[发明专利]绝缘栅双极型晶体管的硅外延片生产工艺

说明书

本发明公开了绝缘栅双极型晶体管的硅外延片生产工艺，包括依次进行的以下步骤：步骤一、将硅衬底材料采用纯水清洗后放入反应器内；步骤二、采用氢气作为载流气体排出反应器内的空气；步骤三、将反应器内部升温至1160～1180℃，再采用HCL刻蚀3～4min，然后将反应器内部的HCL排除；步骤四、将反应器内部的温度降至1130～1140℃的生长温度；步骤五、向反应器内通入由氢气和四氯化硅气体混合构成的反应气体，使得硅衬底表面生成硅单晶层，得到硅外延片；步骤六、停止向反应器内通入反应气体，待反应器内部降至室温时，向反应器内通入氮气3～4min；步骤七、打开反应器取出硅外延片。本发明整体工艺简单，便于实现，成本低，且应用时能减小N⁺/P⁺交界面处过渡区的宽度。

技术领域

本发明涉及半导体材料的制备工艺技术，具体是绝缘栅双极型晶体管的硅外延片生产工艺。

背景技术

近年来，随着消费类电子产品的不断发展，越来越多的设备应用到绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。绝缘栅双极型晶体管的主要结构为N^-/N⁺/P⁺的异型结构，其中，P⁺为衬底部分，N^-/N⁺为外延生长部分。在重掺杂衬底上进行外延生长时，电阻率的纵向、径向分布均匀一致性及其可控性变差。产生的主要原因是自掺杂现象，它使外延层电阻率偏离目标参数，N⁺/P⁺交界面处形成较宽的缓变杂质过渡区，过渡区出现较宽的宽度会造成埋层图形漂移和P-N结向外延层推移，严重时甚至形成反型夹层，致使器件偏离特性，可靠性降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种绝缘栅双极型晶体管的硅外延片生产工艺，其应用时能减小N⁺/P⁺交界面处过渡区的宽度。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：绝缘栅双极型晶体管的硅外延片生产工艺，包括依次进行的以下步骤：

步骤一、将硅衬底材料采用纯水清洗后放入反应器内；

步骤二、采用氢气作为载流气体排出反应器内的空气；

步骤三、将反应器内部升温至1160～1180℃，再采用HCL刻蚀3～4min，然后将反应器内部的HCL排除；

步骤四、将反应器内部的温度降至1130～1140℃的生长温度；

步骤五、向反应器内通入由氢气和四氯化硅气体混合构成的反应气体，使得硅衬底表面生成硅单晶层，得到硅外延片；其中，硅外延片的N⁺层生长前预先通入PH₃持续5min，N^-层生长前将反应器内部温度升高120℃，向反应器内以30s为一个周期通入氢气进行12个周期，每个周期前15s氢气的流量为2L/min，后15s氢气的流量为20L/min，再将反应器内部温度降至生长温度。

步骤六、停止向反应器内通入反应气体，待反应器内部降至室温时，向反应器内通入氮气3～4min；

步骤七、打开反应器取出硅外延片。本发明采用四氯化硅(SiCL₄)在加热的硅衬底表面与氢气发生还原反应生成硅，并以单晶的形式沉积在硅衬底表面。SiCL₄与H₂外延硅的方程式表示如下：SiCL₄+2H₂→Si↓+4HCL。其中，SiCL₄与氢在600℃时即可发生还原反应，本发明将生长温度控制在1130～1140℃，以保证淀积原子具有足够的动能在衬底表面运动，并找到合适的晶格位置固定下来形成单晶。本发明在取出硅外延片前，采用氮气流代替氢气流，以便于更安全地打开反应器。