專利名稱：一種硅單晶薄片預(yù)擴散單面減薄制造晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體摻雜擴散，尤其涉及一種硅單晶薄片預(yù)擴散單面減薄制 造晶體管的方法。
背景技術(shù)：
自二十世紀(jì)五十年代硅晶體管問世并成為最重要的電子產(chǎn)品以來,人們不斷 推出新型硅功率器件和半導(dǎo)體制造新工藝技術(shù)。根據(jù)半導(dǎo)體原理，硅晶體管制
造需要進行前后三次III族(硼、鋁、鎵)、v族(磷)元素半導(dǎo)體雜質(zhì)的摻雜擴散， 形成晶體管的集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)。人們通常采用N7hT、 P7P+、 N7P+、 P7N" 型深結(jié)結(jié)構(gòu)的硅片作為襯底基礎(chǔ)，其中N"或P—層作為功率晶體管承受高反向電
壓的集電區(qū)部分，而isT或P+層作為支撐襯底同時起降低器件正向壓降的作用。
其中利用在高電阻率的N"(或PO型硅單晶片上進行N"(或p-)型半導(dǎo)體摻雜 后，獲得N7N"、 P7P+、 N7P+、 P7N"型硅深結(jié)結(jié)構(gòu)的方法即稱為硅片三重擴散工 藝。傳統(tǒng)的硅三重擴散工藝是在高溫下進行半導(dǎo)體雜質(zhì)長時間的推結(jié)擴散后， 在N'或P—型硅片中摻入高濃度的#型或P+型半導(dǎo)體雜質(zhì)，從而獲得N"/N7N"、 P+/P7P+、 P+/N7P+、 K7P7N"型雜質(zhì)深擴散結(jié)結(jié)構(gòu)。然后研磨去除其中一個面上 的N"或P+層，以得到為制造功率晶體管所需的N7N"、 P7P+、 N7P+、 P7N"型結(jié) 構(gòu)的硅深結(jié)三重擴散片。
對于常規(guī)的三重擴散工藝制備晶體管的硅基片的方法，當(dāng)前所存在的問題 有由于它是在整個厚硅片的上下兩面經(jīng)高溫長時間半導(dǎo)體摻雜擴散業(yè)已形成 特深結(jié)的N+或P+層后，才研磨去除其中之一個面上的N+或P+層，獲得制造晶 體管所需的N71^、 P7P+、 N7P+、 P7N"型結(jié)構(gòu)硅基片。這樣做就難以避免為去除 其深(厚)度占到2/5硅片總厚度的N+或P+層所造成的材料浪費。目前，單晶 硅價格高昂，因此更增加了傳統(tǒng)的硅三重擴散法的生產(chǎn)成本，降低了三重擴散 片產(chǎn)品的性價比。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服傳統(tǒng)深結(jié)三重擴散法中硅片材料浪費、成本較高 的缺點，提出一種硅單晶薄片預(yù)擴散單面減薄制造晶體管的方法。 包括如下步驟
1 )在原始硅單晶片整個面上預(yù)先擴散入N+或p+半導(dǎo)體雜質(zhì)； 2)機械研磨去除一表面的N+或p+層；
3) 在1250 1300。C高溫下，進行50 250小時硅內(nèi)預(yù)擴N+或p+雜質(zhì)的推
結(jié)；
4) 對N-或p-面進行化學(xué)機械拋光；
5 )在NVN+或P-7P+硅基片上制造晶體管。
所述的步驟l)中雜質(zhì)預(yù)擴散的時間為2 4小時，溫度為1100 1250°C。 所述的步驟2)中硅片單面研磨N+層的去除量為40 50微米。 所述的步驟3)中溫度優(yōu)選為1270 1290°C，擴散時間優(yōu)選為100 230小時。
所述的步驟5)中，N+或p+層的厚度為100 220微米。 本發(fā)明的有益效果是在制造過程中將硅片的去除量縮減到只占硅片總厚度 的1/10。因此，可實現(xiàn)選用僅為傳統(tǒng)工藝所需0.7倍厚度的硅單晶片作為原材料。 在當(dāng)前單晶硅供應(yīng)緊張、價格高昂，且原材料硅單晶片成本占到硅深結(jié)三重擴 散片生產(chǎn)總成本75%的情況下，本發(fā)明方法降低了原材料成本，可望取得較高 的經(jīng)濟效益。
圖1是本發(fā)明的硅單晶薄片預(yù)擴散單面減薄制造晶體管的方法工藝流程圖； 圖2是傳統(tǒng)的硅三重擴散方法工藝流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明在半導(dǎo)體雜質(zhì)預(yù)沉積和高溫長時間推結(jié)的這兩個擴散步驟過程中 間，插入研磨減薄硅片的其中一個單面的^或P+層工序，制造成功供半導(dǎo)體功 率晶體管用的N7N"、 P7P+、 N7P+、 P7N"型結(jié)構(gòu)的硅深結(jié)擴散片，具有節(jié)省硅片 材料、降低產(chǎn)品成本的特點。
根據(jù)硅功率晶體管的高反壓特性參數(shù)設(shè)計要求，單晶硅片需選用10-120歐 姆厘米的高電阻率。同時因受到硅片易碎特性和半導(dǎo)體薄片加工水平的制約， 硅片厚度有嚴(yán)格的下限。若硅片電阻率高、厚度過大，將會使功率晶體管低正 向電壓降的性能指標(biāo)難以實現(xiàn)。因為功率晶體管的設(shè)計中真正用于制造硅晶體 管的高電阻率層只占到硅片總厚度的1/4左右，其余占3/4厚度的硅片只是起著 基礎(chǔ)襯底支撐的作用。晶體管設(shè)計對該襯底部分的要求是必須低電阻率，高電 導(dǎo)性硅材料。
本發(fā)明選取適當(dāng)厚度和電阻率的單晶硅片，經(jīng)過嚴(yán)格的清洗，先在 1100-120(TC下進行約2-3小時的半導(dǎo)體表面雜質(zhì)源在硅中預(yù)沉積擴散，摻入濃 度高、摻雜量充足、結(jié)深較淺的N"或P+型半導(dǎo)體雜質(zhì)，在硅片中獲得正反兩面
對稱的W/N7N"、 P+/P7P+、 P+/N7P+、 NVP71^型淺結(jié)結(jié)構(gòu)后，機械研磨去除其中 一個單面的N"或P+層。由于預(yù)沉積擴散溫度較低、時間較短，被去除的該N" 或P+層厚度部分只占到硅片總厚度的1/10。研磨后硅片中的結(jié)構(gòu)變?yōu)镹7ISr、 P7P+、 N7P+、 P7^型淺結(jié)結(jié)構(gòu)。此后再在1250-1300。C的溫度下對這個結(jié)構(gòu)的硅 片進行100-250小時的N"或P+型半導(dǎo)體雜質(zhì)推結(jié)擴散，在此過程中原先摻入的 半導(dǎo)體雜質(zhì)總量基本保持不變，表面濃度稍呈降低、擴散結(jié)大為加深，獲得 N7N\ P7P+、 N7P+、 P7NT型硅深結(jié)擴散片。
N型硅單晶為例。將硅單晶(N型，電阻率p=10-120Qcm)切成厚度為 350士l(^m的單晶硅片，經(jīng)過l號化學(xué)電子清洗液(NH40H: H202: H201: 2: 5)和2號化學(xué)電子清洗液(HCL: H202: H201: 2: 8)嚴(yán)格清洗?；瘜W(xué)電子
清洗液的清洗反應(yīng)溫度為80-85°C，反應(yīng)時間為10分鐘。然后將硅片置于純水 中徹底沖洗清潔。純水電阻率212兆歐姆厘米，每次沖水時間^60分鐘。硅片在 12(TC的烘箱內(nèi)烘干，烘烤時間^30分鐘。清潔的硅片先在1100-120(TC下進行約 2-3小時的半導(dǎo)體磷雜質(zhì)源(通適當(dāng)流量的氮氣攜帶三氯氧磷源進石英反應(yīng)管) 預(yù)擴散，摻入濃度高、摻雜量充足、結(jié)深較淺的N"型半導(dǎo)體雜質(zhì)。在硅片中獲 得正反兩面對稱的NVN7N廣、P+/P7P+、 P+/N7P+、 NVP71^型淺結(jié)結(jié)構(gòu)后，機械研 磨去除其中一個單面的N"層。由于預(yù)沉積擴散溫度較低、時間較短，被去除的 該N"層厚度部分只占到硅片總厚度的1/10。研磨后硅片變?yōu)镹7N"型的淺結(jié)結(jié) 構(gòu)。此后再在1250-1300'C的溫度下對硅片進行100-250小時的W型半導(dǎo)體磷雜 質(zhì)推結(jié)擴散，在此過程中原先摻入的磷雜質(zhì)總量基本保持不變，擴散結(jié)加深至 150-220拜。最后將硅片的N-單面研磨拋光成鏡面(根據(jù)晶體管設(shè)計要求保留 厚度為250-280pim)，獲得N7N"型硅深結(jié)擴散片。本發(fā)明的優(yōu)點是實現(xiàn)選用僅 為傳統(tǒng)工藝所需0.7倍厚度的硅單晶片作為原材料，較大幅度降低了原材料成 本。
實施例1
1) 在硅單晶片整個面上預(yù)先擴散入N+或p+半導(dǎo)體雜質(zhì)；雜質(zhì)預(yù)先擴散的 時間為2 4小時，溫度為U00 1250。C。
2) 機械研磨去除一表面的N+或p+層；研磨N+層的去除量為30 50微米
3) 在1250 130(TC高溫下，進行50 250小時硅內(nèi)預(yù)擴N+或p+雜質(zhì)的推
結(jié)；
4) 對N-或p-面進行化學(xué)機械拋光；
5) 在1^-^+或？-/ +硅基片上制造晶體管。N+或p+層的厚度為100 220 微米。
實施例2
1) 在硅單晶片整個面上預(yù)先擴散入N+或p+半導(dǎo)體雜質(zhì)；雜質(zhì)預(yù)先擴散的
時間為2小時，溫度1220°C。
2) 機械研磨去除一表面的N+或p+層；研磨N+層的去除量為40微米
3) 在1270。C高溫下，進行50小時硅內(nèi)預(yù)擴N+或p+雜質(zhì)的推結(jié)；
4) 對N-或p-面進行化學(xué)機械拋光；
5) 在^^+或？-/ +硅基片上制造晶體管。N+或p+層的厚度為100微米。 實施例3
1) 在硅單晶片整個面上預(yù)先擴散入N+或p+半導(dǎo)體雜質(zhì)；雜質(zhì)預(yù)先擴散的 時間為3.5小時，溫度為1150°C。
2) 機械研磨去除一表面的N+或p+層；研磨N+層的去除量為45微米
3) 在128(TC高溫下，進行240小時硅內(nèi)預(yù)擴N+或p+雜質(zhì)的推結(jié)；
4) 對N-或p-面進行化學(xué)機械拋光；
5) 在^肘+或？-/ +硅基片上制造晶體管。N+或p+層的厚度為220微米。 實施例4
1) 在硅單晶片整個面上預(yù)先擴散入N+或p+半導(dǎo)體雜質(zhì)；雜質(zhì)預(yù)先擴散的 時間為3小時，溫度為1190°C。
2) 機械研磨去除一表面的N+或p+層；研磨N+層的去除量為50微米
3) 在1290'C高溫下，進行150小時硅內(nèi)預(yù)擴N+或p+雜質(zhì)的推結(jié)；
4) 對N-或p-面進行化學(xué)機械拋光；
5) 在1^-^+或？-/ +硅基片上制造晶體管。N+或p+層的厚度為180微米。
權(quán)利要求
1.一種硅單晶薄片預(yù)擴散單面減薄制造晶體管的方法，其特征在于包括如下步驟1)在硅單晶片整個面上預(yù)擴散入N+或p+半導(dǎo)體雜質(zhì)；2)機械研磨去除一表面上的N+或p+層；3)在1250～1300℃高溫下，進行50～250小時硅內(nèi)預(yù)擴散N+或p+雜質(zhì)的推結(jié)；4)對N-或p-面進行化學(xué)機械拋光；5)在N-/N+或P-/P+硅基片上制造晶體管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅單晶薄片預(yù)擴散單面減薄制造晶體管的方 法，其特征在于所述的步驟1)中雜質(zhì)預(yù)擴散的時間為2 4小時，溫度為1100 1250。C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅單晶薄片預(yù)擴散單面減薄制造晶體管的方 法，其特征在于所述的步驟2)中硅片單面研磨N+層的去除量為30 50微米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅單晶薄片預(yù)擴散單面減薄制造晶體管的方 法，其特征在于所述的步驟3)中溫度為1270 1290°C，擴散時間為100 230 小時。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅單晶薄片預(yù)擴散單面減薄制造晶體管的方 法，其特征在于所述的步驟5)中，N+或p+層的厚度為100 220微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅單晶薄片預(yù)擴散單面減薄制造晶體管的方法，它包括如下步驟1)在硅單晶片整個面上預(yù)先擴散入N+或p+半導(dǎo)體雜質(zhì)；2)機械研磨去除一表面的N+或p+層；3)在1250～1300℃高溫下，進行50～250小時硅內(nèi)預(yù)擴N+或p+雜質(zhì)的推結(jié)；4)對N-或p-面進行化學(xué)機械拋光；5)在N-/N+或P-/P+硅基片上制造晶體管。本發(fā)明革除了常規(guī)采用的必須研磨去一個面上占到2/5硅片總厚度的N-或p-半導(dǎo)體雜質(zhì)深擴散層的三重擴散工藝做法，節(jié)省1/4硅片用料。充分體現(xiàn)節(jié)材和產(chǎn)品高性價比的特點。
文檔編號H01L21/02GK101373717SQ20081012164
公開日2009年2月25日 申請日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者毛建軍, 錚 王, 夢 胡, 胡煜濤, 陳福元 申請人:杭州杭鑫電子工業(yè)有限公司