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`IP Bridge Exhibit 2016
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`TSMC v. IP Bridge
`IPR2016-01379
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`Page 0001
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`IP Bridge Exhibit 2016
`TSMC v. IP Bridge
`IPR2016-01379
`Page 0001
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`

`Silicon VLSI Technology
`
`Fundamentals, Practice and Modeling
`
`James D. Plummer
`
`Michael Deal
`
`Peter B. Griffin
`
`Department of Electrical Engineering
`
`Stanford University
`
`Prentice
`Hall
`
`Prentice Hall
`
`Upper Saddle River, NJ 07458
`
`IPR2016-01379 Page 0002
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`IPR2016-01379 Page 0002
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`Library of Congress Cataloging-in-Publication Data
`Silicon VLSI technology
`p.
`cm.
`ISBN 0—13—085037—3
`1. Integrated circuits—Very large scale integration—-Design and
`construction.
`2. Silicon.
`3. Silicon oxide films.
`4. Metal oxide
`semiconductors.
`5. Silicon technology.
`TK7874.75.SS4
`2000
`621.39'5—dc21
`
`99-42%45IP
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`Publisher: Tom Robbins
`Associate Editor: Alice Dworkin
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`Editorial/Production Supervision: Rose Kernan
`Vice President and Editorial Director; E CS: Marcia Horton
`Vice President of Production and Manufacturing: David W. Riccardi
`Executive Managing Editor: Vince O’Brien
`Marketing Manager: Danny Hoyt
`Managing Editor: David A. George
`Manufacturing Buyer: Pat Brown
`Manufacturing Manager: Trudy Pisciotti
`Art Director: Jayne Conte
`Cover Design: Bruce Kenselaar
`Editorial Assistant: Jesse Power
`
`Copy Editor: Martha Williams
`Composition: D&G Limited, LLC
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`Prentice
`
`Hall
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`©2000 by Prentice Hall, Inc.
`Upper Saddle River, New Jersey 07458
`
`All rights reserved. No part of this book may be
`reproduced, in any form or by any means,
`without permission in writing from the publisher.
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`The author and publisher of this book have used their best efforts in preparing this book.These efforts include the
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`publisher make no warranty of any kind, expressed or imptied, with regard to these programs or the documentation
`contained in this bookThe author and publisher shall not be liable in any event for incidental or consequential damages
`in connection with, or arising out of, the furnishing, performance, or use of these programs.
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`Printed in the United States of America
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`ISBN U-lB-UBSUE7-3
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`Prentice Hall International (UK) Limited, London
`Prentice Hall of Australia Pty. Limited, Sydney
`Prentice Hall Canada Inc., Toronto
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`Prentice Hall Hispanoamericana, S.A., Mexico
`Prentice Hall of India Private Limited, New Delhi
`Prentice Hall of Japan, Inc., Tokyo
`Pearson Education Pte., Ltd. , Singapore
`Editora Prentice“r Hall do Brasil, Ltda., Rio de Janeiro
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`IPR2016-01379 Page 0003
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`IPR2016-01379 Page 0003
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`Contents
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`P 5 8
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`ENGI
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`Chapter 1 I
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`Preface .
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`Introduction and Historical Perspective
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`1.3
`1.4
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`1.7
`1.8
`1.9
`1.10
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`1
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`. 1
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`. 7
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`13
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`33
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`Introduction .
`Integrated Circuits and the Planar Process—Key Inventions. That Made
`It All Possible .
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`Semiconductors .
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`Semiconductor Devices .
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`1.4.1
`PN Diodes .
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`1.4.2 MOS Transistors .
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`1.4.3
`Bipolar Junction Transistors .
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`Semiconductor Technology Families .
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`1.5
`1.6 Modern Scientific Discovery—Experiments, Theory, and
`Computer Simulation .
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`The Plan For This Book .
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`Summary of Key Ideas .
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`Problems .
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`Chapter
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`Modern CMOS Technology
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`2.1
`2.2
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`Introduction .
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`CMOS Process Flow .
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`2.2.1
`The Beginning—‘Choosing a Substrate .
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`2.2.2
`Active Region Formation .
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`2.2.3
`Process Option for Device Isolation—Shallow Trench Isolation .
`2.2.4
`N and P Well Formation .
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`Process Options for Active Region and Well Formation .
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`2.2.6
`Gate Formation .
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`2.2.7
`Tip or Extension (LDD) Formation .
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`2.2.8
`Source/Drain Formation .
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`2.2.9
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`Contact and Local Interconnect Formation .
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`2.2.10 Multilevel Metal Formation .
`Summary of Key Ideas .
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`IPR2016-01379 Page 0004
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`IPR2016-01379 Page 0004
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` Crystal Growth, Wafer Fabrication and Basic Properties
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`of Silicon Wafers
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`. 119i
`. 1211
`. 122;
`. 125‘;
`. 1281:
`. 131'
`. 138}
`. 142:
`. 143
`. 144
`. 146
`. 147
`. 148
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`3.1
`3.2
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`3.6
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`3.8
`3.9
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`3.4.2
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`Introduction .
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`Historical Development and Basic Concepts .
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`Crystal Structure .
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`3.2.2
`Defects in Crystals .
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`Raw Materials and Purification .
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`Czochralski and Float-Zone Crystal Growth Methods .
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`3.3 Manufacturing Methods and Equipment .
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`Physical Measurements .
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`, 3.4.2.2
`Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) .
`3.4.2.3
`Electron Microscopy .
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`3.5.1 Czochralski Crystal Growth .
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`3.5.2 Dopant Incorporation during CZ Crystal Growth .
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`3.5.3
`Zone Refining and F2 Growth .
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`3.5.4
`Point Defects .
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`3.5.5
`Oxygen in Silicon .
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`3.5.6
`Carbon in Silicon .
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`3.5.7
`Simulation .
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`Limits and Future Trends in Technologies and Models .
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`Summary of Key Ideas .
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`References .
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`Problems .
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`Chapter 4
`
`Semiconductor Manufacturing—Clean Rooms, Wafer Cleaning,
`and Gettering
`
`4.1
`4.2
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`Introduction .
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`Historical Development and Basic Concepts .
`4.2.1
`Level 1 Contamination Reduction: Clean Factories .
`4.2.2
`Level 2 Contamination Reduction:Wafer Cleaning .
`4.2.3
`Level 3 Contamination Reduction: Gettering .
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`.
`4.3 Manufacturing Methods and Equipment .
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`4.3.1
`Level 1 Contamination Reduction: Clean Factories .
`4.3.2
`Level 2 Contamination Reduction:Wafer Cleaning .
`4.3.3
`Level 3 Contamination Reduction: Gettering .
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`.
`4.4 Measurement Methods .
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`4.4.1
`Level 1 Contamination Reduction: Clean Factories .
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`

`

`Contents
`
`
`" -
`
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`
`.1:
`
`1
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`Level 2 Contamination Reduction: Wafer Cleaning .
`4.4.2
`Level 3 Contamination Reduction: Gettering .
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`4.4.3
`4.5 Models and Simulation .
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`4.5.1
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`Level 1 Contamination Reduction: Clean Factories .
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`4.5.2
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`Level 2 Contamination Reduction: Wafer Cleaning .
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`Level 3 Contamination Reduction: Gettering .
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`4.5.3.1
`Step 1: Making the Metal Atoms Mobile .
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`4.5.3.2
`Step 2: Metal Diffusion to the Gettering Site .
`4.5.3.3
`Step 3: Trapping the Metal Atoms at the Gettering Site .
`Limits and Future Trends in Technologies and Models .
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`Summary of Key Ideas .
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`References .
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`4.9
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`Problems .
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`
`Chapter 5
`
`Lithography
`
`201
`
`. 201
`
`Introduction .
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`5.2
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`Historical Development and Basic Concepts .
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`5.2.1
`Light Sources .
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`5.2.2 Wafer Exposure Systems .
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`5.2.2.1
`Optics Basics—Ray Tracing and Diffraction .
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`5.2.2.2
`Projection Systems (Fraunhofer Diffraction) .
`5.2.2.3
`Contact and Proximity Systems (Fresnel Diffraction) .
`Photoresists .
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`g—line and i-line Resists .
`5.2.3.1
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`5.2.3.2 Deep Ultraviolet (DUV) Resists .
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`1
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`5.2.3.3
`Basic Properties and Characterization of Resists .
`5.2.4 Mask Engineering—Optical Proximity Correction and Phase Shifting. .
`5.3 Manufacturing Methods and Equipment .
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`5.3.1 Wafer Exposure Systems .
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`5.3.2
`Photoresists .
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`. 225
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`5.4 Measurement Methods .
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`5.4.1 Measurement of Mask Features and Defects .
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`. 242
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`. 244
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`5.4.2 Measurement of Resist Patterns .
`
`5.4.3 Measurement of Etched Features .
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`5.5 Models and Simulation .
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`5.5.1 Wafer Exposure Systems .
`5.5.2
`Optical Intensity Pattern in the Photoresist .
`5.5.3
`Photoresist Exposure .
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`5.5.3.1
`g—line and i—line DNQ Resists .
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`5.5.3.2 DUV Resists .
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`Postexposure Bake (PEB) .
`5.5.4.1
`g—line and i-line DNQ Resists. .
`5.5.4.2 DUV Resists .
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`5.5.5
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`Photoresist Developing .
`Photoresist Postbake .
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`Contents
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`Advanced Mask Engineering .
`5.5.7
`Limits and Future Trends in Technologies and Models .
`5.6.1
`Electron Beam Lithography .
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`5.6.2
`X-ray Lithography .
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`5.6.3
`Advanced Mask Engineering .
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`5.6.4
`New Resists .
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`Summary of Key Ideas .
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`References .
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`Problems .
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`5.6
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`Chapter 6.
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`Thermal Oxidation and the SilSiOz Interface
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`Introduction .
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`Historical Development and Basic Concepts .
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`6.3 Manufacturing Methods and Equipment .
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`6.4 Measurement Methods .
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`6.4.1
`Physical Measurements .
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`6.4.2
`Optical Measurements .
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`6.4.3
`Electrical Measurements—The MOS Capacitor .
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`6.5 Models and Simulation .
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`6.5.1
`First-Order Planar Growth Kinetic —The Linear Parabolic Model .
`6.5.2
`Other Models for Planar Oxidation Kinetics .
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`6.5.3
`Thin Oxide Si02 Growth Kinetics .
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`6.5.4
`Dependence of Growth Kinetics on Pressure .
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`6.5.5
`Dependence of Growth Kinetics on Crystal Orientation .
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`6.5.6 Mixed Ambient Growth Kinetics .
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`6.5.7
`2D 5102 Growth Kinetics/f .
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`6.5.8
`Advanced Point Defect B'ased Models for Oxidation .
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`6.5.9
`Substrate Doping Effects .
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`6.5.10 Polysilicon Oxidation. .'.
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`6.5.11
`Si3N4 Growth and Oxidation Kinetics .
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`6.5.12
`Silicide Oxidation .
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`6.5.13
`Si/SiOz Interface Charges .
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`6.5.14 Complete Oxidation Module Simulation .
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`Limits and Future Trends in Technologies and Models .
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`Summary of Key Ideas .
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`References .
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`Problems .
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`Chapter 7
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`Dopant Diffusion
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`7.1
`7.2
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`Introduction .
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`Historical Development and Basic Concepts .
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`7.2.1
`Dopant Solid Solubility .
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`7.2.2
`Diffusion from a Macroscopic Viewpoint .
`7.2.3
`Analytic Solutions of the Diffusion Equation .
`7.2.4
`Gaussian Solution in an Infinite Medium .
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`

`
`
`Contents
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`7.2.5
`
`Gaussian Solution Near a Surface .
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`7.2.6
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`7.2.7
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`Error—Function Solution in an Infinite Medium .
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`Error—Function Solution Near a Surface .
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`Intrinsic Diffusion Coefficients of Dopants in Silicon .
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`Effect of Successive Diffusion Steps .
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`7.2.10 Design and Evaluation of Diffused Layers .
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`7.2.11
`Summary of Basic Diffusion Concepts .
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`7.3 Manufacturing Methods and Equipment .
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`7.4 Measurement Methods .
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`7.4.1
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`7.4.2
`7.4.3
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`SIMS .
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`Spreading Resistance .
`Sheet Resistance .
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`7.4.4
`7.4.5
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`7.4.6
`7.4.7
`
`Capacitance Voltage .
`TEM Cross Section.
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`2D Electrical Measurements Using Scanning Probe Microscopy .
`Inverse Electrical Measurements .
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`7.5 Models and Simulation .
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`Numerical Solutions of the Diffusion Equation .
`7.5.1
`7.5.2 Modifications to Fick’s Laws to Account for Electric Field Effects .
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`7.5.3 Modifications to Fick’s Laws to Account for
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`7.5.4
`7.5.5
`7.5.6
`7.5.7
`7.5.8
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`Concentration-Dependent Diffusion .
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`Segregation .
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`Interfacial Dopant Pileup .
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`Summary of the Macroscopic Diffusion Approach .
`The Physical Basis for Diffusion at an Atomic Scale .
`Oxidation-Enhanced or -Retarded Diffusion .
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`Dopant Diffusion Occurs by Both I and V .
`7.5.9
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`7.5.10 ActiVation Energy for Self-Diffusion and Dopant Diffusion .
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`7.5.11 Dopant-Defect Interactions .
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`7.5.12 Chemical Equilibrium Formulation for Dopant-Defect Interactions .
`7.5.13
`Simplified Expression for Modeling .
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`7.5.14 Charge State Effects .
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`Limits and Future Trends in Technologies and Models .
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`7.6.1
`Doping Methods .
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`7.6.2
`Advanced Dopant Profile Modeling—Fully Kinetic Description
`of Dopant-DefeCt Interactions .
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`Summary of Key Ideas .
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`References .
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`. 440
`. 442
`. 443
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`. 445
`
`7.6
`
`7.7
`7.8
`
`7.9
`
`Problems .
`
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`Chapter 8- "
`
`Ion Implantation
`
`451
`
`\
`
`8.1
`8.2
`
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`Introduction .
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`Historical Development and Basic Concepts .
`8.2.1
`Implants in Real Silicon—The Role of the Crystal Structure .
`8.3 Manufacturing Methods and Equipment .
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