專利名稱：鋁雜質(zhì)源轉(zhuǎn)移擴散方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種功率半導體器件芯片的鋁 雜質(zhì)源轉(zhuǎn)移擴散方法。
背景技術：
隨著功率半導體器件向著高電壓、大電流、高轉(zhuǎn)換功率的發(fā)展，要求在功率半導體器件芯片上制作出高擊穿電壓的PN結(jié)，為此通常采用低濃度的鋁擴 散摻雜方法來形成PN結(jié)的P區(qū)。目前國內(nèi)外廠家普遍采用"閉管擴鋁"方法進行鋁摻雜。圖1 圖4為該現(xiàn) 有技術的過程示意圖，這種技術的主要方法是參照圖1所示，將清洗干凈的 正式器件芯片7和高純鋁源1裝入半封閉的石英管2內(nèi)，參照圖2所示，抽真空后 用氫氧火焰將石英管口10密封住，保持管內(nèi)真空，然后，參照圖3所示，將石 英管^L入高溫擴散爐11中，利用鋁源蒸汽在真空、封閉、高溫的石英管2內(nèi)對 正式芯片7進行飽和擴散摻雜，擴散完畢后，參照圖4所示，取出石英管2，擊 碎管口IO,取出正式芯片7即完成閉管擴散。該現(xiàn)有技術主要存在如下問題，包括1. 由于每次擴散摻雜后都需要擊碎石英管口取芯片，造成石英管每用一 次就要拋棄，因而增加了生產(chǎn)成本，同時擊碎石英管時產(chǎn)生的玻璃碎末也可能 造成對芯片的污染。2. 為了使擴散時石英管內(nèi)保持高真空狀態(tài)，利用真空泵將管內(nèi)抽至高真 空后需用氫氧火焰密封石英管口，而氫氣是一種易燃易爆的氣體，因此存在安 全隱患，危及生產(chǎn)和人身的安全。3. 由于用高純鋁源直接對正式芯片摻雜，其芯片表面摻雜濃度的相對標 準偏差通常在6-10%,因此誤差較大，摻雜效果不太理想，影響了產(chǎn)品的穩(wěn) 定性和合格率。4.由于用高純鋁源直接對正式芯片摻雜，雖然進行長時間的飽和擴散， 但是無法確定擴散摻雜時間與芯片表面摻雜濃度的關系，因此不能準確計算擴 散時間^控制芯片表面濃度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決的問題是提供一種功率半導體器件芯片的鋁雜質(zhì)源擴散的方 法，該方法能夠無須密封擴散反應管就可提供高真空狀態(tài)，同時實現(xiàn)準確的 計算擴散時間和控制芯片表面濃度。為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術方案提供真空擴散爐和一個帶 有塞子的半封閉擴散管，先以高純鋁源對硅陪片和擴散管內(nèi)壁進行飽和擴散 摻雜，然后以飽和擴散摻雜后的硅陪片和擴散管內(nèi)壁對試驗芯片進行t！時間 的擴散摻雜，測量試驗芯片的薄層電阻，根據(jù)經(jīng)驗公式計算出正式芯片擴散 所需時間t2,最后以飽和擴散摻雜后的硅陪片和擴散管內(nèi)壁按照12時間對正 式芯片進行精確控制的擴散摻雜。所述經(jīng)驗公式為Vtf(R2/R02,其中、為試驗芯片擴散時間，單位h， t2為正式芯片擴散所需時間，單位h, R4為試驗芯片表面濃度的薄層電阻率 實測值，單位mV/mA, R2為正式芯片所需表面濃度的薄層電阻率目標值， 單位mV/mA。對所述硅陪片飽和擴散摻雜時，將分成兩份的硅陪片垂直于擴散管管軸 方向間隔放置，高純鋁源放于它們中間，擴散完成后再對試驗芯片或正式芯 片進行擴散摻雜。對所述硅陪片飽和擴散摻雜時，將分成若干份的高純鋁源與若干數(shù)量的 硅陪片交替放入擴散管內(nèi)，硅陪片垂直于管軸方向，擴散完成后再對試驗芯 片或正式芯片進行擴散摻雜。對所述試驗芯片或正式芯片擴散摻雜時，硅陪片與芯片垂直于擴散管管 軸方向交替間隔放置。對所述試驗芯片或正式芯片擴散摻雜時，硅陪片與芯片以兩片陪片與一 片芯片為周期垂直于管軸方向交替間隔放置。所述擴散管為石英管、碳化硅管和多晶硅管中的一種。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1. "閉管擴鋁，，方法由于每次擴散摻雜后都需要擊碎石英管口取芯片， 石英管每用 一次就要拋棄，擊碎石英管時產(chǎn)生的玻璃碎末也可能造成對芯片的 污染，而本發(fā)明直接利用真空擴散爐加熱半封閉的擴散管，無須擊碎石英管， 因而降低了生產(chǎn)成本，同時避免了擊碎石英管時產(chǎn)生的玻璃碎末污染。2. "閉管擴鋁"方法為了使擴散時石英管內(nèi)保持高真空狀態(tài)，利用真空 泵將管內(nèi)抽至高真空后需用氫氧火焰密封石英管口 ，而本發(fā)明無須密封管口 ， 也就避免了使用易燃易爆的氫氣，排除了安全隱患。3. "閉管擴鋁，，方法中由于用純鋁源直接對正式芯片飽和擴散摻雜，正 式芯片的表面摻雜濃度的相對標準偏差通常在6- 10%，而本發(fā)明則先用純鋁 源對擴散管內(nèi)壁和硅陪片進行飽和擴散摻雜，再利用硅陪片進行轉(zhuǎn)移摻雜，正 式芯片表面摻雜濃度的相對標準偏差通常在l -2% ,摻雜濃度更為均勻和穩(wěn) 定。4. 由于采用高純鋁源直接對正式芯片摻雜，雖能進行長時間的飽和擴散, 但是無法確定擴散摻雜時間與芯片表面摻雜濃度的關系，而本發(fā)明通過試驗芯 片的摻雜進而利用經(jīng)驗公式準確計算擴散時間，以控制芯片表面濃度，得到所 需的芯片表面濃度。以上這些優(yōu)點都有利于制作更高電壓、更大電流的功率半導體器件。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及 其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同 的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。圖1 圖4說明現(xiàn)有方法"閉管擴鋁，，的過程示意圖；圖5是本發(fā)明的流程示意圖；圖6~圖8是本發(fā)明實施例一的過程示意圖；圖9~圖11是本發(fā)明實施例二的過程示意圖； 圖12-圖14是本發(fā)明實施例三的過程示意圖； 圖15~圖17是本發(fā)明實施例四的過程示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖 對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā) 明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不 違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。所述示意圖只是實例，其在此不應限制本發(fā)明保護的范圍。以下結(jié)合圖5所示的流程示意圖說明本發(fā)明的具體實施方式
。實施例一，對硅陪片飽和擴散摻雜時，分成兩份的硅陪片垂直于擴散管 管軸方向間隔放置，高純鋁源放于它們中間；對芯片擴散摻雜時，硅陪片與 試驗芯片或正式芯片垂直于擴散管管軸方向交替間隔放置。步驟501:對硅陪片和擴散管內(nèi)壁進行飽和擴散摻雜。參照圖6所示的實施例示意圖，清洗擴散管2、高純鋁源1和硅陪片3， 然后將一半數(shù)量的硅陪片3逐個的垂直于管軸放入擴散管2內(nèi)，每片之間留 有一段間隔，而后放入高純鋁源1，再將另一半硅陪片3按照同樣的方法放 入擴散管2內(nèi)，最后管口用塞子4堵住(未密封)，將擴散管2推入真空擴 散爐5,關閉爐門8，從爐口9抽真空，1200。C下飽和擴散50小時，對擴散 管內(nèi)壁和硅陪片進行飽和擴散摻雜。步驟502:對試驗芯片進行^時間的飽和擴散摻雜。參照圖7所示的實施例示意圖，依次取出塞子4、已飽和擴散摻雜的硅 陪片3，、高純鋁源l,將清洗好的試驗芯片6與已摻雜的硅陪片3'垂直于管 軸方向交替間隔放置入擴散管2內(nèi)，管口用塞子4堵住(未密封)，將擴散管2推入真空擴散爐5，關閉爐門8，從爐口9抽真空，1200。C下飽和擴散 ^時間，利用從擴散管內(nèi)壁及硅陪片釋放出的鋁雜質(zhì)源對試驗芯片6擴散摻 雜。 ' 步驟503:計算出正式芯片擴散所需時間t2。依次取出塞子4、試驗芯片6與已摻雜的硅陪片3，，因為試驗芯片6的 薄層電阻率直接反映了其表面鋁摻雜濃度，所以測試試驗芯片6的薄層電阻 率Ri (多片的平均值)，根據(jù)轉(zhuǎn)移擴散之間的時間和芯片表面濃度的經(jīng)驗公 式t,/t2二(R2/R02,計算出正式芯片擴散所需時間t2,其中t,為試驗芯片擴 散時間，單位h, t2為正式芯片擴散所需時間，單位h, Ri為試驗芯片表 面濃度的薄層電阻率實測值，單位mV/mA， R2為正式芯片所需表面濃度的 薄層電阻率目標值，單位mV/mA。步驟504:對正式芯片飽和擴散摻雜t2時間。參照圖8所示的實施例示意圖，將清洗好的正式芯片7與已摻雜的硅陪 片3，垂直于管軸方向交替間隔放置入擴散管2內(nèi)，管口用塞子4堵住(未密 封)，將擴散管2推入真空擴散爐5,關閉爐門8,從爐口 9抽真空，1200 。C下飽和擴散t2時間，利用從擴散管內(nèi)壁及硅陪片釋放出的鋁雜質(zhì)源對正式 芯片飽和擴散摻雜，正式芯片即擴散得到所需表面濃度。實施例二，對硅陪片飽和擴散摻雜時，分成兩份的硅陪片垂直于擴散管 管軸方向間隔放置，高純鋁源放于它們中間；對試驗芯片或正式芯片擴^摻 雜時，以兩片硅陪片與一片芯片為周期垂直于管軸方向交替間隔放置。步驟501:對硅陪片和擴散管內(nèi)壁進行飽和擴散摻雜。參照圖9所示的實施例示意圖，清洗擴散管2、高純鋁源1和硅陪片3， 然后將一半數(shù)量的硅陪片3逐個的垂直于管軸放入擴散管2內(nèi)，每片之間留 有一段間隔，而后放入高純鋁源1,再將另一半硅陪片3按照同樣的方法放 入擴散管2內(nèi)，最后管口用塞子4堵住(未密封)，將擴散管2推入真空擴 散爐5,關閉爐門8，從爐口9抽真空，120(TC下飽和擴散50小時，對擴散 管內(nèi)壁和硅陪片進行飽和擴散摻雜。步驟502:對試驗芯片進行ti時間的飽和擴散摻雜。參照圖IO所示的實施例示意圖，依次取出塞子4、已飽和擴散摻雜的硅 陪片3，、高純鋁源l,將清洗好的試驗芯片6與已摻雜的硅陪片3'以兩片陪 片與一片芯片為周期垂直于管軸方向間隔;^文置入擴散管2內(nèi)，管口用塞子4 堵住(未密封)，將擴散管2推入真空擴散爐5，關閉爐門8,從爐口 9抽真 空，1200。C下飽和擴散ti時間，利用從擴散管內(nèi)壁及硅陪片釋放出的鋁雜質(zhì) 源對試驗芯片6擴散摻雜。步驟503:計算出正式芯片擴散所需時間t2。依次取出塞子4、試驗芯片6與已摻雜的硅陪片3，，因為試驗芯片6的 薄層電阻率直接反映了其表面鋁摻雜濃度，所以測試試驗芯片6的薄層電阻 率R,(多片的平均值)，根據(jù)轉(zhuǎn)移擴散之間的時間和芯片表面濃度的經(jīng)驗公 式t"t2二(R2/R02，計算出正式芯片擴散所需時間t2，其中^為試驗芯片擴 散時間，單位h, t2為正式芯片擴散所需時間，單位h, R,為試驗芯片表 面濃度的薄層電阻率實測值，單位mV/mA, R2為正式芯片所需表面濃度的 薄層電阻率目標值，單位mV/mA。步驟504:對正式芯片飽和擴散摻雜t2時間。參照圖11所示的實施例示意圖，將清洗好的正式芯片7與已摻雜的硅 陪片3，以兩片陪片與一片芯片為周期垂直于管軸方向間隔放入擴散管2內(nèi)， 管口用塞子4堵住(未密封)，將擴散管2推入真空擴散爐5，關閉爐門8， 從爐口9抽真空，120(TC下飽和擴散t2時間，利用從擴散管內(nèi)壁及硅陪片釋 放出的鋁雜質(zhì)源對正式芯片飽和擴散摻雜，正式芯片即擴散得到所需表面濃 度。實施例三對硅陪片飽和擴散摻雜時，高純鋁源與硅陪片交替間隔放置； 對試驗芯片或正式芯片擴散摻雜時，陪片與芯片垂直于擴散管管軸方向交替 間隔放置。步驟501:對石琉片和擴散管內(nèi)壁進行飽和擴散摻雜。參照圖12所示的實施例示意圖，清洗擴散管2、高純鋁源l和硅陪片3，將高純鋁源1分成的若干份(例如4份)，然后與一定數(shù)量(例如5片)的 硅陪片3交替放入擴散管2內(nèi)，硅陪片3垂直于管軸方向，每片之間留有一 段間隔，最后管口用塞子4堵住(未密封)，將擴散管2推入真空擴散爐5， 關閉爐門8，從爐口9抽真空，1200。C下飽和擴散50小時，對擴散管內(nèi)壁和 硅陪片進行飽和擴散摻雜。步驟502:對試驗芯片進行&時間的飽和擴散摻雜。參照圖13所示的實施例示意圖，依次取出塞子4、已飽和擴散摻雜的硅 陪片3，、高純鋁源l,將清洗好的試驗芯片6與已摻雜的硅陪片3'垂直于管 軸方向交替間隔放置入擴散管2內(nèi)，管口用塞子4堵住(未密封)，將擴散 管2推入真空擴散爐5,關閉爐門8，從爐口 9抽真空，1200。C下飽和擴散 tj時間，利用從擴散管內(nèi)壁及硅陪片釋放出的鋁雜質(zhì)源對試驗芯片6擴散摻 雜。步驟503:計算出正式芯片擴散所需時間t2。依次取出塞子4、試驗芯片6與已摻雜的硅陪片3，，因為試驗芯片6的 薄層電阻率直接反映了其表面鋁摻雜濃度，所以測試試驗芯片6的薄層電阻 率R!(多片的平均值)，根據(jù)轉(zhuǎn)移擴散之間的時間和芯片表面濃度的經(jīng)驗公 式t"t2KR2/R02,計算出正式芯片擴散所需時間t2,其中t!為試驗芯片擴 散時間，單位h, 12為正式芯片擴散所需時間，單位h, Ri為試驗芯片表 面濃度的薄層電阻率實測值，單位mV/mA, R2為正式芯片所需表面濃度的 薄層電阻率目標值，單位mV/mA。步驟504:對正式芯片飽和擴散摻雜t2時間。參照圖14所示的實施例示意圖，將清洗好的正式芯片7與已摻雜的硅 陪片3'垂直于管軸方向交替間隔放置入擴散管2內(nèi)，管口用塞子4堵住(未 密封)，將擴散管2推入真空擴散爐5,關閉爐門8，從爐口 9抽真空，1200 °C下飽和擴散t2時間，利用從擴散管內(nèi)壁及硅陪片釋放出的鋁雜質(zhì)源對正式 芯片飽和擴散摻雜，正式芯片即擴散得到所需表面濃度。實施例四對硅陪片飽和擴散摻雜時，高純鋁源與硅陪片交替間隔放置；對試驗芯片或正式芯片擴散摻雜時，以兩片陪片與一片芯片為周期垂直于管 軸方向交替間隔放置。步驟501:對硅陪片和擴散管內(nèi)壁進行飽和擴散摻雜。參照圖15所示的實施例示意圖，清洗擴散管2、高純鋁源1和硅陪片3, 將高純鋁源l分成的若干份(例如4份)，然后與一定數(shù)量(例如5片)的 硅陪片3交替放入擴散管2內(nèi)，硅陪片3垂直于管軸方向，每片之間留有一 段間隔，最后管口用塞子4堵住(未密封)，將擴散管2推入真空擴散爐5， 關閉爐門8，從爐口9抽真空，1200。C下飽和擴散50小時，對擴散管內(nèi)壁和 硅陪片進行飽和擴散摻雜。步驟502:對試驗芯片進行h時間的飽和擴散摻雜。參照圖16所示的實施例示意圖，依次取出塞子4、已飽和擴散摻雜的硅 陪片3，、高純鋁源l,將清洗好的試驗芯片6與已摻雜的硅陪片3，以兩片陪 片與一片芯片為周期垂直于管軸方向間隔放置入擴散管2內(nèi)，管口用塞子4 堵住(未密封)，將擴散管2推入真空擴散爐5,關閉爐門8,從爐口 9抽真 空，1200。C下飽和擴散^時間，利用從擴散管內(nèi)壁及珪陪片釋放出的鋁雜質(zhì) 源對試驗芯片6擴散摻雜。步驟503:計算出正式芯片擴散所需時間t2。依次取出塞子4、試驗芯片6與已摻雜的硅陪片3，，因為試驗芯片6的 薄層電阻率直接反映了其表面鋁摻雜濃度，所以測試試驗芯片6的薄層電阻 率Ri (多片的平均值)，根據(jù)轉(zhuǎn)移擴散之間的時間和芯片表面濃度的經(jīng)驗公 式t"tf(R2/R02,計算出正式芯片擴散所需時間t2,其中^為試驗芯片擴 散時間，單位h， t2為正式芯片擴散所需時間，單位h， R4為試驗芯片表 面濃度的薄層電阻率實測值，單位mV/mA, R2為正式芯片所需表面濃度的 薄層電阻率目標值，單位mV/mA。步驟504:對正式芯片飽和擴散摻雜t2時間。參照圖17所示的實施例示意圖，將清洗好的正式芯片7與已摻雜的硅 陪片3，以兩片陪片與一片芯片為周期垂直于管軸方向間隔放入擴散管2內(nèi)，管口用塞子4堵住(未密封)，將擴散管2推入真空擴散爐5,關閉爐門8, 從爐口9抽真空，120(TC下飽和擴散t2時間，利用從擴散管內(nèi)壁及硅陪片釋 放出的鋁雜質(zhì)源對正式芯片飽和擴散摻雜，正式芯片'即擴散得到所需表面濃 度。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上 的限制。所述擴散管為石英管、碳化硅管和多晶硅管的一種，其他能夠?qū)嵤?本發(fā)明的擴散管也在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)；所述步驟501中高純鋁源與硅陪 片及所述步驟502、 503中硅陪片與芯片的放置方式僅公開了較佳的實施方 式，也不能對本發(fā)明做任何限制，其他能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的放置方式也在本發(fā) 明保護范圍之內(nèi)。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本 發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單 修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種鋁雜質(zhì)源轉(zhuǎn)移擴散方法，其特征在于，包括以下步驟提供真空擴散爐和一個帶有塞子的半封閉擴散管；以高純鋁源對硅陪片和擴散管內(nèi)壁進行飽和擴散摻雜；以飽和擴散摻雜后的硅陪片和擴散管內(nèi)壁對試驗芯片進行t1時間的擴散摻雜；測量試驗芯片的薄層電阻，根據(jù)經(jīng)驗公式計算出正式芯片擴散所需時間t2；以飽和擴散摻雜后的硅陪片和擴散管內(nèi)壁按照t2時間對正式芯片進行精確控制的擴散摻雜。
2. 按照權利要求l所述的鋁雜質(zhì)源轉(zhuǎn)移擴散方法，其特征在于所述經(jīng) 驗公式為t,/t2氣R2/R02,其中t!為試驗芯片擴散時間，單位h, 12為正式 芯片擴散所需時間，單位h, R!為試驗芯片表面濃度的薄層電阻率實測值， 單位mV/mA, R2為正式芯片所需表面濃度的薄層電阻率目標值，單位 mV/mA。
3. 按照權利要求l所述的鋁雜質(zhì)源轉(zhuǎn)移擴散方法，其特征在于對所述 硅陪片飽和擴散摻雜時，將分成兩份的硅陪片垂直于擴散管管軸方向間隔放 置，高純鋁源放于它們中間，擴散完成后再對試驗芯片或正式芯片進行擴散 摻雜。
4. 按照權利要求1所述的鋁雜質(zhì)源轉(zhuǎn)移擴散方法，其特征在于對所述 硅陪片飽和擴散摻雜時，將分成若干份的高純鋁源與若干數(shù)量的硅陪片交替 放入擴散管內(nèi)，硅陪片垂直于管軸方向，擴散完成后再對試驗芯片或正式芯 片進行擴散摻雜。
5. 按照權利要求3所述的鋁雜質(zhì)源轉(zhuǎn)移擴散方法，其特征在于所述硅 陪片與試驗芯片或正式芯片垂直于擴散管管軸方向交替間隔放置。
6. 按照權利要求3所述的鋁雜質(zhì)源轉(zhuǎn)移擴散方法，其特征在于所述硅 陪片與試驗芯片或正式芯片以兩片硅陪片與一片芯片為周期垂直于管軸方向交替間隔放置。
7. 按照權利要求4所述的鋁雜質(zhì)源轉(zhuǎn)移擴散方法，其特征在于所述硅 陪片與試驗芯片或正式芯片垂直于擴散管管軸方向交替間隔放置。
8. 按照權利要求4所述的鋁雜質(zhì)源轉(zhuǎn)移擴散方法，其特征在于所述硅 陪片與試驗芯片或正式芯片以兩片硅陪片與一片芯片為周期垂直于管軸方向 交替間隔放置。
9. 按照權利要求1所述的鋁雜質(zhì)源轉(zhuǎn)移擴散方法，其特征在于所述擴 散管為石英管、碳化硅管和多晶硅管中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁雜質(zhì)源轉(zhuǎn)移擴散方法。該方法提供真空擴散爐和一個帶有塞子的半封閉擴散管，先以高純鋁源對硅陪片和擴散管內(nèi)壁進行飽和擴散摻雜，然后以飽和擴散摻雜后的硅陪片和擴散管內(nèi)壁對試驗芯片進行t₁時間的擴散摻雜，測量試驗芯片的薄層電阻，根據(jù)經(jīng)驗公式計算出正式芯片擴散所需時間t₂，最后以飽和擴散摻雜后的硅陪片和擴散管內(nèi)壁按照t₂時間對正式芯片進行精確控制的擴散摻雜。因此可以降低生產(chǎn)成本、消除使用氫氣的安全隱患，提供均勻、穩(wěn)定和可控的芯片表面摻雜濃度。
文檔編號H01L21/223GK101275284SQ20081000017
公開日2008年10月1日 申請日期2008年1月2日 優(yōu)先權日2008年1月2日
發(fā)明者劉國友, 王大江, 舒麗輝, 鄒冰艷, 黃建偉 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司