Vahvlite puhastamise tehnoloogia pooljuhtide tootmises

Vahvlite puhastamise tehnoloogia pooljuhtide tootmises

Kiipide puhastamine on kogu pooljuhtide tootmisprotsessi kriitiline samm ja üks peamisi tegureid, mis mõjutab otseselt seadme jõudlust ja tootmismahtu. Kiibi valmistamise ajal võib isegi väikseim saastumine halvendada seadme omadusi või põhjustada täieliku rikke. Seetõttu rakendatakse peaaegu iga tootmisetapi eel ja järel puhastusprotsesse, et eemaldada pinna saasteained ja tagada kiipide puhtus. Puhastamine on ka pooljuhtide tootmisel kõige sagedasem toiming, moodustades umbes30% kõigist protsessietappidest.

Väga laiaulatusliku integratsiooni (VLSI) pideva skaleerimisega on protsessisõlmed arenenud edasi28 nm, 14 nm ja kaugemalgi, mis omakorda suurendab seadmete tihedust, kitsamaid joonlaiusi ja üha keerukamaid protsessivooge. Täiustatud sõlmed on saastumise suhtes oluliselt tundlikumad, samas kui väiksemad detailide mõõtmed muudavad puhastamise raskemaks. Seetõttu kasvab puhastamisetappide arv jätkuvalt ning puhastamine on muutunud keerukamaks, kriitilisemaks ja väljakutseid pakkuvamaks. Näiteks 90 nm kiibi valmistamiseks kulub tavaliselt umbes90 puhastusetappi, samas kui 20 nm kiip vajab umbes215 puhastusetappiTootmise edenedes 14 nm, 10 nm ja väiksemate sõlmedeni, suureneb puhastusoperatsioonide arv pidevalt.

SisuliseltVahvli puhastamine viitab protsessidele, mille käigus kasutatakse vahvli pinnalt lisandite eemaldamiseks keemilisi töötlusi, gaase või füüsikalisi meetodeid.Saasteained, nagu osakesed, metallid, orgaanilised jäägid ja natiivsed oksiidid, võivad kõik kahjustada seadme jõudlust, töökindlust ja saagikust. Puhastamine toimib „sillana“ järjestikuste valmistamisetappide vahel – näiteks enne sadestamist ja litograafiat või pärast söövitamist, keemilist mehaanilist poleerimist ja ioonide implanteerimist. Laiemalt öeldes võib kiipide puhastamise jagada järgmiseltmärgpuhastusjakeemiline puhastus.

Märgpuhastus

Märgpuhastusel kasutatakse vahvlite puhastamiseks keemilisi lahusteid või deioniseeritud vett. Rakendatakse kahte peamist meetodit:

• SukeldamismeetodVahvlid sukeldatakse lahustite või DIW-ga täidetud paakidesse. See on kõige laialdasemalt kasutatav meetod, eriti küpse tehnoloogiaga sõlmede puhul.

• PihustusmeetodLisandite eemaldamiseks pihustatakse pöörlevatele vahvlitele lahusteid või denatureeritud vett. Kuigi sukeldamine võimaldab mitme vahvli partiitöötlust, saab pihustuspuhastusega töödelda ainult ühte vahvlit kambris, kuid see tagab parema kontrolli, mistõttu on see üha tavalisem täiustatud sõlmedes.

Keemiline puhastus

Nagu nimigi ütleb, välditakse keemilises puhastuses lahusteid või DIW-d, kasutades saasteainete eemaldamiseks gaase või plasmat. Täiustatud sõlmede poole püüdlemise tõttu on keemiline puhastus oma tähtsuse tõttu üha suurem.kõrge täpsusja efektiivsus orgaaniliste ainete, nitriidide ja oksiidide vastu. See aga nõuabsuuremad investeeringud seadmetesse, keerukam töö ja rangem protsessikontrollTeine eelis on see, et keemiline puhastus vähendab märgmeetoditega tekkivate suurte reoveekoguste hulka.

Levinud märgpuhastusmeetodid

1. DIW (deioniseeritud vee) puhastus

DIW on märgpuhastuses kõige laialdasemalt kasutatav puhastusvahend. Erinevalt töötlemata veest ei sisalda DIW peaaegu üldse juhtivaid ioone, mis hoiab ära korrosiooni, elektrokeemilised reaktsioonid või seadme lagunemise. DIW-d kasutatakse peamiselt kahel viisil:

1. Vahvli pinna otsene puhastamine– Tavaliselt teostatakse seda ühe vahvli režiimis rullide, pintslite või pihustusdüüsidega vahvli pöörlemise ajal. Probleemiks on elektrostaatilise laengu kogunemine, mis võib põhjustada defekte. Selle leevendamiseks lahustatakse denatureeritud vees CO₂ (ja mõnikord ka NH₃), et parandada juhtivust ilma vahvlit saastamata.

2. Loputamine pärast keemilist puhastust– DIW eemaldab jääkpuhastuslahused, mis võivad pinnale jättes kiipi söövitada või seadme jõudlust halvendada.

2. HF (vesinikfluoriidhappe) puhastamine

HF on kõige tõhusam kemikaal eemaldamiseksnatiivsed oksiidikihid (SiO₂)räniplaatidel ja on tähtsuselt teisel kohal ainult DIW järel. See lahustab ka kinnitunud metalle ja pärsib reoksüdatsiooni. HF-söövitus võib aga plaatide pindu karestada ja teatud metalle soovimatult rünnata. Nende probleemide lahendamiseks on täiustatud meetodeid, nagu HF lahjendamine, oksüdeerijate, pindaktiivsete ainete või kompleksimoodustajate lisamine selektiivsuse suurendamiseks ja saastumise vähendamiseks.

3. SC1 puhastus (standardne puhastus 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 on kulutõhus ja väga efektiivne meetod eemaldamiseksorgaanilised jäägid, osakesed ja mõned metallidMehhanism ühendab H₂O₂ oksüdeeriva toime ja NH₄OH lahustuva toime. See tõrjub osakesi ka elektrostaatiliste jõudude abil ning ultraheli/megahelikiiruse abil saavutatakse veelgi efektiivsuse paranemine. SC1 võib aga kiipide pindu karestada, mis nõuab keemiliste suhete hoolikat optimeerimist, pindpinevuse kontrolli (pindaktiivsete ainete abil) ja kelaativate ainete kasutamist metalli uuesti sadestumise pärssimiseks.

4. SC2 puhastus (standardpuhastus 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 täiendab SC1-d, eemaldadesmetallilised saasteainedSelle tugev komplekseerimisvõime muudab oksüdeerunud metallid lahustuvateks sooladeks või kompleksideks, mis loputatakse minema. Kuigi SC1 on efektiivne orgaaniliste ainete ja tahkete osakeste puhul, on SC2 eriti väärtuslik metallide adsorptsiooni vältimiseks ja metallide madala saastumise tagamiseks.

5. O₃ (osooni) puhastus

Osoonipuhastust kasutatakse peamiseltorgaanilise aine eemaldaminejaDIW desinfitseerimineO₃ toimib tugeva oksüdeerijana, kuid võib põhjustada uuesti sadestumist, seega kombineeritakse seda sageli HF-iga. Temperatuuri optimeerimine on kriitilise tähtsusega, kuna O₃ lahustuvus vees väheneb kõrgematel temperatuuridel. Erinevalt klooripõhistest desinfitseerimisvahenditest (mis on pooljuhtide tehastes vastuvõetamatud) laguneb O₃ hapnikuks ilma DIW-süsteeme saastamata.

6. Orgaaniliste lahustitega puhastamine

Teatud spetsiaalsetes protsessides kasutatakse orgaanilisi lahusteid juhtudel, kui standardsed puhastusmeetodid on ebapiisavad või sobimatud (nt kui tuleb vältida oksiidide teket).

Kokkuvõte

Vahvlite puhastamine onkõige sagedamini korduv sammpooljuhtide tootmises ja mõjutab otseselt saagikust ja seadmete töökindlust. Liikudes selle poolesuuremad vahvlid ja väiksemad seadme geomeetriad, muutuvad kiipide pinna puhtuse, keemilise oleku, kareduse ja oksiidi paksuse nõuded üha rangemaks.

See artikkel andis ülevaate nii küpsetest kui ka täiustatud kiipide puhastamise tehnoloogiatest, sealhulgas DIW, HF, SC1, SC2, O₃ ja orgaaniliste lahustite meetoditest, koos nende mehhanismide, eeliste ja piirangutega. Mõlemast...majanduslikud ja keskkonnaalased perspektiivid, on pidev täiustamine kiipide puhastustehnoloogias hädavajalik, et rahuldada täiustatud pooljuhtide tootmise nõudmisi.