A nedves tisztítás (Wet Clean) a félvezető gyártási folyamatok egyik kritikus lépése, amelynek célja a különféle szennyeződések eltávolítása az ostya felületéről, hogy a következő folyamatlépések tiszta felületen végrehajthatók legyenek.
Ahogy a félvezető eszközök mérete folyamatosan csökken, és a pontossági követelmények nőnek, az ostyatisztítási eljárások műszaki követelményei egyre szigorúbbá váltak. A lapka felületén lévő legkisebb részecskék, szerves anyagok, fémionok vagy oxidmaradványok is jelentősen befolyásolhatják az eszköz teljesítményét, ezáltal befolyásolva a félvezető eszközök hozamát és megbízhatóságát.
Az ostyatisztítás alapelvei
Az ostya tisztításának lényege, hogy fizikai, kémiai és egyéb módszerekkel hatékonyan távolítsuk el a különféle szennyeződéseket az ostya felületéről, így biztosítva, hogy az ostya tiszta felülete legyen alkalmas a későbbi feldolgozásra.
Szennyezés típusa
Az eszköz jellemzőire gyakorolt főbb hatások
| cikk Szennyezés | Mintahibák
Ionbeültetési hibák
Szigetelőfólia tönkremeneteli hibái
| |
| Fémes szennyeződés | Alkáli fémek | A MOS tranzisztor instabilitása
A kapu oxidfilm lebomlása/lebomlása
|
| Nehézfémek | Megnövekedett PN átmenet fordított szivárgási áram
A kapu oxidfilm lebontási hibái
Kisebbségi hordozó élettartam-romlás
Oxid gerjesztő réteg hiba keletkezése
| |
| Kémiai szennyeződés | Szerves Anyag | A kapu oxidfilm lebontási hibái
CVD film variációk (inkubációs idők)
A termikus oxidréteg vastagságának változásai (gyorsított oxidáció)
Homályos előfordulás (ostya, lencse, tükör, maszk, irányzék)
|
| Szervetlen adalékanyagok (B, P) | MOS tranzisztor V. eltolás
Si szubsztrátum és nagy ellenállású poli-szilícium lemez ellenállási variációk
| |
| Szervetlen bázisok (aminok, ammónia) és savak (SOx) | A kémiailag erősített rezisztek felbontásának romlása
A sóképződés miatt részecskeszennyeződés és homályosodás előfordulása
| |
| Natív és kémiai oxidfilmek a nedvesség és a levegő miatt | Megnövekedett érintkezési ellenállás
A kapu oxidfilm lebomlása/lebomlása
| |
Konkrétan az ostyatisztítási folyamat céljai a következők:
Részecskeeltávolítás: Fizikai vagy kémiai módszerekkel távolítsa el az ostya felületére tapadt kis részecskéket. A kisebb részecskéket nehezebb eltávolítani a köztük és az ostya felülete között fellépő erős elektrosztatikus erők miatt, ami speciális kezelést igényel.
Szerves anyagok eltávolítása: Szerves szennyeződések, például zsír és fotoreziszt maradványok megtapadhatnak az ostya felületén. Ezeket a szennyeződéseket általában erős oxidálószerekkel vagy oldószerekkel távolítják el.
Fémion-eltávolítás: Az ostya felületén lévő fémion-maradványok ronthatják az elektromos teljesítményt, és még a további feldolgozási lépéseket is befolyásolhatják. Ezért speciális kémiai oldatokat használnak ezen ionok eltávolítására.
Oxid eltávolítása: Egyes eljárások megkövetelik, hogy az ostya felülete mentes legyen oxidrétegektől, például szilícium-oxidtól. Ilyen esetekben bizonyos tisztítási lépések során el kell távolítani a természetes oxidrétegeket.
Az ostyatisztítási technológia kihívása abban rejlik, hogy hatékonyan távolítsa el a szennyeződéseket anélkül, hogy hátrányosan befolyásolná az ostya felületét, például megakadályozza a felület érdülését, korrózióját vagy más fizikai sérüléseket.
2. Az ostya tisztítási folyamata
Az ostya tisztítási folyamata jellemzően több lépésből áll a szennyeződések teljes eltávolítása és a teljesen tiszta felület elérése érdekében.
ábra: Összehasonlítás a kötegelt típusú és az egylapos tisztítás között
Egy tipikus ostyatisztítási folyamat a következő fő lépéseket tartalmazza:
1. Előzetes tisztítás (Előtisztítás)
Az előtisztítás célja a laza szennyeződések és a nagy részecskék eltávolítása az ostya felületéről, amit jellemzően ionmentesített vizes (DI Water) öblítéssel és ultrahangos tisztítással érnek el. Az ionmentesített víz kezdetben képes eltávolítani a részecskéket és az oldott szennyeződéseket az ostya felületéről, míg az ultrahangos tisztítás kavitációs hatásokat alkalmaz a részecskék és az ostya felülete közötti kötés megszakítására, így könnyebben eltávolíthatóak.
2. Vegyi tisztítás
A kémiai tisztítás az ostyatisztítási folyamat egyik alapvető lépése, kémiai oldatokkal eltávolítják a szerves anyagokat, fémionokat és oxidokat az ostya felületéről.
Szerves anyagok eltávolítása: A szerves szennyeződések feloldására és oxidálására általában acetont vagy ammónia/peroxid keveréket (SC-1) használnak. Az SC-1 oldat tipikus aránya az NH4OH
2O2
₂O = 1:1:5, 20°C körüli üzemi hőmérséklet mellett.
Fémion-eltávolítás: Salétromsavat vagy sósav/peroxid keveréket (SC-2) használnak a fémionok eltávolítására az ostya felületéről. Az SC-2 oldat tipikus aránya a HCl
2O2
₂O = 1:1:6, a hőmérsékletet körülbelül 80 °C-on tartjuk.
Oxideltávolítás: Egyes eljárásoknál szükséges a natív oxidréteg eltávolítása az ostya felületéről, melyhez hidrogén-fluorid (HF) oldatot használnak. A HF oldat tipikus aránya a HF
₂O = 1:50, és szobahőmérsékleten használható.
3. Végső tisztítás
A vegyszeres tisztítás után az ostyák általában egy végső tisztítási lépésen esnek át, hogy ne maradjanak vegyszermaradványok a felületen. A végső tisztításhoz főként ionmentesített vizet használnak az alapos öblítéshez. Ezenkívül ózonos vizes tisztítást (O3/H2O) alkalmaznak a megmaradt szennyeződések további eltávolítására az ostya felületéről.
4. Szárítás
A megtisztított ostyákat gyorsan meg kell szárítani, hogy elkerüljük a vízjeleket vagy a szennyeződések visszatapadását. A szokásos szárítási módszerek közé tartozik a centrifugálás és a nitrogén öblítés. Előbbi nagy sebességű centrifugálással távolítja el a nedvességet az ostya felületéről, míg az utóbbi száraz nitrogéngáz átfújásával biztosítja a teljes kiszáradást az ostya felületén.
Szennyezőanyag
Tisztítási eljárás neve
Kémiai keverék leírása
Vegyszerek
| Részecskék | Piranha (SPM) | Kénsav/hidrogén-peroxid/DI víz | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammónium-hidroxid/hidrogén-peroxid/DI víz | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Fémek (nem réz) | SC-2 (HPM) | Sósav/hidrogén-peroxid/DI víz | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85 °C |
| Piranha (SPM) | Kénsav/hidrogén-peroxid/DI víz | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Híg hidrogén-fluorsav/DI víz (nem távolítja el a rezet) | HF/H2O1:50 | |
| Organics | Piranha (SPM) | Kénsav/hidrogén-peroxid/DI víz | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammónium-hidroxid/hidrogén-peroxid/DI víz | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ózon ionmentesített vízben | O3/H2O optimalizált keverékek | |
| Natív oxid | DHF | Híg hidrogén-fluorid/DI víz | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Pufferolt hidrogén-fluorsav | NH4F/HF/H2O |
3. Általános ostyatisztítási módszerek
1. RCA tisztítási módszer
Az RCA tisztítási módszer az egyik legklasszikusabb ostyatisztítási technika a félvezetőiparban, amelyet az RCA Corporation fejlesztett ki több mint 40 évvel ezelőtt. Ezt a módszert elsősorban a 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 elsősorban a szerves szennyeződések és részecskék eltávolítására használják. Az oldat ammónia, hidrogén-peroxid és víz keveréke, amely vékony szilícium-oxid réteget képez az ostya felületén.
SC-2 tisztítás: Ez a lépés elsősorban a fémion-szennyeződések eltávolítására szolgál sósav, hidrogén-peroxid és víz keverékének felhasználásával. Vékony passzivációs réteget hagy az ostya felületén, hogy megakadályozza az újraszennyeződést.
2. Piranha tisztítási módszer (Piranha Etch Clean)
A Piranha tisztítási módszer rendkívül hatékony módszer a szerves anyagok eltávolítására, kénsav és hidrogén-peroxid keverékével, jellemzően 3:1 vagy 4:1 arányban. Az oldat rendkívül erős oxidatív tulajdonságainak köszönhetően nagy mennyiségű szerves anyagot és makacs szennyeződéseket képes eltávolítani. Ez a módszer szigorú feltételeket igényel, különösen a hőmérséklet és a koncentráció tekintetében, hogy elkerüljük az ostya károsodását.
Az ultrahangos tisztítás a folyadékban lévő nagyfrekvenciás hanghullámok által keltett kavitációs hatást használja fel, hogy eltávolítsa a szennyeződéseket az ostya felületéről. A hagyományos ultrahangos tisztításhoz képest a megasonic tisztítás magasabb frekvencián működik, így a mikron alatti részecskék hatékonyabb eltávolítását teszi lehetővé anélkül, hogy károsítaná az ostya felületét.
4. Ózonos tisztítás
Az ózonos tisztítási technológia az ózon erős oxidáló tulajdonságait használja fel a szerves szennyeződések lebontására és eltávolítására az ostya felületéről, végső soron ártalmatlan szén-dioxiddá és vízzé alakítva azokat. Ez a módszer nem igényel drága kémiai reagenseket és kevésbé szennyezi a környezetet, így az ostyatisztítás területén feltörekvő technológia.
4. Ostyatisztító berendezések
Az ostyatisztítási folyamatok hatékonyságának és biztonságának biztosítása érdekében a félvezetőgyártásban számos fejlett tisztítóberendezést használnak. A fő típusok a következők:
1. Nedves tisztító berendezések
A nedves tisztító berendezések különféle merülőtartályokat, ultrahangos tisztítótartályokat és centrifugákat tartalmaznak. Ezek az eszközök kombinálják a mechanikai erőket és a kémiai reagenseket, hogy eltávolítsák a szennyeződéseket az ostya felületéről. A merülőtartályok jellemzően hőmérséklet-szabályozó rendszerekkel vannak felszerelve, hogy biztosítsák a vegyi oldatok stabilitását és hatékonyságát.
2. Vegytisztító berendezések
A vegytisztító berendezések főként plazmatisztítókat tartalmaznak, amelyek a plazmában lévő nagy energiájú részecskéket használják fel, hogy reagáljanak az ostya felületére, és eltávolítsák a maradványokat. A plazmatisztítás különösen alkalmas olyan eljárásokhoz, amelyek megkövetelik a felület integritásának megőrzését vegyszermaradványok bejuttatása nélkül.
3. Automatizált tisztítórendszerek
A félvezetőgyártás folyamatos terjeszkedésével az automatizált tisztítórendszerek váltak a nagyléptékű ostyatisztítás kedvelt választásává. Ezek a rendszerek gyakran tartalmaznak automatizált átviteli mechanizmusokat, többtartályos tisztítórendszereket és precíziós vezérlőrendszereket, hogy egyenletes tisztítási eredményeket biztosítsanak minden egyes lapka esetében.
5. Jövőbeli trendek
Ahogy a félvezető eszközök folyamatosan zsugorodnak, az ostyatisztító technológia a hatékonyabb és környezetbarátabb megoldások felé fejlődik. A jövő tisztítási technológiái a következőkre összpontosítanak:
Nanométer alatti részecskék eltávolítása: A meglévő tisztítási technológiák képesek kezelni a nanométeres méretű részecskéket, de a készülék méretének további csökkenésével a nanométer alatti részecskék eltávolítása új kihívássá válik.
Zöld és környezetbarát tisztítás: Egyre fontosabbá válik a környezetre káros vegyszerek használatának csökkentése és a környezetbarátabb tisztítási módszerek kidolgozása, mint például az ózonos tisztítás és a megasonic tisztítás.
Magasabb szintű automatizálás és intelligencia: Az intelligens rendszerek lehetővé teszik a különböző paraméterek valós idejű nyomon követését és beállítását a tisztítási folyamat során, tovább javítva a tisztítási és a termelési hatékonyságot.
Az ostyatisztító technológia, mint a félvezetőgyártás kritikus lépése, létfontosságú szerepet játszik a tiszta lapkafelületek biztosításában a későbbi folyamatokhoz. A különböző tisztítási módszerek kombinációja hatékonyan távolítja el a szennyeződéseket, így tiszta aljzatfelületet biztosít a következő lépésekhez. A technológia fejlődésével a tisztítási folyamatokat továbbra is optimalizálják, hogy megfeleljenek a nagyobb pontosság és az alacsonyabb hibaarány követelményeinek a félvezetőgyártásban.
Feladás időpontja: 2024.10.08