專利名稱：含磷二氧化硅乳膠源擴(kuò)散制備大功率半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含磷二氧化硅乳膠源擴(kuò)散制備大功率半導(dǎo)體器件的方法，屬半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大功率半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)中，二次N型雜質(zhì)擴(kuò)散是其關(guān)鍵工藝，目前國內(nèi)N型雜質(zhì)擴(kuò)散大多采用三氯氧磷(POCl3)液態(tài)源擴(kuò)散或五氧化二磷酒精溶液涂層擴(kuò)散，五氧化二磷酒精溶液涂層擴(kuò)散的缺點(diǎn)是1、五氧化二磷毒性大；2、不宜用在需氧化光刻的硅平面工藝中；3、該擴(kuò)散方法形成的擴(kuò)散層雜質(zhì)濃度均勻性和擴(kuò)散重復(fù)性差，會引起器件的參數(shù)分散，造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。三氯氧磷(POCl3)液態(tài)源擴(kuò)散缺點(diǎn)是1、擴(kuò)散系統(tǒng)復(fù)雜；2、工藝繁雜，需要采用兩步擴(kuò)散法；3、毒性較大；4、擴(kuò)散時三氯氧磷必須恒溫，否則雜質(zhì)濃度分散性大重復(fù)性差，影響產(chǎn)品質(zhì)量。5、擴(kuò)散中需要通經(jīng)過干燥純化的高純氧氣，否則很容易造成石英舟沾連，石英帽打不開，硅片取不出來等情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種含磷二氧化硅乳膠源涂層擴(kuò)散制備大功率半導(dǎo)體器件的方法，克服目前通用的三氯氧磷(POCl3)液態(tài)源擴(kuò)散或五氧化二磷酒精溶液涂層擴(kuò)散均勻性差、重復(fù)性差，成品參數(shù)分散性大和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，并克服三氯氧磷(POCl3)液態(tài)源擴(kuò)散時三氯氧磷必須恒溫，擴(kuò)散中需要通經(jīng)過干燥純化的高純氧氣的缺點(diǎn)，簡化制備工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
本發(fā)明提出的含磷二氧化硅乳膠源涂層擴(kuò)散制備大功率半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟(1)在二氧化硅乳膠中加入五氧化二磷，加入的重量比為二氧化硅乳膠∶五氧化二磷＝1∶0.10～0.50克五氧化二磷，使其完全溶解，成為含磷二氧化硅乳膠源；(2)在半導(dǎo)體上進(jìn)行涂布上述含磷二氧化硅乳膠源，涂布層厚度為2900～3100埃；(3)把涂膠后的硅片置于100～200℃下烘烤5～10分鐘，使膠膜中的有機(jī)溶劑揮發(fā)；(4)將預(yù)烘后的硅片按涂膠面對涂膠面疊在一起放在平板石英舟上，送入擴(kuò)散爐，在1200～1260℃的高溫下進(jìn)行擴(kuò)散1.5～5小時。
本發(fā)明提出的含磷二氧化硅乳膠源涂層擴(kuò)散制備大功率半導(dǎo)體器件的方法，擴(kuò)散工藝操作簡便，設(shè)備簡單，適于大批量生產(chǎn)；該方法擴(kuò)散參數(shù)可以隨意控制調(diào)整，摻雜濃度可調(diào)，擴(kuò)散后表面狀態(tài)良好，適合采用硅平面工藝批量生產(chǎn)大功率半導(dǎo)體器件。而且最終產(chǎn)品參數(shù)一致性和動態(tài)性能好，產(chǎn)品的成品率可提高20％以上，特別適于批量生產(chǎn)，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的含磷二氧化硅乳膠源涂層擴(kuò)散制備大功率半導(dǎo)體器件的方法，首先在二氧化硅乳膠中加入五氧化二磷，加入的重量比為二氧化硅乳膠∶五氧化二磷＝1∶0.10～0.50克五氧化二磷，使其完全溶解，成為含磷二氧化硅乳膠源；在半導(dǎo)體上進(jìn)行涂布上述含磷二氧化硅乳膠源，涂布層厚度可為2900～3100埃；把涂膠后的硅片置于100～200℃下烘烤5～10分鐘，使膠膜中的有機(jī)溶劑揮發(fā)；將預(yù)烘后的硅片按涂膠面對涂膠面疊在一起放在平板石英舟上，送入擴(kuò)散爐，在1200～1260℃的高溫下進(jìn)行擴(kuò)散1.5～5小時。
二氧化硅乳膠是烷氧基硅烷的水解聚合物，能溶于乙醇，摻有雜質(zhì)磷的二氧化硅乳膠乙醇溶液便成為含磷二氧化硅乳膠源。經(jīng)涂布并在高溫處理后，分解生成二氧化硅，所以它是半導(dǎo)體器件制作中生長氧化硅膜或進(jìn)行固一固擴(kuò)散的一種新型材料。涂布液的濃度可根據(jù)應(yīng)用的要求而不同。
在二氧化硅乳膠中加入五氧化二磷后必須充分搖晃或用超聲波超15分鐘，使其完全溶解。五氧化二磷的量根據(jù)表面濃度要求來確定的。
本發(fā)明方法中的涂布過程可以在常溫常壓下用自旋涂布、噴涂、浸漬、筆涂等方法在半導(dǎo)體上進(jìn)行涂布。我們采用自旋涂布法。用滴管在硅片表面滴幾滴含磷乳膠源，在甩膠機(jī)上進(jìn)行自旋涂布，涂布轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分以上。
這種涂布法具有以下一些優(yōu)點(diǎn)1、在常溫常壓下容易得到涂布層，便于大量生產(chǎn)。
2、雜質(zhì)濃度可以任意選擇，擴(kuò)散表面濃度、結(jié)深也容易控制。
3、方法簡便，可由轉(zhuǎn)速來控制膜厚。均勻性、重復(fù)性較好，從而可以提高成品率。
本發(fā)明方法中的預(yù)烘過程可以是把涂膠后的硅片放在紅外燈下(溫度為100～200℃)烘烤數(shù)分鐘，使膠膜中的有機(jī)溶劑全部揮發(fā)掉，在硅片表面形成一層附著牢固的疏松的含磷的二氧化硅層。
本發(fā)明方法中的擴(kuò)散過程是把預(yù)烘后的硅片按涂膠面對涂膠面疊在一起放在平板石英舟上，送入擴(kuò)散爐，在1200～1260℃的高溫下進(jìn)行擴(kuò)散，具體擴(kuò)散溫度、擴(kuò)散時間根據(jù)硅片擴(kuò)散后的表面濃度和擴(kuò)散結(jié)深的要求而定。例如1、擴(kuò)散溫度1250℃，通氧氣1000ml/分，沖洗石英管道10分鐘；2、把涂好源的硅片送入爐口預(yù)熱10分鐘后推入恒溫區(qū)，蓋好石英管帽，改通氧氣500ml/分。
3、擴(kuò)散1.5～5小時。擴(kuò)散時間根據(jù)一次擴(kuò)散結(jié)深及表面方塊電阻確定。
4、擴(kuò)散結(jié)果結(jié)深Xj＝15～25μm(微米)，方塊電阻R□＝0.15～0.18Ω/方。
本發(fā)明的一個實(shí)施例為源濃度11％，擴(kuò)散溫度1250℃，通氧氣500ml/分，擴(kuò)散時間3小時。擴(kuò)散結(jié)果結(jié)深Xj＝19.3μm(微米)，方塊電阻R□＝0.16Ω/方。
必須注意的是，一次涂布涂層不能超過4000埃，欲增加膜層厚度需多次涂布，手續(xù)麻煩。再者，膜層總厚度不得超過8000，否則就會龜裂。
實(shí)施本發(fā)明方法中的注意點(diǎn)是1、甩膠的環(huán)境要干凈、濕度要小，溫度在25℃以下(最好能恒溫恒溫)，硅片表面要干凈。
2、涂布時，甩膠轉(zhuǎn)速在3000轉(zhuǎn)/分以上才能保證膜均勻。采用自旋滴膠，欲滴幾滴必須連續(xù)，盡可能靠近硅片以防沖力作用而導(dǎo)致膜不均勺。
3、預(yù)烘溫度對擴(kuò)散結(jié)果有一定的影響。所以應(yīng)根據(jù)要求加以固定。若欲增加膜層厚度，預(yù)烘溫度必須提高到400℃以上，再進(jìn)行第二次涂布才有效。
4、擴(kuò)散氣氛。在一定溫度下，氣流速度影響小。而擴(kuò)散氣氛的組分有影響。為了增加與硅片的粘附性和密致化的程度，在擴(kuò)散后期要通氧氣。
5、預(yù)烘完后應(yīng)立即擴(kuò)散以防止污染，使擴(kuò)散后表面濃度缺乏重復(fù)性(降低表面濃度)。
6、所用的雜質(zhì)源比起氣態(tài)源的量和毒性均小，但仍然有毒性，所以使用仍需注意勞動保護(hù)問題。一般的講，由于所用源的揮發(fā)性小，涂布時沒有什么毒害，但在項(xiàng)烘時會有一點(diǎn)揮發(fā)性，所以應(yīng)注意通風(fēng)時加以尾氣回收裝置。
7、本品性能是不太穩(wěn)定的，放置時間長粘度將繼續(xù)增大，而溫度和濕度對其影響較大，所以存放時應(yīng)注意在溫度0-10℃。干燥之處，這樣一般可以便用三個月以，(指高濃度摻雜膠)。20～50℃只可短期存及運(yùn)輸。
8、使用過程中二氧化硅乳膠本身有時會析出固體，如遇此情況，使用前要分離一下再用。
9、在干燥情況下甩膠(涂布)。表面一般為光亮帶頗色的，但因氣候潮濕(夏季)，源本身吸濕潮解而導(dǎo)致表面發(fā)烏。對擴(kuò)散和電特性沒有影響。
權(quán)利要求
1.一種含磷二氧化硅乳膠源涂層擴(kuò)散制備大功率半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)在二氧化硅乳膠中加入五氧化二磷，加入的重量比為二氧化硅乳膠∶五氧化二磷＝1∶0.10～0.50克五氧化二磷，使其完全溶解，成為含磷二氧化硅乳膠源；(2)在半導(dǎo)體上進(jìn)行涂布上述含磷二氧化硅乳膠源，涂布層厚度為2900～3100埃；(3)把涂膠后的硅片置于100～200℃下烘烤5～10分鐘，使膠膜中的有機(jī)溶劑揮發(fā)；(4)將預(yù)烘后的硅片按涂膠面對涂膠面疊在一起放在平板石英舟上，送入擴(kuò)散爐，在1200～1260℃的高溫下進(jìn)行擴(kuò)散1.5～5小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含磷二氧化硅乳膠源涂層擴(kuò)散制備大功率半導(dǎo)體器件的方法，屬半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先在二氧化硅乳膠中加入五氧化二磷，使其完全溶解，成為含磷二氧化硅乳膠源；在半導(dǎo)體上進(jìn)行涂布上述含磷二氧化硅乳膠源，將涂膠后的硅片烘烤，使膠膜中的有機(jī)溶劑揮發(fā)；將預(yù)烘后的硅片按涂膠面對涂膠面疊在一起放在平板石英舟上，送入擴(kuò)散爐，進(jìn)行擴(kuò)散。本發(fā)明的方法，擴(kuò)散工藝操作簡便，設(shè)備簡單，適于大批量生產(chǎn)；擴(kuò)散參數(shù)可以隨意控制調(diào)整，摻雜濃度可調(diào)，擴(kuò)散后表面狀態(tài)良好，適合采用硅平面工藝批量生產(chǎn)大功率半導(dǎo)體器件。而且最終產(chǎn)品參數(shù)一致性和動態(tài)性能好，產(chǎn)品的成品率可提高20％以上，特別適于批量生產(chǎn)。
文檔編號H01L21/02GK1555086SQ20031012248
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月26日
發(fā)明者金小玲 申請人:金小玲