由于半導體工業所制作的集成電路元件尺寸越來越小，在一塊小小的晶片上集成了許許多多的小元器件，因此，在制作過程中就必須防止外界雜質污染源的污染，因為這些污染源可以造成元器件性能的劣化以及電路產品不良率的上升和可靠性的下降。污染問題是芯片生產工業必須慎重對待并且要花大力氣解決的首要問題。污染不僅來源于大規模集成電路的生產過程，還包括提供的超凈間專用化學品和材料，甚至建造超凈間的建筑材料和建造手段也會引入污染。
1.3.1 污染物的種類
一般的污染源包括顆粒污染物、金屬離子和化學物質等。
1.顆粒污染物
顆粒包括空氣中所含的顆粒、人員產生的顆粒、設備和工藝操作過程中使用的化學品產生的顆粒等。在任何晶片上，都存在大量的顆粒。有些位于器件不太敏感的區域，不會造成器件缺陷，而有些則屬于致命性的。根據經驗得出的法則是：顆粒的大小要小于器件上最小的特征圖形尺寸的1/10.否則，就會形成缺陷。
2.金屬離子
在半導體材料中，以離子形態存在的金屬離子污染物，稱為可移動離子污染物(MIC)。這些金屬離子在半導體材料中具有很強的可移動性，即使在器件通過了電性能測試并且從生產廠運送出去，金屬離子仍可在器件中移動從而造成器件失效。遺憾的是，絕大部分化學物質中都有能夠引起器件失效的金屬離子。最常見的可移動離子污染物是鈉。鈉離子同時也是在硅中移動性最強的物質，因此，對鈉的控制成為硅片生產的首要目標。MIC的問題對MOS器件的影響更為嚴重。有必要采取措施研制開發MOS級或低鈉級的化學品。這也是半導體業的化學品生產商努力的方向。
3.化學物質
化學物質指半導體工藝中不需要的物質。這些物質的存在將導致晶片表面受到不需要的刻蝕，在器件上生成無法除去的化合物，或者引起不均勻的工藝過程。最常見的化學物質是氯。在工藝過程用到的化學品中，氯的含量受到嚴格的控制。
1.3.2 污染物引起的問題
器件工藝良品率降低：污染改變了器件的尺寸，使表面潔凈度和平整度下降。在污染環境中制成的器件會導致成品率下降，成本上升，器件工藝良品率下降。
器件性能降低：在制造工藝過程中漏檢或未能檢測出的小污染可能會產生不需要的化學物質和可移動的離子污染物，從而改變器件的性能。
1.3.3 超凈間的建設
超凈間(Clean Room)也叫潔凈室，是指將一定空間范圍內空氣中的微粒、有害空氣、細菌等污染物排除，并將室內的溫度、潔凈度、室內壓力、氣流速度與氣流分布、噪音、照明及靜電控制在某一需求范圍內而特別設計的房間。不論外在空氣條件如何變化，其室內都能維持原先所設定要求的潔凈度、溫濕度及壓力等。超凈間最主要的作用在于控制半導體芯片所接觸的大氣的潔凈度及溫濕度，使產品能在一個良好的環境空間中生產和制造。
1.建筑材料
超凈間所用的建筑材料都應是不易脫落的材料，所有的管道口都要密封，可以采用不銹鋼材料制造工作臺。
2.超凈間控制外界污染的要素
黏性地板墊：在每個超凈間入口都應放置一塊黏性地板墊，這樣可以把鞋底的臟物黏住，防止帶入超凈間。一般地板墊有很多層，臟了一層便撕掉一層。
更衣區：超凈間的更衣區是超凈間與廠區的過渡區域，更衣區通過天花板中的高效空氣過濾器(High efficiency Particulate air Filter，HEPA)提供空氣，工作人員必須在此換上潔凈服。此區域利用長凳分為兩個部分，工作人員在長凳一側穿上潔凈服，而在長凳上穿戴鞋套，這樣可以使長凳和超凈間保持干凈。超凈間和廠區的門不能同時打開，保護超凈間不會暴露在廠區的污染環境中。有些廠還在走廊上提供更衣柜，超凈間衣物和物品也要妥善管理。更衣區通常分為兩個更衣區，即一次更衣區和二次更衣區。
風淋室：超凈間與更衣間要建造風淋室，高速流動的氣流可以吹掉潔凈服外面的灰塵顆粒。風淋室必須裝有互鎖系統，防止前后門同時打開。
維修區：超凈間周圍是維修區，一般要求它的潔凈級別低于超凈間(通常要求1000級或10000級)。技術員在超凈間外維護設備，而不必進入超凈間。
空氣壓力控制系統：嚴格防止空氣污染的廠房在設計方案上要求平衡超凈間、更衣間和廠區的空氣壓力。通常超凈間的空氣壓力最高，更衣間次之，廠區和走廊最低。這樣當超凈間的門打開時，超凈間相對高的空氣壓力可以防止空氣中的灰塵進入。
凈鞋器和手套清洗器：用凈鞋器去除鞋套和鞋側的灰塵。用手套清洗器清洗手套并烘干。
防靜電設施：靜電會吸附空氣和工作服中的塵埃，容易影響晶圓上高密度的集成電路的制造和性能。靜電控制包括防止靜電堆積和防止放電兩個方面，防止靜電堆積使用防靜電服、防靜電周轉箱和防靜電存儲盒。放電技術包括使用電離器和使用靜電接地帶，電離器一般放在HEPA過濾器的下面，中和過濾器上堆積的靜電;靜電放電包括人員的接地腕帶和工作臺接地墊等。
3.工作人員防護措施
超凈間工作人員是最大的污染源之一。人的呼吸也包含大量的污染，每次呼氣向空氣中排出大量的水汽和微粒。人坐著時，每分鐘仍會釋放10萬到100萬個顆粒，此外還有脫落的頭發和壞死的皮膚等。普通的衣服也會給超凈間增加上百萬個顆粒。
防止人產生的污染的解決辦法就是把人完全包裹起來。潔凈服選用無脫落而且編織緊密的材料，且含有導電纖維以釋放靜電，在滿足過濾能力的情況下考慮穿著的舒適度。潔凈服要制成高領長袖口，身體的每一個部分都要被罩住，頭用內帽罩住頭發，外面再套一層外罩，外罩帶披肩，用工作服壓住披肩，以壓住頭罩;面部用面罩罩住;眼睛用帶側翼的安全眼鏡罩住。衣服以宇航服的頭套為模型，可接過濾帶、吹風機和真空系統。新鮮空氣由真空泵提供，過濾器保證呼出的氣體的污染物不被吹進超凈間。皮膚涂上特制的潤膚品，可進一步防止皮膚脫落物，潤膚品中不含鹽分和氯化物。穿衣的順序應該從頭向下穿，使上一部位揚起的灰塵用下一部位的服飾蓋住，最后戴上手套。
健康的人是許多污染的污染源，病人就更加嚴重了，特別是皮膚病患者和呼吸道傳染病患者還會產生額外的污染源，因此相關崗位要制定相應的人員體檢標準。
4.空氣控制系統
普通的空氣中含有大量微粒或浮塵等污染物，只有經過處理后才能進入超凈間。超凈間的潔凈度是由空氣中微粒的大小和微粒的含量來決定的。通過天花板的HEPA過濾器實現空氣過濾，并從地板上回收空氣，保持持續的潔凈空氣流。
5.溫濕度控制系統
半導體超凈間的溫濕度控制是個重點，其控制的效果直接影響著生產的優良率。溫度控制對操作員的舒適性和工藝控制都是很重要的，特別是在利用化學溶劑作刻蝕和清洗的工藝時，化學反應會隨溫度的變化而不同。相對濕度也是一個非常重要的工藝參數，尤其在光刻工藝中，如果濕度過大，晶圓表面太潮濕，會影響聚合物的結合，如果濕度過低，晶圓表面會產生靜電，這些靜電會在空氣中吸附微粒。
在溫濕度控制方面，恒歌HG602露點變送器可發揮重要作用。它能夠精準監測超凈間內的濕度，確保生產環境的干燥度符合要求。通過實時監測露點溫度，HG602露點變送器能夠及時發現濕度異常，防止晶圓表面形成水膜，從而避免影響光刻和蝕刻的精度。此外，它還可以防止因高濕度引發的靜電放電(ESD)，保護敏感的半導體器件。
在氣體過濾方面，恒歌高壓氣體過濾器能夠高效去除壓縮空氣中的塵埃、鐵銹、油霧及碳氫化合物等雜質，確保氣體的高純度。其耐高溫、耐腐蝕、高精度的特性使其能夠適應半導體生產中復雜的工況，為半導體氣體輸送系統提供可靠的保護。
1.3.4 超凈間標準
按照國際慣例，無塵凈化級別主要根據每立方米空氣中粒子直徑大于劃分標準的粒子數量來規定。也就是說，所謂無塵并非100%沒有一點灰塵，而是控制在一個非常微量的單位上。當然，這個標準中符合灰塵標準的顆粒相對于常見的灰塵已經是小得微乎其微，但是對于半導體器件而言，哪怕是一點點的灰塵都會產生非常大的負面影響，所以在半導體產品的生產上，無塵是必然的要求。根據單位體積塵埃數的不同，超凈間分為不同的等級。以直徑為0.5微米的塵埃作為比較標準，在一立方英寸空間中大于0.5微米的塵埃粒子數少于10粒，就稱為10級潔凈空間;大于0.5微米的粒子數少于1000個，就稱為1000級潔凈空間。目前許多半導體生產線都要求潔凈度為1級。
1.3.5 超凈間的維護
超凈間的定期維護是非常必要的。清潔人員必須要穿著與生產人員一樣的潔凈服，超凈間的清潔器具，包括拖把，也要仔細選擇，一般家庭使用的清潔器具太臟，無法在超凈間使用。使用真空吸塵器也要特別注意，真空吸塵器中的排風系統中，裝有HEPA過濾器，現在已經可以在超凈間中使用了。許多超凈間采用內置式真空系統來減少清潔時產生的臟東西。擦凈工藝工作臺需要使用特殊的低污染的抹布與海綿。擦拭的程序也是非常關鍵的，墻面的擦拭要從上到下，桌面要從后向前。用噴壺噴灑的清潔劑，應噴到潔凈布表面，而不是被清潔物表面，這樣可以減少在晶圓與設備上的不必要的過量噴灑。超凈間的清潔本身已經成為支持半導體工藝的輔助技術。半導體芯片制造廠可以聘請外部認證公司來確定潔凈等級、工作過程、程序文件與控制程序，并加以文件化。
發布時間 25-04-02