一种缓冲层的扩散方法技术

本发明专利技术的名称为一种缓冲层的扩散方法。属于半导体制造技术领域。它主要是解决现有离子注入加高温推进制作缓冲层存在成本较高、功效低对其他参数影响很大和较难控制的的问题。它的主要特征是包括以下工艺步骤：先将桶形舟、弧形舟、陪片和硅晶片清洗、烘干，再将其放入扩散管内进行通源掺杂扩散，使表面积累一层均匀的杂质原子；将其清洗烘干后，陪片与硅晶片以1片陪片和2片硅晶片叠片式排列；将其放入扩散炉管内进行高温预扩散；取出硅晶片转放在弧形舟上，放入高温扩散炉进行缓冲层推进扩散。本发明专利技术具有在现有普通工艺线能实现缓冲层扩散、成本较低、推进扩散时间短、不受杂质种类影响的特点，主要应用于功率半导体器件芯片的缓冲层扩散。

【技术实现步骤摘要】
一种缓冲层的扩散方法
本专利技术属于半导体制造
涉及一种功率半导体器件芯片的缓冲层扩散方法。具体是一种缓冲层磷或铝原子转移扩散方法。
技术介绍
随着半导体器件制造技术的发展，对器件的要求如高电压、大电流、低压降等也越来越高。为满足需求，在半导体制造技术中引入了缓冲层技术。由于缓冲层要求浓度比较浅，且还要有一定结深，现有普通工艺的气携源扩散方式的浓度都较高，因而气携源扩散方式很难达到缓冲层所需要的浅浓度。为此，目前的缓冲层扩散通常采用离子注入后再高温推进扩散的方式进行。离子注入是将掺杂原子电离化后，用电子枪将其高速的注入到硅片上，可精确控制杂质总量，同时使杂质在硅片表面均匀分布。离子注入得到的浓度可以很浅，甚至达到1016，晶片经过离子注入后，再将其推入高温炉内进行长时间的推进扩散，以使缓冲层结深达到设计要求。由于离子注入所需设备特殊，推进扩散时间较长，因此离子注入成本较高、功效低，且长时间的高温推进，对其他参数影响很大较难控制。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种功率半导体器件芯片缓冲层的扩散方法，该方法不需高成本的离子注入及长时间的高温扩散，同时实现均匀的低浓度缓冲层。本专利技术的技术解决方案是：一种缓冲层的扩散方法，其特征在于包括以下工艺步骤：①先将桶形舟、弧形舟、陪片和硅晶片清洗、烘干，再将陪片插在弧形舟上，将插有陪片的弧形舟装在桶形舟底座上，将装有弧形舟的桶形舟底座及桶形舟两侧挡片、桶形舟上盖依次放入扩散管内，进行通源掺杂扩散，使陪片、弧形舟和桶形舟表面积累一层均匀的杂质原子；②将表面积累一层均匀杂质原子的桶形舟、弧形舟和陪片清洗、烘干，将该陪片与硅晶片以1片陪片和2片硅晶片叠片式排列依次插在弧形舟上，陪片贴合在硅晶片需扩缓冲层的表面；③把插好陪片和硅晶片的弧形舟装在桶形舟底座上，然后装上桶形舟两侧挡片、桶形舟上盖，将封闭的桶形舟放入扩散炉管内进行高温预扩散，利用陪片、弧形舟和桶形舟沉积的掺杂源对硅晶片进行缓冲层预沉积扩散；④取出硅晶片，转放在弧形舟上，放入高温扩散炉进行缓冲层推进扩散；⑤取出硅晶片，即得到功率半导体器件芯片所需的缓冲层。本专利技术优选的技术解决方案是：一种缓冲层的扩散方法，其特征在于包括以下工艺步骤：①先将桶形舟、弧形舟、陪片和硅晶片清洗、烘干，再将陪片插在弧形舟上，将插有陪片的弧形舟装在桶形舟底座上，将装有弧形舟的桶形舟底座及桶形舟两侧挡片、桶形舟上盖依次放入扩散管内，然后将扩散管升温至1000~1180℃，通源50~200分钟，进行通源掺杂扩散，使陪片、弧形舟和桶形舟表面积累一层均匀的杂质原子；②将表面积累一层均匀杂质原子的桶形舟、弧形舟和陪片清洗、烘干，将该陪片与硅晶片以1片陪片和2片硅晶片叠片式排列依次插在弧形舟上，陪片贴合在硅晶片需扩缓冲层的表面；③把插好陪片和硅晶片的弧形舟装在桶形舟底座上，然后装上桶形舟两侧挡片、桶形舟上盖，将封闭的桶形舟放入扩散炉管内进行高温预扩散，将扩散管升温至990~1150℃，扩散时间10~200分钟，利用陪片、弧形舟和桶形舟沉积的掺杂源对硅晶片进行缓冲层预沉积扩散；④取出硅晶片，转放在弧形舟上，放入高温扩散炉进行缓冲层推进扩散，将扩散炉管温度升至1150~1250℃，扩散时间按缓冲层结深需要设置；⑤取出硅晶片，即得到功率半导体器件芯片所需的缓冲层。本专利技术的技术解决方案中所述的陪片、弧形舟为常规N型单晶或石英材料；桶形舟为常规N型单晶、多晶或石英材料中的一种。本专利技术的技术解决方案中第①步骤所述的进行通源掺杂扩散中采用的掺杂源为低浓度磷源或Al源。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、离子注入需将掺杂原子电离化后，用电子枪将其高速的注入到硅片上，设备特殊，不能共用，成本较高，而本专利技术采用先预沉积陪片再利用陪片所释放的杂质对硅晶片进行扩散，设备及工艺简单，在现有普通工艺线均能实现，成本较低；2、离子注入后，硅晶片需要进行长时间的高温扩散，使得功效较低，且长时间的推进扩散对其他的工艺参数影响较大，不易控制。本专利技术缓冲层的推进不需要高温推进，且推进时间相对于离子注入的推进时间成倍减少，这样使得功效高、工艺参数稳定；3、离子注入现有的条件限制了注入的杂质种类有限，而本专利技术不受杂质种类的影响。本专利技术具有在现有普通工艺线能实现缓冲层扩散、成本较低、推进扩散时间短、不受杂质种类影响的特点。本专利技术主要应用于功率半导体器件芯片的缓冲层扩散。附图说明图1是本专利技术的缓冲层扩散方法的流程示意图。图2是本专利技术的陪片、弧形舟、桶形舟气携源掺杂示意图。图3是本专利技术的陪片、弧形舟、桶形舟固态源掺杂示意图。图4是本专利技术的硅晶片预沉积的示意图。图中，1-陪片,2-弧形舟，3-桶形舟，4-硅晶片，5-扩散炉管。具体实施方式为了使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作更加详细的说明。图1所示的流程示意图包括步骤1001、步骤1002、步骤1003、步骤1004和步骤1005，详细说明如下。步骤1001：清洗多片陪片、多片硅晶片、弧形舟和桶形舟。按照常规清洗工艺清洗多片陪片、弧形舟、桶形舟，陪片、弧形舟为常规N型单晶或石英材料，桶形舟为常规N型单晶、多晶或石英材料中的一种。如陪片为石英材料时，需准备一片硅材料测试片；如陪片为硅材料时，可将其中任意一片作为测试片。清洗干净后放入125℃烘箱中烘烤2小时以上，确保陪片和弧形舟、桶形舟烘烤干。步骤1002：对多片陪片、弧形舟和桶形舟进行通源扩散掺杂。如图2所示，把清洗干净并烘干的陪片1插在弧形舟2上，将插好陪片1的弧形舟2装在桶形舟3底座上，然后将桶形舟3底座连同插有陪片1的弧形舟2、桶形舟3上盖依次放入扩散炉管5内。盖上石英磨口，将扩散炉管5升温至1120℃进行通气体携带源对桶形舟3、弧形舟2、陪片1进行扩散掺杂，掺杂源为低浓度磷源或Al源。通源时间100分钟。步骤1003：测试预扩散表面方块电阻。扩散时间到后，将炉温降至300℃以下，依次取出桶形舟3上盖、桶形舟3底座。取出弧形舟2上的陪片1和测试片，用20%的HF酸浸泡测试片，去除表面氧化层，冲洗干净后用四探针测试表面方块电阻R□。将桶形舟3、弧形舟2、陪片1和测试片清洗干净烘干后备用。步骤1004：对硅晶片进行缓冲层预掺杂扩散。如图3所示，清洗需扩缓冲层的硅晶片4并烘干，将清洗好的硅晶片4与已掺杂的陪片1按：陪片、晶片、晶片、陪片、晶片、晶片……的顺序依次插在已通源掺杂扩散的弧形舟2上，插片时注意，将需扩缓冲层面与陪片1相对。把插好陪片1和硅晶片4的弧形舟放在桶形舟3底座上，盖好桶形舟3上盖，推入扩散石英管中。将扩散炉管5升温至1000℃，设置扩散掺杂时间为60分钟。利用从桶形舟、弧形舟、陪片释放出的杂质源对正式晶片进行掺杂。扩散时间到后，将扩散炉温度降至300℃以下，取出硅晶片，并测试硅晶片表面方块电阻。步骤1005：对硅晶片进行缓冲层推进扩散。将预沉积扩散掺杂的硅晶片清洗干净并烘干，插在弧形舟2上，把舟推入扩散炉管5内，将扩散炉管5温度升至1200℃，根据缓冲层结深需要设置扩散时间对硅晶片4进行推进扩散，缓冲层表面浓度为:1.0×1016~8.0×1017，得到所需的缓冲层。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例，并非对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种缓冲层的扩散方法，其特征在于包括以下工艺步骤：①先将桶形舟、弧形舟、陪片和硅晶片清洗、烘干，再将陪片插在弧形舟上，将插有陪片的弧形舟装在桶形舟底座上，将装有弧形舟的桶形舟底座及桶形舟两侧挡片、桶形舟上盖依次放入扩散管内，进行通源掺杂扩散，使陪片、弧形舟和桶形舟表面积累一层均匀的杂质原子；②将表面积累一层均匀杂质原子的桶形舟、弧形舟和陪片清洗、烘干，将该陪片与硅晶片以1片陪片和2片硅晶片叠片式排列依次插在弧形舟上，陪片贴合在硅晶片需扩缓冲层的表面；③把插好陪片和硅晶片的弧形舟装在桶形舟底座上，然后装上桶形舟两侧挡片、桶形舟上盖，将封闭的桶形舟放入扩散炉管内进行高温预扩散，利用陪片、弧形舟和桶形舟沉积的掺杂源对硅晶片进行缓冲层预沉积扩散； ④取出硅晶片，转放在弧形舟上，放入高温扩散炉进行缓冲层推进扩散； ⑤取出硅晶片，即得到功率半导体器件芯片所需的缓冲层。

【技术特征摘要】
1.一种缓冲层的扩散方法，其特征在于包括以下工艺步骤：①先将桶形舟、弧形舟、陪片和硅晶片清洗、烘干，再将陪片插在弧形舟上，将插有陪片的弧形舟装在桶形舟底座上，将装有弧形舟的桶形舟底座及桶形舟两侧挡片、桶形舟上盖依次放入扩散管内，然后将扩散管升温至1000~1180℃，通源50~200分钟，进行通源掺杂扩散，使陪片、弧形舟和桶形舟沉积掺杂源；②将沉积掺杂源的桶形舟、弧形舟和陪片清洗、烘干，将该陪片与硅晶片以1片陪片和2片硅晶片叠片式排列依次插在弧形舟上，陪片贴合在硅晶片需扩缓冲层的表面；③把插好陪片和硅晶片的弧形舟装在桶形舟底座上，然后装上桶形舟两侧挡片、桶形舟上盖，将封闭的桶形舟放入扩散炉管...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小俐，张桥，颜家圣，杨宁，
申请(专利权)人：湖北台基半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42