半导体微物染控制之工艺化学品

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2021-03-18   环球过滤分离技术网   guolvfenlitech6

工艺化学品

在制造厂中，用于刻蚀和清洗晶圆和设备的酸、碱、溶剂是最高纯度的。涉及的污染物有金属离子颗粒和其他化学品。与水不同的是，工艺化学品是采购来的，直接运输到工厂后使用。

工业化学品分不同级别，它们分一般商业纯度、化学纯度、电子级和半导体级。前两种对于半导体使用来说过脏，电子级和半导体级相对洁净些，但不同制造商所生产化学品的洁净度是不同的。

像SEMI这样的商业组织为整个行业建立了洁净度的规范，但是大多数半导体厂按照自己内部的规范采购化学品。化学品的主要污染是可移动的金属离子，通常必须限制为百万分之一（ppm）级或更低。一些供应商可制造MIC级的化学品，含量仅仅十亿分之一（ppb）或者更低ppt级。微粒过滤器的级别被规定为0.2um或更低。

化学品传输至工艺加工区域不止包括保持化学品的洁净，还包括对容器内表面的清洁、使用不易溶解的材质的容器、不生产微粒的标识牌，并在传输前把瓶放置化学品袋中。化学品的瓶现只用于老式、技术较低的制造厂中。许多公司采用大量购入方式买入洁净工艺化学品，然后倒入小罐中，并通过管道从中央系统传入工艺工作台，或者从小瓶直接传输到工艺工作台。大批量化学品传输系统可以提供更洁净的化学品且费用较低。另外特别要注意定期清洁管道和运输瓶以防止污染。另一个特殊问题是当把化学品倒入另一种化学品瓶中会产生交互污染。每种化学品的化学品瓶应专用。


有几种技术可以同时满足更洁净的化学品、更严格的工艺控制和较低的费用。其中一种是“使用点”化学品混合器。这种装置连接在湿法清洗柜或自动机械上，混合化学品后把它们送到工艺罐中。另一种就是化学品再加上系统，这种装置设于湿法工艺工作台的排水系统中。去除离子的化学品被再过滤或者再某些情况下需再加上离子重新使用。重要的“再利用刻蚀容器”要接上过滤器以保证为晶圆提供洁净的化学品源。一张更新的工艺是使用点化学品再生。


例如氨水、氢氟酸和过氧化氢这些化学品是由相应的气体与去离子水在工艺工作台混合而成，这种方法可以减少化学品包装与运输时所产生的污染，可制造万亿（ppt）级的化学品。

除了许多湿化学品工艺制程，半导体晶圆还要使用许多气体来加工。这些气体有些是从空气中分离出来的，如氧气、氮气和氢气，还有一些是特制的气体，如砷烷和四氯化碳。

和化学品一样，气体也必须清洁地传输至工艺工作台与设备中。气体质量由以下4项指标来衡量。


1.     纯度；

2.     水气含量；

3.     微粒；

4.     金属离子。


所有工艺气体都要求极高地纯度，用于氧化、溅射、等离子刻蚀、化学气相沉积、反应离子刻蚀、离子注入和扩散等工艺地气体也有特殊要求。所有涉及化学反应的工艺都需要能量。如果工艺气体被其他气体污染，则预期的反应就会产生显著改变，或者在晶圆表面的反应结果也产生改变。例如，一罐溅射工艺用氩气里如果由氯杂质，就会导致生成的溅射薄膜有影响器件质量的恶果。


气体纯度由成分数表示，纯度一般从99.99%到99.999999%，取决于气体本身和该气体在工艺中的用途。纯度由小数点右边9的个数表示，最高纯度级别可为“6个9纯度”。

保持气体从生产商到工艺工作台过程中不变的纯度是对晶圆制造厂的一个挑战。从生产源开始，气体要通过管道系统、带有气阀与流量表的气柜，然后接入设备。这整个系统中的任何一部分的泄漏都是灾难性的。

水汽的控制也是非常重要的。水蒸气是一种气体，与同其他污染气体一样，也会参与不需要的反应。在晶圆制造厂中加工晶圆时带有水气是个特别问题。


当有氧气或水分存在时，硅很容易被氧化。所以控制不需要的水气对阻止硅表面的氧化是非常重要的。水气的上限一般是3~5ppm。

由空气中分离的气体以液态形式存储在厂区里，在这种状态下，气体温度很低，而且这种状态可冷冻许多杂质并储存在灌底部。特殊气体是以高压瓶的形式采购来的。因为特殊气体大多是有毒或者易燃的，所以一般储存在厂区外的特制气柜中。

石英：晶圆有大量的工艺时间是在石英中度过的，例如，晶圆固定器、反应炉石英管和传送器。石英件也是一种非常大的污染源，通常由散气与微粒的方式产生。即使是高纯度石英也含有许多重金属离子，这些离子可以从石英中散出进入扩散与氧化工艺反应的气流中，特别是在高温反应中。这些微粒来自晶圆与晶圆舟的擦伤和晶圆舟与反应炉石英的摩擦。半导体工业使用的石英一般是用电和焰熔工艺制造的。


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