Προηγμένες τεχνικές καθαρισμού στην κατασκευή ημιαγωγών

Η κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (IC) απαιτεί ακριβείς διαδικασίες για να εξασφαλιστεί η ακεραιότητα των πλακών πυριτίου.Ωστόσο, οι μολυσματικές ουσίες όπως τα σωματίδια, τα οργανικά υπολείμματα, τα μέταλλα και τα οξείδια δημιουργούν σημαντικές προκλήσεις, που επηρεάζουν την ποιότητα και τη λειτουργικότητα των πλακιδίων.Αυτό το άρθρο διερευνά τους τύπους μολυσματικών ουσιών που επηρεάζουν την παραγωγή IC και ασχολούνται με τις προηγμένες τεχνικές καθαρισμού, συμπεριλαμβανομένων των υγρών και ξηρών μεθόδων, που βελτιστοποιούν την απομάκρυνση της μόλυνσης, ενισχύοντας παράλληλα την αποτελεσματικότητα της παραγωγής και τη βιωσιμότητα σε περιβάλλοντα καθαρού χώρου.

Κατάλογος

Τύποι μολυσματικών ουσιών που επηρεάζουν την κατασκευή IC

Η παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (IC) περιλαμβάνει σχολαστικές διεργασίες, ωστόσο οι πλακές πυριτίου αντιμετωπίζουν συχνά την παρουσία διαφόρων ρύπων σε περιβάλλοντα καθαρού δωματίου.Αυτοί οι ρύποι, όπως τα σωματίδια, τα οργανικά υπολείμματα, τα μέταλλα και τα οξείδια, μπορούν να διαταράξουν τη δομική ποιότητα των πλακιδίων, μια ανησυχία που ανήκει στη διασταύρωση της τεχνολογίας και της επιστήμης των υλικών.

Μολυσματικά σωματίδια

Προερχόμενοι από υλικά όπως τα πολυμερή, τα φωτοανθεκτικά και τα υπολείμματα χάραξης, τα σωματίδια προσκολλώνται στις επιφάνειες των πλακιδίων κυρίως μέσω των δυνάμεων van der Waals, προκαλώντας επακόλουθα στάδια επεξεργασίας.Η αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος μπορεί να περιλαμβάνει φυσικές παρεμβάσεις όπως υπερηχητικό καθαρισμό ή χημικές τεχνικές, όπως πλύσεις διαλύτη, για την αποσύνδεση των σωματιδίων, διατηρώντας παράλληλα την ακεραιότητα των δισκίων.Η αποτελεσματική μείωση αυτού του τύπου μόλυνσης απαιτεί μια ξεχωριστή κατανόηση των αλληλεπιδράσεων υλικών και των προσαρμοσμένων λύσεων που μειώνουν την πρόσφυση, εξομαλύνοντας τη διαδρομή για απομάκρυνση.Επιπλέον, η ενσωμάτωση εξελιγμένων συστημάτων διήθησης και στρατηγικών ροής αέρα στις εγκαταστάσεις παραγωγής μπορεί να μειώσει σημαντικά την εναπόθεση σωματιδίων.

Οργανικές μολυσματικές ουσίες

Τα επίμονα οργανικά υπολείμματα από τα έλαια του δέρματος, τα περιβάλλοντα αέρα και τα λιπαντικά μηχανής σχηματίζουν εμπόδια που εμποδίζουν την αποτελεσματικότητα του παράγοντα καθαρισμού.Αυτά τα υπολείμματα συμβιβάζουν τόσο την καθαρότητα όσο και τη λειτουργικότητα παρεμβαίνουν σε βασικά στρώματα επεξεργασίας.Επομένως, τα αρχικά στάδια καθαρισμού επικεντρώνονται στην εξαγωγή αυτών των οργανικών στρωμάτων, προετοιμάζοντας το στάδιο για τις επόμενες φάσεις καθαρισμού.Τεχνικές όπως ο καθαρισμός των διαλυτών και η θεραπεία με υπεριώδη ακτινοβολία χαμηλής πίεσης είναι ζωτικής σημασίας, υπογραμμίζοντας την ανάγκη διατήρησης αυστηρών ελεγχόμενων περιβαλλόντων για να αποφευχθεί η επανασυσύζοντας.

Μεταλλικές μολυντές

Ενώ οι διασυνδέσεις μετάλλων είναι ενσωματωμένες σε διεργασίες ημιαγωγών, δημιουργούν επίσης προκλήσεις μόλυνσης.Τα μέταλλα όπως το αλουμίνιο και ο χαλκός ενδέχεται να προέρχονται κατά τη διάρκεια της φωτολιθογραφίας και της εναπόθεσης χημικών ατμών (CVD), περιπλέκοντας τη διατήρηση της καθαρότητας των δισκίων.Ο μετριασμός αυτών των κινδύνων περιλαμβάνει την ανάπτυξη φραγμών εναπόθεσης ή προηγμένες τεχνικές χάραξης, υπογραμμίζοντας τη συνεχιζόμενη εποπτεία για να εξασφαλιστεί ότι οι μολυντές παραμένουν κάτω από τα επίπεδα κατωφλίου.Η εφαρμογή των διαδικασιών καθαρισμού διπλής λειτουργίας, οι οποίες διαχωρίζονται δεξιόστροφα και απομακρύνουν τις μεταλλικές ακαθαρσίες χωρίς να καταστρέφουν άλλες κρίσιμες δομές, είναι επίσης θεμελιώδεις.

Μολύνσεις οξειδίου

Τα στρώματα οξειδίου γενικά αναπτύσσονται από την οξείδωση των ατόμων πυριτίου σε συνθήκες πλούσιες σε οξυγόνο, με αποτέλεσμα φυσικά ή χημικά οξείδια.Πρέπει να χτυπηθεί μια λεπτή ισορροπία μεταξύ της απομάκρυνσης αυτών των οξειδίων και της διατήρησης της δομικής ακεραιότητας του οξειδίου της πύλης.Οι μεθόδους επιλεκτικής χάραξης και τα χυδαία οξείδια είναι ζωτικής σημασίας για τη διαχείριση αυτής της ισορροπίας.Οι καινοτομίες σε αυτές τις τεχνικές συνεχίζουν να εξελίσσονται, οδηγούνται από μια εις βάθος κατανόηση των υλικών ιδιοτήτων και της δυναμικής της αντίδρασης.Μια τέτοια λεπτή ισορροπία διευκολύνει την εξελίξεις στην ακρίβεια κατά τη διάρκεια της κατασκευής, καθοδηγούμενη από μια βαθιά κατανόηση των μικροσκοπικών αλληλεπιδράσεων.

Διαφορετικές προσεγγίσεις στον καθαρισμό

Τεχνικές υγρού καθαρισμού

Αυτή η προσέγγιση καθαρισμού χρησιμοποιεί υγρούς χημικούς διαλύτες και απιονισμένο (DI) νερό για την εκτέλεση καθηκόντων καθαρισμού, όπως οξείδωση, χάραξη και διάλυση μολυσματικών ουσιών που υπάρχουν στην επιφάνεια του δίσκου.Αυτό περιλαμβάνει οργανική ύλη και μεταλλικά ιόντα.Οι συνήθως εφαρμοσμένες τεχνικές περιλαμβάνουν καθαρισμό RCA, χημικό καθαρισμό αραίωσης, καθαρισμό IMEC και καθαρισμό μονού πλακιδίων.

Διαδικασία καθαρισμού RCA

Αρχικά, η προσέγγιση του καθαρισμού των πλακιδίων πυριτίου δεν είχε συστηματικές διαδικασίες.Αναπτύχθηκε από την Radio Corporation of America (RCA) το 1965, η μέθοδος καθαρισμού RCA καθιέρωσε μια ολοκληρωμένη διαδικασία για τον καθαρισμό των πλακιδίων του πυριτίου κατά τη διάρκεια της κατασκευής εξαρτημάτων.Αυτή η τεχνική εξακολουθεί να αποτελεί θεμελιώδες στοιχείο για πολλές σύγχρονες διαδικασίες καθαρισμού.

Χρησιμοποιώντας διαλύτες, οξέα, επιφανειοδραστικές ουσίες και νερό, ο καθαρισμός RCA στοχεύει στην αποτελεσματική απομάκρυνση των μολυσματικών επιφανειών, διατηρώντας παράλληλα τα χαρακτηριστικά του δισκίου.Η ολοκληρωμένη έκπλυση με εξαιρετικά νερό (UPW) ακολουθεί κάθε χημική εφαρμογή.Παρακάτω χρησιμοποιούνται πολλές λύσεις καθαρισμού που χρησιμοποιούνται συχνά:

- APM (NH4OH/H2O2/H2O στους 65-80 ° C): Το διάλυμα αυτό αποτελείται από υδροξείδιο του αμμωνίου, υπεροξείδιο του υδρογόνου και DI νερό, αποτελεσματικά οξείδωση και χάραξη σωματίδια επιφάνειας, παράλληλα με την απομάκρυνση ορισμένων οργανικών και μεταλλικών μολυσμάτων.Ενώ η επιφάνεια του πυριτίου οξειδώνεται και τα χαράγματα, η τραχύτητα της επιφάνειας αυξάνεται.

- HPM (HCl/H2O2/H2O στους 65-80 ° C): Γνωστή ως SC-2, αυτό το διάλυμα καθαρισμού διαλύει τα ιόντα αλκαλικών μετάλλων και τα υδροξείδια μετάλλων όπως το αλουμίνιο και το μαγνήσιο.Τα ιόντα χλωριούχου σε HCl αντιδρούν με υπολειμματικά μεταλλικά ιόντα, σχηματίζοντας υδατοδιαλυτά σύμπλοκα.

- SPM (H2SO4/H2O2/H2O στους 100 ° C): Αναφέρεται ως SC-3, αυτή η λύση αφαιρεί αποτελεσματικά οργανικές μολυσματικές ουσίες.Το θειικό οξύ αφυδατώνει και άνθισε το οργανικό υλικό, το οποίο το υπεροξείδιο του υδρογόνου στη συνέχεια οξειδώνεται σε αέρια υποπροϊόντα.

-HF ή DHF (HF: H2O = 1: 2: 10 στους 20-25 ° C): Χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση οξειδίου σε περιοχές με δύσκολες προσφυγές.Μετά τον καθαρισμό SC1 και SC2, εξαλείφει τα ιθαγενή στρώματα οξειδίου από το δίσκο πυριτίου, σχηματίζοντας μια υδρόφοβη επιφάνεια πυριτίου.

- Υπέροχα νερό: μετά τον καθαρισμό, το όζον νερό χρησιμεύει για την αραίωση των υπολειμματικών χημικών ουσιών και των δισκίων ξεβγάλματος.

Η ενσωμάτωση της μεγάλης ενέργειας σε καθαρισμό RCA μειώνει τη χημική και τη χρήση νερού DI, μειώνει το χρόνο χάραξης των δισκίων και, κατά συνέπεια, επεκτείνει τη ζωή του καθαρισμού.

Χημική μέθοδος αραίωσης

Η προσέγγιση αραίωσης για μείγματα SC1 και SC2, όταν συνδυάζεται με τον καθαρισμό RCA, διατηρεί χημικά και DI νερό.Είναι δυνατόν να παραλείψετε εντελώς το H2O2 από τη διάλυμα SC2.Το μίγμα APM SC2, αραιωμένο σε αναλογία 1: 1: 50, αφαιρεί αποτελεσματικά τα σωματίδια επιφάνειας των πλακιδίων και τους υδρογονάνθρακες.

Για την απομάκρυνση μετάλλων, τα έντονα αραιωμένα μίγματα (HPM 1: 1: 60 και HCL 1: 100) είναι εξίσου αποτελεσματικά με τα παραδοσιακά υγρά SC2.Η διατήρηση των χαμηλών συγκεντρώσεων HCl προσφέρει το πλεονέκτημα της πρόληψης της καθίζησης των σωματιδίων και το ρΗ διαλύματος, το οποίο κυμαίνεται από 2 έως 2,5, επηρεάζει το επιφανειακό φορτίο του πυριτίου.Πάνω από αυτό το ρΗ, οι φορτισμένες επιφάνειες τόσο των σωματιδίων πυριτίου όσο και του διαλύματος σχηματίζουν ένα ηλεκτροστατικό φράγμα, αναστέλλοντας την εναπόθεση σωματιδίων.Κάτω από αυτό το pH, τα σωματίδια κατατίθενται στο δίσκο λόγω έλλειψης θωράκισης.

Σημαντικές μειώσεις, πάνω από 86%, σε χημική κατανάλωση εμφανίζονται με αραιωμένο καθαρισμό RCA.Βελτιστοποιημένα στάδια καθαρισμού, τα οποία περιλαμβάνουν τη μεγαχονική αναταραχή με αραιωμένα διαλύματα SC1, SC2 και HF, ενισχύουν τη μακροζωία διαλύματος και μειώνουν τη χημική χρήση κατά 80-90%.Τα πειράματα υποδεικνύουν ότι η ζεστή χρήση μπορεί να μειώσει την κατανάλωση UPW κατά 75-80%και διάφορες χημικές ουσίες αραίωσης μπορούν να διατηρήσουν μεγάλες ποσότητες ύδατος έκπλυσης λόγω των χαμηλότερων ποσοστών ροής και των απαιτήσεων χρόνου.

Προσέγγιση καθαρισμού IMEC

Αυτή η μέθοδος επικεντρώνεται στη μείωση της χημικής και της χρήσης νερού DI σε υγρό καθαρισμό, με στόχο την αποτελεσματική αντιμετώπιση των οργανικών ρύπων στην αρχική της φάση.Συχνά χρησιμοποιούνται συνδυασμοί θειικών οξέων.Ωστόσο, το Ozonated DI Water είναι μια βιώσιμη εναλλακτική λύση για τα περιβαλλοντικά οφέλη και τη μείωση των δύσκολων φάσεων καθαρισμού.Η ρύθμιση της θερμοκρασίας και της συγκέντρωσης διευκολύνει την αποτελεσματική οργανική απομάκρυνση.

Η δεύτερη φάση στοχεύει στρώματα οξειδίου, σωματίδια και οξείδια μετάλλων.Οι διαδικασίες ηλεκτροχημικής εναπόθεσης αποτελούν ανησυχία με τα μεταλλικά ιόντα σε διαλύματα HF.Τα διαλύματα HF/HCl συνήθως καταστέλλουν την εναπόθεση μετάλλων κατά την αποτελεσματική απομάκρυνση των επικαλύψεων οξειδίου.Η προσθήκη ιόντων χλωριούχου στρατηγικά μπορεί να αποτρέψει τη μεταλλική επένδυση και να ενισχύσει την ανθεκτικότητα του διαλύματος.

Στο τελικό στάδιο, ο στόχος είναι να μεταδοθεί υδρόφιλη στην επιφάνεια του πυριτίου, ελαχιστοποιώντας τα σημεία ξήρανσης ή τα υδατογραφήματα.Τα αραιωμένα διαλύματα HCl/O3 σε χαμηλό ρΗ καθιστούν την επιφανειακή υδρόφιλη χωρίς επαναπροσδιορισμό μετάλλου, ενώ η χρήση HNO3 κατά τη διάρκεια της έκπλυσης μειώνει τη μόλυνση CA.

Η συγκριτική ανάλυση δείχνει ότι η μέθοδος IMEC περιορίζει αποτελεσματικά τη μόλυνση μετάλλων ενώ είναι οικονομικά λογική λόγω της μειωμένης χημικής χρήσης.

Καθαρισμός μεμονωμένων πλακιδίων

Για γκοφρέτες μεγάλης διαμέτρου, οι καθιερωμένες διαδικασίες συχνά υπολείπονται.Ο καθαρισμός με ένα δίσκο, χρησιμοποιώντας λύσεις DI-O3/DHF σε θερμοκρασία δωματίου, προσφέρει μια στοχοθετημένη προσέγγιση.Με τη χάραξη οξειδίου του πυριτίου και την αφαίρεση σωματιδίων και μετάλλων με HF και σχηματίζοντας οξείδιο του πυριτίου με DI-O3, τα ικανοποιητικά αποτελέσματα μπορούν να επιτευχθούν χωρίς διασταυρούμενη μόλυνση.Ξεπλύνετε με νερό ή όζον νερό και αποφύγετε τους λεκέδες με ξήρανση με ισοπροπυλαιόλη (IPA) και άζωτο.Ο ενισχυμένος καθαρισμός RCA δείχνει την αποτελεσματικότητα έναντι των τεχνικών μονής πίεσης, με το DI Water και την ανακύκλωση HF κατά τη διάρκεια της διαδικασίας να βελτιστοποιεί περαιτέρω τις χημικές δαπάνες και το κόστος των δισκίων.

Τεχνικές στεγνού καθαρισμού

Ο στεγνός καθαρισμός, μέσω των χημικών μέσων ατμών φάσης, αντιμετωπίζει τις επιφανειακές ακαθαρσίες.Συνήθως, χρησιμοποιούνται θερμική οξείδωση και καθαρισμός πλάσματος.Οι διαδικασίες συνεπάγονται την εισαγωγή θερμών ή πλάσματος αντιδραστικών αερίων σε θάλαμο αντίδρασης, οδηγώντας στον σχηματισμό πτητικών προϊόντων αντίδρασης που στη συνέχεια εκκενώνονται.Ένας φούρνος οξείδωσης επιτρέπει την ανόπτηση του CI, και η εκτόξευση AR γίνεται πριν από την εναπόθεση.Ο καθαρισμός του πλάσματος περιλαμβάνει τη μετατροπή του ανόργανου αερίου σε ενεργά σωματίδια στο πλάσμα, τα οποία αλληλεπιδρούν με επιφανειακά μόρια για να σχηματίσουν υπολείμματα αερίου φάσης.

Τα οφέλη του στεγνού καθαρισμού περιλαμβάνουν την τοπική επεξεργασία και τα υγρά αποβλήτων που απομένουν από τα απομεινάρια.Η ανισοτροπία της χάραξης βοηθά στην παραγωγή λεπτών μοτίβων.Ωστόσο, λόγω των μη επιλεκτικών αντιδράσεων με τα επιφανειακά μέταλλα και των ειδικών καταστάσεων που απαιτούνται για την πλήρη πτητικότητα του μετάλλου, ο στεγνός καθαρισμός από μόνος του δεν αντικαταστήσει εντελώς τον υγρό καθαρισμό.Οι μελέτες αποκαλύπτουν αξιοσημείωτες μειώσεις των μεταλλοποιημένων μολυσματικών ουσιών χρησιμοποιώντας τεχνικές φάσης αερίου, που συμπληρώνονται από τον υγρό καθαρισμό στην πράξη.