זיהום משטח פרוס ושיטת הזיהוי שלו

הניקיון של המשטח רקיקישפיע מאוד על שיעור ההסמכה של תהליכים ומוצרים של מוליכים למחצה הבאים. עד 50% מכלל הפסדי התשואה נגרמים על ידימשטח רקיקנְגִיעוּת.

חפצים שעלולים לגרום לשינויים בלתי מבוקרים בביצועים החשמליים של המכשיר או בתהליך ייצור המכשיר מכונים ביחד מזהמים. מזהמים עשויים להגיע מהוופל עצמו, מהחדר הנקי, מכלי תהליך, כימיקלים לתהליכים או מים.רָקִיקבדרך כלל ניתן לזהות זיהום על ידי תצפית חזותית, בדיקת תהליכים או שימוש בציוד אנליטי מורכב בבדיקת המכשיר הסופית.

▲ מזהמים על פני השטח של פרוסות סיליקון | רשת מקור תמונה

ניתן להשתמש בתוצאות של ניתוח זיהום כדי לשקף את מידת וסוג הזיהום בהם נתקלרָקִיקבשלב מסוים בתהליך, במכונה מסוימת או בתהליך הכולל. על פי סיווג שיטות הגילוי,משטח רקיקניתן לחלק את הזיהום לסוגים הבאים.

זיהום מתכת

זיהום הנגרם על ידי מתכות עלול לגרום לפגמים בהתקן מוליכים למחצה בדרגות שונות.
מתכות אלקליות או מתכות אדמה אלקליות (Li, Na, K, Ca, Mg, Ba וכו') עלולות לגרום לזרם דליפה במבנה pn, אשר בתורו מוביל למתח התמוטטות של התחמוצת; זיהום מתכת מעבר ומתכת כבדה (Fe, Cr, Ni, Cu, Au, Mn, Pb וכו') יכול להפחית את מחזור חיי הספק, להפחית את חיי השירות של הרכיב או להגדיל את הזרם הכהה כאשר הרכיב פועל.

שיטות נפוצות לאיתור זיהום מתכת הן פלואורסצנטית קרני רנטגן השתקפות מלאה, ספקטרוסקופיה של ספיגה אטומית וספקטרומטריית מסה פלזמה בשילוב אינדוקטיבי (ICP-MS).

▲ זיהום משטח רקיק | ResearchGate

זיהום מתכת עשוי להגיע מגיבים המשמשים לניקוי, תחריט, ליטוגרפיה, שקיעה וכו', או מהמכונות המשמשות בתהליך, כגון תנורים, כורים, השתלת יונים וכו', או שהוא עלול להיגרם על ידי טיפול רשלני של פרוסות.

זיהום חלקיקים

משקעי חומר בפועל נצפים בדרך כלל על ידי זיהוי אור מפוזר מפגמים פני השטח. לכן, השם המדעי המדויק יותר לזיהום חלקיקים הוא פגם בנקודת האור. זיהום חלקיקים יכול לגרום להשפעות חסימה או מיסוך בתהליכי תחריט וליטוגרפיה.

במהלך צמיחת הסרט או השקיעה, נוצרים חורים ומיקרו-חללים, ואם החלקיקים גדולים ומוליכים, הם יכולים אפילו לגרום לקצר חשמלי.

▲ היווצרות זיהום חלקיקים | רשת מקור תמונה

זיהום חלקיקים זעירים עלול לגרום לצללים על פני השטח, כגון במהלך פוטוליטוגרפיה. אם חלקיקים גדולים ממוקמים בין הפוטומסק לשכבת הפוטורסיסט, הם יכולים להפחית את הרזולוציה של חשיפה למגע.

בנוסף, הם יכולים לחסום יונים מואצים במהלך השתלת יונים או תחריט יבש. חלקיקים עשויים להיות גם מוקפים על ידי הסרט, כך שיש בליטות ובליטות. שכבות שהושקעו לאחר מכן עלולות להיסדק או להתנגד להצטברות במקומות אלו, ולגרום לבעיות במהלך החשיפה.

זיהום אורגני

מזהמים המכילים פחמן, כמו גם מבני קשר הקשורים ל-C, נקראים זיהום אורגני. מזהמים אורגניים עלולים לגרום לתכונות הידרופוביות בלתי צפויות עלמשטח רקיק, להגדיל את חספוס פני השטח, לייצר משטח מעורפל, לשבש את צמיחת השכבה האפיטקסיאלית, ולהשפיע על אפקט הניקוי של זיהום מתכת אם המזהמים לא יוסרו תחילה.

זיהום משטח כזה מזוהה בדרך כלל על ידי מכשירים כגון טרשת נפוצה תרמית, ספקטרוסקופיה של פוטואלקטרון רנטגן וספקטרוסקופיה של אלקטרונים אוגר.

▲ רשת מקור תמונה

זיהום גזים וזיהום מים

מולקולות אטמוספריות וזיהום מים בגודל מולקולרי בדרך כלל אינם מוסרים על ידי אוויר חלקיקי רגיל בעל יעילות גבוהה (HEPA) או מסנני אוויר חדירים במיוחד (ULPA). זיהום כזה מנוטר בדרך כלל על ידי ספקטרומטריית מסה יונים ואלקטרופורזה קפילרית.

מזהמים מסוימים עשויים להשתייך לקטגוריות מרובות, למשל, חלקיקים עשויים להיות מורכבים מחומרים אורגניים או מתכתיים, או שניהם, כך שסוג זיהום זה עשוי להיות מסווג גם כסוגים אחרים.

 

▲ מזהמים מולקולריים גזים | IONICON

בנוסף, ניתן לסווג זיהום פרוס גם כזיהום מולקולרי, זיהום חלקיקים וזיהום פסולת שמקורו בתהליך בהתאם לגודל מקור הזיהום. ככל שגודל חלקיק הזיהום קטן יותר, כך קשה יותר להסירו. בייצור הרכיבים האלקטרוניים של היום, הליכי ניקוי פרוסות מהווים 30% - 40% מתהליך הייצור כולו.

 

▲ מזהמים על פני השטח של פרוסות סיליקון | רשת מקור תמונה