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 participação humana, os semicondutoresbolachassão inevitavelmente contaminados por diversas impurezas.
De acordo com a origem e a natureza dos contaminantes, eles podem ser divididos em quatro categorias: 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 serem adsorvidos na superfície do wafer, afetando a formação de figuras geométricas e parâmetros elétricos do processo de fotolitografia do dispositivo.
Esses contaminantes são removidos principalmente pela redução gradual de sua área de contato com a superfície dobolachaatravés de métodos físicos ou químicos.
2. Matéria orgânica:
As fontes de impurezas orgânicas são relativamente amplas, como óleo de pele humana, bactérias, óleo de máquina, graxa de vácuo, fotorresistentes, solventes de limpeza, etc.
Esses contaminantes geralmente formam uma película orgânica na superfície do wafer para impedir que o líquido de limpeza atinja a superfície do wafer, resultando em uma limpeza incompleta da superfície do wafer.
A remoção desses contaminantes geralmente é realizada na primeira etapa do processo de limpeza, principalmente usando métodos químicos, como ácido sulfúrico e peróxido de hidrogênio.
3. Íons metálicos:
Impurezas metálicas comuns incluem ferro, cobre, alumínio, cromo, ferro fundido, titânio, sódio, potássio, lítio, etc. As principais fontes são vários utensílios, canos, reagentes químicos e poluição metálica gerada quando interconexões metálicas são formadas durante o processamento.
Esse tipo de impureza é frequentemente removido por métodos químicos por meio da formação de complexos de íons metálicos.
4. Óxido:
Quando semicondutorbolachasQuando expostos a um ambiente contendo oxigênio e água, uma camada natural de óxido se forma na superfície. Essa película de óxido dificulta muitos processos na fabricação de semicondutores e também contém certas impurezas metálicas. Sob certas condições, eles formam defeitos elétricos.
A remoção dessa película de óxido geralmente é realizada por imersão em ácido fluorídrico diluído.
Sequência geral de limpeza
Impurezas adsorvidas na superfície do semicondutorbolachaspodem ser divididos em três tipos: molecular, iônico e atômico.
Entre elas, a força de adsorção entre as impurezas moleculares e a superfície do wafer é fraca, e esse tipo de partícula de impureza é relativamente fácil de remover. São, em sua maioria, impurezas oleosas com características hidrofóbicas, que podem mascarar impurezas iônicas e atômicas que contaminam a superfície dos wafers semicondutores, o que não é propício para a remoção desses dois tipos de impurezas. Portanto, ao limpar quimicamente os wafers semicondutores, as impurezas moleculares devem ser removidas primeiro.
Portanto, o procedimento geral de semicondutoresbolachaprocesso de limpeza é:
Desmolecularização-deionização-desatomização-enxágue com água deionizada.
Além disso, para remover a camada de óxido natural da superfície do wafer, é necessário adicionar uma etapa de imersão em aminoácidos diluídos. Portanto, a ideia da limpeza é primeiro remover a contaminação orgânica da superfície; em seguida, dissolver a camada de óxido; por fim, remover partículas e contaminação metálica, e passivar a superfície simultaneamente.
Métodos comuns de limpeza
Métodos químicos são frequentemente usados para limpar wafers semicondutores.
Limpeza química refere-se ao processo de uso de vários reagentes químicos e solventes orgânicos para reagir ou dissolver impurezas e manchas de óleo na superfície do wafer para dessorver impurezas e, em seguida, enxaguar 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, entre as quais a limpeza química úmida ainda é dominante.
Limpeza química úmida
1. Limpeza química úmida:
A limpeza química úmida inclui principalmente imersão em solução, lavagem mecânica, limpeza ultrassônica, limpeza megassônica, pulverização rotativa, etc.
2. Imersão na solução:
A imersão em solução é um método de remoção de contaminação da superfície por meio da imersão do wafer em uma solução química. É o método mais comumente utilizado na limpeza química úmida. Diferentes soluções podem ser usadas para remover diferentes tipos de contaminantes da superfície do wafer.
Normalmente, esse método não consegue remover completamente as impurezas da superfície do wafer, então medidas físicas como aquecimento, ultrassom e agitação são frequentemente usadas durante a imersão.
3. Esfrega mecânica:
A lavagem mecânica é frequentemente usada para remover partículas ou resíduos orgânicos da superfície do wafer. Geralmente, pode ser dividida em dois métodos:esfrega manual e esfrega com limpador.
Esfrega manualÉ o método de limpeza mais simples. Utiliza-se uma escova de aço inoxidável, segurando uma bola embebida em etanol anidro ou outros solventes orgânicos, e esfrega-se suavemente a superfície da lâmina na mesma direção para remover película de cera, poeira, resíduos de cola ou outras partículas sólidas. Este método pode causar arranhões e poluição grave.
O limpador usa rotação mecânica para esfregar a superfície do wafer com uma escova de lã macia ou uma escova mista. Este método reduz significativamente os arranhões no wafer. O limpador de alta pressão não risca o wafer devido à ausência de atrito mecânico e pode remover a contaminação da ranhura.
4. Limpeza ultrassônica:
A limpeza ultrassônica é um método de limpeza amplamente utilizado na indústria de semicondutores. Suas vantagens incluem bom efeito de limpeza, operação simples e também a capacidade de limpar dispositivos e recipientes complexos.
Este método de limpeza é realizado sob a ação de fortes ondas ultrassônicas (a frequência ultrassônica comumente utilizada é de 20 a 40 kHz), gerando partículas esparsas e densas dentro do meio líquido. A parte esparsa produzirá uma bolha de cavidade quase a vácuo. Quando a bolha de cavidade desaparece, uma forte pressão local é gerada próxima a ela, rompendo as ligações químicas nas 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 Megasônica:
A limpeza megassônica não só tem as vantagens da limpeza ultrassônica, mas também supera suas deficiências.
A limpeza megassônica é um método de limpeza de wafers que combina o efeito de vibração de alta frequência (850 kHz) com a reação química de agentes químicos de limpeza. Durante a limpeza, as moléculas da solução são aceleradas pela onda megassônica (a velocidade instantânea máxima pode atingir 30 cmVs), e a onda de fluido de alta velocidade impacta continuamente a superfície do wafer, de modo que os poluentes e partículas finas aderidos à superfície do wafer são removidos à força e entram na solução de limpeza. A adição de surfactantes ácidos à solução de limpeza, por um lado, pode atingir o objetivo de remover partículas e matéria orgânica na superfície de polimento por meio da adsorção de surfactantes; por outro lado, por meio da integração de surfactantes e ambiente ácido, pode atingir o objetivo de remover a contaminação metálica na superfície da folha de polimento. Este método pode desempenhar simultaneamente o papel de limpeza mecânica e química.
Atualmente, o método de limpeza megassônica se tornou um método eficaz para limpeza de folhas de polimento.
6. Método de pulverização rotativa:
O método de pulverização rotativa é um método que usa métodos mecânicos para girar o wafer em alta velocidade e pulveriza continuamente líquido (água deionizada de alta pureza ou outro líquido de limpeza) na superfície do wafer durante o processo de rotação para remover impurezas da superfície do wafer.
Este método usa 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 de alta velocidade para fazer com que o líquido contendo impurezas se separe da superfície do wafer a tempo.
O método de pulverização rotativa apresenta as vantagens da limpeza química, limpeza mecânica dos fluidos e lavagem de alta pressão. Além disso, este método também pode ser combinado com o processo de secagem. Após um período de limpeza por pulverização de água deionizada, a pulverização de água é interrompida e um gás de pulverização é utilizado. Ao mesmo tempo, a velocidade de rotação pode ser aumentada para aumentar a força centrífuga e desidratar rapidamente a superfície do wafer.
7.Limpeza química a seco
Limpeza a seco refere-se à tecnologia de limpeza que não utiliza soluções.
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, etc.
As vantagens da lavagem a seco são o processo simples e a ausência de poluição ambiental, mas o custo é alto e o escopo de utilização não é grande no momento.
1. Tecnologia de limpeza de plasma:
A limpeza por plasma é frequentemente utilizada no processo de remoção de fotorresiste. 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 fotorresiste em um estado gasoso volátil e é extraído.
Esta tecnologia de limpeza apresenta as vantagens de fácil operação, alta eficiência, superfície limpa, ausência de riscos e contribui para garantir a qualidade do produto no processo de degomagem. Além disso, não utiliza ácidos, álcalis e solventes orgânicos, e não apresenta problemas como descarte de resíduos e poluição ambiental. Por isso, é cada vez mais valorizada pelas pessoas. No entanto, não remove carbono e outras impurezas metálicas não voláteis ou óxidos metálicos.
2. Tecnologia de limpeza em fase gasosa:
A limpeza em fase gasosa refere-se a um método de limpeza que usa o equivalente em fase gasosa da substância correspondente no processo líquido para interagir com a substância contaminada na superfície do wafer para atingir 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 de HF com água deve ser acompanhado por um processo de remoção de partículas, enquanto o uso da tecnologia de limpeza de HF em fase gasosa não requer um processo subsequente de remoção de partículas.
As vantagens mais importantes em comparação ao processo HF aquoso são um consumo muito menor de produtos químicos HF e maior eficiência de limpeza.
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Horário da publicação: 13/08/2024