盤點半導體潔淨室中的四大污染物

潔淨室(Clean Room)，亦稱無塵車間、無塵室或清淨室。它是污染控制的基礎。沒有潔淨室，污染敏感零件不可能批量生產。半導體工業就起步於由航空工業發展而來的無塵潔淨室技術，其材料提純作為發展半導體器件的重要基礎。由於大規模和超大型積體電路的工藝要求，為得到高純度的矽材料，原料和中間媒介的高純度和生產環境的潔淨度成為影響產品品質的一個突出問題。如今，大規模的複雜的潔淨室輔助工業已經形成，潔淨室技術也與晶片的設計及線寬技術同步發展。通過不斷地解決在各個晶片技術時代所存在的污染問題，這一工業自身也得到了發展。以前的一些小問題，有可能成為當今晶片生產中足以致命的缺陷。
半導體器件極易受到多種污染物的損害。這些污染物可歸納為以下四類。分別是：

1. 微粒

微粒。半導體器件，尤其是高密度的積體電路，易受到各種污染的損害。器件對於污染的敏感度取決於較小的特徵圖形的尺寸和晶片表面沉積層的薄度。目前的量度尺寸已經降到亞微米級。一微米（µm）是非常小的。一釐米等於10，000微米。人的頭髮的直徑為100微米。這種非常小的器件尺寸導致器件極易受到由人員，設備和工藝操作用使用的化學品所產生的存在於空氣中的顆粒污染的損害。由於特徵圖形尺寸越來越小，膜層越來越薄，所允許存在的微粒尺寸也必須被控制在更小的尺度上。
由經驗所得出的法則是微粒的大小要小於器件上最小的特徵圖形尺寸的1/10倍1。直徑為0.03微米的微粒將會損害0.3微米線寬大小的特徵圖形。落於器件的關鍵部位並毀壞了器件功能的微粒被稱為致命缺陷。致命缺陷還包括晶體缺陷和其它由於工藝過程引入帶來的問題。在任何晶片上，都存在大量的 微粒。有些屬於致命性的，而其它一些位於器件不太敏感的區域則不會造成器件缺陷。1994年， SIA將0.18微米設計的光刻操作中的缺陷密度定為0.06微米135個，每平方釐米每層。
2. 金屬離子
金屬離子。半導體器件在整個晶片上N型和P型的摻雜區域以及在精確的N/P 相鄰區域，都需要具有可控的電阻率。通過在晶體和晶片上有目的地摻雜特定的摻雜離子來實現對這三個性質的控制。非常少量的摻雜物即可實現我們希望的效果。但遺憾的是，在晶片中出現的極少量的具有電性的污染物也會改變器件的典型特徵，改變它的工作表現和可靠性參數。
可以引起上述問題的污染物稱為可移動離子污染物（MICs）。它們是在材料中以離子形態存在的金屬離子。而且，這些金屬離子在半導體材料中具有很強的可移動性。也就是說，即便在器件通過了電性能測試並且運送出去，金屬離子仍可在器件中移動從而造成器件失效。遺憾的是，能夠在矽器件中引起這些問題的金屬存在於絕大部分的化學物質中。
3. 化學物質
鈉是在未經處理的化學品中最常見的可移動離子污染物，同時也是矽中移動性最強的物質。因此，對鈉的控制成為矽片生產的首要目標。MIC的問題在MOS器件中表現最為嚴重，這一事實促使一些化學品生產商研製開發MOS級或低鈉級的化學品。這些標識都意味著較低的可移動污染物的等級。
化學品。在半導體工藝領域第三大主要的污染物是不需要的化學物質。工藝過程中所用的化學品和水可能會受到對晶片工藝產生影響的痕量物質的污染。它們將導致晶片表面受到不需要的刻蝕，在器件上生成無法除去的化合物，或者引起不均勻的工藝過程。氯就是這樣一種污染物，它在工藝過程中用到的化學品中的含量受到嚴格的控制。
4. 細菌
細菌。細菌是第四類的主要污染物。細菌是在水的系統中或不定期清洗的表面生成的有機物。細菌一旦在器件上形成，會成為顆粒狀污染物或給器件表面引入不希望見到的金屬離子。