Märgpuhastus (Wet Clean) on pooljuhtide tootmisprotsesside üks kriitilisi etappe, mille eesmärk on eemaldada vahvli pinnalt erinevad saasteained, et tagada järgnevate protsessietappide teostamine puhtal pinnal.
Kuna pooljuhtseadmete suurus kahaneb ja täpsusnõuded suurenevad, on vahvlipuhastusprotsesside tehnilised nõuded muutunud üha karmimaks. Isegi väikseimad osakesed, orgaanilised materjalid, metalliioonid või oksiidijäägid vahvli pinnal võivad märkimisväärselt mõjutada seadme jõudlust, mõjutades seeläbi pooljuhtseadmete tootlikkust ja töökindlust.
Vahvlite puhastamise põhiprintsiibid
Vahvli puhastamise tuum seisneb mitmesuguste saasteainete tõhusas eemaldamises vahvli pinnalt füüsikaliste, keemiliste ja muude meetodite abil, et tagada vahvlil puhas pind, mis sobib edasiseks töötlemiseks.
Saastumise tüüp
Peamised mõjud seadme omadustele
| artikkel Saastumine | Mustri defektid
Ioonide implanteerimise defektid
Isolatsioonikile purunemise defektid
| |
| Metalliline saastumine | Leelismetallid | MOS-transistori ebastabiilsus
Värava oksiidkile lagunemine/lagunemine
|
| Raskmetallid | Suurenenud PN-siirde vastupidine lekkevool
Värava oksiidkile purunemise defektid
Vähemuskandja eluea halvenemine
Oksiidergutuskihi defektide teke
| |
| Keemiline saastumine | Orgaaniline materjal | Värava oksiidkile purunemise defektid
CVD-kile variatsioonid (inkubatsiooniajad)
Termooksiidkile paksuse kõikumine (kiirenenud oksüdatsioon)
Hägusus (vahv, lääts, peegel, mask, võrk)
|
| Anorgaanilised lisandid (B, P) | MOS-transistor nihkub viiendaks
Si-substraadi ja suure vastupidavusega polü-räni lehe takistuse variatsioonid
| |
| Anorgaanilised alused (amiinid, ammoniaak) ja happed (SOx) | Keemiliselt võimendatud resistide eraldusvõime halvenemine
Soola tekkest tingitud osakeste saastumine ja hägustumine
| |
| Looduslikud ja keemilised oksiidkiled niiskuse ja õhu tõttu | Suurenenud kontakttakistus
Värava oksiidkile lagunemine/lagunemine
| |
Täpsemalt hõlmavad vahvlipuhastusprotsessi eesmärgid:
Osakeste eemaldamine: füüsikaliste või keemiliste meetodite kasutamine vahvli pinnale kinnitatud väikeste osakeste eemaldamiseks. Väiksemaid osakesi on nende ja vahvli pinna vahel tugevate elektrostaatiliste jõudude tõttu raskem eemaldada, mistõttu on vaja eritöötlust.
Orgaanilise materjali eemaldamine: orgaanilised saasteained, nagu rasv ja fotoresisti jäägid, võivad kleepuda vahvli pinnale. Need saasteained eemaldatakse tavaliselt tugevate oksüdeerivate ainete või lahustite abil.
Metalliioonide eemaldamine: metalliioonide jäägid vahvli pinnal võivad halvendada elektrilist jõudlust ja isegi mõjutada järgnevaid töötlemisetappe. Seetõttu kasutatakse nende ioonide eemaldamiseks spetsiifilisi keemilisi lahuseid.
Oksiidide eemaldamine: Mõned protsessid nõuavad, et vahvli pind oleks vaba oksiidikihtidest, näiteks ränioksiidist. Sellistel juhtudel tuleb teatud puhastustoimingute käigus eemaldada looduslikud oksiidikihid.
Vahvlipuhastustehnoloogia väljakutse seisneb saasteainete tõhusas eemaldamises, ilma et see mõjutaks ebasoodsalt vahvli pinda, nagu pinna karestumise, korrosiooni või muude füüsiliste kahjustuste vältimine.
2. Vahvlite puhastamise protsessi voog
Vahvlipuhastusprotsess hõlmab tavaliselt mitut etappi, et tagada saasteainete täielik eemaldamine ja täielikult puhas pind.
Joonis: partii tüüpi ja ühe plaadi puhastamise võrdlus
Tüüpiline vahvlipuhastusprotsess sisaldab järgmisi põhietappe:
1. Eelpuhastus (eelpuhastus)
Eelpuhastuse eesmärk on eemaldada vahvli pinnalt lahtised saasteained ja suured osakesed, mis saavutatakse tavaliselt deioniseeritud veega (DI Water) loputamise ja ultrahelipuhastusega. Deioniseeritud vesi võib algselt eemaldada vahvli pinnalt osakesed ja lahustunud lisandid, samal ajal kui ultrahelipuhastus kasutab osakeste ja vahvli pinna vahelise sideme katkestamiseks kavitatsiooniefekte, muutes need hõlpsamini paigast ära.
2. Keemiline puhastus
Keemiline puhastamine on vahvlipuhastusprotsessi üks põhietappe, mille käigus kasutatakse orgaaniliste materjalide, metalliioonide ja oksiidide eemaldamiseks vahvli pinnalt keemilisi lahuseid.
Orgaanilise materjali eemaldamine: tavaliselt kasutatakse orgaaniliste saasteainete lahustamiseks ja oksüdeerimiseks atsetooni või ammoniaagi/peroksiidi segu (SC-1). SC-1 lahuse tüüpiline suhe on NH4OH
₂O2
₂O = 1:1:5, töötemperatuuriga umbes 20 °C.
Metalliioonide eemaldamine: metalliioonide eemaldamiseks vahvli pinnalt kasutatakse lämmastikhapet või vesinikkloriidhappe/peroksiidi segusid (SC-2). SC-2 lahuse tüüpiline suhe on HCl
₂O2
₂O = 1:1:6, kusjuures temperatuuri hoitakse ligikaudu 80 °C juures.
Oksiidide eemaldamine: Mõnes protsessis on vaja natiivse oksiidikihi eemaldamist vahvli pinnalt, selleks kasutatakse vesinikfluoriidhappe (HF) lahust. HF-lahuse tüüpiline suhe on HF
₂O = 1:50 ja seda saab kasutada toatemperatuuril.
3. Lõplik puhastus
Pärast keemilist puhastamist läbivad vahvlid tavaliselt lõpliku puhastusetapi, et pinnale ei jääks kemikaalijääke. Lõpppuhastuses kasutatakse põhjalikuks loputamiseks peamiselt deioniseeritud vett. Lisaks kasutatakse osooniga vesipuhastust (O₃/H2O), et eemaldada vahvli pinnalt kõik allesjäänud saasteained.
4. Kuivatamine
Vesimärkide või saasteainete uuesti kinnitumise vältimiseks tuleb puhastatud vahvlid kiiresti kuivatada. Levinud kuivatusmeetodid hõlmavad tsentrifuugimist ja lämmastikuga puhastamist. Esimene eemaldab vahvli pinnalt niiskuse, tsentrifuugides suurel kiirusel, teine aga tagab täieliku kuivamise, puhudes kuiva lämmastikgaasi läbi vahvli pinna.
Saasteaine
Puhastusprotseduuri nimi
Keemilise segu kirjeldus
Kemikaalid
| Osakesed | piraaja (SPM) | Väävelhape/vesinikperoksiid/DI vesi | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammooniumhüdroksiid/vesinikperoksiid/DI vesi | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Metallid (mitte vask) | SC-2 (HPM) | Vesinikkloriidhape/vesinikperoksiid/DI vesi | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| piraaja (SPM) | Väävelhape/vesinikperoksiid/DI vesi | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Lahjendatud vesinikfluoriidhape/DI vesi (ei eemalda vaske) | HF/H2O1:50 | |
| Orgaanika | piraaja (SPM) | Väävelhape/vesinikperoksiid/DI vesi | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammooniumhüdroksiid/vesinikperoksiid/DI vesi | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Osoon deioniseeritud vees | O3/H2O optimeeritud segud | |
| Natiivne oksiid | DHF | Lahjendage vesinikfluoriidhapet/DI vett | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Puhverdatud vesinikfluoriidhape | NH4F/HF/H2O |
3. Levinud vahvlite puhastusmeetodid
1. RCA puhastusmeetod
RCA puhastusmeetod on pooljuhtide tööstuse üks klassikalisemaid vahvlipuhastusmeetodeid, mille on välja töötanud RCA Corporation enam kui 40 aastat tagasi. Seda meetodit kasutatakse peamiselt orgaaniliste saasteainete ja metalliioonide lisandite eemaldamiseks ning seda saab läbi viia kahes etapis: SC-1 (Standard Clean 1) ja SC-2 (Standard Clean 2).
SC-1 puhastamine: seda etappi kasutatakse peamiselt orgaaniliste saasteainete ja osakeste eemaldamiseks. Lahus on ammoniaagi, vesinikperoksiidi ja vee segu, mis moodustab vahvli pinnale õhukese ränioksiidi kihi.
SC-2 puhastamine: seda etappi kasutatakse peamiselt metalliioonide saasteainete eemaldamiseks, kasutades vesinikkloriidhappe, vesinikperoksiidi ja vee segu. See jätab vahvli pinnale õhukese passiivse kihi, et vältida uuesti saastumist.
2. Piranha puhastusmeetod (Piranha Etch Clean)
Piranha puhastusmeetod on väga tõhus meetod orgaaniliste materjalide eemaldamiseks, kasutades väävelhappe ja vesinikperoksiidi segu, tavaliselt vahekorras 3:1 või 4:1. Selle lahuse ülitugevate oksüdatiivsete omaduste tõttu suudab see eemaldada suurel hulgal orgaanilist ainet ja tõrksad saasteained. See meetod nõuab tingimuste ranget kontrolli, eriti temperatuuri ja kontsentratsiooni osas, et vältida vahvli kahjustamist.
Ultraheli puhastamine kasutab vedelikus kõrgsageduslike helilainete tekitatud kavitatsiooniefekti, et eemaldada saasteained vahvli pinnalt. Võrreldes traditsioonilise ultrahelipuhastusega, töötab megahelipuhastus kõrgema sagedusega, võimaldades tõhusamalt eemaldada alla mikroni suurusi osakesi, kahjustamata vahvli pinda.
4. Osooni puhastamine
Osoonipuhastustehnoloogia kasutab osooni tugevaid oksüdeerivaid omadusi, et lagundada ja eemaldada vahvli pinnalt orgaanilised saasteained, muutes need lõpuks kahjutuks süsinikdioksiidiks ja veeks. See meetod ei nõua kallite keemiliste reaktiivide kasutamist ja põhjustab vähem keskkonnareostust, mistõttu on see vahvlite puhastamise valdkonnas arenev tehnoloogia.
4. Vahvlite puhastamise protsessi seadmed
Vahvlipuhastusprotsesside tõhususe ja ohutuse tagamiseks kasutatakse pooljuhtide valmistamisel mitmesuguseid täiustatud puhastusseadmeid. Peamised tüübid hõlmavad järgmist:
1. Märgpuhastusseadmed
Märgpuhastusseadmete hulka kuuluvad erinevad sukelpaagid, ultrahelipuhastuspaagid ja tsentrifuugimiskuivatid. Need seadmed ühendavad mehaanilised jõud ja keemilised reaktiivid, et eemaldada saasteained vahvli pinnalt. Sukelpaagid on tavaliselt varustatud temperatuuri reguleerimissüsteemidega, et tagada keemiliste lahuste stabiilsus ja tõhusus.
2. Keemilise puhastuse seadmed
Kuivpuhastusseadmed hõlmavad peamiselt plasmapuhastusvahendeid, mis kasutavad plasmas leiduvaid suure energiaga osakesi, et reageerida vahvli pinnale ja eemaldada jäägid. Plasmapuhastus sobib eriti hästi protsesside jaoks, mis nõuavad pinna terviklikkuse säilitamist ilma kemikaalijääke lisamata.
3. Automatiseeritud puhastussüsteemid
Pooljuhtide tootmise pideva laienemisega on automatiseeritud puhastussüsteemidest saanud eelistatud valik suuremahuliste vahvlite puhastamiseks. Need süsteemid sisaldavad sageli automatiseeritud ülekandemehhanisme, mitme paagi puhastussüsteeme ja täppisjuhtimissüsteeme, et tagada iga vahvli jaoks ühtsed puhastustulemused.
5. Tulevikutrendid
Kuna pooljuhtseadmed kahanevad jätkuvalt, areneb vahvlipuhastustehnoloogia tõhusamate ja keskkonnasõbralikumate lahenduste suunas. Tulevased puhastustehnoloogiad keskenduvad:
Alamnanomeetri osakeste eemaldamine: olemasolevad puhastustehnoloogiad saavad hakkama nanomeetriliste osakestega, kuid seadme suuruse edasise vähenemisega muutub alamnanomeetriliste osakeste eemaldamine uueks väljakutseks.
Roheline ja keskkonnasõbralik puhastus: keskkonnakahjulike kemikaalide kasutamise vähendamine ja keskkonnasõbralikumate puhastusmeetodite (nt osoonipuhastus ja megasoonpuhastus) väljatöötamine muutub üha olulisemaks.
Kõrgem automatiseerituse ja intelligentsuse tase: intelligentsed süsteemid võimaldavad puhastusprotsessi ajal reaalajas jälgida ja reguleerida erinevaid parameetreid, parandades veelgi puhastamise ja tootmise efektiivsust.
Vahvlipuhastustehnoloogia, mis on pooljuhtide valmistamise kriitilise tähtsusega samm, mängib olulist rolli puhaste vahvlipindade tagamisel järgnevateks protsessideks. Erinevate puhastusmeetodite kombinatsioon eemaldab tõhusalt saasteained, pakkudes järgmisteks sammudeks puhta aluspinna. Tehnoloogia arenedes jätkatakse puhastusprotsesside optimeerimist, et rahuldada pooljuhtide tootmise suurema täpsuse ja väiksema defektimäära nõudeid.
Postitusaeg: okt-08-2024