Pažangios valymo būdai puslaidininkių gamyboje

Integruotų grandinių (IC) gamyba reikalauja tikslių procesų, kad būtų užtikrintas silicio vaflių vientisumas.Tačiau teršalai, tokie kaip dalelės, organiniai likučiai, metalai ir oksidai, kelia didelių iššūkių, turinčių įtakos vaflių kokybei ir funkcionalumui.Šiame straipsnyje nagrinėjami teršalų, turinčių įtakos IC gamybai, tipai ir pasinerkite į pažangias valymo būdus, įskaitant šlapius ir sausus metodus, kurie optimizuoja užteršimo pašalinimą, tuo pačiu padidindamas gamybos efektyvumą ir tvarumą švarios kambario aplinkoje.

Katalogas

Teršalų tipai, turintys įtakos IC gamybai

Integruotų grandinių (IC) gamyba apima kruopščius procesus, tačiau silicio vaflininkai dažnai susiduria su įvairių teršalų buvimu švarių kambarių aplinkoje.Šie teršalai, tokie kaip dalelės, organiniai liekanos, metalai ir oksidai, gali sutrikdyti vaflių struktūrinę kokybę - susirūpinimą keliančioje technologijos ir medžiagų mokslo sankryžoje.

Dalelių teršalai

Iš tokių medžiagų, tokių kaip polimerai, fotorezistai ir ėsdinimo likučiai, dalelės, laikančios vaflinių paviršių, pirmiausia per van der Waals jėgas, ginčijančios vėlesnius apdorojimo etapus.Šios problemos sprendimas gali apimti fizines intervencijas, tokias kaip ultragarsinis valymas ar cheminiai metodai, tokie kaip tirpiklių plovimas, kad būtų galima atskirti daleles, išsaugant vaflių vientisumą.Efektyviai sumažinti tokio tipo užterštumą reikalauja niuansų supratimo apie medžiagų sąveiką ir pritaikytus sprendimus, kurie sumažina sukibimą, išlyginant kelią pašalinti.Be to, sudėtingų filtravimo sistemų ir oro srauto strategijų įtraukimas į gamybos įrenginius gali žymiai sumažinti dalelių nusėdimą.

Organiniai teršalai

Nuolatiniai organiniai liekanos iš odos aliejų, aplinkos oro ir mašinų tepalai sudaro kliūtis, trukdančias valymo agento efektyvumui.Šie liekanos pakenkia tiek grynumui, tiek funkcionalumui, trukdant esminiams apdorojimo sluoksniams.Taigi pradiniai valymo žingsniai sutelkite dėmesį į šių organinių sluoksnių ekstrahavimą, paruošdami sceną vėlesnėms valymo fazėms.Tokie metodai kaip tirpiklių valymas ir žemo slėgio UV gydymas yra pagrindiniai, todėl pabrėžiama būtinybė palaikyti griežtai kontroliuojamą aplinką, kad būtų išvengta perterpimo.

Metaliniai teršalai

Nors metalo sujungimai yra įterpti į puslaidininkių procesus, jie taip pat kelia užteršimo iššūkius.Metalai, tokie kaip aliuminis ir varis, gali atsirasti fotolitografijos ir cheminio garų nusėdimo (CVD) metu, apsunkinantys vaflių grynumo palaikymą.Šios rizikos sušvelninimas apima nusodinimo kliūčių ar pažangių ėsdinimo būdų diegimą, pabrėžiant nuolatinę priežiūrą, kad būtų užtikrinta, jog teršalai išlieka žemiau ribos.Dviejų režimų valymo procesų, kurie tinkamai atskirti ir pašalina metalo priemaišas nepažeidžiant kitų kritinių struktūrų, įgyvendinimas taip pat yra labai svarbus.

Oksido teršalai

Oksido sluoksniai paprastai išsivysto dėl silicio atomų oksidacijos deguonies turtingomis sąlygomis, todėl atsiranda vietinių ar cheminių oksidų.Tarp šių oksidų pašalinimo ir vartų oksido struktūrinio vientisumo išsaugojimo turi būti pasiekta subtili pusiausvyra.Selektyvūs ėsdinimo metodai ir buferiniai oksido ėsdinimai yra nepaprastai svarbūs valdant šią pusiausvyrą.Šių metodų naujovės ir toliau vystosi, o tai lemia nuodugnus medžiagų savybių ir reakcijos dinamikos supratimas.Tokia subtili pusiausvyra palengvina tikslumo pažangą gaminimo metu, o tai lemia gilus susijusios mikroskopinės sąveikos supratimas.

Skirtingi valymo būdai

Šlapio valymo būdai

Šis valymo metodas naudoja skystus cheminius tirpiklius ir dejonizuotą (DI) vandenį, kad būtų galima atlikti valymo užduotis, tokias kaip oksidavimas, ėsdinimas ir tirpinantys teršalai, esantys ant vaflinio paviršiaus.Tai apima organines medžiagas ir metalo jonus.Dažniausiai naudojami būdai yra RCA valymas, skiedimo cheminis valymas, IMEC valymas ir vieno vaflių valymas.

RCA valymo procedūra

Iš pradžių požiūriui į silicio vaflių valymą trūko sisteminių procedūrų.Sukurtas Amerikos radijo korporacijos (RCA) 1965 m., RCA valymo metodas nustatė išsamų silicio vaflių valymo procesą komponentų gamybos metu.Ši technika ir toliau yra pagrindinis daugelio šiuolaikinių valymo procesų elementas.

Naudojant tirpiklius, rūgštis, paviršiaus aktyviosios medžiagos ir vandenį, RCA valymą siekiama efektyviai pašalinti paviršiaus teršalus, tuo pačiu išsaugant vaflinio charakteristikas.Išsamus skalavimas su ultrapūrimu vandeniu (UPW) seka kiekvienu cheminiu būdu.Žemiau yra keli valymo sprendimai, dažnai naudojami:

- APM (NH4OH/H2O2/H2O esant 65–80 ° C): Šis tirpalas susideda iš amonio hidroksido, vandenilio peroksido ir Di vandens, efektyviai oksiduojančio ir ėsdinančio paviršiaus dalelių, taip pat pašalinant kai kuriuos organinius ir metalinius teršalus.Nors silicio paviršius oksiduoja ir ėsdina, padidėja paviršiaus šiurkštumas.

- HPM (HCl/H2O2/H2O esant 65–80 ° C): žinomas kaip SC-2, šis valymo tirpalas ištirpina šarminius metalo jonus ir metalų hidroksidus, tokius kaip aliuminis ir magnis.Chlorido jonai HCl reaguoja su likusiais metalo jonais, sudarydami vandenyje tirpius kompleksus.

- SPM (H2SO4/H2O2/H2O 100 ° C): vadinamas SC-3, šis tirpalas efektyviai pašalina organinius teršalus.Sieros rūgšties dehidatai ir karbonizuoja organines medžiagas, kurios vandenilio peroksidas tada oksiduoja į dujinius šalutinius produktus.

-HF arba DHF (HF: H2O = 1: 2: 10 esant 20–25 ° C): Naudojamas oksido pašalinimui sunkiai pasiekiamose vietose, šis tirpalas išgraviruoja silicio oksidus, tuo pačiu mažindamas paviršiaus metalą.Po SC1 ir SC2 valymo jis pašalina vietinius oksido sluoksnius iš silicio plokštelės, sudarydamas hidrofobinį silicio paviršių.

- Itin vanduo: po valymo, ozonizuotas vanduo yra skirtas skiepyti likusius chemines medžiagas ir skalauti vaflius.

Įtraukus megazoninę energiją į RCA valymą, sumažėja cheminių ir DI vandens naudojimo būdai, sutrumpėja vaflių ėsdinimo laikas ir todėl prailgina valymo tirpalo tarnavimo laiką.

Skiedimo cheminis metodas

SC1 ir SC2 mišinių skiedimo metodas, derinant su RCA valymu, išsaugo chemines medžiagas ir DI vandenį.Iš SC2 sprendimo galima visiškai praleisti H2O2.APM SC2 mišinys, praskiestas santykiu 1: 1: 50, veiksmingai pašalina vaflių paviršiaus daleles ir angliavandenilius.

Metalo pašalinimui smarkiai praskiedžiami mišiniai (HPM 1: 1: 60 ir HCl 1: 100) yra tokie pat veiksmingi kaip tradiciniai SC2 skysčiai.Mažos HCl koncentracijos palaikymas suteikia pranašumą, nes jis išvengia dalelių nusistovėjimo, o tirpalo pH, kuris svyruoja nuo 2 iki 2,5, daro įtaką silicio vaflio paviršiaus krūviui.Virš šio pH įkrauti silicio ir tirpalo dalelių paviršiai sudaro elektrostatinį barjerą, slopindamas dalelių nusėdimą.Žemiau šio pH dalelės nusėda ant plokštelės dėl ekrano trūkumo.

Reikšmingas sumažėjimas, daugiau kaip 86%, vartojant cheminį vartojimą, praskiestą RCA valymą.Optimizuoti valymo žingsniai, apimantys megasonišką sujaudinimą su praskiestu SC1, SC2 ir HF tirpalais, padidina tirpalo ilgaamžiškumą ir sumažina cheminį naudojimą 80–90%.Eksperimentai rodo, kad karštas UPW naudojimas gali sumažinti sunaudojimą 75–80%, o įvairios skiedimo chemijos gali sutaupyti didelius kiekius plovimo vandenyje dėl mažesnio srauto greičio ir laiko reikalavimų.

IMEC valymo metodas

Šis metodas sutelktas į cheminių medžiagų ir DI vandens naudojimo mažinimą drėgname valyme, siekiant efektyviai spręsti organinius teršalus pradinėje fazėje.Dažnai naudojami sieros rūgšties deriniai;Tačiau ozonuotas DI vanduo yra perspektyvi alternatyva, skirta naudai aplinkai ir sumažina sunkių valymo fazių mažinimą.Koreguojanti temperatūra ir koncentracija palengvina efektyvų organinį pašalinimą.

Antroji fazė nukreipta į oksido sluoksnius, daleles ir metalo oksidus.Elektrocheminio nusėdimo procesai kelia susirūpinimą dėl metalo jonų HF tirpaluose.HF/HCl tirpalai paprastai slopina metalo nusėdimą, efektyviai pašalinant oksido dangas.Pridėjus chlorido jonus strategiškai, galima išvengti metalo dengimo ir padidinti tirpalo patvarumą.

Paskutiniame etape tikslas yra suteikti silicio paviršiaus hidrofiliškumą, sumažinant džiovinimo vietas ar vandens ženklus.Praskiestas HCl/O3 tirpalai esant žemam pH, paviršiaus hidrofilinė medžiaga be metalo pertvarkymo, tuo tarpu HNO3 skalavimo metu sumažina Ca užteršimą.

Lyginamoji analizė parodo IMEC metodą efektyviai sutrumpina metalo užteršimą, tuo pačiu dėl ekonomiškai protingo dėl sumažėjusio cheminio naudojimo.

Vieno vaflių valymas

Didelio skersmens vafliams nustatytoms procedūroms dažnai trūksta.Vieno vaflių valymas, naudojant DI-O3/DHF tirpalus kambario temperatūroje, siūlo tikslinį metodą.Išpardavinant silicio oksidą ir pašalinant daleles bei metalus su HF, ir formuojant silicio oksidą su Di-O3, galima pasiekti patenkinamų rezultatų SANS kryžminį užteršimą.Nuplaukite su DI vandeniu arba ozonuotu vandeniu ir venkite dėmių džiovindami izopropilo etanolį (IPA) ir azotą.Patobulintas RCA valymas rodo efektyvumą, palyginti su vienos vaflinėmis technikomis, o „Di Water“ ir „HF“ perdirbimas proceso metu dar labiau optimizuoja chemines išlaidas ir vaflių sąnaudas.

Sauso valymo būdai

Sausas valymas, naudojant garų fazės chemines priemones, kovoja su vaflių paviršiaus priemaišomis.Paprastai naudojama šiluminė oksidacija ir plazmos valymas.Procedūros, susijusios su karštų ar plazmos reaktyviųjų dujų įvedimu į reakcijos kamerą, todėl susidaro nepastovūs reakcijos produktai, kurie vėliau yra evakuoti.Oksidacijos krosnis įgalina CI izoliavimo atkaitinimą, o prieš nusėdimą atliekamas AR dulkinimas.Nuvalymas plazmoje apima neorganinių dujų konvertavimą į aktyvias plazmos daleles, kurios sąveikauja su paviršiaus molekulėmis, kad susidarytų dujų fazės liekanos.

Sauso valymo pranašumai yra lokalus gydymas ir likusių skysčių atliekų.Jo ofortavimo anizotropija padeda gaminti smulkius modelius.Tačiau dėl neselektyvių reakcijų su paviršiaus metalais ir specifinėmis sąlygomis, reikalingomis visiškam metalo lakonavimui, vien tik sausas valymas nepakeičia drėgno valymo.Tyrimai atskleidžia pastebimą metalizuotų teršalų sumažėjimą, naudojant dujų fazės metodus, kuriuos praktikoje papildo drėgnas valymas.