随着大规模集成电路制造技术的快速发展,芯片器件的结构也越来越多样化,结构不同的芯片的制造工艺对退火深度有不同的需求。激光浅层退火对器件背面工艺至关重要,其退火深度从几纳米到几微米,且温度渗透最深仅有几十微米,在硅片背面进行浅层退火时,不会破坏已经完成的正面结构,然而传统退火工艺退火深度为整片硅片,难免会破坏正面工艺结构。因此半导体器件背面工艺的浅层退火需要引入XeCl激光退火工艺。背照式图像传感器（Backside illumination image sensor,BSI）、绝缘栅双极型晶体管（Insulated gate bipolar transistor,IGBT）以及微机械系统（Micro-Electro-Mechanical System,MEMS）压力传感器是手机、高铁、家电等的核心部件,核心部件的性能决定了产品的质量,退火效果对三种器件的性能具有重要的影响。BSI背面工艺需要在背面形成浅层P+层,同时防止退火对正面金属埋线层的破坏,对退火的深度和相应深度的温度有严格的要求;IGBT背面工艺需要浅层退火形成透明集电极且不能导致更深处的磷离子或氢质子再扩散破坏载流子复合中心;MEMS压力传感器弹性膜的应力释放时,需要控制退火温度防止破坏底层结构。XeCl激光退火工艺可以满足三种器件对退火深度和温度的严格要求,退火深度从几十纳米到几微米。本文通过研究XeCl激光对这三种器件的退火应用,获得了性能优良的器件。通过对308nm XeCl激光器的结构和稳定能量输出条件的研究,基于热熔化模型,配合使用仿真软件,计算出特定退火条件下的工艺器件表面的温度分布,并对比研究了传统退火和XeCl激光退火的特点,这些理论和模型组成了激光浅层退火的理论基础。本文采用扫描电子显微镜、薄层电阻测量方法、扩展电阻剖面分步法和二次离子质谱法等测试方法对退火效果进行评估。在BSI的应用研究中,利用激光退火对硼离子掺杂进行激活,实现熔融深度54nm的浅层激活,铝金属层表面温度始终低于600℃避免了金属埋线层的损伤。在IGBT的应用研究中,利用激光退火对硼离子掺杂进行激活,实现退火深度400nm,成功地形成P+透明集电极,并对磷离子掺杂激活形成场截止层做了扩展研究,实现磷离子激活深度为2.5μm。在MEMS压力传感器的应用探索中,虽然快速的升温可能会导致部分器件破裂,但激光退火能够实现对锗化硅（Si Ge）弹性膜应力几乎完全释放,并保证了铝金属层温度低于100℃使其免于损伤。研究的数据说明了XeCl激光退火工艺对到BSI/IGBT/MEMS压力传感器等工艺器件的浅层激活具有很好的效果,在器件背面工艺的浅层退火处理中有较大的应用前景,是优化背面工艺流程的重要手段。