二极管生产工艺

生产实习

---专家讲座二极管的生产工艺

电子12-1

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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30Ω.㎝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。ρ=60~80Ω.㎝，电阻率分档60~70Ω㎝，VB=110ρ0.7，70~80Ω.㎝。无位错，位错密度≤500个/㎝2，视为无位错。少子寿命τP≥100μs，寿命高说明缺陷少，重金属杂质少。直径φ46~50，割φ40园。厚度0.36~0.38mm，精磨片。

主要工艺流程：硅片检查→硅片去砂去油→硅片微腐蚀→硅片抛光→闭管扩Ga、Al→氧化→一次光刻→磷扩散→真空烧结→蒸发Al→反刻铝→微合金→磨角、腐蚀→斜边保护→电照→封壳→高温储存→打印→产品测试→产品出厂检验→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（1000~4000w）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、Fe2O3）、硫化物（AlS）等作用，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=H[AuCl4]+NO↑+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≥8МΩ（25°C）。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：H2O：（NH4）Cr2O7：Cr2O3=10升：100克：300克，Cr2O3（三氧化二铬）——磨料，（NH4）Cr2O7（重铬酸铵）——氧化腐蚀剂。3Si+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，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0.6－0.8μm/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2～3μm/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、Ga 2O3、B2O3、BN片等。选用的施主杂质有POCl3、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，