Warum benötigt ein halbisolierender SiC-Substrat-Reinigungsraum zusätzliche elektromagnetische Abschirmung?

Halbisolierende SiC-Substrate haben typischerweise einen höheren Widerstand als1 × 107 Ω·cmund werden in5G-HF-Leistungsverstärker, Hochfrequenzgeräte und Komponenten von BasisstationenIm Gegensatz zu leitfähigen SiC-Substraten weisen halbisolierende Substrate aufgrund ihres hohen elektrischen Widerstands unterschiedliche Reaktionen auf elektromagnetische Interferenzen (EMI) und elektrostatische Akkumulation auf..

Daher erfordert ein Reinraum, der für die Herstellung von SiC-Substraten zur Halbisolierung ausgelegt ist, nicht nur eine herkömmliche Kontaminationskontrolle, sondern auch zusätzlicheelektromagnetische Abschirmungsmaßnahmenum die Stabilität des Verfahrens und die Leistung des Geräts zu gewährleisten.

1Quellen der elektromagnetischen Empfindlichkeit in SiC-Substraten

Halbisolierende SiC-Substrate erzielen durchVanadiumkompensationsdopingoderMechanismen zur Entschädigung von EigeneinschränkungenDie Konzentration und Verteilung von Verunreinigungen in der Tiefe und Kristallfehler beeinflussen unmittelbar die Einheitlichkeit der Widerstandsfähigkeit auf dem Substrat.

Während der Verarbeitung und Inspektion werden Substrate elektromagnetischen Feldern ausgesetzt, die von der Umgebung erzeugt werden.Diese äußeren elektromagnetischen Felder können eine Ladungsumverteilung innerhalb des halbisolierenden SiC-Substrats induzieren.

Zu den möglichen elektromagnetischen Quellen in einem Reinraum gehören:

• mit einer Leistung von mehr als 100 W
• Motoren und Bewegungssteuerungen
• Einheiten für Lüfterfilter (FFU)
• Ionisierer
• Lichtballasts
• Geräte für drahtlose Kommunikation

Diese Quellen erzeugen elektromagnetische Felder vonLeistungsfrequenzfelder von 50 Hz zu HF-Signalen auf GHz-Ebene.

Wenn sie wechselnden elektromagnetischen Feldern ausgesetzt sind, können induzierte Ladungen und lokalisierte Stromwirkungen das elektrische Oberflächenpotenzial des Substrats verändern.

Veränderungen des Substratoberflächenpotentials können nachgelagerte Halbleiterprozesse beeinflussen:

• Aufbereitung von Flächen mit einer Breite von mehr als 20 mm
  Halbisolierende SiC-Substrate dienen als Träger für die photoresistente Beschichtung.
• Chemisch-mechanische Planarisierung (CMP):
  Oberflächenpotenzialvariationen können die Absorption von Schleifpartikeln und die Wechselwirkung von Schlamm mit der Substratoberfläche beeinflussen und die Poliergleichheit beeinflussen.
• Inspektionsverfahren
  Elektronenstrahl- und Ionenstrahlinspektionssysteme sind empfindlich auf elektromagnetische Störungen reagieren.

2Auswahl der elektromagnetischen Abschirmungsbereiche

Ein halbisolierender SiC-Substrat-Reinigungsraum erfordert keine elektromagnetische Abschirmung in der gesamten Anlage.

• Substratbelastungsbedingungen
• Prozessempfindlichkeit
• Elektromagnetische Empfindlichkeit der Ausrüstung

Wenn Substrate in versiegelten Waferträgern verbleiben, bieten die Träger selbst ein gewisses Maß an elektromagnetischem Schutz.

Waferträger dürfen:

• Leitfähige Polymermaterialien
• Metallbeschichtete Polymerkonstruktionen

Das Trägergehäuse sollte ebenfalls elektrisch geerdet sein.

Sobald die Substrate jedoch von den Trägern entfernt und direkt der Umgebung des Reinraums ausgesetzt sind, muss der Schutzanbau des Reinraums einen elektromagnetischen Schutz bieten.

Die folgenden Bereiche müssen vorrangig elektromagnetisch abgeschirmt werden:

Bereich der Fotolithographie

Nach der photoresistenten Beschichtung wird die Substratoberfläche sehr empfindlich auf elektrische Potentialvariationen.

CMP-Bereich

Die Kontrolle des Oberflächenpotentials ist wichtig, um ein stabiles Ablagerungsverhalten und eine polierende Konsistenz zu erhalten.

Inspektionsbereich

Elektronenstrahl- und Ionenstrahlprüfgeräte sind sehr empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen.

Zum Vergleich:Substratlagerbereiche und -korridore haben im Allgemeinen geringere Abschirmungsanforderungen, da die Substrate während des Transports und der Lagerung in elektromagnetisch abgeschirmten Trägern verbleiben.

3. Entwurf der elektromagnetischen Schutzschicht

Elektromagnetische Abschirmungen für Reinräume verwenden typischerweise:

• Metallplatten
• Metallnetzschichten
• Eingebettete leitfähige Abschirmungen

Installiert in Wänden, Decken und Böden.

Zu den gängigen Abschirmmaterialien gehören:

• Kupferfolie
• Stahlplatten und Platten aus Stahl
• Platten aus Edelstahl

Die Dicke und die Struktur des Abschirmmaterials werden anhand der erforderlichen Abschirmwirksamkeit bestimmt.

Wirksamkeit der Zielschirmung

Die Abschirmungsleistung sollte nach verschiedenen Frequenzbereichen festgelegt werden:

Die Zielwerte werden anhand der Frage ermittelt, ob eine elektromagnetische Exposition bei bestimmten Frequenzen eine ausreichende induzierte Ladung erzeugen kann, um den Prozessertrag zu beeinflussen.

Elektrische Kontinuität der Abschirmschicht

Die Abschirmung muss eine kontinuierliche elektrische Leitfähigkeit aufrechterhalten.

Zu den Anforderungen gehören:

• Bei Schirmplattenverbindungen sollten leitfähige Dichtungen oder leitfähige Klebebänder verwendet werden.
• Die Überlappungsbreite sollte ≥ 50 mm betragen.
• Die Öffnungen in Abschirmungen sollten mit Wellenleitungsventilationsfenstern versehen sein.
• Die Türen sollten mit leitfähigen Versiegelungsstreifen ausgestattet sein.
• Türrahmen und Dichtungsstreifen müssen bei geschlossenem Zustand einen elektrischen Kontakt über den gesamten Umfang aufrechterhalten.

Erdungsplanung

Die Abschirmschicht sollteEin-Punkt-Erdung.

Empfohlene Bodenbedingungen:

• Erdungssystem mit geringer Impedanz
• Bodenwiderstand ≤ 1 Ω

Mehrere Erdungspunkte können Erdungsschleifen erzeugen. Induktierte Ströme innerhalb der Erdungsschleifen können sekundäre Magnetfelder erzeugen, was die allgemeine Abschirmungswirksamkeit reduziert.

4. Management von elektromagnetischen Verschmutzungsquellen im Reinraum

Elektrische Geräte in Reinräumen sind eine wichtige Quelle für elektromagnetische Störungen.

Zu den potenziellen EWI-Quellen gehören:

• FFU-Motoren
• Ionisierer
• Wafertransfermotoren
• Lichtballasts

Geräte, die in geschützten Bereichen installiert sind, sollten einer elektromagnetischen Emissionsbewertung unterzogen werden.

Empfohlene Auswahl der Geräte:

FFU-Systeme

VerwendungBürstenlose GleichstrommotorenAnstelle von Wechselstrommotoren zur Verringerung elektromagnetischer Emissionen.

Ionisierer

Verwenden Sie anstelle von pulsierenden Wechselstrom-Ionisierern stabile Gleichstrom-Ionisierer, die möglicherweise hochfrequentes elektromagnetisches Rauschen erzeugen.

Lichtsysteme

Die Verwendung von LED-Beleuchtung mit Gleichstrom-Treibern minimiert die Leistungsfrequenz der Magnetfelder, die von den Ballasten der Leuchtstofflampen erzeugt werden.

Erdung von Geräten und Kabelschutz

Die Metallgehäuse der Ausrüstung müssen geerdet sein.

Richtige Erdung:

• Reduziert elektromagnetische Strahlung von Geräteauflagen
• Verhindert die Anhäufung elektrostatischer Ladung

Empfohlenes Kabelmanagement:

• Stromkabel: abgeschirmte Kabel mit beiden Enden geerdet
• Signalkabel: verdrehte, abgeschirmte Kabel mit Ein-End-Erdung

5Koordinierung zwischen elektrostatischer Steuerung und elektromagnetischer Abschirmung

Die elektrostatische Akkumulation auf halbisolierenden SiC-Substraten ist eng mit elektromagnetischer Abschirmung verbunden.

Oberflächenelektrostatische Ladungen können lokale elektrische Felder erzeugen.

Koordinierung von Ionisatoren und Abschirmungen

Ionisierer in abgeschirmten Bereichen müssen zusammen mit dem abschirmenden Erdungssystem konstruiert werden.

Ionisatoren erzeugen Ionenpaare, die Oberflächenladungen neutralisieren.

Obwohl diese Ströme im allgemeinen keine messbaren Spannungsabfälle im Erdungssystem erzeugen, sollte die Platzierung des Ionisierers sicherstellen:

• Vollständige Ionenabdeckung der Substratbearbeitungsflächen
• Kein direkter Ionenluftstrom zu Abschirmflächen

Einheitliches Erdungssystem

Die folgenden Erdungssysteme sollten ein gemeinsames Erdungsnetz haben:

• Elektromagnetische Abschirmung, Erdung
• Erdung der Ausrüstung
• ESD-Schutz-Erdung
• Gleichpotentielle Erdung im Reinraum

Potenzielle Unterschiede zwischen unabhängigen Erdungssystemen können Erdungsströme erzeugen. Diese Ströme können Magnetfelder innerhalb der Abschirmungsstruktur erzeugen und die Abschirmungsleistung reduzieren.

6Überprüfung der Wirksamkeit der elektromagnetischen Abschirmung

Nach der Installation muss das Abschirmungssystem einer elektromagnetischen Abschirmungstest unterzogen werden.

Der Frequenzbereich der Prüfungen sollte Folgendes umfassen:

• Magnetfelder mit Leistungsfrequenz
• HF-elektrische Felder
• Mikrowellenfrequenzen

Zu den Messstellen gehören:

• Schirmplattenverbindungen
• Türöffnungen
• Öffnungsbereiche
• Kritische Prozessstandorte

Prüfmethode

Gemäß den Prüfstandards für die Wirksamkeit der Abschirmung:

1. Eine Sendeantenne ist außerhalb des geschützten Bereichs platziert.
2. Eine Empfangsantenne misst die elektromagnetische Feldstärke an mehreren Stellen im Inneren.
3. Stellen, die nicht den Schutzniveaus entsprechen, werden identifiziert und verstärkt.
4. Nach der Verbesserung werden Prüfungen durchgeführt.

Regelmäßige erneute Prüfung

Die Abschirmungswirksamkeit nimmt im Laufe der Zeit ab, da

• Alterung leitfähiger Dichtungen
• Verlust der Elastizität von Türdichtungen
• Mechanische Zerstörung von Gelenken

Der erneute Prüfzyklus sollte nach folgenden Kriterien bestimmt werden:

• Elektromagnetische Empfindlichkeit des Substrats
• Alterungseigenschaften des Abschirmmaterials

Typische Häufigkeit:

Einmal alle 12 Jahre

7. Anforderungen an die Zonierung und Abschirmung von Reinräumen

8Schlussfolgerung.

Die hohe Widerstandsfähigkeit von halbisolierenden SiC-Substraten macht sie empfindlicher auf elektromagnetische Störungen und elektrostatische Ansammlungen in Reinraumumgebungen.

Abweichungen des Substratoberflächenpotentials können folgende Auswirkungen haben:

• Einheitlichkeit der photoresistenten Beschichtung
• CMP-Polierstabilität
• Genauigkeit der Elektronenstrahlkontrolle

Daher sollten die Anforderungen an die elektromagnetische Abschirmung anhand der Prozessempfindlichkeit festgelegt werden.

Kritische Bereiche wie:

• Zonen für die Fotolithographie
• CMP-Gebiete
• Inspektionsgebiete

sollten auf Gebäudeebene elektromagnetische Abschirmungen enthalten.

Schutzeffizienzziele sollten für Leistungsfrequenz-, HF- und Mikrowellenbereiche gesondert angegeben werden.Die Abschirmungsstruktur muss elektrische Kontinuität aufrechterhalten und eine einpunktige Erdung annehmen..

Die internen elektromagnetischen Verschmutzungsquellen sollten durch Auswahl der Ausrüstung, Erdungskonstruktion und Steuerung der Kabelschirmung kontrolliert werden.

Elektromagnetische Abschirmung und elektrostatischer Schutz müssen als integriertes System mit einem einheitlichen Erdungsnetz konzipiert werden.Die Abschirmungswirksamkeit muss überprüft und regelmäßig erneut getestet werden, um die langfristige Prozessstabilität und die Leistung der Halbleiterleistung zu gewährleisten..