Islak temizleme (Wet Clean), yarı iletken üretim süreçlerindeki kritik adımlardan biri olup, yonga yüzeyinden çeşitli kirleticileri uzaklaştırarak sonraki işlem adımlarının temiz bir yüzey üzerinde gerçekleştirilebilmesini sağlamayı amaçlamaktadır.
Yarı iletken aygıtların boyutu küçülmeye ve hassasiyet gereksinimleri artmaya devam ettikçe, yonga temizleme süreçlerinin teknik talepleri giderek daha katı hale gelmiştir. Yonga yüzeyindeki en küçük parçacıklar, organik maddeler, metal iyonları veya oksit kalıntıları bile aygıt performansını önemli ölçüde etkileyebilir ve böylece yarı iletken aygıtların verimini ve güvenilirliğini etkileyebilir.
Wafer Temizliğinin Temel Prensipleri
Wafer temizliğinin temeli, wafer yüzeyindeki çeşitli kirleticilerin fiziksel, kimyasal ve diğer yöntemlerle etkili bir şekilde temizlenmesi ve wafer'ın sonraki işlemlere uygun temiz bir yüzeye sahip olmasının sağlanmasıdır.
Kirlenme Türü
Cihaz Özellikleri Üzerindeki Başlıca Etkiler
| makale Kirlenme | Desen kusurları
İyon implantasyon kusurları
Yalıtım filmi arızası kusurları
| |
| Metalik Kirlilik | Alkali Metaller | MOS transistör kararsızlığı
Kapı oksit filminin bozulması/bozulması
|
| Ağır Metaller | Arttırılmış PN bağlantı ters kaçak akımı
Kapı oksit filmi bozulma kusurları
Azınlık taşıyıcı ömür boyu bozulması
Oksit uyarım tabakası kusur oluşumu
| |
| Kimyasal Kirlenme | Organik Malzeme | Kapı oksit filmi bozulma kusurları
CVD film varyasyonları (inkübasyon süreleri)
Termal oksit film kalınlığı değişimleri (hızlandırılmış oksidasyon)
Pus oluşumu (gofret, mercek, ayna, maske, retikül)
|
| İnorganik Katkı Maddeleri (B, P) | MOS transistör Vth kaymaları
Si alt tabaka ve yüksek dirençli poli-silikon levha direnç değişimleri
| |
| İnorganik Bazlar (aminler, amonyak) ve Asitler (SOx) | Kimyasal olarak güçlendirilmiş dirençlerin çözünürlüğünün bozulması
Tuz oluşumu nedeniyle partikül kirliliği ve bulanıklık oluşması
| |
| Nem, Hava Nedeniyle Doğal ve Kimyasal Oksit Filmler | Arttırılmış temas direnci
Kapı oksit filminin bozulması/bozulması
| |
Özellikle, wafer temizleme sürecinin hedefleri şunlardır:
Parçacık Giderimi: Wafer yüzeyine yapışmış küçük parçacıkları gidermek için fiziksel veya kimyasal yöntemler kullanılması. Daha küçük parçacıkların, aralarındaki ve wafer yüzeyi arasındaki güçlü elektrostatik kuvvetler nedeniyle giderilmesi daha zordur ve özel işlem gerektirir.
Organik Madde Giderimi: Gres ve fotorezist kalıntıları gibi organik kirleticiler gofret yüzeyine yapışabilir. Bu kirleticiler genellikle güçlü oksitleyici maddeler veya çözücüler kullanılarak giderilir.
Metal İyon Giderimi: Gofret yüzeyindeki metal iyon kalıntıları elektriksel performansı düşürebilir ve hatta sonraki işlem adımlarını etkileyebilir. Bu nedenle, bu iyonları gidermek için özel kimyasal çözeltiler kullanılır.
Oksit Giderimi: Bazı işlemler, silikon oksit gibi, gofret yüzeyinin oksit katmanlarından arındırılmasını gerektirir. Bu gibi durumlarda, belirli temizleme adımları sırasında doğal oksit katmanlarının çıkarılması gerekir.
Wafer temizleme teknolojisinin zorluğu, yüzey pürüzlenmesi, korozyon veya diğer fiziksel hasarları önlemek gibi wafer yüzeyini olumsuz yönde etkilemeden kirleticileri etkili bir şekilde temizlemektir.
2. Wafer Temizleme İşlem Akışı
Wafer temizleme işlemi, kirleticilerin tamamen giderilmesini ve tamamen temiz bir yüzey elde edilmesini sağlamak için genellikle birden fazla adımı içerir.
Şekil: Toplu Tip ve Tekli Wafer Temizleme Arasındaki Karşılaştırma
Tipik bir wafer temizleme işlemi aşağıdaki ana adımları içerir:
1. Ön Temizleme (Pre-Clean)
Ön temizlemenin amacı, genellikle deiyonize su (DI Su) durulaması ve ultrasonik temizleme yoluyla elde edilen, gevşek kirleticileri ve büyük parçacıkları gofret yüzeyinden çıkarmaktır. Deiyonize su, başlangıçta parçacıkları ve çözünmüş kirleticileri gofret yüzeyinden çıkarabilirken, ultrasonik temizleme, parçacıklar ile gofret yüzeyi arasındaki bağı kırmak için kavitasyon etkilerinden yararlanır ve bunların yerinden çıkarılmasını kolaylaştırır.
2. Kimyasal Temizlik
Kimyasal temizleme, gofret temizleme sürecinin temel adımlarından biridir ve gofret yüzeyinden organik maddeleri, metal iyonlarını ve oksitleri uzaklaştırmak için kimyasal solüsyonlar kullanılır.
Organik Madde Giderimi: Tipik olarak, organik kirleticileri çözmek ve oksitlemek için aseton veya amonyak/peroksit karışımı (SC-1) kullanılır. SC-1 çözeltisi için tipik oran NH₄OH'dir
₂O₂
₂O = 1:1:5, yaklaşık 20°C çalışma sıcaklığı.
Metal İyon Giderimi: Nitrik asit veya hidroklorik asit/peroksit karışımları (SC-2), metal iyonlarını gofret yüzeyinden gidermek için kullanılır. SC-2 çözeltisi için tipik oran HCl'dir
₂O₂
₂O = 1:1:6, sıcaklık yaklaşık 80°C'de tutulur.
Oksit Giderimi: Bazı işlemlerde, plaka yüzeyinden doğal oksit tabakasının giderilmesi gerekir ve bunun için hidroflorik asit (HF) çözeltisi kullanılır. HF çözeltisi için tipik oran HF'dir
₂O = 1:50'dir ve oda sıcaklığında kullanılabilir.
3. Son Temizlik
Kimyasal temizlemeden sonra, plakalar genellikle yüzeyde kimyasal kalıntı kalmadığından emin olmak için son bir temizleme adımından geçer. Son temizlemede esas olarak iyice durulama için deiyonize su kullanılır. Ek olarak, plaka yüzeyinde kalan kirleticileri daha fazla gidermek için ozonlu su temizliği (O₃/H₂O) kullanılır.
4. Kurutma
Temizlenen gofretler, su izlerini veya kirleticilerin tekrar yapışmasını önlemek için hızla kurutulmalıdır. Yaygın kurutma yöntemleri arasında sıkma kurutma ve nitrojen temizleme bulunur. İlki, yüksek hızlarda dönerek gofret yüzeyindeki nemi giderirken, ikincisi gofret yüzeyine kuru nitrojen gazı üfleyerek tam kurutmayı sağlar.
Kirletici
Temizleme Prosedürü Adı
Kimyasal Karışım Tanımı
Kimyasallar
| Parçacıklar | Pirana (SPM) | Sülfürik asit/hidrojen peroksit/DI su | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonyum hidroksit/hidrojen peroksit/DI su | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Metaller (bakır hariç) | SC-2 (HPM) | Hidroklorik asit/hidrojen peroksit/DI su | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Pirana (SPM) | Sülfürik asit/hidrojen peroksit/DI su | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Seyreltik hidroflorik asit/DI suyu (bakırı gidermeyecektir) | HF/H2O1:50 | |
| Organikler | Pirana (SPM) | Sülfürik asit/hidrojen peroksit/DI su | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonyum hidroksit/hidrojen peroksit/DI su | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | De-iyonize suda ozon | O3/H2O Optimize Edilmiş Karışımlar | |
| Yerli Oksit | DHF | Seyreltik hidroflorik asit/DI suyu | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Tamponlanmış hidroflorik asit | NH4F/HF/H2O |
3. Yaygın Wafer Temizleme Yöntemleri
1. RCA Temizleme Yöntemi
RCA temizleme yöntemi, 40 yıldan uzun bir süre önce RCA Corporation tarafından geliştirilen, yarı iletken endüstrisindeki en klasik yonga temizleme tekniklerinden biridir. Bu yöntem, öncelikle organik kirleticileri ve metal iyon safsızlıklarını gidermek için kullanılır ve iki adımda tamamlanabilir: SC-1 (Standart Temizleme 1) ve SC-2 (Standart Temizleme 2).
SC-1 Temizleme: Bu adım esas olarak organik kirleticileri ve parçacıkları gidermek için kullanılır. Çözelti, gofret yüzeyinde ince bir silikon oksit tabakası oluşturan amonyak, hidrojen peroksit ve su karışımıdır.
SC-2 Temizleme: Bu adım, hidroklorik asit, hidrojen peroksit ve su karışımı kullanılarak, öncelikle metal iyon kirleticilerini gidermek için kullanılır. Yeniden kirlenmeyi önlemek için gofret yüzeyinde ince bir pasivasyon tabakası bırakır.
2. Piranha Temizleme Yöntemi (Piranha Etch Clean)
Piranha temizleme yöntemi, genellikle 3:1 veya 4:1 oranında sülfürik asit ve hidrojen peroksit karışımı kullanılarak organik maddeleri gidermek için oldukça etkili bir tekniktir. Bu çözeltinin son derece güçlü oksidatif özellikleri nedeniyle, büyük miktarda organik madde ve inatçı kirleticileri giderebilir. Bu yöntem, özellikle sıcaklık ve konsantrasyon açısından, yongaya zarar vermemek için koşulların sıkı bir şekilde kontrol edilmesini gerektirir.
Ultrasonik temizleme, bir sıvıda yüksek frekanslı ses dalgalarının oluşturduğu kavitasyon etkisini kullanarak, gofret yüzeyindeki kirleticileri temizler. Geleneksel ultrasonik temizlemeye kıyasla, megasonik temizleme daha yüksek bir frekansta çalışır ve gofret yüzeyine zarar vermeden alt mikron boyutlu parçacıkların daha verimli bir şekilde temizlenmesini sağlar.
4. Ozon Temizliği
Ozon temizleme teknolojisi, ozonun güçlü oksitleyici özelliklerini kullanarak gofret yüzeyindeki organik kirleticileri ayrıştırır ve uzaklaştırır ve sonunda bunları zararsız karbondioksit ve suya dönüştürür. Bu yöntem pahalı kimyasal reaktiflerin kullanımını gerektirmez ve daha az çevre kirliliğine neden olur, bu da onu gofret temizleme alanında yeni ortaya çıkan bir teknoloji haline getirir.
4. Wafer Temizleme İşlemi Ekipmanları
Yarı iletken üretiminde, yonga temizleme süreçlerinin verimliliğini ve güvenliğini sağlamak için çeşitli gelişmiş temizleme ekipmanları kullanılır. Başlıca türleri şunlardır:
1. Islak Temizleme Ekipmanları
Islak temizleme ekipmanları çeşitli daldırma tankları, ultrasonik temizleme tankları ve sıkma kurutucularını içerir. Bu cihazlar, gofret yüzeyinden kirleticileri gidermek için mekanik kuvvetleri ve kimyasal reaktifleri birleştirir. Daldırma tankları, kimyasal çözeltilerin kararlılığını ve etkinliğini sağlamak için genellikle sıcaklık kontrol sistemleriyle donatılmıştır.
2. Kuru Temizleme Ekipmanları
Kuru temizleme ekipmanları esas olarak plazma temizleyicileri içerir, bunlar plazmadaki yüksek enerjili parçacıkları kullanarak gofret yüzeyindeki kalıntıları reaksiyona sokar ve temizler. Plazma temizleme, kimyasal kalıntı eklemeden yüzey bütünlüğünün korunmasını gerektiren işlemler için özellikle uygundur.
3. Otomatik Temizleme Sistemleri
Yarı iletken üretiminin sürekli genişlemesiyle, otomatik temizleme sistemleri büyük ölçekli gofret temizliği için tercih edilen seçenek haline geldi. Bu sistemler genellikle her gofret için tutarlı temizleme sonuçları sağlamak için otomatik transfer mekanizmaları, çok tanklı temizleme sistemleri ve hassas kontrol sistemleri içerir.
5. Gelecekteki Trendler
Yarı iletken cihazlar küçülmeye devam ettikçe, yonga temizleme teknolojisi daha verimli ve çevre dostu çözümlere doğru evriliyor. Gelecekteki temizleme teknolojileri şunlara odaklanacak:
Nanometre Altı Parçacık Giderimi: Mevcut temizleme teknolojileri nanometre ölçeğindeki parçacıkları işleyebilir, ancak cihaz boyutunun daha da küçülmesiyle nanometre altı parçacıkların giderilmesi yeni bir zorluk haline gelecektir.
Yeşil ve Çevre Dostu Temizlik: Çevreye zararlı kimyasalların kullanımını azaltmak ve ozon temizliği, megasonik temizlik gibi daha çevre dostu temizlik yöntemleri geliştirmek giderek daha da önemli hale gelecektir.
Daha Yüksek Otomasyon ve Zeka Seviyeleri: Akıllı sistemler, temizleme süreci boyunca çeşitli parametrelerin gerçek zamanlı olarak izlenmesini ve ayarlanmasını sağlayarak, temizleme etkinliğini ve üretim verimliliğini daha da artıracaktır.
Yarı iletken üretiminde kritik bir adım olan wafer temizleme teknolojisi, sonraki süreçler için temiz wafer yüzeyleri sağlamada hayati bir rol oynar. Çeşitli temizleme yöntemlerinin birleşimi, kirleticileri etkili bir şekilde temizleyerek sonraki adımlar için temiz bir alt tabaka yüzeyi sağlar. Teknoloji ilerledikçe, temizleme süreçleri yarı iletken üretiminde daha yüksek hassasiyet ve daha düşük hata oranları taleplerini karşılamak için optimize edilmeye devam edecektir.
Gönderi zamanı: 08-Eki-2024