整流二极管工艺问题

天狼晓月

整流二极管工艺问题
1. 损伤   磨片不可避免地产生10微米以上的损伤层；喷砂形成的损伤可能更大！这些损伤会导致硅片易碎，并会形成扩散沟道。对于较大的机械损伤，在腐蚀过程中非但消除不了，反而会更加扩大，使表面耐压大大下降。切割的损伤对芯片耐压的影响非常大。切割硅片表面的损伤层包括镶嵌层和应力层两部分，晶片表面是镶嵌层，下层为具有较严重损伤的损伤层和应力层。它们的厚度为15～25μm，这是对于整个切片平均值而言
2. 应力  来源：硅片之间的相互摩擦和挤压、金属镊子的夹取、硅片和石英舟的热失配、快速升降温导致的硅片边缘温度变化比中心快、腐蚀时产生的高温、重掺杂时原子直径的失配、芯片和极片的热膨胀系数不同……应力易导致硅片破碎和翘曲。
3. 金属杂质  重金属杂质会使少子寿命大大降低，它们在PN结内会引起较大的漏电流，严重的甚至使电压降为零。重金属多积于单晶尾部，可予以切除。另外在扩散后可以利用磷硅玻璃或硼硅玻璃于950— 1050 ℃进行1小时的吸收，但吸收对碱金属（钠、钾）和碱土金属（钙、镁）离子作用不大。
4. 磷扩散由于浓度很高，高温时会在硅中引起很大的位错，加上硅单晶本身的位错，会使磷沿着位错较大或较集中的地方扩进更深，空间电荷区展宽时易形成局部的穿通。所以磷扩散的浓度不宜太高。要防止磷硼扩散产生合金点导致基区宽度变窄。
5. 如雪崩击穿发生在PN结的某一小部分，则迅速增大的电流集中在这一区域，就会因热量集中而烧毁。这种破坏性的击穿称为热击穿，热击穿不可逆。这大多是因为PN结表面不平坦或有残余的机械损伤造成的。
6. 表面离子沾污    负电荷排斥电子吸引空穴，形成P型反型层沟道，因而使漏电流增大；而正电荷吸引电子排斥空穴，相当于表面电阻率降低，使表面空间电荷区变窄，在PN结表面形成低击穿。
7. 当PN结表面只有产生电流的影响时，波形仍然是雪崩击穿，VB基本不变。产生电流  I=qGXmS，S为PN结表面积。所以，腐蚀不充分，表面粗糙，有大量的复合中心，使表面漏电流较大。
8. 扩散前后的清洁处理和扩散系统本身的清洁度对电压有较大的影响！软特性跟有害杂质进入体内有关，因此要避免各种沾污。
9. 结深的控制：A  击穿电压要求基区要超过最大空间电荷区的宽度；深结易制造高压器件B  电流容量的要求，VF不能超标  C  开关速度的要求。基区越宽，速度越慢。
10. 少子寿命下降  主要影响来自形成强复合中心的重金属杂质（铜、铁、镍、铅、锌等）。除了硅片本身外，工艺操作、化学试剂和器皿都会带来重金属杂质。另外扩散炉管壁也是一个重要的，有时甚至是最主要的来源。管壁中还有大量的碱金属、碱土金属和一些过度性稀土元素，它们能穿透石英管壁，从石英结晶间隙中进入管内，不仅污染硅片，而且瓦解石英管（从透明转为发白、发酥、剥落！）
11. 室温时表面最大场强位于低浓度的N 区，而到了80℃表面最大场强则转移到N+～N 交界附近。因此，这种器件虽然室温时表现为漂亮的雪崩电离击穿，但到了高温，其击穿电压就开始下降。这是典型的表面击穿特征。
12.漏电流是表征高压器件的另一个重要参数。室温软特性的器件，其高温特性肯定不好。只有室温呈雪崩击穿特性的器件，高温特性才可能好，但也未必。有些器件在室温甚至直到80℃仍是硬特性，但一到高温（二极管为150℃），就变成软特性，致使稳定性和可靠性不高。这分为两种情况：A.室温是硬特性，但起始电流大，即扩散电流大，即通常所说的“靠背椅”。其常见的一种原因是
保护材料固化不透，高密度的表面负电荷感应出了表面沟道，形成大的起始电流。在改进固化工艺，消除沟道后即可消除此现象。 B. 室温也是硬特性，但产生电流大，即漏电流随电压升高而快速上升。其原因是由于切割或者研磨造成的表面损伤层有重金属沾污，存在至少两个杂质能级，提高了提高了复合几率引起的。采用深腐蚀工艺去净损伤层及沾污并杜绝表面沾污后即可以降低这种大的表面漏电流。
表面离子沾污    负电荷排斥电子吸引空穴，形成P型反型层沟道，因而使漏电流增大；而正电荷吸引电子排斥空穴，相当于表面电阻率降低，使表面空间电荷区变窄，在PN结表面形成低击穿。
当PN结表面只有产生电流的影响时，波形仍然是雪崩击穿，VB基本不变。产生电流正比与PN结表面积。所以，腐蚀不充分，表面粗糙，有大量的复合中心，使表面漏电流较大。
腐蚀（酸洗）的目的一是去除晶粒台面的各种沾污，如助焊剂、灰尘颗粒、金属原子或离子……方法是用强氧化性的酸使之生成可溶物而溶解。
二是去除因切割、裂片对晶粒表面造成的损伤（这层损伤层可能厚达50~100微米），并且形成平坦光滑的表面。平坦光滑的表面有助于漏电流的减小并可防止局部强电场的生成。局部强电场易导致在击穿前漏电流开始随电压上升，形成圆角或靠背椅子（沟道击穿）。
三是使多边形（正方形、矩形、六角形）的棱角钝化，甚至使它们变圆，因为棱角处的化学反应会更快一些。钝化的棱角可以降低p-n结在反向工作时的棱角电场，提高二极管的击穿电压。对于圆形的晶粒，就不存在这样的要求。
确定的电阻率，扩散浓度及结深即有一个对应的理想击穿电压BVpp(假设为平面结）。为提高器件耐压，必须使p-n结表面能达到或接近p-n结体击穿电压，这需要解决两个问题：其一 必须使p-n结表面的沾污和单晶的结构缺陷得以消除并使表面得到有效的绝缘保护，其二 必须使p-n结表面有个合理的形状以使p-n结表面电场不高于或接近于体内电场强度。
对于台面斜角造型，由于电中性原理，空间电荷区在p-n结表面处必然弯曲。正斜角（对普通的P+N型二极管来说，就是N面面积小，P面面积大，负斜角则相反）对耗尽区展宽有利，而负斜角只有很小的角度（3°~ 6°）才能达到令人满意的效果。负斜角的最大场强在高浓度一侧，正斜角的最大场强在低浓度一侧。
如雪崩击穿发生在PN结的一极小部分，则迅速增大的电流集中在这一区域，就会因热量集中而烧毁。这种破坏性的击穿称为热击穿，热击穿不可逆。这大多是因为PN结表面不平坦或有残余的机械损伤造成的。