《硅片沾污控制》PPT课件.ppt
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1、第六章第六章 硅片沾污控制硅片沾污控制沾沾污的的类型型沾沾污的来源与控制的来源与控制硅片的湿法清洗介硅片的湿法清洗介绍干法清洗方案介干法清洗方案介绍本章内容本章内容6.1 沾污的类型沾污的类型 沾污(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。三道防线三道防线:1.净化间(净化间(clean room)2.硅片清洗(硅片清洗(wafer cleaning)3.吸杂(吸杂(gettering)净化间沾污分为五类净化间沾污分为五类颗粒金属杂质有机物
2、沾污自然氧化层静电释放(ESD)颗粒颗粒:所有可以落在硅片表面的都称作颗粒。所有可以落在硅片表面的都称作颗粒。颗粒来源颗粒来源:空气空气人体人体设备设备化学品化学品超级净化空气超级净化空气风淋吹扫、无尘服、面罩、风淋吹扫、无尘服、面罩、手套等手套等特殊设计及材料特殊设计及材料定期清洗定期清洗超纯化学品超纯化学品,去离子水,去离子水 后果后果:电路开路或短路,薄膜针眼或开裂,引起后续沾污。电路开路或短路,薄膜针眼或开裂,引起后续沾污。一一.颗粒沾污颗粒沾污各种可能落在芯片表面的颗粒各种可能落在芯片表面的颗粒半导体制造中,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
3、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。二二.金属沾污金属沾污来源:来源:化学试剂,离子注入、反应离子刻蚀等工艺化学试剂,离子注入、反应离子刻蚀等工艺 化学品和传输管道及容器的反应。化学品和传输管道及容器的反应。v量级:量级:1010原子原子/cm2影响:影响:在界面形成缺陷,影响器件性能,成品率下降在界面形成缺陷,影响器件性能,成品率下降增加增加p-n结的漏电流,减少少数载流子的寿命结的漏电流,减少少数载流子的寿命Fe,Cu,Ni,Cr,W,TiNa,K,Li金属杂质沉淀到硅表面的机
4、理n通过金属离子和硅表面终端的氢原子之间的电荷交换,和硅结合。(难以去除)n氧化时发生:硅在氧化时,杂质会进入去除方法:使金属原子氧化变成可溶性离子 M Mz+z e-去除溶液:SC-1,SC-2(H2O2:强氧化剂)还原氧化 金属离子在半导体材料中是高度活动性的,被称为可可动动离离子子沾沾污污(MICMIC)。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。对对于于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。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。三三.有机物的沾污有机物的沾污导致的
5、问题导致的问题:栅氧化层密度降低;清洁不彻底,容易引起后续沾污来源:来源:环境中的有机蒸汽,如清洁剂和溶剂存储容器光刻胶的残留物去除方法:去除方法:强氧化强氧化 臭氧干法 Piranha:H2SO4-H2O2(7:3)臭氧注入纯水四四.自然氧化层自然氧化层 来源来源:在空气、水中迅速生长导致的问题: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:HFH2O(ca.1:50)五五.静电释放静电释放 静电释放(ESD)也是一种污染形式,因为它是静电,从一个物体向另一个物体,未经控制的转移,可能会损坏芯片。ESD产生于,两种不同静电势材料的接触或摩擦。半导
6、体制造中,硅片加工保持在较低的湿度中,典型条件为4010的相相对湿湿度度(RH,Relative Humidity)。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。静电释放导致金属导线蒸发,氧化层击穿。(总电量小,但是区域集中,放电时间短,导致高电流)电荷积累吸引,带电颗粒或其他中性颗粒,会引起后续沾污。静电释放带来的问题静电释放带来的问题 半导体器件制造厂房存在7种沾污源:空气、人、厂房、水、工艺用化学品、工艺气体和生产设备。一一.空气空气 净化间最基本的概念是:对硅片工厂空气中的颗粒控制。我们通常所呼吸的空气是不能用于半导体制造的,因为它包含了太多
7、的漂浮沾污。6.2 6.2 沾污的源与控制沾污的源与控制 净化级别,标定了净化间的空气质量的级别,它是由净化室空气中的颗粒尺寸和密度表征的。表表6.2 6.2 美国联邦标准美国联邦标准209E209E中各净化间级别对空气漂浮颗粒的限制中各净化间级别对空气漂浮颗粒的限制近些年来业内已经开始使用0.1级,这时颗粒尺寸缩小到0.020.03m。二二.人人 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 1)对身体产生的,颗粒和浮质的总体抑制;2 2)系统颗粒零释
8、放;3 3)对ESDESD静静电释放放的零静电积累;4 4)无化学和生物残余物的释放。三厂房三厂房 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善的设计,同时尽可能减少通过设备、生产器具、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。为实现净化间中的超净环境,气流种类是关键的。对于100级或一下的净化间,气流是层流流状态,没有湍流湍流气流模式。垂直层流对于外界气压具有轻微的正压,充当了屏蔽,以减少设备或人到暴露着的产品的横向沾污。气流原理
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