Технологія очищення пластин у виробництві напівпровідників

Технологія очищення пластин у виробництві напівпровідників

Очищення пластин є критично важливим кроком у всьому процесі виробництва напівпровідників і одним з ключових факторів, що безпосередньо впливають на продуктивність пристрою та виробничий потенціал. Під час виготовлення мікросхем навіть найменше забруднення може погіршити характеристики пристрою або призвести до повного виходу з ладу. Як результат, процеси очищення застосовуються до та після майже кожного етапу виробництва, щоб видалити поверхневі забруднення та забезпечити чистоту пластин. Очищення також є найчастішою операцією у виробництві напівпровідників, що становить приблизно30% усіх етапів процесу.

З безперервним масштабуванням дуже великомасштабної інтеграції (НВЛІ), вузли процесу просунулися до28 нм, 14 нм і далі, що призводить до вищої щільності пристроїв, вужчої ширини ліній та дедалі складніших технологічних процесів. Розширені вузли значно чутливіші до забруднення, тоді як менші розміри елементів ускладнюють очищення. Отже, кількість етапів очищення продовжує зростати, і очищення стає складнішим, критичнішим та більш вимогливим. Наприклад, для 90-нм чіпа зазвичай потрібно близько90 кроків очищення, тоді як для 20-нм чіпа потрібно близько215 кроків очищенняУ міру переходу виробництва до 14 нм, 10 нм та менших вузлів, кількість операцій очищення продовжуватиме зростати.

По суті,Очищення пластин стосується процесів, які використовують хімічну обробку, гази або фізичні методи для видалення домішок з поверхні пластини.Такі забруднювачі, як частинки, метали, органічні залишки та природні оксиди, можуть негативно впливати на продуктивність, надійність та вихід пристрою. Очищення служить «мостом» між послідовними етапами виготовлення, наприклад, перед осадженням та літографією, або після травлення, хіміко-механічного полірування (ХМП) та іонної імплантації. У загальному випадку очищення пластин можна розділити навологе прибиранняіхімчистка.

Вологе прибирання

Для вологого очищення пластин використовуються хімічні розчинники або деіонізована вода (DIW). Застосовуються два основні підходи:

• Метод занурення: пластини занурюють у резервуари, заповнені розчинниками або дільною водою. Це найпоширеніший метод, особливо для вузлів зрілих технологій.

• Метод розпилення: розчинники або дисперсійна вода (DIW) розпилюються на обертові пластини для видалення домішок. Хоча занурення дозволяє пакетну обробку кількох пластин, розпилювальне очищення обробляє лише одну пластину на камеру, але забезпечує кращий контроль, що робить його все більш поширеним у складних вузлах.

Хімчистка

Як випливає з назви, хімчистка не використовує розчинники або дисперсійну воду, натомість використовуються гази або плазма для видалення забруднень. Зі зміщенням удосконалених вузлів хімчистка набуває все більшого значення завдяки своїмвисока точністьта ефективність проти органічних речовин, нітридів та оксидів. Однак це вимагаєбільші інвестиції в обладнання, складніша експлуатація та суворіший контроль процесівЩе однією перевагою є те, що хімічне чищення зменшує великі обсяги стічних вод, що утворюються при мокрих методах.

Поширені методи вологого прибирання

1. Очищення деіонізованою водою (DIW)

DIW – це найпоширеніший засіб для чищення у вологому прибиранні. На відміну від необробленої води, DIW майже не містить провідних іонів, що запобігає корозії, електрохімічним реакціям або деградації пристроїв. DIW в основному використовується двома способами:

1. Безпосереднє очищення поверхні пластини– Зазвичай виконується в режимі окремої пластини за допомогою роликів, щіток або розпилювальних форсунок під час обертання пластини. Проблемою є накопичення електростатичного заряду, яке може спричинити дефекти. Щоб зменшити це, CO₂ (а іноді NH₃) розчиняють у діоксиду натрію (DIW) для покращення провідності без забруднення пластини.

2. Ополіскування після хімічного чищення– DIW видаляє залишки мийних розчинів, які в іншому випадку можуть призвести до корозії пластини або погіршення продуктивності пристрою, якщо залишаться на поверхні.

2. Очищення плавиковою кислотою (HF)

HF є найефективнішою хімічною речовиною для видаленняшари природного оксиду (SiO₂)на кремнієвих пластинах і за важливістю поступається лише DIW. Він також розчиняє прикріплені метали та пригнічує повторне окислення. Однак травлення HF може зробити поверхні пластин шорсткими та небажано агресивними для певних металів. Для вирішення цих проблем удосконалені методи розбавляють HF, додають окислювачі, поверхнево-активні речовини або комплексоутворювачі для підвищення селективності та зменшення забруднення.

3. Очищення SC1 (Стандартне очищення 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 – це економічно ефективний та високоефективний метод видаленняорганічні залишки, частинки та деякі металиМеханізм поєднує окислювальну дію H₂O₂ та розчиняючу дію NH₄OH. Він також відштовхує частинки за допомогою електростатичних сил, а ультразвукова/мегазвукова допомога ще більше підвищує ефективність. Однак SC1 може робити поверхні пластин шорсткими, що вимагає ретельної оптимізації хімічних співвідношень, контролю поверхневого натягу (за допомогою поверхнево-активних речовин) та хелатуючих агентів для придушення повторного осадження металу.

4. Очищення SC2 (стандартне очищення 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 доповнює SC1, видаляючиметалеві забруднювачіЙого сильна здатність до комплексоутворення перетворює окислені метали на розчинні солі або комплекси, які змиваються. Хоча SC1 ефективний для органічних речовин і твердих частинок, SC2 особливо цінний для запобігання адсорбції металів і забезпечення низького забруднення металами.

5. Очищення O₃ (озоном)

Озонове очищення в основному використовується длявидалення органічних речовинідезінфекція DIWO₃ діє як сильний окислювач, але може спричиняти повторне осадження, тому його часто поєднують з HF. Оптимізація температури є критично важливою, оскільки розчинність O₃ у воді зменшується за вищих температур. На відміну від дезінфікуючих засобів на основі хлору (неприйнятних у виробництві напівпровідників), O₃ розкладається на кисень, не забруднюючи системи діпо-вакуації.

6. Очищення органічними розчинниками

У деяких спеціалізованих процесах органічні розчинники використовуються там, де стандартні методи очищення недостатні або непридатні (наприклад, коли необхідно уникнути утворення оксидів).

Висновок

Очищення пластин - ценайчастіше повторюваний кроку виробництві напівпровідників та безпосередньо впливає на продуктивність і надійність пристроїв. З переходом добільші пластини та менші геометрії пристроїв, вимоги до чистоти поверхні пластин, хімічного стану, шорсткості та товщини оксиду стають дедалі суворішими.

У цій статті розглянуто як зрілі, так і передові технології очищення пластин, включаючи DIW, HF, SC1, SC2, O₃ та методи з використанням органічних розчинників, а також їхні механізми, переваги та обмеження. З обохекономічні та екологічні перспективи, постійне вдосконалення технології очищення пластин є важливим для задоволення потреб передового виробництва напівпровідників.