Technológia čistenia doštičiek vo výrobe polovodičov

Technológia čistenia doštičiek vo výrobe polovodičov

Čistenie doštičiek je kritickým krokom v celom procese výroby polovodičov a jedným z kľúčových faktorov, ktoré priamo ovplyvňujú výkon zariadenia a výťažnosť výroby. Počas výroby čipov môže aj najmenšia kontaminácia zhoršiť vlastnosti zariadenia alebo spôsobiť úplné zlyhanie. V dôsledku toho sa čistiace procesy aplikujú takmer pred a po každom výrobnom kroku, aby sa odstránili povrchové nečistoty a zabezpečila čistota doštičiek. Čistenie je tiež najčastejšou operáciou pri výrobe polovodičov a predstavuje približne30 % všetkých krokov procesu.

S neustálym škálovaním integrácie vo veľmi veľkom meradle (VLSI) sa procesné uzly posunuli k28 nm, 14 nm a viac, čo vedie k vyššej hustote zariadení, užším šírkam čiar a čoraz komplexnejším procesným tokom. Pokročilé uzly sú výrazne citlivejšie na kontamináciu, zatiaľ čo menšie veľkosti prvkov sťažujú čistenie. V dôsledku toho počet krokov čistenia neustále rastie a čistenie sa stalo zložitejším, kritickejším a náročnejším. Napríklad 90 nm čip zvyčajne vyžaduje približne90 krokov čistenia, zatiaľ čo 20 nm čip vyžaduje približne215 krokov čisteniaS postupným prechodom výroby na 14 nm, 10 nm a menšie uzly sa počet čistiacich operácií bude neustále zvyšovať.

V podstate,Čistenie doštičiek sa vzťahuje na procesy, ktoré využívajú chemické úpravy, plyny alebo fyzikálne metódy na odstránenie nečistôt z povrchu doštičiek.Kontaminanty, ako sú častice, kovy, organické zvyšky a prírodné oxidy, môžu nepriaznivo ovplyvniť výkon, spoľahlivosť a výťažnosť zariadenia. Čistenie slúži ako „most“ medzi po sebe idúcimi krokmi výroby – napríklad pred nanášaním a litografiou alebo po leptaní, CMP (chemicko-mechanickom leštení) a iónovej implantácii. Čistenie doštičiek možno vo všeobecnosti rozdeliť namokré čistenieachemické čistenie.

Mokré čistenie

Mokré čistenie využíva na čistenie doštičiek chemické rozpúšťadlá alebo deionizovanú vodu (DIW). Používajú sa dva hlavné prístupy:

• Metóda ponorenia: doštičky sú ponorené do nádrží naplnených rozpúšťadlami alebo priamou vodou. Toto je najpoužívanejšia metóda, najmä pre uzly so zrelými technológiami.

• Metóda striekania: rozpúšťadlá alebo priamo vstrekované vodné roztoky (DIW) sa nastriekajú na rotujúce doštičky, aby sa odstránili nečistoty. Zatiaľ čo ponorenie umožňuje dávkové spracovanie viacerých doštičiek, striekacie čistenie spracováva iba jednu doštičku na komoru, ale poskytuje lepšiu kontrolu, vďaka čomu je čoraz bežnejšie v pokročilých uzloch.

Čistenie chemikálií

Ako už názov napovedá, chemické čistenie sa vyhýba používaniu rozpúšťadiel alebo priamo opracovanej vody (DIW), namiesto toho sa na odstránenie nečistôt používajú plyny alebo plazma. S prechodom na pokročilé uzly nadobúda chemické čistenie na význame vďaka svojim vlastnostiam.vysoká presnosťa účinnosť proti organickým látkam, nitridom a oxidom. Vyžaduje si to všakvyššie investície do zariadení, zložitejšia prevádzka a prísnejšia kontrola procesovĎalšou výhodou je, že suché čistenie znižuje veľké objemy odpadových vôd vznikajúcich pri mokrých metódach.

Bežné techniky mokrého čistenia

1. Čistenie deionizovanou vodou (DIW)

DIW je najpoužívanejší čistiaci prostriedok na mokré čistenie. Na rozdiel od neupravenej vody, DIW neobsahuje takmer žiadne vodivé ióny, čím zabraňuje korózii, elektrochemickým reakciám alebo degradácii zariadení. DIW sa používa hlavne dvoma spôsobmi:

1. Priame čistenie povrchu doštičky– Typicky sa vykonáva v režime s jednou doštičkou pomocou valčekov, kefiek alebo rozprašovacích trysiek počas otáčania doštičky. Problémom je hromadenie elektrostatického náboja, ktoré môže spôsobiť defekty. Na zmiernenie tohto problému sa CO₂ (a niekedy NH₃) rozpúšťa v DIW, aby sa zlepšila vodivosť bez kontaminácie doštičky.

2. Oplachovanie po chemickom čistení– DIW odstraňuje zvyškové čistiace roztoky, ktoré by inak mohli korodovať doštičku alebo znížiť výkon zariadenia, ak by zostali na povrchu.

2. Čistenie HF (kyselinou fluorovodíkovou)

HF je najúčinnejšia chemikália na odstraňovanievrstvy natívnych oxidov (SiO₂)na kremíkových doštičkách a čo do dôležitosti je druhý najdôležitejší hneď po DIW. Rozpúšťa tiež pripojené kovy a potláča reoxidáciu. Leptanie HF však môže zdrsniť povrchy doštičiek a nežiaduco napádať určité kovy. Na riešenie týchto problémov sa používajú vylepšené metódy, ktoré riedia HF, pridávajú oxidačné činidlá, povrchovo aktívne látky alebo komplexotvorné činidlá na zvýšenie selektivity a zníženie kontaminácie.

3. Čistenie SC1 (štandardné čistenie 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 je nákladovo efektívna a vysoko účinná metóda na odstraňovanieorganické zvyšky, častice a niektoré kovyMechanizmus kombinuje oxidačný účinok H₂O₂ a rozpúšťací účinok NH₄OH. Tiež odpudzuje častice prostredníctvom elektrostatických síl a ultrazvuková/megasonická asistencia ďalej zvyšuje účinnosť. SC1 však môže zdrsniť povrchy doštičiek, čo si vyžaduje starostlivú optimalizáciu chemických pomerov, reguláciu povrchového napätia (prostredníctvom povrchovo aktívnych látok) a chelatačné činidlá na potlačenie opätovného usadzovania kovu.

4. Čistenie SC2 (štandardné čistenie 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 dopĺňa SC1 odstránenímkovové kontaminantyJeho silná komplexotvorná schopnosť premieňa oxidované kovy na rozpustné soli alebo komplexy, ktoré sa vypláchnu. Zatiaľ čo SC1 je účinný pre organické látky a častice, SC2 je obzvlášť cenný na prevenciu adsorpcie kovov a zabezpečenie nízkej kontaminácie kovmi.

5. Čistenie O₃ (ozónom)

Čistenie ozónom sa používa hlavne naodstránenie organickej hmotyadezinfekcia DIWO₃ pôsobí ako silné oxidačné činidlo, ale môže spôsobiť opätovné usadzovanie, preto sa často kombinuje s HF. Optimalizácia teploty je kritická, pretože rozpustnosť O₃ vo vode sa pri vyšších teplotách znižuje. Na rozdiel od dezinfekčných prostriedkov na báze chlóru (neprijateľné v polovodičových továrňach) sa O₃ rozkladá na kyslík bez kontaminácie systémov DIW (difúznej vody).

6. Čistenie organickými rozpúšťadlami

V určitých špecializovaných procesoch sa organické rozpúšťadlá používajú tam, kde štandardné metódy čistenia nie sú dostatočné alebo vhodné (napr. keď sa musí zabrániť tvorbe oxidov).

Záver

Čistenie oblátok jenajčastejšie opakovaný krokvo výrobe polovodičov a priamo ovplyvňuje výnos a spoľahlivosť zariadení. S prechodom naväčšie doštičky a menšie geometrie zariadeníPožiadavky na čistotu povrchu doštičiek, chemický stav, drsnosť a hrúbku oxidu sú čoraz prísnejšie.

Tento článok sa zaoberal vyspelými aj pokročilými technológiami čistenia doštičiek vrátane DIW, HF, SC1, SC2, O₃ a metód s organickými rozpúšťadlami, spolu s ich mechanizmami, výhodami a obmedzeniami. Z oboch...ekonomické a environmentálne perspektívyNeustále zlepšovanie technológie čistenia doštičiek je nevyhnutné na splnenie požiadaviek pokročilej výroby polovodičov.