Kopsavilkums: Tā kā tranzistoru izmēri turpina samazināties, vafeļu ražošanas process kļūst arvien sarežģītāks, un prasības pusvadītāju mitrās tīrīšanas tehnoloģijai kļūst arvien augstākas. Pamatojoties uz tradicionālo pusvadītāju tīrīšanas tehnoloģiju, šis raksts iepazīstina ar vafeļu tīrīšanas tehnoloģiju progresīvā pusvadītāju ražošanā un dažādu tīrīšanas procesu tīrīšanas principiem. No ekonomikas un vides aizsardzības viedokļa vafeļu tīrīšanas procesa tehnoloģiju uzlabošana var labāk apmierināt progresīvas vafeļu ražošanas vajadzības.
0 Ievads Tīrīšanas process ir svarīga saikne visā pusvadītāju ražošanas procesā un viens no svarīgākajiem faktoriem, kas ietekmē pusvadītāju ierīču veiktspēju un ražīgumu. Mikroshēmas ražošanas procesā jebkurš piesārņojums var ietekmēt pusvadītāju ierīču veiktspēju un pat izraisīt atteici [1-2]. Tāpēc tīrīšanas process ir nepieciešams gandrīz pirms un pēc katra skaidu ražošanas procesa, lai noņemtu virsmas piesārņotājus un nodrošinātu vafeļu virsmas tīrību, kā parādīts 1. attēlā. Tīrīšanas process ir process, kurā ir vislielākā proporcija skaidu ražošanas procesā. , kas veido aptuveni 30% no visiem mikroshēmu ražošanas procesiem.
Attīstoties īpaši liela mēroga integrālajām shēmām, mikroshēmu procesa mezgli ir iekļuvuši 28 nm, 14 nm un pat progresīvākos mezglos, integrācija turpināja palielināties, līnijas platums turpināja samazināties, un procesa plūsma ir kļuvusi sarežģītāka [ 3]. Uzlabotā mezglu mikroshēmu ražošana ir jutīgāka pret piesārņojumu, un piesārņojuma tīrīšana maza izmēra apstākļos ir grūtāka, kā rezultātā palielinās tīrīšanas procesa soļi, padarot tīrīšanas procesu sarežģītāku, svarīgāku un izaicinošāku [4-5] . Tīrīšanas process 90 nm mikroshēmām ir aptuveni 90 soļi, un tīrīšanas process 20 nm mikroshēmām ir sasniedzis 215 soļus. Mikroshēmu ražošanai ienākot 14 nm, 10 nm un pat augstākos mezglos, tīrīšanas procesu skaits turpinās pieaugt, kā parādīts 2. attēlā.
1 Ievads pusvadītāju tīrīšanas procesā
Tīrīšanas process attiecas uz piemaisījumu noņemšanas procesu no vafeles virsmas, izmantojot ķīmisku apstrādi, gāzi un fizikālās metodes. Pusvadītāju ražošanas procesā piemaisījumi, piemēram, daļiņas, metāli, organiskās vielas un dabīgais oksīda slānis uz plāksnītes virsmas, var ietekmēt pusvadītāju ierīces veiktspēju, uzticamību un vienmērīgu ražīgumu [6-8].
Var teikt, ka tīrīšanas process ir tilts starp dažādiem vafeļu ražošanas procesiem. Piemēram, tīrīšanas process tiek izmantots pirms pārklāšanas procesa, pirms fotolitogrāfijas procesa, pēc kodināšanas procesa, pēc mehāniskā slīpēšanas procesa un pat pēc jonu implantācijas procesa. Tīrīšanas procesu var aptuveni iedalīt divos veidos, proti, mitrā tīrīšana un ķīmiskā tīrīšana.
1.1 Mitrā tīrīšana
Mitrā tīrīšana ir ķīmisko šķīdinātāju vai dejonizēta ūdens izmantošana vafeļu tīrīšanai. Saskaņā ar procesa metodi mitro tīrīšanu var iedalīt divos veidos: iegremdēšanas metode un izsmidzināšanas metode, kā parādīts 3. attēlā. Iegremdēšanas metode ir iegremdēt vafeles konteinera tvertnē, kas piepildīta ar ķīmiskiem šķīdinātājiem vai dejonizētu ūdeni. Iegremdēšanas metode ir plaši izmantota metode, īpaši dažiem salīdzinoši nobriedušiem mezgliem. Izsmidzināšanas metode ir ķīmisko šķīdinātāju vai dejonizēta ūdens izsmidzināšana uz rotējošās vafeles, lai noņemtu piemaisījumus. Ar iegremdēšanas metodi var apstrādāt vairākas vafeles vienlaikus, savukārt ar izsmidzināšanas metodi vienā darbības kamerā var apstrādāt tikai vienu vafeles vienlaikus. Attīstoties tehnoloģijām, prasības tīrīšanas tehnoloģijai kļūst arvien augstākas, un arvien plašāk izplatās smidzināšanas metodes izmantošana.
1.2 Ķīmiskā tīrīšana
Kā norāda nosaukums, ķīmiskā tīrīšana ir process, kurā neizmanto ķīmiskos šķīdinātājus vai dejonizētu ūdeni, bet tīrīšanai izmanto gāzi vai plazmu. Nepārtraukti attīstoties tehnoloģiju mezgliem, prasības tīrīšanas procesiem kļūst arvien augstākas [9-10], un pieaug arī izmantošanas īpatsvars. Palielinās arī mitrās tīrīšanas radīto atkritumu šķidruma daudzums. Salīdzinot ar mitro tīrīšanu, ķīmiskajai tīrīšanai ir augstas investīciju izmaksas, sarežģīta iekārtu darbība un stingrāki tīrīšanas nosacījumi. Tomēr dažu organisko vielu un nitrīdu un oksīdu atdalīšanai ķīmiskā tīrīšana nodrošina augstāku precizitāti un izcilus rezultātus.
2 Mitrās tīrīšanas tehnoloģija pusvadītāju ražošanā Atbilstoši dažādām tīrīšanas šķidruma sastāvdaļām pusvadītāju ražošanā biežāk izmantotā mitrās tīrīšanas tehnoloģija ir parādīta 1. tabulā.
2.1 DIW tīrīšanas tehnoloģija
Pusvadītāju ražošanas mitrās tīrīšanas procesā visbiežāk izmantotais tīrīšanas šķidrums ir dejonizēts ūdens (DIW). Ūdens satur vadošus anjonus un katjonus. Dejonizēts ūdens noņem ūdenī vadošos jonus, padarot ūdeni būtībā nevadošu. Pusvadītāju ražošanā absolūti nav atļauts tieši izmantot neapstrādātu ūdeni. No vienas puses, neapstrādātā ūdenī esošie katjoni un joni piesārņos vafeles ierīces struktūru, un, no otras puses, tas var izraisīt ierīces veiktspējas novirzes. Piemēram, neapstrādāts ūdens var reaģēt ar materiālu uz vafeles virsmas, lai korozētu vai veidotu bateriju koroziju ar dažiem metāliem uz vafeles, kā arī var izraisīt tiešas izmaiņas vafeles virsmas pretestībā, kā rezultātā var rasties būtiska vafeles iznākuma samazināšanās vai pat tieša nodošana metāllūžņos. Pusvadītāju ražošanas mitrās tīrīšanas procesā ir divi galvenie DIW pielietojumi.
(1) Izmantojiet tikai DIW, lai notīrītu vafeļu virsmu. Ir dažādas formas, piemēram, rullīši, otas vai sprauslas, un galvenais mērķis ir notīrīt dažus piemaisījumus no vafeļu virsmas. Uzlabotā pusvadītāju ražošanas procesā tīrīšanas metode gandrīz vienmēr ir viena vafeles metode, tas ir, kamerā vienlaikus var tīrīt tikai vienu plāksnīti. Iepriekš ir aprakstīta arī vienas vafeles tīrīšanas metode. Izmantotā tīrīšanas metode ir izsmidzināšanas metode. Vafeles rotācijas laikā vafeles virsma tiek notīrīta ar rullīšiem, birstēm, sprauslām utt. Šajā procesā vafele berzēsies pret gaisu, radot statisko elektrību. Statiskā elektrība var izraisīt vafeles virsmas defektus vai tieši izraisīt ierīces atteici. Jo augstāks ir pusvadītāju tehnoloģiju mezgls, jo augstākas prasības defektu apstrādei. Tāpēc uzlabotas pusvadītāju ražošanas DIW mitrās tīrīšanas procesā tā procesa prasības ir augstākas. DIW būtībā nevada, un tīrīšanas procesā radīto statisko elektrību nevar labi atbrīvot. Tāpēc uzlabotajos pusvadītāju ražošanas procesa mezglos, lai palielinātu vadītspēju, nepiesārņojot plāksni, oglekļa dioksīda gāzi (CO2) parasti sajauc DIW. Atšķirīgo procesa prasību dēļ dažos gadījumos DIW tiek sajaukta amonjaka gāze (NH3).
(2) Notīriet vafeles virsmas tīrīšanas šķidruma atlikumus. Izmantojot citus tīrīšanas šķidrumus vafeles virsmas tīrīšanai, pēc tīrīšanas šķidruma lietošanas, vafelei griežoties, lai gan lielākā daļa tīrīšanas šķidruma ir izmesta, uz vafeles virsmas joprojām būs palicis neliels daudzums tīrīšanas šķidruma, un DIW ir nepieciešams, lai notīrītu vafeļu virsmu. DIW galvenā funkcija šeit ir notīrīt atlikušo tīrīšanas šķidrumu uz vafeles virsmas. Tīrīšanas šķidruma izmantošana vafeles virsmas tīrīšanai nenozīmē, ka šie tīrīšanas šķidrumi nekad nerūsīs vafeles, taču to kodināšanas ātrums ir diezgan zems, un īslaicīga tīrīšana vafeles neietekmēs. Tomēr, ja atlikušo tīrīšanas šķidrumu nevar efektīvi noņemt un atlikušajam tīrīšanas šķidrumam ļauj ilgstoši palikt uz vafeles virsmas, tas joprojām korodēs vafeles virsmu. Turklāt, pat ja tīrīšanas šķīdums ļoti maz korodē, vafeles atlikušais tīrīšanas šķīdums joprojām ir lieks, kas, iespējams, ietekmēs ierīces galīgo veiktspēju. Tāpēc pēc vafeles tīrīšanas ar tīrīšanas šķīdumu noteikti izmantojiet DIW, lai savlaicīgi notīrītu atlikušo tīrīšanas šķīdumu.
2.2 HF tīrīšanas tehnoloģija
Kā mēs visi zinām, smiltis tiek attīrītas par kodolu. Mikroshēmu veido neskaitāmi kokgriezumi uz viena kristāla silīcija plāksnītes. Galvenā mikroshēmas sastāvdaļa ir monokristāla silīcijs. Tiešākais un efektīvākais veids, kā attīrīt uz monokristāla silīcija virsmas izveidojušos dabīgo oksīda slāni (SiO2), ir tīrīšanai izmantot HF (fluorūdeņražskābi). Tāpēc var teikt, ka HF tīrīšana ir otrā vietā pēc DIW tīrīšanas tehnoloģija. HF tīrīšana var efektīvi noņemt dabisko oksīda slāni uz monokristāla silīcija virsmas, un metāls, kas piestiprināts pie dabiskā oksīda slāņa virsmas, arī izšķīst tīrīšanas šķīdumā. Tajā pašā laikā HF var arī efektīvi kavēt dabiskās oksīda plēves veidošanos. Tāpēc HF tīrīšanas tehnoloģija var noņemt dažus metāla jonus, dabisko oksīda slāni un dažas piemaisījumu daļiņas. Tomēr HF tīrīšanas tehnoloģijai ir arī dažas neizbēgamas problēmas. Piemēram, noņemot dabisko oksīda slāni uz silīcija vafeles virsmas, pēc korozijas silīcija vafeles virsmā paliks dažas nelielas bedrītes, kas tieši ietekmē vafeles virsmas raupjumu. Turklāt, noņemot virsmas oksīda plēvi, HF noņems arī dažus metālus, bet daži metāli nevēlas, lai HF tos korozētu. Nepārtraukti attīstoties pusvadītāju tehnoloģiju mezgliem, prasības, lai šie metāli nebūtu pakļauti HF korozijai, kļūst arvien augstākas, kā rezultātā HF tīrīšanas tehnoloģiju nevar izmantot vietās, kur to varētu izmantot. Tajā pašā laikā dažus metālus, kas nokļūst tīrīšanas šķīdumā un pielīp silīcija vafeles virsmai, dabīgajai oksīda plēvei šķīstot, HF nav viegli noņemt, kā rezultātā tie paliek uz silīcija vafeles virsmas. Reaģējot uz iepriekš minētajām problēmām, ir ierosinātas dažas uzlabotas metodes. Piemēram, pēc iespējas vairāk atšķaidīt HF, lai samazinātu HF koncentrāciju; pievienojot HF oksidantu, šī metode var efektīvi noņemt metālu, kas pievienots dabiskā oksīda slāņa virsmai, un oksidants oksidēs metālu uz virsmas, veidojot oksīdus, kurus ir vieglāk noņemt skābos apstākļos. Tajā pašā laikā HF noņems iepriekšējo dabiskā oksīda slāni, un oksidants oksidēs monokristālu silīciju uz virsmas, veidojot jaunu oksīda slāni, lai novērstu metāla piestiprināšanos monokristāla silīcija virsmai; pievienojiet HF anjonu virsmaktīvo vielu, lai monokristāla silīcija virsmai HF tīrīšanas šķīdumā būtu negatīvs potenciāls un daļiņas virsmai būtu pozitīvs potenciāls. Anjonu virsmaktīvās vielas pievienošana var padarīt silīcija virsmas potenciālu un daļiņu virsmu ar tādu pašu zīmi, tas ir, daļiņas virsmas potenciāls mainās no pozitīva uz negatīvu, kas ir tāda pati zīme kā silīcija vafeles virsmas negatīvais potenciāls, lai starp silīcija plāksnītes virsmu un daļiņu virsmu tiktu radīta elektriskā atgrūšanās, tādējādi novēršot daļiņu pieķeršanos; pievienojiet kompleksveidotāju HF tīrīšanas šķīdumam, lai izveidotu kompleksu ar piemaisījumiem, kas ir tieši izšķīdināts tīrīšanas šķīdumā un nepiestiprinās pie silīcija vafeles virsmas.
2.3 SC1 tīrīšanas tehnoloģija
SC1 tīrīšanas tehnoloģija ir visizplatītākā, zemu izmaksu un augstas efektivitātes tīrīšanas metode piesārņojuma noņemšanai no vafeļu virsmas. SC1 tīrīšanas tehnoloģija var vienlaikus noņemt organiskās vielas, dažus metāla jonus un dažas virsmas daļiņas. SC1 princips organisko vielu noņemšanai ir izmantot ūdeņraža peroksīda oksidējošo un NH4OH šķīdināšanas efektu, lai organisko piesārņojumu pārvērstu ūdenī šķīstošos savienojumos un pēc tam izvadītu tos ar šķīdumu. Pateicoties tā oksidējošām un kompleksu veidojošajām īpašībām, SC1 šķīdums var oksidēt dažus metālu jonus, pārvēršot šos metālu jonus augstvērtīgos jonos, un pēc tam tālāk reaģējot ar sārmu, veidojot šķīstošus kompleksus, kas tiek izvadīti kopā ar šķīdumu. Tomēr dažiem metāliem ir augsta pēc oksidēšanās radīto oksīdu brīvā enerģija, kas viegli pielīp pie oksīda plēves uz vafeles virsmas (jo SC1 šķīdumam ir noteiktas oksidējošas īpašības un tas veidos oksīda plēvi uz vafeles virsmas), tāpēc tie ir nav viegli noņemt, piemēram, metālus, piemēram, Al un Fe. Noņemot metāla jonus, metāla adsorbcijas un desorbcijas ātrums uz vafeļu virsmas galu galā sasniegs līdzsvaru. Tāpēc progresīvos ražošanas procesos tīrīšanas šķidrumu izmanto vienreiz procesos, kuriem ir augstas prasības metāla joniem. Pēc lietošanas tas tiek izlādēts tieši un vairs netiks izmantots. Mērķis ir samazināt metāla saturu tīrīšanas šķidrumā, lai pēc iespējas vairāk nomazgātu metālu no vafeles virsmas. SC1 tīrīšanas tehnoloģija var arī efektīvi noņemt virsmas daļiņu piesārņojumu, un galvenais mehānisms ir elektriskā atgrūšana. Šajā procesā var veikt ultraskaņas un megaskaņas tīrīšanu, lai iegūtu labākus tīrīšanas efektus. SC1 tīrīšanas tehnoloģija būtiski ietekmēs vafeles virsmas raupjumu. Lai samazinātu SC1 tīrīšanas tehnoloģijas ietekmi uz vafeles virsmas raupjumu, nepieciešams formulēt piemērotu tīrīšanas šķidruma komponentu attiecību. Tajā pašā laikā tīrīšanas šķidruma ar zemu virsmas spraigumu izmantošana var stabilizēt daļiņu noņemšanas ātrumu, uzturēt augstu noņemšanas efektivitāti un samazināt ietekmi uz vafeles virsmas raupjumu. Virsmaktīvās vielas pievienošana SC1 tīrīšanas šķidrumam var samazināt tīrīšanas šķidruma virsmas spraigumu. Turklāt helātus veidojošo vielu pievienošana SC1 tīrīšanas šķidrumam var izraisīt tīrīšanas šķidrumā esošo metālu nepārtrauktu helātu veidošanos, kas ir izdevīgi, lai kavētu metālu virsmas adhēziju.
2.4 SC2 tīrīšanas tehnoloģija
SC2 tīrīšanas tehnoloģija ir arī lēta mitrās tīrīšanas tehnoloģija ar labu piesārņojuma noņemšanas spēju. SC2 ir ārkārtīgi spēcīgas kompleksu veidošanās īpašības, un tas var reaģēt ar metāliem pirms oksidēšanās, veidojot sāļus, kurus atdala ar tīrīšanas šķīdumu. Ar tīrīšanas šķīdumu tiks noņemti arī šķīstošie kompleksi, kas veidojas oksidēto metālu jonu reakcijā ar hlorīda joniem. Var teikt, ka ar nosacījumu, ka vafele netiek ietekmēta, SC1 tīrīšanas tehnoloģija un SC2 tīrīšanas tehnoloģija papildina viena otru. Metāla adhēzijas parādība tīrīšanas šķīdumā ir viegli sastopama sārmainā tīrīšanas šķīdumā (tas ir, SC1 tīrīšanas šķīdumā), un to nav viegli rasties skābā šķīdumā (SC2 tīrīšanas šķīdumā), un tam ir spēcīga spēja noņemt metālus. uz vafeļu virsmas. Tomēr, lai gan metālus, piemēram, Cu, var noņemt pēc SC1 tīrīšanas, dažas uz vafeļu virsmas izveidotās dabiskās oksīda plēves metāla adhēzijas problēmas nav atrisinātas, un tā nav piemērota SC2 tīrīšanas tehnoloģijai.
2.5 O3 tīrīšanas tehnoloģija
Mikroshēmu ražošanas procesā O3 tīrīšanas tehnoloģiju galvenokārt izmanto organisko vielu noņemšanai un DIW dezinficēšanai. O3 tīrīšana vienmēr ir saistīta ar oksidēšanu. Vispārīgi runājot, O3 var izmantot, lai noņemtu daļu organisko vielu, bet O3 oksidēšanās dēļ uz vafeļu virsmas notiks atkārtota nogulsnēšanās. Tāpēc HF parasti izmanto O3 izmantošanas procesā. Turklāt HF izmantošanas process ar O3 var arī noņemt dažus metāla jonus. Jāņem vērā, ka kopumā augstāka temperatūra ir labvēlīga organisko vielu, daļiņu un pat metāla jonu atdalīšanai. Tomēr, izmantojot O3 tīrīšanas tehnoloģiju, DIW izšķīdinātā O3 daudzums samazināsies, paaugstinoties temperatūrai. Citiem vārdiem sakot, DIW izšķīdinātā O3 koncentrācija samazināsies, paaugstinoties temperatūrai. Tāpēc ir nepieciešams optimizēt O3 procesa detaļas, lai maksimāli palielinātu tīrīšanas efektivitāti. Pusvadītāju ražošanā O3 var izmantot arī DIW dezinficēšanai, galvenokārt tāpēc, ka dzeramā ūdens attīrīšanai izmantotās vielas parasti satur hloru, kas nav pieļaujams mikroshēmu ražošanas jomā. Vēl viens iemesls ir tas, ka O3 sadalīsies skābeklī un nepiesārņos DIW sistēmu. Tomēr ir nepieciešams kontrolēt skābekļa saturu DIW, kas nevar būt augstāks par prasībām pusvadītāju ražošanā. 2.6. Organisko šķīdinātāju tīrīšanas tehnoloģija Pusvadītāju ražošanas procesā bieži tiek iesaistīti daži īpaši procesi. Daudzos gadījumos iepriekš aprakstītās metodes nevar izmantot, jo tīrīšanas efektivitāte nav pietiekama, daži komponenti, kurus nevar nomazgāt, tiek iegravēti un nevar izveidoties oksīda plēves. Tāpēc tīrīšanas mērķa sasniegšanai tiek izmantoti arī daži organiskie šķīdinātāji.
3 Secinājums
Pusvadītāju ražošanas procesā tīrīšanas process ir process ar visvairāk atkārtojumu. Piemērotas tīrīšanas tehnoloģijas izmantošana var ievērojami uzlabot skaidu ražošanas ražu. Līdz ar silīcija plātņu lielo izmēru un ierīču konstrukciju miniaturizāciju palielinās sakraušanas blīvuma indekss, un prasības vafeļu tīrīšanas tehnoloģijai kļūst arvien augstākas. Ir stingrākas prasības attiecībā uz vafeļu virsmas tīrību, virsmas ķīmisko stāvokli, raupjumu un oksīda plēves biezumu. Pamatojoties uz nobriedušu procesu tehnoloģiju, šajā rakstā ir aprakstīta vafeļu tīrīšanas tehnoloģija progresīvā vafeļu ražošanā un dažādu tīrīšanas procesu tīrīšanas principi. No ekonomikas un vides aizsardzības viedokļa vafeļu tīrīšanas procesa tehnoloģiju uzlabošana var labāk apmierināt progresīvas vafeļu ražošanas vajadzības.