一种半导体器件制造过程中的铝杂质扩散掺杂方法

摘要

本发明提供一种半导体器件制造过程中的铝杂质扩散掺杂方法，包括：在真空扩散炉中，以第一陶瓷舟中的高纯铝源对扩散管内壁和置于所述扩散管内部的硅舟进行饱和扩散掺杂；在扩散管内部放入盛有高纯铝源的第二陶瓷舟；以所述第二陶瓷舟中的高纯铝源、饱和扩散掺杂后的扩散管内壁和硅舟对置于所述硅舟上的试验芯片进行第一时间长度的扩散掺杂；测量所述试验芯片的薄层电阻，根据经验公式计算对正式芯片进行扩散掺杂所需的第二时间长度；在扩散管内部放入盛有高纯铝源的第二陶瓷舟；以所述第二陶瓷舟中的高纯铝源、饱和扩散掺杂后的扩散管内壁和硅舟对置于所述硅舟上的正式芯片进行第二时间长度的扩散掺杂。

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体器件制造过程中的铝杂质扩散掺杂方法。

背景技术

当前，功率半导体器件正在向着高电压、大电流、稿转换功率的方向发展。为了在大功率半导体器件芯片上制作出高击穿电压的PN结，通常的方法是采用铝杂质扩散掺杂方法形成PN结的P区。

目前，半导体器件生产商普遍采用“真空预铝”的方法来进行铝杂质扩散掺杂。如图1所示，该方法首先将多晶硅源管2、硅舟4和高纯铝源3清洗干净后装入真空扩散炉1的真空炉管11中，关闭炉门12，利用真空泵将真空炉管11内的空气从炉口13抽出，在高温状态下，利用高纯铝源蒸气在真空、封闭、高温的多晶硅源管2内对多晶硅源管2的内壁、硅舟4进行铝杂质饱和。如图2所示，待铝杂质饱和完成后，在多晶硅源管2内的硅舟上插入挡片6和正式芯片5，在高温高真空状态下应用转移扩散原理进行铝杂质扩散掺杂。

发明人在实现现有技术时发现：在利用上述方法进行一定次数的铝杂质扩散掺杂工艺后，多晶硅源管内铝杂质含量明显减少，在继续进行铝杂质扩散掺杂时，铝杂质蒸气压降低，存在半导体芯片进行铝杂质扩散掺杂的浓度偏低的隐患，为了避免这种隐患，现有技术中在经过几次芯片掺杂后，需对多晶硅源管进行铝杂质饱和，这使得铝杂质扩散掺杂工艺较为繁琐。

另外，由于在每对一炉芯片进行铝杂质扩散掺杂之后，多硅源管内的铝杂质蒸气压降低，由于正式芯片扩散下一炉是根据上一炉时间按转移扩散公式计算的，多次掺杂后存在源管杂质含量不够使正式芯片浓度偏低的隐患，继续利用该扩散掺杂时间进行后续的正式芯片的铝杂质扩散掺杂时，将导致每炉芯片的铝掺杂浓度之间差别加大，严重偏离最佳值；当然为了解决这个问题，可以在加工一炉正式芯片后，在掺杂一定次数后即进行源管饱和又会造成扩散掺杂工艺繁琐。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种半导体器件制造过程中的铝杂质扩散掺杂方法，该方法能够保证扩散管内的铝杂质蒸汽压稳定，使得每炉芯片的铝杂质扩散掺杂浓度稳定，并且不增加加工过程的复杂性。

为实现上述目的，本发明提供一种半导体器件制造过程中的铝杂质扩散掺杂方法，包括：

在真空扩散炉中，以第一陶瓷舟中的高纯铝源对扩散管内壁和置于所述扩散管内部的硅舟进行饱和扩散掺杂；

在扩散管内部放入盛有高纯铝源的第二陶瓷舟；以所述第二陶瓷舟中的高纯铝源、饱和扩散掺杂后的扩散管内壁和硅舟对置于所述硅舟上的试验芯片进行第一时间长度的扩散掺杂；

测量所述试验芯片的薄层电阻，根据经验公式计算对正式芯片进行扩散掺杂所需的第二时间长度；

在扩散管内部放入盛有高纯铝源的第二陶瓷舟；以所述第二陶瓷舟中的高纯铝源、饱和扩散掺杂后的扩散管内壁和硅舟对置于所述硅舟上的正式芯片进行第二时间长度的扩散掺杂。

优选地，在对试验芯片进行扩散掺杂时，所述试验芯片插入所述硅舟中部，在所述硅舟上插入试验芯片的两侧还插入挡片。

优选地，在对正式芯片进行扩散掺杂时，所述正式芯片插入所述硅舟中部，在所述硅舟上插入正式芯片的两侧还插入挡片。

优选地，所述根据经验公式计算对正式芯片进行扩散掺杂的第二时间长度具体实现为：

将测量得到的试验芯片表面浓度的薄层电阻率值与正式芯片所需表面浓度的薄层电阻率目标值之间的商的平方，乘以对试验芯片进行扩散掺杂的第一时间长度，得到的积作为第二时间长度。

优选地，所述对扩散管内壁和置于所述扩散管内部的硅舟进行饱和扩散掺杂过程的温度为1060摄氏度，持续时间为30小时。

优选地，所述对试验芯片进行扩散掺杂过程的温度为1060摄氏度。

优选地，所述对正式芯片进行扩散掺杂过程的温度为1060摄氏度。

优选地，所述扩散管为石英管、碳化硅管或多晶硅管。

优选地，所述高纯铝源的纯度大于或等于99.9999％。

通过本发明实施例，在本次铝杂质掺杂过程中都加入了适量的高纯铝源，从而保证每次工艺中的铝杂质蒸气压处于饱和状态，所以无需对扩散管进行多次重复的长时间饱和，提高了生产效率。

另外，由于每次工艺过程中扩散管中的铝杂质蒸汽压均为饱和蒸汽压，防止蒸汽压下降，保证每次工艺中的环境相同。

进一步地，由于每次工艺中的扩散管内部均保持饱和蒸汽压状态，利用第一炉试验芯片和经验公式计算出的正式芯片所需的扩散掺杂时间可以连续应用在以后的各次工艺中，有利于大批量生产芯片过程中参数的稳定，并且相对于现有技术，减小了加工过程的复杂程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1-图2是现有技术中进行真空预铝的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种半导体器件制造过程中的铝掺杂方法的流程图；

图4至图6是实现本发明实施例中铝掺杂方法的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合图3详细说明本发明的具体实现方式。

图3示出了本发明实施例提供的一种半导体器件制造过程中的铝掺杂方法的示意图。

如图3所示，该方法包括：

步骤S301：在真空扩散炉中，以第一陶瓷舟中的高纯铝源对扩散管内壁和置于该扩散管内部的硅舟进行饱和扩散掺杂。

参见图4所示的实施例的示意图，首先清洗扩散管102、第一陶瓷舟中的高纯铝源103和硅舟104，并将清洗好的高纯铝源103和硅舟104放入扩散管102内。将扩散管102推入到真空扩散炉101中(即推入到真空扩散炉101的真空炉管1011中)，关闭炉门1012，并从管口1013抽真空，对扩散管102内壁和硅舟104进行饱和扩散掺杂。

优选地，上述饱和扩散掺杂过程的温度在1060℃，持续时间为30小时。

这样，经过饱和扩散掺杂，在扩散管102内壁和硅舟104等中介介质就吸收了大量的铝杂质，并达到饱和状态。

步骤S302：在扩散管内部放入盛有高纯铝源的第二陶瓷舟，以第二陶瓷舟中的高纯铝源、饱和扩散掺杂后的扩散管内壁和硅舟对置于所述硅舟上的试验芯片进行持续第一时间长度的扩散掺杂。

参照图5所示的实施例的示意图，将清洗好的试验芯片106插入到硅舟104中，并在扩散管102中放入盛有高纯铝源的第二陶瓷舟105。此处第二陶瓷舟105可以如图5中所示，设置成两个，并且分别位于硅舟104的两侧。将扩散管102重新推入真空扩散炉101中，以第二陶瓷舟105中的高纯铝源、饱和扩散掺杂后的扩散管102内壁和硅舟104对置于硅舟104上的试验芯片106进行扩散掺杂，持续时间为第一时间长度t1。利用从第二陶瓷舟105中的高纯铝源、扩散管102内壁和硅舟104上释放的铝杂质对试验芯片106进行扩散掺杂。

在对试验芯片106进行扩散掺杂之前，在扩散管102放入了盛有适量高纯铝源的陶瓷舟，可以保证在进行扩散掺杂的过程中，扩散管102内的铝杂质蒸气压保持稳定，不下降。

在对试验芯片进行扩散掺杂过程的温度可以为1060摄氏度。

另外，本实施例中优选的，如图5所示，试验芯片106放置在硅舟104的中部，而在试验芯片106的两边优选还插入挡片107，图5中特别地以两边各插入10片挡片107为例。插入挡片107可以使得试验芯片所处位置铝杂质蒸汽压稳定，减小盛铝源陶瓷舟处的高浓度铝蒸汽对试验芯片附近的稳定蒸汽压的影响。

步骤S303：测量试验芯片的薄层电阻，并根据经验公式计算对正式芯片进行扩散所需的第二时间长度t2。

取出扩散管104，并从扩散管104中取出经过扩散掺杂的试验芯片106，试验芯片106的薄层电阻率反映了试验芯片106的表面铝掺杂浓度，这里的经验公式可以采用：t₂/t₁＝(R₁/R₂)²。这里t₁是步骤S302中对试验芯片106及进行扩散掺杂持续的第一时间长度，t₂是对正式芯片进行扩散掺杂所需的时需时间长度，即第二时间长度。R₁是试验芯片表面浓度的薄层电阻率，R₂是正式芯片所需表面浓度的薄层电阻率目标值。可以正式芯片扩散掺杂所需的第二时间长度t₂为(R₁/R₂)²*t₁。当t₁和t₂的单位为小时时，R₁和R₂的单位均是mV/mA。

步骤S304：在扩散管内部放入盛有高纯铝源的第二陶瓷舟；以第二陶瓷舟中的高纯铝源、饱和扩散掺杂后的扩散管内壁和硅舟对正式芯片进行扩散掺杂所需的第二时间长度。

参照图6所示的实施例示意图，将清洗好的正式芯片108插入到硅舟104上，并一并放入扩散管102中，还在扩散管102中放入盛有适量的高纯铝源的第二陶瓷舟105。第二陶瓷舟105可以图6所示设置成两个，并分别放置在硅舟104的两侧。将扩散管102推入到真空扩散炉101中。关闭炉门1012，并从管口1013处抽真空。然后以第二陶瓷舟105中的高纯铝源、饱和扩散掺杂后的扩散管102内壁和硅舟104对正式芯片108进行扩散掺杂，持续时间为步骤S303中计算得到的第二时间长度t₂。这样，正式芯片108上的铝杂质掺杂浓度将等于期望的目标值。

对正式芯片进行扩散掺杂过程的温度为1060摄氏度。

另外，本实施例中优选的，如图6所示，正式芯片108放置在硅舟104的中部，而在正式芯片108的两边优选还插入挡片109，图5中特别地以两边各插入10片挡片109为例。插入挡片109可以使得正式芯片所处位置铝杂质蒸汽压稳定，减小盛铝源陶瓷舟处高浓度铝蒸汽对正式芯片附近稳定蒸汽压的影响。

再对下一炉的正式芯片进行铝杂质扩散掺杂之前不需要重新进行试验芯片的扩散掺杂过程，也不需要重新根据经验公式计算下一炉正式芯片进行铝杂质扩散掺杂所需的时间，在持续地对每一炉正式芯片进行铝杂质扩散掺杂之前，只需要更换第二陶瓷舟中的高纯铝源即可，在每炉正式芯片进行铝杂质扩散掺杂过程中，扩散管中的铝杂质蒸气压能够保持稳定和基本一致，不会产生如现有技术中经过多次铝杂质扩散掺杂后，内部铝杂质蒸气浓度下降的现象，由于每次进行铝杂质扩散掺杂的内部环境相同，所以直接保持第二时间长度t2不变，即可得到表面掺杂浓度十分一致的芯片，经过实验证明，偏差不超过1％-2％，有利于大批量生产芯片过程中参数的稳定。

另外，由于不需要对扩散管进行重复的长时间饱和扩散，所以提高了生产的效率。

需要说明的是，本发明实施例中的扩散管可以是石英管、碳化硅管或多晶硅管。高纯铝源的纯度优选大于或等于99.9999％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。