專利名稱：Ⅲ族元素兩次擴(kuò)散提高大功率晶閘管阻斷伏安特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率電力半導(dǎo)體器件晶閘管生產(chǎn)工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種III族元素兩次擴(kuò)散提高大功率晶閘管阻斷伏安特性的方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)在大功率晶閘管生產(chǎn)過程中采用N型單晶硅為原料，制備J1J2結(jié)。常用的方法有兩種即鎵擴(kuò)散，硼鋁擴(kuò)散。用鎵元素?cái)U(kuò)散的方法制造的器件存在常溫狀態(tài)下阻斷漏電流偏大阻斷電壓偏低的現(xiàn)象。而用硼鋁作為雜質(zhì)源制造出的器件則存在高溫狀態(tài)下阻斷漏電流偏大的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種有效提高和改善大功率電力器件的III族元素兩次擴(kuò)散提高大功率晶閘管阻斷伏安特性的方法，該采用III族元素兩次高溫?cái)U(kuò)散形成晶閘管的P+區(qū)以提高大功率晶閘管阻斷伏安特性。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)III族元素兩次擴(kuò)散提高大功率晶閘管阻斷伏安特性的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1、超砂將硅片放入清洗液中，清洗液的配比是，工業(yè)洗凈劑∶去離水＝5ml∶750ml，在超聲清洗40分鐘，再用40℃～60℃去離子水沖洗，之后熱水超聲兩遍、熱高純水沖洗兩遍；2、清洗硅片將硅片放入1#清洗液中，1#清洗液的配比是，氨水∶過氧化氫∶高純水＝1∶2∶5，在電爐子上煮15分鐘，之后高純水沖洗20遍、然后再換上新1#清洗液重煮一遍，最后用冷、熱、冷高純水各沖洗30遍；2#清洗液的配比是，鹽酸∶過氧化氫∶高純水＝1∶2∶5，在電爐子上煮15分鐘，之后高純水沖洗20遍、然后再換上新1#清洗液重煮一遍，最后用冷、熱、冷高純水各沖洗30遍，最后將處理好的硅片快速放入紅外線快速干燥箱中烘1.5小時(shí)；3、清洗石英閉管源瓶將石英閉管源瓶放入HF∶H2O＝1∶5氫氟酸與水溶液中浸泡1小時(shí)，用王水∶水＝1∶10浸泡后1小時(shí)后取出用冷、熱、冷高純水沖洗30遍后，放入紅外線快速干燥箱中烘1.5小時(shí)；用氫氧焰封住閉管裝片的大直徑端、小直徑端與真空機(jī)組相連抽真空，使閉管內(nèi)達(dá)到(1.5-3)*10-4Pa氣壓值，再用氫氧焰封住小直徑端檢漏確認(rèn)不漏氣；4、一次擴(kuò)散采用閉管恒溫?cái)U(kuò)散溫度為1250-1280℃以下，時(shí)間11.5-40小時(shí)，選用高純硅鎵粉275±5mg，在P+型區(qū)達(dá)到晶閘管要求60-95um時(shí)，自然降溫至900℃恒溫2小時(shí)后再降溫至600℃恒溫1小時(shí)后再降溫至室溫以下；5、檢測在伏安特性儀上檢測一次鎵擴(kuò)散后的硅單晶片的阻斷電壓≥1200V和表面濃度35～50Ω/cm2，P+型區(qū)結(jié)深65～75um；6、擴(kuò)散源的配制按優(yōu)級(jí)無水乙醇∶硝酸鋁∶三氧化二硼＝500ml∶50g∶500mg的比例配制擴(kuò)散源，在每片鎵擴(kuò)后的硅單晶片表面均勻涂敷，二次擴(kuò)散源用紅外燈烤干后疊放在處理后的石英板舟上；7、二次擴(kuò)散二次擴(kuò)散的高溫?cái)U(kuò)散爐內(nèi)的石英管予熱10分鐘，然后按每10分鐘10cm的距離緩慢推入恒溫區(qū)1250-1280℃內(nèi)擴(kuò)散2-4小時(shí)，之后降溫至950℃恒溫2小時(shí)，再降溫至600℃恒溫3小時(shí)后自然降溫至200℃以下取出硅片，浸泡氫氟酸水溶液中至硅片全部分離后沖高純水5分鐘，電離去硼硅玻璃層。
本發(fā)明有益效果經(jīng)過本發(fā)明方法制造的單晶硅片，不僅提高了芯片的表面濃度，而且使芯片體內(nèi)P+雜質(zhì)分布的濃度比較平緩，有效地解決了常規(guī)工藝制造晶閘管出現(xiàn)伏安特性不理想現(xiàn)象。


圖1為本發(fā)明鎵擴(kuò)的常溫、高溫阻斷電壓特性圖。
圖2為本發(fā)明硼鋁擴(kuò)常溫、高溫阻斷電壓特性圖。
圖3為本發(fā)明III族元素兩次擴(kuò)散的常溫、高溫阻斷電壓特性圖。
具體實(shí)施例方式
經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
敘述如下III族元素兩次擴(kuò)散提高大功率晶閘管阻斷伏安特性的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1、超砂將硅片放入清洗液中，清洗液的配比是，工業(yè)洗凈劑∶去離水＝5ml∶750ml，在超聲清洗40分鐘，再用40℃～60℃去離子水沖洗，之后熱水超聲兩遍、熱高純水沖洗兩遍；2、清洗硅片將硅片放入1#清洗液中，1#清洗液的配比是，氨水∶過氧化氫∶高純水＝1∶2∶5，在電爐子上煮15分鐘，之后高純水沖洗20遍、然后再換上新1#清洗液重煮一遍，最后用冷、熱、冷高純水各沖洗30遍；2#清洗液的配比是，鹽酸∶過氧化氫∶高純水＝1∶2∶5，在電爐子上煮15分鐘，之后高純水沖洗20遍、然后再換上新1#清洗液重煮一遍，最后用冷、熱、冷高純水各沖洗30遍，最后將處理好的硅片快速放入紅外線快速干燥箱中烘1.5小時(shí)；3、清洗石英閉管源瓶將石英閉管源瓶放入HF∶H2O＝1∶5氫氟酸與水溶液中浸泡1小時(shí)，用王水∶水＝1∶10浸泡后1小時(shí)后取出用冷、熱、冷高純水沖洗30遍后，放入紅外線快速干燥箱中烘1.5小時(shí)；用氫氧焰封住閉管裝片的大直徑端、小直徑端與真空機(jī)組相連抽真空，使閉管內(nèi)達(dá)到(1.5-3)*10-4Pa氣壓值，再用氫氧焰封住小直徑端檢漏確認(rèn)不漏氣；4、一次擴(kuò)散采用閉管恒溫?cái)U(kuò)散溫度為1250-1280℃以下，時(shí)間11.5-40小時(shí)，選用高純硅鎵粉275±5mg，在P+型區(qū)達(dá)到晶閘管要求60-95um時(shí)，自然降溫至900℃恒溫2小時(shí)后再降溫至600℃恒溫1小時(shí)后再降溫至室溫以下；5、檢測在伏安特性儀上檢測一次鎵擴(kuò)散后的硅單晶片的阻斷電壓≥1200V和表面濃度35～50Ω/cm2，P+型區(qū)結(jié)深65～75um；6、擴(kuò)散源的配制按優(yōu)級(jí)無水乙醇∶硝酸鋁∶三氧化二硼＝500ml∶50g∶500mg的比例配制擴(kuò)散源，在每片鎵擴(kuò)后的硅單晶片表面均勻涂敷，二次擴(kuò)散源用紅外燈烤干后疊放在處理后的石英板舟上；7、二次擴(kuò)散二次擴(kuò)散的高溫?cái)U(kuò)散爐內(nèi)的石英管予熱10分鐘，然后按每10分鐘10cm的距離緩慢推入恒溫區(qū)1250-1280℃內(nèi)擴(kuò)散2-4小時(shí)，之后降溫至950℃恒溫2小時(shí)，再降溫至600℃恒溫3小時(shí)后自然降溫至200℃以下取出硅片，浸泡氫氟酸水溶液中至硅片全部分離后沖高純水5分鐘，電離去硼硅玻璃層。
采用相同的單晶硅片分別用常規(guī)的純鎵擴(kuò)、硼鋁擴(kuò)方法及本方法制造芯片，對比得出以下數(shù)據(jù)純鎵擴(kuò) VDRM/IDRM1500V/0.3mA(常溫)1500V/1.0mA(120℃)硼鋁擴(kuò)2000V/0.3mA(常溫)1200V/1.0mA(120℃)III族元素兩次擴(kuò)散 1900V/0.3mA(常溫)1500V/1.0mA(120℃)見圖1、2、3，采用兩次擴(kuò)散所得到的結(jié)果常溫阻斷電壓明顯提高，漏電流比鎵擴(kuò)明顯減小，高溫漏電流比硼鋁擴(kuò)漏電流明顯減小。
權(quán)利要求
1.III族元素兩次擴(kuò)散提高大功率晶閘管阻斷伏安特性的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1、超砂將硅片放入清洗液中，清洗液的配比是，工業(yè)洗凈劑∶去離水＝5ml∶750ml，在超聲清洗40分鐘，再用40℃～60℃去離子水沖洗，之后熱水超聲兩遍、熱高純水沖洗兩遍；2、清洗硅片將硅片放入1#清洗液中，1#清洗液的配比是，氨水∶過氧化氫∶高純水＝1∶2∶5，在電爐子上煮15分鐘，之后高純水沖洗20遍、然后再換上新1#清洗液重煮一遍，最后用冷、熱、冷高純水各沖洗30遍；2#清洗液的配比是，鹽酸∶過氧化氫∶高純水＝1∶2∶5，在電爐子上煮15分鐘，之后高純水沖洗20遍、然后再換上新1#清洗液重煮一遍，最后用冷、熱、冷高純水各沖洗30遍，最后將處理好的硅片快速放入紅外線快速干燥箱中烘1.5小時(shí)；3、清洗石英閉管源瓶將石英閉管源瓶放入HF∶H2O＝1∶5氫氟酸與水溶液中浸泡1小時(shí)，用王水∶水＝1∶10浸泡后1小時(shí)后取出用冷、熱、冷高純水沖洗30遍后，放入紅外線快速干燥箱中烘1.5小時(shí)；用氫氧焰封住閉管裝片的大直徑端、小直徑端與真空機(jī)組相連抽真空，使閉管內(nèi)達(dá)到(1.5-3)*10-4Pa氣壓值，再用氫氧焰封住小直徑端檢漏確認(rèn)不漏氣；4、一次擴(kuò)散采用閉管恒溫?cái)U(kuò)散溫度為1250-1280℃以下，時(shí)間11.5-40小時(shí)，選用高純硅鎵粉275±5mg，在P+型區(qū)達(dá)到晶閘管要求60-95um時(shí)，自然降溫至900℃恒溫2小時(shí)后再降溫至600℃恒溫1小時(shí)后再降溫至室溫以下；5、檢測在伏安特性儀上檢測一次鎵擴(kuò)散后的硅單晶片的阻斷電壓≥1200V和表面濃度35～50Ω/cm2，P+型區(qū)結(jié)深65～75um；6、擴(kuò)散源的配制按優(yōu)級(jí)無水乙醇∶硝酸鋁∶三氧化二硼＝500ml∶50g∶500mg的比例配制擴(kuò)散源，在每片鎵擴(kuò)后的硅單晶片表面均勻涂敷，二次擴(kuò)散源用紅外燈烤干后疊放在處理后的石英板舟上；7、二次擴(kuò)散二次擴(kuò)散的高溫?cái)U(kuò)散爐內(nèi)的石英管予熱10分鐘，然后按每10分鐘10cm的距離緩慢推入恒溫區(qū)1250-1280℃內(nèi)擴(kuò)散2-4小時(shí)，之后降溫至950℃恒溫2小時(shí)，再降溫至600℃恒溫3小時(shí)后自然降溫至200℃以下取出硅片，浸泡氫氟酸水溶液中至硅片全部分離后沖高純水5分鐘，電離去硼硅玻璃層。
全文摘要
本發(fā)明涉及大功率電力半導(dǎo)體器件晶閘管生產(chǎn)工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種III族元素兩次擴(kuò)散提高大功率晶閘管阻斷伏安特性的方法。該方法包括超砂、清洗硅片、清洗石英閉管源瓶、一次擴(kuò)散、二次擴(kuò)散等步驟，所得到的結(jié)果常溫阻斷電壓明顯提高，漏電流比鎵擴(kuò)明顯減小，高溫漏電流比硼鋁擴(kuò)漏電流明顯減小。經(jīng)過本發(fā)明方法制造的單晶硅片，不僅提高了芯片的表面濃度，而且使芯片體內(nèi)P
文檔編號(hào)H01L21/22GK1933110SQ20061004800
公開日2007年3月21日 申請日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月13日
發(fā)明者侯忠?guī)r, 于能斌 申請人:鞍山市華辰電力器件有限公司