La neteja en humit (Wet Clean) és un dels passos crítics en els processos de fabricació de semiconductors, destinat a eliminar diversos contaminants de la superfície de l'oblea per garantir que els passos posteriors del procés es puguin realitzar sobre una superfície neta.
A mesura que la mida dels dispositius semiconductors continua reduint-se i els requisits de precisió augmenten, les exigències tècniques dels processos de neteja de les oblies s'han tornat cada cop més estrictes. Fins i tot les partícules més petites, els materials orgànics, els ions metàl·lics o els residus d'òxid a la superfície de l'oblia poden afectar significativament el rendiment del dispositiu, afectant així el rendiment i la fiabilitat dels dispositius semiconductors.
Principis bàsics de la neteja de les oblies
El nucli de la neteja de les oblies rau en l'eliminació eficaç de diversos contaminants de la superfície de l'oblia mitjançant mètodes físics, químics i d'altres per garantir que l'oblia tingui una superfície neta adequada per al processament posterior.
Tipus de contaminació
Principals influències en les característiques del dispositiu
| Contaminació d'articles | Defectes de patró
Defectes d'implantació iònica
Defectes de ruptura de la pel·lícula aïllant
| |
| Contaminació metàl·lica | Metalls alcalins | Inestabilitat del transistor MOS
Ruptura/degradació de la pel·lícula d'òxid de porta
|
| Metalls pesants | Augment del corrent de fuga inversa de la unió PN
Defectes de ruptura de la pel·lícula d'òxid de porta
Degradació de la vida útil dels portadors minoritaris
Generació de defectes de la capa d'excitació d'òxid
| |
| Contaminació química | Material orgànic | Defectes de ruptura de la pel·lícula d'òxid de porta
Variacions de la pel·lícula CVD (temps d'incubació)
Variacions del gruix de la pel·lícula d'òxid tèrmic (oxidació accelerada)
Aparició de boira (oblia, lent, mirall, màscara, retícula)
|
| Dopants inorgànics (B, P) | Transistor MOS Vth canvia
Variacions de resistència del substrat de Si i de les làmines de polisilici d'alta resistència
| |
| Bases inorgàniques (amines, amoníac) i àcids (SOx) | Degradació de la resolució de les resistències amplificades químicament
Ocurrència de contaminació per partícules i boira a causa de la generació de sal
| |
| Pel·lícules d'òxid natives i químiques a causa de la humitat i l'aire | Augment de la resistència al contacte
Ruptura/degradació de la pel·lícula d'òxid de porta
| |
Concretament, els objectius del procés de neteja de les oblies inclouen:
Eliminació de partícules: Ús de mètodes físics o químics per eliminar petites partícules adherides a la superfície de la oblia. Les partícules més petites són més difícils d'eliminar a causa de les fortes forces electrostàtiques entre elles i la superfície de l'oblia, i requereixen un tractament especial.
Eliminació de material orgànic: Els contaminants orgànics com ara el greix i els residus de fotoresistència poden adherir-se a la superfície de la làmina. Aquests contaminants s'eliminen normalment mitjançant agents oxidants forts o dissolvents.
Eliminació d'ions metàl·lics: Els residus d'ions metàl·lics a la superfície de l'oblea poden degradar el rendiment elèctric i fins i tot afectar els passos de processament posteriors. Per tant, s'utilitzen solucions químiques específiques per eliminar aquests ions.
Eliminació d'òxid: Alguns processos requereixen que la superfície de la làmina estigui lliure de capes d'òxid, com ara l'òxid de silici. En aquests casos, cal eliminar les capes d'òxid naturals durant certs passos de neteja.
El repte de la tecnologia de neteja d'oblies rau en l'eliminació eficient dels contaminants sense afectar negativament la superfície de l'oblia, com ara la prevenció de l'aspror de la superfície, la corrosió o altres danys físics.
2. Flux del procés de neteja de les oblies
El procés de neteja de les oblies normalment implica diversos passos per garantir l'eliminació completa dels contaminants i aconseguir una superfície completament neta.
Figura: Comparació entre la neteja per lots i la neteja amb una sola oblia
Un procés típic de neteja de galeta inclou els passos principals següents:
1. Neteja prèvia (Pre-Neteja)
L'objectiu de la neteja prèvia és eliminar els contaminants solts i les partícules grans de la superfície de l'oblia, cosa que normalment s'aconsegueix mitjançant un esbandit amb aigua desionitzada (aigua DI) i una neteja per ultrasons. L'aigua desionitzada pot eliminar inicialment les partícules i les impureses dissoltes de la superfície de l'oblia, mentre que la neteja per ultrasons utilitza efectes de cavitació per trencar l'enllaç entre les partícules i la superfície de l'oblia, fent-les més fàcils de desprendre's.
2. Neteja química
La neteja química és un dels passos principals en el procés de neteja de les oblies, utilitzant solucions químiques per eliminar materials orgànics, ions metàl·lics i òxids de la superfície de l'oblia.
Eliminació de material orgànic: Normalment, s'utilitza acetona o una barreja d'amoníac i peròxid (SC-1) per dissoldre i oxidar contaminants orgànics. La proporció típica per a la solució SC-1 és NH₄OH.
₂O₂
₂O = 1:1:5, amb una temperatura de treball d'uns 20 °C.
Eliminació d'ions metàl·lics: L'àcid nítric o les mescles d'àcid clorhídric i peròxid (SC-2) s'utilitzen per eliminar ions metàl·lics de la superfície de la làmina. La proporció típica per a la solució SC-2 és HCl.
₂O₂
₂O = 1:1:6, amb la temperatura mantinguda a aproximadament 80 °C.
Eliminació d'òxid: En alguns processos, cal eliminar la capa d'òxid nativa de la superfície de la oblia, per a la qual cosa s'utilitza una solució d'àcid fluorhídric (HF). La proporció típica per a la solució HF és HF
₂O = 1:50, i es pot utilitzar a temperatura ambient.
3. Neteja final
Després de la neteja química, les oblies solen passar per un pas de neteja final per garantir que no quedin residus químics a la superfície. La neteja final utilitza principalment aigua desionitzada per a un esbandit complet. A més, la neteja amb aigua amb ozó (O₃/H₂O) s'utilitza per eliminar encara més els contaminants restants de la superfície de l'oblia.
4. Assecat
Les oblies netejades s'han d'assecar ràpidament per evitar marques d'aigua o la readhesió de contaminants. Els mètodes d'assecat habituals inclouen l'assecat per centrifugació i la purga amb nitrogen. El primer elimina la humitat de la superfície de l'oblia girant-la a altes velocitats, mentre que el segon garanteix un assecat complet bufant gas nitrogen sec a través de la superfície de l'oblia.
Contaminant
Nom del procediment de neteja
Descripció de la barreja química
productes químics
| Partícules | Piranha (SPM) | Àcid sulfúric/peròxid d'hidrogen/aigua desionitzada | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90 °C |
| SC-1 (APM) | Hidròxid d'amoni/peròxid d'hidrogen/aigua desionitzada | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80 °C | |
| Metalls (no coure) | SC-2 (HPM) | Àcid clorhídric/peròxid d'hidrogen/aigua desionitzada | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85 °C |
| Piranha (SPM) | Àcid sulfúric/peròxid d'hidrogen/aigua desionitzada | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90 °C | |
| DHF | Àcid fluorhídric diluït/aigua desionitzada (no eliminarà el coure) | HF/H2O1:50 | |
| orgànics | Piranha (SPM) | Àcid sulfúric/peròxid d'hidrogen/aigua desionitzada | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90 °C |
| SC-1 (APM) | Hidròxid d'amoni/peròxid d'hidrogen/aigua desionitzada | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80 °C | |
| DIO3 | Ozó en aigua desionitzada | Mescles optimitzades per a O3/H2O | |
| Òxid natiu | DHF | Àcid fluorhídric diluït/aigua desionitzada | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Àcid fluorhídric tamponat | NH4F/HF/H2O |
3. Mètodes habituals de neteja de galeta
1. Mètode de neteja RCA
El mètode de neteja RCA és una de les tècniques de neteja d'oblies més clàssiques de la indústria dels semiconductors, desenvolupada per RCA Corporation fa més de 40 anys. Aquest mètode s'utilitza principalment per eliminar contaminants orgànics i impureses d'ions metàl·lics i es pot completar en dos passos: SC-1 (Neteja estàndard 1) i SC-2 (Neteja estàndard 2).
Neteja SC-1: Aquest pas s'utilitza principalment per eliminar contaminants i partícules orgàniques. La solució és una barreja d'amoníac, peròxid d'hidrogen i aigua, que forma una fina capa d'òxid de silici a la superfície de la làmina.
Neteja SC-2: Aquest pas s'utilitza principalment per eliminar contaminants d'ions metàl·lics, utilitzant una barreja d'àcid clorhídric, peròxid d'hidrogen i aigua. Deixa una fina capa de passivació a la superfície de la làmina per evitar la recontaminació.
2. Mètode de neteja de piranyes (Piranha Etch Clean)
El mètode de neteja Piranha és una tècnica altament eficaç per eliminar materials orgànics, utilitzant una barreja d'àcid sulfúric i peròxid d'hidrogen, normalment en una proporció de 3:1 o 4:1. A causa de les propietats oxidatives extremadament fortes d'aquesta solució, pot eliminar una gran quantitat de matèria orgànica i contaminants persistents. Aquest mètode requereix un control estricte de les condicions, especialment pel que fa a la temperatura i la concentració, per evitar danys a l'oblia.
La neteja ultrasònica utilitza l'efecte de cavitació generat per les ones sonores d'alta freqüència en un líquid per eliminar contaminants de la superfície de la oblia. En comparació amb la neteja ultrasònica tradicional, la neteja megasònica funciona a una freqüència més alta, cosa que permet una eliminació més eficient de partícules de mida submicrònica sense causar danys a la superfície de l'oblia.
4. Neteja amb ozó
La tecnologia de neteja amb ozó utilitza les fortes propietats oxidants de l'ozó per descompondre i eliminar contaminants orgànics de la superfície de les oblies, convertint-los finalment en diòxid de carboni i aigua inofensius. Aquest mètode no requereix l'ús de reactius químics cars i causa menys contaminació ambiental, convertint-lo en una tecnologia emergent en el camp de la neteja d'oblies.
4. Equipament de procés de neteja de galetes
Per garantir l'eficiència i la seguretat dels processos de neteja de les oblies, s'utilitza una varietat d'equips de neteja avançats en la fabricació de semiconductors. Els principals tipus inclouen:
1. Equip de neteja en humit
Els equips de neteja en humit inclouen diversos tancs d'immersió, tancs de neteja per ultrasons i assecadors centrifugadors. Aquests dispositius combinen forces mecàniques i reactius químics per eliminar contaminants de la superfície de la oblia. Els tancs d'immersió solen estar equipats amb sistemes de control de temperatura per garantir l'estabilitat i l'eficàcia de les solucions químiques.
2. Equipament de neteja en sec
Els equips de neteja en sec inclouen principalment netejadors de plasma, que utilitzen partícules d'alta energia del plasma per reaccionar amb la superfície de l'oblea i eliminar-ne els residus. La neteja per plasma és especialment adequada per a processos que requereixen mantenir la integritat de la superfície sense introduir residus químics.
3. Sistemes de neteja automatitzats
Amb l'expansió contínua de la producció de semiconductors, els sistemes de neteja automatitzats s'han convertit en l'opció preferida per a la neteja de làmines a gran escala. Aquests sistemes sovint inclouen mecanismes de transferència automatitzats, sistemes de neteja de diversos tancs i sistemes de control de precisió per garantir resultats de neteja consistents per a cada làmina.
5. Tendències futures
A mesura que els dispositius semiconductors continuen disminuint, la tecnologia de neteja de les oblies està evolucionant cap a solucions més eficients i respectuoses amb el medi ambient. Les futures tecnologies de neteja se centraran en:
Eliminació de partícules subnanomètriques: Les tecnologies de neteja existents poden gestionar partícules a escala nanomètrica, però amb la reducció addicional de la mida del dispositiu, l'eliminació de partícules subnanomètriques es convertirà en un nou repte.
Neteja verda i respectuosa amb el medi ambient: Reduir l'ús de productes químics nocius per al medi ambient i desenvolupar mètodes de neteja més respectuosos amb el medi ambient, com ara la neteja amb ozó i la neteja megasònica, serà cada cop més important.
Nivells més alts d'automatització i intel·ligència: els sistemes intel·ligents permetran la supervisió i l'ajust en temps real de diversos paràmetres durant el procés de neteja, millorant encara més l'eficàcia de la neteja i l'eficiència de la producció.
La tecnologia de neteja de les oblies, com a pas crític en la fabricació de semiconductors, juga un paper vital per garantir superfícies netes per a processos posteriors. La combinació de diversos mètodes de neteja elimina eficaçment els contaminants, proporcionant una superfície de substrat neta per als passos següents. A mesura que la tecnologia avança, els processos de neteja continuaran optimitzant-se per satisfer les demandes d'una major precisió i taxes de defectes més baixes en la fabricació de semiconductors.
Data de publicació: 08-10-2024