8.2 Kontamination

Staub ist der natürliche Feind bei der Herstellung integrierter Schaltkreise der Mikroelektronik. Im Laufe der Entwicklung integrierter Schaltkreise wurden effiziente Methoden entwickelt, um Staub aus Produktionsumgebungen zu entfernen. Ein Staubteilchen einer Größe, die vergleichbar ist mit den Elementen der Schaltkreisstruktur (kritische Abmessung, CD) oder größer, kann problematisch sein, wenn es ungewollt in die Schaltung aufgenommen wird. Eine Struktur von 22 nm Silicium enthält nur 41 Si-Atome. Bei diesen Größenverhältnissen stellen nicht nur Partikel, sondern auch die Kontamination durch Moleküle eine zunehmende Herausforderung dar. Diese Kontamination ist bekannt als AMC (Airborne Molecular Contamination). Der Wechsel von offenen Kassetten zu geschlossenen Transportboxen (FOUPs) reduzierte die Partikelkontamination erheblich, verstärkte gleichzeitig jedoch den Einfluss der AMC.

Abbildung 8.5: AMC-Quellen in FOUPs

Abbildung 8.3: Diamantähnliche Kristallstruktur von Silicium

Moleküle auf der Waferoberfläche, die aus der Umgebungsluft stammen und von den umgebenden Oberflächen oder einem vorhergehenden Prozessschritt freigesetzt wurden, können mit atmosphärischen Gasen reagieren und winzige Ansammlungen an Reaktions-nebenprodukten bilden, die sich bei der Wartezeit der Wafer auf den nächsten Prozessschritt in der Regel vergrößern.

Abbildung 8.4: Klassifizierung der Airborne Molecular Contamination AMC

Der Kern der molekularen Kontamination rührt von den vielen bei der Halbleiterherstellung verwendeten Sub-stanzen her. Die ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) hat eine Liste von AMCs erstellt, die Waferdefekte verursachen können. Diese Liste beinhaltet anorganische und organische Säuren, Basen, Schwefelverbindungen und flüchtige organische Verbindungen. Weitere Informationen siehe Abbildung 8.4.

Für molekulare Verunreinigungen (AMC) gibt es in der Atmosphäre innerhalb der FOUPs zwei Quellen. Hauptquelle sind die Wafer, die im FOUP nach jedem Prozessschritt aufbewahrt werden. Nebenprodukte aus dem letzten Prozess werden von der jeweiligen Oberfläche freigesetzt und vom Polymermaterial des FOUP absorbiert oder auf anderen Waferoberflächen reabsorbiert. Die zweite Quelle ist das Ausgasen der FOUPs selbst – entweder aus dem Polymer oder den vorher absorbierten Nebenprodukten von anderen Wafern und/oder anderen Prozessen. Da die Polymere eine hohe Gasaufnahme-fähigkeit haben, „merkt” sich der FOUP, welche Wafer er transportiert hat. Verglichen mit diesen AMC-Quellen ist der Beitrag der gut kontrollierten Reinraumluft zu vernachlässigen.

Abbildung 8.5: AMC-Quellen in FOUPs