Die Produktion von integrierten Schaltkreisen (IC) beinhaltet akribische Prozesse, doch Siliziumwafer sind häufig vorhandenen Verunreinigungen in sauberen Raumumgebungen ausgesetzt.Diese Schadstoffe wie Partikel, organische Reste, Metalle und Oxide können die strukturelle Qualität von Wafern stören, ein Problem, das an der Schnittstelle von Technologie und Materialwissenschaft steht.
Die Partikel stammen aus Materialien wie Polymeren, Photoresistern und Ätzresten und haften an Waferoberflächen hauptsächlich durch Van der Waals -Kräfte und fordern nachfolgende Verarbeitungsstadien.Die Behebung dieses Problems kann physikalische Interventionen wie Ultraschallreinigung oder chemische Techniken wie Lösungsmittelwaschmittel beinhalten, um Partikel abzunehmen und gleichzeitig die Waferintegrität zu erhalten.Die effektive Reduzierung dieser Art von Kontamination erfordert ein differenziertes Verständnis von Materialwechselwirkungen und maßgeschneiderten Lösungen, die die Haftung verringern und den Weg zur Entfernung glätten.Darüber hinaus kann die Einbeziehung komplexer Filtrationssysteme und Luftstrategien in Produktionsanlagen die Partikelabscheidung erheblich verringern.
Persistente organische Rückstände aus Hautölen, Umgebungsluft und Maschinenschmiermitteln bilden Barrieren, die die Effizienz des Reinigungsmittels behindern.Diese Rückstände beeinträchtigen sowohl Reinheit als auch Funktionalität, indem es die wesentlichen Verarbeitungsschichten beeinträchtigt.Die anfänglichen Reinigungsschritte konzentrieren sich daher auf die Extraktion dieser organischen Schichten und bereiten die Bühne für nachfolgende Reinigungsphasen vor.Techniken wie die Lösungsmittelreinigung und die Niedrigdruck-UV-Behandlung sind zentral und unterstreichen die Notwendigkeit, streng kontrollierte Umgebungen aufrechtzuerhalten, um eine Rekontamination zu vermeiden.
Während Metallverbindungen in Halbleiterprozesse eingebettet sind, stellen sie auch eine Kontaminationsherausforderungen dar.Metalle wie Aluminium und Kupfer können während der Photolithographie und der chemischen Dampfabscheidung (CVD) entstehen, was die Aufrechterhaltung der Waferreinheit erschwert.Durch die Minderung dieser Risiken werden Ablagerungsbarrieren oder fortschrittliche Ätztechniken eingesetzt, wodurch die kontinuierliche Aufsicht betont wird, um sicherzustellen, dass Verunreinigungen unterhalb der Schwellenwerte bleiben.Die Implementierung von Dual-Mode-Reinigungsprozessen, die Metallverunreinigungen ordentlich trennen und entfernen, ohne andere kritische Strukturen zu beschädigen, ist ebenfalls von grundlegender Bedeutung.
Oxidschichten entwickeln sich im Allgemeinen aus der Oxidation von Siliziumatomen unter sauerstoffreichen Bedingungen, was zu nativen oder chemischen Oxiden führt.Es muss ein empfindliches Gleichgewicht zwischen dem Entfernen dieser Oxide und der Erhaltung der strukturellen Integrität des Gateoxids erfolgen.Selektive Ätzmethoden und gepufferte Oxid -Ächungsmittel sind entscheidend für die Behandlung dieses Gleichgewichts.Innovationen in diesen Techniken entwickeln sich weiterentwickelt, was durch ein eingehendes Verständnis der Materialeigenschaften und der Reaktionsdynamik getrieben wird.Ein solches empfindliches Gleichgewicht erleichtert die Präzision während der Herstellung Fortschritte, das durch ein tiefes Verständnis der beteiligten mikroskopischen Wechselwirkungen geleitet wird.
Dieser Reinigungsansatz verwendet flüssige chemische Lösungsmittel und entionisiertes (DI) Wasser, um Reinigungsaufgaben wie Oxidations-, Ätzung und Auflösen von Verunreinigungen auf der Waferoberfläche auszuführen.Dies schließt organische Substanz und Metallionen ein.Zu den häufig angelegten Techniken gehören die RCA -Reinigung, die chemische Reinigung der Verdünnung, die IMEC -Reinigung und eine einzelne Waferreinigung.
Anfänglich fehlten dem Ansatz zur Siliziumwaferreinigung systematische Verfahren.Die 1965 von der Radio Corporation of America (RCA) entwickelte RCA -Reinigungsmethode errichtete ein umfassendes Verfahren zur Reinigung von Siliziumgewehrten während der Komponentenherstellung.Diese Technik ist weiterhin ein grundlegendes Element für viele zeitgenössische Reinigungsprozesse.
Die Verwendung von Lösungsmitteln, Säuren, Tensiden und Wasser und der RCA -Reinigung zielt darauf ab, Oberflächenverschmutzungen effizient zu entfernen und die Eigenschaften des Wafers zu erhalten.Eine umfassende Spülung mit Ultrapure Water (UPW) folgt jeder chemischen Anwendung.Im Folgenden finden Sie häufig mehrere Reinigungslösungen, die häufig verwendet werden:
- APM (NH4OH/H2O2/H2O bei 65–80 ° C): Diese Lösung besteht aus Ammoniumhydroxid, Wasserstoffperoxid und DI -Wasser, wobei Oberflächenpartikel effektiv oxidieren und ätzten und einige organische und Metallkontaminanten entfernen.Während die Siliziumoberfläche oxidiert und ätzt, nimmt die Oberflächenrauheit zu.
.Chloridionen in HCl reagieren mit Restmetallionen und bilden wasserlösliche Komplexe.
- SPM (H2SO4/H2O2/H2O bei 100 ° C): Diese Lösung wird als SC-3 bezeichnet und entfernt effizient organische Verunreinigungen.Schwefelsäure dehydrate und karbonisiert organisches Material, das Wasserstoffperoxid dann zu gasförmigen Nebenprodukten oxidiert.
.Nach der Reinigung von SC1 und SC2 beseitigt es einheimische Oxidschichten aus dem Siliziumwafer und bildet eine hydrophobe Siliziumoberfläche.
- Ultrapures Wasser: Ozoniertes Wasser dient zur Verdünnung von Restchemikalien und Spülen von Wafern.
Durch die Einbeziehung der Megasonik -Energie in die RCA -Reinigung wird die Verwendung des chemischen und di -Wassers verringert, die Wafer -Ätzzeit verkürzt und folglich die Lebensdauer der Reinigungslösung verlängert.
Der Verdünnungsansatz für SC1- und SC2 -Gemische in Kombination mit RCA -Reinigung erhalten Chemikalien und DI -Wasser.Es ist möglich, H2O2 vollständig aus der SC2 -Lösung abzulassen.Der APM SC2 -Mix, verdünnt mit einem Verhältnis von 1: 1: 50, entfernt effektiv Waferoberflächenpartikel und Kohlenwasserstoffe.
Zur Entfernung der Metall sind stark verdünnte Gemische (HPM 1: 1: 60 und HCl 1: 100) genauso effektiv wie herkömmliche SC2 -Flüssigkeiten.Die Aufrechterhaltung niedriger HCl -Konzentrationen bietet den Vorteil der Verhinderung der Teilchenablagerung, und der pH -Wert der Lösung, der zwischen 2 und 2,5 reicht, beeinflusst die Oberflächenladung des Siliziumwafers.Über diesem pH -Wert bilden die geladenen Oberflächen sowohl von Silizium- als auch von Lösungspartikeln eine elektrostatische Barriere und hemmen die Partikelablagerung.Unter diesem pH -Wert wird die Partikel auf dem Wafer aufgrund eines Mangels an Abschirmung ab Lager.
Bei verdünntem RCA -Reinigung treten signifikante Reduktionen von über 86%beim chemischen Verbrauch auf.Optimierte Reinigungsschritte, die Megasonic Agitation mit verdünntem SC1-, SC2- und HF-Lösungen umfassen, verbessern die Langlebigkeit der Lösung und die chemische Verwendung um 80-90%.Experimente deuten darauf hin, dass die heiße UPW-Verwendung den Verbrauch um 75-80%senken kann, und verschiedene Verdünnungschemien können aufgrund niedrigerer Durchflussraten und zeitlicher Anforderungen große Mengen an Spülen Wasser sparen.
Diese Methode konzentriert sich auf die Reduzierung des chemischen und di -Wasserverbrauchs bei der Nassreinigung, um organische Schadstoffe in seiner Anfangsphase effektiv anzugehen.Oft werden Schwefelsäurekombinationen verwendet;Ozoniertes DI -Wasser ist jedoch eine praktikable Alternative für die Umweltvorteile und die Reduzierung der schwierigen Reinigungsphasen.Die Einstellung von Temperatur und Konzentration erleichtert die effiziente organische Entfernung.
Die zweite Phase zielt auf Oxidschichten, Partikel und Metalloxide ab.Elektrochemische Abscheidungsprozesse werden zu einem Anliegen bei Metallionen in HF -Lösungen.HF/HCl -Lösungen unterdrücken normalerweise die Metallabscheidung und entfernen oxidbeschichtungen effizient.Das Hinzufügen von Chloridionen strategisch kann die Metallbeschichtung und die Verbesserung der Lösungsdauer der Lösung verhindern.
In der letzten Phase ist es das Ziel, der Siliziumoberfläche Hydrophilie zu verleihen und Trocknen oder Wasserzeichen zu minimieren.Verdünne HCl/O3 -Lösungen bei niedrigem pH -Wert machen die Oberfläche ohne Metallrekontamination hydrophil, während die Verwendung von HNO3 während der Spülung die CA -Kontamination verringert.
Die vergleichende Analyse zeigt, dass die IMEC -Methode die Metallkontamination effektiv einschränkt und gleichzeitig aufgrund des verringerten chemischen Gebrauchs wirtschaftlich sinnvoll ist.
Bei Wafern mit großer Durchmesser bleiben festgelegte Verfahren häufig zu kurz.Ein einzelnes Waferreinigen, das die DI-O3/DHF-Lösungen bei Raumtemperatur verwendet, bietet einen gezielten Ansatz.Durch das Ätzen von Siliziumoxid und das Entfernen von Partikeln und Metallen mit HF und die Bildung von Siliziumoxid mit DI-O3 können zufriedenstellende Ergebnisse sans Kreuzkontamination erzielt werden.Spülen Sie mit DI -Wasser oder ozoniertem Wasser und vermeiden Sie Flecken durch Trocknen mit Isopropylethanol (IPA) und Stickstoff.Eine verbesserte RCA-Reinigung zeigt Effektivität gegenüber Single-Wafer-Techniken, wobei DI-Wasser und HF während des Prozesses die Chemikalienausgaben und die Waferkosten weiter optimieren.
Die trockene Reinigung durch chemische Mittelwerte durch Dampfphasen hat Waferoberflächenverunreinigungen an.In der Regel werden thermische Oxidation und Plasmareinigung verwendet.Die Verfahren beinhalten die Einführung von heißen oder Plasma -reaktiven Gasen in eine Reaktionskammer, was zur Bildung flüchtiger Reaktionsprodukte führt, die anschließend evakuiert werden.Ein Oxidationsofen ermöglicht das Glühen der CI -Eindämmung, und vor der Ablagerung erfolgt AR -Sputtern.Die Plasmareinigung beinhaltet die Umwandlung anorganischer Gas in Plasma-aktive Partikel, die mit Oberflächenmolekülen interagieren, um Gasphasenreste zu bilden.
Zu den Vorteilen der trockenen Reinigung zählen eine lokalisierte Behandlung und keine Flüssigkeiten für übrig gebliebene Abfälle.Seine Ätzanisotropie hilft bei der Erzeugung feiner Muster.Aufgrund nicht selektiver Reaktionen mit Oberflächenmetallen und den spezifischen Bedingungen, die für die vollständige Metallverflüchtigung erforderlich sind, ersetzen die trockene Reinigung allein nicht vollständig die Nassreinigung.Studien zeigen eine bemerkenswerte Verringerung der metallisierten Verunreinigungen unter Verwendung von Gasphasentechniken, ergänzt durch nasse Reinigung in der Praxis.
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