CN1933110A - Ⅲ族元素两次扩散提高大功率晶闸管阻断伏安特性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及大功率电力半导体器件晶闸管生产工艺领域，尤其涉及一种III族元素两次扩散提高大功率晶闸管阻断伏安特性的方法。该方法包括超砂、清洗硅片、清洗石英闭管源瓶、一次扩散、二次扩散等步骤，所得到的结果：常温阻断电压明显提高，漏电流比镓扩明显减小，高温漏电流比硼铝扩漏电流明显减小。经过本发明方法制造的单晶硅片，不仅提高了芯片的表面浓度，而且使芯片体内P+杂质分布的浓度比较平缓，有效地解决了常规工艺制造晶闸管出现伏安特性不理想现象。

Description

III族元素两次扩散提高大功率晶闸管阻断伏安特性的方法
                                 技术领域
本发明涉及大功率电力半导体器件晶闸管生产工艺领域，尤其涉及一种III族元素两次扩散提高大功率晶闸管阻断伏安特性的方法。
                                 背景技术
目前国内在大功率晶闸管生产过程中采用N型单晶硅为原料，制备J1J2结。常用的方法有两种：即镓扩散，硼铝扩散。用镓元素扩散的方法制造的器件存在常温状态下阻断漏电流偏大阻断电压偏低的现象。而用硼铝作为杂质源制造出的器件则存在高温状态下阻断漏电流偏大的现象。
                                 发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种有效提高和改善大功率电力器件的III族元素两次扩散提高大功率晶闸管阻断伏安特性的方法，该采用III族元素两次高温扩散形成晶闸管的P+区以提高大功率晶闸管阻断伏安特性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
III族元素两次扩散提高大功率晶闸管阻断伏安特性的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1、超砂
将硅片放入清洗液中，清洗液的配比是，工业洗净剂∶去离水＝5ml∶750ml，在超声清洗40分钟，再用40℃～60℃去离子水冲洗，之后热水超声两遍、热高纯水冲洗两遍；
2、清洗硅片
将硅片放入1#清洗液中，1#清洗液的配比是，氨水∶过氧化氢∶高纯水＝1∶2∶5，在电炉子上煮15分钟，之后高纯水冲洗20遍、然后再换上新1#清洗液重煮一遍，最后用冷、热、冷高纯水各冲洗30遍；2#清洗液的配比是，盐酸∶过氧化氢∶高纯水＝1∶2∶5，在电炉子上煮15分钟，之后高纯水冲洗20遍、然后再换上新1#清洗液重煮一遍，最后用冷、热、冷高纯水各冲洗30遍，最后将处理好的硅片快速放入红外线快速干燥箱中烘1.5小时；
3、清洗石英闭管源瓶
将石英闭管源瓶放入HF∶H2O＝1∶5氢氟酸与水溶液中浸泡1小时，用王水∶水＝1∶10浸泡后1小时后取出用冷、热、冷高纯水冲洗30遍后，放入红外线快速干燥箱中烘1.5小时；用氢氧焰封住闭管装片的大直径端、小直径端与真空机组相连抽真空，使闭管内达到(1.5-3)*10-4Pa气压值，再用氢氧焰封住小直径端检漏确认不漏气；
4、一次扩散
采用闭管恒温扩散温度为1250-1280℃以下，时间11.5-40小时，选用高纯硅镓粉275±5mg，在P+型区达到晶闸管要求60-95um时，自然降温至900℃恒温2小时后再降温至600℃恒温1小时后再降温至室温以下；
5、检测
在伏安特性仪上检测一次镓扩散后的硅单晶片的阻断电压≥1200V和表面浓度35～50Ω/cm2，P+型区结深65～75um；
6、扩散源的配制：按优级无水乙醇∶硝酸铝∶三氧化二硼＝500ml∶50g∶500mg的比例配制扩散源，在每片镓扩后的硅单晶片表面均匀涂敷，二次扩散源用红外灯烤干后叠放在处理后的石英板舟上；
7、二次扩散
二次扩散的高温扩散炉内的石英管予热10分钟，然后按每10分钟10cm的距离缓慢推入恒温区1250-1280℃内扩散2-4小时，之后降温至950℃恒温2小时，再降温至600℃恒温3小时后自然降温至200℃以下取出硅片，浸泡氢氟酸水溶液中至硅片全部分离后冲高纯水5分钟，电离去硼硅玻璃层。
本发明有益效果：
经过本发明方法制造的单晶硅片，不仅提高了芯片的表面浓度，而且使芯片体内P+杂质分布的浓度比较平缓，有效地解决了常规工艺制造晶闸管出现伏安特性不理想现象。
                                 附图说明
图1为本发明镓扩的常温、高温阻断电压特性图。
图2为本发明硼铝扩常温、高温阻断电压特性图。
图3为本发明III族元素两次扩散的常温、高温阻断电压特性图。
                               具体实施方式
经过多次实验，本发明的具体实施方式叙述如下：
III族元素两次扩散提高大功率晶闸管阻断伏安特性的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1、超砂
将硅片放入清洗液中，清洗液的配比是，工业洗净剂∶去离水＝5ml∶750ml，在超声清洗40分钟，再用40℃～60℃去离子水冲洗，之后热水超声两遍、热高纯水冲洗两遍；
2、清洗硅片
将硅片放入1#清洗液中，1#清洗液的配比是，氨水∶过氧化氢∶高纯水＝1∶2∶5，在电炉子上煮15分钟，之后高纯水冲洗20遍、然后再换上新1#清洗液重煮一遍，最后用冷、热、冷高纯水各冲洗30遍；2#清洗液的配比是，盐酸∶过氧化氢∶高纯水＝1∶2∶5，在电炉子上煮15分钟，之后高纯水冲洗20遍、然后再换上新1#清洗液重煮一遍，最后用冷、热、冷高纯水各冲洗30遍，最后将处理好的硅片快速放入红外线快速干燥箱中烘1.5小时；
3、清洗石英闭管源瓶
将石英闭管源瓶放入HF∶H2O＝1∶5氢氟酸与水溶液中浸泡1小时，用王水∶水＝1∶10浸泡后1小时后取出用冷、热、冷高纯水冲洗30遍后，放入红外线快速干燥箱中烘1.5小时；用氢氧焰封住闭管装片的大直径端、小直径端与真空机组相连抽真空，使闭管内达到(1.5-3)*10-4Pa气压值，再用氢氧焰封住小直径端检漏确认不漏气；
4、一次扩散
采用闭管恒温扩散温度为1250-1280℃以下，时间11.5-40小时，选用高纯硅镓粉275±5mg，在P+型区达到晶闸管要求60-95um时，自然降温至900℃恒温2小时后再降温至600℃恒温1小时后再降温至室温以下；
5、检测
在伏安特性仪上检测一次镓扩散后的硅单晶片的阻断电压≥1200V和表面浓度35～50Ω/cm2，P+型区结深65～75um；
6、扩散源的配制：按优级无水乙醇∶硝酸铝∶三氧化二硼＝500ml∶50g∶500mg的比例配制扩散源，在每片镓扩后的硅单晶片表面均匀涂敷，二次扩散源用红外灯烤干后叠放在处理后的石英板舟上；
7、二次扩散
二次扩散的高温扩散炉内的石英管予热10分钟，然后按每10分钟10cm的距离缓慢推入恒温区1250-1280℃内扩散2-4小时，之后降温至950℃恒温2小时，再降温至600℃恒温3小时后自然降温至200℃以下取出硅片，浸泡氢氟酸水溶液中至硅片全部分离后冲高纯水5分钟，电离去硼硅玻璃层。
采用相同的单晶硅片分别用常规的纯镓扩、硼铝扩方法及本方法制造芯片，对比得出以下数据：
纯镓扩：             VDRM/IDRM：1500V/0.3mA(常温)
                                1500V/1.0mA(120℃)
硼铝扩：                        2000V/0.3mA(常温)
                                1200V/1.0mA(120℃)
III族元素两次扩散：             1900V/0.3mA(常温)
                                1500V/1.0mA(120℃)
见图1、2、3，采用两次扩散所得到的结果：常温阻断电压明显提高，漏电流比镓扩明显减小，高温漏电流比硼铝扩漏电流明显减小。

Claims (1)

1、III族元素两次扩散提高大功率晶闸管阻断伏安特性的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1、超砂
将硅片放入清洗液中，清洗液的配比是，工业洗净剂∶去离水＝5ml∶750ml，在超声清洗40分钟，再用40℃～60℃去离子水冲洗，之后热水超声两遍、热高纯水冲洗两遍；
2、清洗硅片
将硅片放入1#清洗液中，1#清洗液的配比是，氨水∶过氧化氢∶高纯水＝1∶2∶5，在电炉子上煮15分钟，之后高纯水冲洗20遍、然后再换上新1#清洗液重煮一遍，最后用冷、热、冷高纯水各冲洗30遍；2#清洗液的配比是，盐酸∶过氧化氢∶高纯水＝1∶2∶5，在电炉子上煮15分钟，之后高纯水冲洗20遍、然后再换上新1#清洗液重煮一遍，最后用冷、热、冷高纯水各冲洗30遍，最后将处理好的硅片快速放入红外线快速干燥箱中烘1.5小时；
3、清洗石英闭管源瓶
将石英闭管源瓶放入HF∶H2O＝1∶5氢氟酸与水溶液中浸泡1小时，用王水∶水＝1∶10浸泡后1小时后取出用冷、热、冷高纯水冲洗30遍后，放入红外线快速干燥箱中烘1.5小时；用氢氧焰封住闭管装片的大直径端、小直径端与真空机组相连抽真空，使闭管内达到(1.5-3)*10-4Pa气压值，再用氢氧焰封住小直径端检漏确认不漏气；
4、一次扩散
采用闭管恒温扩散温度为1250-1280℃以下，时间11.5-40小时，选用高纯硅镓粉275±5mg，在P+型区达到晶闸管要求60-95um时，自然降温至900℃恒温2小时后再降温至600℃恒温1小时后再降温至室温以下；
5、检测
在伏安特性仪上检测一次镓扩散后的硅单晶片的阻断电压≥1200V和表面浓度35～50Ω/cm2，P+型区结深65～75um；
6、扩散源的配制：按优级无水乙醇∶硝酸铝∶三氧化二硼＝500ml∶50g∶500mg的比例配制扩散源，在每片镓扩后的硅单晶片表面均匀涂敷，二次扩散源用红外灯烤干后叠放在处理后的石英板舟上；
7、二次扩散
二次扩散的高温扩散炉内的石英管予热10分钟，然后按每10分钟10cm的距离缓慢推入恒温区1250-1280℃内扩散2-4小时，之后降温至950℃恒温2小时，再降温至600℃恒温3小时后自然降温至200℃以下取出硅片，浸泡氢氟酸水溶液中至硅片全部分离后冲高纯水5分钟，电离去硼硅玻璃层。
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