[發明專利]一種新型鍵合硅片及其制備方法

在審

• 申請號: 202010219325.4
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN111326570A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 楊朔
• 申請（專利權）人: 上海安微電子有限公司
• 主分類號: H01L29/36
• 分類號: H01L29/36;H01L29/06;H01L21/18
• 代理公司: 合肥律眾知識產權代理有限公司 34147
• 代理人: 龍海麗

本發明的主要目的為提供一種新型鍵合硅片及其制備方法，此方法采用襯底硅片和淺結擴散硅片鍵合替代成本高的外延片或深結擴散片，降低成本。制造過程采用對有源區硅片先進行擴散，再直接鍵合襯底硅片作為支撐，減少高低濃度過渡區，如圖結構，硅片由高濃度襯底片10和擴散硅片30兩部分直接鍵合而成，鍵合區20厚度小于2nm，擴散片30分為高濃擴散區31，過渡區32，低濃度有源區33組成。此種硅片可廣泛用于垂直導通的半導體器件，降低成本，又保證低正向壓降。

技術領域

本發明屬于硅片及其制備的技術領域，特別是涉及一種不用外延低成本而 用鍵合方式形成多層濃度硅片及其制備方法。

背景技術

上述所用的基片生長的方法通常有三種方式：1.外延生長。在高濃度的高 純度的單晶片上通過外延生長的方式，此種方式簡單，生長的外延層和襯底濃 度過渡區窄，使導通電阻小。缺點是生長成本高，特別是厚外延，隨著厚度增 加，成本也增加；制作的器件的反向電壓的耐壓和反向漏電方面都不如單晶片； 所使用的襯底質量要求高。2.三重擴散生長方式。在單晶片上雙面擴散高濃度雜 質，如擴磷形成N+/擴鵬形成P+層，然后經過高溫長時間擴散，為了達到支撐 作用的厚度，結深通常達到150um以上，則需要高溫如1280℃一周以上時間， 再進行單面減薄拋光。優點是制造成本低，單晶層質量好；缺點是形成的過渡區寬，通常大于50um,導致導通電阻大；擴散周期長；單晶質量要求高。3.直接 硅片鍵合方式：通過將兩硅片直接鍵合，形成N-/N+或P-/P+型。優點成本低， 缺點是當上層硅片低于10um,在減薄拋光時容易脫落或碎片。

發明內容

本發明的主要目的為提供一種新型鍵合硅片及其制備方法，此方法采用 襯底硅片和淺結擴散硅片鍵合替代成本高的外延片或深結擴散片，降低成本， 易于減薄等。制造過程采用對有源區硅片先進行擴散，再直接鍵合襯底硅片作 為支撐，減少高低濃度過渡區，如圖2結構，硅片由高濃度襯底片10和擴散硅 片30兩部分直接鍵合而成，鍵合區20厚度小于2nm，擴散片30分為高濃 散區31，過渡區32，低濃度有源區33組成。

襯底片為高濃度層，以降低導通電阻；擴散硅片分為高濃擴散區，過渡區， 低濃度有源區組成。過渡區寬度為1-20um.鍵合區的氧化層厚度低于2nm.襯底 片可采用半導體級純度單晶片，也可采用太陽能光伏級別純度單晶片。

本發明的鍵合硅片的制備方法，其步驟包括：先擴散上硅片，形成高濃度 區和過渡區，再對擴散和襯底片的拋光面相對進行直接鍵合，然后對擴散減薄 拋光，形成根據器件需要的低濃度區。

擴散形成的過渡層寬度與高濃度層深度密切相關，結深越深則過渡區越 寬。當希望減少過渡區寬度時，要盡可能減少高濃度層結深。如圖3所示的過 渡區比較。1為外延方式生長的基片，過渡區最窄；2為本發明的鍵合擴散硅片， 過渡略寬于外延片，但可控制在較適當的范圍；3為深擴散片，過渡區寬。

本發明的基片通過直接鍵合高濃度襯底片來作為支撐，通常后續芯片加工 的基片厚度要大于450um,本發明的襯底片要大于450um,避免碎片。襯底片因 不參與有源區電場分布等功能，可以使用更低成本的低純度單晶片，如 99.9999％純度的太陽能光伏級別片。擴散片部分，高濃度擴散區擴散結深可以 降低至幾微米級，使過渡區可低至1um。根據不同器件的需求，如高反壓器件， 低阻區要求厚度高，如600V器件，厚度達到50um以上，過渡區希望寬些，達到 場終止穿通結構，增加耐壓能力，同時降低導通電阻，則增加高濃度區結深，來增 加過渡區寬度，但寬度不超過20um.因此擴散區結深不超過50um，以保證過渡區低于20um。

本發明新型鍵合硅片制備方法，其步驟包括：N+/P+型襯底片—單面拋光 ---N-/P-型單晶片---單面拋光---擴散高濃度N+/P+層---兩片拋光面貼合—低溫100-200℃烘烤2小時以上--高溫1000℃以上鍵合2小時—擴散片減薄--拋光