Nat skoonmaak (Wet Clean) is een van die kritieke stappe in halfgeleiervervaardigingsprosesse, wat daarop gemik is om verskeie kontaminante van die oppervlak van die wafer te verwyder om te verseker dat daaropvolgende prosesstappe op 'n skoon oppervlak uitgevoer kan word.
Namate die grootte van halfgeleiertoestelle aanhou krimp en die presisievereistes toeneem, het die tegniese eise van wafer-skoonmaakprosesse al hoe strenger geword. Selfs die kleinste deeltjies, organiese materiale, metaalione of oksiedresidue op die waferoppervlak kan die toestelprestasie aansienlik beïnvloed, wat die opbrengs en betroubaarheid van halfgeleiertoestelle beïnvloed.
Kernbeginsels van Waferreiniging
Die kern van waferskoonmaak lê daarin om verskeie kontaminante van die waferoppervlak effektief te verwyder deur fisiese, chemiese en ander metodes om te verseker dat die wafer 'n skoon oppervlak het wat geskik is vir daaropvolgende verwerking.
Tipe besoedeling
Hoofinvloede op toestelkenmerke
| Artikelkontaminasie | Patroondefekte
Iooninplantingsdefekte
Defekte in die afbreek van isolerende films
| |
| Metaalkontaminasie | Alkalimetale | MOS transistor onstabiliteit
Afbraak/degradasie van die hekoksiedfilm
|
| Swaar metale | Verhoogde PN-aansluiting omgekeerde lekstroom
Defekte in die afbreek van hekoksiedfilm
Minderheidsdraer leeftyd agteruitgang
Generering van oksied-opwekkingslaagdefek
| |
| Chemiese Kontaminasie | Organiese Materiaal | Defekte in die afbreek van hekoksiedfilm
CVD-filmvariasies (inkubasietye)
Variasies in termiese oksiedfilmdikte (versnelde oksidasie)
Waasvoorkoms (wafel, lens, spieël, masker, retikel)
|
| Anorganiese Doteermiddels (B, P) | MOS transistor Vde verskuiwings
Si-substraat en hoëweerstandige poli-silikonplaatweerstandsvariasies
| |
| Anorganiese basisse (amiene, ammoniak) en sure (SOx) | Degradasie van die resolusie van chemies versterkte weerstande
Voorkoms van deeltjiekontaminasie en waas as gevolg van soutgenerering
| |
| Inheemse en Chemiese Oksiedfilms As gevolg van Vog, Lug | Verhoogde kontakweerstand
Afbraak/degradasie van die hekoksiedfilm
| |
Spesifiek sluit die doelwitte van die wafer-skoonmaakproses die volgende in:
Deeltjieverwydering: Die gebruik van fisiese of chemiese metodes om klein deeltjies wat aan die waferoppervlak vas is, te verwyder. Kleiner deeltjies is moeiliker om te verwyder as gevolg van die sterk elektrostatiese kragte tussen hulle en die waferoppervlak, wat spesiale behandeling vereis.
Verwydering van organiese materiaal: Organiese kontaminante soos vet en fotoresistreste kan aan die waferoppervlak kleef. Hierdie kontaminante word tipies verwyder met behulp van sterk oksideermiddels of oplosmiddels.
Metaalioonverwydering: Metaalioonresidue op die waferoppervlak kan elektriese werkverrigting verlaag en selfs daaropvolgende verwerkingsstappe beïnvloed. Daarom word spesifieke chemiese oplossings gebruik om hierdie ione te verwyder.
Oksiedverwydering: Sommige prosesse vereis dat die waferoppervlak vry is van oksiedlae, soos silikonoksied. In sulke gevalle moet natuurlike oksiedlae tydens sekere skoonmaakstappe verwyder word.
Die uitdaging van wafer-skoonmaaktegnologie lê daarin om kontaminante doeltreffend te verwyder sonder om die waferoppervlak nadelig te beïnvloed, soos om oppervlakverruwing, korrosie of ander fisiese skade te voorkom.
2. Vloei van die proses van die skoonmaak van wafers
Die wafer-skoonmaakproses behels tipies verskeie stappe om die volledige verwydering van kontaminante te verseker en 'n volledig skoon oppervlak te verkry.
Figuur: Vergelyking tussen bondeltipe- en enkelwafer-skoonmaak
'n Tipiese wafer-skoonmaakproses sluit die volgende hoofstappe in:
1. Voorskoonmaak (Voorskoonmaak)
Die doel van voorskoonmaak is om los kontaminante en groot deeltjies van die waferoppervlak te verwyder, wat tipies bereik word deur spoel met gedeïoniseerde water (DI Water) en ultrasoniese skoonmaak. Gedeïoniseerde water kan aanvanklik deeltjies en opgeloste onsuiwerhede van die waferoppervlak verwyder, terwyl ultrasoniese skoonmaak kavitasie-effekte gebruik om die binding tussen die deeltjies en die waferoppervlak te verbreek, wat hulle makliker maak om te los.
2. Chemiese Skoonmaak
Chemiese skoonmaak is een van die kernstappe in die wafer-skoonmaakproses, waar chemiese oplossings gebruik word om organiese materiale, metaalione en oksiede van die waferoppervlak te verwyder.
Verwydering van Organiese Materiaal: Tipies word asetoon of 'n ammoniak/peroksiedmengsel (SC-1) gebruik om organiese kontaminante op te los en te oksideer. Die tipiese verhouding vir SC-1-oplossing is NH₄OH
₂O₂
2O = 1:1:5, met 'n werktemperatuur van ongeveer 20°C.
Metaalioonverwydering: Salpetersuur of soutsuur/peroksiedmengsels (SC-2) word gebruik om metaalione van die waferoppervlak te verwyder. Die tipiese verhouding vir SC-2-oplossing is HCl.
₂O₂
2O = 1:1:6, met die temperatuur gehandhaaf op ongeveer 80°C.
Oksiedverwydering: In sommige prosesse is die verwydering van die oorspronklike oksiedlaag van die waferoppervlak nodig, waarvoor 'n hidrofluoorsuur (HF)-oplossing gebruik word. Die tipiese verhouding vir HF-oplossing is HF
₂O = 1:50, en dit kan by kamertemperatuur gebruik word.
3. Finale Skoonmaak
Na chemiese skoonmaak ondergaan wafers gewoonlik 'n finale skoonmaakstap om te verseker dat geen chemiese residue op die oppervlak oorbly nie. Finale skoonmaak gebruik hoofsaaklik gedeïoniseerde water vir deeglike spoel. Daarbenewens word osoonwaterskoonmaak (O₃/H₂O) gebruik om enige oorblywende kontaminante van die waferoppervlak verder te verwyder.
4. Droging
Die skoongemaakte wafers moet vinnig gedroog word om watermerke of die heraanhegting van kontaminante te voorkom. Algemene droogmetodes sluit in spindroging en stikstofsuiwering. Eersgenoemde verwyder vog van die waferoppervlak deur teen hoë snelhede te draai, terwyl laasgenoemde volledige droging verseker deur droë stikstofgas oor die waferoppervlak te blaas.
Kontaminant
Naam van skoonmaakprosedure
Chemiese Mengsel Beskrywing
Chemikalieë
| Deeltjies | Piranha (SPM) | Swaelsuur/waterstofperoksied/DI water | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammoniumhidroksied/waterstofperoksied/DI water | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Metale (nie koper nie) | SC-2 (HPM) | Soutsuur/waterstofperoksied/DI water | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Swaelsuur/waterstofperoksied/DI water | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Verdunde hidrofluoorsuur/DI-water (sal nie koper verwyder nie) | HF/H2O1:50 | |
| Organiese produkte | Piranha (SPM) | Swaelsuur/waterstofperoksied/DI water | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammoniumhidroksied/waterstofperoksied/DI water | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Osoon in gedeïoniseerde water | O3/H2O Geoptimaliseerde Mengsels | |
| Inheemse oksied | DHF | Verdunde hidrofluoorsuur/DI water | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Gebufferde hidrofluoorsuur | NH4F/HF/H2O |
3. Algemene Wafer Skoonmaakmetodes
1. RCA-skoonmaakmetode
Die RCA-skoonmaakmetode is een van die mees klassieke wafer-skoonmaaktegnieke in die halfgeleierbedryf, wat meer as 40 jaar gelede deur RCA Corporation ontwikkel is. Hierdie metode word hoofsaaklik gebruik om organiese kontaminante en metaalioon-onsuiwerhede te verwyder en kan in twee stappe voltooi word: SC-1 (Standaard Skoonmaak 1) en SC-2 (Standaard Skoonmaak 2).
SC-1 Skoonmaak: Hierdie stap word hoofsaaklik gebruik om organiese kontaminante en deeltjies te verwyder. Die oplossing is 'n mengsel van ammoniak, waterstofperoksied en water, wat 'n dun silikonoksiedlaag op die waferoppervlak vorm.
SC-2 Skoonmaak: Hierdie stap word hoofsaaklik gebruik om metaalioonkontaminante te verwyder, met behulp van 'n mengsel van soutsuur, waterstofperoksied en water. Dit laat 'n dun passiveringslaag op die waferoppervlak om herkontaminasie te voorkom.
2. Piranha-skoonmaakmetode (Piranha Ets Skoonmaak)
Die Piranha-skoonmaakmetode is 'n hoogs effektiewe tegniek vir die verwydering van organiese materiale, deur 'n mengsel van swaelsuur en waterstofperoksied te gebruik, tipies in 'n verhouding van 3:1 of 4:1. As gevolg van die uiters sterk oksidatiewe eienskappe van hierdie oplossing, kan dit 'n groot hoeveelheid organiese materiaal en hardnekkige kontaminante verwyder. Hierdie metode vereis streng beheer van toestande, veral in terme van temperatuur en konsentrasie, om te verhoed dat die wafer beskadig word.
Ultrasoniese skoonmaak gebruik die kavitasie-effek wat deur hoëfrekwensie-klankgolwe in 'n vloeistof gegenereer word om kontaminante van die waferoppervlak te verwyder. In vergelyking met tradisionele ultrasoniese skoonmaak, werk megasoniese skoonmaak teen 'n hoër frekwensie, wat meer doeltreffende verwydering van submikron-grootte deeltjies moontlik maak sonder om die waferoppervlak te beskadig.
4. Osoonreiniging
Osoonskoonmaaktegnologie gebruik die sterk oksiderende eienskappe van osoon om organiese kontaminante van die waferoppervlak te ontbind en te verwyder, wat dit uiteindelik in onskadelike koolstofdioksied en water omskakel. Hierdie metode vereis nie die gebruik van duur chemiese reagense nie en veroorsaak minder omgewingsbesoedeling, wat dit 'n opkomende tegnologie op die gebied van waferskoonmaak maak.
4. Wafer Skoonmaak Proses Toerusting
Om die doeltreffendheid en veiligheid van wafer-skoonmaakprosesse te verseker, word 'n verskeidenheid gevorderde skoonmaaktoerusting in halfgeleiervervaardiging gebruik. Die hooftipes sluit in:
1. Nat Skoonmaaktoerusting
Nat skoonmaaktoerusting sluit verskeie dompeltenks, ultrasoniese skoonmaaktenks en sentrifugeerders in. Hierdie toestelle kombineer meganiese kragte en chemiese reagense om kontaminante van die waferoppervlak te verwyder. Dompeltenks is tipies toegerus met temperatuurbeheerstelsels om die stabiliteit en doeltreffendheid van chemiese oplossings te verseker.
2. Droogskoonmaaktoerusting
Droogskoonmaaktoerusting sluit hoofsaaklik plasmaskoonmakers in, wat hoë-energie deeltjies in plasma gebruik om met die waferoppervlak te reageer en residue daarvan te verwyder. Plasmaskoonmaak is veral geskik vir prosesse wat die handhawing van oppervlakintegriteit vereis sonder om chemiese residue in te bring.
3. Outomatiese Skoonmaakstelsels
Met die voortdurende uitbreiding van halfgeleierproduksie het outomatiese skoonmaakstelsels die voorkeurkeuse geword vir grootskaalse waferskoonmaak. Hierdie stelsels sluit dikwels outomatiese oordragmeganismes, multitenk-skoonmaakstelsels en presisiebeheerstelsels in om konsekwente skoonmaakresultate vir elke wafer te verseker.
5. Toekomstige tendense
Namate halfgeleiertoestelle aanhou krimp, ontwikkel wafer-skoonmaaktegnologie na meer doeltreffende en omgewingsvriendelike oplossings. Toekomstige skoonmaaktegnologieë sal fokus op:
Verwydering van sub-nanometer-deeltjies: Bestaande skoonmaaktegnologieë kan nanometer-skaal deeltjies hanteer, maar met die verdere vermindering in toestelgrootte sal die verwydering van sub-nanometer-deeltjies 'n nuwe uitdaging word.
Groen en Omgewingsvriendelike Skoonmaak: Die vermindering van die gebruik van omgewingskadelike chemikalieë en die ontwikkeling van meer omgewingsvriendelike skoonmaakmetodes, soos osoonskoonmaak en megasoniese skoonmaak, sal toenemend belangrik word.
Hoër vlakke van outomatisering en intelligensie: Intelligente stelsels sal intydse monitering en aanpassing van verskeie parameters tydens die skoonmaakproses moontlik maak, wat die skoonmaakdoeltreffendheid en produksiedoeltreffendheid verder verbeter.
Wafer-skoonmaaktegnologie, as 'n kritieke stap in halfgeleiervervaardiging, speel 'n belangrike rol om skoon waferoppervlaktes vir daaropvolgende prosesse te verseker. Die kombinasie van verskeie skoonmaakmetodes verwyder effektief kontaminante en bied 'n skoon substraatoppervlak vir die volgende stappe. Soos tegnologie vorder, sal skoonmaakprosesse steeds geoptimaliseer word om aan die eise vir hoër presisie en laer defekkoerse in halfgeleiervervaardiging te voldoen.
Plasingstyd: Okt-08-2024