Algumas substâncias orgânicas e inorgânicas são necessárias para participar na fabricação de semicondutores. Além disso, como o processo é sempre realizado em sala limpa com participação humana, os semicondutoresbolachassão inevitavelmente contaminados por várias impurezas.
De acordo com a origem e a natureza dos contaminantes, eles podem ser divididos em quatro categorias: partículas, matéria orgânica, íons metálicos e óxidos.
1. Partículas:
As partículas são principalmente alguns polímeros, fotorresistentes e impurezas de corrosão.
Tais contaminantes geralmente dependem de forças intermoleculares para serem adsorvidos na superfície do wafer, afetando a formação de figuras geométricas e parâmetros elétricos do processo de fotolitografia do dispositivo.
Tais contaminantes são removidos principalmente através da redução gradual da sua área de contato com a superfície dobolachaatravés de métodos físicos ou químicos.
2. Matéria orgânica:
As fontes de impurezas orgânicas são relativamente amplas, como óleo de pele humana, bactérias, óleo de máquina, graxa de vácuo, fotorresiste, solventes de limpeza, etc.
Tais contaminantes geralmente formam uma película orgânica na superfície do wafer para evitar que o líquido de limpeza alcance a superfície do wafer, resultando na limpeza incompleta da superfície do wafer.
A remoção de tais contaminantes é muitas vezes realizada na primeira etapa do processo de limpeza, utilizando principalmente métodos químicos como ácido sulfúrico e peróxido de hidrogênio.
3. Íons metálicos:
As impurezas metálicas comuns incluem ferro, cobre, alumínio, cromo, ferro fundido, titânio, sódio, potássio, lítio, etc. As principais fontes são vários utensílios, tubos, reagentes químicos e poluição metálica gerada quando interconexões metálicas são formadas durante o processamento.
Este tipo de impureza é frequentemente removido por métodos químicos através da formação de complexos de íons metálicos.
4. Óxido:
Quando semicondutorbolachassão expostos a um ambiente contendo oxigênio e água, uma camada natural de óxido se formará na superfície. Este filme de óxido dificultará muitos processos na fabricação de semicondutores e também conterá certas impurezas metálicas. Sob certas condições, eles formarão defeitos elétricos.
A remoção desta película de óxido é muitas vezes completada pela imersão em ácido fluorídrico diluído.
Sequência geral de limpeza
Impurezas adsorvidas na superfície do semicondutorbolachaspodem ser divididos em três tipos: molecular, iônico e atômico.
Entre eles, a força de adsorção entre as impurezas moleculares e a superfície do wafer é fraca, e esse tipo de partículas de impureza é relativamente fácil de remover. São em sua maioria impurezas oleosas com características hidrofóbicas, que podem mascarar impurezas iônicas e atômicas que contaminam a superfície de wafers semicondutores, o que não favorece a remoção desses dois tipos de impurezas. Portanto, ao limpar quimicamente wafers semicondutores, as impurezas moleculares devem ser removidas primeiro.
Portanto, o procedimento geral de semicondutoresbolachaprocesso de limpeza é:
Desmolecularização-deionização-desatomização-enxágue com água deionizada.
Além disso, para remover a camada de óxido natural na superfície do wafer, é necessário adicionar uma etapa de imersão diluída de aminoácidos. Portanto, a ideia da limpeza é primeiro retirar a contaminação orgânica da superfície; em seguida, dissolva a camada de óxido; finalmente remova partículas e contaminação metálica e passiva a superfície ao mesmo tempo.
Métodos de limpeza comuns
Métodos químicos são frequentemente usados para limpar wafers semicondutores.
A limpeza química refere-se ao processo de utilização de vários reagentes químicos e solventes orgânicos para reagir ou dissolver impurezas e manchas de óleo na superfície do wafer para dessorver impurezas e, em seguida, enxaguar com uma grande quantidade de água desionizada quente e fria de alta pureza para obter uma superfície limpa.
A limpeza química pode ser dividida em limpeza química úmida e limpeza química seca, entre as quais a limpeza química úmida ainda é dominante.
Limpeza química úmida
1. Limpeza química úmida:
A limpeza química úmida inclui principalmente imersão em solução, lavagem mecânica, limpeza ultrassônica, limpeza megassônica, pulverização rotativa, etc.
2. Imersão em solução:
A imersão em solução é um método de remoção da contaminação da superfície por imersão do wafer em uma solução química. É o método mais comumente usado na limpeza química úmida. Diferentes soluções podem ser usadas para remover diferentes tipos de contaminantes na superfície do wafer.
Normalmente, esse método não consegue remover completamente as impurezas da superfície do wafer, portanto, medidas físicas como aquecimento, ultrassom e agitação são frequentemente usadas durante a imersão.
3. Esfrega mecânica:
A lavagem mecânica é frequentemente usada para remover partículas ou resíduos orgânicos na superfície do wafer. Geralmente pode ser dividido em dois métodos:esfrega manual e esfrega com um limpador.
Esfrega manualé o método de lavagem mais simples. Uma escova de aço inoxidável é usada para segurar uma bola embebida em etanol anidro ou outros solventes orgânicos e esfregar suavemente a superfície do wafer na mesma direção para remover filme de cera, poeira, cola residual ou outras partículas sólidas. Este método é fácil de causar arranhões e poluição grave.
O limpador usa rotação mecânica para esfregar a superfície do wafer com uma escova de lã macia ou uma escova mista. Este método reduz bastante os arranhões no wafer. O limpador de alta pressão não risca o wafer devido à falta de atrito mecânico e pode remover a contaminação da ranhura.
4. Limpeza ultrassônica:
A limpeza ultrassônica é um método de limpeza amplamente utilizado na indústria de semicondutores. Suas vantagens são bom efeito de limpeza, operação simples e também pode limpar dispositivos e recipientes complexos.
Este método de limpeza está sob a ação de fortes ondas ultrassônicas (a frequência ultrassônica comumente usada é 20s40kHz), e peças esparsas e densas serão geradas dentro do meio líquido. A parte esparsa produzirá uma bolha de cavidade quase a vácuo. Quando a bolha da cavidade desaparece, uma forte pressão local será gerada perto dela, quebrando as ligações químicas nas moléculas para dissolver as impurezas na superfície do wafer. A limpeza ultrassônica é mais eficaz para remover resíduos de fluxo insolúveis ou insolúveis.
5. Limpeza megassônica:
A limpeza megassônica não só tem as vantagens da limpeza ultrassônica, mas também supera suas deficiências.
A limpeza megassônica é um método de limpeza de wafers combinando o efeito de vibração de frequência de alta energia (850kHz) com a reação química de agentes químicos de limpeza. Durante a limpeza, as moléculas da solução são aceleradas pela onda megassônica (a velocidade instantânea máxima pode chegar a 30cmVs), e a onda fluida de alta velocidade impacta continuamente a superfície do wafer, de modo que os poluentes e partículas finas fixadas na superfície do wafer são removidos à força e entram na solução de limpeza. A adição de surfactantes ácidos à solução de limpeza, por um lado, pode atingir o objetivo de remover partículas e matéria orgânica da superfície de polimento por meio da adsorção de surfactantes; por outro lado, através da integração de surfactantes e ambiente ácido, pode-se atingir o objetivo de remover a contaminação metálica da superfície da chapa de polimento. Este método pode desempenhar simultaneamente o papel de limpeza mecânica e limpeza química.
Atualmente, o método de limpeza megassônica tornou-se um método eficaz para limpar folhas de polimento.
6. Método de pulverização rotativa:
O método de pulverização rotativa é um método que usa métodos mecânicos para girar o wafer em alta velocidade e pulveriza continuamente líquido (água deionizada de alta pureza ou outro líquido de limpeza) na superfície do wafer durante o processo de rotação para remover impurezas no superfície da bolacha.
Este método usa a contaminação na superfície do wafer para se dissolver no líquido pulverizado (ou reagir quimicamente com ele para dissolver) e usa o efeito centrífugo da rotação em alta velocidade para separar o líquido contendo impurezas da superfície do wafer a tempo.
O método de pulverização rotativa tem as vantagens de limpeza química, limpeza mecânica de fluidos e lavagem de alta pressão. Ao mesmo tempo, este método também pode ser combinado com o processo de secagem. Após um período de limpeza por pulverização de água desionizada, a pulverização de água é interrompida e um gás de pulverização é utilizado. Ao mesmo tempo, a velocidade de rotação pode ser aumentada para aumentar a força centrífuga para desidratar rapidamente a superfície do wafer.
7.Limpeza química a seco
A lavagem a seco refere-se à tecnologia de limpeza que não utiliza soluções.
As tecnologias de lavagem a seco utilizadas atualmente incluem: tecnologia de limpeza por plasma, tecnologia de limpeza em fase gasosa, tecnologia de limpeza por feixe, etc.
As vantagens da lavagem a seco são o processo simples e a ausência de poluição ambiental, mas o custo é alto e o escopo de utilização não é grande por enquanto.
1. Tecnologia de limpeza de plasma:
A limpeza de plasma é frequentemente usada no processo de remoção de fotorresiste. Uma pequena quantidade de oxigênio é introduzida no sistema de reação de plasma. Sob a ação de um forte campo elétrico, o oxigênio gera plasma, que rapidamente oxida o fotorresistente em um estado de gás volátil e é extraído.
Esta tecnologia de limpeza tem as vantagens de fácil operação, alta eficiência, superfície limpa, sem arranhões e contribui para garantir a qualidade do produto no processo de degomagem. Além disso, não utiliza ácidos, álcalis e solventes orgânicos, e não há problemas como descarte de resíduos e poluição ambiental. Por isso, é cada vez mais valorizado pelas pessoas. No entanto, não pode remover carbono e outras impurezas metálicas não voláteis ou óxidos metálicos.
2. Tecnologia de limpeza em fase gasosa:
A limpeza em fase gasosa refere-se a um método de limpeza que utiliza o equivalente em fase gasosa da substância correspondente no processo líquido para interagir com a substância contaminada na superfície do wafer para atingir o objetivo de remover impurezas.
Por exemplo, no processo CMOS, a limpeza do wafer utiliza a interação entre HF em fase gasosa e vapor de água para remover óxidos. Normalmente, o processo de HF contendo água deve ser acompanhado por um processo de remoção de partículas, enquanto o uso da tecnologia de limpeza de HF em fase gasosa não requer um processo subsequente de remoção de partículas.
As vantagens mais importantes em comparação com o processo aquoso de HF são o consumo muito menor de produtos químicos de HF e maior eficiência de limpeza.
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Horário da postagem: 13 de agosto de 2024