Технология очистки полупроводниковых пластин в производстве полупроводников.

Технология очистки полупроводниковых пластин в производстве полупроводников.

Очистка кремниевой пластины — критически важный этап на протяжении всего процесса производства полупроводников и один из ключевых факторов, напрямую влияющих на производительность устройств и выход годной продукции. Во время изготовления чипов даже малейшее загрязнение может ухудшить характеристики устройства или привести к его полному выходу из строя. В результате процессы очистки применяются до и после почти каждого этапа производства для удаления поверхностных загрязнений и обеспечения чистоты пластины. Очистка также является наиболее часто выполняемой операцией в производстве полупроводников, составляя примерно...30% всех этапов процесса.

В связи с непрерывным масштабированием сверхбольших интегральных схем (VLSI) технологические процессы продвинулись до28 нм, 14 нм и далееЭто приводит к увеличению плотности размещения устройств, уменьшению ширины линий и усложнению технологических процессов. Передовые технологические узлы значительно более чувствительны к загрязнениям, а меньшие размеры элементов затрудняют очистку. Следовательно, количество этапов очистки продолжает расти, и очистка становится более сложной, более критичной и более трудоемкой. Например, для 90-нм чипа обычно требуется около90 этапов очисткитогда как для 20-нм чипа требуется около215 этапов очисткиПо мере перехода производства на техпроцессы 14 нм, 10 нм и меньшие по размеру, количество операций очистки будет постоянно увеличиваться.

По сути,Очистка кремниевых пластин — это процессы, использующие химическую обработку, газы или физические методы для удаления загрязнений с поверхности пластины.Загрязняющие вещества, такие как частицы, металлы, органические остатки и природные оксиды, могут негативно влиять на производительность, надежность и выход годных изделий. Очистка служит «мостом» между последовательными этапами изготовления — например, перед осаждением и литографией, или после травления, химико-механической полировки (CMP) и ионной имплантации. В целом, очистку пластин можно разделить на несколько этапов.влажная уборкаихимчистка.

Влажная уборка

Для влажной очистки пластин используются химические растворители или деионизированная вода. Применяются два основных подхода:

• Метод погружения: пластины погружают в резервуары, заполненные растворителями или деионизированной водой. Это наиболее распространенный метод, особенно для зрелых технологических узлов.

• Метод распыленияРастворители или деионизированная вода распыляются на вращающиеся пластины для удаления примесей. В то время как погружение позволяет обрабатывать несколько пластин партиями, очистка распылением обрабатывает только одну пластину за камеру, но обеспечивает лучший контроль, что делает ее все более распространенной в передовых технологических процессах.

Химчистка

Как следует из названия, химчистка не использует растворители или деионизированную воду, а вместо этого применяет газы или плазму для удаления загрязнений. В условиях развития передовых технологических процессов химчистка приобретает все большее значение благодаря своим преимуществам.высокая точностьа также эффективность против органических веществ, нитридов и оксидов. Однако для этого требуетсяболее высокие инвестиции в оборудование, более сложная эксплуатация и более строгий контроль технологических процессов.Еще одно преимущество заключается в том, что химчистка позволяет сократить большие объемы сточных вод, образующихся при использовании влажных методов.

Распространенные методы влажной уборки

1. Очистка деионизированной водой (DIW)

Деионизированная вода (DIW) — наиболее широко используемое чистящее средство при влажной уборке. В отличие от необработанной воды, DIW практически не содержит проводящих ионов, что предотвращает коррозию, электрохимические реакции и деградацию устройств. DIW используется в основном двумя способами:

1. Прямая очистка поверхности пластины– Обычно обработка выполняется в режиме обработки одной пластины с использованием валиков, щеток или распылительных форсунок во время вращения пластины. Проблема заключается в накоплении электростатического заряда, который может вызывать дефекты. Для решения этой проблемы в деионизированную воду растворяют CO₂ (а иногда и NH₃) для улучшения проводимости без загрязнения пластины.

2. Ополаскивание после химической очистки– Метод DIW удаляет остатки чистящих растворов, которые в противном случае могли бы вызвать коррозию пластины или ухудшить характеристики устройства, если бы остались на поверхности.

2. Очистка плавиковой кислотой (HF).

HF — наиболее эффективное химическое вещество для удаленияестественные оксидные слои (SiO₂)На кремниевых подложках он уступает по важности только деионизированной воде. Он также растворяет прикрепленные металлы и подавляет повторное окисление. Однако травление HF может сделать поверхности подложек шероховатыми и нежелательно воздействовать на некоторые металлы. Для решения этих проблем были разработаны усовершенствованные методы, включающие разбавление HF, добавление окислителей, поверхностно-активных веществ или комплексообразующих агентов для повышения селективности и снижения загрязнения.

3. Очистка SC1 (Стандартная очистка 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 — это экономичный и высокоэффективный метод удаленияорганические остатки, частицы и некоторые металлыМеханизм сочетает в себе окислительное действие H₂O₂ и растворяющее действие NH₄OH. Он также отталкивает частицы за счет электростатических сил, а ультразвуковая/мегазвуковая обработка дополнительно повышает эффективность. Однако SC1 может делать поверхности пластин шероховатыми, что требует тщательной оптимизации химических соотношений, контроля поверхностного натяжения (с помощью поверхностно-активных веществ) и хелатирующих агентов для подавления повторного осаждения металла.

4. Очистка SC2 (Стандартная очистка 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 дополняет SC1, удаляяметаллические загрязненияБлагодаря своей сильной способности к комплексообразованию, он превращает окисленные металлы в растворимые соли или комплексы, которые смываются водой. В то время как SC1 эффективен для органических веществ и твердых частиц, SC2 особенно ценен для предотвращения адсорбции металлов и обеспечения низкого уровня загрязнения металлами.

5. Очистка озоном (O₃)

Озоновая очистка в основном используется дляудаление органических веществидезинфекция DIWO₃ действует как сильный окислитель, но может вызывать повторное осаждение, поэтому его часто комбинируют с HF. Оптимизация температуры имеет решающее значение, поскольку растворимость O₃ в воде снижается при более высоких температурах. В отличие от дезинфицирующих средств на основе хлора (неприемлемых на предприятиях по производству полупроводников), O₃ разлагается на кислород, не загрязняя системы деионизированной воды.

6. Очистка органическими растворителями

В некоторых специализированных процессах органические растворители используются там, где стандартные методы очистки недостаточны или неприменимы (например, когда необходимо избежать образования оксидов).

Заключение

Очистка пластин — этонаиболее часто повторяющийся шагВ полупроводниковом производстве это напрямую влияет на выход годных изделий и надежность устройств. С переходом кболее крупные пластины и меньшие по размеру геометрические параметры устройствТребования к чистоте поверхности пластин, химическому состоянию, шероховатости и толщине оксидного слоя становятся все более строгими.

В данной статье рассмотрены как зрелые, так и передовые технологии очистки кремниевых пластин, включая методы с использованием деионизированной воды, HF, SC1, SC2, O₃ и органических растворителей, а также их механизмы, преимущества и ограничения.экономические и экологические перспективыПостоянное совершенствование технологий очистки кремниевых пластин имеет важное значение для удовлетворения потребностей передового полупроводникового производства.