Мокрото почистване (Wet Clean) е една от критичните стъпки в процесите на производство на полупроводници, насочена към отстраняване на различни замърсители от повърхността на пластината, за да се гарантира, че следващите стъпки на процеса могат да бъдат извършени върху чиста повърхност.
Тъй като размерът на полупроводниковите устройства продължава да намалява и изискванията за точност се увеличават, техническите изисквания на процесите за почистване на пластини стават все по-строги. Дори и най-малките частици, органични материали, метални йони или остатъци от оксид върху повърхността на пластината могат значително да повлияят на производителността на устройството, като по този начин повлияят на добива и надеждността на полупроводниковите устройства.
Основни принципи на почистване на вафли
Ядрото на почистването на вафлата се крие в ефективното отстраняване на различни замърсители от повърхността на вафлата чрез физични, химически и други методи, за да се гарантира, че вафлата има чиста повърхност, подходяща за последваща обработка.
Тип на замърсяване
Основни влияния върху характеристиките на устройството
| статия Замърсяване | Дефекти на модела
Дефекти на йонна имплантация
Дефекти при разрушаване на изолационния филм
| |
| Метално замърсяване | Алкални метали | Нестабилност на MOS транзистора
Разрушаване/разграждане на оксидния филм на вратата
|
| Тежки метали | Повишен обратен ток на утечка на PN преход
Дефекти при разпадане на оксидния филм на вратата
Влошаване на живота на малцинствения носител
Генериране на дефекти в оксидния възбуждащ слой
| |
| Химическо замърсяване | Органичен материал | Дефекти при разпадане на оксидния филм на вратата
Вариации на CVD филма (инкубационни времена)
Вариации на дебелината на термичния оксиден филм (ускорено окисление)
Поява на мъгла (вафла, леща, огледало, маска, мерна мрежа)
|
| Неорганични добавки (B, P) | MOS транзистор Vth смени
Вариации в съпротивлението на Si субстрат и полисилициев лист с висока устойчивост
| |
| Неорганични основи (амини, амоняк) и киселини (SOx) | Влошаване на разделителната способност на химически усилени резисти
Поява на замърсяване с частици и мъгла поради генериране на сол
| |
| Естествени и химически оксидни филми, дължащи се на влага, въздух | Повишена контактна устойчивост
Разрушаване/разграждане на оксидния филм на вратата
| |
По-конкретно, целите на процеса на почистване на вафли включват:
Отстраняване на частици: Използване на физически или химически методи за отстраняване на малки частици, прикрепени към повърхността на вафлата. По-малките частици се отстраняват по-трудно поради силните електростатични сили между тях и повърхността на вафлата, което изисква специална обработка.
Отстраняване на органичен материал: Органични замърсители, като остатъци от грес и фоторезист, могат да полепнат по повърхността на вафлата. Тези замърсители обикновено се отстраняват с помощта на силни окислители или разтворители.
Отстраняване на метални йони: Остатъците от метални йони по повърхността на пластината могат да влошат електрическите характеристики и дори да повлияят на следващите стъпки на обработка. Поради това се използват специфични химически разтвори за отстраняване на тези йони.
Отстраняване на оксид: Някои процеси изискват повърхността на вафлата да не съдържа оксидни слоеве, като например силициев оксид. В такива случаи естествените оксидни слоеве трябва да бъдат отстранени по време на определени стъпки на почистване.
Предизвикателството на технологията за почистване на пластини се крие в ефективното премахване на замърсителите, без да се засяга неблагоприятно повърхността на пластините, като например предотвратяване на грапавост на повърхността, корозия или други физически повреди.
2. Поток на процеса на почистване на вафли
Процесът на почистване на вафли обикновено включва множество стъпки, за да се осигури пълно отстраняване на замърсителите и постигане на напълно чиста повърхност.
Фигура: Сравнение между почистване от партиден тип и почистване с единична пластина
Типичният процес на почистване на вафли включва следните основни стъпки:
1. Предварително почистване (Pre-Clean)
Целта на предварителното почистване е да се отстранят свободни замърсители и големи частици от повърхността на вафлата, което обикновено се постига чрез изплакване с дейонизирана вода (DI вода) и ултразвуково почистване. Дейонизираната вода може първоначално да отстрани частици и разтворени примеси от повърхността на вафлата, докато ултразвуковото почистване използва кавитационни ефекти, за да разруши връзката между частиците и повърхността на вафлата, което ги прави по-лесни за отстраняване.
2. Химическо почистване
Химическото почистване е една от основните стъпки в процеса на почистване на пластини, като се използват химически разтвори за отстраняване на органични материали, метални йони и оксиди от повърхността на пластините.
Отстраняване на органични материали: Обикновено ацетон или смес от амоняк/пероксид (SC-1) се използва за разтваряне и окисляване на органични замърсители. Типичното съотношение за разтвор SC-1 е NH₄OH
₂O₂
₂O = 1:1:5, с работна температура около 20°C.
Отстраняване на метални йони: азотна киселина или смеси от солна киселина/пероксид (SC-2) се използват за отстраняване на метални йони от повърхността на пластината. Типичното съотношение за разтвор на SC-2 е HCl
₂O₂
₂O = 1:1:6, като температурата се поддържа при приблизително 80°C.
Отстраняване на оксид: При някои процеси се изисква отстраняване на естествения оксиден слой от повърхността на пластината, за което се използва разтвор на флуороводородна киселина (HF). Типичното съотношение за HF разтвор е HF
₂O = 1:50 и може да се използва при стайна температура.
3. Окончателно почистване
След химическо почистване вафлите обикновено се подлагат на последна стъпка на почистване, за да се гарантира, че на повърхността не остават химически остатъци. Окончателното почистване използва главно дейонизирана вода за цялостно изплакване. Освен това се използва почистване с вода с озон (O₃/H₂O) за допълнително отстраняване на всички останали замърсители от повърхността на вафлата.
4. Изсушаване
Почистените вафли трябва да се изсушат бързо, за да се предотвратят водни знаци или повторно закрепване на замърсители. Обичайните методи за сушене включват центрофугиране и продухване с азот. Първият премахва влагата от повърхността на вафлата чрез въртене при високи скорости, докато вторият осигурява пълно изсъхване чрез издухване на сух азотен газ през повърхността на вафлата.
Замърсител
Име на процедурата за почистване
Описание на химичната смес
Химикали
| частици | Пираня (SPM) | Сярна киселина/водороден прекис/DI вода | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Амониев хидроксид/водороден пероксид/DI вода | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Метали (не мед) | SC-2 (HPM) | Солна киселина/водороден прекис/DI вода | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Пираня (SPM) | Сярна киселина/водороден прекис/DI вода | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Разредена флуороводородна киселина/DI вода (няма да премахне медта) | HF/H2O1:50 | |
| Органични | Пираня (SPM) | Сярна киселина/водороден прекис/DI вода | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Амониев хидроксид/водороден пероксид/DI вода | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Озон в дейонизирана вода | O3/H2O оптимизирани смеси | |
| Природен оксид | DHF | Разредена флуороводородна киселина/DI вода | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Буферирана флуороводородна киселина | NH4F/HF/H2O |
3. Обичайни методи за почистване на вафли
1. RCA метод за почистване
RCA методът за почистване е една от най-класическите техники за почистване на пластини в полупроводниковата индустрия, разработена от RCA Corporation преди повече от 40 години. Този метод се използва предимно за отстраняване на органични замърсители и примеси от метални йони и може да се извърши в две стъпки: SC-1 (Стандартно почистване 1) и SC-2 (Стандартно почистване 2).
SC-1 Почистване: Тази стъпка се използва главно за отстраняване на органични замърсители и частици. Разтворът е смес от амоняк, водороден пероксид и вода, която образува тънък слой силициев оксид върху повърхността на вафлата.
SC-2 Почистване: Тази стъпка се използва предимно за отстраняване на замърсители с метални йони, като се използва смес от солна киселина, водороден пероксид и вода. Оставя тънък пасивиращ слой върху повърхността на вафлата, за да предотврати повторно замърсяване.
2. Метод за почистване на Piranha (Piranha Etch Clean)
Методът за почистване на Piranha е високоефективна техника за отстраняване на органични материали, като се използва смес от сярна киселина и водороден пероксид, обикновено в съотношение 3:1 или 4:1. Благодарение на изключително силните окислителни свойства на този разтвор, той може да премахне голямо количество органична материя и упорити замърсители. Този метод изисква строг контрол на условията, особено по отношение на температура и концентрация, за да се избегне повреда на пластината.
Ултразвуковото почистване използва ефекта на кавитация, генериран от високочестотни звукови вълни в течност, за да премахне замърсителите от повърхността на вафлата. В сравнение с традиционното ултразвуково почистване, мегазвуковото почистване работи на по-висока честота, което позволява по-ефективно отстраняване на частици с размер под микрон, без да причинява увреждане на повърхността на пластината.
4. Почистване с озон
Технологията за почистване с озон използва силните окислителни свойства на озона, за да разложи и отстрани органичните замърсители от повърхността на вафлата, като в крайна сметка ги превръща в безвреден въглероден диоксид и вода. Този метод не изисква използването на скъпи химически реагенти и причинява по-малко замърсяване на околната среда, което го прави нововъзникваща технология в областта на почистването на пластини.
4. Оборудване за процес на почистване на вафли
За да се гарантира ефективността и безопасността на процесите за почистване на пластини, в производството на полупроводници се използва разнообразно усъвършенствано почистващо оборудване. Основните видове включват:
1. Оборудване за мокро почистване
Оборудването за мокро почистване включва различни резервоари за потапяне, резервоари за ултразвуково почистване и центрофуги. Тези устройства комбинират механични сили и химически реагенти за отстраняване на замърсителите от повърхността на вафлата. Потопяемите резервоари обикновено са оборудвани със системи за контрол на температурата, за да се гарантира стабилността и ефективността на химическите разтвори.
2. Оборудване за химическо чистене
Оборудването за химическо чистене включва главно плазмени почистващи препарати, които използват високоенергийни частици в плазмата, за да реагират и да отстранят остатъците от повърхността на вафлата. Плазменото почистване е особено подходящо за процеси, които изискват поддържане целостта на повърхността без въвеждане на химически остатъци.
3. Автоматизирани системи за почистване
С непрекъснатото разширяване на производството на полупроводници автоматизираните почистващи системи се превърнаха в предпочитан избор за широкомащабно почистване на пластини. Тези системи често включват автоматизирани механизми за прехвърляне, системи за почистване с множество резервоари и системи за прецизен контрол, за да осигурят постоянни резултати от почистването за всяка пластина.
5. Бъдещи тенденции
Тъй като полупроводниковите устройства продължават да намаляват, технологията за почистване на пластини се развива към по-ефективни и екологични решения. Бъдещите технологии за почистване ще се фокусират върху:
Отстраняване на субнанометрови частици: Съществуващите почистващи технологии могат да се справят с частици с нанометров мащаб, но с по-нататъшното намаляване на размера на устройството премахването на субнанометрови частици ще се превърне в ново предизвикателство.
Зелено и екологично почистване: Намаляването на употребата на вредни за околната среда химикали и разработването на по-екологични методи за почистване, като почистване с озон и мегазонично почистване, ще става все по-важно.
По-високи нива на автоматизация и интелигентност: Интелигентните системи ще позволят наблюдение в реално време и регулиране на различни параметри по време на процеса на почистване, като допълнително подобряват ефективността на почистване и ефективността на производството.
Технологията за почистване на пластини, като критична стъпка в производството на полупроводници, играе жизненоважна роля за осигуряване на чисти повърхности на пластини за последващи процеси. Комбинацията от различни методи за почистване ефективно премахва замърсителите, осигурявайки чиста повърхност на субстрата за следващите стъпки. С напредването на технологиите процесите на почистване ще продължат да се оптимизират, за да отговорят на изискванията за по-висока прецизност и по-ниски нива на дефекти в производството на полупроводници.
Време на публикуване: 8 октомври 2024 г