在集成电路制造过程中,大约50%的良率损失由制造过程中存在的污染杂质造成。随着工艺尺寸全面降至纳米级,极微量、极小粒径的污染物就可能导致针孔、微孔、微裂纹等结构缺陷;造成短路断路等电路故障;产生不必要的电化学反应;加速器件老化;还易导致电路的临界行为,造成边缘缺陷、混合缺陷等多种新故障类型;引起缺陷多样化等。因而造成电路的严重故障甚至直接导致器件失效。对污染物的精确检测可定量表征晶圆洁净程度,有助于精细化质量控制,降低成本,提高器件良率。纳米集成电路所需检测的污染物具有超痕量、纳米级粒径、种类繁多、背景复杂等特点。目前检测技术存在无法覆盖晶圆全表面、检测时间长、灵敏度低、成本高等问题。IRDS-2020明确提出非视觉全表面检测、液体中亚纳米颗粒检测和高灵敏检测是解决上述问题的关键途径。对于纳米颗粒与金属离子等高危污染类型,目前产业界最先进的颗粒污染传感器检测粒径仅为0.020μm,有效率仅为2-5%,最先进的金属铜离子污染传感器检出限仅达ppb级。论文主要研究工作及创新点如下:1.针对传统方法无法覆盖晶圆全表面的问题,提出一种基于制造清洗液中污染物浓度判定的全表面检测方案。该方案可定量化推断晶圆洁净水平,且不会对晶圆造成二次污染,是一种可覆盖晶圆全表面的非视觉无损检测方案。提出采用微纳加工技术批量制备低成本传感器的解决方案。相较于传统方法昂贵的表面分析设备,采用批量制备的微纳传感器进行在线检测可大幅降低IC质量控制成本。2.针对传统方法检测时间长的问题,提出一种通过交流动电效应加速污染物向传感器件富集的快速检测方法。通过优化利用交流动电效应,驱动并加速目标粒子向电极表面移动和积聚;并提出一种基于电容变化率的富集测量一体化检测方法,不需要单独的富集装置和额外的富集时间。将传感器响应时间缩短至几十秒。3.针对传统方法灵敏度低,不易检测到超小粒径及超低浓度污染物的问题,提出一种利用超灵敏界面电容定量表征痕量污染物浓度的传感机制。界面电容可根据污染物类型和浓度变化呈现出不同的线性梯度响应,在检测时间内产生p F级电容变化,是一种超敏感的传感机制,利用这种机制实现了对超痕量纳米颗粒和金属离子污染的定量检测。4.基于上述方案提出了两种传感器,实现了对纳米集成电路中痕量纳米颗粒和金属离子污染的实时检测。通过理论分析、多物理场耦合仿真,传感器设计和制备、实验验证。实现的纳米颗粒传感器检出限低至10~2颗粒/m L,检测时间短至30s,检测粒径小至10nm,检出范围为10~2～10~6颗粒/m L;实现的金属离子传感器（以铜离子为例）,具有9091:1的高选择性,检测时间为30s,检出限低至0.264ppt（4.136f M）为已报道最优方法的1/20000。两种传感器的综合性能优于已报道的其他方法,可满足IRDS-2020现阶段及未来十年内对纳米颗粒和铜离子污染的检测需求。纳米集成电路痕量污染物检测技术的提升迫在眉睫,是精细质量控制的前提和提高良率的关键。本文提出的通过电学机制结合微流控技术的检测方法可解决传统检测方法存在的不足,基于本文检测方法设计的传感器具有纳米检出粒径、高灵敏度、低成本、快速响应等特点,非常适用于纳米集成电路制造过程中痕量污染物的定量检测。为纳米集成电路制造优化工艺、降低缺陷密度、提高良率提供了一种可行的、有前途的解决方案。