فرآیند تمیز کردن ویفر: تکنیک های کلیدی برای کنترل آلودگی در تولید نیمه هادی

رافرآیند تمیز کردن ویفربخش مهمی از تولید نیمه هادی ها و MEMS است. در هر مرحله از ساخت، ویفرهای سیلیکونی باید عاری از ذرات، باقیمانده‌های آلی، آلاینده‌های فلزی و سایر مواد ناخواسته که می‌توانند عملکرد و عملکرد دستگاه را به خطر بیندازند، نگهداری شوند.

چالش فقط حذف آلاینده ها نیست. فرآیند تمیز کردن باید این کار را انجام دهدبدون آسیب یا تغییر سطح ویفر یا بستر.

هدف از تمیز کردن ویفر

هدف اصلی تمیز کردن ویفر، حذف استآلاینده های شیمیایی و ذرات معلقدر حالی که یکپارچگی سطح ویفر را حفظ می کند.

سطح باید عاری از زبری ناخواسته، خوردگی و حفره باقی بماند. حتی آسیب های جزئی سطح می تواند مراحل بعدی فرآیند را به خطر بیندازد و کارایی خود فرآیند تمیز کردن را کاهش دهد.

عملکرد ویفر ارتباط نزدیکی باتراکم نقصاز جمله آلودگی سطحی و تعداد ذرات. یکی از موثرترین راه‌ها برای کاهش عیوب و بهبود عملکرد، اجرای فرآیندهای کارآمد تمیز کردن ویفر است که قادر به حذف مداوم آلاینده‌ها هستند.

همانطور که دستگاه های نیمه هادی به کوچک شدن ادامه می دهند، حذف ذرات به طور فزاینده کوچکتر چالش برانگیزتر و مهم تر شده است. از بین بردن ذرات زیر میکرون بسیار دشوار است زیرا نیروهای الکترواستاتیک قوی می توانند بین ذرات و سطح ویفر وجود داشته باشند.

این امر تهویه سطح دقیق و کنترل آلودگی را در طول فرآیند تولید ضروری می کند.

تکنیک های تمیز کردن ویفر

بسیاری از مواد شیمیایی اولیه مورد استفاده در تمیز کردن ویفر در طول چندین دهه گذشته اساساً مشابه باقی مانده است. رافرآیند تمیز کردن RCAکه بر ترکیبی از پراکسید هیدروژن، هیدروکسید آمونیوم، اسید هیدروکلریک و آب دیونیزه متکی است، یک رویکرد پرکاربرد باقی مانده است.

آنچه به طور قابل توجهی تکامل یافته است، نحوه پیاده سازی و ترکیب این مواد شیمیایی با فن آوری های جدیدتر تمیز کردن است، از جملهتمیز کردن ازن و تمیز کردن مگاسونیک.

تولید مدار مجتمع مدرن شامل تعداد زیادی از مراحل فرآیند بسیار کنترل شده، بسته به معماری و کاربرد دستگاه است. بیشتر فرآیندها بر روی ویفر کامل قبل از تقسیم شدن به تراشه های جداگانه انجام می شود.

مراحل تمیز کردن و تهویه سطح بخش قابل توجهی از جریان کلی تولید را تشکیل می دهند - تقریباً20 درصد از مراحل فرآینددر برخی از طرح‌های تولید، اهمیت تمیز کردن ویفر برای پایداری فرآیند و عملکرد نهایی دستگاه را برجسته می‌کند.

RCA Clean

در اصل توسطشرکت RCAفرآیند تمیز کردن RCA برای حذف آلاینده ها از سطوح ویفر سیلیکونی، به ویژه باقی مانده ها و ذرات آلی طراحی شده است.

یک فرمول معمولی RCA از ترکیبی ازآب دیونیزه، پراکسید هیدروژن و هیدروکسید آمونیوم. شیمی تمیز کننده در از بین بردن آلودگی های آلی بسیار موثر است و در عین حال یک لایه نازک اکسید روی سطح سیلیکون ایجاد می کند.

در تولید نیمه هادی مدرن، فرآیند RCA معمولاً به دو مرحله تمیز کردن اولیه تقسیم می شود:تمیز کردن استاندارد 1 (SC1)واستاندارد Clean 2 (SC2).

تمیز کردن استاندارد 1 و 2 (SC1 و SC2)

SC1از یک محلول APM استفاده می کند - معمولاً مخلوطی ازهیدروکسید آمونیوم، پراکسید هیدروژن و آب. عملکرد اصلی آن حذف بقایای آلی و آلودگی ذرات از سطح ویفر است.

در طول تمیز کردن SC1، یک لایه نازک دی اکسید سیلیکون می تواند روی سطح ویفر ایجاد شود. برخی از آلاینده های فلزی ممکن است باقی بمانند و متعاقباً در مرحله تمیز کردن بعدی برطرف شوند.

SC2از یک راه حل HPM استفاده می کند که معمولاً شاملاسید هیدروکلریک، پراکسید هیدروژن و آب دیونیزه. این مرحله به ویژه برای از بین بردن باقیمانده ها موثر استآلاینده های یونی و فلزی، از جمله آلودگی هایی که ممکن است در طی فرآیند SC1 وارد یا در معرض آن قرار گرفته باشند.

SC2 همچنین می‌تواند سطح ویفر را در حالت غیرفعال شده شیمیایی بگذارد و به کاهش خطر آلودگی بعدی کمک کند.

با هم، SC1 و SC2 یک توالی تمیز کردن به خوبی ایجاد می کنند که ویفر سیلیکونی را برای مراحل ساخت بعدی آماده می کند.

پیرانا اچ تمیز

تمیز کردن پیراناکه به عنوان پاک کننده محلول پیرانا نیز شناخته می شود، زمانی که نیاز به حذف تهاجمی آلودگی آلی باشد، به طور گسترده استفاده می شود.

این فرآیند به ویژه برای حذف موثر استمقاوم در برابر نور و سایر بقایای آلی سرسختاز سطوح ویفر

فرمول متداول مورد استفاده شاملسه قسمت اسید سولفوریک و یک قسمت پراکسید هیدروژن 30 درصد، اگرچه برخی از دستور العمل های فرآیندی از نسبت اسید سولفوریک بالاتر استفاده می کنند، مانند4:1 یا حتی 7:1.

این مخلوط به عنوان یک عامل اکسید کننده قوی عمل می کند. اکثر مواد آلی را حذف می کند و می تواند بسیاری از سطوح ویفر را هیدروکسیله کند و آنها را بیشتر کندآب دوستو با فرآوری آبی بعدی سازگار است.

با این حال، شیمی پیرانا بسیار خورنده و گرمازا است، بنابراین محلول باید در شرایط فرآیندی کاملاً کنترل شده آماده و کنترل شود.

نظافت پیرانا را نیز می توان درمخازن کوارتز گرم شده، که در آن دما و غلظت شیمیایی هر دو تأثیر مستقیم بر رفتار تمیز کردن و حکاکی دارند.

به همین دلیل، کنترل دقیق غلظت شیمیایی، دما، زمان قرار گرفتن در معرض و شرایط تجهیزات برای حفظ یکنواختی فرآیند ضروری است.

تمیز کردن قبل از انتشار

تمیز کردن قبل از انتشاریکی از حیاتی ترین مراحل تمیز کردن در ساخت ویفر سیلیکونی است.

این مرحله تمیز کردن ممکن است چندین بار در طول ساخت تکرار شود و بنابراین نیاز به ظرفیت تجهیزات و کنترل فرآیند قابل توجهی دارد. معمولاً بلافاصله قبل از ورود ویفرها به a انجام می شودکوره انتشار.

اهداف اولیه به حداقل رساندن استآلودگی ذرات و فلزاتضمن حفظ توان عملیاتی بالا و دستیابی به یکنواختی اچ عالی.

بسته به نوع و غلظت آلودگی، ممکن است ترکیبی از مواد شیمیایی تمیزکننده تهاجمی، از جمله محلول‌های مرتبط با روش‌های تمیزکاری که در بالا توضیح داده شد، استفاده شود.

تمیز کردن قبل از انتشار بسیار مهم است زیرا آلاینده های باقی مانده روی سطح ویفر می توانند در طی انتشار در دمای بالا به داخل سیلیکون هدایت شوند.

چنین آلودگی می تواند منجر شودویژگی های الکتریکی غیرقابل پیش بینی، عیوب دستگاه و کاهش کیفیت یا بازده نیمه هادی.

به عبارت دیگر، ویفر قبل از اینکه وارد فرآیند انتشار در دمای بالا شود باید به طور استثنایی تمیز باشد زیرا آلودگی که در مرحله تمیز کردن باقی می ماند می تواند بعداً به یک مشکل بسیار جدی تبدیل شود.

تمیز کردن مگاسونیک

تاسیسات ساخت نیمه هادی و آزمایشگاه های تحقیقاتی به روش های کنترل آلودگی بسیار سختگیرانه نیاز دارند. برای دستیابی به تمیزی سطح مورد نیاز، تولید کنندگان معمولا ترکیب می کنندتمیز کردن مکانیکی، فرآیندهای شیمیایی مرطوب و تمیز کردن مگاسونیک با فرکانس بالا.

تمیز کردن مگاسونیک از انرژی صوتی با فرکانس بالا برای ایجاد اثرات مکانیکی و کاویتاسیون کنترل شده در حمام تمیز کردن استفاده می کند.

این مکانیسم‌ها نیروهای میکروسکوپی را تولید می‌کنند که قادرند آلاینده‌ها را از سطح ویفر بدون تکیه بر تماس مکانیکی تهاجمی خارج کنند.

یکی از مزایای اصلی تمیز کردن مگاسونیک توانایی آن در حذف هر دو استفیلم های آلاینده و ذرات زیر میکرون، در حالی که به طور بالقوه وابستگی به درمان های شیمیایی گران قیمت یا بسیار تهاجمی را کاهش می دهد.

همانطور که ابعاد دستگاه همچنان در حال کوچک شدن است، فناوری مگاسونیک برای حذف ذرات بسیار کوچک و در عین حال حفظ یکپارچگی سطح ویفر ارزشمندتر می شود.

پاکسازی ازن

پاکسازی ازنروش پیشرفته دیگری برای آماده سازی سطح ویفر و حذف آلودگی آلی است.

در مقایسه با برخی از روش‌های تمیز کردن مرسوم، فرآیندهای مبتنی بر ازن می‌توانند روشی سریع‌تر و بالقوه مقرون‌به‌صرفه‌تر برای تمیز کردن یا کندن سطوح ویفر ارائه دهند.

سیستم‌های تمیزکننده ازن پیشرفته می‌توانند استفاده از معرف‌های شیمیایی گران قیمت را کاهش دهند و در عین حال کارایی فرآیند را بهبود بخشند و جریان‌های زباله‌های نامطلوب زیست‌محیطی را کاهش دهند.

در یک فرآیند معمولی،آب دیونیزه (DI)در طول شستشو و خشک کردن ویفر برای حذف آلاینده های معدنی قبل از ورود ویفر به محفظه تصفیه ازن استفاده می شود.

سپس ازن با مواد آلی باقیمانده واکنش می دهد و آنها را به محصولات ساده تر اکسید می کند.دی اکسید کربن و آب.

نتیجه یک سطح ویفر با سطح قابل توجهی کاهش یافته استذرات، ردیابی آلودگی آلی و رطوبت باقیمانده، در حالی که شرایط سطحی آبدوست پایدار را حفظ می کند.

این ترکیبی از حذف موثر ارگانیک، کاهش مصرف مواد شیمیایی و بهبود عملکرد محیطی، پاک‌سازی ازن را به گزینه‌ای جذاب برای کاربردهای پیشرفته پردازش ویفر تبدیل می‌کند.

چرا تمیز کردن ویفر اهمیت دارد؟

تمیز کردن ویفر اغلب به عنوان یک فرآیند پشتیبانی تلقی می شود، اما تأثیر آن در کل چرخه تولید نیمه هادی گسترش می یابد.

یک مرحله تمیز کردن با کنترل ضعیف می تواند باعث ایجاد نقص در سطح شود، ذرات یا فلزات را پشت سر بگذارد، شیمی سطح را تغییر دهد یا بر قوام فرآیندهای بعدی تأثیر بگذارد. با کوچکتر شدن هندسه دستگاه، تحمل این عیوب به طور فزاینده ای محدود می شود.

به همین دلیل است که تمیز کردن ویفر مدرن دیگر صرفاً به معنای تمیز کردن ویفر نیست.

در مورد دستیابی استکنترل دقیق آلودگی با حفظ یکپارچگی سطح، یکنواختی فرآیند و تکرارپذیری.

از تمیز کردن سنتی RCA و پیرانا گرفته تا SC1/SC2، تمیز کردن قبل از انتشار، سیستم‌های مگاسونیک و فرآیندهای مبتنی بر ازن، هر تکنیک چالش آلودگی متفاوتی را برطرف می‌کند.

موثرترین استراتژی تمیز کردن ویفر در نهایت به این بستگی داردنوع آلاینده، مواد ویفر، مرحله فرآیند، وضعیت سطح، سازگاری شیمیایی، دما و سطح تمیزی مورد نیاز.

برای تولیدکنندگان نیمه هادی و MEMS، انتخاب فناوری تمیز کردن مناسب - و کنترل هر پارامتر آن فرآیند - برای حفظ کیفیت ویفر و دستیابی به بازده تولید ثابت ضروری است.