石英器件扩散工艺操作步骤和参数设置

1.扩散要求 扩散工艺要求扩散后，硅片具有下列形态：

1）表面呈咖啡色，颜色均匀。

2）表面清洁，无染色。

3）无裂痕、崩边、缺角。

4）薄层电阻在40～50Ω/□之间，单片方块电阻控制在±3Ω/□以内。

5）p-n结深0.2～0.4μm。

2.扩散前准备工作

（1）主要原料及设备

1）主要原料。如表7-7。

表7-7主要原料及其要求

注：N为英文nine（9）的第一个字母。纯度一般按多少个9来表示，例如6N，即6个9，表示纯度为99.9999%。

2）设备。有扩散炉、超净台、石英棒、石英舟、石英板、搪瓷盘、电阻率仪、四探针测试仪等设备。

（2）石英器件清洗

1）擦拭。未使用过的石英器件，首先用丙酮棉球擦拭一遍，再用酒精棉球擦拭一遍。

2）酸浸泡。戴上口罩，把石英器件放入配有氢氟酸溶液（1∶25的氢氟酸和纯水）的清洗槽中；打开氮气进气阀，让溶液轻度鼓泡，持续15min；然后关闭氮气进气阀，并把槽中的水抽到另一槽中。

3）纯水清洗。打开纯水阀，让纯水完全淹没石英器件；再关闭纯水阀，打开氮气进气阀，让溶液轻度鼓泡，持续6min；排水，充氮气，再打开纯水阀，让纯水完全淹没石英器件；重复纯水清洗过程，多次循环。用纯水清洗后，用电阻率仪测量清洗后水的电阻率，直到清洗后水的电阻率﹥2MΩ·cm为止。

4）取出。戴上橡胶手套，取出石英器件，送至扩散室。

（3）安装液态POCl₃源瓶。这是一个重要、细致、有危险性的工作，要谨慎操作，要穿戴好防护用具（橡胶手套、口罩）。

1）安放源瓶。在扩散室，小心取出源瓶，确定进气管和出气管，进气管为长管子。将源瓶放入恒温槽，槽内有纯水，纯水量为槽容积的2/3，用纯水控制温度。

2）连接。连接好大氮、小氮、氧气管道，连接处都要缠生料带，防止漏源。此处的大氮、小氮是指流量大小不同的两根氮气管道。

3）小氮调试。液态POCl₃汽化后靠氮气带入。把小氮流量设为500mL/min，轻微拧开源瓶出气阀，手可感到气泡引起的振动，慢慢拧到全开。

4）打开大氮，检查无漏源、小氮流量与设定值一致后，关闭小氮，打开大氮阀门，大氮流量设为24000～26000mL/min。

3.开机 打开扩散炉电源，启动扩散控制程序，在手动操作下缓慢升温。

4.石英管进炉

（1）安装石英管、碳化硅浆，将石英舟放到浆上，送入炉内。

（2）在160℃下保温5h，然后在420℃下保温2h，重复三次。

5.装片

（1）从传递窗取出硅片，注意观察硅片是否甩干。

（2）用真空吸笔将硅片从花篮里取出，插入石英舟内，一槽插两片，背对背，即两片非扩散面紧靠在一起。真空吸笔的吸力调到刚好能吸住硅片即可。插片时头不可伸入超净工作台内。

（3）核对数量，填写流程卡。(www.xing528.com)

（4）用石英舟叉将石英舟小心装入碳化硅桨上。

6.扩散

（1）设定扩散工艺参数。表7-8列出扩散工艺参数。

表7-8扩散工艺参数

（2）按“运行”键，开始扩散。图7-14示出扩散。

7.取舟

（1）程序运行完毕后，单击返回按钮，退回手动操作状态，打开炉门，悬臂桨自动将石英舟从扩散炉的石英管中取出。

图7-14 扩散

（2）用石英舟叉将石英舟从碳化硅桨上取下，放入搪瓷盘中，揣到净化工作台上。

（3）将下一批待扩散硅片装入扩散炉。

8.取片　用石英吸笔将硅片从石英槽内取出，放入垫了滤纸的搪瓷盘内，扩散面朝下。

9.检测

（1）用吸笔均匀取出5片硅片，待测方块电阻。

（2）用方块电阻测试仪检测。图7-15示出方块电阻仪。打开测试仪电源，预热，使“R□”、“I”、“EXCH.1”的显示灯亮。

（3）将硅片放置于测试台白线内，使针头平压在硅片上，确认四探针保持水平。

（4）将电流值调整到4.67A后，将“I”指示灯切换成“R□/P”状态。隔2h校准电流一次。

图7-15 方块电阻测试仪

（5）将读数值记录于表格中，取出硅片。

（6）记下不合格硅片数量和在炉中所处位置，将超范围硅片作返工处理，并对所处炉中的位置温度进行调整，确保方块电阻控制在所要求范围。

10.后续管理工作

（1）将合格硅片装入纸盒中。

（2）清点合格片数量，填写流程卡。

（3）将硅片和流程卡一起放入扩散传递窗出口。

11.扩散炉保温和关机

（1）暂无生产任务时，扩散炉应处于保温状态，保温温度设定为400℃。

（2）长期不用或维修时“关机”。

12.石英管的拆洗 石英管长期工作在扩散气体及高温中，工作环境恶劣，易沾染各种物质，隔一段时间就应将其拆卸下来清洗。用HF稀释浸泡，纯水漂洗，吹干，放入纸盒中备用。