Technologie čištění destiček ve výrobě polovodičů

Technologie čištění destiček ve výrobě polovodičů

Čištění destiček je kritickým krokem v celém procesu výroby polovodičů a jedním z klíčových faktorů, které přímo ovlivňují výkon zařízení a výtěžnost výroby. Během výroby čipů může i sebemenší kontaminace zhoršit vlastnosti zařízení nebo způsobit úplné selhání. V důsledku toho se před a po téměř každém výrobním kroku používají čisticí procesy, které odstraňují povrchové nečistoty a zajišťují čistotu destiček. Čištění je také nejčastější operací ve výrobě polovodičů a představuje zhruba30 % všech procesních kroků.

S neustálým škálováním integrace ve velmi velkém měřítku (VLSI) se procesní uzly posunuly k28 nm, 14 nm a více, což vede k vyšší hustotě zařízení, užším šířkám čar a stále složitějším procesním tokům. Pokročilé uzly jsou výrazně citlivější na kontaminaci, zatímco menší velikosti prvků ztěžují čištění. V důsledku toho počet kroků čištění neustále roste a čištění se stává složitějším, kritičtějším a náročnějším. Například 90nm čip obvykle vyžaduje asi90 kroků čištění, zatímco 20nm čip vyžaduje přibližně215 kroků čištěníS postupující výrobou na 14nm, 10nm a menší uzly se bude počet čisticích operací neustále zvyšovat.

V podstatě,Čištění destiček označuje procesy, které využívají chemické ošetření, plyny nebo fyzikální metody k odstranění nečistot z povrchu destiček.Kontaminanty, jako jsou částice, kovy, organické zbytky a nativní oxidy, mohou nepříznivě ovlivnit výkon, spolehlivost a výtěžnost zařízení. Čištění slouží jako „most“ mezi po sobě jdoucími výrobními kroky – například před depozicí a litografií nebo po leptání, chemicko-mechanickém leštění (CMP) a iontové implantaci. Čištění destiček lze obecně rozdělit namokré čištěníachemické čištění.

Mokré čištění

Mokré čištění využívá k čištění destiček chemická rozpouštědla nebo deionizovanou vodu (DIW). Používají se dva hlavní přístupy:

• Metoda ponoření: destičky jsou ponořeny do nádrží naplněných rozpouštědly nebo přímou vodou. Toto je nejrozšířenější metoda, zejména pro uzly s pokročilou technologií.

• Metoda postřiku: rozpouštědla nebo přímotopná voda (DIW) se stříkají na rotující destičky, aby se odstranily nečistoty. Zatímco ponoření umožňuje dávkové zpracování více destiček, čištění postřikem zvládá pouze jednu destičku na komoru, ale poskytuje lepší kontrolu, takže je stále běžnější v pokročilých uzlech.

Chemické čištění

Jak název napovídá, chemické čištění se vyhýbá rozpouštědlům nebo přímočaré vodě (DIW), místo toho se k odstranění kontaminantů používají plyny nebo plazma. S tlakem na pokročilé uzly nabývá chemické čištění na významu díky svýmvysoká přesnosta účinnost proti organickým látkám, nitridům a oxidům. Vyžaduje to všakvyšší investice do zařízení, složitější provoz a přísnější kontrola procesůDalší výhodou je, že suché čištění snižuje velké objemy odpadních vod generovaných mokrými metodami.

Běžné techniky mokrého čištění

1. Čištění deionizovanou vodou (DIW)

DIW je nejpoužívanější čisticí prostředek pro mokré čištění. Na rozdíl od neupravené vody DIW neobsahuje téměř žádné vodivé ionty, což zabraňuje korozi, elektrochemickým reakcím nebo degradaci zařízení. DIW se používá hlavně dvěma způsoby:

1. Přímé čištění povrchu destičky– Obvykle se provádí v režimu s jednou destičkou pomocí válečků, kartáčů nebo rozprašovacích trysek během rotace destičky. Problémem je hromadění elektrostatického náboje, které může způsobit defekty. Aby se tento problém zmírnil, rozpouští se CO₂ (a někdy NH₃) v DIW, aby se zlepšila vodivost, aniž by se kontaminovala destička.

2. Oplachování po chemickém čištění– DIW odstraňuje zbytky čisticích roztoků, které by jinak mohly korodovat destičku nebo snížit výkon zařízení, pokud by zůstaly na povrchu.

2. Čištění HF (kyselinou fluorovodíkovou)

HF je nejúčinnější chemikálie pro odstraňovánívrstvy nativního oxidu (SiO₂)na křemíkových destičkách a co do významu je druhý nejdůležitější hned po DIW. Rozpouští také připojené kovy a potlačuje reoxidaci. Leptání HF však může zdrsnit povrch destiček a nežádoucím způsobem napadat určité kovy. Pro řešení těchto problémů se používají vylepšené metody, které ředí HF, přidávají oxidační činidla, povrchově aktivní látky nebo komplexotvorná činidla pro zvýšení selektivity a snížení kontaminace.

3. Čištění SC1 (Standardní čištění 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 je cenově výhodná a vysoce účinná metoda pro odstraňováníorganické zbytky, částice a některé kovyMechanismus kombinuje oxidační účinek H₂O₂ a rozpouštěcí účinek NH₄OH. Částice také odpuzují elektrostatickými silami a ultrazvuková/megasonická asistence dále zvyšuje účinnost. SC1 však může zdrsnit povrchy destiček, což vyžaduje pečlivou optimalizaci chemických poměrů, regulaci povrchového napětí (pomocí povrchově aktivních látek) a chelatační činidla k potlačení opětovného ukládání kovů.

4. Čištění SC2 (Standardní čištění 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 doplňuje SC1 odstraněnímkovové kontaminantyJeho silná komplexotvorná schopnost přeměňuje oxidované kovy na rozpustné soli nebo komplexy, které se odplavují. Zatímco SC1 je účinný pro organické látky a částice, SC2 je obzvláště cenný pro prevenci adsorpce kovů a zajištění nízké kontaminace kovy.

5. Čištění O₃ (ozonem)

Ozonové čištění se používá hlavně kodstranění organické hmotyadezinfekce DIWO₃ působí jako silné oxidační činidlo, ale může způsobit opětovné usazování, proto se často kombinuje s HF. Optimalizace teploty je zásadní, protože rozpustnost O₃ ve vodě se při vyšších teplotách snižuje. Na rozdíl od dezinfekčních prostředků na bázi chloru (nepřijatelné v polovodičových továrnách) se O₃ rozkládá na kyslík, aniž by kontaminoval systémy DIW (dezinfekční vodu).

6. Čištění organickými rozpouštědly

V některých specializovaných procesech se organická rozpouštědla používají tam, kde standardní metody čištění nejsou dostatečné nebo vhodné (např. když je třeba zabránit tvorbě oxidů).

Závěr

Čištění oplatek jenejčastěji opakovaný krokve výrobě polovodičů a přímo ovlivňuje výtěžnost a spolehlivost zařízení. S přechodem květší destičky a menší geometrie zařízeníPožadavky na čistotu povrchu destiček, chemický stav, drsnost a tloušťku oxidu se stávají stále přísnějšími.

Tento článek shrnul jak pokročilé, tak i pokročilé technologie čištění destiček, včetně DIW, HF, SC1, SC2, O₃ a metod s organickými rozpouštědly, spolu s jejich mechanismy, výhodami a omezeními. Z obou...ekonomické a environmentální perspektivy, neustálé zlepšování technologie čištění destiček je nezbytné pro splnění požadavků pokročilé výroby polovodičů.