[发明专利]高压功率器件用极厚外延片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压功率器件用极厚外延片及其制造方法。

背景技术

外延即在硅单晶衬底上沿原来的晶向再生长一层硅单晶薄膜的工艺。硅外延片是制作半导体分立器件的主要材料，因为它既能保证PN结的高击穿电压，又能降低器件的正向压降。一些高压功率器件对耐压的要求达到了1500V甚至更高，对应的，对于外延的厚度要求达到了100um以上，甚至到160um。

衡量外延品质有三项重要参数，分别是厚度、电阻率、表面缺陷。随着外延厚度的增加，尤其是大尺寸如6寸以上的外延片，外延层厚度和阻值均匀性都会变得难以调节，而做到完美的晶圆表面更是难上加难。

在6寸或8寸的外延上长如此厚的外延，按照传统的工艺和相关设备、物料配置制造出的外延片有以下几个缺陷：1、碎片或裂片，外延层可看做是一层一层极薄的膜累积堆叠在基板上，在外力的作用下会发生弯曲，晶片各点的温度会随着外延厚度的增加而产生越来越大的差异，当同一片晶片不同位置的温度梯度达到一定程度时即会发生破裂；2、厚度均匀性和电阻率均匀性差，已有大量的试验数据能得出，在其它条件不变的情况下，长晶厚度从40um变为100um以上，厚度均匀性从2%变差为6%，电阻率均匀性变从3%变差为8%甚至更差，这同样是由于热应力和极厚外延层的热损耗和热传递不均匀导致不同点的各种化学成分的沉积速率不一致；计算公式:厚度/电阻率非均匀性=（MAX-MIN）*100%/(MAX+MIN),MAX为晶片上不同位置9个点中最大厚度/电阻率数值，MIN为9个点中最小厚度/电阻率数值。3、表面的长晶缺陷尤其是在晶片边缘的长晶缺陷，由于外延相比于衬底的原子、分子排列松散些，表现在物理特性上即硬度不如衬底，随着外延层的不断增厚，边缘的缺陷会增多，尤其是这种大于100um的极厚外延，会在边缘长成有小丘、层错等长晶形成的大尺寸（>0.5um）缺陷；4、晶片边缘被外延长晶炉台机械手臂压伤形成压痕，这是由于极厚外延对于设备的调节要求非常高，尤其是在机械手臂放入和拿出晶片时由于晶片长晶前后的厚度差极大和长晶用的石墨坑大小不合理所造成的手臂对外延后晶片边缘的压痕。

发明内容

本发明的目的之一是为了克服现有技术中的不足，提供一种高压功率器件用极厚外延片。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

高压功率器件用极厚外延片，包括衬底和外延层，其特征在于，所述衬底为6寸以上，所述外延层厚度为100μm以上。

优选地是，所述衬底为6寸或8寸。

优选地是，所述外延层厚度为100μm-199μm。

优选地是，所述外延层的厚度非均匀性小于等于5%。

优选地是，所述外延层的电阻非均匀性小于等于5%。

优选地是，所述衬底为N型衬底。

优选地是，所述N型衬底掺杂砷、磷及锑中的至少一种元素。

优选地是，所述衬底为P型衬底。

优选地是，所述P型衬底掺杂有硼元素。

本发明的目的之二是为了克服现有技术中的不足，提供一种一种高压功率器件用极厚外延片的制造方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

前述高压功率器件用极厚外延片的制造方法，其特征在于，包括步骤：分两步将衬底自室温升高至长晶温度，然后在衬底表面生长外延层；

第一步，以80℃-120℃/min的速度自室温升至950℃-1000℃；

第二步，以10℃-20℃/min的速度升温至长晶温度。

优选地是，所述长晶温度为1040℃～1100℃。

优选地是，以衬底圆心为中心，150mm范围内的温度差小于等于5℃。

优选地是，第一步，以100℃-110℃/min的速度自室温升至960℃-990℃。

优选地是，第二步，以14℃-18℃/min的速度升温至长晶温度。

优选地是，所述的衬底放置于石墨坑内长晶，所述放置6寸衬底的石墨坑直径为152mm；所述放置8寸衬底的石墨坑直径为202mm。

优选地是，所述衬底为自边缘起3mm内无大于0.3μm缺陷的衬底。

优选地是，使用LPE3061系列机型外延长晶炉完成外延长晶。

本发明涉及的目的是提供一种外延层厚度大于100μm的用于高压功率器件的极厚外延片及其制造方法，其有效的解决了上述的外延后晶片碎裂、边缘压痕、长晶缺陷、厚度均匀性和电阻率均匀性的问题。