Mitrā tīrīšana (Wet Clean) ir viens no svarīgākajiem pusvadītāju ražošanas procesu posmiem, kura mērķis ir noņemt dažādus piesārņotājus no vafeles virsmas, lai nodrošinātu, ka nākamos procesa posmus var veikt uz tīras virsmas.
Tā kā pusvadītāju ierīču izmērs turpina samazināties un precizitātes prasības pieaug, plākšņu tīrīšanas procesu tehniskās prasības ir kļuvušas arvien stingrākas. Pat mazākās daļiņas, organiskie materiāli, metāla joni vai oksīda atlikumi uz plākšņu virsmas var būtiski ietekmēt ierīces veiktspēju, tādējādi ietekmējot pusvadītāju ierīču ražību un uzticamību.
Vafeļu tīrīšanas pamatprincipi
Vafeļu tīrīšanas pamatā ir dažādu piesārņotāju efektīva noņemšana no vafeļu virsmas, izmantojot fizikālas, ķīmiskas un citas metodes, lai nodrošinātu, ka vafelei ir tīra virsma, kas piemērota turpmākai apstrādei.
Piesārņojuma veids
Galvenā ietekme uz ierīces raksturlielumiem
| raksta piesārņojums | Raksta defekti
Jonu implantācijas defekti
Izolācijas plēves sabrukšanas defekti
| |
| Metāla piesārņojums | Sārmu metāli | MOS tranzistora nestabilitāte
Vārtu oksīda plēves sadalīšanās/degradācija
|
| Smagie metāli | Palielināta PN savienojuma apgrieztā noplūdes strāva
Vārtu oksīda plēves sabrukšanas defekti
Mazākuma nesēja kalpošanas laika degradācija
Oksīda ierosmes slāņa defektu ģenerēšana
| |
| Ķīmiskais piesārņojums | Organiskais materiāls | Vārtu oksīda plēves sabrukšanas defekti
CVD plēves variācijas (inkubācijas laiki)
Termiskās oksīda plēves biezuma variācijas (paātrināta oksidēšanās)
Miglas rašanās (plāksne, lēca, spogulis, maska, tīkliņš)
|
| Neorganiskie piemaisījumi (B, P) | MOS tranzistora V nobīdes
Si substrāts un augstas pretestības poli-silīcija loksnes pretestības variācijas
| |
| Neorganiskās bāzes (amīni, amonjaks) un skābes (SOx) | Ķīmiski pastiprinātu rezistoru izšķirtspējas pasliktināšanās
Daļiņu piesārņojuma un dūmu rašanās sāls veidošanās dēļ
| |
| Dabiskās un ķīmiskās oksīda plēves mitruma, gaisa ietekmē | Paaugstināta kontakta pretestība
Vārtu oksīda plēves sadalīšanās/degradācija
| |
Konkrēti, vafeļu tīrīšanas procesa mērķi ir šādi:
Daļiņu noņemšana: Izmantojot fizikālas vai ķīmiskas metodes, lai noņemtu mazas daļiņas, kas pielipušas pie plāksnītes virsmas. Mazākas daļiņas ir grūtāk noņemt spēcīgo elektrostatisko spēku dēļ starp tām un plāksnītes virsmu, tāpēc nepieciešama īpaša apstrāde.
Organisko materiālu noņemšana: Uz plāksnītes virsmas var pielipt organiskie piesārņotāji, piemēram, tauki un fotorezista atlikumi. Šos piesārņotājus parasti noņem, izmantojot spēcīgus oksidētājus vai šķīdinātājus.
Metāla jonu noņemšana: Metāla jonu atlikumi uz vafeles virsmas var pasliktināt elektrisko veiktspēju un pat ietekmēt turpmākos apstrādes posmus. Tāpēc šo jonu noņemšanai tiek izmantoti īpaši ķīmiskie šķīdumi.
Oksīda noņemšana: Dažos procesos ir nepieciešams, lai vafeļu virsma būtu brīva no oksīda slāņiem, piemēram, silīcija oksīda. Šādos gadījumos dabisko oksīda slāņi ir jānoņem noteiktu tīrīšanas darbību laikā.
Vafeļu tīrīšanas tehnoloģijas izaicinājums ir efektīva piesārņotāju noņemšana, negatīvi neietekmējot vafeļu virsmu, piemēram, novēršot virsmas raupjumu, koroziju vai citus fiziskus bojājumus.
2. Vafeļu tīrīšanas procesa plūsma
Plākšņu tīrīšanas process parasti ietver vairākus soļus, lai nodrošinātu pilnīgu piesārņotāju noņemšanu un pilnībā tīras virsmas sasniegšanu.
Attēls: Salīdzinājums starp partiju tipa un vienas vafeles tīrīšanu
Tipisks plātņu tīrīšanas process ietver šādus galvenos soļus:
1. Iepriekšēja tīrīšana (iepriekšēja tīrīšana)
Priekštīrīšanas mērķis ir noņemt no plāksnes virsmas irdenos piesārņotājus un lielas daļiņas, ko parasti panāk, skalojot ar dejonizētu ūdeni (DI ūdeni) un tīrot ar ultraskaņu. Dejonizēts ūdens sākotnēji var noņemt daļiņas un izšķīdušos piemaisījumus no plāksnes virsmas, savukārt ultraskaņas tīrīšana izmanto kavitācijas efektus, lai pārrautu saiti starp daļiņām un plāksnes virsmu, atvieglojot to atdalīšanu.
2. Ķīmiskā tīrīšana
Ķīmiskā tīrīšana ir viens no galvenajiem vafeļu tīrīšanas procesa posmiem, kurā, izmantojot ķīmiskos šķīdumus, no vafeļu virsmas tiek noņemti organiskie materiāli, metāla joni un oksīdi.
Organisko materiālu noņemšana: Parasti organisko piesārņotāju izšķīdināšanai un oksidēšanai izmanto acetonu vai amonjaka/peroksīda maisījumu (SC-1). Tipiska SC-1 šķīduma attiecība ir NH₄OH.
₂O₂
₂O = 1:1:5, ar darba temperatūru aptuveni 20°C.
Metāla jonu noņemšana: Metāla jonu noņemšanai no vafeļu virsmas izmanto slāpekļskābes vai sālsskābes/peroksīda maisījumus (SC-2). Tipiskā SC-2 šķīduma attiecība ir HCl.
₂O₂
₂O = 1:1:6, temperatūrai esot aptuveni 80°C.
Oksīda noņemšana: Dažos procesos ir nepieciešams noņemt dabisko oksīda slāni no vafeļu virsmas, un šim nolūkam tiek izmantots fluorūdeņražskābes (HF) šķīdums. Tipiska HF šķīduma attiecība ir HF
₂O = 1:50, un to var lietot istabas temperatūrā.
3. Pēdējā tīrīšana
Pēc ķīmiskās tīrīšanas vafeļu plāksnes parasti tiek pakļautas galīgajai tīrīšanai, lai nodrošinātu, ka uz virsmas nepaliek ķīmiskas atliekas. Galīgajā tīrīšanā galvenokārt tiek izmantots dejonizēts ūdens rūpīgai skalošanai. Turklāt, lai no vafeļu virsmas vēl vairāk noņemtu atlikušos piesārņotājus, tiek izmantota ozona ūdens tīrīšana (O₃/H₂O).
4. Žāvēšana
Notīrītās plāksnes ir ātri jāizžāvē, lai novērstu ūdens traipu veidošanos vai piesārņotāju atkārtotu pielipšanu. Izplatītākās žāvēšanas metodes ietver centrifūgas žāvēšanu un slāpekļa attīrīšanu. Pirmā metode noņem mitrumu no plāksnes virsmas, griežot lielā ātrumā, bet otrā nodrošina pilnīgu žāvēšanu, pūšot sausu slāpekļa gāzi pāri plāksnes virsmai.
Piesārņotājs
Tīrīšanas procedūras nosaukums
Ķīmiskā maisījuma apraksts
Ķīmiskās vielas
| Daļiņas | Piranja (SPM) | Sērskābe/ūdeņraža peroksīds/destilēts ūdens | H₂SO₄/H₂O₂/H₂O 3–4:1; 90 °C |
| SC-1 (APM) | Amonija hidroksīds/ūdeņraža peroksīds/destilēts ūdens | NH₂OH/H₂O₂/H₂O 1:4:20; 80°C | |
| Metāli (izņemot varu) | SC-2 (HPM) | Sālsskābe/ūdeņraža peroksīds/destilēts ūdens | HCl/H₂O₂/H₂O1:1:6; 85°C |
| Piranja (SPM) | Sērskābe/ūdeņraža peroksīds/destilēts ūdens | H₂SO₄/H₂O₂/H₂O₃-4:1; 90°C | |
| DHF | Atšķaidīta fluorūdeņražskābe/dejonizēts ūdens (neizņems varu) | HF/H2O1:50 | |
| Organiskās vielas | Piranja (SPM) | Sērskābe/ūdeņraža peroksīds/destilēts ūdens | H₂SO₄/H₂O₂/H₂O 3–4:1; 90 °C |
| SC-1 (APM) | Amonija hidroksīds/ūdeņraža peroksīds/destilēts ūdens | NH₂OH/H₂O₂/H₂O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozons dejonizētā ūdenī | O3/H2O optimizēti maisījumi | |
| Dzimtais oksīds | DHF | Atšķaidīta fluorūdeņražskābe/DI ūdens | HF/H₂O 1:100 |
| BHF | Buferēta fluorūdeņražskābe | NH4F/HF/H2O |
3. Izplatītākās vafeļu tīrīšanas metodes
1. RCA tīrīšanas metode
RCA tīrīšanas metode ir viena no klasiskākajām pusvadītāju nozares plākšņu tīrīšanas metodēm, ko RCA Corporation izstrādāja pirms vairāk nekā 40 gadiem. Šo metodi galvenokārt izmanto organisko piesārņotāju un metālu jonu piemaisījumu noņemšanai, un to var veikt divos posmos: SC-1 (standarta tīrīšana 1) un SC-2 (standarta tīrīšana 2).
SC-1 tīrīšana: Šo soli galvenokārt izmanto organisko piesārņotāju un daļiņu noņemšanai. Šķīdums ir amonjaka, ūdeņraža peroksīda un ūdens maisījums, kas uz plāksnes virsmas veido plānu silīcija oksīda slāni.
SC-2 tīrīšana: Šo darbību galvenokārt izmanto, lai noņemtu metāla jonu piesārņotājus, izmantojot sālsskābes, ūdeņraža peroksīda un ūdens maisījumu. Tas uz plāksnes virsmas atstāj plānu pasivācijas slāni, lai novērstu atkārtotu piesārņojumu.
2. Piranjas tīrīšanas metode (Piranha Etch Clean)
Piranha tīrīšanas metode ir ļoti efektīva organisko materiālu noņemšanas metode, izmantojot sērskābes un ūdeņraža peroksīda maisījumu, parasti attiecībā 3:1 vai 4:1. Pateicoties šī šķīduma ārkārtīgi spēcīgajām oksidatīvajām īpašībām, tas var noņemt lielu daudzumu organisko vielu un spītīgus piesārņotājus. Šī metode prasa stingru apstākļu kontroli, jo īpaši attiecībā uz temperatūru un koncentrāciju, lai nesabojātu plāksni.
Ultraskaņas tīrīšanā tiek izmantots kavitācijas efekts, ko rada augstas frekvences skaņas viļņi šķidrumā, lai noņemtu piesārņotājus no plāksnes virsmas. Salīdzinot ar tradicionālo ultraskaņas tīrīšanu, megazoniskā tīrīšana darbojas augstākā frekvencē, ļaujot efektīvāk noņemt submikrona izmēra daļiņas, nebojājot plāksnes virsmu.
4. Ozona tīrīšana
Ozona tīrīšanas tehnoloģija izmanto ozona spēcīgās oksidējošās īpašības, lai sadalītu un noņemtu organiskos piesārņotājus no plāksnīšu virsmas, galu galā pārvēršot tos nekaitīgā oglekļa dioksīdā un ūdenī. Šī metode neprasa dārgu ķīmisko reaģentu izmantošanu un rada mazāku vides piesārņojumu, padarot to par jaunu tehnoloģiju plāksnīšu tīrīšanas jomā.
4. Vafeļu tīrīšanas procesa iekārtas
Lai nodrošinātu vafeļu tīrīšanas procesu efektivitāti un drošību, pusvadītāju ražošanā tiek izmantotas dažādas modernas tīrīšanas iekārtas. Galvenie veidi ir:
1. Mitrās tīrīšanas iekārtas
Mitrās tīrīšanas iekārtas ietver dažādas iegremdēšanas tvertnes, ultraskaņas tīrīšanas tvertnes un centrifūgas. Šīs ierīces apvieno mehāniskos spēkus un ķīmiskos reaģentus, lai noņemtu piesārņotājus no vafeļu virsmas. Iegremdēšanas tvertnes parasti ir aprīkotas ar temperatūras kontroles sistēmām, lai nodrošinātu ķīmisko šķīdumu stabilitāti un efektivitāti.
2. Ķīmiskās tīrīšanas iekārtas
Ķīmiskās tīrīšanas iekārtas galvenokārt ietver plazmas tīrīšanas iekārtas, kas izmanto plazmas augstas enerģijas daļiņas, lai reaģētu ar vafeļu virsmu un noņemtu no tās atlikumus. Plazmas tīrīšana ir īpaši piemērota procesiem, kuros nepieciešams saglabāt virsmas integritāti, neieviešot ķīmiskus atlikumus.
3. Automatizētās tīrīšanas sistēmas
Līdz ar pusvadītāju ražošanas nepārtraukto paplašināšanos, automatizētas tīrīšanas sistēmas ir kļuvušas par vēlamo izvēli liela mēroga vafeļu tīrīšanai. Šīs sistēmas bieži ietver automatizētus pārneses mehānismus, vairāku tvertņu tīrīšanas sistēmas un precīzas vadības sistēmas, lai nodrošinātu vienmērīgus tīrīšanas rezultātus katrai vafelei.
5. Nākotnes tendences
Tā kā pusvadītāju ierīču izmērs turpina samazināties, plākšņu tīrīšanas tehnoloģijas attīstās, virzoties uz efektīvākiem un videi draudzīgākiem risinājumiem. Nākotnes tīrīšanas tehnoloģijas būs vērstas uz:
Daļiņu noņemšana no zemnanometra izmēra: Esošās tīrīšanas tehnoloģijas var apstrādāt nanometru mēroga daļiņas, taču, samazinoties ierīces izmēram, daļiņu noņemšana no zemnanometra izmēra kļūs par jaunu izaicinājumu.
Zaļa un videi draudzīga tīrīšana: Arvien svarīgāka kļūs videi kaitīgu ķīmisko vielu lietošanas samazināšana un videi draudzīgāku tīrīšanas metožu, piemēram, ozona tīrīšanas un megazona tīrīšanas, izstrāde.
Augstāks automatizācijas un intelekta līmenis: Inteliģentas sistēmas ļaus reāllaikā uzraudzīt un pielāgot dažādus parametrus tīrīšanas procesa laikā, vēl vairāk uzlabojot tīrīšanas efektivitāti un ražošanas lietderību.
Plākšņu tīrīšanas tehnoloģija, kas ir kritisks solis pusvadītāju ražošanā, spēlē būtisku lomu, lai nodrošinātu tīras plākšņu virsmas turpmākajiem procesiem. Dažādu tīrīšanas metožu kombinācija efektīvi noņem piesārņotājus, nodrošinot tīru substrāta virsmu nākamajiem posmiem. Tehnoloģijām attīstoties, tīrīšanas procesi tiks turpināti optimizēti, lai apmierinātu prasības pēc augstākas precizitātes un zemāka defektu līmeņa pusvadītāju ražošanā.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 8. oktobris