一種緩衝層的擴散方法
2023-05-11 12:33:56
一種緩衝層的擴散方法
【專利摘要】本發明的名稱為一種緩衝層的擴散方法。屬於半導體製造【技術領域】。它主要是解決現有離子注入加高溫推進位作緩衝層存在成本較高、功效低對其他參數影響很大和較難控制的的問題。它的主要特徵是包括以下工藝步驟：先將桶形舟、弧形舟、陪片和矽晶片清洗、烘乾，再將其放入擴散管內進行通源摻雜擴散，使表面積累一層均勻的雜質原子；將其清洗烘乾後，陪片與矽晶片以1片陪片和2片矽晶片疊片式排列；將其放入擴散爐管內進行高溫預擴散；取出矽晶片轉放在弧形舟上，放入高溫擴散爐進行緩衝層推進擴散。本發明具有在現有普通工藝線能實現緩衝層擴散、成本較低、推進擴散時間短、不受雜質種類影響的特點，主要應用於功率半導體器件晶片的緩衝層擴散。
【專利說明】一種緩衝層的擴散方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於半導體製造【技術領域】。涉及一種功率半導體器件晶片的緩衝層擴散方法。具體是一種緩衝層磷或鋁原子轉移擴散方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體器件製造技術的發展，對器件的要求如高電壓、大電流、低壓降等也越來越高。為滿足需求，在半導體製造技術中引入了緩衝層技術。
[0003]由於緩衝層要求濃度比較淺，且還要有一定結深，現有普通工藝的氣攜源擴散方式的濃度都較高，因而氣攜源擴散方式很難達到緩衝層所需要的淺濃度。為此，目前的緩衝層擴散通常採用離子注入後再高溫推進擴散的方式進行。離子注入是將摻雜原子電離化後，用電子槍將其高速的注入到矽片上，可精確控制雜質總量，同時使雜質在矽片表面均勻分布。離子注入得到的濃度可以很淺，甚至達到1016，晶片經過離子注入後，再將其推入高溫爐內進行長時間的推進擴散，以使緩衝層結深達到設計要求。由於離子注入所需設備特殊，推進擴散時間較長，因此離子注入成本較高、功效低，且長時間的高溫推進，對其他參數影響很大較難控制。
【發明內容】
[0004]本發明解決的問題是提供一種功率半導體器件晶片緩衝層的擴散方法，該方法不需高成本的離子注入及長時間的高溫擴散，同時實現均勻的低濃度緩衝層。
[0005]本發明的技術解決方案是:一種緩衝層的擴散方法，其特徵在於包括以下工藝步驟:
①先將桶形舟、弧形舟、陪片和矽晶片清洗、烘乾，再將陪片插在弧形舟上，將插有陪片的弧形舟裝在桶形舟底座上，將裝有弧形舟的桶形舟底座及桶形舟兩側擋片、桶形舟上蓋依次放入擴散管內，進行通源摻雜擴散，使陪片、弧形舟和桶形舟表面積累一層均勻的雜質原子；
②將表面積累一層均勻雜質原子的桶形舟、弧形舟和陪片清洗、烘乾，將該陪片與矽晶片以I片陪片和2片矽晶片疊片式排列依次插在弧形舟上，陪片貼合在矽晶片需擴緩衝層的表面；
③把插好陪片和矽晶片的弧形舟裝在桶形舟底座上，然後裝上桶形舟兩側擋片、桶形舟上蓋，將封閉的桶形舟放入擴散爐管內進行高溫預擴散，利用陪片、弧形舟和桶形舟沉積的摻雜源對矽晶片進行緩衝層預沉積擴散；
④取出矽晶片，轉放在弧形舟上，放入高溫擴散爐進行緩衝層推進擴散；
⑤取出矽晶片，即得到功率半導體器件晶片所需的緩衝層。
[0006]本發明優選的技術解決方案是:一種緩衝層的擴散方法，其特徵在於包括以下工藝步驟:
①先將桶形舟、弧形舟、陪片和矽晶片清洗、烘乾，再將陪片插在弧形舟上，將插有陪片的弧形舟裝在桶形舟底座上，將裝有弧形舟的桶形舟底座及桶形舟兩側擋片、桶形舟上蓋依次放入擴散管內，然後將擴散管升溫至1000 ^ 1180°C,通源50 ^ 200分鐘,進行通源摻雜擴散，使陪片、弧形舟和桶形舟表面積累一層均勻的雜質原子；
②將表面積累一層均勻雜質原子的桶形舟、弧形舟和陪片清洗、烘乾，將該陪片與矽晶片以I片陪片和2片矽晶片疊片式排列依次插在弧形舟上，陪片貼合在矽晶片需擴緩衝層的表面；
③把插好陪片和矽晶片的弧形舟裝在桶形舟底座上，然後裝上桶形舟兩側擋片、桶形舟上蓋，將封閉的桶形舟放入擴散爐管內進行高溫預擴散，將擴散管升溫至990 - 1150°C,擴散時間10 - 200分鐘，利用陪片、弧形舟和桶形舟沉積的摻雜源對矽晶片進行緩衝層預沉積擴散；
④取出矽晶片，轉放在弧形舟上，放入高溫擴散爐進行緩衝層推進擴散，將擴散爐管溫度升至1150 - 1250°C，擴散時間按緩衝層結深需要設置；
⑤取出矽晶片，即得到功率半導體器件晶片所需的緩衝層。
[0007]本發明的技術解決方案中所述的陪片、弧形舟為常規N型單晶或石英材料；桶形舟為常規N型單晶、多晶或石英材料中的一種。
[0008]本發明的技術解決方案中第①步驟所述的進行通源摻雜擴散中採用的摻雜源為低濃度磷源或Al源。
[0009]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
1、離子注入需將摻雜原子電離化後，用電子槍將其高速的注入到矽片上，設備特殊，不能共用，成本較高，而本發明採用先預沉積陪片再利用陪片所釋放的雜質對矽晶片進行擴散，設備及工藝簡單，在現有普通工藝線均能實現，成本較低；
2、離子注入後，矽晶片需要進行長時間的高溫擴散，使得功效較低，且長時間的推進擴散對其他的工藝參數影響較大，不易控制。本發明緩衝層的推進不需要高溫推進，且推進時間相對於離子注入的推進時間成倍減少，這樣使得功效高、工藝參數穩定；
3、離子注入現有的條件限制了注入的雜質種類有限，而本發明不受雜質種類的影響。
[0010]本發明具有在現有普通工藝線能實現緩衝層擴散、成本較低、推進擴散時間短、不受雜質種類影響的特點。本發明主要應用於功率半導體器件晶片的緩衝層擴散。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明的緩衝層擴散方法的流程示意圖。
[0012]圖2是本發明的陪片、弧形舟、桶形舟氣攜源摻雜示意圖。
[0013]圖3是本發明的陪片、弧形舟、桶形舟固態源摻雜示意圖。
[0014]圖4是本發明的矽晶片預沉積的示意圖。
[0015]圖中，1-陪片，2_弧形舟，3-桶形舟，4_娃晶片，5-擴散爐管。
【具體實施方式】
[0016]為了使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作更加詳細的說明。
[0017]圖1所示的流程示意圖包括步驟1001、步驟1002、步驟1003、步驟1004和步驟1005，詳細說明如下。
[0018]步驟1001:清洗多片陪片、多片矽晶片、弧形舟和桶形舟。
[0019]按照常規清洗工藝清洗多片陪片、弧形舟、桶形舟，陪片、弧形舟為常規N型單晶或石英材料，桶形舟為常規N型單晶、多晶或石英材料中的一種。如陪片為石英材料時，需準備一片矽材料測試片；如陪片為矽材料時，可將其中任意一片作為測試片。清洗乾淨後放入125°C烘箱中烘烤2小時以上，確保陪片和弧形舟、桶形舟烘烤乾。
[0020]步驟1002:對多片陪片、弧形舟和桶形舟進行通源擴散摻雜。
[0021]如圖2所示，把清洗乾淨並烘乾的陪片I插在弧形舟2上，將插好陪片I的弧形舟2裝在桶形舟3底座上，然後將桶形舟3底座連同插有陪片I的弧形舟2、桶形舟3上蓋依次放入擴散爐管5內。蓋上石英磨口，將擴散爐管5升溫至1120°C進行通氣體攜帶源對桶形舟3、弧形舟2、陪片I進行擴散摻雜，摻雜源為低濃度磷源或Al源。通源時間100分鐘。
[0022]步驟1003:測試預擴散表面方塊電阻。
[0023]擴散時間到後，將爐溫降至300°C以下，依次取出桶形舟3上蓋、桶形舟3底座。取出弧形舟2上的陪片I和測試片，用20%的HF酸浸泡測試片，去除表面氧化層，衝洗乾淨後用四探針測試表面方塊電阻R口。將桶形舟3、弧形舟2、陪片I和測試片清洗乾淨烘乾後備用。
[0024]步驟1004:對矽晶片進行緩衝層預摻雜擴散。
[0025]如圖3所示，清洗需擴緩衝層的矽晶片4並烘乾，將清洗好的矽晶片4與已摻雜的陪片I按:陪片、晶片、晶片、陪片、晶片、晶片……的順序依次插在已通源摻雜擴散的弧形舟2上，插片時注意，將需擴緩衝層面與陪片I相對。把插好陪片I和矽晶片4的弧形舟放在桶形舟3底座上，蓋好桶形舟3上蓋，推入擴散石英管中。將擴散爐管5升溫至1000°C，設置擴散摻雜時間為60分鐘。利用從桶形舟、弧形舟、陪片釋放出的雜質源對正式晶片進行摻雜。擴散時間到後，將擴散爐溫度降至300°C以下，取出矽晶片，並測試矽晶片表面方塊電阻。
[0026]步驟1005:對矽晶片進行緩衝層推進擴散。
[0027]將預沉積擴散摻雜的矽晶片清洗乾淨並烘乾，插在弧形舟2上，把舟推入擴散爐管5內，將擴散爐管5溫度升至1200°C，根據緩衝層結深需要設置擴散時間對矽晶片4進行推進擴散，緩衝層表面濃度為:1.0X 116 - 8.0X 1017，得到所需的緩衝層。
[0028]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制。因此凡是未脫離本發明的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍。
【權利要求】
1.一種緩衝層的擴散方法，其特徵在於包括以下工藝步驟: ①先將桶形舟、弧形舟、陪片和矽晶片清洗、烘乾，再將陪片插在弧形舟上，將插有陪片的弧形舟裝在桶形舟底座上，將裝有弧形舟的桶形舟底座及桶形舟兩側擋片、桶形舟上蓋依次放入擴散管內，進行通源摻雜擴散，使陪片、弧形舟和桶形舟表面積累一層均勻的雜質原子； ②將表面積累一層均勻雜質原子的桶形舟、弧形舟和陪片清洗、烘乾，將該陪片與矽晶片以I片陪片和2片矽晶片疊片式排列依次插在弧形舟上，陪片貼合在矽晶片需擴緩衝層的表面； ③把插好陪片和矽晶片的弧形舟裝在桶形舟底座上，然後裝上桶形舟兩側擋片、桶形舟上蓋，將封閉的桶形舟放入擴散爐管內進行高溫預擴散，利用陪片、弧形舟和桶形舟沉積的摻雜源對矽晶片進行緩衝層預沉積擴散； ④取出矽晶片，轉放在弧形舟上，放入高溫擴散爐進行緩衝層推進擴散； ⑤取出矽晶片，即得到功率半導體器件晶片所需的緩衝層。
2.一種緩衝層的擴散方法，其特徵在於包括以下工藝步驟: ①先將桶形舟、弧形舟、陪片和矽晶片清洗、烘乾，再將陪片插在弧形舟上，將插有陪片的弧形舟裝在桶形舟底座上，將裝有弧形舟的桶形舟底座及桶形舟兩側擋片、桶形舟上蓋依次放入擴散管內，然後將擴散管升溫至1000 ^ 1180°C,通源50 ^ 200分鐘,進行通源摻雜擴散，使陪片、弧形舟和桶形舟表面積累一層均勻的雜質原子； ②將表面積累一層均勻雜質原子的桶形舟、弧形舟和陪片清洗、烘乾，將該陪片與矽晶片以I片陪片和2片矽晶片疊片式排列依次插在弧形舟上，陪片貼合在矽晶片需擴緩衝層的表面； ③把插好陪片和矽晶片的弧形舟裝在桶形舟底座上，然後裝上桶形舟兩側擋片、桶形舟上蓋，將封閉的桶形舟放入擴散爐管內進行高溫預擴散，將擴散管升溫至990 - 1150°C,擴散時間10 - 200分鐘，利用陪片、弧形舟和桶形舟沉積的摻雜源對矽晶片進行緩衝層預沉積擴散； ④取出矽晶片，轉放在弧形舟上，放入高溫擴散爐進行緩衝層推進擴散，將擴散爐管溫度升至1150 - 1250°C，擴散時間按緩衝層結深需要設置； ⑤取出矽晶片，即得到功率半導體器件晶片所需的緩衝層。
3.如權利要求1所述的一種緩衝層擴散方法，其特徵在於:所述的陪片、弧形舟為常規N型單晶或石英材料；桶形舟為常規N型單晶、多晶或石英材料中的一種。
4.如權利要求1所述的一種緩衝層擴散方法，其特徵在於:所述的第①步驟所述的進行通源摻雜擴散中採用的摻雜源為低濃度磷源或Al源。
【文檔編號】H01L21/22GK104392910SQ201310402933
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年9月6日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】劉小俐, 張橋, 顏家聖, 楊寧 申請人:湖北臺基半導體股份有限公司