Für die Herstellung von Halbleitern sind einige organische und anorganische Substanzen erforderlich. Da der Prozess außerdem immer in einem Reinraum unter menschlicher Beteiligung durchgeführt wird, sind Halbleiter erforderlichWaffelnsind zwangsläufig durch verschiedene Verunreinigungen verunreinigt.
Je nach Quelle und Art der Schadstoffe lassen sich diese grob in vier Kategorien einteilen: Partikel, organische Stoffe, Metallionen und Oxide.
1. Partikel:
Bei den Partikeln handelt es sich hauptsächlich um einige Polymere, Fotolacke und Ätzverunreinigungen.
Solche Verunreinigungen werden normalerweise durch intermolekulare Kräfte an der Oberfläche des Wafers adsorbiert, was die Bildung geometrischer Figuren und elektrische Parameter des Photolithographieprozesses des Geräts beeinflusst.
Solche Verunreinigungen werden hauptsächlich durch eine schrittweise Verringerung ihrer Kontaktfläche mit der Oberfläche entferntWaferdurch physikalische oder chemische Methoden.
2. Organisches Material:
Die Quellen organischer Verunreinigungen sind relativ vielfältig, z. B. menschliches Hautöl, Bakterien, Maschinenöl, Vakuumfett, Fotolack, Reinigungslösungsmittel usw.
Solche Verunreinigungen bilden normalerweise einen organischen Film auf der Oberfläche des Wafers, um zu verhindern, dass die Reinigungsflüssigkeit die Oberfläche des Wafers erreicht, was zu einer unvollständigen Reinigung der Waferoberfläche führt.
Die Entfernung solcher Verunreinigungen erfolgt häufig im ersten Schritt des Reinigungsprozesses, hauptsächlich mit chemischen Methoden wie Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid.
3. Metallionen:
Zu den üblichen Metallverunreinigungen zählen Eisen, Kupfer, Aluminium, Chrom, Gusseisen, Titan, Natrium, Kalium, Lithium usw. Die Hauptquellen sind verschiedene Utensilien, Rohre, chemische Reagenzien und Metallverschmutzung, die durch die Bildung von Metallverbindungen während der Verarbeitung entsteht.
Diese Art von Verunreinigung wird häufig durch chemische Methoden durch die Bildung von Metallionenkomplexen entfernt.
4. Oxid:
Beim HalbleiterWaffelnWerden sie einer sauerstoff- und wasserhaltigen Umgebung ausgesetzt, bildet sich auf der Oberfläche eine natürliche Oxidschicht. Dieser Oxidfilm behindert viele Prozesse in der Halbleiterfertigung und enthält auch bestimmte Metallverunreinigungen. Unter bestimmten Bedingungen bilden sie elektrische Defekte.
Die Entfernung dieses Oxidfilms wird häufig durch Einweichen in verdünnter Flusssäure abgeschlossen.
Allgemeine Reinigungsreihenfolge
Auf der Oberfläche des Halbleiters adsorbierte VerunreinigungenWaffelnkann in drei Typen unterteilt werden: molekular, ionisch und atomar.
Unter diesen ist die Adsorptionskraft zwischen molekularen Verunreinigungen und der Oberfläche des Wafers schwach, und diese Art von Verunreinigungspartikeln lässt sich relativ leicht entfernen. Es handelt sich meist um ölige Verunreinigungen mit hydrophoben Eigenschaften, die ionische und atomare Verunreinigungen, die die Oberfläche von Halbleiterwafern verunreinigen, maskieren können, was der Entfernung dieser beiden Arten von Verunreinigungen nicht förderlich ist. Daher sollten bei der chemischen Reinigung von Halbleiterwafern zunächst molekulare Verunreinigungen entfernt werden.
Daher das allgemeine Verfahren des HalbleitersWaferReinigungsprozess ist:
Demolekularisierung-Deionisierung-De-Atomisierung-Spülung mit entionisiertem Wasser.
Um die natürliche Oxidschicht auf der Oberfläche des Wafers zu entfernen, muss außerdem ein Einweichschritt mit verdünnter Aminosäure hinzugefügt werden. Daher besteht die Idee der Reinigung darin, zunächst organische Verunreinigungen auf der Oberfläche zu entfernen; dann die Oxidschicht auflösen; Entfernen Sie abschließend Partikel und Metallverunreinigungen und passivieren Sie gleichzeitig die Oberfläche.
Gängige Reinigungsmethoden
Zur Reinigung von Halbleiterwafern werden häufig chemische Verfahren eingesetzt.
Chemische Reinigung bezieht sich auf den Prozess, bei dem verschiedene chemische Reagenzien und organische Lösungsmittel verwendet werden, um Verunreinigungen und Ölflecken auf der Oberfläche des Wafers zu reagieren oder aufzulösen, um Verunreinigungen zu desorbieren, und dann mit einer großen Menge hochreinem heißem und kaltem entionisiertem Wasser gespült werden, um sie zu erhalten eine saubere Oberfläche.
Die chemische Reinigung kann in die nasschemische Reinigung und die chemische Trockenreinigung unterteilt werden, wobei die nasschemische Reinigung immer noch vorherrscht.
Nasschemische Reinigung
1. Nasschemische Reinigung:
Die nasschemische Reinigung umfasst hauptsächlich das Eintauchen in Lösung, mechanisches Schrubben, Ultraschallreinigung, Megaschallreinigung, Rotationssprühen usw.
2. Eintauchen in die Lösung:
Das Eintauchen in eine Lösung ist eine Methode zur Entfernung von Oberflächenverunreinigungen durch Eintauchen des Wafers in eine chemische Lösung. Es ist die am häufigsten verwendete Methode der nasschemischen Reinigung. Zur Entfernung unterschiedlicher Arten von Verunreinigungen auf der Oberfläche des Wafers können unterschiedliche Lösungen eingesetzt werden.
Verunreinigungen auf der Oberfläche des Wafers können mit dieser Methode in der Regel nicht vollständig entfernt werden, daher werden beim Eintauchen häufig physikalische Maßnahmen wie Erhitzen, Ultraschall und Rühren eingesetzt.
3. Mechanisches Schrubben:
Um Partikel oder organische Rückstände auf der Oberfläche des Wafers zu entfernen, wird häufig mechanisches Schrubben eingesetzt. Es lässt sich grundsätzlich in zwei Methoden unterteilen:manuelles Schrubben und Schrubben mit einem Wischer.
Manuelles Schrubbenist die einfachste Schrubbmethode. Mit einer Edelstahlbürste wird eine in wasserfreiem Ethanol oder anderen organischen Lösungsmitteln getränkte Kugel gehalten und die Oberfläche des Wafers vorsichtig in die gleiche Richtung gerieben, um Wachsfilm, Staub, Klebereste oder andere feste Partikel zu entfernen. Diese Methode kann leicht zu Kratzern und starker Verschmutzung führen.
Der Wischer reibt die Oberfläche des Wafers durch mechanische Rotation mit einer weichen Wollbürste oder einer gemischten Bürste ab. Durch diese Methode werden Kratzer auf dem Wafer deutlich reduziert. Der Hochdruckwischer zerkratzt den Wafer aufgrund der fehlenden mechanischen Reibung nicht und kann die Verschmutzung in der Nut entfernen.
4. Ultraschallreinigung:
Die Ultraschallreinigung ist eine in der Halbleiterindustrie weit verbreitete Reinigungsmethode. Seine Vorteile sind eine gute Reinigungswirkung, eine einfache Bedienung und die Möglichkeit, auch komplexe Geräte und Behälter zu reinigen.
Bei dieser Reinigungsmethode werden starke Ultraschallwellen eingesetzt (die häufig verwendete Ultraschallfrequenz beträgt 20 bis 40 kHz), wodurch im flüssigen Medium spärliche und dichte Teile erzeugt werden. Der spärliche Teil erzeugt eine nahezu vakuumartige Hohlraumblase. Wenn die Hohlraumblase verschwindet, wird in ihrer Nähe ein starker lokaler Druck erzeugt, der die chemischen Bindungen in den Molekülen aufbricht und die Verunreinigungen auf der Waferoberfläche auflöst. Die Ultraschallreinigung eignet sich am effektivsten zur Entfernung unlöslicher oder unlöslicher Flussmittelrückstände.
5. Megaschallreinigung:
Die Megaschallreinigung bietet nicht nur die Vorteile der Ultraschallreinigung, sondern überwindet auch deren Nachteile.
Die Megaschallreinigung ist eine Methode zur Reinigung von Wafern, bei der der hochenergetische (850 kHz) Frequenzvibrationseffekt mit der chemischen Reaktion chemischer Reinigungsmittel kombiniert wird. Während der Reinigung werden die Lösungsmoleküle durch die Megaschallwelle beschleunigt (die maximale Momentangeschwindigkeit kann 30 cmVs erreichen), und die Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitswelle trifft kontinuierlich auf die Oberfläche des Wafers, so dass die Schadstoffe und Feinpartikel an der Oberfläche des Wafers anhaften Wafer werden gewaltsam entfernt und gelangen in die Reinigungslösung. Durch die Zugabe von sauren Tensiden zur Reinigungslösung kann einerseits der Zweck erreicht werden, Partikel und organische Stoffe auf der Polieroberfläche durch Adsorption von Tensiden zu entfernen; Andererseits kann durch die Integration von Tensiden und einer sauren Umgebung der Zweck erreicht werden, Metallverunreinigungen auf der Oberfläche des Polierblatts zu entfernen. Diese Methode kann gleichzeitig die Rolle des mechanischen Wischens und der chemischen Reinigung übernehmen.
Gegenwärtig hat sich die Megaschall-Reinigungsmethode zu einer wirksamen Methode zum Reinigen von Polierblättern entwickelt.
6. Rotationssprühverfahren:
Bei der Rotationssprühmethode handelt es sich um eine Methode, bei der der Wafer mithilfe mechanischer Methoden mit hoher Geschwindigkeit rotiert wird und während des Rotationsprozesses kontinuierlich Flüssigkeit (hochreines entionisiertes Wasser oder eine andere Reinigungsflüssigkeit) auf die Oberfläche des Wafers gesprüht wird, um Verunreinigungen auf dem Wafer zu entfernen Oberfläche des Wafers.
Bei dieser Methode werden die Verunreinigungen auf der Oberfläche des Wafers in der versprühten Flüssigkeit gelöst (oder chemisch mit ihr reagiert, um sie aufzulösen), und es wird der Zentrifugaleffekt der Hochgeschwindigkeitsrotation genutzt, um die Flüssigkeit, die Verunreinigungen enthält, von der Oberfläche des Wafers zu trennen rechtzeitig.
Das Rotationssprühverfahren bietet die Vorteile der chemischen Reinigung, der strömungsmechanischen Reinigung und der Hochdruckreinigung. Gleichzeitig kann dieses Verfahren auch mit dem Trocknungsprozess kombiniert werden. Nach einer gewissen Zeit der Sprühreinigung mit entionisiertem Wasser wird die Wassersprühung gestoppt und ein Sprühgas verwendet. Gleichzeitig kann die Rotationsgeschwindigkeit erhöht werden, um die Zentrifugalkraft zu erhöhen und die Oberfläche des Wafers schnell zu entwässern.
7.Chemische Trockenreinigung
Unter chemischer Reinigung versteht man eine Reinigungstechnik, bei der keine Lösungen zum Einsatz kommen.
Zu den derzeit verwendeten Trockenreinigungstechnologien gehören: Plasmareinigungstechnologie, Gasphasenreinigungstechnologie, Strahlreinigungstechnologie usw.
Die Vorteile der Trockenreinigung sind ein einfacher Prozess und keine Umweltverschmutzung, aber die Kosten sind hoch und der Anwendungsbereich ist vorerst nicht groß.
1. Plasma-Reinigungstechnologie:
Bei der Entfernung von Fotolacken wird häufig eine Plasmareinigung eingesetzt. Eine kleine Menge Sauerstoff wird in das Plasmareaktionssystem eingeführt. Unter Einwirkung eines starken elektrischen Feldes erzeugt der Sauerstoff ein Plasma, das den Fotolack schnell in einen flüchtigen Gaszustand oxidiert und extrahiert.
Diese Reinigungstechnologie bietet die Vorteile einer einfachen Bedienung, einer hohen Effizienz, einer sauberen Oberfläche, ohne Kratzer und trägt zur Gewährleistung der Produktqualität im Entschleimungsprozess bei. Darüber hinaus werden keine Säuren, Laugen und organischen Lösungsmittel verwendet und es gibt keine Probleme wie Abfallentsorgung und Umweltverschmutzung. Daher wird es von den Menschen immer mehr geschätzt. Kohlenstoff und andere nichtflüchtige Metall- oder Metalloxidverunreinigungen können jedoch nicht entfernt werden.
2. Gasphasenreinigungstechnologie:
Unter Gasphasenreinigung versteht man eine Reinigungsmethode, bei der das Gasphasenäquivalent der entsprechenden Substanz im flüssigen Prozess zur Wechselwirkung mit der kontaminierten Substanz auf der Oberfläche des Wafers genutzt wird, um den Zweck der Entfernung von Verunreinigungen zu erreichen.
Beispielsweise nutzt die Waferreinigung im CMOS-Prozess die Wechselwirkung zwischen HF in der Gasphase und Wasserdampf, um Oxide zu entfernen. Normalerweise muss der wasserhaltige HF-Prozess von einem Partikelentfernungsprozess begleitet werden, während der Einsatz der Gasphasen-HF-Reinigungstechnologie keinen anschließenden Partikelentfernungsprozess erfordert.
Die wichtigsten Vorteile im Vergleich zum wässrigen HF-Verfahren sind ein deutlich geringerer HF-Chemikalienverbrauch und eine höhere Reinigungseffizienz.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 13. August 2024