Vaflių valymo technologija puslaidininkių gamyboje

Vaflių valymo technologija puslaidininkių gamyboje

Plokštelių valymas yra labai svarbus viso puslaidininkių gamybos proceso etapas ir vienas iš pagrindinių veiksnių, tiesiogiai veikiančių įrenginio našumą ir gamybos našumą. Lustų gamybos metu net menkiausias užterštumas gali pabloginti įrenginio charakteristikas arba sukelti visišką gedimą. Todėl beveik prieš kiekvieną gamybos etapą ir po jo taikomi valymo procesai, siekiant pašalinti paviršiaus teršalus ir užtikrinti plokštelių švarą. Valymas taip pat yra dažniausia puslaidininkių gamybos operacija, sudaranti maždaug30 % visų proceso etapų.

Nuolat plečiant labai didelio masto integraciją (VLSI), procesų mazgai pasiekė tokius rodiklius:28 nm, 14 nm ir daugiau, skatina didesnį įrenginių tankį, siauresnį linijų plotį ir vis sudėtingesnius procesų srautus. Pažangesni mazgai yra žymiai jautresni užterštumui, o mažesni elementų dydžiai apsunkina valymą. Dėl to valymo etapų skaičius toliau auga, o valymas tapo sudėtingesnis, svarbesnis ir sunkesnis. Pavyzdžiui, 90 nm lustui paprastai reikia apie90 valymo žingsnių, o 20 nm lustui reikia apie215 valymo žingsniųGamybai pereinant prie 14 nm, 10 nm ir mažesnių mazgų, valymo operacijų skaičius nuolat didės.

Iš esmės,Plokštelių valymas reiškia procesus, kurių metu cheminis apdorojimas, dujos arba fiziniai metodai pašalina priemaišas nuo plokštelės paviršiaus.Tokie teršalai kaip dalelės, metalai, organinės liekanos ir natūralūs oksidai gali neigiamai paveikti įrenginio veikimą, patikimumą ir našumą. Valymas yra „tiltas“ tarp nuoseklių gamybos etapų, pavyzdžiui, prieš nusodinimą ir litografiją arba po ėsdinimo, cheminio mechaninio poliravimo (CMP) ir jonų implantacijos. Plačiai tariant, plokštelių valymą galima suskirstyti įšlapias valymasircheminis valymas.

Šlapias valymas

Šlapiam valymui naudojami cheminiai tirpikliai arba dejonizuotas vanduo (DIW), skirti plokštelėms valyti. Taikomi du pagrindiniai metodai:

• Panardinimo metodasPlokštelės panardinamos į talpyklas, pripildytas tirpiklių arba DIW. Tai plačiausiai naudojamas metodas, ypač brandžių technologijų mazguose.

• Purškimo metodasTirpikliai arba denatūruotas vanduo purškiami ant besisukančių plokštelių, kad būtų pašalintos priemaišos. Nors panardinimas leidžia apdoroti kelias plokšteles partijomis, purškimo būdu valoma tik viena plokštelė vienoje kameroje, tačiau užtikrinama geresnė kontrolė, todėl tai vis dažniau pasitaiko pažangiuose mazguose.

Cheminis valymas

Kaip rodo pavadinimas, cheminio valymo metu nenaudojami tirpikliai arba denatūruotas vanduo, o teršalams šalinti naudojamos dujos arba plazma. Tobulėjant mazgams, cheminis valymas tampa vis svarbesnis dėl savo...didelis tikslumasir veiksmingumą prieš organines medžiagas, nitridus ir oksidus. Tačiau tam reikiadidesnės investicijos į įrangą, sudėtingesnis veikimas ir griežtesnė procesų kontrolėDar vienas privalumas yra tas, kad cheminis valymas sumažina didelius nuotekų kiekius, susidarančius taikant šlapius metodus.

Įprasti šlapio valymo būdai

1. DIW (dejonizuoto vandens) valymas

DIW yra plačiausiai naudojama valymo priemonė šlapiam valymui. Skirtingai nuo neapdoroto vandens, DIW beveik neturi laidžių jonų, todėl išvengiama korozijos, elektrocheminių reakcijų ar įrenginio degradacijos. DIW daugiausia naudojamas dviem būdais:

1. Tiesioginis plokštelių paviršiaus valymas– Paprastai atliekama vienos plokštelės režimu, naudojant volelius, šepečius arba purškimo antgalius plokštelės sukimosi metu. Iššūkis yra elektrostatinio krūvio kaupimasis, kuris gali sukelti defektus. Siekiant tai sušvelninti, CO₂ (o kartais ir NH₃) ištirpinamas denatūruotame vandenyje, siekiant pagerinti laidumą neužteršiant plokštelės.

2. Skalavimas po cheminio valymo– DIW pašalina likusius valymo tirpalus, kurie, palikti ant paviršiaus, galėtų suėsdinti plokštelę arba sumažinti įrenginio veikimą.

2. HF (vandenilio fluorido rūgšties) valymas

HF yra veiksmingiausia cheminė medžiaga, skirta pašalintinatūralūs oksido sluoksniai (SiO₂)ant silicio plokštelių ir pagal svarbą nusileidžia tik DIW. Jis taip pat tirpdo prilipusius metalus ir slopina pakartotinę oksidaciją. Tačiau HF ėsdinimas gali pašiurkštinti plokštelių paviršius ir nepageidaujamai paveikti tam tikrus metalus. Siekiant išspręsti šias problemas, patobulinti metodai: skiesti HF, pridėti oksidatorių, paviršinio aktyvumo medžiagų arba kompleksus sudarančių medžiagų, kad padidėtų selektyvumas ir sumažėtų užterštumas.

3. SC1 valymas (standartinis valymas 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 yra ekonomiškas ir labai efektyvus šalinimo būdasorganinės liekanos, dalelės ir kai kurie metalaiŠis mechanizmas sujungia H₂O₂ oksidacinį poveikį ir NH₄OH tirpinamąjį poveikį. Jis taip pat atstumia daleles elektrostatinėmis jėgomis, o ultragarso/megasoninė pagalba dar labiau pagerina efektyvumą. Tačiau SC1 gali pašiurkštinti plokštelių paviršius, todėl reikia kruopščiai optimizuoti cheminius santykius, kontroliuoti paviršiaus įtempimą (naudojant paviršiaus aktyviąsias medžiagas) ir chelatinius agentus, kad būtų slopinamas metalų pakartotinis nusodinimas.

4. SC2 valymas (standartinis valymas 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 papildo SC1 pašalindamasmetaliniai teršalaiDėl stipraus kompleksų susidarymo gebėjimo oksiduoti metalai paverčiami tirpiomis druskomis arba kompleksais, kurie nuplaunami. Nors SC1 veiksmingas organinėms medžiagoms ir dalelėms, SC2 yra ypač vertingas siekiant užkirsti kelią metalų adsorbcijai ir užtikrinti mažą metalų užterštumą.

5. O₃ (ozono) valymas

Ozono valymas daugiausia naudojamasorganinių medžiagų pašalinimasirdezinfekuojant DIWO₃ veikia kaip stiprus oksidatorius, tačiau gali sukelti pakartotinį nusėdimą, todėl dažnai derinamas su HF. Temperatūros optimizavimas yra labai svarbus, nes O₃ tirpumas vandenyje mažėja esant aukštesnei temperatūrai. Skirtingai nuo chloro pagrindo dezinfekavimo priemonių (nepriimtinų puslaidininkių gamyklose), O₃ skyla į deguonį neužteršdamas dezinfekavimo sistemų.

6. Valymas organiniais tirpikliais

Tam tikruose specializuotuose procesuose organiniai tirpikliai naudojami tais atvejais, kai standartiniai valymo metodai yra nepakankami arba netinkami (pvz., kai reikia vengti oksidų susidarymo).

Išvada

Vaflių valymas yradažniausiai kartojamas žingsnispuslaidininkių gamyboje ir tiesiogiai veikia našumą bei įrenginių patikimumą. Artėjant priedidesnės plokštelės ir mažesnės įrenginių geometrijos, reikalavimai plokštelių paviršiaus švarumui, cheminei būklei, šiurkštumui ir oksido storiui tampa vis griežtesni.

Šiame straipsnyje apžvelgtos tiek brandžios, tiek pažangios plokštelių valymo technologijos, įskaitant DIW, HF, SC1, SC2, O₃ ir organinių tirpiklių metodus, taip pat jų mechanizmai, privalumai ir apribojimai. Iš abiejų šaltinių...ekonominės ir aplinkosaugos perspektyvosNuolatinis plokštelių valymo technologijų tobulinimas yra būtinas norint patenkinti pažangios puslaidininkių gamybos poreikius.