半導(dǎo)體行業(yè)污染控制典型辦法

第五章污染控制5.1概述在這一章中，將解釋污染對(duì)器件工藝、器件性能和器件可靠性的影響，以及芯片生產(chǎn)區(qū)域存在的污染類(lèi)型和主要的污染源。同時(shí)也簡(jiǎn)要介紹潔凈室規(guī)劃、主要的污染控制方法和晶片表面的清洗工藝等。5.2污染類(lèi)型微粒金屬離子化學(xué)物質(zhì)細(xì)菌微粒器件對(duì)污染物的敏感度取決于特征圖形的尺寸和晶體表面沉積層的厚度。由于特征圖形尺寸越來(lái)越小，膜層厚度越來(lái)越薄，所允許存在的微粒尺寸也必須控制在更小的尺度上。

經(jīng)驗(yàn)告訴我們，微粒的大小要小于器件上最小特征圖形尺寸的1/10。（就是說(shuō)直徑為0.03微米的微粒將會(huì)損壞0.3微米線寬大小的特征圖形。）否則會(huì)造成器件功能的致命傷害。金屬離子無(wú)論是單晶制造還是工藝過(guò)程中人為摻雜，在引入有用雜質(zhì)的同時(shí)也不可避免地引入一些其他有害的雜質(zhì)，特別是金屬雜質(zhì)。并且是以離子形式出現(xiàn)的而且是移動(dòng)的。當(dāng)這些移動(dòng)的離子超過(guò)一定數(shù)量時(shí)，同樣會(huì)引起器件的失效。因此，這些可移動(dòng)的離子必須控制在一定范圍內(nèi)。除此之外，鈉也是最常見(jiàn)的可移動(dòng)離子污染物，而且移動(dòng)性最強(qiáng)，因此，對(duì)鈉的控制也成為芯片生產(chǎn)的首要目標(biāo)。可移動(dòng)污染物問(wèn)題特別是對(duì)MOS器件影響更為明顯，因?yàn)镸OS器件是表面電荷控制器件?；瘜W(xué)品器件生產(chǎn)過(guò)程中化學(xué)品的應(yīng)用是不可避免的，有些化學(xué)品將導(dǎo)致晶片表面受到不必要的刻蝕，或者生成無(wú)法除去的化合物等，氯就是其中之一的污染物，所以，工藝過(guò)程中用到的化學(xué)品氯的含量必須受到嚴(yán)格控制。細(xì)菌主要來(lái)源于水中，是一種生成物。細(xì)菌一旦形成，會(huì)成為顆粒狀污染物或給器件表面引入不希望的金屬離子。污染的影響器件工藝的良品率器件性能器件的可靠性5.3污染源

下面將討論對(duì)器件生產(chǎn)中產(chǎn)生影響的各類(lèi)污染的來(lái)源、性質(zhì)及其控制。從LSI出現(xiàn)以來(lái)，污染控制就突現(xiàn)出來(lái)它的重要性。如今污染控制本身已成為一門(mén)科學(xué)，是制造半導(dǎo)體器件必須掌握的關(guān)鍵技術(shù)之一。5.3.1普通污染源

實(shí)際上芯片生產(chǎn)過(guò)程中任何與產(chǎn)品相接觸的物質(zhì)都是潛在的污染源。主要有：

空氣廠房設(shè)備工作人員使用的水化學(xué)溶劑化學(xué)氣體靜電5.3.2空氣普通空氣中含有許多污染物，主要是可在空氣中傳播的顆粒（一般是微?；蚋m），顆粒的相對(duì)尺寸如下圖所示（單位是：微米）。

這些微小顆粒的主要問(wèn)題是在空氣中長(zhǎng)時(shí)間漂浮。而潔凈工作室的潔凈度就是由空氣中的微粒大小和微粒含量決定的。美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209E規(guī)定空氣質(zhì)量由區(qū)域空氣級(jí)別數(shù)來(lái)決定的。標(biāo)準(zhǔn)按兩種方法設(shè)定，一是顆粒的大小，二是顆粒的密度。而級(jí)別數(shù)是指在一立方英尺中含有直徑為0.5微米或更大的顆?？倲?shù)。

一般城市空氣中通常包含煙、霧、氣，每立方英尺多達(dá)500萬(wàn)個(gè)顆粒，所以是500萬(wàn)級(jí)。圖5.6顯示了標(biāo)準(zhǔn)209E規(guī)定的顆粒直徑與顆粒密度的關(guān)系。5.3.3凈化空氣的方法

潔凈室的設(shè)計(jì)是要使生產(chǎn)免污染芯片的能力更完整化。設(shè)計(jì)時(shí)的主要思路是保持加工車(chē)間中空氣的潔凈。另外提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平也是降低污染的一種有效方法。共有4種不同的潔凈室設(shè)計(jì)方法：潔凈工作臺(tái)隧道型設(shè)計(jì)完全潔凈室微局部環(huán)境

具體就不作詳細(xì)的介紹，下面通過(guò)幾組圖片的瀏覽使大家有個(gè)初步的印象。5.4.3人員產(chǎn)生的污染

工作區(qū)人員也是最大的污染源之一。即使一個(gè)經(jīng)過(guò)風(fēng)淋的潔凈室操作員，當(dāng)他坐著時(shí)，每分鐘也可釋放10萬(wàn)到100萬(wàn)個(gè)顆粒，當(dāng)人員移動(dòng)時(shí)，這個(gè)數(shù)字還會(huì)大幅增加。這些顆粒都是來(lái)自脫落的頭發(fā)和壞死的皮膚。其他的顆粒源還有象化妝品、染發(fā)劑和暴露的衣服等。圖5.18列出了從不同操作人員的動(dòng)作中產(chǎn)生的污染物的水平。5.4.4工藝用水

在晶園生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)多次的化學(xué)刻蝕與清洗，每步刻蝕與清洗后都要經(jīng)過(guò)清水沖洗。由于半導(dǎo)體器件非常容易受到污染，所以所有工藝用水必須經(jīng)過(guò)處理，達(dá)到非常嚴(yán)格潔凈度的要求。普通城市用的水中包含大量潔凈室不能接受的污染物，主要有：

溶解的礦物顆粒菌溶解氧二氧化碳有機(jī)物普通水中的礦物來(lái)自鹽分，鹽分在水中分解為離子。例如食鹽會(huì)分解為鈉離子和氯離子。每個(gè)離子都是污染物。通常采用反滲透和離子交換系統(tǒng)去除水中的離子。去除離子后的水通常稱(chēng)為去離子水。去離子水在25℃時(shí)的電阻是18000000Ω·cm，也就是一般稱(chēng)為18MΩ。圖5.1