Tecnologia de neteja de làmines en la fabricació de semiconductors

Tecnologia de neteja de làmines en la fabricació de semiconductors

La neteja de les oblies és un pas crític en tot el procés de fabricació de semiconductors i un dels factors clau que afecta directament el rendiment del dispositiu i el rendiment de la producció. Durant la fabricació de xips, fins i tot la més mínima contaminació pot degradar les característiques del dispositiu o causar una fallada completa. Com a resultat, els processos de neteja s'apliquen abans i després de gairebé tots els passos de fabricació per eliminar els contaminants de la superfície i garantir la neteja de les oblies. La neteja també és l'operació més freqüent en la producció de semiconductors, i representa aproximadament30% de tots els passos del procés.

Amb l'escalat continu de la integració a molt gran escala (VLSI), els nodes de procés han avançat fins a28 nm, 14 nm i més enllà, cosa que impulsa una major densitat de dispositius, amplades de línia més estretes i fluxos de procés cada cop més complexos. Els nodes avançats són significativament més sensibles a la contaminació, mentre que les mides de les característiques més petites dificulten la neteja. En conseqüència, el nombre de passos de neteja continua augmentant i la neteja s'ha tornat més complexa, més crítica i més difícil. Per exemple, un xip de 90 nm normalment requereix aproximadament90 passos de neteja, mentre que un xip de 20 nm requereix al voltant215 passos de netejaA mesura que la fabricació progressa cap a 14 nm, 10 nm i nodes més petits, el nombre d'operacions de neteja continuarà augmentant.

En essència,La neteja de les oblies fa referència als processos que utilitzen tractaments químics, gasos o mètodes físics per eliminar impureses de la superfície de l'oblia.Els contaminants com ara partícules, metalls, residus orgànics i òxids nadius poden afectar negativament el rendiment, la fiabilitat i el rendiment del dispositiu. La neteja serveix com a "pont" entre passos de fabricació consecutius, per exemple, abans de la deposició i la litografia, o després del gravat, el CMP (poliment químic-mecànic) i la implantació d'ions. En termes generals, la neteja de les oblies es pot dividir enneteja en humitineteja en sec.

Neteja humida

La neteja humida utilitza dissolvents químics o aigua desionitzada (DIW) per netejar les oblies. S'apliquen dos mètodes principals:

• Mètode d'immersió: les oblies es submergeixen en tancs plens de dissolvents o DIW. Aquest és el mètode més utilitzat, especialment per a nodes tecnològics madurs.

• Mètode de polvorització: es ruixen dissolvents o DIW sobre oblies rotatives per eliminar impureses. Mentre que la immersió permet el processament per lots de múltiples oblies, la neteja per polvorització només gestiona una oblia per cambra però proporciona un millor control, cosa que la fa cada cop més comuna en nodes avançats.

Bugaderia en sec

Com el seu nom indica, la neteja en sec evita els dissolvents o els residus dissolts, i en comptes d'això utilitza gasos o plasma per eliminar contaminants. Amb l'impuls cap a nodes avançats, la neteja en sec està guanyant importància a causa de la seva...alta precisiói eficàcia contra compostos orgànics, nitrids i òxids. Tanmateix, requereixmajor inversió en equips, operació més complexa i control de processos més estricteUn altre avantatge és que la neteja en sec redueix els grans volums d'aigües residuals generats pels mètodes humits.

Tècniques comunes de neteja en humit

1. Neteja amb aigua desionitzada (DIW)

L'aigua dissolta (DIW) és l'agent de neteja més utilitzat en la neteja en humit. A diferència de l'aigua no tractada, l'DIW gairebé no conté ions conductors, cosa que evita la corrosió, les reaccions electroquímiques o la degradació dels dispositius. L'DIW s'utilitza principalment de dues maneres:

1. Neteja directa de la superfície de les oblies– Normalment es realitza en mode d'oblia única amb corrons, raspalls o broquets de polvorització durant la rotació de l'oblia. Un repte és l'acumulació de càrrega electrostàtica, que pot induir defectes. Per mitigar-ho, es dissol CO₂ (i de vegades NH₃) en DIW per millorar la conductivitat sense contaminar l'oblia.

2. Esbandida després de la neteja química– La DIW elimina les solucions de neteja residuals que, si no, podrien corroir l'oblea o degradar el rendiment del dispositiu si es deixen a la superfície.

2. Neteja amb HF (àcid fluorhídric)

L'HF és el producte químic més eficaç per eliminarcapes d'òxid natives (SiO₂)en oblies de silici i només és el segon en importància després de la DIW. També dissol els metalls adherits i suprimeix la reoxidació. Tanmateix, el gravat HF ​​pot fer rugoses les superfícies de les oblies i atacar indesitjablement certs metalls. Per solucionar aquests problemes, els mètodes millorats dilueixen HF, afegeixen oxidants, tensioactius o agents complexants per millorar la selectivitat i reduir la contaminació.

3. Neteja SC1 (Neteja estàndard 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 és un mètode rendible i altament eficient per eliminarresidus orgànics, partícules i alguns metallsEl mecanisme combina l'acció oxidant de l'H₂O₂ i l'efecte dissolvent de l'NH₄OH. També repel·leix les partícules mitjançant forces electrostàtiques, i l'assistència ultrasònica/megasònica millora encara més l'eficiència. Tanmateix, l'SC1 pot fer rugoses les superfícies de les oblies, cosa que requereix una optimització acurada de les relacions químiques, el control de la tensió superficial (mitjançant tensioactius) i agents quelants per suprimir la redeposició del metall.

4. Neteja SC2 (Neteja estàndard 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 complementa SC1 eliminantcontaminants metàl·licsLa seva forta capacitat de complexació converteix els metalls oxidats en sals o complexos solubles, que s'esbandeixen. Mentre que l'SC1 és eficaç per a compostos orgànics i partícules, l'SC2 és particularment valuós per prevenir l'adsorció de metalls i garantir una baixa contaminació metàl·lica.

5. Neteja amb O₃ (ozó)

La neteja amb ozó s'utilitza principalment per aeliminació de matèria orgànicaidesinfecció de DIWL'O₃ actua com un oxidant fort, però pot causar una redeposició, per la qual cosa sovint es combina amb HF. L'optimització de la temperatura és crítica, ja que la solubilitat de l'O₃ en aigua disminueix a temperatures més altes. A diferència dels desinfectants a base de clor (inacceptables en fabriques de semiconductors), l'O₃ es descompon en oxigen sense contaminar els sistemes de DIW.

6. Neteja amb dissolvents orgànics

En certs processos especialitzats, s'utilitzen dissolvents orgànics quan els mètodes de neteja estàndard són insuficients o inadequats (per exemple, quan cal evitar la formació d'òxid).

Conclusió

La neteja de les oblies és lapas més repetiten la fabricació de semiconductors i afecta directament el rendiment i la fiabilitat del dispositiu. Amb el moviment cap aoblies més grans i geometries de dispositiu més petites, els requisits per a la neteja de la superfície de les oblies, l'estat químic, la rugositat i el gruix de l'òxid són cada cop més estrictes.

Aquest article va revisar les tecnologies de neteja de làmines tant madures com avançades, incloent-hi els mètodes DIW, HF, SC1, SC2, O₃ i de dissolvents orgànics, juntament amb els seus mecanismes, avantatges i limitacions. D'ambduesperspectives econòmiques i ambientals, les millores contínues en la tecnologia de neteja de les oblies són essencials per satisfer les demandes de la fabricació de semiconductors avançats.