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洁净厂房的设计与施工-3-集成电路对净化的要求

2018-10-28 16:06:33

20世纪80年代大规模集成电路和超大规模集成电路的迅速发展,大大促进了洁净技术的发展,集成电路生产技术从64 k到四M,特征尺寸从0.2μm0.8μm。当时根据实践经验,通常空气洁净受控环境的控制尘粒粒径与线宽的关系为1:10,因此洁净技术工作者研制了超高效空气过滤器,可将粒径≥0.1μm的微粒去除到规定范围。根据大规模、超大规模集成电路生产的需要,高纯气体、高纯水和高纯试剂的生产技术也得到很快的发展,从而使服务于集成电路等高技术产品所需的洁净技术都得以高速发展,据了解,1986年美国、日本和西欧的净化产品的产值约为29亿美元,,1988年达到73亿美元,20世纪90年代以来,超大规模集成电路的加工技术发展迅猛,每隔两年其关键技术就会有一次飞跃,集成度每三年翻四倍,表1-1是大规模集成电路发展状况。集成电路将不断随集成度的加大而缩小其特征尺寸,增加掩膜的层数和容量,对动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory 简称DRAM)的特征尺寸为0.09μm已研制成功,随之对洁净室设计中控制粒子的粒径也将日益缩小,表1-2是超大规模集成电路(VLSI)的发展及相应控制粒子的粒径。集成电路芯片的成品率与芯片的缺陷密度有关,据分析,芯片缺陷密度与空气中粒子个数有关,若假设芯片缺陷密度中10%为空气中粒子沉降到硅片上引起的,则可推算出每平方米芯片上的空气粒子的最大允许见表1-3。因此,集成电路的高速发展,不仅对空气中控制粒子的尺寸有更高的要求,不仅如此,目前研究和生产实践表明,对于超大规模集成电路生产环境的化学污染控制的要求也十分严格。对于重金属的污染控制指标,当生产4GDRAM时要求小于5*199原子/cm2;对于有机物污染的控制指标要从1*104原子/cm2逐渐减少到3*1012原子/cm2。集成电路对化学污染的控制指标见表1-4.引起超大规模集成电路生产环境化学污染的污染源很多,现列举一些主要的化学污染源见表1-5

1-1   大规模集成电路的工艺发展趋向[5]

         年份    工艺特性

1980

1984

1987

1990

1993

1996

1999

2004

硅片直径/mm

75

100

125

150

200

200

200

300

DRAM技术

64K

256K

1M

4M

16M

64M

256M

1G

特征尺寸/μm

2

1.5

1

0.8

0.5

0.35

0.25

0.2~0.1

工艺步数

100

150

200

300

400

500

600

700~800

洁净度等级

1000~100

100

10

1

0.1

0.1

0.1

0.1(0.1μm)

纯气、纯水中杂质

103~10-9

500*10-9

100*10-9

50*10-9

5*10-9

1*10-9

0.1*10-9

0.01*10-9

1-2  VLSI发展规划及相应控制粒子的粒径[6]

        投产年份    项目

1997

1999

2001

2003

2006

2009

2012

集成度(DRAM)

256M

1G

1G

4G

16G

64G

256G

线宽/μm

0.25

0.18

0.15

0.13

0.1

0.07

0.05

控制粒子直径/μm

0.125

0.09

0.075

0.065

0.05

0.035

0.025

1-3   每平方米芯片上的空气粒子的最大允许值

        集成度    成品率/%

64M

256M

1G

4G

16G

64G

90

55

38

25

16

11

8

80

124

84

56

37

24

7

70

195

132

-

-

-

-

控制粒子尺寸/μm

0.035

0.025

0.018

0.013

0.01

0.007

1-4   化学污染控制指标[7]

年份    项目

1995

1997~1998

1999~2001

2003~2004

2006~2007

2009~2010

DRAM集成度

55

38

25

16

11

8

线宽/μm

124

84

56

37

24

7

硅片直径/mm

195

132

-

-

-

-

受控粒子尺寸/μm

0.035

0.025

0.018

0.013

0.01

0.007

粒子数(栅清洗)/.m-2

1400

950

500

250

200

150

重金属(Fe/原子.cm-2

5*1010

2.5*1010

1*1010

5*109

2.5*109

2.5*109

有机物(C/原子.cm-2

1*1014

5*1013

3*1013

1*1013

5*1012

3*1012

1-5   主要化学污染源[7]

 

化学污染源

污染物质

化学污染源

污染物质

室外空气

NOxSOxNa+Cl-

油漆

金属离子、甲苯、二甲苯

HEPAULPA(玻璃丝滤料)

B

混凝土

NH3Ca2+

NH3丙酮、NaCl

密封剂

硅氧烷

洁净服、化妆品

有机物

防静电材料(墙、地板、设备)

PH3PF3PF6R3PNa+NO2Ca2+Fe2+K+CO

软塑料、HEPAULPA

DOP

工艺用溶剂

NH4+三甲基硅醇