Kiekon pinnan kontaminaatio ja sen havaitsemismenetelmä

Puhtauskiekon pintavaikuttaa suuresti myöhempien puolijohdeprosessien ja -tuotteiden kelpuutusasteeseen. Jopa 50 % kaikista sadonmenetyksistä johtuukiekon pintasaastuminen.

Esineitä, jotka voivat aiheuttaa hallitsemattomia muutoksia laitteen sähköisessä suorituskyvyssä tai laitteen valmistusprosessissa, kutsutaan yhteisesti epäpuhtauksiksi. Epäpuhtaudet voivat tulla itse kiekosta, puhdastilasta, prosessityökaluista, prosessikemikaaleista tai vedestä.Vohvelikontaminaatio voidaan yleensä havaita silmämääräisellä havainnolla, prosessitarkastuksella tai käyttämällä monimutkaisia ​​analyyttisiä laitteita lopullisessa laitetestissä.

▲ Epäpuhtaudet piikiekkojen pinnalla | Kuvan lähdeverkko

Kontaminaatioanalyysin tuloksia voidaan käyttää kuvaamaan sen saastumisen astetta ja tyyppiä, jonka se kohtaavohvelitietyssä prosessivaiheessa, tietyssä koneessa tai koko prosessissa. Havaintomenetelmien luokituksen mukaankiekon pintasaastuminen voidaan jakaa seuraaviin tyyppeihin.

Metallin saastuminen

Metallien aiheuttama kontaminaatio voi aiheuttaa puolijohdelaitteiden eriasteisia vikoja.
Alkalimetallit tai maa-alkalimetallit (Li, Na, K, Ca, Mg, Ba jne.) voivat aiheuttaa vuotovirtaa pn-rakenteessa, mikä puolestaan ​​johtaa oksidin läpilyöntijännitteeseen; siirtymämetallien ja raskasmetallien (Fe, Cr, Ni, Cu, Au, Mn, Pb jne.) saastuminen voi lyhentää kantoaallon elinkaarta, lyhentää komponentin käyttöikää tai lisätä pimeää virtaa komponentin ollessa toiminnassa.

Yleisiä menetelmiä metallikontaminaation havaitsemiseksi ovat kokonaisheijastusröntgenfluoresenssi, atomiabsorptiospektroskopia ja induktiivisesti kytketty plasmamassaspektrometria (ICP-MS).

▲ Kiekon pinnan kontaminaatio | ResearchGate

Metallikontaminaatio voi johtua puhdistuksessa, syövytyksessä, litografiassa, pinnoituksessa jne. käytetyistä reagensseista tai prosessissa käytetyistä koneista, kuten uuneista, reaktoreista, ioni-istutuksista jne., tai se voi johtua kiekkojen huolimattomasta käsittelystä.

Hiukkaskontaminaatio

Todelliset materiaalikertymät havaitaan yleensä havaitsemalla pintavioista sironnutta valoa. Siksi hiukkaskontaminaation tarkempi tieteellinen nimi on valopistevika. Hiukkaskontaminaatio voi aiheuttaa estäviä tai peittäviä vaikutuksia etsaus- ja litografiaprosesseissa.

Kalvon kasvun tai kerrostumisen aikana syntyy reikiä ja mikroonteloita, ja jos hiukkaset ovat suuria ja johtavia, ne voivat aiheuttaa jopa oikosulkuja.

▲ Hiukkaskontaminaation muodostuminen | Kuvan lähdeverkko

Pienet hiukkaskontaminaatiot voivat aiheuttaa varjoja pinnalle, kuten valolitografian aikana. Jos suuret hiukkaset sijaitsevat fotomaskin ja fotoresistikerroksen välissä, ne voivat heikentää kosketusvalotuksen resoluutiota.

Lisäksi ne voivat estää kiihdytetyt ionit ioni-istutuksen tai kuivaetsauksen aikana. Hiukkaset voivat myös olla kalvon sisällä, jolloin niissä on kuoppia ja kuoppia. Myöhemmin kerrostuneet kerrokset voivat halkeilla tai vastustaa kerääntymistä näihin kohtiin, mikä aiheuttaa ongelmia altistuksen aikana.

Orgaaninen saastuminen

Hiiltä sisältäviä epäpuhtauksia sekä C:hen liittyviä sidosrakenteita kutsutaan orgaaniseksi kontaminaatioksi. Orgaaniset epäpuhtaudet voivat aiheuttaa odottamattomia hydrofobisia ominaisuuksiakiekon pinta, lisää pinnan karheutta, tuottaa sameaa pintaa, häiritsee epitaksiaalikerroksen kasvua ja vaikuttaa metallikontaminaation puhdistavaan vaikutukseen, jos epäpuhtauksia ei poisteta ensin.

Tällainen pintakontaminaatio havaitaan yleensä laitteilla, kuten lämpödesorptio-MS, röntgenfotoelektronispektroskopia ja Auger-elektronispektroskopia.

▲ Kuvan lähdeverkko

Kaasumainen saastuminen ja veden saastuminen

Ilmakehän molekyylejä ja molekyylikokoista vesikontaminaatiota ei yleensä poisteta tavallisilla korkeatehoisilla hiukkasilman (HEPA) tai ultra-low penetration -ilmansuodattimilla (ULPA). Tällaista kontaminaatiota seurataan yleensä ionimassaspektrometrialla ja kapillaarielektroforeesilla.

Jotkut epäpuhtaudet voivat kuulua useisiin luokkiin, esimerkiksi hiukkaset voivat koostua orgaanisista tai metallisista materiaaleista tai molemmista, joten tämän tyyppiset kontaminaatiot voidaan luokitella myös muihin tyyppeihin.

 

▲ Kaasumaiset molekyylikontaminantit | IONICON

Lisäksi kiekkojen kontaminaatio voidaan luokitella myös molekyylikontaminaationa, hiukkaskontaminaationa ja prosessiperäisenä roskakontaminaationa kontaminaatiolähteen koon mukaan. Mitä pienempi kontaminaatiohiukkasen koko on, sitä vaikeampi se on poistaa. Nykypäivän elektroniikkakomponenttien valmistuksessa kiekkojen puhdistusprosessit kattavat 30–40 % koko tuotantoprosessista.

 

▲ Epäpuhtaudet piikiekkojen pinnalla | Kuvan lähdeverkko