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铂扩散工艺在硅快恢复二极管生产中得应用

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。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1.2V、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1.3V、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=1.0A,反向抽取电流IR=0.5A,反向恢复电流Irr=0.25A。2.1 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2.2 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

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