Tækni til að hreinsa skífur í framleiðslu hálfleiðara

Tækni til að hreinsa skífur í framleiðslu hálfleiðara

Hreinsun á skífum er mikilvægt skref í öllu framleiðsluferli hálfleiðara og einn af lykilþáttunum sem hefur bein áhrif á afköst og framleiðslugetu tækja. Við framleiðslu á flísum getur jafnvel minnsta mengun dregið úr eiginleikum tækja eða valdið algjöru bilun. Þar af leiðandi eru hreinsunarferlar notaðir fyrir og eftir nánast hvert framleiðslustig til að fjarlægja yfirborðsmengunarefni og tryggja hreinleika skífanna. Hreinsun er einnig algengasta aðgerðin í framleiðslu hálfleiðara og nemur u.þ.b.30% af öllum skrefum í ferlinu.

Með sífelldri aukningu á mjög stórfelldri samþættingu (VLSI) hafa ferlahnútar þróast til...28 nm, 14 nm og lengra, sem leiðir til meiri þéttleika tækja, þrengri línubreiddar og sífellt flóknari ferla. Ítarlegri hnútar eru mun viðkvæmari fyrir mengun, en minni eiginleikastærðir gera hreinsun erfiðari. Þar af leiðandi heldur fjöldi hreinsunarskrefa áfram að aukast og hreinsun hefur orðið flóknari, mikilvægari og krefjandi. Til dæmis þarf 90 nm örgjörva venjulega um það bil90 hreinsunarskref, en 20 nm örgjörvi þarfnast um það bil215 hreinsunarskrefÞegar framleiðslan þróast yfir í 14 nm, 10 nm og minni hnúta mun fjöldi hreinsunaraðgerða halda áfram að aukast.

Í meginatriðum,Þrif á skífum vísar til ferla sem nota efnameðferðir, lofttegundir eða eðlisfræðilegar aðferðir til að fjarlægja óhreinindi af yfirborði skífunnar.Mengunarefni eins og agnir, málmar, lífrænar leifar og innfædd oxíð geta öll haft neikvæð áhrif á afköst, áreiðanleika og afköst tækisins. Þrif þjóna sem „brú“ milli samfelldra framleiðsluskrefa - til dæmis fyrir útfellingu og steinþrykk, eða eftir etsun, efnafræðilega vélræna fægingu (CMP) og jónaígræðslu. Í stórum dráttum má skipta hreinsun á skífum íblauthreinsunogþurrhreinsun.

Blauthreinsun

Við blauthreinsun eru notuð efnaleysefni eða afjónað vatn (DIW) til að hreinsa skífur. Tvær meginaðferðir eru notaðar:

• Dýfingaraðferð: Skífur eru dýftar í tanka fyllta með leysiefnum eða DIW. Þetta er mest notaða aðferðin, sérstaklega fyrir þroskaða tæknihnúta.

• ÚðaaðferðLeysiefni eða DIW eru úðað á snúningsskífur til að fjarlægja óhreinindi. Þó að niðurdýfing leyfi hópvinnslu á mörgum skífum, þá meðhöndlar úðahreinsun aðeins eina skífu í hverju hólfi en veitir betri stjórn, sem gerir það sífellt algengara í háþróuðum hnútum.

Fatahreinsun

Eins og nafnið gefur til kynna forðast þurrhreinsun leysiefni eða DIW, heldur nota lofttegundir eða plasma til að fjarlægja mengunarefni. Með vexti í átt að háþróaðri hreinsunarstöðvum er þurrhreinsun að verða sífellt mikilvægari vegna þess hve...mikil nákvæmniog virkni gegn lífrænum efnum, nítríðum og oxíðum. Hins vegar krefst þaðmeiri fjárfesting í búnaði, flóknari rekstur og strangari ferlisstjórnunAnnar kostur er að þurrhreinsun dregur úr miklu magni af skólpi sem myndast við blauthreinsun.

Algengar aðferðir við blauthreinsun

1. Þrif með DIW (afjónuðu vatni)

DIW er mest notaða hreinsiefnið í blautþrifum. Ólíkt ómeðhöndluðu vatni inniheldur DIW nánast engar leiðandi jónir, sem kemur í veg fyrir tæringu, rafefnafræðilegar viðbrögð eða niðurbrot tækja. DIW er aðallega notað á tvo vegu:

1. Bein hreinsun á yfirborði skífu– Venjulega framkvæmt í einni skífuham með rúllum, burstum eða úðastútum meðan skífan snýst. Áskorun er uppsöfnun rafstöðuhleðslu, sem getur valdið göllum. Til að draga úr þessu er CO₂ (og stundum NH₃) leyst upp í DIW til að bæta leiðni án þess að menga skífuna.

2. Skolun eftir efnahreinsun– DIW fjarlægir leifar af hreinsiefnum sem gætu annars tært skífuna eða dregið úr afköstum tækisins ef þær eru eftir á yfirborðinu.

2. Hreinsun með HF (flúorsýru)

HF er áhrifaríkasta efnið til að fjarlægjainnfædd oxíðlög (SiO₂)á kísilskífum og er næst mikilvægast á eftir DIW. Það leysir einnig upp festa málma og bælir enduroxun. Hins vegar getur HF-etsun gert yfirborð skífna hrjúft og óæskilegt ráðist á ákveðna málma. Til að takast á við þessi vandamál þynna bættar aðferðir HF, bæta við oxunarefnum, yfirborðsvirkum efnum eða flóknu efnum til að auka sértækni og draga úr mengun.

3. SC1 Þrif (Staðlað Þrif 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 er hagkvæm og mjög skilvirk aðferð til að fjarlægjalífrænar leifar, agnir og sumir málmarÞessi aðferð sameinar oxunaráhrif H₂O₂ og upplausnaráhrif NH₄OH. Hún hrindir einnig frá sér ögnum með rafstöðukrafti og ómskoðun/megasónmáttur bætir enn frekar skilvirkni. Hins vegar getur SC1 gert yfirborð skífna hrjúfar, sem krefst nákvæmrar hagræðingar á efnahlutföllum, stjórnunar á yfirborðsspennu (með yfirborðsvirkum efnum) og klóbindiefna til að bæla niður endurútfellingu málma.

4. SC2 Þrif (Staðlað Þrif 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 bætir við SC1 með því að fjarlægjamálmmengunarefniSterk flókamyndunarhæfni þess breytir oxuðum málmum í leysanleg sölt eða flóka sem skolast burt. Þó að SC1 sé áhrifaríkt fyrir lífræn efni og agnir, er SC2 sérstaklega verðmætt til að koma í veg fyrir málmadsorp og tryggja litla málmmengun.

5. O₃ (óson) hreinsun

Ósonhreinsun er aðallega notuð tilað fjarlægja lífrænt efniogsótthreinsun DIWO₃ virkar sem sterkt oxunarefni en getur valdið endurútfellingu, þannig að það er oft blandað saman við HF. Hitastigsbestun er mikilvæg þar sem leysni O₃ í vatni minnkar við hærra hitastig. Ólíkt sótthreinsiefnum sem byggjast á klór (óásættanleg í hálfleiðaraverksmiðjum) brotnar O₃ niður í súrefni án þess að menga DIW kerfi.

6. Hreinsun með lífrænum leysiefnum

Í ákveðnum sérhæfðum ferlum eru lífræn leysiefni notuð þar sem hefðbundnar hreinsunaraðferðir eru ófullnægjandi eða henti ekki (t.d. þegar forðast verður oxíðmyndun).

Niðurstaða

Hreinsun á vöfflum eroftast endurtekið skrefí framleiðslu hálfleiðara og hefur bein áhrif á afköst og áreiðanleika tækja. Með þróuninni í átt aðstærri skífur og minni tækjarúmfræðiKröfur um hreinleika yfirborðs skífu, efnafræðilegt ástand, grófleika og oxíðþykkt eru sífellt strangari.

Í þessari grein var fjallað um bæði þróaðar og háþróaðar tæknilausnir fyrir hreinsun á skífum, þar á meðal DIW, HF, SC1, SC2, O₃ og aðferðir með lífrænum leysiefnum, ásamt aðferðum þeirra, kostum og takmörkunum. Frá báðum ...efnahagsleg og umhverfisleg sjónarmiðStöðugar umbætur á tækni til að hreinsa skífur eru nauðsynlegar til að mæta kröfum háþróaðrar framleiðslu hálfleiðara.