1、第五章第五章 污染控制污染控制5.1 概述概述 在这一章中，将解释污染对器件工艺、器件性能和器件可靠性的影响，以及芯片生产区域存在的污染类型和主要的污染源。同时也简要介绍洁净室规划、主要的污染控制方法和晶片表面的清洗工艺等。5.2 污染类型污染类型 微粒微粒 金属离子金属离子 化学物质化学物质 细菌细菌 微粒微粒 器件对污染物的敏感度取决于特征图形的尺寸和晶体表面沉积层的厚度。由于特征图形尺寸越来越小，膜层厚度越来越薄，所允许存在的微粒 尺寸也必须控制在更小的尺度上。 经验告诉我们，微粒的大小要小于器件上最小特征图形尺寸的1/10。（就是说直径为0.03微米的微粒将会损坏0.3微米线宽大小的特
2、征图形。）否则会造成器件功能的致命伤害。人类毛发的直径1米微1 cm = 10 000米微 金属离子金属离子 无论是单晶制造还是工艺过程中人为掺杂，在引入有用杂质的同时也不可避免地引入一些其他有害的杂质，特别是金属杂质。并且是以离子形式出现的而且是移动的。当这些移动的离子超过一定数量时，同样会引起器件的失效。因此，这些可移动的离子必须控制在一定范围内。 除此之外，钠也是最常见的可移动离子污染物，而且移动性最强，因此，对钠的控制也成为芯片生产的首要目标。 可移动污染物问题特别是对MOS器件影响更为明显，因为MOS器件是表面电荷控制器件。1010 化学品化学品 器件生产过程中化学品的应用是不可避免
3、的，有些化学品将导致晶片表面受到不必要的刻蚀，或者生成无法除去的化合物等，氯就是其中之一的污染物，所以，工艺过程中用到的化学品氯的含量必须受到严格控制。 细菌细菌 主要来源于水中，是一种生成物。细菌一旦形成，会成为颗粒状污染物或给器件表面引入不希望的金属离子。 污染的影响污染的影响 器件工艺的良品率器件工艺的良品率 器件性能器件性能 器件的可靠性器件的可靠性5.3 5.3 污染源污染源 下面将讨论对器件生产中产生影响的各类污染的来源、性质及其控制。从LSI出现以来，污染控制就突现出来它的重要性。如今污染控制本身已成为一门科学，是制造半导体器件必须掌握的关键技术之一。5.3.1 5.3.1 普通
4、污染源普通污染源 实际上芯片生产过程中任何与产品相接触的物质都是潜在的污染源。主要有： 空气空气 厂房设备厂房设备 工作人员工作人员 使用的水使用的水 化学溶剂化学溶剂 化学气体化学气体 静电静电5.3.2 5.3.2 空气空气 普通空气中含有许多污染物，主要是可在空气中传播的颗粒（一般是微粒或浮尘），颗粒的相对尺寸如下图所示（单位是：微米）。浮质金属尘埃水泥尘埃烟尘杀虫剂微粒人类毛发的直径10 000500010005001005010510.50.10.050.010.0050.001 这些微小颗粒的主要问题是在空气中长时间漂浮。而洁净工作室的洁净度就是由空气中的微粒大小和微粒含量决定的。
5、 美国联邦标准209E规定空气质量由区域空气级别数级别数来决定的。标准按两种方法设定，一是颗颗粒的大小粒的大小，二是颗粒的密度。颗粒的密度。 而级别数级别数是指在一立方英尺中含有直径为在一立方英尺中含有直径为0.5微米或更大的颗粒总数微米或更大的颗粒总数。 一般城市空气中通常包含烟、雾、气，每立方英尺多达500万个颗粒，所以是500万级。 图5.6显示了标准209E规定的颗粒直径与颗粒密度的关系。 不同环境下洁净级别数与对应的颗粒大小环境级别数最大颗粒尺寸限度（微米）256 MB存加工车间内 微环境 超大规模集成电路加工车间 特大规模集成电路加工车间 空气层流立式 工作台装配区 库房 室外 0
6、.01 0.1 1 10 100 100010 000 100 000 500 0000.1 0.1 0.1 0.3 0.5 0.55.3.3 5.3.3 净化空气的方法净化空气的方法 洁净室的设计是要使生产免污染芯片的能力更完整化。设计时的主要思路是保持加工车间中空气的洁净。另外提高生产自动化水平也是降低污染的一种有效方法。共有4种不同的洁净室设计方法： 洁净工作台洁净工作台 隧道型设计隧道型设计 完全洁净室完全洁净室 微局部环境微局部环境 具体就不作详细的介绍，下面通过几组图片的浏览使大家有个初步的印象。电离栅板空气流空气层流立式工作台接地腕带在线电离件接地站垫5.4.3 5.4.3 人员
7、产生的污染人员产生的污染 工作区人员也是最大的污染源之一。即使一个经过风淋的洁净室操作员，当他坐着时，每分钟也可释放10万到100万个颗粒，当人员移动时，这个数字还会大幅增加。这些颗粒都是来自脱落的头发和坏死的皮肤。其他的颗粒源还有象化妆品、染发剂和暴露的衣服等。图5.18列出了从不同操作人员的动 作中产生的污染物的 水平。正常呼吸无微粒吸烟后吸烟者的呼吸喷嚏安坐手摩擦脸步行用脚跺地板500%2000%20%200%200%5000%5.4.4 5.4.4 工艺用水工艺用水 在晶园生产的整个过程中，要经过多次的化学刻蚀与清洗，每步刻蚀与清洗后都要经过清水冲洗。由于半导体器件非常容易受到污染，所
8、以所有工艺用水必须经过处理，达到非常严格洁净度的要求。 普通城市用的水中包含大量洁净室不能接受的污染物，主要有： 溶解的矿物溶解的矿物 颗粒颗粒 菌菌 溶解氧溶解氧 二氧化碳二氧化碳 有机物有机物 普通水中的矿物来自盐分，盐分在水中分解为离子。例如食盐会分解为钠离子和氯离子。每个离子都是污染物。 通常采用反渗透反渗透和离子交换离子交换系统去除水中的离子。去除离子后的水通常称为去离子水。去离子水。去离子水在25时的电阻是18 000 000cm，也就是一般称为18M。图5.19显示了当水中含有大量不同的溶解物质时的电阻值。 在VLSI制造中， 工艺水的目标是 18M。 水中的细菌是通 过紫外线去除。电阻(Ohmscm溶解固体的容量ppm)(18 000 000 15 000 000 10 000 000 1 000 000 100 000 10 0000.0277 0.0333 0.0500 0.500 5.00 50.0025C)
