硅片清洗原理与3方法介绍

铅 :327 锡 :232 铅锡合金： ( 铅锑合金 ) 以铅与锡为主要成份， 辅之锑 （增加硬度） 和其它微量金属合成的有色金属，呈白灰色，有光泽，质软，富延展性。铅锡合金的熔点约为 200～ 320℃；浇铸温度为 380～ 480℃之间ＤＺ１∶ＤＺ２∶水＝５～１５∶１～１０∶１００；其中ＤＺ１由如下摩尔比的组分组成：烷基苯磺酸钠∶五水偏硅酸钠∶焦磷酸四钾∶聚乙烯醇∶聚乙二醇∶水＝５∶７∶３∶７∶６∶７２；ＤＺ２由如下摩尔比的组分组成： 氢氧化铵∶双氧水∶水＝５∶１５∶８０。 本发明使用方法如下：将切割后的单晶硅片放在清洗剂中进行超声波清洗，其清洗时间为５分钟－２０分钟，清洗温度为４０℃－７０℃。本发明清洗时间、清洗温度与清洗剂中的ＤＺ１、ＤＺ２的浓度相协调，以达到有效去除由线切割单晶硅而产生的表面油脂及硅片内部金属杂质。关于二次清洗工艺想问问大家，对于扩散后产生的磷硅玻璃是怎么去除的，就我现在的了解，只是用一定浓度的 HF来去除，最近在资料上看到， SIO2 和 HF直接反应太快，不便于控制，因此不能单独用 HF作为腐蚀剂。大家能谈谈自己的看法吗？氟化铵缓冲剂 , 氢氟酸用量的 3-%5%, 硅片清洗原理与方法介绍1 引言硅片经过切片、倒角、研磨、表面处理、抛光、外延等不同工序加工后，表面已经受到严重的沾污，清洗的目的就是为了去除硅片表面颗粒、金属离子以及有机物等污染。2 硅片清洗的常用方法与技术在半导体器件生产中， 大约有 20％的工序和硅片清洗有关， 而不同工序的清洗要求和目的也是各不相同的，这就必须采用各种不同的清洗方法和技术手段，以达到清洗的目的。由于晶盟现有的清洗设备均为 Wet-bench 类型，因此本文重点对湿法化学清洗的基本原理、常用方法及其它与之密切相关的技术手段等进行论述3． 1 湿法化学清洗化学清洗是指利用各种化学试剂和有机溶剂与吸附在被清洗物体表面上的杂质及油污发生化学反应或溶解作用，或伴以超声、加热、抽真空等物理措施，使杂质从被清除物体的表面脱附（解吸） ，然后用大量高纯热、冷去离子水冲洗，从而获得洁净表面的过程。化学清洗又可分为湿法化学清洗和干法化学清洗，其中湿法化学清洗技术在硅片表面清洗中仍处于主导地位，因此有必要首先对湿法化学清洗及与之相关的技术进行全面的介绍。3． 1． 1 常用化学试剂、洗液的性质常用化学试剂及洗液的去污能力，对于湿法化学清洗的清洗效率有决定性的影响，根据硅片清洗目的和要求选择适当的试剂和洗液是湿法化学清洗的首要步骤。污染源种类 清洗方法微粒湿式化学清洗 APM（ NH4OH-H2O2-H2O）机械式清洗Ultrasonic Brush-scrubbing Jet-scrubbing 金属 湿式化学清洗HPM（ HCL-H2O2-H2O）SPM（ H2SO4-H2O2-H2O）DHF（ HF-H2O）FPM（ HF-H2O2-H2O）干式化学清洗 CL2+UV（ 〈 400nm〉有机物湿式化学清洗SPM（ H2SO4-H2O2-H2O）APM（ NH4OH-H2O2-H2O）Ozone-water 干式化学清洗 UV/O3 O2-plasma 自然氧化层 湿式化学清洗DHF（ HF-H2O）BHF（ HF-NH4F-H2O）干式化学清洗 HF-vapor 表一、用以清除 particle 、 metal 、 organic 、 nature-oxide 的适当化学液3． 1． 2 溶液浸泡法溶液浸泡法就是通过将要清除的硅片放入溶液中浸泡来达到清除表面污染目的的一种方法， 它是湿法化学清洗中最简单也是最常用的一种方法。 它主要是通过溶液与硅片表面的污染杂质在浸泡过程中发生化学反应及溶解作用来达到清除硅片表面污染杂质的目的。选用不同的溶液来浸泡硅片可以达到清除不同类型表面污染杂质的目的。 如采用有机溶剂浸泡来达到去除有机污染的目的，采用 1 号液（即 SC1，包含 H2O2、 NH3OH化学试剂以及 H2O）浸泡来达到清除有机、无机和金属离子的目的，采用 2 号液（即 SC2，包含 HCL、 H2O2化学试剂以及 H2O）浸泡来达到清除 AL、 Fe、 Na等金属离子的目的。单纯的溶液浸泡法其效率往往不尽人意，所以在采用 SC1浸泡的同时往往还辅以加热、超声或兆声波、摇摆等物理措施。3． 1． 3 超声波清洗技术超声波清洗是半导体工业中广泛应用的一种清洗方法，该方法的优点是：清洗效果好，操作简单，对于复杂的器件和容器也能清除，但该法也具有噪音较大、换能器易坏的缺点。该法的清理原理如下：在强烈的超声波作用下（常用的超声波频率为 20kHz 到 40kHz 左右） ，液体介质内部会产生疏部和密部，疏部产生近乎真空的空腔泡，当空腔泡消失的瞬间，其附近便产生强大的局部压力，使分子内的化学键断裂，因此使硅片表面的杂质解吸。当超声波的频率和空腔泡的振动频率共振时，机械作用力达到最大，泡内积聚的大量热能，使温度升高，促进了化学反应的发生。超声波清洗的效果与超声条件（如温度、压力、超声频率、功率等）有关，而且提高超声波功率往往有利于清洗效果的提高，但对于小于 1μm 的颗粒的去除效果并不太好。该法多用于清除硅片表面附着的大块污染和颗粒。3． 1． 4 兆声波清洗技术兆声波清洗不但保存了超声波清洗的优点，而且克服了它的不足。兆声波清洗的机理是由高能（ 850kHz）频振效应并结合化学清洗剂的化学反应对硅片进行清洗的。在清洗时，由换能器发出波长为 1． 5μm 频率为 0． 8 兆赫的高能声波。溶液分子在这种声波的推动下作加速运动，最大瞬时速度可达到 30cm／ s。因此形成不了超声波清洗那样的气泡，而只能以高速的流体波连续冲击晶片表面，使硅片表面附着的污染物和细小微粒被强制除去并进入到清洗液中。兆声波清洗抛光片可去掉晶片表面上小于 0． 2μm 的粒子，起到超声波起不到的作用。这种方法能同时起到机械擦片和化学清洗两种方法的作用。 目前兆声波清洗方法已成为抛光片清洗的一种有效方法。3． 1． 5 旋转喷淋法旋转喷淋法是指利用机械方法将硅片以较高的速度旋转起来， 在旋转过程中通过不断向硅片表面喷液体（高纯去离子水或其它清洗液）而达到清除硅片目的的一种方法。该方法利用所喷液体的溶解（或化学反应）作用来溶解硅片表面的沾污，同时利用高速旋转的离心作用，使溶有杂质的液体及时脱离硅片表面，这样硅片表面的液体总保持非常高的纯度。同时由于所喷液体与旋转的硅片有较高的相对速度，所以会产生较大的冲击力达到清除吸附杂质的目的。因此，可以说旋转喷淋法既有化学清洗、流体力学清洗的优点，又有高压擦洗的优点。同时该法还可以与硅片的甩干工序结合在一起进行。也就是在采用去离子水喷淋清洗一段时间后，停止喷水，而采用喷惰性气体，同时还可以通过提高旋转速度，增大离心力，使硅片表面很快脱水。目前，上海合晶有一台 FSI 清洗机就是采用这种清洗方式。晶盟所使用的清洗方式介绍：SC-1 清洗：⑴ 目的：主要是去除颗粒沾污（粒子）也能去除部分金属杂质。⑵ 去除颗粒及有机物的原理：硅片表面由于 H2O2氧化作用生成氧化膜（约 6nm呈亲水性） ，该氧化膜又被 NH4OH腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒也随腐蚀层而落入清洗液内。由于 H2O2的氧化作用，硅片表面的有机物会被分解成 CO2和 H2O而被除去。⑶反应方程式： Si+H2O2→ SiO2+H2O ； CxHyOz CO2+H2O SC-2 清洗：⑴ 原理：清洗液中的金属附着现象在碱性清洗液中易发生，在酸性溶液中不易发生，并具有较强的去除晶片表面金属的能力，但经 SC-1 洗后虽能去除 Cu等金属，而晶片表面形成的自然氧化膜的附着（特别是 Al ）问题还未解决。硅片表面经 SC-2 液洗后，表面 Si 大部分以 O 键为终端结构，形成一层自然氧化膜，呈亲水性。由于晶片表面的 SiO2 和 Si 不能被腐蚀，因此不能达到去除粒子的效果。⑵相关化学反应方程式 : SC-2 是 H2O2和 HCL的酸性溶液，它具有极强的氧化性和络合性，能与氧以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。被氧化的金属离子与 CL-作用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除。Si+H2O2→ SiO2+H2O ； Zn+2HCL → ZnCL2+H2 Fe+2HCL→ FeCL2+H2 ； Mg+2HCL→ MgCL+H2 2AL+6HCL=2ALCL3+3H2 HF清洗：⑴、原理：在 DHF洗时，可将由于用 SC-1 洗时表面生成的自然氧化膜腐蚀掉，而 Si 几乎不被腐蚀。硅片最外层的 Si 几乎是以 H 键为终端结构，表面呈疏水性。在酸性溶液中，硅表面呈负电位，颗粒表面为正电位，由于两者之间的吸引力，粒子容易附着在晶片表面。用 HF 清洗去除表面的自然氧化膜，因此附着在自然氧化膜上的金属再一次溶解到清洗液中，同时HF清洗可抑制自然氧化膜的形成。故可容易去除表面的 Al 、 Fe、 Zn、 Ni 等金属。但随自然氧化膜溶解到清洗液中一部分 Cu 等贵金属（氧化还原电位比氢高） ，会附着在硅表面， HF 清洗也能去除附在自然氧化膜上的金属氢氧化物。、反应方程式：SiO2+6HF（ aq）→ H2（ g） +SiF6（ g） +2H2O（ g）4 结束语随着半导体工业的发展，对硅片表面洁净度的要求也越来越高，这在一定程度上促进了硅片清洗技术的发展，也促进了人们对硅片清洗工艺的研究。当前，湿法化学清洗技术在硅片表面清洗中仍处于主导地位。但在今后，由于化学试剂的存放以及环境问题，湿法化学清洗技术的使用会逐渐减少。据测算，目前某些半导体工厂用于超纯水的H2O2 氧化费用将接近 30 亿美元。为了降低成本，减少水的消耗是一方面，采用自动在线硅片清洗技术也是很重要的一方面。一种好的清洗方法应能带来以下益处：较高的电路成品率、低水耗、低污染、低设备成本。国际上抛光片的清洗标准是开盒即用（也就是经清洗封装后的抛光片，从片盒里取出后即可以投入到器件工艺中直接使用而不需要额外的清洗步骤） 。国内硅片清洗多采用以湿法化学清洗为主的清洗工艺，由于设备、工艺方法等方面还比较落后，特别是超净环境往往达不到相应的级别，所以往往还达不到开盒即用的标准。尽管到目前为止，非在线式硅片清洗技术已有了很大的发展，但是清洗设备本身所产生的污染问题却一直没能彻底解决，从而成为影响成品率的一个重要因素。因此人们迫切需要一种新方法，能够在线清除在硅片的取放、传输、升降、托盘旋转、设备抽气、排气以及反应室物理化学反应过程中所产生的污染。总之，硅片清洗的发展趋势是全自动在线干法清洗技术，特别是随着硅片尺寸的大直径化，一些落后的非自动非在线清洗工艺必将被淘汰。硅片超声波 清洗技术在半导体材料的制备过程中，每一道工序都涉及到清洗，而且清洗的好坏直接影响下一道工序，甚至影响器件的成品率和可靠性。由于 ULSI 集成度的迅速提高和器件尺寸的减小，对于晶片表面沾污的要求更加严格， ULSI 工艺要求在提供的衬底片上吸附物不多于 500 个 /m2× 0.12um，金属污染小于 1010atom/cm2 。晶片生产中每一道工序存在的潜在污染，都可导致缺陷的产生和器件的失效。因此，硅片的清洗引起了专业人士的重视。以前很多厂家都用手洗的方法，这种方法人为的因素较多，一方面容易产生碎片，经济效益下降，另一方面手洗的硅片表面洁净度差，污染严重，使下道工序化抛腐蚀过程中的合格率较低。所以，硅片的清洗技术引起了人们的重视，找到一种简单有效的清洗方法是当务之急。本文介绍了一种超声波清洗技术，其清洗硅片的效果显著，是一种值得推广的硅片清洗技术。硅片表面污染的原因晶片表面层原子因垂直切片方向的化学键被破坏而成为悬空键，形成表面附近的自由力场，尤其磨片是在铸铁磨盘上进行， 所以铁离子的污染就更加严重。 同时， 由于磨料中的金刚砂粒径较大，造成磨片后的硅片破损层较大，悬挂键数目增多，极易吸附各种杂质，如颗粒、有机杂质、无机杂质、金属离子、硅粉粉尘等，造成磨片后的硅片易发生变花、发蓝、发黑等现象，使磨片不合格。硅片清洗的目的就是要除去各类污染物，清洗的洁净程度直接决定着 ULSI 向更高集成度、可靠性、成品率发展，这涉及到高净化的环境、水、化学试剂和相应的设备及配套工艺，难度越来越大，可见半导体行业中清洗工艺的重要性。图：硅片表面黑点的扫面电子显微镜照片实验及结果分析1. 实验设备和试剂实验设备： SQX-3916硅片清洗机实验使用的试剂：有机碱、 Q325-B 清洗剂、活性剂、去离子水、助磨剂2. 实验过程（ 1）超声波清洗的基本原理利用 28KHz以上的电能，经超声波换能器转换成高频机械振荡而传入到清洗液中。超声波在清洗液中疏密相间地向前辐射，使液体流动，并不停地产生数以万计的微小气泡。这些气泡是在超声波纵向传播的负压区形成及生长，而在正压区迅速闭合。这种微小气泡的形成、生成迅速闭合称为空化现象，在空化现象中气泡闭合时形成超过 1000 个大气压的瞬时高压，连续不断产生的瞬时高压，像一连串小爆炸不停地轰击物体表面，使物体及缝隙中的污垢迅速剥落。这种空化侵蚀作用就是超声波清洗的基本原理。（ 2）清洗工艺流程自动上料→去离子水＋超声波清洗＋抛动→碱液＋超声波清洗＋抛动→去离子水＋超声波清洗＋抛动→碱液＋超声波清洗＋抛动→碱液＋超声波清洗＋抛动→去离子水＋超声波清洗＋抛动＋溢流→去离子水＋超声波清洗＋抛动＋溢流→自动下料（ 3）清洗液的最佳配比的确定取 4″及 500 祄厚的硅片做十组实验，固定 5 分钟清洗时间及超声清洗的温度，见下面列表。从表中观察不同条件下硅片表面，用荧光灯照射表面可清楚看出硅表面的洁净程度。因此得出清洗液的最佳配比为 活性剂 : 清洗剂 : 去离子水 =0.10:1.00:7.0 通过实验发现当清洗剂的浓度越低，越有利于水的清洗，但清洗剂的浓度不能低于 15%，否则清洗效果反而降低。（ 4）超声清洗时间的确定将磨片分为十组，以上述最佳配比为清洗液超声清洗，按不同的时间分为十批清洗， 清洗时间分别是 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 10min。同时用去离子水代替清洗液同样条件下做对比实验，得出结论， 清洗剂的清洗效果明显好于去离子水，而且超声清洗时间在 3min 清洗效果就已经比较理想了。（ 5）超声清洗温度的确定非离子表面活性剂在液固界面的吸附量随温度升高而增加。 这是因为在低温时非离子表面活性剂与水完全混溶，亲水基聚氧乙烯与水形成的氢键能量低，当温度升高后，分子的热运动加剧，致使氢键破坏，使非离子表面活性剂在水中的溶解度下降，温度升高到一定值时，非离子表面活性剂从水溶液中析出变混浊，此温度即为浊点。因此温度升高时非离子表面活性剂逃离水的趋势增强，吸附量增大。温度对非离子表面活性剂的去污能力的影响是明显的，当温度接近于浊点时，清洗效果最好。通过实验得出 30～ 50℃之间均可，但 45℃为最佳。（ 6）扫描电子显微镜的观察通过扫描电子显微镜能谱分析可以得出：研磨片的表面黑点主要是颗粒污染物和碳元素聚集物。3. 实验结果和讨论（ 1） 硅片经过磨片工序后，一直使硅片处于去离子水中浸泡状态，这样在经过清洗机清洗后表面洁净，在化抛后尤为明显， 化抛后硅片表面相当光泽干净，使其合格率大大提高；若由于工艺需要测试硅片厚度或电阻率，使其脱离水后，在重新清洗后的硅片化抛时， 表面大多数会出现暗花及不明显的污染痕迹，直观表面较差。（ 2） 清洗次数对清洗效果有很大影响，清洗次数多的硅片比清洗次数少的硅片表面光洁，这就要求在以后的探索中如何控制清洗液的时效性，如清洗四英寸硅片达 500 片时，需及时更换清洗液。（ 3）适当加入有机碱，利用碱的腐蚀性，络合硅片表面的金属离子，以加快清洗的速度，提高清洗的效率。硅片的清洗在半导体制作过程中十分重要，而磨片的清洗是所有清洗工序中最困难的。由于使用了清洗机，通过物理渗透作用，使污染颗粒脱离硅片表面，再通过超声波清洗的机械作用和化学腐蚀作用，最终去除污染颗粒，达到了清洗硅片的目的。a. 重金属掺杂重金属掺杂是指在硅中扩入重金属杂质如金，铂等，目的是引入复合中心以减少少子寿命从而降低器件的反向恢复时间 trr 。重金属原子通过硅表面向器件内部扩散形成点缺陷，缺陷的形式有：间隙原子缺陷和替位原子缺陷。扩散之初，金属原子以间隙原子的形式快速进入半导体中，随后金属间隙原子会踢出并替位硅原子，形成重金属替位原子和硅间隙原子。这种金属原子与硅原子换位规程是可逆的，只有被踢出的硅间隙原子去除后才能形成稳定的重金属替位原子，这样才能在整个器件内部引入适当浓度的有效复合中心 [11] 。如图 1-2 所示，金、铂原子浓度分布为 U型槽结构，这是因为表面区的硅间隙原子因高温外扩散而从硅片中消除掉。一般来讲，经过长时间的铂或者金扩散较易形成 U型槽的分布 [12] 。图 1-2 扩金、 扩铂、 电子辐照和氢、 氦离子辐照产生缺陷浓度分布 b. 电子辐照电子辐照寿命控制技术是利用电子辐照在半导体内部感生缺陷作为复合中心，达到控制少子寿命的目的。所谓辐照，就是将制成的成品置于辐照场中，用高能电子进行轰击，辐照进入半导体的电子与硅原子碰撞并产生间隙缺陷和空穴等基本缺陷。基本缺陷与硅原子或缺陷之间会相互作用，产生次级缺陷。这些缺陷都极不稳定，通过 200～ 300℃退火即会陆续完全消失。电子辐照主要形成氧空位、磷空位、双空位等缺陷，并相应的在硅禁带内形成各种深能级复合中心。电子辐射的特点是通过对电子注入剂量的调节能够精确的控制少子寿命，从而可以很好的协调器件诸电参数对少子寿命的不同要求，而且它可以在器件制造完成之后进行，使制作过程简单化、灵活化 [13] 。目前电子辐照能量选择在 0.5 ～15 MeV之间，此能量范围内的电子可完全贯穿器件，在整个器件内部形成分布均匀的感生缺陷。但是电子辐照感生的缺陷不稳定，在较低温度下就会退化消失，因此电子辐照制成的器件长期稳定性不好，耗尽区内的载流子寿命由深能级缺陷决定，所以，与扩铂器件相比，电子辐照制成的器件漏电流偏大，目前还没有被广泛应用。c. 局域寿命控制技术轻离子辐照作为目前唯一能够实现局域寿命可控的技术而受到广泛关注。所谓轻离子，主要是指 H轻离子辐照与电子辐照相似，都是利用辐照感生的缺陷作为复合中心来控制少子寿命。轻离子的质量较电子大，所以注入的射程较短。如图 1-2 所示，若轻离子的射程小于器件的轴向尺寸，就会在射程末端形成缺陷浓度比其他位置高得多的缺陷峰（即高浓度复合中心区） ，辐照表面与缺陷峰之间的缺陷密度只是缺陷峰处的 10%～ 20%，称为缺陷拖尾。缺陷峰的位置可通过辐照的能量来控制。与传统寿命控制技术相比， 轻离子辐照形成的缺陷峰的位置为器件性能的优化提供了新的设计自由度。除了辐照能量以外，辐照工艺的设计还包括准确地选定辐照剂量。然而，对器件仅进行一次轻离子辐照只能得到宽度固定的缺陷峰，因而不能形成任意的复合中心浓度分布。为了获得更大的设计自由度，可对器件进行多次辐照以形成任意的复合中心浓度分布。实验证明，多次轻离子辐照或轻离子与电子结合辐照均能得到比单次轻离子辐照更优的器件性能折衷 [14] 。但是，多次辐照结合使用的成本很高， 大大限制了其应用。 采用 n 型直拉单晶硅， 原始片厚约为 270± 5μ m， 直径 76mm。采用美国 Filmtronics 公司纸源 P60 在 1250oC 温度下进行磷预淀积，接着背面喷砂去除约 15μ m，再利用 B40 纸源在 1250oC 温度下进行硼淀积和磷推进，形成 P＋ N＋结构。铂源采用的是美国Filmtronics 公司铂液态源 Pt920 ，然后进行旋转涂覆。双面喷砂清洗后，分成若干组进行铂扩散试验。在不同温度不同时间条件下在专用石英管中进行扩散，以得到不同的 trr 。各组试验片扩铂后再进行台面腐蚀，低压化学气相淀积 (LPCVD)钝化，玻璃钝化，双面化学镀镍金形成欧姆接触等工序。最后将硅片切割成面积为 1.71mm2的正方形芯片进行测试。部分芯片封装成 DO-41 的形式以便进行 VF的测试以及可靠性测试。样品制备采用标准 GPP流程，工艺流程图如图 3-1 所示：图 3-1 铂扩散二极管工艺流程图铂扩散温度和时间对 trr 的影响本文选用铂液态源进行旋转涂覆，经过多次实验，得到了如图 3-3 所示三种电阻率样品的铂扩散温度与 trr 之间的关系曲线，实验中扩散时间设定为 60 分钟。图 3-3 不同电阻率样品 trr 与铂扩散温度关系从图 3-3 中可看出，扩散时间一定的条件下，随着铂扩散温度的升高，反向恢复时间 trr呈线性下降趋势，并且相同扩散温度条件下，电阻率越小的样品 trr 值越小。根据扩散理论可知，铂在硅中的扩散同时包括间隙式扩散和替位式扩散两种机制， 而这两种扩散机制的扩散系数均是温度的函数，温度越高，扩散系数越大。同时铂在硅中的固溶度随温度变化也比较剧烈，随着温度的升高，固溶度显著增大。所以，温度越高，扩入硅中的复合中心浓度越大，从而使 trr 越小。铂在硅中的固溶度除了受到温度的影响之外，还与衬底的导电类型，掺杂浓度以及晶体缺陷等因素密切相关。铂的固溶度随着本底掺杂浓度的增加而增大，在相同温度条件下，本底电阻率越小，铂的固溶度越大，从而 trr 越小图 3-4 所示的是扩散温度分别为为 930oC和 870oC 的条件下， 电阻率为 40Ω ?cm样品的 trr 与铂扩散时间之间的关系。从图中可看出，随着铂扩散时间的增加， trr 值逐渐减小。在 930oC 时， trr减小幅度不明显； 870oC 时， trr 减小幅度较大。说明在较高温度条件下，增加扩散时间对 trr 的改善不大，而在较低温度扩散条件下，调整扩散时间能够对 trr 产生较为明显的影响。由于铂的扩散系数和固溶度随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扩透整个硅片，达到接近饱和的浓度值， 所以再增加铂扩散时间对铂浓度的改善很小。 因此， 随着铂扩散时间的增加，trr 的改变不大。而铂扩散温度较低时的扩散系数较小，因此扩散时间越长，扩入硅中的铂浓度越大， trr 减小幅度较大。由于铂的扩散系数和固溶度随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扩透整个硅片，达到接近饱和的浓度值，所以再增加铂扩散时间对铂浓度的改善很小。因此，随着铂扩散时间的增加， trr 的改变不大。而铂扩散温度较低时的扩散系数较小，因此扩散时间越长，扩入硅中的铂浓度越大， trr 减小幅度较大。磷预淀积。目的是形成高浓度的 N+层，以便获得较好的欧姆接触，并在基区较短的情况下提高反向击穿电压。为了达到以上目的，要求扩入的磷具有尽可能高的表面浓度和深结。 本工艺采用纸源扩散， 纸源扩散属于恒定表面源扩散，杂质呈余误差函数分布 [41] 。扩散系数是温度和时间的函数，扩散温度越高，扩散时间越长，结越深而表面浓度也越高。本实验采用两步扩散预淀积后形成了 N+NN+结构 . 为了硼扩散能够在晶格完美、 电阻率均匀的 N型衬底上进行， 必须去掉一面的 N+层， 本实验在磷扩散后采用喷砂的方法去除约 15～ 20μ m的厚度。硼扩散及磷再分布。目的是形成 P+N结，推进磷淀积深度控制基区宽度，本实验中采用硼纸源进行扩散。在快恢复二极管中，高浓度的 N＋层是为了得到较好的欧姆接触，而高浓度的 P＋层是为了形成 PN结。 实际对快恢复二极管电特性影响较大的是基区的宽度， 所以在基区宽度达到要求的前提下，磷扩散深度和硼扩散深度可以灵活调整。总的原则是，尽量使磷的扩散深度较大一些，这样硼的深度可以相对减小一些，对改善挖槽后的碎片率有一定的好处。铂扩散。扩铂是快恢复二极管制造中最关键的工序。铂作为有效的复合中心控制少子寿命，因此铂扩散的浓度以及均匀性直接影响快恢复二极管的反向恢复时间特性。铂在硅中的扩散，一般认为是以间隙式- 替位分解扩散方式进行的，而这两种扩散机制的扩散系数均是温度的函数，即温度越高，扩散系数越大。同时铂在硅中的固溶度随温度变化也比较剧烈，随着温度的升高，固溶度显著增大 [42] 。所以，需要选择合适的扩散温度和时间来获得符合要求的 trr 。本文采用 Filmtronics 公司的铂源Pt920 用异丙醇稀释后涂覆在硅片表面进行扩散。扩散温度范围在 850～ 940℃之间。所得的 trr 值根据铂扩散温度和时间的不同而不同。 台面腐蚀。 目的是形成表面造型的正斜角从而提高击穿电压。为了要提高反向击穿电压，必须避免过早出现表面击穿。击穿电压是表面条件的灵敏函数，采用一种正斜角的结构能够使表面上的最大电场始终低于体内的最大电场。而且，对于所有的正倾斜角，电场强度的计算示出，从表面到体内的方向上，电场从表面的值单调地增加到体内的值，从而确保表面击穿始终后于体内击穿。因而，对于所有高压结都选择这一技术 [43] 。图 3-2 所示的是正斜角的结构图，图中 Xj 是 PN结反偏时的空间电荷区扩展宽度，当具有正斜角的结构时，斜面部分的空间电荷区为了保持电荷平衡而上翘，此时空间电荷区在表面的扩展宽度时 Xj1 。由于 Xj1 大于 Xj ，所以斜面处的电场强度小于体内，从而能够使体内击穿电压高于体表击穿电压。本工艺中采用湿法腐蚀的方法挖槽获得正斜角造型。实验证明，槽越深获得的反向击穿电压越大。实践中可以适当调整挖槽深度来改善反向击穿减压的大小。钝化保护。目的是保护挖槽后斜面上的 PN 结，增强器件对外来离子玷污的阻断能力， 控制和稳定半导体表面的电特性以及防止器件在使用时受到机械和化学的损伤。最常用的硅半导体器件表面的钝化层是二氧化硅膜。但二氧化硅膜是多孔性的结构，因而有它固有的缺点，即缺乏抗碱金属离子的迁移和防止水汽或者其他杂质（如铝，氧等）渗透的能力，往往使器件或电路性能变坏甚至失效。氮化硅膜相比二氧化硅具有针孔密度低、极硬耐磨、对可动离子（如 Na＋）有非常强的阻挡能力、疏水性强等优点 [44] 。但是作为在硅上直接生长的第一钝化层将导致较高且随时间而变化的电荷密度。从 C-V 特性曲线的分析表明，在 Si3N4-Si 表面存在大量的正电荷，它会对器件的 P型表面引起严重的反型。这种表面态对表面附近运送中的载流子可以起着陷阱或复合中心作用，从而使器件性能变坏，器件的增益降低，这就是 Si3N4 不能作作Si 上第一钝化层的原因 [45] 。 因此， 理想的方法是在氮化硅之下淀积一层其他物质的薄膜。 本文中采用 LPCVD系统进行氮化硅膜的淀积。钝化层淀积完毕之后进行玻璃钝化。钝化之后的器件表面漏电流大大减小，控制在 80 nA 以内；器件的耐高温特性强；可靠性较好，器件能够通过 150℃高温，长达 168 小时的高温反偏实验。 0000000000