Kokkuvõte: Kuna transistoride suurus väheneb, muutub vahvlite tootmisprotsess üha keerukamaks ja nõuded pooljuhtide märgpuhastustehnoloogiale muutuvad üha kõrgemaks. Traditsioonilisel pooljuhtide puhastustehnoloogial põhinevas artiklis tutvustatakse pooljuhtide täiustatud tootmises kasutatavat vahvlipuhastustehnoloogiat ja erinevate puhastusprotsesside puhastuspõhimõtteid. Majanduse ja keskkonnakaitse seisukohast võib vahvlipuhastusprotsessi tehnoloogia täiustamine paremini vastata täiustatud vahvlite tootmise vajadustele.
0 Sissejuhatus Puhastusprotsess on oluline lüli kogu pooljuhtide tootmisprotsessis ning üks olulisi tegureid, mis mõjutab pooljuhtseadmete jõudlust ja tootlikkust. Kiibi tootmisprotsessis võib saastumine mõjutada pooljuhtseadmete jõudlust ja isegi põhjustada rikke [1-2]. Seetõttu on enne ja pärast peaaegu iga kiibi valmistamise protsessi vajalik puhastusprotsess, et eemaldada pinnasaaste ja tagada vahvli pinna puhtus, nagu on näidatud joonisel 1. Puhastusprotsess on kiibi valmistamise protsessis kõige suurema osakaaluga protsess. , mis moodustab umbes 30% kõigist kiibi tootmisprotsessidest.
Äärmiselt suuremahuliste integraallülituste väljatöötamisega on kiibiprotsesside sõlmed sisenenud 28 nm, 14 nm ja veelgi arenenumatesse sõlmedesse, integratsioon on jätkuvalt suurenenud, liini laius on jätkuvalt vähenenud ja protsessi voog on muutunud keerukamaks [ 3]. Täiustatud sõlmekiipide tootmine on saastumise suhtes tundlikum ja saaste puhastamine väikese suurusega tingimustes on keerulisem, mis toob kaasa puhastusprotsessi etappide suurenemise, muutes puhastusprotsessi keerukamaks, olulisemaks ja keerukamaks [4-5] . 90 nm kiipide puhastusprotsess on umbes 90 sammu ja 20 nm kiipide puhastusprotsess on jõudnud 215 sammu. Kuna kiibi tootmine siseneb 14 nm, 10 nm ja veelgi kõrgematesse sõlmedesse, kasvab puhastusprotsesside arv jätkuvalt, nagu on näidatud joonisel 2.
1 Sissejuhatus pooljuhtide puhastusprotsessi
Puhastusprotsess viitab protsessile, mille käigus eemaldatakse vahvli pinnalt lisandid keemilise töötlemise, gaasi ja füüsikaliste meetodite abil. Pooljuhtide tootmisprotsessis võivad lisandid, nagu osakesed, metallid, orgaaniline aine ja looduslik oksiidikiht vahvli pinnal, mõjutada pooljuhtseadme jõudlust, töökindlust ja ühtlast tootlikkust [6-8].
Võib öelda, et puhastusprotsess on sild erinevate vahvlite tootmisprotsesside vahel. Näiteks kasutatakse puhastusprotsessi enne katmisprotsessi, enne fotolitograafiaprotsessi, pärast söövitusprotsessi, pärast mehaanilist lihvimisprotsessi ja isegi pärast ioonide implanteerimisprotsessi. Puhastusprotsessi võib laias laastus jagada kahte tüüpi, nimelt märgpuhastus ja keemiline puhastus.
1.1 Märgpuhastus
Märgpuhastus on vahvli puhastamiseks keemiliste lahustite või deioniseeritud vee kasutamine. Protsessimeetodi järgi võib märgpuhastuse jagada kahte tüüpi: sukeldusmeetod ja pihustusmeetod, nagu on näidatud joonisel 3. Sukeldusmeetodiks on vahvli sukeldamine keemiliste lahustite või deioniseeritud veega täidetud mahutisse. Keelekümblusmeetod on laialdaselt kasutatav meetod, eriti mõne suhteliselt küpse sõlme puhul. Pihustusmeetodiks on keemiliste lahustite või deioniseeritud vee pihustamine pöörlevale vahvlile lisandite eemaldamiseks. Sukeldusmeetodil saab korraga töödelda mitut vahvlit, pihustusmeetodil aga ainult ühte vahvlit korraga ühes töökambris. Tehnoloogia arenedes tõusevad nõuded puhastustehnoloogiale järjest kõrgemaks ning pritsimismeetodi kasutamine levib üha laiemalt.
1.2 Keemiline puhastus
Nagu nimigi ütleb, on keemiline puhastus protsess, mille käigus ei kasutata keemilisi lahusteid ega deioniseeritud vett, vaid kasutatakse puhastamiseks gaasi või plasmat. Tehnoloogiasõlmede pideva arenemisega tõusevad nõuded puhastusprotsessidele järjest kõrgemaks [9-10] ning suureneb ka kasutuse osakaal. Samuti suureneb märgpuhastusest tekkiv jäätmevedelik. Võrreldes märgpuhastusega on keemilisel puhastusel suured investeerimiskulud, keerukad seadmete tööd ja rangemad puhastustingimused. Mõne orgaanilise aine ning nitriidide ja oksiidide eemaldamiseks on aga keemilisel puhastusel suurem täpsus ja suurepärased tulemused.
2 Märgpuhastustehnoloogia pooljuhtide valmistamisel Vastavalt puhastusvedeliku erinevatele komponentidele on pooljuhtide valmistamisel enamkasutatav märgpuhastustehnoloogia toodud tabelis 1.
2.1 DIW puhastustehnoloogia
Pooljuhtide tootmise märgpuhastusprotsessis on kõige sagedamini kasutatav puhastusvedelik deioniseeritud vesi (DIW). Vesi sisaldab juhtivaid anioone ja katioone. Deioniseeritud vesi eemaldab vees olevad juhtivad ioonid, muutes vee põhimõtteliselt mittejuhtivaks. Pooljuhtide valmistamisel ei ole absoluutselt lubatud kasutada otse toorvett. Ühelt poolt saastavad toorvees olevad katioonid ja ioonid vahvli seadme struktuuri ja teisest küljest võib see põhjustada seadme töös hälbeid. Näiteks võib toorvesi reageerida vahvli pinnal oleva materjaliga, et korrodeeruda või tekitada aku korrosiooni teatud vahvlil olevate metallidega, samuti võib see põhjustada otsese muutuse vahvli pinnatakistuses, mille tulemuseks on märkimisväärne vahvli saagise vähenemine või isegi otsene lammutamine. Pooljuhtide tootmise märgpuhastusprotsessis on DIW kaks peamist rakendust.
(1) Kasutage vahvli pinna puhastamiseks ainult DIW-d. On erinevaid vorme, nagu rullid, harjad või düüsid, ning põhieesmärk on puhastada teatud mustus vahvli pinnal. Täiustatud pooljuhtide tootmisprotsessis on puhastusmeetodiks peaaegu alati ühe vahvli meetod, see tähendab, et kambris saab korraga puhastada ainult ühte vahvlit. Eespool tutvustatakse ka üksiku vahvli puhastamise meetodit. Puhastusmeetodiks on tsentrifuugimis-pihustusmeetod. Vahvli pöörlemise ajal puhastatakse vahvli pind rullide, harjade, otsikute jne abil. Selle käigus hõõrub vahvel vastu õhku, tekitades seeläbi staatilist elektrit. Staatiline elekter võib põhjustada defekte vahvli pinnal või põhjustada otseselt seadme rikke. Mida kõrgem on pooljuhttehnoloogia sõlm, seda kõrgemad on nõuded defektide käsitlemisele. Seetõttu on täiustatud pooljuhtide tootmise DIW märgpuhastusprotsessis selle protsessi nõuded kõrgemad. DIW on põhimõtteliselt mittejuhtiv ja puhastusprotsessi käigus tekkivat staatilist elektrit ei saa hästi vabastada. Seetõttu segatakse täiustatud pooljuhtide tootmisprotsessi sõlmedes DIW-sse tavaliselt gaasi süsinikdioksiidi (CO2), et suurendada juhtivust ilma vahvlit saastamata. Erinevate protsessinõuete tõttu segatakse DIW-sse mõnel juhul gaasi ammoniaaki (NH3).
(2) Puhastage vahvli pinnale puhastusvedeliku jäägid. Kui vahvli pinna puhastamiseks kasutatakse muid puhastusvedelikke, siis pärast puhastusvedeliku kasutamist, kui vahvel pöörleb, kuigi suurem osa puhastusvedelikust on välja paiskunud, jääb vahvli pinnale siiski väike kogus puhastusvedelikku, ja DIW on vajalik vahvli pinna puhastamiseks. DIW põhiülesanne on siin puhastada vahvli pinnale jäänud puhastusvedelikku. Puhastusvedeliku kasutamine vahvlipinna puhastamiseks ei tähenda, et need puhastusvedelikud kunagi vahvlit korrodeerima ei hakkaks, kuid nende söövituskiirus on üsna madal ja lühiajaline puhastamine vahvlile ei mõjuta. Kui aga puhastusvedeliku jääke ei saa tõhusalt eemaldada ja jääkpuhastusvedelikul lastakse vahvlipinnal kaua seista, söövitab see vahvlipinda ikkagi. Lisaks, isegi kui puhastuslahus korrodeerub väga vähe, on vahvlisse jäänud puhastuslahuse jääk siiski üleliigne, mis tõenäoliselt mõjutab seadme lõplikku jõudlust. Seetõttu kasutage pärast vahvli puhastamist puhastuslahusega kindlasti DIW-d, et puhastuslahuse jäägid õigeaegselt puhastada.
2.2 HF puhastustehnoloogia
Nagu me kõik teame, rafineeritakse liiv südamikuks. Kiip on moodustatud lugematutest nikerdustest monokristallilisel räniplaadil. Kiibi põhikomponent on monokristalliline räni. Kõige otsesem ja tõhusam viis monokristallilise räni pinnale moodustunud loodusliku oksiidikihi (SiO2) puhastamiseks on kasutada puhastamiseks HF-i (vesinikfluoriidhapet). Seetõttu võib öelda, et HF-puhastus on DIW järel teine puhastustehnoloogia. HF-puhastus võib tõhusalt eemaldada monokristallilise räni pinnalt loodusliku oksiidikihi ja puhastuslahusesse lahustub ka loodusliku oksiidikihi pinnale kinnitatud metall. Samal ajal võib HF tõhusalt pärssida ka loodusliku oksiidkile teket. Seetõttu saab HF puhastustehnoloogia eemaldada mõned metalliioonid, loodusliku oksiidikihi ja mõned lisandite osakesed. HF puhastustehnoloogial on aga ka mõningaid vältimatuid probleeme. Näiteks ränivahvli pinnalt loodusliku oksiidikihi eemaldamisel jäävad pärast korrodeerumist ränivahvli pinnale mõned väikesed lohud, mis mõjutavad otseselt vahvli pinna karedust. Lisaks eemaldab HF pinna oksiidkile eemaldamise ajal ka mõned metallid, kuid mõned metallid ei taha HF poolt korrodeeruda. Pooljuhttehnoloogia sõlmede pideva arenemisega tõusevad üha kõrgemad nõuded, et need metallid ei saaks HF poolt korrodeeruda, mistõttu HF puhastustehnoloogiat ei saa kasutada kohtades, kus seda oleks saanud kasutada. Samas ei eemalda HF kergesti mõningaid puhastuslahusesse sisenevaid metalle, mis kleepuvad loodusliku oksiidkile lahustumisel räniplaadi pinnale, mistõttu need jäävad ränivahvli pinnale. Vastuseks ülaltoodud probleemidele on pakutud välja mõned täiustatud meetodid. Näiteks lahjendage HF nii palju kui võimalik, et vähendada HF kontsentratsiooni; Lisage HF-le oksüdeerija, see meetod võib tõhusalt eemaldada loodusliku oksiidikihi pinnale kinnitatud metalli ja oksüdeerija oksüdeerib pinnal oleva metalli, moodustades oksiide, mida on happelistes tingimustes lihtsam eemaldada. Samal ajal eemaldab HF eelmise loodusliku oksiidikihi ja oksüdeerija oksüdeerib pinnal olevat monokristalli räni, moodustades uue oksiidikihi, et vältida metalli kinnitumist monokristallilise räni pinnale; lisage HF-le anioonset pindaktiivset ainet, nii et HF puhastuslahuses oleva monokristallilise räni pind on negatiivse potentsiaaliga ja osakese pind on positiivse potentsiaaliga. Anioonse pindaktiivse aine lisamine võib muuta ränipinna ja osakese pinna potentsiaali sama märgiks, see tähendab, et osakese pinnapotentsiaal muutub positiivsest negatiivseks, mis on sama märk kui räniplaadi pinna negatiivne potentsiaal, nii, et elektriline tõuge tekib räniplaadi pinna ja osakese pinna vahel, vältides seeläbi osakeste kinnitumist; lisage HF puhastuslahusele kompleksimoodustajat, et moodustada lisanditega kompleks, mis lahustub otse puhastuslahuses ja ei kinnitu räniplaadi pinnale.
2.3 SC1 puhastustehnoloogia
SC1 puhastustehnoloogia on levinuim, odavaim ja tõhusaim puhastusmeetod vahvli pinnalt saaste eemaldamiseks. SC1 puhastustehnoloogia suudab korraga eemaldada orgaanilist ainet, osa metalliioone ja mõningaid pinnaosakesi. SC1 põhimõte orgaanilise aine eemaldamiseks on kasutada vesinikperoksiidi oksüdeerivat ja NH4OH lahustavat toimet, et muuta orgaaniline saaste vees lahustuvateks ühenditeks ja seejärel koos lahusega tühjendada. Tänu oma oksüdeerivatele ja kompleksi moodustavatele omadustele võib SC1 lahus oksüdeerida mõningaid metalliioone, muutes need metalliioonid kõrge valentsega ioonideks ja seejärel reageerida leelisega, moodustades lahustuvaid komplekse, mis väljutatakse koos lahusega. Mõnel metallil on aga kõrge oksüdatsioonijärgselt tekkivate oksiidide vaba energia, mida on kerge nakkuda vahvli pinnal oleva oksiidkilega (kuna SC1 lahusel on teatud oksüdeerivad omadused ja see moodustab vahvli pinnale oksiidkile), mistõttu need on ei ole lihtne eemaldada, näiteks metallid nagu Al ja Fe. Metalliioonide eemaldamisel saavutab metalli adsorptsiooni ja desorptsiooni kiirus vahvli pinnal lõpuks tasakaalu. Seetõttu kasutatakse täiustatud tootmisprotsessides puhastusvedelikku üks kord protsessides, mis nõuavad metalliioonide suhtes kõrgeid nõudeid. Pärast kasutamist tühjendatakse see otse ja seda enam ei kasutata. Eesmärk on vähendada metallisisaldust puhastusvedelikus, et pesta võimalikult palju vahvli pinnale jäävat metalli. SC1 puhastustehnoloogia võib tõhusalt eemaldada ka pinnaosakeste saastumise ja peamine mehhanism on elektriline tõrjumine. Selle protsessi käigus saab parema puhastusefekti saavutamiseks läbi viia ultraheli- ja megahelipuhastust. SC1 puhastustehnoloogial on oluline mõju vahvli pinnakaredusele. Et vähendada SC1 puhastustehnoloogia mõju vahvli pinnakaredusele, on vaja sõnastada sobiv puhastusvedeliku komponentide suhe. Samal ajal võib madala pindpinevusega puhastusvedeliku kasutamine stabiliseerida osakeste eemaldamise kiirust, säilitada kõrge eemaldamise efektiivsuse ja vähendada mõju vahvli pinnakaredusele. Pindaktiivsete ainete lisamine SC1 puhastusvedelikule võib vähendada puhastusvedeliku pindpinevust. Lisaks võib kelaativate ainete lisamine SC1 puhastusvedelikule põhjustada puhastusvedelikus oleva metalli pidevat kelaatide moodustumist, mis on kasulik metallide pinna adhesiooni pärssimiseks.
2.4 SC2 puhastustehnoloogia
SC2 puhastustehnoloogia on ka odav märgpuhastustehnoloogia, millel on hea saaste eemaldamise võime. SC2-l on äärmiselt tugevad kompleksi moodustavad omadused ja see võib enne oksüdatsiooni reageerida metallidega, moodustades soolasid, mis eemaldatakse koos puhastuslahusega. Puhastuslahusega eemaldatakse ka lahustuvad kompleksid, mis tekivad oksüdeeritud metalliioonide reaktsioonil kloriidioonidega. Võib öelda, et tingimusel, et vahvlit ei mõjuta, täiendavad SC1 puhastustehnoloogia ja SC2 puhastustehnoloogia teineteist. Metalli adhesiooninähtust puhastuslahuses on kerge tekkida leeliselises puhastuslahuses (st SC1 puhastuslahuses) ja happelises lahuses (SC2 puhastuslahus) ei ole seda kerge tekkida ning sellel on tugev metallieemaldusvõime. vahvli pinnal. Kuigi metalle nagu Cu saab pärast SC1 puhastamist eemaldada, ei ole mõned vahvli pinnale moodustunud loodusliku oksiidkile metallide nakkumise probleemid lahendatud ja see ei sobi SC2 puhastustehnoloogia jaoks.
2.5 O3 puhastustehnoloogia
Kiibi tootmisprotsessis kasutatakse O3 puhastustehnoloogiat peamiselt orgaanilise aine eemaldamiseks ja DIW desinfitseerimiseks. O3 puhastamine hõlmab alati oksüdatsiooni. Üldiselt võib O3-d kasutada mõne orgaanilise aine eemaldamiseks, kuid O3 oksüdeerumise tõttu tekib vahvli pinnale uuesti sadestumine. Seetõttu kasutatakse O3 kasutamise protsessis üldiselt HF-i. Lisaks võib HF-i kasutamine koos O3-ga eemaldada ka mõningaid metalliioone. Tuleb märkida, et üldiselt on kõrgem temperatuur kasulik orgaanilise aine, osakeste ja isegi metalliioonide eemaldamiseks. Kuid O3 puhastustehnoloogia kasutamisel väheneb DIW-s lahustunud O3 kogus temperatuuri tõustes. Teisisõnu, DIW-s lahustunud O3 kontsentratsioon väheneb temperatuuri tõustes. Seetõttu on puhastamise efektiivsuse maksimeerimiseks vaja optimeerida O3 protsessi üksikasju. Pooljuhtide tootmises saab O3 kasutada ka DIW desinfitseerimiseks, peamiselt seetõttu, et joogivee puhastamiseks kasutatavad ained sisaldavad üldiselt kloori, mis on kiipide valmistamisel vastuvõetamatu. Teine põhjus on see, et O3 laguneb hapnikuks ega saasta DIW-süsteemi. Siiski on vaja kontrollida hapnikusisaldust DIW-s, mis ei tohi olla kõrgem kui pooljuhtide tootmisel kasutamiseks esitatavad nõuded. 2.6 Orgaaniliste lahustitega puhastamise tehnoloogia Pooljuhtide tootmisprotsessis kasutatakse sageli mõningaid eriprotsesse. Paljudel juhtudel ei saa ülaltoodud meetodeid kasutada, kuna puhastustõhusus ei ole piisav, mõned komponendid, mida ei saa maha pesta, on söövitatud ja oksiidkile ei teki. Seetõttu kasutatakse puhastamise eesmärgi saavutamiseks ka mõningaid orgaanilisi lahusteid.
3 Järeldus
Pooljuhtide tootmisprotsessis on puhastusprotsess kõige enam korduv protsess. Sobiva puhastustehnoloogia kasutamine võib oluliselt parandada laastu valmistamise tootlikkust. Räniplaatide suurte mõõtmete ja seadme struktuuride miniaturiseerimisega suureneb virnastamistiheduse indeks ning nõuded vahvlipuhastustehnoloogiale muutuvad üha kõrgemaks. Vahvli pinna puhtusele, pinna keemilisele olekule, karedusele ja oksiidkile paksusele on kehtestatud rangemad nõuded. See artikkel, mis põhineb küpsel protsessitehnoloogial, tutvustab vahvlite puhastamise tehnoloogiat täiustatud vahvlite valmistamisel ja erinevate puhastusprotsesside puhastuspõhimõtteid. Majanduse ja keskkonnakaitse seisukohast võib vahvlipuhastusprotsessi tehnoloogia täiustamine paremini vastata täiustatud vahvlite tootmise vajadustele.
