半導(dǎo)體潔凈室AMC濃度監(jiān)測(cè)傳感器解決方案

在半導(dǎo)體制造過程中，復(fù)雜的制程和對(duì)氣態(tài)分子污染物(AMC)敏感的區(qū)域較多，這將在未來幾年對(duì)腐蝕控制方面帶來多重挑戰(zhàn)。根據(jù)新版半導(dǎo)體路線圖白皮書的介紹，傳統(tǒng)半導(dǎo)體的尺寸將在2024年達(dá)到極限。然而，預(yù)計(jì)將有更多種類的新器件、芯片堆疊和系統(tǒng)創(chuàng)新方法來持續(xù)優(yōu)化計(jì)算機(jī)性能、功耗和成本。根據(jù)國際器件與系統(tǒng)線路圖(IRDS)，目前降低芯片成本的主要方法是縮小多晶硅間距、金屬互連間距和電路單元的高度，這種現(xiàn)象將持續(xù)到2024年。

化學(xué)過濾器的生命周期對(duì)AMC的去除效率具有顯著的影響，這一現(xiàn)象在半導(dǎo)體制造過程中尤為關(guān)鍵。根據(jù)國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖（ITRS）的要求，光刻掃描儀的工作環(huán)境需要嚴(yán)格控制AMC的濃度。具體而言，無機(jī)酸的總含量應(yīng)控制在0.05ppbv以下，總堿的含量應(yīng)低于0.2ppbv，而揮發(fā)性有機(jī)物的濃度則應(yīng)不超過0.26ppbv。這些嚴(yán)格的管控要求凸顯了AMC控制在半導(dǎo)體制造過程中的重要性。

下面工采網(wǎng)為大家講解有關(guān)AMC方面的一些知識(shí)！

一、AMC的定義與分類

AMC的定義是懸浮分子污染物（不是懸浮微粒），大多出現(xiàn)在潔凈室和受控環(huán)境的大氣中。

懸浮微粒以Microns（微米）大小來定義，縮寫為：um，微米是過濾行業(yè)中描述粉塵粒度和纖維直徑最常用的尺寸單位，1um=10-6m。

懸浮分子常以埃為單位，符號(hào)為?，埃格斯特朗是一個(gè)長度單位，它不是國際制單位，但是可與國際制單位進(jìn)行換算，即1?=10^（-10）米=0.1納米。

氣體分子污染物（AMC）是危害生產(chǎn)工藝并導(dǎo)致成品率降低的分子態(tài)化學(xué)物質(zhì)，AMC會(huì)在半導(dǎo)體制造的柵底氧化、薄膜沉積、多晶硅和硅化物形成、接觸成型、光刻等多個(gè)關(guān)鍵工藝上對(duì)晶片表面、設(shè)備表面產(chǎn)生侵蝕，還會(huì)產(chǎn)生非控制性硼化物或磷化物摻雜、晶圓表面或光學(xué)鏡面產(chǎn)生陰霾、微粒產(chǎn)塵等危害，從而大大影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。

根據(jù)化學(xué)品的特性，在國際半導(dǎo)體設(shè)備及材料協(xié)（Semiconductor Equipmentand Materials Tnternational,SEMI）在SEMIF21-1102的標(biāo)準(zhǔn)中將潔凈室中的空氣污染物分為四種：

一是酸性污染物，包括鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸等；

第二種是堿性污染物，主要是氨氣；

第三種是可凝性污染物，指常壓下沸點(diǎn)大于室溫且會(huì)在表面凝結(jié)的化學(xué)物質(zhì)但不包含水；

第四種是摻雜性污染物，可改變半導(dǎo)體物質(zhì)之電性能化學(xué)元素，如硼、磷、砷和金屬離子等。

當(dāng)前半導(dǎo)體制程技術(shù)發(fā)展迅猛，芯片線寬已進(jìn)入納米級(jí)，因此半導(dǎo)體潔凈室內(nèi)AMC的控制更顯得重要。在AMC的控制中，首要步驟是通過監(jiān)測(cè)分析識(shí)別污染物來源，再通過調(diào)整生產(chǎn)材料和工藝流程以去除污染物。同時(shí)在新風(fēng)、循環(huán)風(fēng)以及機(jī)臺(tái)側(cè)考慮安裝合適的化學(xué)過濾器來保護(hù)生產(chǎn)環(huán)境。對(duì)于潔凈室內(nèi)部分區(qū)域AMC含量的異常波動(dòng)，需要巧妙運(yùn)用在線檢測(cè)的數(shù)據(jù)去系統(tǒng)分析任何一次超出控制的異常情況，找到引起波動(dòng)的真是原因，進(jìn)而找到有效的處理措施。

（一）AMC污染源

半導(dǎo)體制造的潔凈廠房內(nèi)AMC污染源有可能源于外氣、操作人員、制程產(chǎn)生、潔凈室用材釋氣和設(shè)備泄漏。源于外氣的AMC主要成分包括硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、硫化氫（H2S）、氨氣（NH3）、揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）、臭氧（O3）等；源于操作人員的主要是氨氣（NH3）；下表顯示按照AMC分類源于半導(dǎo)體工藝制程、潔凈室用材釋氣、外氣的AMC主要成分和來源（參見表1）。

氣態(tài)分子污染物（AMC）對(duì)電子半導(dǎo)體制程的影響主要表現(xiàn)為表面分子污染，這是由氣態(tài)分子和特定表面作用而形成非常薄的化學(xué)膜，化學(xué)膜通常改變產(chǎn)品表面的物理、電子、化學(xué)和光學(xué)特性，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

■導(dǎo)致光阻層表面硬化T型缺陷

■硼磷摻雜不受控

■導(dǎo)致不能控制蝕刻速度，鄰苯二甲酸二丁酯（DOP）易附著于晶片表面形成碳化硅SiC

■引起閾值電壓改變，硼元素、三氟化硼等氣態(tài)污染物，會(huì)引起晶片表面污染

■污染物氣體如氟化氫、氯化氫、硫酸、磷酸、氯氣、氮氧化合物等，引起晶片表面污染，導(dǎo)致金屬化制程中的金屬附著力下降

■污染氣體導(dǎo)致芯片內(nèi)連接導(dǎo)線因腐蝕而報(bào)廢

■造成掩模及步進(jìn)設(shè)備上光學(xué)鏡面模糊

■導(dǎo)致設(shè)施和設(shè)備腐蝕而停機(jī)

晶圓表面污染的種類及其對(duì)元器件的影響

監(jiān)測(cè)源于外氣的AMC主要成分硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、硫化氫（H2S）、氨氣（NH3）、臭氧（O3）、揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的傳感器，工采網(wǎng)推薦高精度PPB級(jí)別氣體傳感器：SO2-B4，NO2-B43F、H2S-B4、NH3-B1、PID-AY5、OX-B431：

審核編輯 黃宇