[发明专利]一种阶跃恢复二极管用硅外延片的制备方法

摘要

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。

主权项

1.一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10‑12 min；（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1L/min，抛光温度设定为1130℃，抛光时间设定为1min；（4）、使用氢气进行变流量吹扫，将杂质不断稀释并排除出外延炉反应腔体，氢气流量变化范围设定为40‑400 L/min，氢气流量从40 L/min上升到400 L/min，时间设定为0.5 min，随后在氢气流量为400 L/min下进行气体吹扫，时间设定为5 min，然后将氢气流量从400 L/min下降至40 L/min，时间设定为0.5min，随后在氢气流量为40 L/min下进行气体吹扫，时间设定为3min，完成一次变流量吹扫过程，总共进行3次变流量吹扫过程；（5）、用氢气输送气态的SiHCl₃为生长原料，在硅单晶衬底片表面首先生长第一段外延层，以抑制衬底杂质自扩散过程，氢气流量设定为290‑310 L/min，SiHCl₃流量设定为14‑16 L/min，生长时间设定为20‑30 sec，生长温度设定为1100℃；（6）、再次用氢气进行变流量吹扫，将杂质不断稀释并排除出外延生长系统，氢气流量变化范围设定为40‑400 L/min，氢气流量从40 L/min上升到400 L/min，时间设定为0.5min，随后在氢气流量为400 L/min下进行气体吹扫，时间设定为5 min，然后将氢气流量从400 L/min下降至40 L/min，时间设定为0.5min，随后在氢气流量为40 L/min下进行气体吹扫，时间设定为3min，完成一次变流量吹扫过程，总共需要进行3次变流量过程；（7）、利用SiHCl₃为生长原料进行第二段外延层的生长，生长温度设定为1130℃，氢气流量设定为290‑310 L/min，SiHCl₃流量设定为25‑28 L/min，外延层的生长时间设定为1min20sec‑1min30sec，外延炉基座转速设定为4‑5 r/min，基座顶盘的高度设定为40‑50 mm，外延炉设备的加热感应线圈的4#接线柱与5#接线柱相连接；（8）、外延层生长完成后开始降温，将氢气和氮气流量设定为290‑310 L/min，依次吹扫外延炉反应腔体10‑12 min，然后将硅外延片从基座上取出。