[发明专利]一种Al‑Ga复合扩散掺杂方法

说明书

技术领域

本发明属于电力半导体功率器件制造工艺技术领域，具体涉及一种制造工艺过程中的铝镓杂质复合扩散掺杂方法。

背景技术

当前，很多种功率半导体器普遍采用N衬底上进行两种浓度梯度的P型杂质分布扩散。一般采用铝镓同步扩散、先扩铝再扩镓的两步扩散方式如先铝预沉积在开管扩镓的扩散方式。铝镓同步扩散参数均匀性、重复性控制难度较大。先扩铝再扩镓的两步扩散方式硅片两次经过两次高温扩，材料成本较高，而开管扩镓需要通氢气还原氧化镓，用气体携带进扩散管中，工艺相对复杂且设备造价高，并有使用安全风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种半导体制造过程中的铝镓杂质复合扩散掺杂方法，该方法能够保证扩散管内的杂质源相对稳定，使得每炉管扩散片的杂质扩散掺杂浓度稳定，且不增加加工过程的复杂性。是通过一步闭管高温扩散形成两种浓度梯度的P型杂质分布掺杂方法。

本发明的技术解决方案是：一种Al-Ga复合扩散掺杂方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

⑴在第一源盒中装入铝杂质源，在第二源盒中装入镓杂质源，再按顺序分别装入源盒、档片、硅片、陪片，最后将封管放入真空扩散炉中；

⑵先将真空扩散炉抽真空，再升温至铝杂质源预沉积扩散温度范围，并进行铝杂质源预沉积恒温扩散，率先通过预沉积扩散的方式进入硅片表面薄层；

⑶之后再将真空扩散炉升温至镓杂质源扩散温度范围，并同时进行镓杂质源、预沉积铝杂质再分布双杂质恒温扩散；

⑷最后降温出炉。

本发明的技术解决方案中所述第⑴工艺步骤中镓杂质源可以放置在第一源盒中，铝杂质源放置在第二源盒中。

本发明的技术解决方案中所述第⑴工艺步骤中铝杂质源预沉积在筒形舟内壁。

本发明的技术解决方案中所述第⑴工艺步骤中镓杂质源为硅镓粉、锗镓合金或砷化镓。

本发明的技术解决方案中所述第⑵工艺步骤中铝杂质源预沉积扩散温度为800~1100℃，铝杂质源预沉积扩散时间为40~200分钟。

本发明的技术解决方案中所述第⑶工艺步骤中镓杂质源扩散温度为1240~1280℃，镓杂质源、预沉积铝杂质再分布双杂质恒温扩散时间为400~2000分钟。

本发明的技术解决方案中所述第⑴工艺步骤中铝杂质源为纯度大于等于99.999%的高纯铝，所述的镓杂质源为纯度大于等于99.9999%的高纯镓，所述锗镓源中镓的含量为3%∽8%。。

本发明的技术解决方案中所述第⑵工艺步骤中将真空扩散炉抽真空至真空度达到或高于5×10⁴pa，升温速率为10~15℃/每分钟；所述第⑶工艺步骤中升温速率为5~10℃/每分钟；所述第⑷工艺步骤中降温速率优选1~3℃/每分钟，降至700℃以后自然降温。

本发明由于采用铝杂质源预沉积扩散和镓杂质源、预沉积铝杂质再分布双杂质扩散，利用铝源、镓源不同的杂质源气化温度，通过分段、分源扩散的方式可以控制扩散管中杂质源的挥发量和时间，让两种杂质源分阶段的开始挥发，逐步预沉积到硅片上，再通过高温再分布过程进行掺杂，可显著改善P型扩散掺杂的均匀性、重复性，降低了成本，同时提高了工效。本发明解决了现有技术Al-Ga杂质同步扩散时互相干扰、影响均匀性的问题，具有可显著改善P型扩散掺杂的均匀性、重复性、降低成本、提高工效的特点。本发明主要用于电力半导体功率器件制造中铝镓杂质复合扩散掺杂工艺。

附图说明

图1为本发明进行真空掺杂扩散的示意图。

图2为本发明提供的一种Al-Ga复合扩散掺杂方法流程。

图3为掺杂扩散工艺曲线图。

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。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做出创作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1-图3详细说明本发明的具体实现方式。

图1为本发明实施进行真空掺杂扩散的示意图。

图2给出了本发明实施例提供的一种半导体制造过程中的铝镓掺杂方法的示意图。如图2所示，该方法包括：