[发明专利]一种阶跃恢复二极管用硅外延片的制备方法

说明书

本发明公开了一种阶跃恢复二极管用硅外延片的制备方法。该制备方法克服了现有阶跃恢复二极管用硅外延片工艺中存在的过渡区宽度的控制问题，在外延层生长过程中采用两段生长，先使用反复变流量的氢气吹扫一段时间，将杂质不断稀释排除出外延炉反应腔体，然后低温低速生长第一段外延，减少了气相自掺杂的影响，改善了过渡区的结构，随后使用反复变流量的氢气再吹扫一段时间，然后高温快生长第二段外延层，最终达到目标厚度和电阻率。通过外延工艺的优化，实现了常压下对衬底杂质自扩散因素的控制，缩短了过渡区的宽度，使其占外延层厚度百分比的13%‑15%，满足了阶跃恢复二极管的使用要求。

技术领域

本发明涉及半导体外延材料的制备工艺技术，尤其涉及一种阶跃恢复二极管用硅外延片的制备方法。

背景技术

阶跃恢复二极管简称阶跃管，具有正向压降低，反向击穿电压高的特点，而且其下降时间极短，正向导电性能也很好。在瞬态响应上阶跃管非常特殊，其下降时间接近于0，关断时电流的变化很急速。利用其优良的伏安特性，阶跃管主要用于倍频电路、超高速脉冲整形和发生电路。

阶跃管的特性是建立在PN结杂质的特殊分布上，其结构上的特点是在PN结边界处具有陡峭的杂质分布区，因此需要采用高电阻率且过渡区宽度窄的硅外延片作为关键基底材料。硅外延片的厚度、电阻率、过渡区形貌等性能对阶跃管的品质有着极为重要的影响，对器件的击穿电压、反向漏电流和正向微分电阻的性能起到十分重要的影响。其中，所制外延层与硅单晶衬底片之间扩散形成的过渡区宽度所占外延层厚度的百分比范围要求为10%-15%，一旦外延层过渡区过宽，会严重影响器件的阶跃恢复时间。由于外延层制备在重掺的硅单晶衬底片上，需要实现较薄厚度且较高电阻率的外延层的淀积，因此对自掺杂的控制提出了极高要求。目前国内硅外延片的过渡区宽度与国外同类产品还有较大差距，制备的过渡区宽度占外延层厚度的百分比范围普遍为15%-20%，还不能满足器件指标要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有阶跃恢复二极管用硅外延片在工艺中存在的过渡区宽度的控制问题，通过工艺优化实现对自扩散的控制，获得一种阶跃恢复二极管用硅外延片的制备方法。在外延层生长过程中采用两段生长，先使用反复变流量的氢气吹扫一段时间，将杂质不断稀释排除出外延炉反应腔体，然后低温低速生长第一段外延，减少了气相自掺杂的影响，改善了过渡区的结构，随后使用反复变流量的氢气再吹扫一段时间，然后高温快生长第二段外延层，最终达到目标厚度和电阻率。从而满足阶跃恢复二极管的使用要求。

本发明采取的技术方案是：一种阶跃恢复二极管用硅外延片的制备方法，其特征在于，有如下步骤：

（1）、先利用纯度≥99.99%的HCl气体对外延炉的石墨基座进行刻蚀，完全去除基座上的残余沉积物质，刻蚀温度设定为1130-1150℃，HCl气体流量设定为1-3 L/min，HCl刻蚀时间设定为3-5 min，刻蚀完成后，随即在基座表面重新生长一层无掺杂多晶硅，生长原料为SiHCl₃，气体流量设定为14-16 L/min，生长时间设定为10-12 min；

（2）、向外延炉的基座片坑内装入硅单晶衬底片，依次利用纯度均≥99.999%的氮气和氢气吹扫外延炉反应腔体，气体流量设定为290-310 L/min，吹扫时间设定为10-12min；

（3）、利用HCl气体对硅单晶衬底片的表面进行抛光，HCl流量设定为1-3 L/min，抛光温度设定为1130-1150℃，抛光时间设定为1-3 min；