专利名称：单温区开管扩镓生产晶闸管工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于电力半导体器件的生产工艺。
目前，普通晶闸管一类电力半导体器件的生产，广泛采用全扩散法，即在n型硅片上，一次掺杂P型杂质，使之形成PnP结构，然后氧化、光刻(或喷胶、挖槽)，二次掺杂n型杂质，形成PnPn结构。P型杂质源的掺杂方法不外乎两种涂层硼-铝扩散和闭管镓扩散。前者属于双质扩散，由于硼扩散结深浅造成电参数分散性大，铝的前治浓度低，动态参数不理想;后者虽能得到较为理想的杂质分布，但由于该工艺需要难度较大的真空封管技术、成本高、工艺操作十分复杂，不利于推广应用。
美国匹兹堡威斯汀豪斯研究和开发中心曾公布“利用开管系统控制硅中镓的扩散”技术，该技术在双温区扩散炉里，用一氧化碳从固态源的三氧化二镓里携带出元素镓，然后顺着气流的方向，把镓带到盛有被氧化了的硅片的扩散区里，进行开管镓扩散。但是该技术中使用的双温区扩散炉和一氧化碳气体都不是我国半导体器体生产厂家的通用设备和通用气体，给使用该技术带来很大困难。
本发明针对已有扩散工艺的不足之处，提供一条一次扩散新工艺。本工艺使用单温区扩散炉，操作简便，成本低廉，扩散参数可控，抗沾污能力强，便于推广应用。
本发明的构思是，利用常规开管扩散方式掺杂镓元素，使硅片表面的杂质浓度均匀一致，硅片内里的杂质分布比较平缓。传统的涂层扩散，受涂液配比和手工操作差别的影响，硅片表面的浓度很不均匀，其内里的杂质分布极不平坦，在距表面为20μm左右处(即j，结附近)曲线陡，梯度大，由此引起器件参数分散，重复性差。本发明采用了气体(H2)携带杂质(Ga2O3)源，在高温下，经过化学反应分解出元素镓，反应方程式如下
又利用镓具有强穿透氧化层的能力，从而使硅片在二氧化硅膜的保护下完成掺杂。这样，硅片表面的浓度非常均匀，内里则形成了一条平缓的单质高斯分布。在距表面为20μm处的j3结附近，浓度变化甚微，从而可大大提高器件参数的一致性和重复性。
传统的涂层扩散在1/2Xj后的一段，杂质的分布完全取决于铝。铝的前沿浓度很低，严重影响器件的动态特性。本发明所得到的该区域的杂质分布，浓度可高出一个数量级，大幅度改善了器件的动态特性。以KP200A型为例dV/dt＞1000V/μs，di/dt＞150A/μs。
本发明用于晶闸管的生产中，可大幅度提高该类产品的等级合格率和动态特性。
本发明的实施方法是，将硅片抛光清洗后，首先进行高温氧化，使氧化层厚度达到12000
左右。再进行扩镓，扩镓过程分为预淀积和再分布两过程。预淀积时，石英管内充满干燥的氢气，固态三氧化二镓置于辅控区温度在860℃～960℃之间的某一点，硅片置于1250℃～1270℃的等温区内，氢气流量控制在100ml/分～150ml/分之间，淀积时间控制在30分钟左右。反应过后，将剩余的三氧化二镓杂质置于炉体外温度在400℃以下的石英管内，管道内用氮气替换出氢气，然后在小流量(100ml/分～200ml/分)氮气的保护下进行结深推移。其间可随时打开炉口，提取陪片，测量R
和扩散结深Xj。对于普通晶闸管，R
控制在60～100Ω/
，Xj控制在80～105μm。镓扩散完毕后，由于表面二氧化硅膜无损，可直接进行一次光刻。光刻后待扩磷，行入传统的后工序。本发明使用的单温区扩散炉、石英管等设备都是公知通用设备，没有特殊要求，不用进行技术改造。
权利要求
1.一种单温区开管扩镓生产晶闸管工艺，本发明的特征是，将抛光清洗后的硅片首先进行高温氧化；再在单温区扩散炉里进行开管扩镓、扩镓时利用干燥的H2从固态Ga2O3里通过化学反应携带出元素镓、凭籍着对源温、片温、H2气体流量、掺杂时间的控制，使硅片一次完成掺杂元素镓。
2.根据权利要求1所说的单温区开管扩镓生产晶闸管工艺，其特征在于所说的开管扩镓的源温控制在860℃～960℃，片温控制在1250℃～1270℃。
3.根据权利要求1所说的单温区开管扩镓生产晶闸管工艺，其特征在于所说的H2气体流量控制在100ml/分～150ml/分之间。
4.根据权利要求1所说的单温区开管扩镓生产晶闸管工艺，其特征在于所说的掺杂时间在30分钟左右。
5.根据权利要求1所说的单温区开管扩镓生产晶闸管工艺，其特征在于所说的晶闸管扩散参数R
控制在60～100Ω/
，Xj控制在80～105μm。
全文摘要
一种单温区开管扩镓生产晶闸管方法，属于电力半导体器件生产工艺。在单温区扩散炉里对经高温氧化后的硅片进行开管扩镓。扩散时利用干H
文档编号H01L21/223GK1031910SQ8710137
公开日1989年3月22日 申请日期1987年8月28日 优先权日1987年8月28日
发明者裴素华, 赵富贤 申请人:山东师范大学