潔凈室空氣分子污染物（AMC）的來源和危害

越來越多的研究發現，在半導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將會越來越嚴重地影響圓片和液晶基板加工質量和成品率，并會影響潔凈室內工作人員的身體健康。文章介紹了AMC的分類、來源、危害性、控制標準和方法，希望以此引起人們對 AMC的重視，并采取相應的控制措施。

AMC可分為下列四類：

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

（2）MB（Molecular Bases，堿性分子污染物）： MB為腐蝕性物質，其化學反應特性為電子施主，包括 NH3、胺類（包括三甲胺、三乙胺、環己胺、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，可凝結的分子有機化合物）： MC通常是指在常壓下沸點大于 150℃（也有人定義為沸點大于室溫或 65℃）、容易凝結到物體表面的有機化合物，包括碳氫化合物、硅氧烷、鄰苯二甲酸二辛酯（ 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）、全氟高分子有機物與塑化劑等；

（4）MD（Molecular Dopants，分子摻雜物）： MD是指可改變半導體材料導電特性的化學元素，包括各種重金屬及硼、有機磷酸鹽、 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會產生以下危害：

（1）侵蝕圓片和液晶基板上的 Al、Cu及其他薄膜，導致凹坑、線條開路、短路、漏電等。據報道， HCl濃度大于28 ×10-9時，便可造成肉眼可見的腐蝕。由于 HF對SiO2具有強烈的腐蝕性，對薄柵氧化層具有極大的危險性。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，就會在金屬層上造成數百個腐蝕缺陷，腐蝕缺陷隨著暴露時間的增加而增加。 Cl離子污染物會淀積到圓片和液晶基板表面。研究表明，在 Cl濃度遠低于 9 ×10-9（體積）的情況下，便可明顯地觀察到 Al-Cu侵蝕，并形成碎屑。腐蝕程度隨時間和 Cl濃度而加劇。研究結果表明，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）腐蝕廠房材料。

（3）腐蝕工藝設備和測試儀器。

（4）如前所述， HF會侵蝕過濾器的過濾材料硼硅玻璃纖維，釋放出 BF，導致摻雜失控，影響器件的電性能。

（5）光刻間中的 SO2和NO2等會與空氣中的 NH3 生成硫酸銨顆粒，附著在圓片和液晶基板、掩模版、光刻機透鏡、觀測儀器透鏡上，形成白霧，導致光刻圖形變形，降低掩模版和光刻機透鏡的壽命，降低觀測儀器的分辨率。（ 6）據研究，臭氧（ O3）會降低器件的電容。但光刻機透鏡周圍的 O3可以防止有機物沉積，降低鏡片白霧的發生機率。

MB的影響

（1）如果空氣中的 NH含量過高，會產生導致柵氧化層失效的缺陷，嚴影響器件性能。

（2） DUV光刻膠對NH3、胺類、氨化物（如N-甲基吡咯烷酮NMP）等氣體特別敏感。據觀察，這些物質會與重具有化學放大作用的光刻膠起反應。即使濃度只有 10-9級，也會導致光刻圖形缺陷，并會導致光刻膠線條頂部呈 T型。圓片和液晶基板暴露于 5×10-9的MB下10min便會導致 10nm～20nm的尺寸誤差。比利時的 IMEC研發中心進一步研究發現， ESCAP 248nm光刻膠暴露于濃度為 15×10-9的MB下，會導致 6nm/min的CD誤差。

（3）研究發現，圓片和液晶基板經過使用 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因酸堿反應而產生次微米級的鹽類微粒。

（4）高濃度的 MB會腐蝕過濾器，降低過濾器的使用壽命，導致過濾器提前失效。

（5）MB與MA類似，會侵蝕鋁膜或銅膜。

MC的影響

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

（2）氣相有機分子很容易粘附到硅片表面，形成薄膜和表面分子沾污（SMC），會使光刻膠層、濺射層、 PVD層或 CVD層形成夾層結構；會使介質層改變介質特性，影響擊穿電壓；會使圓片和液晶基板表面的 Si-N膜變為 Si-O膜，進而導致 Si-N膜的厚度和純度同時降低。鋁壓焊點上的有機物薄膜會導致器件封裝時引線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）或其他有機物在空氣中的存在，會影響柵氧化層的完整性，并會分解，在硅片表面形成 Si-C結構。

（4）BTH（丁基化烴基甲苯）抗氧化劑及其他有機物會使 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，會影響橢圓儀的測量結果。

（6）有機磷酸鹽被吸附到硅片表面，受熱后會分解成無機磷化物，變成摻雜劑，造成不希望發生的 n型摻雜，導致電壓漂移。

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

（8）碳氫化合物、甲酚等粘附到硅片表面，會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，會對器件產生摻雜作用，改變原有的摻雜濃度。即使是微量的 MD（約 10 ppt）就會使產品的電性能發生漂移和失控。根據 SEMATECH的研究，MD對前端工藝（FEOL）影響大。