晶圓表面潔凈度會極大的影響后續半導體工藝及產品的合格率。在所有產額損失中，高達50%是源自于晶圓表面污染。

能夠導致器件電氣性能或器件制造過程發生不受控制的變化的物體統稱為污染物。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、或是最終器件測試中使用復雜的分析設備檢測到。

▲硅晶圓表面的污染物| 圖源網絡

污染分析的結果可用于反映晶圓在某一工藝步驟、特定機臺或是整體工藝中所遭遇的污染程度與種類。根據檢測方法分類，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，可導致不同程度的半導體器件缺陷。

堿金屬或堿土金屬（Li、Na、K、Ca、Mg、Ba等）會造成p-n結構中的漏電流，進而導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暗電流增大。

檢測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臺，如烘箱、反應器、離子注入等，亦有可能是對晶圓處理方式不慎所導致。

顆粒污染

實際的材料沉積物，通常通過檢測從表面缺陷散射的光來觀察到的污染，因此顆粒污染更準確的學名是亮點缺陷 (light-point defect)。顆粒污染可能導致在蝕刻及微影工藝中，產生阻塞(blocking) 或遮蔽(masking) 的效應。

在薄膜成長或沉積過程中，產生針孔(pinholes) 和微孔(microvoids)，若粒子顆粒較大且具有導電性，甚至會導致線路短路。

▲顆粒污染的形成| 圖源網絡

微小的顆粒污染會導致表面出現陰影，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。

有機污染

含有碳的污染物，以及與C相關的鍵合結構，稱為有機污染。有機污染物可能會導致晶圓表面產生非預期的疏水性質、增加表面的粗糙度、產生霧化表面、破壞外延層的生長，且在未先移除污染物的情況下，也會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此類表面污染。

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氣態污染和水分污染

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譜和毛細管電泳進行監測。

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

▲氣態分子污染物|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。在當今電子元器件的制造中，晶圓清潔程序占到整個生產過程步驟的30% - 40%。

▲硅晶圓表面的污染物| 圖源網絡