Teknik pembersihan lanjutan dalam fabrikasi semikonduktor

Pembuatan litar bersepadu (IC) menuntut proses yang tepat untuk memastikan integriti wafer silikon.Walau bagaimanapun, bahan pencemar seperti zarah, sisa organik, logam, dan oksida menimbulkan cabaran yang ketara, yang mempengaruhi kualiti dan fungsi wafer.Artikel ini meneroka jenis bahan cemar yang memberi kesan kepada pengeluaran IC dan menyelidiki teknik pembersihan lanjutan, termasuk kaedah basah dan kering, yang mengoptimumkan penyingkiran pencemaran sambil meningkatkan kecekapan pengeluaran dan kelestarian dalam persekitaran bilik bersih.

Katalog

Jenis bahan cemar yang mempengaruhi pembuatan IC

Pengeluaran litar bersepadu (IC) melibatkan proses yang teliti, namun wafer silikon sering menghadapi kehadiran bahan pencemar yang pelbagai dalam persekitaran bilik yang bersih.Pencemar ini, seperti zarah, sisa organik, logam, dan oksida, boleh mengganggu kualiti struktur wafer, kebimbangan yang terletak di persimpangan teknologi dan sains bahan.

Bahan pencemar zarah

Berasal dari bahan -bahan seperti polimer, photoresists, dan sisa -sisa etsa, zarah mematuhi permukaan wafer terutamanya melalui daya van der Waals, mencabar peringkat pemprosesan berikutnya.Menangani isu ini mungkin melibatkan campur tangan fizikal seperti pembersihan ultrasonik atau teknik kimia, seperti mencuci pelarut, untuk melepaskan zarah semasa memelihara integriti wafer.Berkesan mengurangkan jenis pencemaran ini memerlukan pemahaman interaksi bahan dan penyelesaian yang lebih baik yang mengurangkan lekatan, melicinkan jalan untuk penyingkiran.Di samping itu, menggabungkan sistem penapisan yang canggih dan strategi aliran udara dalam kemudahan pengeluaran boleh mengurangkan pemendapan zarah.

Bahan pencemar organik

Sisa organik yang berterusan dari minyak kulit, udara ambien, dan pelincir mesin membentuk halangan yang menghalang kecekapan ejen pembersihan.Sisa -sisa ini berkompromi dengan kesucian dan fungsi dengan mengganggu lapisan pemprosesan penting.Oleh itu, langkah -langkah pembersihan awal, memberi tumpuan kepada pengekstrakan lapisan organik ini, menyediakan pentas untuk fasa pembersihan berikutnya.Teknik-teknik seperti pembersihan pelarut dan rawatan UV tekanan rendah adalah penting, menggariskan keperluan mengekalkan persekitaran yang dikawal dengan ketat untuk mengelakkan recontamination.

Bahan pencemar logam

Walaupun interkoneksi logam tertanam dalam proses semikonduktor, mereka juga menimbulkan cabaran pencemaran.Logam seperti aluminium dan tembaga mungkin berasal dari fotolitografi dan pemendapan wap kimia (CVD), merumitkan penyelenggaraan kesucian wafer.Mengurangkan risiko ini melibatkan penggunaan halangan pemendapan atau teknik etsa maju, menekankan pengawasan yang berterusan untuk memastikan bahan cemar kekal di bawah paras ambang.Melaksanakan proses pembersihan dwi-mod, yang secara adeptly memisahkan dan menghilangkan kekotoran logam tanpa merosakkan struktur kritikal yang lain, juga asas.

Bahan pencemar oksida

Lapisan oksida umumnya berkembang dari pengoksidaan atom silikon dalam keadaan kaya oksigen, mengakibatkan oksida asli atau kimia.Keseimbangan halus mesti diserang antara menghapuskan oksida ini dan memelihara integriti struktur oksida pintu.Kaedah etsa selektif dan etchants oksida buffer adalah penting dalam menguruskan baki ini.Inovasi dalam teknik ini terus berkembang, didorong oleh pemahaman yang mendalam tentang sifat-sifat bahan dan dinamik reaksi.Keseimbangan yang halus seperti ini memudahkan kemajuan dalam ketepatan semasa fabrikasi, dipandu oleh pemahaman yang mendalam tentang interaksi mikroskopik yang terlibat.

Pendekatan yang berbeza untuk pembersihan

Teknik pembersihan basah

Pendekatan pembersihan ini menggunakan pelarut kimia cecair dan air deionized (DI) untuk melaksanakan tugas pembersihan seperti pengoksidaan, etsa, dan membubarkan bahan cemar yang terdapat pada permukaan wafer.Ini termasuk bahan organik dan ion logam.Teknik yang biasa digunakan termasuk pembersihan RCA, pembersihan kimia pencairan, pembersihan IMEC, dan pembersihan wafer tunggal.

Prosedur pembersihan RCA

Pada mulanya, pendekatan pembersihan wafer silikon tidak mempunyai prosedur sistematik.Dibangunkan oleh Radio Corporation of America (RCA) pada tahun 1965, kaedah pembersihan RCA menubuhkan proses yang komprehensif untuk pembersihan wafer silikon semasa pembuatan komponen.Teknik ini terus menjadi elemen asas bagi banyak proses pembersihan kontemporari.

Menggunakan pelarut, asid, surfaktan, dan air, pembersihan RCA bertujuan untuk menghilangkan bahan cemar permukaan dengan cekap, sambil memelihara ciri -ciri wafer.Pembilasan komprehensif dengan air ultrapure (UPW) mengikuti setiap aplikasi kimia.Berikut adalah beberapa penyelesaian pembersihan yang kerap digunakan:

- APM (NH4OH/H2O2/H2O pada 65-80 ° C): Penyelesaian ini terdiri daripada ammonium hidroksida, hidrogen peroksida, dan air DI, dengan berkesan mengoksida dan mengetuk zarah permukaan, di samping mengeluarkan bahan pencemaran organik dan logam.Walaupun permukaan silikon mengoksidakan dan etsa, kekasaran permukaan meningkat.

- HPM (HCL/H2O2/H2O pada 65-80 ° C): Dikenali sebagai SC-2, penyelesaian pembersihan ini membubarkan ion logam alkali dan hidroksida logam seperti aluminium dan magnesium.Ion klorida dalam HCl bertindak balas dengan ion logam sisa, membentuk kompleks larut air.

- SPM (H2SO4/H2O2/H2O pada 100 ° C): Dirujuk sebagai SC-3, penyelesaian ini dengan cekap menghilangkan bahan cemar organik.Asid sulfurik dehidrat dan karbon bahan organik, yang hidrogen peroksida kemudian mengoksidakan ke dalam produk sampingan gas.

-HF atau DHF (HF: H2O = 1: 2: 10 pada 20-25 ° C): Digunakan untuk penyingkiran oksida di kawasan yang sukar dicapai, penyelesaian ini mengalir oksida silikon semasa mengurangkan logam permukaan.Berikutan pembersihan SC1 dan SC2, ia menghilangkan lapisan oksida asli dari wafer silikon, membentuk permukaan silikon hidrofobik.

- Air ultrapure: selepas pembersihan, air ozonasi berfungsi untuk mencairkan bahan kimia sisa dan membilas wafer.

Menggabungkan tenaga megasonik ke dalam pembersihan RCA mengurangkan penggunaan bahan kimia dan DI, memendekkan masa etsa wafer, dan, akibatnya, memanjangkan kehidupan penyelesaian pembersihan.

Kaedah kimia pencairan

Pendekatan pencairan untuk campuran SC1 dan SC2, apabila digabungkan dengan pembersihan RCA, memelihara bahan kimia dan air DI.Ia mungkin sepenuhnya menghilangkan H2O2 dari penyelesaian SC2.Campuran APM SC2, dicairkan pada nisbah 1: 1: 50, dengan berkesan menghilangkan zarah permukaan wafer dan hidrokarbon.

Untuk penyingkiran logam, campuran yang banyak dicairkan (HPM 1: 1: 60 dan HCl 1: 100) adalah berkesan seperti cecair SC2 tradisional.Mengekalkan kepekatan HCl yang rendah menawarkan kelebihan menghalang penyelesaian zarah, dan pH penyelesaian, yang berkisar antara 2 hingga 2.5, mempengaruhi caj permukaan silikon wafer.Di atas pH ini, permukaan yang dikenakan kedua -dua zarah silikon dan larutan membentuk penghalang elektrostatik, menghalang pemendapan zarah.Di bawah pH ini, deposit zarah pada wafer kerana kekurangan perisai.

Pengurangan yang ketara, lebih daripada 86%, dalam penggunaan kimia berlaku dengan pembersihan RCA yang dicairkan.Langkah-langkah pembersihan yang dioptimumkan, termasuk pergolakan megasonik dengan penyelesaian SC1, SC2, dan HF yang dicairkan, meningkatkan umur panjang penyelesaian dan memotong penggunaan kimia sebanyak 80-90%.Eksperimen mencadangkan penggunaan Hot UPW boleh mengurangkan penggunaan UPW sebanyak 75-80%, dan pelbagai kimia pencairan dapat memelihara sejumlah besar air pembilasan disebabkan oleh kadar aliran yang lebih rendah dan keperluan masa.

Pendekatan pembersihan IMEC

Kaedah ini memberi tumpuan kepada mengurangkan penggunaan bahan kimia dan DI dalam pembersihan basah, yang bertujuan untuk menangani bahan pencemar organik dengan berkesan dalam fasa awalnya.Selalunya kombinasi asid sulfurik digunakan;Walau bagaimanapun, air di ozonated adalah alternatif yang berdaya maju untuk faedah alam sekitar dan mengurangkan fasa pembersihan yang sukar.Melaraskan suhu dan kepekatan memudahkan penyingkiran organik yang cekap.

Fasa kedua mensasarkan lapisan oksida, zarah, dan oksida logam.Proses pemendapan elektrokimia menjadi kebimbangan dengan ion logam dalam penyelesaian HF.Penyelesaian HF/HCL biasanya menindas pemendapan logam sambil menghilangkan lapisan oksida dengan cekap.Menambah ion klorida secara strategik boleh mencegah penyaduran logam dan meningkatkan ketahanan penyelesaian.

Pada peringkat akhir, matlamatnya adalah untuk memberikan hidrofilik ke permukaan silikon, meminimumkan bintik -bintik pengeringan atau tanda air.Cairkan penyelesaian HCL/O3 pada pH rendah menjadikan permukaan hidrofilik tanpa recontamination logam, sambil menggunakan HNO3 semasa bilas mengurangkan pencemaran CA.

Analisis perbandingan menunjukkan kaedah IMEC dengan berkesan mengurangkan pencemaran logam semasa menjadi bijak dari segi ekonomi kerana penggunaan kimia yang dikurangkan.

Pembersihan wafer tunggal

Bagi wafer diameter besar, prosedur yang ditubuhkan sering kali jatuh.Pembersihan wafer tunggal, menggunakan penyelesaian DI-O3/DHF pada suhu bilik, menawarkan pendekatan yang disasarkan.Dengan etsa silikon oksida dan mengeluarkan zarah dan logam dengan HF, dan membentuk silikon oksida dengan DI-O3, hasil yang memuaskan dapat dicapai sans pencemaran silang.Bilas dengan air DI atau air ozon, dan elakkan noda dengan pengeringan dengan isopropil etanol (IPA) dan nitrogen.Pembersihan RCA yang dipertingkatkan menunjukkan keberkesanan ke atas teknik-teknik single-wafer, dengan air DI dan kitar semula HF semasa proses mengoptimumkan perbelanjaan kimia dan kos wafer.

Teknik Cucian Kering

Cucian kering, melalui cara kimia fasa wap, menangani kekotoran permukaan wafer.Biasanya, pengoksidaan terma dan pembersihan plasma digunakan.Prosedur melibatkan memperkenalkan gas reaktif panas atau plasma ke dalam ruang tindak balas, yang membawa kepada pembentukan produk reaksi yang tidak menentu yang kemudiannya dipindahkan.Relau pengoksidaan membolehkan penyebaran CI, dan sputtering AR dilakukan sebelum pemendapan.Pembersihan plasma melibatkan penukaran gas bukan organik ke dalam zarah aktif plasma, yang berinteraksi dengan molekul permukaan untuk membentuk sisa-sisa fasa gas.

Manfaat cucian kering termasuk rawatan setempat dan tiada cecair sisa sisa.Anisotropi etching membantu dalam menghasilkan corak halus.Walau bagaimanapun, disebabkan oleh tindak balas yang tidak selektif dengan logam permukaan dan keadaan tertentu yang diperlukan untuk volatilisasi logam lengkap, cucian kering sahaja tidak sepenuhnya menggantikan pembersihan basah.Kajian mendedahkan pengurangan yang ketara dalam bahan cemar metal yang menggunakan teknik fasa gas, dilengkapi dengan pembersihan basah dalam amalan.