Апстракт: Како величина транзистора наставља да се смањује, процес производње плочице постаје све сложенији, а захтеви за технологијом мокрог чишћења полупроводника су све већи и већи. Заснован на традиционалној технологији чишћења полупроводника, овај рад представља технологију чишћења плочица у напредној производњи полупроводника и принципе чишћења различитих процеса чишћења. Из перспективе економије и заштите животне средине, побољшање технологије процеса чишћења плочица може боље задовољити потребе напредне производње вафла.
0 Увод Процес чишћења је важна карика током целог процеса производње полупроводника и један је од важних фактора који утичу на перформансе и принос полупроводничких уређаја. У процесу производње чипа, свака контаминација може утицати на перформансе полупроводничких уређаја, па чак и узроковати квар [1-2]. Због тога је потребан процес чишћења пре и после скоро сваког процеса у производњи чипова како би се уклонили површински загађивачи и обезбедила чистоћа површине плочице, као што је приказано на слици 1. Процес чишћења је процес са највећим уделом у процесу производње чипова. , што чини око 30% свих процеса производње чипова.
Са развојем интегрисаних кола ултра великих размера, чворови процеса чипа су ушли у 28нм, 14нм и још напредније чворове, интеграција је наставила да се повећава, ширина линије је наставила да се смањује, а ток процеса је постао сложенији [ 3]. Напредна производња чипова у чворовима је осетљивија на контаминацију, а чишћење контаминације у условима мале величине је теже, што доводи до повећања корака процеса чишћења, чинећи процес чишћења сложенијим, важнијим и изазовнијим [4-5] . Процес чишћења за 90нм чипове је око 90 корака, а процес чишћења за 20нм чипове је достигао 215 корака. Како производња чипова улази у 14нм, 10нм и још више чворове, број процеса чишћења ће наставити да расте, као што је приказано на слици 2.
1 Увод у процес чишћења полупроводника
Процес чишћења се односи на процес уклањања нечистоћа на површини вафла хемијским третманом, гасом и физичким методама. У процесу производње полупроводника, нечистоће као што су честице, метали, органска материја и природни слој оксида на површини плочице могу да утичу на перформансе, поузданост, па чак и принос полупроводничког уређаја [6-8].
Може се рећи да је процес чишћења мост између различитих процеса производње вафла. На пример, процес чишћења се користи пре процеса наношења премаза, пре процеса фотолитографије, након процеса нагризања, након процеса механичког брушења, па чак и након процеса јонске имплантације. Процес чишћења се може грубо поделити на два типа, а то су мокро чишћење и хемијско чишћење.
1.1 Мокро чишћење
Мокро чишћење је коришћење хемијских растварача или дејонизоване воде за чишћење плочице. Према методи процеса, мокро чишћење се може поделити на два типа: метод потапања и метод распршивања, као што је приказано на слици 3. Метода потапања је потапање плочице у резервоар напуњен хемијским растварачима или дејонизованом водом. Метода потапања је широко коришћена метода, посебно за неке релативно зреле чворове. Метода прскања је прскање хемијских растварача или дејонизоване воде на ротирајућу плочицу да би се уклониле нечистоће. Методом потапања може се обрадити више плочица истовремено, док метода прскања може обрадити само једну по једну плочицу у једној радној комори. Са развојем технологије, захтеви за технологијом чишћења су све већи, а примена методе прскања све је распрострањенија.
1.2 Хемијско чишћење
Као што назив говори, хемијско чишћење је процес у којем се не користе хемијски растварачи или дејонизована вода, већ се за чишћење користи гас или плазма. Уз континуирано унапређење технолошких чворова, захтеви за процесима чишћења су све већи и већи [9-10], а такође се повећава и удео употребе. Повећава се и отпадна течност која настаје мокрим чишћењем. У поређењу са мокрим чишћењем, хемијско чишћење има високе инвестиционе трошкове, сложен рад опреме и строжије услове чишћења. Међутим, за уклањање неких органских материја и нитрида и оксида, хемијско чишћење има већу прецизност и одличне резултате.
2 Технологија мокрог чишћења у производњи полупроводника Према различитим компонентама течности за чишћење, најчешће коришћена технологија мокрог чишћења у производњи полупроводника приказана је у табели 1.
2.1 ДИВ технологија чишћења
У процесу мокрог чишћења производње полупроводника, најчешће коришћена течност за чишћење је дејонизована вода (ДИВ). Вода садржи проводне ањоне и катјоне. Дејонизована вода уклања проводне јоне у води, чинећи воду у основи непроводљивом. У производњи полупроводника апсолутно није дозвољено директно користити сирову воду. С једне стране, катјони и јони у сировој води ће контаминирати структуру уређаја на плочици, а са друге стране, то може проузроковати одступање перформанси уређаја. На пример, сирова вода може да реагује са материјалом на површини плочице да кородира, или да формира корозију батерије са неким металима на плочици, а такође може изазвати директну промену површинског отпора плочице, што резултира значајном смањење приноса облатне или чак директно расипање. У процесу мокрог чишћења производње полупроводника, постоје две главне примене ДИВ-а.
(1) Користите само ДИВ за чишћење површине плочице. Постоје различити облици као што су ваљци, четке или млазнице, а главна сврха је чишћење неких нечистоћа на површини вафла. У напредном процесу производње полупроводника, метода чишћења је скоро увек метода једне плочице, то јест, само једна плочица може да се очисти у комори у исто време. Метода чишћења једне плочице је такође представљена горе. Метода чишћења која се користи је метода центрифугирања. Током ротације вафла, површина вафла се чисти ваљцима, четкама, млазницама итд. У овом процесу, облатна ће трљати о ваздух, стварајући тако статички електрицитет. Статички електрицитет може узроковати дефекте на површини плочице или директно узроковати квар уређаја. Што је већи чвор полупроводничке технологије, то су већи захтеви за руковање дефектима. Стога, у ДИВ процесу мокрог чишћења напредне производње полупроводника, његови процесни захтеви су већи. ДИВ је у основи непроводљив, а статички електрицитет који се ствара током процеса чишћења не може се добро ослободити. Због тога, у напредним производним процесним чворовима полупроводника, да би се повећала проводљивост без контаминације плочице, гас угљен диоксида (ЦО2) се обично меша у ДИВ. Због различитих захтева процеса, гас амонијака (НХ3) се меша у ДИВ у неколико случајева.
(2) Очистите заосталу течност за чишћење на површини плочице. Када користите друге течности за чишћење за чишћење површине вафла, након употребе течности за чишћење, како се обланда окреће, иако је већина течности за чишћење избачена, и даље ће остати мала количина течности за чишћење на површини вафла, а ДИВ је потребан за чишћење површине плочице. Главна функција ДИВ-а овде је да очисти остатке течности за чишћење на површини плочице. Коришћење течности за чишћење за чишћење површине плочице не значи да ове течности за чишћење никада неће кородирати плочицу, али је њихова брзина нагризања прилично ниска, а краткотрајно чишћење неће утицати на плочицу. Међутим, ако се заостала течност за чишћење не може ефикасно уклонити и заостала течност за чишћење остане на површини плочице дуже време, она ће и даље кородирати површину плочице. Поред тога, чак и ако раствор за чишћење врло мало кородира, преостали раствор за чишћење у плочици је и даље сувишан, што ће вероватно утицати на коначни учинак уређаја. Стога, након чишћења плочице раствором за чишћење, обавезно користите ДИВ да бисте на време очистили преостали раствор за чишћење.
2.2 ХФ технологија чишћења
Као што сви знамо, песак се рафинише у језгро. Чип је формиран безбројним резбаријама на једној кристалној силиконској плочици. Главна компонента на чипу је монокристални силицијум. Најдиректнији и најефикаснији начин чишћења природног оксидног слоја (СиО2) формираног на површини монокристалног силицијума је коришћење ХФ (флуороводоничне киселине) за чишћење. Стога се може рећи да је ХФ чишћење технологија чишћења која је друга после ДИВ-а. ХФ чишћење може ефикасно уклонити природни оксидни слој на површини монокристалног силицијума, а метал причвршћен за површину природног оксидног слоја такође ће се растворити у раствору за чишћење. У исто време, ХФ такође може ефикасно инхибирати стварање природног оксидног филма. Стога, ХФ технологија чишћења може уклонити неке металне јоне, природни слој оксида и неке честице нечистоћа. Међутим, ХФ технологија чишћења такође има неке неизбежне проблеме. На пример, приликом уклањања природног оксидног слоја на површини силицијумске плочице, на површини силицијумске плочице ће након корозије остати неке мале рупице, што директно утиче на храпавост површине вафла. Поред тога, док уклања површински оксидни филм, ХФ ће такође уклонити неке метале, али неки метали не желе да их кородира ХФ. Са сталним напретком чворова полупроводничке технологије, захтеви да ови метали не буду кородирани од ХФ-а су све већи и већи, што резултира тиме да се ХФ технологија чишћења не може користити на местима где је могла да се користи. Истовремено, неки метали који улазе у раствор за чишћење и приањају на површину силицијумске плочице док се природни оксидни филм раствара, није лако уклонити ХФ, што доводи до тога да они остају на површини силицијумске плочице. Као одговор на горе наведене проблеме, предложене су неке побољшане методе. На пример, разблажите ХФ што је више могуће да бисте смањили концентрацију ХФ; додати оксидант у ХФ, ова метода може ефикасно уклонити метал причвршћен за површину природног оксидног слоја, а оксиданс ће оксидирати метал на површини да би формирао оксиде, које је лакше уклонити у киселим условима. Истовремено, ХФ ће уклонити претходни природни оксидни слој, а оксидант ће оксидирати монокристални силицијум на површини да би формирао нови оксидни слој како би спречио везивање метала за површину монокристалног силицијума; додати ањонски сурфактант у ХФ, тако да је површина монокристалног силицијума у раствору за чишћење ХФ негативан потенцијал, а површина честице позитиван потенцијал. Додавање ањонског сурфактанта може учинити да потенцијал површине силикона и површине честице имају исти предзнак, то јест, површински потенцијал честице се мења из позитивног у негативан, што је исти знак као негативни потенцијал површине силицијумске плочице, тако да се ствара електрично одбијање између површине силицијумске плочице и површине честице, чиме се спречава везивање честица; додајте агенс за комплексирање у раствор за чишћење ХФ да бисте формирали комплекс са нечистоћама, који је директно растворен у раствору за чишћење и неће се закачити за површину силицијумске плочице.
2.3 СЦ1 технологија чишћења
СЦ1 технологија чишћења је најчешћа, јефтина и високоефикасна метода чишћења за уклањање контаминације са површине плочице. СЦ1 технологија чишћења може истовремено уклонити органску материју, неке металне јоне и неке површинске честице. Принцип СЦ1 за уклањање органске материје је коришћење оксидационог ефекта водоник пероксида и ефекта растварања НХ4ОХ да се органска контаминација претвори у једињења растворљива у води, а затим их испразни са раствором. Због својих оксидационих и комплексних својстава, раствор СЦ1 може оксидирати неке металне јоне, претварајући ове металне јоне у високовалентне јоне, а затим даље реаговати са алкалијом да би формирао растворљиве комплексе који се испуштају са раствором. Међутим, неки метали имају високу слободну енергију оксида насталих након оксидације, који се лако лепе за оксидни филм на површини плочице (јер раствор СЦ1 има одређена оксидациона својства и формираће оксидни филм на површини плочице), па су није лако уклонити, као што су метали као што су Ал и Фе. Приликом уклањања металних јона, брзина адсорпције и десорпције метала на површини плочице ће на крају достићи равнотежу. Због тога се у напредним производним процесима течност за чишћење користи једном за процесе који имају високе захтеве за металним јонима. Директно се празни након употребе и више се неће користити. Сврха је да се смањи садржај метала у течности за чишћење како би се метал на површини плочице што је више могуће испрао. СЦ1 технологија чишћења такође може ефикасно уклонити контаминацију површинских честица, а главни механизам је електрично одбијање. У овом процесу може се извршити ултразвучно и мегазвучно чишћење како би се постигли бољи ефекти чишћења. СЦ1 технологија чишћења ће имати значајан утицај на храпавост површине плочице. Да би се смањио утицај СЦ1 технологије чишћења на храпавост површине плочице, неопходно је формулисати одговарајући однос компоненти течности за чишћење. У исто време, употреба течности за чишћење са ниским површинским напоном може стабилизовати брзину уклањања честица, одржати високу ефикасност уклањања и смањити утицај на храпавост површине плочице. Додавање сурфактаната у течност за чишћење СЦ1 може смањити површински напон течности за чишћење. Поред тога, додавање хелатних средстава у течност за чишћење СЦ1 може проузроковати да метал у течности за чишћење континуирано формира хелате, што је корисно за инхибирање површинске адхезије метала.
2.4 СЦ2 технологија чишћења
СЦ2 технологија чишћења је такође јефтина технологија мокрог чишћења са добром способношћу уклањања контаминације. СЦ2 има изузетно јака својства комплексирања и може да реагује са металима пре оксидације да формира соли, које се уклањају раствором за чишћење. Растворним раствором за чишћење биће уклоњени и растворљиви комплекси настали реакцијом оксидисаних металних јона са хлоридним јонима. Може се рећи да под условом да не утичу на плочицу, технологија чишћења СЦ1 и технологија чишћења СЦ2 се међусобно допуњују. Феномен адхезије метала у раствору за чишћење лако се јавља у алкалном раствору за чишћење (то јест, раствору за чишћење СЦ1), а није лако да се јави у киселом раствору (СЦ2 раствор за чишћење), а има снажну способност уклањања метала на површини вафла. Међутим, иако се метали као што је Цу могу уклонити након чишћења СЦ1, неки проблеми пријањања метала природног оксидног филма формираног на површини плочице нису решени и није погодан за технологију чишћења СЦ2.
2.5 Технологија чишћења О3
У процесу производње чипова, технологија чишћења О3 се углавном користи за уклањање органских материја и дезинфекцију ДИВ-а. О3 чишћење увек укључује оксидацију. Уопштено говорећи, О3 се може користити за уклањање неке органске материје, али због оксидације О3 долази до поновног таложења на површини плочице. Због тога се ХФ углавном користи у процесу коришћења О3. Поред тога, процес коришћења ХФ са О3 такође може уклонити неке металне јоне. Треба напоменути да су, генерално, више температуре корисне за уклањање органских материја, честица, па чак и металних јона. Међутим, када се користи технологија чишћења О3, количина О3 раствореног у ДИВ ће се смањити како температура расте. Другим речима, концентрација О3 раствореног у ДИВ ће се смањивати како температура расте. Због тога је неопходно оптимизовати детаље процеса О3 како би се максимизирала ефикасност чишћења. У производњи полупроводника, О3 се такође може користити за дезинфекцију ДИВ-а, углавном зато што супстанце које се користе за пречишћавање воде за пиће углавном садрже хлор, што је неприхватљиво у области производње чипова. Други разлог је тај што ће се О3 разградити у кисеоник и неће загађивати ДИВ систем. Међутим, неопходно је контролисати садржај кисеоника у ДИВ, који не може бити већи од захтева за употребу у производњи полупроводника. 2.6 Технологија чишћења органским растварачима У процесу производње полупроводника често су укључени неки посебни процеси. У многим случајевима, горе уведене методе се не могу користити јер ефикасност чишћења није довољна, неке компоненте које се не могу опрати су урезане, а оксидни филмови не могу да се генеришу. Због тога се за постизање сврхе чишћења користе и неки органски растварачи.
3 Закључак
У процесу производње полупроводника, процес чишћења је процес са највише понављања. Употреба одговарајуће технологије чишћења може значајно побољшати принос производње чипова. Са великом величином силицијумских плочица и минијатуризацијом структура уређаја, индекс густине слагања се повећава, а захтеви за технологијом чишћења плочица су све већи и већи. Постоје строжи захтеви за чистоћу површине вафла, хемијско стање површине, храпавост и дебљину оксидног филма. Заснован на технологији зрелог процеса, овај чланак представља технологију чишћења вафла у напредној производњи вафла и принципе чишћења различитих процеса чишћења. Из перспективе економије и заштите животне средине, побољшање технологије процеса чишћења плочица може боље задовољити потребе напредне производње вафла.
