Certaines substances organiques et inorganiques sont nécessaires à la fabrication des semi-conducteurs. De plus, comme le processus se déroule toujours en salle blanche avec intervention humaine, les semi-conducteursplaquettessont inévitablement contaminées par diverses impuretés.
Selon leur source et leur nature, les contaminants peuvent être grossièrement divisés en quatre catégories : particules, matières organiques, ions métalliques et oxydes.
1. Particules :
Les particules sont principalement composées de polymères, de résines photosensibles et d'impuretés de gravure.
Ces contaminants s'appuient généralement sur des forces intermoléculaires pour s'adsorber à la surface de la plaquette, affectant ainsi la formation des figures géométriques et des paramètres électriques du processus de photolithographie du dispositif.
Ces contaminants sont principalement éliminés en réduisant progressivement leur surface de contact avec la surface de latranchepar des méthodes physiques ou chimiques.
2. Matière organique :
Les sources d'impuretés organiques sont relativement variées, telles que le sébum de la peau humaine, les bactéries, l'huile de machine, la graisse d'aspirateur, la résine photosensible, les solvants de nettoyage, etc.
Ces contaminants forment généralement un film organique à la surface de la plaquette pour empêcher le liquide de nettoyage d'atteindre cette surface, ce qui entraîne un nettoyage incomplet de la surface de la plaquette.
L'élimination de ces contaminants est souvent effectuée lors de 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 lors de la formation d'interconnexions métalliques 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-conducteurplaquettesAu contact d'un environnement contenant de l'oxygène et de l'eau, une couche d'oxyde naturelle se forme à la surface. Ce film d'oxyde, qui contient également certaines impuretés métalliques, peut entraver de nombreux procédés de fabrication des semi-conducteurs. Dans certaines conditions, il peut engendrer des défauts électriques.
L'élimination de cette couche d'oxyde est souvent réalisée par trempage dans de l'acide fluorhydrique dilué.
séquence de nettoyage générale
Impuretés adsorbées à la surface du semi-conducteurplaquettespeuvent être divisées en trois types : moléculaires, ioniques et atomiques.
Parmi ces impuretés, celles présentant une faible force d'adsorption à la surface de la plaquette sont relativement faciles à éliminer. Il s'agit principalement d'impuretés huileuses hydrophobes, capables de masquer les impuretés ioniques et atomiques présentes à la surface des plaquettes semi-conductrices, ce qui complique leur élimination. Par conséquent, lors du nettoyage chimique des plaquettes semi-conductrices, les impuretés moléculaires doivent être éliminées en premier.
Par conséquent, la procédure générale des semi-conducteurstrancheLe processus de nettoyage est le suivant :
Démolécularisation-désionisation-déatomisation-rinçage à l'eau déminéralisée.
De plus, afin d'éliminer la couche d'oxyde naturelle présente à la surface de la plaquette, une étape de trempage dans une solution diluée d'acide aminé est nécessaire. Le principe du nettoyage consiste donc à éliminer d'abord les contaminants organiques en surface, puis à dissoudre la couche d'oxyde, et enfin à éliminer les particules et les contaminants métalliques, tout en passiveant la surface.
méthodes de nettoyage courantes
Les méthodes chimiques sont souvent utilisées pour le nettoyage des plaquettes de semi-conducteurs.
Le nettoyage chimique désigne le processus d'utilisation de divers réactifs chimiques et solvants organiques pour réagir ou dissoudre les impuretés et les taches d'huile à la surface de la plaquette afin de désorber les impuretés, puis de 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, le premier étant encore dominant.
Nettoyage chimique humide
1. Nettoyage chimique humide :
Le nettoyage chimique humide comprend principalement l'immersion dans une solution, le brossage mécanique, le nettoyage par ultrasons, le nettoyage par mégasons, la pulvérisation rotative, etc.
2. Immersion dans la solution :
L'immersion en solution est une méthode d'élimination des contaminants de surface qui consiste à immerger la plaquette dans une solution chimique. C'est la méthode la plus couramment utilisée en nettoyage chimique humide. Différentes solutions peuvent être utilisées pour éliminer différents types de contaminants présents à la surface de la plaquette.
Généralement, cette méthode ne permet pas d'éliminer complètement les impuretés présentes à la surface de la plaquette ; c'est pourquoi des mesures physiques telles que le chauffage, les ultrasons et l'agitation sont souvent utilisées pendant l'immersion.
3. Nettoyage mécanique :
Le nettoyage mécanique est souvent utilisé pour éliminer les particules ou les résidus organiques présents à la surface de la plaquette. Il peut généralement être divisé en deux méthodes :lavage manuel et lavage à l'aide d'un essuie-glace.
nettoyage manuelIl s'agit de la méthode de nettoyage la plus simple. On utilise une brosse en acier inoxydable sur laquelle on maintient une bille imbibée d'éthanol anhydre ou d'autres solvants organiques. On frotte délicatement la surface de la plaquette dans le même sens afin d'éliminer le film de cire, la poussière, les résidus de colle ou autres particules solides. Cette méthode est toutefois susceptible de provoquer des rayures et une contamination importante.
Le racleur utilise une rotation mécanique pour frotter la surface de la plaquette à l'aide d'une brosse en laine douce ou d'une brosse mixte. Cette méthode réduit considérablement les rayures sur la plaquette. Le racleur haute pression, grâce à l'absence de frottement mécanique, ne raye pas la plaquette et permet d'éliminer les contaminants présents dans le sillon.
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 résultat de nettoyage, une mise en œuvre simple et la possibilité de nettoyer des dispositifs et des conteneurs complexes.
Ce procédé de nettoyage utilise des ultrasons puissants (la fréquence couramment utilisée se situe entre 20 et 40 kHz) et crée des zones de faible et de forte densité au sein du milieu liquide. Les zones de faible densité génèrent des bulles quasi-vide. Lorsque ces bulles disparaissent, une forte pression locale se crée à proximité, rompant les liaisons chimiques des molécules et dissolvant ainsi les impuretés présentes à la surface de la plaquette. Le nettoyage par ultrasons est particulièrement efficace pour éliminer les résidus de flux insolubles ou non solubles.
5. Nettoyage mégasonique :
Le nettoyage mégasonique présente non seulement les avantages du nettoyage ultrasonique, mais il en surmonte également les inconvénients.
Le nettoyage mégasonique est une méthode de nettoyage de plaquettes qui combine l'effet des vibrations à haute fréquence (850 kHz) et la réaction chimique d'agents nettoyants. Lors du nettoyage, les molécules de la solution sont accélérées par l'onde mégasonique (la vitesse instantanée maximale pouvant atteindre 30 cm/s). Cette onde fluide à grande vitesse impacte continuellement la surface de la plaquette, ce qui permet d'éliminer les polluants et les fines particules qui y adhèrent et qui sont entraînées dans la solution de nettoyage. L'ajout de tensioactifs acides à cette solution permet, d'une part, d'éliminer les particules et les matières organiques présentes sur la surface polie par adsorption ; d'autre part, grâce à l'action combinée des tensioactifs et du milieu acide, d'éliminer les contaminations métalliques. Cette méthode combine ainsi le nettoyage mécanique et le nettoyage chimique.
À l'heure actuelle, le nettoyage par ultrasons est devenu une méthode efficace pour le nettoyage des 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 afin d'éliminer les impuretés présentes à la surface de la plaquette.
Cette méthode utilise la contamination présente à la surface de la plaquette pour la dissoudre dans le liquide pulvérisé (ou pour réagir chimiquement avec elle afin de la dissoudre), et utilise l'effet centrifuge d'une rotation à grande vitesse pour séparer à temps le liquide contenant des impuretés de la surface de la plaquette.
La méthode de pulvérisation rotative combine les avantages du nettoyage chimique, du nettoyage par mécanique des fluides et du lavage à haute pression. Elle peut également être associée à une étape de séchage. Après une phase de nettoyage par pulvérisation d'eau déminéralisée, la pulvérisation est interrompue et un gaz de pulvérisation est utilisé. Simultanément, la vitesse de rotation est augmentée afin d'accroître la force centrifuge et de déshydrater rapidement la surface de la plaquette.
7.nettoyage chimique à sec
Le nettoyage à sec désigne une technique de nettoyage qui n'utilise pas de solutions.
Les technologies de nettoyage à sec actuellement utilisées comprennent : le nettoyage plasma, le nettoyage en phase gazeuse, le nettoyage par faisceau, etc.
Les avantages du nettoyage à sec sont sa simplicité et l'absence de pollution environnementale, mais son coût est élevé et son champ d'application reste limité pour le moment.
1. Technologie de nettoyage au plasma :
Le nettoyage au plasma est fréquemment utilisé pour l'élimination des résines photosensibles. Une petite quantité d'oxygène est introduite dans le système de réaction plasma. Sous l'action d'un champ électrique intense, l'oxygène génère un plasma qui oxyde rapidement la résine photosensible en un gaz volatil, lequel est ensuite extrait.
Cette technologie de nettoyage présente l'avantage d'être simple d'utilisation, très efficace, de laisser les surfaces propres et sans rayures, et contribue à garantir la qualité des produits lors du dégommage. De plus, elle n'utilise ni acides, ni bases, ni solvants organiques, et ne pose aucun problème de gestion des déchets ni de pollution environnementale. C'est pourquoi elle est de plus en plus appréciée. Cependant, elle ne permet pas d'éliminer le carbone ni les autres impuretés non volatiles telles que les métaux ou les oxydes métalliques.
2. Technologie de nettoyage en phase gazeuse :
Le nettoyage en phase gazeuse désigne une méthode de nettoyage qui utilise l'équivalent en phase gazeuse de la substance correspondante dans le processus liquide pour interagir avec la substance contaminante à la surface de la plaquette afin d'éliminer les impuretés.
Par exemple, dans le procédé CMOS, le nettoyage des plaquettes utilise l'interaction entre l'acide fluorhydrique en phase gazeuse et la vapeur d'eau pour éliminer les oxydes. Habituellement, le procédé à l'acide fluorhydrique contenant de l'eau nécessite une étape d'élimination des particules, tandis que le nettoyage à l'acide fluorhydrique en phase gazeuse ne requiert pas cette étape ultérieure.
Les principaux avantages par rapport au procédé HF aqueux sont une consommation de produit chimique HF beaucoup plus faible et une efficacité de nettoyage supérieure.
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Date de publication : 13 août 2024