[發明專利]改善貯存時間Ts一致性的功率晶體管制造方法

無效

• 申請號: 201110327833.5
• 申請日: 2011-10-25
• 公開（公告）號: CN102403223A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 許國杰;沈濤;張晶
• 申請（專利權）人: 丹東安順微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331
• 代理公司: 丹東匯申專利事務所 21227
• 代理人: 徐楓燕

技術領域

本發明涉及的是功率晶體管半導體管芯的制造方法，尤其涉及的是改善功率器件參數——貯存時間Ts一致性的半導體功率器件制造方法。?

背景技術

功率晶體管器件在很多電子或電力應用電路中既作為功放器件，還可作為開關器件，作為開關器件功能應用時，其開關性能的一致性就極為重要。若同型號功率晶體管器件開關性能一致性不理想，則在設計為同步開關運行的、或者是同頻率且一開關晶體管的開關是另一開關晶體管開關啟動信號的電路中，因開關轉換不一致，在開態與關態轉換過程中產生大量無用的熱功耗，導致器件總功耗上升，同時由于無用的熱功耗還會導致器件過熱甚至燒損。?

晶體管器件技術研究中引入了貯存時間Ts參數，通過貯存時間Ts來評價晶體管開關特性的好壞。貯存時間Ts描述的是晶體管貯存在基區及集電區的空穴電荷減少到零所需要的時間。在工作實踐中發現貯存時間Ts與晶體管器件的少子壽命存在著正相關。目前對少子壽命的研究僅考慮了半導體內部復合過程的影響，而實際中發現少子壽命在很大程度上還受半導體表面狀態的影響，即發現半導體表面有促進復合的作用，表面復合是指在半導體表面發生的復合過程，而表面處的雜質和表面特有的缺陷通過形成復合中心能級。那么實際測得的少子壽命應該是體內復合和表面復合的綜合結果，假設這兩種復合是平行獨立發生，用τv表示體內復合壽命，則1/τv就是體內復合幾率，用τs表示表面復合壽命，則1/τs就表示表面復合幾率，總復合幾率公式為：1/τ＝1/τs+1/τv，τ為少子壽命。?

目前功率晶體管器件管芯的制造工藝方法是：硅三重擴散片表面生長形成氧化層，在氧化層光刻基區窗口，由基區窗口硼離子注入，并通過高溫退火對注入后產生的缺陷進行修復和并推結形成基區，再由退火生長產生的氧化層為屏蔽進行發射區窗口光刻并磷擴散，最終成為垂直型NPN型結構晶體管管芯。其中的高溫退火工藝是在1200℃以上溫度條件下、氮氣氛圍中進行，為阻止退火中氮與硅反應生成氮化硅，氮氣中摻入少量氧氣，即在氧氣與氮氣的混合氛圍中退火，由氧氣阻止半導體表面氮化。但研究中發現現有的以氮氣摻入氧氣的混合氛圍退火工藝方法對硼離子注入時產生的缺陷修復能力很差，其原因是氧離子會在硅晶格表面缺陷處沉淀形成氧沉淀團，氧沉淀團再延伸生長會使周圍晶格畸變增大，從而促使氧沉淀團向周圍釋放硅自間隙原子，正是這些硅自間隙原子在氧沉淀團周圍排列成外插弗蘭克位錯環，這些弗蘭克位錯環隨著氧化層體積的膨脹而相互聯系在一起，最終形成大量微缺陷，微缺陷形成表面復合中心，增強了表面復合，根據上述總復合幾率公式可知：存在表面復合中心的地方少子壽命就會降低，進而使外貯存時間T?s下降。這些微缺陷數量以及其分布不均勻、更不可控，所以表現在整片半導體上各器件位置參數測試會出現貯存時間Ts大小不一致、離散性很大的現象，導致同一批次晶體管管芯產品技術指標不一致，難以滿足作為電子電力器件于低功耗化技術指標方面的技術要求。綜上所述，現有管芯制造工藝方法導致貯存時間Ts不一致，成為影響晶體管器件質量的一主要技術因素。?

發明內容

本發明專利申請的發明目的在于提供一種通過改進制造工藝方法來改善半導體表面狀態以保證貯存時間Ts分布均勻一致的改善貯存時間Ts一致性的功率晶體管制造方法。本發明專利申請提供的改善貯存時間Ts一致性的功率晶體管制造方法技術方案，其主要技術內容是：一種改善貯存時間TS一致性的功率晶體管制造方法，?其方法是：硅三重擴散片表面生長形成氧化層，在氧化層光刻基區窗口，由基區窗口硼離子注入，隨后高溫退火，對注入后產生的缺陷進行修復和并推結形成基區，再由退火生長產生的氧化層為屏蔽進行發射區窗口光刻并磷擴散，最終成為垂直型NPN型結構晶體管，其中高溫退火是在退火時間內經兩步驟完成：首先在純氮氣氛圍升溫至退火溫度，在該退火溫度保持30分鐘-50分鐘，其后摻入氧氣，在氮氣與氧氣混合氛圍中完成剩余退火時間的退火推結，形成基區。?

本發明專利申請提供的改善貯存時間Ts一致性的功率晶體管制造方法技術方案，其中的退火工藝改進為在同一退火時間內的兩步工藝方法，退火前期是純氮氣退火升溫預處理過程，再以常規的摻入氧氣的氮氣混合氛圍中完成剩余退火時間的退火處理，晶體管半導體的前期在純氮氣氛圍中退火升溫，避免了氧原子的引入，大幅降低了半導體表面缺陷的產生，改善了表面復合狀態，所以較現有制造工藝方法，半導體表面均勻性得到大幅度改善，因此獲得了均勻一致性分布的貯存時間Ts。?

具體實施方式