Технологија чишћења плочица у производњи полупроводника

Технологија чишћења плочица у производњи полупроводника

Чишћење плочице је кључни корак у целом процесу производње полупроводника и један од кључних фактора који директно утичу на перформансе уређаја и принос производње. Током израде чипова, чак и најмања контаминација може погоршати карактеристике уређаја или изазвати потпуни квар. Као резултат тога, процеси чишћења се примењују пре и после скоро сваког корака производње како би се уклонили површински загађивачи и осигурала чистоћа плочице. Чишћење је такође најчешћа операција у производњи полупроводника, што чини отприлике30% свих корака процеса.

Са континуираним скалирањем интеграције веома великих размера (VLSI), процесни чворови су напредовали до28 nm, 14 nm и више, што доводи до веће густине уређаја, ужих ширина линија и све сложенијих токова процеса. Напредни чворови су знатно осетљивији на контаминацију, док мање величине карактеристика отежавају чишћење. Сходно томе, број корака чишћења наставља да расте, а чишћење је постало сложеније, критичније и изазовније. На пример, чип од 90 nm обично захтева око90 корака чишћења, док је за чип од 20 nm потребно око215 корака чишћењаКако производња напредује ка 14 nm, 10 nm и мањим чворовима, број операција чишћења ће наставити да се повећава.

У суштини,Чишћење плочице односи се на процесе који користе хемијске третмане, гасове или физичке методе за уклањање нечистоћа са површине плочице.Загађивачи као што су честице, метали, органски остаци и природни оксиди могу негативно утицати на перформансе, поузданост и принос уређаја. Чишћење служи као „мост“ између узастопних корака израде - на пример, пре таложења и литографије, или након нагризања, CMP (хемијско-механичког полирања) и јонске имплантације. Уопштено, чишћење плочице може се поделити намокро чишћењеихемијско чишћење.

Мокро чишћење

Мокро чишћење користи хемијске раствараче или дејонизовану воду (DIW) за чишћење плочица. Примењују се два главна приступа:

• Метода урањањаВафле се потапају у резервоаре напуњене растварачима или директно потопљеном водом. Ово је најчешће коришћена метода, посебно за чворове зреле технологије.

• Метода прскањаРастварачи или директно дифундовано паковање се прскају по ротирајућим плочицама како би се уклониле нечистоће. Док урањање омогућава групну обраду више плочица, чишћење распршивањем обрађује само једну плочицу по комори, али пружа бољу контролу, што га чини све чешћим у напредним чворовима.

Хемијско чишћење

Као што и само име сугерише, хемијско чишћење избегава раствараче или директно дејство воде (DIW), уместо тога користи гасове или плазму за уклањање загађивача. Са тежњом ка напредним чворовима, хемијско чишћење добија на значају због својихвисока прецизности ефикасност против органских материја, нитрида и оксида. Међутим, то захтевавећа улагања у опрему, сложенији рад и строжа контрола процесаЈош једна предност је што хемијско чишћење смањује велике количине отпадних вода које настају мокрим методама.

Уобичајене технике влажног чишћења

1. DIW (дејонизована вода) чишћење

DIW је најчешће коришћено средство за чишћење у мокром чишћењу. За разлику од нетретиране воде, DIW готово да не садржи проводљиве јоне, што спречава корозију, електрохемијске реакције или деградацију уређаја. DIW се углавном користи на два начина:

1. Директно чишћење површине плочице– Типично се изводи у режиму појединачне плочице са ваљцима, четкама или млазницама за прскање током ротације плочице. Изазов је накупљање електростатичког наелектрисања, које може изазвати дефекте. Да би се ово ублажило, CO₂ (а понекад и NH₃) се раствара у DIW како би се побољшала проводљивост без контаминације плочице.

2. Испирање након хемијског чишћења– DIW уклања преостале растворе за чишћење који би иначе могли да кородирају плочицу или да погоршају перформансе уређаја ако остану на површини.

2. Чишћење HF (флуороводоничном киселином)

HF је најефикаснија хемикалија за уклањањеприродни оксидни слојеви (SiO₂)на силицијумским плочицама и други је по важности, одмах после DIW нагризања. Такође раствара причвршћене метале и сузбија поновну оксидацију. Међутим, HF нагризање може огрубети површине плочица и нежељено напасти одређене метале. Да би се решили ови проблеми, побољшане методе разблажују HF, додају оксидансе, сурфактанте или средства за комплексирање како би се побољшала селективност и смањила контаминација.

3. SC1 Чишћење (Стандардно чишћење 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 је исплатива и веома ефикасна метода за уклањањеоргански остаци, честице и неки металиМеханизам комбинује оксидационо дејство H₂O₂ и ефекат растварања NH₄OH. Такође одбија честице путем електростатичких сила, а ултразвучна/мегасонична помоћ додатно побољшава ефикасност. Међутим, SC1 може учинити површине плочица храпавим, што захтева пажљиву оптимизацију хемијских односа, контролу површинског напона (путем сурфактаната) и хелатне агенсе како би се сузбило поновно таложење метала.

4. SC2 Чишћење (Стандардно чишћење 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 допуњује SC1 уклањањемметални загађивачиЊегова јака способност комплексообразовања претвара оксидоване метале у растворљиве соли или комплексе, који се испирају. Док је SC1 ефикасан за органске материје и честице, SC2 је посебно вредан за спречавање адсорпције метала и обезбеђивање ниске контаминације металима.

5. O₃ (озон) чишћење

Чишћење озоном се углавном користи зауклањање органске материјеидезинфекција DIWO₃ делује као јак оксиданс, али може изазвати поновно таложење, па се често комбинује са HF. Оптимизација температуре је кључна јер се растворљивост O₃ у води смањује на вишим температурама. За разлику од дезинфекционих средстава на бази хлора (неприхватљивих у фабрикама полупроводника), O₃ се разлаже на кисеоник без контаминације DIW система.

6. Чишћење органским растварачима

У одређеним специјализованим процесима, органски растварачи се користе тамо где су стандардне методе чишћења недовољне или неприкладне (нпр. када се мора избећи стварање оксида).

Закључак

Чишћење вафла јенајчешће понављани кораку производњи полупроводника и директно утиче на принос и поузданост уређаја. Са преласком кавеће плочице и мање геометрије уређаја, захтеви за чистоћу површине плочице, хемијско стање, храпавост и дебљину оксида постају све строжи.

Овај чланак је разматрао и зреле и напредне технологије чишћења плочица, укључујући DIW, HF, SC1, SC2, O₃ и методе са органским растварачима, заједно са њиховим механизмима, предностима и ограничењима. Из обеекономске и еколошке перспективе, континуирано побољшање технологије чишћења плочица је неопходно како би се задовољили захтеви напредне производње полупроводника.