A nedves tisztítás (Wet Clean) a félvezetőgyártási folyamatok egyik kritikus lépése, amelynek célja a különféle szennyeződések eltávolítása a lapka felületéről, hogy a következő folyamatlépések tiszta felületen végezhetők el.
Ahogy a félvezető eszközök mérete folyamatosan csökken, és a pontossági követelmények növekednek, a szelettisztítási eljárások műszaki követelményei egyre szigorúbbak lettek. Még a legkisebb részecskék, szerves anyagok, fémionok vagy oxidmaradványok a szelet felületén is jelentősen befolyásolhatják az eszköz teljesítményét, ezáltal befolyásolva a félvezető eszközök hozamát és megbízhatóságát.
Az ostyatisztítás alapelvei
A ostyatisztítás lényege, hogy hatékonyan eltávolítsa a különféle szennyeződéseket az ostya felületéről fizikai, kémiai és egyéb módszerekkel, biztosítva, hogy az ostya tiszta felülettel rendelkezzen, amely alkalmas a későbbi feldolgozásra.
Szennyeződés típusa
Az eszköz jellemzőit befolyásoló fő tényezők
| cikk szennyeződése | Mintahibák
Ionimplantációs hibák
Szigetelőfólia lebomlási hibái
| |
| Fémes szennyeződés | alkálifémek | MOS tranzisztor instabilitása
Kapu-oxid film lebomlása/lebomlása
|
| Nehézfémek | Megnövekedett PN-átmenet fordított szivárgási árama
Kapu-oxid film lebomlási hibái
Kisebbségi vivő élettartamának romlása
Oxid gerjesztő réteghibák keletkezése
| |
| Kémiai szennyeződés | Szerves anyag | Kapu-oxid film lebomlási hibái
CVD film variációk (inkubációs idők)
Termikus oxidfilm vastagságának változásai (gyorsított oxidáció)
Köd előfordulása (lap, lencse, tükör, maszk, szálkereszt)
|
| Szervetlen adalékanyagok (B, P) | MOS tranzisztor Vth eltolódások
Si szubsztrát és nagy ellenállású poli-szilícium lemez ellenállás variációk
| |
| Szervetlen bázisok (aminok, ammónia) és savak (SOx) | A kémiailag amplifikált rezisztek felbontásának romlása
Részecskeszennyeződés és sóképződés miatti homályosság előfordulása
| |
| Natív és kémiai oxidfilmek nedvesség és levegő hatására | Megnövelt érintkezési ellenállás
Kapu-oxid film lebomlása/lebomlása
| |
Konkrétan az ostyatisztítási folyamat céljai a következők:
Részecske eltávolítás: Fizikai vagy kémiai módszerek alkalmazása a lapka felületéhez tapadt apró részecskék eltávolítására. A kisebb részecskéket nehezebb eltávolítani a közöttük és a lapka felülete között ható erős elektrosztatikus erők miatt, ezért speciális kezelést igényelnek.
Szerves anyagok eltávolítása: Szerves szennyeződések, például zsír és fotoreziszt maradványok tapadhatnak a lapka felületéhez. Ezeket a szennyeződéseket jellemzően erős oxidálószerekkel vagy oldószerekkel távolítják el.
Fémionok eltávolítása: A lapka felületén lévő fémion-maradványok ronthatják az elektromos teljesítményt, sőt befolyásolhatják a későbbi feldolgozási lépéseket is. Ezért speciális kémiai oldatokat használnak ezen ionok eltávolítására.
Oxid eltávolítása: Egyes eljárások megkövetelik, hogy a lapka felülete mentes legyen az oxidrétegektől, például a szilícium-oxidtól. Ilyen esetekben a természetes oxidrétegeket bizonyos tisztítási lépések során el kell távolítani.
A lapkatisztító technológia kihívása a szennyeződések hatékony eltávolításában rejlik, anélkül, hogy hátrányosan befolyásolná a lapka felületét, például megakadályozná a felület érdesedését, korrózióját vagy egyéb fizikai károsodását.
2. Ostya tisztítási folyamatábrája
A lapka tisztítási folyamata jellemzően több lépésből áll, hogy biztosítsa a szennyeződések teljes eltávolítását és a teljesen tiszta felület elérését.
Ábra: Összehasonlítás a szakaszos és az egylapos tisztítás között
Egy tipikus ostyatisztítási folyamat a következő fő lépéseket foglalja magában:
1. Előtisztítás (Előtisztítás)
Az előtisztítás célja a laza szennyeződések és a nagyobb részecskék eltávolítása a lapka felületéről, amit jellemzően ioncserélt vízzel (DI víz) történő öblítéssel és ultrahangos tisztítással érnek el. Az ioncserélt víz kezdetben eltávolítja a részecskéket és az oldott szennyeződéseket a lapka felületéről, míg az ultrahangos tisztítás a kavitációs hatásokat használja ki a részecskék és a lapka felülete közötti kötés megszakítására, megkönnyítve azok eltávolítását.
2. Kémiai tisztítás
A kémiai tisztítás az ostyatisztítási folyamat egyik fő lépése, amelynek során kémiai oldatokat használnak a szerves anyagok, fémionok és oxidok eltávolítására az ostya felületéről.
Szerves anyagok eltávolítása: A szerves szennyeződések feloldására és oxidálására jellemzően acetont vagy ammónia/peroxid keveréket (SC-1) használnak. Az SC-1 oldat tipikus aránya NH₄OH.
₂O₂
₂O = 1:1:5, körülbelül 20°C üzemi hőmérséklet mellett.
Fémionok eltávolítása: Salétromsav vagy sósav/peroxid keverékek (SC-2) segítségével távolítják el a fémionokat a lapka felületéről. Az SC-2 oldat tipikus aránya HCl.
₂O₂
₂O = 1:1:6, a hőmérsékletet körülbelül 80°C-on tartva.
Oxid eltávolítása: Bizonyos eljárásokban szükség van a natív oxidréteg eltávolítására a lapka felületéről, ehhez hidrogén-fluorid (HF) oldatot használnak. A HF oldat tipikus aránya HF
₂O = 1:50, és szobahőmérsékleten használható.
3. Végső takarítás
A kémiai tisztítás után a lapkák általában egy végső tisztítási lépésen esnek át, hogy biztosítsák, hogy ne maradjanak kémiai maradványok a felületükön. A végső tisztítás során főként ioncserélt vizet használnak az alapos öblítéshez. Ezenkívül ózonos vizes tisztítást (O₃/H₂O) alkalmaznak a lapkák felületéről fennmaradó szennyeződések további eltávolítására.
4. Szárítás
A megtisztított ostyákat gyorsan meg kell szárítani, hogy megakadályozzuk a vízfoltokat vagy a szennyeződések újbóli megtapadását. A gyakori szárítási módszerek közé tartozik a centrifugális szárítás és a nitrogénes öblítés. Az előbbi nagy sebességű centrifugálással távolítja el a nedvességet az ostya felületéről, míg az utóbbi a teljes száradást száraz nitrogéngáz ostya felületére fújásával biztosítja.
Szennyező anyag
Tisztítási eljárás neve
Kémiai keverék leírása
Vegyszerek
| Részecskék | Piranha (SPM) | Kénsav/hidrogén-peroxid/ioncserélt víz | H₂SO₄/H₂O₂/H₂O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammónium-hidroxid/hidrogén-peroxid/ioncserélt víz | NH₂OH/H₂O₂/H₂O 1:4:20; 80°C | |
| Fémek (kivéve a réz) | SC-2 (HPM) | Sósav/hidrogén-peroxid/ioncserélt víz | HCl/H₂O₂/H₂O1:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Kénsav/hidrogén-peroxid/ioncserélt víz | H₂SO₄/H₂O₂/H₂O₃-4:1; 90°C | |
| DHF | Híg hidrogén-fluorid/ioncserélt víz (nem távolítja el a rezet) | HF/H2O1:50 | |
| Biotermékek | Piranha (SPM) | Kénsav/hidrogén-peroxid/ioncserélt víz | H₂SO₄/H₂O₂/H₂O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammónium-hidroxid/hidrogén-peroxid/ioncserélt víz | NH₂OH/H₂O₂/H₂O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ózon ioncserélt vízben | O3/H2O optimalizált keverékek | |
| Natív oxid | DHF | Híg hidrogén-fluorid/DI víz | HF/H₂O 1:100 |
| BHF | Pufferolt hidrogén-fluorid | NH₂F/HF/H₂O |
3. Gyakori ostyatisztítási módszerek
1. RCA tisztítási módszer
Az RCA tisztítási módszer az egyik legklasszikusabb wafer tisztítási technika a félvezetőiparban, amelyet az RCA Corporation fejlesztett ki több mint 40 évvel ezelőtt. Ezt a módszert elsősorban szerves szennyeződések és fémion-szennyeződések eltávolítására használják, és két lépésben hajtható végre: SC-1 (Standard Clean 1) és SC-2 (Standard Clean 2).
SC-1 Tisztítás: Ezt a lépést főként szerves szennyeződések és részecskék eltávolítására használják. Az oldat ammónia, hidrogén-peroxid és víz keveréke, amely vékony szilícium-oxid réteget képez a lapka felületén.
SC-2 Tisztítás: Ezt a lépést elsősorban a fémion-szennyeződések eltávolítására használják sósav, hidrogén-peroxid és víz keverékének felhasználásával. Vékony passziváló réteget képez a lapka felületén, hogy megakadályozza az újraszennyeződést.
2. Piranha tisztítási módszer (Piranha Etch Clean)
A Piranha tisztítási módszer egy rendkívül hatékony technika szerves anyagok eltávolítására, amely kénsav és hidrogén-peroxid keverékét használja, jellemzően 3:1 vagy 4:1 arányban. Az oldat rendkívül erős oxidatív tulajdonságai miatt nagy mennyiségű szerves anyagot és makacs szennyeződéseket képes eltávolítani. Ez a módszer szigorú körülmények ellenőrzését igényli, különösen a hőmérséklet és a koncentráció tekintetében, hogy elkerülje az ostya károsodását.
Az ultrahangos tisztítás a folyadékban lévő nagyfrekvenciás hanghullámok által generált kavitációs hatást használja ki a szennyeződések eltávolítására a lapka felületéről. A hagyományos ultrahangos tisztításhoz képest a megaszonikus tisztítás magasabb frekvencián működik, lehetővé téve a szubmikron méretű részecskék hatékonyabb eltávolítását a lapka felületének károsítása nélkül.
4. Ózontisztítás
Az ózontisztító technológia az ózon erős oxidáló tulajdonságait használja ki a szerves szennyeződések lebontására és eltávolítására a lapka felületéről, végső soron ártalmatlan szén-dioxiddá és vízzé alakítva azokat. Ez a módszer nem igényli drága kémiai reagensek használatát, és kevesebb környezetszennyezést okoz, így feltörekvő technológiává válik a lapka tisztítás területén.
4. Ostyatisztító berendezések
A félvezetőgyártásban számos fejlett tisztítóberendezést használnak a wafer tisztítási folyamatok hatékonyságának és biztonságának biztosítása érdekében. A főbb típusok a következők:
1. Nedves tisztítóberendezések
A nedves tisztítóberendezések közé tartoznak a különféle merülőtartályok, ultrahangos tisztítótartályok és centrifugális szárítók. Ezek az eszközök mechanikai erőket és kémiai reagenseket kombinálnak a szennyeződések eltávolítására a lapka felületéről. A merülőtartályok jellemzően hőmérséklet-szabályozó rendszerekkel vannak felszerelve, hogy biztosítsák a kémiai oldatok stabilitását és hatékonyságát.
2. Vegytisztító berendezések
A vegytisztító berendezések főként plazmatisztítókat tartalmaznak, amelyek nagy energiájú plazmában lévő részecskéket használnak fel a lapka felületével való reakcióhoz és a maradványok eltávolításához. A plazmatisztítás különösen alkalmas olyan folyamatokhoz, amelyek megkövetelik a felület integritásának megőrzését kémiai maradványok hozzáadása nélkül.
3. Automatizált tisztítórendszerek
A félvezetőgyártás folyamatos bővülésével az automatizált tisztítórendszerek váltak az előnyben részesített választássá a nagyméretű ostyatisztításhoz. Ezek a rendszerek gyakran tartalmaznak automatizált átviteli mechanizmusokat, többtartályos tisztítórendszereket és precíziós vezérlőrendszereket, hogy minden egyes ostya esetében egységes tisztítási eredményeket biztosítsanak.
5. Jövőbeli trendek
Ahogy a félvezető eszközök mérete egyre csökken, a lapka tisztítási technológia egyre hatékonyabb és környezetbarátabb megoldások felé fejlődik. A jövőbeli tisztítási technológiák a következőkre fognak összpontosítani:
Nanométer alatti részecske eltávolítása: A meglévő tisztítási technológiák képesek kezelni a nanométeres méretű részecskéket, de az eszköz méretének további csökkentésével a nanométer alatti részecskék eltávolítása új kihívást jelent majd.
Zöld és környezetbarát takarítás: Egyre fontosabbá válik a környezetre káros vegyszerek használatának csökkentése és a környezetbarátabb takarítási módszerek, például az ózontisztítás és a megaszonikus tisztítás fejlesztése.
Magasabb szintű automatizálás és intelligencia: Az intelligens rendszerek lehetővé teszik a tisztítási folyamat során a különböző paraméterek valós idejű monitorozását és beállítását, tovább javítva a tisztítás hatékonyságát és a termelési hatékonyságot.
A félvezetőgyártás kritikus lépéseként a szelettisztító technológia létfontosságú szerepet játszik a szeletfelületek tisztaságának biztosításában a következő folyamatokhoz. A különböző tisztítási módszerek kombinációja hatékonyan eltávolítja a szennyeződéseket, tiszta hordozófelületet biztosítva a következő lépésekhez. A technológia fejlődésével a tisztítási folyamatokat folyamatosan optimalizálni fogják, hogy megfeleljenek a félvezetőgyártás nagyobb pontosságára és alacsonyabb hibaszázalékára vonatkozó igényeknek.
Közzététel ideje: 2024. október 8.