[發(fā)明專利]一種瞬變電壓抑制二極管用硅外延片的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710253438.4
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107099840B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李明達(dá);陳濤;薛兵;李普生
• 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: C30B25/20
• 分類號: C30B25/20;C30B29/06;H01L21/02
• 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

本發(fā)明公開了一種瞬變電壓抑制二極管用硅外延片的制備方法。本制備方法通過氣體流場、基座溫場調(diào)節(jié)以及外延工藝的優(yōu)化，克服了現(xiàn)有瞬變電壓抑制二極管用硅外延片工藝中存在的厚度和電阻率均勻性控制的問題。通過外延工藝的優(yōu)化實現(xiàn)了對襯底雜質(zhì)自擴(kuò)散過程的控制，保證了硅外延片的厚度和電阻率的高均勻性，表面無層錯、位錯、滑移線、霧等缺陷。采用本方法制備的硅外延片的厚度和電阻率不均勻性均小于2%；硅外延片的厚度均值范圍為6.10?6.25μm，電阻率均值范圍為1.25?1.35Ω·cm，從而滿足了瞬變電壓抑制二極管的使用要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體外延材料的制備工藝技術(shù)，尤其涉及一種瞬變電壓抑制二極管用硅外延片的制備方法。

背景技術(shù)

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件日趨小型化、高密度化和多功能化，這就要求器件響應(yīng)時間快，滿足高速數(shù)據(jù)線路的傳輸，又要保證受到多次電壓及電流的瞬態(tài)干擾后器件性能不會劣化。瞬變電壓抑制二極管是在這種市場應(yīng)用要求上發(fā)展而來的，是一種二極管形式的新型高效能保護(hù)器件，用來保護(hù)敏感半導(dǎo)體器件，使其免遭瞬態(tài)電壓浪涌破壞，具有結(jié)電容小、響應(yīng)時間短、瞬態(tài)功率大、鉗位電壓容易控制、擊穿電壓偏差小、漏電流小和可靠性高等優(yōu)點，因而在電壓瞬變和浪涌防護(hù)上得到了廣泛的應(yīng)用。

硅外延片是制備瞬變電壓抑制二極管的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，外延層的厚度和電阻率參數(shù)決定著器件的擊穿電壓和導(dǎo)通電阻，尤其是厚度、電阻率的均勻性對器件的品質(zhì)有著極為重要的影響。由于瞬變電壓抑制二極管所需外延層的特點是厚度較薄，但是電阻率較高。因此襯底的雜質(zhì)在固相和氣相中的輕微自擴(kuò)散就會對外延層的電阻率分布的均勻性造成影響，從而影響器件的電容參數(shù)。因此對襯底雜質(zhì)的自擴(kuò)散實現(xiàn)有效抑制，保證外延層參數(shù)的均勻性是成功制備瞬變電壓抑制二極管用硅外延片的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有瞬變電壓抑制二極管用硅外延片在制備工藝中存在的厚度和電阻率均勻性控制的問題，通過氣體流場、反應(yīng)溫場的調(diào)節(jié)以及外延工藝的優(yōu)化，獲得一種瞬變電壓抑制二極管用高均勻性硅外延片的制備方法，從而滿足瞬變電壓抑制二極管的使用要求。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種瞬變電壓抑制二極管用硅外延片的制備方法，其特征在于，有以下步驟：

（1）、首先通過旋轉(zhuǎn)外延爐石墨基座下方的感應(yīng)線圈的底端設(shè)置的9組距離可調(diào)的調(diào)節(jié)桿來頂起或拉低線圈的位置，調(diào)整線圈每個部分與石墨基座之間的間距，進(jìn)而調(diào)節(jié)基座的溫場分布均勻性，實現(xiàn)對硅外延片厚度和電阻率的均勻性的控制；9組調(diào)節(jié)桿分別命名為4#-12#，其中4#調(diào)節(jié)桿的刻度值設(shè)定范圍為-6～-10，5#調(diào)節(jié)桿的刻度值設(shè)定范圍為-10～-15，6#調(diào)節(jié)桿的刻度值設(shè)定范圍為-25～-30，7#調(diào)節(jié)桿的刻度值設(shè)定范圍為-25～-30，8#調(diào)節(jié)桿的刻度值設(shè)定范圍為0～+3，9#調(diào)節(jié)桿的刻度值設(shè)定范圍為-25～-30，10#調(diào)節(jié)桿的刻度值設(shè)定范圍為-25～-30，11#調(diào)節(jié)桿的刻度值設(shè)定范圍為0～+3，12#調(diào)節(jié)桿的刻度值設(shè)定范圍為0～+3；

（2）、利用純度≥99.99%的HCl氣體對外延爐基座進(jìn)行腐蝕，完全去除基座上的殘余沉積物質(zhì)，刻蝕溫度設(shè)定為1080-1100℃，HCl氣體流量設(shè)定為30-35 L/min，刻蝕時間設(shè)定為3-5 min；刻蝕完成后隨即對基座重新生長一層無摻雜多晶硅，生長原料為SiHCl₃，氣體流量設(shè)定為5-6 L/min，生長時間設(shè)定為5-6 min；

（3）、向外延爐基座片坑內(nèi)裝入硅單晶襯底片，依次利用純度均≥99.999%的氮氣和氫氣吹掃外延爐反應(yīng)腔體，氣體流量設(shè)定為100-120 L/min，吹掃時間設(shè)定為8-10 min；

（4）、利用HCl氣體對硅單晶襯底片的表面進(jìn)行拋光，HCl流量設(shè)定為1-3 L/min，拋光溫度設(shè)定為1060-1080℃，拋光時間設(shè)定為1-3 min；