Algunas sustancias orgánicas e inorgánicas son necesarias 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 semiconductoresobleasestán inevitablemente contaminados por diversas impurezas.
Según su origen y naturaleza, los contaminantes se pueden dividir a grandes rasgos en cuatro categorías: partículas, materia orgánica, iones metálicos y óxidos.
1. Partículas:
Las partículas son principalmente polímeros, fotorresistencias e impurezas de grabado.
Estos contaminantes suelen depender de fuerzas intermoleculares para adsorberse en la superficie de la oblea, afectando la formación de figuras geométricas y los parámetros eléctricos del proceso de fotolitografía del dispositivo.
Estos contaminantes se eliminan principalmente reduciendo gradualmente su área de contacto con la superficie de laobleamediante métodos físicos o químicos.
2. Materia orgánica:
Las fuentes de impurezas orgánicas son relativamente diversas, como la grasa de la piel humana, las bacterias, el aceite de maquinaria, la grasa de las aspiradoras, la fotorresina, los disolventes de limpieza, etc.
Estos contaminantes suelen formar una película orgánica en la superficie de la oblea que impide que el líquido de limpieza llegue a la superficie de la misma, lo que da como resultado una limpieza incompleta de la superficie de la oblea.
La eliminación de dichos contaminantes se suele llevar a cabo en la primera etapa del proceso de limpieza, principalmente mediante 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 la contaminación metálica generada al formarse interconexiones metálicas durante el procesamiento.
Este tipo de impureza se suele eliminar mediante métodos químicos a través de la formación de complejos de iones metálicos.
4. Óxido:
Cuando el semiconductorobleasAl exponerse a un ambiente con oxígeno y agua, se forma una capa de óxido natural en la superficie. Esta capa de óxido dificulta muchos procesos en la fabricación de semiconductores y, además, contiene ciertas impurezas metálicas. En determinadas condiciones, pueden generar defectos eléctricos.
La eliminación de esta capa de óxido se suele completar sumergiendo la pieza en ácido fluorhídrico diluido.
Secuencia de limpieza general
Impurezas adsorbidas en la superficie del semiconductorobleasSe pueden dividir en tres tipos: moleculares, iónicos y atómicos.
Entre ellas, la fuerza de adsorción entre las impurezas moleculares y la superficie de la oblea es débil, y este tipo de partículas de impureza son relativamente fáciles 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 que 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 inmersión en una solución diluida de aminoácidos. Por lo tanto, el proceso de limpieza consiste en eliminar primero 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
Los métodos químicos se utilizan con frecuencia para la limpieza de obleas semiconductoras.
La limpieza química se refiere al proceso de utilizar diversos reactivos químicos y disolventes orgánicos para reaccionar o disolver las impurezas y las manchas de aceite en la superficie de la oblea, desorber las impurezas y, a continuación, enjuagar con una gran cantidad de agua desionizada caliente y fría 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 la predominante.
Limpieza química húmeda
1. Limpieza química húmeda:
La limpieza química húmeda incluye principalmente la inmersión en soluciones, el fregado mecánico, la limpieza ultrasónica, la limpieza megasónica, la pulverización rotativa, 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 utilizado en la limpieza química húmeda. Se pueden usar diferentes soluciones para eliminar distintos tipos de contaminantes de la superficie de la oblea.
Por lo general, este método no logra 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 fregado mecánico se utiliza a menudo para eliminar partículas o residuos orgánicos de la superficie de la oblea. Generalmente se puede dividir en dos métodos:fregado manual y fregado con un limpiaparabrisas.
Fregado manualEs el método de limpieza más sencillo. Se utiliza un cepillo de acero inoxidable para sujetar una bola empapada en etanol anhidro u otro disolvente orgánico y frotar suavemente la superficie de la oblea en la misma dirección para eliminar la película de cera, el polvo, los restos de pegamento u otras partículas sólidas. Este método puede provocar arañazos y una contaminación importante.
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 arañazos en la oblea. El limpiador de alta presión no raya la oblea debido a la ausencia de fricción mecánica y puede eliminar la contaminación en la ranura.
4. Limpieza ultrasónica:
La limpieza ultrasónica es un método de limpieza muy utilizado en la industria de los semiconductores. Sus ventajas son su buen efecto de limpieza, su sencillez de operación y su capacidad para limpiar dispositivos y contenedores complejos.
Este método de limpieza se basa en la acción de ondas ultrasónicas intensas (la frecuencia ultrasónica más común es de 20 a 40 kHz), que generan zonas dispersas y densas dentro del medio líquido. La zona dispersa produce una burbuja de vacío casi total. Al desaparecer la burbuja, se genera una fuerte presión local cerca de ella, lo que rompe los enlaces químicos de las moléculas y disuelve las impurezas de la superficie de la oblea. La limpieza ultrasónica es especialmente eficaz para eliminar residuos de fundente insolubles o insolubles.
5. Limpieza megasónica:
La limpieza megasónica no solo tiene las ventajas de la limpieza ultrasónica, sino que también supera sus inconvenientes.
La limpieza megasónica es un método para limpiar obleas que combina el efecto de vibración de alta energía (850 kHz) con la reacción química de agentes de limpieza. Durante la limpieza, las moléculas de la solución se aceleran mediante la onda megasónica (la velocidad instantánea máxima puede alcanzar los 30 cmVs), y la onda de fluido de alta velocidad impacta continuamente la superficie de la oblea, eliminando así los contaminantes y las partículas finas adheridas a ella y transfiriéndolas a la solución de limpieza. La adición de tensioactivos ácidos a la solución de limpieza permite, por un lado, eliminar partículas y materia orgánica de la superficie pulida mediante la adsorción de los tensioactivos; por otro lado, mediante la combinación de tensioactivos y un entorno ácido, eliminar la contaminación metálica de la superficie de la lámina pulida. Este método combina simultáneamente la limpieza mecánica y la limpieza química.
En la actualidad, el método de limpieza megasónica se ha convertido en un método eficaz para la limpieza de láminas de pulido.
6. Método de pulverización rotativa:
El método de pulverización rotatoria es un método que utiliza medios mecánicos para hacer girar la oblea a alta velocidad y rociar 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 presente en la superficie de la oblea para disolverla en el líquido pulverizado (o reaccionar químicamente con ella para disolverla), y emplea el efecto centrífugo de la rotación a alta velocidad para separar a tiempo el líquido que contiene impurezas de la superficie de la oblea.
El método de pulverización rotativa ofrece ventajas como la limpieza química, la limpieza fluidodinámica y el fregado a alta presión. Además, puede combinarse con el proceso de secado. Tras un periodo de limpieza con agua desionizada, se interrumpe la pulverización y se aplica un gas. Al mismo tiempo, se puede aumentar la velocidad de rotación para incrementar la fuerza centrífuga y deshidratar rápidamente la superficie de la oblea.
7.Limpieza química en seco
La limpieza en seco se refiere a la tecnología de limpieza que no utiliza soluciones.
Las tecnologías de limpieza en seco que se utilizan 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 la sencillez del proceso y la ausencia de contaminación ambiental, pero el coste es elevado y, por el momento, su ámbito de aplicación no es muy amplio.
1. Tecnología de limpieza por plasma:
La limpieza con plasma se utiliza frecuentemente en el proceso de eliminación de fotorresistencias. 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, convirtiéndola en un gas volátil que posteriormente se extrae.
Esta tecnología de limpieza ofrece ventajas como facilidad de uso, alta eficiencia, superficie limpia, ausencia de rayones y 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, goza de creciente popularidad. Sin embargo, no elimina el carbono ni otras impurezas metálicas o de óxido metálico 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 con el fin de eliminar las impurezas.
Por ejemplo, en el proceso CMOS, la limpieza de la oblea utiliza la interacción entre el HF en fase gaseosa y el vapor de agua para eliminar los óxidos. Normalmente, el proceso con HF que contiene 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 acuoso de HF son un consumo mucho menor de productos químicos de HF y una mayor eficiencia de limpieza.
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Fecha de publicación: 13 de agosto de 2024