Šlapias valymas (angl. Wet Clean) yra vienas iš svarbiausių puslaidininkių gamybos procesų etapų, kuriuo siekiama pašalinti įvairius teršalus nuo plokštelės paviršiaus, kad vėlesni proceso etapai būtų atliekami ant švaraus paviršiaus.
Kadangi puslaidininkinių įtaisų dydis ir tikslumo reikalavimai toliau mažėja, techniniai plokštelių valymo procesų reikalavimai tampa vis griežtesni. Net mažiausios dalelės, organinės medžiagos, metalo jonai ar oksido likučiai ant plokštelės paviršiaus gali smarkiai paveikti įtaiso veikimą, o tai turi įtakos puslaidininkinių įtaisų našumui ir patikimumui.
Pagrindiniai vaflių valymo principai
Plokštelių valymo esmė – efektyviai pašalinti įvairius teršalus nuo plokštelių paviršiaus fiziniais, cheminiais ir kitais metodais, siekiant užtikrinti, kad plokštelės paviršius būtų švarus ir tinkamas tolesniam apdorojimui.
Užterštumo tipas
Pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką įrenginio charakteristikoms
| straipsnio užterštumas | Rašto defektai
Jonų implantacijos defektai
Izoliacinės plėvelės gedimo defektai
| |
| Metalinis užterštumas | Šarminiai metalai | MOS tranzistoriaus nestabilumas
Vartų oksido plėvelės skaidymas / degradacija
|
| Sunkieji metalai | Padidėjusi PN sandūros atvirkštinio nuotėkio srovė
Vartų oksido plėvelės skilimo defektai
Mažumos nešėjų gyvavimo trukmės pablogėjimas
Oksido sužadinimo sluoksnio defektų susidarymas
| |
| Cheminis užterštumas | Organinė medžiaga | Vartų oksido plėvelės skilimo defektai
CVD plėvelės variacijos (inkubacijos laikas)
Terminio oksido plėvelės storio pokyčiai (pagreitinta oksidacija)
Miglos atsiradimas (plokštelė, lęšis, veidrodis, kaukė, tinklelis)
|
| Neorganiniai priemaišos (B, P) | MOS tranzistoriaus V poslinkiai
Si substrato ir didelio atsparumo polikristalinio silicio lakštų varžos variacijos
| |
| Neorganinės bazės (aminai, amoniakas) ir rūgštys (SOx) | Chemiškai amplifikuotų rezistų skiriamosios gebos pablogėjimas
Dalelių užterštumas ir drumstumas dėl druskos susidarymo
| |
| Natūralios ir cheminės oksido plėvelės dėl drėgmės, oro | Padidėjęs kontaktinis pasipriešinimas
Vartų oksido plėvelės skaidymas / degradacija
| |
Konkrečiai, plokštelių valymo proceso tikslai apima:
Dalelių šalinimas: fizinių arba cheminių metodų naudojimas mažoms dalelėms, prilipusioms prie plokštelės paviršiaus, pašalinti. Mažesnes daleles sunkiau pašalinti dėl stiprių elektrostatinių jėgų tarp jų ir plokštelės paviršiaus, todėl joms reikalingas specialus apdorojimas.
Organinių medžiagų šalinimas: Ant plokštelės paviršiaus gali prilipti organinių teršalų, tokių kaip riebalai ir fotorezisto likučiai. Šie teršalai paprastai pašalinami naudojant stiprius oksidatorius arba tirpiklius.
Metalo jonų šalinimas: metalo jonų likučiai ant plokštelės paviršiaus gali pabloginti elektrinį veikimą ir netgi paveikti vėlesnius apdorojimo etapus. Todėl šiems jonams pašalinti naudojami specialūs cheminiai tirpalai.
Oksidų šalinimas: Kai kuriems procesams reikia, kad plokštelės paviršius būtų be oksidų sluoksnių, tokių kaip silicio oksidas. Tokiais atvejais natūralius oksidų sluoksnius reikia pašalinti tam tikrų valymo etapų metu.
Plokštelių valymo technologijos iššūkis yra efektyviai pašalinti teršalus neigiamai nepaveikiant plokštelės paviršiaus, pavyzdžiui, neužsikimšant, nerūdijant, nerūdijant ar kitaip nepažeidžiant plokštelės paviršiaus.
2. Vaflių valymo proceso srautas
Plokštelių valymo procesas paprastai apima kelis etapus, siekiant visiškai pašalinti teršalus ir pasiekti visiškai švarų paviršių.
Paveikslėlis: Valymo partijomis ir vieno vaflio metodu palyginimas
Įprastas plokštelių valymo procesas apima šiuos pagrindinius veiksmus:
1. Išankstinis valymas (išankstinis valymas)
Išankstinio valymo tikslas – pašalinti nuo plokštelės paviršiaus palaidus teršalus ir dideles daleles, o tai paprastai atliekama skalaujant dejonizuotu vandeniu (DI vandeniu) ir valant ultragarsu. Dejonizuotas vanduo iš pradžių gali pašalinti daleles ir ištirpusias priemaišas nuo plokštelės paviršiaus, o ultragarsinis valymas naudoja kavitacijos efektus, kad nutrauktų ryšį tarp dalelių ir plokštelės paviršiaus, todėl jas lengviau pašalinti.
2. Cheminis valymas
Cheminis valymas yra vienas iš pagrindinių plokštelių valymo proceso etapų, kurio metu cheminiai tirpalai pašalina organines medžiagas, metalo jonus ir oksidus nuo plokštelių paviršiaus.
Organinių medžiagų šalinimas: Paprastai organiniams teršalams ištirpinti ir oksiduoti naudojamas acetonas arba amoniako ir peroksido mišinys (SC-1). Tipinis SC-1 tirpalo santykis yra NH₄OH.
₂O₂
₂O = 1:1:5, o darbinė temperatūra – apie 20 °C.
Metalo jonų šalinimas: metalo jonams nuo plokštelės paviršiaus pašalinti naudojami azoto rūgšties arba druskos rūgšties ir peroksido mišiniai (SC-2). Tipinis SC-2 tirpalo santykis yra HCl.
₂O₂
₂O = 1:1:6, palaikant maždaug 80 °C temperatūrą.
Oksido pašalinimas: Kai kuriuose procesuose reikia pašalinti natūralų oksido sluoksnį nuo plokštelės paviršiaus, tam naudojamas vandenilio fluorido rūgšties (HF) tirpalas. Tipinis HF tirpalo santykis yra HF
₂O = 1:50, ir jį galima naudoti kambario temperatūroje.
3. Galutinis valymas
Po cheminio valymo plokštelės paprastai atlieka galutinį valymą, siekiant užtikrinti, kad ant paviršiaus neliktų cheminių medžiagų likučių. Galutiniam valymui daugiausia naudojamas dejonizuotas vanduo, skirtas kruopščiam nuplovimui. Be to, likusiems teršalams nuo plokštelės paviršiaus pašalinti naudojamas valymas ozonu vandeniu (O₃/H₂O).
4. Džiovinimas
Išvalytas plokšteles reikia greitai išdžiovinti, kad neatsirastų vandens žymių arba pakartotinai nepriliptų teršalai. Įprasti džiovinimo metodai yra centrifuginis džiovinimas ir azoto prapūtimas. Pirmasis metodas pašalina drėgmę nuo plokštelės paviršiaus sukdamas dideliu greičiu, o antrasis užtikrina visišką džiovinimą pūsdamas sausas azoto dujas per plokštelės paviršių.
Teršalas
Valymo procedūros pavadinimas
Cheminio mišinio aprašymas
Cheminės medžiagos
| Dalelės | Piranha (SPM) | Sieros rūgštis / vandenilio peroksidas / dejonizuotas vanduo | H₂SO₄/H₂O₂/H₂O 3–4:1; 90 °C |
| SC-1 (APM) | Amonio hidroksidas / vandenilio peroksidas / dejonizuotas vanduo | NH₂OH/H₂O₂/H₂O 1:4:20; 80 °C | |
| Metalai (ne varis) | SC-2 (HPM) | Druskos rūgštis / vandenilio peroksidas / dejonizuotas vanduo | HCl/H₂O₂/H₂O1:1:6; 85 °C |
| Piranha (SPM) | Sieros rūgštis / vandenilio peroksidas / dejonizuotas vanduo | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Praskiesta vandenilio fluorido rūgštis / dejonizuotas vanduo (vario nepašalins) | HF/H2O1:50 | |
| Organinė medžiaga | Piranha (SPM) | Sieros rūgštis / vandenilio peroksidas / dejonizuotas vanduo | H₂SO₄/H₂O₂/H₂O 3–4:1; 90 °C |
| SC-1 (APM) | Amonio hidroksidas / vandenilio peroksidas / dejonizuotas vanduo | NH₂OH/H₂O₂/H₂O 1:4:20; 80 °C | |
| DIO3 | Ozonas dejonizuotame vandenyje | O3/H2O optimizuoti mišiniai | |
| Natūralus oksidas | DHF | Praskiesta vandenilio fluorido rūgštis / dejonizuotas vanduo | HF/H₂O 1:100 |
| BHF | Buferinė vandenilio fluorido rūgštis | NH₂F/HF/H₂O |
3. Įprasti vaflių valymo metodai
1. RCA valymo metodas
RCA valymo metodas yra vienas iš klasikinių puslaidininkių pramonėje naudojamų plokštelių valymo būdų, kurį RCA korporacija sukūrė daugiau nei prieš 40 metų. Šis metodas daugiausia naudojamas organiniams teršalams ir metalo jonų priemaišoms pašalinti ir gali būti atliekamas dviem etapais: SC-1 (standartinis valymas 1) ir SC-2 (standartinis valymas 2).
SC-1 valymas: šis žingsnis daugiausia naudojamas organiniams teršalams ir dalelėms pašalinti. Tirpalas yra amoniako, vandenilio peroksido ir vandens mišinys, kuris ant plokštelės paviršiaus suformuoja ploną silicio oksido sluoksnį.
SC-2 valymas: šis žingsnis pirmiausia naudojamas metalo jonų teršalams pašalinti naudojant druskos rūgšties, vandenilio peroksido ir vandens mišinį. Ant plokštelės paviršiaus paliekamas plonas pasyvavimo sluoksnis, kuris apsaugo nuo pakartotinio užteršimo.
2. Piranijos valymo metodas (Piranijos ėsdinimo valymas)
Piranha valymo metodas yra labai efektyvi organinių medžiagų šalinimo technika, naudojant sieros rūgšties ir vandenilio peroksido mišinį, paprastai santykiu 3:1 arba 4:1. Dėl itin stiprių šio tirpalo oksidacinių savybių jis gali pašalinti didelį kiekį organinių medžiagų ir sunkiai įveikiamų teršalų. Šiam metodui reikalinga griežta sąlygų kontrolė, ypač temperatūros ir koncentracijos atžvilgiu, kad būtų išvengta plokštelės pažeidimo.
Ultragarsinis valymas naudoja kavitacijos efektą, kurį sukuria aukšto dažnio garso bangos skystyje, kad pašalintų teršalus nuo plokštelės paviršiaus. Palyginti su tradiciniu ultragarsiniu valymu, megasoninis valymas veikia aukštesniu dažniu, todėl galima efektyviau pašalinti submikrono dydžio daleles nepažeidžiant plokštelės paviršiaus.
4. Valymas ozonu
Ozono valymo technologija panaudoja stiprias ozono oksidacines savybes, kad suskaidytų ir pašalintų organinius teršalus nuo plokštelių paviršiaus, galiausiai paversdama juos nekenksmingu anglies dioksidu ir vandeniu. Šis metodas nereikalauja brangių cheminių reagentų ir mažiau teršia aplinką, todėl tai yra nauja technologija plokštelių valymo srityje.
4. Vaflių valymo proceso įranga
Siekiant užtikrinti plokštelių valymo procesų efektyvumą ir saugą, puslaidininkių gamyboje naudojama įvairi pažangi valymo įranga. Pagrindiniai tipai:
1. Šlapio valymo įranga
Šlapio valymo įranga apima įvairias panardinimo bakus, ultragarsinio valymo bakus ir centrifuginius džiovykles. Šie įrenginiai sujungia mechanines jėgas ir cheminius reagentus, kad pašalintų teršalus nuo plokštelės paviršiaus. Panardinimo bakuose paprastai įrengtos temperatūros kontrolės sistemos, užtikrinančios cheminių tirpalų stabilumą ir efektyvumą.
2. Cheminio valymo įranga
Sauso valymo įranga daugiausia apima plazminius valiklius, kurie naudoja didelės energijos plazmos daleles, kad reaguotų su plokštelės paviršiumi ir pašalintų nuosėdas nuo jo. Plazminis valymas ypač tinka procesams, kuriems reikia išlaikyti paviršiaus vientisumą neįvedant cheminių likučių.
3. Automatinės valymo sistemos
Nuolat plečiantis puslaidininkių gamybai, automatizuotos valymo sistemos tapo pageidaujamu didelio masto plokštelių valymo pasirinkimu. Šios sistemos dažnai apima automatinius perdavimo mechanizmus, daugiabakes valymo sistemas ir tikslaus valdymo sistemas, kad būtų užtikrinti nuoseklūs kiekvienos plokštelės valymo rezultatai.
5. Ateities tendencijos
Puslaidininkiniams prietaisams mažėjant, plokštelių valymo technologijos vystosi link efektyvesnių ir ekologiškesnių sprendimų. Ateities valymo technologijos bus sutelktos į:
Subnanometrinių dalelių šalinimas: Esamos valymo technologijos gali apdoroti nanometrų dydžio daleles, tačiau dar labiau sumažinant įrenginio dydį, subnanometrinių dalelių pašalinimas taps nauju iššūkiu.
Ekologiškas ir ekologiškas valymas: Vis svarbiau bus mažinti aplinkai kenksmingų cheminių medžiagų naudojimą ir kurti ekologiškesnius valymo metodus, tokius kaip valymas ozonu ir megagarsinis valymas.
Aukštesnis automatizavimo ir intelekto lygis: išmaniosios sistemos leis stebėti ir reguliuoti įvairius parametrus valymo proceso metu realiuoju laiku, dar labiau pagerindamos valymo efektyvumą ir gamybos našumą.
Plokštelių valymo technologija, kaip labai svarbus puslaidininkių gamybos etapas, atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį užtikrinant švarius plokštelių paviršius vėlesniems procesams. Įvairių valymo metodų derinys efektyviai pašalina teršalus, užtikrindamas švarų pagrindo paviršių tolesniems etapams. Tobulėjant technologijoms, valymo procesai bus ir toliau optimizuojami, siekiant patenkinti didesnio tikslumo ir mažesnio defektų skaičiaus poreikius puslaidininkių gamyboje.
Įrašo laikas: 2024-10-08