半导体工艺设备污染控制分析

半导体工艺设备污染控制分析

康昌武

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摘要：半导体被誉为制造行业的皇冠上的珍珠，在整个信息技术行业中，它是一种战略性、基础性和先导性的行业，它的技术水准和发展规模已经变成了一个国家的工业竞争能力和综合国力的主要指标。对半导体装置的沾染的控制，会对半导体前道制程的先进程度有很大的影响。在这个方面，本文将与大家一起分享关于半导体设备污染的原因以及如何进行处理的办法。

关键词：半导体；设备；工艺；污染控制

引言

一块硅晶圆上有许多微晶圆，而每一个微晶圆上有数百万个元件及连通线，它们对尘埃均十分敏感。随着芯片技术向更高精度、更高集成化方向发展，如何有效地抑制半导体上的杂质污染成为当前研究的热点问题。这种污染的原因，主要是因为空气和设备中的微粒、金属离子、化学物质、静电等，在半导体工艺制造的过程中，这些沾染会落到半导体晶圆和掩模板上，不仅会对器件关键尺寸的减小造成影响，还会造成电路中的器件出现缺陷，对器件工艺良率、器件性能以及可靠性造成影响，从而造成电路故障。

一、污染的类型，特别是高密度电路的半导体元件，极易被不同的杂质所破坏，元件的杂质敏感性，依赖于更细小的特性图案的大小及晶圆上的淀积层的厚度。在净化室中，主要有颗粒，金属离子，有机物沾污，自然氧化层，静电释放等。微粒污染，指一种在生产半导体晶片时所能接受到的微粒大小，其大小应低于元件最小特性大小的二分之一。若再进一步划分，又可分为粉尘，固体雾，烟雾，微生物雾，液体雾等等。灰尘的来源很广，以固体的有机物和无机物质为主。固体雾气是固体材料融化后，通过汽化、凝固而成的粒子，它与灰尘的不同之处，就是具有更高的粘性。液雾是由水蒸气冷凝或化学作用生成的微小水珠。在半导体器件生产过程中，从化学溶剂中，从不同的工艺中，提取出来的金属元素。在半导体元件的晶圆上，对 N、 P型掺杂区以及它们的邻近区，要求具有可控的电阻率。这种方法是有针对性地向晶片中掺入一些特殊的金属，从而达到对其电阻率的调控。然而，在此工艺中，微量的电子杂质很可能会产生于硅片表面，从而影响其稳定性。这些污染物质就是所谓的流动的离子污染物质。金属离子在物质中以离子的形式存在，在半导体物质中也表现出高度的流动性。这意味着，即便在经过了电学特性的检测之后，金属离子仍然有可能进入到电池内部，导致电池发生故障。未经处理的 Na是最常见的一种，广泛分布于人类的唾液、眼泪和汗水等，因此，在芯片制造过程中， Na污染是非常重要的一环。有机污染，最常见的是含有碳化物的，它通常与碳化物、氢化物或其它元素相结合。有机污染的来源是细菌，油脂，水蒸气，清洁剂，溶剂等。在一定的工艺参数下，微量的有机污染物就会使金属表面的致密性下降。

二、污染的源头与防治办法芯片处理过程污染的源头，其一为制作晶片的装置所在的空间，也就是在制作晶片处理过程中，该装置所在的空间，其二为制作芯片处理过程中，该装置所在的空间。

（一）设备外部污物的处理，为防止芯片生产时产生不可容忍的污物，并确保芯片设备外部环境的清洁，在晶片工业中，有一间净化室。净化室的实质是一种洁净的空间，将晶圆生产设备与受污染的外部环境隔绝。在净化室中，凡是会对产品造成危害，或者会对产品的功能造成危害的东西，都是在净化室中存在的。对于固体元件的高质量，使得纯净水室的清洁程度比其它行业要高得多。在净化室中，可以造成污染的污染源包括：空气、厂务设备、工作人员、工艺用水、化学溶液、化学气体、静电、工艺设备等，每个污染源都有特定的种类和等级的污染，为了达到净化室的需求，必须对其进行专门的控制。在净化室中，最重要的就是对微粒进行控制。我们日常吸入的空气中含有大量悬浮的尘埃，而那些飘浮在空中的尘埃一旦附着在晶圆上，就会对晶圆产生严重的损伤。净化器等级是指净化器室内的空气品质等级，以净化器室内的粒子大小和浓度为特征。若纯化间层级只以微粒数量表示，则1级纯化间只能有1个0.5微米的微粒，即每立方英尺最多有1个大小为0.5微米的微粒。人类也会产生微粒。微粒是由头发及头发制品、化妆品、衣物纤维屑、皮屑等引起的。日常生活中，人们说话，咳嗽，打喷嚏，都会影响到半导体。所以，在进入或离开净化室或在净化室工作的时候，工作人员都要严格遵循净化室的规定，并根据需要穿戴好净化室的衣服，以避免人体所生成的微粒或悬浮物对净化室及其设施的空气品质造成影响。

（二）用于制作半导体晶圆的设备内部的污垢的处理，同时也是最大的微粒源。在生产硅圆的时候，将硅圆从片箱转移到设备中，然后再进行工序。在这个时候，如果设备中的空气不是很干净，那么粒子等污物就会掉落到晶圆上，从而导致晶圆的致命缺陷。所以，在生产过程中，确保生产过程中的清洁是非常重要和必要的。在半导体制程设备中，粒子的成因有：1。设备中各个零件之间的摩擦所造成的污垢；2、从装置外部引入的粒子；3、制作过程中产生的挥发性物质；首先，若装置中零件间发生摩擦，必然会造成金属离子，有机物，微粒等的污染。这些部件间的摩擦所造成的污染，要在设备的设计阶段就予以充分的重视，对于那些具有刚性的部件，要为移动部件留下一个安全的移动空间，此外，还要对诸如皮带之类的，在移动的时候产生的振动、振幅大小以及与相邻部件的间隔进行考量，避免因为皮带的振幅过大，在移动的时候，会与相邻部件发生刮擦，造成磨损，从而造成晶圆的沾污。其次，要阻止外来粒子从装置中侵入，首先要确保设备外的清洁，同时也要确保装置内的气压比外界的气压高。确保装置的外环境清洁，以控制可能的污染物质流入装置。当装置内压高于装置外压时，则能确保气体由装置内向装置外流动，不仅能将装置内的污物带出，也能将装置外的污物阻挡在外。最后，最为关键的是，制作过程中的挥发物，会直接进入到设备中，若不能将其排放出去，则会沉淀到晶圆上，从而产生有机物质，或粒子，从而导致芯片电路的完成。这个时候要想办法排除挥发性物质。一般来说，这个现象会出现在焙烧单位，特别是焙烧结束后，挥发性物质更多。在烘干装置的上面，可以设置一个负压差，用来排出硅晶圆上的气体。在挥发物数量较多的时候，为避免挥发物返回，可以在烘烤单元的上面还设有一个加热装置，这样可以确保挥发物以气体的方式被排放出去，而不会因为温度较低而变成水滴，从而导致挥发物返回到硅片表面。对机器内空气流动的控制也非常关键，要确保机器内空气流动的大小和方向，这样机器内生成的粒子等，就能被高效地带走，而不会滞留在晶圆上。

结语：不管是从技术上，还是从经济上来看，半导体都有着不可取代的地位，再加上国家对于这一行业的大力支持，这一行业的发展已经成为了必然。所以，如何有效地控制芯片前端工艺中的污染，对于芯片的污染，将会产生很大的影响，从而对我们国家的芯片工业发展产生很大的影响。

参考文献

[1]唐旺,邱丰炜.半导体厂净化空调空气分子污染监测与控制[J].集成电路应用,2021,38(10):9-12.

[2]潘晓华.浅谈氧化物半导体材料显示器项目污染防治措施[J].广东化工,2021,48(14):182-183.

[3]王本义,谷德鑫,邱书媛.半导体晶圆的污染杂质及清洗技术分析[J].中国设备工程,2021(09):215-216.