Résolution d’une crise liée à la contamination d’un bain d’IPA contaminé

2.8.2.1 Contexte

Les plaques de lot sont plongées dans des bains de solution d’alcool isopropylique (IPA) à la suite de certains traitements chimiques pour permettre leur séchage avant de passer à l’étape suivante. Les sites de Crolles et de Rousset sont alimentés en IPA par un même fournisseur. Des contrôles réguliers de niveau de propreté en métaux réalisés par un sous-traitant sont faits en plus des contrôles effectués par les fournisseurs eux-mêmes sur l’IPA fourni. Or, de l’Ag a été mesuré (concentration inférieure au ppb) par les sous-traitants sur les lignes d’IPA du site de Rousset lors de ces suivis, également confirmé sur le site de Crolles. L’Ag est utilisé par le fournisseur comme catalyseur lors de la production de l’alcool. Il n’est pas alors étonnant de retrouver un tel élément. Cependant, jusqu’alors, il n’en a jamais été mesuré.

Nous avons alors cherché à savoir si les lots ayant subi les traitements en bain d’IPA avaient été contaminés, et si c’est le cas à quel niveau.

2.8.2.2 Mise en évidence de la contamination

Pour ce faire, deux plaques ont été dans un premier temps nettoyées par un traitement chimique SC1/SC2. Ce nettoyage est mis au point par RCA (Radio Company of America) dans les années 60 [52] et est toujours utilisé. Il permet le retrait dans un premier temps des particules (organiques et particulaires) et des ions métalliques des groupes I et II par l’action jointe du NH₄OH et du H₂O₂ [59]. Dans un second temps, un traitement chimique à partir d’un mélange de HCl et de H₂O₂ contribue à la désorption des métaux lourds. A la fin de ce processus de nettoyage, les plaques sont alors vierges de toute contamination et présentent un fin oxyde chimique en surface. Une seule plaque a ensuite été plongée dans les bains d’IPA contaminés en Ag, la seconde a servi de témoin. Des analyses VPD-DC-ICPMS (deux collectes consécutives) ont alors suivi pour évaluer la contamination présente à leur surface.

Les résultats des mesures par VPD-DC-ICPMS révèlent une contamination de 9.10¹⁰at.cm⁻² en surface sur la plaque plongée dans le bain. La plaque témoin ne présentait pas de traces d’Ag. Ces résultats mettent en évidence une contamination non négligeable des plaques de lots ayant été plongées dans un tel bain. Les tests électriques effectués par la suite sur les lots de plaques ne montrent pas que cette contamination ait impacté les performances des composants de manière significative.

En faisant le rapport entre la concentration mesurée lors de la première collecte sur la contamination totale (somme des deux collectes), nous avons évalué le taux de collecte à 95%. Ceci confirme alors que les taux de collecte de l’Ag que nous avons déterminés à partir de plaques volontairement contaminées par bain, tournette ou encore par impression par jet d’encre est cohérent.

Ces deux exemples montrent l’utilité d’avoir un moyen de contrôle des équipements sans avoir à attendre les résultats des mesures électriques des plaques produit. En effet, celles-ci sont réalisées en fin de production. En contrôlant les équipements, nous réduisons la dissémination d’une potentielle contamination au reste des lignes de production. Le dernier cas met en évidence le besoin de connaître le niveau de dangerosité des éléments nobles pour les plaques produit que nous allons maintenant étudier.

Dangerosité des métaux nobles en

salle blanche

3.1 Introduction

Le second objectif de cette thèse est d’évaluer la dangerosité des métaux nobles pour les lignes de fabrication de composants micro-électroniques et pour les composants en eux-mêmes. Domengie [9] et Borde [8] avait déjà travaillé en partie sur le sujet. Dans le premier cas, Domengie avait évalué sur une structure imageur (capteur d’images CMOS) volontairement contaminée en Au, entre autres, l’impact de cet élément par mesures DLTS¹et DCS². Borde s’était intéressé à l’impact sur l’oxyde, sur le Si et l’interface SiO2/Si de la contamination métallique. Il avait étudié une grande partie des éléments du tableau de Mendeleïev.

Il est alors ici question de compléter leurs travaux. D’une part, par l’apport d’informations sur de nouveaux éléments, une nouvelle technologie mais aussi de réévaluer leur dangerosité. En effet, les composants produits ont évolué tant au niveau de la géométrie que par leurs procédés de fabrication (bilans thermiques, matériaux utilisés, . . .). D’autre part, La VPD-DC-ICPMS appliquée à la mesure de la contamination métallique noble est un outil de mesure plus sensible que le TXRF utilisé par Borde et Domengie lors de leurs travaux de thèse.

Pour des questions de temps et de budget, nous avons préféré réduire notre étude à trois éléments. La bibliographie a montré que l’Ir, l’Au et l’Ag étaient les métaux nobles les plus dangereux en ne tenant compte que des niveaux profonds induits dans la bande interdite du Si et de leur section de capture [3]. Or le chapitre précédent a montré que l’Ir était difficilement déposé par bain de HF dilué sur plaque de Si. Comme les nettoyages par voie chimie avec retrait d’oxyde et mise à nu du Si représentent une large part des étapes de fabrication, l’intérêt de l’étude de l’Ir est moindre. Nous lui avons préféré le Pt. Il est actuellement utilisé pour la réalisation des siliciures qui est une étape technologique intervenant en début de procédé de fabrication. L’évaluation du danger que représente l’introduction volontaire du Pt est donc plus pertinente. Nous allons donc au cours de ce chapitre évaluer la dangerosité de l’Ag, de l’Au et du Pt.

1. pour Deep-Level Transient Spectroscopy 2. pour Dark Current Spectroscopy

Le niveau dedangerosité de la contamination est ici défini de la manière suivante :

– l’existence d’un transfert depuis une plaque volontairement contaminée à un équipement – l’existence d’un transfert depuis un équipement contaminé (à la suite d’un transfert depuis

une plaque contaminée) à une plaque non contaminée

– le retour rapide et peu coûteux à un niveau acceptable en contaminants de l’équipement. Le niveau acceptable est défini comme étant inférieur aux spécifications définies par la cellule contamination en charge de la salle blanche. Un coût raisonnable est défini comme une intervention nécessitant moins de 10 plaques de Si pour évacuer les contaminants, sans nettoyage de la chambre ou ni changement de pièces,

– la dégradation des paramètres électriques d’un composant de type SPAD mesuré par DCR,

– coefficient de diffusion de l’impureté.

Dans un premier temps, nous proposons de faire quelques rappels sur les phénomènes de diffusion mis en jeu lors des étapes d’oxydation et de recuit thermiques. Ces notions ont été nécessaires à la compréhension et à l’interprétation de l’ensemble des résultats de cette étude.

Ensuite, nous évaluerons la dangerosité de ces trois éléments aussi bien pour des plaques sans motifs que pour les équipements dans deux cas : lors d’une oxydation et lors d’un recuit à haute température. L’oxydation simule la réalisation d’une oxydation thermique en début de production afin obtenir l’oxyde sacrificiel protégeant le Si lors des implantations ioniques définissant les zones actives. Le recuit thermique quant à lui simule l’ensemble des étapes thermiques d’une température supérieure à 900˚C que peuvent subir les produits, en particulier les SPAD, lors de leur production.

Enfin, nous déterminerons l’impact que peuvent avoir les métaux nobles sur un produit SPAD correspondant à un nœud technologique de 175 nm. Contaminés en début de fabrication par tournette ou par implantation pour simuler une contamination apportée lors d’un traitement chimique ou une contamination volumique, des mesures de DCR seront ensuite réalisées. Celles-ci nous permettront de définir la dangerosité de tels éléments vis à vis de cette technologie.