矽半導體微量污染之分析研究 : 原物料光阻之金屬雜質、黃光區環境之氨來源與產品焊墊之污染

Determination of trace contamination in Si semiconductor : metal impurities in photoresist raw material、environmental ammonia sources in photolithography cleanrooms，and organic contaminants in pad

陳麗真(Li-Chen Chen)

指導教授 ： 凌永健

國立清華大學/理學院/化學系/博士(2007年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2007.00464

摘要

半導體產品種類繁多，其中有以金屬氧化物半導體記憶元件(MOS memory devices)被廣泛應用於生活用品中，如液晶電視和全球衛星定位接收器等。在經濟利益考量前提，MOS半導體產品的線寬持續從微米縮減至深次微米尺吋，相關產品製程技術的成功，除須考慮金屬雜質與微顆粒污染外，空降分子污染物(Airborne Molecular Contaminants, AMCs)亦被認為是一種致命的污染。例如︰酸氣和揮發性有機化合物除會引起腐蝕和埋孔、塞孔效應外，也會增加機台保養維修次數。研究顯示半導體製程用的化學品，雖是高純度的原物料，但易因操作不當或儲存條件不良，遭受金屬雜質的污染。相關化學分析，如︰酸鹼滴定儀分析酸鹼化學品濃度、感應耦合電漿質譜儀分析化學品或純水中金屬雜質、離子層析儀分析製程環境中氨含量、和氣相層析質譜儀分析製程環境中揮發性有機化合物含量等，已成為矽半導體廠管控各種污染源必備的技術。
本論文研發半導體製程用的化學分析方法，包括：(1)光阻原物料的品質鑑定︰新消化方法結合高純度合成石英杯的容器、適當的溶劑揮發溫度、和溫度可達1000℃的紅外線快速加熱器，不須添加任何化學品，可去除複雜的基質干擾，降低背景金屬雜質 (Na, Mg , Al, Fe和Ca : 未偵測到 ~ 0.098 µg/ml)，達到改善偵測極限之目的(Mn, Cu, Al 和 Fe : 0.002 ~ 0.073 µg/ml)。(2)黃光區製程環境的監控︰使用高純度去離子水作為採樣介質、石英材質衝擊瓶、快速的採樣和適當的濃縮方法，降低背景氨值(< 0.18 µg/ml)，降低氨偵測極限至0.09 ppbv。氨含量監控趨勢圖顯示黃光區有許多氨污染源，如: 補充外氣、洩漏化學品、建材、施工和氮氣槍。(3) 焊墊產品故障分析︰利用掃描式電子顯微鏡進行微區元素分析、特殊前處理方法、和氣相層析質譜儀進行化學組成分析，分辨出三種焊墊表面污染，來自不同的污染源(海綿、靜電片和藍色膠帶)。本論文顯示化學分析對矽半導產業，從製程、環境管控、及故障分析，是不可或缺的重要技術。

關鍵字

矽半導體 ； 微污染 ； 光阻金屬雜質 ； 空氣分子污染 ； 焊墊

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Si semiconductor ； Trace contamination ； metal impurities in photoresist ； AMC ； pad

參考文獻

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