CN1275294C - 含磷二氧化硅乳胶源扩散制备大功率半导体器件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含磷二氧化硅乳胶源涂层扩散制备大功率半导体器件的方法，属半导体器件制造技术领域。该方法首先在二氧化硅乳胶中加入五氧化二磷，使其完全溶解，成为含磷二氧化硅乳胶源；在半导体上进行涂布上述含磷二氧化硅乳胶源，将涂胶后的硅片烘烤，使胶膜中的有机溶剂挥发；将预烘后的硅片按涂胶面对涂胶面叠在一起放在平板石英舟上，送入扩散炉，进行扩散。本发明的方法，扩散工艺操作简便，设备简单，适于大批量生产；扩散参数可以随意控制调整，掺杂浓度可调，扩散后表面状态良好，适合采用硅平面工艺批量生产大功率半导体器件。而且最终产品参数一致性和动态性能好，产品的成品率可提高20%以上，特别适于批量生产。

Description

含磷二氧化硅乳胶源扩散制备大功率半导体器件的方法

技术领域  本发明涉及一种含磷二氧化硅乳胶源扩散制备大功率半导体器件的方法，属半导体器件制造技术领域。

背景技术  大功率半导体器件的生产中，二次N型杂质扩散是其关键工艺，目前国内N型杂质扩散大多采用三氯氧磷(POCl₃)液态源扩散或五氧化二磷酒精溶液涂层扩散，五氧化二磷酒精溶液涂层扩散的缺点是：1、五氧化二磷毒性大；2、不宜用在需氧化光刻的硅平面工艺中；3、该扩散方法形成的扩散层杂质浓度均匀性和扩散重复性差，会引起器件的参数分散，造成产品质量不稳定。三氯氧磷(POCl₃)液态源扩散缺点是：1、扩散系统复杂；2、工艺繁杂，需要采用两步扩散法；3、毒性较大；4、扩散时三氯氧磷必须恒温，否则杂质浓度分散性大重复性差，影响产品质量。5、扩散中需要通经过干燥纯化的高纯氧气，否则很容易造成石英舟沾连，石英帽打不开，硅片取不出来等情况。

发明内容  本发明的目的是提出一种含磷二氧化硅乳胶源涂层扩散制备大功率半导体器件的方法，克服目前通用的三氯氧磷(POCl₃)液态源扩散或五氧化二磷酒精溶液涂层扩散均匀性差、重复性差，成品参数分散性大和产品质量不稳定的缺点，并克服三氯氧磷(POCl₃)液态源扩散时三氯氧磷必须恒温，扩散中需要通经过干燥纯化的高纯氧气的缺点，简化制备工艺，提高产品质量。

本发明提出的含磷二氧化硅乳胶源涂层扩散制备大功率半导体器件的方法，包括以下步骤：

(1)在二氧化硅乳胶中加入五氧化二磷，加入的重量比为：二氧化硅乳胶∶五氧化二磷＝1∶0.10～0.50克五氧化二磷，使其完全溶解，成为含磷二氧化硅乳胶源；

(2)在硅片上进行涂布上述含磷二氧化硅乳胶源，涂布层厚度为2900～3100埃；

(3)把涂胶后的硅片置于100～200℃下烘烤5～10分钟，使胶膜中的乙醇溶剂挥发；

(4)将烘烤后的硅片按涂胶面对涂胶面叠在一起放在平板石英舟上，送入扩散炉，在1200～1260℃的高温下进行扩散1.5～5小时。

本发明提出的含磷二氧化硅乳胶源涂层扩散制备大功率半导体器件的方法，扩散工艺操作简便，设备简单，适于大批量生产；该方法扩散参数可以随意控制调整，掺杂浓度可调，扩散后表面状态良好，适合采用硅平面工艺批量生产大功率半导体器件。而且最终产品参数一致性和动态性能好，产品的成品率可提高20％以上，特别适于批量生产，有显著的经济效益。

具体实施方式

本发明提出的含磷二氧化硅乳胶源涂层扩散制备大功率半导体器件的方法，首先在二氧化硅乳胶中加入五氧化二磷，加入的重量比为：二氧化硅乳胶∶五氧化二磷＝1∶0.10～0.50克五氧化二磷，使其完全溶解，成为含磷二氧化硅乳胶源；在半导体上进行涂布上述含磷二氧化硅乳胶源，涂布层厚度可为2900～3100埃；把涂胶后的硅片置于100～200℃下烘烤5～10分钟，使胶膜中的有机溶剂挥发；将预烘后的硅片按涂胶面对涂胶面叠在一起放在平板石英舟上，送入扩散炉，在1200～1260℃的高温下进行扩散1.5～5小时。

二氧化硅乳胶是烷氧基硅烷的水解聚合物，能溶于乙醇，掺有杂质磷的二氧化硅乳胶乙醇溶液便成为含磷二氧化硅乳胶源。经涂布并在高温处理后，分解生成二氧化硅，所以它是半导体器件制作中生长氧化硅膜或进行固一固扩散的一种新型材料。涂布液的浓度可根据应用的要求而不同。

在二氧化硅乳胶中加入五氧化二磷后必须充分摇晃或用超声波超15分钟，使其完全溶解。五氧化二磷的量根据表面浓度要求来确定的。

本发明方法中的涂布过程可以在常温常压下用自旋涂布、喷涂、浸渍、笔涂等方法在半导体上进行涂布。我们采用自旋涂布法。用滴管在硅片表面滴几滴含磷乳胶源，在甩胶机上进行自旋涂布，涂布转速为3000转/分以上。

这种涂布法具有以下一些优点：

1、在常温常压下容易得到涂布层，便于大量生产。

2、杂质浓度可以任意选择，扩散表面浓度、结深也容易控制。

3、方法简便，可由转速来控制膜厚。均匀性、重复性较好，从而可以提高成品率。

本发明方法中的预烘过程可以是：把涂胶后的硅片放在红外灯下(温度为100～200℃)烘烤数分钟，使胶膜中的有机溶剂全部挥发掉，在硅片表面形成一层附着牢固的疏松的含磷的二氧化硅层。

本发明方法中的扩散过程是：把预烘后的硅片按涂胶面对涂胶面叠在一起放在平板石英舟上，送入扩散炉，在1200～1260℃的高温下进行扩散，具体扩散温度、扩散时间根据硅片扩散后的表面浓度和扩散结深的要求而定。例如：

1、扩散温度1250℃，通氧气1000ml/分，冲洗石英管道10分钟；

2、把涂好源的硅片送入炉口预热10分钟后推入恒温区，盖好石英管帽，改通氧气500ml/分。

3、扩散1.5～5小时。扩散时间根据一次扩散结深及表面方块电阻确定。

4、扩散结果：结深Xj＝15～25μm(微米)，方块电阻R_□＝0.15～0.18Ω/方。

本发明的一个实施例为：

源浓度11％，扩散温度1250℃，通氧气500ml/分，扩散时间3小时。扩散结果：结深Xj＝19.3μm(微米)，方块电阻R_□＝0.16Ω/方。

必须注意的是，一次涂布涂层不能超过4000埃，欲增加膜层厚度需多次涂布，手续麻烦。再者，膜层总厚度不得超过8000，否则就会龟裂。

实施本发明方法中的注意点是：

1、甩胶的环境要干净、湿度要小，温度在25℃以下(最好能恒温恒温)，硅片表面要干净。

2、涂布时，甩胶转速在3000转/分以上才能保证膜均匀。采用自旋滴胶，欲滴几滴必须连续，尽可能靠近硅片以防冲力作用而导致膜不均勺。

3、预烘温度对扩散结果有一定的影响。所以应根据要求加以固定。若欲增加膜层厚度，预烘温度必须提高到400℃以上，再进行第二次涂布才有效。

4、扩散气氛。在一定温度下，气流速度影响小.而扩散气氛的组分有影响。为了增加与硅片的粘附性和密致化的程度，在扩散后期要通氧气。

5、预烘完后应立即扩散以防止污染，使扩散后表面浓度缺乏重复性(降低表面浓度)。

6、所用的杂质源比起气态源的量和毒性均小，但仍然有毒性，所以使用仍需注意劳动保护问题。一般的讲，由于所用源的挥发性小，涂布时没有什么毒害，但在项烘时会有一点挥发性，所以应注意通风时加以尾气回收装置。

7、本品性能是不太稳定的，放置时间长粘度将继续增大，而温度和湿度对其影响较大，所以存放时应注意在温度0-10℃.干燥之处，这样一般可以便用三个月以，(指高浓度掺杂胶)。20～50℃只可短期存及运输。

8、使用过程中二氧化硅乳胶本身有时会析出固体，如遇此情况，使用前要分离一下再用。

9、在干燥情况下甩胶(涂布).表面一般为光亮带颇色的，但因气候潮湿(夏季)，源本身吸湿潮解而导致表面发乌。对扩散和电特性没有影响。

Claims (1)

1、一种含磷二氧化硅乳胶源涂层扩散制备大功率半导体器件的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)在二氧化硅乳胶中加入五氧化二磷，加入的重量比为：二氧化硅乳胶∶五氧化二磷＝1∶0.10～0.50克五氧化二磷，使其完全溶解，成为含磷二氧化硅乳胶源；

(2)在硅片上进行涂布上述含磷二氧化硅乳胶源，涂布层厚度为2900～3100埃；

(3)把涂胶后的硅片置于100～200℃下烘烤5～10分钟，使胶膜中的乙醇溶剂挥发；

(4)将烘烤后的硅片按涂胶面对涂胶面叠在一起放在平板石英舟上，送入扩散炉，在1200～1260℃的高温下进行扩散1.5～5小时。