Die Sauberkeit derWaferoberflächewird die Qualifikationsrate nachfolgender Halbleiterprozesse und -produkte stark beeinflussen. Bis zu 50 % aller Ertragseinbußen werden durch verursachtWaferoberflächeKontamination.
Objekte, die unkontrollierte Veränderungen der elektrischen Leistung des Geräts oder des Geräteherstellungsprozesses verursachen können, werden zusammenfassend als Verunreinigungen bezeichnet. Verunreinigungen können vom Wafer selbst, dem Reinraum, den Prozesswerkzeugen, Prozesschemikalien oder Wasser stammen.WaferKontaminationen können im Allgemeinen durch visuelle Beobachtung, Prozessinspektion oder den Einsatz komplexer Analysegeräte bei der abschließenden Geräteprüfung festgestellt werden.
▲Verunreinigungen auf der Oberfläche von Siliziumwafern | Bildquellennetzwerk
Die Ergebnisse der Kontaminationsanalyse können verwendet werden, um den Grad und die Art der Kontamination widerzuspiegelnWaferin einem bestimmten Prozessschritt, einer bestimmten Maschine oder dem Gesamtprozess. Gemäß der Klassifizierung der NachweismethodenWaferoberflächeKontaminationen können in die folgenden Typen unterteilt werden.
Metallverunreinigung
Durch Metalle verursachte Verunreinigungen können zu Defekten in Halbleiterbauelementen unterschiedlichen Ausmaßes führen.
Alkalimetalle oder Erdalkalimetalle (Li, Na, K, Ca, Mg, Ba usw.) können einen Leckstrom in der pn-Struktur verursachen, der wiederum zur Durchbruchspannung des Oxids führt; Eine Verschmutzung durch Übergangsmetalle und Schwermetalle (Fe, Cr, Ni, Cu, Au, Mn, Pb usw.) kann den Lebenszyklus des Trägers verkürzen, die Lebensdauer der Komponente verkürzen oder den Dunkelstrom erhöhen, wenn die Komponente in Betrieb ist.
Gängige Methoden zum Nachweis von Metallverunreinigungen sind Totalreflexions-Röntgenfluoreszenz, Atomabsorptionsspektroskopie und induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS).
▲ Verunreinigung der Waferoberfläche | ResearchGate
Metallverunreinigungen können von Reagenzien stammen, die bei der Reinigung, Ätzung, Lithographie, Abscheidung usw. verwendet werden, oder von den im Prozess verwendeten Maschinen, wie z. B. Öfen, Reaktoren, Ionenimplantation usw., oder sie können durch unvorsichtigen Umgang mit Wafern verursacht werden.
Partikelverschmutzung
Tatsächliche Materialablagerungen werden normalerweise durch die Erkennung von Streulicht an Oberflächenfehlern beobachtet. Daher lautet die genauere wissenschaftliche Bezeichnung für Partikelkontamination „Lichtpunktdefekt“. Partikelverunreinigungen können bei Ätz- und Lithographieprozessen zu Blockierungs- oder Maskierungseffekten führen.
Während des Filmwachstums oder der Abscheidung entstehen Nadellöcher und Mikrohohlräume, und wenn die Partikel groß und leitend sind, können sie sogar Kurzschlüsse verursachen.
▲ Bildung von Partikelverunreinigungen | Bildquellennetzwerk
Winzige Partikelverschmutzungen können Schatten auf der Oberfläche verursachen, beispielsweise bei der Fotolithographie. Befinden sich große Partikel zwischen Fotomaske und Fotolackschicht, können diese die Auflösung der Kontaktbelichtung verringern.
Darüber hinaus können sie beschleunigte Ionen während der Ionenimplantation oder Trockenätzung blockieren. Es können auch Partikel von der Folie eingeschlossen sein, so dass es zu Unebenheiten und Unebenheiten kommt. Nachfolgend aufgetragene Schichten können an diesen Stellen Risse bekommen oder der Ansammlung widerstehen, was zu Problemen bei der Freilegung führen kann.
Organische Kontamination
Kohlenstoffhaltige Verunreinigungen sowie mit C verbundene Bindungsstrukturen werden als organische Verunreinigungen bezeichnet. Organische Verunreinigungen können zu unerwarteten hydrophoben Eigenschaften führenWaferoberfläche, erhöhen die Oberflächenrauheit, erzeugen eine trübe Oberfläche, stören das Wachstum der Epitaxieschicht und beeinträchtigen die Reinigungswirkung von Metallverunreinigungen, wenn die Verunreinigungen nicht zuerst entfernt werden.
Solche Oberflächenverunreinigungen werden im Allgemeinen durch Instrumente wie Thermodesorptions-MS, Röntgenphotoelektronenspektroskopie und Auger-Elektronenspektroskopie nachgewiesen.
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Gasförmige Kontamination und Wasserkontamination
Atmosphärische Moleküle und Wasserverunreinigungen mit Molekülgröße werden normalerweise nicht durch gewöhnliche hocheffiziente Partikelluftfilter (HEPA) oder Luftfilter mit extrem geringer Penetration (ULPA) entfernt. Eine solche Kontamination wird üblicherweise durch Ionenmassenspektrometrie und Kapillarelektrophorese überwacht.
Einige Schadstoffe können mehreren Kategorien angehören, beispielsweise können Partikel aus organischen oder metallischen Materialien oder beidem bestehen, sodass diese Art der Verunreinigung auch als andere Arten klassifiziert werden kann.
▲Gasförmige molekulare Verunreinigungen | IONIKON
Darüber hinaus kann die Waferkontamination je nach Größe der Kontaminationsquelle auch in molekulare Kontamination, Partikelkontamination und prozessbedingte Trümmerkontamination eingeteilt werden. Je kleiner die Schmutzpartikel sind, desto schwieriger ist es, sie zu entfernen. In der heutigen Herstellung elektronischer Komponenten machen Wafer-Reinigungsverfahren 30–40 % des gesamten Produktionsprozesses aus.
▲Verunreinigungen auf der Oberfläche von Siliziumwafern | Bildquellennetzwerk
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 18. November 2024