《微電子制造工藝技術(shù)》課件第10章

10.1污染控制的重要性10.2主要污染源及其控制方法10.3晶體表面清洗10.4烘干技術(shù)10.5整體工藝良品率復(fù)習(xí)思考題污染問題是芯片生產(chǎn)工業(yè)必須慎重對(duì)待并且要花大力氣解決的首要問題。污染不僅僅來源于大規(guī)模集成電路生產(chǎn)過程，還包括提供的潔凈室專用化學(xué)品和材料，甚至建造潔凈室的建筑材料和建造手段也會(huì)引入污染。10.1污染控制的重要性10.1.1主要污染物

半導(dǎo)體工業(yè)起步于由航空工業(yè)發(fā)展而來的潔凈室技術(shù)。大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)，不僅需要潔凈室技術(shù)，還需要能夠提供潔凈室專用化學(xué)品和材料的供應(yīng)商，以及具備建造潔凈室知識(shí)的承包商。通過不斷解決在各個(gè)芯片技術(shù)時(shí)代所存在的污染問題，潔凈室技術(shù)與芯片的設(shè)計(jì)及線寬技術(shù)同步發(fā)展，如今，大規(guī)模的、復(fù)雜的潔凈室輔助工業(yè)已經(jīng)形成，并不斷發(fā)展。

半導(dǎo)體器件極易受到多種污染物的損害，這些污染物大致可歸納為微粒、金屬離子、化學(xué)物質(zhì)和細(xì)菌四類。

1.微粒

微粒包括空氣中所含的顆粒、人員產(chǎn)生的微粒、設(shè)備和工藝操作過程中使用的化學(xué)品產(chǎn)生的顆粒等。在任何晶片上，都存在大量的微粒。有些位于器件不太敏感的區(qū)域，不會(huì)造成器件缺陷，而有些則屬于致命性的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出的法則是：微粒的大小要小于器件上最小的特征圖形尺寸的1/10，否則，就會(huì)形成缺陷。例如，1994年，半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)將0.18μm設(shè)計(jì)的光刻工藝中的缺陷密度，定為每平方厘米、每層尺寸為0.06μm以下的微粒應(yīng)少于135個(gè)。隨著集成電路特征圖形尺寸的減小和膜層越來越薄。微粒對(duì)集成電路器件的影響越來越顯得嚴(yán)重。落于器件的關(guān)鍵部位并毀壞了器件功能的微粒被稱為致命缺陷。當(dāng)然，致命缺陷還包括晶體缺陷和其他由于工藝過程引入帶來的問題。由于特征圖形尺寸越來越小，膜層越來越薄，所允許存在的微粒尺寸也必須被控制在更小尺度上。

2.金屬離子

在半導(dǎo)體材料中，以離子形態(tài)存在的金屬離子污染物，我們稱之為可移動(dòng)離子污染物(MIC)。這些金屬離子在半導(dǎo)體材料中具有很強(qiáng)的可移動(dòng)性。即使在器件通過了電性能測(cè)試并且從生產(chǎn)廠運(yùn)送出去，金屬離子仍可在器件中移動(dòng)從而造成器件失效。遺憾的是，絕大部分化學(xué)物質(zhì)中都有能夠引起器件失效的金屬離子。

最常見的可移動(dòng)離子污染物是鈉。鈉離子同時(shí)也是在硅中移動(dòng)性最強(qiáng)的物質(zhì)，因此，對(duì)鈉的控制成為硅片生產(chǎn)的首要目標(biāo)。

MIC的問題對(duì)MOS器件的影響更為嚴(yán)重。有必要采取措施研制開發(fā)MOS級(jí)或低鈉級(jí)的化學(xué)品。這也是半導(dǎo)體業(yè)的化學(xué)品生產(chǎn)商努力的方向。

3.化學(xué)物質(zhì)

化學(xué)物質(zhì)指半導(dǎo)體工藝中不需要的物質(zhì)。這些物質(zhì)的存在將導(dǎo)致晶片表面受到不需要的刻蝕，在器件上生成無法除去的化合物，或者引起不均勻的工藝過程。最常見的化學(xué)物質(zhì)是氯(CL)。在工藝過程用到的化學(xué)品中，氯的含量受到嚴(yán)格的控制。

4.細(xì)菌

細(xì)菌是在工藝過程中的水的系統(tǒng)中或在不定期清洗的表面生成的有機(jī)物污染。細(xì)菌一旦在器件上生成，會(huì)成為顆粒狀污染物或給器件表面引入不希望見到的金屬離子。10.1.2污染物引起的問題

1.器件工藝良品率下降

污染改變了器件的尺寸，使表面潔凈度和平整度下降。在一個(gè)污染環(huán)境中制成的器件會(huì)引起許多問題。由于污染會(huì)導(dǎo)致成品率下降，成本上升，器件工藝良品率下降，因此生產(chǎn)過程中需要一系列特殊的質(zhì)量檢驗(yàn)來檢測(cè)被污染的情況。

2.器件性能下降

更為嚴(yán)重的問題是工藝過程中漏檢的小污染，晶片表面看起來是干凈的，但其中未能檢測(cè)出的顆粒和不需要的化學(xué)物質(zhì)、高濃度的可移動(dòng)的離子污染物可能會(huì)改變器件的性能。而這個(gè)問題往往要等到進(jìn)行電測(cè)試時(shí)才會(huì)顯現(xiàn)出來。

3.器件可靠性降低

小劑量的污染物可能會(huì)在工藝過程中混入晶片，如果未被通常的器件測(cè)試檢驗(yàn)出來，這些污染物就會(huì)在器件內(nèi)部移動(dòng)，最終停留在電性能敏感區(qū)域，引起器件失效。如果該器件用于航空工業(yè)或國(guó)防工業(yè)，將會(huì)帶來無法預(yù)料的損失。

污染控制技術(shù)伴隨半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，如今已成為一門學(xué)科，而且是制造固態(tài)器件必須掌握的關(guān)鍵技術(shù)之一。這里所說的污染源是指任何影響產(chǎn)品生產(chǎn)和性能的事物。由于半導(dǎo)體器件要求較高，半導(dǎo)體工業(yè)的潔凈度要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他工業(yè)。生產(chǎn)期間任何和產(chǎn)品相接觸的物質(zhì)都是潛在污染源。

主要污染源包括空氣、廠務(wù)設(shè)備、潔凈室工作人員、工藝用水、工藝化學(xué)品、工藝化學(xué)氣體和其他污染源，下面將逐一介紹這些污染源及其控制方法。10.2主要污染源及其控制方法10.2.1空氣

普通的空氣中含有大量微?；蚋m等顆粒污染物，只有經(jīng)過處理后才能進(jìn)入潔凈室。潔凈室的潔凈度是由空氣中微粒大小和微粒的含量來決定的。

按照美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209E規(guī)定，空氣質(zhì)量由區(qū)域中空氣級(jí)別數(shù)來表示。評(píng)價(jià)空氣級(jí)別主要包括兩方面的內(nèi)容，即顆粒大小和顆粒密度。區(qū)域中空氣級(jí)別數(shù)是指在一立方英尺(約合0.0283m3)中所含直徑為0.5μm或更大的顆?？倲?shù)，如每立方英尺含1萬個(gè)顆粒則為1萬級(jí)，一般城市的空氣中大約500萬個(gè)顆粒則為500萬級(jí)。隨著芯片加工精度越來越高，特征圖形尺寸越來越小，對(duì)污染物顆粒大小和顆粒密度的限制也將越來越苛刻。

凈化空氣的方法主要有四種：潔凈工作臺(tái)法、隧道型設(shè)計(jì)、完全潔凈室方法和微局部環(huán)境。

1.潔凈工作臺(tái)法

航空航天工業(yè)為保證生產(chǎn)環(huán)境的空氣清潔，首創(chuàng)了許多基本污染控制理念，包括人員的服裝、潔凈室建造材料的選擇等。早期半導(dǎo)體工業(yè)把帶有過濾天花板夾層和過濾墻體的方法改進(jìn)為潔凈工作臺(tái)法，即使用無脫落的物質(zhì)，把過濾器裝在單個(gè)工作臺(tái)上。在工作臺(tái)以外，晶圓被裝在密封的盒子中儲(chǔ)存和運(yùn)輸。在大型車間中，按順序排列的工作罩組成加工區(qū)，使晶圓依工藝次序經(jīng)過而不暴露于空氣中以避免污染。潔凈工作罩中的過濾器是一種高效顆粒搜集過濾器，稱HEPA過濾器，含高密度小孔和大面積過濾層，使得大量的空氣低速流過。

過濾方式根據(jù)空氣流的方向命名。一般HEPA過濾器裝在潔凈工作臺(tái)頂部，空氣由風(fēng)扇吸入，先通過前置過濾器，再通過HEPA過濾器，并以均勻平行的方式流出，氣流在工作臺(tái)表面改變方向，流出工作臺(tái)。通常這種方式稱為空氣層流立式(VLF)工作臺(tái)。有些工作臺(tái)把HEPA過濾器裝于工作臺(tái)后部，稱為空氣層流平行式(HLF)工作臺(tái)。

VLF和HLF一方面完成工作臺(tái)內(nèi)的空氣凈化，另一方面，凈化過程在工作臺(tái)內(nèi)產(chǎn)生一點(diǎn)空氣正壓，正壓可防止由操作員與走廊產(chǎn)生的污染物進(jìn)入工作臺(tái)，用這兩種方法可以保持晶圓清潔。

因?yàn)榛瘜W(xué)溶液蒸汽存在人身安全及污染的危險(xiǎn)，如果工藝需要使用化學(xué)溶液，必須對(duì)VLF式工作臺(tái)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，這種工作臺(tái)必須接有空氣排風(fēng)，以吸收化學(xué)溶液蒸汽。在這種設(shè)計(jì)下，必須平衡VLF與排風(fēng)中的空氣流，來維持工作臺(tái)的潔凈級(jí)別數(shù)，而且晶片需存放在工作臺(tái)中相對(duì)較潔凈的前部。凈化工作臺(tái)的方法還應(yīng)用在現(xiàn)代晶圓加工設(shè)備中。在每臺(tái)設(shè)備上安裝VLF或HLF式工作臺(tái)來保持晶圓在裝卸過程中的潔凈度。

2.隧道型設(shè)計(jì)

車間眾多工作人員的移動(dòng)而產(chǎn)生的污染可以用隧道加工車間解決。VLF型過濾器裝在車間天花板上，而不是在單獨(dú)的工作臺(tái)中。這種方法可保持流入的空氣繼續(xù)潔凈，缺點(diǎn)是費(fèi)用較高，不適于工藝改動(dòng)。

3.完全潔凈室方法

天花板的HEPA過濾器實(shí)現(xiàn)空氣過濾，并從地板上回收空氣，保持持續(xù)的潔凈空氣流。工作臺(tái)頂部帶有貫通穿孔，可使空氣無阻礙地流過。一級(jí)潔凈車間中，潔凈室的空氣再循環(huán)要求每6秒鐘循環(huán)一次。

VLF式潔凈罩隔離了晶圓與室內(nèi)空氣，隧道設(shè)計(jì)隔離了晶圓和大量的人員流動(dòng)，加工車間面積的增大和設(shè)備增多增加了潛在的污染源。設(shè)備與廠務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)趨勢(shì)要隔離晶圓與污染源，這使得潔凈室的建造費(fèi)用高達(dá)幾十億美元。

4.微局部環(huán)境

由于建造完全潔凈室方法花費(fèi)巨大，新的發(fā)展方向是把晶圓密封在盡量小的空間內(nèi)。這項(xiàng)技術(shù)已應(yīng)用于曝光機(jī)和其他的工藝之中，為晶圓的裝卸提供了潔凈的微局部環(huán)境。

在20世紀(jì)80年代中期惠普公司發(fā)明了一種重要的連接裝置——標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口裝置(SMIF)。該系統(tǒng)包含三個(gè)部分：傳輸晶圓的晶圓盒(POD)、設(shè)備中的封閉局部環(huán)境和裝卸晶圓的機(jī)械部件。

POD作為與工藝設(shè)備的微局部環(huán)境相連的機(jī)械接口，在工藝設(shè)備的晶圓系統(tǒng)中，特制的機(jī)械手把晶圓從POD中取出和裝入，或者利用機(jī)械手把晶片匣從POD中取出送入工藝設(shè)備的晶圓處理系統(tǒng)中。利用SMIF，封閉的晶圓加工系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的運(yùn)輸盒，系統(tǒng)中利用干凈空氣或氮?dú)饧訅阂员３智鍧崱Ｎ⒕植凯h(huán)境可提供更優(yōu)的溫度和適度控制。為使晶圓不暴露在空氣中，需要把一系列的微局部環(huán)境連在一起。

隨著大尺寸晶圓的出現(xiàn)，增加了POD的重量，也就增加了機(jī)械手的建造費(fèi)用和復(fù)雜性。同時(shí)，微局部設(shè)計(jì)規(guī)劃還要考慮等待加工的晶圓存儲(chǔ)問題。除了控制顆粒，空氣中溫度、相對(duì)濕度和煙霧的含量也需要規(guī)定和控制。

溫度控制對(duì)操作員的舒適性和工藝控制是很重要的，特別是在利用化學(xué)溶劑作刻蝕和清洗的工藝時(shí)，化學(xué)反應(yīng)會(huì)隨溫度的變化而不同。

相對(duì)濕度也是一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)，尤其在光刻工藝中，如果濕度過大，晶圓表面太潮濕，會(huì)影響聚合物的結(jié)合，如果濕度過低，晶圓表面會(huì)產(chǎn)生靜電，這些靜電會(huì)在空氣中吸附微粒。一般相對(duì)濕度應(yīng)保持在15%～50%之間。

煙霧同樣對(duì)光刻工藝影響最大。煙霧中的主要成分是臭氧，臭氧易影響曝光，通常在進(jìn)入空氣的管道中裝上碳素過濾器可吸附臭氧。10.2.2廠務(wù)設(shè)備

傳統(tǒng)的潔凈室設(shè)計(jì)是舞廳式的設(shè)計(jì)，由各個(gè)工藝隧道向中央走廊敞開的方式組成?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)由主要工藝區(qū)域或一些小型局部潔凈車間圍繞一個(gè)中心地區(qū)組成，由中心地區(qū)提供物料和人員。

潔凈室設(shè)計(jì)的首要問題是凈化空氣方法的選擇，需要建造一個(gè)封閉的房間，用無污染的材料建造，包括墻壁、工藝加工設(shè)備材料和地板，所有材料都由不易脫落材料制成。所有的管道、孔要密封，連燈絲也要封罩。潔凈室能提供潔凈的空氣，還要能有效防止由外界或操作人員帶入的意外污染。制造工作臺(tái)廣泛應(yīng)用不銹鋼材料。在每個(gè)潔凈室入口放置一塊帶有黏性地板墊，可以粘住鞋底臟污。一般地板墊有很多層，臟了一層便撕掉一層。

潔凈室的更衣區(qū)是潔凈室與廠區(qū)的過渡區(qū)域，此區(qū)域利用長(zhǎng)凳分為兩個(gè)部分：工作人員在長(zhǎng)凳一側(cè)穿上潔凈服，而在長(zhǎng)凳上穿戴鞋套，這樣可以使長(zhǎng)凳和潔凈室保持干凈。更衣區(qū)通常通過天花板中的HEPA過濾器提供空氣。潔凈室和廠區(qū)的門不能同時(shí)打開，保護(hù)潔凈室不會(huì)暴露在廠區(qū)的污染環(huán)境中。有些廠還在走廊上提供更衣柜。潔凈室衣物和物品也要妥善管理。嚴(yán)格防止空氣污染的廠房設(shè)計(jì)方案要求平衡潔凈室、更衣間和廠區(qū)的空氣壓力，使得潔凈室的空氣壓力最高，更衣間次之，而廠區(qū)和走廊最低。潔凈室相對(duì)的高壓可防止空氣灰塵進(jìn)入。

潔凈室和更衣間之間建有風(fēng)淋室，工作人員進(jìn)入風(fēng)淋間，高速流動(dòng)的空氣可以吹掉潔凈服外面的顆粒。風(fēng)淋間裝有互鎖系統(tǒng)，防止前后門同時(shí)打開。

潔凈室周圍是維修區(qū)，一般要求它的潔凈級(jí)別數(shù)高于潔凈室(通常要求1000級(jí)或10000級(jí))。技術(shù)員在潔凈室外維護(hù)設(shè)備，而不必進(jìn)入潔凈室。用凈鞋器去除鞋套和鞋側(cè)的灰塵。用手套清洗器清洗手套并烘干。

晶圓、存儲(chǔ)盒、工作臺(tái)表面與設(shè)備上可產(chǎn)生靜電，會(huì)吸附空氣和工作服中的塵埃，有時(shí)靜電電壓高達(dá)50kV，對(duì)晶圓性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。靜電吸附到晶圓表面的較小微粒也容易影響晶圓上高密度的集成電路的制造和性能。靜電控制包括防止靜電堆積和防止放電兩個(gè)方面，防止靜電堆積使用防靜電服、防靜電周轉(zhuǎn)箱和防靜電存儲(chǔ)盒。放電技術(shù)包括使用電離器和使用靜電接地帶，電離器一般放在HEPA過濾器的下面，中和過濾器上堆積的靜電；靜電放電包括人員的接地腕帶和工作臺(tái)接地墊等。10.2.3潔凈室工作人員

潔凈室工作人員是最大的污染源之一。一個(gè)潔凈室操作員即使經(jīng)過風(fēng)淋，當(dāng)他坐著時(shí)，每分鐘仍會(huì)釋放10萬到100萬個(gè)顆粒。這些顆粒包括脫落的頭發(fā)和壞死的皮膚，還有噴發(fā)膠、化妝品、染發(fā)劑和暴露的衣服等。當(dāng)他移動(dòng)時(shí)，這個(gè)數(shù)字還會(huì)大幅增加。

普通的衣服，即使在潔凈服內(nèi)，也會(huì)給潔凈室增加上百萬個(gè)顆粒。操作員只能穿用無脫落材料而且編織緊密的衣服，同時(shí)潔凈服要制成高領(lǐng)長(zhǎng)袖口。禁止穿用毛線和棉線編織的服裝。人類的呼吸也包含大量的污染。每次呼氣向空氣中排出大量的水汽和微粒。吸煙者更甚。此外，還有含鈉的唾液也是半導(dǎo)體器件的主要?dú)⑹?。健康的人是許多污染的污染源，病人就更加嚴(yán)重了，特別是皮膚病患者和呼吸道傳染病患者還會(huì)產(chǎn)生額外的污染源，有些制造廠對(duì)相關(guān)崗位制定了相應(yīng)的人員體檢標(biāo)準(zhǔn)。

防止人員產(chǎn)生的污染的解決辦法就是把人員完全包裹起來。潔凈服選用無脫落材料，且含有導(dǎo)電纖維以釋放靜電，在滿足過濾能力的情況下考慮穿著的舒適度。身體的每一個(gè)部分都要被罩住，頭用內(nèi)帽罩住頭發(fā)，外面再套一層外罩，外罩帶披肩，用工作服壓住披肩，以壓住頭罩；面部用面罩罩??；眼睛用帶側(cè)翼的安全眼鏡罩住。衣服以宇航服的頭套為模型，可接過濾帶、吹風(fēng)機(jī)和真空系統(tǒng)。新鮮空氣由真空泵提供，過濾器保證呼出的氣體的污染物不被吹進(jìn)潔凈室。

皮膚涂上特制的潤(rùn)膚品，可進(jìn)一步防止皮膚脫落物，潤(rùn)膚品中不含鹽分和氯化物。

穿衣的順序應(yīng)該從頭向下穿，使上一部位揚(yáng)起的灰塵用下一部位的服飾蓋住，最后戴上手套。10.2.4工藝用水

半導(dǎo)體器件容易受到污染，所有工藝用水必須經(jīng)過處理，達(dá)到非常嚴(yán)格的潔凈度要求。

普通水中含有的污染物包括溶解的礦物質(zhì)、顆粒、細(xì)菌、有機(jī)物、溶解氯和二氧化碳。普通水中的礦物質(zhì)來自鹽分，鹽分在水中分解為離子。每個(gè)離子都是半導(dǎo)體器件與電路的污染物。反滲透和離子交換系統(tǒng)可去除離子，把水從導(dǎo)電介質(zhì)變成高阻抗的去離子水。制造工藝中通過監(jiān)測(cè)工藝用水的電阻(25℃時(shí)為15～18MΩ)來決定是否要重新凈化。顆粒通過沙石過濾器、泥土過濾器和次微米級(jí)薄膜從水中去除。

細(xì)菌和真菌由消毒器去除，這種消毒器使用紫外線殺菌，并通過水流中的過濾器濾除細(xì)菌和真菌。

有機(jī)物通過碳類過濾器去除。溶解氧與二氧化碳可用碳酸去除劑和真空消毒劑去除。

制備好的去離子水存儲(chǔ)時(shí)需用氮?dú)飧采w以防止二氧化碳溶于水中。10.2.5工藝化學(xué)品

制造工廠刻蝕及清洗晶圓和設(shè)備的酸、堿、溶劑必須是最高純度的，涉及的污染物有金屬離子和其他化學(xué)品。工業(yè)化學(xué)品分不同級(jí)別，共有一般溶劑、化學(xué)溶劑、電子級(jí)和半導(dǎo)體級(jí)四種，前兩種對(duì)半導(dǎo)體工業(yè)而言太臟，電子級(jí)和半導(dǎo)體級(jí)相對(duì)潔凈些。

化學(xué)品的純度由成分表示，成分?jǐn)?shù)指容器內(nèi)所含化學(xué)品的百分?jǐn)?shù)，如99.9%的硫酸表示含99.9%的純硫酸和0.01%的其他溶液。

化學(xué)品的傳輸不只包括保持化學(xué)品的潔凈，還包括對(duì)容器內(nèi)表面的清潔、容器的材質(zhì)不易溶解、標(biāo)示牌不產(chǎn)生微粒等，并在運(yùn)輸前把化學(xué)品瓶放置于化學(xué)品袋中，注意定期清洗管道和運(yùn)輸瓶，每一種化學(xué)品瓶應(yīng)專用，防止交互污染。10.2.6工藝化學(xué)氣體

和化學(xué)品一樣，氣體也必須清潔地傳輸至工藝工作臺(tái)與設(shè)備中，衡量氣體質(zhì)量的指標(biāo)有純度、水汽含量、微粒、金屬離子。

氣體的純度取決于氣體本身和該氣體在工藝中的用途。純度由小數(shù)點(diǎn)右邊9的個(gè)數(shù)表示，范圍一般為99.99%～99.999999%。氣體的傳輸過程中要防止泄漏和散氣。

水汽的控制也很重要。水汽會(huì)參與不需要的反應(yīng)，這時(shí)它就相當(dāng)于污染氣體。在晶圓制造廠中加工晶圓時(shí)，若有氧氣或水分存在，硅很容易氧化，控制不需要的水汽對(duì)阻止硅表面的氧化非常重要，水汽的上限量是3～5ppm。

氣體中的微粒或金屬離子會(huì)產(chǎn)生與化學(xué)溶劑污染相同的影響，氣體最終會(huì)過濾至0.2μm級(jí)，金屬離子也要被控制在百萬分之一以下。10.2.7其他污染源

大量石英器的使用，使石英內(nèi)的許多重金屬離子進(jìn)入擴(kuò)散和氧化工藝氣流中，特別是在高溫反應(yīng)中。石英件也是一種非常大的污染源。

隨著對(duì)空氣、化學(xué)品和生產(chǎn)人員污染的控制越來越先進(jìn)，使得設(shè)備變?yōu)槲廴究刂频慕裹c(diǎn)。一般來講，每片晶圓每次通過設(shè)備后增加的顆粒個(gè)數(shù)(ppp)是有詳細(xì)說明的，并使用每片晶圓每次通過的顆粒增加數(shù)(pwp)這一術(shù)語進(jìn)行定量監(jiān)控。

潔凈室的物質(zhì)和供給必須滿足潔凈度要求，定期維護(hù)的器具和人員也要保持潔凈度等級(jí)。晶片表面有4大常見類型的污染，即顆粒、有機(jī)殘余物、無機(jī)殘余物和需要去除的氧化層。清洗工藝必須在去除晶片表面全部污染物的同時(shí)，不會(huì)刻蝕或損害晶片表面。同時(shí)清洗液的生產(chǎn)配置應(yīng)是安全的、經(jīng)濟(jì)的。

清洗工藝采用一系列的步驟將大小不一的顆粒同時(shí)除去，最見的顆粒去除工藝是使用手持氮?dú)鈽尨党?。氮?dú)鈽屌渲秒x子化器，以去除氮?dú)饬髦械撵o電。潔凈等級(jí)很高的潔凈室中不使用噴槍。10.3晶片表面清洗將晶片承載在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的真空吸盤上，在去離子水直接沖洗晶片表面的同時(shí)，晶片刷洗器用一個(gè)旋轉(zhuǎn)的刷子近距離地接觸旋轉(zhuǎn)的晶片，在晶片表面產(chǎn)生了高能量的清洗動(dòng)作。液體進(jìn)入晶片表面和刷子末端之間極小的空間，從而達(dá)到很高的速度，以輔助清洗。

常見的化學(xué)清洗采用硫酸清洗、硫酸和過氧化氫混合清洗、臭氧通過硫酸溶液清洗等有效清洗無機(jī)殘余物、有機(jī)殘余物和顆粒。

氧化層的去除采用RCA清洗，這是20世紀(jì)60年代中期，RCA公司的一名工程師開發(fā)出的一種過氧化氫與酸或堿同時(shí)使用，通過兩步清洗工藝以去除晶片表面的有機(jī)和無機(jī)殘留物的清洗方法。

每一步濕法清洗的后面都跟著一步去離子水的沖洗。清水沖洗具有從表面去除化學(xué)清洗液和終止氧化物刻蝕反應(yīng)的雙重功效。清水沖洗后，必須將晶圓圓片烘干，否則，表面的水可能對(duì)后續(xù)工序產(chǎn)生影響。常用的烘干方法有旋轉(zhuǎn)淋洗烘干法(SRD)、異丙醇蒸汽烘干法和表面張力/麥蘭烘干法。

旋轉(zhuǎn)淋洗烘干法通過高速旋轉(zhuǎn)把水從晶片表面甩掉，并用熱氮?dú)馊コo附其上的小水珠。

異丙醇蒸汽烘干法是將晶片懸置于異丙醇儲(chǔ)液罐上方，烘干時(shí)，晶片上的水被異丙醇取代達(dá)到烘干效果。

表面張力/麥蘭烘干法利用液體的張力使晶片變干，用異丙醇或N2產(chǎn)生表面張力梯度，從而加強(qiáng)芯片去水的效果。10.4烘干技術(shù)半導(dǎo)體制造工藝異常復(fù)雜，制造步驟很多，使工藝良品率受到關(guān)注，維持和提高工藝良品率至關(guān)重要。當(dāng)然，良品率不高的制約因素除了以上兩點(diǎn)以外，還有一個(gè)重要原因，就是半導(dǎo)體元器件制造過程中產(chǎn)生的絕大部分缺陷無法修復(fù)，這一點(diǎn)和電子產(chǎn)品整機(jī)有天壤之別。此外，巨額的資金設(shè)備投入、高昂的運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用、大量的高薪酬技術(shù)人員以及激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)造成的利潤(rùn)空間壓縮，導(dǎo)致芯片高昂的分?jǐn)偝杀荆绻麤]有較高水平的良品率支持，企業(yè)的發(fā)展很困難。10.5整體工藝良品率生產(chǎn)性能可靠的芯片并保持高良品率是半導(dǎo)體廠商持續(xù)獲得高收益的保證。這也是半導(dǎo)體工業(yè)不斷追求高良品率的原因所在。遺憾的是，盡管大部分原材料和設(shè)備供應(yīng)商及半導(dǎo)體廠家的工藝部門都把維持和提高良品率作為重要的工作內(nèi)容，但由于我們以上提到的種種因素，通常只有20%～80%的芯片能完成生產(chǎn)全過程，成為成品出貨。半導(dǎo)體工藝的出貨芯片數(shù)相對(duì)最初投入晶圓上完整芯片數(shù)的百分比，稱為整體工藝良品率。它是對(duì)整個(gè)工藝流程的綜合評(píng)測(cè)。因?yàn)檎w工藝良品率的重要性，半導(dǎo)體廠家必須加強(qiáng)各環(huán)節(jié)的監(jiān)控和檢測(cè)，通過優(yōu)化工藝手段和工藝過程保證每個(gè)步驟的良品率水平。

整體工藝良品率主要分為三個(gè)部分，我們常常稱其為整體工藝良品率的三個(gè)測(cè)量點(diǎn)，它們分別是累積晶圓生產(chǎn)良品率、晶圓電測(cè)良品率和封裝良品率。整體工藝良品率的計(jì)算以三個(gè)主要良品率的乘積結(jié)果來表示，整體工藝良品率用百分比來表示，即：

整體良品率=累積晶圓生產(chǎn)良品率?×?晶圓電測(cè)良品率?×?封裝良品率10.5.1累積晶圓生產(chǎn)良品率累積晶圓生產(chǎn)良品率又稱FAB良品率、CUM良品率、生產(chǎn)線良品率或累積晶圓廠良品率。計(jì)算公式為由于大部分晶圓生產(chǎn)線同時(shí)生產(chǎn)多種不同類型的電路，不同類型的電路擁有不同的特征工藝尺寸和密度參數(shù)，每一種產(chǎn)品又都有其各自不同數(shù)量的工藝步驟和難度水平，因此簡(jiǎn)單地使用投入與產(chǎn)出的晶圓很難反映每一種類型電路的真實(shí)良品率。通常的計(jì)算方法是計(jì)算各道工藝過程的良品率，即以離開這一工藝過程的晶圓數(shù)比上進(jìn)入該工藝過程的晶圓數(shù)，再將計(jì)算得到的良品率依次相乘就可以得到累積晶圓生產(chǎn)良品率，即

累積晶圓生產(chǎn)良品率=良品率1?×?良品率2?×?…?×?良品率n當(dāng)然，對(duì)同一種產(chǎn)品，這樣計(jì)算出來的累積晶圓生產(chǎn)良品率與簡(jiǎn)單方法計(jì)算出來的結(jié)果應(yīng)該是相等的。

典型FAB良品率在50%～90%之間。計(jì)算出來的FAB良品率用于指導(dǎo)生產(chǎn)，或作為工藝有效性的一個(gè)指標(biāo)。

累積晶圓生產(chǎn)良品率的制約要素主要包括：

1.工藝操作步驟的數(shù)量

商用半導(dǎo)體廠FAB良品率至少要保證75%以上，自動(dòng)化生產(chǎn)線更要達(dá)到90%以上標(biāo)準(zhǔn)才能獲利。根據(jù)累積晶圓生產(chǎn)良品率的計(jì)算公式不難看出，電路越復(fù)雜，工藝步驟越多，預(yù)期的FAB良品率就會(huì)越低。如果要求保持較高的FAB良品率，就必須保住每一個(gè)步驟的良品率很高，例如，要想在一個(gè)50步的工藝流程上獲得75%的累積晶圓生產(chǎn)良品率，每一單步的良品率必須達(dá)到99.4%，我們稱之為數(shù)量專治。因?yàn)閿?shù)量專治，F(xiàn)AB良品率決不會(huì)超過各單步的最低良品率。如果其中一個(gè)工藝步驟只能達(dá)到60%的良品率，整體的FAB良品率不會(huì)超過60%。

2.晶圓破碎和彎曲

在芯片生產(chǎn)制造過程中，晶圓本身會(huì)通過很多次的手工和自動(dòng)的操作。每一次操作都存在將這些易碎的晶圓打破的可能性。同時(shí)，對(duì)晶圓多次的熱處理，增加了晶圓破碎的機(jī)會(huì)，破碎的晶圓，只有通過手動(dòng)工藝，才有機(jī)會(huì)進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)。對(duì)于自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備，無論晶圓破碎大小，整片晶圓將被丟棄。相比較而言，硅晶圓的彈性優(yōu)于砷化鎵晶圓。

晶圓在反應(yīng)管中的快速加熱或冷卻，容易造成晶圓表面彎曲，影響到投射到晶圓表面的圖像會(huì)扭曲變形，并且圖像尺寸會(huì)超出工藝標(biāo)準(zhǔn)。這也是影響良品率的一個(gè)重要因素。

3.工藝制造條件的變異

在晶圓生產(chǎn)時(shí)，每一步都有嚴(yán)格的物理特性和潔凈度要求，但是，即使最成熟的工藝也會(huì)存在不同晶圓、不同工藝運(yùn)行、不同時(shí)間、操作者工作狀態(tài)不同等條件的影響。偶爾某個(gè)工藝環(huán)節(jié)還會(huì)超出它的允許界限，生產(chǎn)出不符合工藝標(biāo)準(zhǔn)的晶圓。因此，工藝工程和工藝控制程序的目標(biāo)，不僅僅是保持每一個(gè)工藝操作在控制界限以內(nèi)，更重要的是維持相應(yīng)的工藝參數(shù)分布(通常是正態(tài)分布)穩(wěn)定不變。但如果每一個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)點(diǎn)都落在規(guī)定的界限內(nèi)，但是大部分的數(shù)據(jù)都偏移至某一端，表面上看這個(gè)工藝還是符合工藝界限，但是工藝數(shù)據(jù)分布已經(jīng)改變了，很可能會(huì)導(dǎo)致最終形成的電路在性能上發(fā)生變化，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。所以生產(chǎn)中必須采取措施保持各道工藝數(shù)據(jù)分布的穩(wěn)定性。為減小工藝制程變異，常用工藝制程自動(dòng)化將變異減至最小。

4.工藝制程缺陷

晶圓表面受到污染或不規(guī)則的孤立區(qū)域(或點(diǎn))，稱為工藝制程缺陷(或點(diǎn)缺陷)。如果點(diǎn)缺陷造成整個(gè)器件失效，則稱為致命缺陷。

光刻工藝中很容易產(chǎn)生這些缺陷，不同液體、氣體、人員、工藝設(shè)備等產(chǎn)生的微粒和其他細(xì)小的污染物寄留在晶圓內(nèi)部或者表面，造成光刻膠層的空洞或破裂，形成細(xì)小的針孔，造成晶圓表面受到污染。

5.光刻掩膜版缺陷

光刻掩膜版缺陷會(huì)導(dǎo)致晶圓缺陷或電路圖形變形。

第一種是污染物。光刻時(shí)，掩膜版透明部分上的灰塵或損傷會(huì)擋住光線，像圖案中不透明部分一樣在晶圓表面留下本不該有的影像。

第二種是石英板基中的裂痕。它們不光會(huì)擋住光刻光線甚至?xí)⑸涔饩€，導(dǎo)致錯(cuò)誤的圖像，甚至扭曲的圖像。

第三種是在掩膜版制作過程中發(fā)生的圖案變形，包括針孔、鉻點(diǎn)、圖案擴(kuò)展、圖案缺失、圖案斷裂或相鄰圖案橋接。

芯片尺寸越大，密度越高，器件或電路