فناوری تمیز کردن ویفر در تولید نیمه هادی

فناوری تمیز کردن ویفر در تولید نیمه هادی

تمیز کردن ویفر یک مرحله حیاتی در کل فرآیند تولید نیمه‌هادی و یکی از عوامل کلیدی است که به طور مستقیم بر عملکرد دستگاه و بازده تولید تأثیر می‌گذارد. در طول ساخت تراشه، حتی کوچکترین آلودگی می‌تواند ویژگی‌های دستگاه را کاهش دهد یا باعث خرابی کامل شود. در نتیجه، فرآیندهای تمیز کردن قبل و بعد از تقریباً هر مرحله تولید برای حذف آلودگی‌های سطحی و اطمینان از تمیزی ویفر اعمال می‌شوند. تمیز کردن همچنین رایج‌ترین عملیات در تولید نیمه‌هادی است که تقریباً ...۳۰٪ از کل مراحل فرآیند.

با مقیاس‌بندی مداوم یکپارچه‌سازی در مقیاس بسیار بزرگ (VLSI)، گره‌های فرآیند به پیشرفت‌هایی دست یافته‌اند۲۸ نانومتر، ۱۴ نانومتر و فراتر از آن، منجر به تراکم دستگاه بالاتر، پهنای خطوط باریک‌تر و جریان‌های فرآیندی به طور فزاینده پیچیده می‌شود. گره‌های پیشرفته به طور قابل توجهی نسبت به آلودگی حساس‌تر هستند، در حالی که اندازه‌های کوچکتر ویژگی‌ها، تمیز کردن را دشوارتر می‌کند. در نتیجه، تعداد مراحل تمیز کردن همچنان در حال افزایش است و تمیز کردن پیچیده‌تر، حیاتی‌تر و چالش برانگیزتر شده است. به عنوان مثال، یک تراشه 90 نانومتری معمولاً به حدود ... نیاز دارد.۹۰ مرحله تمیز کردندر حالی که یک تراشه ۲۰ نانومتری به حدود ... نیاز دارد۲۱۵ مرحله تمیز کردنبا پیشرفت تولید به سمت گره‌های ۱۴ نانومتری، ۱۰ نانومتری و کوچک‌تر، تعداد عملیات تمیزکاری همچنان افزایش خواهد یافت.

در اصل،تمیز کردن ویفر به فرآیندهایی اطلاق می‌شود که از عملیات شیمیایی، گازها یا روش‌های فیزیکی برای حذف ناخالصی‌ها از سطح ویفر استفاده می‌کنند.آلاینده‌هایی مانند ذرات، فلزات، بقایای آلی و اکسیدهای طبیعی همگی می‌توانند بر عملکرد، قابلیت اطمینان و بازده دستگاه تأثیر منفی بگذارند. تمیز کردن به عنوان "پل" بین مراحل متوالی ساخت عمل می‌کند - به عنوان مثال، قبل از رسوب‌گذاری و لیتوگرافی، یا بعد از اچینگ، CMP (پرداخت مکانیکی شیمیایی) و کاشت یون. به طور کلی، تمیز کردن ویفر را می‌توان به موارد زیر تقسیم کرد:تمیز کردن مرطوبوخشک شویی.

تمیز کردن مرطوب

تمیز کردن مرطوب از حلال‌های شیمیایی یا آب دیونیزه شده (DIW) برای تمیز کردن ویفرها استفاده می‌کند. دو رویکرد اصلی اعمال می‌شود:

• روش غوطه‌وریویفرها در مخازن پر از حلال یا DIW غوطه‌ور می‌شوند. این روش، به‌ویژه برای گره‌های فناوری بالغ، پرکاربردترین روش است.

• روش اسپریحلال‌ها یا DIW برای حذف ناخالصی‌ها روی ویفرهای چرخان اسپری می‌شوند. در حالی که غوطه‌وری امکان پردازش دسته‌ای چندین ویفر را فراهم می‌کند، تمیز کردن اسپری فقط یک ویفر را در هر محفظه پردازش می‌کند اما کنترل بهتری را فراهم می‌کند و این امر باعث می‌شود که این روش در گره‌های پیشرفته به طور فزاینده‌ای رایج شود.

خشکشویی

همانطور که از نامش پیداست، خشکشویی از حلال‌ها یا DIW اجتناب می‌کند و در عوض از گازها یا پلاسما برای از بین بردن آلاینده‌ها استفاده می‌کند. با حرکت به سمت گره‌های پیشرفته، خشکشویی به دلیل ... اهمیت پیدا می‌کند.دقت بالاو اثربخشی در برابر مواد آلی، نیتریدها و اکسیدها. با این حال، مستلزم آن استسرمایه‌گذاری بیشتر در تجهیزات، عملیات پیچیده‌تر و کنترل فرآیند سختگیرانه‌ترمزیت دیگر این است که خشکشویی حجم زیادی از فاضلاب تولید شده توسط روش‌های تر را کاهش می‌دهد.

تکنیک‌های رایج تمیز کردن مرطوب

1. تمیز کردن با آب دیونیزه (DIW)

DIW پرکاربردترین عامل تمیزکننده در تمیزکاری مرطوب است. برخلاف آب تصفیه نشده، DIW تقریباً هیچ یون رسانا ندارد و از خوردگی، واکنش‌های الکتروشیمیایی یا تخریب دستگاه جلوگیری می‌کند. DIW عمدتاً به دو روش استفاده می‌شود:

1. تمیز کردن مستقیم سطح ویفر– معمولاً در حالت تک ویفر با غلتک‌ها، برس‌ها یا نازل‌های اسپری در طول چرخش ویفر انجام می‌شود. یک چالش، تجمع بار الکترواستاتیک است که ممکن است باعث ایجاد نقص شود. برای کاهش این مشکل، CO₂ (و گاهی اوقات NH₃) در DIW حل می‌شود تا رسانایی را بدون آلوده کردن ویفر بهبود بخشد.

2. آبکشی پس از تمیز کردن شیمیایی– DIW محلول‌های پاک‌کننده باقیمانده را که در غیر این صورت ممکن است باعث خوردگی ویفر یا کاهش عملکرد دستگاه در صورت باقی ماندن روی سطح شوند، از بین می‌برد.

2. تمیز کردن با HF (اسید هیدروفلوئوریک)

HF مؤثرترین ماده شیمیایی برای از بین بردن ...لایه‌های اکسید طبیعی (SiO₂)روی ویفرهای سیلیکونی استفاده می‌شود و از نظر اهمیت، پس از DIW در رتبه دوم قرار دارد. همچنین فلزات چسبیده را حل کرده و اکسیداسیون مجدد را سرکوب می‌کند. با این حال، اچینگ با HF می‌تواند سطوح ویفر را زبر کرده و به طور نامطلوبی به فلزات خاصی حمله کند. برای رفع این مشکلات، روش‌های بهبود یافته، HF را رقیق می‌کنند، اکسیدکننده‌ها، سورفکتانت‌ها یا عوامل کمپلکس‌کننده را اضافه می‌کنند تا گزینش‌پذیری را افزایش داده و آلودگی را کاهش دهند.

3. تمیز کردن SC1 (تمیز کردن استاندارد ۱: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 روشی مقرون به صرفه و بسیار کارآمد برای حذف ...بقایای آلی، ذرات و برخی فلزاتاین مکانیسم، عمل اکسیدکنندگی H₂O₂ و اثر حل‌کنندگی NH₄OH را با هم ترکیب می‌کند. همچنین ذرات را از طریق نیروهای الکترواستاتیک دفع می‌کند و کمک اولتراسونیک/مگاسونیک، راندمان را بیشتر بهبود می‌بخشد. با این حال، SC1 می‌تواند سطوح ویفر را زبر کند و نیاز به بهینه‌سازی دقیق نسبت‌های شیمیایی، کنترل کشش سطحی (از طریق سورفکتانت‌ها) و عوامل کیلیت‌ساز برای جلوگیری از رسوب مجدد فلز دارد.

4. تمیز کردن SC2 (تمیز کردن استاندارد 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 با حذف SC1، آن را تکمیل می‌کند.آلاینده‌های فلزیتوانایی قوی آن در تشکیل کمپلکس، فلزات اکسید شده را به نمک‌ها یا کمپلکس‌های محلول تبدیل می‌کند که با آب شسته می‌شوند. در حالی که SC1 برای مواد آلی و ذرات مؤثر است، SC2 به ویژه برای جلوگیری از جذب فلزات و تضمین آلودگی کم فلزی ارزشمند است.

5. تمیز کردن با اوزون (O₃)

تمیز کردن با ازن عمدتاً برای موارد زیر استفاده می‌شود:حذف مواد آلیوضدعفونی کننده DIW. O₃ به عنوان یک اکسیدان قوی عمل می‌کند، اما می‌تواند باعث رسوب مجدد شود، بنابراین اغلب با HF ترکیب می‌شود. بهینه‌سازی دما بسیار مهم است زیرا حلالیت O₃ در آب در دماهای بالاتر کاهش می‌یابد. برخلاف ضدعفونی‌کننده‌های مبتنی بر کلر (که در کارخانه‌های نیمه‌هادی غیرقابل قبول است)، O₃ بدون آلوده کردن سیستم‌های DIW به اکسیژن تجزیه می‌شود.

6. تمیز کردن با حلال آلی

در فرآیندهای تخصصی خاص، در مواردی که روش‌های استاندارد تمیزکاری ناکافی یا نامناسب هستند (مثلاً وقتی باید از تشکیل اکسید جلوگیری شود)، از حلال‌های آلی استفاده می‌شود.

نتیجه‌گیری

تمیز کردن ویفر استمرحله‌ای که بیشترین تکرار را دارددر تولید نیمه‌هادی‌ها و مستقیماً بر بازده و قابلیت اطمینان دستگاه تأثیر می‌گذارد. با حرکت به سمتویفرهای بزرگتر و هندسه‌های کوچکتر دستگاهالزامات مربوط به تمیزی سطح ویفر، وضعیت شیمیایی، زبری و ضخامت اکسید به طور فزاینده‌ای سختگیرانه‌تر می‌شوند.

این مقاله به بررسی فناوری‌های پیشرفته و تکامل‌یافته‌ی تمیز کردن ویفر، از جمله روش‌های DIW، HF، SC1، SC2، O₃ و حلال‌های آلی، همراه با مکانیسم‌ها، مزایا و محدودیت‌های آنها می‌پردازد.دیدگاه‌های اقتصادی و زیست‌محیطیبهبود مستمر در فناوری تمیز کردن ویفر برای برآورده کردن نیازهای تولید نیمه‌هادی‌های پیشرفته ضروری است.