半導体製造にはいくつかの有機および無機物質が必要です。また、工程は常にクリーンルーム内で人が参加して行われるため、半導体のウエハース必然的にさまざまな不純物が混入します。
汚染物質はその発生源や性質により、粒子、有機物、金属イオン、酸化物の4つに大別されます。
1. 粒子:
粒子は主に一部のポリマー、フォトレジスト、エッチング不純物です。
このような汚染物質は通常、分子間力に依存してウェーハ表面に吸着し、幾何学的図形の形成やデバイスのフォトリソグラフィープロセスの電気的パラメータに影響を与えます。
このような汚染物質は主に、表面との接触面積を徐々に減らすことによって除去されます。ウエハース物理的または化学的方法を通じて。
2. 有機物:
有機不純物の発生源は、人間の皮膚油、細菌、機械油、真空グリース、フォトレジスト、洗浄溶剤など、比較的広範囲に渡ります。
このような汚染物質は通常、ウェーハ表面に有機膜を形成して洗浄液がウェーハ表面に到達するのを妨げ、その結果、ウェーハ表面の洗浄が不完全になる。
このような汚染物質の除去は、洗浄プロセスの最初のステップで主に硫酸や過酸化水素などの化学的方法を使用して実行されることがよくあります。
3. 金属イオン:
一般的な金属不純物には、鉄、銅、アルミニウム、クロム、鋳鉄、チタン、ナトリウム、カリウム、リチウムなどが含まれます。主な発生源は、さまざまな器具、パイプ、化学試薬、および加工中に金属相互接続が形成されるときに発生する金属汚染です。
このタイプの不純物は、多くの場合、金属イオン錯体の形成による化学的方法によって除去されます。
4.酸化物:
半導体の場合ウエハース酸素と水を含む環境にさらされると、表面に自然酸化層が形成されます。この酸化膜は半導体製造の多くのプロセスを妨げるほか、特定の金属不純物も含んでいます。特定の条件下では、電気的欠陥が形成されます。
この酸化膜の除去は希フッ酸に浸すことで完了することが多いです。
一般的な洗浄手順
半導体表面に吸着した不純物ウエハース分子、イオン、原子の3種類に分けられます。
このうち分子状不純物はウエハ表面との吸着力が弱く、比較的除去しやすい不純物粒子です。これらは主に疎水性の特性を持つ油性不純物であり、半導体ウェーハの表面を汚染するイオン性および原子性不純物をマスクすることができますが、これら 2 種類の不純物の除去には役立ちません。したがって、半導体ウェーハを化学的に洗浄する場合、最初に分子状不純物を除去する必要があります。
したがって、半導体の一般的な手順は、ウエハース洗浄プロセスは次のとおりです。
脱分子化-脱イオン-脱霧化-純水リンス。
さらに、ウェーハ表面の自然酸化層を除去するために、希釈アミノ酸への浸漬工程を追加する必要があります。したがって、洗浄の考え方は、まず表面の有機汚染を除去することです。次に酸化物層を溶解します。最後に粒子や金属汚染を除去し、同時に表面を不動態化します。
一般的な掃除方法
半導体ウェーハの洗浄には化学的方法がよく使用されます。
ケミカル洗浄とは、各種の化学試薬や有機溶剤を用いてウェーハ表面の不純物や油汚れを反応・溶解させて不純物を脱離させた後、大量の高純度の温水と冷水で洗浄し、きれいな表面。
薬液洗浄は湿式薬液洗浄と乾式薬液洗浄に分けられますが、依然として湿式薬液洗浄が主流です。
湿式化学洗浄
1. 湿式化学洗浄:
湿式化学洗浄には、主に溶液浸漬、機械的スクラブ、超音波洗浄、メガソニック洗浄、ロータリースプレーなどが含まれます。
2. 溶液浸漬:
溶液浸漬は、ウェーハを薬液に浸漬することによって表面の汚染を除去する方法です。湿式化学洗浄で最も一般的に使用される方法です。さまざまな溶液を使用して、ウェーハ表面のさまざまな種類の汚染物質を除去できます。
通常、この方法ではウェーハ表面の不純物を完全に除去することはできないため、浸漬中に加熱、超音波、撹拌などの物理的手段を用いることが多い。
3. 機械的スクラブ：
機械的スクラブは、ウェーハ表面の粒子や有機残留物を除去するためによく使用されます。一般に、次の 2 つの方法に分けられます。手動スクラブとワイパーによるスクラブ.
手動スクラブ最も簡単なスクラブ方法です。ステンレス鋼のブラシを使用して、無水エタノールまたはその他の有機溶剤に浸したボールを保持し、ウエハの表面を同じ方向に優しくこすり、ワックス膜、ほこり、残留接着剤またはその他の固体粒子を除去します。この方法は傷や深刻な汚染を引き起こしやすいです。
ワイパーは機械的回転を使用して、柔らかいウールのブラシまたは混合ブラシでウェーハの表面をこします。この方法により、ウェーハ上の傷が大幅に減少します。高圧ワイパーは機械的摩擦がないためウェーハに傷を付けず、溝内の汚れを除去できます。
4.超音波洗浄：
超音波洗浄は、半導体業界で広く使用されている洗浄方法です。優れた洗浄効果、簡単な操作が利点で、複雑な装置や容器も洗浄できます。
この洗浄方法は強力な超音波（一般的に使用される超音波周波数は20秒40kHz）の作用下にあり、液体媒体中に疎部と密部が生成されます。まばらな部分は、ほぼ真空のキャビティバブルを生成します。キャビティ気泡が消滅すると、その付近に局所的に強い圧力が発生し、分子内の化学結合が切れてウェーハ表面の不純物が溶解します。超音波洗浄は、不溶性または不溶性のフラックス残渣を除去するのに最も効果的です。
5.メガソニック洗浄:
メガソニック洗浄は、超音波洗浄の利点だけでなく、その欠点も克服します。
メガソニック洗浄は、高エネルギー (850kHz) 周波数振動効果と化学洗浄剤の化学反応を組み合わせてウェーハを洗浄する方法です。洗浄中、溶液分子はメガソニック波（最大瞬間速度は30cmVsに達する）によって加速され、高速流体波がウェーハ表面に継続的に衝撃を与え、ウェーハ表面に付着した汚染物質や微粒子を除去します。ウェーハが強制的に除去され、洗浄液に入ります。洗浄液に酸性界面活性剤を添加すると、界面活性剤の吸着により研磨面上のパーティクルや有機物を除去する目的が達成できる一方で、酸性界面活性剤を洗浄液に添加すると、研磨面上のパーティクルや有機物を除去するという目的を達成することができる。一方、界面活性剤と酸性環境の統合により、研磨シート表面の金属汚染を除去するという目的を達成できます。この方法は、機械的拭き取りと化学的洗浄の役割を同時に果たすことができます。
現在、研磨シートの洗浄方法としてメガソニック洗浄法が有効となっています。
6.ロータリースプレー法：
ロータリースプレー法とは、機械的手法によりウェーハを高速回転させ、回転中にウェーハ表面に液体（高純度純水などの洗浄液）を連続的にスプレーしてウェーハ上の不純物を除去する方法です。ウエハーの表面。
ウエハ表面の汚れを噴射液に溶解（または化学反応させて溶解）させ、高速回転による遠心効果を利用して不純物を含む液をウエハ表面から分離する方法です。間に合うように。
ロータリースプレー法には、化学洗浄、流体力学洗浄、高圧洗浄の利点があります。同時に乾燥工程と組み合わせることも可能です。一定期間の脱イオン水スプレー洗浄の後、水スプレーが停止され、スプレーガスが使用されます。同時に、回転速度を上げて遠心力を増大させ、ウェーハ表面を迅速に脱水することができます。
7.乾式化学洗浄
ドライクリーニングとは、溶液を使用しないクリーニング技術を指します。
現在使用されているドライクリーニング技術には、プラズマクリーニング技術、気相クリーニング技術、ビームクリーニング技術などがあります。
ドライクリーニングは処理が簡単で環境汚染がないという利点があるが、コストが高く、現時点では利用範囲は広くない。
1. プラズマ洗浄技術:
プラズマ洗浄はフォトレジスト除去プロセスでよく使用されます。プラズマ反応系には少量の酸素が導入されます。強い電界の作用下で酸素がプラズマを生成し、フォトレジストが急速に酸化されて揮発性ガス状態になり、抽出されます。
この洗浄技術には、操作が簡単、効率が高く、表面がきれいで傷がないという利点があり、脱ガムプロセスでの製品品質の確保に役立ちます。また、酸、アルカリ、有機溶剤を使用していないため、廃棄物処理や環境汚染などの問題がありません。そのため、人々からの価値がますます高まっています。ただし、炭素やその他の不揮発性金属または金属酸化物の不純物は除去できません。
2. 気相洗浄技術:
気相洗浄とは、液体プロセスにおける対応する物質の気相相当物を使用して、ウェーハ表面の汚染物質と相互作用して不純物を除去する目的を達成する洗浄方法を指します。
たとえば、CMOS プロセスでは、ウェーハの洗浄で気相 HF と水蒸気の相互作用を利用して酸化物を除去します。通常、水を含む HF プロセスには粒子除去プロセスが必要ですが、気相 HF 洗浄技術を使用するとその後の粒子除去プロセスは必要ありません。
水性 HF プロセスと比較した最も重要な利点は、HF 化学薬品の消費量がはるかに少なく、洗浄効率が高いことです。
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投稿日時: 2024 年 8 月 13 日