集成电路的生产环境
集成电路是高度精密复杂的器件,对生产环境有严格的要求集成电路的工艺水平进入深亚微米以后,对其加工的环境提出了更加苛刻的要求这是因为任何粒径超过0.18µm的尘埃杂质团都将破坏微精细加工图形,产生加工缺陷,甚至使加工图形报废
在集成电路加工过程中,产生各种形式的污染来源一部分来源于化学试剂不纯气体纯化不够和去离子水质量不合格;另一方面来源于空间的尘埃杂质及有害气体和操作人员加工所使用的各种设备引人的尘埃毛发油脂手汗烟雾等
不论哪种形式的污染,都会对集成电路的成品率和可靠性产生严重的影响,甚至是破坏性的例如,PN结一旦被污染,将引起方向漏电流增大或表面沟道,使PN结击穿特性发生畸变手汗引起的钠离子沾污,会使MOSFET(金属氧化层半导体场效应晶体管)的阔值电压发生漂移,甚至导致器件的电流放大系数不稳定
（一）净化标准
净化标准是衡量工作环境的统一标准衡量空气环境洁净程度的主要技术指标是洁净度等级下表列出了美国联邦标准209E中洁净度等级,展示出了不同净化级别每立方米可以接收的颗粒数和颗粒尺寸
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美国联邦标准209E中洁净度等级 |
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颗粒/m3 |
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级别 |
0.1µm |
0.2µm |
0.3µm |
0.5µm |
5µm |
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1 |
124 |
268 |
107 |
36 |
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10 |
12,400 |
2,680 |
I,070 |
360 |
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100 |
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26,800 |
10,700 |
3,600 |
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1,000 |
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36,000 |
250 |
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10,000 |
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360,000 |
2,500 |
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100,000 |
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3,600,000 |
25,000 |
如果洁净度级别仅用颗粒数来说明(如1级洁净室),那么只接收到个0.5µm的颗粒这意味着每立方米中等于或大于0.5µm的颗粒最多允许36个对于尺寸不同于0.5µm的颗粒,洁净室级别应表达为具体颗粒尺寸的洁净级别例如,10级0.2µm,从上表得知,每立方米最多允许尺寸等于或大于0.2µm的颗粒2680个;10级O.lµm,每立方米最多允许包含尺寸等于或大于0.lµm的颗粒12400个洁净室示意图如下图所示：
在集成电路制造工艺中,制版光刻多层布线等工艺要求达到10级;外延化学气相淀积扩散工艺要求达到10～100级;中测腐蚀筛选装配等要求达到1000～10000级
（二）人
人是颗粒的产生者人员持续不断地进出洁净室,是洁净室的最大污染来源颗粒来源于头发和头发用品衣物纤维皮屑等一个人平均每天释放28.35g颗粒人的工作姿态不同产生的尘埃情况也有差异人处于不同姿态时所产生的尘埃情况见下表：
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人处于不同姿态时所产生的尘埃情况 |
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动作 |
尘埃数／min(0.3μ.m以上) |
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静坐或站着（静止） |
100,000 |
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坐着（头、腕、手指轻轻地动） |
500,000 |
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坐着（身体、脚尖轻轻地动） |
1,000,000 |
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起立（从坐着到站起来） |
2,500,000 |
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步行（0.5m/s) |
5,000,000 |
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步行（I.5m/s) |
7,000,000 |
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快步 |
10,000,000 |
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体操 |
15,000,000～30,000,000 |
集成电路加工的简单活动,如开门关门或在工艺设备周围过度活动,都会产生颗粒污染通常人类的活动,如谈话咳嗽打喷嚏,对半导体都是有害的因此,为了维持洁净室的超净环境,人员必须遵循洁净室的操作规程,还必须穿上超净服超净服由兜帽连衣裤工作服靴子和手套组成,完全包裹住了身体,穿戴超净服的工作人员图片如下图所示：
超净服系统的目标是满足以下职能标准:
1)对身体产生颗粒和浮质的总体抑制
2)超净服系统颗粒零释放
3)对静电放电(ESD)的零静电积累
4)无化学和生物残余物的释放
（三）超纯水
在微电子加工工艺中,清洗是使用频率最高的一道工艺,对加工集成电路芯片进行清洗必须使用超纯水这是因为自来水和普通蒸馏水都含有一些杂质离子,如钠(Na)钾(K)镁(Mg2)钙(Ca2)等阳离子,还有氯(Cl-)硫酸根（SO42-),碳酸根（CO32-)硅酸根(Si22-)等阴离子,若用含有这些正负离子的自来水和蒸馏水去清洗芯片,不但清洗不干净,反而越洗污染越严重用水质不纯的水清洗芯片,对器件的电子特性会直接产生严重影响超纯水指杂质极低的水,在集成电路加工过程中,主要用于晶片的冲洗石英器皿和器具等清洗和化学试剂的配制
超纯气体和化学试剂作为微电子加工的重要辅助材料,与前面讨论的水的纯度一样,其纯度的高低对器件的电学性能将直接产生重要的影响微电子加工对化学气体和化学试剂的基本要求是,有害杂质含量要极少,纯度要极高在微电子工艺加工过程中,几乎每道工序都用到气体,最常用的气体有氧气氢气氮气和氩气,它们的纯度都要求在99.99%以上在超大规模集成电路的加工工艺中,外延用的氧气纯度甚至高达99.9999%要求在这4种化学气体中含粒径大于0.2µm的尘埃个数每升少于3个,对于其他有害杂质的含量也都有极高的要求
除常用的这4种化学气体外,在微电子加工工艺中还经常用到硅烷磷烷四氟化碳氨气氯化氢等气体,对这些气体中的有害杂质含量都只允许在10-6量级
对于集成电路加工工艺中所用到的化学试剂.纯度分为化学纯,分析纯特级纯电子纯和MOS(半导体金属氧化物)纯在电子纯级和MOS纯级的化学试剂中,不溶性杂质重金属杂质碱金属杂质的含量极低,可以低到10-9量级在集成电路加工中所使用的化学试剂一般是电子纯级和MOS纯级在化学试剂的使用过程中,除保持化学试剂本身的纯度外,对盛载试剂的器皿和工具在使用前必须经过严格的清洗,所用的器皿应用聚乙烯或高纯石英制成