真空工艺腔内潮湿有什么危害?

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在半导体制程中,真空工艺腔被广泛使用。薄膜沉积,干法刻蚀,光刻,退火,离子注入等工序均需要在相应的真空腔室中完成相应制程。真空工艺腔在半导体制程中起着至关重要的作用,它能够提供一个高度控制的环境,从而实现精确且可重复的半导体制程。在众多的沾污中,痕量水又是真空工艺腔室中最显著的破坏因素,那么潮湿(痕量水)对真空工艺腔室,芯片产品有什么危害呢?如何解决真空腔潮湿(痕量水)问题呢?

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什么是痕量水?
"痕量水"是指在气体、液体或固体中存在的极少量的水分。在半导体干法机台中,一般不会有大量的水出现在工艺腔室中,但是会有痕量水的存在。

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真空腔中的痕量水从哪里来? 即使在使用真空泵抽真空后,工艺腔室中仍然可能有一些残留的气体。这些气体中可能含有水分子;液体清洗过程,可能会在晶圆的表面留下一些水分。虽然在清洗后通常会进行干燥,但是可能仍然有一些水分附着在晶圆的微小缝隙内,当晶圆被传入真空腔时,痕量水进入到设备中;半导体设备的内部表面可能会吸附一些水分子,尤其是对于一些具有较高比表面积的材料,其吸附能力更强。

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潮湿(痕量水)有什么危害?
水在高温或等离子中会被分解为离子或H2,O2等气体分子,这些细小的分子像牛皮癣一样吸附在真空腔表面,是真空系统必须重视的一个问题。

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引起腔室腐蚀问题:
在真空腔室中,尽管水的浓度可能极低,但它们可以通过化学反应,如氧化或水解反应,破坏腔室材料的表面。特别是对于一些敏感的金属材料,如铝或铜,水分子能与金属反应生成氧化物,这些化合物的体积通常大于原金属,会导致材料膨胀和破裂,进一步破坏材料的结构。

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此外,如果真空腔室中的金属表面被一层细腻的氧化物保护层覆盖,这层保护层能阻止进一步的氧化,但是在水的存在下,保护层可能被水解,暴露出新的金属表面,使得氧化过程可以继续进行。 影响芯片质量:
在干刻蚀过程中,水分子可能与刻蚀气体反应,降低刻蚀效率,导致刻蚀质量下降。在CVD过程中,水分子可能与沉积物质发生反应,改变沉积层的化学成分和结构。水分子的存在可能干扰真空腔中的气体成分分析,使得控制半导体制程的精度下降。此外,水分子的存在还可能影响真空腔的真空度,影响制程的稳定性等。

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如何消除工艺腔室潮湿(痕量水)? 通常,腔室设计时会考虑使用耐腐蚀性强的材料,或者在表面涂覆防护层。在操作过程中,通过优化清洗和干燥流程、提高真空度、使用干燥剂、提高引入气体的纯度等方式,尽量减少痕量水的引入和生成。


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