Ang wet cleaning (Wet Clean) ay isa sa mga kritikal na hakbang sa mga proseso ng paggawa ng semiconductor, na naglalayong alisin ang iba't ibang kontaminante mula sa ibabaw ng wafer upang matiyak na ang mga kasunod na hakbang sa proseso ay maaaring isagawa sa isang malinis na ibabaw.
Habang patuloy na lumiliit ang laki ng mga semiconductor device at tumataas ang mga kinakailangan sa katumpakan, ang mga teknikal na pangangailangan ng mga proseso ng paglilinis ng wafer ay lalong nagiging mahigpit. Kahit ang pinakamaliit na mga partikulo, mga organikong materyales, mga metal ion, o mga oxide residue sa ibabaw ng wafer ay maaaring makaapekto nang malaki sa pagganap ng device, sa gayon ay nakakaapekto sa ani at pagiging maaasahan ng mga semiconductor device.
Mga Pangunahing Prinsipyo ng Paglilinis ng Wafer
Ang pangunahing layunin ng paglilinis ng wafer ay ang epektibong pag-alis ng iba't ibang kontaminante mula sa ibabaw ng wafer sa pamamagitan ng pisikal, kemikal, at iba pang mga pamamaraan upang matiyak na ang wafer ay may malinis na ibabaw na angkop para sa kasunod na pagproseso.
Uri ng Kontaminasyon
Pangunahing Impluwensya sa mga Katangian ng Device
| Kontaminasyon sa artikulo | Mga depekto sa pattern
Mga depekto sa implantasyon ng ion
Mga depekto sa pagkasira ng insulating film
| |
| Kontaminasyon ng Metaliko | Mga Metal na Alkali | Kawalang-tatag ng MOS transistor
Pagkasira/pagkasira ng gate oxide film
|
| Mabibigat na Metal | Tumaas na reverse leakage current ng PN junction
Mga depekto sa pagkasira ng gate oxide film
Degradasyon sa habang-buhay ng minorya na carrier
Pagbuo ng depekto sa layer ng paggulo ng oksido
| |
| Kontaminasyong Kemikal | Organikong Materyal | Mga depekto sa pagkasira ng gate oxide film
Mga baryasyon ng pelikulang CVD (mga oras ng inkubasyon)
Mga pagkakaiba-iba ng kapal ng thermal oxide film (pinabilis na oksihenasyon)
Pagkakaroon ng manipis na ulap (wafer, lente, salamin, maskara, reticle)
|
| Mga Inorganikong Dopant (B, P) | Mga pagbabago sa ika-V ng MOS transistor
Mga pagkakaiba-iba ng resistensya ng Si substrate at mataas na resistensya ng poly-silicon sheet
| |
| Mga Inorganikong Base (mga amine, ammonia) at mga Asido (SOx) | Degradasyon ng resolusyon ng mga resists na pinalakas ng kemikal
Pagkakaroon ng kontaminasyon ng mga particle at manipis na ulap dahil sa pagbuo ng asin
| |
| Mga Pelikulang Katutubo at Kemikal na Oksido Dahil sa Kahalumigmigan, Hangin | Tumaas na resistensya sa pakikipag-ugnayan
Pagkasira/pagkasira ng gate oxide film
| |
Partikular, ang mga layunin ng proseso ng paglilinis ng wafer ay kinabibilangan ng:
Pag-alis ng Particle: Paggamit ng pisikal o kemikal na mga pamamaraan upang matanggal ang maliliit na particle na nakakabit sa ibabaw ng wafer. Mas mahirap tanggalin ang mas maliliit na particle dahil sa malalakas na puwersang electrostatic sa pagitan ng mga ito at ng ibabaw ng wafer, na nangangailangan ng espesyal na paggamot.
Pag-aalis ng Organikong Materyal: Ang mga organikong kontaminante tulad ng grasa at mga residue ng photoresist ay maaaring dumikit sa ibabaw ng wafer. Ang mga kontaminadong ito ay karaniwang inaalis gamit ang malalakas na oxidizing agent o solvent.
Pag-alis ng Metal Ion: Ang mga nalalabi na metal ion sa ibabaw ng wafer ay maaaring magpababa sa pagganap ng kuryente at makaapekto pa nga sa mga kasunod na hakbang sa pagproseso. Samakatuwid, ginagamit ang mga partikular na solusyong kemikal upang alisin ang mga ion na ito.
Pag-alis ng Oxide: Ang ilang proseso ay nangangailangan na ang ibabaw ng wafer ay walang mga patong ng oxide, tulad ng silicon oxide. Sa ganitong mga kaso, ang mga natural na patong ng oxide ay kailangang alisin sa ilang mga hakbang sa paglilinis.
Ang hamon ng teknolohiya sa paglilinis ng wafer ay nakasalalay sa mahusay na pag-aalis ng mga kontaminante nang hindi negatibong naaapektuhan ang ibabaw ng wafer, tulad ng pagpigil sa pagkamagaspang, kalawang, o iba pang pisikal na pinsala.
2. Daloy ng Proseso ng Paglilinis ng Wafer
Ang proseso ng paglilinis ng wafer ay karaniwang kinabibilangan ng maraming hakbang upang matiyak ang kumpletong pag-aalis ng mga kontaminante at makamit ang isang ganap na malinis na ibabaw.
Pigura: Paghahambing sa Pagitan ng Batch-Type at Single-Wafer Cleaning
Ang isang karaniwang proseso ng paglilinis ng wafer ay kinabibilangan ng mga sumusunod na pangunahing hakbang:
1. Paunang Paglilinis (Paunang Paglilinis)
Ang layunin ng pre-cleaning ay alisin ang mga maluwag na kontaminante at malalaking partikulo mula sa ibabaw ng wafer, na karaniwang nakakamit sa pamamagitan ng deionized water (DI Water) rinsing at ultrasonic cleaning. Sa simula, maaaring alisin ng deionized water ang mga partikulo at natunaw na dumi mula sa ibabaw ng wafer, habang ang ultrasonic cleaning ay gumagamit ng mga epekto ng cavitation upang masira ang ugnayan sa pagitan ng mga partikulo at ng ibabaw ng wafer, na ginagawang mas madali ang mga ito na matanggal.
2. Paglilinis ng Kemikal
Ang kemikal na paglilinis ay isa sa mga pangunahing hakbang sa proseso ng paglilinis ng wafer, gamit ang mga kemikal na solusyon upang alisin ang mga organikong materyales, metal ion, at oxide mula sa ibabaw ng wafer.
Pag-aalis ng Organikong Materyal: Kadalasan, ang acetone o isang pinaghalong ammonia/peroxide (SC-1) ay ginagamit upang matunaw at ma-oxidize ang mga organikong kontaminante. Ang karaniwang proporsyon para sa solusyon ng SC-1 ay NH₄OH.
₂O₂
₂O = 1:1:5, na may temperaturang gumagana na humigit-kumulang 20°C.
Pag-alis ng Metal Ion: Ang nitric acid o hydrochloric acid/peroxide mixtures (SC-2) ay ginagamit upang alisin ang mga metal ion mula sa ibabaw ng wafer. Ang karaniwang proporsyon para sa solusyon ng SC-2 ay HCl.
₂O₂
₂O = 1:1:6, habang ang temperatura ay pinapanatili sa humigit-kumulang 80°C.
Pag-alis ng Oksido: Sa ilang proseso, kinakailangan ang pag-alis ng katutubong patong ng oksido mula sa ibabaw ng wafer, kung saan ginagamit ang solusyon ng hydrofluoric acid (HF). Ang karaniwang proporsyon para sa solusyon ng HF ay HF.
₂O = 1:50, at maaari itong gamitin sa temperatura ng silid.
3. Pangwakas na Paglilinis
Pagkatapos ng kemikal na paglilinis, ang mga wafer ay karaniwang sumasailalim sa pangwakas na hakbang sa paglilinis upang matiyak na walang natitirang kemikal sa ibabaw. Ang pangwakas na paglilinis ay pangunahing gumagamit ng deionized na tubig para sa masusing pagbabanlaw. Bukod pa rito, ang ozone water cleaning (O₃/H₂O) ay ginagamit upang higit pang alisin ang anumang natitirang kontaminante mula sa ibabaw ng wafer.
4. Pagpapatuyo
Ang mga nalinis na wafer ay dapat patuyuin nang mabilis upang maiwasan ang mga watermark o muling pagkapit ng mga kontaminante. Kabilang sa mga karaniwang paraan ng pagpapatuyo ang spin drying at nitrogen purging. Ang una ay nag-aalis ng kahalumigmigan mula sa ibabaw ng wafer sa pamamagitan ng pag-ikot sa matataas na bilis, habang tinitiyak naman ng huli ang kumpletong pagpapatuyo sa pamamagitan ng pag-ihip ng tuyong nitrogen gas sa ibabaw ng wafer.
Kontaminante
Pangalan ng Pamamaraan sa Paglilinis
Paglalarawan ng Halo ng Kemikal
Mga Kemikal
| Mga partikulo | Piranha (SPM) | Asidong sulfuriko/hydrogen peroxide/DI na tubig | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammonium hydroxide/hydrogen peroxide/DI na tubig | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Mga metal (hindi tanso) | SC-2 (HPM) | Hydrochloric acid/hydrogen peroxide/DI na tubig | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Asidong sulfuriko/hydrogen peroxide/DI na tubig | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Palabnawin ang hydrofluoric acid/DI water (hindi nito maaalis ang tanso) | HF/H2O1:50 | |
| Mga organiko | Piranha (SPM) | Asidong sulfuriko/hydrogen peroxide/DI na tubig | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammonium hydroxide/hydrogen peroxide/DI na tubig | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozone sa de-ionized na tubig | Mga Pinagbuting Halo na O3/H2O | |
| Katutubong Oksido | DHF | Maghalo ng hydrofluoric acid/DI water | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Buffered hydrofluoric acid | NH4F/HF/H2O |
3. Mga Karaniwang Paraan ng Paglilinis ng Wafer
1. Paraan ng Paglilinis ng RCA
Ang paraan ng paglilinis ng RCA ay isa sa mga pinakaklasikong pamamaraan ng paglilinis ng wafer sa industriya ng semiconductor, na binuo ng RCA Corporation mahigit 40 taon na ang nakalilipas. Ang pamamaraang ito ay pangunahing ginagamit upang alisin ang mga organikong kontaminante at mga dumi ng metal ion at maaaring makumpleto sa dalawang hakbang: SC-1 (Standard Clean 1) at SC-2 (Standard Clean 2).
Paglilinis ng SC-1: Ang hakbang na ito ay pangunahing ginagamit upang alisin ang mga organikong kontaminante at mga partikulo. Ang solusyon ay pinaghalong ammonia, hydrogen peroxide, at tubig, na bumubuo ng manipis na patong ng silicon oxide sa ibabaw ng wafer.
Paglilinis ng SC-2: Ang hakbang na ito ay pangunahing ginagamit upang alisin ang mga kontaminant na metal ion, gamit ang pinaghalong hydrochloric acid, hydrogen peroxide, at tubig. Nag-iiwan ito ng manipis na passivation layer sa ibabaw ng wafer upang maiwasan ang muling kontaminasyon.
2. Paraan ng Paglilinis ng Piranha (Piranha Etch Clean)
Ang paraan ng paglilinis ng Piranha ay isang lubos na mabisang pamamaraan para sa pag-aalis ng mga organikong materyales, gamit ang pinaghalong sulfuric acid at hydrogen peroxide, karaniwang nasa proporsyon na 3:1 o 4:1. Dahil sa napakalakas na oxidative properties ng solusyong ito, maaari nitong alisin ang malaking dami ng organikong bagay at matigas na dumi. Ang pamamaraang ito ay nangangailangan ng mahigpit na kontrol sa mga kondisyon, lalo na sa mga tuntunin ng temperatura at konsentrasyon, upang maiwasan ang pagkasira ng wafer.
Ginagamit ng ultrasonic cleaning ang cavitation effect na nalilikha ng mga high-frequency sound wave sa isang likido upang alisin ang mga kontaminante mula sa ibabaw ng wafer. Kung ikukumpara sa tradisyonal na ultrasonic cleaning, ang megasonic cleaning ay gumagana sa mas mataas na frequency, na nagbibigay-daan sa mas mahusay na pag-alis ng mga particle na kasinglaki ng sub-micron nang hindi nagdudulot ng pinsala sa ibabaw ng wafer.
4. Paglilinis ng Ozone
Ginagamit ng teknolohiya sa paglilinis ng ozone ang malakas na katangian ng ozone na nag-o-oxidize upang mabulok at maalis ang mga organikong kontaminante mula sa ibabaw ng wafer, na sa huli ay ginagawang hindi nakakapinsalang carbon dioxide at tubig ang mga ito. Hindi nangangailangan ng mamahaling kemikal na reagent ang pamamaraang ito at nagdudulot ng mas kaunting polusyon sa kapaligiran, kaya isa itong umuusbong na teknolohiya sa larangan ng paglilinis ng wafer.
4. Kagamitan sa Proseso ng Paglilinis ng Wafer
Upang matiyak ang kahusayan at kaligtasan ng mga proseso ng paglilinis ng wafer, iba't ibang makabagong kagamitan sa paglilinis ang ginagamit sa paggawa ng semiconductor. Kabilang sa mga pangunahing uri ang:
1. Kagamitan sa Paglilinis ng Basa
Kabilang sa mga kagamitan sa paglilinis gamit ang basang tubig ang iba't ibang immersion tank, ultrasonic cleaning tank, at spin dryers. Pinagsasama ng mga aparatong ito ang mga puwersang mekanikal at mga kemikal na reagent upang alisin ang mga kontaminante mula sa ibabaw ng wafer. Ang mga immersion tank ay karaniwang nilagyan ng mga sistema ng pagkontrol sa temperatura upang matiyak ang katatagan at bisa ng mga kemikal na solusyon.
2. Kagamitan sa Paglilinis ng Tuyo
Pangunahing kinabibilangan ng mga kagamitan sa dry cleaning ang mga plasma cleaner, na gumagamit ng mga high-energy particle sa plasma upang mag-react at mag-alis ng mga residue mula sa ibabaw ng wafer. Ang plasma cleaning ay lalong angkop para sa mga prosesong nangangailangan ng pagpapanatili ng integridad ng ibabaw nang hindi nagpapakilala ng mga kemikal na residue.
3. Mga Awtomatikong Sistema ng Paglilinis
Dahil sa patuloy na paglawak ng produksyon ng semiconductor, ang mga automated cleaning system ay naging mas pinipili para sa malawakang paglilinis ng wafer. Kadalasan, kasama sa mga sistemang ito ang mga automated transfer mechanism, multi-tank cleaning system, at precision control system upang matiyak ang pare-parehong resulta ng paglilinis para sa bawat wafer.
5. Mga Uso sa Hinaharap
Habang patuloy na lumiliit ang mga semiconductor device, ang teknolohiya sa paglilinis ng wafer ay umuunlad patungo sa mas mahusay at environment-friendly na mga solusyon. Ang mga teknolohiya sa paglilinis sa hinaharap ay tututok sa:
Pag-alis ng mga particle na sub-nanometer: Kayang pangasiwaan ng mga kasalukuyang teknolohiya sa paglilinis ang mga particle na kasinglaki ng nanometer, ngunit dahil sa karagdagang pagbawas sa laki ng aparato, ang pag-alis ng mga particle na sub-nanometer ay magiging isang bagong hamon.
Paglilinis na Luntian at Eco-Friendly: Ang pagbabawas ng paggamit ng mga kemikal na nakakapinsala sa kapaligiran at pagbuo ng mas eco-friendly na mga pamamaraan ng paglilinis, tulad ng paglilinis gamit ang ozone at megasonic cleaning, ay magiging lalong mahalaga.
Mas Mataas na Antas ng Awtomasyon at Katalinuhan: Ang mga matatalinong sistema ay magbibigay-daan sa real-time na pagsubaybay at pagsasaayos ng iba't ibang mga parameter habang nasa proseso ng paglilinis, na lalong nagpapabuti sa bisa ng paglilinis at kahusayan sa produksyon.
Ang teknolohiya sa paglilinis ng wafer, bilang isang kritikal na hakbang sa paggawa ng semiconductor, ay gumaganap ng mahalagang papel sa pagtiyak ng malinis na mga ibabaw ng wafer para sa mga kasunod na proseso. Ang kombinasyon ng iba't ibang paraan ng paglilinis ay epektibong nag-aalis ng mga kontaminante, na nagbibigay ng malinis na ibabaw ng substrate para sa mga susunod na hakbang. Habang umuunlad ang teknolohiya, ang mga proseso ng paglilinis ay patuloy na ia-optimize upang matugunan ang mga pangangailangan para sa mas mataas na katumpakan at mas mababang mga rate ng depekto sa paggawa ng semiconductor.
Oras ng pag-post: Oktubre-08-2024