【正文】 常見的工藝質(zhì)量問題舉例 1 氧化層厚度不均勻——表現(xiàn)為同一片子上氧化層顏色不均勻和同一爐片子的氧化層顏色不均勻。 氧化層厚度不均勻主要會影響光刻操作，無法選擇合適的腐蝕時(shí)間，影響光刻圖形的質(zhì)量。 產(chǎn)生的主要原因有：氧氣流量或水汽壓力不均勻、爐子溫度不均勻，恒溫區(qū)太短等。 2 氧化層、擴(kuò)散層表面有“斑點(diǎn)”——小黑點(diǎn)、小亮點(diǎn)、合金點(diǎn)、破壞點(diǎn)等。 這些“斑點(diǎn)”的出現(xiàn)，可使氧化層在這些點(diǎn)上對雜質(zhì)不起隱蔽作用；而且突出的斑點(diǎn)還會影響光刻操作，引起針孔、浮膠等。在擴(kuò)散窗口中的合金點(diǎn)、破壞點(diǎn)會引起局部的擴(kuò)散尖峰或管道，引起低擊穿、軟擊穿。 產(chǎn)生的主要原因有：硅片清洗不干凈、石英管清洗不干凈或剝落的石英顆粒、硅片表面本來有的亮點(diǎn)、硅片上有水跡未烘干、擴(kuò)散源蒸汽壓過高等。3 擴(kuò)散層的方塊電阻和結(jié)深的偏大或偏小1) 產(chǎn)生的原因——主要與擴(kuò)散工藝條件選取不當(dāng)、爐溫偏高或偏低、擴(kuò)散時(shí)間偏長或偏短有關(guān)。（在上一節(jié)擴(kuò)散工藝原理中已有講過。）2）R□、Xj偏大或偏小的后果——使基區(qū)或發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度分布發(fā)生較大的偏離，引起管子的主要電參數(shù)(hFE、fT) 不符合規(guī)范要求。3）解決的辦法——做先行試片，調(diào)節(jié)爐溫和時(shí)間，測出試片的R□、Xj，直到符合工藝要求。4 單結(jié)、雙結(jié)的低擊穿或軟擊穿 1）產(chǎn)生單結(jié)低擊穿的可能原因有：★ 材料電阻率偏低、外延層或高阻層偏薄，層錯(cuò)或位錯(cuò)密度太大?！?表面有破壞點(diǎn)或合金點(diǎn)，形成局部管道。2）產(chǎn)生單結(jié)軟擊穿的可能原因有：★ 擴(kuò)散表面沾污，吸附金屬離子，產(chǎn)生漏電。★ 光刻圖形邊緣嚴(yán)重變形曲折，邊緣毛刺。3）產(chǎn)生雙結(jié)低擊穿的可能原因有：★ 基區(qū)擴(kuò)散結(jié)太淺，發(fā)射區(qū)擴(kuò)散后產(chǎn)生穿通。★ 基區(qū)光刻時(shí)留下小島，形成N型管道，在發(fā)射極擴(kuò)散后引起CE穿通?！?發(fā)射區(qū)范圍內(nèi)，有比較高的位錯(cuò)密度或有表面破壞點(diǎn)，合金點(diǎn)，在發(fā)射區(qū)擴(kuò)散后，形成擴(kuò)散尖峰，引起CE管道擊穿。4）產(chǎn)生雙結(jié)軟擊穿的可能原因有：★ 基區(qū)擴(kuò)散表面濃度太低，在發(fā)射極擴(kuò)散后，基區(qū)表面產(chǎn)生反型，從而，產(chǎn)生表面溝道效應(yīng)，引起表面漏電而發(fā)生軟擊穿?！?表面嚴(yán)重沾污，吸附金屬離子，產(chǎn)生漏電而引起軟擊穿。5 電流放大系數(shù)hFE偏大或偏小以及均勻性不好問題1）hFE偏大的可能原因有：★ 基區(qū)擴(kuò)散表面濃度太低或結(jié)太淺?！?發(fā)射極擴(kuò)散表面濃度太高或結(jié)太深。2）hFE偏小的可能原因有：★ 基區(qū)擴(kuò)散表面濃度太高或結(jié)太深?！?發(fā)射極擴(kuò)散表面濃度太低或結(jié)太淺。3）控制和調(diào)整hFE大小的辦法：★ 嚴(yán)格控制基區(qū)擴(kuò)散和發(fā)射區(qū)擴(kuò)散的爐溫、時(shí)間、氣體流量，使R□、Xj 符合工藝要求?！?在發(fā)射區(qū)POCL3淀積與再擴(kuò)散時(shí)，做試片和先行片，根據(jù)基區(qū)的R□、Xj值，適當(dāng)選取爐溫和時(shí)間，先看試片的結(jié)果，再適當(dāng)調(diào)整進(jìn)一步試驗(yàn)，直到hFE大小符合要求。4）電流放大系數(shù)hFE的均勻性問題a) 電流放大系數(shù)hFE 的均勻性好壞，直接影響成品率和對擋率的高低，因此，對hFE 的均勻性有較高的要求。b) hFE 的均勻性包括，同一片子上的hFE均勻性和同一批不同片上的hFE 的均勻性。c) 影響hFE均勻性的主要因素有：★ 爐溫分布（縱向和徑向）的均勻性好壞?！?氣體流量的大?。ㄅc片子大小、爐管直徑大小相匹配）?！?石英舟的形狀、片子的擺放方向。6 “梅花斑”點(diǎn)1）“梅花斑”現(xiàn)象——有時(shí)，在發(fā)射區(qū)擴(kuò)散后，在低倍率顯微鏡下看到，片子表面上局部出現(xiàn)“梅花”狀分布的黑色斑點(diǎn)。在高倍率顯微鏡下看，是一灘灘的小黑點(diǎn)，去掉SIO2層看到象小冰塊形狀的白色結(jié)晶。2）“梅花斑”的后果——容易產(chǎn)生光刻脫膠、鉆蝕，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的成品率和可靠性。3）“梅花斑”的產(chǎn)生原因——在POCL3淀積時(shí)，由于磷氣氛濃度太高、片子表面吸附水分（未烘干）、室內(nèi)空氣濕度太大等因素，從而使片子表面上過飽和的磷吸濕成為偏磷酸析出，形成 “梅花”狀斑點(diǎn)。4）“梅花斑”的預(yù)防和補(bǔ)救措施——在POCL3淀積后，必須立即用HF泡去高濃度的磷硅玻璃層，才能流入下工序；另外，還要注意片子進(jìn)爐前充分烘干和保證室內(nèi)空氣的濕度符合要求。已經(jīng)出現(xiàn)“梅花斑”的片子，可以用泡去表面磷硅玻璃層，返工長UDO補(bǔ)救。7 光刻針孔1） 光刻腐蝕后，在SIO2上留有針尖狀小孔，稱為“針孔”。2） “針孔”會影響SIO2對雜質(zhì)的隱蔽，造成局部短路，使反向電流增大，擊穿電壓降低。3） 產(chǎn)生“針孔”的原因有：★ 光刻版透明區(qū)上有小黑點(diǎn)，★ 片子表面上有灰塵以及其它顆粒沾污★ 光刻膠太薄★ 暴光時(shí)間不足★ 腐蝕液配比不當(dāng)，腐蝕速度太快。4）減少“針孔“的辦法——★ 加強(qiáng)光刻版的檢驗(yàn)，并及時(shí)進(jìn)行清洗處理?！?提高氧化擴(kuò)散后片子表面的質(zhì)量?！?嚴(yán)格控制光刻膠膜厚薄、暴光時(shí)間、腐蝕液配比?！?采用兩次涂膠、兩次暴光。 8 光刻浮膠1） 浮膠現(xiàn)象——在顯影和腐蝕時(shí)，在應(yīng)該保留膠膜的地方發(fā)生膠膜脫落的現(xiàn)象（也叫脫膠）。2） 浮膠的后果——破壞光刻圖形，成為廢品。3） 產(chǎn)生浮膠的原因有：★ 片子表面不清潔、有水汽或油污?！?光刻膠配比不合適，黏度不夠或已經(jīng)失效?！?前烘不足、或暴光不足、或堅(jiān)膜不足。★ 顯影時(shí)間過長、或腐蝕溫度過高，時(shí)間過長?！?腐蝕液配比不當(dāng)。9 光刻毛刺和鉆蝕1）毛刺和鉆蝕現(xiàn)象——在腐蝕時(shí)，如果腐蝕液滲透光刻膠膜的邊緣，會使圖形邊緣受到腐蝕，從而破壞圖形的完整性。若滲透較輕，使圖形邊緣出現(xiàn)針狀的局部破壞，習(xí)慣上稱為“毛刺”。若滲透較嚴(yán)重，圖形邊緣就出現(xiàn)“鋸齒”狀或“多層花邊”狀的現(xiàn)象，稱為“鉆蝕”。2）毛刺和鉆蝕的后果——當(dāng)圖形出現(xiàn)毛刺和鉆蝕時(shí)，會引起PN結(jié)面的不平整、影響結(jié)特性，嚴(yán)重者會造成短路，使器件成品率、穩(wěn)定性、可靠性大大下降。3）產(chǎn)生毛刺和鉆蝕的原因有：★ 硅片表面沾污、或吸附水汽、或存在較高濃度的磷硅玻璃、硼硅玻璃層。★ 光刻較質(zhì)量有問題（抗蝕性差、有顆粒狀沾污）?！?顯影或腐蝕時(shí)間過長?！?光刻版本身圖形有毛刺。10 蒸發(fā)工藝的質(zhì)量問題 1）正面蒸鋁的主要問題——鋁層表面發(fā)灰、沾污、掉鋁。背面蒸金的主要問題——掉金、共晶不牢。2）蒸發(fā)工藝質(zhì)量問題對產(chǎn)品質(zhì)量的影響電極歐姆接觸不好——引起VCES、VBES、VBEF大。后道組裝——健合不牢、共晶不上——影響成品率和可靠性。3）鋁層表面發(fā)灰的主要原因★ 真空度不夠高 ★ 鋁源除氣不夠 ★ 蒸發(fā)速率太慢★ 鋁層太厚 ★ 氧化層表面發(fā)灰4）“掉鋁”的主要原因★ 硅片表面不干凈（沾污），或有水汽。★ 真空室內(nèi)油蒸汽污染（擴(kuò)散泵、機(jī)械泵油蒸汽）。5）“掉金”的主要原因★ 硅片表面不干凈（沾污），或有水汽?！?真空室內(nèi)油蒸汽污染（擴(kuò)散泵、機(jī)械泵油蒸汽）。★ 多層金屬之間黏附不良（有沾污或氧化）。24 工藝紀(jì)律和工藝衛(wèi)生的重要性 241 半導(dǎo)體生產(chǎn)對空氣潔凈度的要求 1 半導(dǎo)體生產(chǎn)的特點(diǎn)——微細(xì)加工——線條寬度——微米、亞微米。 ——灰塵顆粒的直徑——微米、幾微米、幾十微米。因此，一?；覊m足以引起短路而失效。 2 空氣潔凈度——把單位體積（1升），定義為空氣潔凈度。 3空氣潔凈度的級別—— 分成以下幾個(gè)級別：10級、100級、1000級、10000級、100000級。 242 工藝衛(wèi)生的內(nèi)涵1 室內(nèi)空氣潔凈度符合要求，2 工作（超凈）服、口罩、手套的穿戴符合要求。3 設(shè)備、工夾具、器皿的清潔度符合要求。4 硅片清洗（前處理）嚴(yán)格按工藝要求——確保片子表面干凈、干燥、不沾污。5 去離子水的純度要符合要求——電阻率大于12MHz 。6 嚴(yán)禁：★ 用手直接接觸片子。★ 手指浸入正在清洗的去離子水槽中?！?掉在地上或桌子上的片子不能直接進(jìn)爐。★ 不準(zhǔn)把書、報(bào)、雜志帶入超凈室，不準(zhǔn)在超凈室內(nèi)用非超凈紙，用化裝品。 243 工藝衛(wèi)生好壞對半導(dǎo)體生產(chǎn)的影響 1 半導(dǎo)體生產(chǎn)的超純加工和微細(xì)加工的特點(diǎn)要求我們搞好工藝衛(wèi)生。 2 如果工藝衛(wèi)生不搞好，引起片子表面沾污，造成器件性能下降。一般可分兩類情況：1） 金屬離子（Na+、K+等）沾污——在PN結(jié)表面附近集中，就會引起反向漏電增大，擊穿電壓降低。 ——在P型基區(qū)表面的SIO2中集中，就會在基區(qū)表面感應(yīng)負(fù)電荷，形成反型層，導(dǎo)致CE漏電增大，甚至CE通。（叫溝道效應(yīng)。） ——在發(fā)射結(jié)表面附近集中，就會引起表面復(fù)合，使電流放大系數(shù)下降（小電流復(fù)合）。2） 表面吸附水汽或其它污垢——使光刻產(chǎn)生針孔、浮膠、鉆蝕?！箶U(kuò)散產(chǎn)生合金點(diǎn)、破壞點(diǎn)——引起反向漏電增大、低擊穿、軟擊穿?！诜庋b內(nèi)水蒸汽含量比較高——引起對鋁層表面的腐蝕和鍵合點(diǎn)界面的腐蝕——引起電極開路。3 片子表面沾污的長期影響是——使器件的穩(wěn)定性、可靠性降低。244 工藝紀(jì)律的內(nèi)涵1 嚴(yán)格按照產(chǎn)品工藝文件的要求（包括：工藝操作規(guī)范、工藝條件、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、測試標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行生產(chǎn)，并做好原始記錄，切實(shí)做到“文實(shí)”相符。2 嚴(yán)格按照設(shè)備安全操作規(guī)程要求進(jìn)行設(shè)備的安全操作，確保安全生產(chǎn)。3 嚴(yán)禁：★ 不按文件要求，隨意操作?！?不準(zhǔn)按未經(jīng)辦理批準(zhǔn)手續(xù)的任何“白條”操作。★ 不準(zhǔn)按超過有效期的臨時(shí)文件和試驗(yàn)單操作。245 工藝紀(jì)律的重要性如果不自覺執(zhí)行工藝紀(jì)律，就會帶來下列后果：1 達(dá)不到產(chǎn)品工藝文件要求的工藝結(jié)果（如：tSIOR□、Xj等），導(dǎo)致產(chǎn)品的電參數(shù)性能達(dá)不到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求。2 造成產(chǎn)品成品率下降，甚至引起整批報(bào)廢。3 由于操作不當(dāng)，容易引發(fā)各種不安全事故，使工廠和個(gè)人蒙受巨大損失。 44