半导体集成电路的净化间环境控制-清阳工程

2025-03-31 16:41 昆山清阳净化系统工程有限公司

半导体集成电路制造工艺非常复杂且精细，对制造环境要求严苛。为有效控制沾污，制造过程通常在净化间（超净间）内开展。接下来，本文将详细阐述半导体集成电路制造的环境要求。

 

一、沾污对器件可靠性的影响

 

在半导体集成电路制造期间，沾污问题不容小觑，它对器件可靠性影响显著。净化间内的沾污主要呈现为颗粒、金属杂质、有机物沾污、自然氧化层以及静电放电这五种形式。

 

1. 颗粒沾污：在半导体制造中较为常见，颗粒可能源自空气中的尘埃、制造设备的磨损，或是操作过程的不当处理。随着芯片特征尺寸不断缩小，颗粒造成的危害愈发严重。

 

2. 金属杂质沾污：也是关键问题之一。碱金属是常见的金属杂质，可能来自化学溶液或制造工序。金属离子会与硅片表面氢原子交换电荷并附着于硅片表面，或在硅片表面氧化时分布于氧化层内。这会致使氧化物 - 多晶硅栅结构出现结构性缺陷，增加 PN 结漏电，减少少数载流子寿命。

 

3. 有机物沾污：特定情形下，微量有机物沾污会降低栅氧化层材料的致密性，进而影响器件性能。而且，有机物沾污可能与其他沾污形式相互作用，加重对器件的损害。

 

4. 自然氧化层：硅片暴露于空气或含溶解氧的去离子水中时，表面会生成自然氧化层。除影响其他工艺步骤外，该氧化层可能含有可动金属离子，对器件的接触电阻和欧姆接触性能产生负面影响。

 

5. 静电放电：静电荷转移过程中，可能产生足以损害芯片的能量。此外，静电放电会使电荷在硅片表面积累，加剧对器件的损害。

 

二、净化间的环境控制

 

净化间是半导体集成电路制造的核心区域，其环境控制对保证产品质量意义重大。净化间的沾污源涵盖空气、人员、厂房、水、工艺用化学品、工艺气体及生产设备等。为有效管控这些沾污源，净化间实施了一系列严格措施。

 

1. 空气净化与过滤：净化间使用的空气经过严格净化过滤，所含颗粒极少，以达到所需空气质量等级，并依据相关标准（如美国 FED - STD - 2090D）标定。例如，1 级净化间意味着每立方英尺中等于或大于 0.5 微米的颗粒最多仅有 1 个。半导体制造对洁净等级要求高于其他工业生产，典型医院手术室洁净等级为 1000 级，而现代半导体制造超净间净化等级多为 10 级或 1 级，光刻所需净化等级最高。

 

2. 人员净化与管理：人员是净化间颗粒沾污的主要源头之一。为降低人员活动对净化间的污染，半导体制造公司制定了严格操作规程。现代净化服采用高技术膜纺织品或密织聚酯织物制成，能阻挡 99.999%的 0.1 微米及更大尺寸颗粒通过。同时，人员进出净化间需经过风淋等净化程序，在净化间内活动受限，如禁止使用铅笔，需使用无尘纸和无尘布，禁止使用化妆品，头发不能露出净化服外，不能群聚或快速运动等。

 

3. 厂房设计与分区：现代净化间厂房设计一般分为生产区和灰区（设备维护区）。生产区净化等级为 1 级，以满足产品制造的高洁净度需求。设备维护主要在 1000 级的服务区进行，以减少对生产区的污染。净化间下方设有泵、管道系统、电缆等设施区域，且经过特殊设计，防止对净化间造成污染。

 

4. 温湿度控制：净化间需保持恒定的温度和湿度，确保产品制造过程的稳定性和可靠性。例如，1 级 0.3 微米净化间典型温度控制在 20℃，相对湿度控制在 40% ± 10%。

 

5. 光照控制：净化间光源多为白光，但在对白光敏感材料可能暴露区域（如光刻区域）及走廊等地，需安装黄光灯以降低光线对材料的影响。黄光源可采用黄灯管或白灯管外加滤光套，优先选择黄灯管。黄光区周边的门和窗也应装有黄色滤光膜，阻挡特定范围光线。

 

6. 静电防护：为抑制静电释放对净化间的影响，净化间内的手推车、工作台、设备等均须导电，人员和物体必须接地。此外，先进净化间通过天花板内专用离子发射器产生高电场使空气分子电离，中和硅片表面绝缘层内静电荷。另一种空气电离方式是利用软 X 射线辐射，使带电硅片周围空气产生大量离子对，快速中和硅片表面电荷。

 

 

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