VOLCANO® semi IGBT Laser Optik
Systeme > Halbleiteranwendungen
Optik Systeme für gepulste grüne Laserlinien zur Aktivierung von IGBTs und zur
"Ohmic Contact Formation" auf SiC Substraten.
Laseraktivierung eines IGBT
(auf Basissubstrat).
(auf Basissubstrat).
Aktivierte Bor- und Phosphorkonzentration, gemessen mit SRP (Ref.: FhI ISIT, Itzehoe)
Nach der Laserbestrahlung (grüne Linie ca. 3mm) ändert sich die dunkle Ni-Schicht in eine silbrig schimmernde Oberfläche
Der Aktivierungsprozess mit der VOLCANO® semi IGBT Laser Optik kann so gesteuert werden, dass die Prozesstemperatur auf eine dünne Oberflächenschicht begrenzt bleibt. Durch geschickte Wahl der Laserstrahlparameter (Pulslänge, Linienbreite, Vorschub) wird die Aktivierungstiefe präzise eingestellt. Die Laserstrahlparameter Pulslänge, Linienbreite und Vorschubgeschwindigkeit (Pulsüberlapp) können variiert werden, um die Tiefe der Aktivierung zu bestimmen. Im Extremfall kann der Phosphor- Fieldstoplayer eines IGBT bis zu einer Tiefe von mehr als 2 µm mit hoher Rate aktiviert werden. Die VOLCANO® Laser Optik kann mit verschiedenen Laserquellen betrieben werden um hohen Durchsatz zu erreichen.
SiC Hochleistungselektronik benötigt ohmsche Kontakte, die einen kleinen Spannungsabfall aufweisen und damit niedrige Verluste. Die Kontakte werden durch Aufdampfen einer Ni-Schicht von typisch 200nm hergestellt. Mit Hilfe einer Laserbestrahlung wird der Übergangswiderstand um typisch 20% reduziert.
Anwendungsgebiete
IGBT´s (insulated gate bipolar transistor) werden auf dünn geschliffenen Wafern mit einer Dicke von 100 µm oder weniger hergestellt. Das Handling dieser dünnen, mechanisch instabilen Wafer ist schwierig und kann erheblich vereinfacht werden, wenn sie auf mechanisch stabile Träger „gebondet“ werden. Die derzeit verwendeten Bonding-Materialien haben eine Temperatur - Obergrenze von maximal 300 °C. Das Bonden geschieht, bevor die Rückseite mit Dotierungen für Feldstop- und Emitterlayer implantiert und diese Dotierungen aktiviert werden. Diese Aktivierung kann mit dem VOLCANO® semi IGBT Lasersystem durchgeführt werden, wobei eine Aktivierungsrate sowohl für den Feldstop- wie auch für den Emitterlayer von über 75 % erreicht wird, ohne die Temperaturgrenze des Bondingmaterials zu überschreiten.
SiC MOSFET Inverter und SiC Hochleistungsdioden benötigen auf der SiC-Oberfläche ohmische Kontakte, die einen kleinen Spannungsabfall aufweisen und damit niedrige Verluste. TiN, Ni, SiNi, Ni2Si sind Materialien, die für die ohmschen Kontakte verwendet werden. Die Kontakte werden durch Aufdampfen einer Schicht von typisch 200nm hergestellt. Mit Hilfe der Laserbestrahlung wird SiNi, Ni2Si ohne Fehlstellen gebildet und der Übergangswiderstand minimiert. Eine gepulste 532nm Laserlinie mit einer Energiedichte von ca. 4-6J/cm2 wird über den Ni-beschichteten SiC-Wafer mit typisch 60mm/s geführt. Der gepulste Wärmeeintrag führt zur Bildung der NiSi, Ni2Si-Verbindung, ohne dass der Wafer selber erhitzt wird und die bereits fertigstellten Bauelemente beschädigt werden.
Die Kombination von zwei Laserpulsen mit unterschiedlicher Verzögerung erlaubt optimale Prozessbedingungen für die Aktivierung von Dotierungen und für die „Ohmic Contact Formation“ einzustellen.
Produktmerkmale
VOLCANO® semi IGBT Laser Optik:
g200 oder Revolution 40/80 kombiniert mit einer FALCON® Linienstrahloptik.
g200 oder Revolution 40/80 kombiniert mit einer FALCON® Linienstrahloptik.
| Technische Daten | ||
Linienlänge: | 2 - 5 mm (FWHM) | |
Homogenität: | 6 sigma <=5 % | |
Wellenlänge: | 527, 532 nm | |
Linienbreite: | 30 µm FWHM typical | |
Energiedichte: | max. 5,000 mJ/cm² | |
Pulslänge: | variabel 300, 500ns, Doppelpulssynchronisation | |
Laser: | g200 oder Revolution 40/80 (Spezifikation der Laserhersteller auf Anfrage) | |
Strahlprofilmessung: | CCD Kamera mit Mikroskopobjektiv |
VOLCANO® Laser Optik besteht aus einem integrierten Abschwächer Modul zur Einstellung der Energiedichte. Darüber hinaus können Leistungsmessköpfe und eine Strahlprofilmessung integriert werden. Die VOLCANO® Laser Optik zeichnet sich durch hohe Verfügbarkeit (>90 %), Zuverlässigkeit und niedrige Betriebskosten aus.