硅外延工藝與應(yīng)用課件

硅外延工藝與應(yīng)用CompanyConfidential

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硅外延工藝與應(yīng)用CompanyConfidential外延生長的定義硅外延的基本原理外延生長摻雜原理外延設(shè)備及所用的氣體各種硅外延爐比較在外延中應(yīng)注意的問題外延生長中的自摻雜圖形漂移、畸變外延層中的晶體缺陷外延的質(zhì)量表征因子影響硅外延片質(zhì)量的幾個問題外延層測試設(shè)備

目前國內(nèi)外延的動態(tài)CompanyConfidential

2DoNotCopy外延生長的定義CompanyConfidential

外延生長的定義

外延Epitaxy這個詞來源于希臘字epi,意思是“…之上”。這樣選定的詞對外延提供了一個恰當(dāng)?shù)拿鑼憽?ChemicalVaporDeposition)一個含有硅原子的氣體以適當(dāng)?shù)姆绞酵ㄟ^襯底，自反應(yīng)劑分子釋放出的原子在襯底上運動直到它們到達適當(dāng)?shù)奈恢?，并成為生長源的一部分，在適當(dāng)?shù)臈l件下得到單一的晶向。所得到的外延層精確地為單晶襯底的延續(xù)。外延工藝是一種薄膜生長技術(shù)，能批量生產(chǎn)摻雜均勻，厚度一致的外延層。利用N/P或P/N+結(jié)構(gòu)外延片可解決晶體管制作中頻率特性和擊穿功率特性間的矛盾。利用N/P結(jié)構(gòu)型外延片可以實現(xiàn)雙極型集成電路元器件之間的隔離，可大大地提高成品率和降低生產(chǎn)成本。

制造硅大功率半導(dǎo)體器件時要獲得大功率須解決兩問題：

1,集電極擊穿電壓要高，要求集電極區(qū)的電阻率要高；` 2,集電極串聯(lián)電阻要小，以獲得低的飽和壓降，要求集電極區(qū)的電阻率要低;

二者互相矛盾，然而利用外延生長技術(shù)可以解決上述矛盾 。因為外延生長 可以在低電阻率的襯底上生長一層高電阻率的外延層，把器件做在外延層上。 硅外延生長其意義是在具有一定晶向的硅單晶襯底上生長一層和襯底晶向相同而電阻率與厚度不同的晶格結(jié)構(gòu)完整性好的晶體。 。CompanyConfidential

3DoNotCopy外CompanyConfidential

4DoNotCopy硅外延的基本原理:

硅的化學(xué)氣相沉積(

ChemicalVaporDeposition）外延生長其原理是在高溫（＞1100℃）的襯底上輸送硅的化合物（SiHCl3或SiCl4或SiH2Cl2等）利用氫（H2）在襯底上通過還原反應(yīng)析出硅的方法。

SiCl4

+2H2→Si+4HCl同時外延生長的重要特征之一是可以在任意濃度和導(dǎo)電類型的硅襯底上人為的為我所需地進行摻雜，以滿足器件花樣眾多的要求。硅氣相外延生長過程包括（1）反應(yīng)劑（SiCl4或SiHCl3+H2）氣體混合物質(zhì)量轉(zhuǎn)移到襯底表面；（2）吸收反應(yīng)劑分子在表面上（反應(yīng)物分子穿過附面層向襯底表面遷移）；（3）在表面上進行反應(yīng)或一系列反應(yīng)；（4）釋放出副產(chǎn)物分子；（5）副產(chǎn)物分子向主氣流質(zhì)量轉(zhuǎn)移；（排外）（6）原子加接到生長階梯上。CompanyConfidential4DoNot

氯硅烷氫還原法的特點在于它是一個吸熱過程,該反應(yīng)需要在高溫下才能發(fā)生。這些反應(yīng)是可逆的，其可逆的程度隨氯硅烷中氯(Cl)的含量的增加而增加。同時，氯的含量決定了外延生長溫度范圍。外延生長溫度隨硅源中氯（Cl)含量的增加而增加。同時我們知道，硅片表面是硅單晶體的一個斷面，有一層或多層原子的鍵被打開，這些不飽和鍵處于不穩(wěn)定狀態(tài)，極易吸附周圍環(huán)境中的原子和分子，此現(xiàn)象稱為“吸附”。吸附在硅片表面的雜質(zhì)粒子在其平衡位置附近不停地做熱運動，有的雜質(zhì)離子獲得了較大的動能，脫離硅片表面，重新回到周圍環(huán)境中，此現(xiàn)象稱為“解吸”。而同時介質(zhì)中的另一些粒子又被重新吸附，即硅片表面層吸附的雜質(zhì)粒子處于動平衡狀態(tài)。對硅片而言吸附放熱,解吸吸熱。按照被吸附的物質(zhì)的存在狀態(tài)，吸附在硅片表面的雜質(zhì)可分為：分子型，離子型和原子型三種。CompanyConfidential

5DoNotCopy氯硅烷氫還原法的特點在于它是一個吸熱過程,該反應(yīng)需要在外延生長摻雜原理

為了使半導(dǎo)體器件得到所需要求的電參數(shù)，用P型或N型雜質(zhì)對外延層進行摻雜是必要的。器件的效果取決于摻雜濃度的準(zhǔn)確控制和摻雜劑濃度沿外延層的縱向分布。外延層中的雜質(zhì)原子是在生長過程中被結(jié)合到外延層的晶格中。雜質(zhì)的沉淀過程與外延生長過程相似，也存在質(zhì)量傳輸和表面化學(xué)反應(yīng)控制兩個區(qū)域.但雜質(zhì)源和硅源的化學(xué)動力學(xué)不同，情況更為復(fù)雜。雜質(zhì)的摻入效率不但依賴于生長溫度,同時每種摻雜劑都有其自身的特征。一般情況下,硅的生長速率相對穩(wěn)定。硼的摻入量隨生長溫度上升而增加，而磷和砷卻隨生長溫度的上升而下降(見圖1)。CompanyConfidential

6DoNotCopy外延生長摻雜原理為了使半導(dǎo)體器件得到所需要求的電參數(shù)，用CompanyConfidential

7DoNotCopy101710181016110012001300B2H6PH3AsH3T(℃)摻雜濃度(原子/cm3)(圖1)硅外延中摻雜劑的摻入系數(shù)與生長溫度就之間的函數(shù)外延XatXjCf(x)Cat(x)氣相自摻雜系統(tǒng)自摻雜無自摻雜摻雜濃度距表面深度(圖3)摻雜濃度與距外延表面深度之間的關(guān)系曲線示意圖.這種階梯式的分布是自摻雜和外擴散不發(fā)生的理想情況.該彎曲分布是由于不均勻摻雜雜質(zhì)所導(dǎo)致的實際情況CompanyConfidential7DoNot

另外，襯底的取向能夠影響雜質(zhì)的摻入數(shù)量。摻雜劑的摻入行為還受生長速率的影響，以砷(As)為例，一般生長速率快，摻入行為降低。而磷(P)摻雜濃度變化在不同生長速率下是不同的，在1016/cm3濃度，生長速率0.1um/min,生長溫度1100~1200℃有上升趨勢．（見圖２）生長速率也影響雜質(zhì)的再分布，圖形漂移和圖形畸變。生長速率由0.1um/min

增加到0.5um/min時，雜質(zhì)自摻雜減少。雜質(zhì)外擴散也隨生長速率的增加而減少。反之，圖形漂移則隨生長速率的增加而增加?；旌蠚饬鞯牧魉僖灿绊懲庋訉拥木鶆蛐?，低流速可以產(chǎn)生較差的均勻性。CompanyConfidential

8DoNotCopy1000110012001016/cm31.2um/min0.6um/min0.1um/min（圖2）]另外，襯底的取向能夠影響雜質(zhì)的摻入數(shù)量。摻雜劑的摻入

在P型外延生長中,我們應(yīng)該認識重摻硼(B)有其特點。硼(B)原子質(zhì)量很小，值為10.81，而磷(P)為30.9、砷(As)為74，銻(Sb)為121。因為硼(B)很輕，半徑小，因自由程大在流動氣體中相對擴散距離大(相對于P、As、Sb)。而它更容易到達反應(yīng)器壁、石墨基座、石英件等表面，而被大量吸附，成為外延生長的摻雜源。而P、As、Sb運動距離小，易被氣流帶出反應(yīng)室外，所以重摻硼(B)P型襯底自摻雜效應(yīng)嚴重難控制。CompanyConfidential

9DoNotCopy在P型外延生長中,我們應(yīng)該認識重摻硼(B)有外延設(shè)備及所用的氣體：

化學(xué)氣相外延生長使用的設(shè)備裝置通常稱謂外延生長反應(yīng)爐。一般主要由氣相控制系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)、反應(yīng)爐主體、排氣系統(tǒng)四部分組成。反應(yīng)爐爐體它是在高純石英鐘罩中懸掛著一個多邊錐狀桶式經(jīng)過特殊處理的高純石墨基座?；戏胖霉杵?，利用紅外燈快速均勻加熱。九段溫控、中心軸可以旋轉(zhuǎn)，進行嚴格雙密封的耐熱防爆結(jié)構(gòu)。電源系統(tǒng)：獨立電源線、3相4線、50Hz、350A

氣體控制系統(tǒng)：高精度的質(zhì)量流量計、傳動器氣動閥控制，無泄露、耐腐蝕的EP管、氫（H2）檢漏、報警系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)：足夠的水冷循環(huán)系統(tǒng)和風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)控制系統(tǒng)：微機程序控制、聯(lián)鎖方法，安全可靠爐體：例如7800/7700外延爐：有石英鐘罩、石英環(huán)、石英吊桿、護套、雙密封泵、高純石墨基座溫度控制系統(tǒng)：獨特的紅外燈輻射加熱、9段溫控，均勻快速加熱，可調(diào)CompanyConfidential

10DoNotCopy外延設(shè)備及所用的氣體：化學(xué)氣相外延生長CompanyConfidential

11DoNotCopy硅外延生長裝置的方框圖：CompanyConfidential11DoNoCompanyConfidential

12DoNotCopyCompanyConfidential12DoNoCompanyConfidential

13DoNotCopy (AMC-7700.7800)CompanyConfidential13DoNoCompanyConfidential

14DoNotCopyeripro5000CompanyConfidential14DoNoCompanyConfidential

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EpiReactorPE3061DRel.April05CompanyConfidential15DoNoCompanyConfidential

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18DoNotCopyCompanyConfidential18DoNoCompanyConfidential

19DoNotCopyCompanyConfidential19DoNoCompanyConfidential

20DoNotCopyPE2061S電壓偏差頻率相峰值正常KVA連接方式注意反應(yīng)爐400V5%50Hz3ph+N20A10A5.5電纜/UPS230V5%50Hz1ph+N10A6A1.2插頭/反應(yīng)爐230V5%50Hz1ph+N8A3A0.7電纜從UPSEpiConverterLF150/2變頻器400V5%50Hz1ph320A190A130電纜/CompanyConfidential20DoNo各種硅外延爐比較CompanyConfidential

21DoNotCopy(8片)各種硅外延爐比較CompanyConfidential在外延爐氣路：CompanyConfidential

22DoNotCopy在外延爐氣路：CompanyConfidentialCompanyConfidential

23DoNotCopyCompanyConfidential23DoNoCompanyConfidential

24DoNotCopyCompanyConfidential24DoNo外延生長中的自摻雜

在通常外延凈化的條件下，人為地引入自摻雜很少，固相自摻雜在生長速率為1um/min條件下，重摻雜襯底外延溫度為1200℃,外延時間t=5min時，固相擴散僅為0.08um,對重摻砷(6*1019/cm3)襯底在外延溫度為1050℃,外延時間t=5min,固相擴散總計為0.04um,占外延層0.8%,這是因為Vt≥√Dt.D:襯底雜質(zhì)擴散系數(shù)。t：在一定溫度下所經(jīng)過的時間。可見氣相自摻雜是自摻雜中的主要因素。在常規(guī)的硅外延工藝過程中，為了保證外延層晶格的完整性得到良好的均勻性，通常在層流狀態(tài)質(zhì)量轉(zhuǎn)移控制范圍內(nèi)生長。在這種情況下，一般滯留層有幾個微米厚。在外延生長前預(yù)熱，尤其氣相拋光。將大量的襯底雜質(zhì)存在相對靜止的滯留層中，在外延生長時，重新進入外延層，這是造成自摻雜的主要原因。（見圖３）

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25DoNotCopy外延生長中的自摻雜在通常外延凈化的條件下，人為地引入自自摻雜的起因：1、外擴散：雜質(zhì)原子從高雜質(zhì)濃度襯底向低雜質(zhì)濃度的外延層進行固相擴散（所謂固-固擴散）；2、雜質(zhì)的再淀積：由襯底的表面邊沿、背面或內(nèi)部（埋層）熱蒸發(fā)出來的雜質(zhì)在外延生長時再度進入外延層；3、來自反應(yīng)室、基座的污染；（要求反應(yīng)室的潔凈和基座的硅包縛）4、鹵素的腐蝕作用：用鹵化物作源時以及HCl腐蝕劑，由于鹵元素的腐蝕作用，使襯底中氣化的雜質(zhì)原子在外延時進入生長層。自摻雜的抑制方法：1、背封法2、低溫生長3、兩步生長法等CompanyConfidential

26DoNotCopy自摻雜的起因：CompanyConfidentialCompanyConfidential

27DoNotCopyCompanyConfidential27DoNoCompanyConfidential

28DoNotCopyCompanyConfidential28DoNoCompanyConfidential

29DoNotCopyCompanyConfidential29DoNoCompanyConfidential26

DoNotCopyCompanyConfidentialDoNotCop圖形漂移、畸變

集成電路要在硅片正面局部區(qū)域內(nèi)用擴散或離子注入摻雜劑，這個局部擴散區(qū)叫做埋層。埋層表面通常降低約1000~3000?的深度.在埋層上生長的外延層，將重現(xiàn)下面稱底較完美的表面特征．襯底和外延層之間圖形的任何橫向位移叫圖形漂移．圖形漂移的主要原因是結(jié)晶學(xué)平面生長速率的各向異性．這個結(jié)晶學(xué)平面受低陷區(qū)的底和邊的約束。外延層低陷部分的兩條平行臺階邊緣向右移動一個距離(d)CompanyConfidential

31DoNotCopy圖形漂移不改變外延尺寸d外延襯底圖形漂移、畸變集成電路要在硅片正面局部區(qū)域內(nèi)用如果當(dāng)兩條平行臺階沿相反的方向位移時，則外形尺寸將改變，這叫做圖形畸變．外延生長過程中有時還會發(fā)生一個或全部邊緣臺階消失的問題，這種現(xiàn)象叫圖形消失．圖形漂移、圖形畸變和圖形消失強烈地取決于襯底的晶向和生長參數(shù)。這些生長參數(shù)包括生長壓力、溫度、硅源氣體和生長速率。

襯底和生長參數(shù)的影響：

１、圖形漂移和畸變在(111)硅片中比(100)硅片嚴重。

(111)硅片中圖形漂移通常發(fā)生在相對(111)軸向偏離小于

3-5。的情況下；在(100)硅片中圖形漂移很小，但如果襯底稍微偏移(100)面，則可以導(dǎo)致顯著的漂移，特別是在低溫和低生長速率情況下更是如此。CompanyConfidential

32DoNotCopy如果當(dāng)兩條平行臺階沿相反的方向位移時，則外形尺寸將改變，２、在高溫生長可以減少圖形漂移和小平面，對于0.1Mpa壓強下生長，降低生長溫度會造成眾多小平面和外形尺寸不對稱．大幅度降低淀積溫度(降到1150℃僅用SiCl4)可以使圖形消失；３、用低壓生長工藝，小平面可以減少，然而這是利用增加圖形尺寸而達到的一個折衷的方法。４、在0.1Mpa壓強下，用低生長速率，減少圖形漂移和小平面５、用含有少量氯硅烷分子的硅源氣體，圖形漂移可以減少。即：圖形畸變隨溫度的降低而減少圖形漂移隨溫度的升高而減少因此，生長參數(shù)的最佳優(yōu)化是外延特性需要綜合考慮的問題。CompanyConfidential

33DoNotCopy２、在高溫生長可以減少圖形漂移和小平面，對于0.1Mpa壓強

輕微畸變嚴重畸變

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輕微畸變CompanyConfidential

35DoNotCopyCompanyConfidential35DoNo

淀積速率試驗：淀積速率從0.4μm/min降低到0.25μm/min，溫度不變。

結(jié)果如下：對位信號正常，可正常對位。

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淀積速率試驗：淀積速率從0.4μm/min降低到0.外延層中的晶體缺陷：

在外延生長過程中，外延層上會出現(xiàn)許多缺陷，有位錯、堆垛層錯、沉積物、異物和氧化引起的缺陷等。從廣義上講，缺陷也包括氧、碳、重金屬等雜質(zhì)以及原子空位和填隙原子等點缺陷。這些缺陷的存在有的會直接影響半導(dǎo)體的性能。外延層中各種缺陷不但與襯底質(zhì)量、襯底表面情況有關(guān)，而且也與外延生長過程本身有著密切的關(guān)系。外延層中常見的缺陷有角錐體、圓錐體（乳突）、月牙和魚尾、劃痕、云霧狀表面位錯、層錯。CompanyConfidential

37DoNotCopy外延層中的晶體缺陷：在外延生長過程中，外延外延層缺陷分類：1、表面缺陷：顯露在外延層表面的缺陷。（1）角錐體（2）圓錐體（3）階丘（4）月牙和魚尾（5）球（6）霧狀表面（7）桔皮CompanyConfidential

38DoNotCopy外延層缺陷分類：CompanyConfidential2、晶格結(jié)構(gòu)缺陷：存在于外延層內(nèi)部的缺陷。（1）層錯（2）滑移位錯（3）失配位錯實際上，有些缺陷起源于外延層內(nèi)部，甚至于襯底內(nèi)部，但隨著外延生長延伸到表面，因此很難說有些缺陷是哪一種類型。CompanyConfidential

39DoNotCopy2、晶格結(jié)構(gòu)缺陷：存在于外延層內(nèi)部的缺陷。CompanyC角錐體：

角錐體是一種存在于外延層表面的錐體型小尖峰，多起于外延層和襯底交界面，但也可能在外延層內(nèi)部產(chǎn)生，一般不會起源于襯底的內(nèi)部。產(chǎn)生的原因：1、襯底表面質(zhì)量差和反應(yīng)系統(tǒng)的沾污，石墨基座的碳等發(fā)生氣相轉(zhuǎn)變后都會在襯底表面上形成α-SiC粒子，就可能成為角錐體的形成核，由核開始延伸，最后在外延層表面形成角錐體。2、角錐體的形成和襯底的晶向有關(guān)。Si的〈111〉晶向同其它的晶面相比，最容易發(fā)生角錐體。因為沿〈111〉晶向生長速度最慢，最容易出現(xiàn)釋放原子的速度高于這些原子在表面按一定規(guī)律排列的速度，因而就可能造成表面原子排列不均勻，引起局部地區(qū)晶面突起，成為角錐體的形成核，發(fā)展成為角錐體。偏離〈111〉晶面幾度，角錐體的數(shù)量就明顯下降，對一定的晶面有一個最大允許生長速率，超過此速率就會出現(xiàn)角錐體。3、外延溫度較低，表面化學(xué)反應(yīng)速度減慢，輸運到表面上的SiHCl3分子因不能很快分解反應(yīng)而堆積，也會產(chǎn)生角錐體。4、SiHCl3濃度太高也會產(chǎn)生角錐體，如果表面出現(xiàn)的角錐體非常多，就會發(fā)展成魚鱗狀的表面。CompanyConfidential

40DoNotCopy角錐體：CompanyConfidential40D圓錐體：

這種缺陷往往在10E21/cm3重摻雜層上產(chǎn)生。如果發(fā)生形變，則可成棱角錐體，因此也可以把這種缺陷看成是角錐體的一種。CompanyConfidential

41DoNotCopy圓錐體：CompanyConfidential41D階丘：

階丘是尖端有一個角錐體而斜面坡度小的臺階狀突起，高度可以達2-3μm。這種缺陷的成因與角錐體相似，可采取相同措施消除。CompanyConfidential

42DoNotCopy階丘：CompanyConfidential42Do月牙和魚尾：

月牙和魚尾是外延沉積后高于或低于表平面的結(jié)構(gòu)，起因于堆剁層錯等襯底缺陷。從這些缺陷的一端引出一尾巴并沿一定方向伸長的凹坑，其寬度為幾微米，長度為10μm數(shù)量級。CompanyConfidential

43DoNotCopy月牙和魚尾：CompanyConfidential4

球是在外延生長中落到襯底表面的碳粒子所形成，經(jīng)電子衍射分析可知，它具有α-SiC的組成與構(gòu)造。球體所帶的尾巴是反應(yīng)體被粒子遮擋而生成的影子凹陷。CompanyConfidential

44DoNotCopy球是在外延生長中落到襯底表面的碳粒子所形成，經(jīng)電子衍射

霧狀表面是一種存在于外延層表面的缺陷，經(jīng)表面化學(xué)腐蝕后一般可用肉眼直接觀察到。在（111）面上，這些缺陷呈淺三角形平底坑，或呈V形及棒狀，尺寸為0.1-0.8μm，這些缺陷因為反應(yīng)氣體的污染（H2純度低、系統(tǒng)漏氣、硅片清洗不干凈），氣相腐蝕不足或硅片內(nèi)微缺陷所引起。CompanyConfidential

45DoNotCopy霧狀表面是一種存在于外延層表面的缺陷，經(jīng)表面化學(xué)腐蝕桔皮：

用肉眼可觀察到的小波紋缺陷，這是由于硅片拋光時去層不夠，生長速率太快，機械損傷的殘留以及氣相拋光腐蝕不適當(dāng)造成。CompanyConfidential

46DoNotCopy桔皮：CompanyConfidential46Do以上是常見的幾種表面缺陷，實際上還有許多種類，例如：鑷子、吸筆、外來粒子的擦傷。這些缺陷的產(chǎn)生大多與雜質(zhì)的沾污（有機物、金屬雜質(zhì)、碳粒子、灰塵粒子）拋光時的機械損傷，反應(yīng)氣體純度，操作不當(dāng)?shù)扔嘘P(guān)。CompanyConfidential

47DoNotCopyCompanyConfidential47DoNo層錯：

層錯也稱堆剁層錯，是外延層上常見的缺陷，是因為原子排列次序發(fā)生錯亂所引起的。利用化學(xué)腐蝕法（用干涉相襯顯微鏡觀察時不必進行腐蝕）便可以顯示出層錯。產(chǎn)生層錯的原因很多，襯底表面的損傷和沾污、外延溫度過低、襯底表面上的殘留氧化物、摻雜劑不純。生長速率太快或溫度起伏大而產(chǎn)生熱應(yīng)力等因素使層錯增加?？瘴换蜷g隙原子的凝聚外延生長時點陣失配等都可能引起層錯。外延層錯隨著外延層的生長而長大。層錯是外延層的一種特征性缺陷。它本身并不改變外延層的電學(xué)性質(zhì)，但可以產(chǎn)生其它影響，可引起擴散雜質(zhì)分布不均勻，成為重金屬雜質(zhì)的淀積中心等。層錯大多數(shù)是從襯底與外延層的交界面開始的，減少硅片表面的損傷，潔凈的表面，防止系統(tǒng)的氣體泄露，外延生長前在1200℃高溫下處理，HCl腐蝕等對減少、消除層錯是十分有利的。CompanyConfidential

48DoNotCopy層錯：CompanyConfidential48Do層錯也稱堆剁層錯，是外延層上常見的缺陷，是因為原子排列次序發(fā)生錯亂所引起的。CompanyConfidential

49DoNotCopy層錯也稱堆剁層錯，是外延層上常見的缺陷，是因為原子排列次序發(fā)滑移位錯：

外延位錯一般是由于襯底內(nèi)位錯向外延層延伸，或由襯底表面機械損傷等硅片加工缺陷，在熱應(yīng)力的作用下產(chǎn)生大量滑移位錯。另外，因外延層與襯底界面之間的晶格失配也可產(chǎn)生滑移位錯。

SiHCl3（SiCl4）氫（H2）還原法外延生長一般在1100-1250℃的高溫下進行，快速加溫和冷卻都可能會產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。熱場分布不均勻，基座和硅片接觸不良等都會不同程度地產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力可以使材料發(fā)生范性形變。如果晶體中處于某一晶面兩側(cè)的部分發(fā)生相對滑移時，滑移晶面中，滑移部分與未滑移部分的交界處就形成位錯，可能在表面生成1-10nm數(shù)量級的臺階。實際上滑移是依靠位錯的運動來完成的。外延時產(chǎn)生的位錯大多屬于滑移位錯類型。

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50DoNotCopy滑移位錯：CompanyConfi

外延時產(chǎn)生的位錯大多屬于滑移位錯類型。CompanyConfidential

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失配位錯：

當(dāng)外延層和襯底摻入的雜質(zhì)的種類和濃度不同時，會引起界面兩端晶格常數(shù)的差異，對于硅材料來說，外延層和襯底之間的晶格收縮率大約為0.2%，如果界面兩端的晶格常數(shù)相差很大，就會產(chǎn)生失配位錯，而且可能傳布到外延層和襯底中去，一般N/N+結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)失配位錯，而P/N+、N/P、P/P+結(jié)構(gòu)容易引起失配而產(chǎn)生失配位錯。

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52DoNotCopy失配位錯：CompanyConfidential523、外延層缺陷檢驗方法

外延層的表面缺陷或堆垛層錯一般均可用Sirtl腐蝕液（33%CrO3水溶液：HF=1：1）經(jīng)15-30S顯示出來。在日光燈照射下肉眼可觀察到表面缺陷，微小的缺陷要在強光下（30萬Lux）觀察。內(nèi)部缺陷則要在放大300倍的金相顯微鏡下才能觀察到，位錯的腐蝕時間需3-5min。CompanyConfidential

53DoNotCopy3、外延層缺陷檢驗方法CompanyConfidentia3、外延層缺陷檢驗方法

外延層的表面缺陷或堆垛層錯一般均可用Sirtl腐蝕液（33%CrO3水溶液：HF=1：1）經(jīng)15-30S顯示出來。在日光燈照射下肉眼可觀察到表面缺陷，微小的缺陷要在強光下（30萬Lux）觀察。內(nèi)部缺陷則要在放大300倍的金相顯微鏡下才能觀察到，位錯的腐蝕時間需3-5min。CompanyConfidential

54DoNotCopy3、外延層缺陷檢驗方法CompanyConfidentia外延的質(zhì)量表征因子：1、外延層厚度----片內(nèi)、片之間、爐之間的重復(fù)性、一致性、均勻性。2、外延層電阻率----片內(nèi)、片之間、爐之間的重復(fù)性、一致性、均勻性。3、外延層電阻率縱向雜質(zhì)分布----有效厚度、過渡區(qū)陡削分布。4、外延層晶格結(jié)構(gòu)完整性Uniformity=（MAX-MIN）/（MAX+MIN）*100%CompanyConfidential

55DoNotCopy外延的質(zhì)量表征因子：1、外延層厚度----片內(nèi)、片之間、外延層測試設(shè)備和尾氣處理器：1、C-VHg探針測試儀2、4PP3、SRP4、FTIR5、SPV測試擴散長度（＞200um合格）重金屬沾污情況6、UV燈7、TXRF測試分析，重金屬沾污情況8、scrubber9、bubberCompanyConfidential

56DoNotCopy外延層測試設(shè)備和尾氣處理器：1、C-VHg探針測試儀Com6寸高壓VDMOS（外延層40-60um）5寸高壓VDMOS（外延層40-60um）5寸2SB（外延層＜10um）：5寸CMOS/BP（外延層＜20um）：2KG(外延層＜10um)3ZY(外延層＜10um)2SF(外延層＜10um)2CW(外延層＜10um)CompanyConfidential

57DoNotCopy6寸高壓VDMOS（外延層40-60um）CompanyC影響外延片的質(zhì)量因素很多，現(xiàn)僅對外延層的翹曲度少子壽命，石墨基座，氧含量等幾個問題發(fā)表本人的看法一

石墨基座的影響：1。外延生長使用的石墨基座是起加熱體和載體作用，石墨基座的表層是包敷一層幾百um厚SIC層。 Si片緊貼在石墨基座上，因其熱容量大，所以溫度上升或下降時晶片內(nèi)的溫度分布比較緩和均勻。但當(dāng)溫度提高到外延溫度時（≥1100℃），在該溫度附近晶片內(nèi)稍微有一點偏差也會引起塑性變形產(chǎn)生缺陷，因此必須盡量使晶片內(nèi)的溫度分布均勻。對外延爐結(jié)構(gòu)，石墨基座的選取，加熱方式，外延生長溫度，晶片與石墨基座的貼附性等問題需要我們引起重視，但目前要做到完全控制缺陷的產(chǎn)生是很困難的。影響硅外延片質(zhì)量的幾個問題DoNotCopy影響外延片的質(zhì)量因素很多，現(xiàn)僅對外延層的翹曲度少子壽命，石墨2.石墨基座表層包敷一層SIC主要目的是為了防止基座內(nèi)的雜質(zhì)尤其是碳的沾污，保證晶體的完整性。碳是有害雜質(zhì)，在高溫下H2會與石墨基座起反應(yīng)形成C-H2化合物轉(zhuǎn)移到外延層產(chǎn)生旋渦缺陷。碳（C）侵入硅中成為替代雜質(zhì)原子，使少子壽命下降。我們應(yīng)千方百計的減少硅中碳（C）的含量。操作人員在裝卸硅片過程中，在設(shè)備PM時應(yīng)避免硅片，吸筆，觸筆與基座的摩擦，裝卸基座時要謹慎小心，動作要規(guī)范。同時石墨基座是有使用壽命的，發(fā)現(xiàn)起皮，剝落，針孔應(yīng)考慮更換，同時要防止油脂沾污。油脂沾污是致命的。但我們只要使用得當(dāng)是可以延長使用壽命的。CompanyConfidential

59DoNotCopy2.石墨基座表層包敷一層SIC主要目的是為了防止基座內(nèi)的雜3.石墨基座的外延生長當(dāng)生長一定周期后，石墨基座上吸附大量的雜質(zhì)，淀積一層結(jié)構(gòu)松散的有害的多晶顆粒，不及時的進行高溫處理將成為污染源，直接影響外延層的質(zhì)量和電阻率的縱向分布，所以石墨基座的好壞高溫處理不當(dāng)直接影響到外延的質(zhì)量。CompanyConfidential

60DoNotCopy3.石墨基座的外延生長當(dāng)生長一定周期后，石墨基座上吸附大

二

石英鐘罩的影響。石英鐘罩是用GE高純石英燒制的。干凈無污染的石英鐘罩完全能滿足外延生長的的要求。然而一旦鐘罩內(nèi)壁四周吸附大量的雜質(zhì)而被污染，若不及時清洗或清洗不干凈，將成為外延生長主要的污染源，嚴重影響外延層的質(zhì)量。堅決杜絕石英鐘罩未被清洗干凈就安裝入外延爐內(nèi)，而又未被清洗人員和PM人員引起重視，這是不允許的。應(yīng)建立清洗后的鐘罩安裝前與PM人員交接手續(xù)制度。CompanyConfidential

61DoNotCopy二石英鐘罩的影響。CompanyConfident三

硅片翹曲度（warp）所謂翹曲度（warp）

是指硅片表面的變形和翹曲。對于硅片各厚度中心的假想面用從該面起至硅片厚度中心的最大值和最小值之差來表示。也有取3點的假想面方法來獲得數(shù)據(jù)。在輻射加熱反應(yīng)器中（AMC7800K，AMC7700）硅片的正面直接被燈光加熱，因此正面比背面溫度高。硅片正面和背面的溫度差將引起硅片的彎曲，所以設(shè)計了帶有凹槽的石墨基座來校正。CompanyConfidential

62DoNotCopy三硅片翹曲度（warp）CompanyConfide得翹曲（warp）的問題變得更加顯著，因此為防止翹曲，硅片厚度相應(yīng)提高（可見ＳＥＭＩ標(biāo)準(zhǔn)）。溫度梯度對硅片彎曲度有影響。硅片隨著尺寸的增大，晶片直徑相對于厚度比率也隨之變化。這使當(dāng)硅片存在溫度梯度時就會產(chǎn)生熱應(yīng)力。迅速加熱或冷卻時，外表的溫度變化比內(nèi)部的溫度快，外表膨脹比內(nèi)部大。硅雖然是高強度材料，但是脆性材料。嚴重的熱應(yīng)力很容易導(dǎo)致材料的脆性斷裂，而迅速冷卻時產(chǎn)生的熱應(yīng)力比迅速加熱時產(chǎn)生的熱應(yīng)力危害性更大，因為迅速冷卻時產(chǎn)生的表面熱應(yīng)力是拉伸應(yīng)力，而拉伸應(yīng)力比壓縮應(yīng)力更易引起晶體的滑移，甚至裂紋擴展。退火處理能有效地消除熱應(yīng)力。具有很好的效果。我們應(yīng)用的外延爐升降溫時間的設(shè)定，除考慮到安全因素外，充分考慮到溫度對硅片的影響而設(shè)計的。CompanyConfidential

63DoNotCopy得翹曲（warp）的問題變得更加顯著，因此為防止翹曲，硅片厚外延溫度對硅片的影響分析在650~750℃低溫時，硅在片內(nèi)部的間隙氧析出成核形成氧沉積物、位錯、層錯的復(fù)合體。在950~1000℃高溫時氧沉淀物不斷長大，形成晶格紊亂的內(nèi)應(yīng)力場產(chǎn)生吸雜作用，可使硅片表面層附近的金屬雜質(zhì)和各種重金屬如鐵（Fe）缺陷吸附到硅片體內(nèi)，改善了硅片表面狀況，形成一個“清潔區(qū)”，為外延生長提供了良好的硅片。

在1100~1150℃的高溫下，硅片表面氧外擴散形成貧氧區(qū)，適當(dāng)增加時間可以增加表層“清潔區(qū)”的寬度。由此可見氧在Si晶體中行為隨溫度的不同而不同。外延使用的石墨基座在射頻加熱反應(yīng)器中

epipro5000,PE2061S,PE3061D是直接與射頻能量相偶合。石墨基座

內(nèi)感應(yīng)的渦流產(chǎn)生熱量在硅片背面侵入。因此背面比正面溫度高，而在

輻射加熱反應(yīng)器的正面直接被燈光加熱，因此正面比背面溫硅片度高。

硅片正面和背面的溫度差將引起硅片的彎曲，所以設(shè)計了帶有凹槽的石

墨基座來校正。外延溫度對硅片的影響分析彎曲引起硅片與基座間的接觸，從而增加了縱向溫度差，硅片周圍溫度比中心區(qū)域溫度低，縱向溫度差，使硅片產(chǎn)生一個附加的彎曲?？v向溫度直接影響到硅片彎曲。故力求避免硅片邊緣的不良接觸。實驗證明，當(dāng)溫度1250℃時很難避免滑移。比較簡單的方法是使用熱發(fā)射器。PE3061D鐘罩外壁鍍金膜的主要原因就在于此。所以在日常的外延爐石墨基座的設(shè)計依靠基座形狀拉平縱向溫度梯度。CompanyConfidential

65DoNotCopy彎曲引起硅片與基座間的接觸，從而增加了縱向溫度差，硅片周圍溫所以在日常的外延爐石墨基座的設(shè)計依靠基座形狀拉平縱向溫度梯度和垂直溫度梯度并非最佳方法。要完全克服硅片的彎曲是很困難的，所以根據(jù)實際情況對硅片的翹曲度制定了一個可行性的范圍。4”~6”片的范圍值是warp：30~80（um）。As<111>0.002-0.004ohm-cm（ASTM

F1390，534，1530）。CompanyConfidential

66DoNotCopy所以在日常的外延爐石墨基座的設(shè)計依靠基座形狀拉平縱向溫度梯度四

氧含量的影響原子形成分散在硅中的O2是非電活性的。硅中的O2的固溶度數(shù)據(jù)比較分散，在硅溶點（1420℃）附近。晶體的機械強度。但氧（O2）一旦沉淀并形成氧沉淀后，硅單晶的機械強度立即降低。氧沉淀不僅會長大也會收縮，直拉硅單晶中O2含量一般在18-40PPM范圍內(nèi)，氧在硅中的行為是隨溫度而變化。硅中的O2存在可以增強硅，氧沉淀與少子壽命衰減有密切的關(guān)系，氧沉淀分布不均勻狀況將直接影響IC的成品率。大量的實驗證明在1000℃以上的IC工藝中，使用襯底的O2含量在20~30PPM時氧（O2）沉淀密度與間隙密度由1/6-1/8次方的關(guān)系，這意味著

把氧沉淀濃度控制在10%以內(nèi)，則原始間隙濃度偏差不能大于0.5PPM。硅中的O2是間隙原子，間隙雜質(zhì)大多以共價鍵方式與周圍的SI原子相結(jié)合，形成SI-O2鍵，造成硅晶格膨脹，造成片子的彎曲。不同形態(tài)的氧行為：

表面氧沉淀--------功能失效漏電

體內(nèi)氧沉淀--------產(chǎn)生位錯片子翹曲因此硅片氧含量的選擇既要權(quán)衡翹曲的后果，又要考慮保證內(nèi)吸附機制。CompanyConfidential

67DoNotCopy四氧含量的影響CompanyConfidenti

五

擴散長度（少子壽命））LP：擴散長度。DP：擴散系數(shù)。τ：材料壽命

LP標(biāo)志著非平衡載流子深入材料的平均距離，稱為擴散長度。擴散長度由擴散系數(shù)DP和材料壽命τ所決定。往往是材料的熱擴散系數(shù)有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。（硅在300K的擴散系數(shù)0．9c㎡/S）。因而擴散長度的測量常作為測量壽命的方法之一。

擴散長度的測量方法：（表面光電壓法SurfacePhotovoltage）

縮稱SPV

法。關(guān)系式：LP=√DPτ

它是用光束激發(fā)擴散長度的一種穩(wěn)定狀態(tài)的測量技術(shù)。SPV法是非破壞的測量技術(shù)，而且在樣品的準(zhǔn)備上比較簡單，所以廣為半導(dǎo)體工業(yè)界應(yīng)用。

表面光電壓法（SPV法）中硅單晶工藝樣片的表面處理是關(guān)鍵。N型和P型樣片的表面處理是不一樣的。N型樣片可以將其置入沸騰的水中一小時。對于P型樣片可以放入20MLHＦ+

80MLH2O中1分鐘。

在測量過程中，波長是λ是自變量，吸收系數(shù)ɑ是因變量。因此，為了得到準(zhǔn)確的擴散長度，波長λ和吸收系數(shù)ɑ之間的轉(zhuǎn)換必須要精確。一個較準(zhǔn)確的實驗關(guān)系式為：

ɑ（λ）=（84.732/λ-76.417）2

68DoNotCopy五擴散長度（少子壽命））使壽命下降的雜質(zhì)一般是擴散較快的重金屬（Fe，Ni，Cu，Au，Cr，Zn等）金屬雜質(zhì)的污染

金屬雜質(zhì)的最基本電學(xué)影響是它們在硅的禁帶中引入能級起一個復(fù)合中心的作用，形成深能級而降低少子的壽命并產(chǎn)生晶格缺陷導(dǎo)致漏電流增大，導(dǎo)致耐壓差。對硅片的要求一般表面的Fe，Cu，Ni，Zn和Cr各種元<1011cm-2。日常大多數(shù)廠家都可滿足。通常金屬雜質(zhì)在冷卻過程中應(yīng)力引入?yún)^(qū)域和Si/SiO2界面處易沉淀。為了提高硅外延的少子壽命，在生產(chǎn)過程控制Fe，Ni,Cu等重金屬雜質(zhì)的污染，并將其控制在1011/CM-2的范圍，防止重金屬雜質(zhì)的沾污，控制Si拋光片的重金屬雜質(zhì)的含量值，在設(shè)備PM保養(yǎng)時嚴格防止重金屬雜質(zhì)的引入。CompanyConfidential

69DoNotCopy使壽命下降的雜質(zhì)一般是擴散較快的重金屬（Fe，Ni，Cu，A

六

外延層過渡區(qū)寬度

為了獲得突變的過渡區(qū)提高器件的效率。外延溫度不能選擇太高。但是在較底溫度下進行外延時，O,H,CL和

化合物及一些沾污在生長表面的吸附增加，使得外延層缺陷密度增加，對器件工作性能（如壽命，功率）有相當(dāng)大的影響。

過渡區(qū)形成機理及減小其寬度的方法，概括地講過渡區(qū)的形成主要有兩方面因素。CompanyConfidential

70DoNotCopy六外延層過渡區(qū)寬度CompanyConfident1、高溫下襯底中雜質(zhì)的外擴散；2、N型雜質(zhì)的氣相自慘雜；因此減少過渡區(qū)寬度的方法主要從以下三方面考慮：1、

使N襯底中雜質(zhì)得揮發(fā)盡可能少2、

已揮發(fā)的雜質(zhì)易于被主氣流帶走；3、與固態(tài)外擴散兼須考慮選擇適當(dāng)?shù)耐庋訔l件由此可見，在生長工藝中，在滿足電學(xué)參數(shù)的前提下，高溫時間應(yīng)該是越短越好。硅中的重金屬雜質(zhì)，氧（O2），碳（C）形成復(fù)合中心，使壽命大大降低，同時半導(dǎo)體的表面狀態(tài)對壽命也有頻著的影響，晶體中的位錯等缺陷也能形成復(fù)合中心，嚴重影響少子壽命，壽命值得大小在很大程度上反映了晶格的完整性，它是衡量材料質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。所以工作中應(yīng)使工藝最佳化，消除雜質(zhì)的影響確保管路的氣密性，提高拋光片、外延層的晶格完整性，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。我們在工作中應(yīng)充分認識到半導(dǎo)體即使有痕量的雜質(zhì)其影響是不可估量的，不要輕易放過偶然的現(xiàn)象。必然寓于偶然之中。技術(shù)人員就是要善于抓住“時機”思考，提高判斷，解決問題的能力。CompanyConfidential

71DoNotCopyCompanyConfidential71DoNo

七

擴展電阻探針法擴展電阻探針法SRP（SpreadingResistanceProbeMethod）。由于擴展電阻探針法優(yōu)越的空間分辨率，我們利用擴展電阻探針法來測試外延層的表面到襯底電阻率的縱向分布情況。通過了解電阻率的縱向分布情況可以了解外延層內(nèi)過渡區(qū)的寬度。對于半導(dǎo)體器件來說希望外延層與襯底界面之間具有突變的雜質(zhì)分布。即過渡區(qū)的寬度要窄。擴展電阻探針法是通過比較樣品與已知電阻值的標(biāo)準(zhǔn)片的擴展電阻而得到樣品的電阻率。而擴展電阻的檢測可用一探針（ONEProbe），兩探針（TWOProbe），或三探針（ThreeProbe）

一般由以下兩種方式獲得：1，利用已知的電壓去測量電流；2，利用已知的電流去測量電壓樣品的準(zhǔn)備是首先將硅外延片固定在斜角的平臺上，再用約0.1ｕｍ的金剛石磨料將硅外延片磨成一斜角。利用探針測量斜面上不同位置的擴展電阻，即可得到外延層的縱向電阻。CompanyConfidential

72DoNotCopyCompanyConfidential72DoN

功率VDMOS器件對硅外延片的要求功率VDMOS是新一代大功率半導(dǎo)體器件，

VDMOS兼有雙極晶體管和普通MOS器件的優(yōu)點。它的開關(guān)速度快，開關(guān)損耗小；輸入阻抗高，驅(qū)動功率小，頻率特性好，跨導(dǎo)高度線性。很好的熱穩(wěn)定性，特別是它具有負的溫度系數(shù)，沒有雙極功率的二次擊穿問題，安全工作區(qū)大。因此，不論是開關(guān)應(yīng)用還是線性應(yīng)用，VDMOS都是理想的功率器件。現(xiàn)在，VDMOS器件已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括電機調(diào)速、逆變器、不間斷電源、開關(guān)電源、電子開關(guān)、高保真音響、汽車電器和電子鎮(zhèn)流器移動通信、雷達、汽車電子、馬達驅(qū)動、節(jié)能燈等各種領(lǐng)域。CompanyConfidential

73DoNotCopy功率VDMOS器件對硅外延片的要求CompanyCo功率VDMOS管一個單管包含有成千上萬個元胞，任何一個元胞失效都會導(dǎo)致整個器件失效。所以對拋光片、外延片的質(zhì)量要求相當(dāng)高，尤其對表面顆粒要求苛刻。隨著外延片直徑的增大，其表面也越來越大，外延片內(nèi)的離散性、電阻率、厚度的均勻性必須控制在很窄的區(qū)間范圍。既要滿足擊穿電壓又要獲得低的導(dǎo)通電阻則必須要嚴格的控制過渡區(qū)寬度，使外延層在滿足擊穿電壓的同時得到需要的有效外延層厚度。CompanyConfidential

74DoNotCopy功率VDMOS管一個單管包含有成千上萬個元胞，任何一個元胞失減少硅外延缺陷以提高良率

半導(dǎo)體工作者從產(chǎn)業(yè)開創(chuàng)起就一直跟微粒問題和與微粒有關(guān)的良率損失作斗爭。集成電路制造中75%以上的良率損失是由污染引起的。由于在junction區(qū)域產(chǎn)生短路或在局部電場或形成漏電通道。對于許多器件來說，外延淀積層是在原始硅襯底上做的第一個工藝步驟，這一層內(nèi)的缺陷率有可能使以后的所有工藝步驟無效。在外延階段可以看到各種各樣的缺陷，我們關(guān)注三種：堆垛層錯、突起物和劃傷。堆垛層錯是指外延生長過程中晶體內(nèi)偏離正常的原子堆疊次序。通常，堆垛層錯只存在于一個晶面上。在<100>材料中，堆垛層錯出現(xiàn)的形式或是閉合方形，或是部分方形。在<111>材料中，堆垛層錯出現(xiàn)的形式或是閉合等邊三角形，或是部分三角形。突起物是外延后晶圓表面的大突出物，它在有大顆粒生長時出現(xiàn)。劃痕是在外延層平面下的長、窄又淺的溝紋。劃痕的產(chǎn)生可能是人或晶片加工過程引起，也可能是由晶片拋光材料中的污染物引起。

75DoNotCopy境減少硅外延缺陷以提高良率75DoNotCopy境改善良率工程分為4個主要部分：設(shè)施、工具、晶圓和操作。設(shè)施方面，改善的主要目標(biāo)是潔凈室環(huán)境設(shè)施、改善的潔凈室環(huán)境。如果發(fā)現(xiàn)HEPA單元是有缺陷的要及時更換。（高效空氣過濾器，達到HEPA標(biāo)準(zhǔn)的過濾網(wǎng)，對于0.1微米和0.3微米的有效率達到99.7%，HEPA網(wǎng)的特點是空氣可以通過，但細小的微粒卻無法通過。它對直徑為0.3微米，（頭發(fā)直徑的1/200）由疊片狀硼硅微纖維制成。

一個特定的HEPA過濾器（它直接涉及微粒偏移）直接把微粒淀積在主要的晶圓轉(zhuǎn)運工具上。潔凈室中另一改進包含整個工廠內(nèi)安裝離化器。測量整個工廠各處現(xiàn)場晶圓的靜電荷，靜電荷不僅會使工具不能正常工作，也會使空氣中的微粒被吸引到高度帶電的晶圓上。潔凈室要注意改進的是潔凈室工作服。潔凈室的其它要注意的是改進工作人員操作晶圓的過程、重復(fù)使用晶圓盒的清洗，以及提高自動計量工具的潔凈程度等等。CompanyConfidential

76DoNotCopy改善良率工程分為4個主要部分：CompanyConfidDMAICSigma解決故障的主要工具是稱之為DMAIC的成熟模式。DMAIC是一個首字母縮寫詞，意思是定義（Define）、測量（Measure）、分析（Analyze）、改善（Improve）和控制（Control），當(dāng)工程目標(biāo)可以用改善現(xiàn)有工藝實現(xiàn)時使用DMAIC。DMAIC方法6西格瑪管理不僅是理念，同時也是一套提升業(yè)績突破的方法。它將理念變?yōu)樾袆?，將目?biāo)變?yōu)楝F(xiàn)實。這套方法就是6西格瑪改進方法DMAIC和6西格瑪設(shè)計方法DFSS。。

DMAIC模型是實施6sigma的一套操作方法。DMAIC是6σ管理中最重要、最經(jīng)典的管理模型，主要側(cè)重在已有流程的質(zhì)量改善方面。DMAIC改善的第一步定義是陳述改善活動的目標(biāo)。第二步是測量是對現(xiàn)有系統(tǒng)進行分析，并確立有效及可靠的度量體系，有助于監(jiān)控達到確定目標(biāo)的進程。。CompanyConfidential

77DoNotCopyDMAICCompanyConfidential77第三步是分析系統(tǒng)，此處要識別消除現(xiàn)有工藝性能與期望目標(biāo)間差距的各種方法。第四步是改善工藝。作出的改善需要采用統(tǒng)計方法驗證。最后一步是將各種改變固定起來完成對新系統(tǒng)的控制，然后不斷監(jiān)控該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。測量缺陷率的主要方法是用TencorSurfscan6220自動測量裝置進行外延后產(chǎn)品測量。在有偏移的時候確定問題，工藝進行測定，分析數(shù)據(jù)并做出改進。為了完成DMAIC工藝改善工程必須控制運行新改進的工藝，用TencorSurfscan測量外延后缺陷，用統(tǒng)計過程控制跟蹤提醒操作人員CompanyConfidential

78DoNotCopyCompanyConfidential78DoNoPV數(shù)據(jù)如下：PV數(shù)據(jù)如下：

抗靜電（ESD）的看法

靜電（Electrostatic）是一種電能，它留存于物體表面；靜電是正電荷和負電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果；靜電是通過電子或離子的轉(zhuǎn)移而形成的。

在一般工業(yè)生產(chǎn)中，靜電具有高電位、低電量、小電流和作用時間短的特點，設(shè)備或人體上的靜電位最高可達數(shù)萬伏以至數(shù)十萬伏；在正常操作條件下也常達數(shù)百至數(shù)千伏。但所積累的靜電量卻很低，通常為毫微庫侖（nC、10-9C）級；靜電電流多為微安（μA））級；作用時間多為微秒（μS）級，所以不會對人體造成傷害。

靜電受環(huán)境條件，特別是濕度的影響比較大；靜電測量時復(fù)現(xiàn)性差、瞬態(tài)現(xiàn)象多。

電子元器件的生產(chǎn)及電子設(shè)備的裝聯(lián)、調(diào)試作業(yè)中因接觸磨擦起電、人體靜電與接地問題能造成很大經(jīng)濟損失。

磨擦起電、人體靜電是微電子工業(yè)中之兩大危害源。隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展，靜電危害正在日益表露出來并逐漸受到人們的重視，并且要求越來越高。

-77-CompanyConfidentialDoNotCopy抗靜電（ESD）的看法

Compan二．靜電的危害形式

1．靜電吸附

常常產(chǎn)生工作服吸塵埃污物，儀器儀表吸灰塵，PC機軟盤、軟驅(qū)吸塵損壞、數(shù)據(jù)丟失。

2．靜電放電引起的器件擊穿

由ESD（靜電放電）引起的元器件擊穿損壞是電子產(chǎn)品制造業(yè)中最普遍、最

嚴重的靜電危害。在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)中，從元器件的預(yù)處理、插裝、焊接、清洗、單板測試、調(diào)試、總裝等工序，由于接觸－分離、摩擦、感應(yīng)等作用，都會使操作人員、工具、工作臺面、元器件、元器件包裝容器等產(chǎn)生靜電，同時可隨時對器件造成ESD損害。

當(dāng)帶靜電的物體接觸SSD（靜電敏感元器件，如MOS管、IC等元件），就會發(fā)生靜電放電。這種極短時間（μS級）的突發(fā)脈沖，平均功率達幾瓦，足以熔化小體積的硅，并在管芯的表面留下熔坑；ESD電流還會引起局部過熱，造成PN結(jié)熔斷，使器件參數(shù)退化或失效，造成引線（鋁條）的熔化而開路、造成半導(dǎo)體電路芯片的薄膜電阻熔斷或阻值變化。

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81DoNotCopy二．靜電的危害形式

CompanyCo

3．靜電感應(yīng)

當(dāng)導(dǎo)體和電介質(zhì)置于靜電場中，在其上感應(yīng)出正或負的靜電荷，其靜電電壓的幅值取決于靜電場強度。所以靜電敏感區(qū)內(nèi)不得放置產(chǎn)生強電場和強磁場的設(shè)備，如：大功率風(fēng)扇等。

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82DoNotCopy3．靜電感應(yīng)

當(dāng)導(dǎo)體和電介質(zhì)置于靜電場中4．靜電放電時產(chǎn)生的電磁脈沖

靜電放電可產(chǎn)生頻帶幾百千赫茲～幾十兆赫茲、電平高達幾十毫伏的電磁脈沖干擾，當(dāng)脈沖干擾耦合到計算機和低電平數(shù)字電路時，致使電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)效應(yīng)，出現(xiàn)誤動作。強能量的脈沖干擾，可使靜電敏感器件破壞。像1971年11月15日西歐發(fā)射的“歐－2火箭”，就是因靜電放電產(chǎn)生的電磁脈沖導(dǎo)致計算機誤動作，使此次發(fā)射失敗。

電子生產(chǎn)環(huán)境中的典型靜電源----人體靜電

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83DoNotCopy4．靜電放電時產(chǎn)生的電磁脈沖

靜電放電可產(chǎn)生頻帶幾百千赫

人體靜電

電子生產(chǎn)環(huán)境中的典型靜電源----人體靜電。人體靜電的產(chǎn)生方式，主要有接觸起電，感應(yīng)起電和遷移吸附起電。

接觸起電是一種最普遍的起電形式。它的基本原理是物質(zhì)間的電子轉(zhuǎn)移，當(dāng)兩種物質(zhì)相互接觸其間距小于25×10-8厘米時，就會發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。其中逸出功較低的物質(zhì)失去電子而呈現(xiàn)正電位，逸出功較高的物質(zhì)得到電子而呈現(xiàn)負電位。即在兩種物質(zhì)的接觸面上形成“偶電層”并產(chǎn)生接觸電位差。當(dāng)該兩種物質(zhì)分離時，其上部分電荷回流，但仍然殘留有符號相反的電荷。即產(chǎn)生了靜電。人們在生產(chǎn)活動中，人體與物體，皮膚與衣著，鞋底與地面之間不斷地產(chǎn)生接觸－分離過程，就會產(chǎn)生靜電。比如，羊毛混紡衣服，并坐在人造革面椅子上的人突然起立時，人體可帶上近萬伏的高壓靜電。

人體感應(yīng)起電的基本原理是靜電感應(yīng)。由于人體是導(dǎo)體，所以當(dāng)人接近已帶電的物體（或人）時，人體兩側(cè)會感應(yīng)出正負兩種電荷。通過接觸接地設(shè)備，可將其中與原帶電體同號的電荷移向大地，而人體便帶有另一種電荷。比如，當(dāng)已帶電的人在未帶電的人背后走過時，會使后者背上感應(yīng)出與前者異號的電荷，而手上感應(yīng)出同號的電荷。當(dāng)被感應(yīng)的人觸及接地導(dǎo)體而放掉其上一種電荷（該過程會產(chǎn)生火花或電擊，應(yīng)當(dāng)避免）后，人身體上便只帶有與原帶電者異號的電荷。

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84DoNotCopy人體靜電

Com靜電控制的從五個方面(即人員、設(shè)備、物料、方法和環(huán)境)來ESD規(guī)范，貫穿產(chǎn)品設(shè)計、制造、貯存、包裝等各個環(huán)節(jié)防靜電控制,穿插介紹了防靜電設(shè)施的技術(shù)要求，檢測方法和作業(yè)指導(dǎo)等內(nèi)容。

.參考

目錄：

1.靜電敏感區(qū)域的界定。

2.靜電敏感區(qū)域的工程環(huán)境防靜電規(guī)范。

3.靜電敏感區(qū)域的人員防靜電規(guī)范。

4.靜電敏感區(qū)域的防靜電操作方法規(guī)范。

5.靜電敏感區(qū)域的工裝,設(shè)備,儀器以及防靜電器材的防靜電規(guī)范。

6.常用的檢測方法。

7.靜電防護作業(yè)管理指導(dǎo)。

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85DoNotCopy靜電控制的從五個方面(即人員、設(shè)備、物料、方法和環(huán)境)來ES

8.附錄A-------ESD相關(guān)術(shù)語。

9.附錄B-------常用的防靜電標(biāo)志。

10.附錄C-------部分靜電敏感器件的靜電敏感電壓。

11.附錄D------引用的標(biāo)準(zhǔn)及參考文獻。

12.附錄E------相關(guān)記錄。

13.附錄F------版本修訂歷史記錄。

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86DoNotCopy8.附錄A-------ESD相關(guān)術(shù)語。

9.靜電敏感區(qū)域的界定：

1.靜電敏感區(qū)域確定：

1.1.ESD敏感器件的生產(chǎn)區(qū)域------生產(chǎn)線等。

1.2.ESD敏感器件的前加工區(qū)域------前加工房。

1.3.ESD敏感器件的貯存區(qū)域------庫房和在線庫。

1.4.ESD敏感器件的返修區(qū)域------返修區(qū)及返修工位。

1.5.ESD敏感器件的老化區(qū)域------老化房。

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87DoNotCopy靜電敏感區(qū)域的界定：

1.靜電敏感區(qū)域確定：

1.1.E

靜電敏感區(qū)域的標(biāo)識：

1.靜電敏感區(qū)的區(qū)域界限應(yīng)該用黃黑相間的斜條紋來標(biāo)識,線條寬度為5~10CM這兩種斜條紋是專門用來標(biāo)識靜電敏感區(qū)的區(qū)域界限的,不可作為其它標(biāo)識用。

2.從靜電敏感區(qū)域的入口處開始,在明顯處還應(yīng)貼上靜電敏感區(qū)的警示標(biāo)志,該標(biāo)志應(yīng)符合GJB1649的規(guī)定。

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88DoNotCopy靜電敏感區(qū)域的標(biāo)識：

1.靜電敏感區(qū)的區(qū)域界限應(yīng)該用黃黑3.防靜電容器(防靜電周轉(zhuǎn)箱,防靜電元件盒等),元件架和運輸車等器材上應(yīng)有防靜電標(biāo)志,標(biāo)志應(yīng)置于明顯且不易受到磨損的地方。如圖B:

4.經(jīng)過防靜電液處理的物品和場所也應(yīng)有防靜電標(biāo)志。5.含有ESSD的圖紙資料,應(yīng)有ESSD標(biāo)志。

6.設(shè)備的外部端口標(biāo)志應(yīng)符合GJB1649中第5.8.3條要求。

7.整機包裝標(biāo)志應(yīng)符合GJB1649中第5.10條要求。

8.交付文件標(biāo)志應(yīng)符合GJB1649中第5.9.1條要求。

靜電敏感區(qū)域的工程環(huán)境防靜電規(guī)范

1.防靜電工程環(huán)境的設(shè)計原則：

設(shè)計防靜電工程環(huán)境時,為達到靜電防護的要求應(yīng)遵循以下原則:

1.1抑制靜電荷的積累和靜電壓的產(chǎn)生

2.2安全、迅速、有效的消除已產(chǎn)生的靜電荷

3.3防靜電工作區(qū)應(yīng)按電子元器件靜電敏感度確定防護所CompanyConfidential

89DoNotCopy3.防靜電容器(防靜電周轉(zhuǎn)箱,防靜電元件盒等),要求靜電防護區(qū)內(nèi)靜電電壓絕對值應(yīng)小于100V。

1.4.防靜電區(qū)域應(yīng)標(biāo)明區(qū)域界限并在明顯處懸掛警示標(biāo)志。

1.5.在防靜電工作區(qū)內(nèi)禁止使用易產(chǎn)生靜電荷的電荷源。常見的電荷源：

工作臺表面油漆或浸漆表面、普通塑料帖面、普通乙烯及樹脂表面

地板塑料及普通地板革、拋光打蠟?zāi)镜匕?、普通乙烯樹?/p>

工作鞋、帽、鞋普通滌綸、合成纖維及尼龍面料、塑料及普通膠第鞋

操作工具及設(shè)備普通塑料盒、架、瓶、盤用品及紙制品、普通泡沫及一般電動工具、壓縮機、噴射設(shè)備、蒸發(fā)設(shè)備等

防靜電工程環(huán)境的要求：

環(huán)境的溫度和濕度要求：溫度應(yīng)在15℃至30℃之間,濕度應(yīng)在45%至75%之間,環(huán)境內(nèi)應(yīng)配備溫度計和濕度計,并按要求做好點檢記錄。如果環(huán)境內(nèi)的空氣過于干燥，應(yīng)使用加濕器或其它辦法來滿足濕度要求，但應(yīng)以不對產(chǎn)品造成有害影響為前提。如果濕度高了應(yīng)該開空調(diào)或抽風(fēng)。

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90DoNotCopy要求靜電防護區(qū)內(nèi)靜電電壓絕對值應(yīng)小于100V。

1.4.一般情況下電子元器件及產(chǎn)品都需要防靜電，雖然有些電子元器件可能當(dāng)時看不出被靜電點擊，但是在后面的合成使用成為最終產(chǎn)品的時候就會顯現(xiàn)出損害了。按目前的國際標(biāo)準(zhǔn)，一般都是要求要防止ESD的，包括潔凈室、防靜電手腳腕帶、防靜電服以及進入潔凈室之前的靜電檢測等等參考資料：CompanyConfidential

91DoNotCopy一般情況下電子元器件及產(chǎn)品都需要防靜電，雖然有些電子元器件可

ESD是整個電子產(chǎn)業(yè)共同面臨的問題，影響相當(dāng)廣泛，包括生產(chǎn)、封裝、測試、以及搬運等每個環(huán)節(jié)都會受到ESD的影響，靜電往往會累積在人體、儀器和存放設(shè)備當(dāng)中，甚至電子元件本身也會累積靜電。因此所有IC都必須通過測試來檢測是否能使元件免受ESD的損害，這些測試標(biāo)準(zhǔn)包括人體放電靜電模式(HumanBodyModel；HBM)、機器放電模式(MachineModel；MM)，以及與集成電路(IC)封裝大小關(guān)系密切的元件充電模式(ChargedDeviceModel；CDM)。

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92DoNotCopyESD是整個電子產(chǎn)業(yè)共同面臨的問題，影響相當(dāng)2、人體靜電潔凈廠房操作人員的不同動作和來回走動，鞋底和地面不斷的緊密接觸和分離，人體各部分也有活動和磨擦，不論是快走、慢走，小跑都會產(chǎn)生靜電，即所謂步行帶電；人體活動后起立，人體穿的工作服與椅子面接觸后又分離也會產(chǎn)生靜電。人體的靜電電壓如果消不掉，而去接觸IC芯片，就可能在不知不覺中造成IC的擊穿。CompanyConfidential

93DoNotCopy2、人體靜電潔凈廠房操作人員的不同動作和來回走動，鞋底和地3、

空氣調(diào)節(jié)和空氣凈化引起的靜電由于IC生產(chǎn)要求在45-55％RH的條件下

進行，所以要實行空氣調(diào)節(jié)，同時要進行空氣凈化。降濕的空氣要經(jīng)過初效過濾器、中效過濾器、高效過濾器和風(fēng)管送人潔凈室。一般總風(fēng)管風(fēng)速為8~10m／s，風(fēng)管內(nèi)壁涂油漆，當(dāng)干燥的空氣和風(fēng)管，干燥的空氣和過濾器作相對運動時，都會產(chǎn)生靜電。應(yīng)該引起注意的是靜電與濕度有著較敏感的關(guān)系。另外，運送半成品和IC成品在包裝運輸過程中都會產(chǎn)生靜電，這都是靜電起電的因素之一。其次，靜電對IC的危害是相當(dāng)大的。一般來說，靜電具有高電位、強電場的特點，在靜電起電-放電過程中，有時會形成瞬態(tài)大電流放電和電磁脈沖(EMP)，產(chǎn)生頻譜很寬的電磁輻射場。另外，與常規(guī)電能量相比，靜電能量比較小，在自然起電-放電過程中，靜電放電(ESD)參數(shù)是不可控制的，是一種難于重復(fù)的隨機過程，因此它的作用往往被人們所忽視。尤其在微電子技術(shù)領(lǐng)域，它給我們造成的危害卻是驚人的，據(jù)報道每年因靜電造成直接經(jīng)濟損失高達幾億元人民幣，靜電危害以成為發(fā)展微電子工業(yè)的重大障礙。

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94DoNotCopy3、空氣調(diào)節(jié)和空氣凈化引起的靜電由于IC生

在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)車間，由于塵埃吸附在芯片上，IC尤其是超大規(guī)模集成電路(VLSI)的成品率會大大下降。IC生產(chǎn)車間操作人員都穿潔凈工作服，若人體帶靜電，則極易吸附塵埃、污物等，若這些塵埃、污物被帶到操作現(xiàn)場的話，將影響產(chǎn)品質(zhì)量，惡化產(chǎn)品性能、大大降低IC成品率。如果吸附的灰塵粒子的半徑大于100μ