二极管芯片扩散制程简介

二极管芯片扩散制程分绍

一、分类：

在扩散制程中，依照产品不同，在供货商无法细分类时，需选择合适之芯

片阻值及厚度，利用球型测量仪及四点探针将其分类后，方可扩散出合适

之电性。

二、清洗：（表面清洗）

1、清洗的目的是为了去除硅晶圆表面上的氧化层及杂质，包括重金

属如铁、铜、油污和尘埃等。不同制程之前，大多需经过一道或

几道的清洗，有些公司用酸类，将芯片表面减薄，即以HNO

3

（硝

酸）、CH

3

COOH（冰醋酸）、HF（氢氟酸）、以5：0：1的配比，有些公司则利用哈摩粉（HAEM-SOL）为清洗材料。

2、在此硝酸与硅芯片起反应生成二氧化硅之氧化硅（SIO

2

）再由氢氟酸将二氧化硅之氧化层去除，冰醋酸则可降低酸温之反应速

度。尿素则为缓冲用。

3、因此道工序使用的混合酸亦有将芯片表面之厚度蚀刻减薄之作

用，时间上控制及酸温相当重要，清洗后亦需抽测厚度是否属于

正常范围内。（亦可用氢氧化钾-KOH）

4、清洗后应即刻去做完磷扩，以避免芯片表面再度氧化及污染，未

及时进炉，则应置于氮氧柜内，在8小时内，应做完磷硼扩。

5、清洗所用的水为去离子水（D. I. WATER）12M奥姆-18M奥姆-CM

左右。

三、磷扩散（P）

1、将磷纸（主要成分为P

2O

5

和AL

2

O

3

）和N型基材（RAW. WAFER）之

硅芯片层层堆栈，紧密压重后以１２５００Ｃ之高温，４–１２ＨＲ不等（依产品）时间，磷即可掺入硅芯片表面成为负型硅（N-TYPE），二极管之Ｎ面即在此产生。（磷纸为Ｐ35或P70K）２、Ｎ型半导体中，其主要带电粒子为带负电的电子。纯粹的硅在室温不易导电，加入磷（Ｐ）或硼（Ｂ）取代硅的位置就会产生自由电子或自由电洞，加以偏压后就可轻易导电。

３、以ＲＧＰ为例，有的公司以磷ˊ硼一次扩散，并在扩散中加入氮气及氧化（４：１）或（５：１）并适当的抽风换气，因硅在扩散氧化时会产生一些缺陷，如空洞，这些缺陷会有助于掺质子硅扩散速度，另外由于驱入是利用原子的扩散，因此其方向是多方均等，甚至有可能从芯片基座向外扩散（OUT–DIFFUSION），通氧气可阻止掺质硅向外扩散。

四、磷扩后清洗：（分片）

１、磷扩后堆栈之芯片会紧密的粘在一起，扩散时间越久粘紧程度越严重，此工序乃利用氢氟酸（ＨＦ）与扩散间的杂质反应，逐渐

渗透到芯片之间，达到芯片分离及去除表面杂质之附着。（ＨＦ）

是强氧化的酸，可将磷扩后所形成的氧化层及磷纸中的含ＡＬ

２Ｏ

３

等杂质反应而分离之。达到芯片分离及去除表面杂质之附着。

２、磷扩之浸泡，一般需８Ｈ以上，泡开后再以纯水清洗干凈之，芯片表面可见明显之扩散花纹。

五、磷扩后吹砂（一次吹砂）

1、在磷扩后（Ｎ面），将会于Ｐ面边沿也附着一些磷源（ＣＲＯＳＳ

OVER），并有氧化层存在，将影响下一工序（硼扩）之质量，故需

利用吹砂或研磨之方式将其去除。

2、利用280#或400#、500#氧化铝砂（AL

2O

3

）于0.4-1KG/CM

2

之压

力下（依据产品不同，压力不同）可去除芯片表面氧化层，压力、

速度及砂材料在此工序中相当重要。

3、利用高速旋转的钻石磨头研磨方式，亦可达到去除芯片表面层

杂质的功能，且研磨方式所得到的芯片表面会较平滑，厚度控制

也较准确，但产能远比吹砂慢数倍，除特殊产品外，一般可以用

吹砂方式。

六、硼扩散：（B）

1、对芯片扩散制程而言，将三价元素硼（BORON.B）扩散入N型硅元

素，远比将五价元素磷扩散来的重要且时间长多了，故依不同产品

得到不同电压值，甚至VR值，则除了在芯片阻值选择（影响VR值，

两成正比）外，扩散时间(时间越长，VR值越低，VF值越低)及芯

片厚度三者之间密不可分，相互影响，故工程师对不同档次的产品，

对阻值选择、厚度选择、扩散时间均有一定之规定。

2、在1260℃高温下，将硼纸中的硼元素（五介元素，常用的硼化

合物是氮化硼(BORON NITRIDE BN) 扩散入硅片中，由于三价元

素和电子之间的填补作用，而称为电洞传导，亦使硅的导电性增

加而形成P形层。

七、砍砂后清洗：

1、由于吹砂后于芯片表面附着大量砂粉，甚至油污（高压空气内）

此道工序利用超声波及碱性清洁济，如哈摩液（HAEM-SOL）等，重

复多次的清洗，而达到去除表面层粒子之功能。

八、硼扩前清洗：

1、对芯片之PIV及VF而言，硼扩是相当重要的一个工序，吹砂和研

磨后所遗留于芯片表面的污染杂质及氧化物等，需在此工序以20％

之稀释氢氟酸浸泡约6分钟，再以超纯水清洗之，在水质大于8M

奥姆时，方可转至下一工序。

2、部分较重要之产品，甚至以RCA清洗制程清洗制程，即SCI（碱

（酸）洗）

洗）+SC

2

3、SCI→纯水+氨水+双氧水（5：1：1）90℃＊10分钟。

→纯水+盐酸+双氧水（5：1：1）90℃＊10分钟。

4、SC

2

5、SCI+ SC

可有效去除微粒子、金属、有机物等。

2

待续