Вільготная ачыстка (Wet Clean) — адзін з найважнейшых этапаў у вытворчасці паўправаднікоў, накіраваны на выдаленне розных забруджванняў з паверхні пласціны, каб забяспечыць магчымасць выканання наступных этапаў працэсу на чыстай паверхні.
Па меры таго, як памеры паўправадніковых прылад працягваюць памяншацца, а патрабаванні да дакладнасці павялічваюцца, тэхнічныя патрабаванні да працэсаў ачысткі пласцін становяцца ўсё больш жорсткімі. Нават самыя дробныя часціцы, арганічныя матэрыялы, іоны металаў або рэшткі аксідаў на паверхні пласціны могуць істотна паўплываць на прадукцыйнасць прылады, тым самым уплываючы на выхад і надзейнасць паўправадніковых прылад.
Асноўныя прынцыпы ачысткі пласцін
Аснова ачысткі пласцін 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 фактары, якія ўплываюць на характарыстыкі прылады
| Забруджванне вырабу | Дэфекты ўзору
Дэфекты іённай імплантацыі
Дэфекты разбурэння ізаляцыйнай плёнкі
| |
| Металічнае забруджванне | Шчолачныя металы | Нестабільнасць МОП-транзістара
Прабой/дэградацыя плёнкі аксіду затвора
|
| Цяжкія металы | Павялічаны зваротны ток уцечкі PN-пераходу
Дэфекты прабою плёнкі аксіду затвора
Дэградацыя часу жыцця неасноўных носьбітаў
Генерацыя дэфектаў аксіднага ўзбуджальнага пласта
| |
| Хімічнае забруджванне | Арганічны матэрыял | Дэфекты прабою плёнкі аксіду затвора
Варыяцыі плёнкі CVD (час інкубацыі)
Змены таўшчыні тэрмічнай аксіднай плёнкі (паскоранае акісленне)
Узнікненне памутнення (пласціна, лінза, люстэрка, маска, сетка)
|
| Неарганічныя прымешкі (B, P) | Зрухі Vth МОП-транзістара
Варыяцыі супраціву крэмніевай падложкі і высокасупраціўнага полікрэмніевага ліста
| |
| Неарганічныя асновы (аміны, аміяк) і кіслоты (SOx) | Пагаршэнне раздзяляльнай здольнасці хімічна ўзмоцненых рэзістаў
Узнікненне забруджвання часціцамі і памутнення з-за ўтварэння солі
| |
| Плёнкі натуральных і хімічных аксідаў, утвораныя пад уздзеяннем вільгаці і паветра | Павышанае кантактнае супраціўленне
Прабой/дэградацыя плёнкі аксіду затвора
| |
Канкрэтна, мэты працэсу ачысткі пласцін ўключаюць:
Выдаленне часціц: выкарыстанне фізічных або хімічных метадаў для выдалення дробных часціц, прымацаваных да паверхні пласціны. 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 фотарэзісту, могуць прыліпаць да паверхні пласціны. Гэтыя забруджванні звычайна выдаляюцца з дапамогай моцных акісляльнікаў або растваральнікаў.
Выдаленне іонаў металаў: рэшткі іонаў металаў на паверхні пласціны могуць пагоршыць электрычныя характарыстыкі і нават паўплываць на наступныя этапы апрацоўкі. Таму для выдалення гэтых іонаў выкарыстоўваюцца спецыяльныя хімічныя растворы.
Выдаленне аксідаў: некаторыя працэсы патрабуюць, каб паверхня пласціны была без аксідных слаёў, такіх як аксід крэмнію. У такіх выпадках натуральныя аксідныя слаі неабходна выдаляць падчас пэўных этапаў ачысткі.
Задача тэхналогіі ачысткі пласцін заключаецца ў эфектыўным выдаленні забруджванняў без негатыўнага ўздзеяння на паверхню пласціны, напрыклад, без прадухілення шурпатасці паверхні, карозіі або іншых фізічных пашкоджанняў.
2. Працэс ачысткі пласцін
Працэс ачысткі пласцін звычайна ўключае ў сябе некалькі этапаў, каб забяспечыць поўнае выдаленне забруджванняў і дасягнуць цалкам чыстай паверхні.
Малюнак: Параўнанне паміж ачысткай пакетнага тыпу і ачысткай адной пласціны
Тыповы працэс ачысткі пласцін ўключае ў сябе наступныя асноўныя этапы:
1. Папярэдняя ачыстка (Pre-Clean)
Мэта папярэдняй ачысткі — выдаліць з паверхні пласціны свабодныя забруджванні і буйныя часціцы, што звычайна дасягаецца шляхам прамывання дэіянізаванай вадой (DEW) і ультрагукавой ачысткі. Дэіянізаваная вада можа спачатку выдаліць часціцы і раствораныя прымешкі з паверхні пласціны, у той час як ультрагукавая ачыстка выкарыстоўвае эфект кавітацыі для разрыву сувязі паміж часціцамі і паверхняй пласціны, што палягчае іх аддзяленне.
2. Хімічная ачыстка
Хімічная ачыстка — адзін з асноўных этапаў працэсу ачысткі пласцін, пры якім выкарыстоўваюцца хімічныя растворы для выдалення арганічных матэрыялаў, іёнаў металаў і аксідаў з паверхні пласцін.
Выдаленне арганічных рэчываў: звычайна для растварэння і акіслення арганічных забруджвальнікаў выкарыстоўваецца ацэтон або сумесь аміяку і пераксіду (SC-1). Тыповая суадносіны для раствора SC-1 — NH₄OH.
₂O₂
₂O = 1:1:5, з рабочай тэмпературай каля 20°C.
Выдаленне іонаў металаў: для выдалення іонаў металаў з паверхні пласціны выкарыстоўваецца азотная кіслата або сумесь салянай кіслаты і пераксіду (SC-2). Тыповая суадносіны для раствора SC-2 — HCl.
₂O₂
₂O = 1:1:6, пры гэтым тэмпература падтрымліваецца на ўзроўні прыблізна 80°C.
Выдаленне аксіду: У некаторых працэсах патрабуецца выдаленне натуральнага аксіднага пласта з паверхні пласціны, для чаго выкарыстоўваецца раствор плавікавай кіслаты (HF). Тыповая суадносіны для раствора HF складае HF
₂O = 1:50, і яго можна выкарыстоўваць пры пакаёвай тэмпературы.
3. Фінальная ўборка
Пасля хімічнай ачысткі пласціны звычайна праходзяць заключны этап ачысткі, каб пераканацца, што на паверхні не засталося хімічных рэшткаў. Для заключнай ачысткі ў асноўным выкарыстоўваецца дэіянізаваная вада для стараннага прамывання. Акрамя таго, для далейшага выдалення любых рэшткаў забруджванняў з паверхні пласціны выкарыстоўваецца азонавая ачыстка (O₃/H₂O).
4. Сушка
Ачышчаныя пласціны неабходна хутка высушыць, каб прадухіліць з'яўленне вадзяных слядоў або паўторнае прыліпанне забруджванняў. Распаўсюджаныя метады сушкі ўключаюць адцісканне і прадуўку азотам. Першы спосаб выдаляе вільгаць з паверхні пласціны шляхам кручэння на высокіх хуткасцях, а другі забяспечвае поўную сушку шляхам абдзімання паверхні сухім газападобным азотам.
Забруджвальнік
Назва працэдуры ачысткі
Апісанне хімічнай сумесі
Хімічныя рэчывы
| Часціцы | Пірання (SPM) | Серная кіслата/пераксід вадароду/дэіянізаваная вада | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| СК-1 (АПМ) | Гідраксід амонію/пераксід вадароду/дэіянізаваная вада | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Металы (не медзь) | СК-2 (ГПМ) | Саляная кіслата/пераксід вадароду/дэянізаваная вада | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Пірання (SPM) | Серная кіслата/пераксід вадароду/дэіянізаваная вада | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| ДХФ | Разведзеная плавікавая кіслата/дэіянальная вада (не выдаляе медзь) | HF/H2O1:50 | |
| Арганічныя прадукты | Пірання (SPM) | Серная кіслата/пераксід вадароду/дэіянізаваная вада | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| СК-1 (АПМ) | Гідраксід амонію/пераксід вадароду/дэіянізаваная вада | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Азон у дэіянізаванай вадзе | Аптымізаваныя сумесі O3/H2O | |
| Прыродны аксід | ДХФ | Разведзеная плавікавая кіслата/дэіянізаваная вада | HF/H2O 1:100 |
| БХФ | Буферная плавікавая кіслата | NH4F/HF/H2O |
3. Распаўсюджаныя метады ачысткі пласцін
1. Спосаб 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 іонаў 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 у выглядзе іонаў металаў з выкарыстаннем сумесі салянай кіслаты, перакісу вадароду і вады. Ён пакідае на паверхні пласціны тонкі пасівацыйны пласт, каб прадухіліць паўторнае забруджванне.
2. Метад ачысткі піранні (Piranha Etch Clean)
Метад ачысткі піраньі — гэта вельмі эфектыўны метад выдалення арганічных матэрыялаў, які выкарыстоўвае сумесь сернай кіслаты і перакісу вадароду, звычайна ў 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 тэмпературы і канцэнтрацыі, каб пазбегнуць пашкоджання пласціны.
Ультрагукавая ачыстка выкарыстоўвае эфект кавітацыі, які ствараецца высокачастотнымі гукавымі хвалямі ў вадкасці, для выдалення забруджванняў з паверхні пласціны. У параўнанні з традыцыйнай ультрагукавой ачысткай, мегагукавая ачыстка працуе на больш высокай частаце, што дазваляе больш эфектыўна выдаляць часціцы памерам менш за мікрон, не пашкоджваючы паверхню пласціны.
4. Ачыстка азонам
Тэхналогія ачысткі азонам выкарыстоўвае моцныя акісляльныя ўласцівасці азону для раскладання і выдалення арганічных забруджванняў з паверхні пласцін, у канчатковым выніку пераўтвараючы іх у бясшкодны вуглякіслы газ і ваду. Гэты метад не патрабуе выкарыстання дарагіх хімічных рэагентаў і выклікае меншае забруджванне навакольнага асяроддзя, што робіць яго новай тэхналогіяй у галіне ачысткі пласцін.
4. Абсталяванне для ачысткі пласцін
Для забеспячэння эфектыўнасці і бяспекі працэсаў ачысткі пласцін у вытворчасці паўправаднікоў выкарыстоўваецца разнастайнае сучаснае абсталяванне для ачысткі. Асноўныя тыпы ўключаюць:
1. Абсталяванне для вільготнай уборкі
Абсталяванне для вільготнай ачысткі ўключае розныя імерсійныя рэзервуары, ультрагукавыя ачышчальныя рэзервуары і цэнтрыфугі. Гэтыя прылады спалучаюць механічныя сілы і хімічныя рэагенты для выдалення забруджванняў з паверхні пласцін. Імерсійныя 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 высокаэнергетычныя часціцы ў плазме для рэакцыі з паверхняй пласціны і выдалення з яе рэшткаў. Плазменная ачыстка асабліва падыходзіць для працэсаў, якія патрабуюць падтрымання цэласнасці паверхні без унясення хімічных рэшткаў.
3. Аўтаматызаваныя сістэмы ачысткі
З пастаянным пашырэннем вытворчасці паўправаднікоў аўтаматызаваныя сістэмы ачысткі сталі пераважным выбарам для маштабнай ачысткі пласцін. Гэтыя сістэмы часта ўключаюць аўтаматызаваныя механізмы перадачы, шматбаковыя сістэмы ачысткі і сістэмы дакладнага кіравання, каб забяспечыць стабільныя вынікі ачысткі кожнай пласціны.
5. Будучыя тэндэнцыі
Паколькі паўправадніковыя прыборы працягваюць скарачацца, тэхналогія ачысткі пласцін развіваецца ў бок больш эфектыўных і экалагічна чыстых рашэнняў. Будучыя тэхналогіі ачысткі будуць сканцэнтраваны на:
Выдаленне часціц субнанаметравага памеру: існуючыя тэхналогіі ачысткі могуць апрацоўваць часціцы нанаметравага памеру, але з далейшым памяншэннем памеру прылады выдаленне часціц субнанаметравага памеру стане новай праблемай.
Зялёная і экалагічна чыстая ўборка: усё большае значэнне будзе набываць скарачэнне выкарыстання шкодных для навакольнага асяроддзя хімічных рэчываў і распрацоўка больш экалагічна чыстых метадаў уборкі, такіх як азонавая і мегагукавая ўборка.
Больш высокі ўзровень аўтаматызацыі і інтэлекту: інтэлектуальныя сістэмы дазволяць кантраляваць і карэктаваць розныя параметры ў рэжыме рэальнага часу падчас працэсу ачысткі, што яшчэ больш павысіць эфектыўнасць ачысткі і прадукцыйнасць вытворчасці.
Тэхналогія ачысткі пласцін, як найважнейшы этап у вытворчасці паўправаднікоў, адыгрывае жыццёва важную ролю ў забеспячэнні чысціні паверхняў пласцін для наступных працэсаў. Спалучэнне розных метадаў ачысткі эфектыўна выдаляе забруджванні, забяспечваючы чыстую паверхню падкладкі для наступных этапаў. Па меры развіцця тэхналогій працэсы ачысткі будуць працягваць аптымізаваць, каб задаволіць патрабаванні да больш высокай дакладнасці і зніжэння ўзроўню дэфектаў у вытворчасці паўправаднікоў.
Час публікацыі: 08 кастрычніка 2024 г.