半导体洁净厂房中的四大污染物

污染是可能将新兴的芯片生产工业扼杀于摇篮中的首要问题之一。半导体工业起步于由航空工业发展而来的洁净室技术。如今，大规模的复杂的洁净室辅助工业已经形成，洁净室技术也与芯片的设计及线宽技术同步发展。通过不断地解决在各个芯片技术时代所存在的污染问题，这一工业自身也得到了发展。以前的一些小问题，有可能成为当今芯片生产中足以致命的缺陷。

半导体器件极易受到多种污染物的损害。这些污染物可归纳为以下四类。分别是：

1. 微粒 

2. 金属离子 

3. 化学物质 

4. 细菌

微粒：半导体器件，尤其是高密度的集成电路，易受到各种污染的损害。器件对于污染的敏感度取决于较小的特征图形的尺寸和晶片表面沉积层的薄度。目前的量度尺寸已经降到亚微米级。一微米（μm）是非常小的。一厘米等于10，000微米。人的头发的直径为100微米。这种非常小的器件尺寸导致器件极易受到由人员，设备和工艺操作用使用的化学品所产生的存在于空气中的颗粒污染的损害。由于特征图形尺寸越来越小，膜层越来越薄，所允许存在的微粒尺寸也必须被控制在更小的尺度上。

由经验所得出的法则是微粒的大小要小于器件上小的特征图形尺寸的1/10倍1。直径为0.03微米的微粒将会损害0.3微米线宽大小的特征图形。落于器件的关键部位并毁坏了器件功能的微粒被称为致命缺陷。致命缺陷还包括晶体缺陷和其它由于工艺过程引入带来的问题。在任何晶片上，都存在大量的微粒。有些属于致命性的，而其它一些位于器件不太敏感的区域则不会造成器件缺陷。1994年， SIA将0.18微米设计的光刻操作中的缺陷密度定为0.06微米135个，每平方厘米每层。

金属离子：半导体器件在整个晶片上N型和P型的掺杂区域以及在的N/P 相邻区域，都需要具有可控的电阻率。通过在晶体和晶片上有目的地掺杂特定的掺杂离子来实现对这三个性质的控制。非常少量的掺杂物即可实现我们希望的效果。但遗憾的是，在晶片中出现的极少量的具有电性的污染物也会改变器件的典型特征，改变它的工作表现和可靠性参数。

可以引起上述问题的污染物称为可移动离子污染物（MICs）。它们是在材料中以离子形态存在的金属离子。而且，这些金属离子在半导体材料中具有很强的可移动性。也就是说，即便在器件通过了电性能测试并且运送出去，金属离子仍可在器件中移动从而造成器件失效。遗憾的是，能够在硅器件中引起这些问题的金属存在于绝大部分的化学物质中。

钠是在未经处理的化学品中常见的可移动离子污染物，同时也是硅中移动性强的物质。因此，对钠的控制成为硅片生产的首要目标。MIC的问题在MOS器件中表现为严重，这一事实促使一些化学品生产商研制开发MOS级或低钠级的化学品。这些标识都意味着较低的可移动污染物的等级。

化学品：在半导体工艺领域第三大主要的污染物是不需要的化学物质。工艺过程中所用的化学品和水可能会受到对芯片工艺产生影响的痕量物质的污染。它们将导致晶片表面受到不需要的刻蚀，在器件上生成无法除去的化合物，或者引起不均匀的工艺过程。氯就是这样一种污染物，它在工艺过程中用到的化学品中的含量受到严格的控制。

细菌：细菌是第四类的主要污染物。细菌是在水的系统中或不定期清洗的表面生成的有机物。细菌一旦在器件上形成，会成为颗粒状污染物或给器件表面引入不希望见到的金属离子。