Technologia czyszczenia płytek półprzewodnikowych w produkcji półprzewodników

Technologia czyszczenia płytek półprzewodnikowych w produkcji półprzewodników

Czyszczenie wafli to kluczowy etap w całym procesie produkcji półprzewodników i jeden z kluczowych czynników bezpośrednio wpływających na wydajność urządzenia i wydajność produkcji. Podczas produkcji chipów nawet najmniejsze zanieczyszczenie może pogorszyć ich parametry lub spowodować całkowitą awarię. W związku z tym procesy czyszczenia są stosowane przed i po niemal każdym etapie produkcji, aby usunąć zanieczyszczenia powierzchniowe i zapewnić czystość wafli. Czyszczenie jest również najczęściej wykonywaną operacją w produkcji półprzewodników, odpowiadając za około…30% wszystkich etapów procesu.

Wraz z ciągłym skalowaniem integracji na bardzo dużą skalę (VLSI) węzły procesowe osiągnęły poziom28 nm, 14 nm i więcej, co prowadzi do wzrostu gęstości urządzeń, węższych szerokości linii i coraz bardziej złożonych przepływów procesów. Zaawansowane węzły są znacznie bardziej wrażliwe na zanieczyszczenia, a mniejsze rozmiary elementów utrudniają czyszczenie. W konsekwencji liczba etapów czyszczenia stale rośnie, a czyszczenie staje się coraz bardziej złożone, krytyczne i wymagające. Na przykład, układ scalony 90 nm zazwyczaj wymaga około90 kroków czyszczeniapodczas gdy układ 20 nm wymaga około215 kroków czyszczeniaW miarę postępu produkcji do węzłów 14 nm, 10 nm i mniejszych, liczba operacji czyszczenia będzie stale wzrastać.

W istocie,czyszczenie płytek półprzewodnikowych odnosi się do procesów, w których do usuwania zanieczyszczeń z powierzchni płytki półprzewodnikowej stosuje się obróbkę chemiczną, gazy lub metody fizyczneZanieczyszczenia takie jak cząstki stałe, metale, pozostałości organiczne i tlenki natywne mogą negatywnie wpływać na wydajność, niezawodność i wydajność urządzenia. Czyszczenie stanowi „pomost” między kolejnymi etapami produkcji – na przykład przed osadzaniem i litografią, lub po trawieniu, polerowaniu chemiczno-mechanicznym (CMP) i implantacji jonów. Ogólnie rzecz biorąc, czyszczenie płytek półprzewodnikowych można podzielić naczyszczenie na mokroIczyszczenie chemiczne.

Czyszczenie na mokro

Czyszczenie na mokro wykorzystuje rozpuszczalniki chemiczne lub wodę dejonizowaną (DIW) do czyszczenia płytek. Stosowane są dwa główne podejścia:

• Metoda zanurzeniowa:Płytki są zanurzane w zbiornikach wypełnionych rozpuszczalnikami lub wodą dejonizowaną (DIW). Jest to najpowszechniej stosowana metoda, szczególnie w przypadku węzłów o dojrzałej technologii.

• Metoda natryskowa: rozpuszczalniki lub DIW są ​​rozpylane na obracające się płytki w celu usunięcia zanieczyszczeń. Podczas gdy zanurzanie umożliwia przetwarzanie wsadowe wielu płytek, czyszczenie natryskowe obsługuje tylko jedną płytkę na komorę, ale zapewnia lepszą kontrolę, co czyni je coraz bardziej powszechnymi w zaawansowanych węzłach.

Czyszczenie chemiczne

Jak sama nazwa wskazuje, czyszczenie chemiczne unika rozpuszczalników ani DIW, zamiast tego wykorzystując gazy lub plazmę do usuwania zanieczyszczeń. Wraz z rozwojem zaawansowanych węzłów, czyszczenie chemiczne zyskuje na znaczeniu ze względu na swojewysoka precyzjai skuteczność w zwalczaniu substancji organicznych, azotków i tlenków. Wymaga jednakwyższe inwestycje w sprzęt, bardziej złożona obsługa i ściślejsza kontrola procesówKolejną zaletą jest to, że czyszczenie na sucho pozwala na redukcję dużej ilości ścieków wytwarzanych w przypadku metod czyszczenia na mokro.

Popularne techniki czyszczenia na mokro

1. Czyszczenie DIW (woda dejonizowana)

Woda DIW jest najszerzej stosowanym środkiem czyszczącym w czyszczeniu na mokro. W przeciwieństwie do wody nieuzdatnionej, woda DIW praktycznie nie zawiera jonów przewodzących, co zapobiega korozji, reakcjom elektrochemicznym i degradacji urządzeń. Woda DIW jest stosowana głównie na dwa sposoby:

1. Bezpośrednie czyszczenie powierzchni wafli– Zazwyczaj przeprowadzane w trybie pojedynczego wafla, z użyciem rolek, szczotek lub dysz natryskowych podczas obrotu wafla. Problemem jest gromadzenie się ładunków elektrostatycznych, które może powodować defekty. Aby temu zaradzić, w wodzie dejonizowanej (DIW) rozpuszcza się CO₂ (a czasami NH₃), aby poprawić przewodność bez zanieczyszczania wafla.

2. Płukanie po czyszczeniu chemicznym– DIW usuwa resztki roztworów czyszczących, które mogłyby spowodować korozję płytki lub obniżyć wydajność urządzenia, gdyby pozostały na powierzchni.

2. Czyszczenie HF (kwas fluorowodorowy)

HF jest najskuteczniejszym środkiem chemicznym do usuwaniarodzime warstwy tlenkowe (SiO₂)Trawienie HF jest stosowane na płytkach krzemowych i ustępuje jedynie DIW pod względem znaczenia. Rozpuszcza również metale przyłączone i zapobiega ponownemu utlenianiu. Jednak trawienie HF może powodować szorstkość powierzchni płytek i niepożądany wpływ na niektóre metale. Aby rozwiązać te problemy, ulepszone metody polegają na rozcieńczaniu HF, dodawaniu utleniaczy, surfaktantów lub czynników kompleksujących w celu zwiększenia selektywności i zmniejszenia zanieczyszczeń.

3. Czyszczenie SC1 (Standardowe czyszczenie 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 to ekonomiczna i bardzo skuteczna metoda usuwaniapozostałości organiczne, cząstki i niektóre metaleMechanizm ten łączy w sobie utleniające działanie H₂O₂ i rozpuszczające działanie NH₄OH. Odpycha również cząsteczki za pomocą sił elektrostatycznych, a wspomaganie ultradźwiękowe/megasoniczne dodatkowo poprawia wydajność. Jednak SC1 może zgrubiać powierzchnie płytek, co wymaga starannej optymalizacji proporcji chemicznych, kontroli napięcia powierzchniowego (za pomocą surfaktantów) i środków chelatujących w celu zapobiegania redepozycji metali.

4. Czyszczenie SC2 (Standardowe czyszczenie 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 uzupełnia SC1 poprzez usunięciezanieczyszczenia metaliczneJego silne właściwości kompleksujące przekształcają utlenione metale w rozpuszczalne sole lub kompleksy, które są wypłukiwane. SC1 jest skuteczny w przypadku zanieczyszczeń organicznych i cząstek stałych, natomiast SC2 jest szczególnie cenny w zapobieganiu adsorpcji metali i zapewnianiu niskiego poziomu zanieczyszczenia metalami.

5. Czyszczenie O₃ (ozonem)

Czyszczenie ozonem jest stosowane głównie do:usuwanie materii organicznejIdezynfekcja DIWO₃ działa jako silny utleniacz, ale może powodować redepozycję, dlatego często łączy się go z HF. Optymalizacja temperatury ma kluczowe znaczenie, ponieważ rozpuszczalność O₃ w wodzie maleje w wyższych temperaturach. W przeciwieństwie do środków dezynfekujących na bazie chloru (niedopuszczalnych w fabrykach półprzewodników), O₃ rozkłada się na tlen bez zanieczyszczania systemów DIW.

6. Czyszczenie rozpuszczalnikiem organicznym

W niektórych specjalistycznych procesach rozpuszczalniki organiczne stosuje się w sytuacjach, gdy standardowe metody czyszczenia okazują się niewystarczające lub nieodpowiednie (np. gdy należy unikać tworzenia się tlenków).

Wniosek

Czyszczenie płytek tonajczęściej powtarzany krokw produkcji półprzewodników i bezpośrednio wpływa na wydajność i niezawodność urządzeń. Wraz z przejściem w kierunkuwiększe wafle i mniejsze geometrie urządzeńWymagania dotyczące czystości powierzchni płytek, stanu chemicznego, chropowatości i grubości tlenku stają się coraz bardziej rygorystyczne.

W niniejszym artykule omówiono zarówno dojrzałe, jak i zaawansowane technologie czyszczenia płytek półprzewodnikowych, w tym metody DIW, HF, SC1, SC2, O₃ oraz metody z użyciem rozpuszczalników organicznych, wraz z ich mechanizmami, zaletami i ograniczeniami.perspektywy ekonomiczne i środowiskoweCiągłe udoskonalanie technologii czyszczenia płytek półprzewodnikowych jest niezbędne, aby sprostać wymaganiom zaawansowanej produkcji półprzewodników.