新編半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)和半導(dǎo)體器件工藝模板

年4月19日新編半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)和半導(dǎo)體器件工藝模板資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)和半導(dǎo)體器件工藝第一章半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

一般物質(zhì)根據(jù)其導(dǎo)電性能不同可分成三類。第一類爲(wèi)導(dǎo)體,它能夠很好的傳導(dǎo)電流,如:金屬類,銅、銀、鋁、金等;電解液類:NaCl水溶液,血液,普通水等以及其它一些物體。第二類爲(wèi)絕緣體,電流不能通過(guò),如橡膠、玻璃、陶瓷、木板等。第三類爲(wèi)半導(dǎo)體,其導(dǎo)電能力介於導(dǎo)體和絕緣體之間,如四族元素Ge鍺、Si矽等,三、五族元素的化合物GaAs砷化鎵等,二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。

物體的導(dǎo)電能力能夠用電阻率來(lái)表示。電阻率定義爲(wèi)長(zhǎng)1釐米、截面積爲(wèi)1平方釐米的物質(zhì)的電阻值,單位爲(wèi)歐姆*釐米。電阻率越小說(shuō)明該物質(zhì)的導(dǎo)電性能越好。一般導(dǎo)體的電阻率在10-4歐姆*釐米以下,絕緣體的電阻率在109歐姆*釐米以上。

半導(dǎo)體的性質(zhì)既不象一般的導(dǎo)體,也不同于普通的絕緣體,同時(shí)也不僅僅由於它的導(dǎo)電能力介於導(dǎo)體和絕緣體之間,而是由於半導(dǎo)體具有以下的特殊性質(zhì):

(1)溫度的變化能顯著的改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。當(dāng)溫度升高時(shí),電阻率會(huì)降低。比如Si在200℃時(shí)電阻率比室溫時(shí)的電阻率低幾千倍。能夠利用半導(dǎo)體的這個(gè)特性製成自動(dòng)控制用的熱敏元件(如熱敏電阻等),可是由於半導(dǎo)體的這一特性,容易引起熱不穩(wěn)定性,在製作半導(dǎo)體器件時(shí)需要考慮器件自身産生的熱量,需要考慮器件使用環(huán)境的溫度等,考慮如何散熱,否則將導(dǎo)致器件失效、報(bào)廢。

(2)半導(dǎo)體在受到外界光照的作用是導(dǎo)電能力大大提高。如硫化鎘受到光照後導(dǎo)電能力可提高幾十到幾百倍,利用這一特點(diǎn),可製成光敏三極管、光敏電阻等。

(3)在純淨(jìng)的半導(dǎo)體中加入微量(千萬(wàn)分之一)的其它元素(這個(gè)過(guò)程我們稱爲(wèi)摻雜),可使她的導(dǎo)電能力提高百萬(wàn)倍。這是半導(dǎo)體的最初的特徵。例如在原子密度爲(wèi)5*1022/cm3的矽中摻進(jìn)大約5X1015/cm3磷原子,比例爲(wèi)10-7(即千萬(wàn)分之一),矽的導(dǎo)電能力提高了幾十萬(wàn)倍。

物質(zhì)是由原子構(gòu)成的,而原子是由原子核和圍繞它運(yùn)動(dòng)的電子組成的。電子很輕、很小,帶負(fù)電,在一定的軌道上運(yùn)轉(zhuǎn);原子核帶正電,電荷量與電子的總電荷量相同,兩者相互吸引。當(dāng)原子的外層電子缺少後,整個(gè)原子呈現(xiàn)正電,缺少電子的地方産生一個(gè)空位,帶正電,成爲(wèi)電洞。物體導(dǎo)電一般是由電子和電洞導(dǎo)電。

前面提到摻雜其它元素能改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力,而參與導(dǎo)電的又分爲(wèi)電子和電洞,這樣摻雜的元素(即雜質(zhì))可分爲(wèi)兩種:施主雜質(zhì)與受主雜質(zhì)。

將施主雜質(zhì)加到矽半導(dǎo)體中後,她與鄰近的4個(gè)矽原子作用,産生許多自由電子參與導(dǎo)電,而雜質(zhì)本身失去電子形成正離子,但不是電洞,不能接受電子。這時(shí)的半導(dǎo)體叫N型半導(dǎo)體。施主雜質(zhì)主要爲(wèi)五族元素:銻、磷、砷等。

將施主雜質(zhì)加到半導(dǎo)體中後,她與鄰近的4個(gè)矽原子作用,産生許多電洞參與導(dǎo)電,這時(shí)的半導(dǎo)體叫p型半導(dǎo)體。受主雜質(zhì)主要爲(wèi)三族元素:鋁、鎵、銦、硼等。

電洞和電子都是載子,在相同大小的電場(chǎng)作用下,電子導(dǎo)電的速度比電洞快。電洞和電子運(yùn)動(dòng)速度的大小用遷移率來(lái)表示,遷移率愈大,截流子運(yùn)動(dòng)速度愈快。\

假如把一些電洞注入到一塊N型半導(dǎo)體中,N型就多出一部分少數(shù)載子――電洞,但由於N型半導(dǎo)體中有大量的電子存在,當(dāng)電洞和電子碰在一起時(shí),會(huì)發(fā)生作用,正負(fù)電中和,這種現(xiàn)象稱爲(wèi)複合。

單個(gè)N型半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體是沒有什麼用途的。但使一塊完整的半導(dǎo)體的一部分是N型,另一部分爲(wèi)P型,並在兩端加上電壓,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)有很奇怪的現(xiàn)象。如果將P型半導(dǎo)體接電源的正極,N型半導(dǎo)體接電源的負(fù)極,然後緩慢地加電壓。當(dāng)電壓很小時(shí),一般小於0.7V時(shí)基本沒有電流流過(guò),但大於0.7V以後,隨電壓的增加電流增加很快,當(dāng)電壓增加到一定值後電流幾乎就不變化了。這樣的連接方法爲(wèi)正向連接,所加的電壓稱爲(wèi)正向電壓。將N型半導(dǎo)體接電源的正極,P型半導(dǎo)體接電源的負(fù)極,當(dāng)電壓逐漸增大時(shí),電流開始會(huì)有少量的增加,但達(dá)到一定值後電流就保持不變,並且電流值很小,這個(gè)電流叫反向飽和電流、反向漏電流。當(dāng)電壓繼續(xù)加到一定程度時(shí),電流會(huì)迅速增加,這時(shí)的電壓稱爲(wèi)反向擊穿電壓。這是由於載子(電子和電洞)的擴(kuò)散作用,在P型和N型半導(dǎo)體的交界面附近,由於電子和電洞的擴(kuò)散形成了一個(gè)薄層(阻擋層),這個(gè)薄層稱作PN接面。在沒有外加電壓時(shí),PN接面本身建立起一個(gè)電場(chǎng),電場(chǎng)的方向是由N區(qū)指向P區(qū),從而阻止了電子和電洞的繼續(xù)擴(kuò)散。當(dāng)外加正電壓時(shí),削弱了原來(lái)存在於PN接面中的電場(chǎng),在外加電場(chǎng)的作用下,N

區(qū)的電子不斷地走向P區(qū),P區(qū)的電洞不斷地走向N區(qū),使電流流通。當(dāng)外加反向電壓時(shí),加強(qiáng)了電場(chǎng)阻止電子和電洞流通的作用,因此電流很難通過(guò)。這就是PN接面的單向?qū)щ娦浴０雽?dǎo)體二極體是由一個(gè)PN接面組成,而三極管由兩個(gè)PN接面組成:射極接面和集極接面。這兩個(gè)接面把電晶體分成三個(gè)區(qū)域:發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。由於這三個(gè)區(qū)域的電類型不同,又可分爲(wèi)PNP電晶體和NPN電晶體。PNP電晶體和NPN電晶體雖然形式不同,但工作原理是一樣的,都能夠用PN接面論來(lái)說(shuō)明。第二章

半導(dǎo)體器件和工藝

第一節(jié)半導(dǎo)體器件的發(fā)展過(guò)程

1947年發(fā)明了電晶體,有了最簡(jiǎn)單的點(diǎn)接觸電晶體和接面型電晶體。五十年代初期才開始出現(xiàn)市售的電晶體産品。在1959年世界上第一塊積體電路問(wèn)世,由於當(dāng)時(shí)工藝手段的缺乏,例如採(cǎi)用化學(xué)方法選擇的腐蝕臺(tái)面、蒸發(fā)時(shí)採(cǎi)用金屬掩模板來(lái)形成引線,使得線寬限制在100um左右,集成度很低。在1961年出現(xiàn)了矽平面工藝後,利用氧化、擴(kuò)散、光刻、外延、蒸發(fā)等平面工藝,在一塊矽片上集成多個(gè)元件,因而誕生了平面型積體電路。六十年代初,實(shí)現(xiàn)了平面積體電路的商品化,這時(shí)的積體電路是由二極體、三極管和電阻互連所組成的簡(jiǎn)單邏輯門電路。隨後在1964年出現(xiàn)MOS積體電路,從此雙極型和MOS型積體電路並行發(fā)展,積體電路也由最初的小規(guī)模積體電路發(fā)展到中規(guī)模集成、大規(guī)模集成甚至於超大型積體電路。

第二節(jié)半導(dǎo)體器件的分類

大多數(shù)半導(dǎo)體器件能夠分成四組:雙極器件、單極器件、微波器件和光子器件。

雙極器件可分成PN接面二極體、雙極電晶體即三極管、晶體閘流管(又稱晶閘管、可控硅)。單極器件可分成接面型場(chǎng)效應(yīng)電晶體(JFET)、金屬—半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)電晶體(MESFET)、MIS、金屬—氧化物—半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)電晶體(MOSFET)。

微波器件和光子器件各方面要求比較高,生産比較困難。當(dāng)前本公司主要生産雙極器件(三極管和積體電路),另外還有少量的單極器件(場(chǎng)效應(yīng)電晶體)和可控硅、芯片等。

第三節(jié)半導(dǎo)體器件生産工藝概述

半導(dǎo)體器件製造技術(shù)是一門新興的電子工業(yè)技術(shù),它是發(fā)展電子電腦、宇航、通訊、工業(yè)自動(dòng)化和家用電器等電子技術(shù)的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展是與半導(dǎo)體器件的發(fā)展緊密相連的。如用合金技術(shù)製成的合金管,然後又相繼出現(xiàn)了合金擴(kuò)散管、臺(tái)面管等。1960年左右矽平面工藝和外延技術(shù)的誕生,半導(dǎo)體器件的製造工藝獲得了重大突破,使得半導(dǎo)體器件向微型化、低功耗和高可靠性方向發(fā)展。

平面電晶體具有許多優(yōu)點(diǎn):

(一)由于平面管在整個(gè)製造過(guò)程中硅片表面及最後的管芯表面都覆蓋有一層二氧化矽薄膜。使P—N結(jié)面始終不直接裸露在外面,因此一方面可減少生産過(guò)程中受到污染,同時(shí)也可避免在管子製成後環(huán)境中水汽、各種離子和氣體分子對(duì)P—N接面狀態(tài)的影響,從而有效地提高了平面管的可靠性和穩(wěn)定性。

(二)提高了電晶體的參數(shù)性能,主要是三項(xiàng):1.噪音低。電晶體的低頻噪音與接面狀態(tài)關(guān)係非常密切,而平面管P—N結(jié)面有二氧化矽保護(hù),表面非常穩(wěn)定,因此比其它類型的電晶體都要小。2.反向電流特別小。由於二氧化矽的保護(hù),使接面比較潔淨(jìng),因此表面漏電流非常小,使得反向電流特別小。3.高頻大功率特性好。通過(guò)光刻和選擇擴(kuò)散能夠得到電極圖形十分精致複雜的電晶體,使電晶體的高頻大功率性能有了很大的提高。

(三)特別適合於大量的成批生産且參數(shù)一致性好。平面管管芯是用選擇擴(kuò)散、蒸發(fā)電極等工藝製成,在矽片上可同時(shí)生産許多管芯,而且平面工藝比較穩(wěn)定,重復(fù)性好,因此一致性也比其它類型的電晶體好。第四節(jié)矽外延平面管製造工藝

以NPN管爲(wèi)例矽外延平面管的結(jié)構(gòu)如圖其主要工藝流程如下所示:(1)切、磨、拋襯底(2)外延(3)一次氧化(4)基區(qū)光刻(5)硼擴(kuò)散/硼注入、退火(6)發(fā)射區(qū)光刻(7)磷擴(kuò)散(磷再擴(kuò))(8)低氧(9)刻引線孔(10)蒸鋁(11)鋁反刻(12)合金化

(13)CVD(14)壓點(diǎn)光刻(15)烘焙(16)機(jī)減(17)拋光(18)蒸金(19)金合金(20)中測(cè)。

下面對(duì)上述各工序進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。

(1)切、磨、拋:根據(jù)管子的性能選擇相應(yīng)的單晶矽,按要求的厚度沿(111)面進(jìn)行切割,然後用金剛砂進(jìn)行研磨,最後用拋光粉進(jìn)行拋光,使表面光亮,無(wú)傷痕。

(2)外延:在低電阻率的矽片上外延生長(zhǎng)一層電阻率較高的矽單晶,這樣高電阻率的外延層可提高集電極的擊穿電壓,低電阻率的襯底矽片可降低集電極的串聯(lián)電阻,減少飽和壓降。

(3)一次氧化(基區(qū)氧化):將矽片放在高溫爐中進(jìn)行氧化使表面生長(zhǎng)一層一定厚度的二氧化矽薄膜。

(4)一次光刻(基區(qū)光刻):在二氧化矽層上,按器件要求的基區(qū)圖形刻出視窗,使雜質(zhì)只能通過(guò)此視窗進(jìn)入矽片,而不能進(jìn)入有二氧化矽覆蓋的矽片其它區(qū)域?；鶇^(qū)光刻要求窗口、邊緣平整,無(wú)小凸起和針孔。

(5)硼擴(kuò)散/硼注入、退火:採(cǎi)用擴(kuò)散或注入的方法在N型的外延層中形成P型的導(dǎo)電區(qū)—基區(qū)。採(cǎi)用注入的方法需使用退火來(lái)恢復(fù)注入對(duì)晶格的破壞以及啟動(dòng)注入進(jìn)的硼原子。

(6)發(fā)射區(qū)光刻:爲(wèi)發(fā)射區(qū)磷擴(kuò)散刻出一定圖形的視窗。要求同基區(qū)光刻。

(7)磷擴(kuò)散(磷再擴(kuò)):形成發(fā)射區(qū)的過(guò)程。改變?cè)贁U(kuò)條件來(lái)改變參數(shù)β值和BVCEO的值。

(8)低氧:在整個(gè)矽片上生長(zhǎng)一層氧化層以進(jìn)行引線光刻,同時(shí)也可進(jìn)行放大係數(shù)β的微調(diào)。

(9)引線孔光刻:刻出電極引線接觸窗口。要求引線孔不刻偏,減少針孔。

(10)蒸鋁:用真空蒸發(fā)的方法將鋁蒸發(fā)到矽片表面。

(11)反刻鋁:刻蝕掉電極引線以外的鋁層,留下電極窗口處的鋁作爲(wèi)電極內(nèi)引線。

(12)合金化:蒸發(fā)在矽表面的鋁和矽之間的接觸不是歐姆接觸,必須通過(guò)合金化使其變成歐姆接觸。

(13)CVD:在矽片表面澱積一層二氧化矽,作爲(wèi)佈線的最後鈍化層,作爲(wèi)電極間絕緣,消除有害缺陷。

(14)壓點(diǎn)光刻:刻蝕出壓焊點(diǎn)。

(15)烘焙:改變矽片的表面狀況,減小小電流不好。

(16)機(jī)減:根據(jù)矽片功率耗散的要求,減薄至所要求的厚度。

(17)拋光:使減薄後的表面更加平整。

(18)蒸金:在矽片背面蒸上一薄層高純度金,提高電路的開關(guān)速度,而且便於以後晶片燒結(jié)。

(19)金合金:使金與矽形成更好的接觸,防止在燒結(jié)時(shí)金脫落。

(20)中測(cè):將參數(shù)不合格的管芯剔除。

半導(dǎo)體積體電路製造工藝基本與平面電晶體差不多。具體流程如下:(1)襯底製備(2)埋層氧化(3)埋層光刻(4)埋層擴(kuò)散(5)外延(6)隔離氧化(7)隔離光刻(8)隔離擴(kuò)散(9)基區(qū)氧化

(10)基區(qū)光刻(11)硼擴(kuò)散/硼注入、退火(12)發(fā)射區(qū)光刻(13)磷擴(kuò)散(磷再擴(kuò))(14)低氧(15)刻引線孔(16)蒸鋁(17)鋁反刻(18)合金化(19)CVD

(20)壓點(diǎn)光刻(21)烘培(22)中測(cè)。

積體電路製造工藝所特有的工藝:

(1)埋層擴(kuò)散:在襯底上形成高濃度的N+擴(kuò)散區(qū)。這是由於積體電路是各電晶體的集電極引出線是從矽片正面引出的,這樣從集電極到發(fā)射極的電流必須從高阻的外延層流過(guò),這相當(dāng)於串聯(lián)了一個(gè)很大的電阻,使電晶體的飽和壓降增大,因此增加了一道埋層擴(kuò)散從而降低串聯(lián)電阻,減小電晶體飽和壓降。

(2)隔離擴(kuò)散:由於積體電路由若干個(gè)電晶體構(gòu)成,因此有若干個(gè)集電極區(qū),電路工作時(shí)它們並不處在同一電位下,因此必須從電學(xué)上將它們隔離開。隔離擴(kuò)散的目的是形成穿透外延層的P+隔離槽,把外延層分割成若干個(gè)彼此獨(dú)立的隔離島。

下面對(duì)主要工藝程序進(jìn)行敍述。

第五節(jié)單晶拉制和襯底製備

半導(dǎo)體單晶是製造半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)材料。單晶材料是由多晶材料經(jīng)過(guò)提純、摻雜和拉制等工序而制得的。單晶材料還要經(jīng)過(guò)切片、研磨、倒角、腐蝕和拋光等工序的加工,以獲得符合一定標(biāo)準(zhǔn)(厚度、晶向、平整度和損傷層)的單晶薄片,才能夠供給外延或管芯製造使用。這種單晶材料的加工過(guò)程稱爲(wèi)襯底製備。

先由石英砂和一定純度的碳生成工業(yè)用矽,純度約98%。工業(yè)用矽經(jīng)過(guò)加工變成多晶矽,純度達(dá)到六七個(gè)”9”。多晶矽採(cǎi)用直拉法或懸浮區(qū)熔法來(lái)拉制單晶棒,在拉制的過(guò)程中根據(jù)需要摻入微量的雜質(zhì),形成一定電阻率的P型單晶棒或N型單晶棒。單晶棒沿一定的晶向切割成大圓片。大圓片現(xiàn)在有3吋、4吋、5吋、6吋、8吋、12吋等幾種類。所有大圓片都有一個(gè)主參考面。工業(yè)上主要使用兩種晶面,即〈111〉和〈100〉,又加上第二參考面既能識(shí)別大圓片是〈111〉,還是〈100〉面,又能區(qū)分是N型還是P型。沿平行或垂直於參考面的方向,分割器件管芯比較容易裂開,晶片的碎屑對(duì)鋁條的劃傷和劃片中管芯的損壞率,也能滿足自動(dòng)化作業(yè)的要求。在經(jīng)過(guò)研磨、倒角、腐蝕和拋光,消除晶片表面的損傷和切片操作時(shí)産生的應(yīng)力;使矽片有很好的清潔度和平整度,這時(shí)矽片就可用於外延或生産了。由於襯底材料的型號(hào)、晶向和電阻率的不同,因此當(dāng)片子串了時(shí)很容易導(dǎo)致報(bào)廢。第六節(jié)外延工藝

在一定的條件下,在一塊經(jīng)過(guò)仔細(xì)製備的單晶襯底上沿著原來(lái)的結(jié)晶軸方向,生長(zhǎng)出一層導(dǎo)電類型、電阻率、厚度和晶格結(jié)構(gòu)、完整性等都符合要求的新單晶層的過(guò)程,稱爲(wèi)外延。這層單晶層叫做外延層。

由於許多半導(dǎo)體器件是直接製作在外延層上的,外延層質(zhì)量的好壞,將直接影響器件的性能。外延層的質(zhì)量一般是應(yīng)滿足下列要求:完整性的晶體結(jié)構(gòu)、精確而均勻的電阻率,均勻的外延層厚度、表面應(yīng)光潔、無(wú)氧化、無(wú)雲(yún)霧、表面無(wú)缺陷(一般指角錐體、亮點(diǎn)和星型缺陷等)和體內(nèi)缺陷(一般指位錯(cuò)、層錯(cuò)和滑移線等)要少,對(duì)於積體電路的隱埋層還要求無(wú)圖形畸變現(xiàn)象等。

當(dāng)前在生産中常見的外延質(zhì)量有角錐體,常說(shuō)的矽渣,嚴(yán)重影響光刻質(zhì)量,影響産品的合格率;電阻率不均勻,影響産品參數(shù)的控制,很容易導(dǎo)致參數(shù)不合格報(bào)廢。需要外延前注意矽片表面的清洗,減少缺陷,控制好外延的均勻性不是特別的好,因此串片很容易導(dǎo)致參數(shù)不合格。

第七節(jié)氧化工藝

一、

化工藝的種類

在半導(dǎo)體生産中有許多種氧化工藝,比較常見的氧化工藝爲(wèi)熱氧化。

矽的熱氧化按下面化學(xué)反應(yīng)式進(jìn)行

氣體種類

反應(yīng)式

速度

O2(乾)

Si+O2→SiO2

慢

H2O或(H2+O2)

Si+2H2O→SiO2+2H2

快

在氧化過(guò)程中要消耗一定量的矽生成一定厚度的二氧化矽。乾氧氧化的速度比較慢適合生長(zhǎng)比較薄的氧化層。濕氧氧化速度比較快適合生長(zhǎng)比較厚的氧化膜,但氧化層緻密性不好,光刻容易産生浮膠現(xiàn)象,因此在做濕氧氧化工藝時(shí),一般採(cǎi)用乾氧—濕氧—乾氧的氧化工藝方法生長(zhǎng)二氧化矽薄膜。

二、

氧化矽薄膜的作用

二氧化矽薄膜最重要的應(yīng)用是作爲(wèi)雜質(zhì)選擇擴(kuò)散的掩蔽膜,因此需要一定的厚度來(lái)阻擋雜質(zhì)擴(kuò)散到矽中。二氧化矽還有一個(gè)作用是對(duì)器件表面保護(hù)和鈍化。二氧化矽薄膜還可作爲(wèi)某些器件的組成部分:(1)用作器件的電絕緣和隔離。(2)用作電容器的介質(zhì)材料。(3)用作MOS電晶體的絕緣柵介質(zhì)。

三、氧化矽薄膜常見的問(wèn)題

1、

厚度均勻性問(wèn)題。造成不均勻的主要原因是氧化反應(yīng)管中的氧氣和水汽的蒸汽壓不均勻,此外氧化爐溫度不穩(wěn)定、恒溫區(qū)太短、水溫變化或矽片表面狀態(tài)不良等也會(huì)造成氧化膜厚度不均勻。膜厚不均勻會(huì)影響氧化膜對(duì)擴(kuò)散雜質(zhì)的掩蔽作用和絕緣作用,而且在光刻腐蝕時(shí)容易造成局部鑽蝕。

2、

表面斑點(diǎn)。造成斑點(diǎn)的原因有:(1)氧化前表面處理不好。(2)氧化石英管長(zhǎng)期處?kù)陡邷叵?産生一些白色薄膜落在矽片表面上。(3)水蒸汽凝聚在管口形成水珠濺在矽片表面上或水浴瓶中的水太滿造成水珠射入石英管內(nèi),或清洗殘留的水跡。出現(xiàn)斑點(diǎn)後斑點(diǎn)處的薄膜對(duì)雜質(zhì)的掩蔽能力比較低,從而造成器件性能變壞,突出的大斑點(diǎn)會(huì)影響光刻的對(duì)準(zhǔn)精度。

3、

氧化膜針孔。當(dāng)矽片存在位錯(cuò)和層錯(cuò)時(shí)就會(huì)形成針孔,它能使擴(kuò)散雜質(zhì)在該處穿透,使掩蔽失效,引起漏電流增大,耐壓降低,甚至穿透,還能造成金屬電極引線和氧化膜下面的區(qū)域短路造成失效。

4、

反型現(xiàn)象。由於表面玷污,氧化膜中存在大量的可移動(dòng)的正電荷,如鈉離子、氫離子、氧空位等使P型矽一側(cè)感應(yīng)出負(fù)電荷,從而出現(xiàn)了反型。

5、

熱氧化層錯(cuò)。産生的原因有:(1)矽片本身的微缺陷。(2)磨拋或離子注入造成的表面損傷,表面玷污。(3)高溫氧化中産生的熱缺陷和熱應(yīng)力。

四、厚度的檢查

測(cè)量厚度的方法很多,有雙光干涉法、電容—壓電法、橢圓偏振光法、腐蝕法和比色法等。在精度不高時(shí),可用比色法來(lái)簡(jiǎn)單判斷厚度。比色法是利用不同厚度的氧化膜在白光垂直照射下會(huì)呈現(xiàn)出不同顔色的干涉條紋,從而大致判斷氧化層的厚度。

顔色

氧化膜厚度(埃)

灰

100

黃褐

300

藍(lán)

800

紫

1000

2750

4650

6500

深藍(lán)

1500

3000

4900

6800

綠

1850

3300

5600

7200

黃

2100

3700

5600

7500

橙

2250

4000

6000

紅

2500

4350

6250第八節(jié)擴(kuò)散工藝

擴(kuò)散技術(shù)是在高溫條件下,將雜質(zhì)原子以一定的可控量摻入到半導(dǎo)體中,以改變半導(dǎo)體基片(或已擴(kuò)散過(guò)的區(qū)域)的導(dǎo)電類型或表面雜質(zhì)濃度。

一、

擴(kuò)散工藝的優(yōu)點(diǎn)

擴(kuò)散工藝具有以下幾方面的優(yōu)越性:

(1)能夠通過(guò)對(duì)溫度、時(shí)間等工藝條件的準(zhǔn)確調(diào)節(jié),來(lái)控制PN接面的深度和電晶體的基區(qū)寬度,並能獲得均勻平坦的接面。

(2)能夠通過(guò)對(duì)擴(kuò)散工藝條件的調(diào)節(jié)與選擇,來(lái)控制擴(kuò)散層表面的雜質(zhì)濃度及其雜質(zhì)分佈,以滿足不同器件的要求。

(3)與氧化、光刻和真空鍍膜等技術(shù)相組合形成的矽平面工藝有利於改進(jìn)電晶體和積體電路的性能。

(4)重復(fù)性好,均勻性好,適合與大批量生産。

二、

擴(kuò)散方法

在電晶體和積體電路的製造中,雖然採(cǎi)用的擴(kuò)散工藝各不同,可是可分成一步法擴(kuò)散和兩步法擴(kuò)散。兩步法擴(kuò)散分預(yù)澱積和再分佈兩步進(jìn)行。一步法與兩步法中的預(yù)澱積一樣屬於恒定表面源擴(kuò)散,而兩步法中的再分佈屬於限定表面源擴(kuò)散。由於恒定源和限定源兩者的邊界和初始條件不同,雜質(zhì)在矽中的分佈狀況也各不相同。

在恒定源擴(kuò)散過(guò)程中,矽片表面與濃度始終不變的雜質(zhì)(氣體或固體)相接觸,即在整個(gè)擴(kuò)散過(guò)程中矽片表面濃度NS不變,但與擴(kuò)散雜質(zhì)的種類、雜質(zhì)在矽中的固溶度和擴(kuò)散溫度有關(guān)。矽片內(nèi)部的雜質(zhì)濃度隨時(shí)間的增加而增加,隨離矽片表面距離的增加而減少。

在限定源擴(kuò)散過(guò)程中,矽片內(nèi)的雜質(zhì)總量保持不變,沒有外來(lái)雜質(zhì)的補(bǔ)充,只依靠澱積在矽片表面上的那一層數(shù)量有限的雜質(zhì)原子,向矽片體內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行擴(kuò)散,在擴(kuò)散溫度恒定時(shí),隨擴(kuò)散時(shí)間的增加,一方面矽片表面的雜質(zhì)濃度將不斷地下降。

三、擴(kuò)散參數(shù)

擴(kuò)散工序不論是預(yù)澱積還是再擴(kuò)散,至少需要兩個(gè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行檢測(cè):(1)薄層電阻RS(Ω/□);(2)擴(kuò)散結(jié)深Xj(um)。

薄層電阻Rs又稱方塊電阻R□,它表示表面爲(wèi)正方形的擴(kuò)散薄層在電流方向(電流方向平行于正方形的邊)上所呈現(xiàn)的電阻。薄層電阻的大小與薄層的長(zhǎng)度無(wú)關(guān),而與薄層的平均電導(dǎo)率成反比,與薄層厚度(即接面深度)成反比。

擴(kuò)散接面Xj就是PN接面所在的幾何位置,也能夠說(shuō)是P型雜質(zhì)濃度與N型襯底雜質(zhì)相等的地方到矽片表面的距離(或者N型雜質(zhì)濃度與P型襯底雜質(zhì)相等的地方到矽片表面的距離)。

四、擴(kuò)散常見的質(zhì)量問(wèn)題

(1)

合金點(diǎn)和破壞點(diǎn):在擴(kuò)散後有時(shí)可觀察到擴(kuò)散窗口的矽片表面上有一層白霧狀的東西或有些小的突起,用顯微鏡觀察時(shí)前者是一些黑色的小圓點(diǎn),後者是一些黃亮點(diǎn)、透明的突起,小圓點(diǎn)稱爲(wèi)合金點(diǎn),透明突起稱爲(wèi)破壞點(diǎn)。雜質(zhì)在這些缺陷處的擴(kuò)散速度特別快,造成結(jié)平面不平坦,PN接面低擊穿或分段擊穿。

(2)

表面玻璃層。硼和磷擴(kuò)散之後,往往在矽片表面形成一層硼矽玻璃或磷矽玻璃,這是由於擴(kuò)散溫度過(guò)高或擴(kuò)散時(shí)間過(guò)長(zhǎng)産生的,此玻璃層與光刻膠的粘附性極差,光刻腐蝕時(shí)容易脫膠或産生鑽蝕,而且該玻璃層不易腐蝕。

(3)

白霧。這種現(xiàn)象在固一固擴(kuò)散及液態(tài)源磷擴(kuò)散經(jīng)常發(fā)生。主要原因是澱積二氧化矽層(含雜質(zhì)源)時(shí)就産生了,或在磷擴(kuò)散時(shí)磷雜質(zhì)濃度過(guò)高以及石英管中偏磷酸産生大量的煙霧噴射在矽片表面,在快速冷卻過(guò)程中産生。光刻時(shí)容易造成脫膠或鑽蝕。

(4)

方塊電阻偏大或偏小。方塊電阻的變化反映了擴(kuò)散到矽中的雜質(zhì)總量的多少,容易造成管芯數(shù)不易控制。第九節(jié)光刻工藝

光刻是一種圖形複印和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的精密表面加工技術(shù)。光刻的目的就是按照器件設(shè)計(jì)的要求,在二氧化矽薄膜或金屬薄膜上面,刻蝕出與掩摸版完全對(duì)應(yīng)的幾何圖形,以實(shí)現(xiàn)選擇性擴(kuò)散和金屬薄膜佈線的目的。

光刻工藝流程一般分爲(wèi)塗膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、腐蝕和去膠等步驟。

光刻質(zhì)量要求:(1)刻蝕的圖形完整、尺寸準(zhǔn)確、邊緣整齊、線條陡直。(2)圖形內(nèi)無(wú)小凸起、無(wú)針孔、不染色、刻蝕乾淨(jìng)。(3)矽片表面清潔、發(fā)花、沒有殘留的被腐蝕物質(zhì)。(4)圖形套合十分準(zhǔn)確。第三章銷售需知

1.

我司當(dāng)前晶片主要銷售的品種有TR\SCR\TRIAC\JEFT。(指UTC)

2.

客戶詢問(wèn)時(shí)多會(huì)問(wèn)成品名稱,一種成品名稱可能對(duì)應(yīng)一種版圖的晶片,也可能對(duì)應(yīng)多個(gè)版圖晶片(如9012對(duì)應(yīng)9611—0.44*0.44和——0.4*0.4),很多客戶爲(wèi)了降低成本原意選擇小版圖晶片(因小版圖晶片單只管芯成本較低),但也有客戶擔(dān)心小版圖晶片特性會(huì)出問(wèn)題,同樣的成品名稱可能有大小功率之分,如