第3章工艺中的气体、化试、水、环境和硅片的清洗

1、微电子工艺微电子工艺第三章第三章 工艺中的气体、化试、工艺中的气体、化试、水、环境和硅片的清洗水、环境和硅片的清洗 第一章第一章 引言引言第二章第二章 晶体生长晶体生长第三章第三章 工艺中的气体、化试、水、环境和硅片的清洗工艺中的气体、化试、水、环境和硅片的清洗第四章第四章 硅的氧化硅的氧化第五章第五章 光刻光刻第六章第六章 刻蚀刻蚀第七章第七章 扩散扩散第八章第八章 离子注入离子注入第九章第九章 薄膜淀积薄膜淀积第十章第十章 工艺集成工艺集成 第十一章第十一章 集成电路制造集成电路制造目标目标通过学习本章的内容，你将能够：通过学习本章的内容，你将能够：1. 描述半导体制造有关的重要化学品性质

2、。描述半导体制造有关的重要化学品性质。2. 叙述在硅圆片厂不同的工艺化学品是怎样分类和使用的。叙述在硅圆片厂不同的工艺化学品是怎样分类和使用的。3. 解释如何在芯片制造使用酸、碱和溶剂。解释如何在芯片制造使用酸、碱和溶剂。4. 描述一种气体是通用气体还是特种气体，并解释每种气体描述一种气体是通用气体还是特种气体，并解释每种气体 在硅圆片制造中是怎样运送和使用的。在硅圆片制造中是怎样运送和使用的。5. 5. 说明并描述说明并描述5 5种不同类型的净化间沾污种不同类型的净化间沾污, ,并讨论与每种沾污并讨论与每种沾污 相关的问题。相关的问题。6. 6. 列举净化间的列举净化间的7 7种沾污源种沾污

3、源, , 描述每一种怎样影响硅片的洁净。描述每一种怎样影响硅片的洁净。7.7.解释并使用净化级别来表征净化间空气质量。解释并使用净化级别来表征净化间空气质量。讨论员工按照合理的规则进入净化间的讨论员工按照合理的规则进入净化间的7 7个正确步骤。个正确步骤。描述净化间设备的各个方面描述净化间设备的各个方面, ,包括空气的过滤包括空气的过滤, ,静电释放静电释放, ,超超纯去离子水和工艺气体等。纯去离子水和工艺气体等。10. 10. 解释现代工作区设计和微环境怎样有助于沾污控制。解释现代工作区设计和微环境怎样有助于沾污控制。11. 11. 说明两种湿法清洗的化学原理说明两种湿法清洗的化学原理, ,

4、解释每一种分别去除哪种沾解释每一种分别去除哪种沾污污, ,并讨论湿法清除的改进和选择余地。并讨论湿法清除的改进和选择余地。12. 12. 描述不同的湿法清洗设备描述不同的湿法清洗设备, ,说明每种清洗工艺怎样有助于硅说明每种清洗工艺怎样有助于硅片的清洁。片的清洁。 工艺气体工艺气体气体气体 通用气体通用气体 特种气体特种气体- 气体冲洗系统气体冲洗系统- 气体输送管道气体输送管道- 气体管道的连接气体管道的连接- 钢瓶的换气钢瓶的换气 常用的特种气体常用的特种气体 通用气体通用气体通用气体配送系统通用气体配送系统典型的特种气体配送系统设计典型的特种气体配送系统设计LPI低压隔离阀低压隔离阀LP

5、V 低压排气阀低压排气阀PGI压缩气体入口压缩气体入口PS压力开关压力开关REG压力表压力表VP文氏真空泵文氏真空泵气体冲洗面板气体冲洗面板CVVPCVCVPG1PSHPVFEFSESOHPIREGLPIPSPSLPVCVVSVEFV钢瓶钢瓶文氏管入文氏管入口口至设备气体控制至设备气体控制面板面板至尾气至尾气冲洗冲洗气体气体入口入口引出端引出端CV检查阀检查阀EFS过流开关过流开关EFV过流阀过流阀ESO紧急关闭阀紧急关闭阀F过滤器过滤器HPI高压隔离阀高压隔离阀HPV高压放气阀高压放气阀气体冲洗系统：气体冲洗系统：用来排除工艺腔和输送系统中的残余气体、空气和水蒸用来排除工艺腔和输送系统中的残

6、余气体、空气和水蒸气。通过通入惰性气体将残余气体排出，或者通过真空气。通过通入惰性气体将残余气体排出，或者通过真空系统将残气吸出。系统将残气吸出。气体输送管道：气体输送管道：用用316L（不锈钢的一种）电解抛光的不锈钢管道来输送（不锈钢的一种）电解抛光的不锈钢管道来输送气体。除了气体过滤器的隔膜之外，在气体输送管道系气体。除了气体过滤器的隔膜之外，在气体输送管道系统中没有塑料部件。对于一些危险气体经常用双层管子。统中没有塑料部件。对于一些危险气体经常用双层管子。双层管子内层管壁经过电镀抛光来减小沾污。电解抛光双层管子内层管壁经过电镀抛光来减小沾污。电解抛光是一项化学工艺，用以去除内壁大约是一项

7、化学工艺，用以去除内壁大约30um厚度。电解厚度。电解抛光的不锈钢内壁带有一层很薄的铬，因为铬很不活泼抛光的不锈钢内壁带有一层很薄的铬，因为铬很不活泼,扩散出的颗粒很少。扩散出的颗粒很少。工艺气体工艺气体真空真空双层管双层管CGA 气体管道连接器气体管道连接器气体管道的连接：气体管道的连接：出于安全方面的考虑，气体管道将会有出于安全方面的考虑，气体管道将会有360度的转弯，使得度的转弯，使得管道更加灵活。气体管道用连接器接到气体钢瓶的阀门。管道更加灵活。气体管道用连接器接到气体钢瓶的阀门。气体管道要保证气体连续不断的通过管道系统，不能有地气体管道要保证气体连续不断的通过管道系统，不能有地方滞留

8、气体，导致化学品不必要的损失。方滞留气体，导致化学品不必要的损失。特种气体钢瓶特种气体钢瓶钢瓶换气：钢瓶换气：当钢瓶空了的时候，需当钢瓶空了的时候，需要技术人员进行更换。要技术人员进行更换。更换钢瓶时应该注意：更换钢瓶时应该注意：一、不正确的清洗气体一、不正确的清洗气体管道导致残余气体泄露管道导致残余气体泄露产生雾气和火焰；产生雾气和火焰；二、要考虑不恰当的支二、要考虑不恰当的支撑钢瓶，使其颠倒导致撑钢瓶，使其颠倒导致气体泄漏。气体泄漏。半导体制造业中常用的特种气体半导体制造业中常用的特种气体工艺中的化学品工艺中的化学品液体液体 酸酸 碱碱 pH值值 溶剂溶剂 化学品的输送化学品的输送 半导体

9、制造过程中常用的酸半导体制造过程中常用的酸半导体中常用的碱半导体中常用的碱不同化学物质的不同化学物质的 pH值值腐蚀性腐蚀性 腐蚀性腐蚀性 半导体制造过程中常用的溶剂半导体制造过程中常用的溶剂批量化学品配送批量化学品配送设备维护区设备维护区生产区生产区化学品供应间化学品供应间化学品配送中心化学品配送中心垫起和带垫起和带孔地板孔地板化学品圆化学品圆桶桶工艺设备工艺设备控制单元控制单元泵泵过滤过滤器器垫起和带孔的地板垫起和带孔的地板控制电缆控制电缆供空气供空气管管防泄漏双层套管防泄漏双层套管泵泵过滤过滤器器化学品控制和泄露化学品控制和泄露探测器探测器防泄漏阀门箱防泄漏阀门箱尾气管尾气管批量化学品配

10、送批量化学品配送 为了使芯片上的器件功能正常，避免硅片制为了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。我们将学习硅片制造造中的沾污是绝对必要的。我们将学习硅片制造中的各类沾污，它们的来源以及如何有效的控制中的各类沾污，它们的来源以及如何有效的控制沾污。沾污。 半导体的制造环境，我们叫做半导体的制造环境，我们叫做“净化间净化间”。净化间把沾污环境与制造芯片的环境隔离开来。净化间把沾污环境与制造芯片的环境隔离开来。成功的净化间除了先进的硬件设备，另一个重要成功的净化间除了先进的硬件设备，另一个重要因素是员工的纪律。因素是员工的纪律。硅片沾污硅片沾污嵌入的颗粒嵌入的颗粒表面沾污表面沾

11、污硅片制造净化间硅片制造净化间沾污的类型沾污的类型 颗粒颗粒 金属杂质金属杂质 有机物沾污有机物沾污 自然氧化物自然氧化物 静电释放静电释放 颗粒相对的尺寸颗粒相对的尺寸毫米毫米110-110-210-310-4 10-610-710-510原子原子物质的单个分物质的单个分子的尺寸子的尺寸薄雾薄雾稀薄烟雾稀薄烟雾烟云颗粒烟云颗粒大气灰尘大气灰尘烟雾颗粒烟雾颗粒沙沙灰尘灰尘小石子小石子颗粒引起的缺陷颗粒引起的缺陷人类头发相对于人类头发相对于0.18微米颗粒的尺寸微米颗粒的尺寸接触孔接触孔线宽线宽间距间距90 m mm集成电路最小特征尺寸集成电路最小特征尺寸 = 0.18 m mm90 m mm0

12、.18 m mm= 500人体毛发的相对尺寸大约是集人体毛发的相对尺寸大约是集成电路上最小特征尺寸的成电路上最小特征尺寸的500倍倍较大集成电路的一小较大集成电路的一小部分部分人体毛发的剖面人体毛发的剖面每硅片每通道颗粒数每硅片每通道颗粒数工艺设备工艺设备硅片放入工艺设备前硅片放入工艺设备前，初始颗粒数，初始颗粒数硅片通过工艺设备后的硅片通过工艺设备后的初始颗粒数初始颗粒数由工艺设备加在硅片上由工艺设备加在硅片上的颗粒的颗粒典型金属杂质元素典型金属杂质元素 金属杂质金属杂质金属可能来自于化学试剂，还可能来自于制造中的各个工序。金属可能来自于化学试剂，还可能来自于制造中的各个工序。1. 离子注入

13、工艺表现出最高的金属沾污，离子注入工艺表现出最高的金属沾污，10121013/cm3。2. 化学品与传输管道和容器的反应。化学品与传输管道和容器的反应。 例如：例如： CO与不锈钢中的镍、垫圈发生反应，生成镍的化合物分布与不锈钢中的镍、垫圈发生反应，生成镍的化合物分布在硅片表面。在硅片表面。金属可以通过两种途径沉积在硅片表面金属可以通过两种途径沉积在硅片表面：通过金属离子与位于硅片表面的氢原子的电荷交换而被通过金属离子与位于硅片表面的氢原子的电荷交换而被束缚在硅片表面。这种类型的金属杂质很难消除。束缚在硅片表面。这种类型的金属杂质很难消除。1.当表面氧化时金属杂质分布于氧化层内。只有通过去除当

14、表面氧化时金属杂质分布于氧化层内。只有通过去除表面氧化层来去除。表面氧化层来去除。可动离子沾污改变阈值电压可动离子沾污改变阈值电压+ + + + + + + + + + + + + + + +源源漏漏P- 硅衬底硅衬底栅栅 N+N+-Vs+Vd+Vg 离子沾污改变晶体管的电学特性离子沾污改变晶体管的电学特性Conduction of electrons+Gate oxidePolysilicon + + + + + + + + + + + + +自然氧化层自然氧化层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在钨淀积前，自然氧化层在钨

15、淀积前，自然氧化层生长在接触孔生长在接触孔钨塞钨塞硅上有源区硅上有源区层间介层间介质质层间介层间介质质氧化层隔离接氧化层隔离接触触 硅片暴露在空气中，一秒钟内就有几十层水分子吸附在硅片暴露在空气中，一秒钟内就有几十层水分子吸附在硅片上并渗透到硅片表面，在室温下，引起硅片表面氧化。硅片上并渗透到硅片表面，在室温下，引起硅片表面氧化。自然氧化层如何去除？自然氧化层如何去除？静电释放静电释放静电也是一种沾污形式。静电也是一种沾污形式。 为了避免侵蚀和粘附性问题，半导体制造在一种相对低为了避免侵蚀和粘附性问题，半导体制造在一种相对低湿度的环境中进行，这容易引起静电。湿度的环境中进行，这容易引起静电。静

16、电可能引起的问题：静电可能引起的问题：击穿和吸引小颗粒击穿和吸引小颗粒- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -沾污的源与控制沾污的源与控制硅片生产厂房的硅片生产厂房的7种沾污源为种沾污源为: 空气空气 人人 厂房厂房 水水 工艺用化学品工艺用化学品 工艺气体工艺气体 生产设备生产设备美国联邦标准美国联邦标准209E中中各净化间级别对空气漂浮颗粒的限制各净化间级别对空气漂浮颗粒的限制 颗粒

17、颗粒/立方英尺立方英尺 级别级别 0.1 m mm 0.2 m mm 0.3 m mm 0.5 m mm 5 m mm 1 3.50 x 10 7.70 3.00 1.00 10 3.50 x 102 7.50 x 10 3.00 x 10 1.00 x 101 100 7.50 x 102 3.00 x 102 1.00 x 102 1,000 1.00 x 103 7.00 10,000 1.00 x 104 7.00 x 10 100,000 1.00 x 105 7.00 x 102 超细颗粒：超细颗粒：近来已经开始使用近来已经开始使用0.1级，这时颗粒尺寸缩小到级，这时颗粒尺寸缩小到

18、0.020.03um。直径小于。直径小于0.1um直到颗粒计数器能检测到的直到颗粒计数器能检测到的最小颗粒，规定为超细颗粒。最小颗粒，规定为超细颗粒。人类活动释放的颗粒人类活动释放的颗粒人是净化间最大的污染来源。人是净化间最大的污染来源。头发、头屑、衣服纤维屑。头发、头屑、衣服纤维屑。人一天释放人一天释放28.35克的颗粒。克的颗粒。穿超净服的技术员穿超净服的技术员 超净服系统的目标是满足以下超净服系统的目标是满足以下职能标准职能标准: 超净服系统颗粒零释放。超净服系统颗粒零释放。 无化学和生物残余物的释放。无化学和生物残余物的释放。 对身体产生的颗粒和浮质的总体对身体产生的颗粒和浮质的总体抑

19、制。（抑制。（0.1um，99.999，淋浴，淋浴风淋聚酯内衣）。风淋聚酯内衣）。 对对 ESD的零静电积累。的零静电积累。合理的净化间操作规程合理的净化间操作规程厂房厂房 净化间布局净化间布局 气流原理气流原理 空气过滤空气过滤 温度和湿度温度和湿度 静电释放静电释放 早期净化间的舞厅式布局早期净化间的舞厅式布局主制造通道主制造通道Class 10,000服务通道服务通道Class 10,000服务通道服务通道Class 10,000生产区生产区Class 10,000生产区生产区Class 10,000Main manufacturing access corridorClass 1Ser

20、vice access corridorClass 10,000服务通道Class 10,000服务夹层Class 1,000生产区Class 1生产区Class 1服务夹层Class 1,000服务夹层Class 1,000服务夹层Class 1,000生产区Class 1服务夹层Class 1,000生产区Class 1生产区Class 1服务夹层Class 1,000服务夹层Class 1,000服务夹层Class 1,000生产区Class 1净化间间格和夹层的概念硅片工艺线的空气处理系统硅片工艺线的空气处理系统生产区生产区Class 1服务夹层服务夹层Class 1,000服务夹层服

21、务夹层Class 1,000服务夹层服务夹层Class 1,000生产区生产区Class 1供应空气供应空气返回的空气返回的空气亚工厂区亚工厂区设施和遥控设施和遥控设备设备Fan补偿空气补偿空气HEPA 过滤器过滤器由玻璃纤维制成，产生层状气流。由玻璃纤维制成，产生层状气流。层状气流层状气流SMT高效颗粒高效颗粒空气过滤器空气过滤器空气紊乱空气紊乱物体干扰正常的空气物体干扰正常的空气层流，并产生空气紊层流，并产生空气紊乱。这能驱逐并带走乱。这能驱逐并带走小的颗粒小的颗粒.空气层流穿过带空气层流穿过带孔的地板孔的地板温度和湿度温度和湿度1级净化间：级净化间：温度：温度：680.5F。相对湿度：相

22、对湿度：4010静电释放（静电释放（ESD）主要静电防护的方法：主要静电防护的方法： ESD接地接地 防静电的净化间材料防静电的净化间材料 空气电离空气电离 位于净化间天花板内专用的离子发射器产生高电场使位于净化间天花板内专用的离子发射器产生高电场使空气电离。当导电性空气接触产品表面，表面的电荷会被空气电离。当导电性空气接触产品表面，表面的电荷会被空气中的异性电荷中和掉。空气中的异性电荷中和掉。通过空气电离来中和表面的静电荷通过空气电离来中和表面的静电荷+带电硅片带电硅片高压产生离化高压产生离化电晕放电电晕放电天花板过滤器天花板过滤器软软X射线辐射射线辐射 空气电离是有限的，因为多数离子在到达

23、硅片表面空气电离是有限的，因为多数离子在到达硅片表面之前已经复合而消失了，新开发的一种空气中和法是软之前已经复合而消失了，新开发的一种空气中和法是软X射线辐射。射线辐射。 软软X射线辐射能产生大量的离子对，将带电的硅片暴射线辐射能产生大量的离子对，将带电的硅片暴露于软露于软X射线所能辐射的范围，两秒钟后，硅片表面的电射线所能辐射的范围，两秒钟后，硅片表面的电荷将被中和到荷将被中和到“0”。半导体制造中的水半导体制造中的水 去离子水是半导体制造中用得最多的化学品，估去离子水是半导体制造中用得最多的化学品，估计在计在200mm生成线上，每个硅片的去离子水的消耗量生成线上，每个硅片的去离子水的消耗量

24、达到达到2000加仑。加仑。 英制一加仑等于英制一加仑等于4.546升升,美制一加仑等于美制一加仑等于3.785升升 超纯去离子水中不允许的沾污超纯去离子水中不允许的沾污 溶解离子溶解离子 有机材料有机材料 颗粒颗粒 细菌细菌 硅土硅土 溶解氧溶解氧 微米微米1001010.10.010.00010.001胶体胶体热原热原悬浮物悬浮物泡沫泡沫细菌细菌胶状硅土胶状硅土离子颗粒离子颗粒病毒病毒粘土、残渣粘土、残渣水中的各种颗粒水中的各种颗粒溶解离子的来源：溶解离子的来源：矿物质。如矿物质。如K、Na有机物质：有机物质：溶解在水中含碳化合物的总和。会对氧化层薄膜溶解在水中含碳化合物的总和。会对氧化层

25、薄膜 生长有破坏性。生长有破坏性。细菌：细菌：可能导致氧化层、多晶硅和金属导体层缺陷。可能导致氧化层、多晶硅和金属导体层缺陷。硅土：硅土：水中高含量的硅土能淤塞净化设备的过滤装置，并降水中高含量的硅土能淤塞净化设备的过滤装置，并降 低热生长氧化物的可靠性。低热生长氧化物的可靠性。溶解氧：溶解氧：能导致自然氧化层的形成。能导致自然氧化层的形成。去离子水的补给和精加工回路去离子水的补给和精加工回路去离子化去离子化 用特制的离子交换树脂去除电活性盐类离子。用特制的离子交换树脂去除电活性盐类离子。把水从导电性媒质变为电阻性媒质。把水从导电性媒质变为电阻性媒质。 去离子水要经过两次去粒子化。去离子水要经

26、过两次去粒子化。去离子水过滤去离子水过滤 去离子水补偿循环中使用了各种过滤器，达到过滤去离子水补偿循环中使用了各种过滤器，达到过滤颗粒颗粒和和胶体胶体的目的。的目的。 常用的过滤技术是常用的过滤技术是“反渗透（反渗透（RO）”。反渗透原理：反渗透原理：水在加压下流经一个薄膜过滤器，以隔离电离水在加压下流经一个薄膜过滤器，以隔离电离 的盐类、胶体和有机物以及分子量在的盐类、胶体和有机物以及分子量在150以下以下 的物质。的物质。 反渗透最小能隔离反渗透最小能隔离0.005um的杂质，也称为的杂质，也称为超过滤超过滤。RO过滤器原理过滤器原理中空纤维膜过中空纤维膜过滤器滤器纯水纯水加压的生水加压的

27、生水微颗粒或有机微颗粒或有机物物入口入口废弃物废弃物出口出口外壳外壳脱气器：脱气器：用来去除水中溶解的气体。用来去除水中溶解的气体。膜萃取器：膜萃取器：把溶解的气体（主要是氧）去除到把溶解的气体（主要是氧）去除到10ppb以下的以下的 含量。含量。膜萃取器原理：膜萃取器原理：由疏水性聚丙烯多孔空心纤维组成。纤维壁由疏水性聚丙烯多孔空心纤维组成。纤维壁 上具有微细的空隙可使溶解气体通过。而疏上具有微细的空隙可使溶解气体通过。而疏 水性不允许水通过细孔。于是使气体和水分水性不允许水通过细孔。于是使气体和水分 离。离。膜萃取过滤器膜萃取过滤器纯水纯水加压的水和气加压的水和气疏水性中空纤维微多孔疏水性

28、中空纤维微多孔膜阻止水，但允许更小膜阻止水，但允许更小的气体分子通过的气体分子通过外壳外壳水入口水入口气体出口气体出口气体入口气体入口加压的惰性气体加压的惰性气体水出口水出口势：势： 势代表胶体（液体中一种很细的悬浮颗粒）势代表胶体（液体中一种很细的悬浮颗粒） 积累的正电荷或负电荷。积累的正电荷或负电荷。 水中的颗粒，如硅土胶体、细菌和热原通常具有水中的颗粒，如硅土胶体、细菌和热原通常具有负电荷负电荷势，所以可以通过一个带正电的过滤器滤除。势，所以可以通过一个带正电的过滤器滤除。利用利用势的静电过滤势的静电过滤纯水纯水加压的水和颗粒加压的水和颗粒入口入口在过滤器膜上的负在过滤器膜上的负电荷电荷

29、在过滤器膜上的正电在过滤器膜上的正电荷荷细菌控制细菌控制 超纯水采用紫外线（超纯水采用紫外线（UV）杀灭细菌。紫外线简单又）杀灭细菌。紫外线简单又可靠，可以把细菌含量减至可靠，可以把细菌含量减至1以下。以下。 进一步杀菌可以向水中通入进一步杀菌可以向水中通入O3（干燥气体放电产生，（干燥气体放电产生，紫外线下分解成紫外线下分解成O2 ），细菌直径超），细菌直径超0.2um，膜滤除。，膜滤除。工艺用化学品工艺用化学品 为保证芯片的成品率和性能，制造用的去为保证芯片的成品率和性能，制造用的去离子水、化学品、气体必须保证不受沾污，在离子水、化学品、气体必须保证不受沾污，在传输过程中用到各种过滤器过滤

30、器。传输过程中用到各种过滤器过滤器。 过滤器分类过滤器分类颗粒过滤颗粒过滤（Particle filtration）: 适用于大约适用于大约 1.5微米微米 以上颗粒的深度型过滤。以上颗粒的深度型过滤。微过滤微过滤（Microfiltration）: 用于去除液体中用于去除液体中 0.1 到到 1.5微米范围颗粒的膜过滤。微米范围颗粒的膜过滤。超过滤超过滤（Ultrafiltration）: 用于阻挡大约用于阻挡大约 0.005 到到 0.1微米尺寸大分子的加压膜过滤。微米尺寸大分子的加压膜过滤。反渗透反渗透（Reverse Osmosis）: 也被称为也被称为超级过滤超级过滤 。 它是一个加

31、压的处理方案，输送液它是一个加压的处理方案，输送液 体通过一层半渗透膜，过滤掉小到接近体通过一层半渗透膜，过滤掉小到接近 0.005 微米的颗粒微米的颗粒 和金属离子。和金属离子。 深度型过滤器深度型过滤器出口出口过滤器媒介过滤器媒介入口入口屏蔽屏蔽适用于大约适用于大约 1.5微米微米 以上颗粒的深度型过滤。以上颗粒的深度型过滤。膜过滤器膜过滤器出口出口膜膜入口入口密封密封膜过滤：膜过滤：聚合物薄膜或带有细小渗透孔的陶瓷作为过滤聚合物薄膜或带有细小渗透孔的陶瓷作为过滤器媒质。只允许特定尺寸的物质通过。器媒质。只允许特定尺寸的物质通过。膜过滤可以用在反渗透、微过滤和超过滤中。膜过滤可以用在反渗透

32、、微过滤和超过滤中。对过滤器的两点要求对过滤器的两点要求 不会对流量产生明显的衰减不会对流量产生明显的衰减 足够的效率足够的效率 在在ULSI中的液体过滤器，对中的液体过滤器，对 于于0.2um以上的颗粒以上的颗粒 典型效率是典型效率是99.9999999，称为，称为9个个9的效率。的效率。 半导体制造设备是颗粒的最大来源。为了制半导体制造设备是颗粒的最大来源。为了制造一个硅片，可能需要造一个硅片，可能需要450多道工序。多道工序。工艺设备中各种颗粒沾污来源工艺设备中各种颗粒沾污来源 剥落的副产物积累在腔壁上剥落的副产物积累在腔壁上 自动化的硅片装卸和传送自动化的硅片装卸和传送 机械操作，如旋

33、转手柄和开关阀门机械操作，如旋转手柄和开关阀门 真空环境的抽取和排放真空环境的抽取和排放 清洗和维护过程清洗和维护过程 硅片表面的颗粒数硅片表面的颗粒数与工艺步骤数之间的函数关系与工艺步骤数之间的函数关系清洗清洗清洗清洗清洗清洗清洗清洗工艺步骤数工艺步骤数颗粒数颗粒数工作台的设计工作台的设计采用适当的材料设计工作台，获得超洁净的净采用适当的材料设计工作台，获得超洁净的净 化室是必要的。化室是必要的。颗粒释放率颗粒释放率穿壁式装置穿壁式装置生产区生产区Class 1 工艺设备工艺设备用户界用户界面面硅片真空硅片真空锁锁分隔墙分隔墙服务夹层服务夹层Class 1,000 片架片架自动化可以降低沾污

34、，片架可以实现设备间硅片的传递自动化可以降低沾污，片架可以实现设备间硅片的传递静电吸盘静电吸盘 真空吸盘使硅片产生变形，静电吸盘可以平坦的支撑硅片真空吸盘使硅片产生变形，静电吸盘可以平坦的支撑硅片- DC 偏压偏压硅盖板（接地）硅盖板（接地）+-+硅片（电荷）硅片（电荷）在工艺室中的离子和电子在工艺室中的离子和电子介质材料介质材料金属吸盘金属吸盘(-电荷电荷)至排气至排气- - - - - - - - - - - - - - - - - -微环境概念微环境概念微环境室微环境室 Class 1 生产区生产区Class 1,000工艺设备工艺设备SMIF 装装/卸卸界面界面 HEPA 过滤过滤器器

35、SMIF 盒盒(Class 1 或更好）或更好）微环境：微环境：硅片和净化间环境不位硅片和净化间环境不位于同一工艺室，通过隔离，为硅于同一工艺室，通过隔离，为硅片创造一个局部环境。片创造一个局部环境。SMIF：标准机械接口。为了在标准机械接口。为了在微环境包围的工艺设备之间转移微环境包围的工艺设备之间转移硅片，使用一个标准化的容器，硅片，使用一个标准化的容器，密封和传递整架的硅片。这个容密封和传递整架的硅片。这个容器与各种设备之间具有一个标准器与各种设备之间具有一个标准机械接口（机械接口（SMIF）。）。 当把容器提交给一台设备时当把容器提交给一台设备时，设备中的机器人自动开启容器，设备中的机

36、器人自动开启容器门，移走片架。门，移走片架。穿壁式装置的穿壁式装置的SMIF容器容器硅片湿法清洗硅片湿法清洗 湿法清洗概况湿法清洗概况 湿法清洗设备湿法清洗设备 RCA清洗的替代方案清洗的替代方案 硅片湿法清洗硅片湿法清洗 RCA 清洗清洗 1号标准清洗液号标准清洗液 (SC-1) 2号标准清洗液号标准清洗液 (SC-2) 改进的改进的RCA清洗清洗 Piranha 配比配比 最后的最后的HF步骤步骤 化学蒸气清洗化学蒸气清洗 硅片清洗步骤硅片清洗步骤 硅片湿法清洗化学品硅片湿法清洗化学品1号标准清洗液号标准清洗液 (SC-1)的配比：的配比： NH4OH/H2O2/H2O1：1：51：2：7

37、 2号标准清洗液号标准清洗液 (SC-2)的配比：的配比： HCl/H2O2/H2O 1：1：61：2：8颗粒在颗粒在 SC-1中的氧化和溶解中的氧化和溶解 (1) 颗粒吸附到硅颗粒吸附到硅上上 (2) 通过通过 H2O2 将硅将硅氧化帮助消散颗氧化帮助消散颗粒粒. (3) 颗粒溶解在颗粒溶解在 SC-1 溶液中溶液中.H2O2 SC-1颗粒通过负电荷排斥面去除颗粒通过负电荷排斥面去除 (1) 颗粒吸附到硅颗粒吸附到硅上上 (2) 通过通过NH4OH中中的的OH- 轻微侵轻微侵蚀硅片表面，并蚀硅片表面，并从颗粒下部切入从颗粒下部切入。 (3) HO- 在硅片表面和颗粒在硅片表面和颗粒上积累负电荷，将颗粒上积累负电荷，将颗粒排斥开。排斥开。OH-改进的改进的RCA清洗清洗传统的传统的RCA清洗：清洗：使用大量的化学试剂和去离子水使用大量的化学试剂和去离子水改进的改进的