半导体洁净厂房AMC控制

随着半导体制程技术的飞速发展,芯片线宽已经进入纳米级,8英寸及以上、55~14nm的制程已成为主流,相应的产品对半导体产品生产环境的要求也越来越高,洁净室环境中的悬浮气态分子污染物(AirborneMolecularContaminants,AMC)在生产过程中对良率会产生影响。

1研究背景

AMC也简称为分子污染,它包括了洁净室空气中出现的一系列污染物,具有以气体、蒸汽及空气浮尘状态出现;AMC化学特性可以为有机的或者无机;包括酸、碱、聚合物添加剂、有机金属化合物、凝缩剂与添加剂等特征。在半导体工艺中各类废气的主要来源由以下几方面。

(1)酸性废气:来源于工艺流程中使用各种酸液对芯片的腐蚀、清洗过程以及扩散等工序,主要污染物为氟化物、氯化氢、氮氧化物、硫酸雾等。

(2)碱性废气:来源于使用氨水、氨气的刻蚀工序,主要污染物为NH3。

(3)有机废气:来源于清洗、匀胶、去胶、刻蚀、显影工序使用有机溶剂清洗过程,主要成分为异丙醇、光刻胶等有机物。

(4)工艺尾气:来源于扩散、离子注入和CVD等工序使用的特殊气体,如硅烷、磷烷、砷烷、乙綳烷(B2H6)等,除部分在工艺中反应消耗外,其余均以尾气的形式排放。表1显示按照AMC分类源于半导体工艺制程、洁净室用材释气、外气的AMC主要成分和来源。

AMC是危害生产工艺并导致成品率降低的分子态化学物质。AMC会在半导体制造的栅底氧化、薄膜、多晶硅和硅化物形成、接触成型、光刻等多个关键工艺上造成各种危害,影响产品质量,是半导体制造面临越来越严峻的问题,也是生产环境控制中亟待解决的问题。因此,对于AMC的控制不应到了生产运行时才考虑控制,更应当在项目筹划、建设时期就要未雨绸缪,为后期的生产运行创造良好的基础条件。从项目选址、建设材料的选用、空气化学污染处理、日常监测运行多方面保证后期生产运行良好的环境。

2项目策划选址

AMC控制需要在建厂设计时进行规划,选址规划的位置对后续AMC的控制管理有着巨大影响,外部的AMC来源有:工业排放(例如有机物、酸),车辆排放的废气,农业污染(例如氨水、硫化氢)以及其他类型的污染。室外空气中AMC多少与半导体厂房所在地的空气质量有关,且地方差异性较大,通常越是工厂集中的工业区来自室外的AMC就越严重。选址需要考虑项目所在地四周的环境,尽可能选在空气质量好,周边无重大污染源排放的空旷园区。譬如项目地址四周尽量选在无燃烧排放的园区,设计时就需要考虑新风进风口位置,在东南沿海以东南风、西北风为主,新风口吸入要考虑风向,尽可能选在上风口,避开污染物排放下游,减少AMC的吸入。譬如之前就接触过的一家洁净室厂房,项目处于东南沿海,在设计时依据现场位置,将新风机组吸入口设置在建筑物的西侧,而在西北方向是另外一家大型电子厂,常年有酸碱废气排放,由于处于下风向,直接造成冬季时期新风口吸入的化学污染物浓度明显上升,尽管有水洗装置进行化学污染物预处理,还是造成化学污染物空气处理装置使用寿命直线下降,使用寿命大幅减少,影响了洁净室的分子污染控制。为了严格控制分子污染,只有经常更换化学处理装置,大大增加了日常运行费用。因此,在建厂选址时需要考虑项目所在地的周边环境,考虑新风吸入口设置位置,减少酸、碱、有机物的吸入,为后续的AMC控制管理提供基本可靠条件。

3建设过程中的AMC控制管理

厂房主体结构及洁净室建设过程中所产生的AMC是重要的来源,应该是工程承包方重点


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