第4章 半导体制造中的沾污控制
10-7
10-6
10-5
10-4 毫米
10-3
10-2
1பைடு நூலகம்-1
1
10
半导体制造中，可以接受的颗粒尺寸的粗 略法则是它必须小于最小器件特征尺寸的 一半。 一道工序引入到硅片中超过某一关键尺寸 的颗粒数，用术语表征为每步每片上的颗 粒数（PWP）。
在当前生产中应用的颗粒检测装置能检测 到的最小颗粒直径约为0.1微米。
五.
工艺用化学品
无论是液态化学品还是气体化学品，都 必须不含沾污。然而，处理和传送系统有可 能引入杂质，所以在靠近使用现场安置过滤 器。 过滤效率是指停留在过滤器中特定尺寸 以上的颗粒的百分比。对于 ULSI 工艺中使用 的液体过滤器，对于 0.2 微米以上颗粒的典型 效率为99.9999999%。
湿法清洗概况
占统治地位的硅片表面清洗方法是湿化学 法。 工业标准湿法清洗工艺称为RCA清洗工 艺。用在湿法清洗中的典型化学品以及它 们去除的沾污列于表4.3。
RCA工艺是由美国无线电公司（RCA）于20 世纪六十年代提出的，首次采用是在1970年。 RCA湿法清洗由一系列有序的浸入两种不同 的化学溶液组成： 1号标准清洗液（SC-1） 2号标准清洗液（SC-2）
净化间人员主要操作规程：
经过风淋和鞋清洁器
只把必需物品带入净化间
缓慢移动 保持所有的头部和面部以及 头发包裹。 保持超净服闭合。
工艺线直击——净化间
三．厂房 为使半导体制造在一个超洁净的环境中 进行，有必要采用系统方法来控制净化间区 域的输入和输出。在净化间布局、气流流动 模式、空气过滤系统、温度和湿度的设定、 静电释放等方面都要进行完美的设计，同时 尽可能减少通过设备、器具、人员、净化间 供给引入的颗粒和持续监控净化间的颗粒， 定期反馈信息及维护清洁。
硅上有源区
钨塞
氧化层隔离接触
五. 静电释放
静电释放（ ESD ）也是一种形式的污染，因为 它是静电和从一个物体向另一个物体未经控制的转 移，可能损坏芯片。 ESD产生于两种不同静电势的材料接触或摩擦。
半导体制造中，硅片加工保持在较低的湿度中， 典型条件为 40％＋ 10％的相对湿度（ RH ，Relative Humidity）这种条件容易使较高级别的静电荷生成 。增加相对湿度可以减少带电体的电阻率，有助于 静电荷的释放，但同时也会增加侵蚀带来的沾污。
后果：电路开路或短路，薄膜针眼或开裂，引起后续沾污。 颗粒来源： 空气 人体 设备 化学品
超级净化空气
风淋吹扫、防护服、面罩、 手套等，机器手/人 特殊设计及材料 定期清洗
超纯化学品 去离子水
各种可能落在芯片表面的颗粒
颗粒的相对尺寸
云层颗粒 原子 雾 雾颗粒 大气灰尘 物质的单分子 薄烟 灰尘 沙 鹅卵石
雷诺实验装置
流体流动形态示意图
空气过滤
空气进入到天花板内的特效颗粒过滤器，以层流 的模式流向地面，进入到空气再循环系统后与补 给的空气一道返回空气过滤系统。在现代工艺线 上，空气每6秒可以周转1次。
特效颗粒过滤器：
高效颗粒空气过滤器（HEPA）：用玻璃纤维制 成，产生层状气流。 超低渗透率空气过滤器（ULPA）：指那些具有 99.9995%或更高效率过滤直径超过0.12 μ m颗粒的 过滤器。
现代IC fabs依赖三道防线来控制沾污
三道防线:
1. 净化间（clean room） 2. 硅片清洗（wafer cleaning） 3. 吸杂（gettering）
净化间沾污分为五类
颗粒 金属杂质 有机物沾污 自然氧化层 静电释放（ESD）
颗粒：所有可以落在硅片表面的都称作颗粒。
＝10－15 cm2，vth=107 cm/s 若要求G＝100 ms，则Nt1012 cm-3
三. 有机物的玷污
导致的问题: 栅氧化层密度降低; 清洁不彻底,容易引起后续沾污 来源： • 环境中的有机蒸汽, 清洁剂和溶剂 • 存储容器 • 光刻胶的残留物 去除方法：强氧化
－ 臭氧干法 － Piranha：H2SO4-H2O2 － 臭氧注入纯水
高效过滤
超细玻璃纤 维构成的多 孔过滤膜： 过滤大颗粒， 静电吸附小 泵 颗粒 循 环 系 统
20～22C 40～46％RH 排气除尘
空气循环系统设备
温度和湿度
对硅片加工设备温度和湿度的设定有着特 别的规定。一个1级0.3μm的净化间温度控 制的例子是68±0.5℉。 相对湿度（RH）很重要，因为它会助长侵 蚀，例如自然氧化层的生长。典型的RH设 定为40％±10％。
二.
人
人员持续不断地进出净化间，是净化间沾污的 最大来源。
现代超净服是高技术膜纺织品或密织的聚酯 织物。先进的材料对于 0.1 微米及更大尺寸 的颗粒具有99.999%的效率级别。
超净服的系统目标：
1）对身体产生的颗粒和浮质的总体抑制； 2）系统颗粒零释放； 3）对ESD的零静电积累； 4）无化学和生物残余物的释放。
可动粒子沾污引起的阀值电压改变
离子沾污改变晶体管的电学特性
+ + + + + + + + Polysilicon + + + + + +
Gate oxide
+
+
电子导电
-Vs S
N+
+Vg G
++++++ ++++++ ++++++
+Vd D
N+
P- 硅衬底
无关杂质的危害性
例2. MOS阈值电压受碱金属离子的影响 作业1
平行于硅片表面的声压波使粒子浸润， 然后溶液扩散入界面，最后粒子完全浸 润，并成为悬浮的自由粒子。
表4.3
硅片湿法清洗化学品
现代芯片生产中硅片清洗工艺流程
化学溶剂
1 2 3
4 5 6 7 8 9
静电释放
多数静电释放可以通过合理运用设备和规程 得到控制。主要的ESD控制方法有： 防静电的净化间材料 ESD接地 空气电离。
四．水
为了制造半导体，需要大量的高质量、 超纯去离子水（DI water，de-ionized water） 。我们平时使用的来自于自来水厂的生活用 水含有大量的沾污而不能用于硅片生产。经 过处理之后， DI 中不允许有的沾污是：溶解 离子、有机材料、颗粒、细菌、硅土和溶解 氧 。 同 时 在 25℃ 下 ， DI 的 电 阻 率 要 达 到 18MΩ-cm。一个水净化系统见图4.1。
六.
生产设备
用来制造半导体硅片的生产设备是硅片工 厂中最大的颗粒来源。 在硅片制造过程中，硅片从片架重复地转 入设备中，经过多台装置的操作，卸下返回到 片架中，又被送交下一工作台。这就需要特殊 的设计考虑以避免沾污。有用输送带系统和升 降机来传送硅片、用封闭洁净的片架装硅片、 建立一个微环境来加工硅片等等。
RCA——标准清洗
SC-1（APM，Ammonia Peroxide Mixture）： NH4OH(28%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:5～1:2:7 70～80C, 10min 碱性（pH值>7） 可以氧化有机膜 和金属形成络合物 缓慢溶解原始氧化层，并再氧化——可以去除颗粒 NH4OH对硅有腐蚀作用 RCA clean is OH－ “standard process” OH－ OH－ used to remove OH－ OH－ OH－ organics, heavy metals and alkali ions.
硅片生产厂净化室
Photograph courtesy of Advanced Micro Devices, main fab corridor
净化级别标定了净化间的空气质量级别， 它是由净化室空气中的颗粒尺寸和密度表征的。
表6.2 美国联邦标准209E中各净化间级别对空气漂浮颗粒的限制
近来已经开始使用0.1级，这时颗粒尺寸缩小到0.02~0.03µm。
四. 自然氧化层
来源: 在空气、水中迅速生长 导致的问题：
接触电阻增大 难实现选择性的CVD或外延 成为金属杂质源 难以生长金属硅化物
清洗工艺：HF＋H2O（ca. 1: 50）
接触孔底部的自然氧化层在钨和掺杂硅区 域引起差的电接触
层间介质 层间介质
在钨淀积前，自然氧化层 生长在接触孔
第四章 沾污控制与净化技术
本章内容
沾污的类型，来源，后果，去除方法
硅片清洗，方案，流程，评估要点。
先进的干法清洗方案介绍
4.1
沾污的类型
沾污（Contamination）是指半导体制造 过程中引入半导体硅片的任何危害芯片成品率 及电学性能的不希望有的物质。 沾污经常导致有缺陷的芯片，致命缺陷是导 致硅片上的芯片无法通过电学测试的原因。
SC-2: HCl(73%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:6~1:2:8 70～80C, 10min 酸性（pH值<7）
可以将碱金属离子及Al3＋、Fe3＋和Mg2＋在SC-1溶 液中形成的不溶的氢氧化物反应成溶于水的络合物 可以进一步去除残留的重金属污染（如Au） RCA与超声波振动共同作用，可以有更好的去颗粒作用 20～50kHz 或 1MHz左右。
M
氧化 还原
Mz+ + z e-
去除溶液：SC-1, SC-2（H2O2：强氧化剂）
电负性 Cu+e Si Cu2-+2e CuSi++e Cu
第4章-半导体制造中的沾污控制
M
Mz+ + z e-
还原
➢ 去Байду номын сангаас溶液：SC-1, SC-2（H2O2：强氧化剂）
Cu+e Si
Cu2-+2e
电负性 CuSi++e
Cu
作业2 反 应 优 先 向 左
金属离子在半导体材料中是高度活动性的，被称 为可动离子沾污（MIC）。当MIC引入到硅片中时， 在整个硅片中移动，严重损害器件电学性能和长期可 靠性。 对于MIC沾污,能迁移到栅结构中的氧化硅界面， 改变开启晶体管所需的阈值电压。
二.金属沾污
➢ 来源：化学试剂，离子注入、反应离子刻蚀等工艺
化学品和传输官道及容器的反应。例如，CO。
❖量级：1010原子/cm2 ➢ 影响：
Fe, Cu, Ni, Cr, W, Ti… Na, K, Li…
✓在界面形成缺陷，影响器件性能，成品率下降
✓增加p-n结的漏电流，减少少数载流子的寿命
不同工艺过程引入的金属污染
雷诺实验装置
流体流动形态示意图
空气过滤
空气进入到天花板内的特效颗粒过滤器，以层流 的模式流向地面，进入到空气再循环系统后与补 给的空气一道返回空气过滤系统。在现代工艺线 上，空气每6秒可以周转1次。
特效颗粒过滤器：
高效颗粒空气过滤器（HEPA）：用玻璃纤维制成， 产生层状气流。
超低渗透率空气过滤器（ULPA）：指那些具有 99.9995%或更高效率过滤直径超过0.12 μ m颗粒的 过滤器。
接触孔底部的自然氧化层在钨和掺杂硅区 域引起差的电接触
层间介质
层间介质
在钨淀积前，自然氧化层 生长在接触孔
硅上有源区
钨塞
半导体超洁净流控技术
半导体超洁净流控技术关于半导体超洁净流控技术的相关信息，我会帮您撰写一篇 2000 字的文章。
文章主要包括以下几个方面：1. 半导体超洁净流控技术的定义和背景2. 技术原理和关键技术3. 技术在半导体制造中的应用4. 技术的发展趋势及市场前景以下是文章的开头部分：半导体超洁净流控技术（Semiconductor Ultra Clean Flow Control Technology）是指在半导体制造过程中，通过利用流体控制技术，实现对气体、液体等介质的高纯度、高精密度控制，以确保半导体生产过程中的洁净度和稳定性。
随着半导体工艺的不断革新和升级，超洁净流控技术在半导体制造领域发挥着越来越重要的作用。
技术原理和关键技术半导体超洁净流控技术的核心原理在于对流体介质进行严格控制，以确保在半导体生产过程中介质的纯度和浓度符合要求。
该技术主要包括以下几个方面的关键技术：1. 高精度流量控制技术：通过先进的流量计和流量控制阀，实现对介质流动的精确控制，确保在制造过程中所需的介质流量和压力稳定可控。
2. 高纯度介质输送技术：采用高纯度介质输送管路和接头，有效避免外界对介质的污染，保证介质的高纯度输送。
3. 高效过滤技术：通过高效过滤器和过滤介质，对介质中的微小杂质和颗粒进行有效过滤，确保介质的纯净度。
4. 精密混合技术：针对需要的多种气体或液体的混合比例进行精确控制，以满足半导体工艺对介质混合比例的要求。
技术在半导体制造中的应用半导体超洁净流控技术在半导体制造中起着至关重要的作用。
它能够确保在半导体生产过程中使用的各种介质的高纯度和稳定性，从而保证半导体芯片的制造质量和性能。
超洁净流控技术能够保障半导体制造过程中的环境洁净度，减少外界污染对半导体生产的影响，提高半导体器件的可靠性和稳定性。
该技术的高精密度控制使得半导体制造工艺能够更加精细化、高效化，提高生产效率和降低成本。
以上是文章的开头部分，如果您需要继续撰写，请告诉我。
半导体产业之—污染控制（一）
半导体产业之—污染控制（一）这几节小编将为大家解释污染对器件工艺、器件性能和器件可靠性的影响，以及芯片生产区域存在的污染类型和主要的污染源。
同时，也将对净化间规划、主要的污染控制方法和晶片表面的清洗工艺进行讨论。
首先来看看什么是污染。
污染是可能将芯片生产工业扼杀在摇篮里的首要原因之一。
半导体工业起步于由空间技术发展而来的净化间技术。
然而，事实表明，对于大规模集成电路的生产，这些技术水平是远远不够的。
净化间不得不与芯片设计和密度进步保持同步。
产业生长的能力依赖于每一代芯片提出的污染问题的解决。
昨天的小问题可能变成明天芯片的致命缺陷。
污染物类型半导体器件极易受到多种污染物的损害。
这些污染物可以归纳为四类：1.微粒；2.金属离子；3.化学物质；4.细菌；5.空气中分子污染。
接下来我们逐一的进行介绍。
微粒：半导体器件，尤其是高密度的集成电路，易受到各种污染的损害。
器件对于污染的敏感度取决于较小的特征图形的尺寸和晶片表面沉积层的厚度。
目前的量度尺寸已经降到亚微米级。
1um是非常小的。
1cm是它的1000倍。
人的头发的直径为100um。
这种非常小的器件尺寸导致器件极易受到由人员、设备和工艺操作中使用的化学品所产生的，存在于空气中的颗粒污染的损害。
由于特征图形尺寸越来越小，膜层越来越薄，所允许存在的微粒尺寸也必须被控制在更小的尺度上。
由经验所得出的一条法则是：为例的大小必须是第一层金属半个节距的一半。
半个节距是相邻金属条之间间距的一半。
落于器件的关键部位并毁坏了器件功能的微粒被称为致命缺陷。
致命缺陷还包括晶体缺陷和其他由工艺过程引入的问题。
在任何晶片上，都存在大量微粒。
有些属于致命性的，而其他一些位于器件不太敏感的区域则不会造成器件缺陷。
2011版国际半导体技术路线图良品率增强部分确定缺陷与良品率的相关性，并开发更敏感缺陷和污染检测设备，作为未来技术代良品率增强的基础。
金属离子：之前我们曾介绍过，半导体器件在整个晶圆上N型和P型的掺杂区域，以及在精确的N和P相邻区域，都需要具有可控的电阻率。
半导体金属沾污问题研究
半导体硅片金属微观污染机理研究进展文章来源：互联网点击数：589 录入时间：2006-4-2减小字体增大字体郑宣，程璇摘要：综述了近10年来国内外在半导体硅片金属微观污染研究领域的进展。
研究了单金属特别是铜的沉积、形成机理和动力学以及采用的研究方法和分析测试手段，包括对电化学参数和物理参数等研究。
指出了随着科学技术的不断发展，金属污染金属检测手段也得到了丰富，为金属微观污染的研究提供了有力的工具。
1引言随着ULSI技术的不断向前发展，对半导体硅的表面性质要求也越来越严格。
而且电路的集成度日益提高，单元图形的尺寸日益微化，污染物对器件的影响也愈加突出，以至于洁净表面的制备已成为制作64M和2 56Mbyte DRAM的关键技术[1,2]。
此外有超过50％成品损失率是由硅表面的污染所造成的。
硅片上的杂质一般可分为三种：分子型、离子型和原子型。
这里主要探讨原子型杂质。
原子型杂质主要是指过渡金属或贵金属原子（如Au、Ag、Cu等），它们主要来自于硅的酸性刻蚀剂中。
原子型杂质主要影响器件中少子寿命、表面的导电性、门氧化物的完整性和其它器件稳定性参数等，特别在高温或电场下，它们能够向半导体结构的本体扩散或在表面扩大分布，导致器件性能下降，产率降低。
在工业上，硅表面清洗分为干法和湿法清洗两种，前者是物理方法，后者是化学方法。
目前湿法清洗一直占主导地位，因为它对杂质和基体选择性好，可将杂质清洗至非常低的水平。
本文综述了几种典型金属在湿法清洗过程中对硅片表面产生的金属微观污染和所涉及的机理研究进展，并讨论了今后该领域的研究方向。
2 污染物的形成机理与研究半导体微电子制造过程中，金属污染浓度可达到1012 ～1013 atom/cm2。
但实际上制造16Mbyte DRAM 要求必须将硅表面金属浓度降低到1×1012 atom/cm2以下。
所以研究化学试剂HF中金属离子（主要是铜离子）在硅表面的沉积行为和污染机理具有重要的科学价值和实际意义。
微电子10-si片制造中的污染控制
护清洁。
净化间布局 由早期的舞厅式布局到了现在的间格和夹 层布局。
早期净化间的舞厅式布局来自净化间间格和夹层的概念
气流原理 为了实现净化间的超净环境，气流种类是关键的。 层状气流意味着气流是平滑的，无湍流气流模式（见图）。
空气过滤 图是空气过滤系统的简化图。
金属杂质导致了半导体杂质中器件成品率的减少， 包括氧化物－多晶硅栅结构中的结构性缺陷。 额外的问题包括pn结上泄露电流的增加以及少数载 流子寿命的减少。 可动离子沾污（MIC）能迁移到栅结构的氧化硅界 面，改变开启晶体管所需的阈值电压（见图）。 由于它们的性质活泼，金属离子可以在电学测试和 运输很久以后沿着器件移动，引起器件在使用期间 失效。 半导体制造的一个主要目标是减少与金属杂质和 MIC的接触。
温度和湿度 对硅片加工设备温度和湿度的设定 有特别的规定。一个1级0.3um净化间温度控制 的例子是68％±0.5°F。相对湿度（RH）很重要， 因为它对侵蚀有贡献。典型的RH设定为40％ ±10％。
静电释放 多数静电释放（ESD）可以通过合理 运用设备和规程得到控制。主要的ESD控制方法 有：
•静电消耗性的净化间材料 •ESD接地 •空气电离
水
为了制造半导体，需要大量的高质量、超纯去离子（DI）水 （UPW）。据估计在1条现代的200nm工艺线中，制造每个 硅片的去离子水消耗量达到2000加仑。
超纯去离子水中不允许的沾污有： •溶解离子 •有机材料 •颗粒 •细菌 •硅土 •溶解氧
图展示了水中的各种颗粒及其尺寸
自然氧化层引起的另一个问题在于金属导体的接触区。接触 使得互连与半导体器件的源区及漏区保持电学连接。如果有 自然氧化层存在，将增加接触电阻，减少甚至可能阻止电流 流过（见图）。
半导体硅片制造中的沾污及控制
半导体硅片制造中的沾污及控制硅片加工中的简单活动，如开门关门或在工艺设备周围过度活动，都会产生颗粒沾污。
通常的人类活动，如谈话、咳嗽、打喷嚏，对半导体都是有害的。
从以上所列数据，可清楚地看到操作人员地衣着和行动对环境洁净度的影响，所以洁净区要限制人数，而且洁净区工作人员应注意以下事项。
⑴进入洁净区要先穿戴好专用净化工作服、鞋、帽。
⑵进入洁净区前要现在风淋室风淋后方可进入净化车间⑶每周洗工作服，不准用化妆品⑷与工作无关的纸张、书报不得带入车间⑸严禁再净化区做会造成粉末的活，工作中少走动⑹进入净化区的设备、试剂、气瓶等所有物品都要经过严格清洁方可进入⑺每天上班前清扫、擦拭设备，下班前清理好工作现场。
⑻定期检测洁净度，超标要停产整顿。
就在我们身边的异常硅片裸放在设备上记录本随处防置超净服为实现净化间内的超净环境，人员必须遵守某些程序，成为净化间的操作规程，还必须穿上净化服。
超净服由兜帽、连衣裤工作服、靴子、手套组成，完全包裹住了身体。
超净服系统的目标是满足一下职能标准：对身体产生的颗粒和浮质的总体控超净服系统颗粒零释放对ESD的零静电积累无化学和生物残余物的释放要求人员在进入净化间前必须穿戴好净化服方可进入净化间。
防护口罩是防止员工唾液中的颗粒沾污制造区域。
净化手套是防止汗渍沾污硅片造成离子沾污。
为了减少人类带来的沾污，使用了超净服，制定了净化间操作规程应该做的不应该做的理由只有经过授权的人员方可进入净化间没有接受过净化间应知行为严格培训的人员不得入内，净化间的管理者具有最后的决定权经过授权的人员才熟悉超净室操作中严格且近乎苛求的规定只把必需物品带入净化间进制化妆品、香烟、手帕、卫生纸、食品、饮料、糖果、木制/自动铅笔或钢笔、香水、手表、珠宝、磁带播放机、电话、寻呼机、摄像机、录音机、梳子、纸板或非净化间允许的纸张、设计图、操作手册或指示图表等阻断不想要的沾污员进入在半导体期间中产生缺陷根据公司培训规定的方式着装进入不允许包裹不严的街头服装进入净化间确保超净服免受可能进入净化间的沾污始终确保所有的头部和面部头发被包裹起来不要曝露脸上和头上的头发头发是沾污源遵守进入净化间的程序，如风淋和鞋清洁器不要在所有程序完成之前开启任何一道通往净化间的门所有淋浴都可能有助于去除沾污，许多公司由于空气沾污原因已经停止使用这到程序在净化间中所有时间内都保持超净服的闭合不要把任何街头服装曝露于超净室内，不要让你的皮肤的任何部分接触超净服的外面部分不想要的沾污源缓慢移动不要群聚或者快速移动这会破坏气流模式空气过滤空气进入天花板内的特效颗粒过滤器，以层流模式流向地面，进入到空气再循环系统后与补给的空气一道返回空气过滤器系统。
集成电路制造工艺第4章 集成电路制造中的污染控制
自然氧化层引起的一个问题在于金属导体的接触区。接触 使得互连线和半导体器件的源区及漏区保持电学连接，如果 有自然氧化层存在，将增加接触电阻，减少甚者可能阻止电 流流过。
图4-4 接触孔底部的自然氧化层引起差的电接触
2. 干法清洗工艺
图4-11 等离子清洗机的工作原理及清洗过程
1. 颗粒
图4-1 人类头发对0.18微米颗粒的相对尺寸
2. 金属杂质
金属离子在半导体材料是高度活动性的，可被称为可动离子 玷污（MIC）。 MIC玷污能迁移到栅结构中的氧化硅界面，改变开启晶体管 所需的阈值电压（见图4-3）
图4-3 可动离子玷污改变阈值电压
3. 有机物玷污 有机物玷污是指那些包含碳的物质,几乎总是同碳自身及
第二步是去除颗粒，一般用NH4OH/H2O2/H2O(APM)1号标准清洗液 (SC-1)。SC-1清洗液是碱性溶液，主要通过氧化颗粒或电学排斥作用。 H2O2是强氧化剂，能氧化硅片表面和颗粒。颗粒上的氧化层能提供消散 机制，分裂并溶解颗粒，能破化颗粒和硅片表面之间的附着力。
图4-9 颗粒在SC-1中的氧化合溶解 图4-10 颗粒通过负电荷排斥而去除
第4章 集成电路制造中的污染控制
• 本章的学习目标： 1.了解集成电路制造中玷污的的种类。 2.了解集成电路制造中玷污控制的方法。 3. 熟悉清洗工艺流程及清洗设备。 4. 掌握化学湿法清洗及工艺流程操作。
4.1 集成电路制造中的玷污
• 净化间玷污分为五类： 颗粒 金属杂质 有机物玷污 自然氧化层 静电释放（ESD）
晶圆表面有各种不同类型的玷污，每一种在晶圆上表现为不 同的问题，只有知道了各种玷污的来源，明确各种玷污的影 响，针对具体的玷污，才能制定出具体的清洗方法，各种玷 污的来源和相对的影响。
硅片制造中的沾污控制
硅片清洗设备
兆声清洗（megasonics clean）
兆声频段：800-1200kHz 优点：减少了所需化学品用量，提高了硅片清洗效率。
喷雾清洗
利用机械方法使硅片悬转，在旋转过程 中不断向硅片表面喷液体（高纯去离子 水或其他清洗液）达到清洗硅片的目的。
化学机械平 坦化后使用
刷洗器
水清洗：
溢流清洗器
其效率将直接影响到器件的成品率、性能和可靠性, 所以 国内外对清洗工艺的研究一直在不断地进行。 常见的清洗工艺有：湿法化学清洗、超声清洗法、兆 声清洗法、鼓泡清洗法、擦洗法、高压喷射法、离心喷射
法、 RCA 标准清洗、等离子体清洗等。
二、硅片沾污类型
在硅片加工及器件制造过程中, 所有与硅片接触的外 部媒介都是硅片沾污杂质的可能来源。这主要包括以下几 方面: 硅片加工成型过程中的污染, 环境污染, 水造成的 污染, 试剂带来的污染, 工业气体造成的污染, 工艺本身 造成的污染, 人体造成的污染等。
三、硅片清洗
目标
去除所有的表面沾污： 颗粒、有机物、金属和自然氧化层
硅片湿法清洗化学品
沾污 颗粒 名称 化学配料描述（所有清洗后伴随去离子水清洗） 分子式 H2SO4/H2O2/H2O NH4OH/H2O2/H2O
piranha（SPWห้องสมุดไป่ตู้ 硫酸/过氧化氢/去离子水 SC-1(APW) 氢氧化铵/过氧化氢/去离子水
• 用于去除硅片表面的金属沾污
• 用高氧化能力和低pH值的溶液，清洗液从金属和有机物 沾污中俘获电子并氧化它们。电离的金属溶于溶液中， 有机杂质被分解。
piranha配料：
是一种强效的清洗溶液，它联合使用硫酸（H2SO4）和过 氧化氢（H 2 O 2 ）去除硅片表面的有机物和金属杂质，在 工艺的不同步骤使用。常见组分为H2SO4:30%H2O2= 7:3。 清洗方法：把硅片浸入125℃的piranha中19分钟，接着 用去离子水彻底清洗。
第四章 半导体制造中的化学品,沾污控制和硅片清洗
f 自然氧化层：
g 静电释放:
h:人员产生的污染
（1）洁净室工作人员是最大的污染源之一。即使一 个经过风淋的洁净室操作员，当他坐着时，每分钟也 可释放十万到一百万个颗粒。 （2）人类的呼吸也包含着大量的污染，每次呼气向 空气中排出大量的水汽和微粒。而一个吸烟者的呼吸 在吸烟后在很长时间里仍能带有上百万的微粒。 （3）而体液，例如含钠的唾液也是半导体器件的主 要杀手。
超级净化空气
风淋吹扫、防护服、面罩、 手套等，机器手/人
超纯化学品 去离子水
特殊设计及材料 定期清洗
各种可能落在芯片表面的颗粒
b 金属离子
➢ 来源：化学试剂，离子注入、反应离子刻蚀等工艺 ❖量级：1010原子/cm2
Fe, Cu, Ni,
Cr, W, Ti…
➢ 影响：
Na, K, Li…
✓在界面形成缺陷，影响器件性能，成品率下降
0.5um
一般城市的空气中通常包含烟、雾、气。每立方英 尺有多达五百万个颗粒，所以是五百万级。
因为 209E 以 0.5 微米的颗 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0.3 微米颗粒的数量。 Semetech/Jessi 建议： 64 兆内存加工车间为 0.1 级， 256 兆内存为 0.01 级。
70～80C, 10min
碱性（pH值>7）
✓可以氧化有机膜 ✓和金属形成络合物 ✓NH4OH对硅有腐蚀作用 ✓缓慢溶解原始氧化层，并再氧化——可以去除颗粒
硅表面与粒子间的相互作用力：范德华力和电偶层相互作用力 硅的表面电位为负 大部分离子在碱性条件下为负 同极性：粒子必须越过位垒才能向表面附着
第四章 IC制造中的沾污控制
第四章IC制造中的沾污控制一个硅片表面具有多个芯片，每个芯片有差不多数以百万计的器件和互连线路，它们对沾污都非常敏感。
为使芯片上的器件功能正常，避免硅片制造中的沾污是绝对必要的。
为了控制制造过程中不能接受的沾污，半导体产业开发了净化间。
净化间本质上是一个净化过的空间，它以超净空气把芯片制造与外界的沾污环境隔离开来，包括化学品、人员和常规的工作环境。
4.1沾污的类型沾污是指半导体制造过程中引入半导体硅片的任何危害芯片成品率及电学性能的不希望有的物质。
沾污经常导致有缺陷的芯片，致命缺陷是导致硅片上的芯片无法通过电学测试的原因。
据估计80%的芯片电学失效是由沾污带来的缺陷引起的。
净化间沾污分为五类：颗粒、金属杂质、有机物沾污、自然氧化层、静电释放。
一. 颗粒颗粒是能粘附在硅片表面的小物体。
在半导体制造过程中，颗粒能引起电路开路或短路。
它们能在相邻导体间引起短路。
颗粒还可以是后续各节讨论的其他类型沾污的来源。
半导体制造中，可以接受的颗粒尺寸的粗略法则是它必须小于最小器件特征尺寸的一半。
大于这个尺寸的颗粒会引起致命的缺陷。
例如0.18微米的特征尺寸不能接触0.09微米以上尺寸的颗粒。
为了有个感性认识，人类头发的直径约为90微米，0.09微米的尺寸则比人类头发尺寸小1000倍之多。
硅片表面的颗粒密度代表了特定面积内的颗粒数。
更高的颗粒密度产生致命缺陷的机会也更大。
颗粒检测已经广泛采用激光束扫描硅片表面和检测颗粒散射的光强及位置来进行。
二. 金属杂质危害半导体工艺的典型金属杂质是碱金属，即周期表中的IA族元素，因为它们容易失去一个价电子成为阳离子，与非金属的阴离子反应形成离子化合物。
金属在所有用于硅片加工的材料中都要严格控制。
表4.1列出了一些典型的金属杂质元素。
金属来自于化学溶液或者半导体制造中的各种工序。
另一种金属沾污的来源是化学品同传输管道和容器的反应。
金属可以通过两种途径淀积在硅片表面上。
第一种途径，金属通过金属离子与位于硅片表面的氢离子的电荷交换而被束缚在硅表面。