Corrosion study with minienvironment chamber: halogens effects on microelectronics metallizations

AMCs (Airborne Molecular Contaminants) detection and prevention is increasingly getting more importance in semiconductor industry, to achieve good quality of microchips and reliability of the production field. For this purpose, researches towards this topic are developed with the objective to both monitor concentration of halogens and reply corrosion inducted phenomena on Front-End Manufacturing products, the 8-inches or 12-inches wafers, which are the precursor for IC (Integrated Circuit) manufacturing. Minienvironment prototype machine was developed as a helpful tool to accomplish this work, implemented by STMicroelectronics (ST). Its aim is to reproduce the production-line (called Clean Room) conditions to induct corrosion along wafers. Therefore, the calibration and investigation of the tool was required to check the performances of the machine, and it results in a correlation ratio assessment between environments. Afterwards, corrosion inducted phenomena was introduced as case study by means of this tool in order to gain more knowledge about ICs’ degradation introduced from environmental interaction. Chlorides-correlation of the new tool with the Clean Room was firstly tried to be achieved through MARS equipment, but due to communication issues lately was decided to be obtained through passive samplings, analyzed in Ion Chromatography. Passive method was chosen because it is a flexible and developed technique, highly used in ST for ionic detection in the production field. Finally, inducted corrosion morphologies, along different metallization typical of ST products, were chemically characterized through different analytical methods, such as AVI, SEM, EDX, TEM, FIB and XPS. Same metallization were tested with different time of exposure under a constant flux of chlorides inside the Minienvironment, for corrosion initiation time assessment.

La rilevazione e la prevenzione degli AMC (Contaminanti Molecolari dell’Aria) stanno acquisendo sempre più importanza nell'industria dei semiconduttori, per ottenere una buona qualità dei microchip e affidabilità nel campo di produzione. A tal fine, le ricerche su questo argomento sono sviluppate con l'obiettivo di monitorare la concentrazione di alogeni e replicare i fenomeni di corrosione indotti sui prodotti di Front-End, cioè sui wafer da 8 pollici o 12 pollici, che sono i precursori per la produzione di circuiti integrati (IC). Una macchina prototipo, il “Minienvironment”, è stata sviluppata come strumento utile a svolgere questo lavoro, ed è stata implementata da STMicroelectronics (ST). Il suo scopo è riprodurre le condizioni ambientali della linea di produzione (chiamata Camera Bianca) per indurre la corrosione sui wafer. Pertanto, è stata necessaria la calibrazione e l’investigazione dello strumento per verificare le prestazioni della macchina, e ciò si traduce in una valutazione del rapporto di correlazione tra ambienti. Successivamente, i fenomeni di corrosione sono stati introdotti come caso di studio mediante questo strumento, al fine di acquisire maggiore conoscenza sulla degradazione degli IC introdotta dall'interazione con l’ambiente. La correlazione, tramite cloruri, del nuovo strumento con la Camera Bianca è stata inizialmente tentata tramite l’attrezzatura MARS, ma a causa di problemi di comunicazione macchine è stato deciso di optare per dei campionamenti passivi, analizzati in Cromatografia Ionica. Il metodo dei passivi è stato scelto perché è una tecnica flessibile e ben sviluppata, ampiamente utilizzata in ST per la rilevazione dei contaminanti ionici nella produzione. Infine, le morfologie indotte da corrosione, lungo diverse metallizzazioni, tipiche dei prodotti ST, sono state chimicamente caratterizzate attraverso diversi metodi analitici, come AVI, SEM, EDX, TEM, FIB e XPS. La stessa metallizzazione è stata poi testata con diversi tempi di esposizione sotto un flusso costante di cloruri all'interno del Minienvironment, per una valutazione dei tempi di iniziazione delle corrosioni.