טכנולוגיית ניקוי פרוסות בייצור מוליכים למחצה

טכנולוגיית ניקוי פרוסות בייצור מוליכים למחצה

ניקוי פרוסות הוא שלב קריטי לאורך כל תהליך ייצור המוליכים למחצה ואחד הגורמים המרכזיים המשפיעים ישירות על ביצועי ההתקן ועל תפוקת הייצור. במהלך ייצור השבב, אפילו הזיהום הקל ביותר יכול לפגוע במאפייני ההתקן או לגרום לכשל מוחלט. כתוצאה מכך, תהליכי ניקוי מיושמים לפני ואחרי כמעט כל שלב ייצור כדי להסיר מזהמי פני השטח ולהבטיח ניקיון פרוסות. ניקוי הוא גם הפעולה הנפוצה ביותר בייצור מוליכים למחצה, המהווה בערך...30% מכלל שלבי התהליך.

עם הרחבת הקנה המידה המתמשכת של אינטגרציה בקנה מידה גדול מאוד (VLSI), צמתי התהליך התקדמו ל...28 ננומטר, 14 ננומטר, ומעבר לכך, מה שמביא לצפיפות גבוהה יותר של התקנים, רוחב קווים צר יותר וזרימות תהליכים מורכבות יותר ויותר. צמתים מתקדמים רגישים משמעותית יותר לזיהום, בעוד שגדלי תכונות קטנים יותר מקשים על הניקוי. כתוצאה מכך, מספר שלבי הניקוי ממשיך לעלות, והניקוי הפך מורכב יותר, קריטי יותר ומאתגר יותר. לדוגמה, שבב 90 ננומטר דורש בדרך כלל כ-90 שלבי ניקוי, בעוד ששבב של 20 ננומטר דורש בערך215 שלבי ניקויככל שהייצור יתקדם ל-14 ננומטר, 10 ננומטר וצמתים קטנים יותר, מספר פעולות הניקוי ימשיך לעלות.

במהות,ניקוי פרוסות קש מתייחס לתהליכים המשתמשים בטיפולים כימיים, גזים או שיטות פיזיקליות כדי להסיר זיהומים מפני השטח של פרוסות קש.מזהמים כגון חלקיקים, מתכות, שאריות אורגניות ותחמוצות טבעיות יכולים כולם להשפיע לרעה על ביצועי המכשיר, אמינותו ותפוקתו. ניקוי משמש כ"גשר" בין שלבי ייצור עוקבים - לדוגמה, לפני שיקוע וליתוגרפיה, או לאחר איכול, CMP (ליטוש כימי מכני) והשתלת יונים. באופן כללי, ניתן לחלק את ניקוי פרוסות האבק ל...ניקוי רטובוניקוי יבש.

ניקוי רטוב

ניקוי רטוב משתמש בממסים כימיים או במים מזוקקים (DIW) לניקוי פרוסות סיליקון. שתי גישות עיקריות מיושמות:

• שיטת טבילהופלים טובלים במיכלים מלאים בממסים או DIW. זוהי השיטה הנפוצה ביותר, במיוחד עבור צמתי טכנולוגיה בוגרים.

• שיטת ריסוסממסים או DIW מרוססים על פרוסות ופלים מסתובבות כדי להסיר זיהומים. בעוד שטבילה מאפשרת עיבוד אצווה של פרוסות מרובות, ניקוי בהתזה מטפל רק בפרוסת ופלים אחת לכל תא אך מספק שליטה טובה יותר, מה שהופך אותה לנפוץ יותר ויותר בצמתים מתקדמים.

ניקוי יבש

כפי שהשם מרמז, ניקוי יבש נמנע מממסים או DIW, ובמקום זאת משתמש בגזים או בפלזמה כדי להסיר מזהמים. עם הדחיפה לעבר נקודות גישה מתקדמות, ניקוי יבש צובר חשיבות בשל...דיוק גבוהויעילות כנגד חומרים אורגניים, ניטרידים ותחמוצות. עם זאת, זה דורשהשקעה גבוהה יותר בציוד, פעולה מורכבת יותר ובקרת תהליכים מחמירה יותריתרון נוסף הוא שניקוי יבש מפחית את הכמויות הגדולות של מי שפכים הנוצרות בשיטות רטובות.

טכניקות ניקוי רטוב נפוצות

1. ניקוי DIW (מים מזוהמים)

DIW הוא חומר הניקוי הנפוץ ביותר בניקוי רטוב. בניגוד למים לא מטופלים, DIW כמעט ואינו מכיל יונים מוליכים, דבר המונע קורוזיה, תגובות אלקטרוכימיות או פגיעה במכשיר. DIW משמש בעיקר בשתי דרכים:

1. ניקוי ישיר של פני השטח של פרוסות– מבוצע בדרך כלל במצב פרוסה בודדת עם גלילים, מברשות או חרירי ריסוס במהלך סיבוב הפרוסה. אתגר הוא הצטברות מטען אלקטרוסטטי, אשר עלולה לגרום לפגמים. כדי למתן בעיה זו, CO₂ (ולפעמים NH₃) מומס בתוך פרוסת DIW כדי לשפר את המוליכות מבלי לזהם את הפרוסה.

2. שטיפה לאחר ניקוי כימי– DIW מסיר שאריות של תמיסות ניקוי שעלולות לגרום לאיכול של הוופל או לפגוע בביצועי המכשיר אם יישארו על פני השטח.

2. ניקוי חומצה הידרופלואורית (HF)

HF הוא הכימיקל היעיל ביותר להסרתשכבות תחמוצת טבעיות (SiO₂)על פרוסות סיליקון והוא שני בחשיבותו רק ל-DIW. הוא גם ממיס מתכות מחוברות ומדכא חמצון חוזר. עם זאת, איכול HF יכול לחספס את משטחי הפרוסות ולתקוף באופן לא רצוי מתכות מסוימות. כדי לטפל בבעיות אלו, שיטות משופרות מדללות HF, מוסיפות מחמצנים, חומרים פעילי שטח או חומרים יוצרי קומפלקסים כדי לשפר את הסלקטיביות ולהפחית זיהום.

3. ניקוי SC1 (ניקוי סטנדרטי 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 היא שיטה חסכונית ויעילה ביותר להסרהשאריות אורגניות, חלקיקים וכמה מתכותהמנגנון משלב את פעולת החמצון של H₂O₂ ואת אפקט ההמסה של NH₄OH. הוא גם דוחה חלקיקים באמצעות כוחות אלקטרוסטטיים, וסיוע אולטרסאונד/מג-קולי משפר עוד יותר את היעילות. עם זאת, SC1 יכול לחספס את משטחי פרוסות המזון, דבר הדורש אופטימיזציה מדוקדקת של יחסים כימיים, בקרת מתח פנים (באמצעות חומרים פעילי שטח) וחומרים chelating כדי לדכא שקיעת מתכת מחדש.

4. ניקוי SC2 (ניקוי סטנדרטי 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 משלים את SC1 על ידי הסרתמזהמים מתכתייםיכולת הקומפלקסציה החזקה שלו הופכת מתכות מחומצנות למלחים או קומפלקסים מסיסים, אשר נשטפים. בעוד ש-SC1 יעיל לחומרים אורגניים וחלקיקים, SC2 בעל ערך מיוחד למניעת ספיחה של מתכת ולהבטחת זיהום מתכתי נמוך.

5. ניקוי O₃ (אוזון)

ניקוי באוזון משמש בעיקר לסילוק חומר אורגניוחיטוי DIW. O₃ פועל כחומר מחמצן חזק, אך יכול לגרום לשקיעה חוזרת, ולכן הוא משולב לעתים קרובות עם HF. אופטימיזציה של טמפרטורה היא קריטית מכיוון שמסיסות O₃ במים פוחתת בטמפרטורות גבוהות יותר. בניגוד לחומרי חיטוי מבוססי כלור (שאינם מקובלים במפעלי מוליכים למחצה), O₃ מתפרק לחמצן מבלי לזהם מערכות DIW.

6. ניקוי ממסים אורגניים

בתהליכים מיוחדים מסוימים, משתמשים בממסים אורגניים במקרים בהם שיטות ניקוי סטנדרטיות אינן מספיקות או מתאימות (למשל, כאשר יש להימנע מהיווצרות תחמוצת).

מַסְקָנָה

ניקוי ופלים הוא ההשלב החוזר בתדירות הגבוהה ביותרבייצור מוליכים למחצה ומשפיע ישירות על התפוקה ואמינות המכשיר. עם המעבר לכיווןפרוסות גדולות יותר וגיאומטריות קטנות יותר של התקנים, הדרישות לניקיון פני השטח של פרוסות סיליקון, מצב כימי, חספוס ועובי תחמוצת הופכות מחמירות יותר ויותר.

מאמר זה סקר טכנולוגיות ניקוי פרוסות יבשות ומתקדמות כאחד, כולל DIW, HF, SC1, SC2, O₃ ושיטות ממסים אורגניים, יחד עם המנגנונים, היתרונות והמגבלות שלהן. משני הצדדיםנקודות מבט כלכליות וסביבתיותשיפורים מתמשכים בטכנולוגיית ניקוי פרוסות סיליקון חיוניים כדי לעמוד בדרישות ייצור מוליכים למחצה מתקדם.