Alcune sostanze organiche e inorganiche sono necessarie per la produzione di semiconduttori. Inoltre, poiché il processo viene sempre svolto in una camera bianca con la partecipazione umana, i semiconduttoricialdesono inevitabilmente contaminati da varie impurità.
In base alla fonte e alla natura dei contaminanti, questi possono essere suddivisi approssimativamente in quattro categorie: particelle, materia organica, ioni metallici e ossidi.
1. Particelle:
Le particelle sono costituite principalmente da polimeri, fotoresist e impurità derivanti dall'incisione.
Tali contaminanti solitamente sfruttano le forze intermolecolari per adsorbirsi sulla superficie del wafer, influenzando la formazione delle figure geometriche e i parametri elettrici del processo di fotolitografia del dispositivo.
Tali contaminanti vengono rimossi principalmente riducendo gradualmente la loro area di contatto con la superficie delwaferattraverso metodi fisici o chimici.
2. Materia organica:
Le fonti di impurità organiche sono relativamente ampie e comprendono l'olio della pelle umana, i batteri, l'olio per macchine, il grasso per vuoto, il fotoresist, i solventi per la pulizia, ecc.
Tali contaminanti solitamente formano una pellicola organica sulla superficie del wafer che impedisce al liquido detergente di raggiungere la superficie del wafer, con conseguente pulizia incompleta della superficie del wafer.
La rimozione di tali contaminanti viene spesso effettuata nella prima fase del processo di pulizia, utilizzando principalmente metodi chimici quali acido solforico e perossido di idrogeno.
3. Ioni metallici:
Le impurità metalliche più comuni includono ferro, rame, alluminio, cromo, ghisa, titanio, sodio, potassio, litio, ecc. Le fonti principali sono vari utensili, tubi, reagenti chimici e inquinamento da metalli generato quando si formano interconnessioni metalliche durante la lavorazione.
Questo tipo di impurità viene spesso rimosso con metodi chimici attraverso la formazione di complessi di ioni metallici.
4. Ossido:
Quando il semiconduttorecialdeSe esposti a un ambiente contenente ossigeno e acqua, si forma naturalmente uno strato di ossido sulla superficie. Questo film di ossido ostacola molti processi di produzione dei semiconduttori e contiene anche alcune impurità metalliche. In determinate condizioni, si formano difetti elettrici.
La rimozione di questa pellicola di ossido viene spesso completata mediante immersione in acido fluoridrico diluito.
Sequenza di pulizia generale
Impurità adsorbite sulla superficie del semiconduttorecialdepossono essere suddivisi in tre tipi: molecolare, ionico e atomico.
Tra queste, la forza di adsorbimento tra le impurità molecolari e la superficie del wafer è debole e questo tipo di particelle di impurità è relativamente facile da rimuovere. Si tratta principalmente di impurità oleose con caratteristiche idrofobiche, che possono mascherare le impurità ioniche e atomiche che contaminano la superficie dei wafer semiconduttori, il che non favorisce la rimozione di questi due tipi di impurità. Pertanto, quando si pulisce chimicamente i wafer semiconduttori, è necessario rimuovere prima le impurità molecolari.
Pertanto, la procedura generale dei semiconduttoriwaferil processo di pulizia è:
Demolecolarizzazione-deionizzazione-deatomizzazione-risciacquo con acqua deionizzata.
Inoltre, per rimuovere lo strato di ossido naturale sulla superficie del wafer, è necessario aggiungere una fase di immersione in amminoacidi diluiti. Pertanto, l'idea alla base della pulizia è quella di rimuovere prima la contaminazione organica dalla superficie; quindi dissolvere lo strato di ossido; infine rimuovere particelle e contaminazione metallica e, contemporaneamente, passivare la superficie.
Metodi di pulizia comuni
Per la pulizia dei wafer semiconduttori vengono spesso utilizzati metodi chimici.
La pulizia chimica si riferisce al processo di utilizzo di vari reagenti chimici e solventi organici per far reagire o sciogliere impurità e macchie d'olio sulla superficie del wafer per desorbire le impurità, quindi risciacquare con una grande quantità di acqua deionizzata calda e fredda ad alta purezza per ottenere una superficie pulita.
La pulizia chimica può essere suddivisa in pulizia chimica a umido e pulizia chimica a secco, tra le quali la pulizia chimica a umido è ancora dominante.
Pulizia chimica umida
1. Pulizia chimica umida:
La pulizia chimica umida comprende principalmente l'immersione in soluzione, lo sfregamento meccanico, la pulizia ad ultrasuoni, la pulizia megasonica, la spruzzatura rotativa, ecc.
2. Immersione in soluzione:
L'immersione in soluzione è un metodo per rimuovere la contaminazione superficiale immergendo il wafer in una soluzione chimica. È il metodo più comunemente utilizzato nella pulizia chimica a umido. Diverse soluzioni possono essere utilizzate per rimuovere diversi tipi di contaminanti dalla superficie del wafer.
Solitamente questo metodo non riesce a rimuovere completamente le impurità dalla superficie del wafer, quindi durante l'immersione vengono spesso utilizzate misure fisiche come riscaldamento, ultrasuoni e agitazione.
3. Lavaggio meccanico:
Lo scrubbing meccanico viene spesso utilizzato per rimuovere particelle o residui organici dalla superficie del wafer. Può essere generalmente suddiviso in due metodi:lavaggio manuale e lavaggio con tergicristallo.
Lavaggio manualeÈ il metodo di strofinamento più semplice. Si utilizza una spazzola in acciaio inossidabile che trattiene una sfera imbevuta di etanolo anidro o altri solventi organici e si strofina delicatamente la superficie del wafer nella stessa direzione per rimuovere la pellicola di cera, polvere, residui di colla o altre particelle solide. Questo metodo può facilmente causare graffi e grave inquinamento.
Il tergicristallo utilizza la rotazione meccanica per strofinare la superficie del wafer con una spazzola di lana morbida o una spazzola mista. Questo metodo riduce notevolmente i graffi sul wafer. Il tergicristallo ad alta pressione non graffia il wafer grazie all'assenza di attrito meccanico e può rimuovere la contaminazione dalla scanalatura.
4. Pulizia ad ultrasuoni:
La pulizia a ultrasuoni è un metodo ampiamente utilizzato nell'industria dei semiconduttori. I suoi vantaggi sono l'ottima efficacia pulente, la semplicità d'uso e la possibilità di pulire anche dispositivi e contenitori complessi.
Questo metodo di pulizia si basa sull'azione di potenti onde ultrasoniche (la frequenza ultrasonica comunemente utilizzata è 20s40kHz), generando all'interno del mezzo liquido parti dense e sparse. La parte densa produrrà una bolla di cavità quasi vuota. Quando la bolla di cavità scompare, si genererà una forte pressione locale in prossimità di essa, rompendo i legami chimici nelle molecole e dissolvendo le impurità sulla superficie del wafer. La pulizia a ultrasuoni è particolarmente efficace per la rimozione di residui di flusso insolubili o insolubili.
5. Pulizia megasonica:
La pulizia megasonica non solo presenta i vantaggi della pulizia ad ultrasuoni, ma ne supera anche i difetti.
La pulizia megasonica è un metodo di pulizia dei wafer che combina l'effetto di vibrazione ad alta energia (850 kHz) con la reazione chimica di agenti pulenti chimici. Durante la pulizia, le molecole della soluzione vengono accelerate dall'onda megasonica (la velocità istantanea massima può raggiungere i 30 cmVs) e l'onda fluida ad alta velocità colpisce costantemente la superficie del wafer, in modo che gli inquinanti e le particelle fini attaccati alla superficie del wafer vengano rimossi forzatamente ed entrino nella soluzione detergente. L'aggiunta di tensioattivi acidi alla soluzione detergente, da un lato, può raggiungere lo scopo di rimuovere particelle e materia organica dalla superficie di lucidatura attraverso l'assorbimento dei tensioattivi; dall'altro, attraverso l'integrazione di tensioattivi e ambiente acido, può raggiungere lo scopo di rimuovere la contaminazione metallica dalla superficie del foglio di lucidatura. Questo metodo può svolgere contemporaneamente il ruolo di pulizia meccanica e di pulizia chimica.
Attualmente, il metodo di pulizia megasonico è diventato un metodo efficace per la pulizia dei fogli lucidanti.
6. Metodo di spruzzatura rotativa:
Il metodo di spruzzatura rotante è un metodo che utilizza metodi meccanici per far ruotare il wafer ad alta velocità e spruzza continuamente del liquido (acqua deionizzata ad alta purezza o altro liquido detergente) sulla superficie del wafer durante il processo di rotazione per rimuovere le impurità dalla superficie del wafer.
Questo metodo sfrutta la contaminazione presente sulla superficie del wafer per dissolverla nel liquido spruzzato (o per reagire chimicamente con essa fino a dissolverla) e sfrutta l'effetto centrifugo della rotazione ad alta velocità per separare nel tempo il liquido contenente impurità dalla superficie del wafer.
Il metodo di spruzzatura rotativa offre i vantaggi della pulizia chimica, della pulizia fluidodinamica e dello scrubbing ad alta pressione. Allo stesso tempo, questo metodo può essere combinato con il processo di asciugatura. Dopo un periodo di pulizia con spruzzatura di acqua deionizzata, il getto d'acqua viene interrotto e viene utilizzato un gas di spruzzatura. Allo stesso tempo, la velocità di rotazione può essere aumentata per aumentare la forza centrifuga e disidratare rapidamente la superficie del wafer.
7.Lavaggio chimico a secco
Il lavaggio a secco è una tecnologia di pulizia che non utilizza soluzioni.
Le tecnologie di pulizia a secco attualmente utilizzate includono: tecnologia di pulizia al plasma, tecnologia di pulizia in fase gassosa, tecnologia di pulizia a fascio, ecc.
I vantaggi della pulizia a secco sono la semplicità del processo e l'assenza di inquinamento ambientale, ma i costi sono elevati e, per il momento, il suo campo di applicazione non è vasto.
1. Tecnologia di pulizia al plasma:
La pulizia al plasma viene spesso utilizzata nel processo di rimozione del fotoresist. Una piccola quantità di ossigeno viene introdotta nel sistema di reazione al plasma. Sotto l'azione di un forte campo elettrico, l'ossigeno genera plasma, che ossida rapidamente il fotoresist in uno stato gassoso volatile e viene estratto.
Questa tecnologia di pulizia offre i vantaggi di semplicità d'uso, elevata efficienza, superfici pulite, assenza di graffi e contribuisce a garantire la qualità del prodotto durante il processo di sgommatura. Inoltre, non utilizza acidi, alcali e solventi organici, eliminando problemi come lo smaltimento dei rifiuti e l'inquinamento ambientale. Per questo motivo, è sempre più apprezzata. Tuttavia, non è in grado di rimuovere carbonio e altre impurità metalliche o di ossidi metallici non volatili.
2. Tecnologia di pulizia in fase gassosa:
La pulizia in fase gassosa si riferisce a un metodo di pulizia che utilizza l'equivalente in fase gassosa della sostanza corrispondente nel processo liquido per interagire con la sostanza contaminata sulla superficie del wafer e raggiungere lo scopo di rimuovere le impurità.
Ad esempio, nel processo CMOS, la pulizia dei wafer sfrutta l'interazione tra HF in fase gassosa e vapore acqueo per rimuovere gli ossidi. Solitamente, il processo HF contenente acqua deve essere accompagnato da un processo di rimozione delle particelle, mentre l'utilizzo della tecnologia di pulizia HF in fase gassosa non richiede un successivo processo di rimozione delle particelle.
I vantaggi più importanti rispetto al processo HF acquoso sono il consumo di sostanze chimiche HF notevolmente ridotto e la maggiore efficienza di pulizia.
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Data di pubblicazione: 13 agosto 2024