集成电路制造工艺第4章 集成电路制造中的污染控制
5. 静电释放(ESD) 一旦硅片表面有了电荷积累，它产生的电场就能吸引带电颗 粒或极化并吸引中性颗粒到硅片表面。
图4-5 带电硅片吸附颗粒
1. 空气
4.2 玷污的源与控制
2. 人 超净服系统的目标是满足以下职能标准： • 对身体产生的颗粒和浮质的总体抑制； • 超静服系统颗粒零释放； • 对ESD的零静电积累； • 无化学和生物残余物的释放。
氢结合在一起,有时也和其他元素结合在一起。有机物玷污的 一些来源包括细菌、润滑剂、蒸汽、清洁剂、溶剂和潮气。 4. 自然氧化层
自然氧化层引起的一个问题在于金属导体的接触区。接触 使得互连线和半导体器件的源区及漏区保持电学连接，如果 有自然氧化层存在，将增加接触电阻，减少甚者可能阻止电 流流过。
图4-4 接触孔底部的自然氧化层引起差的电接触
2. 干法清洗工艺
图4-11 等离子清洗机的工作原理及清洗过程
第4章 集成电路制造中的污染控制
• 本章的学习目标： 1.了解集成电路制造中玷污的的种类。 2.了解集成电路制造中玷污控制的方法。 3. 熟悉清洗工艺流程及清洗设备。 4. 掌握化学湿法清洗及工艺流程操作。
4.1 集成电路制造中的玷污
• 净化间玷污分为五类： 颗粒 金属杂质 有机物玷污 自然氧化层 静电释放（ESD）
第二步是去除颗粒，一般用NH4OH/H2O2/H2O(APM)1号标准清洗液 (SC-1)。SC-1清洗液是碱性溶液，主要通过氧化颗粒或电学排斥作用。 H2O2是强氧化剂，能氧化硅片表面和颗粒。颗粒上的氧化层能提供消散 机制，分裂并溶解颗粒，能破化颗粒和硅片表面之间的附着力。
图4-9 颗粒在SC-1中的氧化合溶解 图4-10 颗粒通过负电荷排斥而去除
图4-6 穿净化服的技术员
3. 净化间布局
图4-7 早期净化间的舞厅式布局
图4-8净化间间格和夹层的概念
4. 生产设备 工艺设备中各种颗粒玷污来源的一些例子: 剥落的副产物积累在腔壁上； 自动化的硅片装卸与传送； 机械操作，如旋转手柄和开关阀门； 真空环境的抽取和排放； 清洗和维护过程。
4.3清洗工艺
晶圆表面有各种不同类型的玷污，每一种在晶圆上表现为不 同的问题，只有知道了各种玷污的来源，明确各种玷污的影 响，针对具体的玷污，才能制定出具体的清洗方法，各种玷 污的来源和相对的影响。
1. 化学湿法清洗工艺
典型的硅片湿法清洗流程如下： 第一步是去除有机物和金属，用到的试剂是H2SO4/H2O2(SPM)。 硫酸 具有强氧化能力，可把金属溶解在药水里进行清洗，同时硫酸也具有很 强的脱水性，可以使用有机物脱水而碳化，而过氧化氢可将碳化物氧化 成一氧化碳或二氧化碳气体。
1. 颗粒
图4-1 人类头发对0.18微米颗粒的相对尺寸
2. 金属杂质
金属离子在半导体材料是高度活动性的，可被称为可动离子 玷污（MICห้องสมุดไป่ตู้。 MIC玷污能迁移到栅结构中的氧化硅界面，改变开启晶体管 所需的阈值电压（见图4-3）
图4-3 可动离子玷污改变阈值电压
3. 有机物玷污 有机物玷污是指那些包含碳的物质,几乎总是同碳自身及
集成电路制造过程中的质量控制技术研究
集成电路制造过程中的质量控制技术研究随着科技的不断发展，集成电路在生活、工作中得到了广泛应用。
而集成电路制造过程中的质量控制技术的研究和应用也日益重要。
本文将介绍集成电路制造过程中的质量控制技术研究。
一、集成电路制造过程中的质量控制集成电路是一种微小电子器件，它的制造与精密加工技术有关。
集成电路的质量问题已经成为制造业的一大难题。
因此，制造业需要在生产中实施严格的质量控制，以保证产品的可靠性和稳定性。
在集成电路制造过程中，质量控制技术的应用可以从以下几个方面提升产品的质量和稳定性。
1. 制程控制制程控制是集成电路制造过程中的关键环节，它对产品的质量和成本都有极大的影响。
在制程控制中，要从原材料的选择、面积设计、掩膜、光刻、清洗、切割、焊接、测试等方面考虑，将每一个环节的控制做好。
2. 清洁度控制集成电路制造过程中的尘埃、油污等都会影响产品的质量和档次。
因此，制造工厂都要进行严格的清洁度控制。
在空气净化、工作服、定期检查等方面实施清洁度控制，以保证生产环境的洁净度。
3. 检测控制在每一个环节，都需要进行严格的检测控制，以保证产品的质量和稳定性。
在集成电路制造过程中，需要进行电性测试、焊接质量测试、成品测试、可靠性测试等多种测试，以保障产品质量。
4. 质量管理措施质量控制还需要建立一套完善的质量管理体系，对质量进行管理。
在质量管理措施中，需要实施工艺管理、生产线管理、质量证明管理、培训管理等措施。
二、集成电路制造过程中的质量控制技术研究随着技术的发展，集成电路制造过程中的质量控制技术也在不断创新和改进。
下面将详细介绍几种常见的集成电路制造过程中的质量控制技术。
1. 碳化硅陶瓷基板技术碳化硅陶瓷基板技术是一种新型的集成电路制造技术，在利用碳化硅材料制造基板的同时，可通过对基板上电极的控制使得制造的集成电路产品具有卓越的电性能力及生产偏差较小。
该技术能够实现大规模、高质量的生产，同时具有较高的集成度，具有良好的发展前景。
第4章 半导体制造中的沾污控制
10-7
10-6
10-5
10-4 毫米
10-3
10-2
1பைடு நூலகம்-1
1
10
半导体制造中，可以接受的颗粒尺寸的粗 略法则是它必须小于最小器件特征尺寸的 一半。 一道工序引入到硅片中超过某一关键尺寸 的颗粒数，用术语表征为每步每片上的颗 粒数（PWP）。
在当前生产中应用的颗粒检测装置能检测 到的最小颗粒直径约为0.1微米。
五.
工艺用化学品
无论是液态化学品还是气体化学品，都 必须不含沾污。然而，处理和传送系统有可 能引入杂质，所以在靠近使用现场安置过滤 器。 过滤效率是指停留在过滤器中特定尺寸 以上的颗粒的百分比。对于 ULSI 工艺中使用 的液体过滤器，对于 0.2 微米以上颗粒的典型 效率为99.9999999%。
湿法清洗概况
占统治地位的硅片表面清洗方法是湿化学 法。 工业标准湿法清洗工艺称为RCA清洗工 艺。用在湿法清洗中的典型化学品以及它 们去除的沾污列于表4.3。
RCA工艺是由美国无线电公司（RCA）于20 世纪六十年代提出的，首次采用是在1970年。 RCA湿法清洗由一系列有序的浸入两种不同 的化学溶液组成： 1号标准清洗液（SC-1） 2号标准清洗液（SC-2）
净化间人员主要操作规程：
经过风淋和鞋清洁器
只把必需物品带入净化间
缓慢移动 保持所有的头部和面部以及 头发包裹。 保持超净服闭合。
工艺线直击——净化间
三．厂房 为使半导体制造在一个超洁净的环境中 进行，有必要采用系统方法来控制净化间区 域的输入和输出。在净化间布局、气流流动 模式、空气过滤系统、温度和湿度的设定、 静电释放等方面都要进行完美的设计，同时 尽可能减少通过设备、器具、人员、净化间 供给引入的颗粒和持续监控净化间的颗粒， 定期反馈信息及维护清洁。
集成电路制造工艺PPT课件
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净化厂房
精选
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芯片制造净化区域走廊
精选
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投 影 式 光 刻 机
Here in the Fab Two Photolithography area we see one of
our 200mm 0.35 micron I-Line Steppers. this stepper can
image and align both 6 & 8精i选nch wafers.
精选
最快速度：2.4GHz
24
集成电路的分类
–器件结构类型 –集成度 –电路的功能 –应用领域
精选
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按器件结构类型分类
• 双极集成电路：主要由双极型晶体管构成
–NPN型双极集成电路
–PNP型双极集成电路
• 金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由 MOS晶体管(单极型晶体管)构成
–NMOS
and SemiTool in 1995. Again these are the world's first 300mm wet
process cassettes (that can be spin rin精s选e dried).
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12 英 寸 氧 化 扩 散 炉
As we look in this window we see the World's First true 300mm production
精选
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❖ 集成电路单片集成度和最小特征尺寸的发展曲线
精选
19
精选
20
发展 阶段
主要特征 元件数/芯片
特征线宽(um)
栅氧化层厚度 (nm)
《微电子与集成电路设计导论》第四章 半导体集成电路制造工艺
4.4.2 离子注入
图4.4.6 离子注入系统的原理示意图
图4.4.7 离子注入的高斯分布示意图
4.5 制技术 4.5.1 氧化
1. 二氧化硅的结构、性质和用途
图4.5.1 二氧化硅原子结构示意图
氧化物的主要作用： ➢ 器件介质层 ➢ 电学隔离层 ➢ 器件和栅氧的保护层 ➢ 表面钝化层 ➢ 掺杂阻挡层
F D C x
C为单位体积掺杂浓度，
C x
为x方向上的浓度梯度。
比例常数D为扩散系数，它是描述杂质在半导体中运动快慢的物理量， 它与扩散温度、杂质类型、衬底材料等有关；x为深度。
左下图所示如果硅片表面的杂质浓 度CS在整个扩散过程中始终不变， 这种方式称为恒定表面源扩散。
图4.4.1 扩散的方式
自然界中硅的含量 极为丰富，但不能 直接拿来用。因为 硅在自然界中都是 以化合物的形式存 在的。
图4.1.2 拉晶仪结构示意图
左图为在一个可抽真空的腔室内 置放一个由熔融石英制成的坩埚 ，调节好坩埚的位置，腔室回充 保护性气氛，将坩埚加热至 1500°C左右。化学方法蚀刻的籽 晶置于熔硅上方，然后降下来与 多晶熔料相接触。籽晶必须是严 格定向生长形成硅锭。
涂胶工艺的目的就是在晶圆表面建立薄的、均匀的、并且没有缺陷的光刻胶膜。
图4.2.4 动态旋转喷洒光刻胶示意图
3. 前烘
前烘是将光刻胶中的一部分溶剂蒸发掉。使光刻胶中溶剂缓慢、充分地挥发掉， 保持光刻胶干燥。
4. 对准和曝光
对准和曝光是把掩膜版上的图形转移到光刻胶上的关键步骤。
图4.2.5 光刻技术的示意图
图4.2.7 制版工艺流程
4.3 刻蚀
（1）湿法腐蚀
（2）干法腐蚀 ➢ 等离子体腐蚀 ➢ 溅射刻蚀 ➢ 反应离子刻蚀
集成电路制造工艺
集成电路制造工艺第1章绪论1.1 课题背景在过去的的几十年里，一个以计算机、互联网、无线通信和全球定位系统为组成部分的信息社会逐渐形成。
这个信息社会的核心部分是由众多内建于系统中的细小集成电路（IC）芯片支持和构成的。
集成电路广泛应用于生活中的各个领域—诸如消费类产品、家庭用品、汽车、信息技术、电信、媒体、军事和空间应用。
结合纳米技术，持续不断的研究和开发即将使得集成电路更小和更强有力。
在可见的未来，计算机的尺寸将缩小到指甲盖大小，达到集成电路在尺寸、速度、价格及功耗方面实际可能的极限。
1.2 集成电路制造工艺发展概况随着硅平面工艺技术的不断完善和发展，到1958年，诞生了第一块集成电路，也就是小规模集成电路（SSL）；到了20世纪60年代中期，出现了中规模集成电路（MSL）；20世纪70年代前期，出现了大规模集成电路（LSL）；20世纪70年代后期又出现了超大规模集成电路（VLSL）；到了20世纪90年代就出现了特大规模集成电路（ULSL）。
集成电路的制造工艺流程十分复杂，而且不同的种类、不同的功能、不同的结构的集成电路，其制造工艺的流程也不一样。
人们常常以最小线宽（特征尺寸）、硅晶圆片的直径和动态随机存取存储器（DRAM）的容量，来评价集成电路制造工艺的发展水平。
在表1-1中列出了从1995年到2010年集成电路的发展情况和展望。
表1-1 集成电路的发展情况和展望年代1995 1998 2001 2004 2007 2010 特征尺寸/um 0.35 0.25 0.18 0.13 0.09 0.065DRAM容量/bit 64M 256M 1G 4G 16G 64G微处理器尺寸/mm²250 300 360 430 520 620DRAM尺寸/mm²190 280 420 640 960 1400 逻辑电路晶体管密度（晶体管数）/个4M 7M 13M 25M 50M 90M 高速缓冲器/（bit/cm²）2M 6M 20M 50M 100M 300M最大硅晶圆片直径/mm 200 200 300 300 400 400第2章半导体集成电路制造工艺流程2.1 概括本章以大量精美的图片、图表及具体详实的数据详细描述了集成电路制造的全过程。
集成电路工艺第四章：离子注入
其中N为入射离子总数， 为第i 其中N为入射离子总数，RPi为第i个离子的投影射 程
离子投影射程的平均标准偏差△ 离子投影射程的平均标准偏差△RP为
其中N 其中N为入射离子总数 Rp 为平均投影射程 Rpi为第 Rpi为第i个离子的投影射程 为第i
离子注入浓度分布
LSS理论描述了注入离子在无定形靶中的浓度分布 LSS理论描述了注入离子在无定形靶中的浓度分布 为高斯分布其方程为
其中φ为注入剂量 其中 为注入剂量 χ为离样品表面的深度 为离样品表面的深度 Rp为平均投影射程 为平均投影射程 △Rp为投影射程的平均标准偏差 为投影射程的平均标准偏差
离子注入的浓度分布曲线
离子注入浓度分布的最大浓度Nmax 离子注入浓度分布的最大浓度Nmax
从上式可知，注入离子的剂量φ越大， 从上式可知，注入离子的剂量φ越大，浓度峰值越高 从浓度分布图看出， 从浓度分布图看出，最大浓度位置在样品内的平均投 影射程处
4.2 离子注入工艺原理
离子注入参数
注入剂量φ 注入剂量 注入剂量φ是样品表面单位面积注入的离子总数 是样品表面单位面积注入的离子总数。 注入剂量 是样品表面单位面积注入的离子总数。单 位：离子每平方厘米
其中I为束流，单位是库仑每秒（ 其中 为束流，单位是库仑每秒（安 培） t为注入时间，单位是秒 为注入时间， 为注入时间 q为电子电荷，等于 ×10－19库仑 为电子电荷， 为电子电荷 等于1.6× n为每个离子的电荷数 为每个离子的电荷数 A为注入面积，单位为 2 —束斑 为注入面积， 为注入面积 单位为cm
2267 475 866 198 673 126
4587 763 1654 353 1129 207
6736 955 2474 499 1553 286
集成电路的基本制造工艺
涂胶—烘烤---掩膜（曝光）---显影---坚膜—蚀刻—清洗 —去膜--清洗—N+扩散(P)
外延层淀积
VPE（Vaporous phase epitaxy) 气相外延生长硅 SiCl4+H2→Si+HCl 外延层淀积时考虑的设计 主要参数是外延层电阻率 和外延层厚度 Tepi>Xjc+Xmc+TBL-up+tepi-ox
第四次光刻—N+发射区扩散孔
集电极和N型电阻的接触孔；Al-Si 欧姆接触：ND≥10e19cm-3
SiO2
N+-BL
N+-BL
P
去SiO2—氧化--涂胶—烘烤---掩膜（曝光）---显影---坚膜 —蚀刻—清洗—去膜—清洗—扩散
第五次光刻—引线接触孔
SiO2
N+-BL
P-SUB
SiO2
N+-BL
P-SUB
N+-BL
第二次光刻—P+隔离扩散孔
N+-BL P+ P+ 在衬底上形成孤立的外延层岛,实现元件的隔离
P+
N-epi
N-epi
第三次光刻—P型基区扩散孔
决定NPN管的基区扩散位置范围
SiO2
N+-BL
P-SUB
N+-BL
去SiO2—氧化--涂胶—烘烤---掩膜（曝光）---显影---坚膜 —蚀刻—清洗—去膜—清洗—基区扩散(B)
横向PNP晶体管刨面图
PNP P+ P P
P+
N
P
PNP
P
N
p+
C
B
E
纵向PNP晶体管刨面图
集成电路制造工艺
集成电路制造工艺介绍集成电路制造工艺是指将电子元器件、线路和互连形成集成电路产品的过程。
随着技术的进步，集成电路制造工艺已经成为现代电子行业的关键环节之一。
本文将介绍集成电路制造工艺的基本概念、流程和主要制造工艺技术。
基本概念集成电路集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是将大量的电子元器件（如晶体管、电容器等）、电路和互连线路集成在一个单一的芯片上的电子器件。
这种集成能够大幅度提高电路的可靠性和性能。
集成电路广泛应用于计算机、通信、嵌入式系统等领域。
制造工艺集成电路制造工艺是指在半导体材料上通过一系列的生产步骤，将电子元器件、线路和互连形成集成电路产品的过程。
制造工艺的核心目标是将集成电路的功能元件和互连线路精确地制造到芯片上，并与其他元器件进行可靠的连接。
制造工艺流程集成电路制造工艺通常包括以下几个主要步骤：1. 半导体材料准备半导体材料是制造集成电路的基础材料，常见的半导体材料包括硅、砷化镓等。
在制造工艺开始之前，需要对半导体材料进行准备和处理，包括去除杂质、增加纯度等。
2. 晶圆制备晶圆是制造芯片的基板，通常由半导体材料制成。
晶圆一般具有圆形形状，平整度非常高。
晶圆制备过程包括材料切割、研磨、抛光等步骤，以获得适合制造芯片的晶圆。
3. 光刻光刻是制造工艺中非常关键的一个步骤，主要用于在晶圆上形成图案。
光刻过程中使用光刻胶和掩模，通过光照、显影等步骤，将芯片的图案形成在光刻胶层上。
4. 刻蚀刻蚀是将光刻胶层和晶圆上不需要的部分删除的过程。
刻蚀过程中使用化学物质或物理方法，将芯片上的材料去除，只留下光刻胶层下的图案。
5. 沉积沉积是向晶圆上添加新的材料的过程。
沉积常用于填充刻蚀后的结构空隙，形成连接线或其他元器件。
6. 金属化金属化是为了增加电路的导电性，将金属材料沉积在晶圆上，形成连线和连接电路。
7. 封装测试封装是将制造好的芯片通过封装工艺封装成完整的芯片产品的过程。
集成电路制造工艺第4章 集成电路制造中的污染控制
自然氧化层引起的一个问题在于金属导体的接触区。接触 使得互连线和半导体器件的源区及漏区保持电学连接，如果 有自然氧化层存在，将增加接触电阻，减少甚者可能阻止电 流流过。
图4-4 接触孔底部的自然氧化层引起差的电接触
2. 干法清洗工艺
图4-11 等离子清洗机的工作原理及清洗过程
1. 颗粒
图4-1 人类头发对0.18微米颗粒的相对尺寸
2. 金属杂质
金属离子在半导体材料是高度活动性的，可被称为可动离子 玷污（MIC）。 MIC玷污能迁移到栅结构中的氧化硅界面，改变开启晶体管 所需的阈值电压（见图4-3）
图4-3 可动离子玷污改变阈值电压
3. 有机物玷污 有机物玷污是指那些包含碳的物质,几乎总是同碳自身及
第二步是去除颗粒，一般用NH4OH/H2O2/H2O(APM)1号标准清洗液 (SC-1)。SC-1清洗液是碱性溶液，主要通过氧化颗粒或电学排斥作用。 H2O2是强氧化剂，能氧化硅片表面和颗粒。颗粒上的氧化层能提供消散 机制，分裂并溶解颗粒，能破化颗粒和硅片表面之间的附着力。
图4-9 颗粒在SC-1中的氧化合溶解 图4-10 颗粒通过负电荷排斥而去除
第4章 集成电路制造中的污染控制
• 本章的学习目标： 1.了解集成电路制造中玷污的的种类。 2.了解集成电路制造中玷污控制的方法。 3. 熟悉清洗工艺流程及清洗设备。 4. 掌握化学湿法清洗及工艺流程操作。
4.1 集成电路制造中的玷污
• 净化间玷污分为五类： 颗粒 金属杂质 有机物玷污 自然氧化层 静电释放（ESD）
晶圆表面有各种不同类型的玷污，每一种在晶圆上表现为不 同的问题，只有知道了各种玷污的来源，明确各种玷污的影 响，针对具体的玷污，才能制定出具体的清洗方法，各种玷 污的来源和相对的影响。
第四章 IC制造中的沾污控制
第四章IC制造中的沾污控制一个硅片表面具有多个芯片，每个芯片有差不多数以百万计的器件和互连线路，它们对沾污都非常敏感。
为使芯片上的器件功能正常，避免硅片制造中的沾污是绝对必要的。
为了控制制造过程中不能接受的沾污，半导体产业开发了净化间。
净化间本质上是一个净化过的空间，它以超净空气把芯片制造与外界的沾污环境隔离开来，包括化学品、人员和常规的工作环境。
4.1沾污的类型沾污是指半导体制造过程中引入半导体硅片的任何危害芯片成品率及电学性能的不希望有的物质。
沾污经常导致有缺陷的芯片，致命缺陷是导致硅片上的芯片无法通过电学测试的原因。
据估计80%的芯片电学失效是由沾污带来的缺陷引起的。
净化间沾污分为五类：颗粒、金属杂质、有机物沾污、自然氧化层、静电释放。
一．颗粒颗粒是能粘附在硅片表面的小物体。
在半导体制造过程中，颗粒能引起电路开路或短路。
它们能在相邻导体间引起短路。
颗粒还可以是后续各节讨论的其他类型沾污的来源。
半导体制造中，可以接受的颗粒尺寸的粗略法则是它必须小于最小器件特征尺寸的一半。
大于这个尺寸的颗粒会引起致命的缺陷。
例如0.18微米的特征尺寸不能接触0.09微米以上尺寸的颗粒。
为了有个感性认识，人类头发的直径约为90微米，0.09微米的尺寸则比人类头发尺寸小1000倍之多。
硅片表面的颗粒密度代表了特定面积内的颗粒数。
更高的颗粒密度产生致命缺陷的机会也更大。
颗粒检测已经广泛采用激光束扫描硅片表面和检测颗粒散射的光强及位置来进行。
二．金属杂质危害半导体工艺的典型金属杂质是碱金属，即周期表中的ⅠA族元素，因为它们容易失去一个价电子成为阳离子，与非金属的阴离子反应形成离子化合物。
金属在所有用于硅片加工的材料中都要严格控制。
表4.1列出了一些典型的金属杂质元素。
金属来自于化学溶液或者半导体制造中的各种工序。
另一种金属沾污的来源是化学品同传输管道和容器的反应。
金属可以通过两种途径淀积在硅片表面上。
第一种途径，金属通过金属离子与位于硅片表面的氢离子的电荷交换而被束缚在硅表面。