Geavanceerde schoonmaaktechnieken in de fabricage van halfgeleiders

De productie van geïntegreerde circuits (IC) vereist precieze processen om de integriteit van siliciumwafels te waarborgen.Verontreinigende stoffen zoals deeltjes, organische residuen, metalen en oxiden vormen echter aanzienlijke uitdagingen, die de wafelkwaliteit en functionaliteit beïnvloeden.Dit artikel onderzoekt de soorten verontreinigingen die van invloed zijn op de IC -productie en duikt in geavanceerde reinigingstechnieken, waaronder natte en droge methoden, die de verwijdering van verontreiniging optimaliseren en tegelijkertijd de productie -efficiëntie en duurzaamheid in cleanroomomgevingen verbeteren.

Catalogus

Soorten verontreinigingen die de IC -productie beïnvloeden

De productie van geïntegreerde circuits (IC) omvat zorgvuldige processen, maar siliciumwafels worden vaak geconfronteerd met de aanwezigheid van diverse verontreinigingen in clean room -omgevingen.Deze verontreinigende stoffen, zoals deeltjes, organische residuen, metalen en oxiden, kunnen de structurele kwaliteit van wafels verstoren, een zorg die op het snijvlak van technologie en materiële wetenschap staat.

Deeltjesverontreinigingen

Afkomstig van materialen zoals polymeren, fotoresisten en etsenresten, houden deeltjes zich aan wafels voornamelijk door Van der Waals -krachten, uitdagende daaropvolgende verwerkingsfasen.Het aanpakken van dit probleem kan fysieke interventies zoals ultrasone reiniging of chemische technieken, zoals wasbeurten, omvatten om deeltjes los te maken met behoud van de wafelintegriteit.Het effectief verminderen van dit type verontreiniging vereist een genuanceerd begrip van materiaalinteracties en op maat gemaakte oplossingen die de hechting verminderen, waardoor het pad voor verwijdering wordt gladgemaakt.Bovendien kan het opnemen van geavanceerde filtratiesystemen en luchtstroomstrategieën in productiefaciliteiten deeltjesafzetting aanzienlijk verminderen.

Organische verontreinigingen

Persistente organische residuen van huidoliën, omgevingslucht en machinemeermiddelen vormen barrières die de efficiëntie van het reinigingsmiddel belemmeren.Deze residuen compromitteren zowel zuiverheid als functionaliteit door essentiële verwerkingslagen te verstoren.Initiële reinigingsstappen richten zich daarom op de extractie van deze organische lagen, waardoor het podium wordt bereikt voor volgende reinigingsfasen.Technieken zoals oplosmiddelreiniging en UV-behandeling met lage druk zijn cruciaal, waardoor de noodzaak wordt onderstreept om rigoureus gecontroleerde omgevingen te handhaven om herbesmetting te voorkomen.

Metaalverontreinigingen

Hoewel metaalverbindingen zijn ingebed in halfgeleiderprocessen, vormen ze ook uitdagingen op verontreiniging.Metalen zoals aluminium en koper kunnen ontstaan ​​tijdens fotolithografie en chemische dampafzetting (CVD), waardoor het behoud van wafelzuiverheid wordt gecompliceerd.Het verzachten van deze risico's omvat het inzetten van de afzettingsbarrières of geavanceerde etstechnieken, waarbij de nadruk wordt gelegd op voortdurend toezicht om ervoor te zorgen dat verontreinigingen onder de drempelniveaus blijven.Het implementeren van dual-mode reinigingsprocessen, die meteen scheiden en metaalonzuiverheden verwijderen zonder andere kritieke structuren te beschadigen, is ook fundamenteel.

Oxide -verontreinigingen

Oxidelagen ontwikkelen zich in het algemeen door de oxidatie van siliciumatomen in zuurstofrijke omstandigheden, wat resulteert in natieve of chemische oxiden.Er moet een delicaat evenwicht worden getroffen tussen het verwijderen van deze oxiden en het behoud van de structurele integriteit van het poortoxide.Selectieve etsenmethoden en gebufferde oxide -etsen zijn cruciaal bij het beheren van deze balans.Innovaties in deze technieken blijven evolueren, aangedreven door een diepgaand begrip van materiaaleigenschappen en reactiedynamiek.Een dergelijk delicaat evenwicht vergemakkelijkt de vooruitgang in precisie tijdens de fabricage, geleid door een diepgaand begrip van de betrokken microscopische interacties.

Verschillende benaderingen van schoonmaken

Natte reinigingstechnieken

Deze reinigingsaanpak maakt gebruik van vloeibare chemische oplosmiddelen en gedeïoniseerd (DI) water om reinigingstaken uit te voeren, zoals oxideren, etsen en oplossen van verontreinigingen die aanwezig zijn op het wafeloppervlak.Dit omvat organische materie en metaalionen.Algemeen toegepaste technieken omvatten RCA -reiniging, chemische verdunning, IMEC -reiniging en enkele wafelreiniging.

RCA -reinigingsprocedure

Aanvankelijk ontbrak de benadering van siliciumwafelreiniging aan systematische procedures.De RCA -reinigingsmethode, ontwikkeld door de Radio Corporation of America (RCA), heeft een uitgebreid proces voor siliciumwafelreiniging opgezet tijdens de productie van componenten.Deze techniek blijft een fundamenteel element voor veel hedendaagse reinigingsprocessen.

Het gebruik van oplosmiddelen, zuren, oppervlakteactieve stoffen en water, is gericht op het reinigen van RCA om oppervlakteverontreinigingen efficiënt te verwijderen, met behoud van de kenmerken van de wafer.Uitgebreide spoelen met ultrazuinig water (UPW) volgt elke chemische toepassing.Hieronder zijn verschillende reinigingsoplossingen vaak gebruikt:

- APM (NH4OH/H2O2/H2O bij 65-80 ° C): deze oplossing bestaat uit ammoniumhydroxide, waterstofperoxide en DI -water, effectief oxiderende en ets oppervlakte -deeltjes, naast het verwijderen van sommige organische en metaalverontreinigers.Terwijl het siliciumoppervlak oxideert en etsen, neemt de ruwheid van het oppervlak toe.

- HPM (HCl/H2O2/H2O bij 65-80 ° C): bekend als SC-2, lost deze reinigingsoplossing alkali-metaalionen en hydroxiden van metalen zoals aluminium en magnesium op.Chloride-ionen in HCL reageren met resterende metaalionen, waardoor in water oplosbare complexen worden gevormd.

- SPM (H2SO4/H2O2/H2O bij 100 ° C): SC-3 genoemd, deze oplossing verwijdert efficiënt organische verontreinigingen.Zwavelzuurdehydraten en carboniseert organisch materiaal, dat waterstofperoxide vervolgens oxideert in gasvormige bijproducten.

-HF of DHF (HF: H2O = 1: 2: 10 bij 20-25 ° C): gebruikt voor oxide-verwijdering in moeilijk bereikbare gebieden, deze oplossing etsen siliciumoxiden terwijl het oppervlaktetaal afneemt.Na SC1- en SC2 -reiniging elimineert het inheemse oxidelagen uit de siliciumwafer en vormt het een hydrofoob siliciumoppervlak.

- Ultrapure water: post-cleaning, ozonated water dient om resterende chemicaliën en spoelwafels te verdunnen.

Het opnemen van megasone energie in RCA -reiniging vermindert het chemische en DI -waterverbruik, verkort de wafer -etstijd en verlengt bijgevolg de levensduur van de reinigingsoplossing.

Verdunning chemische methode

De verdunningsbenadering voor SC1- en SC2 -mengsels, in combinatie met RCA -reiniging, behoudt chemicaliën en DI -water.Het is mogelijk om H2O2 volledig weg te laten van de SC2 -oplossing.Het APM SC2 -mix, verdund bij een verhouding van 1: 1: 50, verwijdert effectief deeltjes en koolwaterstoffen van het waferoppervlak.

Voor metaalverwijdering zijn zwaar verdunde mengsels (HPM 1: 1: 60 en HCl 1: 100) even effectief als traditionele SC2 -vloeistoffen.Het handhaven van lage HCL -concentraties biedt het voordeel van het voorkomen van de deeltjesrooster, en de pH van de oplossing, die varieert van 2 tot 2,5, beïnvloedt de oppervlaktelading van de siliciumwafer.Boven deze pH vormen de geladen oppervlakken van zowel silicium- als oplossingsdeeltjes een elektrostatische barrière, die deeltjesafzetting remmen.Onder deze pH storten deeltjes op de wafel vanwege een gebrek aan afscherming.

Significante verminderingen, meer dan 86%, in chemisch consumptie treden op bij verdunde RCA -reiniging.Geoptimaliseerde reinigingsstappen, die megasone agitatie met verdunde SC1-, SC2- en HF-oplossingen omvatten, de levensduur van de oplossing verbeteren en chemisch gebruik met 80-90%versterken.Experimenten suggereren dat hete UPW-gebruik het verbruik van UPW met 75-80%kan verminderen, en verschillende verdunningschemie kunnen grote hoeveelheden spoelwater besparen als gevolg van lagere stroomsnelheden en tijdsvereisten.

IMEC -schoonmaakbenadering

Deze methode richt zich op het verminderen van chemisch en DI -waterverbruik bij nat reiniging, gericht op het effectief aanspreken van organische verontreinigende stoffen in zijn beginfase.Vaak worden zwavelzuurcombinaties gebruikt;Ozonated DI -water is echter een levensvatbaar alternatief voor milieuvoordelen en het verminderen van moeilijke reinigingsfasen.Het aanpassen van temperatuur en concentratie vergemakkelijkt de efficiënte organische verwijdering.

De tweede fase richt zich op oxidelagen, deeltjes en metaaloxiden.Elektrochemische depositieprocessen worden een zorg voor metaalionen in HF -oplossingen.HF/HCL -oplossingen onderdrukken meestal metaalafzetting en onderdrukken de oxidecoatings efficiënt.Het strategisch toevoegen van chloride -ionen kan metaalplaten voorkomen en de duurzaamheid van de oplossing verbeteren.

In de laatste fase is het doel om hydrofiliciteit aan het siliciumoppervlak te geven, waardoor droogvlekken of watermerken worden geminimaliseerd.Verdun HCL/O3 -oplossingen bij lage pH maken het oppervlak hydrofiel zonder herontaming van metaal, terwijl het gebruik van HNO3 tijdens het spoeling CA -besmetting afneemt.

Vergelijkende analyse toont de IMEC -methode effectief in beperking van metaalverontreiniging en is economisch verstandig vanwege verminderd chemisch gebruik.

Enkele wafelreiniging

Voor wafels met grote diameter schieten gevestigde procedures vaak tekort.Enkele wafelreiniging, met behulp van DI-O3/DHF-oplossingen bij kamertemperatuur, biedt een gerichte aanpak.Door siliciumoxide en het verwijderen van deeltjes en metalen met HF te etsen en siliciumoxide te vormen met di-O3, kunnen bevredigende resultaten worden bereikt zonder kruisbesmetting.Spoel met DI -water of ozoneerd water en vermijd vlekken door te drogen met isopropylethanol (IPA) en stikstof.Verbeterde RCA-reiniging toont de effectiviteit van technieken met één wafer, waarbij DI-water- en HF-recycling tijdens het proces de chemische uitgaven en wafelkosten verder optimaliseren.

Stomerijtechnieken

Doge reiniging, door dampfase chemische middelen, pakt de onzuiverheden van de wafer oppervlakte-oppervlakte aan.Gewoonlijk worden thermische oxidatie en plasma -reiniging gebruikt.Procedures omvatten het introduceren van hete of plasmasreactieve gassen in een reactiekamer, wat leidt tot de vorming van vluchtige reactieproducten die vervolgens worden geëvacueerd.Een oxidatieoven maakt het gloeien van CI -insluiting mogelijk en AR -sputteren wordt gedaan vóór depositie.Plasma-reiniging omvat het omzetten van anorganisch gas in plasma-actieve deeltjes, die interageren met oppervlaktemoleculen om gasfase-residuen te vormen.

De voordelen van stomerij zijn gelokaliseerde behandeling en geen overgebleven afvalvloeistoffen.De etsende anisotropie helpt bij het produceren van fijne patronen.Vanwege niet-selectieve reacties met oppervlaktemetalen en de specifieke omstandigheden die nodig zijn voor volledige vervluchtiging van metaal, vervang droge reiniging echter alleen geen natte reiniging.Studies onthullen opmerkelijke verminderingen in gemetalliseerde verontreinigingen met behulp van gasfasetechnieken, aangevuld met natte reiniging in de praktijk.