1、1半导体制造工艺2NPN 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（
2、tox 、R ） 二次光刻QC 检查单结测试前处理POCl 3 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CVDQC 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（t Al）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
3、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 基区扩散QC 检查（Xj、R ）硼注入前处理基区扩散与氧化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CVDQC 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（t Al）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
4、）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（t Al）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 ts3中测编批中测中测检查入中间库。变容管制造的工艺流程为：
5、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（t Al）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
6、检查硼注入前处理铝下 UDOQC 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（t Al）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：V BR，I R）热处理后处理特性测试（VBR，IR） 前处理钛/铝蒸发QC
7、检查（t Al）四次光刻QC 检查前处理氮气合金先行（V BR，I R）氮气合金特性测试（V BR，I R）大片测试中测反向测试（抗静电测试）中测检验如中转库。4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 15CSD 涂源扩散（硼源） .15POCl3 扩散 .15离子注入
8、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 245显影 24显影后检查 24后烘坚膜 24刻蚀 25CVD .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
9、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 406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
10、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
11、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
12、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
13、安全，SiCl 4 易纯化，7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、BBr 3 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
14、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
15、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
16、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，主要形成原因是操作不当，环境不洁、衬底制备不良、生长条件不适当等，采用相对措施即可降低层错密度。铬酸腐蚀法检验位错：81）将硅片在 321 硅腐蚀液中腐蚀，腐蚀厚度大约为（2030）
17、m；2）配制腐蚀液：原液：三氧化二铬：纯水=1：2铬酸腐蚀液：原液：40%HF 溶液=1：1硅片在腐蚀液中浸泡（3-4） min；3）用纯水冲洗干净后甩干；4）在显微镜下观察，测出位错密度。三扩为了解决器件高击穿电压与低集电极电阻对衬底材料电阻率要求的矛盾，从而采用在外延层上做芯片。但是目前国内高阻外延尚不能将电阻率做得足够高，如果器件不仅仅反向击穿高，而且结深也相当深，那就要求外延层既要高阻又要很厚，这在实际生产上会遇到一定的困难，于是产生了一种叫做“三重扩散”的硅片材料工艺。在低掺杂的 N 型单晶硅片上进行较长时间 N 型杂质扩散，形成 N+NN+结构，然后通过磨片抛光去掉一面 N+层剩下
18、 NN+两层，以扩散层 N+为衬底支撑，在 N 层即原衬底上做芯片，这种工艺叫做三重扩散（通常晶体管制作只有基区扩散和发射区扩散，这是第三种扩散；从字面意义上来说，三重扩散应该包括了基区扩散和发射区扩散在内的三次扩散） 。在三扩工艺中做芯片的高阻层的厚度必须严格控制，其由磨抛工艺决定，它的电阻率则根据器件品种对反向击穿电压的要求进行选择确定。三扩的作用类似于反外延，由于扩散沿着结深存在杂质浓度梯度，不像外延片的低阻层那样纵向分布均匀，因此做出的晶体管饱和压降不如外延片好，但是三扩采用成熟的常规扩散工艺，简便易行，可靠稳定，因此在生产中大量应用。三扩工序的基本流程是：前处理腐蚀预淀积中处理主扩散
19、后处理氧化检验修片，具体步骤为：清洗处理在十二槽自动清洗机中进行，每个槽中需要超声清洗，每个槽的溶液分别为：一槽：上料；二槽：5%HF 溶液；三槽：5%HF 溶液；四槽：纯水；五槽：0.4%NaOH 溶液+3F 高纯清洗剂+H 2O 的混合液；六槽：温纯水；七槽：0.4%NaOH 溶液+3F 高纯清洗剂+H 2O 的混合液；八槽：温纯水；九槽：纯水；十槽：纯水；十一槽：纯水；十二槽：下料。9前处理材料片前处理在十二槽自动清洗机中进行，每个槽的浸泡时间为 300S。腐蚀将材料片浸入 321 硅腐蚀液中，将硅片表面腐蚀掉一定厚度，大约在 10m 左右，硅腐蚀液的温度和腐蚀速度有很大关系，如果温度过
20、高，难以控制腐蚀速度，腐蚀速度也与腐蚀液新旧有关，因此为了控制腐蚀量，常在腐蚀后用千分表测试腐蚀量，如果腐蚀量没有达到要求继续腐蚀；硅片腐蚀后需要冲纯水，再甩干。预淀积扩散炉炉管预热到 1000之后，将载有硅片的石英舟中按照一定速度慢慢推进炉管后，炉管加热升温至 1200，并且炉管中通入 O2 和 N2，N 型扩散采用 POCl3 作为扩散源，利用 N2 携带的方式进入炉管，并且源温控制在（ 201） 。经过大约（11010）min（视情况而定，通入 POCl3 时间）预淀积后，炉管内慢慢降低至 1000后，将石英舟慢慢拉出。待硅片自然冷却后，需要测试预淀积硅片表面的电阻率。电阻率的测试是利用
21、陪片，首先用 40%的 HF 溶液将陪片腐蚀，然后冲水后烘干，再利用四探针测试仪测试陪片表面电阻率。预淀积后硅片表面的电阻率要求控制在一定范围，如果电阻率大于范围值，需要减少预淀积时间，如果电阻率小于范围值，需要再进行预淀积。POCl3 和氧气反应生成单质 P、偏磷酸和氯的化合物。中处理预扩片中处理在十二槽自动清洗机中进行，每个槽的浸泡时间为 400S。主扩散主扩散是利用碳化硅舟进行，将硅片依次紧靠放入碳化硅舟中，硅片与硅片之间以及舟底都要撒上二氧化硅粉，以免高温扩散时硅片粘结在一起，两端用碳化硅挡板挡好。将扩散炉炉管预热到 800之后，将载有硅片的碳化硅舟中按照一定速度慢慢推进炉管后，炉管加
22、热升温至 1286，经过大约 200 小时（视情况而定）扩散后，炉管内慢慢降低至800后，将舟慢慢拉出。待硅片自然冷却后，需要测试硅片表面的参数：1）电阻率：利用四探针测试仪测试；2）结深：在结深测试仪上利用微细刚玉粉将硅片的边缘磨出一个斜面，并且用溶剂对扩散区域进行染色，利用显微镜可以测出斜面染色区域的长度和斜面长度以及硅片厚度，根据三角形相似的方法可以求出结深。3）表面：检验硅片的翘曲、沾污等。10后处理三扩片后处理在十二槽自动清洗机中进行，每个槽的浸泡时间为 500S。氧化扩散炉炉管预热到 600之后，将载有硅片的石英舟中按照一定速度慢慢推进炉管后，炉管加热升温至 1200，并且炉管中通
23、入 O2，氧化一般采用水汽氧化。在水汽发生装置的瓶中装入不超过 2/3 的纯水，将其加热到 100纯水沸腾，利用 O2 将水蒸汽携带或者直接进入炉管中。经过大约（3.50.5）小时（视情况而定）氧化后，炉管内慢慢降低至600后，将石英舟慢慢拉出。待硅片自然冷却后，利用膜厚测试仪测试硅片表面氧化层的厚度。检验氧化后需要检验的项目有：1、氧化层厚度：利用膜厚测试仪测试；2、外观检查：缺口、崩边、划伤、裂缝、凹坑、沾污等。修片检查硅片边缘是否有缺口或者毛刺，锐利的边缘部分容易剥落，并且会在以后的加工过程中产生碎屑，因此需要修片。修片利用修片机上旋转的砂轮将硅片边缘打磨平，硅片需要垂直放在旋转砂轮打磨
24、位置的切线方向上。检验修片后的三扩片就可以进行单面磨抛（OSL） 。编批打标硅片来料检验（厚度、电阻率、表面等）后，在投料前要进行编批、打标。在编批车间的硅片分为几类：外延片：一般会在标签上标明衬底参数：厚度、半径、晶向、掺杂类型（N 型或 P 型）以及杂质类型（掺 P 或者 As、B 等） 、电阻率等，外延层参数有：外延厚度、掺杂类型（N 型或 P 型）以及杂质类型（掺 P 或者 As、B 等） ，电阻率等，光面为外延面，在光面打上标记。经过氧化工艺后的单晶片：一般会在标签上标明衬底参数：厚度、半径、晶向、掺杂类型（N 型或 P 型）以及杂质类型（掺 P 或者 As、B 等） 、电阻率等，光
25、面为氧化层面，在光面打上标记。双磨片：一般会在标签上标明衬底参数：厚度、半径、晶向、掺杂类型（N 型或 P 型）以及杂质类型（掺 P 或者 As、B 等） 、电阻率等，两边都很粗糙，不分正反面，打上标签后的一面为正面。打标是利用激光打标机进行，设置程序后，把硅片放入就可以自动标号打标。有时机11器产能不够会手工打标，但是由于人刻得力度不一样，刻出的字常常不均匀，由于有时要在硅片后面手工刻个标记，划片后可能导致芯片厚度不均匀，这样会影响装片。硅片打标之后要擦片，在自动擦片机上进行。氧化1957 年发现用来制造晶体管的掺杂元素硼、磷、砷、锑等在二氧化硅中的扩散系数比在硅中小得多。1960 年二氧化
26、硅正式被用为晶体管选择扩散的掩蔽膜，从而导致了硅平面工艺的诞生。一、二氧化硅结构热生长的二氧化硅薄膜具有无定形玻璃状结构，基本单位是一个有 SiO 原子组成的正四面体。硅原子位于正四面体的中心，氧原子位于四个顶点，两个相邻的四面体通过一个桥键氧原子连接起来，构成无规则排列的三维网络结构。二、二氧化硅性质1、电阻率：可高达 10151016*cm；二氧化硅禁带宽度相当宽，约 0.9eV，因此二氧化硅是比较理想的绝缘体。2、介电强度和介电常数：物质介电强度与薄膜结构致密性、均匀性以及杂质总量均有直接关系。二氧化硅薄膜介电强度可达 106107V/cm，可以承受较高的电压，适宜做器件的绝缘膜。二氧化
27、硅的介电系数是 3.9 左右。3、薄膜密度：二氧化硅密度与制备方法有关，一般在（2.02.3）g/cm 3 之间。折射率通常为 1.45 左右，密度高折射率稍大。4、化学稳定性：二氧化硅的化学稳定性较高，它不溶于水和氢氟酸以外的酸。被氢氟酸腐蚀的化学方程式为：SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiF4+2HF=H2SiF6H2SiF6（六氟硅酸）是可溶于水的络合物，利用这个性质可以很容易通过光刻工艺实现选择性腐蚀二氧化硅。为了获得稳定的腐蚀速率，腐蚀二氧化硅的腐蚀液一般用HF、 NH4F 与纯水按一定比例配成缓冲液。三、二氧化硅应用1、作为杂质选择扩散的掩蔽膜：利用杂质元素在二氧化硅中的扩散
28、系数比在硅中小得多的特性，用二氧化硅作选择扩散掩蔽膜能造出不同性能的半导体器件；2、作为器件表面的保护和钝化层：在硅片表面覆盖一层二氧化硅薄膜，一方面可以12避免硅表面被划伤以及各制造工序带来的杂质沾污，起保护作用；另一方面二氧化硅薄膜是表面的 PN 结与外面气氛隔绝，从而减弱了环境气氛对硅片表面性质的影响，提高了半导体器件的稳定性和可靠性，起到了钝化的作用；3、作为集成电路的隔离介质和绝缘介质；4、作为集成电路中电容器的介质材料；5、作为 MOSFET 的绝缘栅材料；6、在其他半导体器件如太阳能电池中应用，能很好提高器件的性能。四、二氧化硅薄膜的制备二氧化硅薄膜的制备方法很多，如热氧化生长法
29、、掺氯氧化法、热分解淀积法、溅射法、真空蒸发法、外延生长法和阳极氧化法等。生产上常用的是热氧化生长法、掺氯氧化法、热分解淀积法三种。1、热氧化生长法把清洗干净的硅衬底置于高温下，并且通入氧气气氛，使衬底表面的一层硅氧化成二氧化硅。其又分为干氧氧化、水汽氧化、湿氧氧化和氢氧合成氧化等几种不同工艺。1）干氧氧化在高温下用干燥纯净的氧气直接与硅片外表面的原子反应生成二氧化硅。其反应方程式为：Si+O 2=SiO2。氧化过程中，已形成的二氧化硅层阻止了氧原子与硅表面的直接接触，氧分子以扩散方式通过二氧化硅层到达二氧化硅硅界面与硅原子发生反应，生成新的二氧化硅层使二氧化硅不断增厚。二氧化硅生长速度受氧分
30、子在二氧化硅中的扩散速率和 SiO2Si 界面处氧分子与硅原子反应速率的限制，关系式为：d 2=c*t，其中 d 表示氧化层的厚度，c 为氧化速率（m 2/min） ，t 为氧化时间。干氧氧化生成的二氧化硅薄膜干燥致密，和光刻胶沾润良好，光刻时不易产生浮胶现象，但是氧化速率慢。2）水汽氧化在高温下水汽与硅片接触时，水分子与硅片表面原子反应生成二氧化硅初始层。反应方程式为：Si+2H 2O=SiO2+2H2，随后水分子与硅的反应有两个过程：一是水分子透过氧化层在 SiO2Si 界面处使硅原子氧化；二是水分子先在二氧化硅表面反应生成硅烷醇（Si OH） ，它的反应方程式为：H 2O+Si-O-Si
31、=2（Si-OH）生成的硅烷醇再扩散进入二氧化硅层到达 SiO2Si 界面后与硅原子反应，使二氧化硅膜增厚，反应式为：Si-Si+2（ Si-OH）=2(Si-O-Si)+H 2上述两个过程中所形成的氢气迅速地沿着 SiO2Si 界面散开，也可能与二氧化硅网络结构中的氧离子结合成羟基，即 H2+2 -O- =2 -OH由于水汽氧化过程中二氧化硅网络不断遭到削弱，水分子或硅烷醇在二氧化硅中扩散加快，其扩散速度大于氧原子的扩散速度，所以水汽氧化速度比干氧氧化快得多。3）湿氧氧化将干燥纯净的氧气先经过一个水浴瓶，使氧气通过加热的高纯去离子水携带一定量的水汽，再通入氧化炉中，水汽的含量由水浴温度和氧气
32、决定。湿氧氧化既有干氧氧化作用又有水汽氧化的作用，水汽氧化时氧化物质是一个大气压的水汽，干氧氧化中氧化物质是一个大气压的干燥氧气，湿氧氧化时氧化物质是水和氧气的混合物，而它们的比例可以根据生产需要和器件要求进行调节，随着水汽比例的增加，氧气对生长速度的影响越来越小，13因此湿氧氧化的速率介于干氧氧化和水汽氧化之间，即 C 干氧 C 湿氧 C 水汽 ，随着水浴温度的增加，C 湿氧 更加接近 C 水汽 。实际生产中，常用干氧 湿氧干氧的方法生成SiO2。湿氧氧化速率快，但是表面有硅烷醇和光刻胶沾润不良，光刻时易浮胶，并能引起杂质的再分布。若在湿氧氧化前先通一些时间干氧，有利于保持硅片表面的完整性和
33、生长高质量的二氧化硅，提高其间的表面性能；在湿氧氧化后再通入一段时间的干氧，可使湿氧生长的二氧化硅趋于干氧氧化膜的性质，同时表面的硅烷醇或表面吸附的水分子转变成硅氧烷(Si-O-Si)，从而改善了二氧化硅表面与光刻胶的接触，使光刻时不易浮胶。这样做充分利用了干氧氧化和湿氧氧化的优点，解决了生长速率和工艺质量的矛盾。4）氢氧合成氧化湿氧氧化和水汽氧化都要用到高纯去离子水，如果去离子水的纯度不够高或者水浴瓶等容器沾污的话，就会使氧化膜的质量受到影响，为此将适当比例混合的高纯氢气和氧气通入氧化炉，在高温下先合成水汽，然后再与硅反应生成二氧化硅，就能得到高质量的二氧化硅薄膜。2、掺氯氧化法在氧化气氛中
34、添加微量氯元素进行二氧化硅薄膜生长，能降低钠离子沾污，抑制钠离子漂移，获得高质量的氧化膜，提高器件电性能和可靠性。常用的氯源有干燥高纯的氯气（Cl 2）或氯化氢（HCl ）和高纯的三氯乙烯（ C2HCl3，液态） 。掺氯氧化一般采用干氧氧化进行，这是因为水的存在会使氯不能结合到氧化膜中去，起不到降低可动钠离子、清洁氧化膜的作用，而且容易腐蚀硅片表面。掺氯氧化速率略大于普通干氧氧化，这是由于氯进入二氧化硅薄膜，使二氧化硅结构发生形变，氧化物质在其中的扩散速率增大的缘故。在掺氯热氧化工艺中，常用的三种氯源里由于氯化氢气体和氯气都是腐蚀性较强的气体，因此在生产上使用越来越多的是三氯乙烯。在高温下三氯
35、乙烯分解生成氯气和氯化氢就用于掺氯氧化，而三氯乙烯本身腐蚀性不如以上两种气体，因此三氯乙烯是更具有发展前途的掺氯氧化工艺的氯源材料。3、热分解淀积法热分解氧化薄膜工艺是利用含硅的化合物经过热分解反应，在硅片表面淀积一层二氧化硅薄膜的方法。优点是基片本身不参与形成氧化膜的反应，而仅仅作为淀积二氧化硅氧化膜的衬底（也可以不是硅衬底） ，保持硅片厚度不变（这是和热氧化法的根本区别） 。因为这种方法可以在较低温度下应用，因此称为“低温淀积” 。常用的热分解淀积氧化膜反应源物质有正硅酸乙酯和硅烷两种。正硅酸乙酯热分解淀积的温度控制在 20左右，反应在真空状态下进行，真空度必须在 100*133.3Pa
36、以上，淀积时间根据膜厚决定。淀积得到的二氧化硅氧化膜不如热生长的致密，但如果在真空淀积之后经过适当的增密处理可使其质量有所改善，方法是硅片在反应炉内加热升温到 850900半小时左右，之后再在干燥的氮气、氩气或者氧气气氛中继续加热一段时间即可。其实是一种 LPCVD 工艺，反应方程式为：Si（OC 2H5）4=SiO 2+H2+CO2+CH4+C2H6+；硅烷热分解淀积的反应方程式为：SiH 4+2O2=SiO2+2H2O（ 300400） ，它其实是一种 APCVD 工艺，是目前生产中常用的常规工艺。由于水汽氧化成本比较低，而氧化层不致密，氢氧合成氧化质量稍好，从成本角度考虑，可以采用水汽氧
37、化，而湿氧氧化一般用于三扩和一次氧化，干氧氧化常用于离子注入前淀积氧化层。14五、氧化装置氧化装置主要由三部分构成：1、氧化炉：又分为炉体、温度测量系统、温度控制系统、反应管四个部分，炉体提供稳定的高温条件，用高温电热丝加热，炉管用绝缘性好的氧化铝管，电热丝绕套在炉管上，外面衬以保温材料，最外层是钢板制的炉罩。温度测量用电热偶配上电位差计，温度控制系统分为自动和手动两部分，手动用调压变压器调控，自动用精密温度自控仪或者计算机控制。反应管用耐高温不易变形的石英管或性能更好但价格较贵的碳化硅管。2、氧化源发生和输送系统；3、进出硅片推拉系统。氧化装置和扩散装置结构基本相同，通常氧化都是在扩散炉中进
38、行，具体步骤见扩散。六、二氧化硅薄膜质量1、厚度：要求在指标范围内，且保持均匀一致。厚度测量要求精度不高时可用比色法、磨蚀法；精度高时，可用双光干涉法、电容电压法；精度高达 10A 时用椭圆偏振仪，也是现在常用的方法。氧化膜的厚度不均匀不仅影响氧化膜对扩散杂质的掩蔽作用和绝缘作用，而且在光刻腐蚀时容易造成局部沾污。要提高膜厚均匀性，首先要控制好氧气的流量，保证反应管里硅片周围氧气和水蒸汽气压均匀；稳定炉温，保证足够长的恒温区；还要控制好水浴温度；氧化前做好硅片的处理，保证清洗质量和硅片表面质量。2、表面质量：要求薄膜表面无斑点、裂纹、白雾、发花、和针孔等缺陷。通常通过在聚光灯下目测或者镜检发现
39、各种缺陷。氧化膜出现斑点会导致斑点周围的氧化膜对杂质的掩蔽能力降低，会造成器件性能变坏，甚至做不出芯片来。一些突起的斑点还会影响光刻的对准精度，造成光刻质量不好，因此要保证氧化前硅片表面无微粒；石英管长期处于高温下易老化，内壁产生颗粒沾污硅片，要及时清洗、更好石英管；操作中注意避免水珠飞溅到硅片表面；硅片清洗后要烘干无水迹。针孔会使氧化层扩散时的掩蔽作用失效，引起晶体管漏电增大，耐压降低甚至击穿，还会造成金属电极引线和氧化膜下面的区域短路，使器件变差或报废。为了减少针孔，必须保证硅片表面质量无位错层错。硅片表面应平整光亮；加强整个器件工艺过程中的清洗处理。3、氧化层层错：将氧化片先经过腐蚀显示
40、，再用显微镜观察，可以看到很多类似火柴杆状的缺陷。氧化层层错会使得氧化膜出现针孔等，最终导致 PN 结反向漏电增大，耐压降低甚至穿通，使器件失效。在 MOS 器件中，Si-SiO 2 系统中的层错会使载流子迁移率下降影响跨导和开关速度。因此要保证硅片表面抛光质量和表面清洗质量，采用掺氯氧化和吸杂技术，在硅片背面引入缺陷或造成很大应力来降低热氧化层错。4、Si-SiO 2 系统电荷：包括 Si-SiO2 系统中的固定电荷、界面态、可动 Na+和电离陷阱等，都可以通过电容电压法检测。15扩散掺杂的作用是制作 N 型或 P 型半导体区域，以构成各种器件结构。掺杂工艺的基本思想就是通过某种技术措施，将
41、一定浓度的三价元素（如硼、锑）或五价元素（如磷、砷等）掺入半导体衬底，从而原材料的部分原子被杂质原子代替。掺杂工艺方法分为：热扩散法和离子注入法。热扩散是最早使用也是最简单的掺杂工艺，它利用原子在高温下的扩散运动，使杂质原子从浓度很高的杂质源向硅中扩散并形成一定的分布。热扩散通常分两个步骤进行：预淀积（预扩散）和主扩散（也称推进） 。预淀积是在高温下利用诸如硼、磷等杂质源对硅片上的掺杂窗口进行扩散，在窗口处形成一层较薄但具有较高浓度的杂质层。主扩散是利用预淀积所形成的表面杂质层做杂质源，在高温下将这层杂质向硅体内扩散的过程。通常推进的时间较长。扩散炉有：HDC 8000A、ADVANTECH
42、sevenstar 5474、Thermco 4303、青岛赛瑞达扩散炉等。现分别列出不同扩散方式的步骤：CSD 涂源扩散（硼源）CSD 涂源扩散的步骤为：CSD 涂源CSD 预淀积后处理基区氧化基区再扩散（或者后两步同时进行即基区氧化再扩散）：1、硼源 CSD 涂覆：利用凃源机在硅片表面进行硼源涂覆，硼源选用硼源 B 30，主要成份是 B2O3，液态。涂源步骤为：1）清洗：硅片在 2 号清洗液中清洗，如果硅片较脏，还需要在煮沸的 SH 清洗液中浸泡清洗；2）涂覆：硅片旋转速度约为 2500 转/min，涂覆后硅片传送到加热板，温度为（801），加热时间为 20S；3）测试：硼源涂覆的厚度为
43、0.5m ，利用假片测试涂覆的厚度和均匀性，用紫外分光光度计分别测试硅片的上、下、左、右、中五点；4）检验：涂覆的硼源表面要求不发花、无缺损、无颗粒等；5）返工：如果硅片表面发花，则用纯水冲洗干净后再涂布。2、CSD 硼源预淀积：在扩散炉中预淀积，预淀积后需要测试硅片 s，方法是将陪片表面的二氧化硅腐蚀掉，然后利用四探针测试仪测试表面的电阻率。不同产品预淀积的时间、温度都有所不同。如果硅片由于卡位在扩散炉炉口停留过久造成硼源氧化，需要返工，首先将 SH-3 清洗液将硅片清洗干净，然后用 HF 溶液去除表面 SiO2，甩干后再重新涂布硼源。3、后处理：用 5%的 HF 溶液浸泡（1020）min
44、。4、再扩散：硅片手动进出炉，再扩散后的硅片需要测试电阻率 s 和结深 jx。POCl3 扩散POCl3 扩散的作用有：磷掺杂、N +淀积和磷吸杂，N +淀积和磷吸杂只需要经过 POCl316预淀积步骤，N +淀积的后处理采用 5%HF 溶液进行泡酸处理，而磷吸杂后处理采用 P 液处理 30S。POCl3 扩散的步骤为：POCl 3 预淀积后处理氧化再扩散（或者后两步同时进行即氧化再扩散） ，各个分步骤为：1、POCl 3 预淀积：步骤同三扩的 POCl3 预淀积，但是不同产品预淀积的时间、温度都有所不同。预淀积在扩散炉中进行，预淀积后需要测试硅片 s。2、后处理：磷吸杂后处理（常常用于外延片
45、小功率产品）：利用 P 液（纯水：HF： HNO3=300：15：10）将硅片磷吸杂后形成大的 PSG 泡酸去除，一般为 30S，如果没有去除干净则加时，P 液的温度和 PSG 腐蚀速率有很大关系；磷吸杂原理：磷硅玻璃是由 P2O5 和 SiO2 的混合物共同组成，结构中存在氧空位，它是负电中心，所以能对以 Na+为代表的可动电荷起到固定提取和阻挡的作用，并且 Na+绝大部分分布在 PSG 中，浓度比 SiO2 中高三倍。磷掺杂后处理：利用 5%的 HF 溶液浸泡 20min 去除表面的氧化层；3、氧化：步骤同三扩的 POCl3 氧化，在扩散炉中氧化，但是不同产品采用的氧化方式、氧化的时间、温
46、度都有所不同；4、再扩散：将硅片装入石英舟中，将扩散炉炉管预热到 800之后，将载有硅片的石英舟按照一定速度慢慢推进炉管后，炉管以一定速率加热升温至工艺温度，经过若干小时（视情况而定）扩散后，炉管内以一定速率慢慢降温，将舟慢慢拉出。离子注入再扩散离子注入再扩散的步骤为：离子注入（硼或磷）氧化再扩散先行片圆片在基区扩散后，发射区扩散前都要做先行片，由先行片的实验工艺条件来指导批量生产，在测试前需要进行特性光刻开特性孔，特性光刻后进行前处理：在加热到（755）的 2 号液中煮一段时间，然后再进行 H2 处理，最后利用四探针测试仪测试晶体管的特性。H2 处理的工艺温度为 500，进行 H2 处理的目
47、的是为了改善硅片表面的表面态密度，由于硅片特性光刻后在表面形成很多硅的悬挂键，即存在很多表面态，通过 H2 处理可以将硅悬挂键和氢键结合从而减少界面态，如果不进行 H2 处理，特性测试不出来。对于三极管（小功率和大功率）来说，主要是双结测试，主要测试参数有BVCBO、BVCEO 、BVEBO 、HFE，如果 HFE 偏小，则需要追加扩散，一般扩散时间越长，HFE 越大，当然 HFE 均匀性也很重要，不能太离散。对于大功率晶体管还需要在基区扩散后进行单结，主要测试 BVCBO。对于二极管（稳压管、开关管，肖特基管除外）来说，主要测试参数有反向击穿电压和正向电压以及正向漏电流，测试击穿电压时，探针是压在相邻两个芯片的焊区上。17结特性参数异常扩散工艺中要测单结和双结特性，根据单结和双结测试情况及时改变工艺条件。测单结主要看
