Зависимость цвета термически выращенной Пленки двуокиси кремния от ее толщийы

Порядок ин­терференции	Толщина пленки, мкм	Цвет пленки	Порядок ин­терференции	Толщина пленки. Мкм	Цвет пленки
1	0.05 О.О'7 0.10 ОЛ20.1.^ 0.1" 02('0.22 ^.25 0.27	Бежевый Коричневый Темно-фиолетовый Голубой Светло-голубой Металлический Светло-золотистый Золотистый Оранжевый Красно-фиолетовый	2	0,30 OJ1 0.32 0,34 0.35 0.36 0.37 0,39 0.41 0,42 0.44 0,46	Фиолетово-голубой Голубой Зелено-голубой Светло-зеленый Зеленый Темно-зеленый Зеленовато-желтый Желтый Светло-оранжевый Телесно-розовый Фиолетово-красный Красно-фиолетовый

ГолубоватыйФиолетовый Голубовато-фиолетовый Голубой Голубовато-зеленый Зеленый Темновато-зеленый Зеленовато-желтый Желтый Светло-оранжевый Телесно-розовый Фиолетово-красный40.680.47 0,48Окончание табл. 4 Голубовато-зеленый Желтоватый Оранжевый Желтовато-розовый Светло-красновато-фиолетовый 0.72 0.77 0.80 0,83 0.85 0.49 0.50 0.52 0.54 0.56 0.57 0.58 0.60 0.63 Порядок ин­терференции

Толщина пленки, мкм

Цвет пленки

Порядок ин­терференции

Толщина пленки, мкм

Цвет пленки

3

определяют порядок отражения по числу повторений цвета первой поло­сы (обычно самой яркой), начиная со стороны чистого кремния и закан­чивая цветом нетравленного SiO.По цветовой шкале можно опреде­лить толщину пленки с точностью до 0.02 мкм

Интерференционный метод определения толщины диэлектрических пленок основан на интерференции лучей, отраженных от поверхности пластины и пленки. Разность хода этих двух лучей определяется толщи­ной пленки, показателем преломления и углом преломления света. Из­мерения могут быть проведены с разрушением и без разрушения плен­ки. В первом случае часть пленки стравливают и получают ступеньку. В поле зрения микроинтерферометра (например, типа МИИ-4) наблюдают интерференционную картину в виде смещенных полос в месте ступень­ки. Если целостность пленки не нарушать, то интерференционная кар­тина будет в виде прямых полос Когда спектр интерференционных по­лос от пучка, отраженного поверхностью пленки, имеет слабую интенсивность, на ступеньку напыляют тонкий (0,02 - 0.03 мкм) слой алюминия, который усиливает интенсивность картины и. кроме того. делает пленку непрозрачной. Методика определения толщины пленок, как правило, приводится в описании, прилагаемом к интерферометру. Погрешность интерференционного метода зависит от типа микроинтер­ферометра и обычно не превышает 10 %

Для более точного определения толщины диэлектрических и поли­кремниевых пленок используют интерференционный метод, основанный на спектральной зависимости коэффициента отражения от поверхности раздела пленка - пластина в видимой области спектра (диапазон длин волн составляет 0.33 - 0.8 мкм). Положение минимальных и максималь­ных значений коэффициента отражения зависит от показателей прелом­ления и поглощения, а также от толщины пленки Интерференционный спектр отражения контролируемого образца получают с помощью спек­трофотометра, после чего результаты идентифицируют по имеющимся. например, номограммам и определяют толщину пленки Погрешность измерения составляет в этом случае ^ 2 %

Эллипсометрический метод измерения толщины диэлектрических пленок основан на отражении линейно-поляризованного лазерного луча от покрытой пленкой пластины. В результате образуется эллиптически-поляризованная отраженная волна. Измерив ее параметры (фазу и ам­плитуду), определяют, например по номограммам, толщину пленки и ее

35

коэффициент преломления. Методом эллипсометрии можно выполнять контроль многослойных структур, например Si3N4 - SiO^ - Si и др , но для этого нужно знать показатели преломления всех слоев и пластины.

Определение толщины титиксиальных и диффушонных слоев

Толщину эпитаксиальных и диффузионных слоев определяют по глубине залегания р - п перехода, который выявляется в простейшем случае методами окрашивания сферического шлифа (химического деко-рирования). Для этого изготавливают на контрольной пластине (свидетеле) шлиф с помощью вращающегося стального шара диаметром 35 - 100 мм. смазанного алмазной пастой зернистостью < I мкм- Глуби­на сферической лунки должна превышать глубину р - п перехода (рис.3).

Рис. г]. К определению толщины эпитак­сиальных и диффузионных слоев с по­мощью шарового шлифа (Н АВ - хорда):

/ - микрометрическая линия окулярного микрометра; 2 - контур шлифа, под­готовленного к измерениям: 3 - граница. раздела двух областей в кремнии. отличающихся типом проводимости

Границу р - п перехода выявляют химическим окрашиванием ^-области в концентрированной фтористо-водородной кислоте HF при штенсивном освещении. Иногда для окрашивания /^-области использу­ют водный раствор медного купороса CuSC^I-K) с добавкой 0.1 % концентрированной HF Легированные области кремния /?-типа после окрашивания будут выглядеть темнее окружающего материала, а облас-

36

ти п -типа будут светлее окружающего материала либо покрыты осаж­денной медью в зависимости от условий окрашивания р - п перехода

На окрашенных шлифах под микроскопом измеряют длину хорды (см. рис. 3), по которой определяют глубину залегания р - п перехода (толщину диффузионного слоя ) по формуле

х, lf~nl{^R}.

где xj - толщина диффузионного слоя, мкм, Н - длина хорды в делениях шкалы окуляра микроскопа, мкм; п - цена деления шкалы окуляра микроскопа, мкм; R - радиус шара, мкм.

Погрешность метода » К) % в диапазоне глубин 0.5 - 10 мкм. Методы окрашивания сферического шлифа непригодны для кон­троля глубины мелких (< 0,5 мкм) р - п переходов из-за большой по­грешности. В этом случае используют фотоэлектрический метод скани­рования поверхности цилиндрического шлифа сфокусированным лазерным пучком (зондом) с регистрацией кривых фототока (фотоответа) и интерференции. Реализация данного метода возможна с помощью установки типа ЛПМ-11 с длиной волны оптического излуче­ния д = 0.44 мкм. оборудованной оптико-механическим узлом, пред­метным столом и регистрирующим прибором (самописцем). Этим мето­дом можно также контролировать ионно-легированные и эпитак-сиальные/? - п переходы глубиной 0.2 - 10 мкм с погрешностью ^ 3 %.

Домашнее задание

1 Ознакомиться с описанием лабораторной работы.

2 Подготовить формы табл 5 - S для записи результатов

3 Подготовить начальную часть отчета содержащую титульный лист. цель работы, краткие теоретические сведения,

4. Подготовить ответы на контрольные вопросы

5. Для выполнения лабораторной работы иметь калькулятор, ли­нейку. карандаш, ластик.

37

Форма таблицы 5

Технологические операции изготовления полупроводниковой ИС (133ЛАЗ)

Изделие Вариант...

№ п/п

Операция. выполнен­ная на об­разце

Номер операции в табл.П1

Виды брака

Причины брака

Номер об­разца в кассете

Форма таблицы 6

Технологические операции изготовления полупроводниковой БИС (1051ХАЗ)

Изделие 2 Вариант...

№ п/п

Операция. выполнен­ная на об­разце

Номер операции в табл. П2

Виды брака

Причины брака

Номер об-раша в кассете

38

Форма таблицы 7 Результаты определения толщины диффузионного слоя

Образец 11 ( кассета 1 )

Толщина диффузионного слоя х,, мкм

X,/ при Н;

Хр при Н:

х,з при Нз

Y

"JCpeon

Образец с шаро­вым шлифом

Форма таблицы 8 Результаты определения толщины окисла

Образец 12 ( кассета 1 )

Цвет

Порядок интерфе­ренции

Толщина окисла. мкм

Назначение окисла в ИС (БИС)

Образец с кли­ном травления в8Ю:

Лабораторное задание

1 изучить технологические операции производства пол\ проводни­ковых микросхем.

2. Изучить последовательность операций при изготовлении структур ИС, БИС и заполнить формы табл 5 и 6

3. Измерить параметры слоев полупроводниковой микросхемы и заполнить формы табл. 7 и Н

4. Изобразить эскиз фотошаблона (вид сверху и сбоку), необходи­мого для выполнения заданной фотолитографии.

5.Ознакомиться с оборудованием и материалами, применяемыми в производстве полупроводниковых микросхем на биполярных транзисто­рах

39

Оборудование, приборы, макетные образцы

При выполнении лабораторной работы используются: лаборатор­ный стол с источником питания: микроскоп типа ММУ-^: две кассеты с макетными образцами

Кассета 1 содержит: три образца, отобранных после резки слитка. механического шлифования и полирования пластин кремния: семь об разцов после выполнения различных операций технологического про­цесса изготовления цифровой ИС типа 133ЛАЗ: два образца (11 и 12). предназначенных для измерения параметров слоев ИС

Кассета 2 содержит: двенадцать образцов, отобранных после вы­полнения различных операции те кнологического процесса изготовления цифро-акалоговой БИС типа 1051ХАЗ

Для удобства работы и возможности размещения ь кассетах макет-ные образцы изготавливались из пластин диаметром !()() мм с примене­нием скрайбирования и ломки пластин (эти операции не относятся к технологическому процессу формирования структуры микросхемы)

Методические указания

Приступая к работе, необходимо помнить, что макетные образцы очень хрупки, поэтому после рассмотрения их следует сразу же разме­щать в кассете О замеченных поломках необходимо сообщить препода­ли е, по

Изучение технологических операций и их nocJie(h)eame,ibHucmu в процессе изготовления полупроводниковых .микросхем -

1. Определить наименования операций, выполненных на образцах 1-10 изделия 1. Для этого необходимо:

- пройти инструктаж по технике безопасности, получить у лаборан­та две кассеты с макетными образцами и инструкцию пользования мик­роскопом.

- включить микроскоп согласно инструкции и с его помощью вни­мательно рассмотреть образцы 4 - К) изделия 1 (кассеты I), при этом расположить образцы в последовательности выполнения операций, ука-

40

данной в табл П1 а образцы 1 - 3 - в последовательности изготовления самих подложек (пластин)

Примечания. При выборе последовательности операций следует учиты­вать усложнение рисунка на образце (выбрав простейший транзистор) и увели­чение количества фигур совмещения.

Необходимо запомнить цвет чистого кремния, поместив полированный образец в поле зрения микроскопа.

Цвет окисла может быть различным в зависимости от его толщины. Од­нако области, формирующиеся одновременно при высокой температуре (выше 900 °С в открытой или полуоткрытой системе), всегда имеют одинаковый цвет окисла.

Если на образце выполнена одна из фотолитографий по слою окисла (с травлением окисла для вскрытия в нем окон к поверхности кремния), то в поле зрения микроскопа будут видны области чистого кремния.

2. Наименования операций в последовательности от самой простой структуры (из имеющихся образцов) до полностью изготовленной структуры ИС занести в форму табл. 5.

Примечания. Образцы 1 - 3 изделия 1, представляющие процесс изготов­ления пластин, рассмотреть и описать в последовательности: резка слитка кремния на пластины, механическое шлифование пластин кремния, механическое полирование пластин кремния.

Правильные наименования операций для образцов с элементами структу­ры ИС указаны в табл III

Образцы 11 и 12 (контрольные) при определении наименований и после­довательности операций не рассматривать

3 Аналогично п.1 определить наименования и последовательность технологических операций, выполненных на образцах 1-12 изделия 2 (кассеты 2), пользуясь табл.П2.

4 Наименования операций в последовательности от самой простой структуры до полностью изготовленной структуры БИС занести в форму табл о

5 Виды и причины брака занести в формы табл. 5 и 6. используя сведения табл ПЗ

Примечание. Допускается для каждой операции укашть один из видов брака и его причину, однако повторение описания одних и тех же дефектов для аналогично выполняемых операций нежелательно

6. Изобразить фрагмент эскиза фотошаблона (вид сверху и сбоку) для одной из фотолитографий, заданных согласно варианту:

41

- для вариантов 1 - 7 соответственно фотолитогра(})ии 1-7 изделия 1 (см. рис. 1 и табл. П1);

- для вариантов 8-14 соответственно фотолитографии 1 - 4 и 9. К). 12 изделия 2 (см. рис.2 и табл. П 2 ).

Примечание. Фрагмент эскиза фотошаблона изобразить с учетом:

- применения позитивного фоторезиста,

- вида структуры полупроводниковой ИС или БИС (найти на рис.1 или 2 заданный вариантом вид структуры и изобразить его)*

- включения необходимых для данной фотолитографии топологических щементов структуры ИС или БИС (с сохранением их геометрических пропор­ций)

Измерение параметров слоев полупроводниковых микросхем

1. Определить толщину диффузионного слоя по глубине залегания р - п перехода х; в кремнии, для этого:

- разместить образец 11 (из кассеты 1) так, чтобы в поле зрения микроскопа была видна лунка шарового шлифа;

- трижды измерить значения Я (см. рис.3) для лунки шарового шлифа (радиально поворачивая под микроскопом образец и измеряя Н\, 7/2, Из) и занести результаты измерений в форму табл. 7;

- рассчитать значения х^\, хр, х^ по формуле

_xV

х. — —————

1 8Д

где Н - размер хорды в делениях шкалы окуляра микроскопа; п - цена деления для данного объектива в мкм, в данном случае п == 16 мкм;

R - радиус шара приспособления для изготовления шарового шлифа в мкм, в данном случае R = 15-103 мкм;

- определить ^средн по формуле

/=з

х/среди. — / , х ji / -"' /=-1

- результаты расчетов занести в форму табл. 7

2. По цвету образца 12 определить толщина слоя окисла /^sio^ ис­пользуя табл. 4, с учетом порядка интерференции (за начало отсчета следует принять первый красно-фиолетовый цвет спектра, наблюдаемый от места полностью удаленного SiO^, т.е. от чистого кремния). Резуль­таты занести в форму табл.8.

42

Требования к отчету

Отчет должен содержать

1) титульный лист,

2) цель работы;

3) краткие теоретические сведения;

4) результаты выполнения лабораторного задания, сведенные в формы табл. 5-8;

5) фрагмент эскиза фотошаблона (вид сверху и сбоку) с видом структуры полупроводниковой И С или БИС, для которой используется данный фотошаблон.

Контрольные вопросы

1 Какова последовательность операций изготовления полупровод­никовой ИС?

2 Изобразите сечение полупроводниковой ИС после заданной опе­рации: разделительной диффузии, фотолитографии, пассивации и т п

3 Какие методы контроля параметров слоев полупроводниковой ИС вам известны'? Дайте краткуто характеристику каждого метода и опишите методику измерений.

4. Назначение фотошаблонов, технология их изготовления. Изобра­зите фрагмент эскиза фотошаблона для одной из операций полупровод­никовой микросхемы

5. Охарактеризуйте отдельные операции технологического процес­са изготовления полупроводниковой ИС: фотолитографию окисление. диффузию и т п

6. Каково назначение скрытого слоя. вертикального слоя. раздели­тельной области и других элементов полупроводниковой ИС^

7 Какое оборудование и материалы применяются на конкретной (указанной преподавателем) технологической операции?

8. Какая технологическая операция выполнена на данном (выдаваемом преподавателем) образце?

9. Назовите виды брака, которые могут наблюдаться на конкретной (указанной преподавателем) операции и какова причина их появления?

10. Какие виды технологического брака вам известны^

43

11. С какой целью проводится двухстадийная диффузия17

12. Почему приконтактные области п - Si - металл легируются до п ^

13 Почему изолирующие слои SiO^ на поверхности полупроводни­ковой БИС получают с применением разных технологий?

14. На какой операции формируются резисторы полупроводнико­вой ИС?

15. С какой целью эмиттер легируется до /^г?

16. Каково назначение фоторезиста и почему в данной работе для ИС и БИС использовались разные фоторезисты?

17 Из каких соображений выбирается толщина подложки и эпи-таксиального слоя?

18. Из каких соображений выбирается удельное сопротивление подложки и эпитаксиального слоя?

19. Для чего нужен эпитаксиальный слой? Почему коллекторный слой не формируют просто диффузией, а наращивают эпитаксией9

20. Каково назначение перемычек в полупроводниковой ИС и ка­ким образом они формируются?

21 С какой целью в изделии 2 используется ионное легирование?

22. Каким образом реализуется структура п^ - р - п и р - п - р тран­зисторов в подложке ^-типа проводимости?

23. С какой целью термическое окисление проводят по системе: су­хой 02 - пары воды - сухой Оз?

24 Какие пленки в технологии полупроводниковой ИС называются эпитаксиальными? Назовите методы эпитаксиального наращивания.

25. Изобразите распределение примеси в диффузионном слое по его глубине для одно- и двухстадийной диффузии

26. Назовите основные операции изготовления полупроводниковых пластин и особенности их выполнения.

Литература

\. Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок. - М.: Радио и связь, 1989 - 400 с.

2. Сугано Г., Икома Г., Такэиси Е. Введение в микроэлектронику / Пер с япон. - М.: Мир, 1989. - 320 с.

44

Приложение

Таблица П1

Основные операции технологического маршрута изготовления структуры ИС на биполярных транзисторах (изделие I - 133ЛАЗ)

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

1

Химическая обра­ботка пластин кремния (типа КДБ 10)

Время / обработки в раз­ных средах; температура Т технологической сре­ды (ТС)

Внешний вид пластин после очистки (по коли­честву светящих­ся точек в темном поле микроскопа)

Толуол, смесь Kapo1, перекис-но-аммиачная смесь, вода де-ионизованная марки Л, кислота фтористо-водородная, спирт этиловый ректификованный; батист отбеленный мерсеризо­ванный

Линия "Лада-Электроника" для химической обра­ботки; микроскоп. например,типа НУ-2Е

2

Окисление пластин кремния (выращи­вание Si02) по сис­теме: сухой Oz -пары воды - сухой 02При Т- 1050 °С

т. л Mr2

Толщина окисла ^s,„,

Кислород газообразный, азот газообразный, вода деионизо-ванная маркий, 10%-ная HF, фильтр обеззоленный, батист отбеленный мерсеризованный

Печь диффузион­ная типа ДОМ; прибор для изме­рения толщины окисла, например, эллипсометр

' Смесь Kapo - это смесь H^SO-i и Hi'O;. 2 Mr - расход газов.

Продолжение табл. П1

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

3

Фотолитография 1 для вскрытия окон под диффузию сурьмы : а) подготовка по­верхности пластин б) нанесение фо­торезиста (ФР) в) сушка слоя ФР г) совмещение и экспонирование д) проявление ФР е)задубливание ФР ж) травление Si02 з) удаление ФР

7: /, Мж3

4 5 С , /7ц

Внешний вид, ли­нейные размеры

Фоторезист позитивный ФП-РН-7, диметилформамид, гексаметилдисилазан6, тра­вильный раствор (для травле­ния SiOz), раствор для проявле­ния (0,6%-ная КОН), вода деионизованная марки .А, смесь Каро, спирт этиловый ректифи-кованный, фильтр обеззолен-ный, батист отбеленный мерсе­ризованный

Линия фотолито­графии "Лада-Электроника", микроскоп УИМ-25

i i

3 Мж- расход жидких химических реактивов.

4 с - доза фоторезиста при нанесении.

5 Пц- число оборотов центрифуги в минуту.

6 Гексаметилдисилазан - адгезив для фоторезиста.

Продолжение табл. П1

^ п/пОперацияКонтролируемые пара­метры технологической средыКонтролируемые параметры объек­та производстваМатериалы технологических и защитных средТехнологическое оборудование4 Диффузия сурьмы /, /, Мг Внешний вид, для формирования удельное поверх-скрытых /^-слоев ностное сопро-а) первая стадия тивление р,,глу-диффузии (загонка бина залегания примеси) при . р - п перехода ^ T=\\5Q°C \ ''• о)удаление сурь-\1яносиликатною стекла ; | к)вторая стадия j диффузии (разгон ,ка примеси в глубь полупроводника) при Г= 1200°САзот газообразный (или аргон), сурьма кристаллическая, рас­твор для выявления р - п пере­хода, травильный раствор, спирт этиловый ректификован-ный, вода деионизованная мар­ки А, батист отбеленный мерсеризованный, фильтр обез-золенный, алмазная паста (на основе тонкого микропорошка)Печь диффузион­ная типа ДОМ, установка для из­мерения р, (четы-рехзондовая) типа ЦИУС, мик­роскоп типа МИМ-7, приспо­собление для по­лучения шарового шлифа, модуль для травления пластин линии химической обра­ботки "Лада-Электроника"

Удаление Si02 с поверхности пла­стин (после диффу -зии сурьмы)Т, 1Внешний видТравитель (65%-ная HF), вода деионизованная маркий, ба­тист отбеленный мерсеризо­ванныйМодули линии фотолитографии "Лада-Электро­ника"

Продолжение табл. П1

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

б

Эпитаксиальное наращивание слоя кремния n - Si при Г= 1200 °С

7; /. Mr

Толщина эпитак-сиального слоя, удельное объем­ное сопротивле­ние pv. плотность дислокаций (де­фектов упаковки, линий скольже­ния)

Тетрахлорид кремния, водород газообразный, азот газообраз­ный, хлор газообразный, трави-тель для выявления дислока­ций, вода деионизованная марки А, спирт этиловый рек-тификованный, батист отбе­ленный мерсеризованный

Установка эпи-таксиального на­ращивания типа "Эпиквар", уста­новка измерения удельного объем­ного сопротивле­ния ЦИУС, мно­голучевой интерферометр типа МИСС, мик­роскоп типа МИМ-7

7

Окисление пластин кремния по систе­ме: сухой 02 - па­ры воды - сухой Os приГ=1100°С

Аналогично операции 2

Продолжение табл. П1

№

п/пОперацияКош^ ;•> j-»^ .:l.l; пара­метры тех яо:юги ческой .pe^biКонтролируем nie Ma'c'^.d.. ; технологических и параметры объек- защитных сред та производстваТехнологическое оборудование8Фотолитография 2 для вскрытия окон под диффузию бора (перед формирова­нием разделитель­ных областей): а) - з)аналогично операции 3Аналогично операции 3

Продолжение табл. П1

|№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

9

Диффузия бора для формирования разделительных /^-областей: а) первая стадия диффузии (загонка примеси) при Г==950°С б) удаление боро-силикатного стекла (БСС) и SiOz в) вторая стадия диффузии (разгон­ка примеси) с од­новременным окислением пла­стин по системе: сухой 02 - пары воды - сухой 02 приГ-ПЗС^С

Т, /, Мг

Внешний вид, Р., ^

Трехбромистый бор, азот газо­образный, кислород газообраз­ный, раствор для выявления р - п перехода, травильный раствор, спирт этиловый рек-тификованный, вода деионизо-ванная марки А, батист отбе­ленный мерсеризованный

Аналогично операции 4

i

Продолжение ma6:i. П1

\ V-' пп

Операция

Контролируемые пара­метры технологической

среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

10

Фотолитография 3 для вскрытия окон под диффузию бора (перед формирова­нием базовых /^-областей: а) - з) аналогично операции 3

Аналогично операции 3

1——г————————————' \ \ Диффузия бора для

! формирования ба-i зовых^-обласгей а) первая стадия 1 диффузии (загонка примеси)при Г=950°С б) удаление БСС в) вторая стадия диффузии (разгон­ка примеси в сухом 02) при Т= 1150'С

Аналогично операции 9

Продолжение ma6:i. П1

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое

оборудование

12

Фотолитография 4 для вскрытия окон под диффузию фосфора; а) - з)аналогично операции 3

Аналогично операции 3

13

Диффузия фосфора для формирования эмиттерных и при-контактных кол­лекторных /^-об­ластей: а) первая стадия диффузии (загонка примеси) при Т= 1000 °С б) термообработка в сухом кислороде при Т== 1000 °С

Т, (. М,

Внешний вид, рл,

X,

Хлорокись фосфора РОС!?, ки­слород газообразный, травиль­ный раствор, спирт этиловый ректифи кованный, вода деио-низованная маркь А. фильтр обеззоленный, батист отбелен­ный мерсеризованный

Печь диффузион­ная типа ДОМ, установка для из­мерения р. (четы-рехзондовая)типа ЦИУС, микро­скоп типа МИМ-7, модуль (для травления пластин') из линии химической обра­ботки "Лада-Электроника"

Продолжение пшЬл. П1

Л"2 i Операция

i^ :-.-. ^

Контролируемые iu'pa- Контролируемые j Материалы технологических и метры технологической параметры объек- защитных сред среды та производства

Технологическое оборудование

14

1 1

Фотолитография 5 для вскрытия окон под контакты к элементам ИС: а) - з)аналогично операции 3

Аналогично операции 3

рт

1

Нанесение в вакуу­ме слоя металлиза­ции

рл, параметры, опреде­ляю щ и е р еж я м о с ажде" ния слоя металлизации

Внешний вид, толщина слоя ме­таллизации

Мишень из сплава А1 - 1,2 % Si, аргон газообразный, азот жид­кий. сжатый воздух

Установка ваку­умного напыле­ния "Оратория-5", многолучевой ин­терферометр типа МИСС

—^—,,—————————. —....-^. It1 Фотолитография 6 jno слою металли­зации для форми­рования коммута­ции элементов ИС. а) - е)„ з) анало­гично операции 3 ж) травление слоя металлизации

Аналогично Внешний вид, ли-операци;; 3 нейные размеры, |ВАХ по тестовым

jструктурам

1

1

Фоторезист по:.н,ивный Линия фотолито- j ФП-РН-7, диметилформамид, i графин "Лада-гексаметилдисилазан, травиль- Электроника", ный раствор (для травления микроскоп типа сплава А! - Si), раствор для У1'1М-25.„ специ-проявления, вода деионнзован" альный стенд с пая марки Л, спирт этиловый многозондовой ректификованный, фильтр головкой для иэ-обеззоленный, батист отбелен- мерения ВАл ный мерсеризованный j

Продолжение табл. П1

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

17

Осаждение из газо­вой фазы (или пи-ролитическое) пас-сивирующего слоя ФСС при Г^ЗС^С

7: /, М,

Внешний вид,

^ФСС

Фосфин РНз, моносилан Sil-U, аргон газообразный, кислород газообразный, спирт этиловый ректификованный, батист отбе­ленный мерсеризованный

Установка типа "Изотрон", ин­терферометр типа МИИ-4

18

Фотолитография 7 в слое ФСС для вскрытия окон к контактным пло­щадкам ИС: а) - з)аналогично операции 3

Аналогично операции 3

19

Термообработка пластин для вжи" гания металлиза­ции при Г==450°С

Т, /, М,

Внешний вид

Азот газообразный

Печь диффузион­ная типа ДОМ, микроскоп типа НУ-2Е

Окончание mao.i. П1

Xl2

п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

20

Функциональный контроль и разбра­ковка ИС

Выходные параметры измерительных устано­вок

Электрические параметры ИС7

Краска маркировочная, спирт этиловый ректификованный, батист отбеленный мерсеризо­ванный

Измерительные установки для контроля и раз­браковки ИС

7 Электрические параметры ИС - статические и динамические по техническим условиям.

ТаблицаП2

Основные операции технологического маршрута изготовления структуры БИС на биполярных транзисторах (изделие 2 - 1051ХАЗ)

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

1

Химическая обра­ботка пластин кремния (типа КДБ 10) с целью очистки их поверх­ности

Время / обработки в раз­ных ТС, температура Т

Внешний вид пластин после очистки (по коли­честву светящих­ся точек в темном поле микроскопа)

Толуол, смесь Каро, перекисно-аммиачная смесь, вода деиони-зованная маркий, кислота фто­ристо-водородная, спирт эти­ловый ректификованный, батист отбеленный мерсеризо­ванный

Линия "Лада-Электроника'' для химической обра­ботки, микроскоп, например, типа НУ-2Е

2

Окисление пластин (выращивание Si0i) no системе: сухой Ог - пары во­ды - сухой 02 при Г==1050°С

Т. /. М,

Толщина окисла

/7S.02

Кислород газообразный, азот газообразный, вода деионизо-ванная марки Л, 10%-ная HF, фильтр обеззоленный, батист отбеленный мерсеризованный

Печь диффузион­ная типа ДОМ, прибор для изме­рения толщины окисла, например, эллипсометр

Продолжение табл. П2

№

п/пОперацияКонтролируемые пара­метры технологической средыКонтролируемые параметры объек­та производстваМатериалы технологических и защигных средТехнологическое оборудование3Фотолитография 1 для вскрытия окон под диффузию сурьмы (перед формирова­нием скрытых /р^слоев) а) подготовка по­верхности пластин б) нанесение ФР в) сушка слоя ФР г) совмещение и экспонирование д) проявление ФР е) задубливание ж)травление SiOz з) удаление ФР/ /,М^с ,//,Внешний вид, ли­нейные размерыФоторезист позитивный ФП-051МК, этилцеллозольв-ацетат, гексаметилдисизалан, травильный раствор (для трав­ления Si02), раствор для про­явления (0,6%-ная КОН), вода деионизованная маркий, смесь Каро, спирт этиловый ректифи-кованный, фильтр обеззолен-ный, батист отбеленный мерсе­ризованныйЛиния фотолито­графии "Лада-Электроника", микроскоп типа УИМ-25

Продолжение табл. П2

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

4

Диффузия сурьмы для формирования скрытых лг^слоев: а) первая стадия диффузии (загонка примеси) при Т-\\50°С б) удаление сурь-мяносиликатного стекла в) удаление Si02 г) вторая стадия диффузии (разгон­ка примеси в глубь полупроводника) с выращиванием SiOs в сухом 02 при 7'= 1200°С

Т, t, Mr

Внешний вид, удельное поверх­ностное сопро­тивление р.;, глу­бина залегания р - п перехода х/

Кислород газообразный, азот газообразный (или аргон), сурьма кристаллическая, рас­твор для выявления/? — п пере­хода, травильный раствор, спирт этиловый ректификован-ный, вода деионизованная мар­ки ^, батист отбеленный мерсе­ризованный, фильтр обеззо-ленный, алмазная паста (на ос­нове тонкого микропорошка)

Печь диффузион­ная типа ДОМ, установка для из­мерения ps (четы-рехзондовая) типа ЦИУС, микро­скоп типа МИМ-7, установ­ка для получения шарового шлифа. модуль (для трав­ления пластин) из линии химиче­ской обработки "Лада-Электро­ника"

Продолжение табл. П2

, \^ : п/п

'' Операции

, Контролируемые пара-мстцы технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

\ ^

1 Фотолитография 2 |для вскрытия окон |в ФР под понное

.легирование бором Ц^еред формирова­вшем ДОННОЦ Ч„1^1 U

разделительных 7' "облаете и) ^> ••• с, анало? li^Hvi

операк»!П 3

Аналогично операции 3

Внешний вид

Фоторезист позитивный типа ФП-051МК, этилцеллозольв-ацетат, гексаметилдисилазан, травильный раствор (для трав­ления S102), раствор для прояв­ления (0,6%-ная КОН), вода деионизованная марки А, спирт этиловый ректификованный, фильтр обеззоленный, батист отбеленный мерсеризованный

Линия фотолито­графии "Лада-Электроника"

; 11;.нн.:е л.'; ирова" 1'^е бором ^ф.фмл-\ оваш^с донной "^асти раз.;;е„;яте;п.-'ных//'-ооластеи)

1 i

7.' ,1'", параметры ионно-

г.,. ^.^

Контроль отсут­ствует

Трехбромистый бор, спирт эти­ловый ректификованный, ба­тист отбеленный мерсеризо­ванный

Установка для ионного легиро­вания типа "Лада 30"

' [' - ост.;; точное ..ив-юние в рабочей камере.

' Д - доза ионов

3 Параметры ис.нною пучкз - ток ионного п}'чка, диаметр ионного пучка, качество сканирования.

Продолжение табл. П2

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

7

Удаление ФР

Т, 1

Внешний вид

Смесь Каро, вода деионизован-ная марки А, батист отбелен­ный мерсеризованный

Модули линии фотолитографии "Лада-Электро­ника"

8

Удаление Si02

Т, f

Внешний вид

Травитель (65%-ная HF), вода деионизованная марки А, ба­тист отбеленный мерсеризо­ванный

Модули линии фотолитографии "Лада-Электро­ника"

Продолжение. /wmL П2

^ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологи ческой среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и j защитных сред

Технологическое оборудование

9

i

Эпитаксиальное наращивание слоя кремния п ~ Si при

7- 1200 °С

/; /, М,

Толщина эпитак-сиального слоя, удельное объем­ное сопротивле­ние р,., плотность дислокаций (де­фектов упаковки, линий скольже­ния)

Тетрахлорид кремния, водород газообразный, азот газообраз­ный, хлор газообразный, трави-тель для выявления дислока­ций, вода деионизованная маркий, спирт этиловый рек-тификованный, батист отбе­ленный мерсеризованный

Установка эпи-таксиального на­ращивания типа '"Эпиквар", уста­новка измерения удельного объем­ного сопротивле­ния р,ЦИУС, многолучевой ин­терферометр типа МИСС, микро­скоп типа МИМ-7

Окисление плас тин по системе: сухой 0 2 - пары воды - сухой 0:.

ан ал on

1чно операции 2

Продолжение табл. П2

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

11

Фотолитография 3 для вскрытия окон под диффузию фосфора (перед формированием вертикальных п" -областей); а) - з)аналогично операции 3

Аналоги

чно операции 3

Продолжение табл. П2

;п'„

Операция

Контролируемые пара­метры техноло!ической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

Диффузия фосфора для формирования вертикальных п -об ластей. а) первая стадия диффузии (загонка примеси) при

г^зот

б)удаление фос-форносиликатноп счекла в) удаление SiO: г) вторая стадия диффузии (разгон­ка) с выращивани­ем Si02 при Г= 1050 °С

Т, !. М,

Внешний вид, рл,

х/

Хлорокись фосфора РООз, ки­слород газообразный, азот га­зообразный, травильный рас­твор, спирт этиловый ректификованный, вода деио-низованная маркий, фильтр обеззоленный, батист отбеленный мерсеризо­ванный

Печь диффузион­ная типа ДОМ, установка для из­мерения /^ (четы-рехзондовая) типа ЦИУС, микро­скоп типа МИМ-7, модуль(для травления пла­стин) из линии химической обра­ботки "Лада-Электроника"

Продолжение табл. П2

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

13

Фотолитография 4

Аналогично операции 3

для вскрытия окон

под диффузию бора

(перед формирова­

нием разделитель­

ных /р-областей)

а) - з)аналогично

операции 3

Продолжение табл. П2

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

14

Диффузия бора для

Т, /, Мг

Внешний вид, р,,

Трехбромистый бор, азот газо­

Аналогично опе­

формирования

х,

образный, кислород газообраз­

рации 4

разделительных

ный, раствор для выявления

/^-областей:

р - п перехода, травильный

а) первая стадия

раствор, спирт этиловый рек-

диффузии (загонка

тификованный, вода деионизо-ванная маркий, батист отбе­

примеси) при

ленный мерсеризованный

Г=950°С

б) удаление боро-

силикатного стекла

в) удаление Si02

г) вторая стадия

диффузии (разгон­

ка примеси) с вы­

ращиванием SiOs в

сухом 02 при

Г=1100°С

Продолжение табл. П2

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

15

Фотолитография 5 для вскрытия окон в ФР под ионное легирование бором (перед формирова­нием донных вы­ступов J^-областей инжекционных элементов): а) - е)аналогично операции 3

Аналоги

чно операции 5

16

Ионное легирова­ние бором для формирования донных выступов ^-областей ин­жекционных эле­ментов

Аналоги

чно операции 6

17

Удаление фоторе­зиста и химическая обработка пластин

Аналоги

чно операции 7

Продолжение табл. П2

\ Ли ' п; п

j Операция

t

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

р7

| Термообработка пластин после ионного легирова­ния для разгонки примеси бора и снижения дефект­ности структур ле­гированных облас­тей после ионного легирования при 7 = 12СЮ°С

7: /

j

Р», ^

Травитель для Si02, раствор для выявления/?-// перехода, вода деионизованная марки А, спирт этиловый ректификованный, фильтр обеззоленный, батист отбеленный мерсеризованный, алмазная паста

Печь диффузион­ная типа ДОМ, модули линии для химической обра­ботки "Лада-Электроника", ус­тановка для изме­рения р, ЦИУС, установка для по­лучения шарового шлифа

1^

i

Фотолитография 6 для вскрытия окон под диффузию бора (перед формирова­нием базовых областей и/^-обла­стей инжекцион-ных элементов). а) — з)аналогично операции 3

Аналоги

чно операции 3

Продолжение табл. П2

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

20

Диффузия бора для формирования ба­зовых областей и /^-областей ин-жекционных эле­ментов: а) первая стадия диффузии (загонка примеси) при Г=950°С б) снятие БСС в) снятие SiOz г) вторая стадия диффузии (разгон­ка примеси) при 7'= 1100 °С с вы­ращиванием Si02 по системе: сухой 02 - пары воды -сухой С>2

Аналоги

чно операции 14

Продолжение табл. П2

№ п/пОперацияКонтролируемые пара­метры технологической средыКонтролируемые параметры объек­та производстваМатериалы технологических и защитных средТехнологическое оборудование21Фотолитография 7 для вскрытия окон под диффузию фосфора(перед формированием ^-областей): а) - з)аналогично операции 3

Аналогично операции 3

Продолжение табл. П2

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

22

Диффузия фосфора для формирования //-областей (эмит-терных, коллектор­ных приконтакт-ных областей и //-областей инжек-ционных элемен­тов): а) первая стадия диффузии (загонка примеси) при Г^ЗО^ б) окисление в су­хом Q-i при повы­шении температу­ры в рабочей зоне до Г= 1000 °С

Т, 1, Mr

Внешний вид, р„

^, /?S,02

Хлорокись фосфора РОС1з, ки­слород газообразный, азот газообразный (или аргон), рас­твор для выявления р-п пере­хода, травильный раствор, спирт этиловый ректификован-ный, вода деионизованная мар­ки А, батист отбеленный мерсе­ризованный, фильтр обеззоленный, алмазная паста (на основе тонкого микропо­рошка)

Аналогично опе­рации 4

Продолжение табл. 172

№ п/пОперацияКонтролируемые пара­метры технологической средыКонтролируемые параметры объек­та производстваМатериалы технологических и защитных средТехнологическое оборудование23Фотолитография 8 для вскрытия окон под контакты к элементам БИС: а) - з) аналогично операции 3

Аналогично операции 3

24Нанесение (в ва­кууме) первого слоя металлизациир, параметры ТС, опре­деляющие режим осаж­дения слоя металлизацииВнешний вид, толщина слоя ме­таллизацииМишень из сплава А1 - 1,2 % Si; аргон газообразный, азот жид­кий, сжатый воздухУстановка ваку­умного напыле­ния типа "Оратория-5", многолучевой ин­терферометр типа МИСС

Продолжение табл. П2

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые параметры объек­та производства

Материалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

25

Фотолитография 9 по слою металли­зации для форми­рования первого уровня коммутации элементов БИС: а) - е), з) анало­гично операции 3 ж) травление слоя металлизации

Аналогично операции 3

Внешний вид, ли­нейные размеры, ВАХ по тестовым структурам

Фоторезист ФП-051МК, этил-целлозольвацетат, гексаметил-дисилазан, травильный раствор (для травления сплава А1 - Si), раствор для проявления, вода деионизованная марки А, спирт этиловый ректификованный, фильтр обеззоленный, батист отбеленный мерсеризованный

Линия фотолито­графии "Лада-Электроника", микроскоп типа УИМ-25, специ­альный стенд (с многозондовой головкой) для из­мерения ВАХ

26

Плазмохимическое осаждение (ПХО) межслойной изо­ляции (межслойно-го диэлектрика ПХО Si02) при Г=400°С

М„ Т, t

Внешний вид,

^Si02

Тетраоксисилан (этилтриэток-сисилан), аргон газообразный, кислород газообразный

Установка типа УВП-2М, интер­ферометр типа МИИ-4

Продолжение табл. П2

№ п/п

Операция

Контролируемые пара­метры технологической среды

Контролируемые | Материалы технологических к параметры объек" j защитных сред та производства |

Технологическое оборудование

27

Фотолитография 10 по слою ПХО Si02 (вскрытие окон для межслой^ ной коммутации): а) - з) аналогично операции 3

Аналогично операции 3

28

Нанесение (в ва­кууме) второго слоя металлизации (с одновременным формированием межслойной ком­мутации)

Аналогично операции 24

29

Фотолитография 11 по слою метал­лизации для фор­мирования второго уровня коммутации элементов БИС: а) - з)аналогично операции 25

Аналогично операции 25

Продолжение табл. П2

№ п/пОперацияКонтролируемые пара­метры технологической средыКонтролируемые параметры объек­та производстваМатериалы технологических и защитных средТехнологическое оборудование30

Осаждение из газо­вой фазы (или пи-ролитическое) пас-сивирующего слоя ФСС при Г=450°С

7; t, Mr

Внешний вид,

^ФСС

Фосфин РНз, моносилан SiH^, аргон газообразный, кислород газообразный, спирт этиловый ректификованный, батист отбе­ленный мерсеризованный

Установка типа "Изотрон", ин­терферометр типа МИИ-4

31

Фотолитография 12 по слою пасси­вации для вскры­тия окон к кон­тактным площадкам БИС: а) - з) аналогично операции 3

Аналоги

чно операции 3

32

Термоотжиг (для вжигания металли­зации) при

т-we

Т, /, MrВнешний видАзот газообразныйПечь диффузион­ная типа ДОМ, микроскоп типа НУ-2Е

Окончание табл. П2

JS2

п/пОперацияКонтролируемые пара­метры технологической средыКонтролируемые параметры объек­та производстваМатериалы технологических и защитных сред

Технологическое оборудование

33

Функциональный контроль и разбра­ковка БИС

Выходные параметры измерительных устано­вок

Электрические параметры БИС (статические и динамические по

Краска маркировочная, спирт этиловый ректификованный, батист отбеленный мерсеризо­ванный

Измерительные установки для контроля и раз­браковки БИС

техническим ус­ловиям)

Таблица ПЗ

Виды и причины наиболее типичных дефектов на операциях технологического маршрута изготовления пластин и структур полупроводниковых микросхем на биполярных транзисторах

Операция

Виды дефектов

Причины дефектов

Примечания

Резка слитка кремния на пла­стины

Неплоскостность отрезаемых пла­стин более допустимой (а)*; ско­лы, трещины (на поверхности пластины) с размерами более до­пустимых (б); геометрические па­раметры и глубина нарушенного слоя поверхности пластины не со­ответствуют допустимым (в); от­клонение от кристаллографиче­ской ориентации более допустимого (г)

Изменение жесткости крепления режущего инструмента в процессе резки (а); увеличение радиального биения режущей кромки более до­пустимого (б); неоптимально вы­браны режимы резания (такие как скорость резания, рабочая подача слитка и расход смазочно-охлажда-ющей жидкости) (в), неточность разворота оправки относительно режущего инструмента (г)

Причины дефектов указаны для резки слитков алмазным кругом с внутренней режущей кромкой. Для слитков диамет-ром более 150 мм применяют резку алмазной ленточной пи­лой, режущую кромку кото­рой изготавливают либо по всей протяженности ленты, либо в виде отдельных сег­ментов. Последнее, как и сам способ реализации резки, в этом случае при определен­ных условиях существенно влияет на качество получае­мых пластин. После резки слитка шероховатость по­верхности пластин составляет 2.0 - 3.0 мкм

* Обозначения в скобках следует понимать: дефект (а) в графе "Виды дефектов" вызван причиной (а) в графе "Причины дефектов" и т.д.

Продолжение табл. ПЗ

Операция

Виды дефектов

Причины дефектов

Примечания

Шлифование пластин кремния

Дефекты геометрической формы пластины(неплоскостность, непа­раллельность сторон,прогиб,раз­брос по толщине) более допусти­мых (а), наличие сколов на кромках пластин (и)

Износ шлифовальников более до­пустимого (а); нарушение режима шлифования (рабочего давления на пластины, скорости вращения шлифовальника, постоянства тем­пературы в зоне шлифования либо постоянства вязкости абразивной суспензии во времени) (а, б); отсут­ствие контроля состояния сепара­торов, удерживающих пластины при шлифовании (б)

В случае крепления пластин к шлифовальной головке (при шлифовании несвободным абразивом) причиной дефек­тов могут быть также нерав­номерность толщины клеяще­го слоя, недопустимый разброс толщин одновремен­но шлифуемых пластин и др. После шлифования шерохова­тость пластин составляет 0,2 - 0,5 мкм

Продолжение табл. ПЗ

ОперацияВиды дефектовПричины дефектовПримечанияПолирование пластинГеометрические параметры пла­стин (диаметр, толщина, длина ба­зового среза, непараллельность сторон, плоскостность, прогиб) не соответствуют допустимым (а); отклонение от кристаллографиче­ской ориентации более допусти­мого (б); количество и суммарная длина рисок более допустимых (в); количество частиц загрязне­ний на пластине более допустимо­го (г)Износ полировальника более до­пустимого; неплоскостность уста­новки полировальника (либо план­шайбы) более допустимой (а, б); внесение инородных частиц и пу­зырьков воздуха под пластину при ее наклеивании на планшайбу (а, б); наличие уплотненных загрязнений на поверхности полировальника (а, б); нестабильность (снижение) тем­пературы при финишном полиро­вании (в); наличие структурных на­рушений (г)Структурные нарушения, вно­симые абразивной обработкой (поверхностный рельеф, тре­щины, пластически деформи­рованные области и т.д.), вы­являются и минимизируются на этапе отработки данной технологической операции. Шероховатость поверхности пластин после финишного (химико-механического) по­лирования составляет менее 0,05 мкм

Продолжение табл. ПЗ

\ ОперацияВиды дефектовПричины дефектовПримечанияХимическая об­работка пластин

1Остатки загрязнений в виде раз­водов, пятен, подтеков и т.д. (а); количество точечных инородных включений (в том числе адсорби­рованных) более допустимого (б); количество гидрофобных загряз­нений более допустимого (в)Нарушение режимов финишной промывки проточной и деионизо-ванной водой и сушки пластин (а); некачественная отмывка в кислот­ных моющих растворах (б); нару­шение режимов очистки в неполяр­ном органическом растворителе и промежуточной промывки (в)Степень чистоты поверхности пластин после очистки в усло­виях производства определя­ется количеством светящихся точек в поле зрения микро­скопа (обычно в темном поле при косом освещении); нали­чие жировых (гидрофобных) загрязнений оценивают по времени смачиваемости (либо углу смачивания) поверхности пластины. Очистка - много­кратно повторяющаяся опера­ция на разных этапах изготов­ления микросхем, поэтому очистительные среды могут быть разными в зависимости от типа загрязнений, вноси­мых и остающихся на преды­дущей операции

Продолжение табл. ПЗ

Операция

Виды дефектов

Причины дефектов

Примечания

Термическое окисление пла­стин

Толщина окисла не соответствует заданной (а); наличие матовости в пленках Si02 (б); наличие разво­дов, инородных включении (в)

Нарушение температурно-времен-ных режимов процесса окисления (а); повышенная дефектность ис­ходной пластины (б, в); несоблюде­ние чистоты проводимого процесса (в частности, технологической сре­ды) (б, в)

Другие дефекты, например, повышенную пористость, не­допустимые электрофизиче­ские характеристики границы раздела Si - SiOs, линии скольжения, коробление пла­стин контролируют и устра­няют на этапе отработки тех­нологического процесса

Продолжение табл. ПЗ

Операция

Виды дефектов

Причины дефектов

Примечания

Фотолитография по слою Si02

Несовмещение топологического рисунка более допустимого (а); нарушения геометрии топологи­ческих элементов более допусти­мых (б), наличие недотравленных участков Si02 в зонах травления (в); наличие макродефектов (цара­пин и др.) в слое Si02 (г), растрав-ливание краев окисла (ширина клина травления) более допусти­мого (д); уход линейных размеров топологических элементов более допустимого (е); воспроизводи­мость размеров контролируемых элементов не соответствует задан­ной точности (ж)

Сбой в работе системы контроля точности совмещения (либо ошиб­ка оператора) (а); дефекты фото­шаблона либо загрязнения (б, в, г); нарушение технологии процесса травления (б, в, д); недопустимо большой зазор между фотошабло­ном и пластиной (д, е); нарушение режима проявления (д, е); недоста­точная адгезия фоторезиста к пла­стине (е, ж); разброс по толщине слоя фоторезиста более допустимо­го (ж), посторонние включения в слое фоторезиста (в, е, ж)

При температуре задублива-ния более 145 °С в слое фото­резиста происходят терморе­активные превращения, в результате которых он теряет способность растворяться в органических растворителях, что усложняет удаление ис­пользованной маски

ОперацияВиды дефектовПричины дефектовПримечанияДиффузия при­месей в кремнийВеличина боковой диффузии бо­лее допустимой (а); наличие эро­зии (б); неравномерность диффу­зионного фронта по глубине более допустимой (в); образование про­межуточных фаз на поверхности диффузионных областей (г); зна­чения ps, ^} и их разброс по пла­стине не соответствуют допусти­мым (д)Скопление дислокаций в припо-верхностном слое (а, в, д); завыше­ние расхода диффузанта в техноло­гической среде при отсутствии кислорода (б, в, г); неоптимальный температурно-временной режим процесса диффузии (д); нарушение герметичности системы подачи га­зов (б, в)На границах диффузионных областей при высоком уровне легирования возможно появ­ление внеконтурных дислока­ций несоответствия; краевые и винтовые дислокации воз­можны, если уровень напря­жений кристаллической решетки ( из-за различия раз­меров атомов примеси и по­лупроводника) превышает предел текучести материала; микродефекты и линии скольжения выявляют селек­тивным травлением и опреде­ляют их среднюю плотность по подсчетам числа микроде­фектов в нескольких полях зрения микроскопа; структур­ные дефекты обычно выявля­ют и минимизируют при отра­ботке технологического процесса

Продолжение табл. ПЗ

1 Операция

Виды дефектов

Причины дефектов

Примечания

1-Эпитаксиальное | наращивание слоя кремния

Плотность дефектов упаковки и дислокаций более допустимой (а); значения pv и толщины эпитакси-ального слоя не соответствуют допустимым (б)

Наличие на поверхности пласти­ны различного рода загрязнений, механических нарушений и т.д. (а, б); кристаллографическое несоот­ветствие и разная степень легиро­вания пластины и эпитаксиальной пленки, а также высокий уровень механических и термических на­пряжений (а, б); несоблюдение ре­жима процесса эпитаксии (а, б)

Дефекты роста типа пирамид, бугорков и др. появляются на поверхности пластин при вы­соких уровнях легирования эпитаксиального слоя либо при наличии инородных час­тиц на поверхности пластины

Ионное легиро­вание кремния с последующей ^термообработ­кой

Локально аморфизированные уча­стки в легированных областях (а); удельное поверхностное сопро­тивление не соответствует допус­тимому (б)

Энергия ионного пучка превышает требуемую (а); доза облучения и плотность тока ионного пучка не соответствуют допустимым значе­ниям (б)

Другие дефекты, например, скопления вакансий, дислока­ции и т.д. обнаруживают с помощью электронной мик­роскопии либо рентгенострук-турного анализа на этапе от­работки технологических режимов ионного легирова­ния

Продолжение табл. ПЗ

ОперацияВиды дефектовПричины дефектовПримечанияВакуумное на­пыление слоя металлизацииРазброс по толщине слоя метал­лизации и р,у не соответствуют до­пустимым (а); структура пленки не соответствует эталонной (б); адге-зионная прочность менее допус­тимой (в); пятна, разводы, ино­родные включения, пустоты, царапины с размерами более до­пустимых на единицу площади пластины (г)Наличие загрязнений и дефектов на пластине перед напылением (а, б, в, г), остаточное давление в рабочей камере выше допустимого (а, б, в), наличие градиентов температуры по поверхности пластины (а, б, в); неоптимально выбрана скорость осаждения (а, б, в); неоптимальны энергия и плотность молекулярного потока (а, б, в, г)Причины появления дефектов при вакуумном напылении могут также быть связаны со способом переноса материала металлизации и спецификой конструкции рабочей камеры

Продолжение табл. ПЗ

ОперацияВиды дефектовПричины дефектовПримечанияФотолитография по слою метал­лизацииГеометрические размеры прово­дящих элементов не соответству­ют допустимым (а), ^перемычки" между элементами металлизации (недотравленные участки) с раз­мерами более допустимых (б); не­совмещение элементов металли­зации с контактными окнами и другими элементами структуры микросхемы более допустимого (в); пустоты или царапины с раз­мерами более допустимых на эле­ментах металлизации (проводя­щих дорожках, контактных площадках и т.д.) (г); признаки коррозии и отслаивания элемен­тов металлизации (д)Нарушение режима задубливания фоторезиста (недостаточная его ад-гезия к проводящему слою) (а): не­правильное соотношение компо­нентов в травителе либо нарушение режима травления (а, б); протека­ние электрохимических процессов в системе А1 - Si - травитель (д); не­качественное проявление (а, г); де­фекты фотошаблона (а, б, г); увели­чение межоперационного времени хранения (д); наличие локальных загрязнений и инородных включе­ний, внесенных на начальных опе­рациях фотолитографии и (или) пе­ред напылением проводящего слоя (д), отсутствие должного контроля точности совмещения (в)При выполнении фотолито­графии особое значение имеет чистота атмосферы производ­ственного помещения (не ху­же 10 или 100 классов чисто­ты), так как осаждение загрязнений (посторонних частиц) из атмосферы на объ­ект производства и фотошаб­лон приводит к переносу и суммированию дефектов по­сле экспонирования фоторе­зиста и до завершения техно­логического цикла

Продолжение табл. ПЗ

ОперацияВиды дефектовПричины дефектовПримечанияОсаждение меж-слойного ди­электрика и защитного по­крытияРазброс по толщине слоя более допустимого (а); пустоты, царапи­ны, каналы, кристаллические включения, инородные включения с размерами более допустимых на единицу площади пластины (б)Наличие повышенных температур­ных градиентов на осаждаемой по­верхности в процессе формирова­ния данных покрытий (а, б); несоблюдение технологии (а, б); отсутствие контроля чистоты мате­риалов технологических сред (б)Параметры, характеризующие изолирующие и пассивирую-щие свойства диэлектриче­ских покрытий, оценивают и стараются их оптимизировать при отработке технологий осаждения диэлектрических покрытий

Окончание табл. ПЗ

Операция| Виды дефектовПричины дефектовПримечанияФункциональ­ный контроль микросхемФункциональные параметры мик­росхемы не соответствуют задан­ным по техническим условиямПроявление в присутствии электри­ческого поля эффектов типа: элек­тромиграции частиц алюминия, дрейфа ионов инородных примесей, туннелирования, разрастания кри­сталлитов, например алюминия, и др., приводящих к утечкам тока в диэлектриках \\р - п переходах, к проколу р - п переходов, разрывам разводки в элементах, повышению контактного сопротивления, корот­ким замыканиям между уровнями металлизации и др. Появление структурных дефектов в полупро­воднике в результате влияния гра­диентов температуры и механиче­ских напряжений, что приводит к появлению дополнительных энер­гетических уровней в запрещенной зоне и соответственно к неуправ­ляемому изменению проводимости, времени жизни, генерации и реком­бинации носителей зарядаДля повышения качества го­товых структур микросхем обычно осуществляют меж­операционный (промежуточ­ный) контроль (при изготов­лении структуры ИС или БИС) по тестовым элементам мик­росхемы, на которых измеря­ют ВАХ с применением изме­рительных установок, обору­дованных специальными зон-довыми головками. По виду ВАХ можно не только выяв­лять и классифицировать де­фекты, но и судить о настро­енности и отработанности всего технологического про­цесса изготовления микро­схем

Содержание

Теоретические сведения .................................... 3

Изготовление полупроводниковых подложек ............... 4

Основные этапы планарно-эпитаксиапьнои технологии ...... 6

Определение толщины пленок двуокиси кремния........... 32

Определение толщины эпитаксиальных и диффузионных слоев 36

Домашнее задание........................................ 37

Лабораторное задание ..................................... 39

Оборудование, приборы, макетные образцы ................... 40

Методические указания.................................... 40

Изучение технологических операций и их последовательности

в прогрессе изготовления полупроводниковых микросхем ...... 40

Измерение параметров слоев полупроводниковых микросхем . . 42

Требования к отчету ....................................... 43

Контрольные вопросы ..................................... 43

Литература .............................. .............. 44

Приложение ......................................... 45

Завеян Алиса Впкпюроаш

Изучение нланарно-лип аксиальной технологии изготовления микросхем на биполярных транзисторах. Лабораторная работа № 4 Методические указания к лабораторному практикуму по курсу 'ТИКИМС"

Редактор Е.Г.Кузнецова. Технический редактор JI.1 \Лосякоаа. Корректор Л.М.Рогачева.

ЛР № 020516 от 12.05.97. Подписано в печать с оригинала-макета 26.06.9S. Формат 60х84 1/16. Усл. печ. л. 5J. Уч.-изд.л. 4.4. Тираж 100 экз. Заказ /Зб7

Отпечатано в типографии МГГ) Г. 103498. Москва, МИЭТ.

88