微电子10-si片制造中的污染控制
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供给引入的颗粒。 3.持续监控净化间的颗粒，定期反馈信息和维
护清洁。
净化间布局 由早期的舞厅式布局到了现在的间格和夹 层布局。
早期净化间的舞厅式布局来自净化间间格和夹层的概念
气流原理 为了实现净化间的超净环境，气流种类是关键的。 层状气流意味着气流是平滑的，无湍流气流模式（见图）。
空气过滤 图是空气过滤系统的简化图。
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pn结上泄露电流的增加以及少数载 流子寿命的减少。 可动离子沾污（MIC）能迁移到栅结构的氧化硅界 面，改变开启晶体管所需的阈值电压（见图）。 由于它们的性质活泼，金属离子可以在电学测试和 运输很久以后沿着器件移动，引起器件在使用期间 失效。 半导体制造的一个主要目标是减少与金属杂质和 MIC的接触。
温度和湿度 对硅片加工设备温度和湿度的设定 有特别的规定。一个1级0.3um净化间温度控制 的例子是68％±0.5°F。相对湿度（RH）很重要， 因为它对侵蚀有贡献。典型的RH设定为40％ ±10％。
静电释放 多数静电释放（ESD）可以通过合理 运用设备和规程得到控制。主要的ESD控制方法 有：
•静电消耗性的净化间材料 •ESD接地 •空气电离
水
为了制造半导体，需要大量的高质量、超纯去离子（DI）水 （UPW）。据估计在1条现代的200nm工艺线中，制造每个 硅片的去离子水消耗量达到2000加仑。
超纯去离子水中不允许的沾污有： •溶解离子 •有机材料 •颗粒 •细菌 •硅土 •溶解氧
图展示了水中的各种颗粒及其尺寸
自然氧化层引起的另一个问题在于金属导体的接触区。接触 使得互连与半导体器件的源区及漏区保持电学连接。如果有 自然氧化层存在，将增加接触电阻，减少甚至可能阻止电流 流过（见图）。
静电释放
静电释放（ESD）也是一种形式的沾污，因为它 是静电荷从一个物体向另一个物体未经控制地转 移，可能损坏微芯片。ESD产生于两种不同静电 势的材料接触或摩擦。带过剩负电荷的原子被相 邻的带正电荷的原子吸引。这种吸引产生的电流 泄放电压可以高达几万伏。
沾污的源与控制
加工硅片的净化间必须严格控制沾污以减小危害微 芯片性能的致命缺陷。几乎每一接触硅片的物体都 是潜在的沾污来源。硅片生产厂房的7种沾污为：
•空气 •人 •厂房 •水 •工艺用化学品 •工艺气体 •生产设备
空气
净化级别标定了净化间的空气质量级别，它是由净化室空气 中的颗粒尺寸和密度表征的。这一数字描述了要怎样控制颗 粒以减少颗粒沾污。净化级别起源于美国联邦标准209。表 展示了不同净化间净化级别每立方英尺可以接受的颗粒数和 颗粒尺寸。
有机沾污
有机物沾污是指那些包含炭的物质，几乎总是同炭 自身及氢结合在一起，有时也和其他元素结合在一 起。有机物沾污的一些来源包括细菌、润滑剂、蒸 汽、清洁剂、溶剂和潮气等。 现在用于硅片加工的设备使用不需要润滑剂的组件 来设计，例如，无油润滑泵或轴承等。
在特定工艺条件下，微量有机物沾污能降低栅氧化 层材料的致密性。工艺过程中有机材料给半导体表 面带来的另一问题是表面的清洗不彻底，这种情况 使得诸如金属杂质之类的沾污在清洗之后仍完整保 留在硅片表面。
半导体制造中特别容易产生静电释放，因为硅片 加工保持在较低的湿度中，典型条件为40％±10 ％相对湿度（RH）。这种条件容易使较高级别的 静电荷生成。虽然增加相对湿度可以减少静电生 成，但是也会增加侵蚀带来的沾污，因而这种方 法并不实用。
尽管ESD发生时转移的静电总量通常很小（纳库仑级别）， 然而放电的能量积累在硅片上很小的一个区域内。发生在几 个纳秒的静电释放能产生超过1A的峰值电流，简直可以蒸 发金属导体连线和穿透氧化层。放电也可能成为栅氧化层击 穿的诱因。ESD带来的另一个重大问题在于，一旦硅片表面 有了电荷积累，它产生的电场就能吸引带电颗粒或极化并吸 引中性颗粒到硅片表面（见图所示）。电视屏幕能吸引灰尘 就是一个例子。此外，颗粒越小，静电对它的吸引作用就越 明显。随着器件关键尺寸的缩小，ESD对更小颗粒的吸引变 得重要起来，能产生致命缺陷。为减小颗粒沾污，硅片放电 必须得到控制。
自然氧化层
如果曝露与室温的空气或含溶解氧的去离子水中， 硅片的表面将被氧化。这一薄氧化层称为自然氧化 层。硅片上最初的自然氧化层生长始于潮湿。当硅 片表面曝露在空气中时，一秒钟内就有几十层水分 子吸附在硅片上并渗透到硅表面，这引起硅表面甚 至在室温下就发生氧化。 天然氧化层的厚度随曝露时间的增长而增加。 硅片表面无自然氧化层对半导体性能和可靠性是非 常重要的。 自然氧化层将妨碍其他工艺步骤，如硅片上单晶薄 膜的生长和超薄栅氧化层的生长。 自然氧化层也包含了某些金属杂质，它们可以向硅 中转移并形成电学缺陷。
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。
人
人是颗粒的产生者。人员持续不断地进入净化间，是净化间 沾污的最大来源。人类颗粒来源如表所示。
为了减少人类带来的沾污，使用了超净服，制定了净化间操 作规程。
厂房
为使半导体制造在一个超洁净的环境中进行， 有必要采用系统方法来控制净化间区域的输 入和输出。有三种基本的策略用于消除净化 间颗粒：
1.从未受颗粒沾污的净化间着手开始。 2.尽可能减少通过设备、器具、人员和净化间
金属杂质
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。
护清洁。
净化间布局 由早期的舞厅式布局到了现在的间格和夹 层布局。
早期净化间的舞厅式布局来自净化间间格和夹层的概念
气流原理 为了实现净化间的超净环境，气流种类是关键的。 层状气流意味着气流是平滑的，无湍流气流模式（见图）。
空气过滤 图是空气过滤系统的简化图。
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pn结上泄露电流的增加以及少数载 流子寿命的减少。 可动离子沾污（MIC）能迁移到栅结构的氧化硅界 面，改变开启晶体管所需的阈值电压（见图）。 由于它们的性质活泼，金属离子可以在电学测试和 运输很久以后沿着器件移动，引起器件在使用期间 失效。 半导体制造的一个主要目标是减少与金属杂质和 MIC的接触。
温度和湿度 对硅片加工设备温度和湿度的设定 有特别的规定。一个1级0.3um净化间温度控制 的例子是68％±0.5°F。相对湿度（RH）很重要， 因为它对侵蚀有贡献。典型的RH设定为40％ ±10％。
静电释放 多数静电释放（ESD）可以通过合理 运用设备和规程得到控制。主要的ESD控制方法 有：
•静电消耗性的净化间材料 •ESD接地 •空气电离
水
为了制造半导体，需要大量的高质量、超纯去离子（DI）水 （UPW）。据估计在1条现代的200nm工艺线中，制造每个 硅片的去离子水消耗量达到2000加仑。
超纯去离子水中不允许的沾污有： •溶解离子 •有机材料 •颗粒 •细菌 •硅土 •溶解氧
图展示了水中的各种颗粒及其尺寸
自然氧化层引起的另一个问题在于金属导体的接触区。接触 使得互连与半导体器件的源区及漏区保持电学连接。如果有 自然氧化层存在，将增加接触电阻，减少甚至可能阻止电流 流过（见图）。
静电释放
静电释放（ESD）也是一种形式的沾污，因为它 是静电荷从一个物体向另一个物体未经控制地转 移，可能损坏微芯片。ESD产生于两种不同静电 势的材料接触或摩擦。带过剩负电荷的原子被相 邻的带正电荷的原子吸引。这种吸引产生的电流 泄放电压可以高达几万伏。
沾污的源与控制
加工硅片的净化间必须严格控制沾污以减小危害微 芯片性能的致命缺陷。几乎每一接触硅片的物体都 是潜在的沾污来源。硅片生产厂房的7种沾污为：
•空气 •人 •厂房 •水 •工艺用化学品 •工艺气体 •生产设备
空气
净化级别标定了净化间的空气质量级别，它是由净化室空气 中的颗粒尺寸和密度表征的。这一数字描述了要怎样控制颗 粒以减少颗粒沾污。净化级别起源于美国联邦标准209。表 展示了不同净化间净化级别每立方英尺可以接受的颗粒数和 颗粒尺寸。
有机沾污
有机物沾污是指那些包含炭的物质，几乎总是同炭 自身及氢结合在一起，有时也和其他元素结合在一 起。有机物沾污的一些来源包括细菌、润滑剂、蒸 汽、清洁剂、溶剂和潮气等。 现在用于硅片加工的设备使用不需要润滑剂的组件 来设计，例如，无油润滑泵或轴承等。
在特定工艺条件下，微量有机物沾污能降低栅氧化 层材料的致密性。工艺过程中有机材料给半导体表 面带来的另一问题是表面的清洗不彻底，这种情况 使得诸如金属杂质之类的沾污在清洗之后仍完整保 留在硅片表面。
半导体制造中特别容易产生静电释放，因为硅片 加工保持在较低的湿度中，典型条件为40％±10 ％相对湿度（RH）。这种条件容易使较高级别的 静电荷生成。虽然增加相对湿度可以减少静电生 成，但是也会增加侵蚀带来的沾污，因而这种方 法并不实用。
尽管ESD发生时转移的静电总量通常很小（纳库仑级别）， 然而放电的能量积累在硅片上很小的一个区域内。发生在几 个纳秒的静电释放能产生超过1A的峰值电流，简直可以蒸 发金属导体连线和穿透氧化层。放电也可能成为栅氧化层击 穿的诱因。ESD带来的另一个重大问题在于，一旦硅片表面 有了电荷积累，它产生的电场就能吸引带电颗粒或极化并吸 引中性颗粒到硅片表面（见图所示）。电视屏幕能吸引灰尘 就是一个例子。此外，颗粒越小，静电对它的吸引作用就越 明显。随着器件关键尺寸的缩小，ESD对更小颗粒的吸引变 得重要起来，能产生致命缺陷。为减小颗粒沾污，硅片放电 必须得到控制。
自然氧化层
如果曝露与室温的空气或含溶解氧的去离子水中， 硅片的表面将被氧化。这一薄氧化层称为自然氧化 层。硅片上最初的自然氧化层生长始于潮湿。当硅 片表面曝露在空气中时，一秒钟内就有几十层水分 子吸附在硅片上并渗透到硅表面，这引起硅表面甚 至在室温下就发生氧化。 天然氧化层的厚度随曝露时间的增长而增加。 硅片表面无自然氧化层对半导体性能和可靠性是非 常重要的。 自然氧化层将妨碍其他工艺步骤，如硅片上单晶薄 膜的生长和超薄栅氧化层的生长。 自然氧化层也包含了某些金属杂质，它们可以向硅 中转移并形成电学缺陷。
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。
人
人是颗粒的产生者。人员持续不断地进入净化间，是净化间 沾污的最大来源。人类颗粒来源如表所示。
为了减少人类带来的沾污，使用了超净服，制定了净化间操 作规程。
厂房
为使半导体制造在一个超洁净的环境中进行， 有必要采用系统方法来控制净化间区域的输 入和输出。有三种基本的策略用于消除净化 间颗粒：
1.从未受颗粒沾污的净化间着手开始。 2.尽可能减少通过设备、器具、人员和净化间
金属杂质
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。