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半导体工厂(Fab)洁净室生产与洁净室的日常清洁工作

发布日期:2021-01-21 16:25责任编辑:www.szchinaway.com
半导体工厂(Fab)洁净室生产与洁净室的日常清洁工作 
 
随着计算机、微电子和信息技术的发展,推动了电子制造业的飞速发展,也带动了无尘车间洁净室技术的发展,同时对洁净室的设计提出了更高的要求,电子制造业的无尘车间施工设计是一项综合的技术,只有充分了解电子制造业的无尘车间设计特点,做到设计合理,才能让电子制造产业的产品次品率降低,提高生产效率。
 
芯片生产车间无尘室、集成电路无尘车间洁净室和磁盘制造车间是属于电子制造行业洁净室的重要组成部分,由于电子产品在制造、生产过程中对室内空气环境和品质的要求极为严格,主要以控制微粒和浮尘为主要对象,同时还对其环境的温湿度、新鲜空气量、噪声等作出了严格的规定。
 
一般的机械加工是不需要洁净室(clean room)的,因为加工分辨率在数十微米以上,远比日常环境的微尘颗粒为大。但进入半导体组件或微细加工的世界,空间单位都是以微米计算,因此微尘颗粒沾附在制作半导体组件的晶圆上,便有可能影响到其上精密导线布局的样式,造成电性短路或断路的严重后果。
 
微粒
 
半导体器件,尤其是高密度的集成电路,易受到各种污染的损害。器件对于污染的敏感度取决于较小的特征图形的尺寸和晶片表面沉积层的薄度。目前的量度尺 寸已经降到亚微米级。一微米是非常小的。一厘米等于10,000微米。人的头发的直径为100微米。这种非常小的器件尺寸导致器件极易受到由人员,设备和 工艺操作用使用的化学品所产生的存在于空气中的颗粒污染的损害。由于特征图形尺寸越来越小,膜层越来越薄,所允许存在的微粒尺寸也必须被控制在更小的尺度上。
 
由经验所得出的法则是微粒的大小要小于器件上最小的特征图形尺寸的1/10倍,直径为0.03微米的微粒将会损害0.3微米线宽大小的特征图形。落于 器件的关键部位并毁坏了器件功能的微粒被称为致命缺陷。致命缺陷还包括晶体缺陷和其它由于工艺过程引入带来的问题。在任何晶片上,都存在大量的微粒。有些 属于致命性的,而其它一些位于器件不太敏感的区域则不会造成器件缺陷。1994年, SIA将0.18微米设计的光刻操作中的缺陷密度定为0.06微米135个,每平方厘米每层。
 
金属离子
 
半导体器件在整个晶片上N型和P型的掺杂区域以及在精确的N/P 相邻区域,都需要具有可控的电阻率。通过在晶体和晶片上有目的地掺杂特定的掺杂离子来实现对这三个性质的控制。非常少量的掺杂物即可实现我们希望的效果。 但遗憾的是,在晶片中出现的极少量的具有电性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。
 
静电
 
可以引起上述问题的污染物称为可移动离子污染物 (MICs)。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。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,对钠的控制成为硅片生产的首要目标。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。这些标识都意味着较低的可移动污染物的等级。
化学品
 
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。它们将导致晶片 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
 
细菌是第四类的主要污染物。细菌是在水的系统中或不定期清洗的表面生成的有机物。细菌一旦在器件上形成,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。
 
洁净室的洁净等级,有一公认的标准,以class 10为例,意谓在单位立方英呎的洁净室空间内,平均只有粒径0.5微米以上的粉尘10粒。所以class后头数字越小,洁净度越佳,当然其造价也越昂贵。为营造洁净室的环境,有专业的建造厂家,及其相关的技术与使用管理办法如下:
 
1、内部要保持大于一大气压的环境,以确保粉尘只出不进。所以需要大型鼓风机,将经滤网的空气源源不绝地打入洁净室中。
2、为保持温度与湿度的恒定,大型空调设备须搭配于前述之鼓风加压系统中。换言之,鼓风机加压多久,冷气空调也开多久。
3、所有气流方向均由上往下为主,尽量减少突兀之室内空间设计或机台摆放调配,使粉尘在洁净室内回旋停滞的机会与时间减至程度。
4、所有建材均以不易产生静电吸附的材质为主。
5、所有人事物进出,都必须经过空气吹浴 (air shower) 的程序,将表面粉尘先行去除。
6、人体及衣物的毛屑是一项主要粉尘来源,为此务必严格要求进出使用人员穿戴无尘衣,除了眼睛部位外,均需与外界隔绝接触 (在次微米制程技术的工厂内,工作人员几乎穿戴得像航天员一样。) 当然,化妆是在禁绝之内,铅笔等也禁止使用。
7、除了空气外,水的使用也只能限用去离子水 (DI water, de-ionized water)。一则防止水中粉粒污染晶圆,二则防止水中重金属离子,如钾、钠离子污染金氧半 (MOS) 晶体管结构之带电载子信道 (carrier channel),影响半导体组件的工作特性。去离子水以电阻率 (resistivity) 来定义好坏,一般要求至17.5MΩ-cm以上才算合格;为此需动用多重离子交换树脂、RO逆渗透、与UV紫外线杀菌等重重关卡,才能放行使用。由于去离子水是的溶剂与清洁剂,其在半导体工业之使用量极为惊人!
 
8、洁净室所有用得到的气源,包括吹干晶圆及机台空压所需要的,都得使用氮气 (98%),吹干晶圆的氮气甚至要求99.8%以上的高纯氮! 
 
洁净环境是为生产工艺服务的,洁净室设计必须满足生产工艺的环境要求,这是理所当然的。因此,在洁净室设计时生产工艺对环境参数的要求应该实事求是,其面积、层高,温度、湿度,洁净度等应该该高则高,该低则低,并非越高越好。
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