本节小编将为大家介绍一些由污染引起的问题和常见的一些污染源。

在上节介绍的5种污染物的影响下,将在以下3个特定的功能领域对工艺过程和器件产生影响。它们是:

  1. 器件工艺良品率;
  2. 器件性能;
  3. 器件可靠性。

下面我们逐一介绍这三个方面。

半导体器件

器件工艺良品率:在一个污染环境中制成的器件会引起多种问题。污染会改变器件的尺寸,改变表面的洁净度,和造成有凹痕的表面。在晶片生产的过程中,有一系列的质量检验和检测,它们是为检测出被污染的晶圆而特殊设计的。高度的污染使得仅有少量的晶圆能够完成全工艺过程,从而导致成本升高。

器件性能:一个更为严重的问题是在工艺过程中漏检的小问题。在工艺步骤中的不需要的化学物质和AMC可能改变器件尺寸或材料质量。在晶圆中高密度的可移动离子污染物可能会改变器件的电性能。这个问题通常是在晶圆制造工艺完成后的电测试(也成为晶圆或芯片拣选)中显现出来的。

LSI

器件可靠性:最令人担心的莫过于污染对器件可靠性的失效影响。小剂量的污染物可能会在工艺过程中进入晶圆,而未被通常的器件测试检验出来。然而,这些污染物会在器件内部移动,最终停留在电性敏感区域,从而引起器件失效。这一失效模式成为航天工业和国防工业的首要关注点。

在之后的小节中,将讨论对半导体器件生产中产生影响的各类污染的来源、性质及其控制。随着20世纪70年代LSI电路的出现,污染控制成为这一产业的基本问题。从那时起,大量的关于污染控制的认识逐渐发展起来。如今污染的控制本身已成为一门学科,是制造固态器件必须掌握的关键技术之一。

 

那么,常见的污染来源有哪些呢?

污染源

 

普通污染源

净化间内的污染源是指任何影响产品生产或产品功能的一切事物。由于固态器件的要求较高,所以就决定了它的洁净度要求远远高于大多数其他工业的洁净程度。实际上生产期间任何与产品相接触的物质都是潜在的污染源。主要的污染源有:

  1. 空气;
  2. 厂务设备;
  3. 净化间工作人员;
  4. 工艺使用水;
  5. 工艺化学溶液;
  6. 工艺化学气体;
  7. 静电;
  8. 工艺设备。

每种污染源产生特殊类型和级别的污染,需要对其进行特殊控制以满足净化间的要求。

 

空气

普通空气中含有许多污染物,只有经过处理后才能进入净化间。最主要的问题是含有在空气中传播的颗粒,一般是指微粒或浮沉。普通空气中包含大量的微小颗粒或粉尘,微小颗粒的主要问题是在空气中长时间漂浮。而净化间的洁净度就是由空气中的微粒大小和微粒含量来决定的。

空气

美国联邦标准209E规定空气质量由区域中空气级别数来表示。标准按两种方法设定,一个是颗粒大小,二是颗粒密度。区域中空气级别数是指在1立方英尺中所韩直径为0.5um或更大的颗粒总数。一般城市的空气中通常包含烟、雾、气。每立方英尺有多达500万个颗粒,所以是500万级。随着芯片部件尺寸的更新换代,不断提高的芯片灵敏度要求越来越小的颗粒。

下图显示了由ISO(美国联邦标准209E)规定的颗粒直径与颗粒密度的关系。M1级展示了300mm或450mm晶圆制造生产区域要求的更高的洁净标准。联邦标准209E规定最小洁净度可到一级。因为209E以0.5um的颗粒定义洁净度,而成功的晶圆加工工艺要求更严格的控制,所以工程技术人员、工程师们致力于减少10级和1级环境中0.1um颗粒的数量。例如,Semetech建议的规范是在加工车间为0.1级和空气为0.01级。

209E

我们上面提到了净化间所需要的净化标准,那么如何达到这么高要求的净化标准呢?

下面小编就为大家来细细介绍。

 

净化空气的方法

净化间的设计是要使生产无污染晶圆的能力更完整化。设计时的主要思路是保持加工车间中空气的洁净。自动化生产也是降低污染的一种重要方法。这个问题将于“工艺设备“部分一起讲解。共有4种不同的净化间设计方法:

  1. 洁净工作台;
  2. 隧道型设计;
  3. 微局部环境;
  4. 晶圆隔离技术。

首先来介绍洁净工作台。

 

洁净工作台法

半导体工业采用净化间技术最初是由NASA(美国航空航天局)为组装航天器和卫星而开发的。然而,当扩大到需要拥有更多工人的更大生产区域时,足以装配卫星的小型净化间不能维持。该问题可以采用净化间工作台方法补救。主要是把过滤器装在单个工作台上,并使用无脱落的物质。在工作台以外,晶圆被装在密封的盒子中存储和运输。

洁净工作台

最初制造区是由一个被称为舞厅式设计的大屋子组成。在大型车间中按顺序排列的工作台组成加工区,使晶圆依工艺次序经过而从不露于脏空气中。净化工作罩中的过滤是一种高效颗粒搜集过滤器,或更苛刻的应用超低颗粒过滤器。这些过滤器是由含许多小孔,并按手风琴琴叶折叠的脆性纤维组成的,高密度的小孔与大面积的过滤层,使得大量的空气低速流过。

空气流动

由于低速空气可避免产生空气流,有利于工作台的洁净度,并且对于操作员而言,在舒适的环境中工作也是必要的。典型的空气流速为:每分钟90~100英尺。HEPA和ULPA过滤器可使0.12um颗粒达到99.9999%或更高的过滤效率。

 

本节由于篇幅有限,暂时介绍到这里,下节小编继续为大家介绍工作台法的内容。