht in einem tiefenBereich der Schichtenfolge aus der n-Schicht und der Ar-Schichtaktiviert wird, wobei zuerst in diese Schichtenfolge Phosphorionenund dann Argonionen implantiert wurden.
[0180] 24 zeigt als Diagramm dieBeziehung der Verunreinigungskonzentrationsverteilung zu verschiedenenAktivierungsverfahren bei der n-Schicht in der Schichtenfolge vonn-Schicht und Ar-Schicht.
[0181] In 24 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe in μmvon der Oberseitenflächedes FZ-N-Substrats aus und auf der vertikalen Achse die Verunreinigungskonzentrationin cm^–3 aufgetragen. Eswurden hier zuerst Phosphorionen mit einer Dosis von 1·10¹³ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergie von240 keV in das FZ-N-Substrat implantiert und dann wurden mit einerDosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 50 keV Argonionen implantiert, um die Schichtenfolge der n-Schichtund der Ar-Schicht zu bilden. An dieser Schichtenfolge wurde eineTemperung einerseits mit einer elektrischen Heizvorrichtung undandererseits mit einer Laserbestrahlung durchgeführt und die Verunreinigungskonzentrationsverteilungwurde nach dem SR-Verfahren gemessen. Die Bedingungen der Temperungmit der elektrischen Heizvorrichtung bzw mit dem Laser waren diegleichen wie die im Fall der Aktivierung der p-Schicht im flachenBereich der oben be schriebenen Schichtenfolge aus der Ar-Schicht undder p-Schicht.
[0182] In 24 ist die jeweilige Verunreinigungskonzentrationsverteilungfür diefolgenden Fälledargestellt: Temperung mit der elektrischen Heizvorrichtung (gepunkteteLinie) und Temperung mit Hilfe der Laserbestrahlung (lang-kurzgestrichelteLinie), und zum Vergleich ist in 23 außerdem (alsdurchgezogene Linie) die Verunreinigungskonzentrationsverteilungim Fall dargestellt, daß dieTemperung mit der elektrischen Heizvorrichtung durchgeführt wurde, undzwar bei Vorhandensein von nur der n-Schicht die gebildet wurdedurch Implantieren von Verunreinigungsionen unter den oben angegebenenBedingungen (Dosis 1· 10¹³ cm^–2 und Beschleunigungsenergievon 240 keV), ohne Bildung der Ar-Schicht.
[0183] Unabhängig davon,ob die Ar-Schicht gebildet wird oder nicht, erweist sich die Verunreinigungskonzentrationim flachen Bereich von der Substratoberfläche aus bei der Temperung mitder elektrischen Heizvorrichtung als niedrig, so daß dieserBereich nicht ausreichend aktiviert werden kann. Wird andererseits,wenn die Ar-Schicht hergestellt ist, die Temperung durch Laserbestrahlungdurchgeführt,so erhöhtsich die Verunreinigungskonzentration im flachen Bereich, und dieim tiefen Bereich ist ebenfalls hoch. Dies kommt daher, daß die Aktivierungdurch den gepulsten Strahl mit einer großen Halbwertsbreite durchgeführt wird,wodurch die Wärmeübertragungszeitlang wird und die Rekristallisation der amorphen Schicht bei derLaserbestrahlung induziert wird. Bei der Laserbestrahlung verdampftdas Argon und die p-Schicht verbleibt an der Substratoberflächenseite.Durch die Laser-Temperungkönnendie im tiefen Bereich implantierten Verunreinigungsatome zum flachenBereich aktiviert werden. Außerdem istdurch die Laser-Temperung die Aktivierung in einer kurzen Zeit inder Größenordnungvon Nanosekunden möglich.Eine solche Aktivierung durch Laser-Temperung ist insbesondere effektivfür einBauelement wie ein FWD, bei dem nur die n-Schicht aktiviert werdenmuß, undfür dieBildung der n-Schicht, die durch Partikel beeinträchtigt seinkann.
[0184] Phosphorzeigt als Element, das schwerer ist als Bor, einen geringeren Segregationseffektals Bor. Bei gleicher Dosis und Beschleunigungsenergie wird alsobei Verwendung von Phosphor die Verunreinigungskonzentration aufder Oberflächenseiteniedriger und die Diffusionstiefe flacher als im Fall der Verwendung vonBor.
[0185] Wieerläutert,könnennach dem Implantieren zuerst von Argonionen und dann von Borionenoder Phosphorionen, oder nach dem Implantieren zuerst von Borionenoder Phosphorionen und dann von Argonionen, die p-Schicht und dien-Schicht aktiviert werden.Der Grund hierfürist, daß derBereich, in den Argonionen implantiert werden, eine amorphe Schichtwird, und die amorphe Ar-Schicht sich bei der Temperung so verhält, daß die Aktivierungder p-Schicht und der n-Schicht, in die die jeweiligen Verunreinigungsionenvor oder nach der Implantierung der Argonionen implantiert wordensind, beschleunigt wird. Dies ist auch insofern sehr effektiv, alsbei der Durchführungder Temperung mit den aufeinanderfolgend abgestrahlten gepulstenLaserstrahlen die p-Schicht und die n-Schicht in sehr kurzer Zeitin der Größenordnungvon Nanosekunden aktiviert werden können, wobei insbesondere mitder Aktivierung der Schicht auf der tiefen Seite die Verunreinigungskonzentrationim flachen Bereich an der Substratoberflächenseite hoch gemacht werdenkann.
[0186] Wieanhand der vierten Durchführungsform beschriebenwurde, könnenauch im Fall der Aktivierung der Schichtenfolge der Ar-Schicht undder p-Schicht und der Schichtenfolge der Ar-Schicht und der n-Schichtdurch Anwendung der Erfindung sowohl der flache Bereich als auchder tiefere Bereich von der Substratoberfläche her effektiv aktiviertwerden.
[0187] Alsnächsteswird eine fünfteDurchführungsformbeschrieben.
[0188] Beider Beschreibung der fünftenDurchführungsformwird der Fall behandelt, daß eineSchchtenfolge einer siliziuminduzierten Schicht (Si-Schicht), indie als Verunreinigungsionen Siliziumionen (Si⁺)implantiert wurden, und einer p-Schicht, und weiterhin folgenderSchichten aus Si-Schicht und n-Schicht aktiviert werden. Dies ist ebensowie bei der vierten Durchführungsformauch dann effektiv, wenn die Verunreinigungsionen in einem Bereichimplantiert sind, der tiefer ist als die vorhandenen Partikel, undes werden nur die p-Schicht oder die n-Schicht in der Schichtenfolgeaktiviert.
[0189] Alserstes wird der Fall der Aktivierung der p-Schicht, die eine flacheRegion der aufeinanderfolgenden Schichten von Si-Schicht und p-Schichtwird, beschrieben, wobei in die aufeinanderfolgenden Schichten zuerstdie Siliziumionen und dann Borionen implantiert werden.
[0190] 25 zeigt als Diagramm dieBeziehung der Verunreinigungskonzentrationsverteilung zu verschiedenenAktivierungsverfahren bei der p-Schicht in der Schichtenfolge vonSi-Schicht und p-Schicht.
[0191] In 25 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe in μmvon der Oberseitenflächedes FZ-N-Substrats aus und auf der vertikalen Achse die Verunreinigungskonzentrationin cm^–3 aufgetragen. Eswurden hier zuerst Siliziumionen mit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergie von240 keV in das FZ-N-Substrat implantiert und dann wurden mit einerDosis von 1·10¹⁴ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 150 keV Borionen implantiert, um die Schichtenfolge der Si-Schichtund der p-Schicht zu bilden. An dieser Schichtenfolge wurde eineTemperung einerseits mit einer elektrischen Heizvorrichtung undandererseits mit einer Laserbestrahlung durchgeführt und die Verunreinigungskonzentrationsverteilungwurde nach dem SR-Verfahren gemessen. Die Bedingungen der Temperungmit der elektrischen Heizvorrichtung bzw mit dem Laser waren diegleichen wie die im Fall der vierten Durchführungsform. Nämlich erfolgtdie Temperung mit der elektrischen Heizvorrichtung bei 400° C eine Stundelang und die Temperung mit der Laserbestrahlung unter Verwendungvon zwei Laserstrahlungsvorrichtungen mit YAG2ω-Lasern mit einer Bestrahlungsenergiedichtedes gepulsten Strahls jeder Laserstrahlungsvorrichtung in Höhe von 2,0J/cm², einer gesamten Bestrahlungsenergiedichtein Höhe von4,0 J/cm² und einer Halbwertsbreite von100 ns. Die Verzögerungszeitbeträgt300 ns und die Überlappungsrelationder Laserbestrahlung beträgt90 %.
[0192] In 25 ist die jeweilige Verunreinigungskonzentrationsverteilungfür diefolgenden Fälledargestellt: Temperung mit der elektrischen Heizvorrichtung (gepunkteteLinie) und Temperung mit Hilfe der Laserbestrahlung (lang-kurzgestrichelteLinie), und zum Vergleich ist in 25 außerdem (alsdurchgezogene Linie) die Verunreinigungskonzentrationsverteilungim Fall dargestellt, daß dieTemperung mit der elektrischen Heizvorrichtung durchgeführt wurde, undzwar bei Vorhandenseins von nur der n-Schicht, die gebildet wurdedurch Implantieren von Verunreinigungsionen unter den oben angegebenenBedingungen (Dosis 1· 10¹⁴ cm^–2 und Beschleunigungsenergievon 150 keV), ohne Bildung der Si-Schicht.
[0193] Wirdim Fall, daß dieSi-Schicht gebildet worden ist, die Temperung mit der elektrischenHeizvorrichtung durchgeführt,so kann man erreichen, daß dieVerunreinigungskonzentration im Vergleich zum Fall ohne Si-Schichthöher ist.Jedoch kann durch Durchführungder Temperung mit der Laserbestrahlung bei vorhandener Si-Schichtdie Verunreinigungskonzentration sowohl im flachen Bereich als auchim tiefen Bereich, von der Substratoberfläche aus, noch weiter erhöht werden.Durch die Laser-Temperung könnenalso Verunreinigungsatome, die im flachen Bereich implantiert sind,zum tieferen Bereich aktiviert werden. Außerdem ist durch die Lasertemperungeine Aktivierung in einer kurzen Zeit in der Größenordnung von Nanosekundenmöglich.
[0194] Imfolgenden wird der Fall beschrieben, daß die p-Schicht in einem tiefenBereich der Schichtfolge aus der p-Schicht und der Si-Schicht aktiviertwird, wobei zuerst in diese Schichtenfolge Borionen und dann Siliziumionenimplantiert werden.
[0195] 26 zeigt als Diagramm dieBeziehung der Verunreinigungskonzentrationsverteilung zu verschiedenenAktivierungsverfahren bei der p-Schicht in der Schichtenfolge vonp-Schicht und Si-Schicht.
[0196] In 26 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe in μmvon der Oberseitenflächedes FZ-N-Substrats aus und auf der vertikalen Achse die Verunreinigungskonzentrationin cm ³ aufgetragen. Es wurden hier zuerstBorionen mit einer Dosis von 1·10¹³ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 240 keV in das FZ-N-Substratimplantiert und dann wurden mit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 50 keV Siliziumionen implantiert, um die Schichtenfolge derp-Schicht und der Si-Schicht zu bilden. An dieser Schichtenfolgewurde eine Temperung einerseits mit einer elektrischen Heizvorrichtungund andererseits mit einer Laserbestrahlung durchgeführt unddie Verunreinigungskonzentrationsverteilung wurde nach dem SR-Verfahren gemessen.Die Bedingungen der Temperung mit der elektrischen Heizvorrichtungbzw mit dem Laser waren die gleichen wie die im Fall der Aktivierungder oben beschriebenen Schichtenfolge aus der Si- Schicht und der p-Schicht.
[0197] In 26 ist die jeweilige Verunreinigungskonzentrationsverteilungfür diefolgenden Fälledargestellt: Temperung mit der elektrischen Heizvorrichtung (gepunkteteLinie) und Temperung mit Hilfe der Laserbestrahlung (lang-kurzgestrichelteLinie), und zum Vergleich ist in 26 außerdem (alsdurchgezogene Linie) die Verunreinigungskonzentrationsverteilungim Fall dargestellt, daß dieTemperung mit der elektrischen Heizvorrichtung durchgeführt wurde, undzwar bei Vorhandenseins von nur der p-Schicht, die gebildet wurdedurch Implantieren von Verunreinigungsionen unter den oben angegebenenBedingungen (Dosis 1· 10¹³ cm^–2 und Beschleunigungsenergievon 240 keV), ohne Bildung der Si-Schicht.
[0198] Unabhängig davon,ob die Si-Schicht gebildet wird oder nicht, erweist sich die Verunreinigungskonzentrationim flachen Bereich von der Substratoberfläche aus bei der Temperung mitder elektrischen Heizvorrichtung als niedrig, so daß dieserBereich nicht ausreichend aktiviert werden kann. Wird andererseitsbei vorhandener Si-Schicht die Temperung durch Laserbestrahlungdurchgeführt,so erhöhtsich die Verunreinigungskonzentration im flachen Bereich und dieim tiefen Bereich ist ebenfalls hoch. Dies kommt daher, daß die Aktivierungdurch den gepulsten Strahl mit einer großen Halbwertsbreite durchgeführt wird,wodurch die Wärmeübertragungszeitlang wird und die Rekristallisation der amorphen Schicht bei derLaserbestrahlung induziert wird. Durch die Laser-Temperung können dieim tiefen Bereich implantierten Verunreinigungsatome zum flachenBereich aktiviert werden. Außerdemist die Aktivierung in einer kurzen Zeit in der Größenordnungvon Nanosekunden möglich.Eine solche Aktivierung durch Laser-Temperung ist insbesondere effektivfür einBauelement wie ein NPT-IGBT oder ein NPT-IGBT oder einen in Rückwärtsrichtung sperrender IGBT,bei dem nur die p-Schicht aktiviert werden muß, und für die Bildung der p-Schicht,die durch Partikel beeinträchtigtsein kann.
[0199] Imfolgenden wird der Fall beschrieben, daß die n-Schicht in einem flachenBereich der Schichtfolge aus der Si-Schicht und der n-Schicht aktiviertwird, wobei zuerst in diese Schichtenfolge Siliziumionen und dannPhosphorionen implantiert werden.
[0200] 27 zeigt als Diagramm dieBeziehung der Verunreinigungskonzentrationsverteilung zu verschiedenenAktivierungsverfahren an der n-Schicht in der Schichtenfolge vonSi-Schicht und n-Schicht.
[0201] In 27 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe in um von der Oberseitenfläche des FZ-N-Substrats ausund auf der vertikalen Achse die Verunreinigungskonzentration incm^–3 aufgetragen. Eswurden hier zuerst Siliziumionen mit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergie von240 keV in das FZ-N-Substrat implantiert und dann wurden mit einerDosis von 1·10¹⁴ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 150 keV Phosphorionen implantiert, um die Schichtenfolge der Si-Schichtund der n-Schicht zu bilden. An dieser Schichtenfolge wurde eineTemperung einerseits mit einer elektrischen Heizvorrichtung undandererseits mit einer Laserbestrahlung durchgeführt und die Verunreinigungskonzentrationsverteilungwurde nach dem SR-Verfahren gemessen. Die Bedingungen der Temperungmit der elektrischen Heizvorrichtung bzw mit dem Laser waren diegleichen wie die im Fall der Aktivierung der oben beschriebenen Schichtenfolgeaus der Si-Schicht und der p-Schicht.
[0202] In 27 ist die jeweilige Verunreinigungskonzentrationsverteilungfür diefolgenden Fälledargestellt: Temperung mit der elektrischen Heizvorrichtung (gepunkteteLinie) und Temperung mit Hilfe der Laserbestrahlung (lang-kurzgestrichelteLinie), und zum Vergleich ist in 27 außerdem (alsdurchgezogene Linie) die Verunreinigungskonzentrationsverteilungim Fall dargestellt, daß dieTemperung mit der elektrischen Heizvorrichtung durchgeführt wurde, undzwar bei Vorhandenseins von nur der n-Schicht, die gebildet wurdedurch Implantieren von Verunreinigungsionen unter den oben angegebenenBedingungen (Dosis 1· 10¹⁴ cm^–2 und Beschleunigungsenergievon 150 keV), ohne Bildung der Si-Schicht.
[0203] Wirdim Fall, daß dieSi-Schicht gebildet worden ist, die Temperung mit der elektrischenHeizvorrichtung durchgeführt,so kann man erreichen, daß dieVerunreinigungskonzentration im Vergleich zum Fall ohne Si-Schichthöher ist.Jedoch kann durch Durchführungder Temperung mit der Laserbestrahlung bei vorhandener Si-Schichtdie Verunreinigungskonzentration speziell im flachen Bereich, von derSubstratoberflächeaus, noch weiter erhöhtwerden. Durch die Laser-Temperung können also Verunreinigungsatome,die im flachen Bereich implantiert sind, zum tieferen Bereich aktiviertwerden. Außerdemist eine Aktivierung in einer kurzen Zeit in der Größenordnungvon Nanosekunden möglich.
[0204] Imfolgenden wird der Fall beschrieben, daß die n-Schicht in einem tiefenBereich der Schichtfolge aus der n-Schicht und der Si-Schicht aktiviertwird, wobei zuerst in diese Schichtenfolge Phosphorionen und dannSiliziumionen implantiert werden.
[0205] 28 zeigt als Diagramm dieBeziehung der Verunreinigungskonzentrationsverteilung zu verschiedenenAktivierungsverfahren an der n-Schicht in der Schichtenfolge vonn-Schicht und Si-Schicht.
[0206] In 28 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe in μmvon der Oberseitenflächedes FZ-N-Substrats aus und auf der vertikalen Achse die Verunreinigungskonzentrationin cm^–3 aufgetragen. Eswurden hier zuerst Phosphorionen mit einer Dosis von 1·10¹³ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergie von240 keV in das FZ-N-Substrat implantiert und dann wurden mit einerDosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 50 keV Siliziumionen implantiert, um die Schichtenfolge dern-Schicht und der Si-Schicht zu bilden. An dieser Schichtenfolgewurde eine Temperung einerseits mit einer elektrischen Heizvorrichtungund andererseits mit einer Laserbestrahlung durchgeführt unddie Verunreinigungskonzentrationsverteilung wurde nach dem SR-Verfahrengemessen. Die Bedingungen der Temperung mit der elektrischen Heizvorrichtungbzw mit dem Laser waren die gleichen wie die im Fall der Aktivierungder oben beschriebenen Schichtenfolge aus der Si-Schicht und derp-Schicht.
[0207] In 28 ist die jeweilige Verunreinigungskonzentrationsverteilungfür diefolgenden Fälledargestellt: Temperung mit der elektrischen Heizvorrichtung (gepunkteteLinie) und Temperung mit Hilfe der Laserbestrahlung (lang-kurzgestrichelteLinie), und zum Vergleich ist in 28 außerdem (alsdurchgezogene Linie) die Verunreinigungskonzentrationsverteilungim Fall dargestellt, daß dieTemperung mit der elektrischen Heizvorrichtung durchgeführt wurde, undzwar bei Vorhandenseins von nur der n-Schicht, die gebildet wurdedurch Implantieren von Verunreinigungsionen unter den oben angegebenenBedingungen (Dosis 1· 10^{1 3} cm^–2 undBeschleunigungsenergie von 240 keV), ohne Bildung der Si-Schicht.
[0208] Unabhängig davon,ob die Si-Schicht gebildet wird oder nicht, erweist sich die Verunreinigungskonzentrationim flachen Bereich von der Substratoberfläche aus bei der Temperung mitder elektrischen Heizvorrichtung als niedrig, so daß dieserBereich nicht ausreichend aktiviert werden kann. Wird andererseitsbei Vorhandener Si-Schicht die Temperung durch Laserbestrahlungdurchgeführt,so erhöhtsich die Verunreinigungskonzentration im flachen Bereich und dieim tiefen Bereich ist ebenfalls hoch. Dies kommt daher, daß die Aktivierungdurch den gepulsten Strahl mit einer großen Halbwertsbreite durchgeführt wird,wodurch die Wärmeübertragungszeitlang wird und die Rekristallisation der amorphen Schicht bei derLaserbestrahlung induziert wird. Durch die Laser-Temperung können dieim tiefen Bereich implantierten Verunreinigungsatome zum flachenBereich aktiviert werden. Außerdemist die Aktivierung in einer kurzen Zeit in der Größenordnungvon Nanosekunden möglich.Eine solche Aktivierung durch Laser-Temperung ist insbesondere effektivfür einBauelement wie eine FWD, bei der nur die n-Schicht aktiviert werdenmuß, undfür dieBildung der n-Schicht, die durch Partikel beeinträchtigt seinkann.
[0209] Wieoben erläutert,könnennach Implantierung zuerst von Siliziumionen und dann von Borionen oderPhosphorionen oder nach Implantierung zuerst von Borionen oder Phosphorionenund dann von Siliziumionen die p-Schicht und die n-Schicht aktiviert werden.Die Grund hierfürist der gleiche wie der für dieAktivierung bei Verwendung der Ar-Schicht, wie oben im Zusammenhangmit der vierten Durchführungsformerläutertwurde. Die Aktivierung ist somit sehr effektiv, da der flache Bereichzusammen mit dem tiefen Bereich in einer sehr kurzen Zeit in der Größenordnungvon Nanosekunden aktiviert werden kann.
[0210] DerEffekt der Implantierung von Siliziumionen ist bereits dokumentiertworden (Nakada u. a., J. Appl. Phys., 81(6), 15. März 1997).Die erfindungsgemäße Lasertemperungermöglichtes jedoch, ohne Durchführungeiner mehrstufigen Implantation und einer zeitlich ausgedehntenTemperung, wie es der Publikation entspricht, einen flachen Bereichund einen tieferen Bereich an der Substratoberseitenfläche in kurzerZeit in der Größenordnungvon Nanosekunden zu aktivieren.
[0211] Wieanhand der fünftenDurchführungsform erläutert wurde,könnendurch Anwendung der Erfindung auch im Fall der Aktivierung der Schichtenfolge ausder Si-Schicht und der p-Schicht und der Schichtenfolge aus derSi-Schicht und der n-Schichtsowohl der flache Bereich als auch der tiefere Bereich von der Substratoberfläche auseffektiv aktiviert werden.
[0212] DieBedingungen der Lasertemperung, wie sie anhand der zweiten bis fünften Durchführungsformenerläutertwurden, könneninnerhalb des Bereichs modifiziert werden, der für die erste Durchführungsformbeschrieben wurde. Mit den innerhalb des Wertebereichs liegendenBedingungen könnendie selben Ergebnisse erzielt werden wie die anhand der zweitenbis fünftenDurchführungsformbeschriebenen.
[0213] Ingleicher Weise wie es anhand der ersten Durchführungsform beschrieben wurde,kann auch bei der zweiten bis fünftenDurchführungsformim Rahmen der Technologie der Herstellung einer dünnen Scheibedurch das Verfahren der Befestigung der Scheibe auf einem Trägersubstratdurch ein Klebeblatt, die Aktivierung der p-Schicht und der n-Schichtin sehr kurzer Zeit in der Größenordnung vonNanosekunden realisiert werden. Außerdem kann bei der Herstellungeines Halbleiterelements wie eines IGBTs im FZ-Substrat eine tiefedotierte Schicht gebildet werden, ohne ein epitaxiales Substratzu verwenden. Weiterhin könnenbei der Herstellung von FS-IGBTs die p-Schicht und die n-Schicht ander Unterseite aktiviert werden, ohne einen thermischen Effekt aufdie Oberseite auszuüben,an der Elementenstrukturen wie Transistoren bereits gebildet seinkönnen.
[0214] Auchwenn kein Klebeblatt verwendet wird, kann das Tempern durch Laserbestrahlungzusammen mit dem Tempern durch eine elektrische Heizvorrichtungdurchgeführtwerden. In diesem Fall kann die Temperung durch die elektrischeHeizvorrichtung unabhängigdavon veranstaltet werden, ob sie vor oder nach der Laser-Temperungdurchgeführtwird.
[0215] Alsnächsteswerden anhand einer sechsten und einer siebten DurchführungsformErläuterungen zurVerzögerungszeitund zur Überlappungsrelation dergepulsten Strahlen bei der Aktivierung dotierter Schichtbereichedurch Lasertemperung gegeben.
[0216] Zunächst wirddie sechste Durchführungsformbeschrieben. Es wird hier anhand eines beispielhaften Falls einein's einzelne gehendeErläuterungder Abläufein Abhängigkeitvon der Verzögerungszeitdes gepulsten Strahls gegeben. Hierbei werden drei aufeinanderfolgendeSchichten aktiviert, wobei wie bei der oben erläuterten zweiten Durchführngsformals Oberflächen-Kontaktschichteine p-Schicht auf einer pn-Schichtenfolge durch Implantieren vonPhosphorionen, Borionen und Borfluoridionen im FZ-N-Substrat desFS-IGBTs gebildet wurde.
[0217] 29 zeigt als Diagramm dieBeziehung der Verunreinigungskonzentrationsverteilung zur Verzögerungszeitder gepulsten Strahlen bei der Aktivierung der drei aufeinanderfolgendenSchichten.
[0218] In 29 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe in μmvon der Oberseitenflächedes FZ-N-Substrats aus und auf der vertikalen Achse die Verunreinigungskonzentrationin cm^–3 aufgetragen. ImFZ-N-Substrat wurden Phosphorionen für die n-Schicht mit einer Dosisvon 1·10¹³ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 240 keV ferner Borionen fürdie p-Schicht mit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 undeiner Beschleunigungsenergie von 50 keV und Borfluoridionen für die Oberflächenkontaktschichtmit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 80 keV implantiert. An dem FZ-N-Substrat, in dem die aufeinanderfolgendendrei Schichten gebildet wurden, wurde die Verunreinigungskonzentrationsverteilungmit dem SR-Verfahren gemessen, nachdem eine Temperung durch Laserbestrahlungmit unterschiedlichen Verzögerungszeitendes gepulsten Strahls durchgeführtwurde. Zum Vergleich wurde auch eine Temperung mit einem elektrischenHeizgerätdurchgeführtund auch hierfürdie Verunreinigungskonzentrationsverteilung gemessen.
[0219] Eswurde hierbei die Laser-Temperung bei Verwendung von zwei Laserstrahlungsvorrichtungen mitYAG2ω-Laserndurchgeführt,wobei die Bestrahlungsenergiedichte des gepulsten Strahls jederLaserstrahlungsvorrichtung 2,0 J/cm² betrug,die gesamte Bestrahlungsenergiedichte also 4,0 J/cm² betrugund die Halbwertsbreite auf 100 ns gesetzt wurde. 29 zeigt die jeweiligen Verunreinigungskonzentrationsverteilungennach der Bestrahlung unter Verwendung dieser YAG2ω-Laserstrahlungsvorrichtungenmit Verzögerungszeitendes gepulsten Strahls von keiner Verzögerung (0 ns), einer Verzögerung gleichder Halbwertsbreite (100 ns), einer Verzögerung gleich der zweifachenHalbwertsbreite (200 ns), der dreifachen Halbwertsbreite (300 ns), derfünffachenHalbwertsbreite (500 ns) und der achtfachen Halbwertsbreite (800ns).
[0220] Wennbeispielsweise im Fall, daß dervon jeder der beiden Laserstrahlungsvorrichtungen abgestrahlte gepulsteYAG2ω-Laser-Strahleine Bestrahlungsenergiedichte von 2,0 J/cm²,eine Halbwertsbreite von 100 ns und eine Verzögerungszeit von 300 ns hat,wie es in 30 veranschaulichtist, sind ein vorauslaufender Strahlungsimpuls 10c undein nachfolgender Strahlungsimpuls 10d, die von den jeweiligenLaserstrahlungsvorrichtungen abgestrahlt werden, voneinander um300 ns beabstandet, wobei die gesamte Bestrahlungsenergiedichte4,0 J/cm² wird.
[0221] Beiden in 29 dargestelltenErgebnissen der Verunreinigungskonzentrationsmessungen wird die Überlappungsrelationder gepulsten Strahlen der jeweiligen Laserstrahlungsvorrichtungenkonstant mit 90 % angenommen. Die durch die Temperung mit einerelektrischen Heizgvorrichtung erzielte Verunreinigungskonzentrationsverteilung,die dargestellt wurde, wurde erhalten durch eine Temperung bei 400° C eine Stundelang.
[0222] Aus 29 ergibt sich, daß die n-Schichtin dem von der Oberflächeher tiefen Bereich stärker aktiviertwird, wenn die Verzögerungszeiten,in dieser Reihenfolge, 0 ns, 100 ns, 200 ns, 800 ns, 500 ns und 300ns betragen. Die Verunreinigungskonzentration ist besonders hoch,wenn die Verzögerungszeiten mit500 ns und 300 ns festgesetzt werden. Dies zeigt, daß die Wärme, wenndie Verzögerungszeitendie oben genannten Werte haben, mit sehr guter Effizienz zum tiefenBereich übertragenwerden kann. Die in der Oberflächenkontaktschichterzeugte und darin absorbierte Wärmewird zur darunter befindlichen p-Schicht und weiter zur darunterbefindlichen n-Schicht übertragenund in dieser absorbiert.
[0223] ImVergleich hierzu ist die Erhöhungder Verunreinigungskonzentration in der n-Schicht im tiefen Bereichnicht so deutlich, wenn die Verzögerungszeiten0 ns und 100 ns betragen. Dies kommt daher, daß die Verzögerungszeiten zwischen dengepulsten Strahlen in diesen Fällenim Vergleich zu den Verzögerungszeiten von500 ns und 300 ns in den oben genannten Fällen kürzer sind. Diese kürzeren Verzögerungszeitenerschweren das Erzielen des Effekts der Rekristallisierung der amorphenSchicht durch Laserbestrahlung. Auch wirkt sich die Ableitung soaus, daß dieWärme nurschwer zum tiefen Bereich übertragenwerden kann. Und eine bis auf 800 ns verlängerte Verzögerungszeit macht es unmöglich, die Substrattemperaturaufrechtzuerhalten, die zur Aktivierung erforderlich ist, so daß die Erhöhung derVerunreinigungskonzentration im tiefen Bereich unterbleibt.
[0224] Somitist fürdie Lasertemperung der drei aufeinanderfolgenden im FS-IGBT gebildeten Schichten festzustellen,daß derEffekt der Erhöhungder Verunreinigungskonzentration erheblich wird, wenn die Verzögerungszeitdes abgestrahlten gepulsten Strahls innerhalb eines Bereichs von300 ns bis 500 ns liegt.
[0225] Imfolgenden wird zur Verzögerungszeitdes gepulsten Strahls eine genauere Erklärung anhand eines beispielhaftenFalles gegeben. In diesem Fall wird eine einzelne p-Schicht, diean der Unterseite eines NPT-IGBTs oder eines in Rückwärtsrichtung sperrendenIGBTs gebildet ist, aktiviert.
[0226] 31 zeigt als Diagramm dieBeziehung der Borkonzentrationsverteilung zur Verzögerungszeitder gepulsten Strahlen bei der Aktivierung der einzelnen p-Schicht.
[0227] In 31 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe in μmvon der Oberseitenflächedes FZ-N-Substrats aus und auf der vertikalen Achse die Borkonzentrationin cm^–3 aufgetragen.Im FZ-N-Substrat wurden die Borionen mit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 50 keV implantiert. Nachdem am FZ-N-Substrat, in dem diese einzelnep-Schicht gebildet wurde, eine Temperung durch Laserbestrahlungmit unterschiedlichen Verzögerungszeitendes gepulsten Strahls durchgeführtwurde, wurde mit dem SR-Verfahren die jeweilige Verunreinigungskonzentrationsverteilunggemessen.
[0228] DieLaser-Temperung wurde durchgeführt unterVerwendung von zwei Laserstrahlungsvorrichtungen mit YAG2ω-Lasern,wobei die Bestrahlungsenergiedichte des gepulsten Strahls jederLaserstrahlungsvorrichtung 1,0 J/cm² undsomit die gesamte Bestrahlungsenergiedichte 2,0 J/cm² betrugund die Halbwertsbreite 100 ns betrug. 31 zeigt die jeweiligen Verunreinigungskonzentrationsver teilungen,wenn die Laserbestrahlung unter Verwendung von YAG2ω-Laserbestrahlungsvorrichtungenmit den folgenden Verzögerungszeitender gepulsten Strahlen durchgeführtwurde: keine Verzögerung(0 ns), Verzögerungengleich der Halbwertsbreite (100 ns), der zweifachen Halbwertsbreite(200 ns), der dreifachen Halbwertsbreite (300 ns), der fünffachenHalbwertsbreite (500 ns) und der achtfachen Halbwertsbreite (800ns). Die Überlappungsrelationder gepulsten Strahlen der jeweiligen Laserstrahlungsvorrichtungenwurde konstant auf 90 % festgesetzt.
[0229] Aus 31 ergibt sich ebenso wieaus 29, daß die n-Schichtim von der Oberflächeaus tiefen Bereich stärkeraktiviert wird, wenn die Verzögerungszeitenin dieser Reihenfolge 0 ns, 100 ns, 200 ns, 800 ns, 500 ns und 300ns betragen. Speziell wird die Verunreinigungskonzentration hoch,wenn die Verzögerungszeiten500 ns und 300 ns betragen. In dieser einzelnen p-Schicht wird dieAktivierungsrelation üblicherweise70 % oder mehr, unabhängigvon der Verzögerungszeit.Beträgtdie Verzögerungszeit 500ns, so wird die Aktivierungsrelation 91 %, und mit einer Verzögerungszeitvon 300 ns wird die Aktivierungsrelation 92 %. Mit diesen beidenVerzögerungszeitenkann man hohe Aktivierungsrelationen, von 90 % und mehr, erzielen.Mit Verzögerungszeitenvon 0 ns und 100 ns bewirkt die kurze Verzögerungszeit zwischen den gepulstenStrahlen, daß diedurch den Laser bestrahlte p-Schicht im amorphen Zustand verbleibt.Wird jedoch die Laserbestrahlung mit adäquaten Verzögerungszeiten durchgeführt, dieals 300 ns und 500 ns gegeben sind, so wird die Rekristallisationder amorphen Schicht beschleunigt und die Bildung der p-Schichtmit wenigen Defekten möglich. Ebensowie im in 29 gezeigtenFall wird es jedoch bei einer Erhöhung der Verzögerungszeitauf 800 ns unmöglich,die fürdie Aktivierung erforderliche Substrattemperatur aufrechtzuerhalten,wodurch die Erhöhungder Verunreinigungskonzentration im tiefen Bereich unterbleibt.
[0230] Esist also festzustellen, daß imFall der Laser-Temperung der einzelnen p-Schicht, die im NPT-IGBToder im in Rückwärtsrichtungsperrenden IGBT gebildet ist, bei einer Verzögerungszeit des abgestrahltengepulsten Strahls im Bereich von 300 ns bis 500 ns ein erheblicherEffekt der Erhöhungder Verunreinigungskonzen tration auftritt.
[0231] Diesechste Durchführungsformwurde unter Bezugnahme auf den Fall, daß YAG2ω-Laser verwendet werden, beschrieben;jedoch ergibt sich auch im Fall der Verwendung von XeCl-Lasern mitgepulsten Strahlen einer Halbwertsbreite von 50 ns für den einzelnenImpuls in gleicher Weise der Effekt der Erhöhung der Verunreinigungskonzentrationin dem dotierten Schichtbereich besonders erheblich, wenn die Verzögerungszeitdes abgestrahlten gepulsten Strahls im Wertebereich von 150 ns bis250 ns liegt.
[0232] Esist deshalb bei der Aktivierung durch Laser-Temperung unter Verwendungvon XeCl-Lasern oder von YAG2ω-Lasernzu bevorzugen, daß der Wertebereichder Verzögerungszeitdas Dreifache bis Fünffacheder Halbwertsbreite des gepulsten Strahls beträgt. Dies kann die Anforderungenwie die nach einer ausreichenden Wärmeübertragung von der Substratoberfläche zumtiefen Bereich, nach einer Kristallisation im dotierten Schichtbereichund nach einer Aufrechterhaltung der Substrattemperatur erfüllen.
[0233] Imfolgenden wird eine siebte Durchführungsform beschrieben.
[0234] Hierbeiwird anhand eines ersten Beispiels eine in's einzelne gehende Erläuterunghinsichtlich der Überlappungsrelationdes gepulsten Strahls gegeben. Beim Beispielsfall werden drei aufeinanderfolgendeSchichten aktiviert, nämlichist wie bei der sechsten Durchführungsformeine p-Schicht als Oberflächenkontaktschichtauf pn-Folgeschichten durch Implantieren von Phosphorionen, Borionen undBorfluoridionen in das FZ-N-Substrat des FS-IGBTs gebildet worden.
[0235] 32 zeigt als Diagramm dieBeziehung der Verunreinigungskonzentrationsverteilung zur Überlappungsrelationder gepulsten Strahlen bei der Aktivierung der drei aufeinanderfolgendenSchichten.
[0236] In 32 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe in μmvon der Oberseitenflächedes FZ-N-Substrats aus und auf der vertikalen Achse die Verunreinigungskonzentrationin cm^–3 aufgetragen.In das FZ-N-Substrat sind Phosphorionen für die n-Schicht mit einer Dosisvon 1·10¹³ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 240 keV Borionen für diep-Schicht mit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 undeiner Beschleunigungsenergie von 50 keV und Borfluoridionen für die Ober flächenkontaktschichtmit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^–2 und einer Beschleunigungsenergievon 80 keV implantiert worden. Es wurde eine Lasertemperung durchgeführt, wobeidie Überlappungsrelationder gepulsten Strahlen verändertwurde, und mit Hilfe des SR-Verfahrens wurden die Verunreinigungskonzentrationsverteilungengemessen.
[0237] DieLasertemperung wurde durchgeführtunter Verwendung von zwei Laserstrahlungsvorrichtungen mit YAG2ω-Lasern,mit einer Bestrahlungsenergiedichte des gepulsten Strahls jederLaserstrahlvorrichtung von 2,0 J/cm² undsomit einer gesamten Bestrahlungsenergiedichte von 4,0 J/cm² und mit einer Halbwertsbreite von 100 ns.Die 32 zeigt die jeweiligeVerunreinigungskonzentrationsverteilung, wenn die Laserbestrahlungunter Verwendung dieser YAG2ω-Laserbestrahlungsvorrichtungenmit Überlappungsrelationender gepulsten Strahlen von 50 %, 75 %, 90 %, 95 % und 98 % durchgeführt wurde.Bei den Messungen der Verunreinigungskonzentrationsverteilung, derenErgebnisse in 32 dargestellt sind,wurde die Verzögerungszeitzwischen den gepulsten Strahlen der jeweiligen Laserstrahlungsvorrichtungenkonstant auf 300 ns festgesetzt.
[0238] Aus 32 ergibt sich, daß die Aktivierung destiefen Bereichs bei einer Überlappungsrelation von50 % beginnt. Wird die Überlappungsrelationerhöht,so steigt die Verunreinigungskonzentration in der n-Schicht im tiefenBereich. Dies kommt daher, daß dieZahl der Bestrahlungen des selben Bereichs sich mit einer Erhöhung der Überlappungsrelationerhöht,wodurch die Wärmeleicht auch in den tiefen Bereich übertragen wird. Es ist festzustellen,daß die Wärme beieiner Überlappungsrelationvon 50 % noch nicht effektiv in den tiefen Bereich übertragen wird,jedoch bei einer Überlappungsrelationvon 75 % oder höhereffektiv in den tiefen Bereich übertragen werdenkann.
[0239] Eswird also bei der Lasertemperung der aufeinanderfolgenden drei imFS-IGBT gebildeten Schichtender Effekt der Erhöhungder Verunreinigungskonzentration dann erheblich, wenn die Überlappungsrelationder abgestrahlten gepulsten Strahlen im Wertebereich zwischen 75% und 98 % liegt. Bei einer Überlappungsrelationvon 98 % zeigt die Verunreinigungskonzentration wenig Änderunggegenüberder bei der Überlappungsrelationvon 95 %, was charakteristischerweise ein gesättigter Zustand wird. Je höher die Überlappungsrelationgemacht wird, umso längerwird die Zeit zum Bearbeiten einer Scheibe. Es kann deshalb behauptetwerden, daß es wenigVorteil bringt, die Überlappungsrelationbis auf 98 % zu erhöhen.
[0240] Imfolgenden wird die Überlappungsrelation anhandeines zweiten Beispiels im einzelnen untersucht. In diesem zweitenBeispielsfall wird wie bei der sechsten Durchführungsform eine einzelne p-Schicht aktiviert,die an der Unterseite eines NPT-IGBTs oder eines in Rückwärtsrichtungsperrenden IGBTs ausgebildet ist.
[0241] 33 zeigt als Diagramm dieBeziehung der Borkonzentrationsverteilung zur Überlappungsrelation der gepulstenStrahlen bei der Aktivierung der einzelnen p-Schicht.
[0242] In 33 sind auf der horizontalenAchse die Tiefe in μmvon der Oberseitenflächedes FZ-N-Substrats und auf der vertikalen Achse die Verunreinigungskonzentrationin cm^–3 aufgetragen.Im FZ-N-Substrat sind Borionen mit einer Dosis von 1·10¹⁵ cm^{– 2} undeiner Beschleunigungsenergie von 50 keV implantiert worden. Es wurdeeine Lasertemperung mit unterschiedlichen Überlappungsrelationen der gepulstenStrahlen durchgeführt.Durch das SR-Verfahren wurde die Verunreinigungskonzentrationsverteilungim FZ-N-Substrat mit der einzelnen p-Schicht gemessen.
[0243] DieLasertemperung wurde durchgeführtunter Verwendung von zwei Laserstrahlungsvorrichtungen mit YAG2ω-Lasern,mit einer Bestrahlungsenergiedichte des gepulsten Strahls jederLaserstrahlvorrichtung von 1,0 J/cm² undsomit einer gesamten Bestrahlungsenergiedichte von 2,0 J/cm² und mit einer Halbwertsbreite von 100 ns.Die 33 zeigt die jeweiligeVerunreinigungskonzentrationsverteilung, wenn die Laserbestrahlungunter Verwendung dieser YAG2ω-Laserbestrahlungsvorrichtungenmit Überlappungsrelationender gepulsten Strahlen von 50 %, 75 %, 90 %, 95 % und 98 % durchgeführt wurde.Die Verzögerungszeitzwischen den gepulsten Strahlen der jeweiligen Laserstrahlungsvorrichtungenkonstant auf 300 ns festgesetzt.
[0244] Aus 33 ergibt sich, daß die Borkonzentrationhoch ist, aber daß wenig Veränderungin der Borkonzentrationsverteilung beobachtet wird, wenn die Überlappungsrelation75 % oder mehr beträgt. Dieskommt daher, daß derdotierte Schichtbereich als Objekt der Aktivierung eine einzelneSchicht ist. Die Aktivierungsrelation wird zu 80 %, selbst bei einer Überlappungsrelationvon 50 %. Bei einer Überlappungsrelationvon 75 % oder höherwird die Aktivierungsrelation 90 % oder höher. Wird die Überlappungsrelationerhöht,so wird die Rekristallisation der amorphen Schicht beschleunigt,wodurch es möglich wird,eine p-Schicht mit wenig Defekten zu bilden.
[0245] Beider Lasertemperung der einzelnen im NPT-IGBT oder im in Rückwärtsrichtungsperrenden IGBT gebildeten p-Schicht wird, wenn die Überlappungsrelationder abgestrahlten gepulsten Strahlen im Wertebereich zwischen 50% und 98 % liegt, der Effekt der Erhöhung der Borkonzentration erheblich.
[0246] Diesiebte Durchführungsformwurde unter Bezugnahme auf den Fall, daß YAG2ω-Laser verwendet werden, beschrieben;jedoch ergibt sich auch im Fall der Verwendung von XeCl-Lasern ingleicher Weise der Effekt der Erhöhung der Verunreinigungskonzentrationin dem dotierten Schichtbereich besonders erheblich, wenn die Überlappungsrelation derabgestrahlten gepulsten Strahlen im Wertebereich zwischen 50 % und98 % und speziell zwischen 75 % und 95 % liegt.
[0247] Ausden obigen Darlegungen ergibt sich, daß bei der Aktivierung durchLasertemperung unter Verwendung von XeCl-Lasern oder YAG2ω-Laserndie Überlappungsrelationder gepulsten Strahlen vorzugsweise im Wertebereich zwischen 50% und 98 % und noch bevorzugter zwischen 75 % und 95 % eingestelltwird.
[0248] Inden obigen Darlegungen wird unter "Überlappungsrelation" das Verhältnis verstanden,zu dem die gepulsten Strahlen in der Abtastrichtung der gepulstenStrahlen in der Laserbestrahlung zur Überlappung gebracht werden.Wird z. B. bei der üblichen Laserbestrahlungdie Abtastrichtung in der X-Richtung definiert, so werden die gepulstenStrahlen mit einer passenden Überlappungsrelationin der X-Richtung überlappt,währendsie in der Y-Richtung nur um ein sehr kleines Maß zur Überlappung gebracht werden(in der Größenordnungvon 0,5 mm). Wenn es für diefür dieLasertemperung benötigteZeit keine spezielle Begrenzung gibt, kann die Aktivierung mit hohen Überlappungsrelationensowohl in der X-Richtung als auch in der Y-Richtung durchgeführt werden.
[0249] Ingleicher Weise wie es oben fürdie erste bis fünfteDurchführungsformerläutertwurde, kann auch bei der sechsten und siebten Durchführungsformmit der Technologie der Bildung einer dünnen Scheibe durch das Verfahrender Befestigung der Scheibe auf einem Trägersubstrat durch ein Klebeblattdie Aktivierung der p-Schicht und der n-Schicht in einer sehr kurzenZeit in der Größenordnungvon Nanosekunden realisiert werden. Auch im Fall, daß kein Klebeblattverwendet wird, kann natürlichdie Lasertemperung zusammen mit der Temperung durch eine elektrischeHeizvorrichtung durchgeführtwerden.
[0250] Außerdem können dieim Zusammenhang mit der sechsten und der siebten Durchführungsform erläutertenLasertemperungsbedingungen (Verzögerungszeitenund Überlappungsrelationen)auch auf die Lasertemperung der ersten bis fünften Durchführungsformangewandt werden.
[0251] Beiden obigen Darlegungen wurden die Erläuterungen anhand eines IGBTsals Beispiel ausgeführt.Die Erfindung ist jedoch nicht auf IGBTs begrenzt, sondern kannin breitem Umfang auf alle integrierten Schaltkreise zum Aktivierenvon pn-Folgeschichten,pp-Folgeschichten, nn-Folgeschichten, einer p-Schicht oder einern-Schicht angewandt werden, die sich von einem flachen Bereich biszu einem tiefen Bereich erstrecken, und zwar in einer kurzen Zeitin der Größenordnungvon Nanosekunden unabhängigdavon, ob die Schicht an der Oberseite oder an der Unterseite liegt.

权利要求:
Claims (15)
[1] Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterelements,umfassend den Verfahrensschritt der Aktivierung eines dotiertenSchichtbereichs (106, 107, 108, 201),in den Verunreinigungen eingeführtwurden, durch einen Laserstrahl (10), dadurch gekennzeichnet,daß beimAktivieren des dotierten Schichtbereichs (106, 107, 108, 201)eine Mehrzahl von Laserstrahlungsvorrichtungen, von denen jede dieBestrahlung mit einem gepulsten Laserstrahl (10a, 10b, 10c, 10d)durchführt,eine aufeinanderfolgende Bestrahlung des dotierten Schichtbereichsfür jedeBestrahlungsflächehiervon mit einer Mehrzahl von gepulsten Strahlen durchführt undhierdurch den dotierten Schichtbereich aktiviert.
[2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß derdotierte Schichtbereich als pn-Folgeschichten vorliegt, die aufeinanderfolgendgebildet sind mit einer p-leitend dotierten Schicht (106, 108), indie p-Typ-Verunreinigungeneingeführtsind, und einer n-leitend dotierten Schicht (107, 201),in die n-Typ-Verunreinigungen eingeführt sind.
[3] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß derdotierte Schichtbereich als aufeinanderfolgende Schichten vorliegt,die aufeinanderfolgend mit dotierten Schichten des gleichen Leitfähigkeitstypsgebildet sind, in die Verunreinigungsionen gleichen Leitfähigkeitstypsmit einer Dosis und einer Höheder Beschleunigungsenergie eingeführt werden, die für die Schichtenunterschiedlich sind.
[4] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß derdotierte Schichtbereich als aufeinanderfolgende Schichten vorliegt,die aufeinanderfolgend gebildet sind mit einer argondotierten Schicht,in die Argon eingeführtist, und einer p-leitend dotierten Schicht, in die p- Typ-Verunreinigungeneingeführtsind.
[5] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß derdotierte Schichtbereich als aufeinanderfolgende Schichten vorliegt,die aufeinanderfolgend gebildet sind mit einer argondotierten Schicht,in die Argon eingeführtist, und einer n-leitend dotierten Schicht, in die n-Typ Verunreinigungeneingeführtsind.
[6] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß derdotierte Schichtbereich als aufeinanderfolgende Schichten vorliegt,die aufeinanderfolgend gebildet sind mit einer siliziumdotiertenSchicht, in die Silizium eingeführtist, und einer p-leitend dotierten Schicht, in die p-Typ Verunreinigungeneingeführtsind.
[7] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß derdotierte Schichtbereich als aufeinanderfolgende Schichten vorliegt,die aufeinanderfolgend gebildet sind mit einer siliziumdotiertenSchicht, in die Silizium eingeführtist, und einer n-leitend dotierten Schicht, in die n-Typ-Verunreinigungeneingeführtsind.
[8] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,daß diegepulsten Strahlen eine Energieverteilung mit angenähert rechteckigem Verlaufhaben.
[9] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,daß dieBestrahlung mit gepulsten Strahlen durchgeführt wird, die man so zur Überlappungbringt, daß jedebeliebige Bestrahlungsflächeim dotierten Schichtbereich mit angenähert der selben Bestrahlungsenergiedichtezu bestrahlen ist.
[10] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,daß mandie gepulsten Strahlen mit einer Überlappungsrelation zwischen50 % und 98 %, vorzugsweise zwischen 75 % und 95 % zur Überlappungbringt.
[11] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,daß manfür diegepulsten Laserstrahlen Strahlen mit einer Wellenlänge zwischen300 nm und 600 nm verwendet.
[12] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,daß manden dotierten Schichtbereich aufeinanderfolgend mit gepulsten Strahlenmit einer gesamten Bestrahlungsenergiedichte zwischen 1,2 J/cm² und 4,0 J/cm² bestrahlt.
[13] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,daß manden dotierten Schichtbereich aufeinanderfolgend mit gepulsten Strahlenmit einer Verzögerungszeitzwischen 0 ns und 5000 ns bestrahlt.
[14] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,daß manden dotierten Schichtbereich aufeinanderfolgend mit den gepulstenStrahlen mit einer Verzögerungszeitim Wertebereich vom Dreifachen bis zum Fünffachen der Halbwertsbreitedes gepulsten Strahls bestrahlt.
[15] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,daß manals den gepulsten Laserstrahl den Strahl der zweiten Harmonischeneines YAG2ω-Lasersverwendet.

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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US7135387B2|2006-11-14|

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US20050059263A1|2005-03-17|

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2007-03-29| 8110| Request for examination paragraph 44|

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2010-06-02| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: FUJI ELECTRIC SYSTEMS CO., LTD., TOKYO/TOKIO, JP |

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2011-12-01| R081| Change of applicant/patentee|Owner name: FUJI ELECTRIC CO., LTD., JP Free format text: FORMER OWNER: FUJI ELECTRIC SYSTEMS CO., LTD., TOKYO/TOKIO, JP Effective date: 20111006 Owner name: FUJI ELECTRIC CO., LTD, JP Free format text: FORMER OWNER: FUJI ELECTRIC SYSTEMS CO., LTD., TOKYO/TOKIO, JP Effective date: 20111006 |

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2011-12-01| R082| Change of representative|Representative=s name: BOEHMERT & BOEHMERT ANWALTSPARTNERSCHAFT MBB -, DE Effective date: 20111006 Representative=s name: BOEHMERT & BOEHMERT, DE Effective date: 20111006 |

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2012-01-10| R016| Response to examination communication|

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2012-10-16| R018| Grant decision by examination section/examining division|

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2013-08-29| R020| Patent grant now final|Effective date: 20130522 |

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2016-02-02| R084| Declaration of willingness to licence|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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