chap3扩散工艺36.ppt

§3.7工艺控制和质量检测 一.工艺控制 二.质量检测 一.工艺控制 污染控制：颗粒、有机物、薄膜、金属离子 污染来源：操作者，清洗过程，高温处理，工具 参量控制：温度，时间，气体流量(影响最大?) 假片和试片 二.质量检测 1.扩散工艺质量检测项目 2. 结深测量 3.扩展电阻法 叙述其他策略 列出每项的优势和劣势 叙述每项所需的消耗 4. 方块电阻测量 为了得到准确的测试结果，测试中应注意（1）四根探针必须保持高低相同，在同意铅平面内，彼此平行且间距相等；（2）探针要有一定的尖度，与样品有良好的接触；（3）为了满足小注入和弱电场的测试条件，通过探针的电流不宜过大，2mA，这样可避免焦耳热的影响和少子注入被电场扫过样品引起测量误差；（4）测量时应取正\反两个方向测量，然后取其平均值，以减少测量误差。 三、质量分析 1．常见表面质量问题： （1）表面合金点和破坏点： 扩散后的硅片表面上有时会有一层白雾状东西或者小的突起，在显微镜下观察，前者是一些黑色的小圆点，后者是一些小突起，在小突起地方，还能看到一圈一圈的干涉条纹。 那些小圆点称为合金点，突起部分称为破坏点，产生的原因有些不同：前者是由于有过多的杂质原子堆积在一起与硅片生成合金点，是一种玻璃体结构；后者是由于在扩散过程中，由于光刻腐蚀不当，硅片表面有缺陷，硅片上有水迹和玷污，工作室内湿度太大或者杂质源变质等原因。 （2）表面玻璃层 硼和磷扩散后，往往在表面形成一层硼硅玻璃层和磷硅玻璃层。这是由于温度过高或扩散时间过长造成的。此玻璃层给下一道光刻工序带来了困难。因为表面这个玻璃层，会与光刻胶粘附力下降，刻蚀时会造成钻蚀或浮胶。因此，在扩散时应尽量减少这一层玻璃层。解决办法是严格控制好扩散温度和时间以及气体流量。 （3）白雾 扩散以后要求硅片光亮，然而，有时侯会发现白雾。这种现象大多发生在液态源磷扩散。因为磷扩散时杂质浓度过高及石英管中存在偏磷酸，在扩散时会有大量烟雾喷射到硅片表面，在快速冷却过程中，就产生了白雾。这些白雾使得光刻胶和硅片粘附不好，同样会产生浮胶或钻蚀现象。解决的办法是控制好扩散温度，不要扩散的太浓，冷却时要慢。 （4）其它： 表面凸起物；表面氧化层颜色不一致；硅片表面滑移线或硅片弯曲；硅片表面划伤，边缘缺损，或硅片开裂等。 表面不良的影响： （1）合金点引起加速扩散而导致结面不平整，使PN结低击穿或“分段击穿”； (2) 由于合金点处不容易生长氧化膜而形成氧化层针孔； （3）表面白雾和合金点都会使硅片表面与光刻胶的粘润性变差，影响光刻质量。 2．漏电电流大：表面沾污引起的表面漏电；氧化层的缺陷破坏了氧化层在杂质扩散时的掩蔽作用和氧化层在电路中的绝缘作用而导电；硅片的缺陷引起杂质扩散时产生管道击穿。 3．薄层电阻偏差 4．器件特性异常：击穿电压异常；hFE异常；稳压二极管稳压值异常。 5.扩散的均匀性和重复性 在实际生产中，经常发现同一炉扩散出来的硅片其薄层电阻相差特大，特别是在低浓度扩散时更为明显，这就是扩散的均匀性问题。 当用同样的条件进行扩散时，发现各次扩散的结果有差异，这就是扩散的重复性问题。 （1）不均匀主要原因： a.首先是衬底材料本身存在着差异。如果同一批外延片中存在电阻率和厚度不均匀，那么在这一批外延片上进行扩散，其方块电阻和杂质浓度肯东会有不同。解决这个问题，当然在于解决衬底材料的均匀性问题，尽量选择参数一致的材料同时进行扩散。 b. 恒温区有变化（或太短）。如果恒温区短，会使石英舟各处温度有差异，从而造成扩散结果不均匀；如果恒温区变化未及时调整，同样会出现这个问题。因此，在生产上是经常测量恒温区的，并且恒温区制的特别长。 c.杂质蒸汽压的影响。如果石英舟上各处的杂质蒸汽压不均匀，也会使得扩散结果不均匀。如携带杂质源的N2流量太小，而保护性N2流量又过大。或者石英管粗细不均匀使得石英舟上各处杂质蒸汽压不一致，改进的办法是在进气端安装一个气体混和室，使得保护性气体和携带源的气体混合后在进入反应室。对于片状氮化硼扩散，要让片状源和硅片之间的间距完全相同。 （2）重复性不好的原因 各次扩散过程中炉温、扩散时间、石英管内杂质蒸汽压的不同，涂胶时涂胶台气氛变化较大及清洁处理不当。石英管使用的初期、中期、后期，由于管壁吸附杂质的情况有变化，从而引起管内杂质蒸汽压的变化等等。 （3）均匀性和重复性的检验： a.四探针测量薄层电阻。用四探针逐点测量硅片层，每点反复测五次，取其平均值，再把硅片上各点测试点的平均值取平均值就得到该硅片的平均RS，用粗线把等平均值的各点连成一曲线，用细线连接与RS相差1%，%.。。。。。。的点就得到许多曲线。 b.也可以用C-