从书本到实践问题解析解析Word文件下载.docx

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≤≥mÅ

□█Ø

孔Ф±

Ф5°

Ω

硅片在进炉前必须清洗以除去表面沾污。

所谓的RCA清洗有几种版本：

NH4OH+H2O2+H2O→HF+H2O→HCl+H2O2+H2O，即1#，HF，2#；

NH4OH+H2O2+H2O→HCl+H2O2+H2O→HF+H2O，即1#，2#，HF；

NH4OH+H2O2+H2O→HF+H2O2，即1#，DHF。

其中1#和HF+H2O2对硅片表面有轻微腐蚀作用，能清除固体颗粒，但清除金属离子作用不强；

2#清除金属离子作用强，但不能清除固体颗粒。

硅片清洗的过程中，从化学溶液中取出硅片后应先放入三级清洗槽内冲洗，然后放入二级、一级清洗槽内冲洗。

从化学溶液中取出的硅片往往有残液滴落，禁止滴入一级清洗槽内。

进炉的、不进炉的，只要是进入甩干机的硅片都必须从一级清洗槽内取出，冲洗不彻底的片子进甩干机会将甩干机沾污！

甩干机里发生粉碎性碎片时，应报告。

甩干机内腔应彻底清洗后方可继续使用。

Xj=2D·

t·

ln

扩散参数的检测也是有讲究的。

N表

SiO2厚度可以精确检测。

N衬

R□通常以四探针仪测得。

四探针仪的测试条件对测试结果是有影响的，通常R□值较大的，以较小的电流测试，R□值较小的，以较大的电流测试。

针尖不可有氧化层，针的压力应恒定。

上面的Xj表达式是分两步进行扩散的情况下，且再扩的扩散长度Dt远大于预扩的扩散长度才较为准确。

简陋条件下的Xj测试需要有技术、耐心和对测试结果可信度的正确判断。

剖面的状况、磨角的准确性、染色是否恰到好处、显微镜的标尺准确性都直接影响测试结果。

AB

如果这些没有把握，凭运气显然是不可取的。

球磨法测结深：

Xj=AB/2R，A为环中心线径，B为环宽，R为球半径。

浅结器件在产品开发的首批，生产线刚刚投产的首批须测结深，正常量产可不测。

进舟方式：

直推、软着陆、悬臂。

各自的优缺点。

离子注入

离子注入以其剂量准确、可在很大范围内调整剂量的优势得到广泛应用。

刚进行工艺开发时，注入剂量可以这样的思路来确定：

假定一个扩散结深，将初步设定的剂量除以结深就得到这一层的平均掺杂浓度，根据这一浓度从《半导体物理》的有关图表中查（P型N型分别查）出平均电阻率，再将此电阻率除以结深就得到R□值。

虽然杂质分布不可能是均匀的，电阻率也不可能是均匀的，但R□值同样是一个最终等效值，在数量级方面不会错。

在这儿未考虑扩散推结时氧化层对杂质的吸收或排斥及扩散前原有杂质的补偿。

离子注入对于R□的估算实例：

离子品种及注入剂量

结深4μm

结深8μm

B+注入

剂量4E14（8E14）

平均浓度1E18

平均浓度5E17

平均电阻率6E-2Ωcm

平均电阻率10E-2Ωcm

R□150Ω（95Ω）

R□125Ω

P+注入

剂量2E14

平均浓度2.5E17

平均电阻率3.6E-2Ωcm

平均电阻率5.2E-2Ωcm

R□90Ω

R□65Ω

结深6.7μm

结深10μm

平均浓度3E17

平均浓度2E17

平均电阻率4.7E-2Ωcm

平均电阻率5.8E-2Ωcm

R□70Ω

R□58Ω

必须指出，不同机台以同一剂量注入、同一条件退火推结并不等于获得同样的R□值，而是各不相同，有时差异很大。

只要每台机自身重复性好，认准它的注入剂量和R□值的关系，就能达到生产受控的目的。

用于检测R□的控片应在做注入氧化时就带入。

离子注入机的生产能力可以下法估算。

离子扫描不会恰好与硅片重合，将扫描面积假定为硅片扩大成的正方形，机器有一个工艺参数“束流”表示离子流产生的电流。

在所设定的注入剂量、扫描面积、束流都已知时，实现注入的时间表达式：

t=d·

S·

Q/I

式中t为时间，d为注入剂量，S为扫描面积，Q为电子电量，I为束流。

机器的束流可在一定范围内调节，为了生产效率，t越小越好，但太小了不易控制，且一致性变劣，通常每一片大约几十秒至几分钟为宜。

有的机台是一片一片加工的，有的是一个底盘装若干片，于是扫描面积和注入时间都变成若干片的总和。

注入时间再加上上下片的时间，抽真空的时间，机械传动的附加时间，就得到一定数量硅片的加工周期。

离子注入机是不能常年累月不间断工作的，应定期保养、调整、更换易损件，确保加工精度。

从理论上说，同一台离子注入机可以做过注磷后做注硼，因为离子选择器的选择能力是可靠的，不会造成交叉沾污，但实践中还是发现做过注磷后做注硼束流可控性变劣，将有关部件清洗后恢复正常。

所以不主张同一台离子注入机既做注硼又做注磷，不得已而做时，应清洗并严密监控。

光刻

光刻的过程一般在教科书里都说得较为详细。

片子从前工序传递到光刻要经过工具夹持、检验。

若光刻加工面被异物触碰、摩擦，会造成光刻胶粘附不牢，而且在显影检查时发现不了，待腐蚀后发现为时已晚。

真空吸笔、镊子、显微镜的镜头和载物台都会触碰片子，不可避免接触表面的，只能接触边缘部分。

此传递过程应以严格的工艺纪律和良好的操作习惯来保证质量。

匀胶机的传送带、光刻机的机械手应保持洁净，排除内部一切异物。

有一种四头匀胶机，工作时手工上下片，应将刚匀胶的片子水平放置，以避免光刻胶尚具有流动性时因重力作用造成胶膜厚度不一。

光刻胶从包装中取出加注到匀胶机储罐的过程将产生气泡，应静置一段时间再用。

光刻胶膜厚度的选取并不是任意的。

刻较细的线条，必须选取较薄的胶膜，不可想象欲刻2μm的线条却涂上1.5μm厚的胶！

但过于薄的胶膜针孔密度将较大。

另外表面形貌起伏较大的产品（台阶较高、非抛光片）在满足分辨率的前提下尽量用厚一点的胶膜，以防止局部覆盖不完整。

浪费不浪费是次要的，因为匀光刻胶99%是甩离硅片的，留1%到留2%对消耗量影响极小。

。

给定粘稠度的光刻胶膜厚度同最高转速的平方根成反比。

匀胶机最高转速对应的时间选择原则是：

胶膜厚度稳定后延迟1～2秒。

正胶的感光性能和负胶相反，分辨率更好，抗蚀性略差，成本略高。

除此以外，本人对正胶知之甚少。

光学光刻的曝光方式通常有接触式、接近式、一次投影式、步进投影式。

因片子翘曲、光刻机平整度不好会造成接触式和接近式曝光时片子和光刻版的间隙不一，图形质量变劣。

对于负性光刻胶，使窗口变窄，严重时甚至消失！

这个问题在设备状况和员工技能欠佳的生产线经常发生，工艺人员应能准确地判断问题所在，对设备人员和操作人员提出要求，改善设备状况，提高员工技能，使光刻质量得以保证。

投影式光刻机的优点是片子和版不接触，大大延长光刻版的寿命，缺点是版上的图形是以放幻灯的形式照上去的，性能合格的机台不应该有图形失真或变形，很遗憾实际上不同的机台会发生不同变形，偏几个μm对于划片尚可接受，对于芯片内的线条是绝对不能容忍的，这时根本无法对准！

只能安排同一台机从前到后刻完所有版次，这样必然影响生产能力。

刻蚀也是容易出现问题的。

新鲜腐蚀液的组分是可以保证恒定的，在使用周期内组分变化不可避免，腐蚀液的温度可以控制在可接受的范围内，待刻的氧化膜、铝膜厚度不能保证一致，要确保较厚的部分刻蚀到位，较薄的部分不可避免会过刻蚀。

虽然可以拟定出刻蚀时间随液体的使用寿命而递增的规律，但仍应要求员工具有对是否刻蚀到位、过刻蚀程度的判断力，对刻蚀条件允许作一些微调。

SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O;

Si+4HNO3+6HF→H2（SiF6）+4H2O+4NO2↑

Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑,SiH4+2O2→SiO2+2H2O↑

SiO2+6HF→H2（SiF6）+2H2O

2Al+6H3PO4→2Al（H2PO4）3+3H2↑磷酸二氢铝溶于水

2Al+2H3PO4→2AlPO4↓+3H2↑磷酸铝白色沉淀

2Cr+6Ce（SO4）2→（HNO3环境）3Ce2（SO4）3+Cr2（SO4）3

光刻工序下传的片子经常会被检验出图形有损伤、钻蚀、染色和对准偏差等现象，按检验文件事先规定的标准，符合要求的当然下传下道工序，不符合要求的有的可以返工。

判别是否返工是有讲究的：

有的情况返工后肯定能做好，有时不一定，有时返工后变得更糟；

或返工虽然能搞好，但成本高于不返工所造成的损失；

有时返工后图形是好了，其他参数却受到影响，总体质量不是提高而是下降。

技术人员应根据综合指标权衡利弊来决定。

现代光刻技术所造成的缺陷密度是很低的，镜检只能查出尺寸较大的缺陷。

大的缺陷数量较少，微小的缺陷不易被发现，但它们对产品合格率有重大影响。

光刻的图形缺陷对产品合格率的影响要看是何种缺陷、在哪一块版上、在什么位置、影响哪一项参数。

针孔的定义是应该保留的膜被刻出小孔。

针孔在各种情况的影响如下：

位置

作用

被影响参数

被影响程度

基区版

基区的范围外

基区范围外的“增压点”

轻微

发射区版

基区的范围外不远处

严重降低高阻区的电阻率，虽然仅仅个别点

BVCBO、ICBO

严重

PNP类补磷版

紧靠E区边缘

使局部基区变浓

BVEBO、IEBO

中等

引线孔版

B极铝条越过E区的部分，或E极铝条越过B区的部分；

基极和发射极短路！

BVEBO

致命

位于EB结的边缘

EB结暴露受沾污

铝反刻版

铝电极的面积减小

忽略

压焊孔版

暴露管芯

小岛的定义是膜应该被刻除的窗口有颗粒状残留。

小岛在各种情况的影响如下：

基区的范围内且在a）基极引线孔处或b）在E区

基区注入或扩散不能进入该区

a）CB穿通

b）CE穿通

发射区的范围内且在发射极引线孔处

发射区扩散不能进入该区

BVEBO穿通

补磷不能进入该区

理论上VBE变大

减小了铝硅接触面积

多保留了铝膜

连铝则BVEBO穿通

不连铝影响外观

多保留了保护层

压不上引线则致命

不影响压线则忽略

CVD

CVD工序用到各种特气，应了解这些气体的物理性质、化学性质，确保安全生产。

特气柜的气路大致如下图：

V1

EXIT

V5

V2N2

V3V6

V4

接口

V7

气瓶

图中V1、V2为通往反应室的分阀，V3为总阀，V4为减压阀，V5为释放阀，V6为冲洗阀，V7为瓶口阀。

冲洗所用N2气应采用瓶装气，不主张用系统管道气，以防止特气泄入管道系统，造成大面积污染。

EXIT释放管道应位于符合要求的排风管道内。

换气时，执行如下程序：

1关闭V1、V2、V3、V7，检查V4显示压力应小于冲洗用N2气压力；

2打开V6，关闭V6；

3打开V5，关闭V5；

4重复执行第2步、第3步共5个回合以上；

5卸下接口，移走空瓶；

6取来满瓶，将瓶口阀V7往关闭的方向紧一下，然后再松开气密堵头；

7接好满瓶，重复执行第2步、第3步共3个回合以上；

8打开V7，记录换气时间（年、月、日、时、分），操作者姓名，V4显示压力；

9过24小时后，记录保压时间（年、月、日、时、分），操作者姓名，V4显示压力；

10确认V4显示压力在作业指导书规定范围内，打开V1、V2、V3，将各阀门挂上状态标识，恢复生产。

离子注入的特气系统是以抽真空来除去管道内的余气，手段不同，目的一样。

CVD系统一般是恒温运行，暂时停产也不降温。

因为它的反应生成物是比较疏松的，若温度变化使反应生成物热胀冷缩产生的大量粉尘将吸附在片子上，后果很糟糕。

常压CVD（APCVD）的控制稍微简单，容易遇到的问题是SiH4出气口会产生粉尘造成堵塞。

低压CVD（LPCVD）的工艺参数较多，有温度、反应时间、反应压力、气体流量（含流量比）和片子在系统里的位置等，PECVD还有一个工艺参数射频功率，可以说是一个多维空间。

CVD的气体流量一般用质量流量计（MCF）来控制，值得注意的是MFC的读数和实际流量可能是不一致的，也很难用标准流量计来校正。

CVD所形成的薄膜的厚度、组分、折射率和致密性都是要关心的参数。

LPCVD既要抽真空，又要加温度、通入气体，两端的气密性很重要。

当冷却水温度偏高或流量不足时，会将密封圈烤坏。

有些生产线是扩散员工承担CVD操作，容易出此事。

LPCVD既然要抽真空，就用到真空泵系统。

通常由一个旋转叶片泵和一个罗茨增压泵串联构成。

为了减轻特气对泵体的腐蚀，常加入一个小流量N2气到泵腔，称为“气镇”。

使用气镇（GasBallast）的代价是牺牲了一些真空泵系统的极限真空度，权衡之下，还是可取的。

LPCVD的真空泵系统要抽特气及反应生成物，它的泵油更换周期比蒸发的真空泵系统短得多，若不及时更换，会造成过滤网堵塞、泵油粘稠呈浆糊状，甚至泵运转不动而烧毁。

另一个注意事项就是当炉管、载片舟清洗后初次使用时，泵系统吸入了大量水汽，工作状态更为恶劣，应当尽力避免。

机械泵/罗茨泵合成抽气速率：

S总=压缩比·

S机·

S罗/（S机+S罗）

金属化

实现金属化的工艺手段有电子束蒸发、钨丝（钨舟）蒸发、溅射等。

金属材料的选择原则：

电阻率低、和衬底（硅）之间亲和力好、制备工艺可实现、光刻工艺可实现、后续加工可实现（正面键合背面共晶焊接）、成本低。

电阻率由低排序：

银铜金铝镍铬钒钛。

和硅的亲和力由好排序：

钒钛铬铝镍金银。

成本由低排序：

铝铜镍铬银钒钛金。

制备工艺、光刻工艺可实现性：

随着技术进步，都能实现。

铝不可用焊料焊接，钛、铬很难用焊料焊接，银铜金可焊。

根据这个原则，绝大多数器件正面金属选铝，背面金属选金或钒镍金、钛镍银或铬镍银，特殊器件正面选钛银，背面选铝铬镍银或铬镍锡银。

金属化前的清洗和扩散前的清洗有所不同，正面已有金属层的片子不可下酸液。

蒸发、溅射都具备真空系统，获取高真空一般至少使用两级泵：

初抽均为旋片式机械泵，高真空泵有几个品种，常用的是扩散泵和冷泵。

前者是靠油蒸汽带走被抽气体，后者靠降温至-255～260℃使被抽气体凝为固体来获得高真空。

冷泵的洁净度更好。

若操作不当都会造成系统失去抽气能力。

电子束蒸发系统在化料时应以挡板遮挡化料期间的蒸发物。

挡板总是经常清洗重复安装，若安装位置过高，会造成遮挡不住；

位置过低，会遭到电子束轰击而熔化，熔化物必然淀积到片子上，遇此情况必须除去蒸发物返工。

金属材料在蒸发时是以汽态沉积到片子表面的，不应有大的颗粒。

但在实际操作中偶尔有表面突起，这些突起物在正面影响光刻，背面影响划片。

下列情况易造成颗粒的产生：

硅片清洗时颗粒清除不彻底，清洗后装片至进入真空室的过程中吸附了环境空气中的浮尘，电子束功率过大或提升功率的速度过快，坩埚边缘有异物残渣掉进坩埚内，金属材料不纯或有空洞。

金属材料中大的空洞的危害是严重的，它会造成金属液滴溅射，击碎片子造成报废且污染真空室。

肖特基类产品的金属化工序是形成肖特基势垒结的关键所在，和PN结构成的器件相比，有更严格的工艺要求，主要体现在：

金属化前表面处理洁净，不可留有氧化物；

所淀积的金属纯度要高，金属化后传递至合金或光刻衔接应紧凑。

这几步运行不好，将使产品漏电流和通态压降增大，合格率降低。

多数主张由溅射形成肖特基势垒结。

真空室内壁的清洗也是工作实践中经常遇到的问题。

经过一段时间的蒸发，内壁、行星架和挡板上不可避免地沉积一层又一层的金属膜，其中的间隙必然吸附很多气体，影响真空度，也就影响了工作效率和金属膜质量。

除去铝膜较为容易，以NaOH溶液可以将铝腐蚀得一干二净而不锈钢的其他附件不会受到影响。

金膜一般可以撕下来回收利用。

较难处理的是铝钛镍银，这儿给出一份蒸发台的附件清洗配方：

HNO3：

H3PO4：

H2O：

HF=15：

15：

1；

腐蚀时间根据金属层厚度而定。

当铝比较多时，适当增加H3PO4成分，附件能保不受腐蚀。

溅射所依据的是在电场作用下气体等离子体撞击靶材，溅出的原子（团）带有能量，这种能量使溅射原子的表面迁移率增加，与蒸发相比，改善了台阶覆盖。

而且多数溅射系统具有反溅射功能，可以彻底清楚硅表面残留的氧化物，使得欧姆接触良好。

金属膜厚度的检测有几种方法。

称重法精确度高，检测结果要经过换算才能获得，执行稍有麻烦。

四探针法要求表面形貌平整，精度其次但有损伤。

感应涡流法能做到无接触无损伤检测，其精确度在多数情况下是可以接受的，但当金属膜下的材质导电性有异时，检测结果会发生较大误差或无法检测。

遇到这种情况就应在加工时事先带入可以准确检测的控片。

晶体管的封装

晶体管芯片要经过封装后才能在线路上运用。

了解一些封装过程以便了解产品的使用，并可科学地应对客户的反馈。

现代大量使用的封装形式是塑封，主要外形从小到大有：

SOT-23、TO-92、TO-92L、TO-252、TO-251、TO-126、TO-220、TO-3P。

尺寸越大，环境额定的情况下耗散功率也越大，反之亦然。

TO-126以上的外形允许加装散热片，在管壳额定的情况下耗散功率将远大于环境额定之值。

外形和环境额定的耗散功率参考值如下表：

外形

SOT-23

TO-92

TO-92L

TO-252TO-251TO-126

TO-220

TO-3P

TO-264

耗散功率

0.25W

0.625W

0.9W

1.2W

1.7W

2.4W

3.5W

晶体管的功率特性是专门课题，有专题参考资料。

客户先把圆片分割成单个管芯，称为锯片。

也有的客户要求芯片制造厂锯片。

锯片在绝大多数情况下对质量是不构成影响的。

当发生锯歪、崩边会使产品击穿电压变软或近似直通。

背面的颗粒突起在锯片时会造成蓝膜不能紧贴背面引起“黑水”泛滥，严重时打崩锯片刀，客户对此将很恼火。

若未锯到底靠手工裂片，会造成背面崩边，对于背面有PN结的产品（如可控硅类），当然参数变劣。

若锯过头，会将膜撕开，客户也很恼火，严重时锯片刀啃到底盘上则造成设备严重损失。

曾遇到过锯片后hFE变大的案例，PNP扩金的产品较为明显，定性地说，这是芯片内部应力释放所造成，其定量的关系较难寻找。

小尺寸的、背金的管芯通常是自动装片，共晶焊（不用焊料）；

尺寸稍大、背银的管芯通常用焊料；

尺寸很大背银的管芯通常是人工装片。

小尺寸的管芯通常打金线，近年来封装厂为了降低成本广泛使用铜线。

打铜线则要求芯片的铝层更厚一些。

大尺寸的管芯通常打铝线。

曾见过国外的大功率产品是用扁形铜条作为内引线，以便通过很大的电流。

然后经过塑封、固化、切筋。

切筋会造成较大的机械应力，TO-220的切入点靠管芯较近，应力也大，会造成hFE变小，可控硅类产品则触发电流变大，严重时造成管芯裂开，当然电参数也没了。

一些封装厂有较强的技术力量和较完善的手段，能对产品作全面地分析；

也有的仅仅一知半解，遇到什么问题就说芯片不好。

对客户的反馈应作实事求是地分析，谁的问题谁承担。

容易发生的是客户自行更改测试条件，然后认为芯片参数不符合要求；

也有将送样的参数典型值作为供货验收的指标。

文件的标准化描述

作为一个产品工程师或工艺工程师，是经常要起草技术文件的，文件对操作步骤、工艺条件的叙述应正确、明了，不易产生误解，对所用的名词、术语应符合国际惯例和国家标准。

但具体的企业技术文件是针对具体的设备而制定的，为了直观、贴切，有关名词、术语依设备而定。

下面举例说明文件如何描述更为妥当。

█否定词重复不当：

现在已不用这句话了

装片完毕,应目检硅片是否平行,间距是否相等,千万不可错位,否则重新装片。

改为：

装片完毕，目检硅片应平行，间距应相等，槽位应正确，否则重新装片。

“千万、无论如何”等词带有文学色彩，不要用在技术文件里。

请比较下面的描述：

检查源瓶内源量不可少于五分之一，否则应添加……。

别扭

检查源瓶内源量应超过五分之一，否则应添加……。

通顺

硅片清洗后应在3h内进炉，否则重新清洗……。

硅片清洗后到进炉不应超过3h，否则重新清洗……。

█口头语用于文件：

把“MANU/AUTO”转换旋钮打到“MANU”档。

将“MANU/AUTO”转换旋钮设置为“MANU”状态。

█注意事项和操作过程的区别：

注意事项条款中可写：

检查压缩空气压力是否大于2Kg/cm2，N2压力是否大于1Kg/cm2，真空负压是否大于45cmHg。

操作过程条款中应写：

检查压缩空气压力应大于2Kg/cm2，N2压力应大于1Kg/cm2，真空负压应大于45cmHg。

█