[发明专利]适用于开管镓扩散的石英管的制造工艺

说明书

本发明属于生产半导体器件的扩散设备的制造工艺。

目前，国内外生产半导体高反压器件大多采用扩镓或与扩硼铝混扩的扩散生产工艺，采用扩镓工艺可大幅度提高反压，改善电流特性，提高产品的合格率和优品率。在已知的镓扩散制造功率器件的生产工艺中，P型区域是采用扩散受主杂质镓元素来达到目的的，其镓扩散工艺是在普通高温扩散炉中进行的，其扩散管道为石英管道，主要成份为二氧化硅。众所周知，二氧化硅对镓是没有掩蔽能力的。镓在1200℃以上时在二氧化硅的扩散又系数为1×10^-9cm²/S，是镓在硅中扩散系数（1.5×10^-12cm²/S）数百倍。因此，在做镓高温扩散时，镓源迅速向石英管壁中扩散时去从而使石英管壁中积累了大量镓源。电子深针分析管壁沉积物结果如下表：

序号    二氧化硅%    氧化镓%

1    0.3352    88.331

2    0.4372    86.546

3    0.2404    88.888

4    0.5813    87.551

5    0.1628    84.551

平均    0.3514    87.259

这样，其害处有二：第一，已扩入镓元素的管道变成了镓源的仓库，因此，在其它扩散条件不变的情况下，其扩散参数却不断变化，严重影响了镓扩散器件电参数的一致性和工艺的重复性;第二，镓元素向石英管壁渗透后，使石英管变脆易碎，直接导致了石英管寿命的降低，一般扩镓情况下，1-15次扩镓后，石英管道就碎裂，大大提高了半导体器件的制造成本。

本发明针对已有技术的不足之处，提供一种新型高温扩散石英管制造工艺-开管镓扩散用石英管的制造工艺。在该类石英管中生产的扩镓半导体器件的电参数具有良好的一致性和重复性，同时使石英管的使用寿命大大延长。

本发明的构思是：把做高温扩散用的石英管道内壁上做上一层厚度为0.1-0.5μm的均匀的高温Si₃N₄。Si₃N₄硬度较大，致密性能好，化学性能稳定，对镓元素有很好的屏蔽作用，因此，在扩散过程中，能有效地阴阻止镓源向石英管道内的扩散，从而解决了以往扩镓生产工艺中存在的不足之处。

本工艺实施方法如下：将新的石英管用常规清洗干净后，烘干，投入CVD炉中，CVD炉温调在400℃-1300℃之间，在此温度段内任取一定温度定好，恒温10分钟后，向石英管内通入硅烷和氧气，硅烷和氨气在N₂或H₂的负载气氛中进行热分解，生成Si₃N₄层，其反应方程式如下：

处理后的石英管内壁上就均匀生成厚度为0.1-0.5μm的Si₃N₄层，恒温去应力后，即完成本制造工艺。本工艺适用于处理各种口径和长度的石英扩散管。