Für die Halbleiterherstellung werden einige organische und anorganische Substanzen benötigt. Da der Prozess stets in einem Reinraum unter menschlicher Beteiligung durchgeführt wird, ist die Halbleiterherstellung zudem mitunter schwierig.Waffelnsind unweigerlich mit verschiedenen Verunreinigungen behaftet.
Nach Herkunft und Art der Verunreinigungen lassen sie sich grob in vier Kategorien einteilen: Partikel, organische Stoffe, Metallionen und Oxide.
1. Partikel:
Bei den Partikeln handelt es sich hauptsächlich um Polymere, Fotolacke und Ätzverunreinigungen.
Solche Verunreinigungen adsorbieren üblicherweise über intermolekulare Kräfte an der Oberfläche des Wafers und beeinflussen so die Ausbildung geometrischer Formen und elektrischer Parameter des Photolithographieprozesses des Bauelements.
Solche Verunreinigungen werden hauptsächlich dadurch entfernt, dass ihre Kontaktfläche mit der Oberfläche schrittweise verringert wird.Waffeldurch physikalische oder chemische Methoden.
2. Organische Substanz:
Die Quellen organischer Verunreinigungen sind relativ vielfältig, wie z. B. menschliches Hautfett, Bakterien, Maschinenöl, Vakuumfett, Fotolack, Reinigungsmittel usw.
Solche Verunreinigungen bilden üblicherweise einen organischen Film auf der Oberfläche des Wafers, der verhindert, dass die Reinigungsflüssigkeit die Oberfläche des Wafers erreicht, was zu einer unvollständigen Reinigung der Waferoberfläche führt.
Die Beseitigung solcher Verunreinigungen erfolgt oft im ersten Schritt des Reinigungsprozesses, hauptsächlich mit chemischen Methoden wie Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid.
3. Metallionen:
Zu den häufigsten Metallverunreinigungen gehören Eisen, Kupfer, Aluminium, Chrom, Gusseisen, Titan, Natrium, Kalium, Lithium usw. Die Hauptquellen sind verschiedene Utensilien, Rohre, chemische Reagenzien und Metallverschmutzungen, die bei der Bildung von Metallverbindungen während der Verarbeitung entstehen.
Diese Art von Verunreinigung wird häufig durch chemische Verfahren über die Bildung von Metallionenkomplexen entfernt.
4. Oxid:
Wenn HalbleiterWaffelnWerden Oberflächen einer sauerstoff- und wasserhaltigen Umgebung ausgesetzt, bildet sich eine natürliche Oxidschicht. Diese Oxidschicht behindert zahlreiche Prozesse in der Halbleiterfertigung und enthält zudem bestimmte Metallverunreinigungen. Unter bestimmten Bedingungen können elektrische Defekte entstehen.
Die Entfernung dieser Oxidschicht erfolgt häufig durch Einweichen in verdünnter Fluorwasserstoffsäure.
Allgemeine Reinigungssequenz
Verunreinigungen, die auf der Oberfläche des Halbleiters adsorbiert sindWaffelnlassen sich in drei Typen unterteilen: molekulare, ionische und atomare.
Die Adsorptionskräfte zwischen molekularen Verunreinigungen und der Waferoberfläche sind gering, weshalb sich diese Art von Verunreinigungspartikeln relativ leicht entfernen lässt. Es handelt sich meist um ölige Verunreinigungen mit hydrophoben Eigenschaften, die ionische und atomare Verunreinigungen auf der Oberfläche von Halbleiterwafern verdecken und deren Entfernung erschweren. Daher sollten bei der chemischen Reinigung von Halbleiterwafern zunächst die molekularen Verunreinigungen entfernt werden.
Daher ist das allgemeine Verfahren der HalbleiterWaffelDer Reinigungsprozess ist wie folgt:
Demolekularisierung-Deionisierung-Deatomisierung-Spülung mit deionisiertem Wasser.
Um die natürliche Oxidschicht auf der Waferoberfläche zu entfernen, ist zusätzlich ein Tränkeschritt mit verdünnter Aminosäure erforderlich. Das Reinigungsverfahren besteht daher darin, zunächst organische Verunreinigungen von der Oberfläche zu entfernen, anschließend die Oxidschicht aufzulösen und schließlich Partikel und Metallverunreinigungen zu entfernen sowie die Oberfläche gleichzeitig zu passivieren.
Gängige Reinigungsmethoden
Zur Reinigung von Halbleiterwafern werden häufig chemische Methoden eingesetzt.
Bei der chemischen Reinigung handelt es sich um den Prozess, bei dem verschiedene chemische Reagenzien und organische Lösungsmittel verwendet werden, um Verunreinigungen und Ölflecken auf der Oberfläche des Wafers zu lösen oder zu entfernen, um Verunreinigungen zu desorbieren, und anschließend mit einer großen Menge hochreinen heißen und kalten deionisierten Wassers gespült wird, um eine saubere Oberfläche zu erhalten.
Die chemische Reinigung kann in Nassreinigung und Trockenreinigung unterteilt werden, wobei die Nassreinigung nach wie vor überwiegt.
Nasschemische Reinigung
1. Nasschemische Reinigung:
Die nasschemische Reinigung umfasst hauptsächlich das Eintauchen in Reinigungslösungen, das mechanische Schrubben, die Ultraschallreinigung, die Megaschallreinigung, das Rotationssprühen usw.
2. Eintauchen in die Lösung:
Die Lösungsreinigung ist eine Methode zur Entfernung von Oberflächenverunreinigungen, bei der der Wafer in eine chemische Lösung eingetaucht wird. Sie ist die gängigste Methode in der nasschemischen Reinigung. Verschiedene Lösungen eignen sich zur Entfernung unterschiedlicher Arten von Verunreinigungen auf der Waferoberfläche.
Normalerweise lassen sich mit dieser Methode Verunreinigungen auf der Oberfläche des Wafers nicht vollständig entfernen, daher werden während des Eintauchens häufig physikalische Maßnahmen wie Erhitzen, Ultraschall und Rühren angewendet.
3. Mechanische Reinigung:
Mechanisches Reinigen wird häufig eingesetzt, um Partikel oder organische Rückstände von der Oberfläche des Wafers zu entfernen. Es lässt sich im Allgemeinen in zwei Methoden unterteilen:manuelles Schrubben und Schrubben mit einem Wischer.
Manuelles SchrubbenDie einfachste Reinigungsmethode ist das Abreiben mit einer Edelstahlbürste. Dabei wird eine in wasserfreiem Ethanol oder anderen organischen Lösungsmitteln getränkte Kugel gehalten und die Oberfläche des Wafers vorsichtig in eine Richtung abgerieben, um Wachsfilm, Staub, Klebstoffreste oder andere feste Partikel zu entfernen. Diese Methode kann jedoch leicht Kratzer und starke Verschmutzungen verursachen.
Der Wischer nutzt mechanische Rotation, um die Oberfläche des Wafers mit einer weichen Wollbürste oder einer Mischbürste abzureiben. Dieses Verfahren reduziert Kratzer auf dem Wafer erheblich. Der Hochdruckwischer verkratzt den Wafer aufgrund der fehlenden mechanischen Reibung nicht und kann Verunreinigungen in den Rillen entfernen.
4. Ultraschallreinigung:
Die Ultraschallreinigung ist ein in der Halbleiterindustrie weit verbreitetes Reinigungsverfahren. Zu ihren Vorteilen zählen die gute Reinigungswirkung, die einfache Handhabung und die Möglichkeit, auch komplexe Bauteile und Behälter zu reinigen.
Dieses Reinigungsverfahren nutzt starke Ultraschallwellen (die üblicherweise verwendete Ultraschallfrequenz liegt zwischen 20 und 40 kHz). Dabei entstehen im flüssigen Medium Bereiche mit geringer und hoher Dichte. In den Bereichen mit geringer Dichte bildet sich eine nahezu luftleere Blase. Sobald diese Blase verschwindet, entsteht in ihrer Nähe ein starker lokaler Druck, der die chemischen Bindungen der Moleküle aufbricht und so die Verunreinigungen auf der Waferoberfläche löst. Die Ultraschallreinigung eignet sich besonders gut zur Entfernung von unlöslichen oder schwerlöslichen Flussmittelrückständen.
5. Megaschallreinigung:
Die Megaschallreinigung vereint die Vorteile der Ultraschallreinigung und überwindet gleichzeitig deren Nachteile.
Die Megaschallreinigung ist ein Verfahren zur Waferreinigung, das die Wirkung hochenergetischer Vibrationen (850 kHz) mit der chemischen Reaktion von Reinigungsmitteln kombiniert. Während der Reinigung werden die Moleküle der Reinigungslösung durch die Megaschallwelle beschleunigt (die maximale Momentangeschwindigkeit beträgt 30 cmV/s). Die Hochgeschwindigkeitswelle trifft kontinuierlich auf die Waferoberfläche, wodurch Verunreinigungen und Feinstpartikel von der Oberfläche entfernt und in die Reinigungslösung überführt werden. Durch die Zugabe saurer Tenside zur Reinigungslösung werden einerseits Partikel und organische Substanzen durch Adsorption der Tenside von der Polieroberfläche entfernt. Andererseits ermöglicht die Kombination aus Tensiden und saurem Milieu die Beseitigung von Metallverunreinigungen auf der Oberfläche des Polierblechs. Dieses Verfahren vereint somit die Funktionen eines mechanischen Wischvorgangs und einer chemischen Reinigung.
Die Megaschallreinigungsmethode hat sich mittlerweile als effektive Methode zur Reinigung von Polierblechen etabliert.
6. Rotationssprühverfahren:
Bei der Rotationssprühmethode handelt es sich um ein Verfahren, bei dem der Wafer mechanisch mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird und während des Rotationsvorgangs kontinuierlich Flüssigkeit (hochreines deionisiertes Wasser oder eine andere Reinigungsflüssigkeit) auf die Oberfläche des Wafers gesprüht wird, um Verunreinigungen auf der Oberfläche des Wafers zu entfernen.
Bei diesem Verfahren werden die Verunreinigungen auf der Oberfläche des Wafers in der versprühten Flüssigkeit gelöst (oder chemisch mit ihr reagiert, um sie zu lösen). Der Zentrifugaleffekt der Hochgeschwindigkeitsrotation sorgt dafür, dass sich die verunreinigte Flüssigkeit rechtzeitig von der Oberfläche des Wafers trennt.
Das Rotationssprühverfahren vereint die Vorteile chemischer, strömungsmechanischer und Hochdruckreinigung. Zudem lässt es sich mit einem Trocknungsprozess kombinieren. Nach einer Reinigungsphase mit deionisiertem Wasser wird der Wassersprühvorgang gestoppt und ein Sprühgas eingesetzt. Durch Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit lässt sich die Zentrifugalkraft steigern, wodurch die Waferoberfläche schnell entwässert wird.
7.Trockene chemische Reinigung
Trockenreinigung bezeichnet eine Reinigungstechnologie, die keine Reinigungsmittel verwendet.
Zu den derzeit verwendeten Trockenreinigungstechnologien gehören: Plasmareinigungstechnologie, Gasphasenreinigungstechnologie, Strahlreinigungstechnologie usw.
Die Vorteile der chemischen Reinigung liegen in der einfachen Durchführung und der fehlenden Umweltbelastung, allerdings sind die Kosten hoch und der Anwendungsbereich ist derzeit noch begrenzt.
1. Plasmareinigungstechnologie:
Die Plasmareinigung wird häufig beim Entfernen von Fotolack eingesetzt. Dabei wird eine geringe Menge Sauerstoff in das Plasmareaktionssystem eingeleitet. Unter Einwirkung eines starken elektrischen Feldes erzeugt der Sauerstoff Plasma, welches den Fotolack schnell oxidiert und in einen flüchtigen gasförmigen Zustand überführt, der anschließend abgesaugt wird.
Diese Reinigungstechnologie zeichnet sich durch einfache Handhabung, hohe Effizienz, saubere und kratzfreie Oberflächen aus und trägt zur Sicherstellung der Produktqualität beim Entschleimungsprozess bei. Da sie ohne Säuren, Laugen und organische Lösungsmittel auskommt, entstehen keine Probleme wie Abfallentsorgung oder Umweltverschmutzung. Daher erfreut sie sich zunehmender Beliebtheit. Allerdings kann sie Kohlenstoff und andere nichtflüchtige Metall- oder Metalloxidverunreinigungen nicht entfernen.
2. Gasphasenreinigungstechnologie:
Bei der Gasphasenreinigung handelt es sich um ein Reinigungsverfahren, bei dem das gasförmige Äquivalent der entsprechenden Substanz im flüssigen Prozess mit der verunreinigten Substanz auf der Oberfläche des Wafers interagiert, um Verunreinigungen zu entfernen.
Beispielsweise wird bei der Waferreinigung im CMOS-Prozess die Wechselwirkung zwischen gasförmiger Flusssäure (HF) und Wasserdampf genutzt, um Oxide zu entfernen. Üblicherweise muss die wasserhaltige HF-Reinigung durch einen Partikelentfernungsprozess ergänzt werden, während die Reinigung mit gasförmiger HF keinen nachfolgenden Partikelentfernungsprozess erfordert.
Die wichtigsten Vorteile gegenüber dem wässrigen HF-Verfahren sind der wesentlich geringere HF-Chemikalienverbrauch und die höhere Reinigungseffizienz.
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Veröffentlichungsdatum: 13. August 2024