高压BCD技术的工艺开发和器件性能的研究

摘要

BCD工艺(Bipolar+CMOS+DMOS)是通过技术转移并在ASMC开发的一种高压混合工艺，本文针对它的一些关键工艺进行了优化和研究。通过大量的实验，对其中的Epi工艺的优化、LDMOS开启不对称、基区工艺调整和背金等四个关键问题进行了研究，并进行了解决，大幅度提高了产品的稳定性和良率。 由于外延是BCD工艺中一个基本而且非常重要的步骤，本文针对器件漏电的现象，分析了外延的原理及工艺的研究，找到了解决问题的方法。漏电的原因是钋延工艺前，村底表面不够清洁，导致外延生长过程中产生了缺陷，从而导致PN结之间有漏电。根据此结论，改进了外延前清洗工艺，调整了外延条件获待了良好的效果。 其次，为了解决LDMOS开启不对称的问题，对LDMOS工艺原理和注入工艺进行研究，作了数据分析。实验数据表明，MOS管沟道长度在2微米以下，就会产生短沟道效应。而在多晶硅自对准注入工艺中，多晶硅会对注入产生阴影作用，对注入角度的要求很高，会影响短沟道MOS的开启：通过改进多晶硅的斜坡和注人工艺，解决了LDMOS开启不对称，提高了良率。 然后，BCD工艺是双极型和场效应管的组合，有些层次被两种管子共享，所以这些层次的工艺精度要求就很高，特别是基区，既是双极型的基区，又是场效匝管的源漏，还是LDMOS的村底，所以是重中之重，调整起来要全面兼顾，难度很大。通过大量的试验和分组，选择了最佳工艺，使得各个管子的电参数都能满足客户的要求。 最后，由于是高压工艺，功耗很大，所以要做一步背面金属化工艺，以提供良好的散热敬果。而背面金属化有两个重要的要求：一个是接触电阻要小；一个是金属与硅的粘合要好，不能在封装过程中出现脱落。接触电阻小要选择合适的金属，最后我们选择了钛一镍一银的组合结构。金属脱落是背金工艺中较常呢但又比较难以解决的问题，我们通过实验来优化工艺，最后取得了比较良好的效果，从而使工艺的稳定性得到了提高。 通过对BCD工艺的研究，本论文的研究成果已应用在大规模生产中，并大幅度提高了器件产品的良率。

目录

论文独创性声明及论文使用授权声明

摘要

第一章引言

1.1高压BCD制造工艺简介

1.2存在的问题和论文结构

第二章外延工艺的优化

2.1引言

2.2外延概述

2.3器件失效模式的验证

2.3.1期间失效模式的验证

2.3.2外延层的缺陷

2.4外延缺陷与器件失效的改进和讨论

2.4.1外延缺陷改进实验安排

2.4.2外延缺陷改进实验讨论

2.5实验结论

第三章LDMOS制造工艺的优化与研究

3.1引言

3.2 LDMOS的制造流程和结构

3.3 LDMOS的电性能测试及分析

3.3.1 LDMOS的电性能测试

3.3.2 LDMOS开启不对称的初步分析

3.4短沟道效应

3.5注入对DMOS沟道长度的影响

3.5.1 注入的沟道效应

3.5.2倾斜硅片对沟道长度的影响

第四章基区工艺调整的优化与研究

4.1引言

4.2掺杂

4.2.1注入的原理

4.2.2离子注入的参数

4.2.3扩散原理

4.3对基区工艺的研究和调整

4.3.1基区共享

4.3.2 工艺调整

4.3.3结论

第五章背面金属化工艺

5.1引言

5.2背金的机理

5.2.1应力

5.2.2芯片背面多层金属化

5.2.3热传导

5.3金属淀积系统

5.3.1电子束蒸发

5.3.2磁控溅射

5.4 工艺流程和要点

5.5背金的金属脱落和可靠性

5.5.1背金的金属脱落

5.5.2背金金属脱落的可靠性

5.6问题的研究

5.6.1金属淀积工艺的检查

5.6.2预清洗检查

5.6.3对脱落模式的深入研究和探索

5.7问题的解决和改进

5.7.1边缘脱落的解决

5.7.2随机脱落的解决

5.7.3对溅射设备的优化

5.7.4结论

第六章 BCD工艺的现状和展望

6.1 BCD工艺的现状

6.2 BCD工艺的展望

第七章总结

参考文献

致谢