Islak temizleme (Wet Clean), yarı iletken üretim süreçlerinde kritik adımlardan biri olup, yonga yüzeyindeki çeşitli kirleticileri temizleyerek sonraki işlem adımlarının temiz bir yüzeyde gerçekleştirilebilmesini sağlamayı amaçlamaktadır.
Yarı iletken cihazların boyutları küçülmeye ve hassasiyet gereksinimleri artmaya devam ettikçe, yonga plakası temizleme işlemlerinin teknik gereklilikleri giderek daha katı hale gelmiştir. Yonga plakası yüzeyindeki en küçük parçacıklar, organik maddeler, metal iyonları veya oksit kalıntıları bile cihaz performansını önemli ölçüde etkileyerek yarı iletken cihazların verimini ve güvenilirliğini olumsuz etkileyebilir.
Wafer Temizliğinin Temel Prensipleri
Gofret temizliğinin özü, gofretin sonraki işlemlere uygun temiz bir yüzeye sahip olmasını sağlamak için fiziksel, kimyasal ve diğer yöntemlerle çeşitli kirleticilerin gofret yüzeyinden etkili bir şekilde uzaklaştırılmasıdır.
Kirlenme Türü
Cihaz Özellikleri Üzerindeki Başlıca Etkiler
| makale Kontaminasyonu | Desen kusurları
İyon implantasyon kusurları
Yalıtım filmi bozulma 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 oluşumu
| |
| Nem ve Havadan Kaynaklanan Doğal ve Kimyasal Oksit Filmler | Arttırılmış temas direnci
Kapı oksit filminin bozulması/bozulması
| |
Özellikle, gofret temizleme işleminin hedefleri şunlardır:
Parçacık Giderimi: Gofret yüzeyine yapışmış küçük parçacıkları gidermek için fiziksel veya kimyasal yöntemler kullanılır. Küçük parçacıkların çıkarılması, aralarındaki güçlü elektrostatik kuvvetler nedeniyle daha zordur ve özel işlem gerektirir.
Organik Madde Giderimi: Yağ 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, gofret yüzeyinin silikon oksit gibi oksit tabakalarından arındırılmasını gerektirir. Bu gibi durumlarda, belirli temizlik adımları sırasında doğal oksit tabakalarının da giderilmesi gerekir.
Wafer temizleme teknolojisinin zorluğu, yüzey pürüzlenmesi, korozyon veya diğer fiziksel hasarları önlemek gibi wafer yüzeyini olumsuz etkilemeden kirleticileri etkili bir şekilde temizlemektir.
2. Wafer Temizleme İşlem Akışı
Gofret temizleme işlemi, kirleticilerin tamamen giderilmesini ve tamamen temiz bir yüzey elde edilmesini sağlamak için genellikle birden fazla adımdan oluşur.
Şekil: Toplu Tip ve Tekli Gofret Temizleme Arasındaki Karşılaştırma
Tipik bir gofret temizleme işlemi aşağıdaki ana adımları içerir:
1. Ön Temizleme (Pre-Clean)
Ön temizlemenin amacı, genellikle deiyonize su (DI Su) ile durulama ve ultrasonik temizleme yoluyla elde edilen, gevşek kirleticileri ve büyük parçacıkları gofret yüzeyinden uzaklaştırmaktır. Deiyonize su, başlangıçta gofret yüzeyindeki parçacıkları ve çözünmüş kirleticileri giderebilirken, ultrasonik temizleme, parçacıklar ile gofret yüzeyi arasındaki bağı kırmak için kavitasyon etkilerinden yararlanarak parçacıkların yerinden çıkmasını 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: Organik kirleticileri çözmek ve oksitlemek için genellikle 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: Metal iyonlarını gofret yüzeyinden 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, sıcaklık yaklaşık 80°C'de tutulur.
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'dir.
₂O = 1:50'dir ve oda sıcaklığında kullanılabilir.
3. Son Temizlik
Kimyasal temizlemeden sonra, yonga plakaları genellikle yüzeyde kimyasal kalıntı kalmamasını sağlamak için son bir temizleme işleminden geçer. Son temizlemede, derinlemesine durulama için çoğunlukla deiyonize su kullanılır. Ayrıca, yonga plakası yüzeyindeki kalan kirleticileri daha da 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 sık kurutma ve azotla temizleme bulunur. Sık kurutma, yüksek hızlarda dönerek gofret yüzeyindeki nemi giderirken, azotla temizleme, gofret yüzeyine kuru azot gazı üfleyerek tam kurutma sağlar.
Kirletici
Temizleme Prosedürü Adı
Kimyasal Karışım Açıklaması
Kimyasallar
| Parçacıklar | Piranha (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 |
| Piranha (SPM) | Sülfürik asit/hidrojen peroksit/DI su | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Seyreltik hidroflorik asit/DI su (bakırı uzaklaştırmaz) | HF/H2O1:50 | |
| Organikler | Piranha (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 | Deiyonize suda ozon | O3/H2O Optimize Edilmiş Karışımlar | |
| Yerli Oksit | DHF | Seyreltik hidroflorik asit/DI su | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Tamponlu hidroflorik asit | NH4F/HF/H2O |
3. Yaygın Wafer Temizleme Yöntemleri
1. RCA Temizleme Yöntemi
RCA temizleme yöntemi, 40 yılı aşkın 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 partikülleri gidermek için kullanılır. Çözelti, gofret yüzeyinde ince bir silikon oksit tabakası oluşturan amonyak, hidrojen peroksit ve su karışımından oluşur.
SC-2 Temizleme: Bu adım, esas olarak hidroklorik asit, hidrojen peroksit ve su karışımı kullanılarak metal iyon kirleticilerini gidermek için kullanılır. Bu işlem, gofret yüzeyinde yeniden kirlenmeyi önlemek için 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 sayesinde, büyük miktarda organik madde ve inatçı kirleticileri giderebilir. Bu yöntem, yonga plakasına zarar vermemek için özellikle sıcaklık ve konsantrasyon açısından koşulların sıkı bir şekilde kontrol edilmesini gerektirir.
Ultrasonik temizleme, bir sıvı içinde yüksek frekanslı ses dalgalarının oluşturduğu kavitasyon etkisini kullanarak, gofret yüzeyindeki kirleticileri giderir. Geleneksel ultrasonik temizlemeye kıyasla, megasonik temizleme daha yüksek bir frekansta çalışır ve gofret yüzeyine zarar vermeden mikron altı boyutlu parçacıkların daha verimli bir şekilde giderilmesini sağlar.
4. Ozon Temizliği
Ozon temizleme teknolojisi, ozonun güçlü oksitleyici özelliklerinden yararlanarak gofret yüzeyindeki organik kirleticileri ayrıştırır ve uzaklaştırır, sonuçta 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 gelişmekte olan bir teknoloji haline getirir.
4. Wafer Temizleme İşlemi Ekipmanları
Yarı iletken üretiminde, yonga temizleme süreçlerinin 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 santrifüjlü kurutucular bulunur. Bu cihazlar, gofret yüzeyindeki kirleticileri gidermek için mekanik kuvvetleri ve kimyasal reaktifleri bir araya getirir. 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. Plazmadaki yüksek enerjili parçacıklar, gofret yüzeyindeki kalıntıları gidermek için reaksiyona girer. Plazma temizleme, kimyasal kalıntı bırakmadan yüzey bütünlüğünün korunmasını gerektiren işlemler için özellikle uygundur.
3. Otomatik Temizleme Sistemleri
Yarı iletken üretiminin sürekli genişlemesiyle birlikte, otomatik temizleme sistemleri büyük ölçekli gofret temizliği için tercih edilen seçenek haline gelmiştir. Bu sistemler genellikle otomatik transfer mekanizmaları, çok tanklı temizleme sistemleri ve her gofret için tutarlı temizlik sonuçları sağlayan hassas kontrol sistemleri içerir.
5. Gelecek Trendler
Yarı iletken cihazların sayısı azalmaya devam ettikçe, yonga temizleme teknolojisi daha verimli ve çevre dostu çözümlere doğru evriliyor. Geleceğin 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 gelecek.
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 yonga temizleme teknolojisi, sonraki süreçler için yonga yüzeylerinin temiz kalmasını sağlamada hayati bir rol oynar. Çeşitli temizleme yöntemlerinin birleşimi, kirleticileri etkili bir şekilde gidererek 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 üzere optimize edilmeye devam edecektir.
Gönderim zamanı: 08-Eki-2024