חדשות - עקרונות, תהליכים, שיטות וציוד לניקוי ופלים

ניקוי רטוב (Wet Clean) הוא אחד השלבים הקריטיים בתהליכי ייצור מוליכים למחצה, שמטרתו להסיר מזהמים שונים מפני השטח של פרוסת ה-wap על מנת להבטיח שניתן יהיה לבצע את שלבי התהליך הבאים על משטח נקי.

ככל שגודלם של התקני מוליכים למחצה ממשיך להתכווץ ודרישות הדיוק עולות, הדרישות הטכניות של תהליכי ניקוי פרוסות סיליקון הופכות מחמירות יותר ויותר. אפילו החלקיקים הקטנים ביותר, חומרים אורגניים, יוני מתכת או שאריות תחמוצת על פני הוופל יכולים להשפיע באופן משמעותי על ביצועי ההתקן, ובכך להשפיע על התפוקה והאמינות של התקני מוליכים למחצה.

עקרונות ליבה של ניקוי ופלים

ליבת ניקוי הוופלים טמונה בהסרת מזהמים שונים מפני השטח של הוופלים באמצעות שיטות פיזיקליות, כימיות ואחרות על מנת להבטיח שלוופל יהיה משטח נקי המתאים לעיבוד נוסף.

סוג הזיהום

השפעות עיקריות על מאפייני המכשיר

זיהום פריטים		פגמי דפוס פגמי השתלת יונים פגמי פירוק של סרט בידוד
זיהום מתכתי	מתכות אלקליות	חוסר יציבות של טרנזיסטור MOS פירוק/התפרקות שכבת תחמוצת השער
זיהום מתכתי	מתכות כבדות	זרם דליפה הפוך מוגבר בצומת PN פגמי פירוק סרט תחמוצת השער ירידה באורך החיים של ספקי המיעוט יצירת פגם בשכבת עירור תחמוצת
זיהום כימי	חומר אורגני	פגמי פירוק סרט תחמוצת השער וריאציות של סרט CVD (זמני דגירה) שינויים בעובי שכבת תחמוצת תרמית (חמצון מואץ) הופעת אובך (ופלה, עדשה, מראה, מסכה, רשתית)
	חומרים דו-אורגניים (B, P)	הסטות V של טרנזיסטור MOS שינויים בהתנגדות של מצע סיליקון ויריעות פוליסיליקון בעלות עמידות גבוהה
	בסיסים אנאורגניים (אמינים, אמוניה) וחומצות (SOx)	הידרדרות הרזולוציה של רזיסטים מוגברים כימית התרחשות זיהום חלקיקים ואובך עקב יצירת מלח
	שכבות תחמוצת טבעיות וכימיות עקב לחות ואוויר	התנגדות מגע מוגברת פירוק/התפרקות שכבת תחמוצת השער

באופן ספציפי, מטרות תהליך ניקוי הוופלים כוללות:

הסרת חלקיקים: שימוש בשיטות פיזיקליות או כימיות להסרת חלקיקים קטנים המחוברים לפני השטח של הוופל. חלקיקים קטנים יותר קשים יותר להסרה עקב הכוחות האלקטרוסטטיים החזקים בינם לבין פני השטח של הוופל, הדורשים טיפול מיוחד.

הסרת חומר אורגני: מזהמים אורגניים כגון גריז ושאריות פוטורזיסט עשויים להידבק לפני השטח של הוופל. מזהמים אלה מוסרים בדרך כלל באמצעות חומרים מחמצנים חזקים או ממסים.

הסרת יוני מתכת: שאריות יוני מתכת על פני הוופל עלולות לפגוע בביצועים החשמליים ואף להשפיע על שלבי העיבוד הבאים. לכן, נעשה שימוש בתמיסות כימיות ספציפיות להסרת יונים אלה.

הסרת תחמוצת: תהליכים מסוימים דורשים שמשטח הוופל יהיה נקי משכבות תחמוצת, כגון תחמוצת סיליקון. במקרים כאלה, יש להסיר שכבות תחמוצת טבעיות במהלך שלבי ניקוי מסוימים.

האתגר של טכנולוגיית ניקוי פרוסות סיליקון טמון בהסרת מזהמים ביעילות מבלי לפגוע בפני השטח של הוופל, כגון מניעת חספוס פני השטח, קורוזיה או נזק פיזי אחר.

2. זרימת תהליך ניקוי פרוסות

תהליך ניקוי הוופלים כולל בדרך כלל מספר שלבים כדי להבטיח הסרה מלאה של מזהמים ולהשיג משטח נקי לחלוטין.

איור: השוואה בין ניקוי אצווה לניקוי בודד

תהליך ניקוי ופלים טיפוסי כולל את השלבים העיקריים הבאים:

1. ניקוי מקדים (ניקוי מקדים)

מטרת הניקוי המקדים היא להסיר מזהמים רופפים וחלקיקים גדולים מפני השטח של הוופל, דבר המושג בדרך כלל באמצעות שטיפה במים מזוהמים (DI Water) וניקוי אולטרסאונד. מים מזוהמים יכולים להסיר בתחילה חלקיקים וזיהומים מומסים מפני השטח של הוופל, בעוד שניקוי אולטרסאונד משתמש באפקטים של קוויטציה כדי לשבור את הקשר בין החלקיקים לפני השטח של הוופל, מה שמקל על הסרתם.

2. ניקוי כימי

ניקוי כימי הוא אחד השלבים המרכזיים בתהליך ניקוי פרוסות סיליקון, והוא משתמש בתמיסות כימיות להסרת חומרים אורגניים, יוני מתכת ותחמוצות מפני השטח של פרוסות סיליקון.

הסרת חומר אורגני: בדרך כלל, משתמשים באצטון או בתערובת אמוניה/מי חמצן (SC-1) כדי להמיס ולחמצן מזהמים אורגניים. היחס הטיפוסי לתמיסת SC-1 הוא NH₄OH

₂O₂

₂O = 1:1:5, עם טמפרטורת עבודה של כ-20°C.

הסרת יוני מתכת: חומצה חנקתית או תערובות של חומצה הידרוכלורית/מי חמצן (SC-2) משמשות להסרת יוני מתכת מפני השטח של פרוסת הוופל. היחס הטיפוסי לתמיסת SC-2 הוא HCl.

₂O₂

₂O = 1:1:6, כאשר הטמפרטורה נשמרת על כ-80 מעלות צלזיוס.

הסרת תחמוצת: בתהליכים מסוימים נדרשת הסרת שכבת התחמוצת המקורית מפני השטח של פרוסת הוופל, ולשם כך משתמשים בתמיסת חומצה הידרופלואורית (HF). היחס הטיפוסי לתמיסת HF הוא HF.

₂O = 1:50, וניתן להשתמש בו בטמפרטורת החדר.

3. ניקיון סופי

לאחר ניקוי כימי, פרוסות ופלים עוברות בדרך כלל שלב ניקוי סופי כדי להבטיח שלא יישארו שאריות כימיות על פני השטח. ניקוי סופי משתמש בעיקר במים מזוהמים לשטיפה יסודית. בנוסף, ניקוי במים באמצעות אוזון (O₃/H₂O) משמש להסרת כל מזהם שנותר מפני השטח של הוופל.

4. ייבוש

יש לייבש את הוופלים הנקיים במהירות כדי למנוע כתמי מים או הידבקות חוזרת של מזהמים. שיטות ייבוש נפוצות כוללות ייבוש בסחיטה וניקוי בחנקן. הראשונה מסירה לחות מפני השטח של הוופלים על ידי סיבוב במהירויות גבוהות, בעוד שהשנייה מבטיחה ייבוש מלא על ידי ניפוח גז חנקן יבש על פני השטח של הוופלים.

מזהם

שם נוהל הניקוי

תיאור תערובת כימית

כימיקלים


חלקיקים	פיראנה (SPM)	חומצה גופרתית/מי חמצן/מים דיאולטרה סגוליים	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C
חלקיקים	SC-1 (APM)	אמוניום הידרוקסיד/מי חמצן/מים דיאולטרה סגולים	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
מתכות (לא נחושת)	SC-2 (HPM)	חומצה הידרוכלורית/מי חמצן/מים דיאולטרה סגולים	HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C
	פיראנה (SPM)	חומצה גופרתית/מי חמצן/מים דיאולטרה סגוליים	H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C
	DHF	חומצה הידרופלואורית מדוללת/מים די-אולטרה-פלואורית (לא תסיר נחושת)	HF/H2O1:50
אורגניים	פיראנה (SPM)	חומצה גופרתית/מי חמצן/מים דיאולטרה סגוליים	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C
	SC-1 (APM)	אמוניום הידרוקסיד/מי חמצן/מים דיאולטרה סגולים	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
	DIO3	אוזון במים דה-יוניזים	תערובות אופטימליות של O3/H2O
תחמוצת טבעית	DHF	חומצה הידרופלואורית מדוללת/מים דיאולטרה-פלואורית	HF/H2O 1:100
תחמוצת טבעית	BHF	חומצה הידרופלואורית שנאגרה	NH4F/HF/H2O

3. שיטות ניקוי נפוצות של ופלים

1. שיטת ניקוי RCA

שיטת ניקוי RCA היא אחת מטכניקות ניקוי הופלים הקלאסיות ביותר בתעשיית המוליכים למחצה, שפותחה על ידי תאגיד RCA לפני למעלה מ-40 שנה. שיטה זו משמשת בעיקר להסרת מזהמים אורגניים וזיהומים של יוני מתכת וניתן להשלים אותה בשני שלבים: SC-1 (Standard Clean 1) ו-SC-2 (Standard Clean 2).

ניקוי SC-1: שלב זה משמש בעיקר להסרת מזהמים אורגניים וחלקיקים. התמיסה היא תערובת של אמוניה, מי חמצן ומים, היוצרת שכבת תחמוצת סיליקון דקה על פני הוופל.

ניקוי SC-2: שלב זה משמש בעיקר להסרת מזהמים של יוני מתכת, באמצעות תערובת של חומצה הידרוכלורית, מי חמצן ומים. הוא משאיר שכבת פסיבציה דקה על פני הוופל כדי למנוע זיהום חוזר.

2. שיטת ניקוי פיראניה (Piranha Etch Clean)

שיטת הניקוי של פיראניה היא טכניקה יעילה ביותר להסרת חומרים אורגניים, באמצעות תערובת של חומצה גופרתית ומי חמצן, בדרך כלל ביחס של 3:1 או 4:1. בשל תכונות החמצון החזקות ביותר של תמיסה זו, היא יכולה להסיר כמות גדולה של חומר אורגני ומזהמים עקשניים. שיטה זו דורשת שליטה קפדנית בתנאים, במיוחד מבחינת טמפרטורה וריכוז, כדי למנוע נזק לפרוסת ה-Wap.

ניקוי אולטרסאונד משתמש באפקט הקביטציה שנוצר על ידי גלי קול בתדר גבוה בנוזל כדי להסיר מזהמים מפני השטח של הוופלים. בהשוואה לניקוי אולטרסאונד מסורתי, ניקוי מגה-קולי פועל בתדר גבוה יותר, מה שמאפשר הסרה יעילה יותר של חלקיקים בגודל תת-מיקרון מבלי לגרום נזק לפני השטח של הוופלים.

4. ניקוי אוזון

טכנולוגיית ניקוי האוזון מנצלת את תכונות החמצון החזקות של האוזון כדי לפרק ולהסיר מזהמים אורגניים מפני השטח של פרוסות סיליקון, ובסופו של דבר להמיר אותם לפחמן דו-חמצני ומים בלתי מזיקים. שיטה זו אינה דורשת שימוש בריאגנטים כימיים יקרים וגורמת לפחות זיהום סביבתי, מה שהופך אותה לטכנולוגיה מתפתחת בתחום ניקוי פרוסות סיליקון.

4. ציוד לניקוי ופלים

כדי להבטיח את היעילות והבטיחות של תהליכי ניקוי פרוסות סיליקון, מגוון ציוד ניקוי מתקדם משמש בייצור מוליכים למחצה. הסוגים העיקריים כוללים:

1. ציוד ניקוי רטוב

ציוד לניקוי רטוב כולל מגוון מיכלי טבילה, מיכלי ניקוי אולטרסאונד ומייבשי סחיטה. מכשירים אלה משלבים כוחות מכניים וריאגנטים כימיים כדי להסיר מזהמים מפני השטח של פרוסת הוופל. מיכלי טבילה מצוידים בדרך כלל במערכות בקרת טמפרטורה כדי להבטיח את היציבות והיעילות של תמיסות כימיות.

2. ציוד לניקוי יבש

ציוד ניקוי יבש כולל בעיקר חומרי ניקוי פלזמה, המשתמשים בחלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה בפלזמה כדי להגיב ולהסיר שאריות מפני השטח של פרוסת הוופל. ניקוי פלזמה מתאים במיוחד לתהליכים הדורשים שמירה על שלמות פני השטח מבלי להכניס שאריות כימיות.

3. מערכות ניקוי אוטומטיות

עם ההתרחבות המתמשכת של ייצור מוליכים למחצה, מערכות ניקוי אוטומטיות הפכו לבחירה המועדפת לניקוי פרוסות סיליקון בקנה מידה גדול. מערכות אלו כוללות לרוב מנגנוני העברה אוטומטיים, מערכות ניקוי מרובות מיכלים ומערכות בקרה מדויקות כדי להבטיח תוצאות ניקוי עקביות עבור כל פרוסה.

5. מגמות עתידיות

ככל שמכשירי מוליכים למחצה ממשיכים להתכווץ, טכנולוגיית ניקוי פרוסות סיליקון מתפתחת לעבר פתרונות יעילים וידידותיים יותר לסביבה. טכנולוגיות ניקוי עתידיות יתמקדו ב:

הסרת חלקיקים בקנה מידה ננומטרי: טכנולוגיות ניקוי קיימות יכולות להתמודד עם חלקיקים בקנה מידה ננומטרי, אך עם ההפחתה הנוספת של גודל המכשיר, הסרת חלקיקים בקנה מידה ננומטרי תהפוך לאתגר חדש.

ניקוי ירוק וידידותי לסביבה: צמצום השימוש בכימיקלים מזיקים לסביבה ופיתוח שיטות ניקוי ידידותיות יותר לסביבה, כגון ניקוי באוזון וניקוי מגה-קולי, יהפכו לחשובים יותר ויותר.

רמות גבוהות יותר של אוטומציה ואינטליגנציה: מערכות חכמות יאפשרו ניטור בזמן אמת והתאמה של פרמטרים שונים במהלך תהליך הניקוי, וישפרו עוד יותר את יעילות הניקוי ואת יעילות הייצור.

טכנולוגיית ניקוי פרוסות סיליקון, כשלב קריטי בייצור מוליכים למחצה, ממלאת תפקיד חיוני בהבטחת משטחי פרוסות סיליקון נקיים לתהליכים הבאים. השילוב של שיטות ניקוי שונות מסיר ביעילות מזהמים, ומספק משטח מצע נקי לשלבים הבאים. ככל שהטכנולוגיה מתקדמת, תהליכי הניקוי ימשיכו להיות מותאמים אישית כדי לעמוד בדרישות לדיוק גבוה יותר ושיעורי פגמים נמוכים יותר בייצור מוליכים למחצה.

זמן פרסום: 8 באוקטובר 2024