Анотація: Оскільки розмір транзисторів продовжує зменшуватися, процес виготовлення пластин стає все більш складним, а вимоги до технології вологого очищення напівпровідників стають все вищими і вищими. Базуючись на традиційній технології очищення напівпровідників, ця стаття представляє технологію очищення пластин у сучасному виробництві напівпровідників і принципи очищення різних процесів очищення. З точки зору економіки та захисту навколишнього середовища, вдосконалення технології очищення пластин може краще задовольнити потреби передового виробництва пластин.
0 Вступ Процес очищення є важливою ланкою в усьому процесі виробництва напівпровідників і одним із важливих факторів, що впливають на продуктивність і продуктивність напівпровідникових пристроїв. У процесі виробництва чіпа будь-яке забруднення може вплинути на продуктивність напівпровідникових пристроїв і навіть спричинити збій [1-2]. Таким чином, процес очищення необхідний до та після майже кожного процесу виробництва мікросхем, щоб видалити поверхневі забруднення та забезпечити чистоту поверхні пластини, як показано на малюнку 1. Процес очищення є процесом з найвищою часткою в процесі виробництва мікросхем. , що становить близько 30% усіх процесів виробництва мікросхем.
З розвитком надвеликих інтегральних схем вузли процесу чіпів увійшли до 28-нм, 14-нм і навіть більш просунутих вузлів, інтеграція продовжувала збільшуватися, ширина лінії продовжувала зменшуватися, а потік процесу став більш складним [ 3]. Удосконалене виробництво чіпів вузлів є більш чутливим до забруднення, а очищення забруднення в умовах невеликого розміру є складнішим, що призводить до збільшення кількості кроків процесу очищення, що робить процес очищення складнішим, важливішим і більш складним [4-5] . Процес очищення для мікросхем 90 нм складається з приблизно 90 кроків, а процес очищення для мікросхем 20 нм досяг 215 кроків. У міру того як виробництво чіпів переходить на 14-нм, 10-нм і навіть більш високі вузли, кількість процесів очищення продовжуватиме збільшуватися, як показано на малюнку 2.
1 Вступ до процесу очищення напівпровідників
Процес очищення означає процес видалення домішок з поверхні пластини за допомогою хімічної обробки, газу та фізичних методів. У процесі виробництва напівпровідників такі домішки, як частинки, метали, органічні речовини та шар природного оксиду на поверхні пластини, можуть впливати на продуктивність, надійність і навіть продуктивність напівпровідникового пристрою [6-8].
Можна сказати, що процес очищення є мостом між різними процесами виробництва пластин. Наприклад, процес очищення використовується перед процесом нанесення покриття, перед процесом фотолітографії, після процесу травлення, після процесу механічного шліфування та навіть після процесу іонної імплантації. Процес прибирання можна умовно розділити на два види, а саме вологе прибирання та сухе прибирання.
1.1 Вологе прибирання
Вологе прибирання полягає у використанні хімічних розчинників або деіонізованої води для очищення пластини. Відповідно до методу процесу вологе очищення можна розділити на два типи: метод занурення та метод розпилення, як показано на малюнку 3. Метод занурення полягає в зануренні пластини в резервуар для контейнера, наповнений хімічними розчинниками або деіонізованою водою. Метод занурення є широко використовуваним методом, особливо для деяких відносно зрілих вузлів. Метод розпилення полягає в розпилюванні хімічних розчинників або деіонізованої води на обертову пластину для видалення домішок. Метод занурення може обробляти кілька пластин одночасно, тоді як метод розпилення може обробляти лише одну пластину за раз в одній робочій камері. З розвитком техніки вимоги до технології очищення стають все вищими, а використання методу розпилення набуває все більшого поширення.
1.2 Хімчистка
Як випливає з назви, хімчистка — це процес, у якому не використовуються хімічні розчинники чи деіонізована вода, а використовується газ або плазма для очищення. З безперервним удосконаленням технологічних вузлів вимоги до процесів очищення стають дедалі вищими [9-10], а частка використання також зростає. Також зростає кількість відпрацьованої рідини, що утворюється під час вологого прибирання. У порівнянні з вологим прибиранням сухе прибирання має великі інвестиційні витрати, складну роботу обладнання та більш суворі умови прибирання. Однак для видалення деяких органічних речовин, нітридів і оксидів суха чистка має вищу точність і чудові результати.
2 Технологія вологого очищення у виробництві напівпровідників Відповідно до різних компонентів рідини для очищення, технологія вологого очищення, яка зазвичай використовується у виробництві напівпровідників, показана в таблиці 1.
2.1 Технологія очищення DIW
У процесі вологого очищення при виробництві напівпровідників найчастіше використовуваною рідиною для очищення є деіонізована вода (DIW). Вода містить електропровідні аніони та катіони. Деіонізована вода видаляє провідні іони у воді, роблячи воду в основному непровідною. У виробництві напівпровідників категорично заборонено використовувати сиру воду безпосередньо. З одного боку, катіони та іони в сирій воді забруднюватимуть структуру пластини пристрою, а з іншого боку, це може призвести до відхилення в роботі пристрою. Наприклад, необроблена вода може вступати в реакцію з матеріалом на поверхні пластини, щоб викликати корозію або спричинити корозію батареї з деякими металами на пластині, а також може спричинити пряму зміну питомого опору поверхні пластини, що призведе до значного зниження виходу пластини або навіть прямий брак. У процесі вологого очищення виробництва напівпровідників існує два основних застосування DIW.
(1) Для очищення поверхні пластини використовуйте лише DIW. Існують різні форми, такі як валики, щітки або насадки, і основна мета - очистити деякі забруднення з поверхні вафель. У розширеному процесі виробництва напівпровідників метод очищення майже завжди є методом однієї пластини, тобто в камері одночасно можна очистити лише одну пластину. Спосіб очищення окремої пластини також представлений вище. Використовується метод очищення методом розпилення. Під час обертання пластини поверхня пластини очищається валиками, щітками, насадками тощо. У цьому процесі пластина буде тертися об повітря, тим самим генеруючи статичну електрику. Статична електрика може спричинити дефекти на поверхні пластини або безпосередньо спричинити поломку пристрою. Чим вище вузол напівпровідникової технології, тим вищі вимоги до обробки дефектів. Таким чином, у процесі вологого очищення DIW передового виробництва напівпровідників вимоги до процесу є вищими. DIW в основному не проводить струм, і статична електрика, що утворюється під час очищення, не може бути добре вивільнена. Тому в передових вузлах виробництва напівпровідників, щоб підвищити провідність без забруднення пластини, вуглекислий газ (CO2) зазвичай змішується з DIW. Через різні вимоги до процесу газоподібний аміак (NH3) у деяких випадках додається до DIW.
(2) Очистіть поверхню пластини від залишків миючої рідини. У разі використання інших очищувальних рідин для очищення поверхні пластини, після використання очищувальної рідини, коли пластина обертається, хоча більша частина очищувальної рідини була викинута, на поверхні пластини все ще залишається невелика кількість очищувальної рідини, і DIW необхідний для очищення поверхні пластини. Основною функцією DIW є очищення поверхні пластини від залишків миючої рідини. Використання очищувальної рідини для очищення поверхні пластини не означає, що ці очищувальні рідини ніколи не роз’їдуть пластину, але швидкість їх травлення досить низька, і короткочасне очищення не вплине на пластину. Однак, якщо залишки очищувальної рідини неможливо ефективно видалити, і залишки очищувальної рідини залишаються на поверхні пластини протягом тривалого часу, вони все одно роз’їдають поверхню пластини. Крім того, навіть якщо миючий розчин піддається дуже незначній корозії, залишки очисного розчину в пластині все одно зайві, що, ймовірно, вплине на кінцеву продуктивність пристрою. Тому після очищення пластини миючим розчином обов’язково використовуйте DIW, щоб вчасно очистити залишки миючого розчину.
2.2 ВЧ-технологія очищення
Як ми всі знаємо, пісок очищається в ядро. Мікросхема утворена незліченною кількістю різьблення на монокристалічній кремнієвій пластині. Основним компонентом чіпа є монокристалічний кремній. Найбільш прямим і ефективним способом очищення природного оксидного шару (SiO2), утвореного на поверхні монокристалічного кремнію, є використання HF (фтористоводневої кислоти). Таким чином, можна сказати, що ВЧ очищення є другою після DIW технологією очищення. ВЧ-очищення може ефективно видалити природний оксидний шар на поверхні монокристалічного кремнію, а метал, прикріплений до поверхні природного оксидного шару, також розчиниться в очисному розчині. У той же час HF також може ефективно пригнічувати утворення природної оксидної плівки. Таким чином, технологія високочастотного очищення може видалити деякі іони металів, шар природного оксиду та деякі частинки домішок. Однак технологія високочастотного очищення також має деякі неминучі проблеми. Наприклад, під час видалення шару природного оксиду на поверхні кремнієвої пластини після корозії на поверхні кремнієвої пластини залишаються невеликі ямки, що безпосередньо впливає на шорсткість поверхні пластини. Крім того, видаляючи поверхневу оксидну плівку, HF також видаляє деякі метали, але деякі метали не хочуть бути роз’їданими HF. З безперервним удосконаленням вузлів напівпровідникових технологій вимоги до цих металів, щоб вони не піддавалися корозії HF, стають все вищими й вищими, що призводить до того, що технологію очищення HF не можна використовувати там, де вона могла бути використана. У той же час, деякі метали, які потрапляють в очисний розчин і прилипають до поверхні кремнієвої пластини під час розчинення природної оксидної плівки, важко видаляються HF, в результаті чого вони залишаються на поверхні кремнієвої пластини. У відповідь на вищезазначені проблеми були запропоновані деякі вдосконалені методи. Наприклад, максимально розбавте HF, щоб зменшити концентрацію HF; додайте окислювач до HF, цей метод може ефективно видалити метал, прикріплений до поверхні шару природного оксиду, і окислювач окислить метал на поверхні з утворенням оксидів, які легше видалити в кислих умовах. У той же час HF видалить попередній шар природного оксиду, а окислювач окислить монокристалічний кремній на поверхні, щоб утворити новий оксидний шар, щоб запобігти прикріпленню металу до поверхні монокристалічного кремнію; додайте аніонну поверхнево-активну речовину до HF, щоб поверхня монокристалічного кремнію в розчині для очищення HF мала негативний потенціал, а поверхня частинки – позитивний потенціал. Додавання аніонної поверхнево-активної речовини може змусити потенціал поверхні кремнію та поверхні частинки мати однаковий знак, тобто поверхневий потенціал частинки змінюється з позитивного на негативний, що є тим самим знаком, що й негативний потенціал поверхні кремнієвої пластини, так що електричне відштовхування генерується між поверхнею кремнієвої пластини та поверхнею частинок, тим самим запобігаючи прикріпленню частинок; додайте комплексоутворювач до розчину для очищення HF, щоб утворити комплекс із домішками, який безпосередньо розчиняється в розчині для очищення та не буде прикріплюватися до поверхні кремнієвої пластини.
2.3 Технологія очищення SC1
Технологія очищення SC1 є найпоширенішим, недорогим і високоефективним методом очищення для видалення забруднення з поверхні пластини. Технологія очищення SC1 може одночасно видалити органічні речовини, деякі іони металів і деякі поверхневі частинки. Принцип SC1 для видалення органічних речовин полягає у використанні окислювального ефекту перекису водню та розчиняючого ефекту NH4OH для перетворення органічних забруднень у водорозчинні сполуки, а потім виведення їх із розчином. Завдяки своїм окислювальним і комплексоутворюючим властивостям, розчин SC1 може окислювати деякі іони металів, перетворюючи ці іони металів у високовалентні іони, а потім далі реагувати з лугом з утворенням розчинних комплексів, які виділяються з розчином. Однак деякі метали мають високу вільну енергію оксидів, що утворюються після окислення, які легко прилипають до оксидної плівки на поверхні пластини (оскільки розчин SC1 має певні окисні властивості та утворює оксидну плівку на поверхні пластини), тому вони непросто видалити, наприклад метали, такі як Al і Fe. При видаленні іонів металу швидкість адсорбції та десорбції металу на поверхні пластини зрештою досягне балансу. Тому в передових виробничих процесах рідина для очищення використовується один раз для процесів, які мають високі вимоги до іонів металів. Після використання він розряджається та не використовуватиметься знову. Мета полягає в тому, щоб зменшити вміст металу в рідині для очищення, щоб максимально змити метал з поверхні пластини. Технологія очищення SC1 також може ефективно видаляти поверхневі забруднення частинками, а основним механізмом є електричне відштовхування. У цьому процесі можна проводити ультразвукове та мегазвукове очищення для отримання кращих ефектів очищення. Технологія очищення SC1 матиме значний вплив на шорсткість поверхні пластини. Щоб зменшити вплив технології очищення SC1 на шорсткість поверхні пластини, необхідно сформулювати відповідне співвідношення компонентів рідини для очищення. У той же час використання миючої рідини з низьким поверхневим натягом може стабілізувати швидкість видалення частинок, підтримувати високу ефективність видалення та зменшити вплив на шорсткість поверхні пластини. Додавання поверхнево-активних речовин до рідини для очищення SC1 може зменшити поверхневий натяг рідини для очищення. Крім того, додавання хелатоутворювачів до рідини для очищення SC1 може призвести до того, що метал у рідині для очищення може постійно утворювати хелати, що є корисним для пригнічення поверхневої адгезії металів.
2.4 Технологія очищення SC2
Технологія очищення SC2 також є недорогою технологією вологого прибирання з хорошою здатністю видаляти забруднення. SC2 має надзвичайно сильні комплексоутворювальні властивості та може реагувати з металами перед окисленням з утворенням солей, які видаляються очисним розчином. Розчинні комплекси, утворені реакцією окислених іонів металу з іонами хлориду, також будуть видалені очисним розчином. Можна сказати, що за умови відсутності впливу на пластину технологія очищення SC1 і технологія очищення SC2 доповнюють одна одну. Явище адгезії металу в миючому розчині легко виникає в лужному миючому розчині (тобто миючому розчині SC1), і непросто в кислому розчині (миючий розчин SC2), і він має сильну здатність видаляти метали на поверхні вафелі. Однак, хоча такі метали, як Cu, можна видалити після очищення SC1, деякі проблеми з адгезією металу природної оксидної плівки, утвореної на поверхні пластини, не було вирішено, і це не підходить для технології очищення SC2.
2.5 Технологія очищення O3
У процесі виробництва чіпів технологія очищення O3 в основному використовується для видалення органічних речовин і дезінфекції DIW. Очищення O3 завжди передбачає окислення. Взагалі кажучи, O3 можна використовувати для видалення деяких органічних речовин, але через окислення O3 відбудеться повторне відкладення на поверхні пластини. Тому HF зазвичай використовується в процесі використання O3. Крім того, процес використання HF з O3 також може видалити деякі іони металів. Слід зазначити, що, як правило, більш високі температури сприятливі для видалення органічних речовин, часток і навіть іонів металів. Однак при використанні технології очищення O3 кількість O3, розчиненого в DIW, зменшуватиметься зі збільшенням температури. Іншими словами, концентрація O3, розчиненого в DIW, зменшуватиметься зі збільшенням температури. Тому необхідно оптимізувати деталі процесу O3, щоб максимізувати ефективність очищення. У виробництві напівпровідників O3 також можна використовувати для дезінфекції DIW, головним чином тому, що речовини, які використовуються для очищення питної води, як правило, містять хлор, що є неприйнятним у сфері виробництва мікросхем. Інша причина полягає в тому, що O3 розкладається на кисень і не забруднює систему DIW. Однак необхідно контролювати вміст кисню в DIW, який не може перевищувати вимоги для використання у виробництві напівпровідників. 2.6 Технологія очищення органічними розчинниками У процесі виробництва напівпровідників часто використовуються деякі спеціальні процеси. У багатьох випадках наведені вище методи не можуть бути використані, оскільки ефективність очищення недостатня, деякі компоненти, які не можна змити, витравлюються, а оксидні плівки не утворюються. Тому деякі органічні розчинники також використовуються для досягнення мети очищення.
3 Висновок
У процесі виробництва напівпровідників процес очищення є процесом з найбільшою кількістю повторів. Використання відповідної технології очищення може значно підвищити врожайність виробництва чіпів. Зі збільшенням розміру кремнієвих пластин і мініатюризацією структур пристроїв індекс щільності укладання зростає, а вимоги до технології очищення пластин стають все вищими. До чистоти поверхні пластин, хімічного стану поверхні, шорсткості і товщини оксидної плівки висуваються більш жорсткі вимоги. Базуючись на розвинутій технології процесу, ця стаття представляє технологію очищення пластин у передовому виробництві пластин і принципи очищення різних процесів очищення. З точки зору економіки та захисту навколишнього середовища, вдосконалення технології очищення пластин може краще задовольнити потреби передового виробництва пластин.
