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1、生产实习专家讲座二极管的生产工艺电子 12-11206040124二极管生产工艺流程1. 二极管简介N 型中照单晶，优点是缺陷少，电阻率均匀性好，断面电阻率均匀度一般在 5%以内，特别适合做大电流高电压器件，也适合做工作频率较高的器件。（相 比之下，直拉单晶（CZ）,因其含氧、碳量高，杂质补偿度高，电阻率均匀性差 （20%左右），主要用于拉制30Q.cm以下单晶，成本较低；区熔单晶（FZ）补 偿度低，氧、碳含量低，电阻率均匀性也较好（10%），但由于位错较多，质地 较脆，仅适宜做一般功率器件。P=6080Q.cm，电阻率分档6070Qcm，VB=110 P0.7, 7080Q.cm。无位错，位
2、错密度500个/cm 2,视为无位错。少子寿命 tP100 口 s,寿命高说明缺陷少，重金属杂质少。直径4650,割40园。 厚度0.360.38mm，精磨片。主要工艺流程：硅片检查f硅片去砂去油f硅片微腐蚀f硅片抛光f闭管扩 Ga、Alf氧化f 一次光刻f磷扩散f真空烧结f蒸发Alf反刻铝f微合金f磨 角、腐蚀f斜边保护f电照f封壳f高温储存f打印f产品测试f产品出厂检验 f包装入库。2. 工艺流程2.1硅片检查抽样检查硅片是否为N型，A针加热时，A点电子扩散到B点，A点电位高 于B点，检流计指针右偏，可判定硅片为N型，反之为P型。（或千分尺）检测 硅片厚度是否超标，并进行分档，最好用气动量
3、仪（非接触式）测量，可避免对 硅片表面造成损伤。用放大镜检查所有硅片是否有划痕、裂纹。用四探针检测电 阻率，并进行分档。2.2硅片清洗1、去砂，超声波（10004000w）水超16小时以上。2、去油，用有机溶剂超声去油，此步骤可不用。使用工号清洗液去油（同时也 有去金属离子功能）。用III号清洗液去油、蜡等有机物，效果非常好。配比为H2SO4： H2O2=1： 1 （体积比），去重金属离子一般用II号清洗液或王水。II号清洗液配比H2O： H2O2： HCl=8： 2： 1。H2O2为强氧化剂；HCl是强酸，可与活泼金属（Al、Zn）、金属氧 化物（CaO、Fe203）、硫化物（AlS）等作用
4、，予以溶解，HCl还兼有络合作用， 盐酸中的氯离子，可为Au3+、Pt+、Cu+、Ag+、Ni3+、Fe3+等提供内配位体， 形成可溶性水的络合物。王水，配比为HNO3： HCl=1： 3 （克分子比），体积比为 1：3.6。王水不但能溶解较活泼的金属和氧化物，而且还能溶解不活泼的 Au、 Pt 等几乎所有金属。Au+HNO3+4HCl=HAuCl4+NO t +2H2O，AuCl4氯金酸根，也是一种可溶于水的络离子。I、II、III号清洗液和王水处理硅片时，只 需煮开10分钟左右，然后用DI水（高纯水）冲净，最后再用DI水煮5遍，大 量DI水冲净。DI （高纯）水的电阻率8MQ（25 C）。
5、一般选用I、II、III号 清洗液依次进行清洗，或选用I号、王水、III号依次进行清洗。2.3硅片抛光抛光目的：获得光洁的硅片表面，以利获得均匀的高质量的SiO2层，便于 光刻开窗，同时可获得均匀的表面浓度、扩散结深。平坦的PN结是提高器件开 关特性的重要条件，也是获得雪崩电压特性的必要前提。1）机械抛光（氧化镁抛光）此方法，上世纪六、七十年代使用较普遍，现已淘汰，缺点是易产生划道， 生产效率也低。2）络离子抛光（属化学机械抛光）抛光液配比为：H20： （NH4） Cr207： Cr203=10 升：100 克：300 克，Cr2O3 （三氧化二铬） 磨料， （ NH4 ） Cr 2 O 7
6、（重铬酸铵） 氧化腐蚀剂。 3 S i +2 Cr2O7-2+16H+3 SiO2 +4 Cr+3+8H2O硅被氧化成SiO2，易被磨去。此法优点是 抛光速度较快；缺点是易损伤硅片表面，且易产生二次缺陷，两种抛光料对人体 也有一定损害。二十年前使用较普遍，现已基本淘汰。3）二氧化硅抛光（属化学机械抛光）抛光液为SiO2的悬浮液中加入少量NaOH，制成PH值为9 11的碱性胶体 溶液。可直接购买由专业厂家配制好的抛光液。NaOH对硅起腐蚀作用，SiO2 为磨料。主要反应是Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2，溶液中的Na2、SiO2在抛光 过程中起化学腐蚀作用，使硅片表面生成硅酸钠盐
7、，通过SiO2的胶体对硅片产 生机械摩擦，随之又被抛光液带走，实现去除表面损伤层的抛光作用。抛光布为 无纺布，用胶粘在下抛光盘上。4）化学抛光法抛光液配比：HNO3： HF： HAC （冰乙酸）=5： 2： 2腐蚀速度0.6 0.8口m/s, 因反应速度快，操作时，要不断晃动，使反应均匀，并要在排风罩下操作。生产 PK管时，有时可用此法作简易抛光，抛光液配比为：HNO3： HF： HAC=10： 1： 2， 腐蚀速度较慢约为23 口 m/min。提示：做快速和高频晶闸管时，一般先做抛光， 后做一扩（Ga、Al）。若扩后浓度稍稍偏高一点，可做二次抛光，加以调整；若 扩后浓度偏高较多，则采用化抛加
8、SiO2抛光法加以调整。2.4扩散1、扩散用杂质源的选择原则。（1）导电类型要合适若要得到P型扩散层，就应选择受主杂质，如Ga （镓）、B （硼）、Al （铝）等； 若要得到N型扩散层，应选择施主杂质，如P （磷）、Sb （锑）、As （砷）等。 我们选用的受主杂质通常有：纯Al、Al （NO3） 3、Si 一 Ga粉、Ga2O3、B2O3、 BN片等。选用的施主杂质有P0Cl3、PCl3、P2O5等。（2）要考虑杂质扩散系数D的大小在同样条件下，选用D大的杂质有利于提高生产效率；先扩散杂质的扩散系数D 要比后扩散杂质的D小。如在1250 C的扩散温度下，B、Ga的D比磷的D要小 一些，这样才
9、能做到后扩散杂质时，不明显改变先扩散杂质在硅中的分布。（3）扩散掩蔽问题是平面工艺中的一个关键问题。如用SiO2作掩蔽膜时,杂质在SiO2中的扩散系数应比在硅中的扩散系数小得多， 否则起不到掩蔽作用。Al、Ga、In （铟）在SiO2中的D SiO2都比其在Si中的 DSi大得多。故SiO2对Al、Ga起不到掩蔽作用。有的单位先做氧化后扩Ga、Al， 其道理即在于此，且这样做可能会阻止某些有害杂质的掺入，有利于提高一扩质 量。而P、As、Sb在SiO2中的D都比其在Si中的D小得多，如磷(P)仅为1/1000； B在SiO2中D也比其在Si中的D小得多，约为1/200 。故SiO2对P、B等可
10、起 到掩蔽作用，这就是掩蔽扩散的基本原理。(4) 应选择容易获得纯度高、有较高蒸气压，且使用期长的杂质源，如Ga源有 纯 Ga、Ga2O3； Al 源有纯(5 个 9 以上)Al、Al (NO3) 3； B 源有 B2O3、BN、硼 酸三甲脂；P源有P2O5、POCl3、PCl3等。(5) 杂质在硅中的固态溶解度要大于所需要的表面浓度，如Al在硅中的固溶度为5X10182X1019 cm-3 , Ga在硅中的固溶度为1X10185X1019 cm-3 , B在硅中的固溶度为1X10205X 1020 cm-3 , P在硅中的固溶度为5X 10203X1021 cm-3 。上述四种常用杂质在硅中
11、的固溶度均大于所需表面浓度。如要求Ga扩散的表面 浓度NS1为2X 10175 X 1018 cm-3, P扩散的表面浓度NS2为5X 10202 X 1021 cm-3。(6) 尽量选用毒性较小的杂质源如施主杂质尽量用P (磷)而不选用As (砷)因砷的毒性更大。要求扩散炉两 端必须配有良好的排风系统。2、扩散条件的选择原则 扩散条件包括杂质源、扩散温度和扩散时间。选择这些条件的总原则是：(1) 否到达结构参数及质量的要求。结构参数包括横向和纵向结构参数，横向 结构参数主要指阴极门极图形；纵向则主要指结深和浓度分布控制。(2) 是否易于控制，即均匀性和重复性是否好。(3) 对操作人员有无危害
12、。2.5氧化本工序主要是要在Si片表面生长SiO2层。二氧化硅在半导体器件生产中的 作用做杂质选择扩散的掩蔽膜，这是要介绍的主要内容；做器件表面的保护膜； 做器件斜边的钝化膜；氧化分为干氧氧化和湿氧氧化。干氧氧化的氧化层生长机理：高温下的氧分子与硅片表面的硅原子反应，生 成SiO2起始层，其反应式为Si+O2= SiO2，生长的SiO2起始层阻止了氧分子 (O2)与Si表面的直接接触，氧分子只有以扩散方式通过SiO2层，到达SiO2 Si 界面，才能与硅原子反应，生成新的 SiO2 层，使 SiO2 薄膜继续增厚。这 就是干氧氧化SiO2层生长速率较慢的主要原因。湿氧氧化既有氧分子的氧化作用，
13、又有水分子的氧化作用。水汽氧化的氧化 层生长机理：高温下水汽与Si片接触时，水分子与Si片表面的Si原子反应生 成SiO2起始层，其反应式为2H2O+Si=SiO2+2H2 f,此后，水分子与Si的反应 一般有两种过程：一种是水分子扩散过已生成的氧化层，在 SiSiO2 界面处与 硅原子反应使氧化层不断增厚；另一种是水分子先在SiO2表面生成硅烷醇(Si -OH),其反应式为H20+Si+0+Si-2 (Si-OH),生成的硅烷醇再扩散过SiO2层 到达Si-SiO2界面处与Si原子反应，使SiO2层继续增厚。由于存在两种氧化 过程，因此，水汽氧化的速率比较快。2.6光刻晶闸管的生产中一般要做
14、两次光刻：第一次是刻二氧化硅层，称为一次光刻； 第二次刻铝，称为反刻。这两次光刻的基本过程相同，只是工艺条件有一些差异， 所不同的是腐蚀方法不一样。光刻工艺是一种复印图像同化学腐蚀相结合的技术。它先采用照相复印的方 法，把光刻版上的图形精确地复印在涂有感光胶的二氧化硅层或金属蒸发层上， 然后利用光刻胶的保护作用，对二氧化硅或金属层进行选择性腐蚀，从而在二氧 化硅或金属层上得到与光刻版相应的图形（负胶）。光刻中经常出现的质量问题及其解决办法光刻中经常出现的质量问题有浮 胶、毛刺、钻蚀、针孔、小岛等。浮胶原因:A、硅片不干净，有油污，水汽等； 硅片在空气中放置过久；空气湿度大（3060%为宜）。B
15、、光刻胶存放时间太长 而变质；胶膜不均匀或太厚。C、前烘或坚膜时间不足或过度。D、曝光不足。E、 显影时间过长。腐蚀氧化层时产生的浮胶原因：A、坚膜不足。B、腐蚀液中氟化 铵偏少，腐蚀液活泼性太强。C、腐蚀液温度太高或太低。2.7合金烧结与微合金合金与烧结的目的是在金属与半导体之间形成所需的金半接触，金半接触一 般分为整流接触和非整流接触（欧姆接触）。所谓欧姆接触，就是指金半接触后 不存在整流效应，电压与电流的关系曲线符合欧姆定律。良好的欧姆接触应满足 如下条件： 电压与电流的关系曲线呈线性且对称； 接触电阻尽可能低； 有良好的沾润，能承受一定的机械力（既有一定的机械强度）。 在硅整流二极管和
16、晶闸管的制造中，阴极先蒸铝后做微合金的工艺就是制作欧姆 接触的；而阳极以铝为过渡层，烧结钼片（或钨片）也是制作欧姆接触的。整流接触是指金半接触后具有整流效应（即具有单向导电性）的接触，如 N+ P结。我们以前用合金一扩散法来制造晶闸管时，在P NP的一面P型层 上烧结Au Sb片来制作阴极，就是制作N+ P结（J3结，N+P结），从而实现整 流接触。2.8真空镀膜常用钨丝或钼舟做加热体，使被镀金属熔化并蒸发。钨（W）的熔化温度（3410 + 20） C,蒸发温度3309 C；钼（Mo）的熔化温度2617 C,蒸发温度2533 C。而一般镀膜材料的熔点和蒸发温度一定要低于W和Mo的熔点和蒸发温度，才
