由于半導(dǎo)體工業(yè)所制作的集成電路元件尺寸越來(lái)越小，在一塊小小的晶片上集成了許許多多的小元器件，因此，在制作過(guò)程中就必須防止外界雜質(zhì)污染源的污染，因?yàn)檫@些污染源可以造成元器件性能的劣化以及電路產(chǎn)品不良率的上升和可靠性的下降。污染問(wèn)題是芯片生產(chǎn)工業(yè)必須慎重對(duì)待并且要花大力氣解決的首要問(wèn)題。污染不僅來(lái)源于大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)過(guò)程，還包括提供的超凈間專用化學(xué)品和材料，甚至建造超凈間的建筑材料和建造手段也會(huì)引入污染。

1.3.1 污染物的種類

一般的污染源包括顆粒污染物、金屬離子和化學(xué)物質(zhì)等。

1.顆粒污染物

顆粒包括空氣中所含的顆粒、人員產(chǎn)生的顆粒、設(shè)備和工藝操作過(guò)程中使用的化學(xué)品產(chǎn)生的顆粒等。在任何晶片上，都存在大量的顆粒。有些位于器件不太敏感的區(qū)域，不會(huì)造成器件缺陷，而有些則屬于致命性的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出的法則是：顆粒的大小要小于器件上最小的特征圖形尺寸的1/10.否則，就會(huì)形成缺陷。

2.金屬離子

在半導(dǎo)體材料中，以離子形態(tài)存在的金屬離子污染物，稱為可移動(dòng)離子污染物(MIC)。這些金屬離子在半導(dǎo)體材料中具有很強(qiáng)的可移動(dòng)性，即使在器件通過(guò)了電性能測(cè)試并且從生產(chǎn)廠運(yùn)送出去，金屬離子仍可在器件中移動(dòng)從而造成器件失效。遺憾的是，絕大部分化學(xué)物質(zhì)中都有能夠引起器件失效的金屬離子。最常見(jiàn)的可移動(dòng)離子污染物是鈉。鈉離子同時(shí)也是在硅中移動(dòng)性最強(qiáng)的物質(zhì)，因此，對(duì)鈉的控制成為硅片生產(chǎn)的首要目標(biāo)。MIC的問(wèn)題對(duì)MOS器件的影響更為嚴(yán)重。有必要采取措施研制開(kāi)發(fā)MOS級(jí)或低鈉級(jí)的化學(xué)品。這也是半導(dǎo)體業(yè)的化學(xué)品生產(chǎn)商努力的方向。

3.化學(xué)物質(zhì)

化學(xué)物質(zhì)指半導(dǎo)體工藝中不需要的物質(zhì)。這些物質(zhì)的存在將導(dǎo)致晶片表面受到不需要的刻蝕，在器件上生成無(wú)法除去的化合物，或者引起不均勻的工藝過(guò)程。最常見(jiàn)的化學(xué)物質(zhì)是氯。在工藝過(guò)程用到的化學(xué)品中，氯的含量受到嚴(yán)格的控制。

1.3.2 污染物引起的問(wèn)題

器件工藝良品率降低：污染改變了器件的尺寸，使表面潔凈度和平整度下降。在污染環(huán)境中制成的器件會(huì)導(dǎo)致成品率下降，成本上升，器件工藝良品率下降。

器件性能降低：在制造工藝過(guò)程中漏檢或未能檢測(cè)出的小污染可能會(huì)產(chǎn)生不需要的化學(xué)物質(zhì)和可移動(dòng)的離子污染物，從而改變器件的性能。

1.3.3 超凈間的建設(shè)

超凈間(Clean Room)也叫潔凈室，是指將一定空間范圍內(nèi)空氣中的微粒、有害空氣、細(xì)菌等污染物排除，并將室內(nèi)的溫度、潔凈度、室內(nèi)壓力、氣流速度與氣流分布、噪音、照明及靜電控制在某一需求范圍內(nèi)而特別設(shè)計(jì)的房間。不論外在空氣條件如何變化，其室內(nèi)都能維持原先所設(shè)定要求的潔凈度、溫濕度及壓力等。超凈間最主要的作用在于控制半導(dǎo)體芯片所接觸的大氣的潔凈度及溫濕度，使產(chǎn)品能在一個(gè)良好的環(huán)境空間中生產(chǎn)和制造。

1.建筑材料

超凈間所用的建筑材料都應(yīng)是不易脫落的材料，所有的管道口都要密封，可以采用不銹鋼材料制造工作臺(tái)。

2.超凈間控制外界污染的要素

黏性地板墊：在每個(gè)超凈間入口都應(yīng)放置一塊黏性地板墊，這樣可以把鞋底的臟物黏住，防止帶入超凈間。一般地板墊有很多層，臟了一層便撕掉一層。

更衣區(qū)：超凈間的更衣區(qū)是超凈間與廠區(qū)的過(guò)渡區(qū)域，更衣區(qū)通過(guò)天花板中的高效空氣過(guò)濾器(High efficiency Particulate air Filter，HEPA)提供空氣，工作人員必須在此換上潔凈服。此區(qū)域利用長(zhǎng)凳分為兩個(gè)部分，工作人員在長(zhǎng)凳一側(cè)穿上潔凈服，而在長(zhǎng)凳上穿戴鞋套，這樣可以使長(zhǎng)凳和超凈間保持干凈。超凈間和廠區(qū)的門(mén)不能同時(shí)打開(kāi)，保護(hù)超凈間不會(huì)暴露在廠區(qū)的污染環(huán)境中。有些廠還在走廊上提供更衣柜，超凈間衣物和物品也要妥善管理。更衣區(qū)通常分為兩個(gè)更衣區(qū)，即一次更衣區(qū)和二次更衣區(qū)。

風(fēng)淋室：超凈間與更衣間要建造風(fēng)淋室，高速流動(dòng)的氣流可以吹掉潔凈服外面的灰塵顆粒。風(fēng)淋室必須裝有互鎖系統(tǒng)，防止前后門(mén)同時(shí)打開(kāi)。

維修區(qū)：超凈間周圍是維修區(qū)，一般要求它的潔凈級(jí)別低于超凈間(通常要求1000級(jí)或10000級(jí))。技術(shù)員在超凈間外維護(hù)設(shè)備，而不必進(jìn)入超凈間。

空氣壓力控制系統(tǒng)：嚴(yán)格防止空氣污染的廠房在設(shè)計(jì)方案上要求平衡超凈間、更衣間和廠區(qū)的空氣壓力。通常超凈間的空氣壓力最高，更衣間次之，廠區(qū)和走廊最低。這樣當(dāng)超凈間的門(mén)打開(kāi)時(shí)，超凈間相對(duì)高的空氣壓力可以防止空氣中的灰塵進(jìn)入。

凈鞋器和手套清洗器：用凈鞋器去除鞋套和鞋側(cè)的灰塵。用手套清洗器清洗手套并烘干。

防靜電設(shè)施：靜電會(huì)吸附空氣和工作服中的塵埃，容易影響晶圓上高密度的集成電路的制造和性能。靜電控制包括防止靜電堆積和防止放電兩個(gè)方面，防止靜電堆積使用防靜電服、防靜電周轉(zhuǎn)箱和防靜電存儲(chǔ)盒。放電技術(shù)包括使用電離器和使用靜電接地帶，電離器一般放在HEPA過(guò)濾器的下面，中和過(guò)濾器上堆積的靜電;靜電放電包括人員的接地腕帶和工作臺(tái)接地墊等。

3.工作人員防護(hù)措施

超凈間工作人員是最大的污染源之一。人的呼吸也包含大量的污染，每次呼氣向空氣中排出大量的水汽和微粒。人坐著時(shí)，每分鐘仍會(huì)釋放10萬(wàn)到100萬(wàn)個(gè)顆粒，此外還有脫落的頭發(fā)和壞死的皮膚等。普通的衣服也會(huì)給超凈間增加上百萬(wàn)個(gè)顆粒。

防止人產(chǎn)生的污染的解決辦法就是把人完全包裹起來(lái)。潔凈服選用無(wú)脫落而且編織緊密的材料，且含有導(dǎo)電纖維以釋放靜電，在滿足過(guò)濾能力的情況下考慮穿著的舒適度。潔凈服要制成高領(lǐng)長(zhǎng)袖口，身體的每一個(gè)部分都要被罩住，頭用內(nèi)帽罩住頭發(fā)，外面再套一層外罩，外罩帶披肩，用工作服壓住披肩，以壓住頭罩;面部用面罩罩住;眼睛用帶側(cè)翼的安全眼鏡罩住。衣服以宇航服的頭套為模型，可接過(guò)濾帶、吹風(fēng)機(jī)和真空系統(tǒng)。新鮮空氣由真空泵提供，過(guò)濾器保證呼出的氣體的污染物不被吹進(jìn)超凈間。皮膚涂上特制的潤(rùn)膚品，可進(jìn)一步防止皮膚脫落物，潤(rùn)膚品中不含鹽分和氯化物。穿衣的順序應(yīng)該從頭向下穿，使上一部位揚(yáng)起的灰塵用下一部位的服飾蓋住，最后戴上手套。

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健康的人是許多污染的污染源，病人就更加嚴(yán)重了，特別是皮膚病患者和呼吸道傳染病患者還會(huì)產(chǎn)生額外的污染源，因此相關(guān)崗位要制定相應(yīng)的人員體檢標(biāo)準(zhǔn)。

4.空氣控制系統(tǒng)

普通的空氣中含有大量微?；蚋m等污染物，只有經(jīng)過(guò)處理后才能進(jìn)入超凈間。超凈間的潔凈度是由空氣中微粒的大小和微粒的含量來(lái)決定的。通過(guò)天花板的HEPA過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)空氣過(guò)濾，并從地板上回收空氣，保持持續(xù)的潔凈空氣流。

5.溫濕度控制系統(tǒng)

半導(dǎo)體超凈間的溫濕度控制是個(gè)重點(diǎn)，其控制的效果直接影響著生產(chǎn)的優(yōu)良率。溫度控制對(duì)操作員的舒適性和工藝控制都是很重要的，特別是在利用化學(xué)溶劑作刻蝕和清洗的工藝時(shí)，化學(xué)反應(yīng)會(huì)隨溫度的變化而不同。相對(duì)濕度也是一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)，尤其在光刻工藝中，如果濕度過(guò)大，晶圓表面太潮濕，會(huì)影響聚合物的結(jié)合，如果濕度過(guò)低，晶圓表面會(huì)產(chǎn)生靜電，這些靜電會(huì)在空氣中吸附微粒。

在溫濕度控制方面，恒歌HG602露點(diǎn)變送器可發(fā)揮重要作用。它能夠精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)超凈間內(nèi)的濕度，確保生產(chǎn)環(huán)境的干燥度符合要求。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)露點(diǎn)溫度，HG602露點(diǎn)變送器能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)濕度異常，防止晶圓表面形成水膜，從而避免影響光刻和蝕刻的精度。此外，它還可以防止因高濕度引發(fā)的靜電放電(ESD)，保護(hù)敏感的半導(dǎo)體器件。

在氣體過(guò)濾方面，恒歌高壓氣體過(guò)濾器能夠高效去除壓縮空氣中的塵埃、鐵銹、油霧及碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)，確保氣體的高純度。其耐高溫、耐腐蝕、高精度的特性使其能夠適應(yīng)半導(dǎo)體生產(chǎn)中復(fù)雜的工況，為半導(dǎo)體氣體輸送系統(tǒng)提供可靠的保護(hù)。

1.3.4 超凈間標(biāo)準(zhǔn)

按照國(guó)際慣例，無(wú)塵凈化級(jí)別主要根據(jù)每立方米空氣中粒子直徑大于劃分標(biāo)準(zhǔn)的粒子數(shù)量來(lái)規(guī)定。也就是說(shuō)，所謂無(wú)塵并非100%沒(méi)有一點(diǎn)灰塵，而是控制在一個(gè)非常微量的單位上。當(dāng)然，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中符合灰塵標(biāo)準(zhǔn)的顆粒相對(duì)于常見(jiàn)的灰塵已經(jīng)是小得微乎其微，但是對(duì)于半導(dǎo)體器件而言，哪怕是一點(diǎn)點(diǎn)的灰塵都會(huì)產(chǎn)生非常大的負(fù)面影響，所以在半導(dǎo)體產(chǎn)品的生產(chǎn)上，無(wú)塵是必然的要求。根據(jù)單位體積塵埃數(shù)的不同，超凈間分為不同的等級(jí)。以直徑為0.5微米的塵埃作為比較標(biāo)準(zhǔn)，在一立方英寸空間中大于0.5微米的塵埃粒子數(shù)少于10粒，就稱為10級(jí)潔凈空間;大于0.5微米的粒子數(shù)少于1000個(gè)，就稱為1000級(jí)潔凈空間。目前許多半導(dǎo)體生產(chǎn)線都要求潔凈度為1級(jí)。

1.3.5 超凈間的維護(hù)

超凈間的定期維護(hù)是非常必要的。清潔人員必須要穿著與生產(chǎn)人員一樣的潔凈服，超凈間的清潔器具，包括拖把，也要仔細(xì)選擇，一般家庭使用的清潔器具太臟，無(wú)法在超凈間使用。使用真空吸塵器也要特別注意，真空吸塵器中的排風(fēng)系統(tǒng)中，裝有HEPA過(guò)濾器，現(xiàn)在已經(jīng)可以在超凈間中使用了。許多超凈間采用內(nèi)置式真空系統(tǒng)來(lái)減少清潔時(shí)產(chǎn)生的臟東西。擦凈工藝工作臺(tái)需要使用特殊的低污染的抹布與海綿。擦拭的程序也是非常關(guān)鍵的，墻面的擦拭要從上到下，桌面要從后向前。用噴壺噴灑的清潔劑，應(yīng)噴到潔凈布表面，而不是被清潔物表面，這樣可以減少在晶圓與設(shè)備上的不必要的過(guò)量噴灑。超凈間的清潔本身已經(jīng)成為支持半導(dǎo)體工藝的輔助技術(shù)。半導(dǎo)體芯片制造廠可以聘請(qǐng)外部認(rèn)證公司來(lái)確定潔凈等級(jí)、工作過(guò)程、程序文件與控制程序，并加以文件化。