[发明专利]硅平面工艺中新的磷扩散技术

说明书

本发明是对硅平面工艺中磷扩散技术的一个革新。其操作条件完全不同于常规的磷扩散工艺。

在硅平面工艺中，磷扩散是一个关键工艺，它通常在高温下一次形成PN结，基本完成对杂质分布和结深的控制，然后在较低温度下进行氧化，对前面所形成的PN结的电参数进行适当的调整，并形成所需要的二氧化硅层。(厦门大学《半导体器件工艺原理》P149)

由于上述磷扩散工艺是在高温高磷浓度下进行的，而磷原子比硅原子小，扩散过程容易产生很多缺陷，导致PN结不完整，使产品参数一致性差，成品率不高。

本发明提出了一个新的磷扩散技术，从而达到简化磷扩散工艺，提高产品性能和成品率，并改善产品参数的一致性的目的。

本发明的提出，是鉴于通常磷扩散工艺有上述弊病；并考虑到在相当宽的温度范围内，磷杂质在硅中具有近似相等的高的固溶度(美·H·F沃尔夫《硅半导体工艺数据手册》P160)；很多磷源，特别是三氯氧磷(POCl₃)液态源不需很高温度即开始分解(厦门大学《半导体器件工艺原理》P150)，提供扩散掺杂的有效成分；此外还考虑到硅在氧化过程中的磷杂质的分凝现象(美·H·F沃尔夫《硅半导体工艺数据手册》P492)，因而磷扩散的预淀积在低温下进行是完全可能的。据此，我们提出了一种新的磷扩散技术，这个技术是用很低的扩散温度和很短的扩散时间先在硅片表面预淀积很薄一层磷源，然后，在较高温度下进行限定表面源扩散，完成杂质的再分布和结深控制，这样可以有效地也避免高浓度磷的破坏作用。

这种新的磷扩散技术，包括预淀积和主扩散两个步骤，其特征在于：PN结的形成由预淀积后的主扩散完成；预淀积温度低于980℃，时间不超过10分钟，主扩散温度高于预淀积温度，时间不少于30分钟。

本发明的优越性表现在：工艺简单，不需要多次试片，节约了原材料；通源时间短，减小了毒性和环境污染；形成的PN结完好，明显改善了PN结的电特性；可控性和重复性都好，提高了成品率；硅片表面质量好，有利于下道工序。

具体方案如下：

1.按常规工艺对磷扩散前的硅片进行清洗和处理。

2.用低于980℃的炉温进行磷源预淀积，淀积时间不多于10分钟。

3.在通氧和氮气的石英管中，用高于预淀积的温度进行主扩散，扩散时间不少于30分钟。