Mokro čišćenje (Wet Clean) jedan je od ključnih koraka u procesima proizvodnje poluvodiča, a cilj mu je ukloniti razne nečistoće s površine pločice kako bi se osiguralo da se sljedeći koraci procesa mogu izvesti na čistoj površini.
Kako se veličina poluvodičkih uređaja nastavlja smanjivati, a zahtjevi za preciznošću rastu, tehnički zahtjevi procesa čišćenja pločica postaju sve stroži. Čak i najmanje čestice, organski materijali, metalni ioni ili ostaci oksida na površini pločice mogu značajno utjecati na performanse uređaja, a time i na prinos i pouzdanost poluvodičkih uređaja.
Osnovni principi čišćenja pločica
Srž čišćenja pločice leži u učinkovitom uklanjanju raznih onečišćujućih tvari s površine pločice fizičkim, kemijskim i drugim metodama kako bi se osiguralo da pločica ima čistu površinu pogodnu za daljnju obradu.
Vrsta kontaminacije
Glavni utjecaji na karakteristike uređaja
| Kontaminacija proizvoda | Nedostaci uzorka
Defekti ionske implantacije
Defekti pucanja izolacijske folije
| |
| Metalna kontaminacija | Alkalijski metali | Nestabilnost MOS tranzistora
Proboj/degradacija filma oksida vrata
|
| Teški metali | Povećana povratna struja curenja PN spoja
Defekti probijanja filma oksida na vratima
Degradacija životnog vijeka manjinskih nositelja
Generiranje defekata u sloju pobuđivanja oksida
| |
| Kemijsko onečišćenje | Organski materijal | Defekti probijanja filma oksida na vratima
Varijacije CVD filma (vremena inkubacije)
Varijacije debljine termalnog oksidnog filma (ubrzana oksidacija)
Pojava zamagljenja (pločica, leća, zrcalo, maska, končanica)
|
| Anorganski dopanti (B, P) | Vth pomaci MOS tranzistora
Varijacije otpora Si podloge i visokootpornog polisilicijskog sloja
| |
| Anorganske baze (amini, amonijak) i kiseline (SOx) | Degradacija rezolucije kemijski pojačanih rezista
Pojava onečišćenja česticama i zamagljivanja zbog stvaranja soli
| |
| Prirodni i kemijski oksidni filmovi zbog vlage i zraka | Povećani kontaktni otpor
Proboj/degradacija filma oksida vrata
| |
Konkretno, ciljevi procesa čišćenja pločice uključuju:
Uklanjanje čestica: Korištenje fizikalnih ili kemijskih metoda za uklanjanje malih čestica pričvršćenih na površinu pločice. Manje čestice je teže ukloniti zbog jakih elektrostatskih sila između njih i površine pločice, što zahtijeva poseban tretman.
Uklanjanje organskog materijala: Organski onečišćivači poput masnoće i ostataka fotorezista mogu se prilijepiti za površinu pločice. Ovi onečišćivači se obično uklanjaju jakim oksidacijskim sredstvima ili otapalima.
Uklanjanje metalnih iona: Ostaci metalnih iona na površini pločice mogu smanjiti električne performanse, pa čak i utjecati na sljedeće korake obrade. Stoga se za uklanjanje tih iona koriste specifične kemijske otopine.
Uklanjanje oksida: Neki procesi zahtijevaju da površina pločice bude bez oksidnih slojeva, poput silicijevog oksida. U takvim slučajevima, prirodne oksidne slojeve potrebno je ukloniti tijekom određenih koraka čišćenja.
Izazov tehnologije čišćenja pločica leži u učinkovitom uklanjanju onečišćujućih tvari bez negativnog utjecaja na površinu pločice, poput sprječavanja hrapavosti površine, korozije ili drugih fizičkih oštećenja.
2. Tijek procesa čišćenja pločica
Proces čišćenja pločice obično uključuje više koraka kako bi se osiguralo potpuno uklanjanje nečistoća i postigla potpuno čista površina.
Slika: Usporedba između čišćenja šaržnog tipa i pojedinačnog čišćenja pločice
Tipičan proces čišćenja pločice uključuje sljedeće glavne korake:
1. Prethodno čišćenje (Pre-Clean)
Svrha predčišćenja je uklanjanje rastresitih onečišćujućih tvari i velikih čestica s površine pločice, što se obično postiže ispiranjem deioniziranom vodom (DI voda) i ultrazvučnim čišćenjem. Deionizirana voda može u početku ukloniti čestice i otopljene nečistoće s površine pločice, dok ultrazvučno čišćenje koristi efekte kavitacije za prekid veze između čestica i površine pločice, što ih čini lakšim za uklanjanje.
2. Kemijsko čišćenje
Kemijsko čišćenje jedan je od ključnih koraka u procesu čišćenja pločice, korištenjem kemijskih otopina za uklanjanje organskih materijala, metalnih iona i oksida s površine pločice.
Uklanjanje organskih tvari: Obično se za otapanje i oksidaciju organskih onečišćujućih tvari koristi aceton ili smjesa amonijaka i peroksida (SC-1). Tipičan omjer za otopinu SC-1 je NH₄OH.
₂O₂
₂O = 1:1:5, s radnom temperaturom od oko 20°C.
Uklanjanje metalnih iona: Za uklanjanje metalnih iona s površine pločice koriste se smjese dušične kiseline ili klorovodične kiseline/peroksida (SC-2). Tipičan omjer za otopinu SC-2 je HCl.
₂O₂
₂O = 1:1:6, uz održavanje temperature na približno 80°C.
Uklanjanje oksida: U nekim procesima potrebno je uklanjanje izvornog oksidnog sloja s površine pločice, za što se koristi otopina fluorovodične kiseline (HF). Tipičan omjer za otopinu HF je HF
₂O = 1:50, i može se koristiti na sobnoj temperaturi.
3. Završno čišćenje
Nakon kemijskog čišćenja, pločice obično prolaze kroz završni korak čišćenja kako bi se osiguralo da na površini ne ostanu nikakvi kemijski ostaci. Završno čišćenje uglavnom koristi deioniziranu vodu za temeljito ispiranje. Dodatno, čišćenje ozonom (O₃/H₂O) koristi se za daljnje uklanjanje preostalih onečišćenja s površine pločice.
4. Sušenje
Očišćene pločice moraju se brzo osušiti kako bi se spriječili vodeni tragovi ili ponovno prianjanje onečišćujućih tvari. Uobičajene metode sušenja uključuju centrifugiranje i pročišćavanje dušikom. Prvo uklanja vlagu s površine pločice rotacijom pri velikim brzinama, dok drugo osigurava potpuno sušenje upuhivanjem suhog dušika preko površine pločice.
Onečišćujuća tvar
Naziv postupka čišćenja
Opis kemijske smjese
Kemikalije
| Čestice | Piranha (SPM) | Sumporna kiselina/vodikov peroksid/deionizirana voda | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonijev hidroksid/vodikov peroksid/deionizirana voda | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Metali (ne bakar) | SC-2 (HPM) | Klorovodična kiselina/vodikov peroksid/deionizirana voda | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Sumporna kiselina/vodikov peroksid/deionizirana voda | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Razrijeđena fluorovodična kiselina/deionizirana voda (neće ukloniti bakar) | HF/H2O1:50 | |
| Organski proizvodi | Piranha (SPM) | Sumporna kiselina/vodikov peroksid/deionizirana voda | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonijev hidroksid/vodikov peroksid/deionizirana voda | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozon u deioniziranoj vodi | O3/H2O optimizirane smjese | |
| Prirodni oksid | DHF | Razrijeđena fluorovodična kiselina/deionizirana voda | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Puferirana fluorovodična kiselina | NH4F/HF/H2O |
3. Uobičajene metode čišćenja pločica
1. Metoda čišćenja RCA
Metoda čišćenja RCA jedna je od najklasičnijih tehnika čišćenja pločica u poluvodičkoj industriji, koju je razvila tvrtka RCA Corporation prije više od 40 godina. Ova se metoda prvenstveno koristi za uklanjanje organskih onečišćujućih tvari i nečistoća metalnih iona te se može dovršiti u dva koraka: SC-1 (Standardno čišćenje 1) i SC-2 (Standardno čišćenje 2).
SC-1 Čišćenje: Ovaj se korak uglavnom koristi za uklanjanje organskih onečišćujućih tvari i čestica. Otopina je mješavina amonijaka, vodikovog peroksida i vode, koja na površini pločice stvara tanki sloj silicijevog oksida.
SC-2 Čišćenje: Ovaj korak se prvenstveno koristi za uklanjanje onečišćenja metalnim ionima, korištenjem mješavine klorovodične kiseline, vodikovog peroksida i vode. Ostavlja tanki pasivizirajući sloj na površini pločice kako bi se spriječila ponovna kontaminacija.
2. Metoda čišćenja pirana (Piranha Etch Clean)
Metoda čišćenja Piranha je vrlo učinkovita tehnika za uklanjanje organskih materijala, korištenjem smjese sumporne kiseline i vodikovog peroksida, obično u omjeru 3:1 ili 4:1. Zbog izuzetno jakih oksidativnih svojstava ove otopine, može ukloniti veliku količinu organske tvari i tvrdokornih onečišćujućih tvari. Ova metoda zahtijeva strogu kontrolu uvjeta, posebno u pogledu temperature i koncentracije, kako bi se izbjeglo oštećenje pločice.
Ultrazvučno čišćenje koristi efekt kavitacije generiran visokofrekventnim zvučnim valovima u tekućini za uklanjanje onečišćujućih tvari s površine pločice. U usporedbi s tradicionalnim ultrazvučnim čišćenjem, megasonično čišćenje radi na višoj frekvenciji, što omogućuje učinkovitije uklanjanje čestica submikronske veličine bez oštećenja površine pločice.
4. Čišćenje ozonom
Tehnologija čišćenja ozonom koristi jaka oksidacijska svojstva ozona za razgradnju i uklanjanje organskih onečišćujućih tvari s površine pločice, pretvarajući ih u bezopasni ugljikov dioksid i vodu. Ova metoda ne zahtijeva upotrebu skupih kemijskih reagensa i uzrokuje manje onečišćenja okoliša, što je čini novom tehnologijom u području čišćenja pločica.
4. Oprema za čišćenje pločica
Kako bi se osigurala učinkovitost i sigurnost procesa čišćenja pločica, u proizvodnji poluvodiča koristi se niz napredne opreme za čišćenje. Glavne vrste uključuju:
1. Oprema za mokro čišćenje
Oprema za mokro čišćenje uključuje razne uranjajuće spremnike, ultrazvučne spremnike za čišćenje i centrifuge. Ovi uređaji kombiniraju mehaničke sile i kemijske reagense za uklanjanje onečišćujućih tvari s površine pločice. Uranjajući spremnici obično su opremljeni sustavima za kontrolu temperature kako bi se osigurala stabilnost i učinkovitost kemijskih otopina.
2. Oprema za kemijsko čišćenje
Oprema za kemijsko čišćenje uglavnom uključuje plazma čistače, koji koriste visokoenergetske čestice u plazmi za reakciju s površinom pločice i uklanjanje ostataka s nje. Čišćenje plazmom posebno je prikladno za procese koji zahtijevaju održavanje integriteta površine bez unošenja kemijskih ostataka.
3. Automatizirani sustavi za čišćenje
S kontinuiranim širenjem proizvodnje poluvodiča, automatizirani sustavi za čišćenje postali su preferirani izbor za čišćenje pločica velikih razmjera. Ovi sustavi često uključuju automatizirane mehanizme prijenosa, sustave za čišćenje s više spremnika i precizne upravljačke sustave kako bi se osigurali dosljedni rezultati čišćenja za svaku pločicu.
5. Budući trendovi
Kako se poluvodički uređaji i dalje smanjuju, tehnologija čišćenja pločica razvija se prema učinkovitijim i ekološki prihvatljivijim rješenjima. Buduće tehnologije čišćenja usredotočit će se na:
Uklanjanje čestica subnanometarske veličine: Postojeće tehnologije čišćenja mogu se nositi s česticama nanometarske veličine, ali s daljnjim smanjenjem veličine uređaja, uklanjanje čestica subnanometarske veličine postat će novi izazov.
Zeleno i ekološki prihvatljivo čišćenje: Smanjenje upotrebe ekološki štetnih kemikalija i razvoj ekološki prihvatljivijih metoda čišćenja, poput čišćenja ozonom i megasoničnog čišćenja, postat će sve važniji.
Viša razina automatizacije i inteligencije: Inteligentni sustavi omogućit će praćenje u stvarnom vremenu i podešavanje različitih parametara tijekom procesa čišćenja, dodatno poboljšavajući učinkovitost čišćenja i efikasnost proizvodnje.
Tehnologija čišćenja pločica, kao ključni korak u proizvodnji poluvodiča, igra vitalnu ulogu u osiguravanju čistih površina pločica za sljedeće procese. Kombinacija različitih metoda čišćenja učinkovito uklanja onečišćujuće tvari, osiguravajući čistu površinu podloge za sljedeće korake. Kako tehnologija napreduje, procesi čišćenja nastavit će se optimizirati kako bi se zadovoljili zahtjevi za većom preciznošću i nižim stopama nedostataka u proizvodnji poluvodiča.
Vrijeme objave: 08.10.2024.