潔凈室空氣分子污染物（AMC）的來(lái)源和危害

越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，在半導(dǎo)體圓片和液晶基板加工潔凈室中，除了存在空氣懸浮顆粒沾污外，還存在以氣相或蒸汽形式存在的分子污染物（Airborne Molecular Contaminants，AMC）。隨著特征尺寸（CD）的不斷縮小，AMC將會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重地影響圓片和液晶基板加工質(zhì)量和成品率，并會(huì)影響潔凈室內(nèi)工作人員的身體健康。文章介紹了AMC的分類(lèi)、來(lái)源、危害性、控制標(biāo)準(zhǔn)和方法，希望以此引起人們對(duì) AMC的重視，并采取相應(yīng)的控制措施。

AMC可分為下列四類(lèi)：

（1）MA（Molecular Acids，酸性分子污染物）： MA為腐蝕性物質(zhì)，其化學(xué)反應(yīng)特性為電子受主，通常包括光刻、腐蝕工藝過(guò)程中逸出的氫氟酸、鹽酸、硝酸、磷酸、硫酸等，還包括外部穿過(guò)高效過(guò)濾器進(jìn)入潔凈室的二氧化硫、亞硝酸等無(wú)機(jī)酸及草酸、醋酸等有機(jī)酸；

（2）MB（Molecular Bases，堿性分子污染物）： MB為腐蝕性物質(zhì)，其化學(xué)反應(yīng)特性為電子施主，包括 NH3、胺類(lèi)（包括三甲胺、三乙胺、環(huán)己胺、二乙氨基乙醇、甲胺、二甲胺、乙醇胺等）、氨化物（如 N-甲基吡咯烷酮 NMP，為去膠劑或聚酰亞胺溶劑）、 HMDS（光刻膠助粘劑）、脲等；

（3）MC（Molecular Condensable Organic Compounds，可凝結(jié)的分子有機(jī)化合物）： MC通常是指在常壓下沸點(diǎn)大于 150℃（也有人定義為沸點(diǎn)大于室溫或 65℃）、容易凝結(jié)到物體表面的有機(jī)化合物，包括碳?xì)浠衔铩⒐柩跬椤⑧彵蕉姿岫刘ィ?DOP）、鄰苯二甲酸二丁酯（ DBP）、鄰苯二甲酸二乙酯（ DEP）、丁基化烴基甲苯（ BHT）、全氟高分子有機(jī)物與塑化劑等；

（4）MD（Molecular Dopants，分子摻雜物）： MD是指可改變半導(dǎo)體材料導(dǎo)電特性的化學(xué)元素，包括各種重金屬及硼、有機(jī)磷酸鹽、 B2H6、 BF、AsH、磷酸三乙酯（ TEP）、磷酸三氯乙酯（TCEP）、磷酸三苯酯（ TPP）等。

AMC的危害

MA的影響酸具有腐蝕性，因此，MA會(huì)產(chǎn)生以下危害：

（1）侵蝕圓片和液晶基板上的 Al、Cu及其他薄膜，導(dǎo)致凹坑、線(xiàn)條開(kāi)路、短路、漏電等。據(jù)報(bào)道， HCl濃度大于28 ×10-9時(shí)，便可造成肉眼可見(jiàn)的腐蝕。由于 HF對(duì)SiO2具有強(qiáng)烈的腐蝕性，對(duì)薄柵氧化層具有極大的危險(xiǎn)性。圓片和液晶基板暴露在 5×10-9 ~10×10-9左右的氟離子濃度下 6h，就會(huì)在金屬層上造成數(shù)百個(gè)腐蝕缺陷，腐蝕缺陷隨著暴露時(shí)間的增加而增加。 Cl離子污染物會(huì)淀積到圓片和液晶基板表面。研究表明，在 Cl濃度遠(yuǎn)低于 9 ×10-9（體積）的情況下，便可明顯地觀(guān)察到 Al-Cu侵蝕，并形成碎屑。腐蝕程度隨時(shí)間和 Cl濃度而加劇。研究結(jié)果表明，以 TiW為阻擋層的 Al-Si-Cu圖形比用 TiN為阻擋層的 Al-Cu圖形更敏感。

（2）腐蝕廠(chǎng)房材料。

（3）腐蝕工藝設(shè)備和測(cè)試儀器。

（4）如前所述， HF會(huì)侵蝕過(guò)濾器的過(guò)濾材料硼硅玻璃纖維，釋放出 BF，導(dǎo)致?lián)诫s失控，影響器件的電性能。

（5）光刻間中的 SO2和NO2等會(huì)與空氣中的 NH3 生成硫酸銨顆粒，附著在圓片和液晶基板、掩模版、光刻機(jī)透鏡、觀(guān)測(cè)儀器透鏡上，形成白霧，導(dǎo)致光刻圖形變形，降低掩模版和光刻機(jī)透鏡的壽命，降低觀(guān)測(cè)儀器的分辨率。（ 6）據(jù)研究，臭氧（ O3）會(huì)降低器件的電容。但光刻機(jī)透鏡周?chē)?O3可以防止有機(jī)物沉積，降低鏡片白霧的發(fā)生機(jī)率。

MB的影響

（1）如果空氣中的 NH含量過(guò)高，會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致柵氧化層失效的缺陷，嚴(yán)影響器件性能。

（2） DUV光刻膠對(duì)NH3、胺類(lèi)、氨化物（如N-甲基吡咯烷酮NMP）等氣體特別敏感。據(jù)觀(guān)察，這些物質(zhì)會(huì)與重具有化學(xué)放大作用的光刻膠起反應(yīng)。即使?jié)舛戎挥?10-9級(jí)，也會(huì)導(dǎo)致光刻圖形缺陷，并會(huì)導(dǎo)致光刻膠線(xiàn)條頂部呈 T型。圓片和液晶基板暴露于 5×10-9的MB下10min便會(huì)導(dǎo)致 10nm～20nm的尺寸誤差。比利時(shí)的 IMEC研發(fā)中心進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)， ESCAP 248nm光刻膠暴露于濃度為 15×10-9的MB下，會(huì)導(dǎo)致 6nm/min的CD誤差。

（3）研究發(fā)現(xiàn)，圓片和液晶基板經(jīng)過(guò)使用 Cl2的干法腐蝕后，再暴露到微量 NH下，圓片和液晶基板表面會(huì)因酸堿反應(yīng)而產(chǎn)生次微米級(jí)的鹽類(lèi)微粒。

（4）高濃度的 MB會(huì)腐蝕過(guò)濾器，降低過(guò)濾器的使用壽命，導(dǎo)致過(guò)濾器提前失效。

（5）MB與MA類(lèi)似，會(huì)侵蝕鋁膜或銅膜。

MC的影響

（1）含硅、磷、硼等的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），如硅氧烷、有機(jī)磷酸酯等，會(huì)被吸附并牢牢粘附到硅片、光刻機(jī)透鏡或光刻版表面，很難去除或無(wú)法去除，被光刻工程師稱(chēng)為難處理的（ refractory）化合物。

（2）氣相有機(jī)分子很容易粘附到硅片表面，形成薄膜和表面分子沾污（SMC），會(huì)使光刻膠層、濺射層、 PVD層或 CVD層形成夾層結(jié)構(gòu)；會(huì)使介質(zhì)層改變介質(zhì)特性，影響擊穿電壓；會(huì)使圓片和液晶基板表面的 Si-N膜變?yōu)?Si-O膜，進(jìn)而導(dǎo)致 Si-N膜的厚度和純度同時(shí)降低。鋁壓焊點(diǎn)上的有機(jī)物薄膜會(huì)導(dǎo)致器件封裝時(shí)引線(xiàn)鍵合困難或鍵合不上。

（3）鄰苯二甲酸酯（如鄰苯二甲酸二辛酯 DOP）或其他有機(jī)物在空氣中的存在，會(huì)影響柵氧化層的完整性，并會(huì)分解，在硅片表面形成 Si-C結(jié)構(gòu)。

（4）BTH（丁基化烴基甲苯）抗氧化劑及其他有機(jī)物會(huì)使 Si3N4或其他 CVD膜的成核推遲。

（5）柵氧化層或其他薄膜吸附亞單原子層的塑化劑后，會(huì)影響橢圓儀的測(cè)量結(jié)果。

（6）有機(jī)磷酸鹽被吸附到硅片表面，受熱后會(huì)分解成無(wú)機(jī)磷化物，變成摻雜劑，造成不希望發(fā)生的 n型摻雜，導(dǎo)致電壓漂移。

（7）硅酮（由密封劑釋出）、 HMDS的副產(chǎn)物、 SO等會(huì)吸附到圓片和液晶基板、掩模版或光學(xué)鏡頭表面，形成白霧。

（8）碳?xì)浠衔铩⒓追拥日掣降焦杵砻妫瑫?huì)使硅片表面變成疏水性。

MD的影響 

MD包括硼、磷、砷、銻等，主要是硼和磷，吸附到芯片表面后，會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生摻雜作用，改變?cè)械膿诫s濃度。即使是微量的 MD（約 10 ppt）就會(huì)使產(chǎn)品的電性能發(fā)生漂移和失控。根據(jù) SEMATECH的研究，MD對(duì)前端工藝（FEOL）影響大。