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第五章 污染控制 概述 在这一章中， 我们将解释污染对器件工艺生产，器件性能和器件的可靠性的影响， 以及芯片生产区域存在的污染类型和主要的污染源。同时，也将对洁净室规划，主要的污染控制方法和晶片表面的清洗工艺进行讨论。 目的 完成本章后您将能够： 识别污染在半导体器件及其工艺生产中的三大主要影响。 列出芯片工艺生产中的主要污染源。 定义洁净室的洁净等级。 列举等级分别为100，10 和1的芯片生产区域的微尘密度。 描述正压环境，风淋室以及粘着地板垫（译者注：FAB入口处用以粘除脚底的灰尘）在保持环境洁净度中所起的作用。 列出至少三种在芯片厂中尽量减少人员污染的技术方法。 识别在通常所说的水中存在的三种污染物以及在半导体生产厂中对它们的控制。 描述通常所说的工业化学品和半导体级纯度的化学品之间的区别。 说出两个由高静电等级引起的问题以及两种控制静电的方法。 10. 描述典型的前线和后线的晶片清洗工艺。 11. 列举典型的晶片冲洗技术。 介绍 污染是可能将新兴的芯片生产工业扼杀于摇篮中的首要问题之一。半导体工业起步于由航空工业发展而来的洁净室技术。然而，事实证明，对于大规模集成电路的生产，这些技术水平是远远不够的。除此之外，能够提供洁净室专用化学品和材料的供应商以及具备建造洁净室知识的承包商更是无处可寻。在那些年里，该工业是以家庭型规模的方式发展的。 如今，大规模的复杂的洁净室辅助工业已经形成，洁净室技术也与芯片的设计及线宽技术同步发展。通过不断地解决在各个芯片技术时代所存在的污染问题，这一工业自身也得到了发展。以前的一些小问题，有可能成为当今芯片生产中足以致命的缺陷。 问题 半导体器件极易受到多种污染物的损害。这些污染物可归纳为以下四类。分别是： 微粒 金属离子 化学物质 细菌 微粒。半导体器件，尤其是高密度的集成电路，易受到各种污染的损害。器件对于污染的敏感度取决于较小的特征图形的尺寸和晶片表面沉积层的薄度。目前的量度尺寸已经降到亚微米级。一微米（μm）是非常小的。一厘米等于10，000微米。人的头发的直径为100微米（图5.1）。这种非常小的器件尺寸导致器件极易受到由人员，设备和工艺操作用使用的化学品所产生的存在于空气中的颗粒污染的损害。由于特征图形尺寸越来越小，膜层越来越薄，所允许存在的微粒尺寸也必须被控制在更小的尺度上。 图 5.1 一微米的相对大小 图 5.2 污染物的相对尺寸 图 5.3 空气中的微粒与晶片尺度的相对大小 由经验所得出的法则是微粒的大小要小于器件上最小的特征图形尺寸的1/10倍1。直径为0.03微米的微粒将会损害0.3微米线宽大小的特征图形。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它由于工艺过程引入带来的问题。在任何晶片上，都存在大量的微粒。有些属于致命性的，而其它一些位于器件不太敏感的区域则不会造成器件缺陷。1994年， SIA将0.18微米设计的光刻操作中的缺陷密度定为0.06微米135个，每平方厘米每层。 金属离子。在第二章中，介绍了半导体器件在整个晶片上N型和P型的掺杂区域以及在精确的N/P 相邻区域，都需要具有可控的电阻率。通过在晶体和晶片上有目的地掺杂特定的掺杂离子来实现对这三个性质的控制。非常少量的掺杂物即可实现我们希望的效果。但遗憾的是，在晶片中出现的极少量的具有电性的污染物也会改变器件的典型特征，改变它的工作表现和可靠性参数。 可以引起上述问题的污染物称为可移动离子污染物 （MICs）。它们是在材料中以离子形态存在的金属离子。而且，这些金属离子在半导体材料中具有很强的可移动性。也就是说，即便在器件通过了电性能测试并且运送出去，金属离子仍可在器件中移动从而造成器件失效。遗憾的是，能够在硅器件中引起这些问题的金属存在于绝大部分的化学物质中。所以，在晶片中，MIC污染物必须被控制在1010原子/cm2的范围内甚至更少。2 每10亿个单位中的金属含量 (ppb) 杂质 钠 50 钾 50 铁 50 铜 60 镍 60 铝 60 镁 60 铅 60 锌