Certaines substances organiques et inorganiques sont nécessaires pour participer à la fabrication de semi-conducteurs. De plus, comme le processus est toujours réalisé dans une salle blanche avec participation humaine, les semi-conducteursplaquettessont inévitablement contaminés par diverses impuretés.
Selon la source et la nature des contaminants, ils peuvent être grossièrement divisés en quatre catégories : les particules, les matières organiques, les ions métalliques et les oxydes.
1. Particules :
Les particules sont principalement des polymères, des photorésists et des impuretés de gravure.
Ces contaminants reposent généralement sur des forces intermoléculaires pour s'adsorber sur la surface de la tranche, affectant la formation de figures géométriques et les paramètres électriques du processus de photolithographie du dispositif.
Ces contaminants sont principalement éliminés en réduisant progressivement leur surface de contact avec la surface dutranchepar des méthodes physiques ou chimiques.
2. Matière organique :
Les sources d'impuretés organiques sont relativement larges, telles que l'huile de peau humaine, les bactéries, l'huile de machine, la graisse pour vide, la résine photosensible, les solvants de nettoyage, etc.
De tels contaminants forment généralement un film organique sur la surface de la tranche pour empêcher le liquide de nettoyage d'atteindre la surface de la tranche, ce qui entraîne un nettoyage incomplet de la surface de la tranche.
L'élimination de ces contaminants est souvent effectuée dès la première étape du processus de nettoyage, principalement à l'aide de méthodes chimiques telles que l'acide sulfurique et le peroxyde d'hydrogène.
3. Ions métalliques :
Les impuretés métalliques courantes comprennent le fer, le cuivre, l'aluminium, le chrome, la fonte, le titane, le sodium, le potassium, le lithium, etc. Les principales sources sont divers ustensiles, tuyaux, réactifs chimiques et la pollution métallique générée lorsque des interconnexions métalliques se forment pendant le traitement.
Ce type d’impureté est souvent éliminé par des méthodes chimiques grâce à la formation de complexes d’ions métalliques.
4. Oxyde :
Lorsque le semi-conducteurplaquettessont exposés à un environnement contenant de l’oxygène et de l’eau, une couche d’oxyde naturelle se formera à la surface. Ce film d'oxyde gênera de nombreux processus de fabrication de semi-conducteurs et contiendra également certaines impuretés métalliques. Dans certaines conditions, ils formeront des défauts électriques.
L'élimination de ce film d'oxyde est souvent complétée par un trempage dans de l'acide fluorhydrique dilué.
Séquence générale de nettoyage
Impuretés adsorbées à la surface du semi-conducteurplaquettespeut être divisé en trois types : moléculaire, ionique et atomique.
Parmi eux, la force d'adsorption entre les impuretés moléculaires et la surface de la plaquette est faible, et ce type de particules d'impuretés est relativement facile à éliminer. Il s’agit pour la plupart d’impuretés huileuses aux caractéristiques hydrophobes, qui peuvent masquer les impuretés ioniques et atomiques qui contaminent la surface des plaquettes semi-conductrices, ce qui n’est pas propice à l’élimination de ces deux types d’impuretés. Par conséquent, lors du nettoyage chimique des tranches de semi-conducteurs, les impuretés moléculaires doivent être éliminées en premier.
Par conséquent, la procédure générale du semi-conducteurtranchele processus de nettoyage est :
Rinçage à l'eau déminéralisée-déionisation-dé-atomisation-déminéralisation.
De plus, afin d’éliminer la couche d’oxyde naturelle à la surface de la plaquette, une étape de trempage d’acides aminés dilués doit être ajoutée. Par conséquent, l’idée du nettoyage est d’abord d’éliminer la contamination organique de la surface ; puis dissolvez la couche d'oxyde ; enfin, éliminez les particules et la contamination métallique, et passivez la surface en même temps.
Méthodes de nettoyage courantes
Des méthodes chimiques sont souvent utilisées pour nettoyer les plaquettes semi-conductrices.
Le nettoyage chimique fait référence au processus d'utilisation de divers réactifs chimiques et solvants organiques pour réagir ou dissoudre les impuretés et les taches d'huile sur la surface de la plaquette afin de désorber les impuretés, puis rincer avec une grande quantité d'eau déminéralisée chaude et froide de haute pureté pour obtenir une surface propre.
Le nettoyage chimique peut être divisé en nettoyage chimique humide et nettoyage chimique sec, parmi lesquels le nettoyage chimique humide reste dominant.
Nettoyage chimique humide
1. Nettoyage chimique humide :
Le nettoyage chimique humide comprend principalement l'immersion dans une solution, le lavage mécanique, le nettoyage par ultrasons, le nettoyage mégasonique, la pulvérisation rotative, etc.
2. Immersion dans la solution :
L'immersion en solution est une méthode permettant d'éliminer la contamination de surface en immergeant la plaquette dans une solution chimique. C’est la méthode la plus couramment utilisée pour le nettoyage chimique humide. Différentes solutions peuvent être utilisées pour éliminer différents types de contaminants à la surface de la plaquette.
Habituellement, cette méthode ne peut pas éliminer complètement les impuretés à la surface de la plaquette, c'est pourquoi des mesures physiques telles que le chauffage, les ultrasons et l'agitation sont souvent utilisées lors de l'immersion.
3. Lavage mécanique :
Le lavage mécanique est souvent utilisé pour éliminer les particules ou les résidus organiques à la surface de la plaquette. On peut généralement la diviser en deux méthodes :récurage manuel et récurage par un essuie-glace.
Lavage manuelest la méthode de récurage la plus simple. Une brosse en acier inoxydable est utilisée pour maintenir une bille imbibée d'éthanol anhydre ou d'autres solvants organiques et frotter doucement la surface de la plaquette dans la même direction pour éliminer le film de cire, la poussière, la colle résiduelle ou d'autres particules solides. Cette méthode est facile à provoquer des rayures et une pollution grave.
L'essuyeur utilise une rotation mécanique pour frotter la surface de la plaquette avec une brosse en laine douce ou une brosse mixte. Cette méthode réduit considérablement les rayures sur la plaquette. Le racleur haute pression ne rayera pas la tranche en raison du manque de friction mécanique et peut éliminer la contamination dans la rainure.
4. Nettoyage par ultrasons :
Le nettoyage par ultrasons est une méthode de nettoyage largement utilisée dans l’industrie des semi-conducteurs. Ses avantages sont un bon effet de nettoyage, une opération simple et peuvent également nettoyer des appareils et des conteneurs complexes.
Cette méthode de nettoyage est sous l'action de fortes ondes ultrasonores (la fréquence ultrasonore couramment utilisée est de 20 à 40 kHz), et des pièces clairsemées et denses seront générées à l'intérieur du milieu liquide. La partie clairsemée produira une bulle de cavité presque sous vide. Lorsque la bulle de la cavité disparaît, une forte pression locale sera générée à proximité, brisant les liaisons chimiques dans les molécules pour dissoudre les impuretés à la surface de la plaquette. Le nettoyage par ultrasons est le plus efficace pour éliminer les résidus de flux insolubles ou insolubles.
5. Nettoyage mégasonique :
Le nettoyage mégasonique présente non seulement les avantages du nettoyage par ultrasons, mais surmonte également ses inconvénients.
Le nettoyage mégasonique est une méthode de nettoyage des plaquettes combinant l'effet de vibration à haute énergie (850 kHz) avec la réaction chimique d'agents de nettoyage chimiques. Pendant le nettoyage, les molécules de la solution sont accélérées par l'onde mégasonique (la vitesse instantanée maximale peut atteindre 30 cmV), et l'onde fluide à grande vitesse impacte continuellement la surface de la plaquette, de sorte que les polluants et les fines particules attachés à la surface du Les plaquettes sont retirées de force et pénètrent dans la solution de nettoyage. L'ajout de tensioactifs acides à la solution de nettoyage, d'une part, peut atteindre l'objectif d'éliminer les particules et les matières organiques sur la surface de polissage grâce à l'adsorption de tensioactifs ; d'autre part, grâce à l'intégration de tensioactifs et d'un environnement acide, il peut atteindre l'objectif d'éliminer la contamination métallique sur la surface de la feuille de polissage. Cette méthode peut jouer simultanément le rôle d’essuyage mécanique et de nettoyage chimique.
À l'heure actuelle, la méthode de nettoyage mégasonique est devenue une méthode efficace pour nettoyer les feuilles de polissage.
6. Méthode de pulvérisation rotative :
La méthode de pulvérisation rotative est une méthode qui utilise des méthodes mécaniques pour faire tourner la plaquette à grande vitesse et pulvérise en continu un liquide (eau déminéralisée de haute pureté ou autre liquide de nettoyage) sur la surface de la plaquette pendant le processus de rotation pour éliminer les impuretés sur la plaquette. surface de la plaquette.
Cette méthode utilise la contamination à la surface de la tranche pour se dissoudre dans le liquide pulvérisé (ou réagir chimiquement avec lui pour se dissoudre) et utilise l'effet centrifuge de la rotation à grande vitesse pour séparer le liquide contenant des impuretés de la surface de la tranche. dans le temps.
La méthode de pulvérisation rotative présente les avantages du nettoyage chimique, du nettoyage mécanique des fluides et du lavage à haute pression. En même temps, cette méthode peut également être combinée avec le processus de séchage. Après une période de nettoyage par pulvérisation d'eau déminéralisée, la pulvérisation d'eau est arrêtée et un gaz de pulvérisation est utilisé. Dans le même temps, la vitesse de rotation peut être augmentée pour augmenter la force centrifuge afin de déshydrater rapidement la surface de la tranche.
7.Nettoyage chimique sec
Le nettoyage à sec fait référence à une technologie de nettoyage qui n’utilise pas de solutions.
Les technologies de nettoyage à sec actuellement utilisées comprennent : la technologie de nettoyage au plasma, la technologie de nettoyage en phase gazeuse, la technologie de nettoyage par faisceau, etc.
Les avantages du nettoyage à sec sont un processus simple et aucune pollution de l'environnement, mais le coût est élevé et le champ d'utilisation n'est pas vaste pour le moment.
1. Technologie de nettoyage au plasma :
Le nettoyage au plasma est souvent utilisé dans le processus d’élimination des photorésists. Une petite quantité d’oxygène est introduite dans le système de réaction plasmatique. Sous l'action d'un champ électrique puissant, l'oxygène génère un plasma qui oxyde rapidement la résine photosensible en un état gazeux volatil et est extrait.
Cette technologie de nettoyage présente les avantages d'une utilisation facile, d'une efficacité élevée, d'une surface propre, sans rayures et permet de garantir la qualité du produit dans le processus de dégommage. De plus, il n'utilise pas d'acides, d'alcalis et de solvants organiques, et il n'y a aucun problème tel que l'élimination des déchets et la pollution de l'environnement. C’est pourquoi il est de plus en plus apprécié par les gens. Cependant, il ne peut pas éliminer le carbone et autres impuretés non volatiles de métaux ou d’oxydes métalliques.
2. Technologie de nettoyage en phase gazeuse :
Le nettoyage en phase gazeuse fait référence à une méthode de nettoyage qui utilise l'équivalent en phase gazeuse de la substance correspondante dans le processus liquide pour interagir avec la substance contaminée à la surface de la plaquette afin d'éliminer les impuretés.
Par exemple, dans le processus CMOS, le nettoyage des tranches utilise l'interaction entre la phase gazeuse HF et la vapeur d'eau pour éliminer les oxydes. Habituellement, le procédé HF contenant de l'eau doit être accompagné d'un processus d'élimination des particules, tandis que l'utilisation de la technologie de nettoyage HF en phase gazeuse ne nécessite pas de processus ultérieur d'élimination des particules.
Les avantages les plus importants par rapport au procédé HF aqueux sont une consommation de produits chimiques HF beaucoup plus faible et une efficacité de nettoyage plus élevée.
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Heure de publication : 13 août 2024