第五章污染控制 51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。 52污染类型 微粒金属离子化学物质细菌 ·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
第五章 污染控制 5.1 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 微粒 金属离子 化学物质 细菌 • 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微米线宽大小的特征图形。)否则 会造成器件功能的致命伤害 ←金属线 人类毛发的直径 微粒 1微米 222层 Icm=10000微米
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
• 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。 10 10
·化学品器件生产过程中化学品的应用是不可避 免的,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 ·细菌主要来源于水中,是一种生成物。细菌 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 器件工艺的良品率器件性能器件的可靠性
• 化学品 器件生产过程中化学品的应用是不可避 免的，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 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 器件工艺的良品率 器件性能 器件的可靠性
5.3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: 空气厂房设备工作人员使用的水 化学溶剂化学气体静电
5.3 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 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 厂房设备 工作人员 使用的水 化学溶剂 化学气体 静电
5.3.2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 人类毛发 的直径
5.3.2 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 10 000 0.001 0.005 0.01 0.05 0.1 0.5 1 5 10 50 100 500 1000 5000
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 美国联邦标准209E规定空气质量由区域空气 级别数来决定的。标准按两种方法设定,一是颗 粒的大小,二是颗粒的密度。 而级别数是指在一立方英尺中含有直径为05 微米或更大的颗粒总数。 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56显示了标准209E规定的颗粒直径与颗粒 密度的关系
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。 美国联邦标准209E规定空气质量由区域空气 级别数来决定的。标准按两种方法设定，一是颗 粒的大小，二是颗粒的密度。 而级别数是指在一立方英尺中含有直径为0.5 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
美国)联邦标准209E 洁净室与洁净区的空气颗粒洁净等级 1000X00 10000 O00 颗粒尺寸(微米) 洁净等级是指一平方英尺中颗粒尺寸等于或大于图中所示颗粒尺寸 图中所示洁争等级所指颗粒含量只用于等级定义,并不代表任何特定环境下 的尺寸分布
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) 256MB内存加工车间 0.01 微环境 0.1 <0.1 超大规模集成电路加工车间 0.1 特大规模集成电路加工车间 10 0.3 空气层流立式 100 工作台装配区 100010000 0.5 库房 100000 室外 500000
• 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 0.01 0.1 1 10 100 1000~10 000 100 000 >500 000 <<0.1 <0.1 0.1 0.3 0.5 0.5
5.3.3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 隧道型设计 完全浩净室 ·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
5.3.3 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 • 隧道型设计 • 完全洁净室 • 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