專利名稱：擴(kuò)散拋光片單側(cè)主擴(kuò)散制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體器件所需的擴(kuò)散拋光片的制作方法，屬于半導(dǎo)體器件制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
擴(kuò)散拋光片是半導(dǎo)體器件如功率晶體管制造過程中的中間產(chǎn)品，擴(kuò)散拋光片制作環(huán)節(jié)的目的是在半導(dǎo)體單晶材料如硅單晶中摻雜，通常采用二步擴(kuò)散法實(shí)現(xiàn)摻雜，即取一定厚度如530μm的硅單晶片，用N-表示，見圖1所示，在擴(kuò)散爐中先進(jìn)行預(yù)擴(kuò)散，擴(kuò)散溫度控制在1100～1200℃范圍內(nèi)，這一工步將雜質(zhì)源如液態(tài)三氯氧磷(POCl3)中的磷作為雜質(zhì)擴(kuò)散至硅單晶片兩側(cè)表面及淺層中，經(jīng)過3個(gè)小時(shí)的擴(kuò)散，形成預(yù)擴(kuò)散層，用N+表示所形成的擴(kuò)散層，厚度在9～20μm之間，見圖2所示。然后再進(jìn)行主擴(kuò)散，擴(kuò)散溫度升高至1286℃，這一工步是將預(yù)擴(kuò)散層中的雜質(zhì)進(jìn)一步向深層擴(kuò)散，經(jīng)過160個(gè)小時(shí)最終形成高濃度深擴(kuò)散層，厚度為160～190μm，見圖3所示。不管是預(yù)擴(kuò)散還是主擴(kuò)散，擴(kuò)散過程始終在硅單晶片兩側(cè)同時(shí)同樣地進(jìn)行，硅單晶片的縱向結(jié)構(gòu)呈N+-N--N+形態(tài)，見圖2、圖3所示，而制作半導(dǎo)體器件所需的擴(kuò)散拋光片其結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)為N+-N-形態(tài)，見圖4所示。因此，需要再采用減薄拋光工藝將一側(cè)的高濃度深擴(kuò)散層去掉，保留確定厚度的N-層，最終獲得擴(kuò)散拋光片。在現(xiàn)有技術(shù)中，還有這樣一種方案，也就是將兩側(cè)已經(jīng)通過擴(kuò)散法形成了高濃度深擴(kuò)散層的硅單晶片從中切開，獲得兩片相同的具有N+-N-結(jié)構(gòu)形態(tài)的擴(kuò)散拋光片。

發(fā)明內(nèi)容
在片狀半導(dǎo)體單晶材料兩側(cè)同時(shí)同樣地進(jìn)行擴(kuò)散，再采用減薄拋光工藝將一側(cè)的高濃度深擴(kuò)散層去掉，而獲得具有N+-N-結(jié)構(gòu)擴(kuò)散拋光片的現(xiàn)有技術(shù)其缺點(diǎn)是浪費(fèi)貴重的硅單晶材料，將會(huì)有30％以上硅單晶片被去掉。而將兩側(cè)已經(jīng)通過擴(kuò)散法形成了高濃度深擴(kuò)散層的硅單晶片從中切開的方法雖然可以克服前一種現(xiàn)有技術(shù)的不足，但是，由于硅單晶片非常薄，切割難度非常大，不易實(shí)現(xiàn)。為了在與片狀半導(dǎo)體單晶材料的一側(cè)正常進(jìn)行擴(kuò)散的同時(shí)，阻止擴(kuò)散在另一側(cè)進(jìn)行，尤其是阻止主擴(kuò)散在另一側(cè)進(jìn)行，從而節(jié)省制作擴(kuò)散拋光片的半導(dǎo)體單晶材料，我們發(fā)明了本發(fā)明之?dāng)U散拋光片單側(cè)主擴(kuò)散制作方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，采用二步擴(kuò)散法在片狀半導(dǎo)體單晶材料中摻雜，首先，在預(yù)擴(kuò)散之前，在片狀半導(dǎo)體單晶材料的一側(cè)生成預(yù)擴(kuò)散掩蔽層1，見圖5所示，預(yù)擴(kuò)散后，只在另一側(cè)形成預(yù)擴(kuò)散層，見圖6所示；或者先預(yù)擴(kuò)散，此時(shí)在片狀半導(dǎo)體單晶材料兩側(cè)形成預(yù)擴(kuò)散層，見圖7所示，然后去掉一側(cè)的預(yù)擴(kuò)散層，保留另一側(cè)的預(yù)擴(kuò)散層，見圖8所示。其次，進(jìn)行主擴(kuò)散，使另一側(cè)的預(yù)擴(kuò)散層擴(kuò)散為高濃度深擴(kuò)散層，直接獲得擴(kuò)散拋光片，見圖9所示。
由于掩蔽層的隔離作用，阻止了擴(kuò)散在片狀半導(dǎo)體單晶材料的兩側(cè)同時(shí)同樣地進(jìn)行，其結(jié)果是只在一側(cè)形成預(yù)擴(kuò)散層，從而主擴(kuò)散也只在這一側(cè)進(jìn)行，所以無須較大幅度地減薄片狀半導(dǎo)體單晶材料，因此，一開始就可以選用比正常厚度如530μm薄的片狀半導(dǎo)體單晶材料，如300～400μm，從而可以大量節(jié)省半導(dǎo)體單晶材料。在預(yù)擴(kuò)散之前就采用掩蔽層的方案可以從根本上實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，雖然掩蔽層也是由片狀半導(dǎo)體單晶材料的一部分生成，并且也需去掉，但是，其厚度只有1.6～2.0μm。在預(yù)擴(kuò)散之后主擴(kuò)散之前去掉一側(cè)的預(yù)擴(kuò)散層的方案雖然也損失了一些半導(dǎo)體單晶材料，但是，預(yù)擴(kuò)散層的厚度僅有9～20μm，與現(xiàn)有技術(shù)中的去除量160～190μm相比，還是少得多，何況該方案省去了生成預(yù)擴(kuò)散掩蔽層的工步。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)所選用的硅單晶片剖面示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)預(yù)擴(kuò)散后在硅單晶片兩側(cè)形成預(yù)擴(kuò)散層剖面示意圖。圖3是現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)主擴(kuò)散后在硅單晶片兩側(cè)形成高濃度深擴(kuò)散層剖面示意圖。圖4是現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)磨拋工藝后所得到的擴(kuò)散拋光片剖面示意圖。圖5是本發(fā)明在片狀半導(dǎo)體單晶材料一側(cè)生成預(yù)擴(kuò)散掩蔽層的剖面示意圖。圖6是本發(fā)明在片狀半導(dǎo)體單晶材料的另一側(cè)形成預(yù)擴(kuò)散層的剖面示意圖，該圖同時(shí)作為摘要附圖。圖7是本發(fā)明先預(yù)擴(kuò)散在片狀半導(dǎo)體單晶材料兩側(cè)形成預(yù)擴(kuò)散層的剖面示意圖。圖8是本發(fā)明在主擴(kuò)散之前先去掉一側(cè)的預(yù)擴(kuò)散層的剖面示意圖。圖9是本發(fā)明獲得的擴(kuò)散拋光片剖面示意圖。圖10是本發(fā)明在主擴(kuò)散前在本無預(yù)擴(kuò)散層的一側(cè)生成掩蔽層的剖面示意圖。圖11是本發(fā)明在主擴(kuò)散前同時(shí)在硅單晶片兩側(cè)生成掩蔽層的剖面示意圖。圖12是本發(fā)明因自摻雜而透過掩蔽層發(fā)生的擴(kuò)散剖面示意圖。圖13是本發(fā)明因自摻雜而透過掩蔽層發(fā)生的擴(kuò)散局部放大剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明具體是這樣實(shí)現(xiàn)的，采用二步擴(kuò)散法在片狀半導(dǎo)體單晶材料中摻雜，片狀半導(dǎo)體單晶材料選用厚度為300～400μm的硅單晶片。首先，在預(yù)擴(kuò)散之前，采用成膜工藝在硅單晶片一側(cè)生成預(yù)擴(kuò)散掩蔽層1，如采用氧化工藝生成二氧化硅層作為掩蔽層，厚度為1.6～2.0μm，涂敷光刻膠保護(hù)一側(cè)的二氧化硅層，從而在腐蝕工藝中只去掉另一側(cè)的二氧化硅層，見圖5所示，預(yù)擴(kuò)散后，只在另一側(cè)形成預(yù)擴(kuò)散層，見圖6所示；或者先預(yù)擴(kuò)散，此時(shí)在硅單晶片兩側(cè)形成預(yù)擴(kuò)散層，見圖7所示，然后去掉一側(cè)的預(yù)擴(kuò)散層，保留另一側(cè)的預(yù)擴(kuò)散層，見圖8所示。其次，直接進(jìn)行主擴(kuò)散，使另一側(cè)的預(yù)擴(kuò)散層擴(kuò)散為高濃度深擴(kuò)散層，不過在這一過程中會(huì)發(fā)生自摻雜，與預(yù)擴(kuò)散相比主擴(kuò)散溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致本無擴(kuò)散層的一側(cè)出現(xiàn)深達(dá)110μm的擴(kuò)散層，或者說在硅單晶片兩側(cè)發(fā)生了同時(shí)不同樣的擴(kuò)散，如果將該擴(kuò)散層去掉，則不僅損失了一定量的硅單晶材料，而且還會(huì)影響到擴(kuò)散拋光片的結(jié)構(gòu)。為了解決這一問題，主擴(kuò)散的另一項(xiàng)具體方案是在主擴(kuò)散前，在硅單晶片本無預(yù)擴(kuò)散層的一側(cè)采用沉積法成膜工藝生成主擴(kuò)散低濃度區(qū)掩蔽層2，見圖10所示，如果該主擴(kuò)散低濃度區(qū)掩蔽層2為二氧化硅膜，則可以將在主擴(kuò)散過程中因自摻雜而在該側(cè)發(fā)生的擴(kuò)散深度減少到40～90μm，見圖12、圖13所示，如果該主擴(kuò)散低濃度區(qū)掩蔽層2為氮化硅膜，則可以消除在主擴(kuò)散過程中因自摻雜而在該側(cè)發(fā)生的擴(kuò)散；或者在硅單晶片兩側(cè)采用氧化工藝生成主擴(kuò)散低濃度區(qū)掩蔽層2和主擴(kuò)散高濃度區(qū)掩蔽層3，見圖11所示，可以將在主擴(kuò)散過程中因自摻雜而在該側(cè)發(fā)生的擴(kuò)散深度減少到40～60μm。最后采用減薄拋光工藝去掉預(yù)擴(kuò)散掩蔽層1、主擴(kuò)散低濃度區(qū)掩蔽層2和主擴(kuò)散高濃度區(qū)掩蔽層3以及因自摻雜而出現(xiàn)的擴(kuò)散層，獲得擴(kuò)散拋光片。
權(quán)利要求
1.一種擴(kuò)散拋光片單側(cè)主擴(kuò)散制作方法，采用二步擴(kuò)散法在片狀半導(dǎo)體單晶材料中摻雜，獲得制造半導(dǎo)體器件的中間產(chǎn)品擴(kuò)散拋光片，其特征在于，A、在預(yù)擴(kuò)散之前，在片狀半導(dǎo)體單晶材料的一側(cè)生成預(yù)擴(kuò)散掩蔽層(1)，預(yù)擴(kuò)散后，只在另一側(cè)形成預(yù)擴(kuò)散層，或者先預(yù)擴(kuò)散，此時(shí)在片狀半導(dǎo)體單晶材料兩側(cè)形成預(yù)擴(kuò)散層，然后去掉一側(cè)的預(yù)擴(kuò)散層，保留另一側(cè)的預(yù)擴(kuò)散層；B、進(jìn)行主擴(kuò)散，使另一側(cè)的預(yù)擴(kuò)散層擴(kuò)散為高濃度深擴(kuò)散層，直接獲得擴(kuò)散拋光片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散拋光片制作方法，其特征在于，所述的片狀半導(dǎo)體單晶材料選用厚度為300～400μm的硅單晶片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的擴(kuò)散拋光片的制作方法，其特征在于，在主擴(kuò)散前，在硅單晶片本無預(yù)擴(kuò)散層的一側(cè)生成主擴(kuò)散低濃度區(qū)掩蔽層(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的擴(kuò)散拋光片的制作方法，其特征在于，在主擴(kuò)散前在硅單晶片兩側(cè)生成主擴(kuò)散低濃度區(qū)掩蔽層(2)和主擴(kuò)散高濃度區(qū)掩蔽層(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散拋光片的制作方法，其特征在于，采用減薄拋光工藝去掉預(yù)擴(kuò)散掩蔽層(1)、主擴(kuò)散低濃度區(qū)掩蔽層(2)和主擴(kuò)散高濃度區(qū)掩蔽層(3)以及因自摻雜而出現(xiàn)的擴(kuò)散層。
全文摘要
一種擴(kuò)散拋光片單側(cè)主擴(kuò)散制作方法，屬于半導(dǎo)體器件制造工藝技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有方法不管是預(yù)擴(kuò)散還是主擴(kuò)散，擴(kuò)散過程始終在硅單晶片兩側(cè)同時(shí)同樣地進(jìn)行，硅單晶片的結(jié)構(gòu)呈N
文檔編號(hào)H01L21/302GK101030529SQ20071005527
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2007年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月26日
發(fā)明者王新, 黃光波, 劉廣海, 商亞峰, 佐義忠, 陶巍, 鄒光祎 申請(qǐng)人:吉林華微電子股份有限公司