Šlapias valymas (Wet Clean) yra vienas iš svarbiausių puslaidininkių gamybos procesų etapų, kuriuo siekiama pašalinti įvairius teršalus nuo plokštelės paviršiaus, kad būtų galima užtikrinti, kad tolesni proceso etapai būtų atliekami ant švaraus paviršiaus.
Kadangi puslaidininkinių įtaisų dydis ir toliau mažėja, o tikslumo reikalavimai didėja, plokštelių valymo procesų techniniai reikalavimai tampa vis griežtesni. Net mažiausios dalelės, organinės medžiagos, metalo jonai ar oksidų likučiai ant plokštelės paviršiaus gali reikšmingai paveikti įrenginio veikimą ir taip paveikti puslaidininkinių įtaisų našumą ir patikimumą.
Pagrindiniai plokštelių valymo principai
Plokščių valymo esmė yra efektyvus įvairių teršalų pašalinimas iš plokštelės paviršiaus fiziniais, cheminiais ir kitais metodais, siekiant užtikrinti, kad plokštelės paviršius būtų švarus, tinkamas tolesniam apdorojimui.
Užteršimo tipas
Pagrindinė įtaka įrenginio charakteristikoms
| straipsnis Užteršimas | Rašto defektai
Jonų implantacijos defektai
Izoliacinės plėvelės gedimo defektai
| |
| Metalinis užteršimas | Šarminiai metalai | MOS tranzistoriaus nestabilumas
Vartų oksido plėvelės skilimas/skilimas
|
| Sunkieji metalai | Padidėjusi PN jungties atvirkštinio nuotėkio srovė
Vartų oksido plėvelės skilimo defektai
Mažosios vežėjo eksploatavimo trukmės pablogėjimas
Oksido sužadinimo sluoksnio defektų generavimas
| |
| Cheminis užterštumas | Organinė medžiaga | Vartų oksido plėvelės skilimo defektai
CVD plėvelės variantai (inkubacijos laikas)
Terminio oksido plėvelės storio svyravimai (pagreitinta oksidacija)
Miglos atsiradimas (vaflė, objektyvas, veidrodis, kaukė, tinklelis)
|
| Neorganiniai priedai (B, P) | MOS tranzistorius V-asis poslinkis
Si substrato ir didelio atsparumo poli-silicio lakšto atsparumo kitimai
| |
| Neorganinės bazės (aminai, amoniakas) ir rūgštys (SOx) | Chemiškai sustiprintų rezistų skiriamosios gebos pablogėjimas
Dalelių užterštumas ir migla atsiradimas dėl druskos susidarymo
| |
| Natūralios ir cheminės oksido plėvelės dėl drėgmės, oro | Padidėjęs kontaktinis pasipriešinimas
Vartų oksido plėvelės skilimas/skilimas
| |
Konkrečiai, plokštelių valymo proceso tikslai yra šie:
Dalelių pašalinimas: naudojant fizinius arba cheminius metodus, siekiant pašalinti mažas daleles, pritvirtintas prie plokštelės paviršiaus. Mažesnes daleles sunkiau pašalinti dėl stiprių elektrostatinių jėgų tarp jų ir plokštelės paviršiaus, todėl reikia specialaus apdorojimo.
Organinių medžiagų pašalinimas: prie plokštelės paviršiaus gali prilipti organinių teršalų, tokių kaip riebalai ir fotorezisto likučiai. Šie teršalai paprastai pašalinami naudojant stiprius oksidatorius arba tirpiklius.
Metalo jonų pašalinimas: Metalo jonų likučiai ant plokštelės paviršiaus gali pabloginti elektrines savybes ir netgi paveikti tolesnius apdorojimo etapus. Todėl šiems jonams pašalinti naudojami specifiniai cheminiai tirpalai.
Oksido pašalinimas: Kai kuriems procesams reikia, kad plokštelės paviršiuje nebūtų oksido sluoksnių, tokių kaip silicio oksidas. Tokiais atvejais atliekant tam tikrus valymo etapus reikia pašalinti natūralaus oksido sluoksnius.
Plokščių valymo technologijos iššūkis yra efektyvus teršalų pašalinimas nedarant neigiamo poveikio plokštelės paviršiui, pvz., išvengti paviršiaus šiurkštėjimo, korozijos ar kitų fizinių pažeidimų.
2. Vaflių valymo proceso eiga
Plokščių valymo procesas paprastai apima kelis etapus, siekiant užtikrinti visišką teršalų pašalinimą ir visiškai švarų paviršių.
Paveikslas: partijos tipo ir vienos plokštelės valymo palyginimas
Įprastas plokštelių valymo procesas apima šiuos pagrindinius veiksmus:
1. Išankstinis valymas (išankstinis valymas)
Išankstinio valymo tikslas yra pašalinti birius teršalus ir dideles daleles nuo plokštelės paviršiaus, o tai paprastai pasiekiama skalaujant dejonizuotu vandeniu (DI Water) ir valant ultragarsu. Dejonizuotas vanduo iš pradžių gali pašalinti daleles ir ištirpusias priemaišas nuo plokštelės paviršiaus, o ultragarsinis valymas panaudoja kavitacijos efektą, kad nutrauktų ryšį tarp dalelių ir plokštelės paviršiaus, todėl jas lengviau išjudinti.
2. Cheminis valymas
Cheminis valymas yra vienas iš pagrindinių plokštelių valymo proceso etapų, naudojant cheminius tirpalus organinėms medžiagoms, metalo jonams ir oksidams pašalinti nuo plokštelės paviršiaus.
Organinių medžiagų pašalinimas: Paprastai organiniams teršalams ištirpinti ir oksiduoti naudojamas acetonas arba amoniako/peroksido mišinys (SC-1). Tipiškas SC-1 tirpalo santykis yra NH4OH
₂O2
₂O = 1:1:5, kai darbinė temperatūra yra apie 20°C.
Metalo jonų šalinimas: azoto rūgšties arba druskos rūgšties/peroksido mišiniai (SC-2) naudojami metalo jonams pašalinti nuo plokštelės paviršiaus. Tipiškas SC-2 tirpalo santykis yra HCl
₂O2
₂O = 1:1:6, kai temperatūra palaikoma maždaug 80 °C.
Oksido pašalinimas: kai kuriuose procesuose nuo plokštelės paviršiaus reikia pašalinti natūralų oksido sluoksnį, kuriam naudojamas vandenilio fluorido rūgšties (HF) tirpalas. Tipiškas HF tirpalo santykis yra HF
₂O = 1:50 ir gali būti naudojamas kambario temperatūroje.
3. Galutinis valymas
Po cheminio valymo vafliai paprastai atlieka galutinį valymo etapą, kad paviršiuje neliktų cheminių medžiagų likučių. Galutiniam valymui daugiausia naudojamas dejonizuotas vanduo kruopščiam skalavimui. Be to, ozono vandens valymas (O₃/H2O) naudojamas toliau nuo plokštelės paviršiaus pašalinti likusius teršalus.
4. Džiovinimas
Išvalytos plokštelės turi būti greitai išdžiovintos, kad ant jų neatsirastų vandens ženklų arba vėl nesusidarytų teršalų. Įprasti džiovinimo būdai yra džiovinimas centrifuguojant ir valymas azotu. Pirmasis pašalina drėgmę nuo plokštelės paviršiaus, sukdamasis 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/DI vanduo | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonio hidroksidas/vandenilio peroksidas/DI vanduo | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Metalai (ne varis) | SC-2 (HPM) | Vandenilio chlorido rūgštis/vandenilio peroksidas/DI vanduo | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Sieros rūgštis/vandenilio peroksidas/DI vanduo | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Praskieskite vandenilio fluorido rūgštį / DI vandenį (nepašalins vario) | HF/H2O1:50 | |
| Organika | Piranha (SPM) | Sieros rūgštis/vandenilio peroksidas/DI vanduo | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonio hidroksidas/vandenilio peroksidas/DI vanduo | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozonas dejonizuotame vandenyje | O3/H2O optimizuoti mišiniai | |
| Gimtasis oksidas | DHF | Praskieskite vandenilio fluorido rūgštį / DI vandenį | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Buferinė vandenilio fluorido rūgštis | NH4F/HF/H2O |
3. Įprasti plokštelių valymo metodai
1. RCA valymo metodas
RCA valymo metodas yra vienas iš klasikinių plokštelių valymo metodų puslaidininkių pramonėje, kurį RCA Corporation sukūrė daugiau nei prieš 40 metų. Šis metodas visų pirma naudojamas organiniams teršalams ir metalo jonų priemaišoms pašalinti ir gali būti užbaigtas dviem etapais: SC-1 (Standard Clean 1) ir SC-2 (Standard Clean 2).
SC-1 valymas: šis veiksmas daugiausia naudojamas organiniams teršalams ir dalelėms pašalinti. Tirpalas yra amoniako, vandenilio peroksido ir vandens mišinys, kuris ant plokštelės paviršiaus sudaro ploną silicio oksido sluoksnį.
SC-2 valymas: šis veiksmas pirmiausia naudojamas metalo jonų teršalams pašalinti naudojant druskos rūgšties, vandenilio peroksido ir vandens mišinį. Jis palieka ploną pasyvavimo sluoksnį ant plokštelės paviršiaus, kad būtų išvengta pakartotinio užteršimo.
2. Piranha valymo metodas (Piranha Etch Clean)
Piranha valymo metodas yra labai efektyvus būdas pašalinti organines medžiagas, 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 įsisenėjusių teršalų. Šis metodas reikalauja griežtos sąlygų kontrolės, ypač temperatūros ir koncentracijos, kad nebūtų pažeista plokštelė.
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 didesniu dažniu ir leidžia efektyviau pašalinti submikronines daleles nepažeidžiant plokštelės paviršiaus.
4. Ozono valymas
Ozono valymo technologija naudoja stiprias oksiduojančias ozono savybes, kad suskaidytų ir pašalintų organinius teršalus nuo plokštelės paviršiaus, galiausiai paverčiant 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 saugumą, puslaidininkių gamyboje naudojama įvairi pažangi valymo įranga. Pagrindiniai tipai apima:
1. Šlapio valymo įranga
Šlapio valymo įranga apima įvairius panardinamuosius bakus, ultragarsinius valymo bakus ir centrifugas. Šie prietaisai sujungia mechanines jėgas ir cheminius reagentus, kad pašalintų teršalus nuo plokštelės paviršiaus. Panardinamuose rezervuaruose paprastai yra temperatūros reguliavimo sistemos, užtikrinančios cheminių tirpalų stabilumą ir efektyvumą.
2. Sauso valymo įranga
Sauso valymo įrangą daugiausia sudaro plazminiai valikliai, kuriuose plazmoje esančios didelės energijos dalelės reaguoja su plokštelės paviršiumi ir pašalina likučius. Plazminis valymas ypač tinka procesams, kurių metu reikia išlaikyti paviršiaus vientisumą, nepaliekant cheminių medžiagų likučių.
3. Automatizuotos valymo sistemos
Nuolat plečiantis puslaidininkių gamybai, automatizuotos valymo sistemos tapo pageidaujamu pasirinkimu didelio masto plokštelių valymui. Šios sistemos dažnai apima automatizuotus perdavimo mechanizmus, kelių bakų valymo sistemas ir tikslias valdymo sistemas, užtikrinančias nuoseklius kiekvienos plokštelės valymo rezultatus.
5. Ateities tendencijos
Puslaidininkiniams įtaisams ir toliau mažėjant, plokštelių valymo technologija vystosi link efektyvesnių ir aplinkai nekenksmingų sprendimų. Ateities valymo technologijos bus sutelktos į:
Subnanometrinių dalelių pašalinimas: esamos valymo technologijos gali apdoroti nanometrų dydžio daleles, tačiau toliau mažėjant įrenginio dydžiui, subnanometrinių dalelių pašalinimas taps nauju iššūkiu.
Ekologiškas ir ekologiškas valymas: vis svarbesnis bus aplinkai kenksmingų cheminių medžiagų naudojimo mažinimas ir ekologiškesnių valymo metodų, tokių kaip valymas ozonu ir megasoninis valymas, kūrimas.
Aukštesnis automatizavimo ir intelekto lygis: Išmaniosios sistemos leis realiu laiku stebėti ir reguliuoti įvairius parametrus valymo proceso metu, toliau gerindamos valymo efektyvumą ir gamybos efektyvumą.
Plokščių valymo technologija, kaip esminis puslaidininkių gamybos etapas, atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį užtikrinant švarius plokštelių paviršius tolesniems procesams. Įvairių valymo metodų derinys efektyviai pašalina teršalus ir užtikrina švarų pagrindo paviršių tolesniems žingsniams. Tobulėjant technologijoms, valymo procesai ir toliau bus optimizuojami, kad atitiktų didesnio tikslumo ir mažesnio defektų lygio puslaidininkių gamyboje poreikius.
Paskelbimo laikas: 2024-10-08