第3章 工藝中的氣體、化試、水、環(huán)境和硅片的清洗

1、微電子工藝微電子工藝第三章第三章 工藝中的氣體、化試、工藝中的氣體、化試、水、環(huán)境和硅片的清洗水、環(huán)境和硅片的清洗 第一章第一章 引言引言第二章第二章 晶體生長晶體生長第三章第三章 工藝中的氣體、化試、水、環(huán)境和硅片的清洗工藝中的氣體、化試、水、環(huán)境和硅片的清洗第四章第四章 硅的氧化硅的氧化第五章第五章 光刻光刻第六章第六章 刻蝕刻蝕第七章第七章 擴散擴散第八章第八章 離子注入離子注入第九章第九章 薄膜淀積薄膜淀積第十章第十章 工藝集成工藝集成 第十一章第十一章 集成電路制造集成電路制造目標(biāo)目標(biāo)通過學(xué)習(xí)本章的內(nèi)容，你將能夠：通過學(xué)習(xí)本章的內(nèi)容，你將能夠：1. 描述半導(dǎo)體制造有關(guān)的重要化學(xué)品性質(zhì)

2、。描述半導(dǎo)體制造有關(guān)的重要化學(xué)品性質(zhì)。2. 敘述在硅圓片廠不同的工藝化學(xué)品是怎樣分類和使用的。敘述在硅圓片廠不同的工藝化學(xué)品是怎樣分類和使用的。3. 解釋如何在芯片制造使用酸、堿和溶劑。解釋如何在芯片制造使用酸、堿和溶劑。4. 描述一種氣體是通用氣體還是特種氣體，并解釋每種氣體描述一種氣體是通用氣體還是特種氣體，并解釋每種氣體 在硅圓片制造中是怎樣運送和使用的。在硅圓片制造中是怎樣運送和使用的。5. 5. 說明并描述說明并描述5 5種不同類型的凈化間沾污種不同類型的凈化間沾污, ,并討論與每種沾污并討論與每種沾污 相關(guān)的問題。相關(guān)的問題。6. 6. 列舉凈化間的列舉凈化間的7 7種沾污源種沾污

3、源, , 描述每一種怎樣影響硅片的潔凈。描述每一種怎樣影響硅片的潔凈。7.7.解釋并使用凈化級別來表征凈化間空氣質(zhì)量。解釋并使用凈化級別來表征凈化間空氣質(zhì)量。8.8.討論員工按照合理的規(guī)則進入凈化間的討論員工按照合理的規(guī)則進入凈化間的7 7個正確步驟。個正確步驟。9.9.描述凈化間設(shè)備的各個方面描述凈化間設(shè)備的各個方面, ,包括空氣的過濾包括空氣的過濾, ,靜電釋放靜電釋放, ,超超純?nèi)ルx子水和工藝氣體等。純?nèi)ルx子水和工藝氣體等。10. 10. 解釋現(xiàn)代工作區(qū)設(shè)計和微環(huán)境怎樣有助于沾污控制。解釋現(xiàn)代工作區(qū)設(shè)計和微環(huán)境怎樣有助于沾污控制。11. 11. 說明兩種濕法清洗的化學(xué)原理說明兩種濕法清洗

4、的化學(xué)原理, ,解釋每一種分別去除哪種沾解釋每一種分別去除哪種沾污污, ,并討論濕法清除的改進和選擇余地。并討論濕法清除的改進和選擇余地。12. 12. 描述不同的濕法清洗設(shè)備描述不同的濕法清洗設(shè)備, ,說明每種清洗工藝怎樣有助于硅說明每種清洗工藝怎樣有助于硅片的清潔。片的清潔。 工藝氣體工藝氣體氣體氣體 通用氣體通用氣體 特種氣體特種氣體- 氣體沖洗系統(tǒng)氣體沖洗系統(tǒng)- 氣體輸送管道氣體輸送管道- 氣體管道的連接氣體管道的連接- 鋼瓶的換氣鋼瓶的換氣 常用的特種氣體常用的特種氣體 通用氣體通用氣體通用氣體配送系統(tǒng)通用氣體配送系統(tǒng)典型的特種氣體配送系統(tǒng)設(shè)計典型的特種氣體配送系統(tǒng)設(shè)計LPI低壓隔離

5、閥低壓隔離閥LPV 低壓排氣閥低壓排氣閥PGI壓縮氣體入口壓縮氣體入口PS壓力開關(guān)壓力開關(guān)REG壓力表壓力表VP文氏真空泵文氏真空泵氣體沖洗面板氣體沖洗面板CVVPCVCVPG1PSHPVFEFSESOHPIREGLPIPSPSLPVCVVSVEFV鋼瓶鋼瓶文氏管入文氏管入口口至設(shè)備氣體控制至設(shè)備氣體控制面板面板至尾氣至尾氣沖洗沖洗氣體氣體入口入口引出端引出端CV檢查閥檢查閥EFS過流開關(guān)過流開關(guān)EFV過流閥過流閥ESO緊急關(guān)閉閥緊急關(guān)閉閥F過濾器過濾器HPI高壓隔離閥高壓隔離閥HPV高壓放氣閥高壓放氣閥氣體沖洗系統(tǒng)：氣體沖洗系統(tǒng)：用來排除工藝腔和輸送系統(tǒng)中的殘余氣體、空氣和水蒸用來排除工藝腔

6、和輸送系統(tǒng)中的殘余氣體、空氣和水蒸氣。通過通入惰性氣體將殘余氣體排出，或者通過真空氣。通過通入惰性氣體將殘余氣體排出，或者通過真空系統(tǒng)將殘氣吸出。系統(tǒng)將殘氣吸出。氣體輸送管道：氣體輸送管道：用用316L（不銹鋼的一種）電解拋光的不銹鋼管道來輸送（不銹鋼的一種）電解拋光的不銹鋼管道來輸送氣體。除了氣體過濾器的隔膜之外，在氣體輸送管道系氣體。除了氣體過濾器的隔膜之外，在氣體輸送管道系統(tǒng)中沒有塑料部件。對于一些危險氣體經(jīng)常用雙層管子。統(tǒng)中沒有塑料部件。對于一些危險氣體經(jīng)常用雙層管子。雙層管子內(nèi)層管壁經(jīng)過電鍍拋光來減小沾污。電解拋光雙層管子內(nèi)層管壁經(jīng)過電鍍拋光來減小沾污。電解拋光是一項化學(xué)工藝，用以去

7、除內(nèi)壁大約是一項化學(xué)工藝，用以去除內(nèi)壁大約30um厚度。電解厚度。電解拋光的不銹鋼內(nèi)壁帶有一層很薄的鉻，因為鉻很不活潑拋光的不銹鋼內(nèi)壁帶有一層很薄的鉻，因為鉻很不活潑,擴散出的顆粒很少。擴散出的顆粒很少。工藝氣體工藝氣體真空真空雙層管雙層管CGA 氣體管道連接器氣體管道連接器氣體管道的連接：氣體管道的連接：出于安全方面的考慮，氣體管道將會有出于安全方面的考慮，氣體管道將會有360度的轉(zhuǎn)彎，使得度的轉(zhuǎn)彎，使得管道更加靈活。氣體管道用連接器接到氣體鋼瓶的閥門。管道更加靈活。氣體管道用連接器接到氣體鋼瓶的閥門。氣體管道要保證氣體連續(xù)不斷的通過管道系統(tǒng)，不能有地氣體管道要保證氣體連續(xù)不斷的通過管道系統(tǒng)

8、，不能有地方滯留氣體，導(dǎo)致化學(xué)品不必要的損失。方滯留氣體，導(dǎo)致化學(xué)品不必要的損失。特種氣體鋼瓶特種氣體鋼瓶鋼瓶換氣：鋼瓶換氣：當(dāng)鋼瓶空了的時候，需當(dāng)鋼瓶空了的時候，需要技術(shù)人員進行更換。要技術(shù)人員進行更換。更換鋼瓶時應(yīng)該注意：更換鋼瓶時應(yīng)該注意：一、不正確的清洗氣體一、不正確的清洗氣體管道導(dǎo)致殘余氣體泄露管道導(dǎo)致殘余氣體泄露產(chǎn)生霧氣和火焰；產(chǎn)生霧氣和火焰；二、要考慮不恰當(dāng)?shù)闹Ф?、要考慮不恰當(dāng)?shù)闹武撈浚蛊漕嵉箤?dǎo)致?lián)武撈?，使其顛倒?dǎo)致氣體泄漏。氣體泄漏。半導(dǎo)體制造業(yè)中常用的特種氣體半導(dǎo)體制造業(yè)中常用的特種氣體工藝中的化學(xué)品工藝中的化學(xué)品液體液體 酸酸 堿堿 pH值值 溶劑溶劑 化學(xué)品的輸送化學(xué)

9、品的輸送 半導(dǎo)體制造過程中常用的酸半導(dǎo)體制造過程中常用的酸半導(dǎo)體中常用的堿半導(dǎo)體中常用的堿不同化學(xué)物質(zhì)的不同化學(xué)物質(zhì)的 pH值值腐蝕性腐蝕性 腐蝕性腐蝕性 半導(dǎo)體制造過程中常用的溶劑半導(dǎo)體制造過程中常用的溶劑批量化學(xué)品配送批量化學(xué)品配送設(shè)備維護區(qū)設(shè)備維護區(qū)生產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)區(qū)化學(xué)品供應(yīng)間化學(xué)品供應(yīng)間化學(xué)品配送中心化學(xué)品配送中心墊起和帶墊起和帶孔地板孔地板化學(xué)品圓化學(xué)品圓桶桶工藝設(shè)備工藝設(shè)備控制單元控制單元泵泵過濾過濾器器墊起和帶孔的地板墊起和帶孔的地板控制電纜控制電纜供空氣供空氣管管防泄漏雙層套管防泄漏雙層套管泵泵過濾過濾器器化學(xué)品控制和泄露化學(xué)品控制和泄露探測器探測器防泄漏閥門箱防泄漏閥門箱尾氣管尾

10、氣管批量化學(xué)品配送批量化學(xué)品配送 為了使芯片上的器件功能正常，避免硅片制為了使芯片上的器件功能正常，避免硅片制造中的沾污是絕對必要的。我們將學(xué)習(xí)硅片制造造中的沾污是絕對必要的。我們將學(xué)習(xí)硅片制造中的各類沾污，它們的來源以及如何有效的控制中的各類沾污，它們的來源以及如何有效的控制沾污。沾污。 半導(dǎo)體的制造環(huán)境，我們叫做半導(dǎo)體的制造環(huán)境，我們叫做“凈化間凈化間”。凈化間把沾污環(huán)境與制造芯片的環(huán)境隔離開來。凈化間把沾污環(huán)境與制造芯片的環(huán)境隔離開來。成功的凈化間除了先進的硬件設(shè)備，另一個重要成功的凈化間除了先進的硬件設(shè)備，另一個重要因素是員工的紀(jì)律。因素是員工的紀(jì)律。硅片沾污硅片沾污嵌入的顆粒嵌入的顆

11、粒表面沾污表面沾污硅片制造凈化間硅片制造凈化間沾污的類型沾污的類型 顆粒顆粒 金屬雜質(zhì)金屬雜質(zhì) 有機物沾污有機物沾污 自然氧化物自然氧化物 靜電釋放靜電釋放 顆粒相對的尺寸顆粒相對的尺寸毫米毫米110-110-210-310-4 10-610-710-510原子原子物質(zhì)的單個分物質(zhì)的單個分子的尺寸子的尺寸薄霧薄霧稀薄煙霧稀薄煙霧煙云顆粒煙云顆粒大氣灰塵大氣灰塵煙霧顆粒煙霧顆粒沙沙灰塵灰塵小石子小石子顆粒引起的缺陷顆粒引起的缺陷人類頭發(fā)相對于人類頭發(fā)相對于0.18微米顆粒的尺寸微米顆粒的尺寸接觸孔接觸孔線寬線寬間距間距90 m mm集成電路最小特征尺寸集成電路最小特征尺寸 = 0.18 m mm

12、90 m mm0.18 m mm= 500人體毛發(fā)的相對尺寸大約是集人體毛發(fā)的相對尺寸大約是集成電路上最小特征尺寸的成電路上最小特征尺寸的500倍倍較大集成電路的一小較大集成電路的一小部分部分人體毛發(fā)的剖面人體毛發(fā)的剖面每硅片每通道顆粒數(shù)每硅片每通道顆粒數(shù)工藝設(shè)備工藝設(shè)備硅片放入工藝設(shè)備前硅片放入工藝設(shè)備前，初始顆粒數(shù)，初始顆粒數(shù)硅片通過工藝設(shè)備后的硅片通過工藝設(shè)備后的初始顆粒數(shù)初始顆粒數(shù)由工藝設(shè)備加在硅片上由工藝設(shè)備加在硅片上的顆粒的顆粒典型金屬雜質(zhì)元素典型金屬雜質(zhì)元素 金屬雜質(zhì)金屬雜質(zhì)金屬可能來自于化學(xué)試劑，還可能來自于制造中的各個工序。金屬可能來自于化學(xué)試劑，還可能來自于制造中的各個工序

13、。1. 離子注入工藝表現(xiàn)出最高的金屬沾污，離子注入工藝表現(xiàn)出最高的金屬沾污，10121013/cm3。2. 化學(xué)品與傳輸管道和容器的反應(yīng)。化學(xué)品與傳輸管道和容器的反應(yīng)。 例如：例如： CO與不銹鋼中的鎳、墊圈發(fā)生反應(yīng)，生成鎳的化合物分布與不銹鋼中的鎳、墊圈發(fā)生反應(yīng)，生成鎳的化合物分布在硅片表面。在硅片表面。金屬可以通過兩種途徑沉積在硅片表面金屬可以通過兩種途徑沉積在硅片表面：1.通過金屬離子與位于硅片表面的氫原子的電荷交換而被通過金屬離子與位于硅片表面的氫原子的電荷交換而被束縛在硅片表面。這種類型的金屬雜質(zhì)很難消除。束縛在硅片表面。這種類型的金屬雜質(zhì)很難消除。2.當(dāng)表面氧化時金屬雜質(zhì)分布于氧化

14、層內(nèi)。只有通過去除當(dāng)表面氧化時金屬雜質(zhì)分布于氧化層內(nèi)。只有通過去除表面氧化層來去除。表面氧化層來去除?？蓜与x子沾污改變閾值電壓可動離子沾污改變閾值電壓+ + + + + + + + + + + + + + + +源源漏漏P- 硅襯底硅襯底柵柵 N+N+-Vs+Vd+Vg 離子沾污改變晶體管的電學(xué)特性離子沾污改變晶體管的電學(xué)特性Conduction of electrons+Gate oxidePolysilicon + + + + + + + + + + + + +自然氧化層自然氧化層接觸孔底部的自然氧化層在鎢和摻雜硅區(qū)域引起差的電接觸接觸孔底部的自然氧化層在鎢和摻雜硅區(qū)域引起差的電接觸在鎢淀

15、積前，自然氧化層在鎢淀積前，自然氧化層生長在接觸孔生長在接觸孔鎢塞鎢塞硅上有源區(qū)硅上有源區(qū)層間介層間介質(zhì)質(zhì)層間介層間介質(zhì)質(zhì)氧化層隔離接氧化層隔離接觸觸 硅片暴露在空氣中，一秒鐘內(nèi)就有幾十層水分子吸附在硅片暴露在空氣中，一秒鐘內(nèi)就有幾十層水分子吸附在硅片上并滲透到硅片表面，在室溫下，引起硅片表面氧化。硅片上并滲透到硅片表面，在室溫下，引起硅片表面氧化。自然氧化層如何去除？自然氧化層如何去除？靜電釋放靜電釋放靜電也是一種沾污形式。靜電也是一種沾污形式。 為了避免侵蝕和粘附性問題，半導(dǎo)體制造在一種相對低為了避免侵蝕和粘附性問題，半導(dǎo)體制造在一種相對低濕度的環(huán)境中進行，這容易引起靜電。濕度的環(huán)境中進行

16、，這容易引起靜電。靜電可能引起的問題：靜電可能引起的問題：擊穿和吸引小顆粒擊穿和吸引小顆粒- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -沾污的源與控制沾污的源與控制硅片生產(chǎn)廠房的硅片生產(chǎn)廠房的7種沾污源為種沾污源為: 空氣空氣 人人 廠房廠房 水水 工藝用化學(xué)品工藝用化學(xué)品 工藝氣體工藝氣體 生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)設(shè)備美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209E中中各凈化間級別對空氣漂浮顆粒的限制各凈化間級別對空氣

17、漂浮顆粒的限制 顆粒顆粒/立方英尺立方英尺 級別級別 0.1 m mm 0.2 m mm 0.3 m mm 0.5 m mm 5 m mm 1 3.50 x 10 7.70 3.00 1.00 10 3.50 x 102 7.50 x 10 3.00 x 10 1.00 x 101 100 7.50 x 102 3.00 x 102 1.00 x 102 1,000 1.00 x 103 7.00 10,000 1.00 x 104 7.00 x 10 100,000 1.00 x 105 7.00 x 102 超細(xì)顆粒：超細(xì)顆粒：近來已經(jīng)開始使用近來已經(jīng)開始使用0.1級，這時顆粒尺寸縮小到級

18、，這時顆粒尺寸縮小到0.020.03um。直徑小于。直徑小于0.1um直到顆粒計數(shù)器能檢測到的直到顆粒計數(shù)器能檢測到的最小顆粒，規(guī)定為超細(xì)顆粒。最小顆粒，規(guī)定為超細(xì)顆粒。人類活動釋放的顆粒人類活動釋放的顆粒人是凈化間最大的污染來源。人是凈化間最大的污染來源。頭發(fā)、頭屑、衣服纖維屑。頭發(fā)、頭屑、衣服纖維屑。人一天釋放人一天釋放28.35克的顆粒。克的顆粒。穿超凈服的技術(shù)員穿超凈服的技術(shù)員 超凈服系統(tǒng)的目標(biāo)是滿足以下超凈服系統(tǒng)的目標(biāo)是滿足以下職能標(biāo)準(zhǔn)職能標(biāo)準(zhǔn): 超凈服系統(tǒng)顆粒零釋放。超凈服系統(tǒng)顆粒零釋放。 無化學(xué)和生物殘余物的釋放。無化學(xué)和生物殘余物的釋放。 對身體產(chǎn)生的顆粒和浮質(zhì)的總體對身體產(chǎn)生

19、的顆粒和浮質(zhì)的總體抑制。（抑制。（0.1um，99.999，淋浴，淋浴風(fēng)淋聚酯內(nèi)衣）。風(fēng)淋聚酯內(nèi)衣）。 對對 ESD的零靜電積累。的零靜電積累。合理的凈化間操作規(guī)程合理的凈化間操作規(guī)程廠房廠房 凈化間布局凈化間布局 氣流原理氣流原理 空氣過濾空氣過濾 溫度和濕度溫度和濕度 靜電釋放靜電釋放 早期凈化間的舞廳式布局早期凈化間的舞廳式布局主制造通道主制造通道Class 10,000服務(wù)通道服務(wù)通道Class 10,000服務(wù)通道服務(wù)通道Class 10,000生產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)區(qū)Class 10,000生產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)區(qū)Class 10,000Main manufacturing access corridor

20、Class 1Service access corridorClass 10,000服務(wù)通道Class 10,000服務(wù)夾層Class 1,000生產(chǎn)區(qū)Class 1生產(chǎn)區(qū)Class 1服務(wù)夾層Class 1,000服務(wù)夾層Class 1,000服務(wù)夾層Class 1,000生產(chǎn)區(qū)Class 1服務(wù)夾層Class 1,000生產(chǎn)區(qū)Class 1生產(chǎn)區(qū)Class 1服務(wù)夾層Class 1,000服務(wù)夾層Class 1,000服務(wù)夾層Class 1,000生產(chǎn)區(qū)Class 1凈化間間格和夾層的概念硅片工藝線的空氣處理系統(tǒng)硅片工藝線的空氣處理系統(tǒng)生產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)區(qū)Class 1服務(wù)夾層服務(wù)夾層Class

21、1,000服務(wù)夾層服務(wù)夾層Class 1,000服務(wù)夾層服務(wù)夾層Class 1,000生產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)區(qū)Class 1供應(yīng)空氣供應(yīng)空氣返回的空氣返回的空氣亞工廠區(qū)亞工廠區(qū)設(shè)施和遙控設(shè)施和遙控設(shè)備設(shè)備Fan補償空氣補償空氣HEPA 過濾器過濾器由玻璃纖維制成，產(chǎn)生層狀氣流。由玻璃纖維制成，產(chǎn)生層狀氣流。層狀氣流層狀氣流SMT高效顆粒高效顆?？諝膺^濾器空氣過濾器空氣紊亂空氣紊亂物體干擾正常的空氣物體干擾正常的空氣層流，并產(chǎn)生空氣紊層流，并產(chǎn)生空氣紊亂。這能驅(qū)逐并帶走亂。這能驅(qū)逐并帶走小的顆粒小的顆粒.空氣層流穿過帶空氣層流穿過帶孔的地板孔的地板溫度和濕度溫度和濕度1級凈化間：級凈化間：溫度：溫度：680

22、.5F。相對濕度：相對濕度：4010靜電釋放（靜電釋放（ESD）主要靜電防護的方法：主要靜電防護的方法： ESD接地接地 防靜電的凈化間材料防靜電的凈化間材料 空氣電離空氣電離 位于凈化間天花板內(nèi)專用的離子發(fā)射器產(chǎn)生高電場使位于凈化間天花板內(nèi)專用的離子發(fā)射器產(chǎn)生高電場使空氣電離。當(dāng)導(dǎo)電性空氣接觸產(chǎn)品表面，表面的電荷會被空氣電離。當(dāng)導(dǎo)電性空氣接觸產(chǎn)品表面，表面的電荷會被空氣中的異性電荷中和掉。空氣中的異性電荷中和掉。通過空氣電離來中和表面的靜電荷通過空氣電離來中和表面的靜電荷+帶電硅片帶電硅片高壓產(chǎn)生離化高壓產(chǎn)生離化電暈放電電暈放電天花板過濾器天花板過濾器軟軟X射線輻射射線輻射 空氣電離是有限的

23、，因為多數(shù)離子在到達(dá)硅片表面空氣電離是有限的，因為多數(shù)離子在到達(dá)硅片表面之前已經(jīng)復(fù)合而消失了，新開發(fā)的一種空氣中和法是軟之前已經(jīng)復(fù)合而消失了，新開發(fā)的一種空氣中和法是軟X射線輻射。射線輻射。 軟軟X射線輻射能產(chǎn)生大量的離子對，將帶電的硅片暴射線輻射能產(chǎn)生大量的離子對，將帶電的硅片暴露于軟露于軟X射線所能輻射的范圍，兩秒鐘后，硅片表面的電射線所能輻射的范圍，兩秒鐘后，硅片表面的電荷將被中和到荷將被中和到“0”。半導(dǎo)體制造中的水半導(dǎo)體制造中的水 去離子水是半導(dǎo)體制造中用得最多的化學(xué)品，估去離子水是半導(dǎo)體制造中用得最多的化學(xué)品，估計在計在200mm生成線上，每個硅片的去離子水的消耗量生成線上，每個硅

24、片的去離子水的消耗量達(dá)到達(dá)到2000加侖。加侖。 英制一加侖等于英制一加侖等于4.546升升,美制一加侖等于美制一加侖等于3.785升升 超純?nèi)ルx子水中不允許的沾污超純?nèi)ルx子水中不允許的沾污 溶解離子溶解離子 有機材料有機材料 顆粒顆粒 細(xì)菌細(xì)菌 硅土硅土 溶解氧溶解氧 微米微米1001010.10.010.00010.001膠體膠體熱原熱原懸浮物懸浮物泡沫泡沫細(xì)菌細(xì)菌膠狀硅土膠狀硅土離子顆粒離子顆粒病毒病毒粘土、殘渣粘土、殘渣水中的各種顆粒水中的各種顆粒溶解離子的來源：溶解離子的來源：礦物質(zhì)。如礦物質(zhì)。如K、Na有機物質(zhì)：有機物質(zhì)：溶解在水中含碳化合物的總和。會對氧化層薄膜溶解在水中含碳化合

25、物的總和。會對氧化層薄膜 生長有破壞性。生長有破壞性。細(xì)菌：細(xì)菌：可能導(dǎo)致氧化層、多晶硅和金屬導(dǎo)體層缺陷?？赡軐?dǎo)致氧化層、多晶硅和金屬導(dǎo)體層缺陷。硅土：硅土：水中高含量的硅土能淤塞凈化設(shè)備的過濾裝置，并降水中高含量的硅土能淤塞凈化設(shè)備的過濾裝置，并降 低熱生長氧化物的可靠性。低熱生長氧化物的可靠性。溶解氧：溶解氧：能導(dǎo)致自然氧化層的形成。能導(dǎo)致自然氧化層的形成。去離子水的補給和精加工回路去離子水的補給和精加工回路去離子化去離子化 用特制的離子交換樹脂去除電活性鹽類離子。用特制的離子交換樹脂去除電活性鹽類離子。把水從導(dǎo)電性媒質(zhì)變?yōu)殡娮栊悦劫|(zhì)。把水從導(dǎo)電性媒質(zhì)變?yōu)殡娮栊悦劫|(zhì)。 去離子水要經(jīng)過兩次去

26、粒子化。去離子水要經(jīng)過兩次去粒子化。去離子水過濾去離子水過濾 去離子水補償循環(huán)中使用了各種過濾器，達(dá)到過濾去離子水補償循環(huán)中使用了各種過濾器，達(dá)到過濾顆粒顆粒和和膠體膠體的目的。的目的。 常用的過濾技術(shù)是常用的過濾技術(shù)是“反滲透（反滲透（RO）”。反滲透原理：反滲透原理：水在加壓下流經(jīng)一個薄膜過濾器，以隔離電離水在加壓下流經(jīng)一個薄膜過濾器，以隔離電離 的鹽類、膠體和有機物以及分子量在的鹽類、膠體和有機物以及分子量在150以下以下 的物質(zhì)。的物質(zhì)。 反滲透最小能隔離反滲透最小能隔離0.005um的雜質(zhì)，也稱為的雜質(zhì)，也稱為超過濾超過濾。RO過濾器原理過濾器原理中空纖維膜過中空纖維膜過濾器濾器純水

27、純水加壓的生水加壓的生水微顆?；蛴袡C微顆粒或有機物物入口入口廢棄物廢棄物出口出口外殼外殼脫氣器：脫氣器：用來去除水中溶解的氣體。用來去除水中溶解的氣體。膜萃取器：膜萃取器：把溶解的氣體（主要是氧）去除到把溶解的氣體（主要是氧）去除到10ppb以下的以下的 含量。含量。膜萃取器原理：膜萃取器原理：由疏水性聚丙烯多孔空心纖維組成。纖維壁由疏水性聚丙烯多孔空心纖維組成。纖維壁 上具有微細(xì)的空隙可使溶解氣體通過。而疏上具有微細(xì)的空隙可使溶解氣體通過。而疏 水性不允許水通過細(xì)孔。于是使氣體和水分水性不允許水通過細(xì)孔。于是使氣體和水分 離。離。膜萃取過濾器膜萃取過濾器純水純水加壓的水和氣加壓的水和氣疏水性

28、中空纖維微多孔疏水性中空纖維微多孔膜阻止水，但允許更小膜阻止水，但允許更小的氣體分子通過的氣體分子通過外殼外殼水入口水入口氣體出口氣體出口氣體入口氣體入口加壓的惰性氣體加壓的惰性氣體水出口水出口勢：勢： 勢代表膠體（液體中一種很細(xì)的懸浮顆粒）勢代表膠體（液體中一種很細(xì)的懸浮顆粒） 積累的正電荷或負(fù)電荷。積累的正電荷或負(fù)電荷。 水中的顆粒，如硅土膠體、細(xì)菌和熱原通常具有水中的顆粒，如硅土膠體、細(xì)菌和熱原通常具有負(fù)電荷負(fù)電荷勢，所以可以通過一個帶正電的過濾器濾除。勢，所以可以通過一個帶正電的過濾器濾除。利用利用勢的靜電過濾勢的靜電過濾純水純水加壓的水和顆粒加壓的水和顆粒入口入口在過濾器膜上的負(fù)在過

29、濾器膜上的負(fù)電荷電荷在過濾器膜上的正電在過濾器膜上的正電荷荷細(xì)菌控制細(xì)菌控制 超純水采用紫外線（超純水采用紫外線（UV）殺滅細(xì)菌。紫外線簡單又）殺滅細(xì)菌。紫外線簡單又可靠，可以把細(xì)菌含量減至可靠，可以把細(xì)菌含量減至1以下。以下。 進一步殺菌可以向水中通入進一步殺菌可以向水中通入O3（干燥氣體放電產(chǎn)生，（干燥氣體放電產(chǎn)生，紫外線下分解成紫外線下分解成O2 ），細(xì)菌直徑超），細(xì)菌直徑超0.2um，膜濾除。，膜濾除。工藝用化學(xué)品工藝用化學(xué)品 為保證芯片的成品率和性能，制造用的去為保證芯片的成品率和性能，制造用的去離子水、化學(xué)品、氣體必須保證不受沾污，在離子水、化學(xué)品、氣體必須保證不受沾污，在傳輸過程

30、中用到各種過濾器過濾器。傳輸過程中用到各種過濾器過濾器。 過濾器分類過濾器分類顆粒過濾顆粒過濾（Particle filtration）: 適用于大約適用于大約 1.5微米微米 以上顆粒的深度型過濾。以上顆粒的深度型過濾。微過濾微過濾（Microfiltration）: 用于去除液體中用于去除液體中 0.1 到到 1.5微米范圍顆粒的膜過濾。微米范圍顆粒的膜過濾。超過濾超過濾（Ultrafiltration）: 用于阻擋大約用于阻擋大約 0.005 到到 0.1微米尺寸大分子的加壓膜過濾。微米尺寸大分子的加壓膜過濾。反滲透反滲透（Reverse Osmosis）: 也被稱為也被稱為超級過濾超級

31、過濾 。 它是一個加壓的處理方案，輸送液它是一個加壓的處理方案，輸送液 體通過一層半滲透膜，過濾掉小到接近體通過一層半滲透膜，過濾掉小到接近 0.005 微米的顆粒微米的顆粒 和金屬離子。和金屬離子。 深度型過濾器深度型過濾器出口出口過濾器媒介過濾器媒介入口入口屏蔽屏蔽適用于大約適用于大約 1.5微米微米 以上顆粒的深度型過濾。以上顆粒的深度型過濾。膜過濾器膜過濾器出口出口膜膜入口入口密封密封膜過濾：膜過濾：聚合物薄膜或帶有細(xì)小滲透孔的陶瓷作為過濾聚合物薄膜或帶有細(xì)小滲透孔的陶瓷作為過濾器媒質(zhì)。只允許特定尺寸的物質(zhì)通過。器媒質(zhì)。只允許特定尺寸的物質(zhì)通過。膜過濾可以用在反滲透、微過濾和超過濾中。

32、膜過濾可以用在反滲透、微過濾和超過濾中。對過濾器的兩點要求對過濾器的兩點要求 不會對流量產(chǎn)生明顯的衰減不會對流量產(chǎn)生明顯的衰減 足夠的效率足夠的效率 在在ULSI中的液體過濾器，對中的液體過濾器，對 于于0.2um以上的顆粒以上的顆粒 典型效率是典型效率是99.9999999，稱為，稱為9個個9的效率。的效率。 半導(dǎo)體制造設(shè)備是顆粒的最大來源。為了制半導(dǎo)體制造設(shè)備是顆粒的最大來源。為了制造一個硅片，可能需要造一個硅片，可能需要450多道工序。多道工序。工藝設(shè)備中各種顆粒沾污來源工藝設(shè)備中各種顆粒沾污來源 剝落的副產(chǎn)物積累在腔壁上剝落的副產(chǎn)物積累在腔壁上 自動化的硅片裝卸和傳送自動化的硅片裝卸和

33、傳送 機械操作，如旋轉(zhuǎn)手柄和開關(guān)閥門機械操作，如旋轉(zhuǎn)手柄和開關(guān)閥門 真空環(huán)境的抽取和排放真空環(huán)境的抽取和排放 清洗和維護過程清洗和維護過程 硅片表面的顆粒數(shù)硅片表面的顆粒數(shù)與工藝步驟數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系與工藝步驟數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系清洗清洗清洗清洗清洗清洗清洗清洗工藝步驟數(shù)工藝步驟數(shù)顆粒數(shù)顆粒數(shù)工作臺的設(shè)計工作臺的設(shè)計采用適當(dāng)?shù)牟牧显O(shè)計工作臺，獲得超潔凈的凈采用適當(dāng)?shù)牟牧显O(shè)計工作臺，獲得超潔凈的凈 化室是必要的?；沂潜匾?。顆粒釋放率顆粒釋放率穿壁式裝置穿壁式裝置生產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)區(qū)Class 1 工藝設(shè)備工藝設(shè)備用戶界用戶界面面硅片真空硅片真空鎖鎖分隔墻分隔墻服務(wù)夾層服務(wù)夾層Class 1,000 片架片

34、架自動化可以降低沾污，片架可以實現(xiàn)設(shè)備間硅片的傳遞自動化可以降低沾污，片架可以實現(xiàn)設(shè)備間硅片的傳遞靜電吸盤靜電吸盤 真空吸盤使硅片產(chǎn)生變形，靜電吸盤可以平坦的支撐硅片真空吸盤使硅片產(chǎn)生變形，靜電吸盤可以平坦的支撐硅片- DC 偏壓偏壓硅蓋板（接地）硅蓋板（接地）+-+硅片（電荷）硅片（電荷）在工藝室中的離子和電子在工藝室中的離子和電子介質(zhì)材料介質(zhì)材料金屬吸盤金屬吸盤(-電荷電荷)至排氣至排氣- - - - - - - - - - - - - - - - - -微環(huán)境概念微環(huán)境概念微環(huán)境室微環(huán)境室 Class 1 生產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)區(qū)Class 1,000工藝設(shè)備工藝設(shè)備SMIF 裝裝/卸卸界面界面 H

35、EPA 過濾過濾器器SMIF 盒盒(Class 1 或更好）或更好）微環(huán)境：微環(huán)境：硅片和凈化間環(huán)境不位硅片和凈化間環(huán)境不位于同一工藝室，通過隔離，為硅于同一工藝室，通過隔離，為硅片創(chuàng)造一個局部環(huán)境。片創(chuàng)造一個局部環(huán)境。SMIF：標(biāo)準(zhǔn)機械接口。為了在標(biāo)準(zhǔn)機械接口。為了在微環(huán)境包圍的工藝設(shè)備之間轉(zhuǎn)移微環(huán)境包圍的工藝設(shè)備之間轉(zhuǎn)移硅片，使用一個標(biāo)準(zhǔn)化的容器，硅片，使用一個標(biāo)準(zhǔn)化的容器，密封和傳遞整架的硅片。這個容密封和傳遞整架的硅片。這個容器與各種設(shè)備之間具有一個標(biāo)準(zhǔn)器與各種設(shè)備之間具有一個標(biāo)準(zhǔn)機械接口（機械接口（SMIF）。）。 當(dāng)把容器提交給一臺設(shè)備時當(dāng)把容器提交給一臺設(shè)備時，設(shè)備中的機器人自動

36、開啟容器，設(shè)備中的機器人自動開啟容器門，移走片架。門，移走片架。穿壁式裝置的穿壁式裝置的SMIF容器容器硅片濕法清洗硅片濕法清洗 濕法清洗概況濕法清洗概況 濕法清洗設(shè)備濕法清洗設(shè)備 RCA清洗的替代方案清洗的替代方案 硅片濕法清洗硅片濕法清洗 RCA 清洗清洗 1號標(biāo)準(zhǔn)清洗液號標(biāo)準(zhǔn)清洗液 (SC-1) 2號標(biāo)準(zhǔn)清洗液號標(biāo)準(zhǔn)清洗液 (SC-2) 改進的改進的RCA清洗清洗 Piranha 配比配比 最后的最后的HF步驟步驟 化學(xué)蒸氣清洗化學(xué)蒸氣清洗 硅片清洗步驟硅片清洗步驟 硅片濕法清洗化學(xué)品硅片濕法清洗化學(xué)品1號標(biāo)準(zhǔn)清洗液號標(biāo)準(zhǔn)清洗液 (SC-1)的配比：的配比： NH4OH/H2O2/H2O

37、1：1：51：2：7 2號標(biāo)準(zhǔn)清洗液號標(biāo)準(zhǔn)清洗液 (SC-2)的配比：的配比： HCl/H2O2/H2O 1：1：61：2：8顆粒在顆粒在 SC-1中的氧化和溶解中的氧化和溶解 (1) 顆粒吸附到硅顆粒吸附到硅上上 (2) 通過通過 H2O2 將硅將硅氧化幫助消散顆氧化幫助消散顆粒粒. (3) 顆粒溶解在顆粒溶解在 SC-1 溶液中溶液中.H2O2 SC-1顆粒通過負(fù)電荷排斥面去除顆粒通過負(fù)電荷排斥面去除 (1) 顆粒吸附到硅顆粒吸附到硅上上 (2) 通過通過NH4OH中中的的OH- 輕微侵輕微侵蝕硅片表面，并蝕硅片表面，并從顆粒下部切入從顆粒下部切入。 (3) HO- 在硅片表面和顆粒在硅片表面和顆粒上積累負(fù)電荷，將顆粒上積累負(fù)電荷，將顆粒排斥開。排斥開。OH-改進的改進的RCA清洗清洗傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的RCA清洗：清洗：使用大量的化學(xué)試劑和去離子水使用大量的化學(xué)試劑和去離子水改進的改進