扩散工艺常见质量问题及分析

稳压二极管稳压值决定于扩散区的浓度,尤其是P+区或基区的浓度。一般只需调整P+或基区的薄层电阻即可调整稳压值。
摩尔光伏     2017-3-21 10:41:36

扩散工艺常见质量问题有硅片表面不良、漏电流大、薄层电阻偏差及器件特性异常等。

  一、硅片表面不良
  1.表面合金点
  形成表面合金点的主要原因是表面浓度过高。通常是由下述原因引起的。

  (1)预淀积时携带源的气体流量过大。如预淀积时源的浓度过高,液态源通的气体流量过大或在通气时发生气体流量过冲。
  (2)源温度过高,使扩散源的蒸汽压过大。
  (3)源的纯度不高,含有杂质或水分。
  (4)预淀积时扩散温度过高,时间太长。
  为了改善高浓度扩散的表面,常在浓度较高的预淀积气氛中加一点氯气,防止合金点产生。

  2.表面黑点或白雾
  这是扩散工艺中经常出现的问题。一般在显微镜下观察是密布的小黑点,在聚光灯下看是或浓或淡的白雾。产生的原因主要有以下几种:

  (1)硅片表面清晰不良,有残留的酸性水汽。
  (2)纯水或化学试剂过滤孔径过大,使纯水或化学试剂中含有大量的悬浮小颗粒(肉眼观察不出)。
  (3)预淀积气体中含有水分。
  (4)扩散N2中含有水分。
  (5)硅片在扩散前暴露在空气中时间过长,表面吸附酸性气体。

  3.表面凸起物
  主要是由较大粒径的颗粒污染经过高温处理后形成的。如灰尘、头屑、纤维等落在硅片表面;或石英管内的粉尘、硅屑等在进、出溅到硅片表面。表面凸起物一般在日光灯下用肉眼可以看到。

  4.表面氧化层颜色不一致
  通常是预淀积时氧化层厚度不均匀,有时也可能是扩散时气体管路泄露引起气流紊乱或气体含有杂质,使扩散过程中生长的氧化层不均匀,造成氧化层表面发花。

  5.硅片表面滑移线或硅片弯曲
  这是由硅片在高温下的热效应引起的。一般是由于进、出舟速度过快,硅片间隔太小或石英舟开槽不合适等引起的。

  6.硅片表面划伤、边缘缺损或硅片开裂
  通常是由于操作不当造成的,也有石英舟制作不良的因素,放片子的槽不在同一平面上或槽开得太窄、卡片子等。

  二、漏电流大
  漏电流大在器件失效的诸因素中通常占据首位。造成器件漏电流大的原因涉及所有的工序。主要有以下几方面。

  1.表面沾污(主要是重金属离子和碱金属离子)引起的表面漏电。

  2.Si-SiO2界面的正电荷,如钠离子、氧空位及截面态等引起的表面沟道效应,在P型区形成反型层或耗尽层,造成漏电流偏大。

  3.氧化层的缺陷(如针孔等)破坏了氧化层在杂质扩散时的掩蔽作用和氧化层在电路中饿绝缘作用而导致漏电。

  4.硅片(包括外延层)的缺陷引起杂质扩散时产生管道穿通击穿。

  5.隔离扩散深度和浓度不够,造成隔离岛间漏电流大(严重时为穿通)。

  6.基区扩散前有残留氧化膜或基区扩散浓度偏低,在发射区扩散后表现为基区宽度小,集电极一发射极间反向击穿电压低,漏电流大。

  7.发射区扩散表面浓度太低,引起表面复合电流。

  8.引线孔光刻掩模套偏和侧向腐蚀量过大后,由铝布线引起的短路漏电流。

  9.铝合金温度过高或时间过长,引起线结器件发射结穿通。

  减少或控制漏电流,需要在整个制造过程中全面、综合地严格工艺管理,防止有可能导致漏电的各个因素的产生。

  三、薄层电阻偏差
  薄层电阻偏差超规范是扩散工艺常见的质量问题,造成薄层电阻偏差的主要因素有以下几方面。

  1.扩散炉温失控或不稳定。

  2.预淀积时气体流量不稳定或温度不稳定。

  3.预淀积或在扩散时气体管路泄露或气体含有杂质。

  4.光刻腐蚀后有残留氧化膜或在清洗过程中产生较厚的自然氧化膜(大于2nm)阻碍了杂质扩散。

  5.预淀积或再扩散过程中设备的故障、误动作或操作人员的操作不当。

  四、器件特性异常
  器件特性异常主要是指在发射区再哭和合金后,检测器件的击穿电压异常,hFE不和规范,小电流下测的hFE过低,稳压二极管稳压值不和规范,电阻呈非线性等。

  1.击穿电压异常
  击穿电压异常一般有低压击穿、分段击穿、软击穿、二次击穿和击穿电压蠕变等。

  (1)表面漏电大,可引起软击穿、分段击穿、击穿电压蠕变等异常现象。
  (2)有缺陷造成的扩散杂质管道穿通和隔离扩散深度不够,会产生分段击穿。
  (3)由于基区宽度太窄或发射区扩散后造成发射极和集电极短路,谁是击穿电压降低,甚至为零。造成这种现象的工艺原因是基区扩散浓度过低或发射区扩散结深,发射区再扩散时hFE调整过大也会使击穿电压降低。
  (4)Si-SiO2界面电荷密度高,尤其是可动离子密度过高,常常会引起击穿电压的不稳定,造成击穿电压的蠕变。有时测试试片表面处理不好也会发现击穿电压蠕变现象。

  2.hFE异常
  (1)基区扩散异常,基区扩散浓度过低(薄层电阻大)会使hFE过大,基区扩散浓度过高会使hFE过小。基区扩散不均匀会使发射区再扩散后hFE不均匀。
  (2)发射区光刻腐蚀后有残留氧化膜,使发射区预淀积杂质的扩散受到阻挡,hFE很难调大。
  (3)发射区预淀积浓度异常,是hFE很难调整。
  (4)发射区再扩散时间偏短,则hFE偏低,发射区再扩散时间偏长则hFE偏大。一般因时间控制不当很容易造成扩散过头的现象,使hFE偏大。
  (5)表面漏电或可动离子密度过高,会使小电流hFE偏小。提高小电流hFE的方法通常是采取H2合金。

  3.稳压二极管稳压值异常
  稳压二极管稳压值决定于扩散区的浓度,尤其是P+区或基区的浓度。一般只需调整P+或基区的薄层电阻即可调整稳压值。

  4.电阻呈非线性
  电阻呈非线性主要是由于铝引线的接触不良引起的,通常的工艺原因是引线孔刻蚀不净,有残膜(氧化膜或残胶等)。

 


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