硅片沾污控制(谷风研究)

－ Piranha：H2SO4-H2O2 （7:3） － 臭氧注入纯水
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四. 自然氧化层
➢ 来源: 在空气、水中迅速生长 ➢ 导致的问题：
✓ 接触电阻增大 ✓ 难实现选择性的CVD或外延 ✓ 成为金属杂质源 ✓ 难以生长金属硅化物
➢ 清洗工艺：HF＋H2O（ca. 1: 50）
五. 静电释放
垂直层流对于外界气压具有轻微的正压，充当了屏 蔽，以减少设备或人到暴露着的产品的横向沾污。
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雷诺数
Re UL
其中，U是流体流速，ρ是流体密度，L是管道 尺寸，η是流体粘度。
Re>4000时流体为湍流(onflow)，Re<2300时为层流 (laminar flow)，Re介于2300和4000之间是过渡状态。
➢ 去除方法：使金属原子氧化变成可溶性离子
M 氧化 Mz+ + z e-
还原
➢ 去除溶液：SC-1, SC-2（H2O2：强氧化剂）
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金属离子在半导体材料中是高度活动性的，被称 为可动离子沾污（MIC）。当MIC引入到硅片中时， 在整个硅片中移动，严重损害器件电学性能和长期可 靠性。 对于MIC沾污,能迁移到栅结构中的氧化硅界面， 改变开启晶体管所需的阈值电压。
静电释放（ESD）也是一种污染形式，因为它是 静电，从一个物体向另一个物体，未经控制的转移， 可能会损坏芯片。
ESD产生于，两种不同静电势材料的接触或摩 擦。
半导体制造中，硅片加工保持在较低的湿度中， 典 型 条 件 为 40 ％ ±10 ％ 的 相 对 湿 度 （ RH ， Relative Humidity）。增加相对湿度可以减少带电体的电阻率， 有助于静电荷的释放，但同时也会，增加侵蚀带来的 沾污。
有必要采用系统方法来控制净化间区域的输入和输 出。在净化间布局、气流流动模式、空气过滤系统、 温度和湿度的设定、静电释放等方面都要进行完善 的设计，同时尽可能减少通过设备、生产器具、人 员、净化间供给，引入的颗粒和持续监控净化间的 颗粒，定期反馈信息及维护清洁。
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为实现净化间中的超净环境，气流种类是关键的。 对于100级或一下的净化间，气流是层流状态，没 有湍流气流模式。
后果：电路开路或短路，薄膜针眼或开裂，引起后续沾污。
颗粒来源：
✓空气 ✓人体 ✓设备 ✓化学品
超级净化空气
风淋吹扫、无尘服、面罩、 手套等
超纯化学品 ，去离子水
特殊设计及材料 定期清洗
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各种可能落在芯片表面的颗粒
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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。
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净化级别，标定了净化间的空气质量的级 别，它是由净化室空气中的颗粒尺寸和密度表 征的。
表6.2 美国联邦标准209E中各净化间级别对空气漂浮颗粒的限制
近些年来业内已经开始使用0.1级，这时颗粒尺寸缩小到0.02~0.03µm。
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二. 人
人员持续不断地进出净化间，是净化间沾污的 最大来源。
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空气进入到天花板内的特效颗粒过滤器，以层
流的模式流向地面，进入到空气再循环系统后与 补给的空气一道返回空气过滤系统。在现代工艺 线上，空气每6秒可以周转1次。
特效颗粒过滤器：
高效颗粒空气过滤器（HEPA）：用玻璃纤维制成， 产生层状气流。
超低渗透率空气过滤器（ULPA）：指那些具有 99.9995%或更高效率过滤直径超过0.12 μ m颗 粒的过滤器。
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沾污的类型 沾污的来源与控制 硅片的湿法清洗介绍 干法清洗方案介绍
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沾污（Contamination）是指半导体制造 过程中引入半导体硅片的，任何危害芯片成品 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，致命缺陷是导 致硅片上的芯片无法通过电学测试的原因。
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。
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三. 有机物的沾污
➢ 导致的问题: 栅氧化层密度降低;
清洁不彻底,容易引起后续沾污
➢ 来源：
• 环境中的有机蒸汽, 如清洁剂和溶剂
• 存储容器
• 光刻胶的残留物
➢ 去除方法：强氧化
－ 臭氧干法
来自百度文库
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三道防线:
1. 净化间（clean room） 2. 硅片清洗（wafer cleaning） 3. 吸杂（gettering）
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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）
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一.颗粒沾污
颗粒：所有可以落在硅片表面的都称作颗粒。
Fe, Cu, Ni, Cr, W, Ti… Na, K, Li…
➢ 影响： ✓在界面形成缺陷，影响器件性能，成品率下降 ✓增加p-n结的漏电流，减少少数载流子的寿命
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➢ 金属杂质沉淀到硅表面的机理
通过金属离子和硅表面终端的氢原子之间的电荷 交换，和硅结合。（难以去除）
氧化时发生：硅在氧化时，杂质会进入
一道工序，引入到硅片中，超过某一关键尺寸的颗 粒数，用术语表征为：每步每片上的颗粒数 （PWP）。
在当前生产中应用的颗粒检测装置能检测到的最小 颗粒直径约为0.1微米。
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二.金属沾污
➢ 来源：化学试剂，离子注入、反应离子刻蚀等工艺
化学品和传输管道及容器的反应。
❖量级：1010原子/cm2
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静电释放导致金属导线蒸发，氧化层击穿。（总电 量小，但是区域集中，放电时间短，导致高电流）
电荷积累吸引，带电颗粒或其他中性颗粒，会引起 后续沾污。
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半导体器件制造厂房存在7种沾污源：空气、 人、厂房、水、工艺用化学品、工艺气体和生产设 备。
一. 空气
净化间最基本的概念是：对硅片工厂空气中的 颗粒控制。我们通常所呼吸的空气是不能用于半导 体制造的，因为它包含了太多的漂浮沾污。
现代超净服是高技术，膜纺织品或密织的聚酯织物。 先进的材料对于 0.1微米及更大尺寸的颗粒具有 99.999%的效率级别。
超净服的系统目标：
1）对身体产生的，颗粒和浮质的总体抑制；
2）系统颗粒零释放； 3）对ESD静电释放的零静电积累； 4）无化学和生物残余物的释放。
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三．厂房
为使半导体制造在一个超洁净的环境中进行，