擴散工藝常見問題分析

:一、硅片表面不良

1.表面合金點。形成表面合金點的主要原因是表面濃度過高。

（1）預(yù)淀積時攜帶源的氣體流量過大。如CVD預(yù)淀積時源的濃度過高，液態(tài)源預(yù)淀積時通源的氣體流量過大或在通氣時發(fā)生氣體流量過沖；

（2）源溫過高，使擴散源的蒸氣壓過大；

（3）源的純度不高，含有雜質(zhì)或水份；

（4）預(yù)淀積時擴散溫度過高，時間太長；

為了改善高濃度擴散的表面，常在濃度較高的預(yù)淀積氣氛中加一點氯氣，防止合金點產(chǎn)生。

2.表面黑點或白霧。這是擴散工藝中經(jīng)常出現(xiàn)的表面問題。一般在顯微鏡下觀察是密布的小黑點，在聚光燈下看是或濃或淡的白霧。產(chǎn)生的原因主要有：

（1）硅片表面清洗不良，有殘留的酸性水汽；

（2）純水或化學(xué)試劑過濾孔徑過大，使純水或化學(xué)試劑中含有大量的懸浮小顆粒（肉眼觀察不到）；

（3）預(yù)淀積氣氛中含有水分；

（4）擴散N2中含有水分；

（5）硅片在擴散前暴露在空氣中時間過長，表面吸附酸性氣氛；

3.表面凸起物。主要是由較大粒徑的顆粒污染經(jīng)過高溫處理后形成的。如灰塵、頭屑、纖維等落在硅片表面，或石英管內(nèi)的粉塵、硅屑等在進出舟時濺到硅片表面。表面凸起物一般在日光燈下用肉眼可以看到。

4.表面氧化層顏色不一致。通常是用CVD預(yù)淀積時氧化層厚度不均勻；有時也可能是擴散時氣體管路泄漏引起氣氛紊亂；氣體還有雜質(zhì)，使擴散過程中生長的氧化層不均勻，造成氧化層表面發(fā)花；

5.硅片表面滑移線或硅片彎曲。這是硅片在高溫下的熱應(yīng)力引起的，一般是由進出舟速度過快，硅片間隔太小，石英舟開槽不合適等引起的。

6.硅片表面劃傷，邊緣缺損，或硅片開裂等，通常是由操作不當(dāng)造成的。也有石英舟制作不良（放片子的槽不在同一平面上或槽開的太窄，卡片子）的因素。

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二、漏電流大

漏電流大在集成電路失效的諸因素中通常占據(jù)第一位。造成集成電路漏電流大的原因很多，幾乎涉及到所有的工序。主要有：

（1）表面沾污（主要是重金屬離子和堿金屬離子）引起的表面漏電；

（2）Si－SiO2界面的正電荷，如鈉離子、氧空位，界面態(tài)等引起的表面溝道效應(yīng)，在p型區(qū)形成反型層或耗盡層，造成電路漏電流偏大；

（3）氧化層的缺陷（如針孔等）破壞了氧化層在雜質(zhì)擴散時的掩蔽作用和氧化層在電路中的絕緣作用而導(dǎo)致漏電；

（4）硅片（包括外延層）的缺陷引起雜質(zhì)擴散時產(chǎn)生管道擊穿；

（5）隔離再擴散深度和濃度不夠，造成隔離島間漏電流大（嚴(yán)重時為穿通）；

（6）基區(qū)擴散前有殘留氧化膜或基區(qū)擴散濃度偏低，在發(fā)射區(qū)擴散后表現(xiàn)為基區(qū)寬度小，集電極－發(fā)射極間反向擊穿電壓低，漏電流大；

（7）發(fā)射區(qū)擴散表面濃度太低，引起表面復(fù)合電流；

（8）引線孔光刻套偏和側(cè)向腐蝕量過大后，由AL布線引起的短路漏電流；

（9）AL合金溫度過高或時間過長，引起淺結(jié)器件發(fā)射結(jié)穿通；

減少或控制集成電路的漏電流，需要在整個制造過程中全面、綜合地管理，防止有可能導(dǎo)致漏電的各個因素的產(chǎn)生。從某種意義上說，漏電流的控制水平反映了集成電路生產(chǎn)線的管理水平和技術(shù)水平。

三、薄層電阻偏差

薄層電阻偏差超規(guī)范是擴散工藝最常見的質(zhì)量問題，造成薄層電阻偏差的主要因素有：

（1）擴散爐溫失控或不穩(wěn)定；

（2）用CVD法預(yù)淀積時，氣體流量不穩(wěn)定或熱板溫度不穩(wěn)定；

（3）用其他方法預(yù)淀積時，攜帶源的氣體流量不穩(wěn)定，或源溫失控；

（4）預(yù)淀積或在擴散時氣體管路泄漏或氣體含有雜質(zhì)；

（5）光刻腐蝕后有殘留氧化膜或在清洗過程中產(chǎn)生較厚的自然氧化膜（大于2nm）阻礙了雜質(zhì)擴散；

（6）預(yù)淀積或在擴散過程中設(shè)備的故障或誤動作；

（7）操作人員的誤操作；

四、器件特性異常

器件特性異常主要是在發(fā)射區(qū)再擴散和合金后檢測器件的擊穿電壓異常；Hfe不合規(guī)范，小電流下測的Hfe過低，穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓值不合規(guī)范；電阻呈非線性等。

1.擊穿點壓異常

異常一般有低壓擊穿、分段擊穿、軟擊穿、二次擊穿和擊穿電壓蠕變等。影響擊穿點壓的因素比較多，有些擊穿異常如二次擊穿，不僅設(shè)計芯片制造工藝，還和晶體管的設(shè)計、后工序的組裝等有關(guān)，這里僅就擴散工藝有關(guān)的問題作一些分析。

（1）表面漏電大，可引起軟擊穿、分段擊穿、擊穿電壓蠕變等異常現(xiàn)象；

（2）由缺陷造成的擴散雜質(zhì)管道穿通和隔離擴散深度不夠，會產(chǎn)生分段擊穿；

（3）由于基區(qū)寬度太窄或發(fā)射區(qū)擴散后造成發(fā)射極和集電極短路，會使擊穿電壓降低，甚至為零。造成這種現(xiàn)象的工藝原因是基區(qū)擴散濃度過低或發(fā)射區(qū)擴散結(jié)深過深，發(fā)射區(qū)再擴散時Hfe調(diào)整過大也會使擊穿電壓降低；

（4）Si－SiO2界面電荷密度高，尤其是可動離子密度過高，常常會引起擊穿電壓的不穩(wěn)定，造成擊穿電壓的蠕變。有時測試試片表面處理不好也會發(fā)現(xiàn)擊穿電壓蠕變的現(xiàn)象。

2.Hfe異常原因

（1）基區(qū)擴散異常?；鶇^(qū)擴散濃度過低（薄層電阻大）會使Hfe很容易調(diào)整過大；基區(qū)擴散濃度過高（薄層電阻?。笻fe很難調(diào)大?；鶇^(qū)擴散的不均勻性會使發(fā)射區(qū)再擴散后Hfe也很不均勻；

（2）發(fā)射區(qū)光刻腐蝕后有殘留氧化膜，使發(fā)射區(qū)預(yù)淀積雜質(zhì)的擴散受到阻擋，Hfe很難調(diào)大；

（3）發(fā)射區(qū)預(yù)淀積濃度異常，使Hfe很難調(diào)整；

（4）發(fā)射區(qū)再擴散時間偏短，則Hfe偏低，發(fā)射區(qū)再擴散時間偏長則Hfe偏大。一般因時間控制不當(dāng)很容易造成擴散過頭的現(xiàn)象使Hfe偏大；

（5）表面漏電或可動離子密度過高，會使小電流Hfe偏小。提高小電流Hfe的方法通常是采取通H2合金；

3.電阻呈非線性

電阻呈非線性主要是由于鋁引線的接觸不良引起的，通常的工藝原因是引線孔刻蝕不凈，有殘膜（氧化膜或殘膠等）。