Yaş təmizləmə (Nəm Təmizləmə) yarımkeçirici istehsal proseslərində vacib addımlardan biridir və sonrakı proses addımlarının təmiz bir səthdə yerinə yetirilməsini təmin etmək üçün lövhənin səthindən müxtəlif çirkləndiriciləri təmizləməyə yönəlmişdir.
Yarımkeçirici cihazların ölçüsü kiçilməyə davam etdikcə və dəqiqlik tələbləri artdıqca, lövhə təmizləmə proseslərinin texniki tələbləri getdikcə daha sərtləşir. Hətta lövhə səthindəki ən kiçik hissəciklər, üzvi materiallar, metal ionları və ya oksid qalıqları belə cihazın işinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərə bilər və bununla da yarımkeçirici cihazların məhsuldarlığına və etibarlılığına təsir göstərə bilər.
Vafli Təmizləməsinin Əsas Prinsipləri
Plitələrin təmizlənməsinin əsas məqsədi, plitənin sonrakı emal üçün uyğun təmiz bir səthə sahib olmasını təmin etmək üçün plitənin səthindən müxtəlif çirkləndiriciləri fiziki, kimyəvi və digər üsullarla effektiv şəkildə təmizləməkdir.
Çirklənmə növü
Cihaz Xüsusiyyətlərinə Əsas Təsirlər
| Məqalə Çirklənməsi | Nümunə qüsurları
İon implantasiyası qüsurları
İzolyasiya filminin qırılma qüsurları
| |
| Metal çirklənməsi | Qələvi Metalları | MOS tranzistoru qeyri-sabitliyi
Qapı oksidi filminin parçalanması/deqradasiyası
|
| Ağır Metallar | Artan PN qovşağının tərs sızma cərəyanı
Qapı oksidi filminin parçalanma qüsurları
Azlıq daşıyıcılarının ömürlük deqradasiyası
Oksid həyəcan qatı qüsurunun yaranması
| |
| Kimyəvi çirklənmə | Üzvi Material | Qapı oksidi filminin parçalanma qüsurları
Ürək-damar xəstəlikləri filminin variasiyaları (inkubasiya müddətləri)
Termal oksid təbəqəsinin qalınlığında dəyişikliklər (sürətlənmiş oksidləşmə)
Duman meydana gəlməsi (plitə, linza, güzgü, maska, tor)
|
| Qeyri-üzvi aşqarlar (B, P) | MOS tranzistoru V-ci növbələr
Si substratı və yüksək müqavimətli poli-silikon təbəqə müqavimət variasiyaları
| |
| Qeyri-üzvi əsaslar (aminlər, ammonyak) və turşular (SOx) | Kimyəvi cəhətdən gücləndirilmiş rezistlərin qətnaməsinin pozulması
Duz əmələ gəlməsi səbəbindən hissəciklərin çirklənməsi və duman meydana gəlməsi
| |
| Nəm və Havaya görə Yerli və Kimyəvi Oksid Filmləri | Artan təmas müqaviməti
Qapı oksidi filminin parçalanması/deqradasiyası
| |
Xüsusilə, lövhə təmizləmə prosesinin məqsədlərinə aşağıdakılar daxildir:
Hissəciklərin Təmizlənməsi: Plitə səthinə yapışmış kiçik hissəcikləri təmizləmək üçün fiziki və ya kimyəvi üsullardan istifadə. Kiçik hissəciklərin çıxarılması, onlarla plitənin səthi arasındakı güclü elektrostatik qüvvələr səbəbindən daha çətindir və xüsusi emal tələb edir.
Üzvi Maddənin Təmizlənməsi: Yağ və fotorezist qalıqları kimi üzvi çirkləndiricilər lövhənin səthinə yapışa bilər. Bu çirkləndiricilər adətən güclü oksidləşdirici maddələr və ya həlledicilər istifadə edilərək təmizlənir.
Metal İonlarının Təmizlənməsi: Plitə səthindəki metal ion qalıqları elektrik performansını pisləşdirə və hətta sonrakı emal mərhələlərinə təsir göstərə bilər. Buna görə də, bu ionları təmizləmək üçün xüsusi kimyəvi məhlullardan istifadə olunur.
Oksid Təmizlənməsi: Bəzi proseslər lövhə səthinin silikon oksidi kimi oksid təbəqələrindən təmizlənməsini tələb edir. Belə hallarda, müəyyən təmizləmə mərhələləri zamanı təbii oksid təbəqələri təmizlənməlidir.
Plitə təmizləmə texnologiyasının çətinliyi, plitənin səthinə mənfi təsir göstərmədən, məsələn, səthin kobudlaşmasının, korroziyanın və ya digər fiziki zədələnmələrin qarşısını almadan çirkləndiriciləri səmərəli şəkildə təmizləməkdir.
2. Vafli Təmizləmə Prosesi Axını
Plitələrin təmizlənməsi prosesi, çirkləndiricilərin tamamilə təmizlənməsini və tam təmiz bir səth əldə edilməsini təmin etmək üçün adətən bir neçə mərhələdən ibarətdir.
Şəkil: Partiyalı və Tək Vafli Təmizləmənin Müqayisəsi
Tipik bir lavabonun təmizlənməsi prosesi aşağıdakı əsas addımları əhatə edir:
1. Əvvəlcədən Təmizləmə (Əvvəlcədən Təmizləmə)
Əvvəlcədən təmizləmənin məqsədi lövhə səthindən boş çirkləndiriciləri və böyük hissəcikləri təmizləməkdir ki, bu da adətən deionlaşdırılmış su (DI Water) ilə yaxalamaq və ultrasəs təmizləmə yolu ilə əldə edilir. Deionlaşdırılmış su əvvəlcə lövhə səthindən hissəcikləri və həll olmuş çirkləri təmizləyə bilər, ultrasəs təmizləmə isə hissəciklər və lövhə səthi arasındakı əlaqəni pozmaq üçün kavitasiya effektlərindən istifadə edir və bu da onların yerindən çıxmasını asanlaşdırır.
2. Kimyəvi Təmizləmə
Kimyəvi təmizləmə, lövhənin səthindən üzvi materialları, metal ionlarını və oksidləri təmizləmək üçün kimyəvi məhlullardan istifadə edərək lövhə təmizləmə prosesinin əsas mərhələlərindən biridir.
Üzvi Maddənin Təmizlənməsi: Adətən, üzvi çirkləndiriciləri həll etmək və oksidləşdirmək üçün aseton və ya ammonyak/peroksid qarışığı (SC-1) istifadə olunur. SC-1 məhlulu üçün tipik nisbət NH₄OH-dur.
₂O₂
₂O = 1:1:5, işləmə temperaturu təxminən 20°C-dir.
Metal İonlarının Təmizlənməsi: Plitə səthindən metal ionlarını təmizləmək üçün azot turşusu və ya xlorid turşusu/peroksid qarışıqları (SC-2) istifadə olunur. SC-2 məhlulu üçün tipik nisbət HCl-dir.
₂O₂
₂O = 1:1:6, temperatur təxminən 80°C-də saxlanılır.
Oksid Təmizlənməsi: Bəzi proseslərdə, lövhə səthindən yerli oksid təbəqəsinin təmizlənməsi tələb olunur və bunun üçün hidrofluor turşusu (HF) məhlulu istifadə olunur. HF məhlulu üçün tipik nisbət HF-dir.
₂O = 1:50 təşkil edir və otaq temperaturunda istifadə edilə bilər.
3. Son Təmizlik
Kimyəvi təmizləmədən sonra, lövhələr adətən səthdə heç bir kimyəvi qalığın qalmamasını təmin etmək üçün son təmizləmə mərhələsindən keçir. Son təmizləmə əsasən hərtərəfli yaxalamaq üçün deionlaşdırılmış sudan istifadə edir. Bundan əlavə, lövhənin səthindən qalan çirkləndiriciləri daha da təmizləmək üçün ozon suyu ilə təmizləmə (O₃/H₂O) istifadə olunur.
4. Qurutma
Təmizlənmiş lövhələr su izlərinin və ya çirkləndiricilərin yenidən yapışmasının qarşısını almaq üçün tez bir zamanda qurudulmalıdır. Ümumi qurutma üsullarına fırlanan qurutma və azotla təmizləmə daxildir. Birincisi, yüksək sürətlə fırlatmaqla lövhənin səthindən nəmliyi təmizləyir, ikincisi isə quru azot qazını lövhənin səthinə üfürməklə tam qurutmanı təmin edir.
Çirkləndirici
Təmizləmə Prosedurunun Adı
Kimyəvi Qarışıq Təsviri
Kimyəvi maddələr
| Hissəciklər | Piranha (SPM) | Kükürd turşusu/hidrogen peroksid/DI suyu | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammonium hidroksid/hidrogen peroksid/DI suyu | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Metallar (mis deyil) | SC-2 (HPM) | Xlorid turşusu/hidrogen peroksid/DI suyu | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Kükürd turşusu/hidrogen peroksid/DI suyu | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Hidrofluor turşusu/DI suyu seyreltin (mis təmizləməyəcək) | HF/H2O1:50 | |
| Üzvi məhsullar | Piranha (SPM) | Kükürd turşusu/hidrogen peroksid/DI suyu | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammonium hidroksid/hidrogen peroksid/DI suyu | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Deionlaşdırılmış suda ozon | O3/H2O Optimallaşdırılmış Qarışıqlar | |
| Yerli Oksid | DHF | Hidrofluor turşusu/DI suyu seyreltin | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Buferləşdirilmiş hidrofluor turşusu | NH4F/HF/H2O |
3. Ümumi lövhə təmizləmə üsulları
1. RCA Təmizləmə Metodu
RCA təmizləmə üsulu, yarımkeçirici sənayesində ən klassik lövhə təmizləmə üsullarından biridir və 40 ildən çox əvvəl RCA Korporasiyası tərəfindən hazırlanmışdır. Bu üsul əsasən üzvi çirkləndiriciləri və metal ion çirklərini təmizləmək üçün istifadə olunur və iki mərhələdə tamamlana bilər: SC-1 (Standart Təmizləmə 1) və SC-2 (Standart Təmizləmə 2).
SC-1 Təmizləmə: Bu mərhələ əsasən üzvi çirkləndiriciləri və hissəcikləri təmizləmək üçün istifadə olunur. Məhlul ammonyak, hidrogen peroksid və suyun qarışığıdır və lövhənin səthində nazik bir silikon oksid təbəqəsi əmələ gətirir.
SC-2 Təmizləmə: Bu mərhələ əsasən xlorid turşusu, hidrogen peroksid və suyun qarışığından istifadə edərək metal ion çirkləndiricilərini təmizləmək üçün istifadə olunur. Təkrar çirklənmənin qarşısını almaq üçün lövhənin səthində nazik passivasiya təbəqəsi qalır.
2. Piranha Təmizləmə Üsulu (Piranha Etch Clean)
Piranha təmizləmə üsulu, adətən 3:1 və ya 4:1 nisbətində sulfat turşusu və hidrogen peroksid qarışığından istifadə edərək üzvi materialları təmizləmək üçün yüksək effektiv bir üsuldur. Bu məhlulun son dərəcə güclü oksidləşdirici xüsusiyyətlərinə görə çox miqdarda üzvi maddə və inadkar çirkləndiriciləri təmizləyə bilər. Bu üsul, lövhəyə zərər verməmək üçün şəraitə, xüsusən də temperatur və konsentrasiya baxımından ciddi nəzarət tələb edir.
Ultrasəs təmizləmə, lövhə səthindən çirkləndiriciləri təmizləmək üçün mayedə yüksək tezlikli səs dalğalarının yaratdığı kavitasiya effektindən istifadə edir. Ənənəvi ultrasəs təmizləmə ilə müqayisədə meqasəs təmizləmə daha yüksək tezlikdə işləyir və lövhə səthinə zərər vermədən submikron ölçülü hissəciklərin daha səmərəli şəkildə təmizlənməsinə imkan verir.
4. Ozon Təmizlənməsi
Ozon təmizləmə texnologiyası ozonun güclü oksidləşdirici xüsusiyyətlərindən istifadə edərək, lövhə səthindən üzvi çirkləndiriciləri parçalayır və təmizləyir, nəticədə onları zərərsiz karbon qazına və suya çevirir. Bu üsul bahalı kimyəvi reagentlərin istifadəsini tələb etmir və ətraf mühitin daha az çirklənməsinə səbəb olur ki, bu da lövhə təmizləmə sahəsində inkişaf etməkdə olan bir texnologiyaya çevrilir.
4. Vafli Təmizləmə Prosesi Avadanlığı
Plitələr təmizləmə proseslərinin səmərəliliyini və təhlükəsizliyini təmin etmək üçün yarımkeçirici istehsalında müxtəlif qabaqcıl təmizləmə avadanlıqlarından istifadə olunur. Əsas növlərə aşağıdakılar daxildir:
1. Yaş Təmizləmə Avadanlıqları
Yaş təmizləmə avadanlıqlarına müxtəlif immersiya çənləri, ultrasəs təmizləmə çənləri və fırlanan qurutma maşınları daxildir. Bu cihazlar, lövhə səthindən çirkləndiriciləri təmizləmək üçün mexaniki qüvvələri və kimyəvi reagentləri birləşdirir. Immersiya çənləri adətən kimyəvi məhlulların sabitliyini və effektivliyini təmin etmək üçün temperatur nəzarət sistemləri ilə təchiz olunmuşdur.
2. Quru Təmizləmə Avadanlıqları
Quru təmizləmə avadanlıqlarına əsasən plazma təmizləyiciləri daxildir və onlar plazmadakı yüksək enerjili hissəciklərdən istifadə edərək plazma səthindəki qalıqlarla reaksiyaya girir və onları təmizləyir. Plazma təmizlənməsi, xüsusilə kimyəvi qalıq daxil etmədən səth bütövlüyünün qorunmasını tələb edən proseslər üçün uyğundur.
3. Avtomatlaşdırılmış Təmizləmə Sistemləri
Yarımkeçirici istehsalın davamlı genişlənməsi ilə avtomatlaşdırılmış təmizləmə sistemləri genişmiqyaslı lövhə təmizləməsi üçün üstünlük verilən seçim halına gəlmişdir. Bu sistemlərə tez-tez hər lövhə üçün ardıcıl təmizləmə nəticələrini təmin etmək üçün avtomatlaşdırılmış ötürmə mexanizmləri, çoxlu çənli təmizləmə sistemləri və dəqiq idarəetmə sistemləri daxildir.
5. Gələcək Trendlər
Yarımkeçirici cihazlar kiçilməyə davam etdikcə, lövhə təmizləmə texnologiyası daha səmərəli və ətraf mühitə uyğun həllərə doğru inkişaf edir. Gələcək təmizləmə texnologiyaları aşağıdakılara yönələcək:
Nanometrdən aşağı hissəciklərin təmizlənməsi: Mövcud təmizləmə texnologiyaları nanometr miqyaslı hissəcikləri idarə edə bilər, lakin cihazın ölçüsünün daha da azalması ilə nanometrdən aşağı hissəciklərin təmizlənməsi yeni bir problemə çevriləcək.
Yaşıl və Ekoloji cəhətdən təmiz təmizlik: Ətraf mühitə zərərli kimyəvi maddələrin istifadəsinin azaldılması və ozon təmizlənməsi və meqasəs təmizlənməsi kimi daha ekoloji cəhətdən təmiz təmizləmə üsullarının inkişaf etdirilməsi getdikcə daha vacib hala gələcək.
Daha Yüksək Avtomatlaşdırma və Zəka Səviyyələri: Ağıllı sistemlər təmizləmə prosesi zamanı müxtəlif parametrlərin real vaxt rejimində monitorinqini və tənzimlənməsini təmin edəcək, bununla da təmizləmə effektivliyini və istehsal səmərəliliyini daha da artıracaq.
Yarımkeçirici istehsalında vacib bir addım olan lövhə təmizləmə texnologiyası, sonrakı proseslər üçün lövhə səthlərinin təmiz olmasını təmin etməkdə mühüm rol oynayır. Müxtəlif təmizləmə metodlarının kombinasiyası çirkləndiriciləri effektiv şəkildə aradan qaldırır və növbəti addımlar üçün təmiz substrat səthi təmin edir. Texnologiya inkişaf etdikcə, yarımkeçirici istehsalında daha yüksək dəqiqlik və daha aşağı qüsur nisbətləri tələblərini ödəmək üçün təmizləmə prosesləri optimallaşdırılmağa davam edəcək.
Yazı vaxtı: 08 Oktyabr 2024