摘要：半导体被称为制造业皇冠上的明珠，半导体产业是信息技术产业的核心，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业，其技术水平和发展规模已成为衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志之一。半导体设备的沾污的控制，直接影响到半导体前道制程的先进性，基于此方向，分享一下半导体设备沾污的来源及控制的方法。 关键词：半导体；硅片；沾污；集成电路；晶圆；缺陷；掩模板；
搜票网1、引言 一片硅片表面有多个微芯片，每个微芯片又有数以百万计的器件和互联线路，他们对沾污物都非常敏感。一直以来，芯片的关键尺寸为适应更高性能和更高集成度的要求而缩小，控制晶圆表面沾污的需求变得越来越关键。这些沾污的来源主要是由于空气和设备中存在的微粒、金属离子、化学物质、静电等，在半导体工艺制造的过程中，这些沾污会落到半导体晶片和掩模板上，不但影响器件关键尺寸的缩小，还会导致集成电路中的器件产生缺陷，影响器件工艺良率、器件性能以及可靠性，进而导致集成电路失效。比如，尘埃粒子进入栅氧化层会增加其电导率，降低击穿电压，导致器件失效。在光刻工艺领域，尤其是前道制程的光刻领域，如果尘埃粒子粘附在光掩模板表面，如同在掩模板上增加了不透光的图形，
尘埃的形状和掩模板上的电路图形，会被一起转移到要被光刻的晶圆上，导致电路失效。
豆渣搅拌机2、污染的种类 半导体器件，尤其是高密度的集成电路，容易受到各种污染的损害，器件对污染的敏感度，取决于较小的特征图形尺寸和晶片表面沉积层的厚度。在净化间内的污染大致可分为颗粒、金属离子、有机物沾污、自然氧化层以及静电释放。 颗粒污染，在半导体芯片的制造过程中，可以接收的颗粒尺寸的粗略计算法则是它必须小于最小器件特征尺寸的一半。如果将颗粒细分，还可以分为粉尘、固态雾、烟、微生物、液态雾等。其中粉尘来源广泛，大多是固态有机或无机物。固态雾是固态物质经过熔融之后，在蒸发和凝结之后而形成的颗粒，与粉尘区别在于凝聚力强。液态雾是液体蒸汽凝结或化学品反应产生后的细小液滴。 金属离子，来源于化学溶液或者半导体设备制造中的各种工序。在半导体器件的晶片上N型和P型的掺杂区域及其相邻区域，都需要可以控制的电阻率。通过在晶体和晶圆中有目的的掺杂特定的离子，来实现对电阻率的控制。但是，在这个过程中，晶圆中容易出现的极少量的具有电性的污染物，这种污染物会改变器件的可靠性参数。这种污染物被称之为可移动离子污染物。它们在材料中以离子形态存在、而且在半导体材料中具有很强的的可移动性。也就是说，即使在器件通过了电性能测试，金属离子仍可在器件中移动从而造成器件失效。未经过处理的钠是典型的、最普遍的金属离子，它存在人体的
唾液、眼泪、汗液等，钠沾污在硅片加工中是必须被严格控制的。 有机物沾污主要是指那些包含碳的物质，几乎总是同碳自身及氢结合在一起，有时也和其他元素结合在一起。有机物沾污主要来源包括细菌、润滑脂、蒸汽、清洁剂、溶剂等。在特定工艺条件下，少量的有机物沾污能降低栅氧化层的材料致密性。在工艺过程中，有机物会导致半导体表面难清洗，使得金属杂质之类的沾污在清洗之后仍完整保留在硅片表面。 自然氧化层，如果将硅片暴露于室温下的空气或含溶解氧的去离子水中，硅片的表面将被氧化，这一薄氧化层，称之为自然氧化层。自然氧化层会妨碍其他工艺步骤，同时自然氧化层也包含其他金属杂质，可以向硅中转移并形成电学缺陷。 静电释放是指静电荷从一个物体向另一个物体未经控制的转移，损坏芯片。静电释放产生于两种不同静电势的材料接触或摩擦。释放电压可高达几万伏。静电释放不但可以成为栅氧化层击穿的诱因，还可以使晶圆表面吸附带电颗粒，进而影响器件的关键尺寸。eoo
3、污染的来源及控制方法 芯片工艺污染的来源，一个是做芯片的设备所处的空间的污染，即设备外部空间的污染，一个是做芯片工艺时，芯片所处的设备内部的空间的污染。简单来说，控制芯片工艺过程中的污染，就是对做芯片设备内部及外部空间的洁净度的控制。控制设备外部空间的洁净度的目的也是为了保证设备内部的洁净度，保证芯片的关键
尺寸。
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3.1、设备外部污染的控制 为了控制芯片制造过程中不能接受的沾污，保证芯片设备外部空间的洁净度，半导体产业开发了净化间。净化间本质是一个干净的空间，它以超净空气把芯片制造与外界的沾污环境隔离开来。净化间内的污染源是指任何影响产品生产或产品功能、危害微芯片性能的致命缺陷的一切事物。由于固态器件的要求较高，所以对净化间洁净度的要求远远高于其他工业的洁净度要求。在净化间内能产生污染的污染源有空气、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，每种污染源产生的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。 空气是净化间最基本的颗粒控制。我们通常所呼吸的空气包含很多漂浮的沾污物，这些微小的漂浮在空气中的沾污物沉积在硅片表面，会造成芯片的致命缺陷。 净化级别标定了净化间空气质量的级别，它是有净化室空气中颗粒尺寸和密度表征的。如果净化间级别仅用颗粒数来说明，那么，1级净化间只能存在1个0.5μm的颗粒，也就是说每立方英尺中尺寸等于或大于0.5μm的颗粒最多允许存在1个。 人也是颗粒的产生者。颗粒主要来源于头发和头发用品、化妆用品、衣服纤维屑、皮屑等。通常人类的活动如谈话、咳嗽、打喷嚏等，对半导体都是有危害的。因此，人员进出净化间，以及在净化间内工作时，必须遵守净化间规则，
按照要求穿上净化服装，防止身体产生的颗粒和浮质污染净化间及设备的空气质量。同时，净化服还能避免静电释放、阻止化学和生物残余物的释放。 为了保证净化间空气的质量，在建造厂房时，要考虑净化间的合理布局、符合气流原理、加装空气过滤装置、保证净化间合适的温度湿度、加装静电释放设备及监控静电装置等。上述的系统方法用来控制净化间区域的输入及输出，用以保证半导体的制造在一个超洁净的环境中进行。
带通滤波器3.2、设备内部污染的控制 用来制造半导体硅片的生产设备，也是颗粒的最大来源。在硅片的制造过程中，硅片从片盒转入设备中， 进行工艺流程，如果设备内的空气不够洁净，颗粒等沾污落到硅片上，会造成芯片致命缺陷。因此，保证工艺设备内洁净度是十分关键及重要的。 半导体工艺设备内的颗粒来源主要有以下几点： 1、设备各部品的摩擦产生的沾污； 2、设备外部进入的颗粒； 3、做工艺时挥发物； 首先，设备内部如果存在部件之间的摩擦，一定会产生金属离子、有机物、颗粒等污染。这种部件之间的摩擦产生的污染，最好在设备的设计阶段充分考虑，硬连接的部件，给运动部件之间留出安全的运动距离，同时也需要考虑到像皮带这样的软连接部件，在运动过程中产生的振动、振幅大小、与相邻部件间的距离，以免由于皮带振幅太大，运动过程中和相邻部品剐蹭，产生磨损，进而导致晶圆沾污。 其次，要防止设备外部进入的颗粒，一个是要保证设备外部环境的洁
净度，一个是保证设备内部压力大于外部空气压力。保证设备外部环境的洁净度，是为了控制可进入设备内沾污的数量。保证设备内部压力大于设备外部压力，就可以保证气体从设备内流向设备外，既可将设备内的沾污带走，又可阻止设备外的沾污进入。 最后，也是最重要的，做工艺时的挥发物，直接挥发到设备内部，如果不及时排走，回落到硅片上，会造成有机物沾污或者颗粒沾污，导致无法完成芯片电路。这时就要考虑怎样有效的将挥发物排走。通常，这种情况会发生在烘烤单元，尤其是涂胶完成后的烘烤，挥发物比较多。可以在烘烤单元的上方，设计负压差，将硅片挥发的废气抽走。如果挥发物特别多的情况，为了防止挥发物回滴，可在烘烤单元上方也设置加热装置，保证挥发物一直气态的形式被排走，而不是遇到低温部品变成液滴，反溅到硅片表面。 机台内部气流的控制也很重要，保证机台内部气流的大小及方向，机台内部产生的颗粒等，才会被有效带走，而不会停留在硅片上。以涂胶显影机为例，从整个机台架构来看，关键工艺单元，涂胶显影单元内的压力通常是整个机台中压力最大的单元，保证气流从涂胶显影单元向外扩散到机台外部及机台内的机器人运行通道中，机器人通道内的压力大于其他单元。单看某个单元，保证洁净风流是从上向下吹，上面吹风，下面要有效的排走，否则，容易引起扬尘现象，导致更多的颗粒掉落到硅片上表面。机器人通道及片盒空间都需要遵循这种排风原理，才能有效将设备内的颗粒等污染，有效排走。
4.结语 无论是从科技还是经济角度，半导体的重要性都是巨大且难以替代的，政府对产业的扶持态度也是肯定的，半导体产业的发展是势在必行的。因此，影响半导体前道制程的沾污的控制，也是非常重要的，半导体沾污直接影响集成电路的关键尺寸，影响到我国半导体行业的发展。
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