Tehnologija čišćenja pločica u proizvodnji poluprovodnika

Tehnologija čišćenja pločica u proizvodnji poluprovodnika

Čišćenje pločice je ključni korak u cijelom procesu proizvodnje poluprovodnika i jedan od ključnih faktora koji direktno utiču na performanse uređaja i prinos proizvodnje. Tokom izrade čipa, čak i najmanja kontaminacija može degradirati karakteristike uređaja ili uzrokovati potpuni kvar. Kao rezultat toga, procesi čišćenja se primjenjuju prije i poslije gotovo svakog koraka proizvodnje kako bi se uklonili površinski zagađivači i osigurala čistoća pločice. Čišćenje je ujedno i najčešća operacija u proizvodnji poluprovodnika, što čini otprilike30% svih koraka procesa.

S kontinuiranim skaliranjem integracije vrlo velikih razmjera (VLSI), procesni čvorovi su napredovali do28 nm, 14 nm i više, što dovodi do veće gustoće uređaja, užih širina linija i sve složenijih tokova procesa. Napredni čvorovi su znatno osjetljiviji na kontaminaciju, dok manje veličine elemenata otežavaju čišćenje. Posljedično, broj koraka čišćenja nastavlja rasti, a čišćenje je postalo složenije, kritičnije i izazovnije. Na primjer, čip od 90 nm obično zahtijeva oko90 koraka čišćenja, dok je za čip od 20 nm potrebno oko215 koraka čišćenjaKako proizvodnja napreduje ka 14 nm, 10 nm i manjim čvorovima, broj operacija čišćenja će se nastaviti povećavati.

U suštini,Čišćenje pločice odnosi se na procese koji koriste hemijske tretmane, plinove ili fizičke metode za uklanjanje nečistoća s površine pločice.Kontaminanti poput čestica, metala, organskih ostataka i prirodnih oksida mogu negativno utjecati na performanse, pouzdanost i prinos uređaja. Čišćenje služi kao "most" između uzastopnih koraka proizvodnje - na primjer, prije taloženja i litografije ili nakon nagrizanja, CMP-a (hemijsko-mehaničkog poliranja) i implantacije iona. U širem smislu, čišćenje pločice može se podijeliti namokro čišćenjeihemijsko čišćenje.

Mokro čišćenje

Mokro čišćenje koristi hemijske rastvarače ili deioniziranu vodu (DIW) za čišćenje pločica. Primjenjuju se dva glavna pristupa:

• Metoda uranjanja: pločice se uranjaju u spremnike napunjene rastvaračima ili direktnom vodom. Ovo je najčešće korištena metoda, posebno za čvorove zrele tehnologije.

• Metoda prskanja: rastvarači ili DIW se prskaju na rotirajuće pločice kako bi se uklonile nečistoće. Dok uranjanje omogućava grupnu obradu više pločica, čišćenje raspršivanjem obrađuje samo jednu pločicu po komori, ali pruža bolju kontrolu, što ga čini sve češćim u naprednim čvorovima.

Hemijsko čišćenje

Kao što i samo ime govori, hemijsko čišćenje izbjegava upotrebu rastvarača ili direktnog čišćenja vodom (DIW), već umjesto toga koristi plinove ili plazmu za uklanjanje zagađivača. S težnjom ka naprednim uređajima, hemijsko čišćenje dobija na značaju zbog svojih...visoka preciznosti efikasnost protiv organskih materija, nitrida i oksida. Međutim, to zahtijevaveća ulaganja u opremu, složeniji rad i stroža kontrola procesaJoš jedna prednost je što hemijsko čišćenje smanjuje velike količine otpadnih voda koje nastaju mokrim metodama.

Uobičajene tehnike mokrog čišćenja

1. Čišćenje DIW (deioniziranom vodom)

DIW je najčešće korišteno sredstvo za čišćenje u mokrom čišćenju. Za razliku od netretirane vode, DIW gotovo da ne sadrži provodljive ione, što sprječava koroziju, elektrohemijske reakcije ili degradaciju uređaja. DIW se uglavnom koristi na dva načina:

1. Direktno čišćenje površine pločice– Obično se izvodi u režimu jedne pločice s valjcima, četkicama ili mlaznicama za raspršivanje tokom rotacije pločice. Problem predstavlja nakupljanje elektrostatičkog naboja, koje može izazvati defekte. Da bi se ovo ublažio, CO₂ (a ponekad i NH₃) se rastvara u DIW-u kako bi se poboljšala provodljivost bez kontaminacije pločice.

2. Ispiranje nakon hemijskog čišćenja– DIW uklanja ostatke rastvora za čišćenje koji bi inače mogli nagristi pločicu ili smanjiti performanse uređaja ako ostanu na površini.

2. Čišćenje HF (fluorovodoničnom kiselinom)

HF je najefikasnija hemikalija za uklanjanjeslojevi prirodnog oksida (SiO₂)na silicijumskim pločicama i po važnosti je drugi, odmah nakon DIW-a. Također rastvara vezane metale i suzbija ponovnu oksidaciju. Međutim, HF nagrizanje može učiniti površine pločica hrapavim i neželjeno napasti određene metale. Da bi se riješili ovi problemi, poboljšane metode razrjeđuju HF, dodaju oksidanse, surfaktante ili sredstva za kompleksiranje kako bi se poboljšala selektivnost i smanjila kontaminacija.

3. SC1 Čišćenje (Standardno čišćenje 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 je isplativa i vrlo efikasna metoda za uklanjanjeorganski ostaci, čestice i neki metaliMehanizam kombinuje oksidativno djelovanje H₂O₂ i efekat rastvaranja NH₄OH. Takođe odbija čestice putem elektrostatskih sila, a ultrazvučna/megasonična pomoć dodatno poboljšava efikasnost. Međutim, SC1 može učiniti površine pločica hrapavim, što zahteva pažljivu optimizaciju hemijskih odnosa, kontrolu površinske napetosti (putem surfaktanata) i helirajuća sredstva za suzbijanje ponovnog taloženja metala.

4. SC2 Čišćenje (Standardno čišćenje 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 dopunjuje SC1 uklanjanjemmetalni zagađivačiNjegova jaka sposobnost kompleksiranja pretvara oksidirane metale u rastvorljive soli ili komplekse, koji se ispiru. Dok je SC1 efikasan za organske materije i čestice, SC2 je posebno vrijedan za sprečavanje adsorpcije metala i osiguranje niske kontaminacije metalima.

5. Čišćenje O₃ (ozonom)

Čišćenje ozonom se uglavnom koristi zauklanjanje organske materijeidezinfekcijska DIWO₃ djeluje kao jak oksidans, ali može uzrokovati ponovno taloženje, pa se često kombinira s HF. Optimizacija temperature je ključna jer se topljivost O₃ u vodi smanjuje na višim temperaturama. Za razliku od dezinficijensa na bazi hlora (neprihvatljivih u fabrikama poluprovodnika), O₃ se razgrađuje na kisik bez kontaminacije DIW sistema.

6. Čišćenje organskim rastvaračima

U određenim specijaliziranim procesima, organski rastvarači se koriste tamo gdje su standardne metode čišćenja nedovoljne ili neprikladne (npr. kada se mora izbjeći stvaranje oksida).

Zaključak

Čišćenje oblatne jenajčešće ponavljani koraku proizvodnji poluprovodnika i direktno utiče na prinos i pouzdanost uređaja. S prelaskom naveće pločice i manje geometrije uređajaZahtjevi za čistoću površine pločice, hemijsko stanje, hrapavost i debljinu oksida postaju sve stroži.

Ovaj članak je pregledao i zrele i napredne tehnologije čišćenja pločica, uključujući DIW, HF, SC1, SC2, O₃ i metode s organskim rastvaračima, zajedno s njihovim mehanizmima, prednostima i ograničenjima. Iz objeekonomske i ekološke perspektiveKontinuirana poboljšanja tehnologije čišćenja pločica su neophodna za ispunjavanje zahtjeva napredne proizvodnje poluprovodnika.