Mokro čiščenje (Wet Clean) je eden ključnih korakov v procesih izdelave polprevodnikov, katerega namen je odstraniti različne onesnaževalce s površine rezine, da se zagotovi, da se lahko nadaljnji procesni koraki izvajajo na čisti površini.
Ker se velikost polprevodniških naprav še naprej krči in zahteve glede natančnosti naraščajo, so tehnične zahteve postopkov čiščenja rezin postale vse strožje. Tudi najmanjši delci, organski materiali, kovinski ioni ali ostanki oksidov na površini rezin lahko pomembno vplivajo na delovanje naprave, s čimer vplivajo na izkoristek in zanesljivost polprevodniških naprav.
Osnovna načela čiščenja rezin
Bistvo čiščenja rezin je učinkovito odstranjevanje različnih onesnaževalcev s površine rezine s fizikalnimi, kemičnimi in drugimi metodami, da se zagotovi čista površina rezine, primerna za nadaljnjo obdelavo.
Vrsta kontaminacije
Glavni vplivi na značilnosti naprave
| Kontaminacija izdelka | Napake vzorca
Okvare ionske implantacije
Napake zaradi preloma izolacijske folije
| |
| Kovinska kontaminacija | Alkalijske kovine | Nestabilnost MOS tranzistorja
Razgradnja/degradacija filma oksidnega oksida vrat
|
| Težke kovine | Povečan povratni tok puščanja PN spoja
Napake pri razgradnji oksidnega filma na vratih
Degradacija življenjske dobe manjšinskih nosilcev
Generiranje napak v vzbujevalni plasti oksida
| |
| Kemična kontaminacija | Organski material | Napake pri razgradnji oksidnega filma na vratih
Različice CVD filma (inkubacijski časi)
Spremembe debeline termičnega oksidnega filma (pospešena oksidacija)
Pojav meglice (rezina, leča, zrcalo, maska, mrežica)
|
| Anorganski dodatki (B, P) | Vth premiki MOS tranzistorja
Spremembe upornosti Si substrata in visoko odpornih polisilicijevih plošč
| |
| Anorganske baze (amini, amonijak) in kisline (SOx) | Degradacija ločljivosti kemično ojačanih uporov
Pojav onesnaženja z delci in meglice zaradi nastajanja soli
| |
| Naravni in kemični oksidni filmi zaradi vlage, zraka | Povečana kontaktna upornost
Razgradnja/degradacija filma oksidnega oksida 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, kar zahteva posebno obdelavo.
Odstranjevanje organskih snovi: Na površino rezine se lahko prilepijo organski onesnaževalci, kot so maščoba in ostanki fotorezista. Ti onesnaževalci se običajno odstranijo z močnimi oksidanti ali topili.
Odstranjevanje kovinskih ionov: Ostanki kovinskih ionov na površini rezine lahko poslabšajo električne lastnosti in celo vplivajo na nadaljnje korake obdelave. Zato se za odstranjevanje teh ionov uporabljajo posebne kemične raztopine.
Odstranjevanje oksidov: Nekateri postopki zahtevajo, da je površina rezine brez oksidnih plasti, kot je silicijev oksid. V takih primerih je treba naravne oksidne plasti odstraniti med določenimi koraki čiščenja.
Izziv tehnologije čiščenja rezin je v učinkovitem odstranjevanju onesnaževalcev, ne da bi pri tem negativno vplivali na površino rezin, na primer preprečili hrapavost površine, korozijo ali druge fizične poškodbe.
2. Postopek čiščenja rezin
Postopek čiščenja rezin običajno vključuje več korakov, ki zagotavljajo popolno odstranitev onesnaževalcev in doseganje popolnoma čiste površine.
Slika: Primerjava med šaržnim in posamičnim čiščenjem rezin
Tipičen postopek čiščenja rezin vključuje naslednje glavne korake:
1. Predhodno čiščenje (Pre-Clean)
Namen predhodnega čiščenja je odstraniti ohlapne onesnaževalce in velike delce s površine rezine, kar se običajno doseže z izpiranjem z deionizirano vodo (DI voda) in ultrazvočnim čiščenjem. Deionizirana voda lahko sprva odstrani delce in raztopljene nečistoče s površine rezine, medtem ko ultrazvočno čiščenje uporablja učinke kavitacije za prekinitev vezi med delci in površino rezine, zaradi česar jih je lažje odstraniti.
2. Kemično čiščenje
Kemično čiščenje je eden ključnih korakov v procesu čiščenja rezin, pri katerem se s kemičnimi raztopinami odstranijo organski materiali, kovinski ioni in oksidi s površine rezin.
Odstranjevanje organskih snovi: Za raztapljanje in oksidacijo organskih onesnaževalcev se običajno uporablja aceton ali mešanica amoniaka in 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: Za odstranjevanje kovinskih ionov s površine rezine se uporablja dušikova kislina ali mešanica klorovodikove kisline in peroksida (SC-2). Tipično razmerje za raztopino SC-2 je HCl.
₂O₂
₂O = 1:1:6, pri čemer se temperatura vzdržuje na približno 80 °C.
Odstranjevanje oksida: V nekaterih postopkih je potrebna odstranitev naravne oksidne plasti s površine rezine, 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 rezine običajno opravijo končno čiščenje, da se zagotovi, da na površini ne ostanejo nobeni kemični ostanki. Pri končnem čiščenju se za temeljito izpiranje uporablja predvsem deionizirana voda. Poleg tega se za nadaljnjo odstranitev morebitnih preostalih onesnaževalcev s površine rezin uporablja čiščenje z ozonom (O₃/H₂O).
4. Sušenje
Očiščene rezine je treba hitro posušiti, da se prepreči nastanek vodnih madežev ali ponovno pritrditev onesnaževalcev. Običajni metodi sušenja vključujejo sušenje s centrifugiranjem in čiščenje z dušikom. Prvo odstrani vlago s površine rezine z vrtenjem pri visokih hitrostih, drugo pa zagotovi popolno sušenje z vpihovanjem suhega dušikovega plina po površini rezine.
Onesnaževalo
Ime postopka čiščenja
Opis kemične mešanice
Kemikalije
| Delci | Pirana (SPM) | Žveplova kislina/vodikov peroksid/deionizirana voda | H2SO4/H2O2/H2O 3–4:1; 90 °C |
| SC-1 (APM) | Amonijev hidroksid/vodikov peroksid/deionizirana voda | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80 °C | |
| Kovine (ne baker) | SC-2 (HPM) | Klorovodikova kislina/vodikov peroksid/deionizirana voda | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85 °C |
| Pirana (SPM) | Žveplova kislina/vodikov peroksid/deionizirana voda | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90 °C | |
| DHF | Razredčena fluorovodikova kislina/deionizirana voda (ne bo odstranila bakra) | HF/H2O1:50 | |
| Organske snovi | Pirana (SPM) | Žveplova kislina/vodikov peroksid/deionizirana voda | H2SO4/H2O2/H2O 3–4:1; 90 °C |
| SC-1 (APM) | Amonijev hidroksid/vodikov peroksid/deionizirana voda | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80 °C | |
| DIO3 | Ozon v deionizirani vodi | Optimizirane mešanice O3/H2O | |
| Nativni oksid | DHF | Razredčena fluorovodikova kislina/deionizirana voda | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Puferirana fluorovodikova kislina | NH4F/HF/H2O |
3. Pogoste metode čiščenja rezin
1. Metoda čiščenja RCA
Metoda čiščenja RCA je ena najbolj klasičnih tehnik čiščenja rezin v polprevodniški industriji, ki jo je pred več kot 40 leti razvilo podjetje RCA Corporation. Ta metoda se uporablja predvsem za odstranjevanje organskih onesnaževalcev in nečistoč kovinskih ionov ter 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 na površini rezine tvori tanko plast silicijevega oksida.
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 pasivacijsko plast, ki preprečuje ponovno kontaminacijo.
2. Metoda čiščenja piranj (Piranha Etch Clean)
Metoda čiščenja s Piranho je zelo učinkovita tehnika za odstranjevanje organskih snovi, pri kateri se uporablja mešanica 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 pogojev, zlasti glede temperature in koncentracije, da se prepreči poškodba rezine.
Ultrazvočno čiščenje uporablja kavitacijski učinek, ki ga ustvarjajo visokofrekvenčni zvočni valovi v tekočini, za odstranjevanje nečistoč s površine rezine. V primerjavi s tradicionalnim ultrazvočnim čiščenjem megasonično čiščenje deluje na višji frekvenci, kar omogoča učinkovitejše odstranjevanje delcev, manjših od mikronov, ne da bi pri tem poškodovalo površino rezine.
4. Čiščenje z ozonom
Tehnologija čiščenja z ozonom izkorišča 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 manj onesnaževanja okolja, zaradi česar je to 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 onesnaževalcev s površine rezin. Potopne posode so običajno opremljene s sistemi za nadzor temperature, ki zagotavljajo stabilnost in učinkovitost kemičnih raztopin.
2. Oprema za kemično čiščenje
Oprema za kemično čiščenje vključuje predvsem plazemske čistilce, ki uporabljajo visokoenergijske delce v plazmi za reakcijo s površino rezin in odstranjevanje ostankov z nje. Plazemsko čiščenje je še posebej primerno za procese, ki zahtevajo ohranjanje celovitosti površine brez vnosa kemičnih ostankov.
3. Avtomatizirani čistilni sistemi
Z nenehno širitvijo proizvodnje polprevodnikov so avtomatizirani čistilni sistemi postali prednostna izbira za čiščenje rezin v velikem obsegu. Ti sistemi pogosto vključujejo avtomatizirane mehanizme za prenos, sisteme za čiščenje z več rezervoarji in sisteme za natančno krmiljenje, 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 osredotočile na:
Odstranjevanje subnanometrskih delcev: Obstoječe tehnologije čiščenja lahko obvladujejo nanometrske delce, vendar bo z nadaljnjim zmanjšanjem velikosti naprav 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 pomembnejša.
Višje ravni avtomatizacije in inteligence: Inteligentni sistemi bodo omogočili spremljanje in prilagajanje različnih parametrov v realnem času med procesom čiščenja, kar bo dodatno izboljšalo učinkovitost čiščenja in proizvodne zmogljivosti.
Tehnologija čiščenja rezin kot ključni korak v proizvodnji polprevodnikov igra ključno vlogo pri zagotavljanju čistih površin rezin za nadaljnje procese. Kombinacija različnih metod čiščenja učinkovito odstrani onesnaževalce in zagotovi čisto površino substrata za naslednje korake. Z napredkom tehnologije se bodo procesi čiščenja še naprej optimizirali, da bi zadostili zahtevam po večji natančnosti in nižji stopnji napak pri proizvodnji polprevodnikov.
Čas objave: 8. oktober 2024