半导体第五讲硅片清洗(4课时)——芯片制造流程课件PPT

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半导体第五讲硅片清洗

RCA与超声波振动共同作用，可以有更好的去颗粒作用 20～50kHz 或 1MHz左右。
平行于硅片表面的声压波使粒子浸润，然后溶液扩散入界面，最后粒子完全浸润，并成为悬浮的自由粒子。
23
机器人自动清洗机
24
清洗容器和载体
✓SC1/SPM/SC2 – 石英（ Quartz ）或 Teflon容器 ✓HF – 优先使用Teflon，其他无色塑料容器也行。 ✓硅片的载体 – 只能用Teflon 或石英片架
1 2 3 4 粒子和硅片表面的电排斥
• 去除方法：SC-1, megasonic（超声清洗）
15
金属的玷污
➢ 来源：化学试剂，离子注入、反应离子刻蚀等工艺
❖量级：1010原子/cm2
Fe, Cu, Ni, Cr, W, Ti… Na, K, Li…
➢ 影响：
✓在界面形成缺陷，影响器件性能，成品率下降
➢去除方法：使金属原子氧化变成可溶性离子
氧化
M
Mz+ + z e-
还原
➢去除溶液：SC-1, SC-2（H2O2：强氧化剂）
18
有机物的玷污
➢ 来源： • 环境中的有机蒸汽 • 存储容器 • 光刻胶的残留物
➢ 去除方法：强氧化－臭氧干法－ Piranha：H2SO4-H2O2 －臭氧注入纯水
alkali ions.
22
SC-2: HCl(73%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:6~1:2:8 70～80C, 10min 酸性（pH值<7）
✓可以将碱金属离子及Al3＋、Fe3＋和Mg2＋在SC-1溶液中形成的不溶的氢氧化物反应成溶于水的络合物 ✓可以进一步去除残留的重金属污染（如Au）

芯片制造流程ppt课件

芯片制作过程– 电路连接
The portions of a chip that conduct electricity form the chip’s interconnections. A conducting metal (usually a form of aluminum) is deposited on the entire wafer surface. Unwanted metal removed during lithography and etching leaves microscopically thin lines of metal interconnects. All the millions of individual conductive pathways must be connected in order for the chip to function. This includes vertical interconnections between the layers as well as horizontal Interconnections across each layer of the chip.
SMIC
0.13u
Cu
BEOL
Flow
1M L D D FL O W
C V D S IN D E P FSG D EP S IO N D E P V IA P H O T O V IA D R Y E T C H V IA C L E A N B A R C C O A T IN G PLUG ETCH BACK M TO X PH O TO M T DRY ETCH M T CLEAN STO P LA Y ER R EM O V E P O S T -S L R C L E A N T a N /T a & C u S E E D C U P L A T IN G M 2CU CM P

半导体制造工艺流程_图文

MOS电容
SiO2 P+
AL
N+ N-epi
P-SUB
Al P+
主要制程介绍
矽晶圓材料（Wafer）
圓晶是制作矽半導體IC所用之矽晶片，狀似圓形，故稱晶圓。材料是「矽」， IC（ Integrated Circuit）厂用的矽晶片即為矽晶體，因為整片的矽晶片是單一完整的晶體，故又稱為單晶體。但在整體固態晶體內，眾多小晶體的方向不相，則為复晶體（或多晶體）。生成單晶體或多晶體与晶體生長時的溫度，速率与雜質都有關系。
外延层电阻
SiO2
R
N+
R
P+
P
P+
N-epi
P-SUB
集成电路中电阻5
MOS中多晶硅电阻
多晶硅
SiO2氧化层Si源自其它：MOS管电阻集成电路中电容1
SiO2 P+
A-
N+E P+-I
N+-BL P-SUB
B+
A-
B+
N P+ Cjs
发射区扩散层—隔离层—隐埋层扩散层PN电容
集成电路中电容2
N+
後段backend构装packaging测试制程initialtestandfinaltest一晶圆处理制程晶圆处理制程之主要工作为在矽晶圆上制作电路与电子元件如电晶体电容体逻辑闸等为上述各制程中所需技术最复杂且资金投入最多的过程以微处理器microprocessor为例其所需处理步骤可达数百道而其所需加工机台先进且昂贵动辄数千万一台其所需制造环境为为一温度湿度与含尘particle均需控制的无尘室cleanroom虽然详细的处理程序是随著产品种类与所使用的技术有关

半导体制程简=PPT课件

– 例如：硅、硅化物、金属导线等等。
– 另外，在去除光阻止后，通常还需要有一步清洗，以保证晶园表面的洁净度。
-
30
2.7 金属蚀刻
• Metal Etch
– 金属蚀刻用于制作芯片中的金属导线。 – 导线的形状由Photo制作出来。 – 这部分工作也使用等离子体完成。
-
31
2.8 薄膜生长
– Develop & Bake
• 曝光完毕之后，晶园送回Track进行显影，洗掉被曝过光的光阻。
• 然后再进行烘烤，使没有被洗掉的光阻变得比较坚硬而不至于在下一步蚀刻的时候被破坏掉。
-
24
2.4 酸蚀刻
• Acid Etch
– 将没有被光阻覆盖的薄膜腐蚀掉，是酸蚀刻的主要任务。
– 蚀刻完毕之后，再将光阻洗去。
• 一般而言通常使用正光阻。只有少数层次采用负光阻。
-
20
• 曝光
– Exposure
• 曝光动作的目的是将光罩上的图形传送到晶园上。 • 0.13um，0.18um就是这样做出来的。 • 曝光所采用的机台有两种：Stepper和Scanner。
-
21
• 左图是当今市场占有率最高的ASML 曝光机。
半导体制程简介
——芯片是如何制作出来的
-
1
基本过程
• 晶园制作 – Wafer Creation
• 芯片制作 – Chip Creation
• 后封装 – Chip Packaging
-
2
第1部分晶园制作
-
3
1.1 多晶生成
• Poly Silicon Creation 1
– 目前半导体制程所使用的主要原料就是晶园 (Wafer)，它的主要成分为硅(Si)。

半导体工业流程图

(涂怖光阻)
光４．Expouse (暴光) (Stepper)
光
Photo mask 光掩膜
５．Developing (显影) (Developer)
６．Etching (蚀刻)
７．不純物注入 (离子(ion)注入法、拡散法)
８．Resist stripping (剥离) (Stripper)
以上１～(７)、８を繰返し、回路 Pattern を形成する。反复操作以上 1 到(7)，8 程序，形成回路 Pattern。
(涂怖光阻)
４．Expouse (暴光) (Stepper)
５．Developing (显影) (Developer)
Chemical Dispense System
６．Etching (蚀刻) WET bench
Day Tank
Ｐ
MDM pump ７．不純物注入 (离子(ion)注入法、拡散法)
８．Resist stripping (剥离) (Stripper)
测试工序
製品
产品
出荷
发货
Semiconductor manufac工程
基板工序
１．Cleaning (洗净) Silicon wafer ２．Deposition (成膜) (CVD 法/熱酸化法等)
３．Photoresist Coating (Spin coater)
Semiconductor manufacturing process (半导体工艺流程)
基板工程と pump
基板工序和 pump
１．Cleaning (洗净) machine WET bench
２．Deposition (成膜) (CVD 法/熱酸化法等)

半导体制造工艺课件(PPT 98页)

激活杂质：使不在晶格位置上的离子运动到晶格位置，以便具有电活性，产生自由载流子，起到杂质的作用
消除损伤
退火方式：
炉退火
快速退火：脉冲激光法、扫描电子束、连续波激光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨加热器、红外设备等)
氧化工艺
氧化：制备SiO2层 SiO2的性质及其作用 SiO2是一种十分理想的电绝缘材料，
去掉氮化硅层
P阱离子注入，注硼
推阱
去掉N阱区的氧化层退火驱入
形成场隔离区
生长一层薄氧化层淀积一层氮化硅
光刻场隔离区，非隔离区被光刻胶保护起来
反应离子刻蚀氮化硅场区离子注入热生长厚的场氧化层去掉氮化硅层
形成多晶硅栅
生长栅氧化层淀积多晶硅光刻多晶硅栅刻蚀多晶硅栅
掺杂的均匀性好温度低：小于600℃ 可以精确控制杂质分布可以注入各种各样的元素横向扩展比扩散要小得多。可以对化合物半导体进行掺杂
离子注入系统的原理示意图
离子注入到无定形靶中的高斯分布情况
退火
退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都可以称为退火
Salicide工艺
淀积多晶硅、刻蚀并形成侧壁氧化层；
淀积Ti或Co等难熔金属
RTP并选择腐蚀侧壁氧化层上的金属；
最后形成Salicide 结构
形成硅化物
淀积氧化层反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层淀积难熔金属Ti或Co等低温退火，形成C-47相的TiSi2或CoSi 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2
氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层

芯片生产工艺流程ppt课件

SiO 2
外延层
发射区
基区
集电区
55
背金合金
SiO 2
外延层
发射区
基区
集电区
56
芯片测试
SiO 2
外延层
发射区
基区
集电区
测试系统
57
N型片制造（一般）工艺流程
N
一次氧化
基区光刻
干氧氧化
硼离子注入
基区扩散
发射区光刻
发射区磷预淀积
发射区扩散
发射区低温氧化
氢气处理
3次光刻
铝蒸发
四次光刻
氮氢合金
铝上CVD
先进光刻曝光设备
11
单项工艺-光刻(2)
现场用光刻曝光设备
12
单项工艺-光刻(3)
检查用显微镜
13
单项工艺-光刻(4)
清洗
淀积/生长隔离层
（SiO2 Si3N4 金属…）
匀胶
-HMDS喷淋（增加Si的粘性） -匀光刻胶
14
单项工艺-光刻(5)
前烘
-增加黏附作用 -促进有机溶剂挥发
对版
-对每个圆片必须按要求对版
匀胶
-用弧光灯将光刻版上的图案转移到光刻胶上。
15
单项工艺-光刻(6)
显影/漂洗
-将圆片进行显影/漂洗，不需要的的光刻胶溶解到有机溶剂。
坚
膜
-硬化光刻胶。 -增加与硅片的附着性。
腐蚀
-干法腐蚀/湿法腐蚀
去胶
16
单项工艺-光刻(7)
光刻工艺过程
17
单项工艺-CVD（1）
18
单项工艺-CVD（2）
溅射原理示意图
27
单相工艺-蒸发（3）

半导体工艺流程简介ppt

半导体工艺流程的成就与挑战
进一步缩小特征尺寸
三维集成技术
绿色制造技术
智能制造技术
未来半导体工艺流程的发展趋势
01
02
03
04
THANKS
感谢观看
互连
通过金属化过程，将半导体芯片上的电路元件连接起来，实现芯片间的通信和电源分配功能。
半导体金属化与互连
将半导体芯片和相关的电子元件、电路板等封装在一个保护壳内，以防止外界环境对芯片的损伤和干扰。
封装
对封装好的半导体进行功能和性能的检测与试验，以确保其符合设计要求和实际应用需要。
测试
半导体封装与测试
半导体工艺流程概述
02
半导体制造步骤-1
1
半导体材料的选择与准备
2
3
通常使用元素半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等，或化合物半导体，如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等。
材料类型
高纯度材料对于半导体制造至关重要，杂质含量需要严格控制。
纯净度要求
材料应具有立方、六方或其他特定晶体结构。
晶格结构
蚀刻
使用化学试剂或物理方法，将半导体基板表面未被光刻胶保护的部分进行腐蚀去除。根据蚀刻方法的不同，可以分为湿蚀刻和干蚀刻两种。
去胶
在完成蚀刻后，使用去胶液等化学试剂，去除光刻胶。去胶过程中需要注意控制温度和时间，以避免对半导体基板造成损伤或污染。
半导体的蚀刻与去胶
05
半导体制造步骤-4
金属化
通常使用铝或铜作为主要材料，通过溅射、蒸发或电镀等手段，在半导体表面形成导线图案。
涂布
在半导体基板上涂覆光刻胶，使其覆盖整个基板表面。通常使用旋转涂布法，将光刻胶滴在基板中心，然后通过旋转基板将其展开并涂布在整个表面上。

IC在制造过程中的清洗流程(PPT文档)

主要供应商
FSI
RCA工艺 ——— 工作机台介绍 Conventional Wet Bench
RCA工艺 ——— 工作机台介绍
Conventional Wet Bench
设备组成：中央控制系统及晶圆输入端串联式化学酸槽、碱槽及洗涤槽检测系统，包括流量监测，温度检测，酸槽化
学浓度校准旋转、干燥设备
STEP3 DHF
HF (0.5% - 2%) (30 sec)
STEP6 Rinse DI water (18MΩ.cm)
STEP5 SC1
(1:1:5) NH4OH + H2O2
+H2O (70C0 10min)
STEP4 Rinse DI water (18MΩ.cm)
STEP7 SC2
(1:1:5) HCL + H2O2
定时
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
温度设定
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
酸槽盖板打开
酸槽盖板放置
化学石英槽
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
晶圆处理
晶圆、晶舟
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
晶圆转移
清洗开始
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
时间设定
化学清洗完成
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
晶舟放入冲洗槽
取出架托
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
关闭清洗槽盖板
开始清洗
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
旋转脱水
晶舟移入
旋转脱水
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
脱水结束

半导体制造工艺流程课件

04
半导体制造的后处理
金属化
01
02
03
金属化
在半导体制造的后处理中，金属化是一个关键步骤，用于在芯片上形成导电电路。
金属材料
通常使用铜、铝、金等金属作为导电材料，通过物理或化学沉积方法将金属薄膜沉积在芯片表面。
连接电路
金属化过程将芯片上的不同元件连接成完整的电路，实现电子信号的传输和处理。
高纯度材料
半导体制造需要使用高纯度材料，以确保芯片的性能和可靠性。然而，高纯度材料的制备和加工难度较大，需要克服许多技术难题。
制程控制
半导体制造过程中，制程控制是至关重要的。制程控制涉及温度、压力、流量、电流、电压等众多参数，需要精确控制这些参数以确保芯片的性能和可靠性。
环境影响
能源消耗
半导体制造是一个高能耗的过程，需要大量的电力和能源。随着半导体产业的发展，能源消耗也在不断增加，对环境造成了很大的压力。
废弃物处理
半导体制造过程中会产生大量的废弃物，如化学废液、废气等。这些废弃物如果处理不当，会对环境造成很大的污染和危害。
碳排放
半导体制造过程中的碳排放也是一个重要的问题。减少碳排放是半导体产业可持续发展的关键之一。
未来发展趋势
先进封装技术
随着摩尔定律的逐渐失效，先进封装技术成为半导体制造的重要发展方向。通过将多个芯片集成在一个封装内，可以实现更小、更快、更低功耗的芯片系统。
沉积薄膜质量
影响沉积薄膜质量的因素包括反应温度、气体流量、压强等，需通过实验优化获得最佳工艺参数。
外延生长
外延生长目的
在半导体材料表面外延生长一层单晶层，用于扩展器件尺寸、改善材料性能和提高集成度。

半导体制造流程PPT课件

2019/9/10
3
晶圆处理制程
融化（MeltDown）
颈部成长（Neck Growth）
晶柱成长制程
晶冠成长（Crown Growth）
晶体成长（Body Growth）
尾部成长（Tail Growth）
2019/9/10
4
晶圆处理制程
切片（Slicing）
圆边（Edge Polishin
2019/9/10
16
晶圆处理制程
• 离子注入是另一种掺杂技术，离子注入掺杂也分为两个步骤：离子注入和退火再分布。离子注入是通过高能离子束轰击硅片表面，在掺杂窗口处，杂质离子被注入硅本体，在其他部位，杂质离子被硅表面的保护层屏蔽，完成选择掺杂的过程。进入硅中的杂质离子在一定的位置形成一定的分布。通常，离子注入的深度(平均射程)较浅且浓度较大，必须重新使它们再分布。掺杂深度由注入杂质离子的能量和质量决定，掺杂浓度由注入杂质离子的数目(剂量)决定。
• 一个现代的IC含有百万个以上的独立组件，而其尺寸通常在数微米，在此种尺寸上，并无一合适的机械加工机器可以使用，取而代之的是微电子中使用紫外光的图案转换(Patterning),这个过程是使用光学的图案以及光感应膜來将图案转上基板,此种过程称为光刻微影 (photolithography）
2019/9/10
11
晶圆处理制程
曝光（exposure） • 在光刻微影过程，首先为光阻涂布，先将适量光阻滴上基
板中心，而基板是置于光阻涂布机的真空吸盘上，转盘以每分钟數千转之转速，旋转30-60秒，使光阻均匀涂布在基板上，转速与旋转时间，依所需光阻厚度而定。 • 曝照于紫外光中，会使得光阻的溶解率改变。紫外光通过光罩照射于光阻上，而在光照及阴影处产生相对应的图形，而受光照射的地方，光阻的溶解率产生变化，称之为光化学反应，而阴影处的率没有变化，这整个过称之为曝光（exposure）。

半导体第五讲硅片清洗(4课时)

清洗剂残留：增加清洗次数使用更环保的清洗剂
清洗不彻底：加强清洗剂浓度延长清洗时间
硅片损伤：调整清洗参数避免过度清洗
清洗设备故障：定期维护清洗设备确保设备正常运行
清洗质量直接影响硅片的电学性能
清洗质量对硅片的光学性能有重要影响
清洗质量对硅片的机械性能有重要影响
清洗质量对硅片的热学性能有重要影响
提高硅片质量：清洗可以去除硅片表面的污染物和缺陷提高硅片的纯度
和性能
提高生产效率：清洗可以减少硅片表面的污染提高生产效
率和良品率
降低成本：清洗可以减少硅片表面的污染降低生产成本
和维护成本
保护环境：清洗可以减少硅片表面的污染降低对环境的
影响和污染
原理：利用物理作用如机械摩擦、超声波、气流等去除硅片表面
包装：将清洗好的硅片包装在防静电袋中防止二次污染
检测项目：表面粗糙度、颗粒度、缺陷密度等
检测方法：光学显微镜、电子显微镜、X射线衍射等
检测标准：根据行业标准或客户要求制定
检测报告：提供详细的检测报告包括检测结果、分析及
建议
清洗设备种类：超声波清洗机、喷淋清洗机、真空清洗机等超声波清洗机：适用于去除硅片表面的颗粒和污垢喷淋清洗机：适用于去除硅片表面的有机物和化学物质真空清洗机：适用于去除硅片表面的金属离子和氧化物选择原则：根据硅片清洗的需求和工艺要求选择合适的清洗设备
清洗方法：化学清洗、物理清洗或两者结合
清洗步骤：预清洗、主清洗、漂洗、干燥
清洗剂：酸、碱、有机溶剂等
清洗设备：超声波清洗机、喷淋清洗机等
清洗效果评估：目视检查、颗粒计数等
清洗：使用化学试剂去除硅片表面的污染物

半导体制造工艺流程通用课件

半导体制造工艺流程通用课件
目录
• 半导体制造概述 • 半导体制造的前处理 • 半导体制造的核心工艺 • 半导体制造的后处理 • 半导体制造的挑战与解决方案 • 半导体制造的发展趋势与未来展望
01
半导体制造概述
半导体制造的定义
半导体制造
指通过一系列精密的物理和化学工艺，将单晶硅或其他半导体材料转化为集成电路的过程。
采用高k金属栅极材料，可以提高芯片的性能和降低功耗。
新型绝缘材料
采用新型绝缘材料，可以提高芯片的集成度和可靠性。
新型封装材料
采用新型封装材料，可以提高芯片的散热性能和可靠性。
系统集成与封装技术的发展
系统集成技术
通过系统集成技术，将多个芯片集成在一个封装内，实现更高的性能和更小的体积。
封装类型
常见的封装类型包括塑料封装、陶瓷封装和金属封装等，它们具有不同的特点和适用范围。
封装工艺
封装工艺涉及到多个环节，包括芯片贴装、引脚焊接、密封和标记等，每个环节都对保证芯片的性能和可靠性至关重要。
测试与验证
测试与验证
在半导体制造的后处理过程中，测试与验证是确保芯片性能和质量的重要环节。
化学气相沉积
总结词
化学气相沉积是通过化学反应在半导体表面形成薄膜的过程。
详细描述
化学气相沉积是在高温下，将气态物质在半导体表面进行化学反应，形成固态薄膜的过程。沉积的薄膜可以作为绝缘层、导电层或保护层，对半导体器件的性能和稳定性具有重要影响。
04
半导体制造的后处理
金属化
金属化
在半导体制造的后处理过程中，金属化是关键的一步，它涉及到在芯片表面沉积金属，以实现电路的导电连接。
半导体制造的工艺流程简介

硅片加工硅片清洗课件

硅片加工的主要步骤
01
原料准备
02
03
04
切片
研磨和抛光
清洗和干燥
硅片加工的设备与技术
01
02
切割设备
研磨设备
03 清洗设备
硅片加工的设备与技术
检测技术：如光学显微镜、扫描电子显微镜等，用于硅片的表面质量检测和缺陷分析。
以上是对硅片加工概述的简要介绍，包括硅片加工的定义与重要性、主要步骤以及涉及的设备与技术。在实际生产过程中，还需要根据具体需求和产品规格，选择合适的加工设备和工艺参数，以确保硅片的质量和产量。
02 硅片清洗原理与方法
清洗原理
去除表面污染
保持表面性质
清洗方法
化学清洗物理清洗组合清洗
03
硅片加工过程中的清
术
洗技
预处理阶段的清洗
去除表面污染
超声波清洗酸洗或碱洗
刻蚀与抛光阶段的清洗
去除残留物
在硅片的刻蚀与抛光阶段，清洗的主要目标是去除加工过程中产生的残留物和表面损伤层，确保
硅片的表面质量和加工精度。
等离子体清洗
常应用等离子体清洗技术，通过活性粒子与硅片表面发生化学反应，高效去除刻蚀和抛光产生的
残留物。
超纯水冲洗
使用高纯度的超纯水进行冲洗，降低硅片表面因清洗引入的杂质
污染。
后处理阶段的清洗
表面净化溶剂清洗低温烘干
04
清洗质量与硅片性能
系
的关
清洗质量对硅片性能的影响
contents
目录
• 硅片加工概述 • 硅片清洗原理与方法 • 硅片加工过程中的清洗技术 • 清洗质量与硅片性能的关系 • 硅片加工与清洗的未来发展趋势

《硅片制绒和清洗》PPT课件_OK

的腐蚀速率和角锥体形成情况。
•溶液温度恒定在80℃时发现腐蚀液NaOH浓度在1.5～4%范围之
外将会破坏角锥体的几何形状。
•当NaOH处于合适范围内时，异丙醇的浓度的上升会使腐蚀速
率大幅度下降。
13
NaOH浓度的影响
维持制绒液中IPA的含量为10 vol%，温度85 ℃，时间30分钟条件下：
NaOH浓度5g/l时绒面形貌
•
硅酸钠在溶液中呈胶体状态，大大的增加了溶液的粘稠度。对腐蚀液中OH离子从腐蚀
液向反应界面的输运过程具有缓冲作用，使得大批量腐蚀加工单晶硅绒面时，溶液中N
aOH含量具有较宽的工艺容差范围，提高了产品工艺加工质量的稳定性和溶液的可重
复性。随着硅酸钠含量的增加，溶液粘度会增加，结果在硅片与片匣边框接触部位会
23
化学清洗原理
HF 的作用
• 去除在清洗过程中表面形成SiO2层，便于脱水
注：硅的疏水性要好于SiO2
SiO 2 6HF H 2 SiF6 2H 2 O
24
制绒常见不良现象
现象：表面有指纹残留
原因：人为的接触硅片
解决方法：IPA可以起到一
定效果，但是不能杜绝，需
要硅片厂家配合
产生“花篮印”，硅酸钠来源大多是反应的生成物，要调整它的浓度只能通过排放溶
液。
22
化学清洗原理
HCL的作用
• 中和残留在硅片表面的碱液
•
去除在硅片切割时表面引入的金属杂质
注：盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能
与Fe 3+、Pt 2+、Au 3+、Ag +、Cu +、Cd 2+、Hg
2+等金属离子形成可溶于水的络合物

芯片制造过程课件

第五阶段合影
晶体管就绪：至此，晶体管已经基本完成。在绝缘材(品红色)上蚀刻出三个孔洞，并填充铜，以便和其它晶体管互连。
电镀：在晶圆上电镀一层硫酸铜，将铜离子沉淀到晶体管上。铜离子会从正极(阳极) 走向负极(阴极)。
铜层：电镀完成后，铜离子沉积在晶圆表面，形成一个薄薄的铜层。
第六阶段合影
抛光：将多余的铜抛光掉，也就是磨光晶圆表面。
光刻：由此进入50-200纳米尺寸的晶体管级别。一块晶圆上可以切割出数百个处理器，不过从这里开始把视野缩小到其中一个上，展示如何制作晶体管等部件。晶体管相当于开关，控制着电流的方向。
现在的晶体管已经如此之小，一个针头上就能放下大约3000万个。第三阶段合影
溶解光刻胶：光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉，清除后留下的图案和掩模上的一致。
金属层：晶体管级别，六个晶体管的组合，大约500纳米。在不同晶体管之间形成复合互连金属层，具体布局取决于相应处理器所需要的不同功能性。
芯片表面看起来异常平滑，但事实上可能包含20多层复杂的电路，放大之后可以看到极其复杂的电路网络，形如未来派的多层高速公路系统。
第七阶段合影
晶圆测试：内核级别，大约10毫米/0.5英寸。图中是晶圆的局部，正在接受第一次功能性测试，使用参考电路图案和每一块芯片进行对比。
单晶硅锭：整体基本呈圆柱形，重约100千克，硅纯度99.9999％。第一阶段合影
硅锭切割：横向切割成圆形的单个硅片，也就是我们常说的晶圆(Wafer)。顺便说，这下知道为什么晶圆都是圆形的了吧？
晶圆：切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕，表面甚至可以当镜子。
事实上，Intel自己并不生产这种晶圆，而是从第三方半导体企业那里直接购买成品，然后利用自己的生产线进一步加工，比如现在主流的45nm HKMG(高K金属栅极)。值得一提的是，Intel公司创立之初使用的晶圆尺寸只有2英寸/50毫米。

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70～80C, 10min
碱性（pH值>7）
✓可以氧化有机膜
✓和金属形成络合物
✓缓慢溶解原始氧化层，并再氧化——可以去除颗粒
✓NH4OH对硅有腐蚀作用
RCA clean is
OH－
OH－
OH－
OH－ OH－
OH－
“standard process” used to remove organics,
heavy metals and
=0.02 ppb !!
12
颗粒粘附
所有可以落在硅片表面的都称作颗粒。
颗粒来源：
✓空气 ✓人体 ✓设备 ✓化学品
超级净化空气
风淋吹扫、防护服、面罩、手套等，机器手/人
超纯化学品去离子水
特殊设计及材料定期清洗
13
各种可能落在芯片表面的颗粒
14
❖粒子附着的机理：静电力，范德华力，化学键等 ❖去除的机理有四种：
19
自然氧化层（Native Oxide）
➢ 在空气、水中迅速生长 ➢ 带来的问题：
✓ 接触电阻增大 ✓ 难实现选择性的CVD或外延 ✓ 成为金属杂质源 ✓ 难以生长金属硅化物
➢ 清洗工艺：HF＋H2O（ca. 1: 50）
20
2、硅片清洗
有机物/光刻胶的两种清除方法：
SPM：sulfuric/peroxide mixture H2SO4(98％):H2O2(30％)=2:1~4:1 把光刻胶分解为CO2＋H2O （适合于几乎所有有机物）
alkali ions.
22
SC-2: HCl(73%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:6~1:2:8 70～80C, 10min 酸性（pH值<7）
✓可以将碱金属离子及Al3＋、Fe3＋和Mg2＋在SC-1溶液中形成的不溶的氢氧化物反应成溶于水的络合物 ✓可以进一步去除残留的重金属污染（如Au）
硅片背面高浓度掺杂，淀积多晶硅
本节课主要内容
净化的必要性
器件：少子寿命，VT改变，Ion Ioff，栅击穿电压，可靠性电路：产率，电路性能
净化的三个层次：环境、硅片清洗、吸杂
The bottom line is chip yield. “Bad” die manufactured alongside “good” die. Increasing yield leads to better profitability in manufacturing chips.
氧等离子体干法刻蚀：把光刻胶分解为气态CO2＋H2O （适用于大多数高分子膜）
注意：高温工艺过程会使污染物扩散进入硅片或薄膜前端工艺（FEOL）的清洗尤为重要
21
RCA——标准清洗
SC-1（APM，Ammonia Peroxide Mixture）：
NH4OH(28%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:5～1:2:7
产率提高3.8%，将带来年利润1千万美元！
10
Contaminants may consist of particles, organic films (photoresist), heavy metals or alkali ions.
11
外来杂质的危害性
例2. MOS阈值电压受碱金属离子的影响
例1. 一集成电路厂产量＝1000片/周×100芯片/片，芯片价格为$50/芯片，如果产率为50％，则正好保本。若要年赢利$10,000,000，50 52
年开支=年产能为1亿3千万
1000×100×52×$50×50%
=$130,000,000
1
硅片清洗技术
第五讲
2
本节课主要内容
硅片清洗湿法清洗：Piranha，RCA（SC－1，SC－2），HF:H2O 物理清洗干法清洗：气相化学
吸杂三步骤：激活，扩散，俘获碱金属：PSG，超净化＋Si3N4钝化保护其他金属：本征吸杂和非本征吸杂 ——大密度硅间隙原子＋体缺陷
SiO2的成核生长。
➢去除方法：使金属原子氧化变成可溶性离子
氧化
M
Mz+ + z e-
还原
➢去除溶液：SC-1, SC-2（H2O2：强氧化剂）
18
有机物的玷污
➢ 来源： • 环境中的有机蒸汽 • 存储容器 • 光刻胶的残留物
➢ 去除方法：强氧化－臭氧干法－ Piranha：H2SO4-H2O2 －臭氧注入纯水
1 2 3 4 粒子和硅片表面的电排斥
• 去除方法：SC-1, megasonic（超声清洗）
15
金属的玷污
➢ 来源：化学试剂，离子注入、反应离子刻蚀等工艺
❖量级：1010原子/cm2
Fe, Cu, Ni, Cr, W, Ti… Na, K, Li…
➢ 影响：
✓在界面形成缺陷，影响器件性能，成品率下降
Vth VFB 2 f
2 sqNA (2 f ) qQM
Cox
Cox
当tox＝10 nm，QM＝6.5×1011 cm-2（10 ppm)时，DVth＝0.1 V
例3. MOS DRAM的刷新时间对重金属离子含量Nt的要求
G
1
vth Nt
＝10－15 cm2，vth=107 cm/s 若要求G＝100 ms，则Nt1012 cm-3
净化级别高效净化
杂质种类：颗粒、有机物、金属、天然氧化层
本征吸杂和非本征吸杂
强氧化
HF:DI H2O
4
三道防线: ✓环境净化（clean room） ✓硅片清洗（wafer cleaning） ✓吸杂（gettering）
5
1、空气净化
From Intel Museum
6
净化级别：每立方英尺空气中含有尺度大于0.5mm的粒子总数不超过X个。
0.5um
7
排气除尘
8
高效过滤
超细玻璃纤维构成的多孔过滤膜：过滤大颗粒，静电吸附小泵颗粒循环系统
20～22C 40～46％RH
9
由于集成电路內各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如
果遭到灰尘、金属的污染，很容易造成芯片内电路功能的损坏，形成短路或断路，导致集成电路的失效！在现代的VLSI工厂中， 75%的产品率下降都来源于硅芯片上的颗粒污染。
✓增加p-n结的漏电流，减少少数载流子的寿命
16
不同工艺过程引入的金属污染
离子注入
干法刻蚀去胶水汽氧化
9
Fe Ni Cu
10
11
12
13
Log (concentration/cm2)
17
➢金属杂质沉淀到硅表面的机理
– 通过金属离子和硅表面终端的氢原子之间的电荷交换，和硅结合。（难以去除）
– 氧化时发生：硅在氧化时，杂质会进入