Mokré čištění (Wet Clean) je jedním z kritických kroků v procesech výroby polovodičů, jehož cílem je odstranění různých kontaminantů z povrchu destičky, aby bylo zajištěno, že následné procesní kroky mohou být provedeny na čistém povrchu.
Vzhledem k tomu, že se velikost polovodičových součástek stále zmenšuje a požadavky na přesnost rostou, jsou technické požadavky na procesy čištění destiček stále přísnější. I ty nejmenší částice, organické materiály, kovové ionty nebo zbytky oxidů na povrchu destičky mohou významně ovlivnit výkon zařízení, a tím ovlivnit výtěžnost a spolehlivost polovodičových součástek.
Základní principy čištění waferů
Jádro čištění waferů spočívá v účinném odstraňování různých kontaminantů z povrchu waferů pomocí fyzikálních, chemických a jiných metod, aby se zajistilo, že wafer má čistý povrch vhodný pro následné zpracování.
Typ kontaminace
Hlavní vlivy na vlastnosti zařízení
| článek Kontaminace | Vady vzoru
Poruchy iontové implantace
Poruchy izolační fólie
| |
| Kovová kontaminace | Alkalické kovy | Nestabilita tranzistoru MOS
Rozpad/degradace oxidového filmu brány
|
| Těžké kovy | Zvýšený zpětný svodový proud PN přechodu
Vady rozpadu vratového oxidového filmu
Degradace životnosti menšinového nosiče
Generování defektů oxidové excitační vrstvy
| |
| Chemická kontaminace | Organický materiál | Vady rozpadu vratového oxidového filmu
Variace CVD filmu (inkubační doby)
Změny tloušťky filmu tepelného oxidu (zrychlená oxidace)
Výskyt zákalu (wafer, čočka, zrcadlo, maska, nitkový kříž)
|
| Anorganické příměsi (B, P) | MOS tranzistor V. posuny
Variace odolnosti Si substrátu a vysoce odolného poly-silikonového listu
| |
| Anorganické zásady (aminy, amoniak) a kyseliny (SOx) | Degradace rozlišení chemicky zesílených rezistů
Výskyt kontaminace částicemi a zákalu v důsledku tvorby soli
| |
| Nativní a chemické oxidové filmy v důsledku vlhkosti, vzduchu | Zvýšený kontaktní odpor
Rozpad/degradace oxidového filmu brány
| |
Mezi cíle procesu čištění oplatek konkrétně patří:
Odstranění částic: Pomocí fyzikálních nebo chemických metod odstraňte malé částice přichycené k povrchu destičky. Menší částice se obtížněji odstraňují kvůli silným elektrostatickým silám mezi nimi a povrchem destičky, což vyžaduje speciální ošetření.
Odstraňování organického materiálu: Organické kontaminanty, jako je mastnota a zbytky fotorezistu, mohou ulpívat na povrchu destičky. Tyto nečistoty se typicky odstraňují pomocí silných oxidačních činidel nebo rozpouštědel.
Odstranění kovových iontů: Zbytky kovových iontů na povrchu destičky mohou zhoršit elektrický výkon a dokonce ovlivnit následné kroky zpracování. Proto se k odstranění těchto iontů používají specifické chemické roztoky.
Odstraňování oxidů: Některé procesy vyžadují, aby povrch plátku byl bez oxidových vrstev, jako je oxid křemíku. V takových případech je třeba během určitých kroků čištění odstranit přírodní oxidové vrstvy.
Výzva technologie čištění destiček spočívá v účinném odstraňování kontaminantů bez nepříznivého ovlivnění povrchu destičky, jako je zabránění zdrsnění povrchu, korozi nebo jinému fyzickému poškození.
2. Průběh procesu čištění plátků
Proces čištění plátků obvykle zahrnuje několik kroků, které zajistí úplné odstranění kontaminantů a dosažení zcela čistého povrchu.
Obrázek: Porovnání mezi čištěním dávkovým typem a čištěním jedné destičky
Typický proces čištění plátků zahrnuje následující hlavní kroky:
1. Předčištění (Pre-Clean)
Účelem předběžného čištění je odstranit volné nečistoty a velké částice z povrchu destičky, čehož se typicky dosahuje oplachováním deionizovanou vodou (DI Water) a ultrazvukovým čištěním. Deionizovaná voda může zpočátku odstranit částice a rozpuštěné nečistoty z povrchu destičky, zatímco ultrazvukové čištění využívá kavitačních efektů k přerušení vazby mezi částicemi a povrchem destičky, což usnadňuje jejich uvolnění.
2. Chemické čištění
Chemické čištění je jedním ze základních kroků v procesu čištění destiček, při kterém se používají chemické roztoky k odstranění organických materiálů, kovových iontů a oxidů z povrchu destičky.
Odstraňování organického materiálu: K rozpuštění a oxidaci organických kontaminantů se obvykle používá aceton nebo směs amoniaku a peroxidu (SC-1). Typický poměr pro roztok SC-1 je NH4OH
₂O₂
₂O = 1:1:5, s pracovní teplotou kolem 20°C.
Odstraňování kovových iontů: Kyselina dusičná nebo směsi kyseliny chlorovodíkové/peroxidu (SC-2) se používají k odstranění kovových iontů z povrchu destičky. Typický poměr pro roztok SC-2 je HCl
₂O₂
₂O = 1:1:6, přičemž teplota se udržuje na přibližně 80 °C.
Odstranění oxidů: V některých procesech je vyžadováno odstranění nativní vrstvy oxidu z povrchu plátku, k čemuž se používá roztok kyseliny fluorovodíkové (HF). Typický poměr pro HF roztok je HF
₂O = 1:50 a lze jej použít při pokojové teplotě.
3. Závěrečné čištění
Po chemickém čištění se oplatky obvykle podrobují konečnému čištění, aby se zajistilo, že na povrchu nezůstanou žádné chemické zbytky. Finální čištění využívá především deionizovanou vodu pro důkladné opláchnutí. Kromě toho se používá čištění ozónovou vodou (O₃/H2O) k dalšímu odstranění všech zbývajících nečistot z povrchu destičky.
4. Sušení
Vyčištěné oplatky se musí rychle vysušit, aby se zabránilo vodoznakům nebo opětovnému přichycení kontaminantů. Mezi běžné způsoby sušení patří odstředivé sušení a čištění dusíkem. První z nich odstraňuje vlhkost z povrchu plátku odstřeďováním při vysokých rychlostech, zatímco druhý zajišťuje úplné vysušení foukáním suchého dusíku přes povrch plátku.
Kontaminant
Název postupu čištění
Popis chemické směsi
Chemikálie
| Částice | piraňa (SPM) | Kyselina sírová/peroxid vodíku/DI voda | H2S04/H202/H20 3-4:1; 90 °C |
| SC-1 (APM) | Hydroxid amonný/peroxid vodíku/DI voda | NH4OH/H202/H20 1:4:20; 80 °C | |
| Kovy (ne měď) | SC-2 (HPM) | Kyselina chlorovodíková/peroxid vodíku/DI voda | HCl/H202/H201:1:6; 85 °C |
| piraňa (SPM) | Kyselina sírová/peroxid vodíku/DI voda | H2S04/H202/H203-4:1; 90 °C | |
| DHF | Zředěná kyselina fluorovodíková/DI voda (neodstraní měď) | HF/H201:50 | |
| Organické látky | piraňa (SPM) | Kyselina sírová/peroxid vodíku/DI voda | H2S04/H202/H20 3-4:1; 90 °C |
| SC-1 (APM) | Hydroxid amonný/peroxid vodíku/DI voda | NH4OH/H202/H20 1:4:20; 80 °C | |
| DIO3 | Ozon v deionizované vodě | Optimalizované směsi O3/H2O | |
| Nativní oxid | DHF | Zřeďte kyselinu fluorovodíkovou/DI vodu | HF/H20 1:100 |
| BHF | Pufrovaná kyselina fluorovodíková | NH4F/HF/H20 |
3. Běžné metody čištění plátků
1. Metoda čištění RCA
Metoda čištění RCA je jednou z nejklasičtějších technik čištění destiček v polovodičovém průmyslu, vyvinutá společností RCA Corporation před více než 40 lety. Tato metoda se primárně používá k odstranění organických kontaminantů a nečistot z kovových iontů a lze ji dokončit ve dvou krocích: SC-1 (Standard Clean 1) a SC-2 (Standard Clean 2).
Čištění SC-1: Tento krok se používá hlavně k odstranění organických nečistot a částic. Roztok je směsí čpavku, peroxidu vodíku a vody, která tvoří tenkou vrstvu oxidu křemíku na povrchu destičky.
Čištění SC-2: Tento krok se primárně používá k odstranění nečistot z kovových iontů pomocí směsi kyseliny chlorovodíkové, peroxidu vodíku a vody. Zanechává tenkou pasivační vrstvu na povrchu waferu, aby se zabránilo opětovné kontaminaci.
2. Metoda čištění Piranha (Piranha Etch Clean)
Metoda čištění Piranha je vysoce účinná technika pro odstraňování organických materiálů pomocí směsi kyseliny sírové a peroxidu vodíku, typicky v poměru 3:1 nebo 4:1. Díky extrémně silným oxidačním vlastnostem tohoto roztoku dokáže odstranit velké množství organické hmoty a odolných nečistot. Tato metoda vyžaduje přísnou kontrolu podmínek, zejména pokud jde o teplotu a koncentraci, aby nedošlo k poškození plátku.
Ultrazvukové čištění využívá kavitačního efektu generovaného vysokofrekvenčními zvukovými vlnami v kapalině k odstranění nečistot z povrchu destičky. Ve srovnání s tradičním ultrazvukovým čištěním pracuje megasonické čištění s vyšší frekvencí, což umožňuje efektivnější odstranění submikronových částic, aniž by došlo k poškození povrchu waferu.
4. Čištění ozónem
Technologie čištění ozónem využívá silných oxidačních vlastností ozónu k rozkladu a odstraňování organických nečistot z povrchu plátků a nakonec je přeměňuje na neškodný oxid uhličitý a vodu. Tato metoda nevyžaduje použití drahých chemických činidel a způsobuje menší znečištění životního prostředí, což z ní činí novou technologii v oblasti čištění destiček.
4. Zařízení pro proces čištění plátků
Pro zajištění účinnosti a bezpečnosti procesů čištění destiček se při výrobě polovodičů používá řada pokročilých čisticích zařízení. Mezi hlavní typy patří:
1. Zařízení pro mokré čištění
Zařízení pro mokré čištění zahrnuje různé ponorné nádrže, ultrazvukové čisticí nádrže a odstředivé sušičky. Tato zařízení kombinují mechanické síly a chemická činidla k odstranění kontaminantů z povrchu destičky. Ponorné nádrže jsou obvykle vybaveny systémy regulace teploty, aby byla zajištěna stabilita a účinnost chemických roztoků.
2. Zařízení pro chemické čištění
Mezi zařízení pro chemické čištění patří především plazmové čističe, které využívají vysokoenergetické částice v plazmě k reakci a odstranění zbytků z povrchu waferu. Plazmové čištění je zvláště vhodné pro procesy, které vyžadují zachování celistvosti povrchu bez vnášení chemických zbytků.
3. Automatizované čisticí systémy
S neustálým rozšiřováním výroby polovodičů se automatizované čisticí systémy staly preferovanou volbou pro velkoobjemové čištění destiček. Tyto systémy často zahrnují automatizované přenosové mechanismy, vícenádržové čisticí systémy a přesné kontrolní systémy pro zajištění konzistentních výsledků čištění pro každý plátek.
5. Budoucí trendy
Vzhledem k tomu, že se polovodičová zařízení stále zmenšují, technologie čištění destiček se vyvíjí směrem k efektivnějším a ekologičtějším řešením. Budoucí technologie čištění se zaměří na:
Odstraňování subnanometrových částic: Stávající technologie čištění si poradí s částicemi v nanometrovém měřítku, ale s dalším zmenšením velikosti zařízení se odstranění subnanometrových částic stane novou výzvou.
Zelené a ekologické čištění: Snížení používání chemikálií škodlivých pro životní prostředí a vývoj ekologičtějších metod čištění, jako je čištění ozónem a megasonické čištění, bude stále důležitější.
Vyšší úrovně automatizace a inteligence: Inteligentní systémy umožní sledování a úpravu různých parametrů v reálném čase během procesu čištění, čímž dále zlepší účinnost čištění a efektivitu výroby.
Technologie čištění destiček jako kritický krok ve výrobě polovodičů hraje zásadní roli při zajišťování čistých povrchů destiček pro následné procesy. Kombinace různých metod čištění účinně odstraňuje nečistoty a poskytuje čistý povrch substrátu pro další kroky. S pokrokem technologie budou procesy čištění i nadále optimalizovány tak, aby splňovaly požadavky na vyšší přesnost a nižší chybovost při výrobě polovodičů.
Čas odeslání: říjen-08-2024