La neteja humida (Wet Clean) és un dels passos crítics en els processos de fabricació de semiconductors, amb l'objectiu d'eliminar diversos contaminants de la superfície de l'hòstia 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 augmenten els requisits de precisió, les exigències tècniques dels processos de neteja d'hòsties 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'hòstia poden afectar significativament el rendiment del dispositiu, afectant així el rendiment i la fiabilitat dels dispositius semiconductors.
Principis bàsics de la neteja de les hòsties
El nucli de la neteja de les hòsties rau en l'eliminació eficaç de diversos contaminants de la superfície de l'hòstia mitjançant mètodes físics, químics i altres per garantir que l'hòstia tingui una superfície neta adequada per al processament posterior.
Tipus de contaminació
Principals influències en les característiques del dispositiu
| article Contaminació | Defectes de patró
Defectes d'implantació iònica
Defectes de ruptura de pel·lícula aïllant
| |
| Contaminació metàl·lica | Metalls alcalins | Inestabilitat del transistor MOS
Avaria/degradació de la pel·lícula d'òxid de la porta
|
| Metalls pesants | Augment del corrent de fuga inversa de la unió PN
Defectes de ruptura de la pel·lícula d'òxid de la porta
Degradació de la vida útil del portador minoritari
Generació de defectes de la capa d'excitació d'òxids
| |
| Contaminació química | Material orgànic | Defectes de ruptura de la pel·lícula d'òxid de la porta
Variacions de pel·lícules CVD (temps d'incubació)
Variacions de gruix de pel·lícula d'òxid tèrmic (oxidació accelerada)
Ocurrència de boira (hòstia, lent, mirall, màscara, retícula)
|
| Dopants inorgànics (B, P) | Transistor MOS Vth desplaçaments
Substrat Si i variacions de resistència a la làmina de polisilici d'alta resistència
| |
| Bases inorgàniques (amines, amoníac) i àcids (SOx) | Degradació de la resolució de resists amplificats químicament
Ocurrència de contaminació per partícules i boira per generació de sal
| |
| Pel·lícules d'òxid nadiu i químic a causa de la humitat, l'aire | Augment de la resistència de contacte
Avaria/degradació de la pel·lícula d'òxid de la porta
| |
Concretament, els objectius del procés de neteja de les hòsties inclouen:
Eliminació de partícules: utilitzant mètodes físics o químics per eliminar petites partícules adherides a la superfície de l'hòstia. Les partícules més petites són més difícils d'eliminar a causa de les fortes forces electrostàtiques entre elles i la superfície de l'hòstia, que requereixen un tractament especial.
Eliminació de material orgànic: els contaminants orgànics com ara els residus de greix i fotoresists poden adherir-se a la superfície de l'hòstia. Aquests contaminants s'eliminen normalment amb agents oxidants forts o dissolvents.
Eliminació d'ions metàl·lics: els residus d'ions metàl·lics a la superfície de l'hòstia 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'òxids: alguns processos requereixen que la superfície de la hòstia estigui lliure de capes d'òxid, com ara l'òxid de silici. En aquests casos, s'han d'eliminar les capes d'òxid natural durant determinades etapes de neteja.
El repte de la tecnologia de neteja de les hòsties rau a eliminar de manera eficient els contaminants sense afectar negativament la superfície de les hòsties, com ara prevenir la rugositat de la superfície, la corrosió o altres danys físics.
2. Flux del procés de neteja de les hòsties
El procés de neteja de les hòsties normalment implica múltiples passos per assegurar l'eliminació completa dels contaminants i aconseguir una superfície completament neta.
Figura: Comparació entre la neteja de tipus lot i la neteja d'una sola hòstia
Un procés típic de neteja d'hòsties inclou els següents passos principals:
1. Neteja prèvia (neteja prèvia)
El propòsit de la neteja prèvia és eliminar els contaminants solts i les partícules grans de la superfície de l'hòstia, que normalment s'aconsegueix mitjançant l'esbandida d'aigua desionitzada (aigua DI) i la neteja per ultrasons. L'aigua desionitzada pot eliminar inicialment partícules i impureses dissoltes de la superfície de l'hòstia, mentre que la neteja d'ultrasons utilitza efectes de cavitació per trencar l'enllaç entre les partícules i la superfície de l'hòstia, fent-les més fàcils de desallotjar.
2. Neteja química
La neteja química és un dels passos bàsics del procés de neteja de les hòsties, utilitzant solucions químiques per eliminar materials orgànics, ions metàl·lics i òxids de la superfície de les hòsties.
Eliminació de material orgànic: normalment s'utilitza acetona o una barreja d'amoníac/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: s'utilitzen mescles d'àcid nítric o àcid clorhídric/peròxid (SC-2) per eliminar ions metàl·lics de la superfície de l'hòstia. La proporció típica per a la solució SC-2 és HCl
₂O₂
₂O = 1:1:6, mantenint la temperatura a uns 80 °C.
Eliminació d'òxids: en alguns processos, es requereix l'eliminació de la capa d'òxid nativa de la superfície de l'hòstia, per a la qual s'utilitza una solució d'àcid fluorhídric (HF). La relació típica per a la solució d'HF és HF
₂O = 1:50, i es pot utilitzar a temperatura ambient.
3. Neteja final
Després de la neteja química, les hòsties solen sotmetre's a 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 a fons. A més, s'utilitza la neteja d'aigua amb ozó (O₃/H₂O) per eliminar encara més els contaminants restants de la superfície de l'hòstia.
4. Assecat
Les hòsties netejades s'han d'assecar ràpidament per evitar filigranes o la tornada a fixar contaminants. Els mètodes d'assecat habituals inclouen l'assecat per centrifugació i la purga de nitrogen. El primer elimina la humitat de la superfície de l'hòstia girant a altes velocitats, mentre que el segon assegura un assecat complet bufant gas nitrogenat sec a través de la superfície de l'hòstia.
Contaminant
Nom del procediment de neteja
Descripció de la mescla química
Productes químics
| Partícules | Piranya (SPM) | Àcid sulfúric/peròxid d'hidrogen/aigua DI | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Hidròxid d'amoni/peròxid d'hidrogen/aigua DI | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Metalls (no coure) | SC-2 (HPM) | Àcid clorhídric/peròxid d'hidrogen/aigua DI | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Piranya (SPM) | Àcid sulfúric/peròxid d'hidrogen/aigua DI | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Àcid fluorhídric diluït/aigua DI (no eliminarà el coure) | HF/H2O1:50 | |
| Orgànics | Piranya (SPM) | Àcid sulfúric/peròxid d'hidrogen/aigua DI | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Hidròxid d'amoni/peròxid d'hidrogen/aigua DI | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozó en aigua desionitzada | Mescles O3/H2O optimitzades | |
| Òxid natiu | DHF | Diluir àcid fluorhídric/aigua DI | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Àcid fluorhídric tamponat | NH4F/HF/H2O |
3. Mètodes comuns de neteja d'hòsties
1. Mètode de neteja RCA
El mètode de neteja RCA és una de les tècniques de neteja d'hòsties 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 (Standard Clean 1) i SC-2 (Standard Clean 2).
Neteja SC-1: aquest pas s'utilitza principalment per eliminar partícules i contaminants orgànics. 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 l'hòstia.
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 l'hòstia per evitar la recontaminació.
2. Mètode de neteja de Piranha (Piranha Etch Clean)
El mètode de neteja Piranha és una tècnica molt 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 obstinats. Aquest mètode requereix un estricte control de les condicions, especialment en termes de temperatura i concentració, per evitar danyar l'hòstia.
La neteja per ultrasons utilitza l'efecte de cavitació generat per ones sonores d'alta freqüència en un líquid per eliminar els contaminants de la superfície de l'hòstia. En comparació amb la neteja d'ultrasons tradicional, la neteja megasònica funciona a una freqüència més alta, permetent una eliminació més eficient de partícules de mida inferior a un micròmetre sense causar danys a la superfície de l'hòstia.
4. Neteja amb ozó
La tecnologia de neteja d'ozó utilitza les fortes propietats oxidants de l'ozó per descompondre i eliminar els contaminants orgànics de la superfície de les hòsties, convertint-los finalment en diòxid de carboni i aigua inofensius. Aquest mètode no requereix l'ús de reactius químics cars i provoca menys contaminació ambiental, la qual cosa la converteix en una tecnologia emergent en el camp de la neteja d'hòsties.
4. Equips de procés de neteja d'hòsties
Per garantir l'eficiència i la seguretat dels processos de neteja d'hòsties, s'utilitzen diversos equips de neteja avançats en la fabricació de semiconductors. Els principals tipus inclouen:
1. Equip de neteja humida
L'equip de neteja humida inclou diversos dipòsits d'immersió, tancs de neteja per ultrasons i assecadors de centrifugació. Aquests dispositius combinen forces mecàniques i reactius químics per eliminar els contaminants de la superfície de l'hòstia. Els dipòsits d'immersió solen estar equipats amb sistemes de control de temperatura per garantir l'estabilitat i l'eficàcia de les solucions químiques.
2. Equips de neteja en sec
Els equips de neteja en sec inclouen principalment netejadors de plasma, que utilitzen partícules d'alta energia al plasma per reaccionar i eliminar els residus de la superfície de l'hòstia. La neteja de 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 d'hòsties a gran escala. Aquests sistemes solen incloure mecanismes de transferència automatitzats, sistemes de neteja multitanc i sistemes de control de precisió per garantir resultats de neteja consistents per a cada hòstia.
5. Tendències futures
A mesura que els dispositius semiconductors continuen reduint-se, la tecnologia de neteja d'hòsties 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 de la mida del dispositiu, eliminar les partícules subnanomètriques es convertirà en un nou repte.
Neteja ecològica i ecològica: cada cop serà més important reduir l'ús de productes químics nocius per al medi ambient i desenvolupar mètodes de neteja més ecològics, com ara la neteja amb ozó i la neteja megasònica.
Nivells més alts d'automatització i intel·ligència: els sistemes intel·ligents permetran el seguiment 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 hòsties, com a pas crític en la fabricació de semiconductors, té un paper vital per garantir la neteja de les superfícies de les hòsties per als processos posteriors. La combinació de diversos mètodes de neteja elimina eficaçment els contaminants, proporcionant una superfície de substrat neta per als propers passos. A mesura que avança la tecnologia, els processos de neteja es continuaran optimitzant per satisfer les demandes de major precisió i menors taxes de defectes en la fabricació de semiconductors.
Hora de publicació: Oct-08-2024