金屬污染是指鐵、銅、鎳、鋁、鈉等金屬雜質混入晶圓表面或晶體內部,使元件特性劣化的現象及其管理領域。相對於微粒污染是「以物理方式附著的異物」,金屬污染則是在原子層級吸附於表面,或在晶體中擴散,因此肉眼看不見、去除也困難,這是其特徵。
對元件的影響很嚴重。鐵與銅會形成深能階,縮短少數載子壽命並增加接面漏電流。若進入閘極氧化膜中會降低耐壓(GOI),鈉等可動離子則會使臨界電壓隨時間變化。在影像感測器中會表現為暗電流增加,在功率元件中則表現為特性變異。管理水準在表面濃度10¹⁰atoms/cm²以下的等級。
混入途徑相當多樣。包括藥液、超純水、特殊氣體中所含的微量金屬,管路與閥件等設備構件的溶出,離子佈植或薄膜沉積時腔體構件的濺鍍,CMP 研磨液,乃至晶圓傳送時的接觸與作業人員帶入等。這就是為什麼上游材料純度與設備內不讓晶圓接觸金屬的設計兩者都不可或缺。
對策是三層結構。①不帶入:使用高純度藥液・氣體、樹脂管路、構件材質選定。②去除:以 SC-2(HPM)清洗或 DHF 清洗溶解去除表面金屬。③無害化:藉由吸雜(gettering)將已擴散的金屬從元件主動區拉開,固定在 BMD 或背面的捕獲位置。只靠其中任何一項都無法完全防護。
量測使用表面的全反射 X 射線螢光分析(TXRF),以及靈敏度更高的 VPD-ICP-MS(氣相分解與感應耦合電漿質譜分析的組合)。定期投入控片監控各設備的金屬污染水準,超出規格的設備會成為 PM 或構件更換的對象。這與微粒管理並列為晶圓廠潔淨度管理的兩大支柱。