20世紀(jì)80年代大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，大大促進(jìn)了潔凈技術(shù)的發(fā)展，集成電路生產(chǎn)技術(shù)從64 k到四M位,特征尺寸從0.2μm到0.8μm。當(dāng)時根據(jù)實踐經(jīng)驗，通常空氣潔凈受控環(huán)境的控制塵粒粒徑與線寬的關(guān)系為1:10，因此潔凈技術(shù)工作者研制了超高效空氣過濾器，可將粒徑≥0.1μm的微粒去除到規(guī)定范圍。根據(jù)大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)的需要，高純氣體、高純水和高純試劑的生產(chǎn)技術(shù)也得到很快的發(fā)展，從而使服務(wù)于集成電路等高技術(shù)產(chǎn)品所需的潔凈技術(shù)都得以高速發(fā)展，據(jù)了解，1986年美國、日本和西歐的凈化產(chǎn)品的產(chǎn)值約為29億美元，,1988年達(dá)到73億美元，20世紀(jì)90年代以來，超大規(guī)模集成電路的加工技術(shù)發(fā)展迅猛，每隔兩年其關(guān)鍵技術(shù)就會有一次飛躍，集成度每三年翻四倍，表1-1是大規(guī)模集成電路發(fā)展?fàn)顩r。集成電路將不斷隨集成度的加大而縮小其特征尺寸，增加掩膜的層數(shù)和容量，對動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（Dynamic Random Access Memory 簡稱DRAM）的特征尺寸為0.09μm已研制成功，隨之對潔凈室設(shè)計中控制粒子的粒徑也將日益縮小，表1-2是超大規(guī)模集成電路（VLSI）的發(fā)展及相應(yīng)控制粒子的粒徑。集成電路芯片的成品率與芯片的缺陷密度有關(guān)，據(jù)分析，芯片缺陷密度與空氣中粒子個數(shù)有關(guān)，若假設(shè)芯片缺陷密度中10%為空氣中粒子沉降到硅片上引起的，則可推算出每平方米芯片上的空氣粒子的最大允許見表1-3。因此,集成電路的高速發(fā)展,不僅對空氣中控制粒子的尺寸有更高的要求，不僅如此，目前研究和生產(chǎn)實踐表明，對于超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)環(huán)境的化學(xué)污染控制的要求也十分嚴(yán)格。對于重金屬的污染控制指標(biāo)，當(dāng)生產(chǎn)4GDRAM時要求小于5*199原子/cm2；對于有機(jī)物污染的控制指標(biāo)要從1*104原子/cm2逐漸減少到3*1012原子/cm2。集成電路對化學(xué)污染的控制指標(biāo)見表1-4.引起超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)環(huán)境化學(xué)污染的污染源很多，現(xiàn)列舉一些主要的化學(xué)污染源見表1-5。
表1-1 大規(guī)模集成電路的工藝發(fā)展趨向[5]
|
年份 工藝特性 |
1980 |
1984 |
1987 |
1990 |
1993 |
1996 |
1999 |
2004 |
|
硅片直徑/mm |
75 |
100 |
125 |
150 |
200 |
200 |
200 |
300 |
|
DRAM技術(shù) |
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 |
|
工藝步數(shù) |
100 |
150 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700~800 |
|
潔凈度等級 |
1000~100 |
100 |
10 |
1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1(0.1μm) |
|
純氣、純水中雜質(zhì) |
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 |
表1-2 VLSI發(fā)展規(guī)劃及相應(yīng)控制粒子的粒徑[6]
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投產(chǎn)年份 項目 |
1997 |
1999 |
2001 |
2003 |
2006 |
2009 |
2012 |
|
集成度（DRAM) |
256M |
1G |
1G |
4G |
16G |
64G |
256G |
|
線寬/μm |
0.25 |
0.18 |
0.15 |
0.13 |
0.1 |
0.07 |
0.05 |
|
控制粒子直徑/μm |
0.125 |
0.09 |
0.075 |
0.065 |
0.05 |
0.035 |
0.025 |
表1-3 每平方米芯片上的空氣粒子的最大允許值
|
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 |
表1-4 化學(xué)污染控制指標(biāo)[7]
|
年份 項目 |
1995 |
1997~1998 |
1999~2001 |
2003~2004 |
2006~2007 |
2009~2010 |
|
DRAM集成度 |
55 |
38 |
25 |
16 |
11 |
8 |
|
線寬/μm |
124 |
84 |
56 |
37 |
24 |
7 |
|
硅片直徑/mm |
195 |
132 |
- |
- |
- |
- |
|
受控粒子尺寸/μm |
0.035 |
0.025 |
0.018 |
0.013 |
0.01 |
0.007 |
|
粒子數(shù)（柵清洗）/個.m-2 |
1400 |
950 |
500 |
250 |
200 |
150 |
|
重金屬（Fe）/原子.cm-2 |
5*1010 |
2.5*1010 |
1*1010 |
5*109 |
2.5*109 |
＜2.5*109 |
|
有機(jī)物（C）/原子.cm-2 |
1*1014 |
5*1013 |
3*1013 |
1*1013 |
5*1012 |
3*1012 |
表1-5 主要化學(xué)污染源[7]
|
化學(xué)污染源 |
污染物質(zhì) |
化學(xué)污染源 |
污染物質(zhì) |
|
室外空氣 |
NOx、SOx、Na+、Cl- |
油漆 |
金屬離子、甲苯、二甲苯 |
|
HEPA、ULPA(玻璃絲濾料) |
B |
混凝土 |
NH3、Ca2+ |
|
人 |
NH3、丙酮、Na、Cl |
密封劑 |
硅氧烷 |
|
潔凈服、化妝品 |
有機(jī)物 |
防靜電材料（墻、地板、設(shè)備） |
PH3、PF3、PF6、R3P、Na+、NO2、Ca2+、Fe2+、K+、CO |
|
軟塑料、HEPA、ULPA |
DOP |
工藝用溶劑 |
NH4+、三甲基硅醇 |