铂扩散工艺在硅快恢复二极管生产中的应用
- 格式：docx
- 大小：143.39 KB
- 文档页数：5
下载文档原格式
合集下载
铂扩散工艺在硅快恢复二极管生产中的应用
铂扩散工艺在硅快恢复二极管生产中的应用2012-09-01 08:36:28| 分类：技术资料论述| 标签：|字号大中小订阅铂扩散工艺在硅快恢复二极管生产中的应用在硅快恢复二极管器件制造工艺中，铂扩散的作用与金扩散一样，起到在硅中添加复合中心的作用，其目的是减少硅PN结体内的少数载流子寿命，缩短贮存时间，提高开关速度。
由于金在硅中存在凝聚效应。
即金在硅中的原有溶解度随工艺扩散温度的降低而下降。
因为金原子在硅中扩散很快，随着温度的降低，过量的金或者扩散出硅片表面，或者一小团一小团地凝结在硅片内部。
凝聚成团的金原子其电性能不活泼，不能起复合中心的作用。
实验发现，铂在硅中不存在凝聚效应。
因此，铂扩散工艺广泛地应用于硅快恢复功率二极管器件制造中。
实验证明，合理的铂扩散对提高硅二极管的恢复时间是十分有效的。
此外，对于质量不太好的硅单晶片来说，铂扩散与金扩散一样也有改善PN结反向特性的作用。
同样，铂扩散也给硅二极管的性能带来一定的不利影响，例如致使PN结中轻掺杂区电阻率增大，引起PN结的正向压降增大，加大了二极管的正向耗散功率等。
目前，铂扩散在硅快恢复、超快恢复和高效整流等功率二极管生产中被普遍采用。
因此，铂扩散工艺是当前硅半导体功率器件生产中的一道重要工艺。
1、实验过程采用n型直拉单晶硅片，原始硅片厚度270±5μm，直径76mm。
试验所用的硅片有三种，电阻率分别为：15Ω·cm，30Ω·cm，40Ω·cm。
硅片经清洗后先进行磷预淀积扩散。
磷源采用美国Filmtronics公司P60纸质源，在每两片硅片中间放一张磷源纸，将硅片排列整齐并压紧在石英舟中。
在洁净的石英管内，经过1220℃高温2小时左右，使磷原子扩散到硅片内；接着喷砂去除未附磷纸那一面的扩散层，同时减薄硅片去除约15?m；再在1250℃下进行26小时的硼扩散和磷再分布掺杂。
磷源是在喷砂面涂覆一层溶有三氧化二硼和硝酸铝的混合溶剂，烘烤后再次排放在石英舟中并压紧进行硼扩散，形成P+NN+结构；接着在扩散片的磷面进行旋转涂敷铂源，铂源采用的是Pt920液态源。
高压铂扩散快恢复二极管的研究(1)
高压铂扩散快恢复二极管的研究孙树梅1曾祥斌1袁德成2 梁湛深2 肖敏11)华中科技大学电子科学与技术系，武汉 4300742)上海美高森美半导体有限公司，上海 2100181)Email：smsun@摘要本文对高压快恢复二极管的结构设计和制造工艺进行了深入分析，确定了合理的结构参数和先进的工艺流程。
选用合适的电阻率和厚度的N型直拉硅单晶片，采用磷硼纸源扩散，精确控制基区宽度形成P+NN+结构；采用铂液态源扩散降低少数载流子寿命τ从而缩短反向恢复时间t rr；化学腐蚀形成台面提高反向击穿电压；玻璃钝化保护PN结减小表面污染从而降低表面漏电流提高耐压；双面镀镍金进行金属化等技术。
得到较为理想的反向击穿电压V BR，正向压降V F，反向恢复时间t rr三参数之间的折衷。
器件性能优良，可靠性高，样品通过150°C/ 168小时的高温反偏实验。
关键词铂扩散， P+NN+结构， 反向恢复时间TrrStudy of High V oltage Pt Diffused DiodeSUN Shu-mei1, ZENG Xiang-bin1, YUAN De-cheng2, XIAO min11) Department of Electronic science and technology, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074,China; 2)Microsemi Semiconductor Shanghai, Shanghai, 210018, China)1) Email：smsun@Abstract: This article analyzed the device structure and manufacture process of high voltage fast recovery diode. Reasonable structure and advanced process were settled by a series of experiments. The N type CZ wafers were chosen as the main material. Boron and phosphor paper dopant were used for PN junction diffusion in order to form P+NN+ structure. Spin-on platinum diffusion was used to control lifetime of minority carrier to reduce the reverse recovery time t rr. Using chemical mesa etching to increase the breakdown voltage. Glass passvation was used to protect PN junction in order to reduce the surface contamination and surface leakage. Nickel and aurum were plated in double side for metalization. The excellent selections of breakdown voltage, forward voltage and reverse recovery time were obtained and the reliability of the device was pretty good.Keywords: Pt diffusion, P+NN+ structure, reverse recovery time t rr1．引言快恢复二极管具有反向恢复时间短、开关特性好、正向电流大等优点。
硅片硼扩散
硅片硼扩散硅片硼扩散是一种重要的半导体制备技术，广泛应用于电子行业。
本文将从硅片硼扩散的原理、工艺流程、应用领域以及未来发展趋势等方面展开详细阐述。
一、硅片硼扩散的原理硅片硼扩散是指将硼材料通过扩散工艺掺杂到硅片中，以改变硅片的导电性能。
硅片是一种常用的半导体材料，其导电性能可以通过掺杂其他材料来调节。
硅片硼扩散的原理基于硼与硅之间的化学反应，通过高温处理将硼材料与硅片表面相互作用，使硅片表面形成一个硼掺杂层，从而改变硅片的导电性能。
二、硅片硼扩散的工艺流程硅片硼扩散的工艺流程一般包括清洗、扩散、退火等步骤。
首先，将待处理的硅片进行清洗，去除表面的杂质和氧化物。
清洗完毕后，将硅片置于扩散炉中，加热至高温，并加入硼源材料。
在高温下，硼材料会与硅片表面发生化学反应，形成硼掺杂层。
最后，对硅片进行退火处理，以消除扩散过程中的应力和缺陷。
三、硅片硼扩散的应用领域硅片硼扩散广泛应用于半导体器件制备过程中。
其中最主要的应用是在制备PN结的过程中。
PN结是半导体器件中最基本的结构之一，通过在硅片上形成硼掺杂层和磷掺杂层，可以实现PN结的形成。
PN结的形成对于制备各种半导体器件具有重要意义，如二极管、晶体管、集成电路等。
四、硅片硼扩散的发展趋势随着电子行业的不断发展，对半导体器件的要求也越来越高。
硅片硼扩散技术也在不断创新和发展。
一方面，研究人员致力于提高硼扩散的效率和控制性能，以实现更精确的掺杂和更高的扩散速率。
另一方面，还探索了其他替代的掺杂材料和扩散工艺，以满足不同器件的需求。
未来，硅片硼扩散技术有望在更广泛的领域得到应用。
例如，硅片硼扩散可以在太阳能电池制备中发挥重要作用，提高电池的光电转换效率。
此外，硅片硼扩散还可以应用于新型半导体材料和器件的制备，推动电子行业的发展。
总结起来，硅片硼扩散是一项重要的半导体制备技术，通过将硼材料掺杂到硅片中，可以改变硅片的导电性能。
硅片硼扩散的工艺流程包括清洗、扩散和退火等步骤。
frd二极管工艺
frd二极管工艺FRD二极管是一种常用的电子元件，具有许多优良的特性，被广泛应用于各种电路中。
本文将介绍FRD二极管的工艺以及其在电子领域中的应用。
FRD二极管，全称为Fast Recovery Diode，中文名为快恢复二极管。
它是一种特殊的二极管，能够在被截止后迅速恢复导通状态，具有较高的反向恢复速度和低的反向恢复电流。
这使得FRD二极管在高频率和高压电路中具有广泛的应用前景。
我们来了解一下FRD二极管的工艺。
FRD二极管的制造过程主要包括晶体生长、切割、研磨、清洗、扩散、金属化和封装等环节。
晶体生长是FRD二极管的第一步，通过在高温下将硅材料中的杂质控制在一定范围内，使得晶体的纯度和晶格结构达到要求。
然后，将生长好的硅晶体切割成薄片，用来制作二极管的芯片。
接下来，对芯片进行研磨和清洗。
研磨的目的是使芯片表面更加平整，以便后续工艺的进行。
清洗则是为了去除表面的杂质和污染物，保证芯片的质量。
扩散是FRD二极管工艺中的重要一步，通过在芯片表面加热的过程中，将掺杂物扩散到硅晶体中，形成PN结。
这一步骤决定了二极管的导电性能。
随后，通过金属化工艺将金属电极连接到芯片的两端，形成电流的输入和输出端口。
这样就完成了FRD二极管的制造。
FRD二极管具有许多优良的特性，使其在电子领域中得到广泛应用。
首先，由于其快速恢复速度，FRD二极管常被用于高频电路中，如变频器、高频整流器等。
其次，FRD二极管的低反向恢复电流使得其在开关电源、逆变器等功率电子设备中具有重要作用。
此外，FRD二极管还可以用于太阳能电池、电动汽车充电桩等领域。
FRD二极管的工艺制造过程经过多个环节，包括晶体生长、切割、研磨、清洗、扩散、金属化和封装等。
它具有快速恢复速度和低反向恢复电流的特点，被广泛应用于各种电子设备中。
通过合理的设计和应用，FRD二极管可以发挥出其最大的电气性能，为电子领域的发展做出贡献。
一种快恢复二极管芯片铂扩散方法
一种快恢复二极管芯片铂扩散方法
一种快恢复二极管芯片铂扩散方法，可包括以下步骤：
1. 准备材料：需要准备快恢复二极管芯片、铂膏和扩散炉等材料。
2. 清洁芯片表面：使用温和的清洁剂清洁快恢复二极管芯片表面，确保表面干净无油污。
3. 涂敷铂膏：将铂膏均匀涂敷在芯片表面，确保铂膏覆盖整个芯片表面，并形成一层薄膜。
4. 预热扩散炉：将扩散炉预热至适当的温度，通常在500~600
摄氏度之间。
5. 扩散铂膏：将涂敷了铂膏的快恢复二极管芯片放入预热的扩散炉中，进行扩散处理。
扩散时间可以根据需要调整，通常在几分钟至几十分钟之间。
6. 冷却芯片：扩散完成后，将芯片从扩散炉中取出，放置在冷却架上自然冷却，确保芯片温度降至室温。
7. 清洁芯片表面：使用去离子水或清洁溶液清洁扩散后的芯片表面，以去除可能残留的铂膏或其他污染物。
8. 检查和测试：对扩散完成的芯片进行外观检查和电性能测试，确保扩散效果符合要求。
以上即为一种快恢复二极管芯片铂扩散的方法，根据实际情况可能会有一些差异和调整。
快速恢复外延二极管用硅外延片的工艺研究
快速恢复外延二极管用硅外延片的工艺研究王文林;李扬;陈涛;李明达【摘要】利用化学气相沉积方法制备所需硅外延层，通过FTIR（傅里叶变换红外线光谱分析）、C-V（电容-电压测试）、SRP（扩展电阻技术）等多种测试方法获取外延层的几何参数、电学参数以及过渡区形貌。
详细研究了本征层生长工艺与外延层厚度分布、电阻率分布以及过渡区形貌之间的对应关系。
采用该优化设计的硅外延材料，成功提高了FRED器件的性能与成品率。
%Using the method of chemical vapor deposition(CVD), the required silicon epitaxial layer was prepared, and the geometry parameter, the electricity parameter as well as the transition region morphology was analyzed by using some testing methods such as FTIR(Fourier-Transform Infrared Spectrophotometry),C-V, SRP(spreading resistance profile)and so on. The relationship between the intrinsic layer growth process and the thickness distribution, resistivity distribution as well as transition topography of epitaxial layer was studied in detail. With the optimized design of silicon epitaxial material in the paper, the performance and yield of FRED were successfully improved.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2014(000)011【总页数】4页(P37-40)【关键词】快恢复二极管;硅外延片;本征层生长;过渡区【作者】王文林;李扬;陈涛;李明达【作者单位】中国电子科技集团公司第46研究所，天津 300220;中国电子科技集团公司第46研究所，天津 300220;中国电子科技集团公司第46研究所，天津300220;中国电子科技集团公司第46研究所，天津 300220【正文语种】中文【中图分类】TN304随着高频大功率半导体器件研发和制造技术的快速发展，其在电子电路中的应用越来越多样化，尤以IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、VDMOS（垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管）为代表的功率开关器件在生活中的应用愈加广泛和深入，其需求量十分巨大[1~2]。
光蚀法制作硅二极管GPP芯片工艺技术
光蚀法制作硅二极管GPP芯片工艺技术随着半导体技术的发展，对半导体表面钝化的要求越来越高，作为二极管一种钝化材料，无疑应具备：一是良好的电气性能和可靠性。
包括电阻率、介电强度、离子迁移率等。
材料的引入不应给器件带来副作用；二是良好的化学稳定性。
半导体工艺是用化学试剂开展的工艺，作为器件的钝化材料，应有一定的抗化学腐蚀能力；三是可操作性。
工艺要简单，重复性好，能与器件制造工艺相容，材料的膨胀系数要与硅材料相一致或接近；四是经济性。
可大批量生产，制造成本要低，有市场竞争力，材料和工艺有强大的生命力和开发潜力。
根据上述要求，近年来市场上出现的利用半导体钝化专用玻璃制作玻璃钝化硅二极管（GPP）芯片就是一种较为理想的半导体钝化材料。
目前，使用玻璃钝化硅二极管（GPP）芯片的呼声越来越高，并得到电子行业内人士的普遍认可。
这种GPP芯片工艺为半导体平面工艺、台面工艺和玻璃烧结工艺于一体，是在硅扩散片金属化之前（玻璃钝化工艺温度允许也可之后），使用光刻胶掩膜及刻蚀V型槽（或机械式划V型槽）的台面。
然后，在结表面涂敷玻璃粉以便进行台面钝化处理。
玻璃粉料是由某些粘合剂及高纯度的微细玻璃粉混合组成的悬浮液。
将玻璃粉悬浮液按一定的工艺方法涂敷于V型槽内，在高温下粘合剂被烧掉，玻璃熔化并在整个结的表面上形成密封保护层。
涂敷玻璃常用的主要有三种方法：医用手术刀法、电泳法和光致抗蚀剂法。
本文重点介绍光致抗蚀剂法制作玻璃钝化二极管芯片工艺。
这是一种将玻璃钝化与光刻技术结合起来的新的钝化方式，国外用得较多，许多公司提供的ＧＰ芯片就是采用这种办法制造的。
它采用一种配有玻璃粉的特殊光刻胶，用光刻的办法淀积玻璃粉，大大简化了钝化工艺。
采用光刻法淀积时必须注意：第一，由于光刻胶粘度及制造工艺之间的差异，批与批之间结果不尽相同，故对每批胶都要进行先行试验；第二，用这种方法制造较厚钝化膜，应采用红外对准或背面对准方式，否则会发生光刻套准的困难；第三，由于爆光对象的变化，爆光时间及爆光灯光强均耍加强，光强要比普通增加３～５倍，时间要以分来计；第四，显影要分二步，先用喷射方式显光刻胶（一般喷射压力为2.5公斤／㎝?左右）；再用甲醇显玻璃粉。
高压功率二极管中局域铂掺杂寿命控制的研究_贾云鹏
高压功率二极管中局域铂掺杂寿命控制的研究贾云鹏1 王 俊1 亢宝位1 张 斌2(1北京工业大学电子信息与控制工程学院电力电子器件研究室,北京,100022)(2清华大学电力电子厂,北京,102201)2004 04 05收稿,2004 05 31收改稿摘要:利用质子辐照形成的集中于射程末端的高密度缺陷在退火时对铂的吸杂作用,实现了硅高压功率P i N二极管的局域铂掺杂。
经过700 C、半小时低温退火,在已进行质子辐照的样品中,铂会由铂硅合金阳极向器件内部扩散,并形成与质子辐照感生缺陷分布相似的铂的分布。
最终,质子辐照缺陷峰附近处的铂浓度将会是缺陷拖尾区中铂浓度的1.5~2倍。
与传统扩铂技术相比,用此新技术制成的P i N功率二极管有可能实现更快的恢复速度、更大的软度恢复因子和更低的反向漏电。
关键词:局域寿命控制;质子注入;铂汲取;功率二极管中图分类号:TN31 文献标识码:A 文章编号:1000 3819(2004)04 422 05High voltage Power Diode with Lifetime Controlof Localized PlatinumJI A Yunpeng1 WANG Jun1 KANG Baowei1 ZHANG Bin2(1Power Devices Lab.,De p t.o f Electronic I n f ormation&Control Engineerin g,Bei j ing Polytechn ic Un iversity,Bei j ing,100022,C HN)(2Power Electron ics Factory o f Tsinghua Unive rsity,Beijing,102201,C HN)Abstract:We realize for the first time the local lifetime control by means of gettering platinum through the induced defec ts created by proton implantation in high voltage power diodes.The region of the damage resulting from the proton irradiation was decorated by the substitutional platinum diffused from PtSi anode at 700 C/60minutes annealing.Finally,the ratio of the platinum concentration of maximum da mage re gion to the damage tail region is1.5~2.With the c omparison of the traditional platinum diffusion lifetime control, this new technique demonstrates the good potential to fabricate po wer P i N diodes with the faster reverse re covery speed,the larger softness rec overy factor and the lower leakage current.Key words:local lifetime control;proton implantation;platinum gettering;power diodeEEAC C:2550;25601 引 言扩散铂等贵金属是一种广泛应用在功率半导体器件加工中的载流子寿命控制技术。
铂扩散快恢复二极管的研究
b. 快恢复二极管的反向恢复过程分析
所有的 PN 结二极管，在传导正向电流时，都将以少子的形式储存电荷。少子注 入是电导调制的机理，它能够导致正向压降 VF 的降低，从这个意义上讲，它是有利 的。但是当在导通的二极管上加反向电压后，由于导通时在基区存贮有大量少数载流
保 密□，在____________年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密□。
（请在以上方框内打“√”）
学位论文作者签名：
指导教师签名：
日期： 年 月 日
日期： 年 月 日
1绪 论
1.1 快恢复二极管概述
在现代电力电子线路装置中，除了大功率高频整流的基本功能之外，功率二极管 还日益肩负起续流、隔离、箝位、吸收等越来越多的功能[1]。除了电压、电流的指标 外，二极管的反向恢复特性成为主要被关注的参数。快恢复功率二极管具有反向恢复 时间短、开关特性好、正向电流大等优点。近年来，随着电力电子技术的不断发展， 快恢复二极管广泛用于脉宽调制器、交流电机变频调速器、开关电源、不间断电源、 高频加热等装置中，作高频、高压、大电流整流、续流及保护用[2-3]。随着快恢复二极 管市场需求的不断增大，目前国内很多半导体公司致力于开发快速二极管系列产品。 为了获取高压、高频、低损耗功率二极管，研究人员正在两个方向进行探索。一是采 用新材料新结构研制新型功率二极管，二是沿用成熟的硅基器件工艺，通过合理的器 件结构设计来改善快恢复二极管中导通损耗与开关频率间的矛盾关系[4]。本课题沿用 传统的硅基器件工艺，采用传统的 PIN 结构，并用价格较低的 CZ 直拉单晶硅作为原 材料进行快恢复二极管的研究。本课题的开展对国内高可靠性快恢复二极管的生产具 有一定的实际意义，同时为上海美高森美半导体有限公司进行高可靠性的快恢复二极 管量产提供了理论及实际的指导并实现了量产；课题的开展为作者研究快恢复二极管 特性，扩散方法，器件结构设计方法，工艺优化，参数控制及测试提供了平台。 1.1.1 快恢复二极的结构及工作原理
FRD扩铂工艺调研报告
关于 FRD 扩铂工艺的调查报告
近年来，快恢复二极管制造工艺提高器件开关速度的方法是通过减小器件少子寿命， 在器件内部引入复合中心来实现，目前主要有四种方法：1）掺金；2）电子辐照；3）掺铂； 4) 扩铂+吸收技术,第一种掺金工艺，掺金器件能级较深，高温特性较差，且金在硅中存在 凝聚效应，随温度下降，部分金原子会凝聚成团，不能起复合中心的作用，而电子辐射感生 生的缺陷不稳定，制成的器件长期稳定性不好，而且成本较高。由于铂在硅中不存在凝聚效 应，且扩散形成的替位原子是稳定的原子缺陷，因此器件的高温稳定性好。长期可靠性好， 同时铂在硅中具有远离禁带中央的理想能级位置， 所以扩铂器件的漏电流非常低， 但通态电 压高。 最先进的方法是轻离子辐照， 同时铂汲取的局域寿命控制技术, 但目前我国目前还不 能很好采用轻离子辐照，下面就针对三种带铂扩散工艺进行说明: 工艺 1(传统的窄基区工艺):原始片使用 FZ 单晶材料 选择硅片→硅片清洗→磷预淀积→单面喷砂（减薄）→硼扩散及磷再分布→双面喷砂→ 氮气或氧气退火（需要时）→铂扩散及激活处理（需要时）→表面腐蚀处理和清洗→双面镀 金属（电极）→晶圆划片→分片、清洗、包装。生产制程概述如下: 1) 原始 N 型硅片电阻率 35-40Ω·cm（电阻率有分组）、硅片厚度 270±5um； 2) 磷预淀积在 1220℃下 2 小时 扩散源—》Filmtronics 公司 P60 纸质源，扩散后磷 表面方块电阻<0.1Ω/□、Xjn≈20um； 3) 背面喷砂去除约 15um 的厚度； 4) 硼扩散及磷再分布 1250℃、 35 小时， ★扩散源—》 美国 Filmtronics 公司 B40 纸质源硼， 扩散后表面方块电阻<0.1Ω/□、XjP≈90um、Xjn≈60um,基区宽度大约 100um 左右； 5) 双面喷砂去除约 10um 的扩散氧化层； 7) 扩散片的磷面进行旋转涂敷铂源(铂源采用的是 Pt920 液态源) ； 8) 铂扩散在 920℃下 60 分钟（温度、时间有分组）； ☆9) 激活加热 （吹 N2 气， 温度不低于 850℃ 60Min） ， 目的是减少硅中填隙铂原子的浓度， 将提高有效复合中心浓度 Nt； 10）表面腐蚀处理和清洗，双面镀金属； 上述工艺可得到反向击穿 VR 在 1200 伏以上、 正向压降 VF 在 1.15 伏以下、 反向恢复时 间 Trr 在 100～120ns 以内的产品电参数特性。 注意，相同 Trr 条件下，铂扩散温度越高，VF ～Trr 特性变得越差。这是因为温度升高， 晶格振动加剧，铂在硅中的浓度增加，从而体电阻增加，致使 VF 有所升高。因此，在确定 的基区宽度下，要得到较小的 VF，在满足 Trr 的同时，扩散温度不宜太高 ； 通过该试验流程可以得到如下结论： 1)调节铂扩散温度,时间可以改变反向恢复时间 Trr, TMT↑Trr↓↓, Diff Time↑Trr↓, 但在相同 Trr 条件下，铂扩散温度越高，VF ～Trr 特性变得越（TMT ↑晶格振动↑，PT 浓度↑，体电阻↑，导致 VF↑），因此，在满足 Trr 的同时， 铂扩 散温度不宜过高； 2)VF-Trr 特性结论如下: a)电阻率↑-->VF-Trr 特性变差; b)铂 Diff TMT↑VF-Trr 特 性变差; 因此,采用较小的电阻率和较低的铂扩散温度可以改善 VF-Trr 特性; 3)Trr 随着温度的上升，Trr 呈上升趋势（温度上升，载流子浓度上升，复合能力下降） 电阻率越小,Trr 温度特性越好;
近年来，快恢复二极管制造工艺提高器件开关速度的方法是通过减小器件少子寿命， 在器件内部引入复合中心来实现，目前主要有四种方法：1）掺金；2）电子辐照；3）掺铂； 4) 扩铂+吸收技术,第一种掺金工艺，掺金器件能级较深，高温特性较差，且金在硅中存在 凝聚效应，随温度下降，部分金原子会凝聚成团，不能起复合中心的作用，而电子辐射感生 生的缺陷不稳定，制成的器件长期稳定性不好，而且成本较高。由于铂在硅中不存在凝聚效 应，且扩散形成的替位原子是稳定的原子缺陷，因此器件的高温稳定性好。长期可靠性好， 同时铂在硅中具有远离禁带中央的理想能级位置， 所以扩铂器件的漏电流非常低， 但通态电 压高。 最先进的方法是轻离子辐照， 同时铂汲取的局域寿命控制技术, 但目前我国目前还不 能很好采用轻离子辐照，下面就针对三种带铂扩散工艺进行说明: 工艺 1(传统的窄基区工艺):原始片使用 FZ 单晶材料 选择硅片→硅片清洗→磷预淀积→单面喷砂（减薄）→硼扩散及磷再分布→双面喷砂→ 氮气或氧气退火（需要时）→铂扩散及激活处理（需要时）→表面腐蚀处理和清洗→双面镀 金属（电极）→晶圆划片→分片、清洗、包装。生产制程概述如下: 1) 原始 N 型硅片电阻率 35-40Ω·cm（电阻率有分组）、硅片厚度 270±5um； 2) 磷预淀积在 1220℃下 2 小时 扩散源—》Filmtronics 公司 P60 纸质源，扩散后磷 表面方块电阻<0.1Ω/□、Xjn≈20um； 3) 背面喷砂去除约 15um 的厚度； 4) 硼扩散及磷再分布 1250℃、 35 小时， ★扩散源—》 美国 Filmtronics 公司 B40 纸质源硼， 扩散后表面方块电阻<0.1Ω/□、XjP≈90um、Xjn≈60um,基区宽度大约 100um 左右； 5) 双面喷砂去除约 10um 的扩散氧化层； 7) 扩散片的磷面进行旋转涂敷铂源(铂源采用的是 Pt920 液态源) ； 8) 铂扩散在 920℃下 60 分钟（温度、时间有分组）； ☆9) 激活加热 （吹 N2 气， 温度不低于 850℃ 60Min） ， 目的是减少硅中填隙铂原子的浓度， 将提高有效复合中心浓度 Nt； 10）表面腐蚀处理和清洗，双面镀金属； 上述工艺可得到反向击穿 VR 在 1200 伏以上、 正向压降 VF 在 1.15 伏以下、 反向恢复时 间 Trr 在 100～120ns 以内的产品电参数特性。 注意，相同 Trr 条件下，铂扩散温度越高，VF ～Trr 特性变得越差。这是因为温度升高， 晶格振动加剧，铂在硅中的浓度增加，从而体电阻增加，致使 VF 有所升高。因此，在确定 的基区宽度下，要得到较小的 VF，在满足 Trr 的同时，扩散温度不宜太高 ； 通过该试验流程可以得到如下结论： 1)调节铂扩散温度,时间可以改变反向恢复时间 Trr, TMT↑Trr↓↓, Diff Time↑Trr↓, 但在相同 Trr 条件下，铂扩散温度越高，VF ～Trr 特性变得越（TMT ↑晶格振动↑，PT 浓度↑，体电阻↑，导致 VF↑），因此，在满足 Trr 的同时， 铂扩 散温度不宜过高； 2)VF-Trr 特性结论如下: a)电阻率↑-->VF-Trr 特性变差; b)铂 Diff TMT↑VF-Trr 特 性变差; 因此,采用较小的电阻率和较低的铂扩散温度可以改善 VF-Trr 特性; 3)Trr 随着温度的上升，Trr 呈上升趋势（温度上升，载流子浓度上升，复合能力下降） 电阻率越小,Trr 温度特性越好;
一种多重金属扩散快恢复二极管及其制备方法[发明专利]
![一种多重金属扩散快恢复二极管及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/18acdbb13c1ec5da51e2708b.png)
专利名称：一种多重金属扩散快恢复二极管及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：毛建军,陈福元,冷思明,朱志远,胡煜涛,王铮
申请号：CN201010589316.0
申请日：20101215
公开号：CN102117840A
公开日：
20110706
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种多重金属扩散快恢复二极管及其制备方法。
它包括如下步骤：1）在N-型半导体轻掺杂硅片正反面分别扩散入P+型和N+型杂质，得到P+N-N+硅整流二极管扩散片；
2）P+N-N+硅片表面喷砂打毛。
用电子化学清洗1#液清洗P+N-N+硅片，经过纯水冲洗；再用电子化学清洗2#液清洗，硅片甩干；3）高温下金、铂、钯多重金属同时一次扩散进入P+N-N+硅片中；4）P+N-N+硅片双表面喷砂打毛，双表面镀上镍层，锯切成快恢复整流二极管芯片；5）通过隧道炉将快恢复整流二极管芯片与封装底座焊接；6）用混合酸液对快恢复整流二极管毛坯上的芯片外露部分进行化学腐蚀清洗、上保护胶、压模成型封装。
本发明简化快恢复整流二极管的制造工艺流程，降低成本，提高产品性价比。
申请人：杭州杭鑫电子工业有限公司
地址：310053 浙江省杭州市滨江区高新软件园7号楼
国籍：CN
代理机构：杭州求是专利事务所有限公司
代理人：张法高
更多信息请下载全文后查看。
硼扩散工艺后氧化的作用
硼扩散工艺后氧化的作用
硼扩散工艺是半导体制造中常用的一种工艺，它主要用于在硅
片表面形成掺杂硼的区域，以改变硅片的电学特性。
在硼扩散工艺
完成后，通常会进行氧化处理。
氧化的作用有以下几个方面：
1. 保护作用，氧化层可以形成在硅片表面形成一层保护膜，防
止外界杂质的侵入，从而保护掺杂硼的区域不受污染和损坏。
2. 绝缘作用，氧化层是一种良好的绝缘材料，可以有效地隔离
掺杂硼的区域与外部环境，防止电荷的泄漏和干扰，从而提高器件
的绝缘性能。
3. 结构作用，氧化层可以形成硅-氧化硅（SiO2）的复合结构，这种结构具有良好的机械强度和稳定性，可以增强硅片的结构强度，提高器件的可靠性。
4. 制备其他器件，氧化硅层也可以作为制备其他器件的基础，
比如MOS场效应晶体管中的栅极绝缘层就是利用氧化硅的绝缘性能
来实现的。
总的来说，氧化处理可以在硼扩散工艺后起到保护、绝缘、结构和制备其他器件的作用，对于半导体器件的性能和可靠性有着重要的影响。
快速软恢复二极管的发展现状
快速软恢复二极管的发展现状2005-1-19清华大学核能设计研究院张海涛张斌随着电力电子技术的发展，各种变频电路、斩波电路的应用不断扩大，这些电力电子电路中的主回路不论是采用换流关断的晶闸管，还是采用有自关断能力的新型电力电子器件，如GTO，MCT，IGBT等，都需要一个与之并联的快速二极管，以通过负载中的无功电流，减小电容的充电时间，同时抑制因负载电流瞬时反向而感应的高电压。
由于这些电力电子器件的频率和性能不断提高，为了与其关断过程相匹配，该二极管必须具有快速开通和高速关断能力，即具有短的反向恢复时间trr，较小的反向恢复电流IRRM和软恢复特性。
在高压、大电流的电路中，传统的PIN二极管具有较好的反向耐压性能，且正向时它可以在很低的电压下就会导通较大的电流，呈现低阻状态。
然而，正向大注入的少数载流子的存在使得少子寿命较长，二极管的开关速度相应较低，为提高其开关速度，可采用掺杂重金属杂质和通过电子辐照的办法减小少子寿命，但这又会不同程度的造成二极管的硬恢复特性，在电路中引起较高的感应电压，对整个电路的正常工作产生重要影响。
因而，开发高频高压快速软恢复大功率二极管已成为一个非常重要和迫切的任务，具有重要的现实意义。
1.快速软恢复二极管的现状目前，国内快速二极管的水平已达到3000A/4500V，5s，但是各整流器生产单位在减小二极管的反向恢复时间的同时，一般并不注意提高其软恢复性能。
现在这些二极管一般采用电子辐照控制少子寿命,其软度因子在0.35左右，特性很硬。
国内快速软恢复二极管的研制现状如表1所示。
国际上快速二级管的水平已达到2500A/3000V，300ns，软度因子较小。
采用外延工艺制作的快恢复二极管的软度因子较大（0.7），但它必须采用小方片串并联的方式使用，以达到大电流、高电压的目的。
这样做不仅增加了工艺的复杂性，而且使产品的可靠性变差。
我国的外延工艺水平较低，尚停留在研究阶段，成品率较低，相对成本较高；而采用电力半导体常规工艺制作的快恢复二极管的软度因子较小。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
铂扩散工艺在硅快恢复二极管生产中的应用2012-09-01 08:36:28| 分类：| 标签：|字号大中小订阅铂扩散工艺在硅快恢复二极管生产中的应用在硅快恢复二极管器件制造工艺中，铂扩散的作用与金扩散一样，起到在硅中添加复合中心的作用，其目的是减少硅PN结体内的少数载流子寿命，缩短贮存时间，提高开关速度。
由于金在硅中存在凝聚效应。
即金在硅中的原有溶解度随工艺扩散温度的降低而下降。
因为金原子在硅中扩散很快，随着温度的降低，过量的金或者扩散出硅片表面，或者一小团一小团地凝结在硅片内部。
凝聚成团的金原子其电性能不活泼，不能起复合中心的作用。
实验发现，铂在硅中不存在凝聚效应。
因此，铂扩散工艺广泛地应用于硅快恢复功率二极管器件制造中。
实验证明，合理的铂扩散对提高硅二极管的恢复时间是十分有效的。
此外，对于质量不太好的硅单晶片来说，铂扩散与金扩散一样也有改善PN结反向特性的作用。
同样，铂扩散也给硅二极管的性能带来一定的不利影响，例如致使PN结中轻掺杂区电阻率增大，引起PN结的正向压降增大，加大了二极管的正向耗散功率等。
目前，铂扩散在硅快恢复、超快恢复和高效整流等功率二极管生产中被普遍采用。
因此，铂扩散工艺是当前硅半导体功率器件生产中的一道重要工艺。
1、实验过程采用n型直拉单晶硅片，原始硅片厚度270±5μm，直径76mm。
试验所用的硅片有三种，电阻率分别为：15Ω·cm，30Ω·cm，40Ω·cm。
硅片经清洗后先进行磷预淀积扩散。
磷源采用美国Filmtronics公司P60纸质源，在每两片硅片中间放一张磷源纸，将硅片排列整齐并压紧在石英舟中。
在洁净的石英管内，经过1220℃高温2小时左右，使磷原子扩散到硅片内；接着喷砂去除未附磷纸那一面的扩散层，同时减薄硅片去除约15?m；再在1250℃下进行26小时的硼扩散和磷再分布掺杂。
磷源是在喷砂面涂覆一层溶有三氧化二硼和硝酸铝的混合溶剂，烘烤后再次排放在石英舟中并压紧进行硼扩散，形成P+NN+结构；接着在扩散片的磷面进行旋转涂敷铂源，铂源采用的是Pt920液态源。
铂扩散试验分成若干组进行，改变扩散温度和时间，以获得不同的Trr值（如：炉温860℃-980℃；时间：45-60分钟。
对应的恢复时间Trr：200-35ns）需要指出的是，扩铂片应按不同硅片电阻率、正向压降VF和恢复时间Trr适当确定原始硅片的厚度。
一般为：电阻率10-15Ω·cm、正向压降VF小于1V、恢复时间Trr小于50ns的原始硅片厚度选220±10?m；15-30Ω·cm、正向压降VF小于、恢复时间Trr小于150ns的原始硅片厚度为250±10?m；30-45Ω·cm、正向压降VF小于、恢复时间Trr小于200ns的原始硅片厚度为280±10?m；然后进行双面化学镀镍金形成欧姆接触等工序，最后将硅片切割成不同面积的正方形芯片进行测试。
基本工艺流程如下：选择硅片－→硅片清洗－→磷预淀积－→单面喷砂（减薄）－→硼扩散及磷再分布－→双面喷砂－→氮气或氧气退火（需要时）－→铂扩散－→表面腐蚀处理和清洗－→双面镀镍金（电极）－→晶圆划片－→分片－→封装－→测试。
2、实验结果与讨论采用台湾冠魁电机有限公司生产的AMP-MB型Trr测试仪测量反向恢复时间。
测试条件为：正向注入电流IF=，反向抽取电流IR=，反向恢复电流Irr=。
扩散温度Tpt对Trr的影响图4所示是Trr与铂扩散温度Tpt之间的关系曲线。
三组样品的电阻率分别是15Ω·cm，30Ω·cm和40Ω·cm。
由图可见，在扩散时间一定时（60分钟），Trr随铂扩散温度的升高而线性下降；且扩散温度相同时，样品电阻率越小则其Trr值越小。
这是因为温度越高，铂在硅中的扩散系数越大，同时铂在硅中的固溶度随温度升高而显著增大。
所以，温度越高，扩入硅中的铂越多，形成的复合中心浓度越高，从而使Trr越小。
此外，铂在硅中的固溶度还与衬底的掺杂浓度密切相关，铂的固溶度随着衬底掺杂的浓度的增加而增大。
因此在相同的温度条件下，衬底电阻率越小，铂的固溶度越大，从而Trr越小。
图4 不同电阻率样品的Trr与铂扩散温度的关系扩散时间t对Trr的影响图5所示为扩散时间对扩铂二极管反向恢复时间的影响。
样品的电阻率为40Ω·cm，扩散温度分别为870℃和900℃，其他两种电阻率样品的曲线与图5类似。
从图中可以看出，Trr随铂扩散时间的增加而减小。
870℃时Trr减小幅度比900℃时明显。
说明在较高扩散温度时，增加扩散时间对Trr的改善不大；而在较低扩散温度时，扩散时间对Trr产生较为明显的影响。
这可以从铂扩散系数和固溶度与温度的关系得到解释：由于铂的扩散系数和固溶度随扩散温度的升高显著变大，在温度较高时，铂能够在很短的时间内基本扩透整个硅片，达到接近饱和的浓度值，再增加铂扩散时间对铂浓度的改变很小。
因此，在温度较高时，随着铂扩散时间的增加，Trr的变化不大。
而铂扩散温度较低时其扩散系数较小，扩散时间越长，扩散进入硅中的铂浓度就越高，从而Trr变化较明显。
图５不同温度时Trr与扩散时间的关系2.３Trr的温度特性Trr的温度特性对快恢复二极管来说是非常重要的。
因为通常快恢复二极管工作的温度范围较宽，要求器件在不同的温度环境下必须能够正常工作，所以快恢复二极管的Trr温度特性将直接影响整个电路系统的工作频率，这就要求快恢复二极管具有小的温度系数。
对三种不同电阻率的样品，测量其Trr温度特性曲线如图６所示。
可见，图６不同电阻率样品Trr的温度特性Trr随工作温度的升高而增加。
另外，小电阻率样品的温度特性优于大电阻率样品。
这是由于随着工作温度的升高，复合中心俘获的载流子易挣脱复合中心的束缚，复合中心的作用减弱，使Trr增加。
小电阻率样品的载流子属怒较多，工作温度升高时负荷中心释放载流子的概率相对小些，因此小电阻率样品Trr的温度特性比大电阻率样品要好。
2.４正向压降VF的温度特性实验测量了正向电流为１Ａ情况下正向压降VF随温度的变化情况，如图７所示。
由图可见，VF随温度的升高而下降。
正向压降中与温度关系较大的是结压降Vj，在大注入时结压降Vj与正向电流的关系如下：IF≈q（DP/τp）?（κT?/ND）·exp（-Eq/κT）exp（qVj/κT）式中：DP为空穴扩散系数；T为绝对温度；ND为施主杂质浓度；τp 为空穴寿命；q为单位电荷；κ为波尔曼常数；Eq为禁带宽度。
从上式可以看出，在正向注入电流一定的情况下，随温度的上升，Vj将下降，从而正向压降VF随温度的上升而下降。
图７一定电流测试条件下VF的温度特性2.５VF―Trr特性图８所示为在扩散时间一定的条件下，不同电阻率和不同铂扩散温度下的扩铂样品的VF―Trr关系曲线。
从图中可看出，随着Trr的减小，VF是指数上升。
对快恢复二极管而言VF和Trr越小越好。
但VF和Trr相互关联。
在满足Trr条件下，VF应尽量小，这样有利于降低快恢复二极管的功耗。
但当VF较小时快恢复二极管在正偏时基区存储电荷也相应增加，反向抽取更加困难，导致Trr变大。
因此要根据实际要求选择合适的VF和Trr。
由图８可见，快恢复系列二极管Trr在100～500ｎｓ之间，VF可控制在～Ｖ之间。
另外，从图中可以看出，相同Trr 下，电阻率越高，样品的VF越大，即随着电阻率的增加，VF―Trr特性变差，因此应尽量选择电阻率低的硅片。
图８不同铂扩散温度和电阻率样品的VF―Trr折衷曲线图8中还可以看出，铂扩散温度越低，VF―Trr特性越好。
这是因为温度升高，晶格振动加剧，从而体电阻增加，致使VF略有升高。
随着温度升高，铂在硅中的浓度增加，由于杂质补偿作用使样品衬底电阻率增加，导致VF―Trr 特性变差。
因此，降低铂扩散温度对获得理想VF―Trr特性是有益的。
实验知道，铂在硅中的溶解度不会随铂扩散后的冷却过程和后面工序的低温工艺过程而变化和凝聚效应。
因此，铂扩散工艺中为了减少硅中填隙铂原子的浓度，提高有效复合中心浓度Nt，通常在铂扩散完成后再采取“激活加热”处理工艺。
具体做法是：将铂扩散后的硅片推入通N2的低于铂扩散温度的炉中（一般不低于850℃），进行60分钟以上时间的低温加热处理，使硅中留存的填隙式铂原子进一步激活成为替位式铂原子。
实践表明，经“激活加热”处理的硅快恢复功率二极管，不但反向恢复时间随温度升高而增大的现象有所改善，而且反向恢复时间缩短、VF―Trr特性好转。
且P-N结的击穿电压相对增加并呈硬击穿现象，这种现象一般解释为：在高温下扩散铂时，铂原子会把硅中的铜、铁、镍等有害杂质从缺陷附近拉出，从而使漏电流减小，P-N结呈现出硬特性；同样，击穿电压的有所提高则应是铂浓度对硅材料电阻率影响的一种反映。
因此，快恢复二极管成品率有所提高。
3、结束语本文从硅中非平衡载流子的复合、铂在硅中的性质、作用和影响以及铂扩散工艺对硅快恢复二极管器件特性的影响进行了阐述。
并对一些涉及到的主要参数特性进行了理论分析。
实验所得到硅快恢复二极管样品具有正向压降小，反向恢复时间短，参数温度特性好，反向耐压高，高温漏电流小等特点，作为快速快关和高频整流器件具有较好的实用性和可靠性。