半导体制造工艺流程简介

半导体制造工艺流程简介

半导体制造工艺

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NPN高频小功率晶体管制造的工艺流程为:

外延片——编批——清洗——水汽氧化——一次光刻——检查——清洗——干氧氧化——硼注入——清洗——UDO淀积——清洗——硼再扩散——二次光刻——检查——单结测试——清洗——干氧氧化——磷注入——清洗——铝下CVD——清洗——发射区再扩散——三次光刻——检查——双结测试——清洗——铝蒸发——四次光刻——检查——氢气合金——正向测试——清洗——铝上CVD——检查——五次光刻——检查——氮气烘焙——检查——中测——中测检查——粘片——减薄——减薄后处理——检查——清洗——背面蒸发——贴膜——划片——检查——裂片——外观检查——综合检查——入中间库。

PNP小功率晶体管制造的工艺流程为:

外延片——编批——擦片——前处理——一次氧化——QC检查(tox)——一次光刻——QC检查——前处理——基区CSD涂覆——CSD预淀积——后处理——QC 检查(R?)——前处理——基区氧化扩散——QC检查(tox、R?)——二次光刻——QC 检查——单结测试——前处理——POCl3预淀积——后处理(P液)——QC检查——前处理——发射区氧化——QC检查(tox)——前处理——发射区再扩散(R?)——前处理——铝下CVD——QC检查(tox、R?)——前处理——HCl氧化——前处理——氢气处

理——三次光刻——QC检查——追扩散——双结测试——前处理——铝蒸发——QC检查(tAl)——四次光刻——QC检查——前处理——氮气合金——氮气烘焙——QC检查(ts)——五次光刻——QC检查——大片测试——中测——中测检查(——

粘片——减薄——减薄后处理——检查——清洗——背面蒸发——贴膜——划片——检查——裂片——外观检查)——综合检查——入中间库。

GR平面品种(小功率三极管)工艺流程为:

编批——擦片——前处理——一次氧化——QC检查(tox)——一次光刻——QC 检查——前处理——基区干氧氧化——QC检查(tox)——一GR光刻(不腐蚀)——GR硼注入——湿法去胶——前处理——GR基区扩

基区扩散与氧化—散——QC检查(Xj、R?)——硼注入——前处理——

—QC检查(Xj、tox、R?)——二次光刻——QC检查——单结测试——前处理——发射区干氧氧化——QC检查(tox)——磷注入——前处理——发射区氧化和再扩散——前处理——POCl3预淀积(R?)——后处理——前处理——铝下CVD——QC检查(tox)——前处理——氮气退火——三次光刻——QC检查——双结测试——前处理——铝蒸发——QC检查(tAl)——四次光刻——QC检查——前处理——氮气合金——氮气烘焙——正向测试——五次光刻——QC检查——大片测试——中测编批——中测——中测检查——入中间库。

双基区节能灯品种工艺流程为:

编批——擦片——前处理——一次氧化——QC检查(tox)——一次光刻——QC 检查——前处理——基区干氧氧化——QC检查(tox)——一

硼注入——前处理——基区扩散——后处理——QC检查(Xj、R?)——前处理——基区CSD涂覆——CSD预淀积——后处理——QC检查(R?)——前处理——基区氧化与扩散——QC检查(Xj、tox、R?)——二次光刻——QC检查——单结测试——磷注入——前处理——发射区氧化——前处理——发射区再扩散——前处理——POCl3预淀积(R?)——后处理——前处理——HCl退火、N2退火——三次光刻——QC检查——双结测试——前处理——铝蒸发——QC检查(tAl)——四次光刻——QC

检查——前处理——氮氢合金——氮气烘焙——正向测试(ts)——外协作(ts)——前处理——五次光刻——QC检查——大片测试——测试ts——中测编批— 2 —中测——中测检查——入中间库。

变容管制造的工艺流程为:

外延片——编批——擦片——前处理——一次氧化——QC检查——N+光刻——QC检查——前处理——干氧氧化——QC检查——P+注入——前处理——N+扩散——P+光刻——QC检查——硼注入1——前处理——CVD(LTO)——QC检查——硼注入2——前处理——LPCVD——QC检查——前处理——P+扩散——特性光刻——电容测试——是否再加扩——电容测试——......(直到达到电容测试要求)——三次光刻——QC检查——前处理——铝蒸发——QC检查(tAl)——铝反刻——QC检查——前处理——氢气合金——氮气烘焙——大片测试——中测——电容测试——粘片——减薄——QC检查——前处理——背面蒸发——综合检查——入中间库。

P+扩散时间越长，相同条件下电容越小。

稳压管(N衬底)制造的工艺流程为:

外延片——编批——擦片——前处理——一次氧化——QC检查——P+光刻——QC检查——前处理——干氧氧化——QC检查——硼注入——前处理——铝下UDO——QC检查——前处理——P+扩散——特性光刻——扩散测试(反向测试)——前处理——是否要P+追扩——三次光刻——QC检查——前处理——铝蒸发——QC 检查(tAl)——四次光刻——QC检查——前处理——氮气合金——氮气烘焙——大片测试——中测。

P+扩散时间越长，相同条件下反向击穿电压越高。

肖特基二极管基本的制造工艺流程为:

编批——擦片——前处理——一次氧化——QC检查(tox)——P+光刻——QC检查——硼注入——前处理——P+扩散与氧化——QC检查(Xj，R?，tox)——三次光

刻——QC检查——前处理——铬溅射前泡酸——铬溅射——QC检查(tcr)——先行片热处理——先行片后处理——特性检测(先行片:VBR，IR)——热处理——后处理——特性测试(VBR，IR)——前处理——钛/铝蒸发——QC检查(tAl)——四次光刻——QC检查——前处理——氮气合金先行(VBR，IR)——氮气合金——特性测试(VBR，IR)——大片测试——中测——反向测试(抗静电测试)——中测检验——如中转库。

3

目录

外

延 ................................................................. ........................................................................ (6)

气相外延生长机

理 ................................................................. .. (6)

外延层的杂质分

布 ................................................................. .. (6)

外延系统和工艺过

程 ................................................................. . (7)

外延质量和检

验 ................................................................. (7)

三

扩 ................................................................. ........................................................................ (8)

清洗处

理 ................................................................. (8)

前处

理.................................................................. (9)

腐

蚀.................................................................. ........................................................

(9)

预淀

积.................................................................. (9)

中处

理.................................................................. (9)

主扩

散.................................................................. (9)

后处

理.................................................................. . (10)

氧

化.................................................................. .......................................................................

10

检

验.................................................................. .......................................................................

10

修

片.................................................................. .......................................................................

10

编批打

标.................................................................. .......................................................................

10

氧

化 ................................................................. ........................................................................ . (11)

一、二氧化硅结

构 ................................................................. (11)

二、二氧化硅性

质 ................................................................. (11)

三、二氧化硅应

用 ................................................................. (11)

四、二氧化硅薄膜的制

备 ................................................................. (12)

五、氧化装

置 ................................................................. .. (14)

六、二氧化硅薄膜质

量 ................................................................. . (14)

扩

散 ................................................................. ........................................................................ . (15)

CSD涂源扩散(硼

源) ................................................................ ........................................ 15 POCl3扩

散 ................................................................. . (15)

离子注入再扩

散 ................................................................. . (16)

先行

片.................................................................. . (16)

结特性参数异

常 ................................................................. . (17)

重要的工艺参

数 ................................................................. . (17)

扩散质

量 ................................................................. . (17)

离子注

入.................................................................. ........................................................

(18)

正面蒸

铝.................................................................. .......................................................................

20

一、前处

理 ................................................................. (20)

二、正面蒸

铝 ................................................................. .. (20)

三、合金

化 ................................................................. (21)

四、正面蒸铝后QC检

验 ................................................................. (22)

光

刻 ................................................................. ........................................................................ . (22)

前处

理.................................................................. . (22)

涂

胶.................................................................. .......................................................................

23

对版曝

光 ................................................................. ................................................................ 24 4 显

影.................................................................. .......................................................................

24

显影后检

查 ................................................................. (24)

后烘坚

膜 ................................................................. . (24)

刻

蚀.................................................................. .......................................................................

25

CVD ................................................................ ........................................................................ .. (28)

一、APCVD:常压

CVD ................................................................ .. (29)

二、LPCVD:低压

CVD ................................................................ .. (29)

三、PECVD:等离子增强

CVD ................................................................ .. (30)

钝

化 ................................................................. ........................................................................ . (32)

清

洗 ................................................................. ........................................................................ . (33)

自动清

洗 ................................................................. . (33)

手动清

洗 ................................................................. . (33)

中

测 ................................................................. ........................................................................ . (33)

芯片后工序(减薄、背

蒸) ................................................................ .. (34)

磨

抛 ................................................................. ........................................................................ . (34)

一、减

薄 ................................................................. . (34)

二、抛

光 ................................................................. . (35)

三、去蜡、清

洗 ................................................................. . (35)

四、检

验 ................................................................. . (36)

背

蒸 ................................................................. ........................................................................ . (36)

一、前处

理 ................................................................. (36)

二、背

蒸 ................................................................. .......................................................

(36)

三、金扩

散 ................................................................. (38)

四、背蒸后QC检

验 ................................................................. .. (38)

五、背蒸返工处

理 ................................................................. (38)

出厂检

验.................................................................. .......................................................................

39

专业术

语.................................................................. .......................................................................

40

一些测试仪

器 ................................................................. . (40)

5

外延

在制造高频功率器件时，往往遇到一个击穿电压与集电极串联电阻对

集电极材料电阻率的要求矛盾的问题，这时如果在低电阻率的单晶硅上外

延生长一层高阻的外延层，器件做在外延层上，就能很好地解决以上的矛

盾。外延层高电阻率保证击穿电压，低电阻率衬底使集电极串联电阻降低，减少器件功率损耗。

在单晶硅衬底上沿着原来的结晶轴方向延伸生长一层导电类型、电阻率、厚度和晶格结构及其完整性都符合要求的新的单晶层的过程叫做外延，这层新的单晶层叫做外延层。若外延层结构和性质与衬底材料相同叫做同质外延，反之叫异质外延。根据外延层在器件制造中的作用来分，器件直接做在外延层上的叫做正外延，做在原单晶层上，低阻的外延层反过来作为支撑衬底的叫反外延。

外延方法主要有气相外延、液相外延、真空蒸发、高频溅射、分子束外延等，生产中常用的是硅的气相外延法。

气相外延生长机理

硅的气相外延是硅的气态化合物在加热的硅衬底表面与氢发生反应或自身热分解还原成硅，并以单晶的形式淀积在硅衬底表面的过程。具体包括:

(1)反应剂分子以扩散方式从气相转移到生长层表面;

(2)反应剂分子被生长层吸附;

(3)被吸附的反应剂分子在生长层表面完成化学反应，产生硅及其它副产品;

(4)副产品分子从表面解析，随着气流排出反应腔;

(5)反应生成的硅原子形成晶格，或加接到晶格点阵上，形成单晶外延层。外延方法通常有SiCl4氢还原法和SiH4热分解法，两种化学反应方程式分别为: SiCl4+2H2=Si+4HCl (1200?)

SiH4=Si+2H2 (1100?)

外延层的杂质分布

外延层必须是经过掺杂的单晶层。从器件制造的角度考虑，总希望外延层具有均匀的一定量的单一杂质分布，而且要求外延层与衬底界面处杂质分布浓度陡峭一些。 SiCl4氢还原法外延由于在高达1200?高温下进行，衬底与外延层中杂质相互扩散，从而使衬底与外延层形成杂质浓度缓变分布，这就是外延中的扩散效应。这种效应是可逆的，生成的HCl对硅有腐蚀作用。在衬底腐蚀的同时其中杂质就释放出来，加之在高温外延过程中，高掺杂衬底中的杂质也会挥发，此外整个外延层系统中也存在杂质的沾污源，这三种因素造成的自掺杂效应严重影响了外延的杂质分布，外延电阻率做高也不容易。 SiH4热分解法反应温度低，其化学反应激活能是1.6eV，比SiCl4小0.3eV，可以在1100?时获得与1200?下SiCl4反应时相当的生长速率，同时这种方法不产生HCl，无反应腐蚀问题，因而扩散效应和自掺杂现象不如SiCl4严重。如果采用“背封”技术和“二步法”外延，用SiH4热分解法就能获得较为理想的突变结和浓度分布。

虽然SiH4热分解法外延有其好处，但是由于SiCl4氢还原法操作安全，SiCl4易纯化， 6

且工艺成熟，目前仍然是生产中常用的方法。

外延系统和工艺过程

外延系统装置包括:气体分配及控制系统、加热和测温装置、反应室、废气处理装置。工艺过程包括:

(1) 衬底和基座处理:衬底处理主要是为了去除衬底圆片表面氧化层及尘粒，冲

洗干燥后放入石墨基座内。对于已经用过的石墨基座应预先经过HCl腐蚀，去除前次外延留在上面的硅。

(2) 掺杂剂配制:掺杂剂有气态源，如磷烷PH3，硼烷B2H6等;液态源如

POCl3、

BBr3等，不同的器件对外延层电阻率及导电类型要求不同，必须根据电阻率精确控制掺杂源的用量。

(3) 外延生长:主要程序为:装炉——通气，先通氮气再通氢气——升温——衬

底热处理或HCl抛光——外延生长——氢气冲洗——降温——氮气冲洗。当基座温度降到300?以下时开炉取片。

外延质量和检验

外延层质量应满足:晶体结构完整、电阻率精确而均匀、外延层厚度均匀且在范围内、表面光洁，无氧化和白雾、表面缺陷(角锥体、乳突、星形缺陷等)和体内缺陷(位错、层错、滑移线等)要少。

外延质量检验内容包括:电阻率、杂质浓度分布、外延层厚度、少子寿命及迁移率、夹层位错与层错密度、表面缺陷等。生产中通常检测项目是缺陷密度、电阻率和外延层厚度。外延层厚度测量方法有层错法、磨角

或滚槽染色法、直读法、红外干涉法等。电阻率测量的方法有四探针法、三探针法、电容—电压法、扩展电阻法，对于外延层电阻率较高或者厚度较薄的外延层往往采用电容—电压法、扩展电阻法等。

晶体缺陷包括体内和表面缺陷，体内缺陷包括位错和层错。

位错通常由衬底中的位错延伸而成，当衬底表面存在机械损伤，片子在升降温过程中遭受巨大热冲击时，就会在晶体内产生大量位错，因此应该避免衬底硅片机械划伤和衬底不均匀升降温。位错的检验方法有铬酸化学腐蚀法、红外显微镜直接观察法、X射线衍射形貌照相法和扫描电子显微镜分析法等。

层错有外延层错和热氧化层错两种。当衬底表面存在划痕、杂质沾污、氧化物或局部杂质积累，而外延时晶核恰巧在这些不均匀区域内长大，就会破坏衬底原来的晶格原子的规则排列，造成外延层和衬底间的晶格失配。这是失配随着外延生长过程逐渐传播开来，一直到达晶体表面，成为区域性缺陷，这就是外延层错。防止外延层错，外延前先将衬底在外延炉反应室内进行HCl气相抛光，提高氢气浓度，控制好外延生长温度和速率等都是行之有效的方法。单位面积内的层错数量为层错密度。将外延片在按比例配成的二氧化铬、HF水溶液中腐蚀后，置于显微镜下观测，就能测出层错密度。

表面缺陷通过肉眼和显微镜可以直接观察到，主要有划痕、雾状、角锥体、乳突、星形缺陷、小丘和雪球、麻坑、弯曲、图形漂移和畸变等