Algumas substâncias orgânicas e inorgânicas são necessárias para a fabricação de semicondutores. Além disso, como o processo é sempre realizado em uma sala limpa com a participação de humanos, os semicondutores...waferssão inevitavelmente contaminadas por diversas impurezas.
De acordo com a fonte e a natureza dos contaminantes, eles podem ser divididos em quatro categorias principais: partículas, matéria orgânica, íons metálicos e óxidos.
1. Partículas:
As partículas são principalmente alguns polímeros, fotorresistentes e impurezas de corrosão.
Esses contaminantes geralmente dependem de forças intermoleculares para se adsorverem na superfície do wafer, afetando a formação de figuras geométricas e os parâmetros elétricos do processo de fotolitografia do dispositivo.
Esses contaminantes são removidos principalmente pela redução gradual da sua área de contato com a superfície dowaferpor meio de métodos físicos ou químicos.
2. Matéria orgânica:
As fontes de impurezas orgânicas são relativamente amplas, como óleo da pele humana, bactérias, óleo de máquinas, graxa de aspirador de pó, fotorresistente, solventes de limpeza, etc.
Esses contaminantes geralmente formam uma película orgânica na superfície do wafer, impedindo que o líquido de limpeza atinja a superfície, o que resulta em uma limpeza incompleta.
A remoção desses contaminantes geralmente é realizada na primeira etapa do processo de limpeza, principalmente por meio de métodos químicos como ácido sulfúrico e peróxido de hidrogênio.
3. Íons metálicos:
As impurezas metálicas comuns incluem ferro, cobre, alumínio, cromo, ferro fundido, titânio, sódio, potássio, lítio, etc. As principais fontes são diversos utensílios, tubulações, reagentes químicos e contaminação metálica gerada quando interconexões metálicas são formadas durante o processamento.
Esse tipo de impureza é frequentemente removido por métodos químicos através da formação de complexos de íons metálicos.
4. Óxido:
Quando semicondutorwafersQuando expostos a um ambiente contendo oxigênio e água, uma camada de óxido natural se forma na superfície. Essa película de óxido dificulta muitos processos na fabricação de semicondutores e também contém certas impurezas metálicas. Sob determinadas condições, essas impurezas podem causar defeitos elétricos.
A remoção dessa película de óxido geralmente é feita por imersão em ácido fluorídrico diluído.
Sequência geral de limpeza
Impurezas adsorvidas na superfície do semicondutorwafersPodem ser divididas em três tipos: moleculares, iônicas e atômicas.
Dentre elas, a força de adsorção entre as impurezas moleculares e a superfície do wafer é fraca, e esse tipo de partícula impura é relativamente fácil de remover. Trata-se, em sua maioria, de impurezas oleosas com características hidrofóbicas, que podem mascarar as impurezas iônicas e atômicas que contaminam a superfície dos wafers semicondutores, o que dificulta a remoção desses dois tipos de impurezas. Portanto, ao realizar a limpeza química de wafers semicondutores, as impurezas moleculares devem ser removidas em primeiro lugar.
Portanto, o procedimento geral de semicondutoreswaferO processo de limpeza é:
Enxágue com água desmolecularizada, desionizada, deatomizada e desionizada.
Além disso, para remover a camada de óxido natural na superfície do wafer, é necessário adicionar uma etapa de imersão em uma solução diluída de aminoácidos. Portanto, a ideia da limpeza é primeiro remover a contaminação orgânica da superfície; em seguida, dissolver a camada de óxido; finalmente, remover partículas e contaminação metálica, e passivar a superfície simultaneamente.
Métodos comuns de limpeza
Métodos químicos são frequentemente usados para a limpeza de wafers semicondutores.
A limpeza química refere-se ao processo de utilização de diversos reagentes químicos e solventes orgânicos para reagir ou dissolver impurezas e manchas de óleo na superfície do wafer, dessorvendo as impurezas e, em seguida, enxaguando com uma grande quantidade de água deionizada quente e fria de alta pureza para obter uma superfície limpa.
A limpeza química pode ser dividida em limpeza química úmida e limpeza química seca, sendo que a limpeza química úmida ainda é predominante.
limpeza química úmida
1. Limpeza química úmida:
A limpeza química úmida inclui principalmente imersão em solução, esfregação mecânica, limpeza ultrassônica, limpeza megassônica, pulverização rotativa, etc.
2. Imersão da solução:
A imersão em solução é um método de remoção de contaminantes superficiais que consiste em mergulhar o wafer em uma solução química. É o método mais comum na limpeza química úmida. Diferentes soluções podem ser utilizadas para remover diferentes tipos de contaminantes da superfície do wafer.
Normalmente, esse método não consegue remover completamente as impurezas da superfície do wafer, por isso, medidas físicas como aquecimento, ultrassom e agitação são frequentemente utilizadas durante a imersão.
3. Esfregão mecânico:
A limpeza mecânica é frequentemente usada para remover partículas ou resíduos orgânicos da superfície do wafer. Geralmente, pode ser dividida em dois métodos:esfregação manual e esfregação com limpador.
Esfregar manualmenteÉ o método de limpeza mais simples. Utiliza-se uma escova de aço inoxidável para segurar uma bola embebida em etanol anidro ou outros solventes orgânicos e esfrega-se suavemente a superfície do wafer na mesma direção para remover película de cera, poeira, resíduos de cola ou outras partículas sólidas. Este método, porém, pode facilmente causar arranhões e sujeira significativa.
O limpador utiliza rotação mecânica para esfregar a superfície do wafer com uma escova de lã macia ou uma escova mista. Este método reduz significativamente os riscos no wafer. O limpador de alta pressão não risca o wafer devido à ausência de atrito mecânico e consegue remover a contaminação presente nos sulcos.
4. Limpeza ultrassônica:
A limpeza ultrassônica é um método de limpeza amplamente utilizado na indústria de semicondutores. Suas vantagens incluem boa eficácia de limpeza, operação simples e capacidade de limpar até mesmo dispositivos e recipientes complexos.
Este método de limpeza utiliza ondas ultrassônicas de alta intensidade (a frequência ultrassônica mais comum é de 20 a 40 kHz), gerando partículas densas e esparsas no meio líquido. As partículas densas criam uma cavidade quase sem vácuo. Quando essa cavidade desaparece, uma forte pressão local é gerada ao seu redor, rompendo as ligações químicas das moléculas e dissolvendo as impurezas na superfície do wafer. A limpeza ultrassônica é mais eficaz na remoção de resíduos de fluxo insolúveis ou insolúveis.
5. Limpeza megassônica:
A limpeza megassônica não só possui as vantagens da limpeza ultrassônica, como também supera suas desvantagens.
A limpeza megassônica é um método de limpeza de wafers que combina o efeito de vibração de alta energia (850 kHz) com a reação química de agentes de limpeza. Durante a limpeza, as moléculas da solução são aceleradas pela onda megassônica (a velocidade instantânea máxima pode atingir 30 cm/s), e a onda fluida de alta velocidade impacta continuamente a superfície do wafer, removendo à força os poluentes e partículas finas aderidas à superfície, que são então levados para a solução de limpeza. A adição de surfactantes ácidos à solução de limpeza permite, por um lado, a remoção de partículas e matéria orgânica da superfície polida por meio da adsorção dos surfactantes; por outro lado, a integração dos surfactantes com o ambiente ácido permite a remoção da contaminação metálica da superfície da lâmina polida. Este método pode, simultaneamente, funcionar como limpeza mecânica e limpeza química.
Atualmente, o método de limpeza megassônica tornou-se um método eficaz para a limpeza de chapas polidas.
6. Método de pulverização rotativa:
O método de pulverização rotativa utiliza mecanismos para girar o wafer em alta velocidade, pulverizando continuamente um líquido (água deionizada de alta pureza ou outro líquido de limpeza) sobre a superfície do wafer durante o processo de rotação, a fim de remover impurezas da superfície.
Este método utiliza a contaminação na superfície do wafer para se dissolver no líquido pulverizado (ou reagir quimicamente com ele para se dissolver) e usa o efeito centrífugo da rotação em alta velocidade para fazer com que o líquido contendo impurezas se separe da superfície do wafer com o tempo.
O método de pulverização rotativa apresenta as vantagens da limpeza química, da limpeza por mecânica de fluidos e da lavagem de alta pressão. Além disso, esse método pode ser combinado com o processo de secagem. Após um período de limpeza com água deionizada, a pulverização de água é interrompida e utiliza-se um gás de pulverização. Simultaneamente, a velocidade de rotação pode ser aumentada para incrementar a força centrífuga e desidratar rapidamente a superfície do wafer.
7.Limpeza química a seco
A lavagem a seco refere-se a uma tecnologia de limpeza que não utiliza soluções químicas.
As tecnologias de limpeza a seco atualmente utilizadas incluem: tecnologia de limpeza por plasma, tecnologia de limpeza em fase gasosa, tecnologia de limpeza por feixe de elétrons, etc.
As vantagens da lavagem a seco são a simplicidade do processo e a ausência de poluição ambiental, mas o custo é elevado e o alcance de uso ainda não é amplo.
1. Tecnologia de limpeza por plasma:
A limpeza por plasma é frequentemente utilizada no processo de remoção de fotorresistente. Uma pequena quantidade de oxigênio é introduzida no sistema de reação de plasma. Sob a ação de um forte campo elétrico, o oxigênio gera plasma, que oxida rapidamente o fotorresistente, transformando-o em um gás volátil que é extraído.
Essa tecnologia de limpeza apresenta as vantagens de fácil operação, alta eficiência, superfície limpa, sem arranhões, e contribui para garantir a qualidade do produto no processo de desengomagem. Além disso, não utiliza ácidos, álcalis e solventes orgânicos, e não gera problemas como descarte de resíduos e poluição ambiental. Portanto, vem sendo cada vez mais valorizada. No entanto, não remove carbono e outras impurezas metálicas ou de óxido metálico não voláteis.
2. Tecnologia de limpeza em fase gasosa:
A limpeza em fase gasosa refere-se a um método de limpeza que utiliza o equivalente em fase gasosa da substância correspondente no processo líquido para interagir com a substância contaminada na superfície do wafer, com o objetivo de remover impurezas.
Por exemplo, no processo CMOS, a limpeza do wafer utiliza a interação entre o HF em fase gasosa e o vapor de água para remover óxidos. Normalmente, o processo com HF contendo água requer uma etapa subsequente de remoção de partículas, enquanto a tecnologia de limpeza com HF em fase gasosa dispensa essa etapa.
As vantagens mais importantes em comparação com o processo aquoso com HF são o consumo muito menor de reagentes químicos (HF) e a maior eficiência de limpeza.
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Data da publicação: 13 de agosto de 2024