Blauthreinsun (Wet Clean) er eitt af mikilvægu skrefunum í framleiðsluferli hálfleiðara, sem miðar að því að fjarlægja ýmisskonar aðskotaefni af yfirborði skífunnar til að tryggja að hægt sé að framkvæma síðari vinnsluþrep á hreinu yfirborði.
Þar sem stærð hálfleiðaratækja heldur áfram að minnka og nákvæmniskröfur aukast hafa tæknilegar kröfur um þvottahreinsunarferla orðið sífellt strangari. Jafnvel minnstu agnirnar, lífræn efni, málmjónir eða oxíðleifar á yfirborði skúffunnar geta haft veruleg áhrif á frammistöðu tækisins og þar með haft áhrif á afrakstur og áreiðanleika hálfleiðaratækja.
Kjarnareglur um þvottahreinsun
Kjarninn í þvottahreinsun felst í því að fjarlægja á áhrifaríkan hátt ýmis mengunarefni af yfirborði disksins með eðlisfræðilegum, efnafræðilegum og öðrum aðferðum til að tryggja að diskurinn hafi hreint yfirborð sem hentar til síðari vinnslu.
Tegund mengunar
Helstu áhrif á eiginleika tækisins
| gr. Mengun | Munstursgalla
Ígræðslugallar jóna
Niðurbrotsgallar í einangrunarfilmu
| |
| Málmmengun | Alkalímálmar | Óstöðugleiki MOS smára
Niðurbrot/niðurbrot hliðoxíðfilmu
|
| Þungmálmar | Aukinn PN mótum öfugur lekastraumur
Niðurbrotsgallar á hliðoxíðfilmu
Niðurbrot á ævi minnihlutaflutningsaðila
Myndun galla í oxíðörvunarlagi
| |
| Efnamengun | Lífrænt efni | Niðurbrotsgallar á hliðoxíðfilmu
CVD filmuafbrigði (ræktunartími)
Þykktarbreytingar á hitaoxíðfilmu (hröðun oxunar)
Þoka (wafer, linsa, spegill, gríma, reticle)
|
| Ólífræn íblöndunarefni (B, P) | MOS smári Vth vaktir
Si hvarfefni og hár viðnám poly-kísil lak viðnám afbrigði
| |
| Ólífrænir basar (amín, ammoníak) og sýrur (SOx) | Niðurbrot á upplausn efnamagnaðra mótefna
Tilkoma agnamengunar og þoku vegna saltmyndunar
| |
| Innfæddur og efnaoxíðfilmur vegna raka, lofts | Aukin snertiþol
Niðurbrot/niðurbrot hliðoxíðfilmu
| |
Nánar tiltekið eru markmiðin með þvottahreinsunarferlinu:
Agnafjarlæging: Notkun eðlisfræðilegra eða efnafræðilegra aðferða til að fjarlægja litlar agnir sem festar eru við yfirborðið. Erfiðara er að fjarlægja smærri agnir vegna mikils rafstöðueiginleika á milli þeirra og yfirborðs skúffunnar, sem krefst sérstakrar meðhöndlunar.
Fjarlæging lífrænna efna: Lífræn aðskotaefni eins og fita og ljósþolnar leifar geta fest sig við yfirborðið. Þessi aðskotaefni eru venjulega fjarlægð með sterkum oxunarefnum eða leysiefnum.
Fjarlæging málmjóna: Málmjónaleifar á yfirborði skúffunnar geta dregið úr rafvirkni og jafnvel haft áhrif á síðari vinnsluþrep. Þess vegna eru sérstakar efnalausnir notaðar til að fjarlægja þessar jónir.
Oxíðfjarlæging: Sumar aðferðir krefjast þess að yfirborð skúffunnar sé laust við oxíðlög, svo sem kísiloxíð. Í slíkum tilvikum þarf að fjarlægja náttúruleg oxíðlög við ákveðin hreinsunarskref.
Áskorunin við tækni til að hreinsa skífuna felst í því að fjarlægja mengunarefni á skilvirkan hátt án þess að hafa skaðleg áhrif á yfirborð skúffunnar, svo sem að koma í veg fyrir að yfirborðið rjúfist, tæringu eða öðrum líkamlegum skemmdum.
2. Wafer Cleaning Process Flow
Ofnhreinsunarferlið felur venjulega í sér mörg skref til að tryggja algjörlega fjarlægingu mengunarefna og ná fullkomlega hreinu yfirborði.
Mynd: Samanburður á lotugerð og einþvottahreinsun
Dæmigerð þvottahreinsunarferli felur í sér eftirfarandi helstu skref:
1. Forhreinsun (Pre-Clean)
Tilgangur forhreinsunar er að fjarlægja lausar aðskotaefni og stórar agnir af yfirborði skúffunnar, sem er venjulega náð með afjónuðu vatni (DI Water) skolun og ultrasonic hreinsun. Afjónað vatn getur upphaflega fjarlægt agnir og uppleyst óhreinindi af yfirborði skúffunnar, en úthljóðshreinsun notar kavitunaráhrif til að rjúfa tengslin milli agna og yfirborðs skúffunnar, sem gerir það auðveldara að losa þær.
2. Efnahreinsun
Efnahreinsun er eitt af kjarnaskrefunum í þvottahreinsunarferlinu, með því að nota efnalausnir til að fjarlægja lífræn efni, málmjónir og oxíð af yfirborði skífunnar.
Fjarlæging lífrænna efna: Venjulega er asetón eða ammoníak/peroxíð blanda (SC-1) notuð til að leysa upp og oxa lífræn aðskotaefni. Dæmigert hlutfall fyrir SC-1 lausn er NH4OH
₂O₂
₂O = 1:1:5, með vinnuhita um 20°C.
Fjarlæging málmjóna: Saltpéturssýra eða saltsýru/peroxíðblöndur (SC-2) eru notaðar til að fjarlægja málmjónir af yfirborði skúffunnar. Dæmigert hlutfall fyrir SC-2 lausn er HCl
₂O₂
₂O = 1:1:6, með hitastigi haldið við um það bil 80°C.
Fjarlæging oxíðs: Í sumum ferlum er nauðsynlegt að fjarlægja innfædda oxíðlagið af yfirborði skúffunnar, sem flúorsýru (HF) lausn er notuð fyrir. Dæmigert hlutfall fyrir HF lausn er HF
₂O = 1:50, og það er hægt að nota við stofuhita.
3. Lokahreinsun
Eftir efnahreinsun fara diskar venjulega í lokaþrif til að tryggja að engar efnaleifar séu eftir á yfirborðinu. Í lokaþrifum er aðallega notað afjónað vatn til að skola vandlega. Að auki er ósonvatnshreinsun (O₃/H₂O) notuð til að fjarlægja frekari mengunarefni sem eftir eru af yfirborði skífunnar.
4. Þurrkun
Hreinsaðar oblátur verða að þorna fljótt til að koma í veg fyrir vatnsmerki eða endurfestingu mengunarefna. Algengar þurrkunaraðferðir eru snúningsþurrkun og köfnunarefnishreinsun. Sá fyrrnefndi fjarlægir raka af yfirborðinu með því að snúast á miklum hraða, en hið síðarnefnda tryggir fullkomna þurrkun með því að blása þurru köfnunarefnisgasi yfir yfirborðið.
Aðskotaefni
Heiti hreinsunaraðferðar
Lýsing á efnablöndu
Efni
| Agnir | Piranha (SPM) | Brennisteinssýra/vetnisperoxíð/DI vatn | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammóníumhýdroxíð/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 |
| Piranha (SPM) | Brennisteinssýra/vetnisperoxíð/DI vatn | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Þynnt flúorsýru/DI vatn (mun ekki fjarlægja kopar) | HF/H2O1:50 | |
| Lífrænt efni | Piranha (SPM) | Brennisteinssýra/vetnisperoxíð/DI vatn | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammóníumhýdroxíð/vetnisperoxíð/DI vatn | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Óson í afjónuðu vatni | O3/H2O fínstilltar blöndur | |
| Native oxíð | DHF | Þynntu flúorsýru/DI vatn | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Búðuð flúorsýra | NH4F/HF/H2O |
3. Algengar aðferðir við þvotthreinsun
1. RCA hreinsunaraðferð
RCA hreinsunaraðferðin er ein klassískasta diskahreinsunaraðferðin í hálfleiðaraiðnaðinum, þróuð af RCA Corporation fyrir meira en 40 árum síðan. Þessi aðferð er fyrst og fremst notuð til að fjarlægja lífræn aðskotaefni og málmjónaóhreinindi og hægt er að klára hana 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 aðskotaefni og agnir. Lausnin er blanda af ammoníaki, vetnisperoxíði og vatni, sem myndar þunnt kísiloxíðlag á yfirborði skífunnar.
SC-2 Þrif: Þetta skref er fyrst og fremst notað til að fjarlægja málmjóna aðskotaefni með því að nota blöndu af saltsýru, vetnisperoxíði og vatni. Það skilur eftir þunnt passiveringslag á yfirborði skúffunnar til að koma í veg fyrir endurmengun.
2. Piranha hreinsunaraðferð (Piranha Etch Clean)
Piranha hreinsunaraðferðin er mjög áhrifarík tækni til að fjarlægja lífræn efni með blöndu af brennisteinssýru og vetnisperoxíði, venjulega í hlutfallinu 3:1 eða 4:1. Vegna mjög sterkra oxunareiginleika þessarar lausnar getur hún fjarlægt mikið magn af lífrænum efnum og þrjóskum aðskotaefnum. Þessi aðferð krefst strangs eftirlits með aðstæðum, sérstaklega hvað varðar hitastig og styrk, til að forðast að skemma oblátuna.
Ultrasonic hreinsun notar kavitation áhrif sem myndast af hátíðni hljóðbylgjur í vökva til að fjarlægja mengunarefni af yfirborði oblátunnar. Í samanburði við hefðbundna úthljóðshreinsun starfar megasonic hreinsun á hærri tíðni, sem gerir kleift að fjarlægja agnir undir míkróna á skilvirkari hátt án þess að valda skemmdum á yfirborði skífunnar.
4. Ósonhreinsun
Ósonhreinsitækni nýtir sterka oxandi eiginleika ósons til að brjóta niður og fjarlægja lífrænar aðskotaefni af yfirborði skúffunnar og breytir þeim að lokum í skaðlaust koltvísýring og vatn. Þessi aðferð krefst ekki notkunar á dýrum efnafræðilegum hvarfefnum og veldur minni umhverfismengun, sem gerir hana að nýrri tækni á sviði þvottahreinsunar.
4. Búnaður til að hreinsa oblátur
Til að tryggja skilvirkni og öryggi oblátahreinsunarferla er margs konar háþróaður hreinsibúnaður notaður í hálfleiðaraframleiðslu. Helstu tegundirnar eru:
1. Blauthreinsibúnaður
Blauthreinsibúnaður felur í sér ýmsa dýfingargeyma, úthljóðshreinsitanka og snúningsþurrkara. Þessi tæki sameina vélræna krafta og efnafræðilega hvarfefni til að fjarlægja mengunarefni af yfirborði skúffunnar. Dýfingargeymar eru venjulega búnir hitastýringarkerfum til að tryggja stöðugleika og skilvirkni efnalausna.
2. Fatahreinsibúnaður
Fatahreinsibúnaður inniheldur aðallega plasmahreinsiefni, sem nota háorkuagnir í plasma til að hvarfast við og fjarlægja leifar af yfirborði skúffunnar. Plasmahreinsun er sérstaklega hentug fyrir ferla sem krefjast þess að viðhalda yfirborðsheilleika án þess að setja inn efnaleifar.
3. Sjálfvirk hreinsikerfi
Með stöðugri stækkun hálfleiðaraframleiðslu hafa sjálfvirk hreinsikerfi orðið ákjósanlegur kostur fyrir stórfellda þvottahreinsun. Þessi kerfi innihalda oft sjálfvirkan flutningsbúnað, fjölgeymihreinsikerfi og nákvæmnisstýringarkerfi til að tryggja stöðugar hreinsunarniðurstöður fyrir hverja oblátu.
5. Framtíðarstraumar
Þegar hálfleiðaratæki halda áfram að dragast saman, þróast tækni til að hreinsa oblátur í átt að skilvirkari og umhverfisvænni lausnum. Framtíðarþriftækni mun einbeita sér að:
Fjarlæging undir-nanómetra agna: Núverandi hreinsitækni getur meðhöndlað agnir á nanómetrakvarða, en með frekari minnkun á stærð tækisins verður ný áskorun að fjarlægja undir-nanometer agnir.
Græn og umhverfisvæn þrif: Að draga úr notkun umhverfisskaðlegra efna og þróa umhverfisvænni hreinsunaraðferðir, svo sem ósonhreinsun og megasonic hreinsun, verður sífellt mikilvægara.
Hærra stig sjálfvirkni og greindar: Greind kerfi munu gera rauntíma eftirlit og aðlögun á ýmsum breytum meðan á hreinsunarferlinu stendur, og bæta enn frekar skilvirkni hreinsunar og framleiðslu skilvirkni.
Hreinsunartækni fyrir oblátur, sem mikilvægt skref í hálfleiðaraframleiðslu, gegnir mikilvægu hlutverki við að tryggja hreint flöt á flötum fyrir síðari ferla. Samsetning ýmissa hreinsunaraðferða fjarlægir á áhrifaríkan hátt mengunarefni og gefur hreint undirlagsyfirborð fyrir næstu skref. Eftir því sem tækninni fleygir fram verða hreinsunarferlar áfram fínstilltir til að mæta kröfum um meiri nákvæmni og lægri galla í hálfleiðaraframleiðslu.
Pósttími: Okt-08-2024