Pourquoi utiliser un hygromètre à miroir refroidi pour la fabrication de semi-conducteurs ?

Gros plan d'une puce de silicium extraite d'une plaquette de semi-conducteur et fixée au substrat par une machine pick and place..

L'impact de l'humidité sur la fabrication des semi-conducteurs

L'eau est peut-être à la base de toute vie, mais lorsqu'il s'agit de processus spécialisés tels que la fabrication de semi-conducteurs, c'est généralement l'un des derniers composés que l'on souhaite avoir à portée de main.

La présence de vapeur d'eau peut avoir des conséquences très importantes, non seulement sur le plan technique, mais aussi sur le plan commercial. Même des quantités minimes de vapeur d'eau peuvent introduire des impuretés ou conduire à l'oxydation des surfaces des plaquettes, créant ainsi des défauts qui affectent négativement les caractéristiques électriques des dispositifs à semi-conducteurs.

Il peut en résulter une diminution de l'efficacité de la production, une augmentation des coûts de production et un allongement des délais de fabrication, ce qui a un impact direct sur la rentabilité et la compétitivité du marché.

Le contrôle précis de l'humidité et de la vapeur d'eau au cours de processus critiques tels que la lithographie, le dépôt et la gravure est essentiel pour maintenir l'intégrité structurelle des couches de semi-conducteurs et obtenir la qualité de produit souhaitée. La gestion efficace de la vapeur d'eau n'est pas seulement cruciale pour maintenir les normes relatives au produit et la fiabilité exigées par les dispositifs semi-conducteurs, mais aussi pour assurer des processus de production efficaces, minimiser les déchets et maintenir une position concurrentielle forte sur le marché.

Contamination par l'humidité dans le dépôt chimique en phase vapeur

Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est une technique largement utilisée dans l'industrie des semi-conducteurs. Elle implique la réaction chimique de précurseurs en phase gazeuse qui se décomposent ou réagissent à la surface d'un substrat pour produire un matériau solide, formant des films minces ou des revêtements.

La contamination par l'humidité affecte directement la pureté et l'intégrité des films déposés. Des niveaux d'humidité même minimes peuvent introduire des groupes hydroxyles indésirables ou catalyser l'oxydation sur le substrat, ce qui entraîne des défauts dans le film qui ont un impact négatif sur les performances de l'appareil. Ces défauts peuvent entraîner des instabilités électriques, une diminution de la rigidité diélectrique ou des altérations de l'indice de réfraction, ce qui compromet gravement la fonctionnalité des dispositifs semi-conducteurs.

Pour relever ces défis, il est essentiel de mettre en œuvre des stratégies complètes de contrôle et d'atténuation de l'humidité dans les processus de dépôt en phase vapeur (CVD).

Les tactiques clés comprennent l'utilisation d'une purge rigoureuse des gaz secs, de systèmes de vide avancés et l'intégration de déshydratants pour éliminer l'humidité. En outre, l'utilisation d'hygromètres à miroir refroidi permet de surveiller et de contrôler avec précision l'humidité dans l'environnement CVD. Cette combinaison de stratégies est essentielle pour garantir le dépôt de films de haute qualité qui répondent aux normes rigoureuses nécessaires à la production de dispositifs semi-conducteurs.

Contamination par l'humidité dans la gravure au plasma

La gravure sélective, qui suit généralement l'étape de la photolithographie, est essentielle pour créer les formes et les motifs submicroniques précis indispensables à la conception des circuits. Le processus implique l'utilisation de gaz de gravure, en particulier des composés entièrement fluorés (FFC), qui sont activés dans des plasmas d'argon au-dessus du substrat de la plaquette. Ces gaz engagent une réaction sélective avec des matériaux spécifiques sur la plaquette semi-conductrice, sculptant méticuleusement les circuits complexes nécessaires à la fonctionnalité de l'appareil.

La présence d'humidité peut avoir un impact significatif sur la formation du plasma et, par conséquent, sur la qualité de la gravure. C'est pourquoi la meilleure pratique consiste à contrôler en permanence la teneur en humidité des FFC avant de les introduire dans la machine à graver ou la chambre de dépôt chimique en phase vapeur.

En outre, les gaz plasmatiques, y compris les halogénures et le trifluorure d'azote, sont également utilisés pour le nettoyage de la chambre. Cependant, même des traces d'humidité peuvent compromettre la qualité du plasma et l'efficacité du processus de nettoyage. Une surveillance étroite des niveaux d'humidité est donc essentielle pour maintenir l'intégrité des phases de gravure et de nettoyage et garantir des résultats de production de haute qualité.

Instruments de mesure de l'humidité pour la fabrication des semi-conducteurs

PST propose un certain nombre de capteurs et d'analyseurs avancés pour mesurer l'humidité à toutes les étapes clés du processus de fabrication des semi-conducteurs. Il s'agit notamment de transmetteurs de point de rosée, tels que notre dernier Point de rosée EA2 capable de détecter le point de rosée entre -110 et +20 oCdp, avec une précision de ±2 oCdp, et notre QMA401, qui utilise une microbalance à cristal de quartz donnant une sensibilité de seulement 0,1 ppmV, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans les chambres de dépôt chimique en phase vapeur et les chambres de gravure.

Notre produit le plus récent est le S8000 RS - un hygromètre à miroir refroidi entièrement automatisé, conçu pour améliorer la vitesse, la précision et la flexibilité de la mesure de l'humidité à l'état de traces dans des conditions exigeantes.

Le S8000 RS offre une précision exceptionnelle, maintenant une exactitude de ±0,1 oC à des températures allant jusqu'à -90 oCfp. Il fait preuve d'une stabilité et d'une reproductibilité excellentes, avec une variation minimale de ±0,05 oCdp à -90 oCfp, qui se resserre encore à ±0,025 oCdp à -80 oCfp.

La précision du dispositif est considérablement améliorée par l'utilisation d'un miroir sophistiqué en cuivre plaqué or. Ce miroir, associé à un refroidissement précis et à une correction dynamique de la contamination, garantit la formation d'une couche de condensat cohérente, facilitant ainsi des mesures précises et fiables.

Notre dernier modèle d'hygromètre est équipé de diverses options de communication, notamment Modbus RTU via USB, TCP/IP et interfaces 4...20 mA, ainsi que de capacités d'enregistrement des données internes directement sur une carte SD standard. Comme tous les produits que nous proposons, le S8000 RS est accompagné d'un ensemble complet de services d'assistance technique et d'après-vente, garantissant à nos clients l'accès à l'assistance nécessaire pour des performances optimales.

En savoir plus sur la mesure de l'humidité et de l'oxygène dans la fabrication des semi-conducteurs.

Forts de 50 ans d'expérience dans le développement de la technologie de mesure de l'humidité, de l'hygrométrie et du point de rosée, nous sommes les experts en applications pour toutes les applications de mesure de l'humidité à l'état de traces et des hydrocarbures. Si vous souhaitez discuter de vos besoins, veuillez contacter notre équipe dès aujourd'hui.

Les gaz utilisés dans la fabrication des semi-conducteurs sont normalement classés en tant que "gaz en vrac" ou "gaz spéciaux électroniques" (GSE) ; ceux-ci comprennent l'azote, l'oxygène, l'argon, l'hélium, l'hydrogène et le dioxyde de carbone. Il existe plus d'une centaine de GSE, produits sous forme pure ou mélangée, dont les exemples typiques sont l'hexafluoroéthane (C2F6), l'octafluorocyclobutane (C4F8) et le germane (GeH4).

L'azote est probablement le gaz le plus utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs. C'est pourquoi de nombreux fabricants utilisent désormais des systèmes de production d'azote sur site. Ceux-ci utilisent également des capteurs de mesure de l'humidité, qui sont installés à la sortie des chambres de séchage, à la fois pour contrôler la pureté du gaz avant qu'il ne soit utilisé pour des tâches de processus ultérieures et pour contrôler l'efficacité énergétique des sécheurs eux-mêmes.

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