晶圓表面潔凈度會(huì)極大的影響后續(xù)半導(dǎo)體工藝及產(chǎn)品的合格率。在所有產(chǎn)額損失中，高達(dá)50%是源自于晶圓表面污染。

能夠?qū)е缕骷?a target="_blank">電氣性能或器件制造過程發(fā)生不受控制的變化的物體統(tǒng)稱為污染物。污染物可能來自晶圓本身、潔凈室、工藝工具、工藝化學(xué)品或水。晶圓污染一般可以通過肉眼觀察、過程檢查、或是最終器件測(cè)試中使用復(fù)雜的分析設(shè)備檢測(cè)到。

▲硅晶圓表面的污染物| 圖源網(wǎng)絡(luò)

污染分析的結(jié)果可用于反映晶圓在某一工藝步驟、特定機(jī)臺(tái)或是整體工藝中所遭遇的污染程度與種類。根據(jù)檢測(cè)方法分類，可將晶圓表面污染分為以下幾種。

金屬污染

由金屬造成的污染，可導(dǎo)致不同程度的半導(dǎo)體器件缺陷。

堿金屬或堿土金屬（Li、Na、K、Ca、Mg、Ba等）會(huì)造成p-n結(jié)構(gòu)中的漏電流，進(jìn)而導(dǎo)致氧化物的擊穿電壓；過渡金屬與重金屬（Fe、Cr、Ni、Cu、Au、Mn、Pb等）污染可使載流子生命周期的減少，降低元件使用壽命或使元件工作時(shí)暗電流增大。

檢測(cè)金屬污染的常用方法是全反射X射線熒光、原子吸收光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法 (ICP-MS)。

▲晶圓表面污染| ResearchGate

金屬污染可能來自于清潔、刻蝕、光刻、沉積等過程中所使用的試劑，或是工藝中所使用的機(jī)臺(tái)，如烘箱、反應(yīng)器、離子注入等，亦有可能是對(duì)晶圓處理方式不慎所導(dǎo)致。

顆粒污染

實(shí)際的材料沉積物，通常通過檢測(cè)從表面缺陷散射的光來觀察到的污染，因此顆粒污染更準(zhǔn)確的學(xué)名是亮點(diǎn)缺陷 (light-point defect)。顆粒污染可能導(dǎo)致在蝕刻及微影工藝中，產(chǎn)生阻塞(blocking) 或遮蔽(masking) 的效應(yīng)。

在薄膜成長(zhǎng)或沉積過程中，產(chǎn)生針孔(pinholes) 和微孔(microvoids)，若粒子顆粒較大且具有導(dǎo)電性，甚至?xí)?dǎo)致線路短路。

▲顆粒污染的形成| 圖源網(wǎng)絡(luò)

微小的顆粒污染會(huì)導(dǎo)致表面出現(xiàn)陰影，例如在光刻過程中。如果大顆粒位于光掩模和光刻膠層之間，則它們會(huì)降低接觸曝光的分辨率。

此外，它們還可以在離子注入或干蝕期間阻擋加速離子。顆粒也可能被薄膜封閉，這樣就有凹凸不平。隨后沉積的層可能會(huì)在這些位置開裂或抵抗積累，從而在暴露過程中引起問題。

有機(jī)污染

含有碳的污染物，以及與C相關(guān)的鍵合結(jié)構(gòu)，稱為有機(jī)污染。有機(jī)污染物可能會(huì)導(dǎo)致晶圓表面產(chǎn)生非預(yù)期的疏水性質(zhì)、增加表面的粗糙度、產(chǎn)生霧化表面、破壞外延層的生長(zhǎng)，且在未先移除污染物的情況下，也會(huì)影響金屬污染的清洗效果。

一般用熱脫附MS、X射線光電子能譜和俄歇電子能譜等儀器檢測(cè)此類表面污染。

▲圖源網(wǎng)絡(luò)

氣態(tài)污染和水分污染

具有分子尺寸的大氣分子和水分污染，通常無(wú)法使用普通高效顆粒空氣(HEPA) 或超低滲透空氣過濾器(ULPA) 去除。此類污染通常通過離子質(zhì)譜和毛細(xì)管電泳進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

有些污染物可能屬于多個(gè)類別，例如顆粒可能由有機(jī)或金屬材料組成，或者同時(shí)包含兩者，因此這類污染也可能被歸類為其它類型。

▲氣態(tài)分子污染物|IONICON

此外，按照污染源尺寸，也可以將晶圓污染分類為分子污染、顆粒污染和工藝衍生碎片污染。污染顆粒尺寸越小，去除難度越高。在當(dāng)今電子元器件的制造中，晶圓清潔程序占到整個(gè)生產(chǎn)過程步驟的30% - 40%。

▲硅晶圓表面的污染物| 圖源網(wǎng)絡(luò)