半导体制造工艺流程参考(7)

2019-04-17 00:18

工艺 APCVD (常压CVD) 优点 反应简单 淀积速度快 低温 高纯度和均匀性, 一致的台阶覆盖能力,大的硅片容量 缺点 台阶覆盖能力差, 有颗粒沾污 低产出率 高温,低的淀积速率,需要更多的维护,要求真空系统支持 应用 低温二氧化硅 (掺杂或不掺杂) LPCVD (低压 CVD) 高温二氧化硅 (掺杂或不掺杂)、氮化硅、多晶硅等 等离子体增强CVD(PECVD) 低温,快速淀积,好的台阶覆盖能力,好的间隙填充能力 要求RF系统,高成本,压力远大于张力,化学物质和颗粒沾污 高的深宽比间隙的填充,金属上的SiO2、钝化( Si3N4)

LPCVD 和 PECVD 氮化硅的性质: 性质 淀积温度 (?C) 组成成分 台阶覆盖 23?C 下硅上的应力 (dyn/cm-2) APCVD 800-900 Si3N4 —— —— LPCVD 700 – 800 Si3N4 整形 (1.2-1.8)*1010 (张力) PECVD 300 – 400 SixNyHz 共形 (1-8)* 109 (张力或压力)

氮气退火

Al下CVD经过前处理后需要进行氮气退火,退火的目的是为了将钝化层增密,并且改善钝化层的结构,氮气退火的工艺温度为(900-1050)℃。

CVD擦片:

对于部分CVD淀积的薄膜淀积后需要擦片去除表面沾污,利用SVG-8620擦片机进行,具体擦片流程为:冲洗——刷片——冲洗——吹干。

CVD膜检查:

1、针孔检查(Al层覆盖CVD膜后):利用显微镜观察; 2、ρs检查:PSG;

3、膜厚以及膜厚均匀性:利用Nanospec 膜厚测试仪测试;

4、小丘:在聚光灯下目检,形成小丘的原因有SiO2 屑、Si屑、CVD屑等;

CVD膜厚常见异常情况:

1、色差 2、白雾 3、流水 4、颗粒 5、擦伤

6、开裂:CVD氧化膜和PE氮化硅在我们生产线上都出现过开裂,开裂原因是应力。

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应力是应力系数与膜厚的乘积,应力系数大小是通过一定条件下,测试长膜圆片翘曲的曲率半径,经过计算确定,其与薄膜种类、衬底材料、环境温度以及淀积工艺、淀积设备等有关。应力有张应力与压应力之分,CVD膜应力基本上为张应力。开裂是应力释放的结果。CVD薄膜越厚,钝化效果越好,但是更容易开裂。

CVD工序检验:

1、UDO CVD:膜厚、表面(颜色一致,无颗粒、划痕、白雾、流水等异常);

2、铝下CVD:方块电阻、氧化层厚度、表面(颜色一致,无颗粒、划痕、白雾、流水等异常);

3、PECVD Si3N4:膜厚、折射率(用椭偏仪检验)、表面(颜色一致,无颗粒、划痕、白雾、流水等异常);

4、铝上CVD:方块电阻、氧化层厚度、表面(颜色一致,无颗粒、划痕、白雾、流水等异常);

5、SIPOS膜:检验膜厚以及表面(颜色一致,无颗粒、划痕、白雾、流水等异常)。

钝化

半导体器件的特性和稳定性可靠性与半导体表面性质有很密切的关系。为了避免因环境和其他外界因素对器件的影响,除了将芯片封入一个特制的气密性很好的外壳外,还需要在芯片表面覆盖一层保护膜。这种形成表面保护膜和为克服表面缺陷而采用的工艺统称为表面钝化工艺。

钝化,除了通常意义上的“保护”作用外,还有着明确的特定的微电子学物理意义,这就是钝化层对以Na+为代表的可动电荷有着阻挡、固定和提取的作用。 常用的钝化工艺

1、磷硅玻璃(PSG):见光刻 2、聚酰亚胺(PIQ):见光刻 3、氮化硅(Si3N4、SixNy):

氮化硅是一种很好的绝缘介质。其结构致密、硬度大、介电强度高、化学稳定性好,除与HF和180 ℃以上的热磷酸有轻微作用外,几乎不与任何酸类反应。它不仅对Na+有很好的掩蔽作用;由于Na+在氮化硅中的固溶度大于在Si和SiO2中的固溶度,所以它还有固定、提取Na+的作用。氮化硅是目前生产中用的较多较理想的钝化介质膜。

氮化硅薄膜的缺点是应力比较大,厚度一厚就容易开裂。

氮化硅薄膜采用LPCVD、APCVD都能生长,但是淀积温度分别高达750 ℃和900 ℃以上,只能用作Al下的一次钝化。只有PECVD氮化硅( SixNy ),可以作Al上钝化膜。

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清洗

自动清洗

自动清洗在TAW-3 双槽清洗机中进行,清洗机会根据程序依照清洗步骤自动添加清洗剂、冲纯水,而泡酸是手动在泡酸柜中进行,具体清洗模式有: 清洗步骤 清洗方式 A 20 √ 10 √ √ √ A’ 5 √ 10 √ √ √ B 15 √ 8 √ √ √ C 15 √ 8 √ √ D 10 √ 2 √ 8 √ √ √ E 10 √ 10 √ √ √ F 10 √ 10 √ √ 超声 √ √ √ √ √ √ √ 温纯水+1% 3F型高纯清洗剂 冲纯水4min*2 温纯水+1% 3F型高纯清洗剂+1%Na(OH)溶液 冲纯水4min*3 温纯水冲洗时间(min) 冲纯水4min*2 纯水冲洗4min 手动泡酸20S 泡酸后纯水冲10min 其中:A液是3F型高纯清洗剂,B液是Na(OH)溶液,C液是HF溶液,D液是(70±5)℃的温纯水。

手动清洗

1、SC-1处理:SC-1处理溶液为温纯水:H2O2:氨水=5:1:1,(75±5)℃,浸泡10min; 2、SC-2处理:SC-2处理溶液为温纯水:H2O2:HCl=5:1:1,(75±5)℃,浸泡15min; 3、SC-3处理(SH处理):SH溶液为H2SO4:H2O2=3:1,120℃,浸泡10min; 4、LV-210处理:在溢流槽中溢流30S,重复冲洗9次,然后冲水;

在铝淀积之后一般用LV-210处理方式,在三氧化磷扩散前常采用B方式清洗,一般硅片的前处理都采用A、A’、B方式,泡酸主要为了去除硅片表面的自然氧化层。

中测

圆片制造完成经过钝化之后,流入中测工序。

1、大片测试:通过测试程序测试每片圆片上、下、左、右、中间五点的参数,测试机器采用探针台和JUNO机,测试参数有:

二极管:反向漏电流,击穿电压,对于变容二极管来说,还要利用MDC C-V测试仪测试电容;

三极管:BVCEO、HFE等。

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2、Ts测试:三极管测试完成后还要抽测ts,仪器为:MPT-561型探针台,UT9600A晶体管多功能筛选机。

3、中测编批:在每个塑料袋上贴上相应的批号标签并且归批。 4、中测:编批后的圆片进行中测,中测分为全测和免测。 全测是指圆片上的每个管芯都进行测试,免测是指按照一定的步径抽测部分管芯,通常免测片面积小,数量多,如果全测要耗费很多时间。

中测的测试机器有:

(1)探针台:TZ-109B、TZ-603、TZ-610自动探针测试台,2001X探针测试台(可以自动从传送盒中上下料,测免测片时常用自动上下料)

(2)测试机:都是采用JUNO DTS-1000

测试步骤:将圆片放置在探针台上,调节好圆片位置,抽真空将圆片吸附住,设置芯片的长宽步径,通过显微镜观察,将芯片的压焊区移至探针下方的合适位置,试测成功后就可以进行测试了。

如果有不合格的产品机器会自动打点,一般采用绿墨水或者黑墨水。芯片测试结束后需将圆片要放到烘箱中以使得墨水烘干,烘烤温度为: (175±10)℃。

中测结束后的产品转入中转库,进行芯片后工序。

芯片后工序(减薄、背蒸)

芯片后工序是指芯片制造完成,经过中测、打点后根据需要再进行的减薄、蒸金工艺。

磨抛

一、减薄

在半导体制造过程中,为了保证圆片的机械强度、防止翘曲,硅片必须具有一定厚度,但是制造完毕后,为了便于划片、减少接触电阻、利于封装后芯片的散热,需要将芯片从背面减薄,一般减薄到200μm左右,减薄分为有蜡减薄和无蜡减薄。

有蜡减薄是在粘片机上利用熔融的蜡将圆片粘在承片盘上,将承片盘装入磨片机利用研磨液进行研磨,磨片结束清洗干净后,根据需要确定是否进行抛光。而无蜡减薄是利用DFG8540磨片机减薄,它分为精磨和粗磨,不要涂蜡,但是需要在圆片正面贴膜。

1、有蜡减薄:主要利用粘片机和单面减薄机(磨片机),工艺很老,由于要加热石蜡,会产生难闻气味。

研磨液:

金刚砂:研磨液=(300±15)g:1L

或者Al2O3:研磨液=(150±15)g:1L) 不同研磨液研磨出的硅片表面粗糙度不一样。

磨片结束后将承片盘取下,用三脚的千分表测试圆片的厚度,看是否达到要求。

2、无蜡减薄:利用自动磨片机(DFG8540磨片机,和长电磨片机一样)减薄,不要涂

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蜡,但是需要在圆片正面贴膜,磨片分为精磨和粗磨。

对于大功率管常采用喷砂机喷砂进行减薄,通过金刚砂和水的混合液喷打在硅片背面将硅片减薄。

圆片减薄清洗后,送入检验室检验:

外观检:在显微镜或日光灯下检验碎片、缺角、崩边,正面有无划伤、沾污、芯片有无侵蚀,背面有无沾污、水印、微裂纹、损伤等;

厚度:用千分表测试圆片中心点厚度,如果圆片厚度过大可能会影响封装质量;

表面粗糙度:用SURFCOM 1400B粗糙度测试仪测试,粗糙度必须需要符合要求,如果粗糙度过大会影响后续的背面蒸金工序。 二、抛光

在自动粘片机上将硅片用电子蜡粘在承片盘上,将承片盘装入抛光机上,启动机器,开始抛光,此时必须保证抛光液(抛光液: 纯水=1:10)一直流入转盘上。磨片结束后将承片盘取下,此时可以用三脚的千分表测试圆片的厚度,看是否达到要求,一般硅片在减薄后通常抛光3μm。可以在抛光前后用三脚千分表测量硅片的厚度以确定是否符合磨抛的要求,磨抛结束后需要检查表明是否有划伤、碎片等。

抛光分为圆片抛光和、双磨片抛光。

抛光片QC检查:

1)平行度:用非接触厚度测试仪测试;

2)外观检:在显微镜或日光灯下检验碎片、缺角、崩边、划伤、沾污、裂缝、翘曲、桔皮、麻点、白雾、突起等;

3)氧化层层错:铬酸腐蚀法。 三、去蜡、清洗

有蜡减薄和抛光的圆片需要去蜡清洗。首先将两个清洗槽中的H-1清洗液加热到至沸腾,再将盛有圆片的转移盒依次放入两个槽中浸泡,然后将圆片在异丙醇溶液的槽中浸泡以去除H-1清洗液,最后放在超声波清洗机中用纯水超声清洗以除去异丙醇,利用甩干机甩干后(加热,通氮气)送到检验室检验。

对于抛光后(有蜡和无蜡)的圆片,在工序完成后需要清洗,在七槽清洗机中进行,每个槽中的溶液分别为:

1)一槽:纯水;

2)二槽:NaOH溶液和界面活性剂的混合液; 3)三槽:纯水;

4)四槽:NaOH溶液和界面活性剂的混合液; 5)五槽:纯水; 6)六槽:纯水;

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