Curățarea umedă (Wet Clean) este unul dintre pașii critici în procesele de fabricație a semiconductorilor, care vizează îndepărtarea diferiților contaminanți de pe suprafața plachetei pentru a se asigura că etapele ulterioare ale procesului pot fi efectuate pe o suprafață curată.
Pe măsură ce dimensiunea dispozitivelor semiconductoare continuă să se micșoreze și cerințele de precizie cresc, cerințele tehnice ale proceselor de curățare a plachetelor 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 plachetei pot avea un impact semnificativ asupra performanței dispozitivului, afectând astfel randamentul și fiabilitatea dispozitivelor semiconductoare.
Principiile de bază ale curățării napolitanelor
Miezul curățării plachetelor constă în îndepărtarea eficientă a diferiților contaminanți de pe suprafața plachetei prin metode fizice, chimice și alte metode pentru a se asigura că napolitana are o suprafață curată potrivită pentru prelucrarea ulterioară.
Tipul de contaminare
Principalele influențe asupra caracteristicilor dispozitivului
| articol Contaminare | Defecte de model
Defecte de implantare ionică
Defecte de defectare a peliculei izolante
| |
| Contaminare metalica | Metale alcaline | Instabilitatea tranzistorului MOS
Defalcarea/degradarea peliculei de oxid de poartă
|
| Metale grele | Curent de scurgere inversă crescut al joncțiunii PN
Defecte de defalcare a peliculei de oxid de poartă
Degradarea duratei de viață a purtătorului minoritar
Generarea defectelor stratului de excitare a oxidului
| |
| Contaminare chimică | Material organic | Defecte de defalcare a peliculei de oxid de poartă
Variații ale filmului CVD (timpi de incubație)
Variații ale grosimii filmului de oxid termic (oxidare accelerată)
Apariția ceață (plachetă, lentilă, oglindă, mască, reticul)
|
| Dopanți anorganici (B, P) | Tranzistorul MOS Vth se deplasează
Substratul Si și variațiile de rezistență ale foii de poli-siliciu de înaltă rezistență
| |
| Baze anorganice (amine, amoniac) și acizi (SOx) | Degradarea rezoluției rezistențelor amplificate chimic
Apariția contaminării cu particule și a ceață din cauza generării de sare
| |
| Filme native și de oxid chimic din cauza umidității, aerului | Rezistență de contact crescută
Defalcarea/degradarea peliculei de oxid de poartă
| |
Mai exact, obiectivele procesului de curățare a plachetelor includ:
Îndepărtarea particulelor: Folosind metode fizice sau chimice pentru a îndepărta particulele mici atașate de suprafața plachetei. Particulele mai mici sunt mai greu de îndepărtat din cauza forțelor electrostatice puternice dintre ele și suprafața plachetei, necesitând un tratament special.
Îndepărtarea materialului organic: contaminanții organici, cum ar fi reziduurile de grăsime și fotorezist, pot adera la suprafața plachetei. Acești contaminanți sunt în mod obișnuit 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 folosesc soluții chimice specifice pentru a elimina 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 de oxid natural 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 plachetelor, cum ar fi prevenirea aspățării suprafeței, a coroziunii sau a altor daune fizice.
2. Fluxul procesului de curățare a plachetelor
Procesul de curățare a plachetelor implică de obicei mai mulți pași pentru a asigura îndepărtarea completă a contaminanților și pentru a obține o suprafață complet curată.
Figura: Comparație între curățarea tip lot și curățarea unei singure plăci
Un proces tipic de curățare a plachetelor 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, care se realizează de obicei prin clătirea cu apă deionizată (apă DI) și curățarea cu ultrasunete. Apa deionizată poate elimina 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 unul dintre pașii de bază în procesul de curățare a plachetelor, folosind soluții chimice pentru a îndepărta materialele organice, ionii metalici și oxizii de pe suprafața plachetelor.
Îndepărtarea materialului organic: în mod obișnuit, acetona sau un amestec de amoniac/peroxid (SC-1) este utilizat 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 folosite 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 de oxid nativ de pe suprafața plachetei, pentru care se utilizează soluție de acid fluorhidric (HF). Raportul tipic pentru soluția HF este HF
₂O = 1:50 și poate fi folosit la temperatura camerei.
3. Curățare finală
După curățarea chimică, napolitanele trec de obicei printr-o etapă finală de curățare pentru a se asigura că nu rămân reziduuri chimice pe suprafață. Curățarea finală folosește în principal apă deionizată pentru clătirea temeinică. În plus, curățarea cu apă cu ozon (O₃/H₂O) este utilizată pentru a îndepărta în continuare orice contaminanți rămași de pe suprafața plachetei.
4. Uscarea
Napolitanele curățate trebuie să fie uscate rapid pentru a preveni filigranele sau reatașarea contaminanților. Metodele comune de uscare includ uscarea prin centrifugare și purjarea cu azot. Prima elimină umezeala de pe suprafața plachetei prin rotire la viteze mari, în timp ce cea din urmă asigură uscarea completă prin suflarea de azot uscat pe suprafața plachetei.
Contaminant
Numele procedurii de curățare
Descrierea amestecului chimic
Produse chimice
| Particule | Piranha (SPM) | Acid sulfuric/peroxid de hidrogen/apă DI | H2S04/H2O2/H20 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Hidroxid de amoniu/peroxid de hidrogen/apă DI | NH4OH/H202/H20 1:4:20; 80°C | |
| Metale (nu cupru) | SC-2 (HPM) | Acid clorhidric/peroxid de hidrogen/apă DI | HCI/H2O2/H201:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Acid sulfuric/peroxid de hidrogen/apă DI | H2S04/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Diluați acid fluorhidric/apă DI (nu va îndepărta cuprul) | HF/H201:50 | |
| Organice | Piranha (SPM) | Acid sulfuric/peroxid de hidrogen/apă DI | H2S04/H2O2/H20 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Hidroxid de amoniu/peroxid de hidrogen/apă DI | NH4OH/H202/H20 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozon în apă deionizată | Amestecuri optimizate O3/H2O | |
| Oxid nativ | DHF | Se diluează acid fluorhidric/apă DI | HF/H20 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 semiconductoarelor, dezvoltată de RCA Corporation cu peste 40 de ani în urmă. Această metodă este utilizată în principal pentru a îndepărta contaminanții organici și impuritățile de ioni metalici și poate fi finalizată în doi pași: SC-1 (Standard Clean 1) și SC-2 (Standard Clean 2).
Curățarea SC-1: Această etapă este utilizată în principal pentru a îndepărta contaminanții organici și particulele. Soluția este un amestec de amoniac, peroxid de hidrogen și apă, care formează un strat subțire de oxid de siliciu pe suprafața plachetei.
Curățarea SC-2: Această etapă este utilizată în principal pentru a îndepărta contaminanții cu ioni metalici, folosind un amestec de acid clorhidric, peroxid de hidrogen și apă. Lasa un strat subtire de pasivare pe suprafata plachetei pentru a preveni recontaminarea.
2. Metoda de curățare Piranha (Piranha Etch Clean)
Metoda de curățare Piranha este o tehnică extrem de eficientă pentru îndepărtarea materialelor organice, folosind 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, poate îndepărta o cantitate mare de materie organică și contaminanți încăpățânați. 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 folosește efectul de cavitație generat de undele sonore de înaltă frecvență într-un lichid pentru a îndepărta contaminanții de pe suprafața plachetei. În comparație cu curățarea tradițională cu ultrasunete, curățarea megasonică funcționează la o frecvență mai mare, permițând îndepărtarea mai eficientă a particulelor de dimensiuni submicronice, fără a provoca deteriorarea suprafeței plachetei.
4. Curățarea cu ozon
Tehnologia de curățare cu ozon folosește proprietățile puternice de oxidare ale ozonului pentru a descompune și îndepărta contaminanții organici de pe suprafața plachetei, 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 mică a mediului, ceea ce o face o tehnologie emergentă în domeniul curățării plachetelor.
4. Echipamente de proces de curățare a napolitanelor
Pentru a asigura eficiența și siguranța proceselor de curățare a plachetelor, în fabricarea semiconductoarelor se utilizează o varietate de echipamente avansate de curățare. Principalele tipuri includ:
1. Echipamente de curățare umedă
Echipamentele de curățare umedă includ diverse rezervoare de imersie, rezervoare de curățare cu ultrasunete și uscătoare cu centrifugare. Aceste dispozitive combină forțele mecanice și reactivii 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 produse de curățare cu plasmă, care folosesc particule de mare energie din plasmă pentru a reacționa cu și pentru a elimina reziduurile de pe suprafața plachetelor. 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 de transfer automate, sisteme de curățare cu mai multe rezervoare și sisteme de control de precizie pentru a asigura rezultate de curățare consistente pentru fiecare napolitană.
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. Viitoarele tehnologii de curățare 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.
Curățare ecologică și ecologică: reducerea utilizării de substanțe 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 mai înalte de automatizare și inteligență: sistemele inteligente vor permite monitorizarea și ajustarea în timp real a diferiților parametri în timpul procesului de curățare, îmbunătățind în continuare eficacitatea curățării și eficiența producției.
Tehnologia de curățare a plachetelor, ca pas critic în fabricarea semiconductorilor, joacă un rol vital în asigurarea suprafețelor curate ale plachetelor pentru procesele ulterioare. Combinația de diferite metode de curățare îndepărtează eficient contaminanții, oferind o suprafață curată a substratului pentru pașii următori. Pe măsură ce tehnologia avansează, procesele de curățare vor continua să fie optimizate pentru a răspunde cerințelor de precizie mai mare și rate mai mici de defecte în fabricarea semiconductorilor.
Ora postării: Oct-08-2024