Se requieren algunas sustancias orgánicas e inorgánicas para participar en la fabricación de semiconductores. Además, dado que el proceso siempre se lleva a cabo en una sala limpia con participación humana, los semiconductores...obleasestán inevitablemente contaminados por diversas impurezas.
Según la fuente y la naturaleza de los contaminantes, estos pueden dividirse aproximadamente en cuatro categorías: partículas, materia orgánica, iones metálicos y óxidos.
1. Partículas:
Las partículas son principalmente polímeros, fotorresistencias e impurezas de grabado.
Estos contaminantes generalmente dependen de fuerzas intermoleculares para adsorberse en la superficie de la oblea, lo que afecta la formación de figuras geométricas y parámetros eléctricos del proceso de fotolitografía del dispositivo.
Estos contaminantes se eliminan principalmente reduciendo gradualmente su área de contacto con la superficie delobleamediante métodos físicos o químicos.
2. Materia orgánica:
Las fuentes de impurezas orgánicas son relativamente amplias, como el aceite de piel humana, las bacterias, el aceite de máquina, la grasa de vacío, la fotorresistencia, los solventes de limpieza, etc.
Estos contaminantes generalmente forman una película orgánica sobre la superficie de la oblea para evitar que el líquido de limpieza llegue a la superficie de la oblea, lo que da como resultado una limpieza incompleta de la superficie de la oblea.
La eliminación de dichos contaminantes a menudo se lleva a cabo en el primer paso del proceso de limpieza, utilizando principalmente métodos químicos como el ácido sulfúrico y el peróxido de hidrógeno.
3. Iones metálicos:
Las impurezas metálicas comunes incluyen hierro, cobre, aluminio, cromo, hierro fundido, titanio, sodio, potasio, litio, etc. Las principales fuentes son diversos utensilios, tuberías, reactivos químicos y contaminación metálica generada cuando se forman interconexiones metálicas durante el procesamiento.
Este tipo de impureza a menudo se elimina mediante métodos químicos mediante la formación de complejos de iones metálicos.
4. Óxido:
Cuando los semiconductoresobleasAl exponerse a un entorno con oxígeno y agua, se forma una capa de óxido natural en la superficie. Esta película de óxido dificulta muchos procesos en la fabricación de semiconductores y también contiene ciertas impurezas metálicas. En ciertas condiciones, pueden producirse defectos eléctricos.
La eliminación de esta película de óxido a menudo se completa mediante remojo en ácido fluorhídrico diluido.
Secuencia de limpieza general
Impurezas adsorbidas en la superficie del semiconductorobleasSe pueden dividir en tres tipos: molecular, iónico y atómico.
Entre ellas, la fuerza de adsorción entre las impurezas moleculares y la superficie de la oblea es débil, y este tipo de partículas de impurezas es relativamente fácil de eliminar. Se trata principalmente de impurezas oleosas con características hidrofóbicas, que pueden enmascarar las impurezas iónicas y atómicas que contaminan la superficie de las obleas semiconductoras, lo cual dificulta la eliminación de estos dos tipos de impurezas. Por lo tanto, al limpiar químicamente las obleas semiconductoras, primero se deben eliminar las impurezas moleculares.
Por lo tanto, el procedimiento general de semiconductoresobleaEl proceso de limpieza es:
Desmolecularización-desionización-desatomización-enjuague con agua desionizada.
Además, para eliminar la capa de óxido natural de la superficie de la oblea, es necesario añadir un paso de remojo con aminoácidos diluidos. Por lo tanto, el objetivo de la limpieza es primero eliminar la contaminación orgánica de la superficie; luego, disolver la capa de óxido; finalmente, eliminar las partículas y la contaminación metálica, y pasivar la superficie simultáneamente.
Métodos de limpieza comunes
A menudo se utilizan métodos químicos para limpiar obleas semiconductoras.
La limpieza química se refiere al proceso de utilizar varios reactivos químicos y solventes orgánicos para reaccionar o disolver impurezas y manchas de aceite en la superficie de la oblea para desorber las impurezas y luego enjuagar con una gran cantidad de agua desionizada fría y caliente de alta pureza para obtener una superficie limpia.
La limpieza química se puede dividir en limpieza química húmeda y limpieza química seca, entre las cuales la limpieza química húmeda sigue siendo dominante.
Limpieza química húmeda
1. Limpieza química húmeda:
La limpieza química húmeda incluye principalmente inmersión en solución, fregado mecánico, limpieza ultrasónica, limpieza megasónica, pulverización rotatoria, etc.
2. Inmersión en solución:
La inmersión en solución es un método para eliminar la contaminación superficial mediante la inmersión de la oblea en una solución química. Es el método más común en la limpieza química húmeda. Se pueden utilizar diferentes soluciones para eliminar distintos tipos de contaminantes de la superficie de la oblea.
Por lo general, este método no puede eliminar por completo las impurezas de la superficie de la oblea, por lo que a menudo se utilizan medidas físicas como calentamiento, ultrasonido y agitación durante la inmersión.
3. Fregado mecánico:
El depurado mecánico se utiliza a menudo para eliminar partículas o residuos orgánicos de la superficie de la oblea. Generalmente, se divide en dos métodos:Fregado manual y fregado con un limpiaparabrisas.
Fregado manualEs el método de fregado más sencillo. Se utiliza un cepillo de acero inoxidable para sujetar una bola empapada en etanol anhidro u otros disolventes orgánicos y frotar suavemente la superficie de la oblea en la misma dirección para eliminar la película de cera, el polvo, los residuos de pegamento u otras partículas sólidas. Este método puede causar arañazos y contaminación grave.
El limpiador utiliza rotación mecánica para frotar la superficie de la oblea con un cepillo de lana suave o un cepillo mixto. Este método reduce considerablemente los rayones en la oblea. El limpiador de alta presión no raya la oblea gracias a la ausencia de fricción mecánica y puede eliminar la suciedad de la ranura.
4. Limpieza ultrasónica:
La limpieza ultrasónica es un método ampliamente utilizado en la industria de semiconductores. Sus ventajas son su buen efecto de limpieza, su fácil manejo y la posibilidad de limpiar dispositivos y contenedores complejos.
Este método de limpieza se basa en la acción de potentes ondas ultrasónicas (la frecuencia ultrasónica más común es de 20 s 40 kHz), y se generan partículas dispersas y densas dentro del medio líquido. La parte dispersa produce una burbuja en la cavidad casi al vacío. Al desaparecer la burbuja, se genera una fuerte presión local cerca de ella, rompiendo los enlaces químicos de las moléculas y disolviendo las impurezas en la superficie de la oblea. La limpieza ultrasónica es especialmente eficaz para eliminar residuos de fundente insolubles.
5. Limpieza megasónica:
La limpieza megasónica no solo tiene las ventajas de la limpieza ultrasónica, sino que también supera sus deficiencias.
La limpieza megasónica es un método de limpieza de obleas que combina el efecto de vibración de alta frecuencia (850 kHz) con la reacción química de los agentes de limpieza. Durante la limpieza, las moléculas de la solución son aceleradas por la onda megasónica (la velocidad instantánea máxima puede alcanzar los 30 cm/s), y la onda de fluido de alta velocidad impacta continuamente la superficie de la oblea, de modo que los contaminantes y las partículas finas adheridas a la superficie de la oblea se eliminan con fuerza y entran en la solución de limpieza. La adición de surfactantes ácidos a la solución de limpieza, por un lado, puede lograr el propósito de eliminar partículas y materia orgánica en la superficie de pulido mediante la adsorción de surfactantes; por otro lado, a través de la integración de surfactantes y ambiente ácido, puede lograr el propósito de eliminar la contaminación metálica en la superficie de la hoja de pulido. Este método puede desempeñar simultáneamente la función de limpieza mecánica y limpieza química.
En la actualidad, el método de limpieza megasónica se ha convertido en un método eficaz para limpiar láminas de pulido.
6. Método de pulverización rotatoria:
El método de pulverización rotatoria es un método que utiliza métodos mecánicos para rotar la oblea a alta velocidad y rocía continuamente líquido (agua desionizada de alta pureza u otro líquido de limpieza) sobre la superficie de la oblea durante el proceso de rotación para eliminar las impurezas de la superficie de la oblea.
Este método utiliza la contaminación en la superficie de la oblea para disolverse en el líquido rociado (o reaccionar químicamente con él para disolverse) y utiliza el efecto centrífugo de rotación de alta velocidad para hacer que el líquido que contiene impurezas se separe de la superficie de la oblea a tiempo.
El método de pulverización rotatoria ofrece las ventajas de la limpieza química, la limpieza por mecánica de fluidos y el fregado a alta presión. Además, este método puede combinarse con el proceso de secado. Tras un período de limpieza con agua desionizada, se detiene la pulverización y se utiliza un gas de pulverización. Al mismo tiempo, se puede aumentar la velocidad de rotación para aumentar la fuerza centrífuga y deshidratar rápidamente la superficie de la oblea.
7.Limpieza química en seco
La limpieza en seco se refiere a una tecnología de limpieza que no utiliza soluciones.
Las tecnologías de limpieza en seco utilizadas actualmente incluyen: tecnología de limpieza por plasma, tecnología de limpieza en fase gaseosa, tecnología de limpieza por haz, etc.
Las ventajas de la limpieza en seco son que el proceso es simple y no contamina el medio ambiente, pero el costo es alto y el alcance de uso no es grande por el momento.
1. Tecnología de limpieza por plasma:
La limpieza con plasma se utiliza a menudo en el proceso de eliminación de fotorresistencia. Se introduce una pequeña cantidad de oxígeno en el sistema de reacción de plasma. Bajo la acción de un campo eléctrico intenso, el oxígeno genera plasma, que oxida rápidamente la fotorresistencia a un estado gaseoso volátil y se extrae.
Esta tecnología de limpieza ofrece las ventajas de su fácil manejo, alta eficiencia, superficies limpias y sin rayones, lo que contribuye a garantizar la calidad del producto durante el proceso de desgomado. Además, no utiliza ácidos, álcalis ni disolventes orgánicos, y evita problemas como la eliminación de residuos y la contaminación ambiental. Por ello, es cada vez más apreciada. Sin embargo, no elimina el carbono ni otras impurezas metálicas u óxidos metálicos no volátiles.
2. Tecnología de limpieza en fase gaseosa:
La limpieza en fase gaseosa se refiere a un método de limpieza que utiliza el equivalente en fase gaseosa de la sustancia correspondiente en el proceso líquido para interactuar con la sustancia contaminada en la superficie de la oblea para lograr el propósito de eliminar impurezas.
Por ejemplo, en el proceso CMOS, la limpieza de obleas utiliza la interacción entre el HF en fase gaseosa y el vapor de agua para eliminar óxidos. Normalmente, el proceso de HF con agua debe ir acompañado de un proceso de eliminación de partículas, mientras que el uso de la tecnología de limpieza con HF en fase gaseosa no requiere un proceso posterior de eliminación de partículas.
Las ventajas más importantes en comparación con el proceso HF acuoso son un consumo mucho menor de producto químico HF y una mayor eficiencia de limpieza.
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Hora de publicación: 13 de agosto de 2024