第2Dr.DaoliOffice:Room409WestBuilding7: Textbookand

例：2英寸硅片，缺陷密度為加工10mm×10mm，可加工數(shù)12，其中4個(gè)無缺陷，成品率33％；加工5mm×5mm，可加工數(shù)57，其 總YT= 銷售 (2000年 處理器 數(shù),以及 價(jià)格的變動(dòng),此 $2350/成本獲利空間

+500$1850/ ：20050$10,000/ ：10050$5,000/ ：100002350$7650/ ：5000-1850= ：01350$1350/ 工具:晶圓/小時(shí)( 解答：相當(dāng)于99%自乘6000.99600=0.0024= 寬減半，潛在危害的缺陷數(shù)目增加4～8倍

Y 陷密度為：0.001個(gè)/cm2，意味著：三個(gè)12英寸(300mm)硅片上的致命缺陷數(shù)只允許有2個(gè)，這是非常高的潔凈度要求。 陷密度低，邊緣缺陷密度高。是預(yù)測(cè)VLSI和ULSI成品Y eAD

12 Y1eAD

Y e 微 藝時(shí)有效，這意味著隨機(jī)缺陷造成的失效是可以預(yù)測(cè)的。對(duì)于非隨機(jī)缺陷(如設(shè)計(jì)的修改)造成的 Y=28/32= Y=2/6= 裝卸片時(shí)操作引起的污染30％設(shè)備引起的污染：25％其他引起的污染：5％ 污染物：微電子制造過程中引入硅片的任何危害成 去，MIC仍可在器件中移動(dòng)，影響電學(xué)性能和長(zhǎng)期可靠性。MIC問題在MOS器件中表現(xiàn)最為嚴(yán)重，會(huì)造成：氧化物-多晶硅柵結(jié)構(gòu)性缺陷、pn結(jié)漏電流增加 首要目標(biāo)，必須≤1010atoms/cm2 在1012~1013atoms/cm2之間。 細(xì)菌：在水的系統(tǒng)中或不定期的表面生成的有機(jī)物。它控制地傳遞，可能損壞。更重要的是，電荷積累產(chǎn)生 薄 殘留 洞

室(CleanRoom)標(biāo)準(zhǔn) 潔凈度標(biāo)準(zhǔn)：a.以單位體積空氣中大于等于規(guī)定粒徑的粒子個(gè)數(shù)直接命名或以符號(hào)命名；bD 10N D 超凈室(cleanroom):泛指集成電路和其它微電子器件制 超凈室(clean制作的靜壓箱/風(fēng)道；b3＋ESD 只有經(jīng)過的人員方可進(jìn)入潔凈室，沒有接受過嚴(yán)格培訓(xùn)的不只把必需物品帶入；化妝品、香煙、手帕、衛(wèi)生紙、食品飲機(jī)、、機(jī)、筆、香口膠、梳子、非潔凈室允許的在潔凈室中所有時(shí)間內(nèi)保持超凈服閉合；任何非超凈服裝 等級(jí)10：每立方英尺0.18μm組件需要高于

1

設(shè)備

1區(qū)

設(shè)備

1000

<1

微環(huán)境系統(tǒng)：與污染源開來并有一定潔凈度要求的 SMIFSMIFSMIF導(dǎo)引器(SMIFIndex)SMIFSMIFLoader)SMIF機(jī)械手(SMIFArm)SMIF圍護(hù)(SMIFEl) 和Process)/組合設(shè)備(ClusterTool) 超純水：是指雜質(zhì)含量極低的水，主要用于晶片、石英 一般要求懸浮顆粒直徑在0.45μm以下，細(xì)菌數(shù)在0-10衡量水的指標(biāo)有：顆粒、總有機(jī)碳(TOC)、Si/SiO2、溶超純水的 方法主要有：離子交換法、反滲透法和電 加侖。1英國(guó)加侖等于4.5459711330833升 性和還原性)，純度要求≥99.99999％，有害雜質(zhì)含量10-6量級(jí)。一般被 氨氣(NH3)易燃，腐蝕，低 擴(kuò)散氟里昂14(CF4氪/氖(Kr/Ne)惰性

溴化氫(HBr)腐蝕 刻三氟化氮(NF3)氧化劑，低 刻蝕，鍍一氧化二氮(N2O)硅烷(SiH4

六氟化鎢(WF6)腐蝕 LPCVD 99.99％，有害雜質(zhì)含量10-6

HF,HF/NH4N(BHF)系

TEOS,TMPI,TDEAT,TAETO,TDMATBa1-xSrxO3前驅(qū)體

SiO2Slurry,PUPad,carrierAl2O3Slurry,PUPad,carrier

O3-TOES

Ar

區(qū)區(qū)

硅硅

引線架，第1第2引線架，第1第2 wR 通常用多晶硅制作 d dh 器件，如

Cd 高-介質(zhì)材料

多晶硅

多 硅多晶硅

金屬間互連與RCl

Idwd V1>V2P1>V1<V2P1P2, PP+++++N

kTlnNaNd

V~0.7nq nqi

二極管的I-VIVI0 PNPNPN NPN和PNP C E

基 集

n+n+

nn+

接 VG=

VG>VT>

VD>

++++++

VG=

VG<VT<

VD>

NN

++++++ 源

MOSFET (Drinking

硅硅 ?雙極型：高速器

20GHz

最早的 ，1960

CMOSn+

Bulk

特殊應(yīng)用的集成電路 組 動(dòng)態(tài)隨 器 可抹除編程只 器

多晶硅 多晶硅

多晶硅多晶硅 可透過

VD>

e-e-e-e-e-e-e-多晶硅 可透過

多晶硅多晶硅e-e-e-e-e-e

VD>

產(chǎn)

pp

pp

射 基

第一顆MOSFET在貝 掩模版1 掩模版4.(金屬 掩模版2 CVD氧化 掩模版5.(接合墊區(qū) 掩模版3 N-型

N

光刻膠N 源極/漏極掩模版

源極/漏極掩模版

NMOSNMOSPMOS 磷離子 步驟掩模版1.光刻膠剝除/掩模版2.CVDUSG及

3.接觸窗刻蝕PSG/USG光刻膠剝除/掩模版4.

PSGPSG

1980MOSFETICLCDCMOS

10011001

2，AlCuSi

u

M

鎢

Eg=1.1 Eg=8鋁2.7

4.7mΩ

~1010

>1020

硅硅2.3522.3312.062200100，00014142900 z<100yx z

yx z<110yx 基本晶 硅原

(在室溫下從

ρ<10半導(dǎo)體：ρ=10Ω·cm~104絕緣體：ρ>1042.σ=1/ρ

②．半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨所含的微量雜質(zhì)因此根據(jù)這一性質(zhì)，通過控制摻雜的水平來獲得所需的半導(dǎo)體材③半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨光照

Ed~0.05

Eg=1.1

Eg=1.1

Ea~0.05 inpni

1022cm-3

Eg=1.1eV電Ea~0.05

Eg=1.1

Eg=1.1

空穴

電

下，N

Si：①占地殼重量25%；②單晶直徑最大，目前16英吋介質(zhì)、絕緣介質(zhì)(多層布線)、絕緣柵、MOS電容的介質(zhì)材料；④多晶硅(Poly-Si)：柵電極、雜質(zhì)擴(kuò)散定)；④本征電阻率低：47Ω·cm(Si: 純度高：電子級(jí)硅(EGS)1/109111>；MOS—<— SiC＋SiO2→Si＋SiO↑＋COSiO2＋C→Si＋CO↑(1600-1800Si＋3HClSiHCl3H2↑(300Si＋Cl2→SiCl4↑(500-700SiCl4SiHCl3室溫下呈液態(tài)沸點(diǎn)為SiHCl3＋H2→SiCl4＋H2→Si＋4HCl↑(1000-電子級(jí)高純片狀多晶硅 ++ +砂碳

反應(yīng)器，300

Si+

數(shù)據(jù)源：http：

14151415 資料來源：http： 固液 液上是液相固相的轉(zhuǎn)化過程。該轉(zhuǎn)化過程實(shí)現(xiàn)的條件 降低溫度(15-40℃)，讓晶 數(shù)據(jù)源：http：

頸

本相對(duì)較低;通過熱場(chǎng)調(diào)整及晶（1018cm-3）和C（1016cm-

Ar

盤盤

→C≈1015-1016cm-→IntroducesSiO2inCZ;Oi≈1017-1018cm- 單晶與坩堝相反旋轉(zhuǎn)－導(dǎo)致熔體中心區(qū)與區(qū)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，降低熔料的溫度梯度，有利于晶體穩(wěn)定生長(zhǎng)。但是旋轉(zhuǎn)速度要適拉升速度要適中－提高拉升速度將提高晶體中的溫度梯度，從而提高晶體生長(zhǎng)速度。但溫度梯度過大，將在晶體中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和晶體缺陷的形成，因此晶 3在磁場(chǎng)中拉硅單晶—增加磁粘滯性，于熔體熱對(duì)流存在引起的氧含量增加、電阻率均勻性差、微缺陷密度高以及來自坩堝雜質(zhì)污染使單晶純度降低微納dW)dz

釋放的潛能E(即E=JJ

渡(( (()) ))(dW)k(dT dz

k(dT dz

當(dāng)dTdt

ss(dt)maxks(dz

(dTs sR2maxtr2z

max

max 平衡分凝系數(shù)(SegregationCoefficient)0平衡時(shí)雜質(zhì)在相接觸的兩相物質(zhì)(或兩種物質(zhì))中的平衡濃度之比。0為一常數(shù)，隨e平衡時(shí)雜質(zhì)在固體界面處的平衡濃度與液體中過 N ( NN (5 t

0

NSON'Nl

N

SON

l

N) N邊界條件：Z=0,N(0)=Nl’；Q=0；

N(z)(N' )exp(l )

Q=0)；當(dāng)雜質(zhì)濃Q≠0)，形成非平衡

e

DNl 0(10)D

l假如在晶體的生長(zhǎng)過程中，過渡區(qū)雜質(zhì)分布不變

W dWil將

N

dWil

和Nl

W

eW

WilNl0W

dWilWil

W dW WlW (1W )eWso lWl 假設(shè)某種雜質(zhì)的平衡分凝系數(shù)為k0Cs/Cl，它在初始重量為M0依然留在熔融液中的摻雜數(shù)量(以重量表示)為S，那么，?dS=CsdM。此時(shí)，熔融液所剩重量為M0－M，則：C

dS lM0l

0 0 0

k0

Mk0

C0M CSk0C01 0如果k0>1如果k01，摻雜濃度將會(huì)持續(xù)增加，晶錠頭濃度<晶錠尾濃度；只有k0≈1，可以獲得均勻的摻雜濃度分布。 BOnCnPn 才能使硅錠中每立方厘米含1016個(gè)硼原子？假設(shè)開始在坩堝里熔硅的的密度為2.53g/cm3。為：Cl=Cs/k0=1016/0.8=1.25×1016個(gè)/cm3。60kgV2.37×104×1020所以需摻硼的重量為：2.96×102010.8/6.02×1023=5.31 例題：采用CZ法生長(zhǎng)的硅單晶頂端硼原子濃度為3×1015/cm3，那么當(dāng)熔料90%已經(jīng)結(jié)晶，剩下10% Cs(x=0)=k0C0=3×1015/cm3 選用K0接近1的雜質(zhì)，則Cs≈Cl，減小在單晶生從Ke的表達(dá)式來看，增加附面層厚度，可以使 VLSI 在直拉法(CZ法)單晶生長(zhǎng)的基礎(chǔ)上對(duì)坩堝內(nèi)的熔 利用RF加熱器/聚焦使小段區(qū)域多晶硅熔融，并不 方法水平區(qū)熔法：

(直徑300mm(150 中子嬗變摻雜：高亮度照射，約3.1％硅30 行輻照，從而使其電阻率發(fā)生改變的方法。 30Si(n,γ)→29Si(n,γ)→

31Pβ-(半衰期32Sβ-(半衰期28i(,γ量密度和輻照時(shí)間控制(即NP=2×10-4·t)。 大低高 似于樓梯拐角處的排列結(jié)構(gòu)，則此時(shí)在“剪開線”終結(jié)處(這里已不規(guī)則排列結(jié)構(gòu)稱為一個(gè)螺位錯(cuò)。 晶粒間界 側(cè)附近原子的錯(cuò)誤排布。 存在有限的固濃度，當(dāng)摻濃度時(shí)，雜質(zhì)在晶體中就 非金屬主要有C、O、H原子。重金屬主要有Au、Cu、Fe、Ni 屬主要有Na、K、Ca、Al、Li、Mg、Ba原子 O性質(zhì)(降低其機(jī)械強(qiáng)度)；有源區(qū)外的氧有利于吸收附C影響硅器件的電學(xué)性質(zhì)Cu n型或p型，μnμp; 4 {100{1103a/422/43/43/22/43/3a243/a222/23/23/

1.液封直拉法(LiquidencapsulatedCz，LEC)：LEC Bridgman法：Bridgman法是化合物半導(dǎo)體單晶的常用 低溫區(qū) 高溫區(qū) 3pSnpnpnn 整 形單晶棒的滾磨整形→確定定位面→磨定位面→與定片→倒角→減薄→拋光 機(jī)理：基于硅晶體各向異性

晶面標(biāo)識(shí)方法：硅單晶的解理面為{111}面，為了減少硅片

110

P[111]取向N OrientationofICsonSilicon

SicleavesalongFor(100)the{111}nesarealongPrimaryandSecondary 符合一定規(guī)格要求的薄片。 平邊，150mm和更小尺 刻痕，200mm和更大尺

HF(48~50%):132(體積比

(67~69%):3

COOH33Si4HNO318HF3H2SiF64NO {(SiO2)m·jSiO32-·2(j-x)H+}2x-·{(SiO2)m·jSiO32-·2(j-y)Na+}2y-· ：Na2SiO3H2OH2SiO32NaOH

76

9147691412.5814<2.5750725 直徑面積(cm2706.86重量 127.64 硅片面積：12英寸=2.25×8英寸=4×6英寸16MDRAM，尺寸20×6.5mm：6100，8202，12做320個(gè)。 ~30％ 與此相反，的平均厚度每?jī)赡隃p小一半。目前厚度已減小到100~200μm，智能卡、MEMS、生物醫(yī)學(xué)傳感器等厚度已減到100μm以下。高密度電子硅片及三維集成和立體封裝更是需要厚度小于50μm 直徑300mm以上硅片的加工工藝和設(shè)備不再是對(duì) 單片CMP代替多片 外延生長(zhǎng)襯底(epitaxialSOI(silicononinsulator) 百個(gè)工藝步驟中，通常有多達(dá)30%的步驟為晶片 晶片 技術(shù)，從早期的 至今，已沿用40多年，只是在化學(xué)配比及 ULSI硅 10.1μm)/(個(gè)/cm2金屬離子(ppb陰離子(ppb微粗糙度(nm)本征氧化物(ppb)有機(jī)碳含量(ppb 濕法化 程序主要以RCA 。 SPM(H2SO4/H2O2，120－150℃)：SPM具有很高的氧化能 然氧化膜上的金屬將被溶解到液中，同時(shí)DHF抑制氧化膜也可去除附著在自然氧化膜上的金屬氫氧化物。用DHF時(shí)APM(SC1，NH4OH/H2O2/H2O，30－80℃)：用于去除顆粒 化層與硅片表面的Si被OH-腐蝕，因此附著在硅片表面的顆粒 HPM(SC2，HCl/H2O2/H2O，65－85℃) chemicalstation)；供酸、換酸系統(tǒng)(chemicalsupply 干法采用氣相化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，在常溫或低溫下，利加對(duì)硅片表面的能力，是濕法化學(xué)工藝的替代技術(shù)。主要工藝技術(shù)：HF/H2O蒸汽 洗技術(shù)；Ar等離子體干洗技術(shù) 主 (cryogenicaerosol 設(shè)備 材料開發(fā)能夠達(dá)到RCA混合溶液效果的單一配方，表面。如的J.T.Baker開發(fā)的“Dublin”單一清洗配方，可望取代復(fù)雜的RCA混合溶液。工藝?快速、簡(jiǎn)潔的開發(fā)循環(huán)周期短、效率高、產(chǎn)能大的工藝，如無化學(xué)品的晶片工藝。RSC公司開發(fā)出一種光子惰性氣體工惰性氣體藝技術(shù)，它是一種無化學(xué)品、低成本、無環(huán)境污染的超潔凈無水干式微納比。即： (1Ws )eso l ee

NSO D D

l f(SD

f(SD0 0

1exp(SD)a SD b 1exp(2SDb2SD

f(SD SS

（SDSD

fa(SD)

SD （SDSD2SD

S

1將上式(1)代入(2)式，可求得：F

S S

（SDSDf( )