半导体 | 污染控制

一、污染类型

微粒的大小必须是第一层金属半个节距的一半。半个节距是相邻金属条之间间距的一半。落于器件的关键部位并毁坏了器件功能的微粒被称为致命缺陷。致命缺陷还包括晶体缺陷和其他由工艺过程引入的问题。

2）金属离子

半导体器件在其晶圆上精心布局了N型和P型的掺杂区域，以及这些区域间精确的N/P相邻带。这些区域的电阻率必须得到精确控制，以确保器件的性能和可靠性。通过在硅晶体和晶圆中有意掺入特定的掺杂离子，我们能够精确调控这些关键特性。只需极微量的掺杂物质，就能达到预期效果。然而，即便是晶圆中微量的带电污染物，也可能显著改变器件的标准特性，影响其工作表现和可靠性。

这些污染物被称为可移动离子污染物，它们是存在于材料中的金属离子，以离子形态存在。这些金属离子在半导体材料中具有极高的迁移性。这意味着，即使器件在出厂前通过了所有电性能测试，金属离子仍可能在器件内部移动，最终导致器件失效。不幸的是，几乎所有的化学物质中都含有可能在硅器件中引发这些问题的金属元素。因此，为了确保器件的质量和性能，晶圆上的可移动污染物必须被严格控制在每平方厘米少于10¹⁰个原子的范围内。

比如：钠是未处理化学品中最常见的可移动离子污染物，并且在硅中具有极高的迁移能力。因此，对钠离子的严格控制成为了硅半导体工艺中的一个关键目标。在金属氧化物半导体（MOS）器件中，可移动离子污染物的问题尤为突出，这一现象促使许多化学品制造商开始研发专为MOS器件设计的低钠级化学品。此外，超纯水的生产也必须减少可移动离子污染物的含量，以满足半导体制造过程中对极高纯度水质的需求。

在半导体制造领域，除了微粒和金属离子之外，第三种主要污染物是不必要的化学物质。这些化学物质可能以微量形式存在于工艺中使用的化学品和水中，它们对芯片制造过程产生不利影响。这些痕量物质可能导致晶圆表面发生非预期的蚀刻，形成难以清除的化合物，或者导致工艺过程的不均匀性。氯就是这类污染物的一个例子，它在工艺中使用的化学品中的浓度受到严格的限制和管理。

细菌是第四大类的主要污染物。细菌是在水的系统中或不定期清洗的表面生成的有机物。细菌一旦在器件上形成，会成为颗粒污染物或给器件表面引入不希望见到的金属离子。

空气中分子污染（AMC）是难捕捉之物的分子，它们从工艺设备，或化学品传送系统，或由材料，或人带入生产区域。晶圆从一个工艺设备传送到另一个能将搭乘分子带入下一个设备。AMC包括在生产区域使用的全部气体、掺杂品、加工用化学品。这些可能是氯气、潮气、有机物、酸、碱及其他物质。

二、污染源

污染源是指任何影响产品生产或产品功能的一切事物。由于半导体固态器件的要求较高，所以就决定了晶圆的洁净度要求远远高于大多数其他工业的洁净程度。实际上晶圆生产期间任何与产品相接触的物质都是潜在的污染源。主要的污染源有：

• 空气
• 人员
• 工艺使用水
• 工艺化学气体、溶液
• 静电
• 工艺设备

每种污染源的产生类型和级别，都需要对其进行特殊控制以满足净化的要求。

因此，洁净室的设计就显得尤为重要。洁净室的目的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

• 隧道型设计

• 完全洁净室

• 微局部环境

因此，工作人员进入工作区域必须穿超净服，戴上帽子，穿上鞋套，以减少污染。

• 对身体产生的颗粒和浮质的总体抑制

• 超净服系统颗粒零释放

• 对ESD的零静电积累

• 无化学和生物残余物的释放

去离子水在25℃时的电阻是18000000Ω·cm，也就是一般称为18MΩ。下图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18MΩ，水中的细菌是通过紫外线去除。

除了许多湿(液体)化学品工艺制程，半导体晶圆还要使用许多气体来加工。这些气体有些是从空气中分离出来的，如氧气、氮气和氢气,还有些是特制的气体,如砷烷和四氯化碳。和化学品一样，气体也必须清洁地传输至工艺工作台与设备中。气体质量由以下4项指标来衡量:

• 纯度

• 水气含量

• 微粒

• 金属离子

所有工艺气体都要求极高的纯度，用于氧化、溅射、等离子刻蚀、化学气相沉积(CVD)反应离子刻蚀、离子注入和扩散等工艺的气体也有特殊要求。所有涉及化学反应的工艺都需要能量。如果工艺气体被其他气体污染，则预期的反应就会产生显著改变,或者在晶圆表面的反应结果也产生改变。

微粒产生率的降低要从设计方法与材料的选择入手。其他因素包括颗粒进入品圆与淀积反应的机械装置的传播方法，例如静电。大多数设备是在与客户的品圆制造厂相同洁净度的净化间制造的。一组不同的工艺设备共享同一个洁净局部装卸空间可以降低使用多个装卸站所产生的污染。有一种趋势是在工艺反应室配备现场(insitu)的微粒监视器。

参考文献：

(客服电话4001021226)

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