鉑擴散工藝在硅快恢復(fù)二極管生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、鉑擴散工藝在硅快恢復(fù)二極管生產(chǎn)中的應(yīng)用鉑擴散工藝在硅快恢復(fù)二極管生產(chǎn)中的應(yīng)用2012090108:36:28|分類：技術(shù)資料論述|標簽：|字號大中小訂閱鉑擴散工藝在硅快恢復(fù)二極管生產(chǎn)中的應(yīng)鉑擴散工藝在硅快恢復(fù)二極管生產(chǎn)中的應(yīng)用在硅快恢復(fù)二極管器件制造工藝中，鉑擴散的作用與金擴散一樣，起到在硅中添加復(fù)合中心的作用，其目的是減少硅PN結(jié)體內(nèi)的少數(shù)載流子壽命，縮短貯存時間，提高開關(guān)速度。由于金在硅中存在凝聚效應(yīng)。即金在硅中的原有溶解度隨工藝擴

2、散溫度的降低而下降。因為金原子在硅中擴散很快，隨著溫度的降低，過量的金或者擴散出硅片表面，或者一小團一小團地凝結(jié)在硅片內(nèi)部。凝聚成團的金原子其電性能不活潑，不能起復(fù)合中心的作用。實驗發(fā)現(xiàn)，鉑在硅中不存在凝聚效應(yīng)。因此，鉑擴散工藝廣泛地應(yīng)用于硅快恢復(fù)功率二極管器件制造中。實驗證明，合理的鉑擴散對提高硅二極管的恢復(fù)時間是十分有效的。此外，對于質(zhì)量不太好的硅單晶片來說，鉑擴散與金擴散一樣也有改善PN結(jié)反向特性的作用。同樣，鉑擴散也給硅二極管的

3、性能帶來一定的不利影響，例如致使PN結(jié)中輕摻雜區(qū)電阻率增大，引起PN結(jié)的正向壓降增大，加大了二極管的正向耗散功率等。目前，鉑擴散在硅快恢復(fù)、超快恢復(fù)和高效整流等功率二極管生產(chǎn)中被普遍采用。因此，鉑擴散工藝是當前硅半導(dǎo)體功率器件生產(chǎn)中的一道重要工藝。1、實驗過程采用n型直拉單晶硅片，原始硅片厚度2705μm，直徑76mm。試驗所用的硅片有三種，電阻率分別為：15Ωcm，30Ωcm，40Ωcm。硅片經(jīng)清洗后先進行磷預(yù)淀積擴散。磷源采用美國F

4、ilmtronics公司P60紙質(zhì)源，在每兩片硅片中間放一張磷源紙，將硅片排列整齊并壓緊在石英舟中。在潔凈的石英管內(nèi)，經(jīng)過1220℃高溫2小時左右，使磷原子擴散到硅片內(nèi)；接著噴砂去除未附磷紙那一面的擴散層，同時減薄硅片去除約15m；再在1250℃下進行26小時的硼擴散和磷再分布摻雜。磷源是在噴砂面涂覆一層溶有三氧化二硼和硝酸鋁的混合溶劑，烘烤后再次排放在石英舟中并壓緊進行硼擴散，形成PNN結(jié)構(gòu)；接著在擴散片的磷面進行旋轉(zhuǎn)涂敷鉑源，鉑源采

5、用的是Pt920液態(tài)源。鉑擴散試驗分成若干組進行，改變擴散溫度和時間，以獲得不同的Trr值（如：爐溫860℃980℃；時間：4560分鐘。對應(yīng)的恢復(fù)時間Trr：20035ns）需要指出的是，擴鉑片應(yīng)按不同硅片電阻率、正向壓降VF和恢復(fù)時間Trr適當確定原始硅片的厚度。一般為：電阻率1015Ωcm、正向壓降VF小于1V、恢復(fù)時間Trr小于50ns的原始硅片厚度選22010m；1530Ωcm、正向壓降VF小于1.2V、恢復(fù)時間Trr小于15

6、0ns的原始硅片厚度為25010m；3045Ωcm、正向壓降VF小于1.3V、恢復(fù)時間Trr小于200ns的原始硅片厚度為28010m；然后進行雙面化學鍍鎳金形成歐姆接觸等工序，最后將硅片切割成不同面積的正方形芯片進行測試。基本工藝流程如下：圖５不同溫度時Trr與擴散時間的關(guān)系2.３Trr的溫度特性Trr的溫度特性對快恢復(fù)二極管來說是非常重要的。因為通?？旎謴?fù)二極管工作的溫度范圍較寬，要求器件在不同的溫度環(huán)境下必須能夠正常工作，所以快恢

7、復(fù)二極管的Trr溫度特性將直接影響整個電路系統(tǒng)的工作頻率，這就要求快恢復(fù)二極管具有小的溫度系數(shù)。對三種不同電阻率的樣品，測量其Trr溫度特性曲線如圖６所示?？梢姡瑘D６不同電阻率樣品Trr的溫度特性Trr隨工作溫度的升高而增加。另外，小電阻率樣品的溫度特性優(yōu)于大電阻率樣品。這是由于隨著工作溫度的升高，復(fù)合中心俘獲的載流子易掙脫復(fù)合中心的束縛，復(fù)合中心的作用減弱，使Trr增加。小電阻率樣品的載流子屬怒較多，工作溫度升高時負荷中心釋放載流子的

8、概率相對小些，因此小電阻率樣品Trr的溫度特性比大電阻率樣品要好。2.４正向壓降VF的溫度特性實驗測量了正向電流為１Ａ情況下正向壓降VF隨溫度的變化情況，如圖７所示。由圖可見，VF隨溫度的升高而下降。正向壓降中與溫度關(guān)系較大的是結(jié)壓降Vj，在大注入時結(jié)壓降Vj與正向電流的關(guān)系如下：IF≈q（DPτp）（κTND）exp（EqκT）exp（qVjκT）式中：DP為空穴擴散系數(shù)；T為絕對溫度；ND為施主雜質(zhì)濃度；τp為空穴壽命；q為單位電荷