Мокро чишћење (Wet Clean) је један од кључних корака у процесима производње полупроводника, усмерен на уклањање разних загађивача са површине плочице како би се осигурало да се наредни кораци процеса могу изводити на чистој површини.
Како се величина полупроводничких уређаја смањује, а захтеви за прецизношћу расту, технички захтеви процеса чишћења плочица постају све строжији. Чак и најситније честице, органски материјали, метални јони или остаци оксида на површини плочице могу значајно утицати на перформансе уређаја, а тиме и на принос и поузданост полупроводничких уређаја.
Основни принципи чишћења плочица
Суштина чишћења плочице лежи у ефикасном уклањању разних загађивача са површине плочице физичким, хемијским и другим методама како би се осигурало да плочица има чисту површину погодну за каснију обраду.
Врста контаминације
Главни утицаји на карактеристике уређаја
| Контаминација производа | Дефекти шаре
Дефекти јонске имплантације
Дефекти ломљења изолационог филма
| |
| Метална контаминација | Алкални метали | Нестабилност МОС транзистора
Распад/деградација филма оксида капије
|
| Тешки метали | Повећана струја цурења уназад PN споја
Дефекти пробијања филма оксида капије
Деградација животног века мањинских носилаца
Генерисање дефеката слоја побуђивања оксида
| |
| Хемијска контаминација | Органски материјал | Дефекти пробијања филма оксида капије
Варијације CVD филма (времена инкубације)
Варијације дебљине термичког оксидног филма (убрзана оксидација)
Појава замагљивања (плоча, сочиво, огледало, маска, кончаница)
|
| Неоргански допанти (B, P) | Vth померање МОС транзистора
Варијације отпора Si подлоге и високоотпорних полисилицијумских плоча
| |
| Неорганске базе (амини, амонијак) и киселине (SOx) | Деградација резолуције хемијски појачаних отпорника
Појава контаминације честицама и измаглице услед стварања соли
| |
| Филмови природних и хемијских оксида услед влаге и ваздуха | Повећана контактна отпорност
Распад/деградација филма оксида капије
| |
Конкретно, циљеви процеса чишћења плочица укључују:
Уклањање честица: Коришћење физичких или хемијских метода за уклањање малих честица причвршћених за површину плочице. Мање честице је теже уклонити због јаких електростатичких сила између њих и површине плочице, што захтева посебан третман.
Уклањање органског материјала: Органски загађивачи попут масти и остатака фоторезиста могу се залепити за површину плочице. Ови загађивачи се обично уклањају употребом јаких оксидационих средстава или растварача.
Уклањање металних јона: Остаци металних јона на површини плочице могу деградирати електричне перформансе и чак утицати на наредне кораке обраде. Стога се за уклањање ових јона користе посебни хемијски раствори.
Уклањање оксида: Неки процеси захтевају да површина плочице буде без оксидних слојева, као што је силицијум оксид. У таквим случајевима, природни оксидни слојеви морају бити уклоњени током одређених корака чишћења.
Изазов технологије чишћења плочица лежи у ефикасном уклањању загађивача без негативног утицаја на површину плочице, као што је спречавање храпавости површине, корозије или других физичких оштећења.
2. Ток процеса чишћења плочица
Процес чишћења плочице обично укључује више корака како би се осигурало потпуно уклањање загађивача и постигла потпуно чиста површина.
Слика: Поређење између чишћења серијског типа и чишћења појединачних плочица
Типичан процес чишћења плочица укључује следеће главне кораке:
1. Претходно чишћење (Претходно чишћење)
Сврха претходног чишћења је уклањање растреситих загађивача и великих честица са површине плочице, што се обично постиже испирањем дејонизованом водом (ДЕ водом) и ултразвучним чишћењем. Дејонизована вода може у почетку уклонити честице и растворене нечистоће са површине плочице, док ултразвучно чишћење користи ефекте кавитације да би прекинуло везу између честица и површине плочице, што их чини лакшим за уклањање.
2. Хемијско чишћење
Хемијско чишћење је један од основних корака у процесу чишћења плочице, коришћењем хемијских раствора за уклањање органских материјала, металних јона и оксида са површине плочице.
Уклањање органског материјала: Типично, ацетон или смеша амонијака/пероксида (SC-1) се користи за растварање и оксидацију органских загађивача. Типичан однос за раствор SC-1 је NH₄OH
₂O₂
₂O = 1:1:5, са радном температуром од око 20°C.
Уклањање металних јона: За уклањање металних јона са површине плочице користе се смеше азотне киселине или хлороводоничне киселине/пероксида (SC-2). Типичан однос за раствор SC-2 је HCl.
₂O₂
₂O = 1:1:6, са температуром одржаваном на приближно 80°C.
Уклањање оксида: У неким процесима је потребно уклањање природног оксидног слоја са површине плочице, за шта се користи раствор флуороводоничне киселине (HF). Типичан однос за раствор HF је HF
₂O = 1:50, и може се користити на собној температури.
3. Завршно чишћење
Након хемијског чишћења, плочице обично пролазе кроз завршни корак чишћења како би се осигурало да на површини не остану хемијски остаци. Завршно чишћење углавном користи дејонизовану воду за темељно испирање. Поред тога, чишћење озонском водом (O₃/H₂O) се користи за даље уклањање свих преосталих загађивача са површине плочице.
4. Сушење
Очишћене плочице морају се брзо осушити како би се спречили водени трагови или поновно приањање загађивача. Уобичајене методе сушења укључују центрифугирање и прочишћавање азотом. Прва метода уклања влагу са површине плочице ротирањем при великим брзинама, док друга обезбеђује потпуно сушење дувањем сувог гаса азота преко површине плочице.
Загађивач
Назив поступка чишћења
Опис хемијске смеше
Хемикалије
| Честице | Пирана (SPM) | Сумпорна киселина/водоник-пероксид/деионизована вода | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| СЦ-1 (АПМ) | Амонијум хидроксид/водоник-пероксид/деионизована вода | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Метали (не бакар) | СЦ-2 (ХПМ) | Хлороводонична киселина/водоник-пероксид/деионизована вода | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Пирана (SPM) | Сумпорна киселина/водоник-пероксид/деионизована вода | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| ДХФ | Разблажена флуороводонична киселина/деионизирана вода (неће уклонити бакар) | HF/H2O1:50 | |
| Органски производи | Пирана (SPM) | Сумпорна киселина/водоник-пероксид/деионизована вода | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| СЦ-1 (АПМ) | Амонијум хидроксид/водоник-пероксид/деионизована вода | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| ДИО3 | Озон у дејонизованој води | O3/H2O оптимизоване смеше | |
| Природни оксид | ДХФ | Разблажена флуороводонична киселина/деионизована вода | HF/H2O 1:100 |
| БХФ | Пуферована флуороводонична киселина | NH4F/HF/H2O |
3. Уобичајене методе чишћења вафла
1. Метод чишћења RCA
Метода чишћења RCA једна је од најкласичнијих техника чишћења плочица у полупроводничкој индустрији, коју је развила RCA корпорација пре више од 40 година. Ова метода се првенствено користи за уклањање органских загађивача и нечистоћа металних јона и може се завршити у два корака: SC-1 (Стандардно чишћење 1) и SC-2 (Стандардно чишћење 2).
SC-1 Чишћење: Овај корак се углавном користи за уклањање органских загађивача и честица. Раствор је мешавина амонијака, водоник-пероксида и воде, која формира танак слој силицијум оксида на површини плочице.
SC-2 Чишћење: Овај корак се првенствено користи за уклањање загађивача металним јонима, коришћењем смеше хлороводоничне киселине, водоник-пероксида и воде. Оставља танак слој пасивације на површини плочице како би се спречила поновна контаминација.
2. Метод чишћења пирана (Piranha Etch Clean)
Метода чишћења Пиране је веома ефикасна техника за уклањање органских материјала, коришћењем смеше сумпорне киселине и водоник-пероксида, обично у односу 3:1 или 4:1. Због изузетно јаких оксидативних својстава овог раствора, може уклонити велику количину органске материје и тврдокорних загађивача. Ова метода захтева строгу контролу услова, посебно у погледу температуре и концентрације, како би се избегло оштећење плочице.
Ултразвучно чишћење користи ефекат кавитације генерисан високофреквентним звучним таласима у течности за уклањање загађивача са површине плочице. У поређењу са традиционалним ултразвучним чишћењем, мегасонично чишћење ради на вишој фреквенцији, омогућавајући ефикасније уклањање честица величине мање од микрона без оштећења површине плочице.
4. Чишћење озоном
Технологија чишћења озоном користи јака оксидациона својства озона за разградњу и уклањање органских загађивача са површине плочице, претварајући их на крају у безопасни угљен-диоксид и воду. Ова метода не захтева употребу скупих хемијских реагенса и изазива мање загађења животне средине, што је чини новом технологијом у области чишћења плочица.
4. Опрема за чишћење плочица
Да би се осигурала ефикасност и безбедност процеса чишћења плочица, у производњи полупроводника користи се разна напредна опрема за чишћење. Главне врсте укључују:
1. Опрема за мокро чишћење
Опрема за мокро чишћење обухвата различите резервоаре за урањање, резервоаре за ултразвучно чишћење и центрифуге. Ови уређаји комбинују механичке силе и хемијске реагенсе како би уклонили загађиваче са површине плочице. Резервоари за урањање су обично опремљени системима за контролу температуре како би се осигурала стабилност и ефикасност хемијских раствора.
2. Опрема за хемијско чишћење
Опрема за хемијско чишћење углавном укључује плазма чистаче, који користе честице високе енергије у плазми да реагују са површином плочице и уклоне остатке са ње. Плазма чишћење је посебно погодно за процесе који захтевају одржавање интегритета површине без уношења хемијских остатака.
3. Аутоматизовани системи за чишћење
Са континуираним ширењем производње полупроводника, аутоматизовани системи за чишћење постали су преферирани избор за чишћење плочица великих размера. Ови системи често укључују аутоматизоване механизме преноса, системе за чишћење са више резервоара и системе прецизне контроле како би се осигурали конзистентни резултати чишћења за сваку плочицу.
5. Будући трендови
Како се полупроводнички уређаји настављају смањивати, технологија чишћења плочица се развија ка ефикаснијим и еколошки прихватљивијим решењима. Будуће технологије чишћења ће се фокусирати на:
Уклањање честица субнанометарске величине: Постојеће технологије чишћења могу да се носе са честицама нанометарске величине, али са даљим смањењем величине уређаја, уклањање честица субнанометарске величине постаће нови изазов.
Зелено и еколошки прихватљиво чишћење: Смањење употребе хемикалија штетних по животну средину и развој еколошки прихватљивијих метода чишћења, као што су чишћење озоном и мегасонично чишћење, постаће све важније.
Виши нивои аутоматизације и интелигенције: Интелигентни системи ће омогућити праћење и подешавање различитих параметара у реалном времену током процеса чишћења, додатно побољшавајући ефикасност чишћења и производњу.
Технологија чишћења плочица, као кључни корак у производњи полупроводника, игра виталну улогу у обезбеђивању чистих површина плочица за наредне процесе. Комбинација различитих метода чишћења ефикасно уклања загађиваче, обезбеђујући чисту површину подлоге за следеће кораке. Како технологија напредује, процеси чишћења ће се наставити оптимизовати како би се задовољили захтеви за већом прецизношћу и нижим стопама дефеката у производњи полупроводника.
Време објаве: 08. окт. 2024.