[发明专利]一种在NPN型硅台面高反压管生产中的扩镓工艺

说明书

本发明属于NPN型硅台面高反压管生产工艺。

在NPN型硅台面高反压管的生产中，P型基区杂质源的不同选择，决定着产品的性能和工艺流程。目前生产NPN型硅台面高反压管，最通用的P型杂质是硼和铝。因此，形成了以扩硼或扩硼铝为特点的工艺流程。扩硼工艺，虽然工艺简单，但生产周期长，产品的耐压特性差。而以硼铝结合使用形成P型基区的涂层硼铝扩散工艺，虽然产品耐压特性好，但由于先涂层扩铝，后抛光扩硼，基区宽度因机械抛光难以控制，偏差大（约在3～15μm左右），产品电参数分散性大，参数性能不理想，工艺过程繁杂，耗费化学药品多，生产周期长。

本发明针对已有生产工艺的不足之处，提供一条采用镓为P型基区杂质源，形成以扩镓为特点的工艺流程。这种工艺过程简单，弥补了上述两种工艺的不足。产品耐压特性高于扩硼工艺，电参数特性又优于涂层硼铝扩散工艺。尤为突出的是电参数一致性好。

本发明的构思是，根据镓的性能和产品设计要求形成的工艺流程为：磨片抛光→氧化→基区镓扩散→一次光刻→发射区磷扩散→补镓→以后同常规工艺。

氧化：根据镓在氧化硅（Sio₂）中的扩散比在硅中快得多（1200℃时，Dsio₂＝1.0×10^-9厘米²/秒，Dsi＝1.5×10^-12厘米²/秒，前者为后者的600倍以上）以及镓与硅在扩散温度范围内很易产生合金点的情况。本发明采用先氧化后扩镓，利用氧化层保护扩散，既有利于杂质在硅中均匀分布，又可杜绝合金点的产生，还可以减少有害杂质的沾污。同时，氧化膜又可直接用作发射区磷扩散的掩蔽层。

镓扩散：为保证产品的耐高压和大电流输出特性，根据镓扩散可以灵活地控制在不同的浓度范围内，本发明摸拟涂层硼铝扩散工艺，采用先低浓度镓掺杂，结深推移，后表面高浓度镓掺杂，且两者在同一炉内连续完成，以形成P型基区。本发明的设计要求：低浓度镓掺杂时扩散薄层电阻（Rs）控制在150左右。经过恒温结深推移，控制结深在35～38μm左右。表面高浓度镓掺杂时，使扩散薄层电阻R_s控制在30～45范围内，高浓度层深度为12～15μm，总基区结深在35～40μm范围内。

补镓：带有氧化层的扩镓硅片，经过一次光刻后再进行发射区磷扩散。在发射区磷扩散再分布（二次氧化）过程中，基区表面的部分镓原子又可以穿过氧化层进行反扩散而损失掉，使基区表面杂质浓度降低（45＜Rs＜100）。在产品性能上造成小电流下放大系数h_FE较正常产品小。同时，若 h_FE是随集电极电流Ic增大而增大的，经过结的相互作用的结果，使产品的集电极-发射极击穿电压BVceo出现负阻现象，负阻区随材料及工艺情况不同而不等。因此，在磷扩散再分布后进行低温短时间补镓，以补偿氧化过程中损失掉的部分镓原子，从而使小电流下h_FE及BVceo的负阻现象得到改善。

本发明工艺参数及工艺条件如下：

1、氧化：氧化硅层的厚度为10000～15000埃，氧化方式不限。

2、基区镓扩散：

（1）、工艺参数：低浓度镓掺杂R_s为130～170。恒温扩散后结深X_j为35～38μm左右。高浓度镓掺杂R_s为30～45。总结深35～40μm。

（2）、工艺条件：低浓度镓掺杂：硅片温度为1200～1240℃，镓源温度920-930℃，H₂流量80ml/分，水温20℃，H₂浸入水的深度2cm处，源量（Ga₂o₃）为1g，通源时间60～90分钟。结深推移：片温为1240℃，N₂流量70ml/分（以维持石英管内为正压即可），扩散时间：材料电阻率ρ2-4的23～25小时，ρ8-12的13-15小时，ρ20～40的12～14小时，ρ40～60的11～13小时。高浓度镓掺杂：硅片温度为1240℃，镓源温度1050～1060℃，H₂流量80ml/分，水温20℃，H₂浸入水深5mm处，Ga₂O₃量利用低镓掺杂时的剩源即可（约0.8～0.9g），通源时间60～90分钟。

3、光刻：光刻胶及工艺同常规工艺。