Curățarea umedă (Wet Clean) este una dintre etapele critice în procesele de fabricație a semiconductorilor, având ca scop îndepărtarea diverșilor contaminanți de pe suprafața plachetei pentru a asigura că etapele ulterioare ale procesului pot fi efectuate pe o suprafață curată.
Pe măsură ce dimensiunile dispozitivelor semiconductoare continuă să se micșoreze și cerințele de precizie cresc, cerințele tehnice ale proceselor de curățare a napolitanelor au devenit din ce în ce mai stricte. Chiar și cele mai mici particule, materiale organice, ioni metalici sau reziduuri de oxid de pe suprafața napolitanei pot avea un impact semnificativ asupra performanței dispozitivului, afectând astfel randamentul și fiabilitatea dispozitivelor semiconductoare.
Principii de bază ale curățării napolitanelor
Esența curățării plachetelor constă în îndepărtarea eficientă a diverșilor contaminanți de pe suprafața plachetei prin metode fizice, chimice și de altă natură, pentru a asigura o suprafață curată, potrivită pentru procesarea ulterioară.
Tipul de contaminare
Principalele influențe asupra caracteristicilor dispozitivului
| Contaminarea articolelor | Defecte de model
Defecte de implantare ionică
Defecte de rupere a peliculei izolatoare
| |
| Contaminare metalică | Metale alcaline | Instabilitatea tranzistorului MOS
Ruperea/degradarea peliculei de oxid de poartă
|
| Metale grele | Creșterea curentului de scurgere inversă a joncțiunii PN
Defecte de rupere a peliculei de oxid de poartă
Degradarea duratei de viață a purtătorilor minoritari
Generarea defectelor stratului de excitație al oxidului
| |
| Contaminare chimică | Material organic | Defecte de rupere a peliculei de oxid de poartă
Variații ale peliculei CVD (timpi de incubație)
Variații ale grosimii peliculei de oxid termic (oxidare accelerată)
Apariția ceții (plafon, lentilă, oglindă, mască, reticulă)
|
| Dopanți anorganici (B, P) | Tranzistorul MOS Vth se deplasează
Variații ale rezistenței substratului de Si și ale foii de polisiliciu de înaltă rezistență
| |
| Baze anorganice (amine, amoniac) și acizi (SOx) | Degradarea rezoluției rezistențelor amplificate chimic
Apariția contaminării cu particule și a ceții din cauza generării de sare
| |
| Pelicule de oxid nativ și chimic datorate umidității, aerului | Rezistență de contact crescută
Ruperea/degradarea peliculei de oxid de poartă
| |
Mai exact, obiectivele procesului de curățare a plachetelor includ:
Îndepărtarea particulelor: Utilizarea metodelor fizice sau chimice pentru a îndepărta particulele mici atașate de suprafața plachetei. Particulele mai mici sunt mai dificil de îndepărtat din cauza forțelor electrostatice puternice dintre acestea și suprafața plachetei, necesitând un tratament special.
Îndepărtarea materialelor organice: Contaminanții organici, cum ar fi grăsimea și reziduurile de fotorezist, pot adera la suprafața plachetei. Acești contaminanți sunt de obicei îndepărtați folosind agenți oxidanți puternici sau solvenți.
Îndepărtarea ionilor metalici: Reziduurile de ioni metalici de pe suprafața plachetei pot degrada performanța electrică și chiar pot afecta etapele ulterioare de procesare. Prin urmare, se utilizează soluții chimice specifice pentru a îndepărta acești ioni.
Îndepărtarea oxidului: Unele procese necesită ca suprafața plachetei să fie lipsită de straturi de oxid, cum ar fi oxidul de siliciu. În astfel de cazuri, straturile naturale de oxid trebuie îndepărtate în timpul anumitor etape de curățare.
Provocarea tehnologiei de curățare a plachetelor constă în îndepărtarea eficientă a contaminanților fără a afecta negativ suprafața plachetei, cum ar fi prevenirea rugozității suprafeței, a coroziunii sau a altor deteriorări fizice.
2. Fluxul procesului de curățare a napolitanelor
Procesul de curățare a napolitanelor implică de obicei mai mulți pași pentru a asigura îndepărtarea completă a contaminanților și a obține o suprafață complet curată.
Figura: Comparație între curățarea în loturi și cea cu o singură plachetă
Un proces tipic de curățare a napolitanelor include următorii pași principali:
1. Pre-curățare (Pre-curățare)
Scopul pre-curățării este de a îndepărta contaminanții liberi și particulele mari de pe suprafața plachetei, ceea ce se realizează de obicei prin clătire cu apă deionizată (DI Water) și curățare cu ultrasunete. Apa deionizată poate îndepărta inițial particulele și impuritățile dizolvate de pe suprafața plachetei, în timp ce curățarea cu ultrasunete utilizează efectele de cavitație pentru a rupe legătura dintre particule și suprafața plachetei, făcându-le mai ușor de dislocat.
2. Curățare chimică
Curățarea chimică este una dintre etapele principale în procesul de curățare a napolitanelor, utilizând soluții chimice pentru a îndepărta materialele organice, ionii metalici și oxizii de pe suprafața napolitanei.
Îndepărtarea materialelor organice: De obicei, se utilizează acetonă sau un amestec de amoniac/peroxid (SC-1) pentru a dizolva și oxida contaminanții organici. Raportul tipic pentru soluția SC-1 este NH₄OH.
₂O₂
₂O = 1:1:5, cu o temperatură de lucru de aproximativ 20°C.
Îndepărtarea ionilor metalici: Acidul azotic sau amestecurile de acid clorhidric/peroxid (SC-2) sunt utilizate pentru a îndepărta ionii metalici de pe suprafața plachetei. Raportul tipic pentru soluția SC-2 este HCl.
₂O₂
₂O = 1:1:6, cu temperatura menținută la aproximativ 80°C.
Îndepărtarea oxidului: În unele procese, este necesară îndepărtarea stratului nativ de oxid de pe suprafața plachetei, pentru care se utilizează o soluție de acid fluorhidric (HF). Raportul tipic pentru soluția HF este HF
₂O = 1:50 și poate fi utilizat la temperatura camerei.
3. Curățenie finală
După curățarea chimică, napolitanele trec de obicei printr-o etapă finală de curățare pentru a se asigura că nu rămân reziduuri chimice la suprafață. Curățarea finală folosește în principal apă deionizată pentru o clătire temeinică. În plus, curățarea cu apă cu ozon (O₃/H₂O) este utilizată pentru a îndepărta în continuare orice contaminanți rămași de pe suprafața napolitanei.
4. Uscare
Napolitanele curățate trebuie uscate rapid pentru a preveni apariția petelor de apă sau reatașarea contaminanților. Metodele comune de uscare includ centrifugarea și purjarea cu azot. Prima metodă îndepărtează umezeala de pe suprafața napolitanei prin rotire la viteze mari, în timp ce cea de-a doua asigură uscarea completă prin suflarea de azot gazos uscat pe suprafața napolitanei.
Contaminant
Numele procedurii de curățare
Descrierea amestecului chimic
Substanțe chimice
| Particule | Piranha (SPM) | Acid sulfuric/peroxid de hidrogen/apă deionizată | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Hidroxid de amoniu/peroxid de hidrogen/apă deionizată | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Metale (nu cupru) | SC-2 (HPM) | Acid clorhidric/peroxid de hidrogen/apă deionizată | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Acid sulfuric/peroxid de hidrogen/apă deionizată | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Acid fluorhidric diluat/apă deionizată (nu va îndepărta cuprul) | HF/H2O1:50 | |
| Organice | Piranha (SPM) | Acid sulfuric/peroxid de hidrogen/apă deionizată | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Hidroxid de amoniu/peroxid de hidrogen/apă deionizată | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozon în apă deionizată | Amestecuri optimizate pentru O3/H2O | |
| Oxid nativ | DHF | Acid fluorhidric diluat/apă deionizată | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Acid fluorhidric tamponat | NH4F/HF/H2O |
3. Metode comune de curățare a napolitanelor
1. Metoda de curățare RCA
Metoda de curățare RCA este una dintre cele mai clasice tehnici de curățare a plachetelor din industria semiconductorilor, dezvoltată de RCA Corporation în urmă cu peste 40 de ani. Această metodă este utilizată în principal pentru a îndepărta contaminanții organici și impuritățile ionilor metalici și poate fi finalizată în doi pași: SC-1 (Standard Clean 1) și SC-2 (Standard Clean 2).
Curățare SC-1: Această etapă este utilizată în principal pentru a îndepărta contaminanții și particulele organice. Soluția este un amestec de amoniac, peroxid de hidrogen și apă, care formează un strat subțire de oxid de siliciu pe suprafața plachetei.
Curățare SC-2: Această etapă este utilizată în principal pentru a îndepărta contaminanții cu ioni metalici, utilizând un amestec de acid clorhidric, peroxid de hidrogen și apă. Aceasta lasă un strat subțire de pasivare pe suprafața plachetei pentru a preveni recontaminarea.
2. Metoda de curățare a Piranha (Piranha Etch Clean)
Metoda de curățare Piranha este o tehnică extrem de eficientă pentru îndepărtarea materialelor organice, utilizând un amestec de acid sulfuric și peroxid de hidrogen, de obicei într-un raport de 3:1 sau 4:1. Datorită proprietăților oxidative extrem de puternice ale acestei soluții, aceasta poate îndepărta o cantitate mare de materie organică și contaminanți persistenți. Această metodă necesită un control strict al condițiilor, în special în ceea ce privește temperatura și concentrația, pentru a evita deteriorarea plachetei.
Curățarea cu ultrasunete utilizează efectul de cavitație generat de undele sonore de înaltă frecvență dintr-un lichid pentru a îndepărta contaminanții de pe suprafața plachetei. Comparativ cu curățarea cu ultrasunete tradițională, curățarea megasonică funcționează la o frecvență mai mare, permițând îndepărtarea mai eficientă a particulelor de dimensiuni submicronice fără a deteriora suprafața plachetei.
4. Curățare cu ozon
Tehnologia de curățare cu ozon utilizează proprietățile oxidante puternice ale ozonului pentru a descompune și a îndepărta contaminanții organici de pe suprafața napolitanei, transformându-i în cele din urmă în dioxid de carbon și apă inofensive. Această metodă nu necesită utilizarea de reactivi chimici scumpi și provoacă o poluare mai redusă a mediului, ceea ce o face o tehnologie emergentă în domeniul curățării napolitanei.
4. Echipament pentru procesul de curățare a napolitanelor
Pentru a asigura eficiența și siguranța proceselor de curățare a napolitanelor, în fabricarea semiconductorilor se utilizează o varietate de echipamente avansate de curățare. Principalele tipuri includ:
1. Echipament de curățare umedă
Echipamentele de curățare umedă includ diverse rezervoare de imersie, rezervoare de curățare cu ultrasunete și uscătoare prin centrifugare. Aceste dispozitive combină forțe mecanice și reactivi chimici pentru a îndepărta contaminanții de pe suprafața plachetei. Rezervoarele de imersie sunt de obicei echipate cu sisteme de control al temperaturii pentru a asigura stabilitatea și eficacitatea soluțiilor chimice.
2. Echipamente de curățătorie chimică
Echipamentele de curățare chimică includ în principal aparate de curățare cu plasmă, care utilizează particule de înaltă energie din plasmă pentru a reacționa cu suprafața napolitanei și a îndepărta reziduurile de pe aceasta. Curățarea cu plasmă este potrivită în special pentru procesele care necesită menținerea integrității suprafeței fără a introduce reziduuri chimice.
3. Sisteme automate de curățare
Odată cu extinderea continuă a producției de semiconductori, sistemele automate de curățare au devenit alegerea preferată pentru curățarea la scară largă a plachetelor. Aceste sisteme includ adesea mecanisme automate de transfer, sisteme de curățare cu mai multe rezervoare și sisteme de control de precizie pentru a asigura rezultate consistente de curățare pentru fiecare plachetă.
5. Tendințe viitoare
Pe măsură ce dispozitivele semiconductoare continuă să se micșoreze, tehnologia de curățare a plachetelor evoluează către soluții mai eficiente și mai ecologice. Tehnologiile de curățare viitoare se vor concentra pe:
Îndepărtarea particulelor subnanometrice: Tehnologiile de curățare existente pot gestiona particule la scară nanometrică, dar odată cu reducerea suplimentară a dimensiunii dispozitivului, îndepărtarea particulelor subnanometrice va deveni o nouă provocare.
Curățenie ecologică și ecologică: Reducerea utilizării substanțelor chimice dăunătoare mediului și dezvoltarea unor metode de curățare mai ecologice, cum ar fi curățarea cu ozon și curățarea megasonică, vor deveni din ce în ce mai importante.
Niveluri superioare de automatizare și inteligență: Sistemele inteligente vor permite monitorizarea și ajustarea în timp real a diferiților parametri în timpul procesului de curățare, îmbunătățind și mai mult eficacitatea curățării și eficiența producției.
Tehnologia de curățare a plachetelor, ca etapă critică în fabricarea semiconductorilor, joacă un rol vital în asigurarea curățării suprafețelor plachetelor pentru procesele ulterioare. Combinarea diferitelor metode de curățare îndepărtează eficient contaminanții, oferind o suprafață curată a substratului pentru etapele următoare. Pe măsură ce tehnologia avansează, procesele de curățare vor continua să fie optimizate pentru a satisface cerințele de precizie mai mare și rate de defecte mai mici în fabricarea semiconductorilor.
Data publicării: 08 oct. 2024