Mokro čiščenje (Wet Clean) je eden od kritičnih korakov v proizvodnih procesih polprevodnikov, katerega namen je odstraniti različne onesnaževalce s površine rezine, da se zagotovi, da se nadaljnji procesni koraki lahko izvajajo na čisti površini.
Ker se velikost polprevodniških naprav še naprej zmanjšuje in zahteve glede natančnosti naraščajo, so tehnične zahteve postopkov čiščenja rezin vse strožje. Tudi najmanjši delci, organski materiali, kovinski ioni ali ostanki oksidov na površini rezin lahko znatno vplivajo na delovanje naprave, s čimer vplivajo na izkoristek in zanesljivost polprevodniških naprav.
Osnovna načela čiščenja rezin
Bistvo čiščenja rezin je učinkovito odstranjevanje različnih kontaminantov s površine rezin s fizikalnimi, kemičnimi in drugimi metodami, da se zagotovi, da ima rezina čisto površino, primerno za nadaljnjo obdelavo.
Vrsta kontaminacije
Glavni vplivi na značilnosti naprave
| člen Kontaminacija | Napake vzorca
Napake ionske implantacije
Poškodbe izolacijskega filma
| |
| Kovinska kontaminacija | Alkalijske kovine | Nestabilnost MOS tranzistorja
Razpad/razgradnja oksidnega filma vrat
|
| Težke kovine | Povečan povratni tok uhajanja PN spoja
Napake razgradnje oksidnega filma vrat
Degradacija življenjske dobe manjšinskega nosilca
Nastajanje napak v oksidni vzbujevalni plasti
| |
| Kemična kontaminacija | Organski material | Napake razgradnje oksidnega filma vrat
Različice CVD filma (inkubacijski časi)
Variacije debeline toplotno oksidnega filma (pospešena oksidacija)
Pojav zamegljenosti (rezine, leče, ogledalo, maska, namerilni križ)
|
| Anorganske dodatke (B, P) | MOS tranzistor Vth premiki
Variacije odpornosti podlage Si in visokoodporne polisilikonske plošče
| |
| Anorganske baze (amini, amoniak) in kisline (SOx) | Poslabšanje ločljivosti kemično ojačanih rezistov
Pojav kontaminacije z delci in meglica zaradi nastajanja soli
| |
| Naravni in kemični oksidni filmi zaradi vlage, zraka | Povečan kontaktni upor
Razpad/razgradnja oksidnega filma vrat
| |
Natančneje, cilji postopka čiščenja rezin vključujejo:
Odstranjevanje delcev: uporaba fizikalnih ali kemičnih metod za odstranjevanje majhnih delcev, pritrjenih na površino rezine. Manjše delce je težje odstraniti zaradi močnih elektrostatičnih sil med njimi in površino rezine, ki zahtevajo posebno obdelavo.
Odstranjevanje organskega materiala: Organski onesnaževalci, kot so maščobe in ostanki fotorezista, se lahko oprimejo površine rezin. Te onesnaževalce običajno odstranimo z močnimi oksidanti ali topili.
Odstranjevanje kovinskih ionov: ostanki kovinskih ionov na površini rezine lahko poslabšajo električno zmogljivost in celo vplivajo na nadaljnje korake obdelave. Zato se za odstranitev teh ionov uporabljajo posebne kemične raztopine.
Odstranjevanje oksida: nekateri postopki zahtevajo, da površina rezin ne vsebuje oksidnih plasti, kot je silicijev oksid. V takšnih primerih je treba med določenimi koraki čiščenja odstraniti plasti naravnega oksida.
Izziv tehnologije čiščenja rezin je učinkovito odstranjevanje kontaminantov brez škodljivega vpliva na površino rezin, na primer preprečevanje hrapavosti površine, korozije ali drugih fizičnih poškodb.
2. Potek postopka čiščenja rezin
Postopek čiščenja rezin običajno vključuje več korakov, da se zagotovi popolna odstranitev kontaminantov in doseže popolnoma čista površina.
Slika: Primerjava med serijskim čiščenjem in čiščenjem z eno rezino
Tipičen postopek čiščenja rezin vključuje naslednje glavne korake:
1. Predhodno čiščenje (Pre-Clean)
Namen predhodnega čiščenja je odstraniti nevezane kontaminante in velike delce s površine rezin, kar se običajno doseže z izpiranjem z deionizirano vodo (DI voda) in ultrazvočnim čiščenjem. Deionizirana voda lahko na začetku odstrani delce in raztopljene nečistoče s površine rezin, medtem ko ultrazvočno čiščenje uporablja učinke kavitacije, da prekine vez med delci in površino rezin, zaradi česar jih je lažje odstraniti.
2. Kemično čiščenje
Kemično čiščenje je eden od ključnih korakov v procesu čiščenja rezin z uporabo kemičnih raztopin za odstranjevanje organskih materialov, kovinskih ionov in oksidov s površine rezin.
Odstranjevanje organskega materiala: običajno se za raztapljanje in oksidacijo organskih onesnaževalcev uporablja aceton ali mešanica amoniaka/peroksida (SC-1). Tipično razmerje za raztopino SC-1 je NH₄OH
₂O₂
₂O = 1:1:5, z delovno temperaturo okoli 20°C.
Odstranjevanje kovinskih ionov: dušikova kislina ali mešanice klorovodikove kisline/peroksida (SC-2) se uporabljajo za odstranjevanje kovinskih ionov s površine rezin. Tipično razmerje za raztopino SC-2 je HCl
₂O₂
₂O = 1:1:6, pri čemer se temperatura vzdržuje pri približno 80 °C.
Odstranjevanje oksida: V nekaterih postopkih je potrebna odstranitev naravnega oksidnega sloja s površine rezin, za kar se uporablja raztopina fluorovodikove kisline (HF). Tipično razmerje za raztopino HF je HF
₂O = 1:50 in se lahko uporablja pri sobni temperaturi.
3. Končno čiščenje
Po kemičnem čiščenju so rezine običajno podvržene zadnjemu koraku čiščenja, da se zagotovi, da na površini ne ostanejo nobeni ostanki kemikalij. Končno čiščenje v glavnem uporablja deionizirano vodo za temeljito izpiranje. Poleg tega se za nadaljnje odstranjevanje morebitnih preostalih onesnaževalcev s površine rezin uporablja čiščenje z ozonsko vodo (O₃/H₂O).
4. Sušenje
Očiščene rezine je treba hitro posušiti, da preprečite vodne žige ali ponovno pritrjevanje kontaminantov. Običajne metode sušenja vključujejo centrifugiranje in izpihovanje z dušikom. Prvi odstranjuje vlago s površine rezine z vrtenjem pri visokih hitrostih, drugi pa zagotavlja popolno sušenje s pihanjem suhega dušika po površini rezine.
Onesnaževalec
Ime postopka čiščenja
Opis kemične mešanice
Kemikalije
| delci | Piranha (SPM) | Žveplova kislina/vodikov peroksid/DI voda | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonijev hidroksid/vodikov peroksid/DI voda | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Kovine (ne baker) | SC-2 (HPM) | Klorovodikova kislina/vodikov peroksid/DI voda | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Žveplova kislina/vodikov peroksid/DI voda | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Razredčena fluorovodikova kislina/DI voda (ne odstrani bakra) | HF/H2O1:50 | |
| Organske | Piranha (SPM) | Žveplova kislina/vodikov peroksid/DI voda | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonijev hidroksid/vodikov peroksid/DI voda | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozon v deionizirani vodi | O3/H2O optimizirane mešanice | |
| Naravni oksid | DHF | Razredčena fluorovodikova kislina/DI voda | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Pufrirana fluorovodikova kislina | NH4F/HF/H2O |
3. Običajne metode čiščenja rezin
1. Metoda čiščenja RCA
Metoda čiščenja RCA je ena najbolj klasičnih tehnik čiščenja rezin v industriji polprevodnikov, ki jo je razvilo podjetje RCA Corporation pred več kot 40 leti. Ta metoda se uporablja predvsem za odstranjevanje organskih kontaminantov in nečistoč kovinskih ionov in se lahko izvede v dveh korakih: SC-1 (Standardno čiščenje 1) in SC-2 (Standardno čiščenje 2).
Čiščenje SC-1: ta korak se uporablja predvsem za odstranjevanje organskih onesnaževalcev in delcev. Raztopina je mešanica amoniaka, vodikovega peroksida in vode, ki tvori tanko plast silicijevega oksida na površini rezine.
Čiščenje SC-2: ta korak se uporablja predvsem za odstranjevanje onesnaževalcev s kovinskimi ioni z uporabo mešanice klorovodikove kisline, vodikovega peroksida in vode. Na površini rezine pusti tanko pasivno plast, da prepreči ponovno kontaminacijo.
2. Metoda čiščenja Piranha (Piranha Etch Clean)
Metoda čiščenja Piranha je zelo učinkovita tehnika za odstranjevanje organskih materialov z uporabo mešanice žveplove kisline in vodikovega peroksida, običajno v razmerju 3:1 ali 4:1. Zaradi izjemno močnih oksidativnih lastnosti te raztopine lahko odstrani veliko količino organskih snovi in trdovratnih onesnaževalcev. Ta metoda zahteva strog nadzor nad pogoji, zlasti glede temperature in koncentracije, da se izognemo poškodbam rezin.
Ultrazvočno čiščenje uporablja učinek kavitacije, ki ga ustvarijo visokofrekvenčni zvočni valovi v tekočini, da odstrani onesnaževalce s površine rezin. V primerjavi s tradicionalnim ultrazvočnim čiščenjem megasonično čiščenje deluje pri višji frekvenci, kar omogoča učinkovitejše odstranjevanje delcev podmikronske velikosti, ne da bi pri tem poškodovali površino rezin.
4. Čiščenje z ozonom
Tehnologija čiščenja z ozonom uporablja močne oksidacijske lastnosti ozona za razgradnjo in odstranjevanje organskih onesnaževalcev s površine rezin, ki jih na koncu pretvori v neškodljiv ogljikov dioksid in vodo. Ta metoda ne zahteva uporabe dragih kemičnih reagentov in povzroča manjše onesnaževanje okolja, zaradi česar je nova tehnologija na področju čiščenja rezin.
4. Oprema za čiščenje rezin
Za zagotovitev učinkovitosti in varnosti postopkov čiščenja rezin se v proizvodnji polprevodnikov uporablja različna napredna čistilna oprema. Glavne vrste vključujejo:
1. Oprema za mokro čiščenje
Oprema za mokro čiščenje vključuje različne potopne posode, ultrazvočne čistilne posode in centrifuge. Te naprave združujejo mehanske sile in kemične reagente za odstranjevanje kontaminantov s površine rezin. Potopni rezervoarji so običajno opremljeni s sistemi za nadzor temperature, ki zagotavljajo stabilnost in učinkovitost kemičnih raztopin.
2. Oprema za kemično čiščenje
Oprema za kemično čiščenje vključuje predvsem plazemska čistila, ki uporabljajo visokoenergetske delce v plazmi, da reagirajo in odstranijo ostanke s površine rezin. Plazemsko čiščenje je še posebej primerno za procese, ki zahtevajo ohranjanje celovitosti površine brez vnosa kemičnih ostankov.
3. Avtomatizirani čistilni sistemi
Z nenehnim širjenjem proizvodnje polprevodnikov so avtomatizirani čistilni sistemi postali prednostna izbira za čiščenje rezin v velikem obsegu. Ti sistemi pogosto vključujejo mehanizme za avtomatiziran prenos, sisteme čiščenja z več rezervoarji in sisteme natančnega nadzora, ki zagotavljajo dosledne rezultate čiščenja za vsako rezino.
5. Prihodnji trendi
Ker se polprevodniške naprave še naprej krčijo, se tehnologija čiščenja rezin razvija v smeri učinkovitejših in okolju prijaznejših rešitev. Prihodnje tehnologije čiščenja se bodo osredotočale na:
Odstranjevanje subnanometrskih delcev: obstoječe čistilne tehnologije lahko obvladajo delce nanometrskega merila, vendar bo z nadaljnjim zmanjšanjem velikosti naprave odstranjevanje subnanometrskih delcev postalo nov izziv.
Zeleno in okolju prijazno čiščenje: Zmanjšanje uporabe okolju škodljivih kemikalij in razvoj okolju prijaznejših metod čiščenja, kot sta čiščenje z ozonom in megasonično čiščenje, bosta postala vse bolj pomembna.
Višje ravni avtomatizacije in inteligence: Inteligentni sistemi bodo omogočili spremljanje v realnem času in prilagajanje različnih parametrov med postopkom čiščenja, kar bo še izboljšalo učinkovitost čiščenja in učinkovitost proizvodnje.
Tehnologija čiščenja rezin kot kritični korak v proizvodnji polprevodnikov igra ključno vlogo pri zagotavljanju čistih površin rezin za nadaljnje postopke. Kombinacija različnih metod čiščenja učinkovito odstrani onesnaževalce in tako zagotovi čisto površino podlage za naslednje korake. Z napredkom tehnologije bodo procesi čiščenja še naprej optimizirani za izpolnjevanje zahtev po višji natančnosti in nižjih stopnjah napak v proizvodnji polprevodnikov.
Čas objave: 8. oktober 2024