Vafeļu tīrīšanas tehnoloģija pusvadītāju ražošanā

Vafeļu tīrīšanas tehnoloģija pusvadītāju ražošanā

Plākšņu tīrīšana ir kritisks solis visā pusvadītāju ražošanas procesā un viens no galvenajiem faktoriem, kas tieši ietekmē ierīces veiktspēju un ražošanas apjomu. Mikroshēmu ražošanas laikā pat vismazākais piesārņojums var pasliktināt ierīces īpašības vai izraisīt pilnīgu kļūmi. Tā rezultātā gandrīz pirms katra ražošanas posma un pēc tā tiek piemēroti tīrīšanas procesi, lai noņemtu virsmas piesārņotājus un nodrošinātu plākšņu tīrību. Tīrīšana ir arī visbiežākā darbība pusvadītāju ražošanā, veidojot aptuveni30% no visiem procesa posmiem.

Pateicoties ļoti liela mēroga integrācijas (VLSI) nepārtrauktai mērogošanai, procesa mezgli ir attīstījušies līdz28 nm, 14 nm un tālāk, veicinot lielāku ierīču blīvumu, šaurāku līniju platumu un arvien sarežģītākas procesu plūsmas. Uzlaboti mezgli ir ievērojami jutīgāki pret piesārņojumu, savukārt mazāki elementu izmēri apgrūtina tīrīšanu. Līdz ar to tīrīšanas darbību skaits turpina pieaugt, un tīrīšana ir kļuvusi sarežģītāka, kritiskāka un izaicinošāka. Piemēram, 90 nm mikroshēmai parasti nepieciešams apmēram90 tīrīšanas soļi, savukārt 20 nm mikroshēmai nepieciešams aptuveni215 tīrīšanas soļiRažošanai attīstoties līdz 14 nm, 10 nm un mazākiem mezgliem, tīrīšanas darbību skaits turpinās pieaugt.

Būtībā,Vafeļu tīrīšana attiecas uz procesiem, kuros izmanto ķīmiskas apstrādes, gāzes vai fizikālas metodes, lai noņemtu piemaisījumus no vafeļu virsmas.Piesārņotāji, piemēram, daļiņas, metāli, organiskās atliekas un dabiskie oksīdi, var negatīvi ietekmēt ierīces veiktspēju, uzticamību un ražību. Tīrīšana kalpo kā “tilts” starp secīgiem ražošanas posmiem, piemēram, pirms nogulsnēšanas un litogrāfijas vai pēc kodināšanas, ķīmiskās mehāniskās pulēšanas (ĶMP) un jonu implantācijas. Plašāk vafeļu tīrīšanu var iedalītmitrā tīrīšanaunķīmiskā tīrīšana.

Mitrā tīrīšana

Mitrā tīrīšanā vafeļu tīrīšanai tiek izmantoti ķīmiskie šķīdinātāji vai dejonizēts ūdens (DIW). Tiek izmantotas divas galvenās pieejas:

• Iegremdēšanas metode: vafeles tiek iegremdētas tvertnēs, kas piepildītas ar šķīdinātājiem vai DIW. Šī ir visplašāk izmantotā metode, īpaši nobriedušu tehnoloģiju mezglos.

• Izsmidzināšanas metodeŠķīdinātājus vai denaturētu ūdeni (DIW) izsmidzina uz rotējošām plāksnēm, lai noņemtu piemaisījumus. Lai gan iegremdēšana ļauj apstrādāt vairākas plāksnītes partijās, tīrīšana ar izsmidzināšanu apstrādā tikai vienu plāksni katrā kamerā, bet nodrošina labāku kontroli, padarot to arvien izplatītāku modernos mezglos.

Ķīmiskā tīrīšana

Kā jau nosaukums norāda, ķīmiskajā tīrīšanā netiek izmantoti šķīdinātāji vai denaturēti ūdens šķīdinātāji (DIW), bet piesārņotāju noņemšanai tiek izmantotas gāzes vai plazma. Līdz ar modernāku mezglu ieviešanu ķīmiskā tīrīšana kļūst arvien svarīgāka tās īpašību dēļ.augsta precizitāteun efektivitāti pret organiskajām vielām, nitrīdiem un oksīdiem. Tomēr tas prasalielākas investīcijas iekārtās, sarežģītāka darbība un stingrāka procesa kontroleVēl viena priekšrocība ir tā, ka ķīmiskā tīrīšana samazina lielos notekūdeņu apjomus, kas rodas, izmantojot mitrās tīrīšanas metodes.

Izplatītas mitrās tīrīšanas metodes

1. DIW (dejonizēta ūdens) tīrīšana

DIW ir visplašāk izmantotais tīrīšanas līdzeklis mitrajā tīrīšanā. Atšķirībā no neattīrīta ūdens, DIW gandrīz nesatur vadošus jonus, kas novērš koroziju, elektroķīmiskās reakcijas vai ierīces degradāciju. DIW galvenokārt tiek izmantots divos veidos:

1. Tieša vafeļu virsmas tīrīšana– Parasti veic vienas plāksnes režīmā ar veltņiem, otām vai smidzināšanas sprauslām plāksnes rotācijas laikā. Problēma ir elektrostatiskā lādiņa uzkrāšanās, kas var izraisīt defektus. Lai to mazinātu, CO₂ (un dažreiz NH₃) tiek izšķīdināts denaturētajā ūdenī, lai uzlabotu vadītspēju, nepiesārņojot plāksni.

2. Skalošana pēc ķīmiskās tīrīšanas– DIW noņem atlikušos tīrīšanas līdzekļus, kas citādi varētu korodēt plāksni vai pasliktināt ierīces veiktspēju, ja tie paliktu uz virsmas.

2. HF (fluorūdeņražskābes) tīrīšana

HF ir visefektīvākā ķīmiskā viela noņemšanaidabīgie oksīda slāņi (SiO₂)uz silīcija plāksnēm un pēc svarīguma ir otrais aiz DIW. Tā arī izšķīdina pievienotos metālus un nomāc atkārtotu oksidēšanos. Tomēr HF kodināšana var padarīt plāksnīšu virsmas raupjas un nevēlami ietekmēt noteiktus metālus. Lai risinātu šīs problēmas, uzlabotas metodes atšķaida HF, pievieno oksidētājus, virsmaktīvās vielas vai kompleksus veidojošus līdzekļus, lai uzlabotu selektivitāti un samazinātu piesārņojumu.

3. SC1 tīrīšana (standarta tīrīšana 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 ir izmaksu ziņā efektīva un ļoti efektīva noņemšanas metodeorganiskās atliekas, daļiņas un daži metāliMehānisms apvieno H₂O₂ oksidējošo darbību un NH₄OH šķīdinošo iedarbību. Tas arī atgrūž daļiņas, izmantojot elektrostatiskos spēkus, un ultraskaņas/megasoniskā palīdzība vēl vairāk uzlabo efektivitāti. Tomēr SC1 var padarīt raupjas plākšņu virsmas, kam nepieciešama rūpīga ķīmisko attiecību optimizācija, virsmas spraiguma kontrole (izmantojot virsmaktīvās vielas) un helātu veidojošie līdzekļi, lai nomāktu metālu atkārtotu nogulsnēšanos.

4. SC2 tīrīšana (standarta tīrīšana 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 papildina SC1, noņemotmetāliski piesārņotājiTā spēcīgā kompleksu veidošanas spēja pārvērš oksidētos metālus šķīstošos sāļos vai kompleksos, kas tiek noskaloti. Lai gan SC1 ir efektīvs organiskajām vielām un daļiņām, SC2 ir īpaši vērtīgs metālu adsorbcijas novēršanai un zema metālu piesārņojuma nodrošināšanai.

5. O₃ (ozona) tīrīšana

Ozona tīrīšana galvenokārt tiek izmantotaorganisko vielu noņemšanaunDIW dezinfekcijaO₃ darbojas kā spēcīgs oksidētājs, bet var izraisīt atkārtotu nogulsnēšanos, tāpēc to bieži kombinē ar HF. Temperatūras optimizācija ir kritiski svarīga, jo O₃ šķīdība ūdenī augstākā temperatūrā samazinās. Atšķirībā no dezinfekcijas līdzekļiem uz hlora bāzes (kas nav pieņemami pusvadītāju rūpnīcās), O₃ sadalās skābeklī, nepiesārņojot DIW sistēmas.

6. Tīrīšana ar organiskajiem šķīdinātājiem

Dažos specializētos procesos organiskos šķīdinātājus izmanto, ja standarta tīrīšanas metodes ir nepietiekamas vai nepiemērotas (piemēram, ja jāizvairās no oksīdu veidošanās).

Secinājums

Vafeļu tīrīšana irvisbiežāk atkārtotais solispusvadītāju ražošanā un tieši ietekmē ražu un ierīču uzticamību. Virzoties uzlielākas plāksnes un mazākas ierīču ģeometrijasPrasības attiecībā uz vafeļu virsmas tīrību, ķīmisko stāvokli, raupjumu un oksīda biezumu kļūst arvien stingrākas.

Šajā rakstā ir apskatītas gan nobriedušas, gan uzlabotas vafeļu tīrīšanas tehnoloģijas, tostarp DIW, HF, SC1, SC2, O₃ un organisko šķīdinātāju metodes, kā arī to mehānismi, priekšrocības un ierobežojumi. No abiem avotiem...ekonomiskās un vides perspektīvas, nepārtraukti uzlabojumi vafeļu tīrīšanas tehnoloģijā ir būtiski, lai apmierinātu progresīvas pusvadītāju ražošanas prasības.