高純氣體潔凈度的控制標準

一、高純氣體的重要標度

 

    通常，高純氣體系指氣體中含較少雜質氣氛（純度），微量水份（干燥度）污染物粒子的婁量保持在最低限度，其粒度也應是最小的（潔凈度）。因此，對于高純氣體，純度、干燥度、潔凈是三項重要的標度。
    特別是近10年來，隨著更復雜、更密集的大規模和超大規模集成電路的生產，對高純氣體潔凈度的要求，其重要程度已不亞于對純度和干燥度有嚴格要求的用氣工藝，無一不對其中的粒子提出限制。

 

二、控制粒子污染的重要性

 

    對于控制粒子污染的重要性，在集成電路生產、實驗部門已經有所認識，同時，實踐已向人們表明，氣體的粒子可造成微日子產品的短路或斷路，改變半導體材料的電性能，也可以破壞其晶格結構，影響印刷板的復制等等。這些破壞性因素中的任何一個，無可導致集成電路失效的嚴重后果。通常，粒子的粒徑小到1微米的十分之幾，便可造成斷路，而更小的鑿子，便函可使線路工作降級。所以，防止粒子污染，在微電子技術中是十分嚴格的。迄今，在純凈氣體應用技術中，對于大流量高純氣體輸送系統，美國已有輸送含0。1µm以上粒子，每立方英尺氣體中不超過10個的能力；它還為幾個系統輸送含有0.02µm以上粒子的氣體，其粒子數每立方英尺不超過10個。

 

三、潔凈度控制的標準或規定

 

    由于高純度體的使用地點、性質、關況（如溫度、壓力等）都不完全一致，所以，如何確定高純氣體的“三度”（純度、干燥度、潔凈度），還沒有一個嚴格而明確的概念。
    對于純度和干燥度的控制，我國CBJ73—84《潔凈廠房設計規范》中指出，“高純氣體系指純度大于或等于99.9995%，含水量小于5ppm氣體。”
    日本把微電子生產中所采用的氣體，按其不同的品位，具體分為下列幾個不同的檔次。

超高純氣體
    氣體中雜質總含量控制在1ppm以下，水份含量控制在0.2~1ppm。

高純氣體
    氣體中雜質總含量控制在5%ppm以下，水份含量控制在3 ppm以內.

 

潔凈氣體
    氣體中雜質總含量控制在10 ppm以下,對水份含量未作嚴格規定。

 

    上述規定，都未涉及潔凈度。我們知道，集成電路的生科，有相當一部分 是在潔凈，是防止法埃粒子污染微電子產品所必需的。所以，對潔凈的生產環境絕不允許采用不潔凈的氣體來破壞，必須使氣體的潔凈度與潔凈環境保持一致。為此，在下列法規和資料中，都作了相應的明確規定。

 

1．《空氣潔凈技術措施》
    這是1979年3月由國家建委科教局批準實施的，其中對工業氣體的使用作了這樣的規定：“潔凈室內使用權用的各種氣體，如氮氣、氧氣、氫氣、氬氣和壓縮空氣等，其含塵濃度不應高于該潔凈室所規定的含水量法濃度”。在該技術措施中，把潔凈室的含塵濃度按每升環境空氣中所含粒子數量，分為5個級別，即3級、30級、300級、3000級和30000級。各級分別是每升空氣中含粒徑≥0.5µm的塵粒平均數不超過3粒、30粒、300粒、3000粒和30000粒。
    平均值是指工作人員在正常操作時，在工作區平面連續一段時間內，測得的含塵濃度的算術平均值。
    該技術措施是我國正式公布的第1個潔凈技術方面的有關規定，它由于與實踐中通常采用的“美國聯邦標準209”在級別的表示方法上完全不同，不僅使人們不習慣，而且由于其內容落后于高速發展的微電子生產的技術要求，所以，它未被真正實施和推廣。
                 
                            圖1 空氣潔凈度級別平均粒徑分布曲線圖

 

2．GBJ73—84《潔凈廠房設計規范》
    這是1984年國家計劃委員會批準實行的，其中對空氣潔凈度等級的劃分作了如表1所列的具體規定。

 

表1  空氣潔凈度等級




    該規范中的潔凈度等級表示方法與美國聯邦標準209相似，但目前還不能滿足某些微電子生產廠及實驗廠的技術要求。隨著集成度的提高，僅以0.5µm粒徑作為劃分潔凈度等到維的標準是遠遠不夠的了。例如，某微電子生產廠就提出了表2所列的參數要求。