Tehnologija čišćenja pločica u proizvodnji poluvodiča

Tehnologija čišćenja pločica u proizvodnji poluvodiča

Čišćenje pločice ključni je korak u cijelom procesu proizvodnje poluvodiča i jedan od ključnih čimbenika koji izravno utječu na performanse uređaja i prinos proizvodnje. Tijekom izrade čipa, čak i najmanja kontaminacija može pogoršati karakteristike uređaja ili uzrokovati potpuni kvar. Kao rezultat toga, procesi čišćenja primjenjuju se prije i nakon gotovo svakog koraka proizvodnje kako bi se uklonili površinski onečišćenja i osigurala čistoća pločice. Čišćenje je ujedno i najčešća operacija u proizvodnji poluvodiča, što čini otprilike30% svih koraka procesa.

S kontinuiranim skaliranjem integracije vrlo velikih razmjera (VLSI), procesni čvorovi su napredovali do28 nm, 14 nm i više, što dovodi do veće gustoće uređaja, užih širina linija i sve složenijih tokova procesa. Napredni čvorovi su znatno osjetljiviji na kontaminaciju, dok manje veličine elemenata otežavaju čišćenje. Posljedično, broj koraka čišćenja nastavlja rasti, a čišćenje je postalo složenije, kritičnije i izazovnije. Na primjer, 90 nm čip obično zahtijeva oko90 koraka čišćenja, dok je za 20 nm čip potrebno oko215 koraka čišćenjaKako proizvodnja napreduje prema 14 nm, 10 nm i manjim čvorovima, broj operacija čišćenja će se nastaviti povećavati.

U biti,Čišćenje pločice odnosi se na procese koji koriste kemijske tretmane, plinove ili fizičke metode za uklanjanje nečistoća s površine pločice.Kontaminanti poput čestica, metala, organskih ostataka i prirodnih oksida mogu negativno utjecati na performanse, pouzdanost i prinos uređaja. Čišćenje služi kao "most" između uzastopnih koraka izrade - na primjer, prije taloženja i litografije ili nakon jetkanja, CMP-a (kemijsko-mehaničkog poliranja) i ionske implantacije. Općenito, čišćenje pločice može se podijeliti namokro čišćenjeikemijsko čišćenje.

Mokro čišćenje

Mokro čišćenje koristi kemijska otapala ili deioniziranu vodu (DIW) za čišćenje pločica. Primjenjuju se dva glavna pristupa:

• Metoda uranjanja: pločice se uranjaju u spremnike napunjene otapalima ili direktnom vodom. Ovo je najčešće korištena metoda, posebno za čvorove zrele tehnologije.

• Metoda prskanja: otapala ili DIW se raspršuju na rotirajuće pločice kako bi se uklonile nečistoće. Dok uranjanje omogućuje skupnu obradu više pločica, čišćenje raspršivanjem obrađuje samo jednu pločicu po komori, ali pruža bolju kontrolu, što ga čini sve češćim u naprednim čvorovima.

Kemijsko čišćenje

Kao što i samo ime govori, kemijsko čišćenje izbjegava korištenje otapala ili DIW-a, već umjesto toga koristi plinove ili plazmu za uklanjanje onečišćujućih tvari. S težnjom prema naprednim čvorovima, kemijsko čišćenje dobiva na važnosti zbog svojevisoka preciznosti učinkovitost protiv organskih tvari, nitrida i oksida. Međutim, to zahtijevaveća ulaganja u opremu, složeniji rad i stroža kontrola procesaDruga prednost je što kemijsko čišćenje smanjuje velike količine otpadnih voda koje nastaju mokrim metodama.

Uobičajene tehnike mokrog čišćenja

1. Čišćenje deioniziranom vodom (DIW)

DIW je najčešće korišteno sredstvo za čišćenje u mokrom čišćenju. Za razliku od netretirane vode, DIW gotovo da ne sadrži vodljive ione, što sprječava koroziju, elektrokemijske reakcije ili degradaciju uređaja. DIW se uglavnom koristi na dva načina:

1. Izravno čišćenje površine pločice– Obično se izvodi u načinu rada s jednom pločicom s valjcima, četkicama ili mlaznicama za raspršivanje tijekom rotacije pločice. Izazov je nakupljanje elektrostatičkog naboja, što može uzrokovati nedostatke. Kako bi se to ublažilo, CO₂ (a ponekad i NH₃) se otapa u DIW-u kako bi se poboljšala vodljivost bez kontaminacije pločice.

2. Ispiranje nakon kemijskog čišćenja– DIW uklanja ostatke otopina za čišćenje koje bi inače mogle nagristi pločicu ili smanjiti performanse uređaja ako ostanu na površini.

2. Čišćenje HF (fluorovodičnom kiselinom)

HF je najučinkovitija kemikalija za uklanjanjeslojevi izvornog oksida (SiO₂)na silicijskim pločicama i po važnosti je drugi odmah iza DIW-a. Također otapa vezane metale i potiskuje ponovnu oksidaciju. Međutim, HF jetkanje može učiniti površine pločica hrapavim i neželjeno napasti određene metale. Kako bi se riješili ovi problemi, poboljšane metode razrjeđuju HF, dodaju oksidanse, surfaktante ili sredstva za kompleksiranje kako bi se poboljšala selektivnost i smanjila kontaminacija.

3. SC1 Čišćenje (Standardno čišćenje 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 je isplativa i vrlo učinkovita metoda za uklanjanjeorganski ostaci, čestice i neki metaliMehanizam kombinira oksidirajuće djelovanje H₂O₂ i učinak otapanja NH₄OH. Također odbija čestice putem elektrostatskih sila, a ultrazvučna/megasonična pomoć dodatno poboljšava učinkovitost. Međutim, SC1 može učiniti površine pločica hrapavim, što zahtijeva pažljivu optimizaciju kemijskih omjera, kontrolu površinske napetosti (putem surfaktanata) i kelirajuća sredstva za suzbijanje ponovnog taloženja metala.

4. SC2 Čišćenje (Standardno čišćenje 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 nadopunjuje SC1 uklanjanjemmetalni zagađivačiNjegova snažna sposobnost kompleksiranja pretvara oksidirane metale u topljive soli ili komplekse, koji se ispiru. Dok je SC1 učinkovit za organske tvari i čestice, SC2 je posebno vrijedan za sprječavanje adsorpcije metala i osiguravanje niske kontaminacije metalima.

5. Čišćenje O₃ (ozonom)

Čišćenje ozonom se uglavnom koristi zauklanjanje organske tvariidezinfekcijska DIWO₃ djeluje kao jak oksidans, ali može uzrokovati ponovno taloženje, pa se često kombinira s HF. Optimizacija temperature je ključna jer se topljivost O₃ u vodi smanjuje na višim temperaturama. Za razliku od dezinficijensa na bazi klora (neprihvatljivih u tvornicama poluvodiča), O₃ se razgrađuje u kisik bez kontaminacije DIW sustava.

6. Čišćenje organskim otapalima

U određenim specijaliziranim procesima, organska otapala se koriste tamo gdje su standardne metode čišćenja nedovoljne ili neprikladne (npr. kada se mora izbjeći stvaranje oksida).

Zaključak

Čišćenje oblatne jenajčešće ponavljani koraku proizvodnji poluvodiča i izravno utječe na prinos i pouzdanost uređaja. S prelaskom naveće pločice i manje geometrije uređaja, zahtjevi za čistoću površine pločice, kemijsko stanje, hrapavost i debljinu oksida postaju sve stroži.

Ovaj članak pregledao je i zrele i napredne tehnologije čišćenja pločica, uključujući DIW, HF, SC1, SC2, O₃ i metode s organskim otapalima, zajedno s njihovim mehanizmima, prednostima i ograničenjima. Iz objeekonomske i ekološke perspektive, kontinuirana poboljšanja tehnologije čišćenja pločica ključna su za zadovoljavanje zahtjeva napredne proizvodnje poluvodiča.