电子导电
-Vs Source
N+
+Vg Gate
++++++ ++++++ ++++++
+Vd Drain
N+
P- silicon substrate
Figure 6.5 可动离子沾污改变阈值电压
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有机物沾污 有机物沾污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 和其它元素结合在一起。有机物沾污的一些来源 包括细菌、润滑剂、蒸汽、清洁剂、溶剂和潮气 等。为了避免有机物沾污，现在用于硅片加工的 设备使用不需要润滑剂的组件来设计。 在特定工艺条件下，微量有机物沾污能降低 栅氧化层材料的致密性。工艺过程中有机材料给 半导体表面带来的另一个问题是表面的清洗不彻 底，这种情况使得诸如金属杂质之类的沾污在清 洗之后仍完整保留在硅片表面。
10-2
10-1
1
10
Figure 6.2 颗粒的相对尺寸
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Micrograph courtesy of AMD, particle underneath photoresist pattern
Photo 6.2 微粒引起的缺陷
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Alkali Metals Sodium (Na) Potassium (K) Lithium (Li)
金属杂质带来的问题
离子沾污改变晶体 管的电学特性 + + + + + + + + Polysilicon + + + + + +
Gate oxide
+
+
硅上有源区
Figure 6.6
钨塞
氧化层隔离 接触
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静电释放 静电释放(ESD)也是一种形式的沾污， 因为它是静电荷从一个物体向另一个物体未经控制 地转移，可能损坏微芯片。 ESD 产生于两种不同静电势的材料接触或摩 察。带过剩负电荷的原子被相邻的带正电荷的原子 吸引。这种由吸引产生的电流泄放电压可以高达几 万伏。 微芯片制造中特别容易静电释放，因为芯片 加工通常保持在较低的湿度 ( 典型条件为 40 ％ ± 10 ％)中，这种条件容易使较高级别的静电荷生成。 虽然增加相对湿度可以减少静电荷生成，但也会增 加浸湿带来的污染，因而这种方法并不实用。
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表面污染
嵌入的颗粒
Figure 6.1 硅片污染
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污染的类型
沾污经常导致有缺陷的芯片，而致命缺陷又 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。 沾污是指半导体制造过程中引入半导体硅片 的任何危害微芯片成品率及电学性能的不希望有 的物质。这里将主要集中于芯片制造工序中引入 的各种类型的表面沾污。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）
Figure 6.4 每硅片每通道看来数
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金属杂质 硅片加工厂的污染也可能来自金属化 合物。危害半导体工艺的典型金属杂质是减金属 ，它们在普通化学品和工艺中都很常见(如下表所 示 )。
Heavy Metals Iron (Fe) Copper (Cu) Aluminum (Al) Chromium (Cr) Tungsten (W) Titanium (Ti)
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第6章
硅片制造中的沾污控制
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引
言
一个硅片表面有多少个芯片，每个芯片差不多 有数以千万计的器件和互联线路，它们对沾污非常 敏感。随着芯片的特征尺寸为适应更高性能和更高 集成度的要求而不断缩小，控制表面沾污变得越来 越关键。 本章将介绍硅片制造中各种类型的沾污和它们 的来源，以及怎样有效控制沾污等内容，以制造包 含最小沾污诱生缺陷的高性能产品 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。
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学习目 标
1. 了解 5 种不同类型的净化间污染，并讨论与每种 污染相关的问题； 2. 列举净化间的 7 种沾污源，并描述每一种是怎样 影响硅片的洁净； 3. 解释并使用净化级别来表征净化间的空气质量； 4. 说明两种湿法清洗的化学原理，解释每一种分别 去除那种污染。
人体毛发的相对尺寸大约是 集成电路上最小特征尺寸的 500倍 集成电路最小的特征尺寸 = 0.18 mm ~90 mm
线 间距 接触孔 宽
90 mm = 500 0.18 mm 较大集成电 路 的一小部分
人体毛发的剖面
Figure 6.3 人类头发与 0.18 mm颗粒的相对尺寸
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自然氧化层 硅片如果暴露在室温下的空气或者含 溶解氧的去离子水中，硅片表面将被氧化。自然氧 化层同样是一种沾污，是硅片制造不可接受的。下 图给出了自然氧化层的存在，会增加金属导体和器 件有源区的接触电阻。
ห้องสมุดไป่ตู้
层间 介质
层间 介质
在钨淀积前，自然氧 化层生长在接触孔
硅片表面的颗粒密度代表了特定面积内的颗粒 数，颗粒密度越大，产生致命缺陷的机会就越大。 一道工序引入到硅片中超过某一关键尺寸的颗粒数 ，用术语可表示为每步每片上的颗粒数(PWP)。 颗粒的检测最简单的方法是通过显微镜观察， 先进的检查已经被激光束扫描硅片表面所取代。
Process Tool 硅片进入工艺设备前 的初始颗粒数. 硅片通过工艺设备后 的硅片表面的颗粒数
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颗 粒 颗粒是指能沾污在硅片表面的小物体。 悬浮在空气中传播的颗粒被称为浮质。从鹅卵石 到原子的各种颗粒的相对尺寸分布如下图所示。
烟云颗粒 原子
薄雾
大气灰尘
烟雾颗粒 沙 灰尘 小石子
物质的单个 分子的尺寸
稀薄烟雾
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3 毫米