IC制造中污染类型有微粒（或颗粒）、金属离子、化学物质、细菌和静电释放（ESD）等。下面重点说明。

1.微粒（或颗粒）

器件对污染物的敏感度取决于特征图形的尺寸和晶体表面沉积层的厚度。由于特征图形尺寸越来越小，膜层厚度越来越薄，所允许存在的颗粒尺寸也必须控制在更小的尺度上。颗粒是指能黏附在硅片表面的小物体，悬浮在空气中传播的颗粒被称为浮质。经验告诉我们，颗粒的大小要小于器件上最小特征图形尺寸的1/10（就是指直径为0.03 μm的颗粒将会损坏0.3 μm线宽大小的特征图形），否则会造成器件功能的致命伤害。半导体制造中，可以接受的颗粒尺寸的粗糙度尺寸的简略法则，是它必须小于最小器件特征尺寸的一半，大于这个尺寸的颗粒会引起致命的缺陷。例如，0.18 μm的特征尺寸不能接触0.09 μm以上尺寸的颗粒。图的人类头发对0.18 μm颗粒的相对尺寸，如图3.1所示。

图3.1　特征尺寸与颗粒与人类头发的对比

从小石头到原子的各种颗粒的相对尺寸分布如图3.2所示。

图3.2　各种颗粒的相对尺寸分布

颗粒带来的问题是引起电路开路或短路，如图3.3所示。

图3.3　电路上的颗粒引起短路

2.金属离子（或金属杂质）

无论是单晶制造还是工艺过程中的人为掺杂，在引入有用杂质的同时也不可避免地会引入一些其他有害的杂质，特别是金属杂质，往往是以离子形式出现而且是移动的。当这些移动的离子超过一定数量时，同样会引起器件的失效。因此，这些可移动的离子必须控制在一定范围内。除此之外，钠也是最常见的可移动离子污染物，而且移动性最强。因此，对钠的控制也成为芯片生产的首要目标。可移动污染物对MOS器件影响更为明显，因为MOS器件是表面电荷控制器件。

硅片加工厂的沾污也可能来自金属化合物。危害半导体工艺的典型金属杂质是碱金属，它们在普通化学品和工艺都很常见。这些金属在所有用于硅片加工的材料中都要严格控制（见表3.1）。碱金属来自周期表中的IA族，是极端活泼的元素，因为它们容易失去一个价电子成为阳离子，与非金属的阴离子反应形成离子化合物。

表3.1　重金属与碱金属

金属杂质导致了半导体器件成品率的减少，包括氧化物-多晶硅栅结构中的结构性缺陷。额外的问题包括PN结上泄漏电流的增加以及少数载流子寿命的减少。可动离子沾污（MIC）能迁移到栅结构的氧化硅界面，改变开启晶体管所需的阈值电压（见图3.4）。由于它们的性质活泼，金属离子可以在电学测试和运输很久以后沿着器件移动，引起器件在使用期间失效。半导体制造的一个主要目标是减少其与金属杂质和MIC的接触。

图3.4　金属杂质引起结构性缺陷

3.化学物质

化学物质污染又称有机物沾污，是指那些包含碳的物质，几乎总是同碳自身及氢结合在一起，有时也和其他元素结合在一起。有机物沾污的一些来源包括细菌、润滑剂、蒸汽、清洁剂、溶剂和潮气等。现在用于硅片加工的设备使用不需要润滑剂的组件来设计，例如无油润滑泵或轴承等。在特定工艺条件下，微量有机物沾污能降低栅氧化层材料的致密性。工艺过程中有机材料给半导体表面带来的另一问题是表面的清洗不彻底，这种情况使得诸如金属杂质之类的沾污在清洗之后仍完整保留在硅片表面。器件生产过程中化学品的应用是不可避免的，有些化学品将导致晶片表面受到不必要的蚀刻，或者生成无法除去的化合物等，氯就是其中之一的污染物，所以，工艺过程中用到的化学品氯的含量必须受到严格控制。

4.细　菌

细菌主要来源于水中，是一种生成物。细菌一旦形成，会成为颗粒状污染物或给器件表面引入不希望的金属离子。

5.静电释放

静电释放（ESD）也是一种沾污形式，因为它是指静电荷从一个物体向另一个物体未经控制地进行转移，可能损坏微芯片。ESD产生于两种不同静电势的材料接触或摩擦，带过剩负电荷的原子被相邻的带正电荷的原子吸引。这种吸引产生的电流泄放电压可以高达几万伏。半导体制造中特别容易产生静电释放，因为硅片加工保持在较低的湿度中，典型条件为40%±10%相对湿度（RH）。这种条件容易使较高级别的静电荷生成。虽然增加相对湿度可以减少静电生成，但是也会增加侵蚀带来的沾污，因而这种方法并不实用。尽管ESD发生时转移的静电总量通常很小（纳库仑级别），然而放电的能量积累在硅片上很小的一个区域内。发生在几个纳秒的静电释放能产生超过1 A的峰值电流，可以蒸发金属导体连线和穿透氧化层。放电也可能成为栅氧化层击穿的诱因。ESD带来的另一个重大问题在于，一旦硅片表面有了电荷积累，它产生的电场就能吸引带电颗粒或极化并吸引中性颗粒到硅片表面（见图3.5）。电视屏幕能吸引灰尘就是一个例子。此外，颗粒越小，静电对它的吸引作用就越明显。随着器件关键尺寸的缩小，ESD对更小颗粒的吸引变得重要起来，能产生致命缺陷。为减小颗粒沾污，硅片放电必须得到控制。

图3.5　ESD使颗粒到硅片表面

6.空　气(www.daowen.com)

普通空气中含有许多污染物，主要是可在空气中传播的颗粒（一般是微粒或浮尘），颗粒的相对尺寸如图3.6所示。

图3.6　空气中的颗粒大小

普通空气中含有许多污染物，只有经过处理后才能进入净化间（详见后述的净化）。

7.发尘量

对于超净间内的发尘量：来自设备的可考虑通过局部排风排除，不流入室内；产品，材料等在运送过程中的发尘与人体发尘量相比，一般极小，可忽略；由于金属半壁（彩钢夹心板）的应用来自建筑表面的发尘也很少，一般占10%以下；主要来自人，占90%左右。在人的发尘量上，由于服装材料和样式的改进，发尘绝对量也在不断减少。

（1）材质：棉质衣服发尘量最大，以下依次为棉、的确良（涤纶）、去静电纯涤纶、尼龙。

（2）样式：大挂式衣服发尘量最大，上下分装型次之，全罩型最少。

（3）活动：动作时的发尘量一般达到静止时间3～7倍。

（4）清洗：用溶剂洗涤的发尘量降至用一般水清洗的1/5。

室内维护结构表面发尘量，以地面为准，大约相应8 m2地面时的表面发尘量与一个静止的人的发尘量相当。

8.发菌量

国内外试验资料证明：

（1）超净间内当工作人员穿无菌服时：

静止时的发菌量一般为10～300个/（min·人）－1；

躯体一般活动时的发菌量为150～1 000个/（min·人）－1；

快步行走时的发菌量为900～2 500个/（min·人）－1。

（2）咳嗽一次一般为70～700个/（min·人）－1；

喷嚏一次一般为4 000～62 000个/（min·人）－1。

（3）穿平常衣服时发菌量3 300～62 000个/（min·人）－1。

（4）无口罩发菌量∶有口罩发菌量1∶7～1∶14。

（5）发菌量∶发尘量1∶500～1∶1 000。

（6）手术中人员发菌量878个/（min·人）－1。

所以，可知超净间内无菌衣人员的静态发菌量一般不超过300个/（min·人）－1，动态发菌量一般不超过1 000个/（min·人）－1，以此作为计算依据是可行的。

任务一学习成果评价

以团队小组为单位完成任务，以学生个人为单位实行考核。