Вологе очищення (Wet Clean) є одним із найважливіших етапів у виробничих процесах напівпровідників, спрямованих на видалення різних забруднень з поверхні пластини, щоб гарантувати, що наступні етапи процесу можна виконувати на чистій поверхні.
Оскільки розмір напівпровідникових пристроїв продовжує зменшуватися, а вимоги до точності зростають, технічні вимоги до процесів очищення пластин стають дедалі суворішими. Навіть найдрібніші частинки, органічні матеріали, іони металів або залишки оксидів на поверхні пластини можуть значно вплинути на продуктивність пристрою, тим самим впливаючи на продуктивність і надійність напівпровідникових пристроїв.
Основні принципи очищення вафель
Суть очищення пластини полягає в ефективному видаленні різноманітних забруднень із поверхні пластини за допомогою фізичних, хімічних та інших методів, щоб гарантувати, що пластина має чисту поверхню, придатну для подальшої обробки.
Тип забруднення
Основний вплив на характеристики пристрою
| стаття Забруднення | Дефекти візерунка
Дефекти іонної імплантації
Дефекти пробою ізоляційної плівки
| |
| Металеве забруднення | Лужні метали | Нестабільність МОП-транзистора
Розпад/деградація оксидної плівки затвора
|
| Важкі метали | Збільшений зворотний струм витоку PN-переходу
Дефекти пробою оксидної плівки затвора
Погіршення терміну служби незначного носія
Генерація дефектів збуджувального шару оксиду
| |
| Хімічне забруднення | Органічний матеріал | Дефекти пробою оксидної плівки затвора
Варіації плівки CVD (час інкубації)
Термічні зміни товщини оксидної плівки (прискорене окислення)
Виникнення помутніння (вафля, лінза, дзеркало, маска, візирна сітка)
|
| Неорганічні добавки (B, P) | МОП-транзистор Vth зрушує
Варіації опору кремнієвої підкладки та високоміцного полікремнієвого листа
| |
| Неорганічні основи (аміни, аміак) і кислоти (SOx) | Погіршення роздільної здатності хімічно підсилених резистів
Поява забруднення частинками та помутніння через утворення солі
| |
| Природні та хімічні оксидні плівки через вологу, повітря | Підвищений контактний опір
Розпад/деградація оксидної плівки затвора
| |
Зокрема, цілі процесу очищення вафель включають:
Видалення частинок: використання фізичних або хімічних методів для видалення дрібних частинок, прикріплених до поверхні пластини. Менші частинки важче видалити через сильні електростатичні сили між ними та поверхнею пластини, що вимагає спеціальної обробки.
Видалення органічних матеріалів: органічні забруднення, такі як жир і залишки фоторезисту, можуть прилипати до поверхні пластини. Ці забруднення зазвичай видаляють за допомогою сильних окислювачів або розчинників.
Видалення іонів металу: залишки іонів металу на поверхні пластини можуть погіршити електричні характеристики та навіть вплинути на наступні етапи обробки. Тому для видалення цих іонів використовуються спеціальні хімічні розчини.
Видалення оксиду: Деякі процеси вимагають, щоб поверхня пластини була вільна від шарів оксиду, наприклад оксиду кремнію. У таких випадках шари природного оксиду необхідно видалити під час певних етапів очищення.
Проблема технології очищення пластин полягає в ефективному видаленні забруднень без негативного впливу на поверхню пластини, наприклад, запобігання шорсткості поверхні, корозії чи інших фізичних пошкоджень.
2. Хід процесу очищення пластин
Процес очищення пластин зазвичай включає кілька етапів, щоб забезпечити повне видалення забруднень і отримати повністю чисту поверхню.
Малюнок: Порівняння між пакетним очищенням і очищенням однієї пластини
Типовий процес очищення пластин включає наступні основні етапи:
1. Попереднє очищення (Pre-Clean)
Метою попереднього очищення є видалення сипучих забруднень і великих частинок з поверхні пластини, що зазвичай досягається шляхом промивання деіонізованою водою (DI Water) і ультразвукового очищення. Деіонізована вода може спочатку видалити частки та розчинені домішки з поверхні пластини, тоді як ультразвукове очищення використовує ефект кавітації, щоб розірвати зв’язок між частинками та поверхнею пластини, полегшуючи їх видалення.
2. Хімічне очищення
Хімічне очищення є одним із основних кроків у процесі очищення пластин, використовуючи хімічні розчини для видалення органічних матеріалів, іонів металів і оксидів з поверхні пластини.
Видалення органічних речовин: як правило, ацетон або суміш аміаку/пероксиду (SC-1) використовується для розчинення та окислення органічних забруднень. Типовим співвідношенням для розчину SC-1 є NH₄OH
₂O₂
₂O = 1:1:5, з робочою температурою близько 20°C.
Видалення іонів металу: азотна кислота або суміші соляної кислоти/пероксиду (SC-2) використовуються для видалення іонів металу з поверхні пластини. Типовим співвідношенням для розчину SC-2 є HCl
₂O₂
₂O = 1:1:6, температура підтримується на рівні приблизно 80°C.
Видалення оксиду: у деяких процесах потрібне видалення шару природного оксиду з поверхні пластини, для чого використовується розчин фтористоводневої кислоти (HF). Типовим співвідношенням для розчину HF є HF
₂O = 1:50, і його можна використовувати при кімнатній температурі.
3. Остаточне очищення
Після хімічного очищення вафлі зазвичай проходять заключний етап очищення, щоб переконатися, що на поверхні не залишилося хімічних залишків. Для остаточного очищення в основному використовується деіонізована вода для ретельного промивання. Крім того, очищення озоновою водою (O₃/H₂O) використовується для подальшого видалення будь-яких забруднень, що залишилися, з поверхні пластини.
4. Сушка
Очищені пластини необхідно швидко висушити, щоб запобігти водяним знакам або повторному прикріпленню забруднень. Загальні методи сушіння включають сушіння віджиманням і продування азотом. Перший видаляє вологу з поверхні пластини шляхом обертання на високій швидкості, тоді як другий забезпечує повне висихання, продуваючи поверхню пластини сухим газоподібним азотом.
Забруднювач
Назва процедури очищення
Опис хімічної суміші
Хімічні речовини
| частинки | Піранья (SPM) | Сірчана кислота/перекис водню/DI вода | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Гідроксид амонію/перекис водню/DI вода | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Метали (не мідь) | SC-2 (HPM) | Соляна кислота/перекис водню/DI вода | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Піранья (SPM) | Сірчана кислота/перекис водню/DI вода | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Розбавлена плавикова кислота/діонована вода (не видаляє мідь) | HF/H2O1:50 | |
| Органіка | Піранья (SPM) | Сірчана кислота/перекис водню/DI вода | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Гідроксид амонію/перекис водню/DI вода | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Озон в деіонізованій воді | Оптимізовані суміші O3/H2O | |
| Самородний оксид | DHF | Розведена фтористоводнева кислота/DI вода | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Забуферена плавикова кислота | NH4F/HF/H2O |
3. Загальні методи очищення вафель
1. Метод очищення RCA
Метод очищення RCA є одним із найбільш класичних методів очищення пластин у напівпровідниковій промисловості, розроблений корпорацією RCA понад 40 років тому. Цей метод в основному використовується для видалення органічних забруднень і домішок іонів металів і може складатися з двох етапів: SC-1 (Стандартне очищення 1) і SC-2 (Стандартне очищення 2).
Очищення SC-1: цей етап в основному використовується для видалення органічних забруднень і часток. Розчин являє собою суміш аміаку, перекису водню та води, яка утворює тонкий шар оксиду кремнію на поверхні пластини.
Очищення SC-2: цей етап в основному використовується для видалення забруднень іонами металів за допомогою суміші соляної кислоти, перекису водню та води. Він залишає тонкий пасивуючий шар на поверхні пластини для запобігання повторному забрудненню.
2. Метод очищення Piranha (Piranha Etch Clean)
Метод очищення Piranha є високоефективною технікою для видалення органічних матеріалів із використанням суміші сірчаної кислоти та перекису водню, як правило, у співвідношенні 3:1 або 4:1. Завдяки надзвичайно сильним окислювальним властивостям цього розчину, він може видалити велику кількість органічних речовин і стійких забруднень. Цей метод вимагає суворого контролю умов, особливо щодо температури та концентрації, щоб уникнути пошкодження пластини.
Ультразвукове очищення використовує ефект кавітації, створюваний високочастотними звуковими хвилями в рідині, для видалення забруднень з поверхні пластини. Порівняно з традиційним ультразвуковим очищенням, мегазвукове очищення працює на вищій частоті, забезпечуючи більш ефективне видалення частинок субмікронного розміру, не завдаючи шкоди поверхні пластини.
4. Озонове очищення
Технологія очищення озоном використовує сильні окислювальні властивості озону для розкладання та видалення органічних забруднень з поверхні пластини, зрештою перетворюючи їх на нешкідливий вуглекислий газ і воду. Цей метод не вимагає використання дорогих хімічних реагентів і спричиняє менше забруднення навколишнього середовища, що робить його новою технологією в галузі очищення пластин.
4. Обладнання для очищення вафель
Щоб забезпечити ефективність і безпеку процесів очищення пластин, у виробництві напівпровідників використовується різноманітне сучасне очисне обладнання. До основних видів відносяться:
1. Обладнання для вологого прибирання
Обладнання для вологого прибирання включає різні занурювальні баки, баки ультразвукового очищення та центрифуги. Ці пристрої поєднують механічні сили та хімічні реагенти для видалення забруднень з поверхні пластини. Занурювальні резервуари зазвичай оснащені системами контролю температури для забезпечення стабільності та ефективності хімічних розчинів.
2. Обладнання для хімчистки
Обладнання для хімчистки в основному включає плазмові очищувачі, які використовують частинки високої енергії в плазмі для реакції та видалення залишків з поверхні пластини. Плазмова очистка особливо підходить для процесів, які вимагають збереження цілісності поверхні без додавання хімічних залишків.
3. Автоматизовані системи очищення
З постійним розширенням виробництва напівпровідників автоматизовані системи очищення стали кращим вибором для великомасштабного очищення пластин. Ці системи часто включають автоматизовані механізми перенесення, системи очищення кількох резервуарів і системи точного контролю для забезпечення стабільних результатів очищення кожної пластини.
5. Майбутні тенденції
Оскільки кількість напівпровідникових пристроїв продовжує зменшуватися, технологія очищення пластин розвивається в напрямку більш ефективних і екологічно чистих рішень. Майбутні технології очищення будуть зосереджені на:
Видалення субнанометрових частинок: існуючі технології очищення можуть впоратися з частинками нанометрового масштабу, але з подальшим зменшенням розміру пристрою видалення субнанометрових частинок стане новою проблемою.
Зелене та екологічно чисте прибирання: Зменшення використання шкідливих для навколишнього середовища хімічних речовин і розробка більш екологічно чистих методів очищення, таких як очищення озоном і очищення мегазвуком, ставатиме все більш важливим.
Більш високий рівень автоматизації та інтелекту: інтелектуальні системи дозволять контролювати та регулювати різноманітні параметри під час процесу очищення в режимі реального часу, ще більше підвищуючи ефективність очищення та ефективність виробництва.
Технологія очищення пластин, як критичний крок у виробництві напівпровідників, відіграє життєво важливу роль у забезпеченні чистоти поверхонь пластин для подальших процесів. Комбінація різних методів очищення ефективно видаляє забруднення, забезпечуючи чисту поверхню основи для наступних кроків. У міру розвитку технологій процеси очищення продовжуватимуть оптимізувати для задоволення вимог вищої точності та нижчого рівня дефектів у виробництві напівпровідників.
Час публікації: 8 жовтня 2024 р