集成電路制造技術(shù)集成電路制造技術(shù)JICHENGDIANLUZHIZAOJISHU——原理與工藝主講/某某某工藝監(jiān)控與系列實驗JICHENGDIANLUZHIZAOJISHU第六單元工藝監(jiān)控就是借助于一整套檢測技術(shù)和專用設備，監(jiān)控整個生產(chǎn)過程，在工藝過程中，連續(xù)提取工藝參數(shù)，在工藝結(jié)束時，對工藝流程進行評估。材料檢測

材料主要有高純水、高純氣體、擴散源、硅拋光片等，在材料使用前進行質(zhì)檢，在工藝過程中進行定期抽檢。工藝檢測

可分為4類：①硅片晶格完整性、缺陷等物理量的測定；②薄膜厚度、結(jié)深、圖形尺寸等幾何線度的測量；③薄膜組份、腐蝕速率、抗蝕性等化學量的測定；④方塊電阻、界面態(tài)等電學量的測定。1213工藝監(jiān)控工藝過程檢測

在硅片加工工藝線上設立的材料、工藝檢測和評價體系工藝監(jiān)控生產(chǎn)環(huán)境溫度、濕度、潔凈度、靜電積聚等；基礎材料高純水（去離子水）、高純氣體、化學試劑、光刻膠、單晶材料、石英材料等；工藝狀態(tài)工藝偏差、設備運行情況、操作人員工作質(zhì)量等；13.1工藝監(jiān)控電路設計、版圖設計、工藝設計等。設計13.2實時監(jiān)控13工藝監(jiān)控實時監(jiān)控是指生產(chǎn)過程中通過監(jiān)控裝置對整個工藝線或具體工藝過程進行的實時監(jiān)控，當監(jiān)控裝置探測到某一被測條件達到設定閾值，工藝線或具體工藝設備就自動進行工藝調(diào)整；或者報警（自停止），由操作人員及時進行工藝調(diào)整。13.3工藝檢測片工藝檢測片，又叫工藝陪片（簡稱陪片）。一般使用沒有圖形的大圓片，安插在所要監(jiān)控的工序，陪著生產(chǎn)片（正片）一起流水，在該工序完成后取出，通過專用設備對陪片進行測試，提取工藝數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對工藝流程現(xiàn)場的監(jiān)控，并在下一工序之前就判定本工序為合格、返工或報廢工序檢測項目常用檢測方法和設備陪片備注拋光片電阻率四探針、擴展電阻

對MOS集成電路，要分檔拋光片質(zhì)量紫外燈、顯微鏡、化學腐蝕、熱氧化層錯法√紫外燈100%檢查，其余抽檢外延表面紫外燈、顯微鏡

紫外燈100%檢查電阻率、雜質(zhì)分布三探針、四探針、擴展電阻、C-V法√

厚度層錯法、干涉法、紅外反射法√

埋層漂移干涉法、顯微鏡√

熱氧化表面紫外燈

100%，必要時顯微鏡抽檢厚度、折射率橢圓儀、反射儀、干涉法、分光光度計√

表面電荷C-V法√把陪片做成MOS結(jié)構(gòu)場氧后“白帶”效應顯微鏡

正式片抽檢三層腐蝕后場氧厚度分光光度計

正式片抽檢擴散薄層電阻四探針√

結(jié)深磨角法、滾槽法√

雜質(zhì)分布擴展電阻、C-V法、陽極氧化剝層法√不作為常規(guī)檢測結(jié)的漏電、擊穿電壓電學測試√帶圖形檢測片離子注入大劑量的反型摻雜層同擴散√

小劑量載流子分布擴展電阻、C-V法√

光刻光刻膠厚度分光光度計、機械探針掃描√

硅片平整度平整度測試儀

正式片抽檢CD尺寸目鏡測微儀、線寬測試儀√

接觸孔腐蝕情況分光光度計、液體探針

正式片抽檢各種薄膜腐蝕速率用相應的干法和濕法腐蝕√

多晶硅表面紫外燈、顯微鏡

正式片抽檢厚度分光光度計、反射儀√

CVDPSG厚度、折射率同熱氧化√

缺陷、漏電、擊穿電壓電測試、各種針孔檢查方法√電測試用樣品做成MOS結(jié)構(gòu)磷含量擴散后測薄層電阻、查曲線√定期抽檢回流效果掃描電鏡

正式片抽檢腐蝕速率同光刻√

CVDSi3N4表面紫外燈、顯微鏡

紫外燈100%檢查厚度、折射率同熱氧化

腐蝕速率濃HF或同光刻

PVD鋁等金屬薄膜表面紫外燈、顯微鏡

正式片抽檢厚度機械探針掃描、干涉法√表面要做成臺階13.4晶片檢測晶片檢測包括對原始的拋光片和工藝過程中的晶片檢測。13

工藝監(jiān)控表13-2對拋光片的檢驗種類項目幾何尺寸參考面位置和寬度、硅片直徑、厚度、邊緣倒角、平整度、彎曲度等外觀缺陷片子正面：劃痕、凹坑、霧狀、波紋、小丘、桔皮、邊緣裂口、沾污等牌子背面：邊緣裂口、裂紋、沾污、刀痕等物理特性晶向、導電類型、少數(shù)載流子壽命、電阻率偏差、斷面電阻率不均勻度、位錯、微缺陷、旋渦缺陷、星形缺陷、雜質(zhì)補償度、有害雜質(zhì)含量等14.1硅片電阻率測量電阻率是半導體材料的重要電學參數(shù)，它能反映半導體內(nèi)淺能級替位雜質(zhì)的濃度。14集成電路制造工藝系列實驗四探針法

基本原理是通過四個電極（即四個探針）同時接觸到被測試材料的表面，其中兩個電極作為輸入端，在它們之間施加一個恒定的電流；另外兩個電極作為輸出端，測量輸入電流通過材料時的電壓差。根據(jù)歐姆定律，電導率與電阻之間有一定的關(guān)系，電導率越高，電阻越低。

14集成電路制造工藝系列實驗在集成電路芯片生產(chǎn)中，幾乎每道工序（指單項工藝）都要先進行清洗，是很重要的工藝步驟。清洗原理：1.物理吸附2.化學吸附14.2硅片清洗----物理吸附作用弱，吸附力小，易于解吸。----化學吸附作用強，吸附鍵力大，解吸難。要使以化學方式吸附的雜質(zhì)解吸，需要提供很大能量是雜質(zhì)粒子（原子、分子或原子團等）和硅片表面原子之間的范德瓦爾斯作用，即兩者之間的偶極矩產(chǎn)生的庫倫靜電力。是雜質(zhì)粒子和硅片表面原子之間形成了化學鍵力。14.2.2清洗設備與試劑

數(shù)控超聲波清洗機（槽）利用設備內(nèi)的超聲波振子（如壓電振子）振動，產(chǎn)生可達數(shù)千個大氣壓的沖擊波的能量，以水等液體為媒介，沖擊波將被洗物（如硅片）表面吸附的雜質(zhì)剝離去除。柜式反滲透超純水機，水質(zhì)在10MΩ?cm以上試劑

分析純甲苯、丙酮、乙醇試劑；

DZ-1、DZ-2半導體工業(yè)專用洗液，也可以使用酸、堿洗液：Ⅰ號堿性洗液成分為（體積比）NH4OH∶H2O2∶H2O=1∶2∶5；Ⅱ號酸性洗液成分為（體積比）HC1∶H2O2∶H2O=1∶2∶8。14.2

硅片清洗14.2.3清洗方法1．硅片表面有機雜質(zhì)的去除

如果硅片表面有蠟脂或有機物污染嚴重，可采取依次使用甲苯、丙酮、無水乙醇進行超聲清洗。

甲苯、丙酮、乙醇均是有機物溶劑，對有機油污的溶解能力為：

甲苯>丙酮>乙醇。注意：考慮去油污能力，以及避免去污溶劑帶來的新污染，甲苯、丙酮、乙醇的清洗順序不能顛倒。14.2

硅片清洗2．硅片表面無機雜質(zhì)的去除

用配好的半導體工業(yè)專用洗液DZ-1、DZ-2超聲清洗各約8分鐘。洗液配比為DZ-1（或DZ-2）∶超純水≈9∶1，用量以沒過硅片為準。DZ-1、DZ-2超聲波清洗之間用冷、熱超純水反復漂洗數(shù)遍，直至漂凈洗液的泡沫為止。RCA清洗法，程序為：去油污→去離子→去原子14.3.1測量原理光學干涉法

用單色光垂直照射氧化層表面時，因二氧化硅是透明介質(zhì)，所以入射光將分別在氧化層表面和氧化層/硅的界面產(chǎn)生反射。根據(jù)雙光干涉原理：當兩束相干光的光程差Δ為半波長λ/2的偶數(shù)倍時，即

Δ=2Kλ/2=Kλ

14.3氧化層厚度測量由于整個氧化層是連續(xù)生長的，在薄膜邊緣處臺階的厚度連續(xù)變化，因此，在氧化層臺階上將出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋。K=0,1,2,3,…時，兩束光的相位相同，互相加強，從而出現(xiàn)亮條紋。當兩束光的相位相反、互相減弱時，出現(xiàn)暗條紋。

如果從氧化層臺階劈楔算起至臺階頂端共有m+1個亮條紋（或暗條紋），則二氧化硅層的厚度dox應為

dox=m

λ/2n

m=1,2,3…14.4.1測量原理14.4PN結(jié)結(jié)深測量磨角染色法測結(jié)深磨角的目的是將硅片上的PN結(jié)深尺寸放大，在用化學染色方法顯示出P區(qū)和N區(qū)，采用測距顯微鏡對磨角斜面直接測量，通過公式換算出結(jié)深。

可得結(jié)深為

Xj=Lsinθ式中，L為P區(qū)測量值；Xj

為擴散結(jié)結(jié)深；θ為磨角器的角度注意：染色時間不能過長，以避免整個硅片都染上銅色

由于硅的電極電位低于銅，能從硫酸銅（CuSO4）溶液中把Cu置換出來，而且又由于N-Si的標準電極電位低于P-Si的標準電極電位，因此，先在N-Si上析出Cu，即在N-Si表面上形成紅色Cu鍍層，這樣就把PN結(jié)明顯地露出來。