Alcune sostanze organiche e inorganiche devono partecipare alla produzione di semiconduttori. Inoltre, poiché il processo si svolge sempre in una camera bianca con la partecipazione umana, i semiconduttoriwafersono inevitabilmente contaminati da varie impurità.
A seconda della fonte e della natura dei contaminanti, questi possono essere grossolanamente suddivisi in quattro categorie: particelle, materia organica, ioni metallici e ossidi.
1. Particelle:
Le particelle sono principalmente alcuni polimeri, fotoresist e impurità di incisione.
Tali contaminanti solitamente fanno affidamento su forze intermolecolari per essere adsorbiti sulla superficie del wafer, influenzando la formazione di figure geometriche e parametri elettrici del processo di fotolitografia del dispositivo.
Tali contaminanti vengono rimossi principalmente riducendo gradualmente la loro area di contatto con la superficie delwaferattraverso metodi fisici o chimici.
2. Materia organica:
Le fonti di impurità organiche sono relativamente ampie, come olio della pelle umana, batteri, olio per macchine, grasso per vuoto, fotoresist, solventi per la pulizia, ecc.
Tali contaminanti solitamente formano una pellicola organica sulla superficie del wafer per impedire al liquido detergente di raggiungere la superficie del wafer, con conseguente pulizia incompleta della superficie del wafer.
La rimozione di tali contaminanti viene spesso effettuata nella prima fase del processo di pulizia, principalmente utilizzando metodi chimici come acido solforico e perossido di idrogeno.
3. Ioni metallici:
Le impurità metalliche comuni includono ferro, rame, alluminio, cromo, ghisa, titanio, sodio, potassio, litio, ecc. Le fonti principali sono vari utensili, tubi, reagenti chimici e inquinamento metallico generato quando si formano interconnessioni metalliche durante la lavorazione.
Questo tipo di impurità viene spesso rimosso con metodi chimici attraverso la formazione di complessi di ioni metallici.
4. Ossido:
Quando semiconduttorewafersono esposti ad un ambiente contenente ossigeno e acqua, sulla superficie si formerà uno strato di ossido naturale. Questa pellicola di ossido ostacolerà molti processi nella produzione di semiconduttori e conterrà anche alcune impurità metalliche. In determinate condizioni, si formeranno difetti elettrici.
La rimozione di questa pellicola di ossido viene spesso completata mediante immersione in acido fluoridrico diluito.
Sequenza generale di pulizia
Impurità adsorbite sulla superficie del semiconduttorewaferpossono essere divisi in tre tipi: molecolari, ionici e atomici.
Tra questi, la forza di adsorbimento tra le impurità molecolari e la superficie del wafer è debole e questo tipo di particelle di impurità è relativamente facile da rimuovere. Si tratta principalmente di impurità oleose con caratteristiche idrofobiche, che possono fornire mascheramento per le impurità ioniche e atomiche che contaminano la superficie dei wafer semiconduttori, il che non favorisce la rimozione di questi due tipi di impurità. Pertanto, quando si puliscono chimicamente i wafer semiconduttori, è necessario rimuovere prima le impurità molecolari.
Pertanto, la procedura generale del semiconduttorewaferil processo di pulizia è:
Demolecolarizzazione-deionizzazione-deatomizzazione-risciacquo con acqua deionizzata.
Inoltre, per rimuovere lo strato di ossido naturale sulla superficie del wafer, è necessario aggiungere una fase di ammollo di amminoacidi diluiti. Pertanto, l'idea della pulizia è rimuovere innanzitutto la contaminazione organica sulla superficie; quindi sciogliere lo strato di ossido; rimuovere infine le particelle e la contaminazione metallica e allo stesso tempo passivare la superficie.
Metodi di pulizia comuni
I metodi chimici vengono spesso utilizzati per pulire i wafer semiconduttori.
La pulizia chimica si riferisce al processo di utilizzo di vari reagenti chimici e solventi organici per reagire o dissolvere impurità e macchie di olio sulla superficie del wafer per desorbire le impurità, quindi risciacquare con una grande quantità di acqua deionizzata calda e fredda ad alta purezza per ottenere una superficie pulita.
La pulizia chimica può essere suddivisa in pulizia chimica a umido e pulizia chimica a secco, tra le quali la pulizia chimica a umido è ancora dominante.
Pulizia chimica ad umido
1. Pulizia chimica a umido:
La pulizia chimica umida comprende principalmente l'immersione in soluzioni, il lavaggio meccanico, la pulizia ad ultrasuoni, la pulizia megasonica, la spruzzatura rotante, ecc.
2. Immersione nella soluzione:
L'immersione in soluzione è un metodo per rimuovere la contaminazione superficiale immergendo il wafer in una soluzione chimica. È il metodo più comunemente utilizzato nella pulizia chimica a umido. È possibile utilizzare diverse soluzioni per rimuovere diversi tipi di contaminanti sulla superficie del wafer.
Di solito, questo metodo non è in grado di rimuovere completamente le impurità sulla superficie del wafer, quindi durante l'immersione vengono spesso utilizzate misure fisiche come il riscaldamento, gli ultrasuoni e l'agitazione.
3. Lavaggio meccanico:
Il lavaggio meccanico viene spesso utilizzato per rimuovere particelle o residui organici sulla superficie del wafer. Generalmente si può dividere in due metodi:lavaggio manuale e lavaggio con tergicristallo.
Lavaggio manualeè il metodo di pulizia più semplice. Una spazzola in acciaio inossidabile viene utilizzata per tenere una pallina imbevuta di etanolo anidro o altri solventi organici e strofinare delicatamente la superficie del wafer nella stessa direzione per rimuovere pellicola di cera, polvere, residui di colla o altre particelle solide. Questo metodo è facile da causare graffi e grave inquinamento.
Il tergicristallo sfrutta la rotazione meccanica per strofinare la superficie del wafer con una spazzola di lana morbida o una spazzola mista. Questo metodo riduce notevolmente i graffi sul wafer. Il pulitore ad alta pressione non graffierà il wafer a causa della mancanza di attrito meccanico e potrà rimuovere la contaminazione nella scanalatura.
4. Pulizia ad ultrasuoni:
La pulizia ad ultrasuoni è un metodo di pulizia ampiamente utilizzato nell'industria dei semiconduttori. I suoi vantaggi sono un buon effetto pulente, un funzionamento semplice e può anche pulire dispositivi e contenitori complessi.
Questo metodo di pulizia è sotto l'azione di forti onde ultrasoniche (la frequenza ultrasonica comunemente usata è 20-40kHz) e all'interno del mezzo liquido verranno generate parti sparse e dense. La parte sparsa produrrà una bolla con cavità quasi sottovuoto. Quando la bolla della cavità scompare, si genererà una forte pressione locale vicino ad essa, rompendo i legami chimici nelle molecole per dissolvere le impurità sulla superficie del wafer. La pulizia ad ultrasuoni è più efficace per rimuovere residui di flusso insolubili o insolubili.
5. Pulizia megasonica:
La pulizia megasonica non solo presenta i vantaggi della pulizia ad ultrasuoni, ma ne supera anche i difetti.
La pulizia megasonica è un metodo per pulire i wafer combinando l'effetto di vibrazione della frequenza ad alta energia (850 kHz) con la reazione chimica dei detergenti chimici. Durante la pulizia, le molecole della soluzione vengono accelerate dall'onda megasonica (la velocità massima istantanea può raggiungere 30 cmV) e l'onda fluida ad alta velocità colpisce continuamente la superficie del wafer, in modo che gli inquinanti e le particelle fini attaccate alla superficie del wafer i wafer vengono rimossi con la forza ed entrano nella soluzione detergente. L'aggiunta di tensioattivi acidi alla soluzione detergente, da un lato, può raggiungere lo scopo di rimuovere particelle e materia organica sulla superficie lucidante attraverso l'adsorbimento dei tensioattivi; d'altro canto, attraverso l'integrazione di tensioattivi e ambiente acido, può raggiungere lo scopo di rimuovere la contaminazione metallica dalla superficie della lastra lucidante. Questo metodo può svolgere contemporaneamente il ruolo di pulizia meccanica e pulizia chimica.
Allo stato attuale, il metodo di pulizia megasonico è diventato un metodo efficace per pulire i fogli di lucidatura.
6. Metodo di spruzzatura rotante:
Il metodo di spruzzatura rotativa è un metodo che utilizza metodi meccanici per ruotare il wafer ad alta velocità e spruzza continuamente liquido (acqua deionizzata ad elevata purezza o altro liquido detergente) sulla superficie del wafer durante il processo di rotazione per rimuovere le impurità sul superficie del wafer.
Questo metodo utilizza la contaminazione sulla superficie del wafer per dissolversi nel liquido spruzzato (o reagire chimicamente con esso per dissolversi) e utilizza l'effetto centrifugo della rotazione ad alta velocità per separare il liquido contenente impurità dalla superficie del wafer nel tempo.
Il metodo a spruzzo rotante presenta i vantaggi della pulizia chimica, della pulizia meccanica dei fluidi e del lavaggio ad alta pressione. Allo stesso tempo, questo metodo può anche essere combinato con il processo di essiccazione. Dopo un periodo di pulizia con acqua deionizzata, lo spruzzo d'acqua viene interrotto e viene utilizzato un gas di spruzzo. Allo stesso tempo, la velocità di rotazione può essere aumentata per aumentare la forza centrifuga e disidratare rapidamente la superficie del wafer.
7.Lavaggio chimico a secco
Il lavaggio a secco si riferisce alla tecnologia di pulizia che non utilizza soluzioni.
Le tecnologie di lavaggio a secco attualmente utilizzate includono: tecnologia di pulizia al plasma, tecnologia di pulizia in fase gassosa, tecnologia di pulizia a raggi, ecc.
I vantaggi del lavaggio a secco sono la semplicità del processo e l'assenza di inquinamento ambientale, ma il costo è elevato e l'ambito di utilizzo non è ampio per il momento.
1. Tecnologia di pulizia al plasma:
La pulizia al plasma viene spesso utilizzata nel processo di rimozione del fotoresist. Una piccola quantità di ossigeno viene introdotta nel sistema di reazione al plasma. Sotto l'azione di un forte campo elettrico, l'ossigeno genera plasma, che ossida rapidamente il fotoresist in uno stato gassoso volatile e viene estratto.
Questa tecnologia di pulizia presenta i vantaggi di facilità d'uso, alta efficienza, superficie pulita, assenza di graffi e contribuisce a garantire la qualità del prodotto nel processo di sgommatura. Inoltre non utilizza acidi, alcali e solventi organici, e non ci sono problemi quali smaltimento dei rifiuti e inquinamento ambientale. Pertanto, è sempre più apprezzato dalle persone. Tuttavia, non è in grado di rimuovere il carbonio e altre impurità di metalli o ossidi metallici non volatili.
2. Tecnologia di pulizia in fase gassosa:
La pulizia in fase gassosa si riferisce a un metodo di pulizia che utilizza l'equivalente in fase gassosa della sostanza corrispondente nel processo liquido per interagire con la sostanza contaminata sulla superficie del wafer per raggiungere lo scopo di rimuovere le impurità.
Ad esempio, nel processo CMOS, la pulizia del wafer sfrutta l'interazione tra l'HF in fase gassosa e il vapore acqueo per rimuovere gli ossidi. Di solito, il processo HF contenente acqua deve essere accompagnato da un processo di rimozione delle particelle, mentre l'uso della tecnologia di pulizia HF in fase gassosa non richiede un successivo processo di rimozione delle particelle.
I vantaggi più importanti rispetto al processo HF acquoso sono il consumo molto inferiore di prodotti chimici HF e una maggiore efficienza di pulizia.
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Orario di pubblicazione: 13 agosto 2024