半导体制造过程中有哪些污染物?

2024-06-04 16:30:46 LH 248
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污染物是半导体制造过程中的头号公敌,为了应对这一工地半导体厂都会有洁净室,气体检测仪,机台内部也会有微环境来防止污染物进入到硅片上面。而污染物也可能成为后面制程中的致命缺陷。污染物大概有以下几种

1.微粒 particle

2.金属离子

3.化学物质

4.细菌

5.空气中的分子污染


微粒:半导体制造中的特征尺寸是纳米级别的,因此环境中的微粒控制对产品的良率有着及其重要的影响。有可能使得器件短路 电阻增加,也可能导致层与层的互联中断。而集成电路又是一层一层叠加的工艺,如果每一层都有颗粒污染,那么良率就会大大地下降。

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金属离子:半导体器件在整个硅片上有分N型和P型的掺杂区域,以及在精确的N型和P型相邻区域,都需要具有可控的电阻率。通过在晶体和晶圆中有目的地掺杂特定的掺杂离子来实现对这3个性质的控制。非常少量的掺杂物即可实现我们希望的效果。但遗憾的是,在晶圆中出现的极少量的具有电性能的污染物也会改变器件的典型特征,改变它的工作表现和可靠性参数。
可以引起上述问题的污染物称为可移动离子污染物(MIC)。它们是在材料中以离子形态存在的金属离子。而且,这些金属离子在半导体材料中具有很强的可移动性。也就是说,即便在器件通过了电性能测试并且运送出去,金属离子仍可在器件中移动从而造成器件失效。遗憾的是,能够在硅器件中引起这些问题的金属存在于绝大部分的化学物质中。所以,在一个晶圆上,MIC污染物必须被控制在10的10次方原子/c㎡的范围内甚至更少。
钠是在未经处理的化学品中最常见的可移动离子污染物,同时也是硅中移动性最强的物质。因此,对钠的控制成为硅工艺的首要目标。MIC的问题在MOS器件中表现最为严重,这一事实促使一些化学品生产商研制开发MOS级或低钠级的化学品。超纯水制造也要求减少MIC。


化学物质:在半导体工艺领域第三大主要的污染物是不需要的化学物质。工艺过程中所用的化学品和水可能会受到对芯片工艺产生影响的痕量物质的污染。它们将导致晶圆表面受到不需要的刻蚀,在器件上生成无法除去的化合物,或者引起不均匀的工艺过程。氯就是这样一种污染物,它在工艺过程中用到的化学品中的含量受到严格的控制。
细菌:细菌是第4类主要污染物。细菌是在水系统中或不定期清洗的表面生成的有机物。细菌一旦在器件上附着,会成为颗粒状污染物或给器件表面引入不希望见到的金属离子。
空气中分子污染:空气中分子污染(AMC)是难捕捉之物的分子,它们从工艺设备,或化学品传送系统,或由材料,或由人带入生产区域。晶圆从一个工艺设备被传送到另一个能将搭乘分子带入的下一个设备。AMC包括在生产区域使用的全部气体、掺杂品、加工用化学品。这些可能是氧气、潮气、有机物、酸、碱及其他物质。
它们在和灵敏的化学反应相关的工艺中危害最大,例如在光刻工艺中光刻胶的曝光时。其他问题包括刻蚀速率的偏离和不需要的杂质,这些使器件的电参数漂移,改变刻蚀剂的湿法刻蚀特性,导致刻蚀不完善。随着自动化将更多的设备和环境引入到制造工艺中,探测和控制AMC是不可缺少的。在2011版国际半导体技术路线图(ITRS)中确定一个关注的来源是前开口通用晶圆匣(FOUP)。这些盛放晶圆的容器的塑料材料是释放AMC的一个来源。晶圆本身和之前的工艺步骤也都会释放AMC。



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