Τεχνολογία καθαρισμού πλακιδίων στην κατασκευή ημιαγωγών

Τεχνολογία καθαρισμού πλακιδίων στην κατασκευή ημιαγωγών

Ο καθαρισμός των πλακιδίων είναι ένα κρίσιμο βήμα σε ολόκληρη τη διαδικασία κατασκευής ημιαγωγών και ένας από τους βασικούς παράγοντες που επηρεάζουν άμεσα την απόδοση της συσκευής και την απόδοση παραγωγής. Κατά την κατασκευή των τσιπ, ακόμη και η παραμικρή μόλυνση μπορεί να υποβαθμίσει τα χαρακτηριστικά της συσκευής ή να προκαλέσει πλήρη αστοχία. Ως αποτέλεσμα, εφαρμόζονται διαδικασίες καθαρισμού πριν και μετά σχεδόν από κάθε βήμα κατασκευής για την απομάκρυνση των επιφανειακών ρύπων και τη διασφάλιση της καθαριότητας των πλακιδίων. Ο καθαρισμός είναι επίσης η πιο συχνή λειτουργία στην παραγωγή ημιαγωγών, αντιπροσωπεύοντας περίπου...30% όλων των βημάτων της διαδικασίας.

Με τη συνεχή κλιμάκωση της ολοκλήρωσης πολύ μεγάλης κλίμακας (VLSI), οι κόμβοι διεργασιών έχουν προχωρήσει σε28 nm, 14 nm και πέραν, οδηγώντας σε υψηλότερη πυκνότητα συσκευών, στενότερα πλάτη γραμμών και ολοένα και πιο πολύπλοκες ροές διεργασιών. Οι προηγμένοι κόμβοι είναι σημαντικά πιο ευαίσθητοι στη μόλυνση, ενώ τα μικρότερα μεγέθη χαρακτηριστικών καθιστούν τον καθαρισμό πιο δύσκολο. Κατά συνέπεια, ο αριθμός των βημάτων καθαρισμού συνεχίζει να αυξάνεται και ο καθαρισμός έχει γίνει πιο περίπλοκος, πιο κρίσιμος και πιο απαιτητικός. Για παράδειγμα, ένα τσιπ 90 nm συνήθως απαιτεί περίπου90 βήματα καθαρισμού, ενώ ένα τσιπ 20 nm απαιτεί περίπου215 βήματα καθαρισμούΚαθώς η κατασκευή προχωρά σε κόμβους 14 nm, 10 nm και μικρότερους, ο αριθμός των εργασιών καθαρισμού θα συνεχίσει να αυξάνεται.

Στην ουσία,Ο καθαρισμός των πλακιδίων αναφέρεται σε διαδικασίες που χρησιμοποιούν χημικές επεξεργασίες, αέρια ή φυσικές μεθόδους για την απομάκρυνση ακαθαρσιών από την επιφάνεια των πλακιδίων.Ρύποι όπως σωματίδια, μέταλλα, οργανικά υπολείμματα και φυσικά οξείδια μπορούν να επηρεάσουν αρνητικά την απόδοση, την αξιοπιστία και την απόδοση της συσκευής. Ο καθαρισμός χρησιμεύει ως «γέφυρα» μεταξύ διαδοχικών βημάτων κατασκευής - για παράδειγμα, πριν από την εναπόθεση και τη λιθογραφία ή μετά τη χάραξη, τη χημική μηχανική στίλβωση (CMP) και την εμφύτευση ιόντων. Σε γενικές γραμμές, ο καθαρισμός πλακιδίων μπορεί να χωριστεί σευγρός καθαρισμόςκαιστεγνό καθάρισμα.

Υγρός καθαρισμός

Ο υγρός καθαρισμός χρησιμοποιεί χημικούς διαλύτες ή απιονισμένο νερό (DIW) για τον καθαρισμό των πλακιδίων. Εφαρμόζονται δύο κύριες προσεγγίσεις:

• Μέθοδος εμβάπτισης: οι πλακέτες βυθίζονται σε δεξαμενές γεμάτες με διαλύτες ή DIW. Αυτή είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος, ειδικά για κόμβους ώριμης τεχνολογίας.

• Μέθοδος ψεκασμούΔιαλύτες ή DIW ψεκάζονται σε περιστρεφόμενα πλακίδια για την απομάκρυνση των ακαθαρσιών. Ενώ η εμβάπτιση επιτρέπει την επεξεργασία πολλαπλών πλακιδίων σε παρτίδες, ο καθαρισμός με ψεκασμό χειρίζεται μόνο ένα πλακίδιο ανά θάλαμο, αλλά παρέχει καλύτερο έλεγχο, καθιστώντας τον ολοένα και πιο συνηθισμένο σε προηγμένους κόμβους.

Στεγνό καθάρισμα

Όπως υποδηλώνει και το όνομα, το στεγνό καθάρισμα αποφεύγει τους διαλύτες ή το DIW, και αντ' αυτού χρησιμοποιεί αέρια ή πλάσμα για την απομάκρυνση των ρύπων. Με την ώθηση προς προηγμένους κόμβους, το στεγνό καθάρισμα αποκτά μεγαλύτερη σημασία λόγω του...υψηλή ακρίβειακαι αποτελεσματικότητα έναντι οργανικών ουσιών, νιτριδίων και οξειδίων. Ωστόσο, απαιτείυψηλότερη επένδυση σε εξοπλισμό, πιο σύνθετη λειτουργία και αυστηρότερος έλεγχος διεργασιώνΈνα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι ο στεγνός καθαρισμός μειώνει τους μεγάλους όγκους λυμάτων που παράγονται από τις υγρές μεθόδους.

Κοινές τεχνικές υγρού καθαρισμού

1. Καθαρισμός DIW (Απιονισμένου Νερού)

Το DIW είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο καθαριστικό μέσο στον υγρό καθαρισμό. Σε αντίθεση με το ακατέργαστο νερό, το DIW δεν περιέχει σχεδόν καθόλου αγώγιμα ιόντα, αποτρέποντας τη διάβρωση, τις ηλεκτροχημικές αντιδράσεις ή την υποβάθμιση της συσκευής. Το DIW χρησιμοποιείται κυρίως με δύο τρόπους:

1. Άμεσος καθαρισμός επιφάνειας γκοφρέτας– Συνήθως εκτελείται σε λειτουργία μονής πλακέτας με κυλίνδρους, βούρτσες ή ακροφύσια ψεκασμού κατά την περιστροφή της πλακέτας. Μια πρόκληση είναι η συσσώρευση ηλεκτροστατικού φορτίου, η οποία μπορεί να προκαλέσει ελαττώματα. Για τον μετριασμό αυτού, το CO₂ (και μερικές φορές η NH₃) διαλύεται στο DIW για να βελτιωθεί η αγωγιμότητα χωρίς να μολυνθεί η πλακέτα.

2. Ξέβγαλμα μετά από χημικό καθαρισμό– Το DIW απομακρύνει τα υπολείμματα καθαριστικών διαλυμάτων που διαφορετικά θα μπορούσαν να διαβρώσουν το πλακίδιο ή να υποβαθμίσουν την απόδοση της συσκευής εάν αφεθούν στην επιφάνεια.

2. Καθαρισμός με HF (υδροφθορικό οξύ)

Το HF είναι η πιο αποτελεσματική χημική ουσία για την αφαίρεσηφυσικά στρώματα οξειδίου (SiO₂)σε πλακίδια πυριτίου και είναι δεύτερο σε σημασία μόνο μετά το DIW. Διαλύει επίσης τα προσκολλημένα μέταλλα και καταστέλλει την επαναοξείδωση. Ωστόσο, η χάραξη με HF μπορεί να τραχύνει τις επιφάνειες των πλακιδίων και να προσβάλει ανεπιθύμητα ορισμένα μέταλλα. Για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων, βελτιωμένες μέθοδοι αραίωσης του HF, προσθήκης οξειδωτικών, επιφανειοδραστικών ή συμπλεκτικών παραγόντων για την ενίσχυση της επιλεκτικότητας και τη μείωση της μόλυνσης.

3. Καθαρισμός SC1 (Τυπικός καθαρισμός 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

Το SC1 είναι μια οικονομικά αποδοτική και εξαιρετικά αποτελεσματική μέθοδος για την αφαίρεσηοργανικά υπολείμματα, σωματίδια και ορισμένα μέταλλαΟ μηχανισμός συνδυάζει την οξειδωτική δράση του H₂O₂ και τη διαλυτική δράση του NH₄OH. Απωθεί επίσης τα σωματίδια μέσω ηλεκτροστατικών δυνάμεων και η υπερηχητική/μεγαηχητική υποβοήθηση βελτιώνει περαιτέρω την απόδοση. Ωστόσο, το SC1 μπορεί να τραχύνει τις επιφάνειες των πλακιδίων, απαιτώντας προσεκτική βελτιστοποίηση των χημικών αναλογιών, έλεγχο της επιφανειακής τάσης (μέσω επιφανειοδραστικών ουσιών) και χηλικούς παράγοντες για την καταστολή της επαναπόθεσης μετάλλων.

4. Καθαρισμός SC2 (Τυπικός καθαρισμός 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

Το SC2 συμπληρώνει το SC1 αφαιρώνταςμεταλλικοί ρύποιΗ ισχυρή του ικανότητα συμπλοκοποίησης μετατρέπει τα οξειδωμένα μέταλλα σε διαλυτά άλατα ή σύμπλοκα, τα οποία ξεπλένονται. Ενώ το SC1 είναι αποτελεσματικό για οργανικές ουσίες και σωματίδια, το SC2 είναι ιδιαίτερα πολύτιμο για την πρόληψη της προσρόφησης μετάλλων και τη διασφάλιση χαμηλής μεταλλικής μόλυνσης.

5. Καθαρισμός με O₃ (όζον)

Ο καθαρισμός με όζον χρησιμοποιείται κυρίως γιααπομάκρυνση οργανικής ύληςκαιαπολύμανση DIWΤο O₃ δρα ως ισχυρό οξειδωτικό, αλλά μπορεί να προκαλέσει επαναπόθεση, επομένως συχνά συνδυάζεται με HF. Η βελτιστοποίηση της θερμοκρασίας είναι κρίσιμη, καθώς η διαλυτότητα του O₃ στο νερό μειώνεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Σε αντίθεση με τα απολυμαντικά με βάση το χλώριο (μη αποδεκτά σε εργοστάσια ημιαγωγών), το O₃ αποσυντίθεται σε οξυγόνο χωρίς να μολύνει τα συστήματα DIW.

6. Καθαρισμός με οργανικούς διαλύτες

Σε ορισμένες εξειδικευμένες διεργασίες, χρησιμοποιούνται οργανικοί διαλύτες όπου οι τυπικές μέθοδοι καθαρισμού είναι ανεπαρκείς ή ακατάλληλες (π.χ., όταν πρέπει να αποφευχθεί ο σχηματισμός οξειδίων).

Σύναψη

Ο καθαρισμός των γκοφρετών είναι τοτο βήμα που επαναλαμβάνεται πιο συχνάστην κατασκευή ημιαγωγών και επηρεάζει άμεσα την απόδοση και την αξιοπιστία των συσκευών. Με την κίνηση προςμεγαλύτερες πλακέτες και μικρότερες γεωμετρίες συσκευών, οι απαιτήσεις για την καθαριότητα της επιφάνειας των πλακιδίων, τη χημική τους κατάσταση, την τραχύτητα και το πάχος των οξειδίων γίνονται ολοένα και πιο αυστηρές.

Αυτό το άρθρο εξέτασε τόσο τις ώριμες όσο και τις προηγμένες τεχνολογίες καθαρισμού πλακιδίων, συμπεριλαμβανομένων των μεθόδων DIW, HF, SC1, SC2, O₃ και οργανικών διαλυτών, μαζί με τους μηχανισμούς, τα πλεονεκτήματα και τους περιορισμούς τους. Και από τις δύοοικονομικές και περιβαλλοντικές προοπτικές, οι συνεχείς βελτιώσεις στην τεχνολογία καθαρισμού πλακιδίων είναι απαραίτητες για την κάλυψη των απαιτήσεων της προηγμένης κατασκευής ημιαγωγών.