CN111710597A - 利用硼磷一步扩散制作硅整流芯片基片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制作硅整流芯片基片的方法，具体涉及一种利用硼磷一步扩散制作硅整流芯片基片的方法。本发明将传统的硅整流芯片基片在制作过程中的四个步骤：磷扩散、浸泡氢氟酸将晶圆分离、吹砂减薄(除去磷扩散的反扩散层)、硼扩散四个步骤，合并为硼磷一步扩散，选择合适的扩散条件，所形成的扩散后基片可满足整流芯片的全部电特性的要求。采用该工艺不仅简化了流程、降低了碎片率及整个流程中的成本，且可采用更薄的圆晶片以降低原材料成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种制作硅整流芯片基片的方法，具体涉及一种利用硼磷一步扩散制作硅整流芯片基片的方法。
背景技术
制造硅半导体整流二极管芯片，一般分两个过程：扩散基片(以下简称基片)制造过程与芯片的钝化过程。
基片的主要制造过程包括：(参见附图1)
(1)在均匀掺杂的N型晶圆片的一面用扩散的方法再掺入高浓度的N型杂质，该N型杂质通常是磷；其方法是将晶圆片叠放在石英舟中，晶圆片平放、竖放皆可。每隔两片放一片与晶圆直径相同的磷纸源(含有磷的纸片)，这样在每个晶圆片与纸源接触的那一面会被掺杂。
(2)高温磷扩散，在1200～1240℃的坏境中保持一定时间，例如6小时。高温扩散后接触纸源的两个晶圆的面黏在了一起。
(3)晶圆分离，将晶圆在氢氟酸中浸泡至少24小时。
(4)将未进行磷扩散的一面去除15～20微米。
(5)将未进行磷扩散的一面涂覆溶解了氧化硼的扩散源溶液，并烘干。
(6)将晶圆上涂有硼扩散源的一面相对装入石英舟。
(7)高温硼扩散，在1260℃的坏境中保持一定时间，例如24小时。高温扩散后涂有硼扩散源晶圆的两个面黏在了一起。
(8)晶圆分离，将晶圆在氢氟酸中浸泡至少24小时。
(9)在晶圆的两个面各减薄1～3微米以改善表面。
(10)转移到芯片钝化制程。
在以上的基片制作过程中磷扩散实际上经历了两个过程：
过程(2)，只有磷扩散，由于磷扩散后的泡酸分离可视为将晶片表面的磷扩散源去除，所以此过程亦可视为传统扩散工艺的预扩散。
过程(7)，晶圆的一个面继续磷扩散，可视为传统扩散工艺的再分布；另一面为将预扩散和再分布合二为一的硼扩散。所以过程(7)完成后将在磷扩散的那一面形成磷的高斯分布扩散层，而在硼扩散的那一面形成硼的余误差与高斯混合分布的扩散层。
以上工艺存在以下问题：
1、流程复杂，耗时长；2、碎片率高；3、经两次高温扩散，热开销较大；4、步骤(4)使得晶圆由280微米减薄为260微米，造成材料的浪费，导致生产成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用硼磷一步扩散制作硅整流芯片基片的方法，简化了流程、降低了碎片率及整个流程中的成本，并且能够采用更薄的圆晶片以降低原材料成本。
本发明将传统的硅整流芯片基片在制作过程中的四个步骤：磷扩散、浸泡氢氟酸将晶圆分离、吹砂减薄(除去磷扩散的反扩散层)、硼扩散四个步骤，合并为硼磷一步扩散。
上述目的通过以下技术方案来实现：
本发明所述的利用硼磷一步扩散制作硅整流芯片基片的方法，包括以下步骤：
(1)硼扩散源溶液的配制：
固态硼扩散源：粉末状氧化硼；
溶剂：乙二醇乙醚；
配制方法：将过量氧化硼溶入乙二醇乙醚，搅拌、过滤；
(2)将硼扩散源溶液涂覆到晶圆的一面并烘干，将涂源后的晶圆排列在扩散舟中，已涂源的面相对，未涂源的两面之间夹一张磷纸源；
(3)将装好的扩散舟推入扩散炉管中扩散，温度、时间、氧气流量、氮气流量、均需按要求设定；
(4)扩散完毕、出炉，冷却至室温后，将材料从舟上取下并放入氢氟酸中浸泡24小时以上，直到晶圆之间无黏连，取出冲水、烘干；
(5)将晶圆双面吹砂，每面减薄各1～3微米。
其中：
步骤(2)中，将硼扩散源溶液涂覆到晶圆的一面具体操作如下：
将过滤后的硼扩散源溶液进行磁性搅拌，搅拌持续整个涂覆过程；将晶圆放于可旋转的吸盘上，开启真空，启动电机使晶圆旋转，转速为280～320转/分钟；同时，用毛笔蘸取硼扩散源溶液均匀涂于晶圆表面。然后关闭电机停止旋转、释放真空。
所述的毛笔为12#圆头画笔。
步骤(2)中，烘干具体为：将晶圆放置于铝加热板上烘烤8～10分钟，铝加热板温度为200～220℃。
步骤(2)中，将涂源后的晶圆排列在扩散舟中，已涂源的面相对，未涂源的两面之间夹一张磷纸源，具体操作如下：
1)将石英舟竖放于舟架上，舟与水平面夹角为100～110度；
2)首先放置一硅垫片；
3)在硅垫片上放置一片磷纸源；
4)在磷纸源上放置两个已涂硼的晶圆，已涂硼的那一面相对；
5)在晶圆上放置一片磷纸源；
6)重复步骤4)、5)直到叠够要求的数量；
7)放置一片硅垫片；
8)再用垫片作为楔子将叠放的晶圆塞紧。
步骤(3)中，将装好的扩散舟推入扩散炉管中扩散具体操作如下：
开启氧气、氮气，氧气流量为2～4L/分钟，氮气流量为5～10L/分钟；在炉温为600℃时将舟推进扩散炉的恒温区，调取扩散程序，程序设定的扩散条件为：600～1260℃的升温速率为5～7℃/分钟，恒温1250～1260℃，保持24～30小时；1260～600℃的降温速率1～1.2℃/分钟，降温结束，将舟拉出，放置至室温。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
(1)本发明将传统工艺中的高温磷扩散步骤合并到高温硼扩散步骤中，省去了高温磷扩散、晶圆分离、将未进行磷扩散的一面去除15～20微米的步骤，其优点为：省略了高温磷扩散的热开销及时间；节省了晶圆分离的时间；省略减薄，减少了碎片率，通常减薄过程也是导致碎片的主要过程。一个批次总的时间相较于传统工艺，能够节约两天(原总时间的1/6)。
(2)传统工艺中，将未进行磷扩散的一面去除15～20微米的步骤，使得晶圆由280微米减薄为260微米，省略这一步骤，可以直接使用厚度为260微米的晶圆，对于晶圆材料的供应商来说，用同样长度的单晶硅棒可多切割出7％的晶圆。这也是原材料利用率提高的比例。降低了原材料的成本。
(3)本发明选择合适的扩散条件，所形成的扩散后基片能够满足整流芯片的全部电特性的要求。
附图说明
图1a是传统扩散工艺的晶圆准备的示意图；
图1b是传统扩散工艺的附磷纸的示意图；
图1c是传统扩散工艺的磷扩散的示意图；
图1d是传统扩散工艺的晶圆分离的示意图；
图1e是传统扩散工艺的单面吹砂减薄，除去反扩散层的示意图；
图1f是传统扩散工艺的在N面涂一层硼扩散源的示意图；
图1g是传统扩散工艺的将硅片叠在一起的示意图；
图1h是传统扩散工艺的硼扩散的示意图；
图1i是传统扩散工艺的晶圆分离的示意图；
图1j是传统扩散工艺的双面吹砂减薄以改变表面状态的示意图；
图2a是本发明方法的在N面涂一层硼扩散液的示意图；
图2b是本发明方法的将涂硼源的硅片叠在一起，涂硼面相对，非涂硼的两面之间夹一层磷纸的示意图；
图2c是本发明方法的硼磷同步扩散的示意图；
图2d是本发明方法的晶圆分离的示意图；
图2e是本发明方法的双面吹砂减薄以改善表面状态的示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述，但其并不限制本发明的实施。
实施例1
如图2所示，所述的利用硼磷一步扩散制作硅整流芯片基片的方法，由以下步骤组成：
(1)硼扩散源溶液的配制：
固态硼扩散源：粉末状氧化硼；
溶剂：乙二醇乙醚；
配制方法：将氧化硼120g溶入乙二醇乙醚400mL，搅拌、过滤。
(2)涂硼源：将过滤后的硼扩散源溶液进行磁性搅拌，搅拌持续整个涂覆过程；将晶圆放于可旋转的吸盘上，开启真空、启动电机使晶圆旋转，转速为300转/分；同时用毛笔蘸取硼扩散源溶液均匀涂于晶圆表面。
(3)关闭电机停止旋转、释放真空。取下晶圆，放置于铝加热板上烘烤10分钟，铝加热板温度为210℃。
(4)装舟：
1)将石英舟竖放于舟架上，舟与水平面夹角为105度；
2)首先放置一硅垫片；
3)在硅垫片上放置一片磷纸源；
4)在纸源上放置两个已涂硼的晶圆，已涂硼的那一面要相对；
5)在晶圆上放置一片磷纸源；
6)重复4)、5)直到叠够800片；
7)放置一片硅垫片；
8)再用垫片作为楔子将叠放的晶圆塞紧。
(5)扩散：开启氧气3L/分钟、氮气8L/分钟。在炉温为600℃时将舟推进扩散炉的恒温区，调取扩散程序，本程序设定的扩散条件为：600～1260℃的升温速率为6.6℃/分钟，恒温1260℃，保持28小时，1260～600℃的降温速率1.2℃/分钟。降温结束将舟拉出。放置3小时至室温。
(6)晶圆分离：将粘连在一起的晶圆从扩散舟上取下，放入氢氟酸中浸泡24小时。取出冲水烘干。
(7)将晶圆双面吹砂，每面去除2微米。
实施例2
所述的利用硼磷一步扩散制作硅整流芯片基片的方法，由以下步骤组成：
(1)硼扩散源溶液的配制：
固态硼扩散源：粉末状氧化硼；
溶剂：乙二醇乙醚；
配制方法：将氧化硼120g溶入乙二醇乙醚400mL，搅拌、过滤。
(2)涂硼源：将过滤后的硼扩散源溶液进行磁性搅拌，搅拌持续整个涂覆过程；将晶圆放于可旋转的吸盘上，开启真空、启动电机使晶圆旋转，转速为280转/分；同时用毛笔蘸取硼扩散源溶液均匀涂于晶圆表面。
(3)关闭电机停止旋转、释放真空。取下晶圆，放置于铝加热板上烘烤8分钟，铝加热板温度为220℃。
(4)装舟：
1)将石英舟竖放于舟架上，舟与水平面夹角为100度；
2)首先放置一硅垫片；
3)在硅垫片上放置一片磷纸源；
4)在纸源上放置两个已涂硼的晶圆，已涂硼的那一面要相对；
5)在晶圆上放置一片磷纸源；
6)重复4)、5)直到叠够800片；
7)放置一片硅垫片；
8)再用垫片作为楔子将叠放的晶圆塞紧。
(5)扩散：开启氧气4L/分钟、氮气5L/分钟。在炉温为600℃时将舟推进扩散炉的恒温区，调取扩散程序，本程序设定的扩散条件为：600～1260℃的升温速率为5℃/分钟，恒温1260℃，保持28小时，1260～600℃的降温速率1℃/分钟。降温结束将舟拉出。放置3小时至室温。
(6)晶圆分离：将粘连在一起的晶圆从扩散舟上取下，放入氢氟酸中浸泡24小时。取出冲水烘干。
(7)将晶圆双面吹砂，每面去除3微米。
1、典型工艺流程及工艺时间对比见表1。
表1工艺流程及工艺时间对比
本发明典型的工艺时间合计是目前通用的合计工艺时间的41％。
2、目前典型生产制作成本对比见表2(仅计算该流程中原、辅材料和能耗)。
表2工艺生产制作成本对比
通过生产成本对比，本发明只有目前通用工艺生产成本的37.5％。
Claims (7)
1.一种利用硼磷一步扩散制作硅整流芯片基片的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)硼扩散源溶液的配制：
将过量氧化硼溶入乙二醇乙醚，搅拌、过滤；
(2)将硼扩散源溶液涂覆到晶圆的一面并烘干，将涂源后的晶圆排列在扩散舟中，已涂源的面相对，未涂源的两面之间夹一张磷纸源；
(3)将装好的扩散舟推入扩散炉管中扩散；
(4)扩散完毕、出炉，冷却至室温后，将材料从舟上取下并放入氢氟酸中浸泡24小时以上，直到晶圆之间无黏连，取出冲水、烘干；
(5)将晶圆双面吹砂，每面减薄各1～3微米。
2.根据权利要求1所述的利用硼磷一步扩散制作硅整流芯片基片的方法，其特征在于：步骤(2)中，将硼扩散源溶液涂覆到晶圆的一面具体操作如下：
将过滤后的硼扩散源溶液进行搅拌，搅拌持续整个涂覆过程；将晶圆放于可旋转的吸盘上，开启真空，启动电机使晶圆旋转，转速为280～320转/分钟；同时，用毛笔蘸取硼扩散源溶液均匀涂于晶圆表面，然后关闭电机停止旋转，释放真空。
3.根据权利要求2所述的利用硼磷一步扩散制作硅整流芯片基片的方法，其特征在于：所述的毛笔为12#圆头画笔。
4.根据权利要求1所述的利用硼磷一步扩散制作硅整流芯片基片的方法，其特征在于：步骤(2)中，烘干具体为：将晶圆放置于铝加热板上烘烤8～10分钟，铝加热板温度为200～220℃。
5.根据权利要求1所述的利用硼磷一步扩散制作硅整流芯片基片的方法，其特征在于：步骤(2)中，将涂源后的晶圆排列在扩散舟中，已涂源的面相对，未涂源的两面之间夹一张磷纸源，具体操作如下：
1)将石英舟竖放于舟架上，舟与水平面夹角为100～110度；
2)首先放置一硅垫片；
3)在硅垫片上放置一片磷纸源；
4)在磷纸源上放置两个已涂硼的晶圆，已涂硼的那一面相对；
5)在晶圆上放置一片磷纸源；
6)重复步骤4)、5)直到叠够要求的数量；
7)放置一片硅垫片；
8)再用垫片作为楔子将叠放的晶圆塞紧。
6.根据权利要求1所述的利用硼磷一步扩散制作硅整流芯片基片的方法，其特征在于：步骤(3)中，将装好的扩散舟推入扩散炉管中扩散具体操作如下：
开启氧气、氮气，在炉温为600℃时将舟推进扩散炉的恒温区，调取扩散程序，程序设定的扩散条件为：600～1260℃的升温速率为5～7℃/分钟，恒温1250～1260℃，保持24～30小时；1260～600℃的降温速率1～1.2℃/分钟，降温结束，将舟拉出，放置至室温。
7.根据权利要求6所述的利用硼磷一步扩散制作硅整流芯片基片的方法，其特征在于：氧气流量为2～4L/分钟，氮气流量为5～10L/分钟。
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