Tehnologija čiščenja rezin v proizvodnji polprevodnikov

Tehnologija čiščenja rezin v proizvodnji polprevodnikov

Čiščenje rezin je ključni korak v celotnem procesu izdelave polprevodnikov in eden ključnih dejavnikov, ki neposredno vplivajo na delovanje naprave in proizvodni donos. Med izdelavo čipov lahko že najmanjša kontaminacija poslabša lastnosti naprave ali povzroči popolno odpoved. Posledično se postopki čiščenja uporabljajo pred in po skoraj vsakem proizvodnem koraku, da se odstranijo površinski onesnaževalci in zagotovi čistoča rezin. Čiščenje je tudi najpogostejša operacija v proizvodnji polprevodnikov, saj predstavlja približno30 % vseh korakov procesa.

Z nenehnim skaliranjem integracije zelo velikega obsega (VLSI) so procesna vozlišča napredovala do28 nm, 14 nm in več, kar vodi do večje gostote naprav, ožjih širin linij in vse bolj kompleksnih procesnih tokov. Napredna vozlišča so bistveno bolj občutljiva na kontaminacijo, manjše velikosti elementov pa otežujejo čiščenje. Posledično se število korakov čiščenja še naprej povečuje, čiščenje pa je postalo bolj kompleksno, kritično in zahtevnejše. Na primer, 90 nm čip običajno zahteva približno90 korakov čiščenja, medtem ko 20 nm čip zahteva približno215 korakov čiščenjaZ napredovanjem proizvodnje na 14 nm, 10 nm in manjše vozlišča se bo število čistilnih operacij še naprej povečevalo.

V bistvu,Čiščenje rezin se nanaša na postopke, ki uporabljajo kemične obdelave, pline ali fizikalne metode za odstranjevanje nečistoč s površine rezin.Onesnaževalci, kot so delci, kovine, organski ostanki in naravni oksidi, lahko negativno vplivajo na delovanje, zanesljivost in izkoristek naprave. Čiščenje služi kot »most« med zaporednimi koraki izdelave – na primer pred nanašanjem in litografijo ali po jedkanju, CMP (kemično-mehanskem poliranju) in ionski implantaciji. Čiščenje rezin lahko na splošno razdelimo namokro čiščenjeinkemično čiščenje.

Mokro čiščenje

Mokro čiščenje uporablja kemična topila ali deionizirano vodo (DIW) za čiščenje rezin. Uporabljata se dva glavna pristopa:

• Metoda potopitve: rezine so potopljene v rezervoarje, napolnjene s topili ali direktno vodo. To je najpogosteje uporabljena metoda, zlasti za vozlišča z zrelo tehnologijo.

• Metoda pršenja: topila ali DIW se razpršijo na vrteče se rezine, da se odstranijo nečistoče. Medtem ko potapljanje omogoča paketno obdelavo več rezin, čiščenje s pršenjem obravnava le eno rezino na komoro, vendar zagotavlja boljši nadzor, zaradi česar je vse pogostejše v naprednih vozliščih.

Kemično čiščenje

Kot že ime pove, se kemično čiščenje izogiba topilom ali DIW, temveč uporablja pline ali plazmo za odstranjevanje onesnaževalcev. Z usmerjanjem k naprednejšim vozliščem kemično čiščenje pridobiva na pomenu zaradi svojih lastnosti.visoka natančnostin učinkovitost proti organskim snovem, nitridom in oksidom. Vendar pa zahtevavišje naložbe v opremo, bolj zapleteno delovanje in strožji nadzor procesovDruga prednost je, da kemično čiščenje zmanjša velike količine odpadne vode, ki nastane pri mokrih metodah.

Pogoste tehnike mokrega čiščenja

1. Čiščenje z DIW (deionizirano vodo)

DIW je najpogosteje uporabljeno čistilno sredstvo pri mokrem čiščenju. Za razliko od neobdelane vode DIW skoraj ne vsebuje prevodnih ionov, kar preprečuje korozijo, elektrokemične reakcije ali degradacijo naprav. DIW se uporablja predvsem na dva načina:

1. Neposredno čiščenje površine rezin– Običajno se izvaja v načinu z eno samo rezino z valji, ščetkami ali razpršilnimi šobami med vrtenjem rezine. Težava je kopičenje elektrostatičnega naboja, ki lahko povzroči napake. Za ublažitev tega se CO₂ (in včasih NH₃) raztopi v DIW, da se izboljša prevodnost, ne da bi se pri tem kontaminirala rezina.

2. Izpiranje po kemičnem čiščenju– DIW odstrani ostanke čistilnih raztopin, ki bi sicer lahko korodirale rezino ali poslabšale delovanje naprave, če bi ostale na površini.

2. Čiščenje s fluorovodikovo kislino (HF)

HF je najučinkovitejša kemikalija za odstranjevanjenaravne oksidne plasti (SiO₂)na silicijevih rezinah in je po pomembnosti na drugem mestu za DIW. Prav tako raztaplja pritrjene kovine in zavira ponovno oksidacijo. Vendar pa lahko HF jedkanje hrapavi površine rezin in neželeno napada nekatere kovine. Za reševanje teh težav izboljšane metode redčijo HF, dodajajo oksidante, površinsko aktivne snovi ali kompleksirajoča sredstva za povečanje selektivnosti in zmanjšanje kontaminacije.

3. Čiščenje SC1 (Standardno čiščenje 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 je stroškovno učinkovita in zelo učinkovita metoda za odstranjevanjeorganski ostanki, delci in nekatere kovineMehanizem združuje oksidativno delovanje H₂O₂ in raztapljalni učinek NH₄OH. Prav tako odbija delce z elektrostatičnimi silami, ultrazvočna/megasonična pomoč pa dodatno izboljša učinkovitost. Vendar pa lahko SC1 povzroči hrapavost površin rezin, kar zahteva skrbno optimizacijo kemijskih razmerij, nadzor površinske napetosti (s površinsko aktivnimi snovmi) in kelatne snovi za preprečevanje ponovnega odlaganja kovin.

4. Čiščenje SC2 (standardno čiščenje 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 dopolnjuje SC1 z odstranitvijokovinski onesnaževalciNjegova močna sposobnost kompleksiranja pretvori oksidirane kovine v topne soli ali komplekse, ki se sperejo. Medtem ko je SC1 učinkovit za organske snovi in ​​delce, je SC2 še posebej dragocen za preprečevanje adsorpcije kovin in zagotavljanje nizke kontaminacije s kovinami.

5. Čiščenje z O₃ (ozonom)

Čiščenje z ozonom se uporablja predvsem zaodstranjevanje organskih snoviinrazkuževanje DIWO₃ deluje kot močan oksidant, vendar lahko povzroči ponovno odlaganje, zato se pogosto kombinira s HF. Optimizacija temperature je ključnega pomena, saj se topnost O₃ v vodi pri višjih temperaturah zmanjša. Za razliko od razkužil na osnovi klora (nesprejemljiva v tovarnah polprevodnikov) se O₃ razgradi v kisik, ne da bi pri tem kontaminiral sisteme za direktno vodo.

6. Čiščenje z organskimi topili

V nekaterih specializiranih postopkih se organska topila uporabljajo tam, kjer standardne metode čiščenja niso zadostne ali neprimerne (npr. kadar se je treba izogniti nastanku oksidov).

Zaključek

Čiščenje rezin jenajpogosteje ponovljen korakv proizvodnji polprevodnikov in neposredno vpliva na izkoristek in zanesljivost naprav. S prehodom navečje rezine in manjše geometrije napravZahteve glede čistoče površine rezin, kemičnega stanja, hrapavosti in debeline oksida postajajo vse strožje.

V tem članku je bil predstavljen pregled tako zrelih kot naprednih tehnologij čiščenja rezin, vključno z DIW, HF, SC1, SC2, O₃ in metodami z organskimi topili, skupaj z njihovimi mehanizmi, prednostmi in omejitvami. Iz obehekonomski in okoljski vidiki, so nenehne izboljšave tehnologije čiščenja rezin bistvene za izpolnjevanje zahtev napredne proizvodnje polprevodnikov.