專利名稱：改善貯存時間Ts一致性的功率晶體管制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是功率晶體管半導(dǎo)體管芯的制造方法，尤其涉及的是改善功率器件參數(shù)——C存時間Ts —致性的半導(dǎo)體功率器件制造方法。
背景技術(shù)：
功率晶體管器件在很多電子或電力應(yīng)用電路中既作為功放器件，還可作為開關(guān)器件，作為開關(guān)器件功能應(yīng)用時，其開關(guān)性能的一致性就極為重要。若同型號功率晶體管器件開關(guān)性能一致性不理想，則在設(shè)計為同步開關(guān)運(yùn)行的、或者是同頻率且一開關(guān)晶體管的開關(guān)是另一開關(guān)晶體管開關(guān)啟動信號的電路中，因開關(guān)轉(zhuǎn)換不一致，在開態(tài)與關(guān)態(tài)轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生大量無用的熱功耗，導(dǎo)致器件總功耗上升，同時由于無用的熱功耗還會導(dǎo)致器件過熱甚至燒損。晶體管器件技術(shù)研究中引入了貯存時間Ts參數(shù)，通過貯存時間Ts來評價晶體管開關(guān)特性的好壞。貯存時間Ts描述的是晶體管貯存在基區(qū)及集電區(qū)的空穴電荷減少到零所需要的時間。在工作實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)貯存時間Ts與晶體管器件的少子壽命存在著正相關(guān)。 目前對少子壽命的研究僅考慮了半導(dǎo)體內(nèi)部復(fù)合過程的影響，而實(shí)際中發(fā)現(xiàn)少子壽命在很大程度上還受半導(dǎo)體表面狀態(tài)的影響，即發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體表面有促進(jìn)復(fù)合的作用，表面復(fù)合是指在半導(dǎo)體表面發(fā)生的復(fù)合過程，而表面處的雜質(zhì)和表面特有的缺陷通過形成復(fù)合中心能級。那么實(shí)際測得的少子壽命應(yīng)該是體內(nèi)復(fù)合和表面復(fù)合的綜合結(jié)果，假設(shè)這兩種復(fù)合是平行獨(dú)立發(fā)生，用τν表示體內(nèi)復(fù)合壽命，則l/τν就是體內(nèi)復(fù)合幾率，用表示表面復(fù)合壽命，則1/τ s就表示表面復(fù)合幾率，總復(fù)合幾率公式為1/τ = 1/ts+1/TV, τ為少子壽命。目前功率晶體管器件管芯的制造工藝方法是硅三重擴(kuò)散片表面生長形成氧化層，在氧化層光刻基區(qū)窗口，由基區(qū)窗口硼離子注入，并通過高溫退火對注入后產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行修復(fù)和并推結(jié)形成基區(qū)，再由退火生長產(chǎn)生的氧化層為屏蔽進(jìn)行發(fā)射區(qū)窗口光刻并磷擴(kuò)散，最終成為垂直型NPN型結(jié)構(gòu)晶體管管芯。其中的高溫退火工藝是在1200°C以上溫度條件下、氮?dú)夥諊羞M(jìn)行，為阻止退火中氮與硅反應(yīng)生成氮化硅，氮?dú)庵袚饺肷倭垦鯕猓?即在氧氣與氮?dú)獾幕旌戏諊型嘶?，由氧氣阻止半?dǎo)體表面氮化。但研究中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的以氮?dú)鈸饺胙鯕獾幕旌戏諊嘶鸸に嚪椒▽ε痣x子注入時產(chǎn)生的缺陷修復(fù)能力很差，其原因是氧離子會在硅晶格表面缺陷處沉淀形成氧沉淀團(tuán)，氧沉淀團(tuán)再延伸生長會使周圍晶格畸變增大，從而促使氧沉淀團(tuán)向周圍釋放硅自間隙原子，正是這些硅自間隙原子在氧沉淀團(tuán)周圍排列成外插弗蘭克位錯環(huán)，這些弗蘭克位錯環(huán)隨著氧化層體積的膨脹而相互聯(lián)系在一起，最終形成大量微缺陷，微缺陷形成表面復(fù)合中心，增強(qiáng)了表面復(fù)合，根據(jù)上述總復(fù)合幾率公式可知存在表面復(fù)合中心的地方少子壽命就會降低，進(jìn)而使外貯存時間T s下降。這些微缺陷數(shù)量以及其分布不均勻、更不可控，所以表現(xiàn)在整片半導(dǎo)體上各器件位置參數(shù)測試會出現(xiàn)貯存時間Ts大小不一致、離散性很大的現(xiàn)象，導(dǎo)致同一批次晶體管管芯產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)不一致，難以滿足作為電子電力器件于低功耗化技術(shù)指標(biāo)方面的技術(shù)要求。綜上所述，現(xiàn)有管芯制造工藝方法導(dǎo)致貯存時間Ts不一致，成為影響晶體管器件質(zhì)量的一主要技術(shù)因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利申請的發(fā)明目的在于提供一種通過改進(jìn)制造工藝方法來改善半導(dǎo)體表面狀態(tài)以保證貯存時間Ts分布均勻一致的改善貯存時間Ts —致性的功率晶體管制造方法。本發(fā)明專利申請?zhí)峁┑母纳瀑A存時間Ts —致性的功率晶體管制造方法技術(shù)方案， 其主要技術(shù)內(nèi)容是一種改善貯存時間TS —致性的功率晶體管制造方法，其方法是硅三重擴(kuò)散片表面生長形成氧化層，在氧化層光刻基區(qū)窗口，由基區(qū)窗口硼離子注入，隨后高溫退火，對注入后產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行修復(fù)和并推結(jié)形成基區(qū)，再由退火生長產(chǎn)生的氧化層為屏蔽進(jìn)行發(fā)射區(qū)窗口光刻并磷擴(kuò)散，最終成為垂直型NPN型結(jié)構(gòu)晶體管，其中高溫退火是在退火時間內(nèi)經(jīng)兩步驟完成首先在純氮?dú)夥諊郎刂镣嘶饻囟?，在該退火溫度保?0分鐘-50分鐘，其后摻入氧氣，在氮?dú)馀c氧氣混合氛圍中完成剩余退火時間的退火推結(jié)，形成基區(qū)ο本發(fā)明專利申請?zhí)峁┑母纳瀑A存時間Ts —致性的功率晶體管制造方法技術(shù)方案，其中的退火工藝改進(jìn)為在同一退火時間內(nèi)的兩步工藝方法，退火前期是純氮?dú)馔嘶鹕郎仡A(yù)處理過程，再以常規(guī)的摻入氧氣的氮?dú)饣旌戏諊型瓿墒Ｓ嗤嘶饡r間的退火處理，晶體管半導(dǎo)體的前期在純氮?dú)夥諊型嘶鹕郎?，避免了氧原子的引入，大幅降低了半?dǎo)體表面缺陷的產(chǎn)生，改善了表面復(fù)合狀態(tài)，所以較現(xiàn)有制造工藝方法，半導(dǎo)體表面均勻性得到大幅度改善，因此獲得了均勻一致性分布的貯存時間Ts。
具體實(shí)施例方式下面將通過與常規(guī)制造方法所得到的對比芯片作為比較對象，詳細(xì)說明本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容。比較例為采用現(xiàn)有常規(guī)功率晶體管管芯制造方法獲得的半導(dǎo)體管芯。比較例硅三重擴(kuò)散片進(jìn)行場氧化，光刻有源區(qū)，氧氣氛圍做注入前氧化，隨后根據(jù)產(chǎn)品的方塊電阻確定注入計量，在有源區(qū)硼離子注入40Kev2. 0E14B，經(jīng)高溫退火工藝形成最終基區(qū)?；鶇^(qū)高溫退火工藝為爐管氣氛為氮?dú)?氧氣混合氛圍、由800°C升溫到1225°C連續(xù)退火420分鐘，氮?dú)馀c氧氣的流量比為8L/13mL。其后氮?dú)夥諊禍兀M(jìn)行形成發(fā)射區(qū)工藝步驟，按照指定的窗口區(qū)形成鋁合金接觸制成三份樣片。這三份樣片分別對應(yīng)選取中心位、左側(cè)位、右側(cè)位、上側(cè)位和下側(cè)位，在測試電流為500mA的條件下得到的貯存時間Ts為 3. 5 μ s-11. 5μ s，請見下表 1。實(shí)施例1本實(shí)施例僅改變比較例中的退火工藝，本退火工藝步驟為首先在純氮?dú)夥諊杏?00°C升溫至1225°C后保持40分鐘，氮?dú)饬髁繛?L，其后在氮?dú)馀c氧氣混合氛圍中完成余下380分鐘退火過程，其氮?dú)馀c氧氣的流量比為8L/800mL，其后在氮?dú)夥諊薪禍?，其降溫速率?°C /min，隨后進(jìn)行形成發(fā)射區(qū)工藝步驟，在特定區(qū)開設(shè)發(fā)射區(qū)窗口進(jìn)行發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，之后開基區(qū)、發(fā)射區(qū)引線孔、蒸鋁、鋁合金形成良好的歐姆接觸后制得三份樣片。分別在各片號產(chǎn)品芯片上對應(yīng)選取中心位、左側(cè)位、右側(cè)位、上側(cè)位和下側(cè)位，在測試電流為500mA的條件下 測試得到的貯存時間Ts為10 μ s-12 μ s,見下表2 表權(quán)利要求
1.一種改善貯存時間Ts —致性的功率晶體管制造方法，其方法是硅三重擴(kuò)散片表面生長形成氧化層，在氧化層光刻基區(qū)窗口，由基區(qū)窗口硼離子注入，隨后高溫退火，對注入后產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行修復(fù)和并推結(jié)形成基區(qū)，再由退火生長產(chǎn)生的氧化層為屏蔽進(jìn)行發(fā)射區(qū)窗口光刻并磷擴(kuò)散，最終成為垂直型NPN型結(jié)構(gòu)晶體管，其特征在于其中高溫退火是在退火時間內(nèi)經(jīng)兩步驟完成首先在純氮?dú)夥諊郎刂镣嘶饻囟?，在該退火溫度保?0分鐘-50分鐘，其后摻入氧氣，在氮?dú)馀c氧氣混合氛圍中完成剩余退火時間的退火推結(jié)，形成基區(qū)ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善貯存時間Ts—致性的功率晶體管制造方法，其特征在于氮?dú)馀c氧氣混合氛圍的流量比為8L/800mL。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改善貯存時間Ts—致性的功率晶體管制造方法，其特征在于高溫退火的降溫過程是在氮?dú)夥諊羞M(jìn)行，其降溫速率為3°C /min。
全文摘要
本發(fā)明專利申請?zhí)峁┑母纳瀑A存時間Ts一致性的功率晶體管制造方法，其方法中的高溫退火在退火時間內(nèi)經(jīng)兩步驟完成先在純氮?dú)獾姆諊郎刂镣嘶饻囟?，在該退火溫度保?0分鐘-50分鐘，其后摻入氧氣，在氮?dú)馀c氧氣混合氛圍中在剩余退火時間中退火推結(jié)，形成基區(qū)結(jié)構(gòu)。本技術(shù)方案中，退火前期采用純氮?dú)馔嘶鹕郎仡A(yù)處理過程，避免氧原子的引入，大幅降低半導(dǎo)體表面缺陷的產(chǎn)生，改善了表面復(fù)合，半導(dǎo)體表面均勻性得到大幅度改善，因此獲得了均勻一致性分布的貯存時間Ts。
文檔編號H01L21/331GK102403223SQ20111032783
公開日2012年4月4日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者張晶, 沈濤, 許國杰 申請人:丹東安順微電子有限公司