专利名称：硅单晶薄片制造晶体管的方法
技术领域：
本发明涉及硅单晶薄片制造晶体管的方法，尤其是涉及硅基片的制备方法。
自五十年代功率晶体管成为工业产品以来，通过对半导体理论与技术的深入研究，人们不断推出半导体新材料、新器件结构和新工艺，促使功率晶体管迅速发展为电子技术领域的基础。至今为止，制造功率晶体管所用的N/N+、N/P+、P/P+和P/N+导电类型的硅材料通常采用下述方法获得(1)硅外延生长-在重掺杂硅单晶衬底上外延生长一层高电阻率硅单晶。
(2)三重扩散-在轻掺杂硅单晶基片上进行高浓度杂质的深结扩散。
由于功率晶体管的设计对硅基片材料的电阻率和厚度有较严格的要求，而晶体管制造工艺则要求硅基片必须达到一定的总厚度，以确保生产的成品率。在上述制备功率晶体管所需的硅基片材料的方法中，当前所存在的问题有(1)硅外延法本方法最适合薄外延层生长，却难能确保高电阻率的厚外延层的质量，其生产难度大，生产成本高。因此在国内大多是采用三重扩散硅基片来生产数百伏到千伏级的高压功率晶体管。
(2)三重扩散法晶体管的制造工艺要求硅基片总厚度保持大于250μm，以避免在制造管芯的过程中出现碎片。但是千伏级以下耐压水平的功率晶体管却要求高电阻率硅单晶层的厚度一般不超出100μm，否则将影响到功率晶体管其它的一些参数指标的实现。于是人们采取在高阻原始硅单晶片的背面高温扩散入高浓度半导体杂质的方法，使约占硅片总厚度的四分之三的背底区的硅电导率大大增加，使其仅仅起到支撑用途的低阻衬底的作用，从而使上述存在的硅片总厚度与高电阻率层有效厚度之间的矛盾得到解决。为此三重扩散的深度必须达到200μm才行，即需要在1275℃的高温下，杂质向硅片内连续扩散200小时以上。可见三重扩散方法除了特别耗电能和费工时之外，还将在硅体内引入再生热微缺陷，影响到硅基片材料的质量。另外，在国产化生产线上，目前还难以实现在硅内深扩散200μm的指标。因而在生产中不得不采取折衷的办法，即在过于厚的高阻层硅材料上，使用增大面积的芯片图形来制造数百伏到千伏级耐压水平的功率晶体管。即以降低硅片利用率和晶体管成品率的代价，求得器件全面性能参数的实现。
本发明的目的是提供一种硅单晶薄片制造晶体管的方法。
本发明的方法如下首先将原始高阻单晶切成厚度达250μm左右的硅片，经化学清洗后进高温扩散炉，在900℃～1200℃温度下通磷源(POCl3或予涂P2O，于硅片表面)作杂质(N+)进行预沉积扩散，时间为半小时到4小时。取出硅片进行机械研磨，抛光成镜面得硅片总厚度为150μm～200μm。然后在400℃～1200℃范围内于硅片表面或背面生长或沉积介质膜层，膜层为1μm以上的二氧化硅膜，或者在低压(压力＝0.7～1.2乇)条件下化学沉积上一层厚度超过1μm的多晶硅，氮化硅或非晶硅膜。二氧化硅低温沉积温度为700℃～800℃，多晶硅低压化学气相沉积的温度为600℃～700℃，氮化硅低压汽相沉积的温度为400℃～850℃。在500℃～1200℃(600℃～900℃较佳)温度下，利用涂于硅片背面上的高纯玻璃粉作粘结剂将两张互相背靠背的硅片牢固烧粘在一起。高纯玻璃粉的成份为硅硼酸锌、硅硼酸铅。再采用常规的半导体平面工艺在硅片上(双面法或单面法)制造晶体管芯片，接着用化学腐蚀的方法分离上述硅片，在硅片背面实现金属化。其腐蚀液配方为氢氟酸溶液，氢氟酸∶双氧水∶氟化铵＝1∶6∶10的混合溶液。最后封装成晶体管。
实施例将单晶(N型、电阻率ρ＝25Ω-cm)切成厚度为250μm的硅薄片，用1号(NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶5)和2号(HCl∶H2O2∶H2O＝1∶2∶8)化学清洗液清洗并冲去离子水后，在烘箱内烘干。硅片在1140℃温度下，通氮气(流量500ml/min)携带三氯氧磷在硅片表面进行杂质预沉积扩散，时间为4小时。硅片在温度为650℃和压力达0.8～1.0乇的条件下，采用SiH4-N2系统，在表面沉积上一层厚度为1μm的多晶硅膜。将硅片单面机械研磨并抛光成镜面(保留厚度为170±10μm)。硅片经化学清洗，在1000℃的温度下，通氮气使固态氮化硼对硅表面进行硼预沉积扩散，时间20分钟。在硅片背面涂一薄层高纯玻璃粉(IP-760型，P6O-Al2O3-B2O3)，将两硅片背靠背合上并置于石英舟上。硅片烘干后推进烧结炉，在500℃和720℃温度下分别停留半小时，硅片烧粘成功。将硅片化学清洗后，在1230℃温度下，通氧气扩散5小时。硅片表面涂光刻胶，利用光刻方法腐蚀掉晶体管发射区扩散区域的二氧化硅膜。硅片在1140℃温度下通磷(POCl3，N2，O2)作杂质预沉积扩散，时间为2小时。在1220℃温度下，通氧化扩散2小时。在硅片表面光刻开出引线孔，再蒸发上一层厚达2μm的铝层，以光刻法将铝层刻成电极引线。在480℃温度下通氮气进行铝硅合金。硅片表面涂覆一层厚度为10μm的强抗腐蚀(FSH-2型)背面保护光刻胶，在180℃烘箱内烘干30分钟后，置硅片于分离腐蚀液(HF∶H2O2∶NH4F＝1∶6∶10)中，直到上述硅片互相上下分离开来。硅片背面喷金刚砂打毛，背面化学镀镍，用FSH光刻胶剥离液去除硅片正面的胶层。测量硅芯片的晶体管特性、划片、烧结芯片于管座上并封装成晶体管。其中硅片粘合剂-高纯玻璃粉的配制是采用与硅膨胀系数(α＝33×10-7/℃)相近的堇青石(2MgO×2Al2O3×5SiO2，α＝15×10-7/℃)作为铅系(PbO-B2O3-SiO2)或锌系(ZnO-B2O3-SiO2)玻璃粉的填充材料，其颗粒直径为2～40μm，其中以φ＝5～25μm为佳。
本发明的优点是革除了常规半导体工业所采用的高温(1275℃)和长时间(200小时)的三重扩散加工硅基片的生产过程，减少硅片内部的再生热微缺陷，有利于制造高性能/价格比的功率晶体管，同时具有节电能、省硅材料和缩短生产周期的特点。
权利要求
1.一种硅单晶薄片制造晶体管的方法，它包括a.在原始单晶片上预先扩散入N+杂质；b.硅片单面机械研磨、抛光；其特征在于c.在400℃～1200℃范围内生长或沉积介质膜层；d.硅片背面涂高纯玻璃粉，在500℃～1200℃的温度下将两张背靠背的硅单晶薄片烧粘；e.双面或单面法制造晶体管；f.制成晶体管芯片后用化学腐蚀方法分离上述硅片。
2.根据权利要求1所述的一种硅单晶薄片制造晶体管的方法，其特征在于，g.所说的a中杂质预扩散的时间为半小时～4小时，温度为900℃～1200℃;h.所说的c中二氧化硅低温沉积温度为700℃～800℃;多晶硅低压化学气相沉积的温度为600℃～700℃，氮化硅低压汽相沉积的温度为400℃～850℃;i.所说的d中，高纯玻璃粉的成份为硅硼酸锌、硅硼酸铅，烧粘温度为600℃～900℃;j.所说的f中化学腐蚀液的配方为氢氟酸溶液、氢氟酸∶双氧水∶氟化铵＝1∶6∶10的混合溶液。
全文摘要
本发明公开了一种硅单晶薄片制造晶体管的方法，它包括a.在原始单晶片上预先扩散入N
文档编号H01L21/02GK1064766SQ9110156
公开日1992年9月23日 申请日期1991年3月13日 优先权日1991年3月13日
发明者陈福元, 陈启秀, 陈忠景, 章婉珍, 李贡社 申请人:浙江大学