第十一章_硅片制造中沾污控制.pptVIP

污染控制 沾污的类型 颗粒 金属杂质 有机沾污 自然氧化层 静电释放 沾污的源与控制 空气 人 厂房 水 工艺用化学品 生产设备 工作台设计 工作台设计 工作台设计 工作台设计 工作台设计 膜过滤使用聚合物薄膜或者带有细小渗透孔的陶瓷作为过滤器媒质 （见图）。 深度型过滤器 膜过滤器 用来制造半导体硅片的生产设备是硅片厂中最大的颗粒来源。在硅片制造过程中，硅片从片架重复地转入设备中，经过多台装置的操作，卸下返回到片架中，又被送交下一工作台。为了制造一个硅片，这一序列反复重复达450次或更多的次数，把硅片曝露在不同设备的许多机械和化学加工过程中。 许多硅片制造过程发生在真空中，需要特殊的设计考虑以避免沾污。下面是工艺设备中各种颗粒沾污来源的一些例子。 剥落的副产物积累在腔壁上 自动化的硅片装卸和传送 机械操作，如旋转手柄和开光阀门 真空环境的抽取和排放 清洗和维护过程 制造过程中，挡硅片曝露于更多的设备操作时，硅片表面的颗粒数将增加（见图所示）。 在工艺设备中，采用适当的材料来设计工作台是获得超洁净的净化室所必需的。所有的材料都释放一些颗粒，目标是把释放降低在可以接受的水平上。光滑、高度抛光的表面是减少颗粒沾污最好的方法。不锈钢是广泛采用的工作台面和净化间的设备材料。经过适当加工，不锈钢具有相对较低的颗粒释放率。电解抛光是最后的关键步骤。 穿壁式装置 在这种处理中，设备的主要部分位于生产区后面的服务夹层中（见图）。只有用户界面操作平台和硅片架位于生产线内。这种配置隔离开了设备与夹层中的服务区，这是一种低级别沾污的典型。 控制 从半导体制造早期到20世纪70年代，硅片通过镊子或真空棒手工控制。随着器件尺寸缩小，手工控制引起颗粒沾污并产生致命缺陷。最终制造商使用片架在设备间传送硅片，用输送带系统和升降机来拾起并在设备间送入、送出硅片（见图）。片架被设计成产生颗粒最少、具有静电耗散性和最小的化学物释放。 现代半导体器件物理与工艺 桂林电子科技大学 硅片制造中的沾污控制 * 现代半导体器件物理与工艺 桂林电子科技大学 硅片制造中的沾污控制 * 硅片制造中的沾污控制 现代半导体器件物理与工艺 Physics and Technology of Modern Semiconductor Devices 2004,7,30 为使芯片上的器件功能正常，避免硅片制造中的沾污是绝对必要的。随着器件关键尺寸缩小，对沾污的控制要求变得越来越严格。将学习硅片制造中各种类型的重要沾污、它们的来源以及怎样有效控制沾污以制造包含最小沾污诱生缺陷的高性能集成电路。 一个硅片表面具有多个微芯片，每个芯片又差不多有数以百万计的器件和互连线路，它们对沾污都非常敏感。随着芯片的特征尺寸为适应更高性能和更高集成度的要求而缩小，控制表面沾污的需求变得越来越关键（见图）。为实现沾污控制，所有的硅片制备都要在沾污控制严格的净化间内完成。 现代半导体制造是在称为净化间的成熟设施中进行的。这种硅片制造设备与外部环境隔离，免受诸如颗粒、金属、有机分子和静电释放（ESD）的沾污。一般来讲，那意味着这些沾污在最先进测试仪器的检测水平范围内都检测不到。净化间还意味着遵循广泛的规程和实践，以确保用于半导体制造的硅片生产设施免受沾污。 沾污是指半导体制造过程中引入半导体硅片的任何危害微芯片成品率及电学性能的不希望有的物质。将主要集中于制造工序中引入的各种类型的表面沾污。 制造经常导致有缺陷的芯片。致命缺陷是导致硅片上的芯片无法通过电学测试的原因。据估计80％的芯片电学失效是由沾污带来的缺陷引起的。电学失效引起成品率损失，导致硅片上的管芯报废以及很高的芯片制造成本。 净化间沾污分为五类： 颗粒 金属杂质 有机物沾污 自然氧化层 静电释放（ESD） 颗粒是能粘附在硅片表面的小物体。悬浮在空气中传播的颗粒被称为浮质。从鹅卵石到原子的各种颗粒的相对尺寸分布如图所示。 颗粒带来的问题有引起电路开路或短路如图的短路。 半导体制造中，可以接受的颗粒尺寸的粗糙度尺寸的粗略法则是它必须小于最小器件特征尺寸的一半。大于这个尺寸的颗粒会引起致命的缺陷。例如，0.18um的特征尺寸不能接触0.09um以上尺寸的颗粒。如下图的人类头发对0.18um颗粒的相对尺寸。 硅片加工厂的沾污也可能来自金属化合物。危害半导体工艺的典型金属杂质是碱金属，它们在普通化学品和工艺都很常见。这些金属在所有用于硅片加工的材料中都要严格控制（见表）。碱金属来自周期表中的IA族，是极端活泼的元素，因为它们容易失去一个价电子成为阳离子，与非金属的阴离子反应形成离子化合物。 金属杂质导致了半导体杂质中器件成品率的减少，包括氧化物－多晶硅栅结构中的结构性缺陷。额外的问题包括