Sažetak: Kako veličina tranzistora nastavlja da se smanjuje, proces proizvodnje pločice postaje sve složeniji, a zahtjevi za tehnologijom mokrog čišćenja poluvodiča postaju sve veći i veći. Zasnovan na tradicionalnoj tehnologiji čišćenja poluvodiča, ovaj rad predstavlja tehnologiju čišćenja pločica u naprednoj proizvodnji poluvodiča i principe čišćenja različitih procesa čišćenja. Iz perspektive ekonomije i zaštite okoliša, poboljšanje tehnologije procesa čišćenja vafla može bolje zadovoljiti potrebe napredne proizvodnje vafla.
0 Uvod Proces čišćenja je važna karika kroz cijeli proces proizvodnje poluvodiča i jedan je od važnih faktora koji utiču na performanse i prinos poluvodičkih uređaja. U procesu proizvodnje čipa, svaka kontaminacija može uticati na performanse poluvodičkih uređaja, pa čak i uzrokovati kvar [1-2]. Stoga je potreban proces čišćenja prije i nakon gotovo svakog procesa u proizvodnji čipova kako bi se uklonili površinski zagađivači i osigurala čistoća površine vafla, kao što je prikazano na slici 1. Proces čišćenja je proces s najvećim udjelom u procesu proizvodnje čipova. , što čini oko 30% svih procesa proizvodnje čipova.
Sa razvojem integrisanih kola ultra velikih razmjera, procesni čvorovi čipa su ušli u 28nm, 14nm i još naprednije čvorove, integracija je nastavila rasti, širina linije je nastavila da se smanjuje, a tok procesa je postao složeniji [ 3]. Napredna proizvodnja čipova u čvorovima je osjetljivija na kontaminaciju, a čišćenje kontaminacije u uvjetima male veličine je teže, što dovodi do povećanja koraka procesa čišćenja, čineći proces čišćenja složenijim, važnijim i izazovnijim [4-5] . Proces čišćenja za 90nm čipove je oko 90 koraka, a proces čišćenja za 20nm čipove je dostigao 215 koraka. Kako proizvodnja čipova ulazi u 14nm, 10nm i još više čvorove, broj procesa čišćenja će se nastaviti povećavati, kao što je prikazano na slici 2.
1 Uvod u proces čišćenja poluvodiča
Proces čišćenja se odnosi na proces uklanjanja nečistoća na površini vafla hemijskim tretmanom, gasom i fizičkim metodama. U procesu proizvodnje poluvodiča, nečistoće kao što su čestice, metali, organska tvar i prirodni sloj oksida na površini pločice mogu utjecati na performanse, pouzdanost, pa čak i prinos poluvodičkog uređaja [6-8].
Može se reći da je proces čišćenja most između različitih procesa proizvodnje vafla. Na primjer, proces čišćenja se koristi prije procesa premazivanja, prije procesa fotolitografije, nakon procesa jetkanja, nakon procesa mehaničkog brušenja, pa čak i nakon procesa ionske implantacije. Proces čišćenja se može grubo podijeliti u dvije vrste, a to su mokro čišćenje i suho čišćenje.
1.1 Mokro čišćenje
Mokro čišćenje je korištenje hemijskih rastvarača ili deionizirane vode za čišćenje vafla. Prema metodi procesa, mokro čišćenje se može podijeliti u dvije vrste: metodom uranjanja i metodom raspršivanja, kao što je prikazano na slici 3. Metoda uranjanja je da se vafla uroni u spremnik napunjen kemijskim rastvaračima ili dejoniziranom vodom. Metoda uranjanja je široko korištena metoda, posebno za neke relativno zrele čvorove. Metoda prskanja je raspršivanje hemijskih rastvarača ili deionizirane vode na rotirajuću pločicu kako bi se uklonile nečistoće. Metodom uranjanja može se obraditi više pločica u isto vrijeme, dok metoda raspršivanja može obraditi samo jednu po jednu pločicu u jednoj radnoj komori. Razvojem tehnologije zahtjevi za tehnologijom čišćenja su sve veći, a upotreba metode prskanja sve je raširenija.
1.2 Kemijsko čišćenje
Kao što naziv govori, hemijsko čišćenje je proces koji ne koristi hemijska otapala ili dejonizovanu vodu, već se za čišćenje koristi gas ili plazma. Uz kontinuirani napredak tehnoloških čvorova, zahtjevi za procesima čišćenja su sve veći i veći [9-10], a povećava se i udio korištenja. Otpadna tečnost nastala mokrim čišćenjem također se povećava. U poređenju sa mokrim čišćenjem, hemijsko čišćenje ima visoke investicione troškove, složen rad opreme i strože uslove čišćenja. Međutim, za uklanjanje nekih organskih materija i nitrida i oksida, hemijsko čišćenje ima veću preciznost i odlične rezultate.
2 Tehnologija mokrog čišćenja u proizvodnji poluprovodnika Prema različitim komponentama tečnosti za čišćenje, uobičajena tehnologija mokrog čišćenja u proizvodnji poluprovodnika prikazana je u tabeli 1.
2.1 DIW tehnologija čišćenja
U procesu mokrog čišćenja u proizvodnji poluvodiča, najčešće korištena tekućina za čišćenje je deionizirana voda (DIW). Voda sadrži provodljive anjone i katione. Deionizirana voda uklanja vodljive ione u vodi, čineći vodu u osnovi neprovodljivom. U proizvodnji poluprovodnika apsolutno nije dozvoljeno direktno koristiti sirovu vodu. S jedne strane, kationi i ioni u sirovoj vodi će kontaminirati strukturu uređaja na pločici, a s druge strane, to može uzrokovati odstupanje performansi uređaja. Na primjer, sirova voda može reagirati s materijalom na površini pločice kako bi korodirala ili formirala koroziju baterije s nekim metalima na pločici, a također može uzrokovati direktnu promjenu površinskog otpora pločice, što rezultira značajnom smanjenje prinosa vafla ili čak direktno rasipanje. U procesu mokrog čišćenja proizvodnje poluprovodnika, postoje dvije glavne primjene DIW-a.
(1) Koristite samo DIW za čišćenje površine pločice. Postoje različiti oblici kao što su valjci, četke ili mlaznice, a glavna svrha je čišćenje nekih nečistoća na površini vafla. U naprednom procesu proizvodnje poluvodiča, metoda čišćenja je gotovo uvijek metoda jedne pločice, to jest, samo jedna pločica se može očistiti u komori u isto vrijeme. Metoda čišćenja jedne vafla je također predstavljena gore. Metoda čišćenja koja se koristi je metoda centrifugiranja. Tokom rotacije vafla, površina vafla se čisti valjcima, četkama, mlaznicama itd. Pri tom će se oblatna trljati o zrak, stvarajući tako statički elektricitet. Statički elektricitet može uzrokovati defekte na površini pločice ili direktno uzrokovati kvar uređaja. Što je veći čvor poluvodičke tehnologije, to su veći zahtjevi za rukovanje defektima. Stoga, u DIW procesu mokrog čišćenja napredne proizvodnje poluvodiča, njegovi procesni zahtjevi su veći. DIW je u osnovi neprovodljiv, a statički elektricitet koji nastaje tokom procesa čišćenja ne može se dobro osloboditi. Stoga se u naprednim proizvodnim procesnim čvorovima poluvodiča, kako bi se povećala provodljivost bez kontaminacije pločice, plin ugljični dioksid (CO2) obično se miješa u DIW. Zbog različitih zahtjeva procesa, plin amonijak (NH3) se miješa u DIW u nekoliko slučajeva.
(2) Očistite preostalu tečnost za čišćenje na površini pločice. Kada koristite druge tečnosti za čišćenje za čišćenje površine vafla, nakon upotrebe tečnosti za čišćenje, kako se oblanda rotira, iako je većina tečnosti za čišćenje izbačena, i dalje će ostati mala količina tečnosti za čišćenje na površini vafla, i DIW je potreban za čišćenje površine pločice. Glavna funkcija DIW-a je da očisti ostatke tekućine za čišćenje na površini vafla. Korištenje tekućine za čišćenje za čišćenje površine pločice ne znači da ove tekućine za čišćenje nikada neće korodirati pločicu, ali je njihova stopa nagrizanja prilično niska, a kratkotrajno čišćenje neće utjecati na pločicu. Međutim, ako se zaostala tekućina za čišćenje ne može efikasno ukloniti i zaostala tekućina za čišćenje ostane na površini pločice duže vrijeme, ona će i dalje korodirati površinu vafla. Osim toga, čak i ako otopina za čišćenje vrlo malo korodira, ostatak otopine za čišćenje u pločici je i dalje suvišan, što će vjerovatno utjecati na konačni učinak uređaja. Stoga, nakon čišćenja vafla otopinom za čišćenje, obavezno koristite DIW kako biste na vrijeme očistili ostatak otopine za čišćenje.
2.2 HF tehnologija čišćenja
Kao što svi znamo, pijesak se rafinira u jezgro. Čip je formiran bezbrojnim rezbarijama na jednoj kristalnoj silikonskoj pločici. Glavna komponenta na čipu je monokristalni silicijum. Najizravniji i najefikasniji način čišćenja prirodnog oksidnog sloja (SiO2) formiranog na površini monokristalnog silicijuma je korištenje HF (fluorovodonične kiseline) za čišćenje. Stoga se može reći da je HF čišćenje tehnologija čišćenja druga nakon DIW-a. HF čišćenje može efikasno ukloniti prirodni oksidni sloj na površini monokristalnog silicijuma, a metal pričvršćen za površinu prirodnog oksidnog sloja će se takođe rastvoriti u rastvoru za čišćenje. U isto vrijeme, HF također može djelotvorno inhibirati stvaranje prirodnog oksidnog filma. Stoga, HF tehnologija čišćenja može ukloniti neke metalne ione, prirodni sloj oksida i neke čestice nečistoća. Međutim, HF tehnologija čišćenja također ima neke neizbježne probleme. Na primjer, prilikom uklanjanja prirodnog oksidnog sloja na površini silikonske pločice, nakon korozije na površini silikonske pločice ostat će neke male rupice, što direktno utiče na hrapavost površine vafla. Osim toga, dok uklanja površinski oksidni film, HF će također ukloniti neke metale, ali neki metali ne žele da ih korodira HF. Uz kontinuirani napredak čvorova poluvodičke tehnologije, zahtjevi da ovi metali ne budu korodirani od HF-a su sve veći i veći, što rezultira time da se HF tehnologija čišćenja ne može koristiti na mjestima gdje je mogla biti korištena. U isto vrijeme, neki metali koji ulaze u otopinu za čišćenje i prianjaju na površinu silikonske pločice dok se prirodni oksidni film otapa nisu lako uklonjeni HF-om, što rezultira njihovim zadržavanjem na površini silikonske pločice. Kao odgovor na gore navedene probleme, predložene su neke poboljšane metode. Na primjer, razrijedite HF što je više moguće kako biste smanjili koncentraciju HF; dodati oksidans u HF, ova metoda može efikasno ukloniti metal pričvršćen za površinu prirodnog oksidnog sloja, a oksidans će oksidirati metal na površini da bi formirao okside, koje je lakše ukloniti u kiselim uvjetima. U isto vrijeme, HF će ukloniti prethodni prirodni oksidni sloj, a oksidans će oksidirati monokristalni silicij na površini kako bi formirao novi oksidni sloj kako bi spriječio vezivanje metala za površinu monokristalnog silicija; dodati anjonski surfaktant u HF, tako da je površina monokristalnog silicijuma u otopini za čišćenje HF negativan potencijal, a površina čestice pozitivan potencijal. Dodavanje anionskog surfaktanta može učiniti da potencijal površine silicija i površine čestice imaju isti predznak, odnosno površinski potencijal čestice se mijenja iz pozitivnog u negativan, što je isti predznak kao i negativni potencijal površine silicijumske pločice, tako da se električno odbijanje stvara između površine silicijumske pločice i površine čestice, čime se sprečava vezivanje čestica; dodajte sredstvo za stvaranje kompleksa u HF rastvor za čišćenje kako biste formirali kompleks sa nečistoćama, koji je direktno otopljen u rastvoru za čišćenje i neće se pričvrstiti na površinu silikonske pločice.
2.3 SC1 tehnologija čišćenja
SC1 tehnologija čišćenja je najčešća, jeftina i visokoefikasna metoda čišćenja za uklanjanje kontaminacije s površine pločice. SC1 tehnologija čišćenja može istovremeno ukloniti organsku tvar, neke metalne ione i neke površinske čestice. Princip SC1 za uklanjanje organske tvari je korištenje oksidacijskog efekta vodikovog peroksida i otapajućeg efekta NH4OH kako bi se organska kontaminacija pretvorila u jedinjenja topiva u vodi, a zatim ih ispraznila s otopinom. Zbog svojih oksidacijskih i kompleksnih svojstava, otopina SC1 može oksidirati neke metalne ione, pretvarajući te metalne ione u visokovalentne ione, a zatim dalje reagirati sa alkalijom kako bi se formirali topljivi kompleksi koji se ispuštaju s otopinom. Međutim, neki metali imaju visoku slobodnu energiju oksida nastalih nakon oksidacije, koji se lako lijepe za oksidni film na površini vafla (jer otopina SC1 ima određena oksidirajuća svojstva i formirat će oksidni film na površini vafla), pa su nije lako ukloniti, kao što su metali kao što su Al i Fe. Prilikom uklanjanja metalnih jona, brzina adsorpcije i desorpcije metala na površini pločice će na kraju postići ravnotežu. Stoga se u naprednim proizvodnim procesima tekućina za čišćenje koristi jednokratno za procese koji imaju visoke zahtjeve za metalnim jonima. Direktno se prazni nakon upotrebe i više se neće koristiti. Svrha je da se smanji sadržaj metala u tečnosti za čišćenje kako bi se što je više moguće isprao metal na površini vafla. SC1 tehnologija čišćenja takođe može efikasno ukloniti kontaminaciju površinskih čestica, a glavni mehanizam je električno odbijanje. U ovom procesu može se provesti ultrazvučno i megazvučno čišćenje kako bi se postigli bolji efekti čišćenja. SC1 tehnologija čišćenja će imati značajan uticaj na hrapavost površine pločice. Kako bi se smanjio utjecaj SC1 tehnologije čišćenja na hrapavost površine pločice, potrebno je formulirati odgovarajući omjer komponenti tekućine za čišćenje. Istovremeno, upotreba tečnosti za čišćenje sa niskim površinskim naponom može stabilizovati brzinu uklanjanja čestica, održati visoku efikasnost uklanjanja i smanjiti uticaj na hrapavost površine pločice. Dodavanje površinski aktivnih tvari u SC1 tekućinu za čišćenje može smanjiti površinsku napetost tekućine za čišćenje. Osim toga, dodavanje helatora u tekućinu za čišćenje SC1 može uzrokovati da metal u tekućini za čišćenje kontinuirano formira helate, što je korisno za inhibiciju površinske adhezije metala.
2.4 SC2 tehnologija čišćenja
SC2 tehnologija čišćenja je takođe jeftina tehnologija mokrog čišćenja sa dobrom sposobnošću uklanjanja kontaminacije. SC2 ima izuzetno jaka svojstva kompleksiranja i može reagirati s metalima prije oksidacije i formirati soli, koje se uklanjaju otopinom za čišćenje. Rastvorljivi kompleksi koji nastaju reakcijom oksidiranih metalnih jona sa jonima klorida također će se ukloniti otopinom za čišćenje. Može se reći da se pod uvjetom da ne utječu na pločicu, tehnologija čišćenja SC1 i tehnologija čišćenja SC2 međusobno nadopunjuju. Fenomen adhezije metala u rastvoru za čišćenje lako se javlja u alkalnom rastvoru za čišćenje (tj. SC1 rastvor za čišćenje), a nije ga lako pojaviti u kiselom rastvoru (SC2 rastvor za čišćenje), a ima snažnu sposobnost uklanjanja metala na površini vafla. Međutim, iako se metali kao što je Cu mogu ukloniti nakon čišćenja SC1, neki problemi prianjanja metala prirodnog oksidnog filma formiranog na površini pločice nisu riješeni i nije prikladan za tehnologiju čišćenja SC2.
2.5 Tehnologija čišćenja O3
U procesu proizvodnje čipova, tehnologija čišćenja O3 uglavnom se koristi za uklanjanje organske tvari i dezinfekciju DIW-a. O3 čišćenje uvijek uključuje oksidaciju. Općenito govoreći, O3 se može koristiti za uklanjanje neke organske tvari, ali zbog oksidacije O3 dolazi do ponovnog taloženja na površini vafla. Stoga se HF uglavnom koristi u procesu korištenja O3. Osim toga, proces korištenja HF sa O3 također može ukloniti neke metalne jone. Treba napomenuti da su, generalno, više temperature korisne za uklanjanje organskih materija, čestica, pa čak i metalnih jona. Međutim, kada se koristi tehnologija čišćenja O3, količina O3 otopljenog u DIW će se smanjiti kako temperatura raste. Drugim riječima, koncentracija O3 otopljenog u DIW će se smanjivati kako temperatura raste. Stoga je potrebno optimizirati detalje procesa O3 kako bi se maksimizirala efikasnost čišćenja. U proizvodnji poluprovodnika, O3 se može koristiti i za dezinfekciju DIW-a, uglavnom zato što supstance koje se koriste za prečišćavanje vode za piće uglavnom sadrže hlor, što je neprihvatljivo u oblasti proizvodnje čipova. Drugi razlog je taj što će se O3 razgraditi u kiseonik i neće zagađivati DIW sistem. Međutim, potrebno je kontrolisati sadržaj kiseonika u DIW, koji ne može biti veći od zahteva za upotrebu u proizvodnji poluprovodnika. 2.6 Tehnologija čišćenja organskim rastvaračima U procesu proizvodnje poluprovodnika često su uključeni neki posebni procesi. U mnogim slučajevima, gore uvedene metode ne mogu se koristiti jer efikasnost čišćenja nije dovoljna, neke komponente koje se ne mogu isprati su urezane, a oksidni filmovi se ne mogu stvoriti. Stoga se za postizanje svrhe čišćenja koriste i neka organska otapala.
3 Zaključak
U procesu proizvodnje poluvodiča, proces čišćenja je proces s najviše ponavljanja. Upotreba odgovarajuće tehnologije čišćenja može uvelike poboljšati prinos proizvodnje čipova. Sa velikom veličinom silikonskih pločica i minijaturizacijom struktura uređaja, povećava se indeks gustine slaganja, a zahtjevi za tehnologijom čišćenja vafla su sve veći i veći. Postoje stroži zahtjevi za čistoću površine vafla, hemijsko stanje površine, hrapavost i debljinu oksidnog filma. Zasnovan na tehnologiji zrelog procesa, ovaj članak predstavlja tehnologiju čišćenja vafla u naprednoj proizvodnji vafla i principe čišćenja različitih procesa čišćenja. Iz perspektive ekonomije i zaštite okoliša, poboljšanje tehnologije procesa čišćenja vafla može bolje zadovoljiti potrebe napredne proizvodnje vafla.
