第六章 硅片制造中的沾污控制.ppt(定稿版)

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1、SemiconductorSemiconductorManufacturingTechnologyManufacturingTechnologyMichaelQuirk&JulianSerdaMichaelQuirk&JulianSerda©©October2001byPrenticeHallOctober2001byPrenticeHallChapter6Chapter6ContaminationControlContaminationControlinWaferFabsinWaferFabs目标通过

2、本章的学习，你将能够：1.说明并描述5种不同类型的净化间沾污，并讨论与每种沾污相关的问题。2.列举净化间的7种沾污源，并描述每一种怎样影响硅片的洁净。3.解释并使用净化级别来表征净化间空气质量。4.说明并讨论员工按照合理规程进入净化间的7个正确步骤。5.描述净化间设备的各个方面，包括空气过滤、静电释放、超纯去离子水和工艺气体等。6.解释现代工业区设计和微环境怎样有助于沾污控制。7.说明两种湿法清洗的化学原理，解释每一种分别去除哪种沾污，并讨论湿法清洗的改进和选择余地。8.描述不同的湿法清洗设备，说明每种

3、清洗工艺怎样有助于硅片的洁净。一个硅片表面具有多个微芯片，每个芯片差不多有数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，控制表面沾污的需要变得越来越关键（见图6.1）。为实现沾污控制，所有的硅片制备都要在沾污严格控制的净化间内完成。Surfacecontaminant表面沾污Embeddedparticle嵌入的颗粒图6.1芯片表面沾污在近半个世纪前半导体制造刚开始的时候，控制沾污的需要很明显。早期净化间基于局部净化区域建成，包括操作员穿戴工作

4、服和手套并使用洁净的工作台。20世纪60年代高效颗粒空气过滤器（HEPA）的引入是向着硅片制造中大量减少颗粒迈出的第一步。HEPA过滤器向工作台输送洁净空气，有效去除了产品中的颗粒。现代半导体制造是在被成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，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。WaferFabCleanroom硅片制

5、造净化间6.2沾污的类型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。沾污经常导致有缺陷的芯片。致命的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（丢弃）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•有机沾污•自然氧化层•静电释放（ESD）6.2.1颗粒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（aerosol）。从鹅卵石到原子

6、的各种颗粒的相对尺寸分布如图6.2所示。颗粒带来的问题：对于半导体制造，我们的目标是控制并减少硅片与颗粒的接触。在硅片制造过程中，颗粒能引起电路开路或短路。它们能在相邻导体间引起短路。颗粒还可以是后续各节讨论的其他类型沾污的来源。烟云颗粒薄雾原子烟雾颗粒大气灰尘沙物质的单个分的尺寸稀薄烟雾灰尘小石子10-710-610-510-410-310-210-1110Millimeters图6.2RelativeSizeofParticles颗粒的相对尺寸DefectfromParticles颗粒引起的缺陷Mi

7、crographcourtesyofAMD,particleunderneathphotoresistpatternPhoto6.2光刻胶图形上的颗粒RelativeSizeofHumanHairto0.18µmFeatureSizeTherelativesizeofthehumanhairisapproximately500timesthesizeofthesmallestfeaturesizeonanintegratedcircuit.MinimumICfeaturesize=0.18µmLine~

8、90µmwidtSpaceContacthole90µmh=5000.18µmAsmallexampleofaCrosssectionofhumanhairsegmentfromalargerintegratedcircuit.半导体制造中，可以接受的颗粒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，0.18微米的特征尺寸不能接触0.09微米以上尺寸的颗粒。ParticlesPerWaferPe