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(shí)驗(yàn)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(shè)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(jìn)行評估。材料檢測

材料主要有高純水、高純氣體、擴(kuò)散源、硅拋光片等，在材料使用前進(jìn)行質(zhì)檢，在工藝過程中進(jìn)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(xué)量的測定；④方塊電阻、界面態(tài)等電學(xué)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(shè)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(chǔ)材料高純水（去離子水）、高純氣體、化學(xué)試劑、光刻膠、單晶材料、石英材料等；工藝狀態(tài)工藝偏差、設(shè)備運(yùn)行情況、操作人員工作質(zhì)量等；13.1工藝監(jiān)控電路設(shè)計、版圖設(shè)計、工藝設(shè)計等。設(shè)計13.2實(shí)時監(jiān)控13工藝監(jiān)控實(shí)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(jìn)行的實(shí)時監(jiān)控，當(dāng)監(jiān)控裝置探測到某一被測條件達(dá)到設(shè)定閾值，工藝線或具體工藝設(shè)備就自動進(jìn)行工藝調(diào)整；或者報警（自停止），由操作人員及時進(jìn)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(shè)備對陪片進(jìn)行測試，提取工藝數(shù)據(jù)，從而實(shí)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?yàn)楹细?、返工或報廢工序檢測項目常用檢測方法和設(shè)備陪片備注拋光片電阻率四探針、擴(kuò)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(xué)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(kuò)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(yīng)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(kuò)散薄層電阻四探針√

結(jié)深磨角法、滾槽法√

雜質(zhì)分布擴(kuò)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(xué)測試√帶圖形檢測片離子注入大劑量的反型摻雜層同擴(kuò)散√

小劑量載流子分布擴(kuò)展電阻、C-V法√

光刻光刻膠厚度分光光度計、機(jī)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(yīng)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(kuò)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(jī)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(yàn)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(dǎo)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(bǔ)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(dǎo)體材料的重要電學(xué)參數(shù)，它能反映半導(dǎo)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(shí)驗(yàn)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(dǎo)率與電阻之間有一定的關(guān)系，電導(dǎo)率越高，電阻越低。

14集成電路制造工藝系列實(shí)驗(yàn)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(jìn)行清洗，是很重要的工藝步驟。清洗原理：1.物理吸附2.化學(xué)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(xué)吸附作用強(qiáng)，吸附鍵力大，解吸難。要使以化學(xué)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(tuán)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(xué)鍵力。14.2.2清洗設(shè)備與試劑

數(shù)控超聲波清洗機(jī)（槽）利用設(shè)備內(nèi)的超聲波振子（如壓電振子）振動，產(chǎn)生可達(dá)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(jī)，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(dǎo)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(jī)雜質(zhì)的去除

如果硅片表面有蠟脂或有機(jī)物污染嚴(yán)重，可采取依次使用甲苯、丙酮、無水乙醇進(jìn)行超聲清洗。

甲苯、丙酮、乙醇均是有機(jī)物溶劑，對有機(jī)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(jī)雜質(zhì)的去除

用配好的半導(dǎo)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(zhǔn)。DZ-1、DZ-2超聲波清洗之間用冷、熱超純水反復(fù)漂洗數(shù)遍，直至漂凈洗液的泡沫為止。RCA清洗法，程序?yàn)椋喝ビ臀邸ルx子→去原子14.3.1測量原理光學(xué)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(dāng)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(qiáng)，從而出現(xiàn)亮條紋。當(dāng)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(yīng)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(xué)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(kuò)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(biāo)準(zhǔn)電極電位低于P-Si的標(biāo)準(zhǔn)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。