Влажното чистење (Wet Clean) е еден од критичните чекори во процесите на производство на полупроводници, насочен кон отстранување на разни загадувачи од површината на плочката за да се обезбеди дека последователните чекори од процесот можат да се извршат на чиста површина.
Како што големината на полупроводничките уреди продолжува да се намалува, а барањата за прецизност се зголемуваат, техничките барања за процесите на чистење на плочките стануваат сè построги. Дури и најмалите честички, органски материјали, метални јони или оксидни остатоци на површината на плочките можат значително да влијаат на перформансите на уредот, со што ќе влијаат на приносот и сигурноста на полупроводничките уреди.
Основни принципи на чистење на плочки
Суштината на чистењето на плочките лежи во ефикасно отстранување на разни загадувачи од површината на плочката преку физички, хемиски и други методи, со цел да се обезбеди чиста површина погодна за понатамошна обработка.
Вид на контаминација
Главни влијанија врз карактеристиките на уредот
| Контаминација на артикли | Дефекти на шемата
Дефекти на јонска имплантација
Дефекти на распаѓање на изолациониот филм
| |
| Метална контаминација | Алкални метали | Нестабилност на MOS транзистор
Распаѓање/деградација на оксидниот филм на портата
|
| Тешки метали | Зголемена обратна струја на истекување на PN спојот
Дефекти на распаѓање на оксидниот филм на портата
Деградација на животниот век на малцинските носители
Генерирање на дефекти на слојот на оксидна побудување
| |
| Хемиска контаминација | Органски материјал | Дефекти на распаѓање на оксидниот филм на портата
Варијации на CVD филм (време на инкубација)
Варијации на дебелината на термичкиот оксиден филм (забрзана оксидација)
Појава на магла (плоча, леќа, огледало, маска, ретикула)
|
| Неоргански допанти (B, P) | V-ти поместувања на MOS транзисторот
Варијации на отпорност на Si подлога и полисилициумски лим со висока отпорност
| |
| Неоргански бази (амини, амонијак) и киселини (SOx) | Деградација на резолуцијата на хемиски засилените резисти
Појава на контаминација со честички и магла поради генерирање на сол
| |
| Нативни и хемиски оксидни филмови поради влага, воздух | Зголемен отпор на контакт
Распаѓање/деградација на оксидниот филм на портата
| |
Поточно, целите на процесот на чистење на плочката вклучуваат:
Отстранување на честички: Користење на физички или хемиски методи за отстранување на мали честички прикачени на површината на плочката. Помалите честички се потешки за отстранување поради силните електростатски сили меѓу нив и површината на плочката, што бара посебен третман.
Отстранување на органски материјал: Органските загадувачи како што се маснотиите и остатоците од фоторезист може да се залепат на површината на плочката. Овие загадувачи обично се отстрануваат со употреба на силни оксидирачки агенси или растворувачи.
Отстранување на метални јони: Остатоците од метални јони на површината на плочката можат да ги деградираат електричните перформанси, па дури и да влијаат на последователните чекори на обработка. Затоа, се користат специфични хемиски раствори за отстранување на овие јони.
Отстранување на оксиди: Некои процеси бараат површината на плочката да биде ослободена од слоеви на оксид, како што е силициум оксид. Во такви случаи, слоевите на природен оксид треба да се отстранат за време на одредени чекори на чистење.
Предизвикот на технологијата за чистење на плочки лежи во ефикасното отстранување на загадувачите без негативно влијание врз површината на плочката, како што е спречување на грубост на површината, корозија или друго физичко оштетување.
2. Тек на процесот на чистење на плочки
Процесот на чистење на плочките обично вклучува повеќе чекори за да се обезбеди целосно отстранување на загадувачите и да се постигне целосно чиста површина.
Слика: Споредба помеѓу сериско чистење и чистење со една плочка
Типичен процес на чистење на плочка ги вклучува следните главни чекори:
1. Претходно чистење (Претходно чистење)
Целта на претходното чистење е да се отстранат лабавите загадувачи и големите честички од површината на плочката, што обично се постигнува преку плакнење со дејонизирана вода (DI Water) и ултразвучно чистење. Дејонизираната вода првично може да ги отстрани честичките и растворените нечистотии од површината на плочката, додека ултразвучното чистење користи ефекти на кавитација за да ја раскине врската помеѓу честичките и површината на плочката, што го олеснува нивното отстранување.
2. Хемиско чистење
Хемиското чистење е еден од основните чекори во процесот на чистење на плочките, при што се користат хемиски раствори за отстранување на органски материјали, метални јони и оксиди од површината на плочката.
Отстранување на органски материјал: Типично, ацетон или мешавина од амонијак/пероксид (SC-1) се користи за растворање и оксидирање на органски загадувачи. Типичниот сооднос за растворот SC-1 е NH₄OH.
₂O₂
₂O = 1:1:5, со работна температура од околу 20°C.
Отстранување на метални јони: За отстранување на метални јони од површината на плочката се користат азотна киселина или мешавини од хлороводородна киселина/пероксид (SC-2). Типичниот сооднос за растворот SC-2 е HCl.
₂O₂
₂O = 1:1:6, при што температурата се одржува на приближно 80°C.
Отстранување на оксид: Во некои процеси, потребно е отстранување на природниот оксиден слој од површината на плочката, за што се користи раствор од флуороводородна киселина (HF). Типичниот сооднос за раствор од HF е HF.
₂O = 1:50, и може да се користи на собна температура.
3. Конечно чистење
По хемиското чистење, плочките обично се подложени на последен чекор на чистење за да се осигура дека нема да останат хемиски остатоци на површината. Конечното чистење главно користи дејонизирана вода за темелно плакнење. Дополнително, чистењето со озонска вода (O₃/H₂O) се користи за понатамошно отстранување на сите преостанати загадувачи од површината на плочките.
4. Сушење
Исчистените плочки мора брзо да се сушат за да се спречат водени ознаки или повторно прилепување на загадувачи. Вообичаените методи на сушење вклучуваат центрифугално сушење и прочистување со азот. Првиот метод ја отстранува влагата од површината на плочките со центрифугирање со голема брзина, додека вториот метод обезбедува целосно сушење со дување на сув азотен гас низ површината на плочките.
Загадувач
Име на постапка за чистење
Опис на хемиската смеса
Хемикалии
| Честички | Пирана (SPM) | Сулфурна киселина/водород пероксид/ди-вода | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Амониум хидроксид/водород пероксид/диоксидирана вода | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Метали (не бакар) | SC-2 (HPM) | Хлороводородна киселина/водород пероксид/ди-вода | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Пирана (SPM) | Сулфурна киселина/водород пероксид/ди-вода | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Разредена флуороводородна киселина/ди-вода (нема да го отстрани бакарот) | HF/H2O1:50 | |
| Органски производи | Пирана (SPM) | Сулфурна киселина/водород пероксид/ди-вода | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Амониум хидроксид/водород пероксид/диоксидирана вода | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| ДИО3 | Озон во дејонизирана вода | Оптимизирани мешавини за O3/H2O | |
| Нативен оксид | DHF | Разредена флуороводородна киселина/ди-вода | HF/H2O 1:100 |
| БХФ | Пуферирана флуороводородна киселина | NH4F/HF/H2O |
3. Вообичаени методи за чистење на плочки
1. Метод за чистење на RCA
Методот за чистење со RCA е една од најкласичните техники за чистење на плочки во полупроводничката индустрија, развиена од RCA Corporation пред повеќе од 40 години. Овој метод првенствено се користи за отстранување на органски загадувачи и нечистотии од метални јони и може да се заврши во два чекора: SC-1 (Стандардно чистење 1) и SC-2 (Стандардно чистење 2).
SC-1 Чистење: Овој чекор главно се користи за отстранување на органски загадувачи и честички. Растворот е мешавина од амонијак, водород пероксид и вода, која формира тенок слој од силициум оксид на површината на плочката.
SC-2 Чистење: Овој чекор првенствено се користи за отстранување на загадувачи од метални јони, со употреба на мешавина од хлороводородна киселина, водород пероксид и вода. Остава тенок слој за пасивација на површината на плочката за да се спречи повторна контаминација.
2. Метод за чистење на пирана (Piranha Etch Clean)
Методот за чистење со Пирана е многу ефикасна техника за отстранување на органски материјали, користејќи мешавина од сулфурна киселина и водород пероксид, обично во сооднос од 3:1 или 4:1. Поради исклучително силните оксидативни својства на овој раствор, може да отстрани голема количина органска материја и тврдокорни загадувачи. Овој метод бара строга контрола на условите, особено во однос на температурата и концентрацијата, за да се избегне оштетување на плочката.
Ултразвучното чистење го користи ефектот на кавитација генериран од високофреквентни звучни бранови во течност за отстранување на загадувачи од површината на плочката. Во споредба со традиционалното ултразвучно чистење, мегасоничното чистење работи на повисока фреквенција, овозможувајќи поефикасно отстранување на честички со големина под микрони без да предизвика оштетување на површината на плочката.
4. Чистење со озон
Технологијата за чистење со озон ги користи силните оксидирачки својства на озонот за разградување и отстранување на органските загадувачи од површината на плочката, претворајќи ги во безопасен јаглерод диоксид и вода. Овој метод не бара употреба на скапи хемиски реагенси и предизвикува помало загадување на животната средина, што го прави нова технологија во областа на чистење на плочка.
4. Опрема за чистење на плочки
За да се обезбеди ефикасност и безбедност на процесите на чистење на плочки, во производството на полупроводници се користи разновидна напредна опрема за чистење. Главните типови вклучуваат:
1. Опрема за влажно чистење
Опремата за влажно чистење вклучува различни резервоари за потопување, резервоари за ултразвучно чистење и центрифугални сушари. Овие уреди комбинираат механички сили и хемиски реагенси за отстранување на загадувачи од површината на плочката. Резервоарите за потопување обично се опремени со системи за контрола на температурата за да се обезбеди стабилност и ефикасност на хемиските раствори.
2. Опрема за хемиско чистење
Опремата за хемиско чистење главно вклучува плазма чистачи, кои користат честички со висока енергија во плазмата за да реагираат со површината на плочката и да ги отстранат остатоците од неа. Плазма чистењето е особено погодно за процеси кои бараат одржување на интегритетот на површината без внесување хемиски остатоци.
3. Автоматизирани системи за чистење
Со континуираната експанзија на производството на полупроводници, автоматизираните системи за чистење станаа претпочитан избор за чистење на плочки на големо. Овие системи често вклучуваат автоматски механизми за пренос, системи за чистење со повеќе резервоари и системи за прецизна контрола за да се обезбедат конзистентни резултати од чистењето за секоја плочка.
5. Идни трендови
Како што полупроводничките уреди продолжуваат да се намалуваат, технологијата за чистење на плочки се развива кон поефикасни и еколошки решенија. Идните технологии за чистење ќе се фокусираат на:
Отстранување на субнанометарски честички: Постојните технологии за чистење можат да се справат со честички со нанометарска размер, но со понатамошното намалување на големината на уредот, отстранувањето на субнанометарските честички ќе стане нов предизвик.
Зелено и еколошко чистење: Намалувањето на употребата на еколошки штетни хемикалии и развојот на поеколошки методи за чистење, како што се чистењето со озон и мегасоничното чистење, ќе станува сè поважно.
Повисоки нивоа на автоматизација и интелигенција: Интелигентните системи ќе овозможат следење во реално време и прилагодување на различни параметри за време на процесот на чистење, дополнително подобрувајќи ја ефикасноста на чистењето и ефикасноста на производството.
Технологијата за чистење на плочки, како клучен чекор во производството на полупроводници, игра витална улога во обезбедувањето чисти површини на плочки за последователните процеси. Комбинацијата од различни методи на чистење ефикасно ги отстранува загадувачите, обезбедувајќи чиста површина на подлогата за следните чекори. Со напредокот на технологијата, процесите на чистење ќе продолжат да се оптимизираат за да ги задоволат барањата за поголема прецизност и пониски стапки на дефекти во производството на полупроводници.
Време на објавување: 08.10.2024