Blauthreinsun (Wet Clean) er eitt af mikilvægustu skrefunum í framleiðsluferlum hálfleiðara og miðar að því að fjarlægja ýmis óhreinindi af yfirborði skífunnar til að tryggja að síðari ferlisskref geti farið fram á hreinu yfirborði.
Þar sem stærð hálfleiðara heldur áfram að minnka og nákvæmnikröfur aukast, hafa tæknilegar kröfur um hreinsun á skífum orðið sífellt strangari. Jafnvel minnstu agnir, lífræn efni, málmjónir eða oxíðleifar á yfirborði skífunnar geta haft veruleg áhrif á afköst tækja og þar með áhrif á afköst og áreiðanleika hálfleiðara.
Meginreglur um hreinsun á skífum
Kjarni þess að þrífa skífur felst í því að fjarlægja ýmis óhreinindi á áhrifaríkan hátt af yfirborði skífunnar með eðlisfræðilegum, efnafræðilegum og öðrum aðferðum til að tryggja að yfirborð skífunnar sé hreint og hentugt til síðari vinnslu.
Tegund mengunar
Helstu áhrif á eiginleika tækja
| Mengun greinar | Mynsturgallar
Gallar í jónígræðslu
Gallar í niðurbroti einangrunarfilmu
| |
| Málmmengun | Alkalímálmar | Óstöðugleiki í MOS smára
Niðurbrot/niðurbrot hliðoxíðfilmu
|
| Þungmálmar | Aukinn öfug lekastraumur við PN-tengingu
Gallar í niðurbroti hliðoxíðfilmu
Líftími minnihlutaflutningsaðila minnkar
Myndun galla í oxíðörvunarlagi
| |
| Efnamengun | Lífrænt efni | Gallar í niðurbroti hliðoxíðfilmu
Breytingar á CVD filmu (ræktunartímar)
Breytingar á þykkt hitauppstreymisoxíðfilmu (hraðað oxun)
Móðumyndun (skífa, linsa, spegill, gríma, kross)
|
| Ólífræn efni (B, P) | V. færsla á MOS smára
Breytingar á viðnámi í kísil undirlagi og pólý-sílikon plötum með mikilli mótstöðu
| |
| Ólífrænir basar (amín, ammóníak) og sýrur (SOx) | Niðurbrot á upplausn efnafræðilega magnaðra viðnámsefna
Tilvist agnamengunar og móðu vegna saltmyndunar
| |
| Innfædd og efnafræðileg oxíðhúð vegna raka og lofts | Aukin snertiviðnám
Niðurbrot/niðurbrot hliðoxíðfilmu
| |
Nánar tiltekið eru markmið hreinsunarferlisins á skífum meðal annars:
Fjarlæging agna: Notkun eðlisfræðilegra eða efnafræðilegra aðferða til að fjarlægja litlar agnir sem festast við yfirborð skífunnar. Minni agnir eru erfiðari að fjarlægja vegna sterkra rafstöðuafls milli þeirra og yfirborðs skífunnar, sem krefst sérstakrar meðferðar.
Fjarlæging lífræns efnis: Lífræn óhreinindi eins og fita og leifar af ljósþoli geta fest sig við yfirborð skífunnar. Þessi óhreinindi eru yfirleitt fjarlægð með sterkum oxunarefnum eða leysum.
Fjarlæging málmjóna: Leifar af málmjónum á yfirborði skífunnar geta dregið úr rafmagnsafköstum og jafnvel haft áhrif á síðari vinnsluskref. Þess vegna eru sérstakar efnalausnir notaðar til að fjarlægja þessar jónir.
Fjarlæging oxíðs: Sumar aðferðir krefjast þess að yfirborð skífunnar sé laust við oxíðlög, svo sem kísilloxíð. Í slíkum tilfellum þarf að fjarlægja náttúruleg oxíðlög við ákveðin hreinsunarskref.
Áskorunin í tækni við hreinsun á skífum felst í því að fjarlægja mengunarefni á skilvirkan hátt án þess að hafa neikvæð áhrif á yfirborð skífunnar, svo sem að koma í veg fyrir yfirborðshrjúfleika, tæringu eða aðra líkamlega skemmdir.
2. Flæði hreinsunarferlis fyrir skífur
Hreinsunarferlið fyrir skífur felur venjulega í sér mörg skref til að tryggja að öll mengunarefni séu fjarlægð að fullu og yfirborðið verði fullkomlega hreint.
Mynd: Samanburður á lotuhreinsun og stakri hreinsun
Dæmigert hreinsunarferli á skífum felur í sér eftirfarandi meginskref:
1. Forhreinsun (Forhreinsun)
Tilgangur forhreinsunar er að fjarlægja laus óhreinindi og stórar agnir af yfirborði skífunnar, sem er venjulega gert með skolun með afjónuðu vatni (DI Water) og ómskoðunarhreinsun. Afjónað vatn getur upphaflega fjarlægt agnir og uppleyst óhreinindi af yfirborði skífunnar, en ómskoðunarhreinsun notar holaáhrif til að rjúfa tenginguna milli agnanna og yfirborðs skífunnar, sem gerir þær auðveldari að losna.
2. Efnahreinsun
Efnahreinsun er eitt af kjarna skrefunum í hreinsunarferlinu á skífum, þar sem efnalausnir eru notaðar til að fjarlægja lífræn efni, málmjónir og oxíð af yfirborði skífunnar.
Fjarlæging lífræns efnis: Venjulega er aseton eða blanda af ammoníaki/peroxíði (SC-1) notuð til að leysa upp og oxa lífræn mengunarefni. Algengt hlutfall fyrir SC-1 lausn er NH₄OH
₂O₂
2O = 1:1:5, með vinnuhita upp á um 20°C.
Fjarlæging málmjóna: Saltpéturssýra eða blöndur af saltsýru/peroxíði (SC-2) eru notaðar til að fjarlægja málmjónir af yfirborði skífunnar. Algengt hlutfall fyrir SC-2 lausn er HCl.
₂O₂
2O = 1:1:6, þar sem hitastigið er haldið við um það bil 80°C.
Fjarlæging oxíðs: Í sumum ferlum er nauðsynlegt að fjarlægja upprunalegt oxíðlag af yfirborði skífunnar, og til þess er notuð flúorsýrulausn (HF). Algengt hlutfall fyrir HF lausn er HF
₂O = 1:50 og það má nota við stofuhita.
3. Lokahreinsun
Eftir efnahreinsun gangast skífurnar venjulega undir lokahreinsunarferli til að tryggja að engar efnaleifar séu eftir á yfirborðinu. Lokahreinsun notar aðallega afjónað vatn til að skola vandlega. Að auki er ósonvatnshreinsun (O₃/H₂O) notuð til að fjarlægja frekar öll eftirstandandi mengunarefni af yfirborði skífunnar.
4. Þurrkun
Þurrkunaraðferðirnar sem hreinsaðar eru, verða að vera fljótt þurrkaðar til að koma í veg fyrir vatnsblettir eða að mengunarefni festist aftur. Algengar þurrkunaraðferðir eru meðal annars snúningsþurrkun og köfnunarefnishreinsun. Sú fyrri fjarlægir raka af yfirborði skífunnar með því að snúast á miklum hraða, en sú síðari tryggir fullkomna þurrkun með því að blása þurru köfnunarefnisgasi yfir yfirborð skífunnar.
Mengunarefni
Heiti hreinsunarferlis
Lýsing á efnablöndu
Efni
| agnir | Pírana (SPM) | Brennisteinssýra/vetnisperoxíð/afoxað vatn | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammoníumhýdroxíð/vetnisperoxíð/DI vatn | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Málmar (ekki kopar) | SC-2 (HPM) | Saltsýra/vetnisperoxíð/DI vatn | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Pírana (SPM) | Brennisteinssýra/vetnisperoxíð/afoxað vatn | H2SO4/H2O2/H2O3 - 4:1; 90°C | |
| DHF | Þynnt flúorsýra/afoxað vatn (fjarlægir ekki kopar) | HF/H2O1:50 | |
| Lífrænt | Pírana (SPM) | Brennisteinssýra/vetnisperoxíð/afoxað vatn | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammoníumhýdroxíð/vetnisperoxíð/DI vatn | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Óson í afjónuðu vatni | O3/H2O fínstilltar blöndur | |
| Náttúrlegt oxíð | DHF | Þynnt flúorsýra/DI vatn | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Stuðpúðuð flúorsýra | NH4F/HF/H2O |
3. Algengar aðferðir við hreinsun á skífum
1. RCA hreinsunaraðferð
RCA-hreinsunaraðferðin er ein af klassískustu aðferðum til að hreinsa skífur í hálfleiðaraiðnaðinum, þróuð af RCA Corporation fyrir meira en 40 árum. Þessi aðferð er aðallega notuð til að fjarlægja lífræn mengunarefni og óhreinindi úr málmjónum og er hægt að framkvæma í tveimur skrefum: SC-1 (Standard Clean 1) og SC-2 (Standard Clean 2).
SC-1 Þrif: Þetta skref er aðallega notað til að fjarlægja lífræn óhreinindi og agnir. Lausnin er blanda af ammóníaki, vetnisperoxíði og vatni, sem myndar þunnt kísilloxíðlag á yfirborði skífunnar.
SC-2 Þrif: Þetta skref er fyrst og fremst notað til að fjarlægja mengunarefni úr málmjónum með blöndu af saltsýru, vetnisperoxíði og vatni. Það skilur eftir þunnt óvirkjunarlag á yfirborði skífunnar til að koma í veg fyrir endurmengun.
2. Aðferð til að hreinsa pírana (Piranha Etch Clean)
Hreinsunaraðferðin með Piranha-sírópinu er mjög áhrifarík aðferð til að fjarlægja lífræn efni, þar sem notuð er blöndu af brennisteinssýru og vetnisperoxíði, yfirleitt í hlutföllunum 3:1 eða 4:1. Vegna afar sterkra oxunareiginleika þessarar lausnar getur hún fjarlægt mikið magn af lífrænu efni og þrjósk mengunarefni. Þessi aðferð krefst strangrar eftirlits með aðstæðum, sérstaklega hvað varðar hitastig og styrk, til að forðast skemmdir á skífunni.
Ómskoðunarhreinsun notar holamyndunaráhrif sem myndast af hátíðni hljóðbylgjum í vökva til að fjarlægja óhreinindi af yfirborði skífunnar. Ólíkt hefðbundinni ómskoðunarhreinsun virkar megasónhreinsun á hærri tíðni, sem gerir kleift að fjarlægja agnir undir míkronstærð á skilvirkari hátt án þess að valda skemmdum á yfirborði skífunnar.
4. Ósonhreinsun
Ósonhreinsunartækni nýtir sterka oxunareiginleika ósons til að brjóta niður og fjarlægja lífræn mengunarefni af yfirborði skífunnar og breyta þeim að lokum í skaðlaust koltvísýring og vatn. Þessi aðferð krefst ekki notkunar dýrra efna og veldur minni umhverfismengun, sem gerir hana að nýrri tækni á sviði skífuhreinsunar.
4. Búnaður til að hreinsa skífur
Til að tryggja skilvirkni og öryggi við hreinsun á skífum er fjölbreytt úrval af háþróuðum hreinsibúnaði notaður í framleiðslu hálfleiðara. Helstu gerðir eru:
1. Tæki til blauthreinsunar
Blauthreinsibúnaður inniheldur ýmsa dýfingartanka, ómskoðunarhreinsitanka og snúningsþurrkur. Þessi tæki sameina vélræna krafta og efnafræðileg hvarfefni til að fjarlægja óhreinindi af yfirborði skífunnar. Dýfingartankar eru yfirleitt búnir hitastýringarkerfum til að tryggja stöðugleika og virkni efnalausna.
2. Þurrhreinsunarbúnaður
Þurrhreinsunarbúnaður inniheldur aðallega plasmahreinsiefni, sem nota orkumiklar agnir í plasma til að hvarfast við og fjarlægja leifar af yfirborði skífunnar. Plasmahreinsun hentar sérstaklega vel fyrir ferli sem krefjast þess að viðhalda heilleika yfirborðsins án þess að koma í veg fyrir efnaleifar.
3. Sjálfvirk hreinsunarkerfi
Með sífelldri aukningu í framleiðslu hálfleiðara hafa sjálfvirk hreinsunarkerfi orðið kjörinn kostur fyrir stórfellda hreinsun á skífum. Þessi kerfi innihalda oft sjálfvirka flutningskerfi, fjöltankahreinsunarkerfi og nákvæm stjórnkerfi til að tryggja samræmda hreinsunarniðurstöðu fyrir hverja skífu.
5. Framtíðarþróun
Þar sem hálfleiðarabúnaður heldur áfram að minnka, þróast tækni til að hreinsa skífur í átt að skilvirkari og umhverfisvænni lausnum. Framtíðartækni til að hreinsa mun einbeita sér að:
Fjarlæging agna á nanómetrastærð: Núverandi hreinsunartækni getur tekist á við agnir á nanómetrastærð, en með frekari minnkun á stærð tækja verður fjarlæging agna á nanómetrastærð ný áskorun.
Græn og umhverfisvæn þrif: Að draga úr notkun umhverfisskaðlegra efna og þróa umhverfisvænni þrifaaðferðir, svo sem ósonhreinsun og megasónhreinsun, verður sífellt mikilvægara.
Meiri sjálfvirkni og greindargeta: Greind kerfi gera kleift að fylgjast með og aðlaga ýmsar breytur í rauntíma meðan á hreinsunarferlinu stendur, sem bætir enn frekar skilvirkni hreinsunar og framleiðslugetu.
Tækni til að hreinsa skífur, sem er mikilvægt skref í framleiðslu hálfleiðara, gegnir lykilhlutverki í að tryggja hrein yfirborð skífa fyrir síðari ferli. Samsetning ýmissa hreinsunaraðferða fjarlægir á áhrifaríkan hátt mengunarefni og veitir hreint yfirborð undirlagsins fyrir næstu skref. Eftir því sem tæknin þróast verða hreinsunarferli áfram fínstillt til að mæta kröfum um meiri nákvæmni og lægri gallatíðni í framleiðslu hálfleiðara.
Birtingartími: 8. október 2024