[發(fā)明專利]一種快速恢復(fù)二極管用硅外延片的制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410570481.X
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104319235B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王文林;李揚(yáng);高航;李明達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;H01L21/329
• 代理公司: 天津中環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司12105
• 代理人: 王鳳英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料的制備工藝技術(shù)，尤其涉及一種快速恢復(fù)二極管用硅外延片的制造方法。

背景技術(shù)

快速恢復(fù)二極管具有快速開通和高速關(guān)斷的能力，其反向恢復(fù)時間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓較高。快速恢復(fù)二極管主要應(yīng)用于脈寬調(diào)制器、變頻調(diào)速器、超聲波電源、開關(guān)電源等高頻大功率電子電路中。硅外延片作為制備快速恢復(fù)二極管器件的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，衡量其性能有三項重要參數(shù)，分別是厚度、電阻率和表面缺陷。目前普遍要求外延層厚度不均勻性≤3%，電阻率不均勻性≤5%，同時無晶格缺陷，外延層與襯底之間形成的過渡區(qū)寬度≤外延層厚度的15%。

目前，制備硅外延片的通用方法是化學(xué)氣相外延生長，即利用三氯氫硅(SiHCl₃)和氫氣等氣態(tài)物質(zhì)在高溫環(huán)境下反應(yīng)后，在硅單晶襯底的表面上淀積單晶薄層。由于該方法可以對外延層的晶體結(jié)構(gòu)、幾何參數(shù)和電學(xué)參數(shù)實(shí)現(xiàn)良好的控制，因而得到了最廣泛的應(yīng)用。快速恢復(fù)二極管用硅外延片需要在重?fù)诫s硅襯底上生長高阻外延層，受襯底雜質(zhì)揮發(fā)的自摻雜效應(yīng)的影響，制備電阻率均勻性高且過渡區(qū)窄的外延層比較困難，尤其在所需的外延層厚度較厚，生長時間較長時，獲得高電阻率均勻性、窄過渡區(qū)寬度的外延層的工藝難度更大。因此需通過優(yōu)化現(xiàn)有外延工藝，加強(qiáng)對自摻雜效應(yīng)的有效抑制，以成功實(shí)現(xiàn)滿足器件要求的外延片。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種快速恢復(fù)二極管器件用硅外延片的制造方法，通過優(yōu)化現(xiàn)有工藝，抑制自摻雜效應(yīng)，提高了外延片厚度及電阻率參數(shù)的均勻性，降低了晶體缺陷的發(fā)生的概率，以滿足器件的使用要求，大大提高快速恢復(fù)二極管器件的可靠性與成品率。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種快速恢復(fù)二極管器件用硅外延片的制造方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一.先利用HCl在高溫下對外延爐基座進(jìn)行刻蝕，以去除基座上的殘余沉積物質(zhì)，溫度設(shè)定為1120~1150℃，HCl氣體流量設(shè)定為1~3 L/min，刻蝕時間設(shè)定為3~5 min，隨后對基座重新包上一層本征多晶硅，生長原料為三氯氫硅氣體，流量設(shè)定為30~35 g/min，時間設(shè)定為10~15 min；

步驟二.在外延爐基座片坑內(nèi)裝入硅襯底片，依次利用氮?dú)夂蜌錃獯祾咄庋訝t反應(yīng)腔體8~10分鐘，氣體流量設(shè)定為100~150 L/min；

步驟三.對硅襯底片表面進(jìn)行氣相拋光，采用氫氣輸送拋光氣體HCl進(jìn)入反應(yīng)腔室，氫氣流量設(shè)定為250~300 L/min，HCl流量設(shè)定為1~3 L/min，溫度設(shè)定為1150~1200℃，拋光時間設(shè)定為2~3 min；

步驟四.在氫氣環(huán)境下對硅襯底片進(jìn)行高溫烘焙，以去除襯底表面的雜質(zhì)，氫氣氣體流量設(shè)定為280~320 L/min，烘焙溫度設(shè)定為1120~1150℃，烘焙時間設(shè)定為2~5 min；

步驟五.在硅襯底上生長硅本征層，生長溫度設(shè)定為1120~1150℃，采用氫氣輸送生長原料三氯氫硅氣體進(jìn)入反應(yīng)腔室，氫氣流量設(shè)定為250~300 L/min，三氯氫硅流量設(shè)定為14~16 g/min，生長速率控制在0.6~1 μm/min，生長時間為1~3 min；

步驟六.采用HCl氣體刻蝕掉受自摻雜嚴(yán)重的本征層表層，減小自摻雜效應(yīng)，HCl流量設(shè)定為3~5 L/min，拋光時間設(shè)定為10~12 min；

步驟七.進(jìn)行所需摻雜外延層的生長，生長溫度設(shè)定為1120~1150℃，外延爐基座轉(zhuǎn)速控制在2.0~3.0 r/min，外延爐的基座頂盤距基座的高度控制在45~50 mm，用氫氣輸送三氯氫硅和摻雜劑PH₃氣體進(jìn)入反應(yīng)腔室，氫氣流量控制在300~350 L/min，三氯氫硅流量設(shè)定為25~30 g/min，摻雜劑PH₃的純度為50 ppm，PH₃流量設(shè)定為32~34 sccm，摻雜外延層生長速率控制在1~1.2 μm/min；

步驟八.摻雜外延層生長達(dá)到預(yù)定厚度后降溫，將氮?dú)夂蜌錃饬髁吭O(shè)定為100~150 L/min，吹掃外延爐反應(yīng)腔室5~10分鐘；

步驟九.將外延片從基座上取出，利用紅外線測試法對外延層的厚度及均勻性進(jìn)行測量，利用CV測試法對硅外延片的電阻率及其均勻性進(jìn)行測量，利用擴(kuò)展電阻技術(shù)測量外延層的過渡區(qū)的寬度。