IC工艺技术11-IC制造中的质量控制

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1、集成电路技术讲座第十一讲集成电路制造中的质量控制和成品率QualityControl&Yield内容前言（一）成品率和成品率模型（二）制造环境－沾污控制（三）工艺优化和试验设计(DOE)（四）统计过程控制(SPC)（五）工艺设备状态的控制(Off-lineQC)（六）产品工艺的控制(On-lineQC)（七）PCM在质量控制中的作用（八）低合格率圆片原因分析前言－质量目标产品指标符合客户（设计）要求参数一致性和重复性好成品率高可靠性高前言－实现质量目标的措施质量保证体系（ISO9000，ISO16949）质量体系文件；人员培

2、训；产品设计和工艺开发的程序和评审；供应商评审和进料检验；仪器计量；不合格品控制；出厂检验；5S管理；内审制度制造过程的质量控制(QC)沾污控制；统计工具的应用；生产设备状态稳定；关键工艺参数的监控；PCM的监控作用（一）成品率和成品率模型成品率代工（Fundry）Y=Y1*Y2*Y3Y1(LineYield)PCMin／WaferstartY2(PCMYield)PCMout/PCMinY3(VisualYield)Stockin/PCMout成品率公司品牌产品Y=Y1*Y2*Y3Y1(LineYield)=出片数/投入片数Y2拣

3、选测试合格率(WaferSortYield)=合格芯片数/总芯片数Y3（封装合格率）=封装合格数/合格芯片数成品率趋势图（例）成品率趋势图（例）影响成品率的因素硅片直径芯片尺寸制造环境工艺复杂性（光刻版数，工艺步数）特征尺寸晶体缺陷工艺成熟性成品率模型－泊松模型Y=e-ADA芯片面积D缺陷密度假设整个硅片的缺陷密度是均匀的，且硅片之间完全相同广义的缺陷包括材料缺陷，掩模版缺陷，颗粒，各种沾污，工艺缺陷假设都是致命缺陷，考虑缺陷致命与非致命时，引入缺陷成为致命缺陷的概率Y=e-AD成品率模型－墨菲(Murphy)模型Y=[(1-e

4、-AD)/AD]2假设缺陷密度在硅片上和硅片间都不同．硅片中心缺陷密度低，边缘密度高．适于预测VLSI和ULSI成品率成品率模型－(Seed)模型Y=e-AD也假设缺陷密度在硅片上和硅片间有变化．适于预测VLSI和ULSI成品率Murphy/Seed组合模型Y=｛[(1-e-AD)/AD]2＋e-AD｝/2缺陷尺寸和致命性2umSiO2Subpoly500A100A0.2um0.3umMetal缺陷的尺寸分布和致命性Ｙ低　　　Ｙ高0.51.01.5缺陷大小(uA)1.00.80.60.4缺陷大小分布Dsize(x)失效概率积分核

5、K(x)致命缺陷概率=Dsize(x)K(x)dx0.2按层次细分的成品率模型有时成品率公式细分为单个工艺步骤成品率的乘积Y=Yi=e-ADii不同层次缺陷的致命程度不一样，例如CMOS工艺中，polygate,contact,metal尺寸接近光刻最小尺寸，小缺陷容易成为致命缺陷，这些工艺步骤的成品率起主要作用。这些称关键层。重点要控制关键层的缺陷设备决定缺陷数量和大小分布，工艺和设计决定缺陷的敏感度（积分核K）缺陷密度趋势图（例）成品率和芯片面积（例）（二）制造环境－沾污控制沾污的类型颗粒金属杂质有机物沾污自然氧化层

6、静电释放颗粒悬浮在空气中的颗粒和黏附在硅片上的颗粒颗粒能引起电路的开路和短路可以接受的颗粒尺寸是必须小于最小器件特征尺寸的一半每步工艺引入到硅片的超过一定尺寸的颗粒数(PWP)必须受控颗粒检测：激光扫描硅片，检测颗粒散射的光强及位置金属杂质重金属杂质Fe,Ni,Cu,Cr,Ti,W碱金属杂质Na,K重金属杂质沾污重金属杂质具有深能级，它形成复合中心．少数载流子寿命可反映沾污水平重金属杂质引起击穿降低，漏电增加重金属杂质来源硅片，石英管，管道系统，化学试剂，刻蚀溅射，硅片流转操作过程通过测少子寿命的方法（如光电导法）检测重金属沾污光电

7、导法测少子寿命11/etime清洗条件和寿命清洗方法DCELifetime(uS)SC1No273263233Yes231245258SC1+SC2No120612331148Yes179318851736spv碱金属杂质沾污形成氧化物中可动离子电荷，引起表面漏电，开启电压变化来源：石英器皿，人体，化学品，制造工序监控方法：CV+BT处理氧化层沾污（可动电荷）监控Na＋可动离子电荷＋＋＋＋xxxx＋＋＋－－－K+氧化层陷阱氧化层固定电荷界面陷阱电荷CV法测氧化层电荷V(v)C(pf)CoVFBVFBQSS=CoVFBQM=CoV

8、FBP-Si静电释放(ESD)静电荷丛一物体向另一物体未经控制地转移．电流泄放电压可以高达几万伏．几个纳秒内能产生超过1A峰值电流，可熔化和蒸发金属导体连线，击穿氧化层积累电荷的硅片能吸引带电颗粒和中性颗粒静电释放(ESD)的防止防静