Mokro čišćenje (Wet Clean) jedan je od kritičnih koraka u proizvodnim procesima poluvodiča, čiji je cilj uklanjanje raznih kontaminanata 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 ploče mogu značajno utjecati na performanse uređaja, čime utječu na iskorištenje i pouzdanost poluvodičkih uređaja.
Temeljni principi čišćenja oblatni
Srž čišćenja vafla leži u učinkovitom uklanjanju raznih kontaminanata s površine vafla pomoću fizičkih, kemijskih i drugih metoda kako bi se osiguralo da vafel ima čistu površinu prikladnu za kasniju obradu.
Vrsta kontaminacije
Glavni utjecaji na karakteristike uređaja
| članak Kontaminacija | Defekti uzorka
Defekti ionske implantacije
Defekti sloma izolacijskog filma
| |
| Metalna kontaminacija | Alkalijski metali | Nestabilnost MOS tranzistora
Slom/degradacija oksidnog filma vrata
|
| Teški metali | Povećana reverzna struja curenja PN spoja
Defekti proboja oksidnog filma vrata
Degradacija životnog vijeka manjinskog nositelja
Stvaranje defekta pobudnog sloja oksida
| |
| Kemijska kontaminacija | Organski materijal | Defekti proboja oksidnog filma vrata
Varijacije CVD filma (vrijeme inkubacije)
Varijacije debljine toplinskog oksidnog filma (ubrzana oksidacija)
Pojava zamagljenosti (vafer, leća, ogledalo, maska, končanica)
|
| Anorganske dodatke (B, P) | MOS tranzistor Vth pomaci
Varijacije otpora Silicij supstrata i polisilikonske ploče visoke otpornosti
| |
| Anorganske baze (amini, amonijak) i kiseline (SOx) | Degradacija rezolucije kemijski pojačanih rezista
Pojava onečišćenja česticama i zamagljenosti zbog stvaranja soli
| |
| Nativni i kemijski oksidni filmovi zbog vlage, zraka | Povećana kontaktna otpornost
Slom/degradacija oksidnog filma vrata
| |
Konkretno, ciljevi procesa čišćenja vafla uključuju:
Uklanjanje čestica: Korištenje fizičkih ili kemijskih metoda za uklanjanje malih čestica pričvršćenih za površinu ploče. Manje čestice je teže ukloniti zbog jakih elektrostatskih sila između njih i površine pločice, što zahtijeva poseban tretman.
Uklanjanje organskog materijala: Organski kontaminanti poput ostataka masti i fotootpornog materijala mogu se zalijepiti za površinu ploče. Ovi se kontaminanti obično uklanjaju pomoću jakih oksidacijskih sredstava ili otapala.
Uklanjanje metalnih iona: ostaci metalnih iona na površini ploče mogu pogoršati električnu izvedbu i čak 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 slojeva oksida, kao što je silicijev oksid. U takvim slučajevima potrebno je ukloniti slojeve prirodnog oksida tijekom određenih koraka čišćenja.
Izazov tehnologije čišćenja pločice leži u učinkovitom uklanjanju onečišćenja bez štetnog utjecaja na površinu pločice, kao što je sprječavanje hrapavosti površine, korozije ili drugih fizičkih oštećenja.
2. Tijek procesa čišćenja vafla
Proces čišćenja vafla obično uključuje više koraka kako bi se osiguralo potpuno uklanjanje onečišćenja i postigla potpuno čista površina.
Slika: Usporedba između serijskog i jednopločnog čišćenja
Tipičan proces čišćenja vafla uključuje sljedeće glavne korake:
1. Prethodno čišćenje (Pre-Clean)
Svrha predčišćenja je uklanjanje labavih kontaminanata i velikih čestica s površine ploče, što se obično postiže ispiranjem deioniziranom vodom (DI voda) i ultrazvučnim čišćenjem. Deionizirana voda može inicijalno ukloniti čestice i otopljene nečistoće s površine ploče, dok ultrazvučno čišćenje koristi učinke kavitacije za prekid veze između čestica i površine ploče, 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 organskog materijala: obično se aceton ili mješavina amonijaka/peroksida (SC-1) koriste za otapanje i oksidaciju organskih onečišćenja. Tipičan omjer za otopinu SC-1 je NH₄OH
₂O₂
₂O = 1:1:5, s radnom temperaturom od oko 20°C.
Uklanjanje metalnih iona: dušična kiselina ili smjese klorovodične kiseline/peroksida (SC-2) koriste se za uklanjanje metalnih iona s površine ploče. Tipičan omjer za otopinu SC-2 je HCl
₂O₂
₂O = 1:1:6, uz temperaturu održavanu na približno 80°C.
Uklanjanje oksida: U nekim procesima potrebno je uklanjanje izvornog sloja oksida s površine ploče, za što se koristi otopina fluorovodične kiseline (HF). Tipičan omjer za HF otopinu je HF
₂O = 1:50, a može se koristiti na sobnoj temperaturi.
3. Završno čišćenje
Nakon kemijskog čišćenja, vafli se obično podvrgavaju završnom koraku čišćenja kako bi se osiguralo da na površini ne ostanu kemijski ostaci. Završno čišćenje uglavnom koristi deioniziranu vodu za temeljito ispiranje. Dodatno, čišćenje ozonskom vodom (O₃/H₂O) koristi se za daljnje uklanjanje svih preostalih kontaminanata s površine ploče.
4. Sušenje
Očišćene vafle moraju se brzo osušiti kako bi se spriječili vodeni žigovi ili ponovno pričvršćivanje kontaminanata. Uobičajene metode sušenja uključuju centrifugiranje i pročišćavanje dušikom. Prvi uklanja vlagu s površine vafla centrifugom pri velikim brzinama, dok drugi osigurava potpuno sušenje upuhivanjem suhog dušika preko površine vafla.
Zagađivač
Naziv postupka čišćenja
Opis kemijske smjese
Kemikalije
| Čestice | Piranha (SPM) | Sumporna kiselina/vodikov peroksid/DI voda | H2SO4/H202/H20 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonijev hidroksid/vodikov peroksid/DI voda | NH4OH/H202/H20 1:4:20; 80°C | |
| Metali (ne bakar) | SC-2 (HPM) | Klorovodična kiselina/vodikov peroksid/DI voda | HCl/H202/H201:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Sumporna kiselina/vodikov peroksid/DI voda | H2S04/H202/H203 -4:1; 90°C | |
| DHF | Razrijeđena fluorovodična kiselina/DI voda (neće ukloniti bakar) | HF/H201:50 | |
| Organski | Piranha (SPM) | Sumporna kiselina/vodikov peroksid/DI voda | H2SO4/H202/H20 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonijev hidroksid/vodikov peroksid/DI voda | NH4OH/H202/H20 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozon u deioniziranoj vodi | O3/H2O optimizirane smjese | |
| Nativni oksid | DHF | Razrijeđena fluorovodična kiselina/DI voda | HF/H20 1:100 |
| BHF | Puferirana fluorovodična kiselina | NH4F/HF/H2O |
3. Uobičajene metode čišćenja vafla
1. RCA metoda čišćenja
RCA metoda čišćenja je jedna od najklasičnijih tehnika čišćenja pločica u industriji poluvodiča, koju je razvila RCA Corporation prije više od 40 godina. Ova se metoda prvenstveno koristi za uklanjanje organskih kontaminanata i nečistoća metalnih iona i može se izvršiti 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 onečišćenja i čestica. Otopina je mješavina amonijaka, vodikovog peroksida i vode, koja stvara tanki sloj silicijevog oksida na površini ploče.
SC-2 Čišćenje: Ovaj se korak prvenstveno koristi za uklanjanje kontaminanata metalnih iona, korištenjem mješavine klorovodične kiseline, vodikovog peroksida i vode. Ostavlja tanak pasivacijski sloj na površini ploče kako bi se spriječila ponovna kontaminacija.
2. Piranha metoda čišćenja (Piranha Etch Clean)
Metoda čišćenja Piranha vrlo je učinkovita tehnika za uklanjanje organskih materijala, korištenjem mješavine sumporne kiseline i vodikovog peroksida, obično u omjeru 3:1 ili 4:1. Zbog izrazito jakih oksidativnih svojstava ove otopine može ukloniti veliku količinu organskih tvari i tvrdokornih onečišćenja. Ova metoda zahtijeva strogu kontrolu uvjeta, posebno u pogledu temperature i koncentracije, kako bi se izbjeglo oštećenje vafla.
Ultrazvučno čišćenje koristi učinak kavitacije koji stvaraju visokofrekventni zvučni valovi u tekućini za uklanjanje onečišćenja s površine ploče. U usporedbi s tradicionalnim ultrazvučnim čišćenjem, megasonično čišćenje radi na višoj frekvenciji, omogućujući učinkovitije uklanjanje čestica ispod mikrona bez oštećenja površine ploče.
4. Čišćenje ozonom
Tehnologija čišćenja ozonom koristi snažna oksidacijska svojstva ozona za razgradnju i uklanjanje organskih onečišćenja s površine ploče, pretvarajući ih u konačnici u bezopasni ugljični dioksid i vodu. Ova metoda ne zahtijeva upotrebu skupih kemijskih reagensa i uzrokuje manje zagađenja okoliša, što je čini tehnologijom u nastajanju u području čišćenja pločica.
4. Oprema za proces čišćenja vafla
Kako bi se osigurala učinkovitost i sigurnost procesa čišćenja pločica, u proizvodnji poluvodiča koristi se različita napredna oprema za čišćenje. Glavne vrste uključuju:
1. Oprema za mokro čišćenje
Oprema za mokro čišćenje uključuje razne spremnike za uranjanje, ultrazvučne spremnike za čišćenje i centrifuge za sušenje. Ovi uređaji kombiniraju mehaničke sile i kemijske reagense za uklanjanje onečišćenja s površine ploče. Potopni 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 čestice visoke energije u plazmi za reakciju i uklanjanje ostataka s površine ploče. Plazma čišćenje posebno je prikladno za procese koji zahtijevaju održavanje integriteta površine bez unošenja kemijskih ostataka.
3. Automatizirani sustavi čišćenja
Uz kontinuirano širenje 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 sustave precizne kontrole kako bi se osigurali dosljedni rezultati čišćenja za svaku pločicu.
5. Budući trendovi
Kako se poluvodički uređaji i dalje smanjuju, tehnologija čišćenja pločica se razvija prema učinkovitijim i ekološki prihvatljivijim rješenjima. Buduće tehnologije čišćenja usredotočit će se na:
Uklanjanje čestica ispod nanometara: Postojeće tehnologije čišćenja mogu se nositi s česticama nanometarskih razmjera, ali s daljnjim smanjenjem veličine uređaja, uklanjanje čestica ispod nanometara postat će novi izazov.
Zeleno i ekološki prihvatljivo čišćenje: Smanjenje upotrebe kemikalija štetnih za okoliš i razvoj ekološki prihvatljivijih metoda čišćenja, poput čišćenja ozonom i megasoničnog čišćenja, postat će sve važniji.
Više razine automatizacije i inteligencije: Inteligentni sustavi omogućit će praćenje i podešavanje različitih parametara tijekom procesa čišćenja u stvarnom vremenu, dodatno poboljšavajući učinkovitost čišćenja i učinkovitost proizvodnje.
Tehnologija čišćenja pločica, kao ključni korak u proizvodnji poluvodiča, igra ključnu ulogu u osiguravanju čistih površina pločica za kasnije procese. Kombinacija različitih metoda čišćenja učinkovito uklanja onečišćenja, 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 manjim stopama grešaka u proizvodnji poluvodiča.
Vrijeme objave: 8. listopada 2024