Mokré čistenie (Wet Clean) je jedným z kritických krokov v procesoch výroby polovodičov zameraných na odstránenie rôznych kontaminantov z povrchu doštičky, aby sa zabezpečilo, že následné kroky procesu možno vykonať na čistom povrchu.
Keďže veľkosť polovodičových zariadení sa neustále zmenšuje a požiadavky na presnosť sa zvyšujú, technické požiadavky na procesy čistenia doštičiek sú čoraz prísnejšie. Dokonca aj tie najmenšie častice, organické materiály, kovové ióny alebo zvyšky oxidov na povrchu doštičky môžu výrazne ovplyvniť výkon zariadenia, a tým ovplyvniť výťažnosť a spoľahlivosť polovodičových zariadení.
Základné princípy čistenia oblátok
Jadrom čistenia plátku je účinné odstránenie rôznych nečistôt z povrchu plátku pomocou fyzikálnych, chemických a iných metód, aby sa zabezpečilo, že plátok bude mať čistý povrch vhodný na následné spracovanie.
Typ kontaminácie
Hlavné vplyvy na vlastnosti zariadenia
| článok Kontaminácia | Chyby vzoru
Poruchy implantácie iónov
Poruchy rozpadu izolačnej fólie
| |
| Kovová kontaminácia | Alkalické kovy | Nestabilita tranzistora MOS
Rozpad/degradácia oxidového filmu brány
|
| Ťažké kovy | Zvýšený spätný únikový prúd PN prechodu
Poruchy rozpadu bránového oxidového filmu
Degradácia životnosti menšinového nosiča
Generovanie defektov oxidovej excitačnej vrstvy
| |
| Chemická kontaminácia | Organický materiál | Poruchy rozpadu bránového oxidového filmu
Variácie CVD filmu (inkubačné časy)
Zmeny hrúbky filmu tepelného oxidu (zrýchlená oxidácia)
Výskyt zákalu (platnička, šošovka, zrkadlo, maska, zameriavací kríž)
|
| Anorganické dopujúce látky (B, P) | MOS tranzistor V. posuny
Variácie odolnosti Si substrátu a vysoko odolného polysilikónového listu
| |
| Anorganické zásady (amíny, amoniak) a kyseliny (SOx) | Degradácia rozlišovacej schopnosti chemicky zosilnených rezistov
Výskyt kontaminácie časticami a zákalu v dôsledku tvorby soli
| |
| Natívne a chemické oxidové filmy v dôsledku vlhkosti, vzduchu | Zvýšený kontaktný odpor
Rozpad/degradácia oxidového filmu brány
| |
Konkrétne ciele procesu čistenia plátkov zahŕňajú:
Odstraňovanie častíc: Pomocou fyzikálnych alebo chemických metód odstráňte malé častice prichytené na povrchu plátku. Menšie častice sa ťažšie odstraňujú kvôli silným elektrostatickým silám medzi nimi a povrchom plátku, čo si vyžaduje špeciálne ošetrenie.
Odstránenie organického materiálu: Organické kontaminanty, ako sú mastnota a zvyšky fotorezistov, sa môžu prilepiť na povrch plátku. Tieto kontaminanty sa typicky odstraňujú použitím silných oxidačných činidiel alebo rozpúšťadiel.
Odstraňovanie kovových iónov: Zvyšky kovových iónov na povrchu plátku môžu zhoršiť elektrický výkon a dokonca ovplyvniť následné kroky spracovania. Preto sa na odstránenie týchto iónov používajú špecifické chemické roztoky.
Odstraňovanie oxidov: Niektoré procesy vyžadujú, aby bol povrch plátku zbavený oxidových vrstiev, ako je oxid kremičitý. V takýchto prípadoch je potrebné počas určitých čistiacich krokov odstrániť prírodné oxidové vrstvy.
Výzva technológie čistenia plátkov spočíva v účinnom odstraňovaní kontaminantov bez nepriaznivého ovplyvnenia povrchu plátku, ako je zabránenie zdrsnenia povrchu, korózie alebo iného fyzického poškodenia.
2. Priebeh procesu čistenia plátkov
Proces čistenia plátku zvyčajne zahŕňa viacero krokov na zabezpečenie úplného odstránenia kontaminantov a dosiahnutie úplne čistého povrchu.
Obrázok: Porovnanie medzi dávkovým čistením a čistením jednej doštičky
Typický proces čistenia plátkov zahŕňa tieto hlavné kroky:
1. Predčistenie (Predčistenie)
Účelom predčistenia je odstrániť voľné nečistoty a veľké častice z povrchu plátku, čo sa zvyčajne dosahuje oplachovaním deionizovanou vodou (DI voda) a čistením ultrazvukom. Deionizovaná voda môže spočiatku odstraňovať častice a rozpustené nečistoty z povrchu plátku, zatiaľ čo ultrazvukové čistenie využíva kavitačné efekty na prerušenie väzby medzi časticami a povrchom plátku, čo uľahčuje ich uvoľnenie.
2. Chemické čistenie
Chemické čistenie je jedným zo základných krokov v procese čistenia plátku, pričom sa používajú chemické roztoky na odstránenie organických materiálov, kovových iónov a oxidov z povrchu plátku.
Odstraňovanie organického materiálu: Na rozpustenie a oxidáciu organických kontaminantov sa zvyčajne používa acetón alebo zmes amoniaku a peroxidu (SC-1). Typický pomer pre roztok SC-1 je NH4OH
₂O₂
₂O = 1:1:5, s pracovnou teplotou okolo 20°C.
Odstraňovanie kovových iónov: Kyselina dusičná alebo zmes kyseliny chlorovodíkovej/peroxidu (SC-2) sa používa na odstránenie kovových iónov z povrchu plátku. Typický pomer pre roztok SC-2 je HCl
₂O₂
₂O = 1:1:6, pričom teplota sa udržiava na približne 80 °C.
Odstraňovanie oxidov: V niektorých procesoch sa vyžaduje odstránenie natívnej oxidovej vrstvy z povrchu plátku, na čo sa používa roztok kyseliny fluorovodíkovej (HF). Typický pomer pre roztok HF je HF
₂O = 1:50 a možno ho použiť pri izbovej teplote.
3. Záverečné čistenie
Po chemickom čistení sa oblátky zvyčajne podrobia konečnému čisteniu, aby sa zabezpečilo, že na povrchu nezostanú žiadne chemické zvyšky. Finálne čistenie využíva hlavne deionizovanú vodu na dôkladné opláchnutie. Okrem toho sa používa čistenie ozónovou vodou (O₃/H2O) na ďalšie odstránenie akýchkoľvek zostávajúcich kontaminantov z povrchu plátku.
4. Sušenie
Vyčistené doštičky sa musia rýchlo vysušiť, aby sa zabránilo vzniku vodotlače alebo opätovnému prichyteniu nečistôt. Bežné spôsoby sušenia zahŕňajú odstredivé sušenie a preplachovanie dusíkom. Prvý z nich odstraňuje vlhkosť z povrchu plátku odstreďovaním pri vysokých rýchlostiach, zatiaľ čo druhý zabezpečuje úplné vysušenie fúkaním suchého dusíka cez povrch plátku.
Kontaminant
Názov postupu čistenia
Popis chemickej zmesi
Chemikálie
| Častice | piranha (SPM) | Kyselina sírová/peroxid vodíka/DI voda | H2S04/H202/H20 3-4:1; 90 °C |
| SC-1 (APM) | Hydroxid amónny/peroxid vodíka/DI voda | NH4OH/H202/H20 1:4:20; 80 °C | |
| Kovy (nie meď) | SC-2 (HPM) | Kyselina chlorovodíková/peroxid vodíka/DI voda | HCl/H202/H201:1:6; 85 °C |
| piranha (SPM) | Kyselina sírová/peroxid vodíka/DI voda | H2S04/H202/H203-4:1; 90 °C | |
| DHF | Zriedená kyselina fluorovodíková/DI voda (neodstráni meď) | HF/H201:50 | |
| Organické látky | piranha (SPM) | Kyselina sírová/peroxid vodíka/DI voda | H2S04/H202/H20 3-4:1; 90 °C |
| SC-1 (APM) | Hydroxid amónny/peroxid vodíka/DI voda | NH4OH/H202/H20 1:4:20; 80 °C | |
| DIO3 | Ozón v deionizovanej vode | O3/H2O optimalizované zmesi | |
| Natívny oxid | DHF | Zriedená kyselina fluorovodíková/DI voda | HF/H20 1:100 |
| BHF | Pufrovaná kyselina fluorovodíková | NH4F/HF/H20 |
3. Bežné metódy čistenia plátkov
1. Metóda čistenia RCA
Metóda čistenia RCA je jednou z najklasickejších techník čistenia doštičiek v polovodičovom priemysle, ktorú vyvinula spoločnosť RCA Corporation pred viac ako 40 rokmi. Táto metóda sa primárne používa na odstránenie organických kontaminantov a nečistôt z kovových iónov a možno ju dokončiť v dvoch krokoch: SC-1 (Standard Clean 1) a SC-2 (Standard Clean 2).
Čistenie SC-1: Tento krok sa používa hlavne na odstránenie organických nečistôt a častíc. Roztok je zmesou amoniaku, peroxidu vodíka a vody, ktorá vytvára na povrchu plátku tenkú vrstvu oxidu kremičitého.
Čistenie SC-2: Tento krok sa primárne používa na odstránenie nečistôt z kovových iónov pomocou zmesi kyseliny chlorovodíkovej, peroxidu vodíka a vody. Na povrchu plátku zanecháva tenkú pasivačnú vrstvu, aby sa zabránilo opätovnej kontaminácii.
2. Metóda čistenia pirane (Piranha Etch Clean)
Metóda čistenia Piranha je vysoko efektívna technika na odstraňovanie organických materiálov pomocou zmesi kyseliny sírovej a peroxidu vodíka, typicky v pomere 3:1 alebo 4:1. Vďaka mimoriadne silným oxidačným vlastnostiam tohto roztoku dokáže odstrániť veľké množstvo organických látok a odolných nečistôt. Táto metóda vyžaduje prísnu kontrolu podmienok, najmä pokiaľ ide o teplotu a koncentráciu, aby sa zabránilo poškodeniu plátku.
Ultrazvukové čistenie využíva kavitačný efekt generovaný vysokofrekvenčnými zvukovými vlnami v kvapaline na odstránenie nečistôt z povrchu plátku. V porovnaní s tradičným ultrazvukovým čistením funguje megasonické čistenie s vyššou frekvenciou, čo umožňuje efektívnejšie odstraňovanie čiastočiek submikrónovej veľkosti bez toho, aby došlo k poškodeniu povrchu plátku.
4. Čistenie ozónom
Technológia čistenia ozónom využíva silné oxidačné vlastnosti ozónu na rozklad a odstraňovanie organických kontaminantov z povrchu plátku, v konečnom dôsledku ich premieňa na neškodný oxid uhličitý a vodu. Táto metóda nevyžaduje použitie drahých chemických činidiel a spôsobuje menšie znečistenie životného prostredia, čo z nej robí novú technológiu v oblasti čistenia plátkov.
4. Zariadenie na čistenie plátkov
Na zabezpečenie účinnosti a bezpečnosti procesov čistenia doštičiek sa pri výrobe polovodičov používa množstvo pokročilých čistiacich zariadení. Medzi hlavné typy patria:
1. Zariadenia na mokré čistenie
Zariadenia na mokré čistenie zahŕňajú rôzne ponorné nádrže, ultrazvukové čistiace nádrže a odstredivé sušiče. Tieto zariadenia kombinujú mechanické sily a chemické činidlá na odstránenie kontaminantov z povrchu plátku. Ponorné nádrže sú zvyčajne vybavené systémami regulácie teploty na zabezpečenie stability a účinnosti chemických roztokov.
2. Zariadenia na chemické čistenie
Medzi zariadenia na chemické čistenie patria najmä plazmové čističe, ktoré využívajú vysokoenergetické častice v plazme na reakciu a odstránenie zvyškov z povrchu plátku. Plazmové čistenie je obzvlášť vhodné pre procesy, ktoré vyžadujú zachovanie celistvosti povrchu bez vnášania chemických zvyškov.
3. Automatizované čistiace systémy
S neustálym rozširovaním výroby polovodičov sa automatizované čistiace systémy stali preferovanou voľbou pre čistenie doštičiek vo veľkom meradle. Tieto systémy často zahŕňajú automatizované prenosové mechanizmy, čistiace systémy s viacerými nádržami a presné riadiace systémy na zabezpečenie konzistentných výsledkov čistenia pre každý plátok.
5. Budúce trendy
Ako sa polovodičové zariadenia neustále zmenšujú, technológia čistenia doštičiek sa vyvíja smerom k efektívnejším a ekologickejším riešeniam. Budúce technológie čistenia sa zamerajú na:
Odstraňovanie subnanometrových častíc: Existujúce čistiace technológie dokážu zvládnuť častice v nanometrovom meradle, ale s ďalším zmenšením veľkosti zariadenia sa odstraňovanie subnanometrových častíc stane novou výzvou.
Ekologické a ekologické čistenie: Znižovanie používania chemikálií škodlivých pre životné prostredie a vývoj ekologickejších čistiacich metód, ako je čistenie ozónom a megasonické čistenie, bude čoraz dôležitejšie.
Vyššie úrovne automatizácie a inteligencie: Inteligentné systémy umožnia monitorovanie a úpravu rôznych parametrov počas procesu čistenia v reálnom čase, čím sa ďalej zlepší účinnosť čistenia a efektivita výroby.
Technológia čistenia plátkov, ako kritický krok vo výrobe polovodičov, zohráva zásadnú úlohu pri zabezpečovaní čistých povrchov plátkov pre následné procesy. Kombinácia rôznych čistiacich metód účinne odstraňuje nečistoty a poskytuje čistý povrch substrátu pre ďalšie kroky. Ako technológia napreduje, čistiace procesy sa budú naďalej optimalizovať, aby spĺňali požiadavky na vyššiu presnosť a nižšiu chybovosť pri výrobe polovodičov.
Čas odoslania: október-08-2024