Ultratrace-Analyse verbessert Qualitätskontrolle von Waferoberflächen

Hersteller von Mikrochips sind auf Halbleiterwafer mit äußerst sauberen und chemisch stabilen Oberflächen angewiesen. Bereits geringste Mengen metallischer oder chemischer Verunreinigungen können die Funktionalität, Ausbeute und Zuverlässigkeit von Halbleiterbauteilen beeinträchtigen. Mit der fortschreitenden Miniaturisierung von Strukturen steigen auch die Anforderungen an die Qualitätskontrolle von Waferoberflächen.

Um Halbleiterhersteller bei diesen Herausforderungen zu unterstützen, hat das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS sein Analyseportfolio um Ultraspuren-Elementanalysen von Waferoberflächen erweitert. Diese neue Analysefähigkeit ermöglicht es, Kontaminationen in extrem niedrigen Konzentrationen zu identifizieren und Ursachen von Oberflächenproblemen in der Produktion besser zu verstehen.

Analytische Lösung zur Detektion von Ultratrace-Kontamination
Das Institut setzt ein Analyseverfahren ein, das Vapor Phase Decomposition (VPD) mit induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (VPD-ICP-MS) kombiniert. Diese Methode erlaubt eine hochsensitive Detektion und Quantifizierung löslicher Verunreinigungen auf der Waferoberfläche.

Während des Analyseprozesses werden 200- oder 300-Millimeter-Wafer zunächst mit Fluorwasserstoffsäuredampf geätzt, um Oberflächenrückstände zu lösen. Anschließend wird ein Tropfen auf die Waferoberfläche aufgebracht und über die Oberfläche bewegt, während sich der Wafer dreht. Der Tropfen sammelt die gelösten Verunreinigungen und wird anschließend auf ein definiertes Volumen verdünnt.

Die Probe wird danach mittels ICP-MS analysiert, wodurch präzise quantitative Informationen über Spurenelemente auf der Waferoberfläche gewonnen werden.

Oberflächen- und Bevel-Scans ermöglichen detaillierte Charakterisierung
Das Analyseverfahren ermöglicht sowohl Oberflächenscans als auch Bevel-Scans, wodurch eine detaillierte Untersuchung der Kontamination über die gesamte Waferfläche hinweg möglich wird. Mit einer Fluorwasserstoffsäure-Scanlösung können bis zu 39 Elemente analysiert werden.

Für spezielle Anwendungen kann Königswasser als Scanlösung eingesetzt werden, um gezielt fünf Edelmetalle nachzuweisen.

Diese Möglichkeiten unterstützen Halbleiterhersteller dabei, Kontaminationsquellen zu identifizieren, die Reinheit von Prozessschritten zu bewerten und die Waferqualität während der Produktion zu überwachen.

Laborausstattung für präzise Halbleiteranalytik
Zur Umsetzung der neuen Analyseleistungen ist das Labor des Fraunhofer IPMS mit spezialisierter Messtechnik ausgestattet. Dazu gehören das WSPS2 Wafer Surface Preparation System von PVA Tepla sowie das iCap RQ Massenspektrometer von Thermo Scientific.

Die Kombination aus Waferpräparation und hochsensitiver Massenspektrometrie ermöglicht eine präzise Charakterisierung von Waferoberflächen und unterstützt Qualitätssicherungsprozesse in der Halbleiterfertigung.

Beitrag zur Stabilität der Halbleiterproduktion
Mit der Erweiterung seiner Analysekapazitäten stellt Fraunhofer IPMS der Halbleiterindustrie zusätzliche Werkzeuge zur Verfügung, um Kontaminationsquellen zu identifizieren und hohe Qualitätsstandards für Wafer sicherzustellen.

Die Ultratrace-Elementanalyse trägt dazu bei, Produktionsprozesse besser zu überwachen und die Zuverlässigkeit der Halbleiterfertigung in zunehmend komplexen Fertigungsumgebungen zu sichern.

www.ipms.fraunhofer.com