Mokro čišćenje (Wet Clean) je jedan od kritičnih koraka u proizvodnim procesima poluprovodnika, čiji je cilj uklanjanje raznih zagađivača sa površine pločice kako bi se osiguralo da se sljedeći koraci procesa mogu izvesti na čistoj površini.
Kako se veličina poluvodičkih uređaja i dalje smanjuje, a zahtjevi za preciznošću rastu, tehnički zahtjevi procesa čišćenja pločica postaju sve stroži. Čak i najmanje čestice, organski materijali, metalni joni ili ostaci oksida na površini pločice mogu značajno uticati na performanse uređaja, čime utiču na prinos i pouzdanost poluvodičkih uređaja.
Osnovni principi čišćenja vafla
Srž čišćenja vafla leži u efikasnom uklanjanju raznih zagađivača s površine vafla putem fizičkih, kemijskih i drugih metoda kako bi se osiguralo da vafla ima čistu površinu pogodnu za naknadnu obradu.
Vrsta kontaminacije
Glavni utjecaji na karakteristike uređaja
| članak Kontaminacija | Defekti uzorka
Defekti jonske implantacije
Defekti izolacijskog filma
| |
| Metalna kontaminacija | Alkalni metali | Nestabilnost MOS tranzistora
Razgradnja/razgradnja oksidnog filma kapije
|
| Heavy Metals | Povećana struja povratnog curenja PN spoja
Defekti propadanja oksidnog filma kapije
Degradacija životnog vijeka manjinskog nosača
Generisanje defekta sloja pobuđivanja oksida
| |
| Hemijska kontaminacija | Organski materijal | Defekti propadanja oksidnog filma kapije
Varijacije CVD filma (vrijeme inkubacije)
Varijacije debljine termalnog oksidnog filma (ubrzana oksidacija)
Pojava zamagljenja (vafer, sočivo, ogledalo, maska, končanica)
|
| neorganske dodatke (B, P) | MOS tranzistor Vth pomaci
Varijacije otpornosti na Si supstrat i poli-silicijumske ploče visoke otpornosti
| |
| Anorganske baze (amini, amonijak) i kiseline (SOx) | Smanjenje rezolucije hemijski pojačanih otpornika
Pojava kontaminacije česticama i zamagljenja zbog stvaranja soli
| |
| Prirodni i hemijski oksidni filmovi zbog vlage, vazduha | Povećan kontaktni otpor
Razgradnja/razgradnja oksidnog filma kapije
| |
Konkretno, ciljevi procesa čišćenja vafla uključuju:
Uklanjanje čestica: Upotreba fizičkih ili hemijskih metoda za uklanjanje malih čestica pričvršćenih za površinu oblatne. Manje čestice se teže uklanjaju zbog jakih elektrostatičkih sila između njih i površine pločice, što zahtijeva poseban tretman.
Uklanjanje organskog materijala: Organski zagađivači kao što su ostaci masti i fotorezista mogu se zalijepiti za površinu pločice. Ovi zagađivači se obično uklanjaju upotrebom jakih oksidacijskih sredstava ili rastvarača.
Uklanjanje metalnih jona: Ostaci metalnih jona na površini pločice mogu degradirati električne performanse, pa čak i uticati na naredne korake obrade. Zbog toga se za uklanjanje ovih jona koriste specifične hemijske otopine.
Uklanjanje oksida: Neki procesi zahtijevaju da površina pločice bude slobodna od oksidnih slojeva, kao što je silicijum oksid. U takvim slučajevima, prirodni slojevi oksida moraju se ukloniti tokom određenih koraka čišćenja.
Izazov tehnologije za čišćenje pločice leži u efikasnom uklanjanju zagađivača bez štetnog uticaja na površinu pločice, kao što je sprečavanje hrapavosti površine, korozije ili drugih fizičkih oštećenja.
2. Tok procesa čišćenja vafla
Proces čišćenja pločice obično uključuje više koraka kako bi se osiguralo potpuno uklanjanje zagađivača i postigla potpuno čista površina.
Slika: Poređenje između serijskog i jednostrukog čišćenja
Tipičan proces čišćenja vafla uključuje sljedeće glavne korake:
1. Prethodno čišćenje (Pre-Clean)
Svrha prethodnog čišćenja je uklanjanje labavih zagađivača i velikih čestica s površine pločice, što se obično postiže ispiranjem deioniziranom vodom (DI Water) i ultrazvučnim čišćenjem. Deionizirana voda u početku može ukloniti čestice i otopljene nečistoće s površine pločice, dok ultrazvučno čišćenje koristi efekte kavitacije da razbije vezu između čestica i površine pločice, što ih čini lakšim za uklanjanje.
2. Hemijsko čišćenje
Hemijsko čišćenje je jedan od ključnih koraka u procesu čišćenja vafla, korištenjem kemijskih rješenja za uklanjanje organskih materijala, metalnih jona i oksida s površine vafla.
Uklanjanje organskog materijala: Obično se aceton ili mješavina amonijaka/peroksida (SC-1) koristi za rastvaranje i oksidaciju organskih zagađivača. Tipičan odnos za rastvor SC-1 je NH₄OH
₂O₂
₂O = 1:1:5, sa radnom temperaturom od oko 20°C.
Uklanjanje metalnih jona: azotna kiselina ili smeša hlorovodonične kiseline/peroksida (SC-2) se koriste za uklanjanje metalnih jona sa površine pločice. Tipičan odnos za rastvor SC-2 je HCl
₂O₂
₂O = 1:1:6, sa temperaturom koja se održava na približno 80°C.
Uklanjanje oksida: U nekim procesima je potrebno uklanjanje prirodnog oksidnog sloja sa površine pločice, za šta se koristi rastvor fluorovodonične kiseline (HF). Tipičan odnos za HF rastvor je HF
₂O = 1:50, a može se koristiti na sobnoj temperaturi.
3. Završno čišćenje
Nakon hemijskog čišćenja, oblatne se obično podvrgavaju završnom koraku čišćenja kako bi se osiguralo da na površini ne ostanu ostaci kemikalija. Završno čišćenje uglavnom koristi deioniziranu vodu za temeljito ispiranje. Dodatno, čišćenje ozonom vodom (O₃/H₂O) se koristi za dalje uklanjanje svih preostalih zagađivača sa površine pločice.
4. Sušenje
Očišćene oblatne moraju se brzo osušiti kako bi se spriječili vodeni žigovi ili ponovno pričvršćivanje kontaminanata. Uobičajene metode sušenja uključuju centrifugiranje i pročišćavanje dušikom. Prvi uklanja vlagu sa površine vafla centrifugiranjem pri velikim brzinama, dok drugi osigurava potpuno sušenje upuhujući suhi plin dušika preko površine vafla.
Zagađivač
Naziv procedure čišćenja
Opis hemijske smeše
Hemikalije
| Čestice | pirana (SPM) | Sumporna kiselina/vodikov peroksid/DI voda | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonijum hidroksid/vodikov peroksid/DI voda | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Metali (ne bakar) | SC-2 (HPM) | Hlorovodonična kiselina/vodikov peroksid/DI voda | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| pirana (SPM) | Sumporna kiselina/vodikov peroksid/DI voda | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Razrijeđena fluorovodonična kiselina/DI voda (neće ukloniti bakar) | HF/H2O1:50 | |
| Organics | pirana (SPM) | Sumporna kiselina/vodikov peroksid/DI voda | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonijum hidroksid/vodikov peroksid/DI voda | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozon u dejonizovanoj vodi | O3/H2O Optimizirane smjese | |
| Native Oxide | DHF | Razrijedite fluorovodoničnu kiselinu/DI vodu | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Puferirana fluorovodonična kiselina | NH4F/HF/H2O |
3. Uobičajene metode čišćenja vafla
1. RCA metoda čišćenja
RCA metoda čišćenja je jedna od najklasičnijih tehnika čišćenja pločica u industriji poluvodiča, koju je razvila RCA Corporation prije više od 40 godina. Ova metoda se prvenstveno koristi za uklanjanje organskih zagađivača i nečistoća metalnih jona i može se izvršiti u dva koraka: SC-1 (Standard Clean 1) i SC-2 (Standard Clean 2).
SC-1 Čišćenje: Ovaj korak se uglavnom koristi za uklanjanje organskih zagađivača i čestica. Rješenje je mješavina amonijaka, vodikovog peroksida i vode, koja formira tanak sloj silicijum oksida na površini pločice.
SC-2 Čišćenje: Ovaj korak se prvenstveno koristi za uklanjanje zagađivača metalnih jona, koristeći mješavinu hlorovodonične kiseline, vodikovog peroksida i vode. Ostavlja tanak pasivacijski sloj na površini vafla kako bi se spriječila ponovna kontaminacija.
2. Metoda čišćenja Piranha (Piranha Etch Clean)
Piranha metoda čišćenja je vrlo učinkovita 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 organskih tvari i tvrdokornih zagađivača. Ova metoda zahtijeva strogu kontrolu uslova, posebno u pogledu temperature i koncentracije, kako bi se izbjeglo oštećenje vafla.
Ultrazvučno čišćenje koristi efekat kavitacije koji generišu visokofrekventni zvučni talasi u tečnosti za uklanjanje zagađivača sa površine pločice. U poređenju sa tradicionalnim ultrazvučnim čišćenjem, megazvučno čišćenje radi na višoj frekvenciji, omogućavajući efikasnije uklanjanje čestica submikronske veličine bez oštećenja površine pločice.
4. Čišćenje ozonom
Tehnologija čišćenja ozonom koristi snažna oksidirajuća svojstva ozona za razlaganje 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 tehnologijom u nastajanju u području čišćenja vafla.
4. Procesna oprema za čišćenje pločica
Kako bi se osigurala efikasnost i sigurnost procesa čišćenja pločica, u proizvodnji poluvodiča koristi se razna napredna oprema za čišćenje. Glavne vrste uključuju:
1. Oprema za mokro čišćenje
Oprema za mokro čišćenje uključuje razne rezervoare za uranjanje, rezervoare za ultrazvučno čišćenje i centrifugirane sušare. Ovi uređaji kombinuju mehaničke sile i hemijske reagense za uklanjanje zagađivača sa površine pločice. Rezervoari za uranjanje su obično opremljeni sistemima za kontrolu temperature kako bi se osigurala stabilnost i efikasnost hemijskih rastvora.
2. Oprema za hemijsko čišćenje
Oprema za kemijsko čišćenje uglavnom uključuje čistače plazme, koji koriste visokoenergetske čestice u plazmi da reagiraju i uklone ostatke s površine vafla. Plazma čišćenje je posebno pogodno za procese koji zahtijevaju održavanje integriteta površine bez unošenja hemijskih ostataka.
3. Automatski sistemi za čišćenje
Uz kontinuiranu ekspanziju proizvodnje poluvodiča, automatizirani sistemi za čišćenje postali su poželjan izbor za veliko čišćenje pločica. Ovi sistemi često uključuju automatizovane mehanizme prenosa, sisteme za čišćenje sa više rezervoara i precizne kontrolne sisteme kako bi se osigurali dosledni rezultati čišćenja za svaku pločicu.
5. Budući trendovi
Kako se poluvodički uređaji i dalje smanjuju, tehnologija čišćenja pločica se razvija prema efikasnijim i ekološki prihvatljivijim rješenjima. Buduće tehnologije čišćenja će se fokusirati na:
Uklanjanje podnanometarskih čestica: Postojeće tehnologije čišćenja mogu podnijeti čestice nanometarske skale, ali s daljnjim smanjenjem veličine uređaja, uklanjanje podnanometarskih čestica postat će novi izazov.
Zeleno i ekološki prihvatljivo čišćenje: Smanjenje upotrebe hemikalija štetnih po okolinu i razvoj ekološki prihvatljivijih metoda čišćenja, kao što su čišćenje ozonom i megazvučno čišćenje, postat će sve važniji.
Viši nivoi automatizacije i inteligencije: Inteligentni sistemi će omogućiti praćenje i prilagođavanje različitih parametara u realnom vremenu tokom procesa čišćenja, dodatno poboljšavajući efikasnost čišćenja i efikasnost proizvodnje.
Tehnologija čišćenja pločica, kao kritični korak u proizvodnji poluvodiča, igra vitalnu ulogu u osiguravanju čistih površina pločica za naredne procese. Kombinacija različitih metoda čišćenja efikasno uklanja onečišćenja, 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 nižim stopama kvarova u proizvodnji poluvodiča.
Vrijeme objave: Oct-08-2024