[發明專利]高壓功率器件用極厚外延片及其制造方法

有效

• 申請號: 201310240216.0
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103354242A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 王浩;鄒崇生
• 申請（專利權）人: 上海晶盟硅材料有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L21/02;H01L21/20
• 代理公司: 上海脫穎律師事務所 31259
• 代理人: 李強

技術領域

本發明涉及一種高壓功率器件用極厚外延片及其制造方法。

背景技術

外延即在硅單晶襯底上沿原來的晶向再生長一層硅單晶薄膜的工藝。硅外延片是制作半導體分立器件的主要材料，因為它既能保證PN結的高擊穿電壓，又能降低器件的正向壓降。一些高壓功率器件對耐壓的要求達到了1500V甚至更高，對應的，對于外延的厚度要求達到了100um以上，甚至到160um。

衡量外延品質有三項重要參數，分別是厚度、電阻率、表面缺陷。隨著外延厚度的增加，尤其是大尺寸如6寸以上的外延片，外延層厚度和阻值均勻性都會變得難以調節，而做到完美的晶圓表面更是難上加難。

在6寸或8寸的外延上長如此厚的外延，按照傳統的工藝和相關設備、物料配置制造出的外延片有以下幾個缺陷：1、碎片或裂片，外延層可看做是一層一層極薄的膜累積堆疊在基板上，在外力的作用下會發生彎曲，晶片各點的溫度會隨著外延厚度的增加而產生越來越大的差異，當同一片晶片不同位置的溫度梯度達到一定程度時即會發生破裂；2、厚度均勻性和電阻率均勻性差，已有大量的試驗數據能得出，在其它條件不變的情況下，長晶厚度從40um變為100um以上，厚度均勻性從2%變差為6%，電阻率均勻性變從3%變差為8%甚至更差，這同樣是由于熱應力和極厚外延層的熱損耗和熱傳遞不均勻導致不同點的各種化學成分的沉積速率不一致；計算公式:厚度/電阻率非均勻性=（MAX-MIN）*100%/(MAX+MIN),MAX為晶片上不同位置9個點中最大厚度/電阻率數值，MIN為9個點中最小厚度/電阻率數值。3、表面的長晶缺陷尤其是在晶片邊緣的長晶缺陷，由于外延相比于襯底的原子、分子排列松散些，表現在物理特性上即硬度不如襯底，隨著外延層的不斷增厚，邊緣的缺陷會增多，尤其是這種大于100um的極厚外延，會在邊緣長成有小丘、層錯等長晶形成的大尺寸（>0.5um）缺陷；4、晶片邊緣被外延長晶爐臺機械手臂壓傷形成壓痕，這是由于極厚外延對于設備的調節要求非常高，尤其是在機械手臂放入和拿出晶片時由于晶片長晶前后的厚度差極大和長晶用的石墨坑大小不合理所造成的手臂對外延后晶片邊緣的壓痕。

發明內容

本發明的目的之一是為了克服現有技術中的不足，提供一種高壓功率器件用極厚外延片。

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案實現：

高壓功率器件用極厚外延片，包括襯底和外延層，其特征在于，所述襯底為6寸以上，所述外延層厚度為100μm以上。

優選地是，所述襯底為6寸或8寸。

優選地是，所述外延層厚度為100μm-199μm。

優選地是，所述外延層的厚度非均勻性小于等于5%。

優選地是，所述外延層的電阻非均勻性小于等于5%。

優選地是，所述襯底為N型襯底。

優選地是，所述N型襯底摻雜砷、磷及銻中的至少一種元素。

優選地是，所述襯底為P型襯底。

優選地是，所述P型襯底摻雜有硼元素。

本發明的目的之二是為了克服現有技術中的不足，提供一種一種高壓功率器件用極厚外延片的制造方法。

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案實現：

前述高壓功率器件用極厚外延片的制造方法，其特征在于，包括步驟：分兩步將襯底自室溫升高至長晶溫度，然后在襯底表面生長外延層；

第一步，以80℃-120℃/min的速度自室溫升至950℃-1000℃；

第二步，以10℃-20℃/min的速度升溫至長晶溫度。

優選地是，所述長晶溫度為1040℃～1100℃。

優選地是，以襯底圓心為中心，150mm范圍內的溫度差小于等于5℃。

優選地是，第一步，以100℃-110℃/min的速度自室溫升至960℃-990℃。

優選地是，第二步，以14℃-18℃/min的速度升溫至長晶溫度。

優選地是，所述的襯底放置于石墨坑內長晶，所述放置6寸襯底的石墨坑直徑為152mm；所述放置8寸襯底的石墨坑直徑為202mm。

優選地是，所述襯底為自邊緣起3mm內無大于0.3μm缺陷的襯底。

優選地是，使用LPE3061系列機型外延長晶爐完成外延長晶。

本發明涉及的目的是提供一種外延層厚度大于100μm的用于高壓功率器件的極厚外延片及其制造方法，其有效的解決了上述的外延后晶片碎裂、邊緣壓痕、長晶缺陷、厚度均勻性和電阻率均勻性的問題。