Islak temizleme (Wet Clean), yarı iletken üretim süreçlerinde kritik adımlardan biridir ve sonraki işlem adımlarının temiz bir yüzey üzerinde gerçekleştirilebilmesi için yonga yüzeyindeki çeşitli kirleticilerin uzaklaştırılmasını amaçlar.
Yarı iletken cihazların boyutları küçülmeye ve hassasiyet gereksinimleri artmaya devam ettikçe, gofret temizleme işlemlerinin teknik talepleri giderek daha da katı hale gelmiştir. Gofret yüzeyindeki en küçük parçacıklar, organik maddeler, metal iyonları veya oksit kalıntıları bile cihaz performansını önemli ölçüde etkileyebilir ve bu da yarı iletken cihazların verimliliğini ve güvenilirliğini etkiler.
Yonga Levha Temizliğinin Temel Prensipleri
Yonga levha temizliğinin özü, yonga levhasının yüzeyindeki çeşitli kirleticileri fiziksel, kimyasal ve diğer yöntemlerle etkili bir şekilde uzaklaştırarak, levhanın sonraki işlemler için uygun, temiz bir yüzeye sahip olmasını sağlamaktır.
Kirlilik Türü
Cihaz Özelliklerini Etkileyen Başlıca Faktörler
| Makale Kirlenmesi | Desen kusurları
İyon implantasyon kusurları
Yalıtım filmi arızaları
| |
| Metalik Kirlenme | Alkali Metaller | MOS transistör kararsızlığı
Kapı oksit filminin bozulması/aşınması
|
| Ağır Metaller | Artan PN bağlantı ters kaçak akımı
Kapı oksit filmi bozulma kusurları
Azınlık taşıyıcı ömrü bozulması
Oksit uyarım katmanı 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 (disk, mercek, ayna, maske, nişangah)
|
| İnorganik Katkı Maddeleri (B, P) | MOS transistörünün Vth kaymaları
Si alt tabaka ve yüksek dirençli poli-silikon levha direnç varyasyonları
| |
| İnorganik Bazlar (aminler, amonyak) ve Asitler (SOx) | Kimyasal olarak güçlendirilmiş dirençlerin çözünürlüğünün bozulması
Tuz oluşumu nedeniyle partikül kirliliği ve pus oluşumu
| |
| Nem ve Hava Nedeniyle Oluşan Doğal ve Kimyasal Oksit Filmleri | Artan temas direnci
Kapı oksit filminin bozulması/aşınması
| |
Özellikle, yonga temizleme işleminin hedefleri şunlardır:
Parçacık Giderme: Yonga yüzeyine yapışmış küçük parçacıkları fiziksel veya kimyasal yöntemlerle uzaklaştırma işlemidir. Daha küçük parçacıklar, aralarındaki güçlü elektrostatik kuvvetler nedeniyle uzaklaştırılması daha zordur ve özel işlem gerektirir.
Organik Madde Giderimi: Yağ ve fotorezist kalıntıları gibi organik kirleticiler, yonga yüzeyine yapışabilir. Bu kirleticiler genellikle güçlü oksitleyici maddeler veya çözücüler kullanılarak giderilir.
Metal İyonlarının Giderilmesi: Yonga yüzeyindeki metal iyon kalıntıları elektriksel performansı düşürebilir ve hatta sonraki işlem adımlarını etkileyebilir. Bu nedenle, bu iyonları gidermek için özel kimyasal çözümler kullanılır.
Oksit Giderme: Bazı işlemler, silikon oksit gibi oksit tabakalarından arındırılmış bir gofret yüzeyi gerektirir. Bu gibi durumlarda, belirli temizleme adımları sırasında doğal oksit tabakalarının giderilmesi gerekir.
Yonga levha temizleme teknolojisinin zorluğu, yüzey pürüzlenmesi, korozyon veya diğer fiziksel hasarlar gibi yonga levha yüzeyini olumsuz etkilemeden kirleticileri verimli bir şekilde uzaklaştırmaktır.
2. Yonga Levha Temizleme İşlem Akışı
Yonga levha temizleme işlemi, kirleticilerin tamamen giderilmesini ve tamamen temiz bir yüzey elde edilmesini sağlamak için genellikle birden fazla adım içerir.
Şekil: Toplu ve Tekli Yonga Temizleme Yöntemlerinin Karşılaştırılması
Tipik bir silikon levha temizleme işlemi aşağıdaki ana adımları içerir:
1. Ön Temizleme (Pre-Clean)
Ön temizliğin amacı, genellikle deiyonize su (DI su) ile durulama ve ultrasonik temizleme yoluyla, yonga yüzeyinden gevşek kirleticileri ve büyük parçacıkları uzaklaştırmaktır. Deiyonize su, yonga yüzeyinden parçacıkları ve çözünmüş safsızlıkları başlangıçta uzaklaştırabilirken, ultrasonik temizleme, parçacıklar ve yonga yüzeyi arasındaki bağı kırmak için kavitasyon etkilerini kullanır ve bu da parçacıkların daha kolay yerinden çıkarılmasını sağlar.
2. Kimyasal Temizlik
Kimyasal temizleme, yonga levhası temizleme sürecinin temel adımlarından biridir ve yonga levhası yüzeyinden organik maddeleri, metal iyonlarını ve oksitleri uzaklaştırmak için kimyasal çözeltiler kullanılır.
Organik Madde Giderimi: Genellikle 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 oranında, yaklaşık 20°C çalışma sıcaklığında.
Metal İyonlarının Giderilmesi: Yonga yüzeyinden metal iyonlarını uzaklaştırmak için nitrik asit veya hidroklorik asit/peroksit karışımları (SC-2) kullanılır. SC-2 çözeltisi için tipik oran HCl'dir.
₂O₂
₂O = 1:1:6 oranında, sıcaklık yaklaşık 80°C'de sabit tutularak.
Oksit Giderimi: Bazı işlemlerde, gofret yüzeyindeki doğal oksit tabakasının giderilmesi gerekir ve bunun için hidroflorik asit (HF) çözeltisi kullanılır. HF çözeltisi için tipik oran HF/HF'dir.
₂O = 1:50 oranındadır ve oda sıcaklığında kullanılabilir.
3. Son Temizlik
Kimyasal temizliğin ardından, yonga levhaları genellikle yüzeyde hiçbir kimyasal kalıntı kalmadığından emin olmak için son bir temizleme işlemine tabi tutulur. Son temizleme işleminde, kapsamlı durulama için çoğunlukla deiyonize su kullanılır. Ek olarak, yonga levhası yüzeyinden kalan kirleticileri daha da uzaklaştırmak için ozonlu su temizliği (O₃/H₂O) kullanılır.
4. Kurutma
Temizlenen silikon levhalar, su lekelerinin oluşmasını veya kirleticilerin yeniden yapışmasını önlemek için hızla kurutulmalıdır. Yaygın kurutma yöntemleri arasında santrifüjle kurutma ve azot gazı ile temizleme bulunur. İlki, yüksek hızlarda döndürerek silikon levha yüzeyindeki nemi uzaklaştırırken, ikincisi silikon levha yüzeyine kuru azot gazı üfleyerek tam kurutmayı sağlar.
Kirletici
Temizleme İşlemi Adı
Kimyasal Karışım Tanımı
Kimyasallar
| Parçacıklar | Piranha (SPM) | Sülfürik asit/hidrojen peroksit/saf su | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonyum hidroksit/hidrojen peroksit/saf su | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Metaller (bakır hariç) | SC-2 (HPM) | Hidroklorik asit/hidrojen peroksit/saf su | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Sülfürik asit/hidrojen peroksit/saf su | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Seyreltilmiş hidroflorik asit/saf su (bakırı gidermez) | HF/H2O1:50 | |
| Organikler | Piranha (SPM) | Sülfürik asit/hidrojen peroksit/saf su | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Amonyum hidroksit/hidrojen peroksit/saf su | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | İyonize edilmemiş sudaki ozon | O3/H2O Optimize Edilmiş Karışımlar | |
| Doğal Oksit | DHF | Seyreltilmiş hidroflorik asit/saf su | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Tamponlanmış hidroflorik asit | NH4F/HF/H2O |
3. Yaygın Yonga Levhası Temizleme Yöntemleri
1. RCA Temizleme Yöntemi
RCA temizleme yöntemi, yarı iletken endüstrisindeki en klasik yonga temizleme tekniklerinden biridir ve 40 yılı aşkın bir süre önce RCA Corporation tarafından geliştirilmiştir. 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, amonyak, hidrojen peroksit ve su karışımından oluşur ve yonga yüzeyinde ince bir silikon oksit tabakası oluşturur.
SC-2 Temizleme: Bu adım, öncelikle hidroklorik asit, hidrojen peroksit ve su karışımı kullanılarak metal iyonu kirleticilerini gidermek için kullanılır. Yeniden kirlenmeyi önlemek için yonga yüzeyinde ince bir pasivasyon tabakası bırakır.
2. Piranha Temizleme Yöntemi (Piranha Aşındırma Yöntemi)
Piranha temizleme yöntemi, genellikle 3:1 veya 4:1 oranında sülfürik asit ve hidrojen peroksit karışımı kullanılarak organik maddelerin uzaklaştırılmasında oldukça etkili bir tekniktir. Bu çözeltinin son derece güçlü oksidatif özellikleri nedeniyle, büyük miktarda organik maddeyi ve inatçı kirleticileri giderebilir. Bu yöntem, özellikle sıcaklık ve konsantrasyon açısından, yonga levhasına zarar vermemek için koşulların sıkı bir şekilde kontrol edilmesini gerektirir.
Ultrasonik temizleme, yüksek frekanslı ses dalgalarının bir sıvı içinde oluşturduğu kavitasyon etkisini kullanarak yonga yüzeyindeki kirleticileri uzaklaştırır. Geleneksel ultrasonik temizlemeye kıyasla, megasonik temizleme daha yüksek bir frekansta çalışır ve bu da yonga yüzeyine zarar vermeden mikron altı boyutlu parçacıkların daha verimli bir şekilde uzaklaştırılmasını sağlar.
4. Ozonla Temizleme
Ozon temizleme teknolojisi, ozonun güçlü oksitleyici özelliklerinden yararlanarak, yonga yüzeyindeki organik kirleticileri ayrıştırıp uzaklaştırır ve nihayetinde zararsız karbondioksit ve suya dönüştürür. Bu yöntem, pahalı kimyasal reaktiflerin kullanımını gerektirmez ve daha az çevre kirliliğine neden olur; bu da onu yonga temizleme alanında yükselen bir teknoloji haline getirmektedir.
4. Yonga Levha Temizleme Prosesi Ekipmanları
Yarı iletken üretiminde, gofret temizleme işlemlerinin verimliliğini ve güvenliğini sağlamak için çeşitli gelişmiş temizleme ekipmanları kullanılmaktadır. Başlıca türleri şunlardır:
1. Islak Temizleme Ekipmanları
Islak temizleme ekipmanları arasında çeşitli daldırma tankları, ultrasonik temizleme tankları ve santrifüj kurutucular bulunur. Bu cihazlar, gofret yüzeyindeki kirleticileri gidermek için mekanik kuvvetleri ve kimyasal reaktifleri birleştirir. Daldırma tankları, kimyasal çözeltilerin stabilitesini ve etkinliğini sağlamak için genellikle sıcaklık kontrol sistemleriyle donatılmıştır.
2. Kuru Temizleme Ekipmanları
Kuru temizleme ekipmanları esas olarak plazma temizleyicileri içerir; bu temizleyiciler, plazmadaki yüksek enerjili parçacıkları kullanarak yonga yüzeyindeki kalıntılarla reaksiyona girer ve onları temizler. Plazma temizleme, özellikle kimyasal kalıntı bırakmadan yüzey bütünlüğünü korumayı gerektiren işlemler için uygundur.
3. Otomatik Temizleme Sistemleri
Yarı iletken üretiminin sürekli genişlemesiyle birlikte, otomatik temizleme sistemleri büyük ölçekli wafer temizliği için tercih edilen seçenek haline gelmiştir. Bu sistemler genellikle otomatik transfer mekanizmaları, çok tanklı temizleme sistemleri ve her wafer için tutarlı temizleme sonuçları sağlamak üzere hassas kontrol sistemleri içerir.
5. Gelecek Trendler
Yarı iletken cihazlar küçülmeye devam ettikçe, gofret temizleme teknolojisi daha verimli ve çevre dostu çözümlere doğru evriliyor. Geleceğin temizleme teknolojileri şunlara odaklanacak:
Nanometre Altı Parçacıkların Giderilmesi: Mevcut temizleme teknolojileri nanometre ölçekli 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 ve megasonik temizlik gibi daha çevre dostu temizlik yöntemleri geliştirmek giderek daha önemli hale gelecektir.
Daha Yüksek Otomasyon ve Zeka Seviyeleri: Akıllı sistemler, temizleme işlemi sırasında çeşitli parametrelerin gerçek zamanlı olarak izlenmesini ve ayarlanmasını sağlayarak temizleme etkinliğini ve üretim verimliliğini daha da artıracaktır.
Yarı iletken üretiminde kritik bir adım olan gofret temizleme teknolojisi, sonraki işlemler için temiz gofret yüzeylerinin sağlanmasında hayati bir rol oynar. Çeşitli temizleme yöntemlerinin birleşimi, kirleticileri etkili bir şekilde uzaklaştırarak 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.
Yayın tarihi: 08.10.2024