晶圓廠污染控制教材課件

半導(dǎo)體製造廠之污染控制

課程大綱

描述無塵室之5種污染源形式，並討論每種污染源衍生之問題。列出7項(xiàng)污染物之來源，並敘述其如何影響晶圓之潔淨(jìng)度。描述無塵室之潔淨(jìng)等級(jí)。說明與討論無塵室內(nèi)工作人員所需遵守的7項(xiàng)工作程序。敘述無塵室內(nèi)之過濾器、靜電放電、超純淨(jìng)DI水、製程氣體。說明近代工作站之設(shè)計(jì)且討論迷你環(huán)境如何改善污染。敘述兩種標(biāo)準(zhǔn)濕式清潔液與其所去除之污染物，討論取代濕式清潔法之可行方案。說明濕式清潔法所使用之設(shè)備與其作用。晶圓污染物嵌進(jìn)的微粒

表面污染物

圖6.1

晶圓廠的無塵室(PhotographcourtesyofAdvancedMicroDevices,mainfabcorridor)照片6.1

無塵室之污染源微粒金屬雜質(zhì)有機(jī)污染物原生氧化物靜電放電(ESD)

微粒的相對(duì)大小

圖6.2

110-110-210-310-410-610-710-510原子

分子霾淡煙雲(yún)微粒大氣灰塵霧微粒沙灰塵小石頭(mm)微粒造成的缺陷(MicrographcourtesyofAMD,particleunderneathphotoresistpattern照片6.2

人類頭髮對(duì)0.18m微粒的相對(duì)大小接觸窗

線寬間隙~90mm最小IC特徵尺寸=0.18m

90mm0.18mm=500人類頭髮的相對(duì)尺寸大約是在IC裡最小特徵尺寸的500倍一較大IC的一小部分例子人類頭髮的橫切面

圖6.3

晶圓的每片晶圓通過增加之微粒數(shù)製程工具晶圓進(jìn)入製程工具前之原始微粒數(shù)晶圓通過製程工具後之微粒數(shù)經(jīng)由製程工具晶圓上之微粒增加圖6.4

典型的金屬雜質(zhì)元素

表6.1

移動(dòng)性離子污染物改變臨界電壓

圖6.5

++++++++++++++++++源極

汲極

閘極

N+N+-Vs+Vd+Vg離子污染物改變電晶體之電特性

電子傳導(dǎo)++GateoxidePolysilicon++++++++++++++閘極氧化層多晶矽矽基板原生氧化層

原生氧化層沿著接觸窗的底部排列，造成介於鎢和摻雜矽區(qū)域之間不良的電接觸接觸窗於沈積鎢層之前，便已形成此原生氧化層

鎢插塞矽中主動(dòng)區(qū)層間介電層層間介電層氧化層隔離電性接觸圖6.6

被帶電晶圓吸引的微粒---------------------------------------------------------------圖6.7

污染的來源與控制於晶圓廠內(nèi)之7種污染來源如下:空氣人體廠區(qū)水製程化學(xué)製程氣體生產(chǎn)設(shè)備

表6.1

聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209E：空中傳播的微粒潔淨(jìng)度等級(jí)表6.2

人活動(dòng)所做出的微粒表6.3

穿著無塵衣之技術(shù)員(PhotocourtesyofInternationalSEMATECH)照片6.3

無塵室服裝系統(tǒng)必須發(fā)揮下列各項(xiàng)指標(biāo)功用：服裝內(nèi)之所有污染物必須完全隔離於無塵室不得釋放微粒不得存在靜電荷不得排放化學(xué)性或生物性碎渣適當(dāng)?shù)臒o塵室規(guī)定

控制消除無塵室內(nèi)之微粒無塵室本體之微粒需消除。避免因設(shè)備、工具、人員與相關(guān)原料供應(yīng)時(shí)，將微粒引入無塵室內(nèi)。即時(shí)監(jiān)控?zé)o塵室內(nèi)微粒數(shù)目，以維持潔淨(jìng)度。

下列3項(xiàng)方針應(yīng)遵守，以控制消除無塵室內(nèi)之微粒：設(shè)備廠區(qū)無塵室之規(guī)劃氣流原則空氣過濾溫度與濕度靜電放電

早期無塵室的規(guī)劃

主要製造的通道走廊

Class10,000維修通道走廊

Class10,000維修通道走廊Class10,000製造區(qū)

Class10,000製造區(qū)

Class10,000圖6.8

主要的製造通道走廊

Class1維修通道走廊

Class10,000維修通道走廊Class10,000Class1,000製造區(qū)

Class1製造區(qū)

Class1維修區(qū)

Class1,000維修區(qū)

Class1,000Class1,000製造區(qū)

Class1Class1,000製造區(qū)Class1製造區(qū)

Class1維修區(qū)

Class1,000維修區(qū)

Class1,000Class1,000製造區(qū)

Class1無塵室設(shè)計(jì)分布

圖6.9

維修區(qū)維修區(qū)維修區(qū)維修區(qū)層流圖6.10

SMTHEPA

過濾器

空氣紊流

層流移除微粒污染物且將其排除，但機(jī)臺(tái)影響正常層流狀態(tài)，導(dǎo)致紊流出現(xiàn)穿越地板排孔之層流晶圓廠空氣處理系統(tǒng)製造區(qū)Class1維修區(qū)Class1,000維修區(qū)Class1,000維修區(qū)Class1,000製造區(qū)

Class1供應(yīng)空氣回流空氣次廠區(qū)

其他水電管路及設(shè)備通風(fēng)機(jī)排氣

圖6.11

高效率微?？諝膺^濾器

圖6.12

以離子化空氣中和晶圓表面上的

靜電荷++++++++++++帶電晶圓高電壓供應(yīng)之負(fù)離子空氣淨(jìng)化器電暈放電天花板過濾器

圖6.13

晶圓廠的水DI水系統(tǒng)去離子DI水的過濾界達(dá)電位細(xì)菌控制

超純?nèi)ルx子水內(nèi)不可包含的污染物溶解之離子有機(jī)材料微粒細(xì)菌矽土溶解之氧氣

微米1001010.10.010.00010.001膠狀體熱源漂浮固體酵母細(xì)菌膠狀矽石離子微粒病毒黏土、泥沙水中的微粒大小

圖6.14

去離子水的初級(jí)和精緻過濾循環(huán)

圖6.15

都市水來自晶圓廠的回收水HCl精緻過濾循環(huán)幫浦

碳過濾器pH調(diào)節(jié)裝置

匣式過濾器逆滲透薄膜RO水貯存區(qū)紫外光殺菌深紫外線殺菌陽(yáng)離子交換陰離子交換混合層交換微過濾器初級(jí)過濾循環(huán)(離子交換迴路)DI水貯存區(qū)超過濾器最後過濾器混合層交換晶圓廠

DI水不斷的流動(dòng)逆滲透過濾原理

中空纖維薄膜過濾器純水生水加壓微粒或有機(jī)雜質(zhì)入口雜質(zhì)排出口外罩圖6.16

薄膜接觸式過濾器純水加壓的水+氣體疏水的中空纖維微多孔性薄膜堵住水，但允許較小氣體分子通過外罩水入口氣體出口氣體入口加壓的鈍態(tài)氣體水出口圖6.17

採(cǎi)用界達(dá)電位原理的靜電過濾器

純水經(jīng)過加壓的含有微粒之水入口在過濾薄膜之負(fù)電荷

在過濾薄膜之正電荷圖6.18

製程化學(xué)過濾器種類製程氣體生產(chǎn)設(shè)備微粒污染源工作站設(shè)計(jì)隔板安裝晶圓操作迷你環(huán)境

過濾器種類微粒過濾器：如圖6.19之深處過濾器，可過濾之微粒為1.5m及以上。微過濾器：薄膜過濾器可將液體中之微粒移除，可過濾之微粒範(fàn)圍為0.1至1.5m。超過濾器：加壓之薄膜式過濾器可阻絕之微粒範(fàn)圍為0.005至0.1m。逆滲透：又稱為超級(jí)過濾器，主要是以加壓方式將溶液通過半滲透薄膜，可阻絕微粒與金屬離子，所隔絕微粒之大小可至0.005m。

深處過濾器

出口過濾工具入口遮幕(UsedwithpermissionofInternationalSEMATECH)圖6.19

薄膜過濾器

出口薄膜入口密封墊圈(UsedwithpermissionofInternationalSEMATECH)圖6.20

生產(chǎn)設(shè)備之微粒污染源殘留於反應(yīng)室內(nèi)壁縫隙間之薄膜，其主要係由反應(yīng)過程所產(chǎn)生之副產(chǎn)物所構(gòu)成。自動(dòng)晶圓處理與傳送系統(tǒng)。機(jī)械操作如：偏移旋轉(zhuǎn)或閥之開、關(guān)。真空環(huán)境之抽氣與排氣。清潔與維護(hù)程序。

晶圓表面微粒和製程步驟的關(guān)係清潔清潔清潔清潔製程步驟的次數(shù)圖6.21

微粒數(shù)量隔板安裝

圖6.22

製造區(qū)Class1製程裝備使用者介面

晶圓匣裝/卸口

隔板維修區(qū)Class1,000晶圓匣圖6.23

靜電晶圓平盤

(UsedwithpermissionfromAppliedMaterials,Inc.)-DC偏壓矽厚板(接地)+------+++++++++++晶圓(正電荷)在製程反應(yīng)室之離子和電子介電物質(zhì)金屬平盤(負(fù)電荷)排氣------------------圖6.24

微環(huán)境定理迷你環(huán)境反應(yīng)室

Class1製造區(qū)Class1,000製程設(shè)備裝/卸載介面HEPA過濾器SMIF晶圓盒(Class1或更好)圖6.25

隔板安裝之SMIF晶圓盒(PhotographcourtesyofAppliedMaterials)照片6.4

晶圓的濕式清潔法濕式清潔法概要濕式清潔法設(shè)備其他之清潔法

晶圓濕式清潔法RCA清潔標(biāo)準(zhǔn)清潔液1(SC-1)標(biāo)準(zhǔn)清潔液2(SC-2)改良式RCA清潔Piranha混合溶液最後步驟的氫氟酸化學(xué)氣相清潔晶圓清潔步驟

晶圓濕式清潔的化學(xué)藥品表6.5

在SC-1中微粒的氧化作用與溶解度(1)微粒附在矽上(2)使用H2O2以將矽氧化，可移除微粒(3)微粒溶解在SC-1溶液H2O2

SC-1圖6.26

透過負(fù)電荷排斥作用去除微粒(1)微粒附在矽上(2)來自NH4OH的HO

蝕刻表面(3)HO

增加晶圓表面上負(fù)電性，以排除帶負(fù)電之微粒OH-圖6.27

典型的晶片濕式清潔順序表6.6

濕式清潔法設(shè)備超高頻音波噴灑式清潔刷洗晶圓沖洗

溢流沖洗傾倒沖洗噴灑式?jīng)_洗熱DI水沖洗

晶圓乾燥

旋轉(zhuǎn)乾燥器IPA氣相乾燥

超高頻音波清潔超高頻音波變換器

音波能量傳送能量的溶液電子控制模組圖6.28

用於晶片清洗的