[發明專利]一種階躍恢復二極管用硅外延片的制備方法

有效

• 申請號: 201710253915.7
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107012506B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 李明達;陳濤;薛兵;李普生
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團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: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 王鳳英

本發明公開了一種階躍恢復二極管用硅外延片的制備方法。該制備方法克服了現有階躍恢復二極管用硅外延片工藝中存在的過渡區寬度的控制問題，在外延層生長過程中采用兩段生長，先使用反復變流量的氫氣吹掃一段時間，將雜質不斷稀釋排除出外延爐反應腔體，然后低溫低速生長第一段外延，減少了氣相自摻雜的影響，改善了過渡區的結構，隨后使用反復變流量的氫氣再吹掃一段時間，然后高溫快生長第二段外延層，最終達到目標厚度和電阻率。通過外延工藝的優化，實現了常壓下對襯底雜質自擴散因素的控制，縮短了過渡區的寬度，使其占外延層厚度百分比的13%?15%，滿足了階躍恢復二極管的使用要求。

技術領域

本發明涉及半導體外延材料的制備工藝技術，尤其涉及一種階躍恢復二極管用硅外延片的制備方法。

背景技術

階躍恢復二極管簡稱階躍管，具有正向壓降低，反向擊穿電壓高的特點，而且其下降時間極短，正向導電性能也很好。在瞬態響應上階躍管非常特殊，其下降時間接近于0，關斷時電流的變化很急速。利用其優良的伏安特性，階躍管主要用于倍頻電路、超高速脈沖整形和發生電路。

階躍管的特性是建立在PN結雜質的特殊分布上，其結構上的特點是在PN結邊界處具有陡峭的雜質分布區，因此需要采用高電阻率且過渡區寬度窄的硅外延片作為關鍵基底材料。硅外延片的厚度、電阻率、過渡區形貌等性能對階躍管的品質有著極為重要的影響，對器件的擊穿電壓、反向漏電流和正向微分電阻的性能起到十分重要的影響。其中，所制外延層與硅單晶襯底片之間擴散形成的過渡區寬度所占外延層厚度的百分比范圍要求為10%-15%，一旦外延層過渡區過寬，會嚴重影響器件的階躍恢復時間。由于外延層制備在重摻的硅單晶襯底片上，需要實現較薄厚度且較高電阻率的外延層的淀積，因此對自摻雜的控制提出了極高要求。目前國內硅外延片的過渡區寬度與國外同類產品還有較大差距，制備的過渡區寬度占外延層厚度的百分比范圍普遍為15%-20%，還不能滿足器件指標要求。

發明內容

本發明的目的是克服現有階躍恢復二極管用硅外延片在工藝中存在的過渡區寬度的控制問題，通過工藝優化實現對自擴散的控制，獲得一種階躍恢復二極管用硅外延片的制備方法。在外延層生長過程中采用兩段生長，先使用反復變流量的氫氣吹掃一段時間，將雜質不斷稀釋排除出外延爐反應腔體，然后低溫低速生長第一段外延，減少了氣相自摻雜的影響，改善了過渡區的結構，隨后使用反復變流量的氫氣再吹掃一段時間，然后高溫快生長第二段外延層，最終達到目標厚度和電阻率。從而滿足階躍恢復二極管的使用要求。

本發明采取的技術方案是：一種階躍恢復二極管用硅外延片的制備方法，其特征在于，有如下步驟：

（1）、先利用純度≥99.99%的HCl氣體對外延爐的石墨基座進行刻蝕，完全去除基座上的殘余沉積物質，刻蝕溫度設定為1130-1150℃，HCl氣體流量設定為1-3 L/min，HCl刻蝕時間設定為3-5 min，刻蝕完成后，隨即在基座表面重新生長一層無摻雜多晶硅，生長原料為SiHCl₃，氣體流量設定為14-16 L/min，生長時間設定為10-12 min；

（2）、向外延爐的基座片坑內裝入硅單晶襯底片，依次利用純度均≥99.999%的氮氣和氫氣吹掃外延爐反應腔體，氣體流量設定為290-310 L/min，吹掃時間設定為10-12min；

（3）、利用HCl氣體對硅單晶襯底片的表面進行拋光，HCl流量設定為1-3 L/min，拋光溫度設定為1130-1150℃，拋光時間設定為1-3 min；