Kiekkojen puhdistustekniikka puolijohdevalmistuksessa

Kiekkojen puhdistustekniikka puolijohdevalmistuksessa

Kiekkojen puhdistus on kriittinen vaihe koko puolijohdevalmistusprosessissa ja yksi keskeisistä tekijöistä, jotka vaikuttavat suoraan laitteen suorituskykyyn ja tuotantotuottoon. Sirun valmistuksen aikana pieninkin epäpuhtaus voi heikentää laitteen ominaisuuksia tai aiheuttaa täydellisen vikaantumisen. Tämän seurauksena puhdistusprosesseja käytetään lähes ennen jokaista valmistusvaihetta ja sen jälkeen pinnan epäpuhtauksien poistamiseksi ja kiekkojen puhtauden varmistamiseksi. Puhdistus on myös yleisin operaatio puolijohdetuotannossa, ja se vastaa noin30 % kaikista prosessivaiheista.

Erittäin laajamittaisen integraation (VLSI) jatkuvan skaalautumisen myötä prosessisolmut ovat edenneet kohti28 nm, 14 nm ja yli, mikä johtaa suurempaan laitetiheyteen, kapeampiin viivanleveyksiin ja yhä monimutkaisempiin prosessivirtoihin. Edistyneet solmut ovat huomattavasti herkempiä kontaminaatiolle, kun taas pienemmät ominaisuuskoot vaikeuttavat puhdistamista. Tämän seurauksena puhdistusvaiheiden määrä kasvaa jatkuvasti, ja puhdistamisesta on tullut monimutkaisempaa, kriittisempää ja haastavampaa. Esimerkiksi 90 nm:n siru vaatii tyypillisesti noin90 puhdistusvaihetta, kun taas 20 nm:n siru vaatii noin215 puhdistusvaihettaValmistuksen edetessä 14 nm:n, 10 nm:n ja pienempiin solmuihin puhdistustoimenpiteiden määrä kasvaa jatkuvasti.

PohjimmiltaanKiekkojen puhdistus tarkoittaa prosesseja, joissa käytetään kemiallisia käsittelyjä, kaasuja tai fysikaalisia menetelmiä epäpuhtauksien poistamiseksi kiekon pinnaltaEpäpuhtaudet, kuten hiukkaset, metallit, orgaaniset jäännökset ja natiivit oksidit, voivat kaikki vaikuttaa haitallisesti laitteen suorituskykyyn, luotettavuuteen ja saantoon. Puhdistus toimii "siltana" peräkkäisten valmistusvaiheiden välillä – esimerkiksi ennen pinnoitusta ja litografiaa tai etsauksen, kemiallisen mekaanisen kiillotuksen (CMP) ja ioni-istutuksen jälkeen. Laajasti ottaen kiekkojen puhdistus voidaan jakaamärkäpuhdistusjakemiallinen pesu.

Märkäpesu

Märkäpuhdistuksessa käytetään kemiallisia liuottimia tai deionisoitua vettä kiekkojen puhdistamiseen. Käytetään kahta päämenetelmää:

• Upotusmenetelmäkiekot upotetaan liuottimilla tai DIW:llä täytettyihin säiliöihin. Tämä on yleisimmin käytetty menetelmä, erityisesti kypsän teknologian solmuissa.

• RuiskutusmenetelmäLiuottimia tai DIW:tä suihkutetaan pyöriville kiekoille epäpuhtauksien poistamiseksi. Upotusmenetelmä mahdollistaa useiden kiekkojen eräkäsittelyn, kun taas suihkupuhdistus käsittelee vain yhden kiekon kammiota kohden, mutta tarjoaa paremman hallinnan, minkä vuoksi se on yhä yleisempi edistyneissä solmuissa.

Kemiallinen pesu

Kuten nimestä voi päätellä, kemiallisessa pesussa vältetään liuottimia tai DIW:tä ja käytetään sen sijaan kaasuja tai plasmaa epäpuhtauksien poistamiseen. Kehittyneiden yksiköiden myötä kemiallisen pesun merkitys kasvaa sen ansiosta.korkea tarkkuusja tehokkuutta orgaanisia aineita, nitridejä ja oksideja vastaan. Se kuitenkin vaatiisuuremmat laiteinvestoinnit, monimutkaisempi toiminta ja tiukempi prosessinohjausToinen etu on, että kuivapesu vähentää märkämenetelmillä syntyvien suurten jätevesimäärien määrää.

Yleisiä märkäpuhdistustekniikoita

1. DIW (deionisoitu vesi) -puhdistus

DIW on yleisimmin käytetty puhdistusaine märkäpuhdistuksessa. Toisin kuin käsittelemätön vesi, DIW ei sisällä juurikaan johtavia ioneja, mikä estää korroosiota, sähkökemiallisia reaktioita tai laitteen hajoamista. DIW:tä käytetään pääasiassa kahdella tavalla:

1. Suora kiekkojen pinnan puhdistus– Tyypillisesti suoritetaan yksittäisen kiekon tilassa teloilla, siveltimillä tai suuttimilla kiekon pyörimisen aikana. Haasteena on staattisen sähkön kertyminen, joka voi aiheuttaa vikoja. Tämän lieventämiseksi CO₂:ta (ja joskus NH₃:ta) liuotetaan deionisoituun vesiin johtavuuden parantamiseksi kiekkoa saastuttamatta.

2. Huuhtelu kemiallisen puhdistuksen jälkeen– DIW poistaa jääneet puhdistusliuokset, jotka saattaisivat muuten syövyttää kiekkoa tai heikentää laitteen suorituskykyä, jos niitä jää pinnalle.

2. HF (fluorivetyhappo) puhdistus

HF on tehokkain kemikaali poistamaannatiivit oksidikerrokset (SiO₂)piikiekoilla ja on toiseksi tärkein heti DIW:n jälkeen. Se myös liuottaa kiinnittyneitä metalleja ja estää uudelleenhapettumista. HF-etsaus voi kuitenkin karhentaa kiekkojen pintoja ja hyökätä ei-toivotusti tiettyihin metalleihin. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi on parannettu menetelmiä, joissa laimennetaan HF:ää, lisätään hapettimia, pinta-aktiivisia aineita tai kompleksoivia aineita selektiivisyyden parantamiseksi ja kontaminaation vähentämiseksi.

3. SC1 Puhdistus (Vakiopuhdistus 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 on kustannustehokas ja erittäin tehokas menetelmä poistamiseenorgaaniset jäännökset, hiukkaset ja jotkut metallitMekanismi yhdistää H₂O₂:n hapettavan vaikutuksen ja NH₄OH:n liuottavan vaikutuksen. Se myös hylkii hiukkasia sähköstaattisten voimien avulla, ja ultraääni-/megasoninen avustus parantaa entisestään tehokkuutta. SC1 voi kuitenkin karhentaa kiekkojen pintoja, mikä vaatii kemiallisten suhteiden huolellista optimointia, pintajännityksen hallintaa (pinta-aktiivisten aineiden avulla) ja kelaatinmuodostajia metallin uudelleenkerrostumisen estämiseksi.

4. SC2-puhdistus (Vakiopuhdistus 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 täydentää SC1:tä poistamallametalliset epäpuhtaudetSen vahva kompleksointikyky muuntaa hapettuneet metallit liukoisiksi suoloiksi tai komplekseiksi, jotka huuhtoutuvat pois. Vaikka SC1 on tehokas orgaanisille aineille ja hiukkasille, SC2 on erityisen arvokas metallien adsorboitumisen estämisessä ja metallikontaminaation minimoimisessa.

5. O₃ (otsoni) puhdistus

Otsonipuhdistusta käytetään pääasiassaorgaanisen aineen poistaminenjaDIW:n desinfiointiO₃ toimii voimakkaana hapettimena, mutta voi aiheuttaa uudelleenlaskeutumisen, joten sitä käytetään usein yhdessä HF:n kanssa. Lämpötilan optimointi on kriittistä, koska O₃:n liukoisuus veteen heikkenee korkeammissa lämpötiloissa. Toisin kuin klooripohjaiset desinfiointiaineet (joita ei hyväksytä puolijohdetehtaissa), O₃ hajoaa hapeksi saastuttamatta DIW-järjestelmiä.

6. Orgaanisten liuottimien puhdistus

Tietyissä erikoisprosesseissa orgaanisia liuottimia käytetään silloin, kun tavanomaiset puhdistusmenetelmät ovat riittämättömiä tai sopimattomia (esim. kun oksidien muodostuminen on vältettävä).

Johtopäätös

Kiekkojen puhdistus onuseimmin toistettu vaihepuolijohdevalmistuksessa ja vaikuttaa suoraan saantoon ja laitteiden luotettavuuteen. Siirtyessä kohtisuurempia kiekkoja ja pienempiä laitegeometrioitakiekkojen pinnan puhtautta, kemiallista olomuotoa, karheutta ja oksidin paksuutta koskevat vaatimukset tiukentuvat jatkuvasti.

Tässä artikkelissa tarkasteltiin sekä kehittyneitä että kehittyneitä kiekkojen puhdistustekniikoita, mukaan lukien DIW-, HF-, SC1-, SC2-, O₃- ja orgaanisten liuottimien menetelmät, sekä niiden mekanismeja, etuja ja rajoituksia. Molemmistataloudelliset ja ympäristölliset näkökulmatkiekkojen puhdistusteknologian jatkuva parantaminen on välttämätöntä edistyneen puolijohdevalmistuksen vaatimusten täyttämiseksi.