GPP器件关键工艺设备制造技术研究

１GPP二极管工艺制程

图ｌ为GPP二极管制造主要工艺流程示意图，包括晶片来料湿法清洗、磷预扩散、硼扩散及磷再分布、一次光刻、Ｖ形沟槽刻蚀、ｓ口OS（SE．

ｍｉ—111舳LATEDPOLYCRYSTALLINEOFSILICON）半绝缘多晶硅保护膜淀积、玻璃涂布、二次光刻、光阻去除、玻璃烧结、LTO（LOWTEMPERAN】ｒｅｏｘｉｄ撕ｏｎ）低温氧化层淀积、三次光刻、接触面刻蚀、镀镍、镍烧结、镀金、电性测试。

从以上流程可以看出，GPP二极管的制程主要为三层保护膜的制作，其中ＳＩＰＯＳ起到束缚电子的作用，烧结玻璃是对ＰＮ结的保护、Ｓｉ０：是防止镍层与玻璃的附着；而这三层保护膜的完成都是基于同一位置——晶圆Ｖ形深沟槽中，由此可见沟槽的宽度、深度、形状、均匀性等直接影响着玻璃覆层的附着及厚度，进而影响着GPP二极管的性能参数。以往多采用机械式划槽技术，采用高速砂轮划Ｖ型槽，由于易造成碎片，沟槽深度也有一定的限制，因此现在多采用半导体平面刻蚀槽工艺技术，即光刻掩膜后利用湿法腐蚀的原理刻蚀Ｖ形槽。Ｖ型槽腐蚀液配比通常为硝酸：氢氟酸：冰醋酸＝５：５：２，腐蚀温度为一１０℃～０℃，时间２０～２５ｒｎｊｎ（腐蚀时间随槽深而确定），通常为100～120斗ｍ，关键是控制好腐蚀速率。

２GPP器件关键工艺设备

GPP二极管主要工艺流程为沟槽制作及保护膜的制作，因此用到的设备主要有湿法清洗设备、扩散炉、光刻机、匀胶机、湿法刻蚀设备、LPCVD、划片机等设备，由于扩散、光刻、LPCVD等工艺技术在半导体工艺技术中有着成熟的应用工艺，而湿法刻蚀设备属于新的工艺技术，刻蚀速率的控制与温度等有着密不可分的关系，而刻蚀过程中又存在大量放热等现象，因此溶液的温度会随着腐蚀深度、腐蚀液的浓度、腐蚀时间等在不断变化；晶圆片在腐蚀槽中不同的位置也会影响腐蚀沟槽的均匀性，因此如何控制溶液的温度、溶液的流场、晶圆的运动等成为湿法刻蚀设备的关键制造技术。

２．１溶液温度的控制

由于腐蚀液温度为一１０℃～Ｏ℃，精度为±１℃，因此采用管路中制冷控制器与热交换器的方式，即化学液使用循环泵从溢流槽打入到热交换器中，与热交换器中的冷媒进行交换控制溶液的温度；然而当晶圆进入腐蚀液后与腐蚀液发生反应放出大量的热量，导致溶液温度迅速上升（５℃到８℃），因此如何快速稳定温度就成为关键。有一种采用两级制冷控制的方法，即采用第一级制冷机与第二级制冷机同时控制，当检测温度有上升时立即切换为两级同时控制，通常第二级制冷机冷媒的温度较第一级制冷机冷媒的温度低１０℃左右（根据放热量可调节），这样可快速拟制温度的上升，从而达到精确温度控制的作用。

２．２腐蚀液流场控制

腐蚀液的温度决定着腐蚀的速率，然而腐蚀液在槽体中的流场也直接影响着晶圆腐蚀的均匀性。为此采用腐蚀槽四面360。循环溢流的结构，另外在注入方式上采用底部盘管均匀小孔注入、盘管上带匀流洞洞板的方式，溶液循环采用风囊泵最大程度减少溶液的脉动，从而保证溶液流场的均匀性。

２．３晶圆运动控制

在腐蚀过程中，晶圆如果一直处于相对静止的状态，则前面溶液温度控制及溶液流场的控制作用也会有所减弱，只有晶圆上各个点最大限度出现在槽体中各个位置，才能与上面的控制形成完善的组合控制。为此采用晶圆自转＋晶圆公转的方式，即晶圆安装在可自转的旋转轴上，同时该旋转轴安装在一机械臂上，在晶圆自转的同时机械臂带动晶圆整体反方向做圆周运动，实现晶圆最大限度地与槽体中溶液有效接触，进而控制各个点的反应速率。详细参数如下：

（１）槽体上面顶部安装机械臂，伸到槽体部分的机械手臂全部用耐腐蚀材料包裹。机械臂既可做圆周运动，同时晶圆可自旋转。

（２）晶圆安装在机械臂上的旋转轴上，每个旋转轴可安装２个５０ｍｍ（２英寸）片盒或１个100111］ｍｆ４英寸）片盒。

（３）机械臂圆周运动采用直线导轨和伺服电机控制系统，晶圆自转机构通过电机、齿轮及旋转轴实现片盒（晶圆）自转，自转转速２０～５０ｒ／ｍｉｎ。

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