Teknik pembersihan lanjutan dalam fabrikasi semikonduktor

Pembuatan Sirkuit Terpadu (IC) menuntut proses yang tepat untuk memastikan integritas wafer silikon.Namun, kontaminan seperti partikel, residu organik, logam, dan oksida menimbulkan tantangan yang signifikan, mempengaruhi kualitas dan fungsionalitas wafer.Artikel ini mengeksplorasi jenis kontaminan yang berdampak pada produksi IC dan menggali teknik pembersihan canggih, termasuk metode basah dan kering, yang mengoptimalkan penghapusan kontaminasi sambil meningkatkan efisiensi produksi dan keberlanjutan di lingkungan kamar bersih.

Katalog

Jenis kontaminan yang mempengaruhi pembuatan IC

Produksi sirkuit terintegrasi (IC) melibatkan proses yang sangat teliti, namun wafer silikon sering menghadapi keberadaan beragam kontaminan dalam lingkungan kamar yang bersih.Polutan ini, seperti partikel, residu organik, logam, dan oksida, dapat mengganggu kualitas struktural wafer, kekhawatiran yang berdiri di persimpangan teknologi dan ilmu material.

Kontaminan partikel

Berasal dari bahan seperti polimer, fotoresis, dan residu etsa, partikel melekat pada permukaan wafer terutama melalui gaya van der Waals, menantang tahap pemrosesan berikutnya.Mengatasi masalah ini mungkin melibatkan intervensi fisik seperti pembersihan ultrasonik atau teknik kimia, seperti pencucian pelarut, untuk melepaskan partikel sambil menjaga integritas wafer.Secara efektif mengurangi jenis kontaminasi ini membutuhkan pemahaman yang bernuansa interaksi material dan solusi yang dipesan lebih dahulu yang mengurangi adhesi, menghaluskan jalur untuk dihapus.Selain itu, menggabungkan sistem filtrasi yang canggih dan strategi aliran udara dalam fasilitas produksi secara substansial dapat mengurangi deposisi partikel.

Kontaminan organik

Residu organik yang persisten dari minyak kulit, udara sekitar, dan pelumas mesin membentuk penghalang yang menghambat efisiensi agen pembersih.Residu ini membahayakan kemurnian dan fungsionalitas dengan mengganggu lapisan pemrosesan yang penting.Langkah -langkah pembersihan awal, oleh karena itu, fokus pada ekstraksi lapisan organik ini, mempersiapkan tahap untuk fase pembersihan berikutnya.Teknik-teknik seperti pembersihan pelarut dan pengobatan UV bertekanan rendah sangat penting, menggarisbawahi perlunya menjaga lingkungan yang dikendalikan dengan ketat untuk menghindari rekontaminasi.

Kontaminan logam

Sementara interkoneksi logam tertanam dalam proses semikonduktor, mereka juga menimbulkan tantangan kontaminasi.Logam seperti aluminium dan tembaga mungkin berasal selama fotolitografi dan deposisi uap kimia (CVD), memperumit pemeliharaan kemurnian wafer.Memitigasi risiko -risiko ini melibatkan penyebaran hambatan deposisi atau teknik etsa canggih, menekankan pengawasan yang berkelanjutan untuk memastikan kontaminan tetap di bawah tingkat ambang batas.Menerapkan proses pembersihan mode ganda, yang dengan mahir memisahkan dan menghilangkan kotoran logam tanpa merusak struktur kritis lainnya, juga mendasar.

Kontaminan oksida

Lapisan oksida umumnya berkembang dari oksidasi atom silikon dalam kondisi kaya oksigen, menghasilkan oksida asli atau kimia.Keseimbangan yang halus harus dipukul antara menghilangkan oksida ini dan menjaga integritas struktural oksida gerbang.Metode etsa selektif dan etsa oksida buffer sangat penting dalam mengelola keseimbangan ini.Inovasi dalam teknik ini terus berkembang, didorong oleh pemahaman mendalam tentang sifat material dan dinamika reaksi.Keseimbangan yang rumit memfasilitasi kemajuan dalam presisi selama pembuatan, dipandu oleh pemahaman yang mendalam tentang interaksi mikroskopis yang terlibat.

Pendekatan yang berbeda untuk membersihkan

Teknik pembersihan basah

Pendekatan pembersihan ini menggunakan pelarut kimia cair dan air deionized (DI) untuk melakukan tugas pembersihan seperti pengoksidasi, etsa, dan pembubaran kontaminan yang ada di permukaan wafer.Ini termasuk bahan organik dan ion logam.Teknik yang umum diterapkan termasuk pembersihan RCA, pembersihan kimia pengenceran, pembersihan IMEC, dan pembersihan wafer tunggal.

Prosedur Pembersihan RCA

Awalnya, pendekatan pembersihan wafer silikon tidak memiliki prosedur sistematis.Dikembangkan oleh Radio Corporation of America (RCA) pada tahun 1965, metode pembersihan RCA menetapkan proses komprehensif untuk pembersihan wafer silikon selama pembuatan komponen.Teknik ini terus menjadi elemen dasar untuk banyak proses pembersihan kontemporer.

Memanfaatkan pelarut, asam, surfaktan, dan air, pembersihan RCA bertujuan untuk menghilangkan kontaminan permukaan secara efisien, sambil menjaga karakteristik wafer.Bilas komprehensif dengan air ultrapure (UPW) mengikuti setiap aplikasi kimia.Di bawah ini adalah beberapa solusi pembersihan yang sering digunakan:

- APM (NH4OH/H2O2/H2O pada 65-80 ° C): Solusi ini terdiri dari amonium hidroksida, hidrogen peroksida, dan air DI, secara efektif mengoksidasi dan etsa partikel permukaan, di samping menghilangkan beberapa kontaminan organik dan logam.Sementara permukaan silikon mengoksidasi dan etsa, kekasaran permukaan meningkat.

- HPM (HCl/H2O2/H2O pada 65-80 ° C): Dikenal sebagai SC-2, larutan pembersih ini melarutkan ion logam alkali dan hidroksida logam seperti aluminium dan magnesium.Ion klorida dalam HCl bereaksi dengan ion logam residu, membentuk kompleks yang larut dalam air.

- SPM (H2SO4/H2O2/H2O pada 100 ° C): Disebut sebagai SC-3, solusi ini secara efisien menghilangkan kontaminan organik.Asam sulfat mendehidrat dan karbonisasi bahan organik, yang hidrogen peroksida kemudian teroksidasi menjadi produk sampingan gas.

-HF atau DHF (HF: H2O = 1: 2: 10 pada 20–25 ° C): Digunakan untuk pengangkatan oksida di daerah yang sulit dijangkau, solusi ini etsa silikon oksida sambil mengurangi logam permukaan.Setelah pembersihan SC1 dan SC2, ia menghilangkan lapisan oksida asli dari wafer silikon, membentuk permukaan silikon hidrofobik.

- Air ultrapure: pasca-pembersih, air ozonasi berfungsi untuk mengencerkan bahan kimia residual dan wafer bilas.

Memasukkan energi megasonik ke dalam pembersihan RCA mengurangi penggunaan air kimia dan di, memperpendek waktu etsa wafer, dan, akibatnya, memperluas kehidupan solusi pembersih.

Metode kimia pengenceran

Pendekatan pengenceran untuk campuran SC1 dan SC2, bila dikombinasikan dengan pembersihan RCA, menghemat bahan kimia dan air di.Dimungkinkan untuk sepenuhnya menghilangkan H2O2 dari solusi SC2.Campuran APM SC2, diencerkan pada rasio 1: 1: 50, secara efektif menghilangkan partikel permukaan wafer dan hidrokarbon.

Untuk penghilangan logam, campuran yang sangat encer (HPM 1: 1: 60 dan HCl 1: 100) sama efektifnya dengan cairan SC2 tradisional.Mempertahankan konsentrasi HCl yang rendah menawarkan keuntungan mencegah pengendapan partikel, dan pH larutan, yang berkisar antara 2 hingga 2,5, mempengaruhi muatan permukaan wafer silikon.Di atas pH ini, permukaan bermuatan silikon dan partikel larutan membentuk penghalang elektrostatik, menghambat deposisi partikel.Di bawah pH ini, deposit partikel pada wafer karena kurangnya perisai.

Pengurangan yang signifikan, lebih dari 86%, dalam konsumsi kimia terjadi dengan pembersihan RCA encer.Langkah-langkah pembersihan yang dioptimalkan, yang meliputi agitasi megasonik dengan solusi SC1, SC2, dan HF yang diencerkan, meningkatkan umur panjang larutan dan memotong penggunaan kimia sebesar 80-90%.Eksperimen menunjukkan penggunaan Hot UPW dapat memotong konsumsi UPW sebesar 75-80%, dan berbagai kimia pengenceran dapat menghemat sejumlah besar air pembilasan karena laju aliran yang lebih rendah dan persyaratan waktu.

Pendekatan pembersihan imec

Metode ini berfokus pada pengurangan penggunaan air kimia dan di dalam pembersihan basah, yang bertujuan untuk secara efektif mengatasi polutan organik dalam fase awalnya.Seringkali kombinasi asam sulfat digunakan;Namun, air di ozonasi adalah alternatif yang layak untuk manfaat lingkungan dan mengurangi fase pembersihan yang sulit.Menyesuaikan suhu dan konsentrasi memfasilitasi penghapusan organik yang efisien.

Fase kedua menargetkan lapisan oksida, partikel, dan oksida logam.Proses deposisi elektrokimia menjadi perhatian dengan ion logam dalam solusi HF.Solusi HF/HCl biasanya menekan deposisi logam sambil menghilangkan pelapis oksida secara efisien.Menambahkan ion klorida secara strategis dapat mencegah pelapisan logam dan meningkatkan daya tahan solusi.

Pada tahap akhir, tujuannya adalah untuk memberikan hidrofilisitas pada permukaan silikon, meminimalkan bintik -bintik pengeringan atau tanda air.Larutan HCL/O3 encer pada pH rendah membuat permukaan hidrofilik tanpa rekontaminasi logam, saat menggunakan HNO3 selama bilas mengurangi kontaminasi CA.

Analisis komparatif menunjukkan metode IMEC secara efektif membatasi kontaminasi logam sambil masuk akal secara ekonomi karena berkurangnya penggunaan kimia.

Pembersihan wafer tunggal

Untuk wafer berdiameter besar, prosedur yang ditetapkan sering gagal.Pembersihan wafer tunggal, menggunakan solusi DI-O3/DHF pada suhu kamar, menawarkan pendekatan yang ditargetkan.Dengan mengetsa silikon oksida dan menghilangkan partikel dan logam dengan HF, dan membentuk silikon oksida dengan di-O3, hasil yang memuaskan dapat dicapai SANS-kontaminasi silang.Bilas dengan air di atau air ozonasi, dan hindari noda dengan pengeringan dengan isopropil etanol (IPA) dan nitrogen.Pembersihan RCA yang ditingkatkan menunjukkan efektivitas dibandingkan teknik wafer tunggal, dengan air DI dan Daur Ulang HF selama proses lebih lanjut mengoptimalkan pengeluaran kimia dan biaya wafer.

Teknik Dry Cleaning

Pembersihan kering, melalui cara kimia fase uap, menangani kotoran permukaan wafer.Umumnya, oksidasi termal dan pembersihan plasma digunakan.Prosedur memerlukan memperkenalkan gas reaktif panas atau plasma ke dalam ruang reaksi, yang mengarah pada pembentukan produk reaksi volatil yang kemudian dievakuasi.Tungku oksidasi memungkinkan anil penahanan CI, dan sputtering AR dilakukan sebelum deposisi.Pembersihan plasma melibatkan mengubah gas anorganik menjadi partikel aktif plasma, yang berinteraksi dengan molekul permukaan untuk membentuk residu fase gas.

Manfaat pembersihan kering termasuk pengolahan lokal dan tidak ada cairan limbah sisa.Anisotropi etsa membantu dalam menghasilkan pola yang bagus.Namun, karena reaksi non-selektif dengan logam permukaan dan kondisi spesifik yang diperlukan untuk volatilisasi logam lengkap, pembersihan kering saja tidak sepenuhnya mengganti pembersihan basah.Studi mengungkapkan pengurangan penting dalam kontaminan logam menggunakan teknik fase gas, dilengkapi dengan pembersihan basah dalam praktiknya.