Вільготная ачыстка (вільготная ачыстка) з'яўляецца адным з найважнейшых этапаў у працэсах вытворчасці паўправаднікоў, накіраваных на выдаленне розных забруджванняў з паверхні пласціны, каб пераканацца, што наступныя этапы працэсу могуць быць выкананы на чыстай паверхні.
Паколькі памер паўправадніковых прыбораў працягвае скарачацца, а патрабаванні да дакладнасці павялічваюцца, тэхнічныя патрабаванні да працэсаў ачысткі пласцін становяцца ўсё больш жорсткімі. Нават самыя дробныя часціцы, арганічныя матэрыялы, іёны металаў або рэшткі аксідаў на паверхні пласціны могуць істотна паўплываць на прадукцыйнасць прылады, тым самым уплываючы на прадукцыйнасць і надзейнасць паўправадніковых прыбораў.
Асноўныя прынцыпы ачысткі пласцін
Сутнасць ачысткі пласціны заключаецца ў эфектыўным выдаленні розных забруджванняў з паверхні пласціны з дапамогай фізічных, хімічных і іншых метадаў, каб забяспечыць чыстую паверхню пласціны, прыдатную для наступнай апрацоўкі.
Тып забруджвання
Асноўныя ўплывы на характарыстыкі прылады
| Артыкул Забруджванне | Дэфекты выкрайкі
Дэфекты іённай імплантацыі
Дэфекты прабоя ізаляцыйнай плёнкі
| |
| Металічныя забруджвання | Шчолачныя металы | Нестабільнасць МОП-транзістара
Разбурэнне/дэградацыя аксіднай плёнкі засаўкі
|
| Цяжкія металы | Павялічаны зваротны ток уцечкі PN-пераходу
Дэфекты прабоя аксіднай плёнкі засаўкі
Пагаршэнне тэрміну службы носьбіта меншасці
Генерацыя дэфектаў пласта ўзбуджэння аксіду
| |
| Хімічнае заражэнне | Арганічны матэрыял | Дэфекты прабоя аксіднай плёнкі засаўкі
Варыяцыі плёнкі CVD (час інкубацыі)
Тэрмічныя змены таўшчыні аксіднай плёнкі (паскоранае акісленне)
Дымка (пласціна, лінза, люстэрка, маска, прыцэльная сетка)
|
| Неарганічныя дабаўкі (B, P) | МОП-транзістар Vth зрушвае
Падкладка Si і высокатрывалы полісіліконавы ліст варыяцыі супраціву
| |
| Неарганічныя асновы (аміны, аміяк) і кіслоты (SOx) | Пагаршэнне разрознасці хімічна ўзмоцненых рэзістэнтаў
З'яўленне забруджвання часціцамі і дымкі з-за адукацыі солі
| |
| Натыўныя і хімічныя аксідныя плёнкі з-за вільгаці, паветра | Падвышаны кантактны супраціў
Разбурэнне/дэградацыя аксіднай плёнкі засаўкі
| |
У прыватнасці, задачы працэсу ачысткі пласцін ўключаюць:
Выдаленне часціц: выкарыстанне фізічных або хімічных метадаў для выдалення дробных часціц, прымацаваных да паверхні пласцін. Больш дробныя часціцы цяжэй выдаліць з-за моцных электрастатычных сіл паміж імі і паверхняй пласціны, што патрабуе спецыяльнай апрацоўкі.
Выдаленне арганічных матэрыялаў: арганічныя забруджванні, такія як тлушч і рэшткі фотарэзіста, могуць прыліпаць да паверхні пласціны. Гэтыя забруджвання звычайна выдаляюцца з дапамогай моцных акісляльнікаў або растваральнікаў.
Выдаленне іёнаў металу: рэшткі іёнаў металу на паверхні пласціны могуць пагоршыць электрычныя характарыстыкі і нават паўплываць на наступныя этапы апрацоўкі. Такім чынам, для выдалення гэтых іёнаў выкарыстоўваюцца спецыяльныя хімічныя растворы.
Выдаленне аксіду: некаторыя працэсы патрабуюць, каб паверхня пласціны была свабоднай ад аксідных слаёў, такіх як аксід крэмнію. У такіх выпадках на пэўных этапах ачысткі неабходна выдаліць натуральныя пласты аксіду.
Задача тэхналогіі ачысткі пласцін заключаецца ў эфектыўным выдаленні забруджванняў без негатыўнага ўплыву на паверхню пласціны, напрыклад, прадухілення шурпатасці паверхні, карозіі або іншых фізічных пашкоджанняў.
2. Працэс ачысткі пласцін
Працэс ачысткі пласцін звычайна ўключае некалькі этапаў для забеспячэння поўнага выдалення забруджванняў і дасягнення цалкам чыстай паверхні.
Малюнак: Параўнанне паміж пакетнай ачысткай і ачысткай адной пласцінай
Звычайны працэс ачысткі пласцін ўключае наступныя асноўныя этапы:
1. Папярэдняя ачыстка (Pre-Clean)
Мэтай папярэдняй ачысткі з'яўляецца выдаленне сыпкіх забруджванняў і буйных часціц з паверхні пласцін, што звычайна дасягаецца прамываннем дэіянізаванай вадой (DI Water) і ультрагукавой ачысткай. Дэіянізаваная вада можа першапачаткова выдаліць часціцы і раствораныя прымешкі з паверхні пласціны, у той час як ультрагукавая ачыстка выкарыстоўвае эфекты кавітацыі, каб разарваць сувязь паміж часціцамі і паверхняй пласціны, палягчаючы іх выдаленне.
2. Хімічная ачыстка
Хімічная ачыстка з'яўляецца адным з асноўных этапаў у працэсе ачысткі пласцін з выкарыстаннем хімічных раствораў для выдалення арганічных матэрыялаў, іёнаў металаў і аксідаў з паверхні пласціны.
Выдаленне арганічных матэрыялаў: звычайна для растварэння і акіслення арганічных забруджванняў выкарыстоўваецца ацэтон або сумесь аміяку і перакісу (SC-1). Тыповым суадносінамі для раствора SC-1 з'яўляецца NH₄OH
₂O₂
₂O = 1:1:5, з працоўнай тэмпературай каля 20°C.
Выдаленне іёнаў металаў: сумесі азотнай кіслаты або салянай кіслаты і перакісу (SC-2) выкарыстоўваюцца для выдалення іёнаў металаў з паверхні пласцін. Тыповым суадносінамі для раствора SC-2 з'яўляецца HCl
₂O₂
₂O = 1:1:6, тэмпература падтрымліваецца прыкладна на ўзроўні 80°C.
Выдаленне аксіду: у некаторых працэсах патрабуецца выдаленне пласта роднага аксіду з паверхні пласціны, для чаго выкарыстоўваецца раствор плавікавай кіслаты (HF). Тыповы каэфіцыент для раствора HF - HF
₂O = 1:50, і яго можна выкарыстоўваць пры пакаёвай тэмпературы.
3. Канчатковая чыстка
Пасля хімічнай ачысткі пласціны звычайна праходзяць апошнюю ачыстку, каб пераканацца, што на паверхні не засталося рэшткаў хімікатаў. Для канчатковай ачысткі ў асноўным выкарыстоўваецца дэіянізаваная вада для стараннага прамывання. Акрамя таго, ачыстка азонавай вадой (O₃/H₂O) выкарыстоўваецца для далейшага выдалення рэшткаў забруджванняў з паверхні пласцін.
4. Сушка
Вычышчаныя пласціны неабходна хутка высушыць, каб прадухіліць вадзяныя знакі або паўторнае прымацаванне забруджванняў. Агульныя метады сушкі ўключаюць сушку адціскам і прадзьмухванне азотам. Першы выдаляе вільгаць з паверхні пласціны шляхам кручэння на высокіх хуткасцях, у той час як другі забяспечвае поўнае высыханне, абдзімаючы паверхню пласціны сухім газападобным азотам.
Забруджвальнік
Назва працэдуры ачысткі
Апісанне хімічнай сумесі
Хімічныя рэчывы
| Часціцы | Піранья (SPM) | Серная кіслата / перакіс вадароду / DI вада | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Гідраксід амонія / перакіс вадароду / DI вада | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Металы (не медзь) | SC-2 (HPM) | Саляная кіслата / перакіс вадароду / DI вада | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Піранья (SPM) | Серная кіслата / перакіс вадароду / DI вада | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Разведзеная плавікавая кіслата / DI вада (не выдаляе медзь) | HF/H2O1:50 | |
| Арганіка | Піранья (SPM) | Серная кіслата / перакіс вадароду / DI вада | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Гідраксід амонія / перакіс вадароду / DI вада | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Азон у дэіянізаванай вадзе | O3/H2O аптымізаваныя сумесі | |
| Самародны аксід | DHF | Разведзеная плавікавая кіслата / DI вада | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Забуференная плавікавая кіслата | NH4F/HF/H2O |
3. Агульныя метады ачысткі вафель
1. Метад ачысткі RCA
Метад ачысткі RCA - адзін з самых класічных метадаў ачысткі пласцін у паўправадніковай прамысловасці, распрацаваны карпарацыяй RCA больш за 40 гадоў таму. Гэты метад у асноўным выкарыстоўваецца для выдалення арганічных забруджванняў і прымешак іёнаў металаў і можа быць выкананы ў два этапы: SC-1 (стандартная ачыстка 1) і SC-2 (стандартная ачыстка 2).
Ачыстка SC-1: Гэты этап у асноўным выкарыстоўваецца для выдалення арганічных забруджванняў і часціц. Раствор уяўляе сабой сумесь аміяку, перакісу вадароду і вады, якая ўтварае тонкі пласт аксіду крэмнію на паверхні пласціны.
Ачыстка SC-2: Гэты этап у асноўным выкарыстоўваецца для выдалення забруджванняў іонамі металаў з дапамогай сумесі салянай кіслаты, перакісу вадароду і вады. Ён пакідае тонкі пасівацыйны пласт на паверхні пласціны, каб прадухіліць паўторнае забруджванне.
2. Метад ачысткі Piranha (Piranha Etch Clean)
Метад ачысткі Piranha - гэта высокаэфектыўны метад для выдалення арганічных матэрыялаў з выкарыстаннем сумесі сернай кіслаты і перакісу вадароду, як правіла, у суадносінах 3:1 або 4:1. Дзякуючы надзвычай моцным акісляльным уласцівасцям гэтага раствора, ён можа выдаліць вялікую колькасць арганічных рэчываў і ўстойлівых забруджванняў. Гэты метад патрабуе строгага кантролю ўмоў, асабліва з пункту гледжання тэмпературы і канцэнтрацыі, каб пазбегнуць пашкоджання пласціны.
Ультрагукавая ачыстка выкарыстоўвае эфект кавітацыі, які ствараецца высокачашчыннымі гукавымі хвалямі ў вадкасці, для выдалення забруджванняў з паверхні пласцін. У параўнанні з традыцыйнай ультрагукавой ачысткай, мегагукавая ачыстка працуе на больш высокай частаце, дазваляючы больш эфектыўна выдаляць часціцы субмікроннага памеру без пашкоджання паверхні пласціны.
4. Ачыстка азонам
Тэхналогія ачысткі азонам выкарыстоўвае моцныя акісляльныя ўласцівасці азону для раскладання і выдалення арганічных забруджванняў з паверхні пласціны, у канчатковым выніку ператвараючы іх у бясшкодны вуглякіслы газ і ваду. Гэты метад не патрабуе выкарыстання дарагіх хімічных рэагентаў і менш забруджвае навакольнае асяроддзе, што робіць яго новай тэхналогіяй у галіне ачысткі пласцін.
4. Абсталяванне працэсу ачысткі вафель
Каб забяспечыць эфектыўнасць і бяспеку працэсаў ачысткі пласцін, у вытворчасці паўправаднікоў выкарыстоўваецца мноства сучаснага ачышчальнага абсталявання. Да асноўных відах адносяцца:
1. Абсталяванне для вільготнай уборкі
Абсталяванне для вільготнай уборкі ўключае розныя бакі для апускання, ультрагукавыя ачышчальныя бакі і сушылкі. Гэтыя прылады спалучаюць механічныя сілы і хімічныя рэагенты для выдалення забруджванняў з паверхні пласціны. Погружные рэзервуары звычайна абсталяваны сістэмамі кантролю тэмпературы для забеспячэння стабільнасці і эфектыўнасці хімічных раствораў.
2. Абсталяванне для хімчысткі
Абсталяванне для хімчысткі ў асноўным уключае плазменныя ачышчальнікі, якія выкарыстоўваюць часціцы высокай энергіі ў плазме для рэакцыі і выдалення рэшткаў з паверхні пласціны. Плазменная ачыстка асабліва падыходзіць для працэсаў, якія патрабуюць падтрымання цэласнасці паверхні без увядзення рэшткаў хімічных рэчываў.
3. Аўтаматызаваныя сістэмы ачысткі
З бесперапынным пашырэннем вытворчасці паўправаднікоў аўтаматызаваныя сістэмы ачысткі сталі пераважным выбарам для буйнамаштабнай ачысткі пласцін. Гэтыя сістэмы часта ўключаюць у сябе аўтаматызаваныя механізмы перадачы, сістэмы ачысткі з некалькімі бакамі і сістэмы дакладнага кантролю для забеспячэння стабільных вынікаў ачысткі для кожнай пласціны.
5. Будучыя тэндэнцыі
Паколькі паўправадніковыя прылады працягваюць змяншацца, тэхналогія ачысткі пласцін развіваецца ў бок больш эфектыўных і экалагічна чыстых рашэнняў. Будучыя тэхналогіі ачысткі будуць сканцэнтраваны на:
Выдаленне субнанаметровых часціц: Існуючыя тэхналогіі ачысткі могуць апрацоўваць часціцы нананаметровага памеру, але з далейшым памяншэннем памеру прылады выдаленне субнанаметровых часціц стане новай праблемай.
Зялёная і экалагічна чыстая ачыстка: Скарачэнне выкарыстання экалагічна шкодных хімічных рэчываў і распрацоўка больш экалагічна чыстых метадаў ачысткі, такіх як ачыстка азонам і мегагукавая ачыстка, будуць станавіцца ўсё больш важнымі.
Больш высокія ўзроўні аўтаматызацыі і інтэлекту: інтэлектуальныя сістэмы дазволяць у рэжыме рэальнага часу кантраляваць і наладжваць розныя параметры падчас працэсу ачысткі, яшчэ больш павышаючы эфектыўнасць ачысткі і эфектыўнасць вытворчасці.
Тэхналогія ачысткі пласцін, як найважнейшы крок у вытворчасці паўправаднікоў, адыгрывае важную ролю ў забеспячэнні чысціні паверхні пласцін для наступных працэсаў. Спалучэнне розных метадаў ачысткі эфектыўна выдаляе забруджвання, забяспечваючы чыстую паверхню падкладкі для наступных этапаў. Па меры развіцця тэхналогій працэсы ачысткі будуць працягваць аптымізавацца для задавальнення патрабаванняў да больш высокай дакладнасці і меншага ўзроўню дэфектаў у вытворчасці паўправаднікоў.
Час публікацыі: 8 кастрычніка 2024 г