Mokro čišćenje (Wet Clean) je jedan od ključnih koraka u procesima proizvodnje poluprovodnika, a cilj mu je uklanjanje raznih nečistoća s površine pločice kako bi se osiguralo da se sljedeći koraci procesa mogu izvesti na čistoj površini.
Kako se veličina poluprovodničkih uređaja nastavlja smanjivati, a zahtjevi za preciznošću rastu, tehnički zahtjevi procesa čišćenja pločica postaju sve stroži. Čak i najmanje čestice, organski materijali, metalni ioni ili ostaci oksida na površini pločice mogu značajno utjecati na performanse uređaja, a time i na prinos i pouzdanost poluprovodničkih uređaja.
Osnovni principi čišćenja pločica
Suština čišćenja pločice leži u efikasnom uklanjanju različitih nečistoća sa površine pločice putem fizičkih, hemijskih i drugih metoda kako bi se osiguralo da pločica ima čistu površinu pogodnu za kasniju obradu.
Vrsta kontaminacije
Glavni utjecaji na karakteristike uređaja
| Kontaminacija proizvoda | Defekti uzorka
Defekti implantacije iona
Defekti usljed pucanja izolacijske folije
| |
| Metalna kontaminacija | Alkalni metali | Nestabilnost MOS tranzistora
Proboj/degradacija filma oksida vrata
|
| Teški metali | Povećana povratna struja curenja PN spoja
Defekti probijanja filma oksida na vratima
Degradacija životnog vijeka manjinskih nosioca
Generisanje defekata u sloju oksidne ekscitacije
| |
| Hemijska kontaminacija | Organski materijal | Defekti probijanja filma oksida na vratima
Varijacije CVD filma (vremena inkubacije)
Varijacije debljine termičkog oksidnog filma (ubrzana oksidacija)
Pojava zamagljenja (pločica, sočivo, ogledalo, maska, končanica)
|
| Neorganski dopanti (B, P) | Vth pomjeranje MOS tranzistora
Varijacije otpora Si podloge i visokootpornih polisilicijumskih ploča
| |
| Neorganske baze (amini, amonijak) i kiseline (SOx) | Degradacija rezolucije hemijski pojačanih rezista
Pojava kontaminacije česticama i zamagljivanja zbog stvaranja soli
| |
| Prirodni i hemijski oksidni filmovi usljed vlage i zraka | Povećani kontaktni otpor
Proboj/degradacija filma oksida vrata
| |
Konkretno, ciljevi procesa čišćenja pločice uključuju:
Uklanjanje čestica: Korištenje fizičkih ili hemijskih metoda za uklanjanje malih čestica pričvršćenih za površinu pločice. Manje čestice je teže ukloniti zbog jakih elektrostatskih sila između njih i površine pločice, što zahtijeva poseban tretman.
Uklanjanje organskog materijala: Organski zagađivači poput masnoće i ostataka fotorezista mogu se prilijepiti za površinu pločice. Ovi zagađivači se obično uklanjaju jakim oksidirajućim sredstvima ili rastvaračima.
Uklanjanje metalnih iona: Ostaci metalnih iona na površini pločice mogu degradirati električne performanse, pa čak i utjecati na sljedeće korake obrade. Stoga se za uklanjanje ovih iona koriste specifični hemijski rastvori.
Uklanjanje oksida: Neki procesi zahtijevaju da površina pločice bude bez oksidnih slojeva, kao što je silicijum oksid. U takvim slučajevima, prirodne oksidne slojeve je potrebno ukloniti tokom određenih koraka čišćenja.
Izazov tehnologije čišćenja pločica leži u efikasnom uklanjanju nečistoća bez negativnog uticaja na površinu pločice, kao što je sprečavanje hrapavosti površine, korozije ili drugih fizičkih oštećenja.
2. Tok procesa čišćenja pločica
Proces čišćenja pločice obično uključuje više koraka kako bi se osiguralo potpuno uklanjanje nečistoća i postigla potpuno čista površina.
Slika: Poređenje između čišćenja šaržnog tipa i pojedinačnog čišćenja pločice
Tipičan proces čišćenja pločice uključuje sljedeće glavne korake:
1. Prethodno čišćenje (Pre-Clean)
Svrha prethodnog čišćenja je uklanjanje rastresitih nečistoća i velikih čestica s površine pločice, što se obično postiže ispiranjem deioniziranom vodom (DI voda) i ultrazvučnim čišćenjem. Deionizirana voda može u početku ukloniti čestice i otopljene nečistoće s površine pločice, dok ultrazvučno čišćenje koristi efekte kavitacije kako bi se prekinula veza između čestica i površine pločice, što ih čini lakšim za uklanjanje.
2. Hemijsko čišćenje
Hemijsko čišćenje je jedan od ključnih koraka u procesu čišćenja pločice, korištenjem hemijskih rastvora za uklanjanje organskih materijala, metalnih iona i oksida sa površine pločice.
Uklanjanje organskih materijala: Obično se za otapanje i oksidaciju organskih zagađivača koristi aceton ili smjesa amonijaka i peroksida (SC-1). Tipičan omjer za otopinu SC-1 je NH₄OH.
₂O₂
₂O = 1:1:5, sa radnom temperaturom od oko 20°C.
Uklanjanje metalnih iona: Za uklanjanje metalnih iona sa površine pločice koriste se mješavine dušične kiseline ili hlorovodonične kiseline/peroksida (SC-2). Tipičan omjer za SC-2 otopinu je HCl.
₂O₂
₂O = 1:1:6, uz održavanje temperature na približno 80°C.
Uklanjanje oksida: U nekim procesima potrebno je uklanjanje izvornog oksidnog sloja sa površine pločice, za što se koristi rastvor fluorovodonične kiseline (HF). Tipičan odnos za rastvor HF je HF
₂O = 1:50, i može se koristiti na sobnoj temperaturi.
3. Završno čišćenje
Nakon hemijskog čišćenja, pločice obično prolaze kroz završnu fazu čišćenja kako bi se osiguralo da na površini ne ostanu hemijski ostaci. Za završno čišćenje se uglavnom koristi deionizirana voda za temeljito ispiranje. Dodatno, čišćenje ozonom (O₃/H₂O) se koristi za daljnje uklanjanje preostalih nečistoća sa površine pločice.
4. Sušenje
Očišćene pločice moraju se brzo osušiti kako bi se spriječili tragovi vode ili ponovno prianjanje nečistoća. Uobičajene metode sušenja uključuju centrifugiranje i pročišćavanje dušikom. Prvo uklanja vlagu s površine pločice okretanjem pri velikim brzinama, dok drugo osigurava potpuno sušenje upuhivanjem suhog dušika preko površine pločice.
Zagađivač
Naziv postupka čišćenja
Opis hemijske smjese
Hemikalije
| Čestice | Pirana (SPM) | Sumporna kiselina/vodikov peroksid/deionizirana voda | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonijum hidroksid/vodonik peroksid/deionizirana voda | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Metali (ne bakar) | SC-2 (HPM) | Hlorovodonična kiselina/vodonik peroksid/deionizovana voda | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Pirana (SPM) | Sumporna kiselina/vodikov peroksid/deionizirana voda | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Razrijeđena fluorovodonična kiselina/deionizirana voda (neće ukloniti bakar) | HF/H2O1:50 | |
| Organski proizvodi | Pirana (SPM) | Sumporna kiselina/vodikov peroksid/deionizirana voda | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonijum hidroksid/vodonik peroksid/deionizirana voda | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozon u deioniziranoj vodi | O3/H2O optimizirane smjese | |
| Prirodni oksid | DHF | Razrijeđena fluorovodonična kiselina/deionizirana voda | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Puferirana fluorovodonična kiselina | NH4F/HF/H2O |
3. Uobičajene metode čišćenja pločica
1. Metoda čišćenja RCA
Metoda čišćenja RCA jedna je od najklasičnijih tehnika čišćenja pločica u industriji poluprovodnika, koju je razvila korporacija RCA prije više od 40 godina. Ova metoda se prvenstveno koristi za uklanjanje organskih zagađivača i nečistoća metalnih iona i može se završiti u dva koraka: SC-1 (Standardno čišćenje 1) i SC-2 (Standardno čišćenje 2).
SC-1 Čišćenje: Ovaj korak se uglavnom koristi za uklanjanje organskih zagađivača i čestica. Otopina je mješavina amonijaka, vodikovog peroksida i vode, koja formira tanki sloj silicijum oksida na površini pločice.
SC-2 Čišćenje: Ovaj korak se prvenstveno koristi za uklanjanje nečistoća metalnim ionima, korištenjem mješavine hlorovodonične kiseline, vodonik peroksida i vode. Ostavlja tanki pasivizirajući sloj na površini pločice kako bi se spriječila ponovna kontaminacija.
2. Metoda čišćenja pirana (Piranha Etch Clean)
Metoda čišćenja Piranha je visoko efikasna tehnika za uklanjanje organskih materijala, korištenjem mješavine sumporne kiseline i vodikovog peroksida, obično u omjeru 3:1 ili 4:1. Zbog izuzetno jakih oksidativnih svojstava ove otopine, može ukloniti veliku količinu organske materije i tvrdokornih zagađivača. Ova metoda zahtijeva strogu kontrolu uvjeta, posebno u pogledu temperature i koncentracije, kako bi se izbjeglo oštećenje pločice.
Ultrazvučno čišćenje koristi efekat kavitacije generisan visokofrekventnim zvučnim talasima u tečnosti za uklanjanje nečistoća sa površine pločice. U poređenju sa tradicionalnim ultrazvučnim čišćenjem, megasonično čišćenje radi na višoj frekvenciji, omogućavajući efikasnije uklanjanje čestica submikronske veličine bez oštećenja površine pločice.
4. Čišćenje ozonom
Tehnologija čišćenja ozonom koristi jaka oksidacijska svojstva ozona za razgradnju i uklanjanje organskih zagađivača s površine pločice, pretvarajući ih u bezopasni ugljični dioksid i vodu. Ova metoda ne zahtijeva upotrebu skupih kemijskih reagensa i uzrokuje manje zagađenje okoliša, što je čini novom tehnologijom u području čišćenja pločica.
4. Oprema za čišćenje pločica
Kako bi se osigurala efikasnost i sigurnost procesa čišćenja pločica, u proizvodnji poluprovodnika koristi se raznovrsna napredna oprema za čišćenje. Glavne vrste uključuju:
1. Oprema za mokro čišćenje
Oprema za mokro čišćenje uključuje različite uranjajuće rezervoare, ultrazvučne rezervoare za čišćenje i centrifuge za sušenje. Ovi uređaji kombiniraju mehaničke sile i hemijske reagense za uklanjanje nečistoća s površine pločice. Uranjajući rezervoari su obično opremljeni sistemima za kontrolu temperature kako bi se osigurala stabilnost i učinkovitost hemijskih otopina.
2. Oprema za hemijsko čišćenje
Oprema za hemijsko čišćenje uglavnom uključuje plazma čistače, koji koriste visokoenergetske čestice u plazmi za reakciju s površinom pločice i uklanjanje ostataka s nje. Čišćenje plazmom je posebno pogodno za procese koji zahtijevaju održavanje integriteta površine bez unošenja hemijskih ostataka.
3. Automatizovani sistemi za čišćenje
S kontinuiranim širenjem proizvodnje poluprovodnika, automatizovani sistemi za čišćenje postali su preferirani izbor za čišćenje pločica velikih razmjera. Ovi sistemi često uključuju automatizovane mehanizme za prenos, sisteme za čišćenje s više spremnika i sisteme precizne kontrole kako bi se osigurali konzistentni rezultati čišćenja za svaku pločicu.
5. Budući trendovi
Kako se poluprovodnički uređaji nastavljaju smanjivati, tehnologija čišćenja pločica se razvija prema efikasnijim i ekološki prihvatljivijim rješenjima. Buduće tehnologije čišćenja će se fokusirati na:
Uklanjanje čestica subnanometarske veličine: Postojeće tehnologije čišćenja mogu se nositi s česticama nanometarske veličine, ali s daljnjim smanjenjem veličine uređaja, uklanjanje čestica subnanometarske veličine postat će novi izazov.
Zeleno i ekološki prihvatljivo čišćenje: Smanjenje upotrebe ekološki štetnih hemikalija i razvoj ekološki prihvatljivijih metoda čišćenja, poput čišćenja ozonom i megasoničnog čišćenja, postat će sve važniji.
Viši nivoi automatizacije i inteligencije: Inteligentni sistemi će omogućiti praćenje u realnom vremenu i podešavanje različitih parametara tokom procesa čišćenja, dodatno poboljšavajući efikasnost čišćenja i proizvodnju.
Tehnologija čišćenja pločica, kao ključni korak u proizvodnji poluprovodnika, igra vitalnu ulogu u osiguravanju čistih površina pločica za naredne procese. Kombinacija različitih metoda čišćenja efikasno uklanja nečistoće, osiguravajući čistu površinu podloge za sljedeće korake. Kako tehnologija napreduje, procesi čišćenja će se nastaviti optimizirati kako bi se zadovoljili zahtjevi za većom preciznošću i nižom stopom defekata u proizvodnji poluprovodnika.
Vrijeme objave: 08.10.2024.