專利名稱：一種硅單晶薄片氧化單面預(yù)擴散制造晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體摻雜擴散，尤其涉及一種硅單晶薄片氧化單面預(yù)擴散制造 晶體管的方法。
背景技術(shù)：
自二十世紀(jì)五十年代硅晶體管問世并成為最重要的電子產(chǎn)品以來，人們不斷 推出新型硅功率器件和半導(dǎo)體制造新工藝技術(shù)。根據(jù)半導(dǎo)體原理，硅晶體管制
造需要進行前后三次m族(硼、鋁、鎵)、v族(磷)元素半導(dǎo)體雜質(zhì)的摻雜擴散，
形成晶體管的集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)。人們通常采用N71^、 P7P+、 N7P+、 P7N" 型深結(jié)結(jié)構(gòu)的硅片作為襯底基礎(chǔ)，其中N'或P—層作為功率晶體管承受高反向電 壓的集電區(qū)部分，而N"或P+層作為支撐襯底同時起降低器件正向壓降的作用。
其中利用在高電阻率的N-(或r)型硅單晶片上進行isr (或p-)型半導(dǎo)體摻雜
后，獲得N71^、 P7P+、 N7P+、 P7N"型硅深結(jié)結(jié)構(gòu)的方法即稱為硅片三重擴散工 藝。傳統(tǒng)的硅三重擴散工藝是在高溫下進行半導(dǎo)體雜質(zhì)長時間的推結(jié)擴散后， 在N-或P—型硅片中摻入高濃度的N"型或P+型半導(dǎo)體雜質(zhì)，從而獲得NVN7NT、 P+/P7P+、 P+/N7P+、 NVP7NT型雜質(zhì)深擴散結(jié)結(jié)構(gòu)。然后研磨去除其中一個面上 的N"或P+層，以得到為制造功率晶體管所需的N71Sr、 P7P+、 N7P+、 P7N"型結(jié) 構(gòu)的硅深結(jié)三重擴散片。
對于常規(guī)的三重擴散工藝制備晶體管的硅基片的方法，當(dāng)前所存在的問題 有由于它是在整個厚硅片的上下兩面經(jīng)高溫長時間半導(dǎo)體摻雜擴散業(yè)已形成 特深結(jié)的N+或P+層后，才研磨去除其中之一個面上的N+(或P+)層，獲得制 造晶體管所需的N7N"、 P7P+、 N7P+、 P7N"型結(jié)構(gòu)硅基片。這樣做就難以避免為 去除其深(厚)度占到2/5硅片總厚度的N+或P+層所造成的相當(dāng)大的材料浪費。 目前，單晶硅價格高昂，因此更增加了常規(guī)的硅三重擴散法的生產(chǎn)成本，降低 了三重擴散片產(chǎn)品的性價比。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了克服傳統(tǒng)深結(jié)三重擴散法中硅片浪費、成本較高的缺點， 提供一種硅單晶薄片氧化單面預(yù)擴散制造晶體管的方法。 包括如下步驟
1 )在N-或p-硅單晶片整個面上生長氧化硅層； 2)去除一表面上的氧化硅層；
3) 在去除氧化硅層的表面上預(yù)擴散入N+或p+半導(dǎo)體雜質(zhì)；
4) 在1250 130(TC溫度下，進行50 250小時單面硅內(nèi)N+或p+雜質(zhì)的推
結(jié)；
5) 對另一表面(N-或p-面)進行化學(xué)機械拋光；
6) 在]^-^+或？-/ +硅基片上制造晶體管。
所述的步驟l)中生長氧化硅層時間為8 12小時，溫度為1100 1250°C; 所述的步驟3)中硅中雜質(zhì)預(yù)擴散的時間為2 4小時，溫度為1100 1250°C;
所述的步驟4)中溫度為1270 1290°C，擴散時間為100 230小時； 所述的步驟6)中，N+或P+層的厚度為100 220微米。 本發(fā)明的有益效果是在制造過程中硅片化學(xué)機械拋光的去除量所占比例不 到硅片總厚度的1/10。因此，可實現(xiàn)選用僅為傳統(tǒng)工藝所需0.7倍厚度的硅單晶 片作為原材料。在當(dāng)前單晶硅供應(yīng)緊張、價格高昂，且原材料硅單晶片成本占 到硅深結(jié)三重擴散片生產(chǎn)總成本75%的情況下，本發(fā)明方法降低了原材料成本, 可望取得較高的經(jīng)濟效益。
圖1是本發(fā)明的硅單晶薄片氧化單面預(yù)擴制造晶體管的方法工藝流程圖； 圖2是傳統(tǒng)的硅三重擴散方法工藝流程圖。 具有實施方式
本發(fā)明在硅單晶片整個面上生長氧化硅膜后,去除一表面上的氧化硅膜，在 無氧化硅膜的單面上預(yù)先擴散入N+或p+半導(dǎo)體雜質(zhì)，然后作高溫長時間的硅單 面內(nèi)，(或p+)雜質(zhì)的推結(jié)擴散，經(jīng)過N-或p-面的化學(xué)機械拋光，獲得制造 晶體管所用的1^-肘+ (或P7P+)深結(jié)擴散硅基片。具有節(jié)省硅片材料、降低產(chǎn) 品成本的特點。
根據(jù)硅功率晶體管的高反壓特性參數(shù)設(shè)計要求，單晶硅片需選用10-120歐 姆厘米的高電阻率。同時受到硅片易碎特性和半導(dǎo)體薄片加工水平的制約，硅 片厚度有嚴(yán)格的下限。若硅片電阻率高、厚度過大，將會使功率晶體管低正向 電壓降的性能指標(biāo)難以實現(xiàn)。因為功率晶體管的設(shè)計中真正用于制造硅晶體管 的高電阻率層只占到硅片總厚度的1/4左右，其余占3/4厚度的硅片部分只是起 著防止晶體管在制造過程中發(fā)生破碎的基礎(chǔ)襯底支撐之作用。晶體管設(shè)計對該 襯底部分的要求是必須低電阻率，高電導(dǎo)性硅材料。
本發(fā)明選取適當(dāng)厚度和電阻率的單晶硅片，經(jīng)過嚴(yán)格的清洗，在
1100-125(TC下，在硅單晶片整個面上進行8-12小時的氧化硅生長，去除一個單 面上的氧化硅膜，再在1150-120(TC下，對硅片進行2-3小時的半導(dǎo)體雜質(zhì)源預(yù) 沉積擴散，在硅片無氧化硅膜的一面摻入濃度高、摻雜量足夠、結(jié)深較淺的N" 型或P+型半導(dǎo)體雜質(zhì)，獲得1ST/NT、 P+/F、 N7P+、 P7N"型淺結(jié)結(jié)構(gòu)。此后在 125(rC-1300°C范圍內(nèi)進行50小時-250小時N+ (或p+)雜質(zhì)的推結(jié)，在推結(jié)過 程中原先摻入的半導(dǎo)體雜質(zhì)總量基本保持不變，擴散結(jié)大為加深。N-或p-面經(jīng) 化學(xué)機械拋光后，獲得N7N^、 P7P+、 N7P+、 P7N"型硅深結(jié)擴散片。
以N型硅單晶為例。將硅單晶(N型，電阻率p=10-120Qcm)切成厚度為 350士10^im的單晶硅片，經(jīng)過l號化學(xué)電子清洗液(NH40H: H202: H20=l: 2: 5)和2號化學(xué)電子清洗液(HCL: H202: H20=l: 2: 8)嚴(yán)格清洗?；瘜W(xué)電子
清洗液的清洗反應(yīng)溫度為80-85°C，反應(yīng)時間為IO分鐘。然后將硅片置于純水 中徹底沖洗清潔。純水電阻率212兆歐姆厘米，每次沖水時間260分鐘。硅片在 12(TC的烘箱內(nèi)烘干，烘烤時間^30分鐘。在1100-125(TC下，于清潔的石英管爐 中，硅單晶片整個面上進行10±2小時的氧化硅生長，硅片表面上生長成厚度達 1微米以上的氧化硅膜。采用氫氟酸的化學(xué)腐蝕方法去除硅片一個表面上的氧化 硅膜后，硅片先在1100-125(TC下進行約2-3小時的半導(dǎo)體磷雜質(zhì)源(通氮氣攜 帶三氯氧磷液態(tài)源進石英反應(yīng)管)預(yù)沉積擴散，在硅片無氧化硅膜的一面摻入 濃度高、摻雜量充足、結(jié)深較淺的W型半導(dǎo)體雜質(zhì)，硅片變?yōu)镹7N"型的結(jié)構(gòu)。 此后再在1250-130(TC的溫度下對硅片進行100-250小時的W型半導(dǎo)體磷雜質(zhì)推 結(jié)擴散，在此過程中原先摻入的磷雜質(zhì)總量基本保持不變，擴散結(jié)加深至 150-220pm。最后將硅片的N-單面研磨拋光成鏡面(根據(jù)晶體管設(shè)計要求保留 厚度為250-280阿)，獲得N7N"型硅深結(jié)擴散片。本發(fā)明的優(yōu)點是實現(xiàn)選用僅 為傳統(tǒng)工藝所需0.7倍厚度的硅單晶片作為原材料，較大幅度降低了原材料成 本。
實施例1
1) 在硅單晶片在1100 1250'C溫度下，整個面上生長氧化硅層；生長氧化 硅層時間為8 12小時；
2) 去除一表面上的氧化硅層；
3) 在去除氧化硅層的表面上預(yù)先擴散入N+或p+半導(dǎo)體雜質(zhì)；預(yù)先擴散的
時間為2 4小時，溫度為1100 1250°C;
4) 在1250 130(TC溫度下，進行50 250小時單面硅內(nèi)N+或p+雜質(zhì)的推
結(jié)；
5 )對另一表面去除氧化硅層并對N-或p-面進行化學(xué)機械拋光；
6)在N7N+或P-7P+硅基片上制造晶體管，N+或P+層的厚度為100 220
微米。 實施例2
1) 在硅單晶片在115(TC溫度下，整個面上生長氧化硅層；生長氧化硅層時 間為9小時；
2) 去除一表面上的氧化硅層；
3) 在去除氧化硅層的表面上預(yù)先擴散入N+或p+半導(dǎo)體雜質(zhì)；預(yù)先擴散的
時間為3.5小時，溫度為1150°C;
4) 在1290'C溫度下，進行150小時單面硅內(nèi)N+或p+雜質(zhì)的推結(jié)；
5) 對另一表面去除氧化硅層并對N-或p-面進行化學(xué)機械拋光；
6) 在1^-^+或？-/ +硅基片上制造晶體管，N+或P+層的厚度為180微米。 實施例3
1) 在硅單晶片在125(TC溫度下，整個面上生長氧化硅層；生長氧化硅層時
間為12小時；
2) 去除一表面上的氧化硅層；
3) 在去除氧化硅層的表面上預(yù)先擴散入N+或p+半導(dǎo)體雜質(zhì)；預(yù)先擴散的
時間為4小時，溫度為1250°C;
4) 在128(TC溫度下，進行250小時單面硅內(nèi)N+或p+雜質(zhì)的推結(jié)；
5) 對另一表面去除氧化硅層并對N-或p-面進行化學(xué)機械拋光；
6) 在1^-^+或？-/ +硅基片上制造晶體管，N+或P+層的厚度為220微米。
實施例4
1) 在硅單晶片在1150'C溫度下，整個面上生長氧化硅層；生長氧化硅層時 間為10小時；
2) 去除一表面上的氧化硅層；
3) 在去除氧化硅層的表面上預(yù)先擴散入N+或p+半導(dǎo)體雜質(zhì)；預(yù)先擴散的 時間為3小時，溫度為1200°C;
4) 在127(TC溫度下，進行140小時單面硅內(nèi)N+或p+雜質(zhì)的推結(jié)；
5) 對另一表面去除氧化硅層并對N-或p-面進行化學(xué)機械拋光；
6) 在>^^+或？-/ +硅基片上制造晶體管，N+或P+層的厚度為150微米。
權(quán)利要求
1. 一種硅單晶薄片氧化單面預(yù)擴散制造晶體管的方法，其特征在于包括如下步驟1)在硅單晶片整個面上生長氧化硅層；2)去除一表面上的氧化硅層；3)在去除氧化硅層的表面上預(yù)擴散N+或p+半導(dǎo)體雜質(zhì)；4)在1250～1300℃溫度下，進行50～250小時單面硅內(nèi)N+或p+雜質(zhì)的推結(jié)；5)對另一單面的N-或p-面進行化學(xué)機械拋光；6)在N-/N+或P-/P+硅基片上制造晶體管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅單晶薄片氧化單面預(yù)擴制造晶體管的方法， 其特征在于所述的步驟1)中生長氧化硅層時間為8 12小時，溫度為1100 1250°C 。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅單晶薄片氧化單面預(yù)擴制造晶體管的方法， 其特征在于所述的步驟3)中硅中雜質(zhì)預(yù)擴散的時間為2 4小時，溫度為1100 1250°C 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅單晶薄片氧化單面預(yù)擴制造晶體管的方法， 其特征在于所述的步驟4)中溫度為1270 1290°C，擴散時間為100 230小時。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅單晶薄片氧化單面預(yù)擴制造晶體管的方法， 其特征在于所述的步驟6)中，N+或P+層的厚度為100 220微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅單晶薄片氧化單面預(yù)擴散制造晶體管的方法，它包括如下步驟1)在硅單晶片整個面上生長氧化硅層；2)去除一表面上的氧化硅層；3)在去除氧化硅層的表面上預(yù)先擴散入N+或p+半導(dǎo)體雜質(zhì)；4)在1250～1300℃溫度下，進行50～250小時單面硅內(nèi)N+或p+雜質(zhì)的推結(jié)；5)對另一單面的N-或p-面進行化學(xué)機械拋光；6)在N-/N+或P-/P+硅基片上制造晶體管。本發(fā)明革除了常規(guī)半導(dǎo)體工業(yè)所采用的必須研磨去一個單面上占到2/5硅片總厚度的N-或p-雜質(zhì)深擴散層的三重擴散工藝做法，節(jié)省1/4硅片用料。充分體現(xiàn)節(jié)材和產(chǎn)品高性價比的特點。
文檔編號H01L21/331GK101383284SQ20081012164
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者陳福元 申請人:杭州杭鑫電子工業(yè)有限公司