專利名稱：三重擴散法制備絕緣柵雙極晶體管用n-/p-/p+襯底方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三重擴散法制備絕緣柵雙極晶體管用N-/P-/P+襯底方法。

背景技術(shù)：
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是雙極與MOS的復(fù)合器件，它集MOSFET與雙極的優(yōu)點于一身，就電力電子器件的應(yīng)用而言，其特性明顯優(yōu)于雙極型晶體管以及功率MOSFET，所以自問世以來一直受到人們的青睞。
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的制作需要這樣一種材料，即在低阻P一上形成厚的高阻N層，從而獲得高的擊穿電壓和低的導(dǎo)通電阻。對于此種襯底材料的制作一般采用三重擴散、厚外延技術(shù)以及硅片直接鍵臺技術(shù)(SDB)。而厚外延技術(shù)除了存在不可避免地自擴散現(xiàn)象以外，要獲得良好的表面是十分困難的，且價格較貴。因為硅外延層是硅以原子形式嚴格沿著其襯底硅單晶的晶格方向上生長而成，要求高精的設(shè)備與技術(shù)，特別是厚外延片的制備工藝難度大，成本高。相比較而言，SDB技術(shù)可以克服硅外延片中雜質(zhì)自擴散的缺點.是一種比較理想的方法。但由于國內(nèi)的SDB工藝技術(shù)的現(xiàn)狀難以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，而且價格亦相當昂貴。鑒于絕緣柵雙極晶體管(IGBT)卓越的功率性能和廣泛的應(yīng)用，人們提出采用三重擴散法來制作絕緣柵雙極晶體管(IGBT)所用的硅基片襯底，以促進絕緣柵雙極晶體管(IGBT)更大的發(fā)展。
三重擴散晶體管的制作方法早在1957～1958年就已提出，由于晶體管的集電區(qū)、基區(qū)、發(fā)射區(qū)皆由擴散方法獲得，便稱為三重擴散。三重擴散是以質(zhì)量易于得到保證的高阻單晶材料代替高阻外延材料，從而避開外延材料的各種缺陷影響。當前三重擴散技術(shù)已十分成熟，成為半導(dǎo)體制造業(yè)的一門重要技術(shù)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種三重擴散法制備絕緣柵雙極晶體管用N-/P-/P+襯底方法。
包括如下步驟 1)在硅單晶片整個面上預(yù)擴散P+/P-半導(dǎo)體雜質(zhì)； 2)在1260～1300℃溫度下，進行100～250小時硅內(nèi)預(yù)擴散P+/P-雜質(zhì)的推結(jié)； 3)研磨去除一表面的P+/P-擴散層，并拋光N-面為鏡面； 4)在N-/P-/P+硅基片上制成絕緣柵雙極晶體管。
所述的步驟1)中雜質(zhì)預(yù)擴散的時間為2-4小時，溫度為1100℃-1260℃。
所述的步驟1)中P+/P-半導(dǎo)體雜質(zhì)的摻雜源比例為1∶30。
所述的步驟2)中溫度為1270℃-1290℃；擴散時間為150～230小時 本發(fā)明基于外延片與擴散片價格上的差異，通過采用三重擴散工藝方法來制作耐壓在600-1200v之間的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)襯底片，具有良好的經(jīng)濟效益。



圖1是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)用N-/P-/P+襯底硅三重擴散片制備流程圖。
圖2是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施例方式 三重擴散法制備絕緣柵雙極晶體管(IGBT)用N-/P-/P+襯底硅片的特征是A、在原始硅單晶片整個面上預(yù)先擴散入P+/P-半導(dǎo)體雜質(zhì)；B、高溫長時間進行硅內(nèi)預(yù)擴P+/P-雜質(zhì)的推結(jié)；C研磨去除一表面上P+/P-擴散層并拋光N-面為鏡面；D、在N-/P-/P+硅基片上完成P阱區(qū)擴散、N+源區(qū)擴散，柵極介質(zhì)生長，制成絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。
用三重擴散法制備的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)用襯底N-/P-/P+硅片主要包含以下步驟 1)選用N型30-50Ω.cm硅片，經(jīng)表面處理，清洗，甩干后待用. 2)按照比例配好所采用的p型摻雜源。
3)在硅片整個表面淀積P-摻雜源，并作預(yù)分布擴散。
4)在硅片整個表面淀積P+摻雜源，并作預(yù)分布擴散。
5)高溫長時間推結(jié)擴散。
6)研磨去除一表面的P+/P-層，得到N-/P-/P+硅片。化學(xué)機械拋光N-表面至所需N-/P-/P+硅襯底片厚度。
工藝流程為1)將N型硅單晶(N型，電阻率ρ＝20-50Ωcm)切成厚度為520±10μm的單晶硅片，經(jīng)過1號化學(xué)電子清洗液(NH4OHH2O2H2O＝125)和2號化學(xué)電子清洗液(HCLH2O2H2O＝128)嚴格清洗。化學(xué)電子清洗液的清洗反應(yīng)溫度為80-85℃，反應(yīng)時間為10分鐘。然后將硅片置于純水中徹底沖洗清潔。純水電阻率≥12兆歐姆厘米，每次沖水時間≥60分鐘。硅片在120℃的烘箱內(nèi)烘干，烘烤時間≥30分鐘。2)、按照高濃度P+摻雜源與低濃度P-摻雜源的重量比＝130的比例配制P+/P-摻雜源。3)、將配好的擴散源均勻涂布在硅片兩面。并在一定溫度下(1100℃-1260℃)在下進行2-4小時的雜質(zhì)源預(yù)沉積擴散，摻入濃度高、摻雜量充足、結(jié)深淺的P+/P-型半導(dǎo)體雜質(zhì)。4)、在硅片中獲得正反兩面對稱的P+/P-/N-/P-/P+型淺擴散結(jié)結(jié)構(gòu)后，再在1260-1300℃的溫度下對硅片進行100-250小時(擴散時間根據(jù)所需要的硅片最終厚度以及要保留的N-單晶層厚度來決定)的P型雜質(zhì)推結(jié)擴散，在此過程中原先摻入的P型雜質(zhì)總量基本保持不變，將擴散結(jié)加深至150-220μm。由于硼與鋁在硅中的擴散系數(shù)不同，因而在此期間形成了P+P-/N-/P-/P+型深結(jié)結(jié)構(gòu)。5)、然后研磨去除一個面上的P+/P-深結(jié)擴散層并將該面的N-層研磨拋光成鏡面(根據(jù)晶體管設(shè)計要求保留硅片總厚度為250-300μm)，由此獲得N-/P-/P+型硅深結(jié)擴散片。本發(fā)明的優(yōu)點是三重擴散是以質(zhì)量易于得到保證的高阻單晶材料代替高阻外延材料，從而避開外延材料的各種缺陷影響，同時利用不同擴散系數(shù)的P型雜質(zhì)源通過一次擴散自然形成了P+/P-的結(jié)構(gòu)(快擴散雜質(zhì)源形成P-層，慢擴散雜質(zhì)源形成P+層)，簡化了生產(chǎn)工藝；采用基礎(chǔ)襯底為P+/P-結(jié)構(gòu)的深結(jié)硅三重擴散片作為制造絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的基片，大幅度降低了原材料成本，產(chǎn)品實現(xiàn)較高性價比。
實施例1 1)在硅單晶片整個面上預(yù)擴散P+/P-半導(dǎo)體雜質(zhì)；預(yù)擴散的時間為2-4小時，溫度為1100℃-1260℃。
高濃度P+摻雜源與低濃度P-摻雜源的用量(重量)比為130。
2)在1260～1300℃溫度下，進行100～250小時硅內(nèi)預(yù)擴散P+/P-雜質(zhì)的推結(jié)。
3)研磨去除一表面的P+/P-擴散層，并拋光N-面為鏡面； 4)在N-/P-/P+硅基片上制成絕緣柵雙極晶體管。P-/P+層的厚度為160～250微米。
實施例2 1)在硅單晶片整個面上預(yù)擴散P+/P-半導(dǎo)體雜質(zhì)；預(yù)擴散的時間為2小時，溫度1230℃。
P+/P-半導(dǎo)體雜質(zhì)的摻雜源比例為130。
2)在1270℃溫度下，進行230小時硅內(nèi)預(yù)擴散P+/P-雜質(zhì)的推結(jié)。
3)研磨去除一表面的P+/P-擴散層，并拋光N-面為鏡面。
4)在N-/P-/P+硅基片上制成絕緣柵雙極晶體管。P-/P+層的厚度為220微米。
實施例3 1)在硅單晶片整個面上預(yù)擴散P+/P-半導(dǎo)體雜質(zhì)；預(yù)擴散的時間為4小時，溫度為1180℃。
P+/P-半導(dǎo)體雜質(zhì)的摻雜源比例為130。
2)在1280℃溫度下，進行150小時硅內(nèi)預(yù)擴散P+/P-雜質(zhì)的推結(jié)。
3)研磨去除一表面的P+/P-擴散層，并拋光N-面為鏡面。
4)在N-/P-/P+硅基片上制成絕緣柵雙極晶體管。P-/P+層的厚度為170微米。
實施例4 1)在硅單晶片整個面上預(yù)擴散P+/P-半導(dǎo)體雜質(zhì)；預(yù)擴散的時間為3小時，溫度為1210℃。
P+/P-半導(dǎo)體雜質(zhì)的摻雜源比例為130。
2)在1275℃溫度下，進行170小時硅內(nèi)預(yù)擴散P+/P-雜質(zhì)的推結(jié)。
3)研磨去除一表面的P+/P-擴散層，并拋光N-面為鏡面。
4)在N-/P-/P+硅基片上制成絕緣柵雙極晶體管。P-/P+層的厚度為190微米。
權(quán)利要求
1、一種三重擴散法制備絕緣柵雙極晶體管用N-/P-/P+襯底硅片的方法，其特征在于包括如下步驟
1)在硅單晶片整個面上預(yù)擴散P+/P-半導(dǎo)體雜質(zhì)；
2)在1260～1300℃溫度下，進行100～250小時硅內(nèi)預(yù)擴散P+/P-雜質(zhì)的推結(jié)；
3)研磨去除一表面的P+/P-擴散層，并拋光N-面為鏡面；
4)在N-/P-/P+硅基片上制成絕緣柵雙極晶體管。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三重擴散法制備絕緣柵雙極晶體管用N-/P-/P+襯底硅片的方法，其特征在于所述的步驟1)中雜質(zhì)預(yù)擴散的時間為2-4小時，溫度為1100℃-1260℃。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三重擴散法制備絕緣柵雙極晶體管用N-/P-/P+襯底硅片的方法，其特征在于所述的步驟1)中P+/P-半導(dǎo)體雜質(zhì)的摻雜源比例為130。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三重擴散法制備絕緣柵雙極晶體管用N-/P-/P+襯底硅片的方法，其特征在于所述的步驟2)中溫度為1270℃-1290℃；擴散時間為150～230小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用三重擴散法制備絕緣柵雙極晶體管用N-/P-/P+襯底方法。包括如下步驟1)在硅單晶片整個面上預(yù)擴散P+/P-半導(dǎo)體雜質(zhì)；2)在1260～1300℃溫度下，進行100～250小時硅內(nèi)預(yù)擴散P+/P-雜質(zhì)的推結(jié)；3)研磨去除一表面的P+/P-擴散層，并拋光N-面為鏡面；4)在N-/P-/P+硅基片上制成絕緣柵雙極晶體管。本發(fā)明基于外延片與擴散片價格上的差異，通過采用三重擴散工藝方法來制作耐壓在600-1200v之間的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)襯底片，具有良好的經(jīng)濟效益。
文檔編號H01L21/02GK101399202SQ20081012164
公開日2009年4月1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, 毛建軍, 胡煜濤, 夢 胡 申請人:杭州杭鑫電子工業(yè)有限公司