تلوث سطح الرقاقة وطريقة الكشف عنه

نظافة السطح الرقاقةسيؤثر بشكل كبير على معدل تأهيل عمليات ومنتجات أشباه الموصلات اللاحقة. ما يصل إلى 50٪ من جميع خسائر العائد ناتجة عنسطح الرقاقةتلوث.

يُشار إلى الكائنات التي يمكن أن تسبب تغييرات غير منضبطة في الأداء الكهربائي للجهاز أو عملية تصنيع الجهاز بشكل جماعي على أنها ملوثات. قد تأتي الملوثات من الرقاقة نفسها، أو الغرفة النظيفة، أو أدوات المعالجة، أو المواد الكيميائية المعالجة، أو الماء.رقاقةيمكن اكتشاف التلوث عمومًا عن طريق الملاحظة البصرية، أو فحص العمليات، أو استخدام معدات تحليلية معقدة في اختبار الجهاز النهائي.

▲الملوثات على سطح رقائق السيليكون | شبكة مصدر الصورة

يمكن استخدام نتائج تحليل التلوث لتعكس درجة ونوع التلوث الذي يواجهه الموقعرقاقةفي خطوة عملية معينة أو آلة معينة أو العملية برمتها. وفقا لتصنيف طرق الكشف،سطح الرقاقةويمكن تقسيم التلوث إلى الأنواع التالية.

التلوث بالمعادن

يمكن أن يسبب التلوث الناتج عن المعادن عيوبًا في أجهزة أشباه الموصلات بدرجات متفاوتة.
يمكن أن تسبب المعادن القلوية أو المعادن الأرضية القلوية (Li، Na، K، Ca، Mg، Ba، إلخ) تسربًا للتيار في بنية pn، مما يؤدي بدوره إلى انهيار جهد الأكسيد؛ يمكن أن يؤدي التلوث بالمعادن الانتقالية والمعادن الثقيلة (Fe، Cr، Ni، Cu، Au، Mn، Pb، إلخ) إلى تقليل دورة حياة الناقل، أو تقليل عمر خدمة المكون أو زيادة التيار المظلم عندما يعمل المكون.

الطرق الشائعة للكشف عن التلوث المعدني هي الانعكاس الكلي للأشعة السينية، ومطياف الامتصاص الذري، ومطياف كتلة البلازما المقترنة حثيًا (ICP-MS).

▲ تلوث سطح الرقاقة | بوابة البحث

قد يأتي التلوث المعدني من الكواشف المستخدمة في التنظيف والحفر والطباعة الحجرية والترسيب وما إلى ذلك، أو من الآلات المستخدمة في العملية، مثل الأفران والمفاعلات وزرع الأيونات وما إلى ذلك، أو قد يكون سببه الإهمال في التعامل مع الرقاقة.

تلوث الجسيمات

عادة ما يتم ملاحظة رواسب المواد الفعلية من خلال الكشف عن الضوء المتناثر من عيوب السطح. ولذلك، فإن الاسم العلمي الأكثر دقة للتلوث بالجسيمات هو عيب النقطة الضوئية. يمكن أن يسبب تلوث الجسيمات تأثيرات حجب أو إخفاء في عمليات الحفر والطباعة الحجرية.

أثناء نمو الفيلم أو ترسيبه، يتم إنشاء ثقوب صغيرة وفجوات دقيقة، وإذا كانت الجزيئات كبيرة وموصلة، فإنها يمكن أن تسبب دوائر قصيرة.

▲ تشكيل تلوث الجسيمات | شبكة مصدر الصورة

يمكن أن يسبب تلوث الجسيمات الصغيرة ظلالاً على السطح، كما هو الحال أثناء الطباعة الحجرية الضوئية. إذا كانت هناك جزيئات كبيرة بين القناع الضوئي وطبقة مقاومة الضوء، فإنها يمكن أن تقلل من دقة التعرض للاتصال.

بالإضافة إلى ذلك، يمكنها منع الأيونات المتسارعة أثناء زرع الأيونات أو الحفر الجاف. قد يتم أيضًا تغليف الجسيمات بالفيلم، بحيث يكون هناك نتوءات ونتوءات. قد تتشقق الطبقات المترسبة اللاحقة أو تقاوم التراكم في هذه المواقع، مما يسبب مشاكل أثناء التعرض.

التلوث العضوي

تسمى الملوثات التي تحتوي على الكربون، وكذلك هياكل الترابط المرتبطة بـ C، بالتلوث العضوي. قد تسبب الملوثات العضوية خصائص غير متوقعة كارهة للماء علىسطح الرقاقة، تزيد من خشونة السطح، وتنتج سطحًا ضبابيًا، وتعطل نمو الطبقة الفوقية، وتؤثر على تأثير تنظيف التلوث المعدني إذا لم تتم إزالة الملوثات أولاً.

يتم الكشف عن هذا التلوث السطحي بشكل عام بواسطة أدوات مثل جهاز الامتزاز الحراري MS، والتحليل الطيفي الإلكتروني الضوئي للأشعة السينية، والتحليل الطيفي الإلكتروني أوجيه.

▲شبكة مصدر الصورة

التلوث الغازي وتلوث المياه

عادةً لا تتم إزالة جزيئات الغلاف الجوي وتلوث المياه ذات الحجم الجزيئي بواسطة هواء جسيمات عادي عالي الكفاءة (HEPA) أو مرشحات هواء منخفضة الاختراق للغاية (ULPA). عادة ما تتم مراقبة هذا التلوث عن طريق قياس الطيف الكتلي الأيوني والرحلان الكهربائي الشعري.

قد تنتمي بعض الملوثات إلى فئات متعددة، على سبيل المثال، قد تتكون الجزيئات من مواد عضوية أو معدنية، أو كليهما، لذلك يمكن أيضًا تصنيف هذا النوع من التلوث ضمن أنواع أخرى.

 

▲الملوثات الجزيئية الغازية | أيونيكون

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا تصنيف تلوث الرقاقة على أنه تلوث جزيئي، وتلوث جسيمي، وتلوث بالحطام الناتج عن العملية وفقًا لحجم مصدر التلوث. كلما كان حجم جزيئات التلوث أصغر، زادت صعوبة إزالتها. في تصنيع المكونات الإلكترونية اليوم، تمثل إجراءات تنظيف الرقاقات ما بين 30% إلى 40% من عملية الإنتاج بأكملها.

 

▲الملوثات على سطح رقائق السيليكون | شبكة مصدر الصورة