Algunas sustancias orgánicas e inorgánicas deben participar en la fabricación de semiconductores. Además, dado que el proceso siempre se lleva a cabo en una sala limpia con participación humana, semiconductorobleasestán inevitablemente contaminados por diversas impurezas.
Según la fuente y la naturaleza de los contaminantes, se pueden dividir a grandes rasgos en cuatro categorías: partículas, materia orgánica, iones metálicos y óxidos.
1. Partículas:
Las partículas son principalmente algunos polímeros, fotoprotectores e impurezas de grabado.
Estos contaminantes suelen depender de fuerzas intermoleculares para adsorberse en la superficie de la oblea, lo que afecta la formación de figuras geométricas y los parámetros eléctricos del proceso de fotolitografía del dispositivo.
Estos contaminantes se eliminan principalmente reduciendo gradualmente su área de contacto con la superficie delobleamediante métodos físicos o químicos.
2. Materia orgánica:
Las fuentes de impurezas orgánicas son relativamente amplias, como aceite de piel humana, bacterias, aceite de máquina, grasa para aspiradoras, fotoprotectores, disolventes de limpieza, etc.
Dichos contaminantes normalmente forman una película orgánica sobre la superficie de la oblea para evitar que el líquido limpiador alcance la superficie de la oblea, lo que da como resultado una limpieza incompleta de la superficie de la oblea.
La eliminación de dichos contaminantes suele llevarse a cabo en el primer paso del proceso de limpieza, utilizando principalmente métodos químicos como el ácido sulfúrico y el peróxido de hidrógeno.
3. Iones metálicos:
Las impurezas metálicas comunes incluyen hierro, cobre, aluminio, cromo, hierro fundido, titanio, sodio, potasio, litio, etc. Las fuentes principales son diversos utensilios, tuberías, reactivos químicos y la contaminación metálica generada cuando se forman interconexiones metálicas durante el procesamiento.
Este tipo de impureza a menudo se elimina mediante métodos químicos mediante la formación de complejos de iones metálicos.
4. Óxido:
cuando semiconductorobleasSi se exponen a un entorno que contiene oxígeno y agua, se formará una capa de óxido natural en la superficie. Esta película de óxido obstaculizará muchos procesos en la fabricación de semiconductores y también contendrá ciertas impurezas metálicas. En determinadas condiciones, se producirán defectos eléctricos.
La eliminación de esta película de óxido a menudo se completa sumergiéndola en ácido fluorhídrico diluido.
Secuencia de limpieza general
Impurezas adsorbidas en la superficie del semiconductor.obleasSe pueden dividir en tres tipos: moleculares, iónicos y atómicos.
Entre ellos, la fuerza de adsorción entre las impurezas moleculares y la superficie de la oblea es débil y este tipo de partículas de impureza es relativamente fácil de eliminar. En su mayoría son impurezas aceitosas con características hidrófobas, que pueden enmascarar las impurezas iónicas y atómicas que contaminan la superficie de las obleas semiconductoras, lo que no favorece la eliminación de estos dos tipos de impurezas. Por lo tanto, al limpiar químicamente obleas semiconductoras, primero se deben eliminar las impurezas moleculares.
Por lo tanto, el procedimiento general de semiconductores.obleaEl proceso de limpieza es:
Desmolecularización-desionización-desatomización-enjuague con agua desionizada.
Además, para eliminar la capa de óxido natural en la superficie de la oblea, es necesario agregar un paso de remojo de aminoácidos diluidos. Por lo tanto, la idea de la limpieza es eliminar primero la contaminación orgánica en la superficie; luego disolver la capa de óxido; finalmente eliminar las partículas y la contaminación metálica y pasivar la superficie al mismo tiempo.
Métodos de limpieza comunes
A menudo se utilizan métodos químicos para limpiar obleas semiconductoras.
La limpieza química se refiere al proceso de utilizar diversos reactivos químicos y disolventes orgánicos para reaccionar o disolver las impurezas y las manchas de aceite en la superficie de la oblea para desorber las impurezas, y luego enjuagar con una gran cantidad de agua desionizada fría y caliente de alta pureza para obtener una superficie limpia.
La limpieza química se puede dividir en limpieza química húmeda y limpieza química seca, entre las cuales la limpieza química húmeda sigue siendo dominante.
Limpieza química húmeda
1. Limpieza química húmeda:
La limpieza química húmeda incluye principalmente inmersión en solución, fregado mecánico, limpieza ultrasónica, limpieza megasónica, pulverización rotativa, etc.
2. Inmersión en solución:
La inmersión en solución es un método para eliminar la contaminación de la superficie sumergiendo la oblea en una solución química. Es el método más utilizado en la limpieza química húmeda. Se pueden utilizar diferentes soluciones para eliminar diferentes tipos de contaminantes en la superficie de la oblea.
Por lo general, este método no puede eliminar completamente las impurezas de la superficie de la oblea, por lo que a menudo se utilizan medidas físicas como calentamiento, ultrasonido y agitación durante la inmersión.
3. Lavado mecánico:
El lavado mecánico se utiliza a menudo para eliminar partículas o residuos orgánicos en la superficie de la oblea. Generalmente se puede dividir en dos métodos:fregado manual y fregado con paño.
fregado manualEs el método de fregado más sencillo. Se utiliza un cepillo de acero inoxidable para sostener una bola empapada en etanol anhidro u otros disolventes orgánicos y frotar suavemente la superficie de la oblea en la misma dirección para eliminar la película de cera, el polvo, el pegamento residual u otras partículas sólidas. Este método es fácil de provocar arañazos y contaminación grave.
El limpiador utiliza rotación mecánica para frotar la superficie de la oblea con un cepillo de lana suave o un cepillo mixto. Este método reduce en gran medida los rayones en la oblea. El limpiador de alta presión no rayará la oblea debido a la falta de fricción mecánica y puede eliminar la contaminación en la ranura.
4. Limpieza ultrasónica:
La limpieza ultrasónica es un método de limpieza ampliamente utilizado en la industria de los semiconductores. Sus ventajas son un buen efecto de limpieza, un funcionamiento sencillo y también puede limpiar dispositivos y contenedores complejos.
Este método de limpieza está bajo la acción de fuertes ondas ultrasónicas (la frecuencia ultrasónica comúnmente utilizada es 20s40kHz), y se generarán partes escasas y densas dentro del medio líquido. La parte escasa producirá una burbuja de cavidad casi al vacío. Cuando la burbuja de la cavidad desaparece, se generará una fuerte presión local cerca de ella, rompiendo los enlaces químicos en las moléculas para disolver las impurezas en la superficie de la oblea. La limpieza ultrasónica es más eficaz para eliminar residuos de fundente insolubles o insolubles.
5. Limpieza megasónica:
La limpieza megasónica no sólo tiene las ventajas de la limpieza ultrasónica, sino que también supera sus deficiencias.
La limpieza megasónica es un método de limpieza de obleas que combina el efecto de vibración de frecuencia de alta energía (850 kHz) con la reacción química de agentes de limpieza químicos. Durante la limpieza, las moléculas de la solución son aceleradas por la onda megasónica (la velocidad instantánea máxima puede alcanzar 30 cmVs), y la onda de fluido de alta velocidad impacta continuamente la superficie de la oblea, de modo que los contaminantes y las partículas finas adheridas a la superficie de la La oblea se retira a la fuerza y entra en la solución de limpieza. Agregar tensioactivos ácidos a la solución de limpieza, por un lado, puede lograr el propósito de eliminar partículas y materia orgánica en la superficie de pulido mediante la adsorción de tensioactivos; por otro lado, mediante la integración de tensioactivos y un ambiente ácido, se puede lograr el propósito de eliminar la contaminación metálica en la superficie de la lámina de pulido. Este método puede desempeñar simultáneamente el papel de limpieza mecánica y limpieza química.
En la actualidad, el método de limpieza megasónica se ha convertido en un método eficaz para limpiar láminas de pulido.
6. Método de pulverización rotativa:
El método de pulverización rotativa es un método que utiliza métodos mecánicos para girar la oblea a alta velocidad y rocía continuamente líquido (agua desionizada de alta pureza u otro líquido de limpieza) sobre la superficie de la oblea durante el proceso de rotación para eliminar las impurezas de la oblea. superficie de la oblea.
Este método utiliza la contaminación en la superficie de la oblea para disolverse en el líquido rociado (o reaccionar químicamente con él para disolverse) y utiliza el efecto centrífugo de la rotación de alta velocidad para separar el líquido que contiene impurezas de la superficie de la oblea. a tiempo.
El método de pulverización rotativa tiene las ventajas de la limpieza química, la limpieza mecánica de fluidos y el lavado a alta presión. Al mismo tiempo, este método también se puede combinar con el proceso de secado. Después de un período de limpieza por pulverización de agua desionizada, se detiene la pulverización de agua y se utiliza un gas de pulverización. Al mismo tiempo, se puede aumentar la velocidad de rotación para aumentar la fuerza centrífuga y deshidratar rápidamente la superficie de la oblea.
7.Limpieza química seca
La limpieza en seco se refiere a la tecnología de limpieza que no utiliza soluciones.
Las tecnologías de limpieza en seco utilizadas actualmente incluyen: tecnología de limpieza por plasma, tecnología de limpieza en fase gaseosa, tecnología de limpieza por haz, etc.
Las ventajas de la limpieza en seco son el proceso simple y la ausencia de contaminación ambiental, pero el costo es alto y el alcance de uso no es amplio por el momento.
1. Tecnología de limpieza por plasma:
La limpieza con plasma se utiliza a menudo en el proceso de eliminación de fotoprotectores. Se introduce una pequeña cantidad de oxígeno en el sistema de reacción del plasma. Bajo la acción de un fuerte campo eléctrico, el oxígeno genera plasma, que oxida rápidamente el fotorresistente a un estado de gas volátil y se extrae.
Esta tecnología de limpieza tiene las ventajas de una operación fácil, alta eficiencia, superficie limpia, sin rayones y contribuye a garantizar la calidad del producto en el proceso de desgomado. Además, no utiliza ácidos, álcalis ni disolventes orgánicos, y no existen problemas como la eliminación de residuos y la contaminación ambiental. Por eso, es cada vez más valorado por la gente. Sin embargo, no puede eliminar carbono ni otras impurezas de metales u óxidos metálicos no volátiles.
2. Tecnología de limpieza en fase gaseosa:
La limpieza en fase gaseosa se refiere a un método de limpieza que utiliza el equivalente en fase gaseosa de la sustancia correspondiente en el proceso líquido para interactuar con la sustancia contaminada en la superficie de la oblea para lograr el propósito de eliminar impurezas.
Por ejemplo, en el proceso CMOS, la limpieza de obleas utiliza la interacción entre la fase gaseosa HF y el vapor de agua para eliminar los óxidos. Por lo general, el proceso de HF que contiene agua debe ir acompañado de un proceso de eliminación de partículas, mientras que el uso de tecnología de limpieza de HF en fase gaseosa no requiere un proceso de eliminación de partículas posterior.
Las ventajas más importantes en comparación con el proceso acuoso de HF son un consumo de productos químicos HF mucho menor y una mayor eficiencia de limpieza.
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Hora de publicación: 13 de agosto de 2024