[发明专利]一种在硅片上实施铝扩散的方法及其制造的晶闸管芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力半导体器件领域的工艺技术，具体涉及一种半导体制备过程中的在硅片上实施铝扩散的方法及其制造的晶闸管芯片。

背景技术

在晶闸管，晶体管等半导体器件的制造技术中，隔离扩散一般使用硼作为扩散杂质源，但其扩散时间较长，扩散浓度高，侧向扩散系数大等缺点，导致产品存在稳定性、可靠性较低，漏电流较大，反向阻断电压、通态电流较小，成本较高，温度特性差等缺陷。

研究表明，铝杂质源的扩散系数是硼杂质源的8倍左右，采用铝扩散进行对通隔离，可使扩散温度降低5-25℃、扩散时间缩短70-140h。扩散温度的降低、扩散时间的缩短，减小了扩散对少子寿命的影响，减少扩散缺陷；在相同对通隔离宽度的情况下，采用铝扩散进行对通隔离，可使对通隔离区上下端的横向扩散宽度明显减小，提高了硅片的有效面积；对通隔离区杂质浓度低，提高了产品反向阻断电压。采用“用铝扩散进行对通隔离的工艺”还可以缩短生产周期、降低了成本、减少能耗，为公司产生显著的经济效益，有力地推进公司的发展，增强了产品在市场上的竞争力。

铝在硅内具有杂质浓度低，扩散速度快的优点，能实现高电压，减少了高温扩散的时间，同时铝的原子半径与硅的晶格很匹配，高温扩散后硅内产生的缺陷少。

但至今在硅上进行铝扩散存在两大难点：（一）、没有理想的铝杂质源（没有铝气体源，没有铝液体源，没有成熟的铝固体源），导致铝扩散的工艺技术要么很发杂，但难以精确控制，要么易实现但均匀性和重复性较差；（二）、没有理想的掩蔽膜，在硅片上不能实现铝的选择性扩散。

现有技术中的铝扩散通常使用涂源法和闭管真空扩散法，各有优缺点。

涂源法：

工艺步骤：1、硅片清洗烘干；2、 将高纯Al(NO₃)₃.9H₂O粉末均匀溶解于二氧化硅乳胶源中；3、旋涂法涂覆于干净的硅片表面，烘干；4、装舟；5、进炉；6、烘源；7、扩散；8、出炉；9、泡洗。该方法的优点是工艺流程短、操作方法简单。其缺点在于：单片及片与片之间扩散浓度均匀性差，结深一致性差，生产中炉与炉之间重复性差，不易控制。

闭管真空扩散法：

工艺步骤：在高真空环境下(0.000133～0.0000133Pa)，对高纯铝源进行加热蒸发，形成饱和的铝扩散环境，在高温下将铝原子扩散进入硅片体内。该方法的优点是表面浓度高，剂量可达到3E16 平方厘米，重复性好，掺杂较均匀。其缺点在于：1、该方式小剂量的掺杂不易控制；2、对大直径硅片，每个圆片中心和边缘杂质浓度相差较大；3、每次扩散都要抽真空，冲氩气，出炉后换石英管，成本较高。

发明内容

本发明提供一种在硅片上实施铝扩散的方法及其制造的晶闸管芯片，能精确控制掺杂量、便于工艺控制、提高工艺重复性，提高晶闸管的扩散浓度均匀性、以及结深一致性。

为实现上述目的，本发明提供一种在硅片上实施铝扩散的方法，其特点是，该方法包含以下步骤：

步骤1、在硅片上生长氧化层作为离子注入掩蔽层；

步骤2、在氧化层上光刻注入窗口；

步骤3、通过注入窗口对硅片离子注入铝离子；

步骤4、硅片清洗，湿法去除离子注入后含有铝的氧化层；

步骤5、以低压化学汽相淀积生长方式在氧化层和注入铝离子的硅上生长多晶硅层，该多晶硅层作为隔离扩散掩蔽层；

步骤6、通过隔离扩散掩蔽层，在闭管通高纯氩气的环境下对注入铝离子的硅进行对通隔离扩散铝离子，形成隔离环；

步骤7、完成隔离扩散铝离子后，在硅片中形成基区，并填补隔离扩散铝离子所形成的反型层；

步骤7.1、通过湿氧方式对硅片表面残留的多晶硅层进行氧化；

步骤7.2、采用镓扩散或硼扩散的方式，在氧化层下方的硅片上形成器件的基区；同时填补隔离扩散铝离子所形成的反型层。

上述步骤3中，离子注入铝的剂量为8E14平方厘米至5E15平方厘米，能量为60至160 Kev，角度为0至7度。

上述步骤1中，生长氧化层的厚度为1.5至2微米；

上述步骤4中，氧化层的去除量为0.6至1微米，以去除含有铝的氧化层。

上述步骤5中，生长多晶硅层的反应温度为（600±30）℃，反应气体采用硅烷，反应时间为1.5小时，生长多晶硅层的厚度为4000埃至15000埃。