[發明專利]絕緣柵雙極型晶體管的硅外延片生產工藝

有效

• 申請號: 201711099661.4
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107845570B
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 王作義;康宏;馬洪文;胡寶平;陳小鐸;崔永明;卞小玉
• 申請（專利權）人: 四川廣瑞半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/223
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 郭受剛

本發明公開了絕緣柵雙極型晶體管的硅外延片生產工藝，包括依次進行的以下步驟：步驟一、將硅襯底材料采用純水清洗后放入反應器內；步驟二、采用氫氣作為載流氣體排出反應器內的空氣；步驟三、將反應器內部升溫至1160～1180℃，再采用HCL刻蝕3～4min，然后將反應器內部的HCL排除；步驟四、將反應器內部的溫度降至1130～1140℃的生長溫度；步驟五、向反應器內通入由氫氣和四氯化硅氣體混合構成的反應氣體，使得硅襯底表面生成硅單晶層，得到硅外延片；步驟六、停止向反應器內通入反應氣體，待反應器內部降至室溫時，向反應器內通入氮氣3～4min；步驟七、打開反應器取出硅外延片。本發明整體工藝簡單，便于實現，成本低，且應用時能減小N⁺/P⁺交界面處過渡區的寬度。

技術領域

本發明涉及半導體材料的制備工藝技術，具體是絕緣柵雙極型晶體管的硅外延片生產工藝。

背景技術

近年來，隨著消費類電子產品的不斷發展，越來越多的設備應用到絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。絕緣柵雙極型晶體管的主要結構為N^-/N⁺/P⁺的異型結構，其中，P⁺為襯底部分，N^-/N⁺為外延生長部分。在重摻雜襯底上進行外延生長時，電阻率的縱向、徑向分布均勻一致性及其可控性變差。產生的主要原因是自摻雜現象，它使外延層電阻率偏離目標參數，N⁺/P⁺交界面處形成較寬的緩變雜質過渡區，過渡區出現較寬的寬度會造成埋層圖形漂移和P-N結向外延層推移，嚴重時甚至形成反型夾層，致使器件偏離特性，可靠性降低。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種絕緣柵雙極型晶體管的硅外延片生產工藝，其應用時能減小N⁺/P⁺交界面處過渡區的寬度。

本發明的目的主要通過以下技術方案實現：絕緣柵雙極型晶體管的硅外延片生產工藝，包括依次進行的以下步驟：

步驟一、將硅襯底材料采用純水清洗后放入反應器內；

步驟二、采用氫氣作為載流氣體排出反應器內的空氣；

步驟三、將反應器內部升溫至1160～1180℃，再采用HCL刻蝕3～4min，然后將反應器內部的HCL排除；

步驟四、將反應器內部的溫度降至1130～1140℃的生長溫度；

步驟五、向反應器內通入由氫氣和四氯化硅氣體混合構成的反應氣體，使得硅襯底表面生成硅單晶層，得到硅外延片；其中，硅外延片的N⁺層生長前預先通入PH₃持續5min，N^-層生長前將反應器內部溫度升高120℃，向反應器內以30s為一個周期通入氫氣進行12個周期，每個周期前15s氫氣的流量為2L/min，后15s氫氣的流量為20L/min，再將反應器內部溫度降至生長溫度。

步驟六、停止向反應器內通入反應氣體，待反應器內部降至室溫時，向反應器內通入氮氣3～4min；

步驟七、打開反應器取出硅外延片。本發明采用四氯化硅(SiCL₄)在加熱的硅襯底表面與氫氣發生還原反應生成硅，并以單晶的形式沉積在硅襯底表面。SiCL₄與H₂外延硅的方程式表示如下：SiCL₄+2H₂→Si↓+4HCL。其中，SiCL₄與氫在600℃時即可發生還原反應，本發明將生長溫度控制在1130～1140℃，以保證淀積原子具有足夠的動能在襯底表面運動，并找到合適的晶格位置固定下來形成單晶。本發明在取出硅外延片前，采用氮氣流代替氫氣流，以便于更安全地打開反應器。