Våtrengjøring (Wet Clean) er et av de kritiske trinnene i halvlederproduksjonsprosesser, rettet mot å fjerne ulike forurensninger fra overflaten av waferen for å sikre at påfølgende prosesstrinn kan utføres på en ren overflate.
Ettersom størrelsen på halvlederenheter fortsetter å krympe og presisjonskravene øker, har de tekniske kravene til waferrenseprosesser blitt stadig strengere. Selv de minste partiklene, organiske materialer, metallioner eller oksidrester på waferoverflaten kan påvirke enhetens ytelse betydelig, og dermed påvirke ytelsen og påliteligheten til halvlederenheter.
Kjerneprinsipper for rengjøring av wafer
Kjernen i waferrengjøring ligger i å effektivt fjerne ulike forurensninger fra waferoverflaten gjennom fysiske, kjemiske og andre metoder for å sikre at waferen har en ren overflate som er egnet for etterfølgende behandling.
Type forurensning
Hovedpåvirkninger på enhetens egenskaper
| rartikkel Forurensning | Mønsterfeil
Ioneimplantasjonsdefekter
Nedbrytningsdefekter i isolasjonsfilmen
| |
| Metallisk forurensning | Alkaliske metaller | MOS transistor ustabilitet
Nedbrytning/nedbrytning av portoksidfilm
|
| Tungmetaller | Økt PN-kryss omvendt lekkasjestrøm
Nedbrytningsdefekter for oksidfilm
Nedbrytning av minoritetsbærer levetid
Generering av oksideksitasjonsdefekter
| |
| Kjemisk forurensning | Organisk materiale | Nedbrytningsdefekter for oksidfilm
CVD-filmvariasjoner (inkubasjonstider)
Variasjoner i termisk oksidfilmtykkelse (akselerert oksidasjon)
Uklarhet (wafer, linse, speil, maske, trådkors)
|
| Uorganiske dopemidler (B, P) | MOS transistor femte skift
Si substrat og høy motstand poly-silisium ark motstand variasjoner
| |
| Uorganiske baser (aminer, ammoniakk) og syrer (SOx) | Nedbrytning av oppløsningen til kjemisk forsterkede resists
Forekomst av partikkelforurensning og dis på grunn av saltutvikling
| |
| Native og kjemiske oksidfilmer på grunn av fuktighet, luft | Økt kontaktmotstand
Nedbrytning/nedbrytning av portoksidfilm
| |
Spesifikt inkluderer målene for waferrenseprosessen:
Partikkelfjerning: Bruk av fysiske eller kjemiske metoder for å fjerne små partikler festet til waferoverflaten. Mindre partikler er vanskeligere å fjerne på grunn av de sterke elektrostatiske kreftene mellom dem og waferoverflaten, som krever spesiell behandling.
Fjerning av organisk materiale: Organiske forurensninger som fett og fotoresistrester kan feste seg til waferoverflaten. Disse forurensningene fjernes vanligvis med sterke oksidasjonsmidler eller løsemidler.
Fjerning av metallioner: Metallionrester på waferoverflaten kan forringe den elektriske ytelsen og til og med påvirke påfølgende behandlingstrinn. Derfor brukes spesifikke kjemiske løsninger for å fjerne disse ionene.
Oksydfjerning: Noen prosesser krever at waferoverflaten er fri for oksidlag, for eksempel silisiumoksid. I slike tilfeller må naturlige oksidlag fjernes under visse rengjøringstrinn.
Utfordringen med waferrenseteknologi ligger i å effektivt fjerne forurensninger uten å påvirke waferoverflaten negativt, for eksempel å forhindre ruhet, korrosjon eller annen fysisk skade.
2. Prosessflyt for waferrensing
Waferrenseprosessen involverer vanligvis flere trinn for å sikre fullstendig fjerning av forurensninger og oppnå en helt ren overflate.
Figur: Sammenligning mellom batch-type og enkelt-wafer rengjøring
En typisk rengjøringsprosess for wafer inkluderer følgende hovedtrinn:
1. Pre-Cleaning (Pre-Clean)
Hensikten med forhåndsrengjøring er å fjerne løse forurensninger og store partikler fra waferoverflaten, noe som typisk oppnås gjennom avionisert vann (DI Water) skylling og ultralydrensing. Avionisert vann kan i utgangspunktet fjerne partikler og oppløste urenheter fra waferoverflaten, mens ultralydrensing bruker kavitasjonseffekter for å bryte bindingen mellom partiklene og waferoverflaten, noe som gjør dem lettere å løsne.
2. Kjemisk rengjøring
Kjemisk rengjøring er et av kjernetrinnene i waferrenseprosessen, ved å bruke kjemiske løsninger for å fjerne organiske materialer, metallioner og oksider fra waferoverflaten.
Fjerning av organisk materiale: Vanligvis brukes aceton eller en ammoniakk/peroksidblanding (SC-1) for å løse opp og oksidere organiske forurensninger. Det typiske forholdet for SC-1-løsning er NH4OH
₂O₂
₂O = 1:1:5, med en arbeidstemperatur på rundt 20°C.
Fjerning av metallioner: Salpetersyre eller saltsyre/peroksidblandinger (SC-2) brukes til å fjerne metallioner fra waferoverflaten. Det typiske forholdet for SC-2-løsning er HCl
₂O₂
20 = 1:1:6, med temperaturen holdt ved ca. 80°C.
Oksydfjerning: I noen prosesser er det nødvendig å fjerne det native oksidlaget fra waferoverflaten, som flussyre (HF)-løsning brukes til. Det typiske forholdet for HF-løsning er HF
₂O = 1:50, og den kan brukes ved romtemperatur.
3. Sluttrengjøring
Etter kjemisk rengjøring gjennomgår wafere vanligvis et siste rengjøringstrinn for å sikre at ingen kjemiske rester forblir på overflaten. Sluttrengjøring bruker hovedsakelig avionisert vann for grundig skylling. I tillegg brukes ozonvannrensing (O₃/H₂O) for ytterligere å fjerne eventuelle gjenværende forurensninger fra waferoverflaten.
4. Tørking
De rensede skivene må tørkes raskt for å forhindre vannmerker eller gjenfesting av forurensninger. Vanlige tørkemetoder inkluderer sentrifugering og nitrogenspyling. Førstnevnte fjerner fuktighet fra waferoverflaten ved å spinne ved høye hastigheter, mens sistnevnte sikrer fullstendig tørking ved å blåse tørr nitrogengass over waferoverflaten.
Forurensning
Navn på rengjøringsprosedyre
Kjemisk blandingsbeskrivelse
Kjemikalier
| Partikler | Piranha (SPM) | Svovelsyre/hydrogenperoksid/DI-vann | H2SO4/H2O2/H20 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammoniumhydroksid/hydrogenperoksid/DI-vann | NH4OH/H202/H20 1:4:20; 80°C | |
| Metaller (ikke kobber) | SC-2 (HPM) | Saltsyre/hydrogenperoksid/DI-vann | HCl/H202/H201:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Svovelsyre/hydrogenperoksid/DI-vann | H2SO4/H2O2/H203-4:1; 90°C | |
| DHF | Fortynn flussyre/DI-vann (fjerner ikke kobber) | HF/H2O1:50 | |
| Organiske stoffer | Piranha (SPM) | Svovelsyre/hydrogenperoksid/DI-vann | H2SO4/H2O2/H20 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammoniumhydroksid/hydrogenperoksid/DI-vann | NH4OH/H202/H20 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozon i avionisert vann | O3/H2O optimerte blandinger | |
| Native oksid | DHF | Fortynn flussyre/DI-vann | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Bufret flussyre | NH4F/HF/H2O |
3. Vanlige rengjøringsmetoder for wafer
1. RCA-rengjøringsmetode
RCA-rengjøringsmetoden er en av de mest klassiske waferrenseteknikkene i halvlederindustrien, utviklet av RCA Corporation for over 40 år siden. Denne metoden brukes først og fremst til å fjerne organiske forurensninger og metallion-urenheter og kan gjennomføres i to trinn: SC-1 (Standard Clean 1) og SC-2 (Standard Clean 2).
SC-1 Rengjøring: Dette trinnet brukes hovedsakelig til å fjerne organiske forurensninger og partikler. Løsningen er en blanding av ammoniakk, hydrogenperoksid og vann, som danner et tynt silisiumoksidlag på waferoverflaten.
SC-2-rengjøring: Dette trinnet brukes først og fremst til å fjerne metallionforurensninger ved å bruke en blanding av saltsyre, hydrogenperoksid og vann. Den etterlater et tynt passiveringslag på waferoverflaten for å forhindre rekontaminering.
2. Piranha rengjøringsmetode (Piranha Etch Clean)
Piranha-rengjøringsmetoden er en svært effektiv teknikk for å fjerne organiske materialer, ved å bruke en blanding av svovelsyre og hydrogenperoksid, typisk i forholdet 3:1 eller 4:1. På grunn av de ekstremt sterke oksidative egenskapene til denne løsningen, kan den fjerne store mengder organisk materiale og gjenstridige forurensninger. Denne metoden krever streng kontroll av forholdene, spesielt når det gjelder temperatur og konsentrasjon, for å unngå å skade waferen.
Ultralydrensing bruker kavitasjonseffekten generert av høyfrekvente lydbølger i en væske for å fjerne forurensninger fra waferoverflaten. Sammenlignet med tradisjonell ultralydrengjøring, opererer megasonisk rengjøring med en høyere frekvens, noe som muliggjør mer effektiv fjerning av partikler på undermikronstørrelse uten å forårsake skade på waferoverflaten.
4. Ozonrensing
Ozonrenseteknologi utnytter de sterke oksiderende egenskapene til ozon for å dekomponere og fjerne organiske forurensninger fra waferoverflaten, og til slutt konvertere dem til ufarlig karbondioksid og vann. Denne metoden krever ikke bruk av dyre kjemiske reagenser og forårsaker mindre miljøforurensning, noe som gjør den til en ny teknologi innen waferrensing.
4. Utstyr for rengjøringsprosess for wafer
For å sikre effektiviteten og sikkerheten til waferrenseprosesser, brukes en rekke avansert rengjøringsutstyr i halvlederproduksjon. Hovedtypene inkluderer:
1. Våtrengjøringsutstyr
Våtrengjøringsutstyr inkluderer forskjellige nedsenkingstanker, ultralydrensetanker og sentrifugerer. Disse enhetene kombinerer mekaniske krefter og kjemiske reagenser for å fjerne forurensninger fra waferoverflaten. Senketanker er vanligvis utstyrt med temperaturkontrollsystemer for å sikre stabiliteten og effektiviteten til kjemiske løsninger.
2. Renseutstyr
Renseutstyr inkluderer hovedsakelig plasmarensere, som bruker høyenergipartikler i plasma for å reagere med og fjerne rester fra waferoverflaten. Plasmarengjøring er spesielt egnet for prosesser som krever opprettholdelse av overflateintegritet uten å introdusere kjemiske rester.
3. Automatiserte rengjøringssystemer
Med den kontinuerlige utvidelsen av halvlederproduksjon har automatiserte rensesystemer blitt det foretrukne valget for storskala waferrengjøring. Disse systemene inkluderer ofte automatiserte overføringsmekanismer, rensesystemer for flere tanker og presisjonskontrollsystemer for å sikre konsistente rengjøringsresultater for hver wafer.
5. Fremtidige trender
Ettersom halvlederenheter fortsetter å krympe, utvikler waferrenseteknologien seg mot mer effektive og miljøvennlige løsninger. Fremtidige renseteknologier vil fokusere på:
Fjerning av subnanometer partikler: Eksisterende renseteknologier kan håndtere partikler i nanometerskala, men med den ytterligere reduksjonen i enhetsstørrelse, vil fjerning av subnanometerpartikler bli en ny utfordring.
Grønn og miljøvennlig rengjøring: Å redusere bruken av miljøskadelige kjemikalier og utvikle mer miljøvennlige rengjøringsmetoder, som ozonrensing og megasonisk rengjøring, vil bli stadig viktigere.
Høyere nivåer av automatisering og intelligens: Intelligente systemer vil muliggjøre sanntidsovervåking og justering av ulike parametere under renseprosessen, og forbedre rengjøringseffektiviteten og produksjonseffektiviteten ytterligere.
Waferrenseteknologi, som et kritisk trinn i halvlederproduksjon, spiller en viktig rolle for å sikre rene waferoverflater for påfølgende prosesser. Kombinasjonen av ulike rengjøringsmetoder fjerner effektivt forurensninger, og gir en ren underlagsoverflate for de neste trinnene. Etter hvert som teknologien utvikler seg, vil rengjøringsprosesser fortsette å bli optimalisert for å møte kravene til høyere presisjon og lavere defektrater i halvlederproduksjon.
Innleggstid: Okt-08-2024