Технология за почистване на пластини в производството на полупроводници

Технология за почистване на пластини в производството на полупроводници

Почистването на пластините е критична стъпка в целия процес на производство на полупроводници и един от ключовите фактори, които пряко влияят върху производителността на устройството и добива. По време на производството на чипове, дори и най-малкото замърсяване може да влоши характеристиките на устройството или да причини пълна повреда. В резултат на това, процеси на почистване се прилагат преди и след почти всяка производствена стъпка, за да се отстранят повърхностните замърсители и да се гарантира чистотата на пластините. Почистването е и най-честата операция в производството на полупроводници, като представлява приблизително30% от всички стъпки на процеса.

С непрекъснатото мащабиране на много мащабната интеграция (VLSI), процесните възли са напреднали до28 nm, 14 nm и повече, което води до по-висока плътност на устройствата, по-тесни ширини на линиите и все по-сложни технологични процеси. Усъвършенстваните възли са значително по-чувствителни към замърсяване, докато по-малките размери на елементите правят почистването по-трудно. Следователно, броят на стъпките за почистване продължава да нараства и почистването става по-сложно, по-критично и по-предизвикателно. Например, 90 nm чип обикновено изисква около90 стъпки за почистване, докато 20 nm чип изисква около215 стъпки за почистванеС напредването на производството към 14 nm, 10 nm и по-малки възли, броят на почистващите операции ще продължи да се увеличава.

По същество,Почистването на пластини се отнася до процеси, които използват химични обработки, газове или физични методи за отстраняване на примеси от повърхността на пластините.Замърсители като частици, метали, органични остатъци и естествени оксиди могат да повлияят неблагоприятно на производителността, надеждността и добива на устройството. Почистването служи като „мост“ между последователните етапи на производство – например преди отлагане и литография или след ецване, CMP (химико-механично полиране) и йонна имплантация. Най-общо почистването на пластини може да се раздели намокро почистванеихимическо чистене.

Мокро почистване

Мокрото почистване използва химически разтворители или дейонизирана вода (DIW) за почистване на пластини. Прилагат се два основни подхода:

• Метод на потапяне: пластините се потапят в резервоари, пълни с разтворители или директно потопена вода. Това е най-широко използваният метод, особено за възли със зрели технологии.

• Метод на пръскане: разтворители или директно промита вода (DIW) се напръскват върху въртящи се пластини, за да се отстранят примесите. Докато потапянето позволява партидна обработка на множество пластини, почистването със спрей обработва само една пластина на камера, но осигурява по-добър контрол, което го прави все по-често срещано в напредналите възли.

Химическо чистене

Както подсказва името, химическото чистене избягва разтворители или директно промиване с вода (DIW), вместо това използва газове или плазма за отстраняване на замърсители. С стремежа към усъвършенствани възли, химическото чистене придобива все по-голямо значение поради...висока прецизности ефективност срещу органични вещества, нитриди и оксиди. Това обаче изисквапо-високи инвестиции в оборудване, по-сложна операция и по-строг контрол на процеситеДруго предимство е, че химическото почистване намалява големите обеми отпадъчни води, генерирани от мокрите методи.

Често срещани техники за мокро почистване

1. Почистване с дейонизирана вода (DIW)

DIW е най-широко използваният почистващ препарат при мокро почистване. За разлика от нетретираната вода, DIW почти не съдържа проводими йони, което предотвратява корозия, електрохимични реакции или деградация на устройствата. DIW се използва главно по два начина:

1. Директно почистване на повърхността на пластината– Обикновено се извършва в режим на единична пластина с ролки, четки или разпръскващи дюзи по време на въртенето на пластината. Проблем е натрупването на електростатичен заряд, което може да предизвика дефекти. За да се смекчи това, CO₂ (а понякога и NH₃) се разтваря в DIW, за да се подобри проводимостта, без да се замърсява пластината.

2. Изплакване след химическо почистване– DIW премахва остатъчните почистващи разтвори, които биха могли да корозират пластината или да влошат производителността на устройството, ако останат върху повърхността.

2. Почистване с HF (флуороводородна киселина)

HF е най-ефективният химикал за отстраняванеслоеве от естествен оксид (SiO₂)върху силициеви пластини и е втори по важност след DIW. Той също така разтваря прикрепените метали и потиска повторното окисление. HF ецването обаче може да направи повърхностите на пластините грапави и нежелано да атакува определени метали. За да се решат тези проблеми, подобрените методи разреждат HF, добавят окислители, повърхностноактивни вещества или комплексообразуващи агенти за повишаване на селективността и намаляване на замърсяването.

3. SC1 Почистване (Стандартно почистване 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 е рентабилен и високоефективен метод за премахванеорганични остатъци, частици и някои металиМеханизмът комбинира окислителното действие на H₂O₂ и разтварящия ефект на NH₄OH. Той също така отблъсква частиците чрез електростатични сили, а ултразвуковата/мегазвукова помощ допълнително подобрява ефективността. SC1 обаче може да направи повърхностите на пластините грапави, което изисква внимателна оптимизация на химичните съотношения, контрол на повърхностното напрежение (чрез повърхностноактивни вещества) и хелатиращи агенти за потискане на повторното отлагане на метала.

4. SC2 Почистване (Стандартно почистване 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 допълва SC1 чрез премахванеметални замърсителиСилната му способност за комплексообразуване превръща окислените метали в разтворими соли или комплекси, които се отмиват. Докато SC1 е ефективен за органични вещества и частици, SC2 е особено ценен за предотвратяване на адсорбцията на метали и осигуряване на ниско метално замърсяване.

5. Почистване с O₃ (озон)

Озоновото почистване се използва главно запремахване на органична материяидезинфекцираща DIWO₃ действа като силен окислител, но може да причини повторно отлагане, така че често се комбинира с HF. Оптимизацията на температурата е от решаващо значение, тъй като разтворимостта на O₃ във вода намалява при по-високи температури. За разлика от дезинфектантите на хлорна основа (неприемливи в полупроводниковите фабрики), O₃ се разлага на кислород, без да замърсява DIW системите.

6. Почистване с органични разтворители

В някои специализирани процеси се използват органични разтворители, когато стандартните методи за почистване са недостатъчни или неподходящи (например, когато трябва да се избегне образуването на оксиди).

Заключение

Почистването на вафлите енай-често повтаряната стъпкав производството на полупроводници и пряко влияе върху добива и надеждността на устройството. С преминаването къмпо-големи пластини и по-малки геометрии на устройствата, изискванията за чистота на повърхността на пластините, химично състояние, грапавост и дебелина на оксида стават все по-строги.

Тази статия разглежда както зрели, така и усъвършенствани технологии за почистване на пластини, включително DIW, HF, SC1, SC2, O₃ и методи с органични разтворители, заедно с техните механизми, предимства и ограничения. И от дветеикономически и екологични перспективи, непрекъснатите подобрения в технологията за почистване на пластини са от съществено значение за посрещане на изискванията на модерното производство на полупроводници.