A pulizia umida (Wet Clean) hè una di e tappe critiche in i prucessi di fabricazione di semiconduttori, destinata à rimuovere diversi contaminanti da a superficia di a cialda per assicurà chì e tappe di prucessu successive possinu esse eseguite nantu à una superficia pulita.
Cù a diminuzione di a dimensione di i dispusitivi à semiconduttori è l'aumentu di i requisiti di precisione, l'esigenze tecniche di i prucessi di pulizia di i wafer sò diventate sempre più severe. Ancu e più piccule particelle, i materiali organici, l'ioni metallichi, o i residui d'ossidu nantu à a superficia di u wafer ponu influenzà significativamente e prestazioni di u dispusitivu, affettendu cusì u rendimentu è l'affidabilità di i dispusitivi à semiconduttori.
Principii fundamentali di a pulizia di e cialde
U core di a pulizia di e wafer hè di rimuovere efficacemente diversi contaminanti da a superficia di e wafer per mezu di metudi fisichi, chimichi è altri per assicurà chì e wafer abbianu una superficia pulita adatta per u trattamentu successivu.
Tipu di contaminazione
Influenze principali nantu à e caratteristiche di u dispusitivu
| Cuntaminazione di l'articuli | Difetti di mudellu
Difetti d'impiantu ionicu
Difetti di rottura di u film isolante
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| Cuntaminazione Metallica | Metalli alcalini | Instabilità di u transistor MOS
Rottura / degradazione di u filmu d'ossidu di porta
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| Metalli pesanti | Aumentu di a corrente di dispersione inversa di a giunzione PN
Difetti di rottura di u filmu d'ossidu di porta
Degradazione di a durata di vita di i trasportatori minoritari
Generazione di difetti di stratu d'eccitazione d'ossidu
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| Cuntaminazione chimica | Materiale Organicu | Difetti di rottura di u filmu d'ossidu di porta
Variazioni di u filmu CVD (tempi d'incubazione)
Variazioni di u spessore di u film d'ossidu termicu (ossidazione accelerata)
Presenza di foschia (cialda, lente, specchiu, maschera, reticulu)
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| Dopanti Inorganici (B, P) | U transistor MOS Vth si sposta
Variazioni di resistenza di u substratu di Si è di u fogliu di polisiliciu d'alta resistenza
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| Basi inorganiche (amine, ammonia) è acidi (SOx) | Degradazione di a risoluzione di e resine amplificate chimicamente
Occorrenza di contaminazione da particelle è foschia per via di a generazione di sale
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| Film d'ossidu nativu è chimicu per via di l'umidità, l'aria | Resistenza di cuntattu aumentata
Rottura / degradazione di u filmu d'ossidu di porta
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Specificamente, l'ubbiettivi di u prucessu di pulizia di e wafer includenu:
Eliminazione di particelle: Usu di metudi fisichi o chimichi per rimuovere e piccule particelle attaccate à a superficia di a cialda. E particelle più chjuche sò più difficiuli da rimuovere per via di e forti forze elettrostatiche trà elle è a superficia di a cialda, chì richiedenu un trattamentu speciale.
Eliminazione di Materiale Organicu: I contaminanti organici cum'è u grassu è i residui di fotoresist ponu aderisce à a superficia di a cialda. Quessi contaminanti sò tipicamente eliminati aduprendu agenti ossidanti forti o solventi.
Eliminazione di ioni metallichi: I residui di ioni metallichi nantu à a superficia di a cialda ponu degradà e prestazioni elettriche è ancu influenzà e successive tappe di trasfurmazione. Dunque, suluzioni chimiche specifiche sò aduprate per eliminà questi ioni.
Eliminazione di l'ossidu: Certi prucessi richiedenu chì a superficia di a cialda sia priva di strati d'ossidu, cum'è l'ossidu di siliciu. In tali casi, i strati d'ossidu naturali devenu esse eliminati durante certi passi di pulizia.
A sfida di a tecnulugia di pulizia di e wafer hè di rimuovere efficacemente i contaminanti senza influenzà negativamente a superficia di a wafer, cum'è impedisce l'irruvidimentu di a superficia, a corrosione o altri danni fisichi.
2. Flussu di u prucessu di pulizia di e cialde
U prucessu di pulizia di e cialde implica tipicamente parechje tappe per assicurà a rimuzione cumpleta di i contaminanti è ottene una superficia cumpletamente pulita.
Figura: Paragone trà a pulizia di tipu batch è a pulizia à cialda unica
Un prucessu tipicu di pulizia di wafer include i seguenti passi principali:
1. Pre-pulizia (Pre-pulizia)
U scopu di a pre-pulizia hè di caccià i contaminanti sciolti è e grande particelle da a superficia di a cialda, ciò chì hè tipicamente ottenutu per mezu di u risciacquu cù acqua deionizzata (acqua DI) è a pulizia à ultrasoni. L'acqua deionizzata pò inizialmente caccià e particelle è l'impurità dissolte da a superficia di a cialda, mentre chì a pulizia à ultrasoni utilizza l'effetti di cavitazione per rompe u ligame trà e particelle è a superficia di a cialda, rendendule più faciule da spustà.
2. Pulizia chimica
A pulizia chimica hè una di e tappe principali in u prucessu di pulizia di e wafer, aduprendu suluzioni chimiche per rimuovere i materiali organici, l'ioni metallichi è l'ossidi da a superficia di a wafer.
Eliminazione di Materiale Organicu: Tipicamente, l'acetone o una mistura d'ammoniaca/perossidu (SC-1) hè aduprata per dissolve è ossidà i contaminanti organici. U rapportu tipicu per a suluzione SC-1 hè NH₄OH.
₂O₂
₂O = 1:1:5, cù una temperatura di travagliu intornu à 20 °C.
Eliminazione di ioni metallichi: L'acidu nitricu o l'acidu cloridricu/perossidu (SC-2) sò aduprati per eliminà l'ioni metallichi da a superficia di a cialda. U rapportu tipicu per a suluzione SC-2 hè HCl
₂O₂
₂O = 1:1:6, cù a temperatura mantenuta à circa 80 °C.
Eliminazione di l'ossidu: In certi prucessi, hè necessaria a rimuzione di u stratu d'ossidu nativu da a superficia di a cialda, per a quale si usa una suluzione d'acidu fluoridricu (HF). U rapportu tipicu per a suluzione HF hè HF
₂O = 1:50, è pò esse adupratu à temperatura ambiente.
3. Pulizia Finale
Dopu a pulizia chimica, i wafer sò generalmente sottumessi à una tappa di pulizia finale per assicurà chì ùn ci sianu residui chimichi nantu à a superficia. A pulizia finale usa principalmente acqua deionizzata per un risciacquu accuratu. Inoltre, a pulizia cù acqua à l'ozonu (O₃/H₂O) hè aduprata per rimuovere ulteriormente qualsiasi contaminante restante da a superficia di u wafer.
4. Asciugatura
I wafer puliti devenu esse asciugati rapidamente per impedisce a furmazione di filigrana o a riattaccamentu di contaminanti. I metudi cumuni di asciugatura includenu l'asciugatura per centrifugazione è a spurgazione cù azotu. U primu elimina l'umidità da a superficia di u wafer girandu à alta velocità, mentre chì u secondu assicura un'asciugatura cumpleta soffiendu gas azotu seccu nantu à a superficia di u wafer.
Cuntaminante
Nome di a Prucedura di Pulizia
Descrizzione di a Mistura Chimica
prudutti chimichi
| Particelle | Piranha (SPM) | Acidu sulfuricu/perossidu d'idrogenu/acqua deionizzata | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Idrossidu d'ammoniu/perossidu d'idrogenu/acqua deionizzata | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Metalli (micca u rame) | SC-2 (HPM) | Acidu cloridricu / perossidu d'idrogenu / acqua deionizzata | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Acidu sulfuricu/perossidu d'idrogenu/acqua deionizzata | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Acidu fluoridricu diluitu / acqua DI (ùn eliminerà micca u rame) | HF/H2O1:50 | |
| Organichi | Piranha (SPM) | Acidu sulfuricu/perossidu d'idrogenu/acqua deionizzata | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Idrossidu d'ammoniu/perossidu d'idrogenu/acqua deionizzata | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozonu in acqua deionizzata | Miscele Ottimizzate per O3/H2O | |
| Ossidu Nativu | DHF | Acidu fluoridrico diluitu / acqua DI | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Acidu fluoridricu tamponatu | NH4F/HF/H2O |
3. Metodi cumuni di pulizia di e cialde
1. Metudu di pulizia RCA
U metudu di pulizia RCA hè una di e tecniche di pulizia di wafer più classiche in l'industria di i semiconduttori, sviluppata da RCA Corporation più di 40 anni fà. Stu metudu hè principalmente adupratu per rimuovere i contaminanti organici è l'impurità di ioni metallichi è pò esse cumpletatu in dui passi: SC-1 (Standard Clean 1) è SC-2 (Standard Clean 2).
SC-1 Pulizia: Questa tappa hè principalmente aduprata per rimuovere i contaminanti organici è e particelle. A suluzione hè una mistura d'ammoniaca, perossidu d'idrogenu è acqua, chì forma un stratu sottile d'ossidu di siliciu nantu à a superficia di a cialda.
SC-2 Pulizia: Questa tappa hè principalmente aduprata per rimuovere i contaminanti di ioni metallici, aduprendu una mistura di acidu cloridricu, perossidu d'idrogenu è acqua. Lascia un stratu sottile di passivazione nantu à a superficia di a cialda per impedisce a ricontaminazione.
2. Metudu di pulizia di Piranha (Piranha Etch Clean)
U metudu di pulizia Piranha hè una tecnica assai efficace per rimuovere i materiali organici, utilizendu una mistura di acidu sulfuricu è perossidu d'idrogenu, tipicamente in un rapportu di 3: 1 o 4: 1. A causa di e proprietà ossidative estremamente forti di sta suluzione, pò rimuovere una grande quantità di materia organica è contaminanti ostinati. Stu metudu richiede un cuntrollu strettu di e cundizioni, in particulare in termini di temperatura è concentrazione, per evità di dannà a cialda.
A pulizia à ultrasoni usa l'effettu di cavitazione generatu da l'onde sonore d'alta frequenza in un liquidu per rimuovere i contaminanti da a superficia di a cialda. In paragone cù a pulizia à ultrasoni tradiziunale, a pulizia megasonica funziona à una frequenza più alta, permettendu una rimozione più efficiente di particelle di dimensioni submicroniche senza causà danni à a superficia di a cialda.
4. Pulizia à l'ozonu
A tecnulugia di pulizia à l'ozonu utilizza e forti proprietà ossidanti di l'ozonu per decompone è rimuovere i contaminanti organici da a superficia di a cialda, cunvertenduli infine in diossidu di carbonu è acqua innocui. Stu metudu ùn richiede micca l'usu di reagenti chimichi costosi è provoca menu inquinamentu ambientale, ciò chì ne face una tecnulugia emergente in u campu di a pulizia di e cialde.
4. Attrezzatura di prucessu di pulizia di wafer
Per assicurà l'efficienza è a sicurezza di i prucessi di pulizia di e wafer, una varietà di apparecchiature di pulizia avanzate sò aduprate in a fabricazione di semiconduttori. I principali tipi includenu:
1. Attrezzatura di pulizia umida
L'attrezzatura di pulizia umida include diverse vasche d'immersione, vasche di pulizia à ultrasoni è asciugatrici centrifugate. Quessi dispositivi combinanu forze meccaniche è reagenti chimichi per rimuovere i contaminanti da a superficia di u wafer. I vasche d'immersione sò tipicamente dotati di sistemi di cuntrollu di a temperatura per assicurà a stabilità è l'efficacia di e soluzioni chimiche.
2. Attrezzatura di Lavaggio a Secco
L'attrezzatura di pulizia à seccu include principalmente pulitori à plasma, chì utilizanu particelle à alta energia in u plasma per reagisce cù è rimuovere i residui da a superficia di u wafer. A pulizia à plasma hè particularmente adatta per i prucessi chì richiedenu di mantene l'integrità di a superficia senza introduce residui chimichi.
3. Sistemi di pulizia automatizati
Cù l'espansione cuntinua di a pruduzzione di semiconduttori, i sistemi di pulizia automatizati sò diventati a scelta preferita per a pulizia di wafer à grande scala. Quessi sistemi includenu spessu meccanismi di trasferimentu automatizati, sistemi di pulizia multi-tank è sistemi di cuntrollu di precisione per assicurà risultati di pulizia consistenti per ogni wafer.
5. Tendenze future
Mentre i dispositivi à semiconduttori cuntinueghjanu à calà, a tecnulugia di pulizia di e cialde si evolve versu suluzioni più efficienti è rispettose di l'ambiente. E tecnulugie di pulizia future si cuncentreranu nantu à:
Rimozione di particelle sub-nanometriche: E tecnulugie di pulizia esistenti ponu trattà particelle à scala nanometrica, ma cù l'ulteriore riduzione di a dimensione di u dispusitivu, a rimozione di particelle sub-nanometriche diventerà una nova sfida.
Pulizia verde è rispettosa di l'ambiente: A riduzione di l'usu di prudutti chimichi dannosi per l'ambiente è u sviluppu di metudi di pulizia più rispettosi di l'ambiente, cum'è a pulizia à l'ozonu è a pulizia megasonica, diventeranu sempre più impurtanti.
Livelli più alti di automatizazione è intelligenza: I sistemi intelligenti permetteranu u monitoraghju in tempu reale è l'aghjustamentu di diversi parametri durante u prucessu di pulizia, migliurendu ulteriormente l'efficacia di a pulizia è l'efficienza di a produzzione.
A tecnulugia di pulizia di i wafer, cum'è una tappa critica in a fabricazione di semiconduttori, ghjoca un rolu vitale per assicurà superfici di wafer pulite per i prucessi successivi. A cumbinazione di vari metudi di pulizia elimina efficacemente i contaminanti, furnendu una superficia di substratu pulita per i prossimi passi. Cù l'avanzamentu di a tecnulugia, i prucessi di pulizia continueranu à esse ottimizzati per risponde à e richieste di una precisione più alta è di tassi di difetti più bassi in a fabricazione di semiconduttori.
Data di publicazione: 8 ottobre 2024