Märgpuhastus (Wet Clean) on pooljuhtide tootmisprotsesside üks kriitilisi etappe, mille eesmärk on eemaldada vahvli pinnalt mitmesugused saasteained, et tagada järgmiste protsessietappide teostamine puhtal pinnal.
Pooljuhtseadiste suuruse pideva kahanemise ja täpsusnõuete suurenemise tõttu on kiipide puhastamise protsesside tehnilised nõudmised muutunud üha rangemaks. Isegi väikseimad osakesed, orgaanilised materjalid, metalliioonid või oksiidijäägid kiibi pinnal võivad oluliselt mõjutada seadme jõudlust, mõjutades seeläbi pooljuhtseadiste saagist ja töökindlust.
Vahvlite puhastamise põhiprintsiibid
Vahvli puhastamise tuum seisneb vahvli pinnalt mitmesuguste saasteainete tõhusas eemaldamises füüsikaliste, keemiliste ja muude meetodite abil, et tagada vahvli puhas pind edasiseks töötlemiseks.
Saastumise tüüp
Seadme omaduste peamised mõjutused
| artikli saastumine | Mustrivead
Ioonide implanteerimise defektid
Isolatsioonikile purunemisdefektid
| |
| Metalliline saastumine | Leelismetallid | MOS-transistori ebastabiilsus
Väravaoksiidkile lagunemine/lagunemine
|
| Raskmetallid | Suurenenud PN-siirde tagasivooluvool
Väravaoksiidi kile lagunemisdefektid
Vähemuskandjate eluea halvenemine
Oksiidi ergastuskihi defektide teke
| |
| Keemiline saastumine | Orgaaniline materjal | Väravaoksiidi kile lagunemisdefektid
CVD-kile variatsioonid (inkubatsiooniajad)
Termilise oksiidkile paksuse variatsioonid (kiirendatud oksüdatsioon)
Hägu esinemine (vahvel, lääts, peegel, mask, sihik)
|
| Anorgaanilised lisandid (B, P) | MOS-transistori Vth nihked
Si-substraadi ja kõrge takistusega polü-räni lehtmetalli takistuse variatsioonid
| |
| Anorgaanilised alused (amiinid, ammoniaak) ja happed (SOx) | Keemiliselt võimendatud resistide lahutusvõime halvenemine
Soola tekkimisest tingitud osakeste saastumise ja hägususe esinemine
| |
| Niiskuse ja õhu mõjul tekkivad natiivsed ja keemilised oksiidkiled | Suurem kontakttakistus
Väravaoksiidkile lagunemine/lagunemine
| |
Täpsemalt öeldes hõlmavad vahvlite puhastamise eesmärgid järgmist:
Osakeste eemaldamine: füüsikaliste või keemiliste meetodite kasutamine vahvli pinnale kinnitunud väikeste osakeste eemaldamiseks. Väiksemaid osakesi on raskem eemaldada nende ja vahvli pinna vaheliste tugevate elektrostaatiliste jõudude tõttu, mis vajavad spetsiaalset töötlemist.
Orgaanilise materjali eemaldamine: Orgaanilised saasteained, näiteks rasv ja fotoresisti jäägid, võivad kiibi pinnale kleepuda. Need saasteained eemaldatakse tavaliselt tugevate oksüdeerivate ainete või lahustite abil.
Metalliioonide eemaldamine: kiibi pinnal olevad metalliioonide jäägid võivad halvendada elektrilist jõudlust ja isegi mõjutada järgnevaid töötlemisetappe. Seetõttu kasutatakse nende ioonide eemaldamiseks spetsiaalseid keemilisi lahuseid.
Oksiidi eemaldamine: Mõned protsessid nõuavad, et vahvli pind oleks oksiidikihtidest, näiteks ränioksiidist, vaba. Sellistel juhtudel tuleb looduslikud oksiidikihid teatud puhastusetappide käigus eemaldada.
Kiipide puhastustehnoloogia väljakutse seisneb saasteainete tõhusas eemaldamises ilma kiipide pinda kahjustamata, näiteks pinna kareduse, korrosiooni või muude füüsiliste kahjustuste vältimise teel.
2. Vahvlipuhastusprotsessi voog
Plaatide puhastamise protsess hõlmab tavaliselt mitut etappi, et tagada saasteainete täielik eemaldamine ja täiesti puhta pinna saavutamine.
Joonis: Partii-tüüpi ja ühe vahvliga puhastamise võrdlus
Tüüpiline kipsplaatide puhastusprotsess hõlmab järgmisi põhietappe:
1. Eelpuhastus (eelpuhastus)
Eelpuhastuse eesmärk on eemaldada vahvli pinnalt lahtised saasteained ja suured osakesed, mis saavutatakse tavaliselt deioniseeritud veega (DI vesi) loputamise ja ultraheli puhastamise teel. Deioniseeritud vesi suudab esialgu vahvli pinnalt osakesed ja lahustunud lisandid eemaldada, samas kui ultraheli puhastamine kasutab kavitatsiooniefekte, et purustada osakeste ja vahvli pinna vaheline side, muutes nende eemaldamise lihtsamaks.
2. Keemiline puhastus
Keemiline puhastamine on üks kiibi puhastamise põhietappe, kus orgaaniliste materjalide, metalliioonide ja oksiidide eemaldamiseks kiibi pinnalt kasutatakse keemilisi lahuseid.
Orgaanilise materjali eemaldamine: Orgaaniliste saasteainete lahustamiseks ja oksüdeerimiseks kasutatakse tavaliselt 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: Lämmastikhappe või vesinikkloriidhappe/peroksiidi segusid (SC-2) kasutatakse metalliioonide eemaldamiseks vahvli pinnalt. SC-2 lahuse tüüpiline suhe on HCl
₂O₂
₂O = 1:1:6, temperatuuri hoiti ligikaudu 80 °C juures.
Oksiidi eemaldamine: Mõnes protsessis on vaja natiivse oksiidikihi eemaldamist vahvli pinnalt, milleks 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 viimase puhastusetapi, et tagada keemiliste jääkide puudumine pinnal. Lõplikul puhastamisel kasutatakse põhjalikuks loputamiseks peamiselt deioniseeritud vett. Lisaks kasutatakse vahvli pinnalt järelejäänud saasteainete edasiseks eemaldamiseks osooniveepuhastust (O₃/H₂O).
4. Kuivatamine
Puhastatud vahvlid tuleb kiiresti kuivatada, et vältida veeplekke või saasteainete uuesti kinnitumist. Levinud kuivatusmeetodite hulka kuuluvad tsentrifuugkuivatamine ja lämmastikuga puhastamine. Esimene eemaldab vahvli pinnalt niiskuse suurel kiirusel tsentrifuugimise teel, teine aga tagab täieliku kuivamise, puhudes vahvli pinnale kuiva lämmastikgaasi.
Saasteaine
Puhastusprotseduuri nimi
Keemilise segu kirjeldus
Kemikaalid
| Osakesed | Piraaja (SPM) | Väävelhape/vesinikperoksiid/destilleeritud vesi | H2SO4/H2O2/H2O 3–4:1; 90 °C |
| SC-1 (APM) | Ammooniumhüdroksiid/vesinikperoksiid/destilleeritud vesi | NH₂OH/H₂O₂/H₂O 1:4:20; 80°C | |
| Metallid (mitte vask) | SC-2 (HPM) | Vesinikkloriidhape/vesinikperoksiid/destilleeritud vesi | HCl/H₂O₂/H₂O1:1:6; 85°C |
| Piraaja (SPM) | Väävelhape/vesinikperoksiid/destilleeritud vesi | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Lahjendatud vesinikfluoriidhape/destilleeritud vesi (ei eemalda vaske) | HF/H2O1:50 | |
| Orgaanika | Piraaja (SPM) | Väävelhape/vesinikperoksiid/destilleeritud vesi | H2SO4/H2O2/H2O 3–4:1; 90 °C |
| SC-1 (APM) | Ammooniumhüdroksiid/vesinikperoksiid/destilleeritud vesi | NH₂OH/H₂O₂/H₂O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Osoon deioniseeritud vees | O3/H2O optimeeritud segud | |
| Natiivne oksiid | DHF | Lahjendatud vesinikfluoriidhape/destilleeritud vesi | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Puhverdatud vesinikfluoriidhape | NH4F/HF/H2O |
3. Levinud vahvlipuhastusmeetodid
1. RCA puhastusmeetod
RCA puhastusmeetod on pooljuhtide tööstuses üks klassikalisemaid kiipide puhastustehnikaid, mille töötas välja RCA Corporation üle 40 aasta tagasi. Seda meetodit kasutatakse peamiselt orgaaniliste saasteainete ja metalliioonide lisandite eemaldamiseks ning seda saab läbi viia kahes etapis: SC-1 (standardne puhastus 1) ja SC-2 (standardne puhastus 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 passiivkihi, et vältida uuesti saastumist.
2. Piraaja puhastusmeetod (Piranha Etch Clean)
Piranha puhastusmeetod on orgaaniliste materjalide eemaldamise väga tõhus meetod, kasutades väävelhappe ja vesinikperoksiidi segu, tavaliselt suhtega 3:1 või 4:1. Tänu selle lahuse äärmiselt tugevatele oksüdatiivsetele omadustele suudab see eemaldada suures koguses orgaanilist ainet ja kangekaelseid saasteaineid. See meetod nõuab tingimuste, eriti temperatuuri ja kontsentratsiooni osas, ranget kontrolli, et vältida vahvli kahjustamist.
Ultraheli puhastamine kasutab vedelikus kõrgsageduslike helilainete tekitatud kavitatsiooniefekti, et eemaldada kiibi pinnalt saasteained. Võrreldes traditsioonilise ultraheli puhastamisega töötab megasooniline puhastamine kõrgemal sagedusel, võimaldades submikronisuuruste osakeste tõhusamat eemaldamist kiibi pinda kahjustamata.
4. Osoonipuhastus
Osoonipuhastustehnoloogia kasutab osooni tugevaid oksüdeerivaid omadusi orgaaniliste saasteainete lagundamiseks ja eemaldamiseks kiibi pinnalt, muutes need lõpuks kahjutuks süsinikdioksiidiks ja veeks. See meetod ei nõua kallite keemiliste reagentide kasutamist ja põhjustab vähem keskkonnareostust, muutes selle kiibipuhastuse valdkonnas uueks tehnoloogiaks.
4. Vahvlipuhastusprotsessi seadmed
Pooljuhtide tootmisel kasutatakse kiipide puhastusprotsesside tõhususe ja ohutuse tagamiseks mitmesuguseid täiustatud puhastusseadmeid. Peamised tüübid on järgmised:
1. Märgpuhastusseadmed
Märgpuhastusseadmete hulka kuuluvad mitmesugused immersioonipaagid, ultraheli puhastuspaagid ja tsentrifuugkuivatid. Need seadmed ühendavad mehaanilised jõud ja keemilised reaktiivid, et eemaldada vahvli pinnalt saasteaineid. Immersioonipaagid on tavaliselt varustatud temperatuuri reguleerimissüsteemidega, et tagada keemiliste lahuste stabiilsus ja efektiivsus.
2. Keemilise puhastuse seadmed
Keemilise puhastuse seadmete hulka kuuluvad peamiselt plasmapuhastid, mis kasutavad plasmas olevaid suure energiaga osakesi, et reageerida kiibi pinnale ja eemaldada sealt jääke. Plasmapuhastus sobib eriti hästi protsesside jaoks, mis nõuavad pinna terviklikkuse säilitamist ilma keemiliste jääkideta.
3. Automatiseeritud puhastussüsteemid
Pooljuhtide tootmise pideva laienemisega on automatiseeritud puhastussüsteemidest saanud eelistatud valik suuremahuliste kiipide puhastamiseks. Need süsteemid sisaldavad sageli automatiseeritud ülekandemehhanisme, mitmepaagiga puhastussüsteeme ja täppisjuhtimissüsteeme, et tagada iga kiibi ühtlane puhastustulemus.
5. Tulevased trendid
Kuna pooljuhtseadiste maht jätkuvalt väheneb, areneb kiipide puhastustehnoloogia tõhusamate ja keskkonnasõbralikemate lahenduste suunas. Tulevased puhastustehnoloogiad keskenduvad järgmisele:
Subnanomeetriliste osakeste eemaldamine: Olemasolevad puhastustehnoloogiad suudavad hakkama saada nanomeetriliste osakestega, kuid seadme suuruse edasise vähenemisega saab subnanomeetriliste osakeste eemaldamine uueks väljakutseks.
Roheline ja keskkonnasõbralik puhastus: Keskkonnale kahjulike kemikaalide kasutamise vähendamine ja keskkonnasõbralikumate puhastusmeetodite, näiteks osoonipuhastuse ja megasonilise puhastuse väljatöötamine muutub üha olulisemaks.
Kõrgem automatiseerimise ja intelligentsuse tase: Intelligentsed süsteemid võimaldavad puhastusprotsessi ajal erinevate parameetrite reaalajas jälgimist ja reguleerimist, parandades veelgi puhastuse efektiivsust ja tootmise efektiivsust.
Pooljuhtide tootmises kriitilise tähtsusega etapina mängib vahvlite puhastustehnoloogia olulist rolli puhaste vahvlipindade tagamisel järgnevateks protsessideks. Erinevate puhastusmeetodite kombinatsioon eemaldab tõhusalt saasteained, pakkudes järgmisteks etappideks puhast aluspinna. Tehnoloogia arenedes optimeeritakse puhastusprotsesse jätkuvalt, et rahuldada pooljuhtide tootmises suurema täpsuse ja madalama defektide määra nõudeid.
Postituse aeg: 08.10.2024