آلودگی سطح ویفر و روش تشخیص آن

تمیزی ازسطح ویفرتا حد زیادی بر میزان صلاحیت فرآیندها و محصولات نیمه هادی بعدی تأثیر می گذارد. تا 50 درصد از کل تلفات عملکرد ناشی ازسطح ویفرآلودگی

اجسامی که می توانند باعث تغییرات کنترل نشده در عملکرد الکتریکی دستگاه یا فرآیند ساخت دستگاه شوند، در مجموع به عنوان آلاینده نامیده می شوند. آلاینده ها ممکن است از خود ویفر، اتاق تمیز، ابزارهای پردازش، مواد شیمیایی فرآیند یا آب ناشی شوند.ویفرآلودگی را می توان به طور کلی با مشاهده بصری، بازرسی فرآیند یا استفاده از تجهیزات تحلیلی پیچیده در آزمایش نهایی دستگاه تشخیص داد.

▲آلاینده های سطح ویفرهای سیلیکونی | شبکه منبع تصویر

نتایج تجزیه و تحلیل آلودگی را می توان برای انعکاس درجه و نوع آلودگی مورد استفاده قرار داد.ویفردر یک مرحله فرآیند خاص، یک ماشین خاص یا فرآیند کلی. با توجه به طبقه بندی روش های تشخیص،سطح ویفرآلودگی را می توان به انواع زیر تقسیم کرد.

آلودگی فلزی

آلودگی ناشی از فلزات می تواند باعث نقص دستگاه نیمه هادی با درجات مختلف شود.
فلزات قلیایی یا فلزات قلیایی خاکی (Li، Na، K، Ca، Mg، Ba و غیره) می توانند باعث ایجاد جریان نشتی در ساختار pn شوند که به نوبه خود منجر به ولتاژ شکست اکسید می شود. آلودگی فلزات واسطه و فلزات سنگین (آهن، کروم، نیکل، مس، طلا، منگنز، سرب و غیره) می تواند چرخه عمر حامل را کاهش دهد، عمر مفید قطعه را کاهش دهد یا جریان تاریک را در هنگام کار قطعه افزایش دهد.

روش‌های متداول برای تشخیص آلودگی فلزی عبارتند از فلورسانس انعکاس کامل اشعه ایکس، طیف‌سنجی جذب اتمی و طیف‌سنجی جرمی پلاسمای جفت شده القایی (ICP-MS).

▲ آلودگی سطح ویفر | ResearchGate

آلودگی فلزی ممکن است از معرف های مورد استفاده در تمیز کردن، اچ کردن، لیتوگرافی، رسوب گذاری و غیره یا از ماشین های مورد استفاده در این فرآیند مانند اجاق ها، راکتورها، کاشت یون و غیره ناشی شود، یا ممکن است در اثر بی دقتی دست زدن به ویفر ایجاد شود.

آلودگی ذرات

رسوبات واقعی مواد معمولاً با تشخیص نور پراکنده از عیوب سطحی مشاهده می شود. بنابراین، نام علمی دقیق‌تر آلودگی ذرات، نقص نقطه نوری است. آلودگی ذرات می تواند اثرات مسدود کننده یا پوشاننده در فرآیندهای اچ و لیتوگرافی ایجاد کند.

در طول رشد یا رسوب فیلم، سوراخ‌ها و ریزحفره‌ها ایجاد می‌شوند و اگر ذرات بزرگ و رسانا باشند، حتی می‌توانند باعث اتصال کوتاه شوند.

▲ تشکیل آلودگی ذرات | شبکه منبع تصویر

آلودگی ذرات ریز می تواند باعث ایجاد سایه هایی بر روی سطح شود، مانند هنگام فوتولیتوگرافی. اگر ذرات بزرگ بین ماسک نوری و لایه مقاوم به نور قرار گیرند، می توانند وضوح تماس را کاهش دهند.

علاوه بر این، آنها می توانند یون های تسریع شده را در طول کاشت یون یا اچ کردن خشک مسدود کنند. ذرات نیز ممکن است توسط فیلم محصور شوند، به طوری که برجستگی ها و برجستگی ها وجود داشته باشد. لایه‌های رسوب‌شده بعدی ممکن است ترک بخورند یا در برابر تجمع در این مکان‌ها مقاومت کنند و در طول قرار گرفتن در معرض مشکلاتی ایجاد کنند.

آلودگی ارگانیک

آلاینده های حاوی کربن و همچنین ساختارهای پیوندی مرتبط با C، آلودگی آلی نامیده می شوند. آلاینده های آلی ممکن است باعث ایجاد خواص آبگریز غیرمنتظره بر روی آن شوندسطح ویفر، زبری سطح را افزایش می دهد، سطحی مه آلود ایجاد می کند، رشد لایه اپیتاکسیال را مختل می کند و اگر ابتدا آلاینده ها حذف نشوند، اثر پاک کنندگی آلودگی فلز را تحت تأثیر قرار می دهد.

چنین آلودگی سطحی عموماً توسط ابزارهایی مانند MS دفع حرارتی، طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس و طیف‌سنجی الکترونی اوگر شناسایی می‌شود.

▲شبکه منبع تصویر

آلودگی گازی و آلودگی آب

مولکول‌های جو و آلودگی آب با اندازه مولکولی معمولاً توسط فیلترهای هوای ذرات با راندمان بالا (HEPA) یا فیلترهای هوا با نفوذ بسیار کم (ULPA) حذف نمی‌شوند. چنین آلودگی معمولاً توسط طیف سنجی جرمی یونی و الکتروفورز مویرگی کنترل می شود.

برخی از آلاینده ها ممکن است به دسته های مختلف تعلق داشته باشند، به عنوان مثال، ذرات ممکن است از مواد آلی یا فلزی یا هر دو تشکیل شده باشند، بنابراین این نوع آلودگی نیز ممکن است به عنوان انواع دیگر طبقه بندی شود.

 

▲آلاینده های مولکولی گازی | IONICON

علاوه بر این، آلودگی ویفر را می توان با توجه به اندازه منبع آلودگی به عنوان آلودگی مولکولی، آلودگی ذرات و آلودگی زباله های حاصل از فرآیند طبقه بندی کرد. هرچه اندازه ذرات آلودگی کوچکتر باشد، حذف آن دشوارتر است. در تولید قطعات الکترونیکی امروزی، روش های تمیز کردن ویفر 30 تا 40 درصد از کل فرآیند تولید را تشکیل می دهند.

 

▲آلاینده های سطح ویفرهای سیلیکونی | شبکه منبع تصویر