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 presisievereistes toeneem, het die tegniese vereistes van wafelskoonmaakprosesse al hoe strenger geword. Selfs die kleinste deeltjies, organiese materiale, metaalione of oksiedreste op die wafeloppervlak kan toestel se werkverrigting aansienlik beïnvloed, en sodoende die opbrengs en betroubaarheid van halfgeleiertoestelle beïnvloed.
Kernbeginsels van wafelskoonmaak
Die kern van wafel skoonmaak lê daarin om verskeie kontaminante effektief van die wafel oppervlak te verwyder deur fisiese, chemiese en ander metodes om te verseker dat die wafel 'n skoon oppervlak het wat geskik is vir daaropvolgende verwerking.
Tipe besoedeling
Belangrikste invloede op toestelkenmerke
| artikel Besoedeling | Patroondefekte
Ioon-inplantingsdefekte
Isolerende film afbreek defekte
| |
| Metaalbesmetting | Alkali metale | MOS transistor onstabiliteit
Hek oksied film afbreek/degradasie
|
| Swaar metale | Verhoogde PN-aansluiting omgekeerde lekstroom
Hekoksiedfilm afbreekdefekte
Minderheid draer leeftyd agteruitgang
Oksied opwekking laag defek generering
| |
| Chemiese kontaminasie | Organiese materiaal | Hekoksiedfilm afbreekdefekte
CVD film variasies (inkubasie tye)
Termiese oksied film dikte variasies (versnelde oksidasie)
Waas voorkoms (wafer, lens, spieël, masker, dradenkruis)
|
| Anorganiese doopmiddels (B, P) | MOS transistor Vde verskuiwings
Si-substraat en hoë weerstand poli-silicon vel weerstand variasies
| |
| Anorganiese basisse (amiene, ammoniak) en sure (SOx) | Degradasie van die resolusie van chemies versterkte resists
Voorkoms van deeltjiebesoedeling en waas as gevolg van soutgenerering
| |
| Inheemse en chemiese oksiedfilms as gevolg van vog, lug | Verhoogde kontakweerstand
Hek oksied film afbreek/degradasie
| |
Spesifiek, die doelwitte van die wafel skoonmaakproses sluit in:
Deeltjieverwydering: Gebruik fisiese of chemiese metodes om klein deeltjies wat aan die wafeloppervlak geheg is, te verwyder. Kleiner deeltjies is moeiliker om te verwyder as gevolg van die sterk elektrostatiese kragte tussen hulle en die wafeloppervlak, wat spesiale behandeling vereis.
Verwydering van organiese materiaal: Organiese kontaminante soos vet en fotoresistresidue kan aan die wafeloppervlak heg. Hierdie kontaminante word tipies verwyder met behulp van sterk oksideermiddels of oplosmiddels.
Metaalioonverwydering: Metaalioonreste op die wafeloppervlak kan elektriese werkverrigting verswak en selfs daaropvolgende verwerkingstappe beïnvloed. Daarom word spesifieke chemiese oplossings gebruik om hierdie ione te verwyder.
Oksiedverwydering: Sommige prosesse vereis dat die wafeloppervlak 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 wafel-oppervlak nadelig te beïnvloed, soos om oppervlakruwwording, korrosie of ander fisiese skade te voorkom.
2. Wafer Skoonmaak Prosesvloei
Die wafel skoonmaakproses behels tipies veelvuldige stappe om die volledige verwydering van kontaminante te verseker en 'n ten volle skoon oppervlak te verkry.
Figuur: Vergelyking tussen Batch-tipe en enkel-wafel skoonmaak
'n Tipiese wafel skoonmaakproses sluit die volgende hoofstappe in:
1. Voorskoonmaak (Voorskoonmaak)
Die doel van voorafskoonmaak is om los kontaminante en groot deeltjies van die wafeloppervlak te verwyder, wat tipies bereik word deur gedeïoniseerde water (DI Water) spoel en ultrasoniese skoonmaak. Gedeïoniseerde water kan aanvanklik deeltjies en opgeloste onsuiwerhede van die wafeloppervlak verwyder, terwyl ultrasoniese skoonmaak gebruik maak van kavitasie-effekte om die binding tussen die deeltjies en die wafeloppervlak te breek, wat dit makliker maak om dit te verwyder.
2. Chemiese skoonmaak
Chemiese skoonmaak is een van die kernstappe in die wafer-skoonmaakproses, met behulp van chemiese oplossings om organiese materiale, metaalione en oksiede van die wafel-oppervlak 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 werkstemperatuur van ongeveer 20°C.
Metaalioonverwydering: Salpetersuur of soutsuur/peroksiedmengsels (SC-2) word gebruik om metaalione van die wafeloppervlak 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 word die verwydering van die inheemse oksiedlaag van die wafeloppervlak vereis, waarvoor fluoresuur (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 oorblyfsels op die oppervlak bly nie. Finale skoonmaak gebruik hoofsaaklik gedeïoniseerde water vir deeglike spoel. Daarbenewens word osoonwaterreiniging (O₃/H₂O) gebruik om enige oorblywende kontaminante van die wafeloppervlak verder te verwyder.
4. Droog
Die skoongemaakte wafels moet vinnig gedroog word om watermerke of heraanhegting van kontaminante te voorkom. Algemene droogmetodes sluit spindroog en stikstofsuiwering in. Eersgenoemde verwyder vog van die wafeloppervlak deur teen hoë spoed te spin, terwyl laasgenoemde volledige droging verseker deur droë stikstofgas oor die wafeloppervlak te blaas.
Kontaminant
Skoonmaakprosedure Naam
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 fluoresuur/DI-water (sal nie koper verwyder nie) | HF/H2O1:50 | |
| Organies | 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 | Verdun fluoresuur/DI water | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Gebufferde fluoorsuur | 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 (Standard Clean 1) en SC-2 (Standard Clean 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 wafeloppervlak vorm.
SC-2 Skoonmaak: Hierdie stap word hoofsaaklik gebruik om metaalioon-kontaminante te verwyder deur 'n mengsel van soutsuur, waterstofperoksied en water te gebruik. Dit laat 'n dun passiveringslaag op die wafeloppervlak om herkontaminasie te voorkom.
2. Piranha Skoonmaakmetode (Piranha Etch Clean)
Die Piranha-skoonmaakmetode is 'n hoogs effektiewe tegniek vir die verwydering van organiese materiale, met 'n mengsel van swaelsuur en waterstofperoksied, 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 wafeloppervlak te verwyder. In vergelyking met tradisionele ultrasoniese skoonmaak, werk megasoniese skoonmaak teen 'n hoër frekwensie, wat meer doeltreffende verwydering van sub-mikron-grootte deeltjies moontlik maak sonder om skade aan die wafeloppervlak te veroorsaak.
4. Osoon Skoonmaak
Osoon-skoonmaaktegnologie gebruik die sterk oksiderende eienskappe van osoon om organiese kontaminante van die wafeloppervlak af 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 maak op die gebied van wafel skoonmaak.
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 spindroërs in. Hierdie toestelle kombineer meganiese kragte en chemiese reagense om kontaminante van die wafeloppervlak 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-energiedeeltjies in plasma gebruik om te reageer met en oorblyfsels van die wafeloppervlak te verwyder. Plasma-skoonmaak is veral geskik vir prosesse wat die handhawing van oppervlakintegriteit vereis sonder om chemiese residue in te voer.
3. Outomatiese skoonmaakstelsels
Met die voortdurende uitbreiding van halfgeleierproduksie, het outomatiese skoonmaakstelsels die voorkeurkeuse geword vir grootskaalse wafelskoonmaak. Hierdie stelsels sluit dikwels outomatiese oordragmeganismes, multi-tenk skoonmaakstelsels en presisiebeheerstelsels in om konsekwente skoonmaakresultate vir elke wafer te verseker.
5. Toekomstige neigings
Namate halfgeleiertoestelle aanhou krimp, ontwikkel wafer-skoonmaaktegnologie na meer doeltreffende en omgewingsvriendelike oplossings. Toekomstige skoonmaaktegnologieë sal fokus op:
Subnanometer-deeltjieverwydering: Bestaande skoonmaaktegnologieë kan deeltjies op nanometerskaal hanteer, maar met die verdere vermindering in toestelgrootte sal die verwydering van sub-nanometerdeeltjies 'n nuwe uitdaging word.
Groen en ekovriendelike skoonmaak: Die vermindering van die gebruik van omgewingsskadelike chemikalieë en die ontwikkeling van meer eko-vriendelike skoonmaakmetodes, soos osoon skoonmaak en megasoniese skoonmaak, sal al hoe belangriker word.
Hoër vlakke van outomatisering en intelligensie: Intelligente stelsels sal intydse monitering en aanpassing van verskeie parameters tydens die skoonmaakproses moontlik maak, wat skoonmaakdoeltreffendheid en produksiedoeltreffendheid verder verbeter.
Wafer-skoonmaaktegnologie, as 'n kritieke stap in halfgeleiervervaardiging, speel 'n belangrike rol om skoon wafeloppervlaktes vir daaropvolgende prosesse te verseker. Die kombinasie van verskeie skoonmaakmetodes verwyder besoedeling effektief, wat 'n skoon substraatoppervlak bied vir die volgende stappe. Soos tegnologie vorder, sal skoonmaakprosesse steeds geoptimaliseer word om aan die vereistes vir hoër akkuraatheid en laer defekkoerse in halfgeleiervervaardiging te voldoen.
Postyd: Okt-08-2024