專(zhuān)利名稱(chēng)：硅單晶薄片制造晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅單晶薄片制造晶體管的方法，尤其是涉及硅基片的制備方法。
自五十年代功率晶體管成為工業(yè)產(chǎn)品以來(lái)，通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體理論與技術(shù)的深入研究，人們不斷推出半導(dǎo)體新材料、新器件結(jié)構(gòu)和新工藝，促使功率晶體管迅速發(fā)展為電子技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)。至今為止，制造功率晶體管所用的N/N+、N/P+、P/P+和P/N+導(dǎo)電類(lèi)型的硅材料通常采用下述方法獲得(1)硅外延生長(zhǎng)-在重?fù)诫s硅單晶襯底上外延生長(zhǎng)一層高電阻率硅單晶。
(2)三重?cái)U(kuò)散-在輕摻雜硅單晶基片上進(jìn)行高濃度雜質(zhì)的深結(jié)擴(kuò)散。
由于功率晶體管的設(shè)計(jì)對(duì)硅基片材料的電阻率和厚度有較嚴(yán)格的要求，而晶體管制造工藝則要求硅基片必須達(dá)到一定的總厚度，以確保生產(chǎn)的成品率。在上述制備功率晶體管所需的硅基片材料的方法中，當(dāng)前所存在的問(wèn)題有(1)硅外延法本方法最適合薄外延層生長(zhǎng)，卻難能確保高電阻率的厚外延層的質(zhì)量，其生產(chǎn)難度大，生產(chǎn)成本高。因此在國(guó)內(nèi)大多是采用三重?cái)U(kuò)散硅基片來(lái)生產(chǎn)數(shù)百伏到千伏級(jí)的高壓功率晶體管。
(2)三重?cái)U(kuò)散法晶體管的制造工藝要求硅基片總厚度保持大于250μm，以避免在制造管芯的過(guò)程中出現(xiàn)碎片。但是千伏級(jí)以下耐壓水平的功率晶體管卻要求高電阻率硅單晶層的厚度一般不超出100μm，否則將影響到功率晶體管其它的一些參數(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。于是人們采取在高阻原始硅單晶片的背面高溫?cái)U(kuò)散入高濃度半導(dǎo)體雜質(zhì)的方法，使約占硅片總厚度的四分之三的背底區(qū)的硅電導(dǎo)率大大增加，使其僅僅起到支撐用途的低阻襯底的作用，從而使上述存在的硅片總厚度與高電阻率層有效厚度之間的矛盾得到解決。為此三重?cái)U(kuò)散的深度必須達(dá)到200μm才行，即需要在1275℃的高溫下，雜質(zhì)向硅片內(nèi)連續(xù)擴(kuò)散200小時(shí)以上?？梢?jiàn)三重?cái)U(kuò)散方法除了特別耗電能和費(fèi)工時(shí)之外，還將在硅體內(nèi)引入再生熱微缺陷，影響到硅基片材料的質(zhì)量。另外，在國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)線上，目前還難以實(shí)現(xiàn)在硅內(nèi)深擴(kuò)散200μm的指標(biāo)。因而在生產(chǎn)中不得不采取折衷的辦法，即在過(guò)于厚的高阻層硅材料上，使用增大面積的芯片圖形來(lái)制造數(shù)百伏到千伏級(jí)耐壓水平的功率晶體管。即以降低硅片利用率和晶體管成品率的代價(jià)，求得器件全面性能參數(shù)的實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的目的是提供一種硅單晶薄片制造晶體管的方法。
本發(fā)明的方法如下首先將原始高阻單晶切成厚度達(dá)250μm左右的硅片，經(jīng)化學(xué)清洗后進(jìn)高溫?cái)U(kuò)散爐，在900℃～1200℃溫度下通磷源(POCl3或予涂P2O，于硅片表面)作雜質(zhì)(N+)進(jìn)行預(yù)沉積擴(kuò)散，時(shí)間為半小時(shí)到4小時(shí)。取出硅片進(jìn)行機(jī)械研磨，拋光成鏡面得硅片總厚度為150μm～200μm。然后在400℃～1200℃范圍內(nèi)于硅片表面或背面生長(zhǎng)或沉積介質(zhì)膜層，膜層為1μm以上的二氧化硅膜，或者在低壓(壓力＝0.7～1.2乇)條件下化學(xué)沉積上一層厚度超過(guò)1μm的多晶硅，氮化硅或非晶硅膜。二氧化硅低溫沉積溫度為700℃～800℃，多晶硅低壓化學(xué)氣相沉積的溫度為600℃～700℃，氮化硅低壓汽相沉積的溫度為400℃～850℃。在500℃～1200℃(600℃～900℃較佳)溫度下，利用涂于硅片背面上的高純玻璃粉作粘結(jié)劑將兩張互相背靠背的硅片牢固燒粘在一起。高純玻璃粉的成份為硅硼酸鋅、硅硼酸鉛。再采用常規(guī)的半導(dǎo)體平面工藝在硅片上(雙面法或單面法)制造晶體管芯片，接著用化學(xué)腐蝕的方法分離上述硅片，在硅片背面實(shí)現(xiàn)金屬化。其腐蝕液配方為氫氟酸溶液，氫氟酸∶雙氧水∶氟化銨＝1∶6∶10的混合溶液。最后封裝成晶體管。
實(shí)施例將單晶(N型、電阻率ρ＝25Ω-cm)切成厚度為250μm的硅薄片，用1號(hào)(NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶5)和2號(hào)(HCl∶H2O2∶H2O＝1∶2∶8)化學(xué)清洗液清洗并沖去離子水后，在烘箱內(nèi)烘干。硅片在1140℃溫度下，通氮?dú)?流量500ml/min)攜帶三氯氧磷在硅片表面進(jìn)行雜質(zhì)預(yù)沉積擴(kuò)散，時(shí)間為4小時(shí)。硅片在溫度為650℃和壓力達(dá)0.8～1.0乇的條件下，采用SiH4-N2系統(tǒng)，在表面沉積上一層厚度為1μm的多晶硅膜。將硅片單面機(jī)械研磨并拋光成鏡面(保留厚度為170±10μm)。硅片經(jīng)化學(xué)清洗，在1000℃的溫度下，通氮?dú)馐构虘B(tài)氮化硼對(duì)硅表面進(jìn)行硼預(yù)沉積擴(kuò)散，時(shí)間20分鐘。在硅片背面涂一薄層高純玻璃粉(IP-760型，P6O-Al2O3-B2O3)，將兩硅片背靠背合上并置于石英舟上。硅片烘干后推進(jìn)燒結(jié)爐，在500℃和720℃溫度下分別停留半小時(shí)，硅片燒粘成功。將硅片化學(xué)清洗后，在1230℃溫度下，通氧氣擴(kuò)散5小時(shí)。硅片表面涂光刻膠，利用光刻方法腐蝕掉晶體管發(fā)射區(qū)擴(kuò)散區(qū)域的二氧化硅膜。硅片在1140℃溫度下通磷(POCl3，N2，O2)作雜質(zhì)預(yù)沉積擴(kuò)散，時(shí)間為2小時(shí)。在1220℃溫度下，通氧化擴(kuò)散2小時(shí)。在硅片表面光刻開(kāi)出引線孔，再蒸發(fā)上一層厚達(dá)2μm的鋁層，以光刻法將鋁層刻成電極引線。在480℃溫度下通氮?dú)膺M(jìn)行鋁硅合金。硅片表面涂覆一層厚度為10μm的強(qiáng)抗腐蝕(FSH-2型)背面保護(hù)光刻膠，在180℃烘箱內(nèi)烘干30分鐘后，置硅片于分離腐蝕液(HF∶H2O2∶NH4F＝1∶6∶10)中，直到上述硅片互相上下分離開(kāi)來(lái)。硅片背面噴金剛砂打毛，背面化學(xué)鍍鎳，用FSH光刻膠剝離液去除硅片正面的膠層。測(cè)量硅芯片的晶體管特性、劃片、燒結(jié)芯片于管座上并封裝成晶體管。其中硅片粘合劑-高純玻璃粉的配制是采用與硅膨脹系數(shù)(α＝33×10-7/℃)相近的堇青石(2MgO×2Al2O3×5SiO2，α＝15×10-7/℃)作為鉛系(PbO-B2O3-SiO2)或鋅系(ZnO-B2O3-SiO2)玻璃粉的填充材料，其顆粒直徑為2～40μm，其中以φ＝5～25μm為佳。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是革除了常規(guī)半導(dǎo)體工業(yè)所采用的高溫(1275℃)和長(zhǎng)時(shí)間(200小時(shí))的三重?cái)U(kuò)散加工硅基片的生產(chǎn)過(guò)程，減少硅片內(nèi)部的再生熱微缺陷，有利于制造高性能/價(jià)格比的功率晶體管，同時(shí)具有節(jié)電能、省硅材料和縮短生產(chǎn)周期的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種硅單晶薄片制造晶體管的方法，它包括a.在原始單晶片上預(yù)先擴(kuò)散入N+雜質(zhì)；b.硅片單面機(jī)械研磨、拋光；其特征在于c.在400℃～1200℃范圍內(nèi)生長(zhǎng)或沉積介質(zhì)膜層；d.硅片背面涂高純玻璃粉，在500℃～1200℃的溫度下將兩張背靠背的硅單晶薄片燒粘；e.雙面或單面法制造晶體管；f.制成晶體管芯片后用化學(xué)腐蝕方法分離上述硅片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅單晶薄片制造晶體管的方法，其特征在于，g.所說(shuō)的a中雜質(zhì)預(yù)擴(kuò)散的時(shí)間為半小時(shí)～4小時(shí)，溫度為900℃～1200℃;h.所說(shuō)的c中二氧化硅低溫沉積溫度為700℃～800℃;多晶硅低壓化學(xué)氣相沉積的溫度為600℃～700℃，氮化硅低壓汽相沉積的溫度為400℃～850℃;i.所說(shuō)的d中，高純玻璃粉的成份為硅硼酸鋅、硅硼酸鉛，燒粘溫度為600℃～900℃;j.所說(shuō)的f中化學(xué)腐蝕液的配方為氫氟酸溶液、氫氟酸∶雙氧水∶氟化銨＝1∶6∶10的混合溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種硅單晶薄片制造晶體管的方法，它包括a.在原始單晶片上預(yù)先擴(kuò)散入N
文檔編號(hào)H01L21/02GK1064766SQ9110156
公開(kāi)日1992年9月23日 申請(qǐng)日期1991年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月13日
發(fā)明者陳福元, 陳啟秀, 陳忠景, 章婉珍, 李貢社 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)