Mitrā tīrīšana (Wet Clean) ir viens no kritiskajiem soļiem pusvadītāju ražošanas procesos, kura mērķis ir noņemt dažādus piesārņotājus no vafeles virsmas, lai nodrošinātu, ka turpmākās procesa darbības var veikt uz tīras virsmas.
Tā kā pusvadītāju ierīču izmērs turpina samazināties un precizitātes prasības pieaug, vafeļu tīrīšanas procesu tehniskās prasības ir kļuvušas arvien stingrākas. Pat mazākās daļiņas, organiskie materiāli, metālu joni vai oksīdu atlikumi uz vafeļu virsmas var būtiski ietekmēt ierīces veiktspēju, tādējādi ietekmējot pusvadītāju ierīču ražīgumu un uzticamību.
Vafeļu tīrīšanas pamatprincipi
Vafeļu tīrīšanas pamatā ir dažādu piesārņotāju efektīva noņemšana no vafeļu virsmas, izmantojot fizikālās, ķīmiskās un citas metodes, lai nodrošinātu, ka vafelei ir tīra virsma, kas piemērota turpmākai apstrādei.
Piesārņojuma veids
Galvenā ietekme uz ierīces raksturlielumiem
| raksts Piesārņojums | Modeļa 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 reversās noplūdes strāva
Vārtu oksīda plēves sabrukšanas defekti
Mazākuma pārvadātāja kalpošanas laika degradācija
Oksīda ierosmes slāņa defektu rašanās
| |
| Ķīmiskais piesārņojums | Organiskais materiāls | Vārtu oksīda plēves sabrukšanas defekti
CVD plēves variācijas (inkubācijas laiki)
Termiskā oksīda plēves biezuma izmaiņas (paātrināta oksidācija)
Miglas parādīšanās (vafele, lēca, spogulis, maska, tīklojums)
|
| Neorganiskās piedevas (B, P) | MOS tranzistors V. nobīde
Si substrāta un augstas pretestības polisilīcija loksnes pretestības variācijas
| |
| Neorganiskās bāzes (amīni, amonjaks) un skābes (SOx) | Ķīmiski pastiprinātu rezistentu izšķirtspējas pasliktināšanās
Daļiņu piesārņojums un miglas rašanās sāls veidošanās dēļ
| |
| Vietējās un ķīmiskās oksīda plēves mitruma un gaisa dēļ | Paaugstināta kontaktu pretestība
Vārtu oksīda plēves sadalīšanās/degradācija
| |
Konkrēti, vafeļu tīrīšanas procesa mērķi ir:
Daļiņu noņemšana: izmantojot fizikālas vai ķīmiskas metodes, lai noņemtu mazas daļiņas, kas pievienotas vafeles virsmai. Mazākas daļiņas ir grūtāk noņemt spēcīgu elektrostatisko spēku dēļ starp tām un vafeles virsmu, tādēļ ir nepieciešama īpaša apstrāde.
Organisko materiālu noņemšana: Organiskie piesārņotāji, piemēram, tauki un fotorezista atlikumi, var pielipt pie vafeļu virsmas. Šos piesārņotājus parasti noņem, izmantojot spēcīgus oksidētājus vai šķīdinātājus.
Metāla jonu noņemšana: metāla jonu atlikumi uz vafeļu virsmas var pasliktināt elektrisko veiktspēju un pat ietekmēt turpmākos apstrādes posmus. Tāpēc šo jonu noņemšanai tiek izmantoti īpaši ķīmiski šķīdumi.
Oksīda noņemšana: Dažos procesos vafeļu virsmai jābūt brīvai no oksīda slāņiem, piemēram, silīcija oksīda. Šādos gadījumos, veicot noteiktas tīrīšanas darbības, ir jānoņem dabīgā oksīda slāņi.
Vafeļu tīrīšanas tehnoloģijas izaicinājums ir efektīvi noņemt piesārņotājus, negatīvi neietekmējot vafeļu virsmu, piemēram, novēršot virsmas raupjumu, koroziju vai citus fiziskus bojājumus.
2. Vafeļu tīrīšanas procesa plūsma
Vafeļu tīrīšanas process parasti ietver vairākus posmus, lai nodrošinātu pilnīgu piesārņotāju noņemšanu un pilnībā tīru virsmu.
Attēls: partijas tipa un vienas plāksnītes tīrīšanas salīdzinājums
Tipisks vafeļu tīrīšanas process ietver šādas galvenās darbības:
1. Iepriekšēja tīrīšana (iepriekšēja tīrīšana)
Iepriekšējās tīrīšanas mērķis ir noņemt vaļējus piesārņotājus un lielas daļiņas no vafeļu virsmas, ko parasti panāk ar dejonizēta ūdens (DI Water) skalošanu un ultraskaņas tīrīšanu. Dejonizēts ūdens sākotnēji var noņemt daļiņas un izšķīdušos piemaisījumus no vafeļu virsmas, savukārt ultraskaņas tīrīšana izmanto kavitācijas efektus, lai pārtrauktu saikni starp daļiņām un vafeles virsmu, padarot tās vieglāk izkustināmas.
2. Ķīmiskā tīrīšana
Ķīmiskā tīrīšana ir viens no galvenajiem soļiem vafeļu tīrīšanas procesā, izmantojot ķīmiskos šķīdumus, lai no vafeļu virsmas noņemtu organiskos materiālus, metāla jonus un oksīdus.
Organisko materiālu noņemšana: Parasti organisko piesārņotāju šķīdināšanai un oksidēšanai izmanto acetonu vai amonjaka/peroksīda maisījumu (SC-1). Tipiskā attiecība SC-1 šķīdumam ir NH₄OH
₂O2
₂O = 1:1:5, ar darba temperatūru aptuveni 20°C.
Metāla jonu noņemšana: Slāpekļskābes vai sālsskābes/peroksīda maisījumus (SC-2) izmanto, lai noņemtu metāla jonus no plāksnītes virsmas. Tipiskā attiecība SC-2 šķīdumam ir HCl
₂O2
₂O = 1:1:6, uzturot temperatūru aptuveni 80°C.
Oksīda noņemšana: dažos procesos no vafeles virsmas ir jānoņem dabīgais oksīda slānis, kam izmanto fluorūdeņražskābes (HF) šķīdumu. Tipiskā HF šķīduma attiecība ir HF
₂O = 1:50, un to var lietot istabas temperatūrā.
3. Galīgā tīrīšana
Pēc ķīmiskās tīrīšanas vafeles parasti veic pēdējo tīrīšanas posmu, lai nodrošinātu, ka uz virsmas nepaliek ķīmiskas atliekas. Galīgajā tīrīšanā rūpīgai skalošanai galvenokārt izmanto dejonizētu ūdeni. Turklāt tiek izmantota ozona ūdens tīrīšana (O₃/H2O), lai vēl vairāk noņemtu visus atlikušos piesārņotājus no vafeļu virsmas.
4. Žāvēšana
Iztīrītās vafeles ātri jāizžāvē, lai novērstu ūdenszīmju veidošanos vai piesārņotāju atkārtotu pielipšanu. Parastās žāvēšanas metodes ietver žāvēšanu ar centrifūgu un slāpekļa attīrīšanu. Pirmais noņem mitrumu no vafeles virsmas, griežot lielos ātrumos, bet otrais nodrošina pilnīgu žāvēšanu, izpūšot sausu slāpekļa gāzi pa vafeles virsmu.
Piesārņotājs
Tīrīšanas procedūras nosaukums
Ķīmiskā maisījuma apraksts
Ķimikālijas
| Daļiņas | Piranha (SPM) | Sērskābe/ūdeņraža peroksīds/DI ūdens | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonija hidroksīds/ūdeņraža peroksīds/DI ūdens | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Metāli (ne varš) | SC-2 (HPM) | Sālsskābe/ūdeņraža peroksīds/DI ūdens | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Sērskābe/ūdeņraža peroksīds/DI ūdens | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Atšķaidīt fluorūdeņražskābi/DI ūdeni (neatbrīvos varu) | HF/H2O1:50 | |
| Organika | Piranha (SPM) | Sērskābe/ūdeņraža peroksīds/DI ūdens | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonija hidroksīds/ūdeņraža peroksīds/DI ūdens | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozons dejonizētā ūdenī | O3/H2O optimizēti maisījumi | |
| Vietējais oksīds | DHF | Atšķaida fluorūdeņražskābi/DI ūdeni | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Buferētā fluorūdeņražskābe | NH4F/HF/H2O |
3. Izplatītākās vafeļu tīrīšanas metodes
1. RCA tīrīšanas metode
RCA tīrīšanas metode ir viena no klasiskākajām vafeļu tīrīšanas metodēm pusvadītāju nozarē, ko RCA Corporation izstrādājusi pirms vairāk nekā 40 gadiem. Šo metodi galvenokārt izmanto organisko piesārņotāju un metāla jonu piemaisījumu noņemšanai, un to var pabeigt divos posmos: SC-1 (standarta tīrīšana 1) un SC-2 (standarta tīrīšana 2).
SC-1 tīrīšana: šo darbību galvenokārt izmanto organisko piesārņotāju un daļiņu noņemšanai. Šķīdums ir amonjaka, ūdeņraža peroksīda un ūdens maisījums, kas uz vafeles 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 atstāj plānu pasivācijas slāni uz vafeļu virsmas, lai novērstu atkārtotu piesārņojumu.
2. Piranha tīrīšanas metode (Piranha Etch Clean)
Piranha tīrīšanas metode ir ļoti efektīvs paņēmiens organisko materiālu atdalīšanai, 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 noturīgus piesārņotājus. Šī metode prasa stingru apstākļu kontroli, jo īpaši temperatūras un koncentrācijas ziņā, lai izvairītos no vafeles sabojāšanas.
Ultraskaņas tīrīšana izmanto kavitācijas efektu, ko rada augstas frekvences skaņas viļņi šķidrumā, lai noņemtu piesārņotājus no vafeļu virsmas. Salīdzinot ar tradicionālo ultraskaņas tīrīšanu, megasonic tīrīšana darbojas ar augstāku frekvenci, ļaujot efektīvāk noņemt submikrona izmēra daļiņas, nesabojājot vafeles virsmu.
4. Ozona tīrīšana
Ozona tīrīšanas tehnoloģija izmanto ozona spēcīgās oksidējošās īpašības, lai sadalītos un noņemtu organiskos piesārņotājus no vafeļu virsmas, galu galā pārvēršot tos nekaitīgā oglekļa dioksīdā un ūdenī. Šī metode neprasa izmantot dārgus ķīmiskos reaģentus un rada mazāku vides piesārņojumu, padarot to par jaunu tehnoloģiju vafeļu tīrīšanas jomā.
4. Vafeļu tīrīšanas procesa aprīkojums
Lai nodrošinātu vafeļu tīrīšanas procesu efektivitāti un drošību, pusvadītāju ražošanā tiek izmantotas dažādas modernas tīrīšanas iekārtas. Galvenie veidi ietver:
1. Mitrās tīrīšanas aprīkojums
Mitrās tīrīšanas aprīkojumā ietilpst dažādas iegremdēšanas tvertnes, ultraskaņas tīrīšanas tvertnes un centrifūgas. Šīs ierīces apvieno mehāniskos spēkus un ķīmiskos reaģentus, lai noņemtu piesārņotājus no vafeļu virsmas. Iegremdējamās 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 tīrītājus, kas izmanto augstas enerģijas daļiņas plazmā, lai reaģētu ar vafeļu virsmu un noņemtu no tās atlikumus. Plazmas tīrīšana ir īpaši piemērota procesiem, kuros nepieciešams saglabāt virsmas integritāti, neievadot ķīmiskās atliekas.
3. Automatizētās tīrīšanas sistēmas
Nepārtraukti paplašinot pusvadītāju ražošanu, automatizētās tīrīšanas sistēmas ir kļuvušas par vēlamo izvēli liela mēroga vafeļu tīrīšanai. Šīs sistēmas bieži ietver automatizētus pārsūtīšanas mehānismus, vairāku tvertņu tīrīšanas sistēmas un precīzas kontroles sistēmas, lai nodrošinātu konsekventus tīrīšanas rezultātus katrai vafelei.
5. Nākotnes tendences
Tā kā pusvadītāju ierīces turpina sarukt, vafeļu tīrīšanas tehnoloģija attīstās uz efektīvākiem un videi draudzīgākiem risinājumiem. Nākotnes tīrīšanas tehnoloģijas koncentrēsies uz:
Subnanometra daļiņu noņemšana: esošās tīrīšanas tehnoloģijas var apstrādāt nanometru mēroga daļiņas, taču, turpmāk samazinot ierīces izmēru, subnanometra daļiņu noņemšana kļūs par jaunu izaicinājumu.
Zaļā un videi draudzīga tīrīšana: arvien svarīgāka kļūs videi kaitīgu ķīmisko vielu izmantošanas samazināšana un videi draudzīgāku tīrīšanas metožu izstrāde, piemēram, tīrīšana ar ozonu un megasonic tīrīšanu.
Augstāks automatizācijas un inteliģences līmenis: viedās sistēmas ļaus reāllaikā uzraudzīt un pielāgot dažādus parametrus tīrīšanas procesa laikā, vēl vairāk uzlabojot tīrīšanas efektivitāti un ražošanas efektivitāti.
Vafeļu tīrīšanas tehnoloģijai, kas ir kritisks solis pusvadītāju ražošanā, ir būtiska nozīme, lai nodrošinātu tīras vafeļu virsmas turpmākajiem procesiem. Dažādu tīrīšanas metožu kombinācija efektīvi noņem piesārņotājus, nodrošinot tīru pamatnes virsmu turpmākajām darbībām. Tehnoloģijām attīstoties, tīrīšanas procesi turpinās optimizēt, lai apmierinātu prasības pēc augstākas precizitātes un mazāka defektu līmeņa pusvadītāju ražošanā.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 8. oktobris