Pembersihan basah (Wet Clean) merupakan salah satu langkah kritikal dalam proses pembuatan semikonduktor, yang bertujuan untuk membuang pelbagai bahan cemar daripada permukaan wafer bagi memastikan langkah proses seterusnya dapat dilakukan pada permukaan yang bersih.
Memandangkan saiz peranti semikonduktor terus mengecil dan keperluan ketepatan meningkat, permintaan teknikal proses pembersihan wafer menjadi semakin ketat. Malah zarah terkecil, bahan organik, ion logam atau sisa oksida pada permukaan wafer boleh memberi kesan yang ketara kepada prestasi peranti, sekali gus menjejaskan hasil dan kebolehpercayaan peranti semikonduktor.
Prinsip Teras Pembersihan Wafer
Inti pembersihan wafer terletak pada penyingkiran pelbagai bahan cemar dari permukaan wafer secara berkesan melalui kaedah fizikal, kimia dan kaedah lain untuk memastikan wafer mempunyai permukaan bersih yang sesuai untuk pemprosesan berikutnya.
Jenis Pencemaran
Pengaruh Utama terhadap Ciri-ciri Peranti
| Pencemaran artikel | Kecacatan corak
Kecacatan implantasi ion
Kecacatan kerosakan filem penebat
| |
| Pencemaran Logam | Logam Alkali | Ketidakstabilan transistor MOS
Kerosakan/degradasi filem oksida pintu
|
| Logam Berat | Arus kebocoran songsang simpang PN yang meningkat
Kecacatan kerosakan filem oksida pintu
Degradasi seumur hidup pembawa minoriti
Penjanaan kecacatan lapisan pengujaan oksida
| |
| Pencemaran Kimia | Bahan Organik | Kecacatan kerosakan filem oksida pintu
Variasi filem CVD (masa inkubasi)
Variasi ketebalan filem oksida terma (pengoksidaan dipercepatkan)
Kejadian jerebu (wafer, kanta, cermin, topeng, retikel)
|
| Dopan Bukan Organik (B, P) | Transistor MOS anjakan ke-V
Variasi rintangan substrat Si dan kepingan poli-silikon rintangan tinggi
| |
| Bes Bukan Organik (amina, ammonia) & Asid (SOx) | Degradasi resolusi rintangan yang dikuatkan secara kimia
Kejadian pencemaran zarah dan jerebu akibat penghasilan garam
| |
| Filem Oksida Asli dan Kimia Disebabkan oleh Kelembapan, Udara | Peningkatan rintangan sentuhan
Kerosakan/degradasi filem oksida pintu
| |
Secara khususnya, objektif proses pembersihan wafer termasuk:
Penyingkiran Zarah: Menggunakan kaedah fizikal atau kimia untuk membuang zarah-zarah kecil yang melekat pada permukaan wafer. Zarah-zarah yang lebih kecil lebih sukar untuk dibuang disebabkan oleh daya elektrostatik yang kuat antara zarah-zarah tersebut dan permukaan wafer, yang memerlukan rawatan khas.
Penyingkiran Bahan Organik: Bahan cemar organik seperti gris dan sisa fotoresis mungkin melekat pada permukaan wafer. Bahan cemar ini biasanya disingkirkan menggunakan agen pengoksidaan atau pelarut yang kuat.
Penyingkiran Ion Logam: Sisa ion logam pada permukaan wafer boleh merendahkan prestasi elektrik dan juga menjejaskan langkah pemprosesan berikutnya. Oleh itu, larutan kimia tertentu digunakan untuk menyingkirkan ion-ion ini.
Penyingkiran Oksida: Sesetengah proses memerlukan permukaan wafer bebas daripada lapisan oksida, seperti silikon oksida. Dalam kes sedemikian, lapisan oksida semula jadi perlu ditanggalkan semasa langkah pembersihan tertentu.
Cabaran teknologi pembersihan wafer terletak pada penyingkiran bahan cemar yang cekap tanpa menjejaskan permukaan wafer secara negatif, seperti mencegah kekasaran permukaan, kakisan atau kerosakan fizikal yang lain.
2. Aliran Proses Pembersihan Wafer
Proses pembersihan wafer biasanya melibatkan pelbagai langkah untuk memastikan penyingkiran sepenuhnya bahan cemar dan mencapai permukaan yang bersih sepenuhnya.
Rajah: Perbandingan Antara Pembersihan Jenis Kelompok dan Wafer Tunggal
Proses pembersihan wafer biasa merangkumi langkah-langkah utama berikut:
1. Pra-Pembersihan (Pra-Pembersihan)
Tujuan pra-pembersihan adalah untuk membuang bahan cemar longgar dan zarah besar dari permukaan wafer, yang biasanya dicapai melalui pembilasan air ternyahion (Air DI) dan pembersihan ultrasonik. Air ternyahion pada mulanya boleh membuang zarah dan bendasing terlarut dari permukaan wafer, manakala pembersihan ultrasonik menggunakan kesan peronggaan untuk memutuskan ikatan antara zarah dan permukaan wafer, menjadikannya lebih mudah untuk disingkirkan.
2. Pembersihan Kimia
Pembersihan kimia merupakan salah satu langkah teras dalam proses pembersihan wafer, menggunakan larutan kimia untuk menyingkirkan bahan organik, ion logam dan oksida daripada permukaan wafer.
Penyingkiran Bahan Organik: Biasanya, aseton atau campuran ammonia/peroksida (SC-1) digunakan untuk melarutkan dan mengoksidakan bahan cemar organik. Nisbah tipikal untuk larutan SC-1 ialah NH₄OH
₂O₂
₂O = 1:1:5, dengan suhu kerja sekitar 20°C.
Penyingkiran Ion Logam: Campuran asid nitrik atau asid hidroklorik/peroksida (SC-2) digunakan untuk menyingkirkan ion logam daripada permukaan wafer. Nisbah tipikal untuk larutan SC-2 ialah HCl
₂O₂
₂O = 1:1:6, dengan suhu dikekalkan pada kira-kira 80°C.
Penyingkiran Oksida: Dalam sesetengah proses, penyingkiran lapisan oksida asli daripada permukaan wafer diperlukan, yang mana larutan asid hidrofluorik (HF) digunakan. Nisbah tipikal untuk larutan HF ialah HF
₂O = 1:50, dan ia boleh digunakan pada suhu bilik.
3. Pembersihan Akhir
Selepas pembersihan kimia, wafer biasanya menjalani langkah pembersihan terakhir untuk memastikan tiada sisa kimia yang tertinggal di permukaan. Pembersihan akhir terutamanya menggunakan air ternyahion untuk pembilasan menyeluruh. Selain itu, pembersihan air ozon (O₃/H₂O) digunakan untuk menyingkirkan lebih lanjut sebarang bahan cemar yang tinggal dari permukaan wafer.
4. Pengeringan
Wafer yang telah dibersihkan mesti dikeringkan dengan cepat untuk mengelakkan tanda air atau melekat semula bahan cemar. Kaedah pengeringan biasa termasuk pengeringan putaran dan pembersihan nitrogen. Yang pertama menghilangkan kelembapan dari permukaan wafer dengan berputar pada kelajuan tinggi, manakala yang kedua memastikan pengeringan lengkap dengan meniup gas nitrogen kering merentasi permukaan wafer.
Bahan pencemar
Nama Prosedur Pembersihan
Penerangan Campuran Kimia
Bahan kimia
| Zarah | Piranha (SPM) | Asid sulfurik/hidrogen peroksida/air DI | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Air ammonium hidroksida/hidrogen peroksida/DI | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Logam (bukan kuprum) | SC-2 (HPM) | Asid hidroklorik/hidrogen peroksida/air DI | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
| Piranha (SPM) | Asid sulfurik/hidrogen peroksida/air DI | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| DHF | Cairkan asid hidrofluorik/air DI (tidak akan menanggalkan kuprum) | HF/H2O1:50 | |
| Organik | Piranha (SPM) | Asid sulfurik/hidrogen peroksida/air DI | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Air ammonium hidroksida/hidrogen peroksida/DI | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozon dalam air yang dinyah-ionkan | Campuran Optimum O3/H2O | |
| Oksida Asli | DHF | Cairkan asid hidrofluorik/air DI | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Asid hidrofluorik terbiar | NH4F/HF/H2O |
3. Kaedah Pembersihan Wafer Biasa
1. Kaedah Pembersihan RCA
Kaedah pembersihan RCA merupakan salah satu teknik pembersihan wafer paling klasik dalam industri semikonduktor, yang dibangunkan oleh RCA Corporation lebih 40 tahun yang lalu. Kaedah ini digunakan terutamanya untuk membuang bahan cemar organik dan bendasing ion logam dan boleh diselesaikan dalam dua langkah: SC-1 (Pembersihan Standard 1) dan SC-2 (Pembersihan Standard 2).
Pembersihan SC-1: Langkah ini digunakan terutamanya untuk membuang bahan cemar dan zarah organik. Larutan ini merupakan campuran ammonia, hidrogen peroksida dan air, yang membentuk lapisan silikon oksida nipis pada permukaan wafer.
Pembersihan SC-2: Langkah ini digunakan terutamanya untuk membuang bahan cemar ion logam, menggunakan campuran asid hidroklorik, hidrogen peroksida dan air. Ia meninggalkan lapisan pasifasi nipis pada permukaan wafer untuk mencegah pencemaran semula.
2. Kaedah Pembersihan Piranha (Pembersihan Etsa Piranha)
Kaedah pembersihan Piranha merupakan teknik yang sangat berkesan untuk menyingkirkan bahan organik, menggunakan campuran asid sulfurik dan hidrogen peroksida, biasanya dalam nisbah 3:1 atau 4:1. Disebabkan sifat oksidatif yang sangat kuat dalam larutan ini, ia boleh menyingkirkan sejumlah besar bahan organik dan bahan cemar degil. Kaedah ini memerlukan kawalan keadaan yang ketat, terutamanya dari segi suhu dan kepekatan, untuk mengelakkan kerosakan pada wafer.
Pembersihan ultrasonik menggunakan kesan peronggaan yang dihasilkan oleh gelombang bunyi frekuensi tinggi dalam cecair untuk menyingkirkan bahan cemar daripada permukaan wafer. Berbanding dengan pembersihan ultrasonik tradisional, pembersihan megasonik beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi, membolehkan penyingkiran zarah bersaiz sub-mikron yang lebih cekap tanpa menyebabkan kerosakan pada permukaan wafer.
4. Pembersihan Ozon
Teknologi pembersihan ozon menggunakan sifat pengoksidaan ozon yang kuat untuk mengurai dan menyingkirkan bahan cemar organik daripada permukaan wafer, akhirnya menukarkannya kepada karbon dioksida dan air yang tidak berbahaya. Kaedah ini tidak memerlukan penggunaan reagen kimia yang mahal dan menyebabkan kurang pencemaran alam sekitar, menjadikannya teknologi yang sedang muncul dalam bidang pembersihan wafer.
4. Peralatan Proses Pembersihan Wafer
Untuk memastikan kecekapan dan keselamatan proses pembersihan wafer, pelbagai peralatan pembersihan canggih digunakan dalam pembuatan semikonduktor. Jenis utama termasuk:
1. Peralatan Pembersihan Basah
Peralatan pembersihan basah merangkumi pelbagai tangki rendaman, tangki pembersihan ultrasonik dan pengering putaran. Peranti ini menggabungkan daya mekanikal dan reagen kimia untuk menyingkirkan bahan cemar daripada permukaan wafer. Tangki rendaman biasanya dilengkapi dengan sistem kawalan suhu untuk memastikan kestabilan dan keberkesanan larutan kimia.
2. Peralatan Cucian Kering
Peralatan cucian kering terutamanya merangkumi pembersih plasma, yang menggunakan zarah bertenaga tinggi dalam plasma untuk bertindak balas dan membuang sisa daripada permukaan wafer. Pembersihan plasma amat sesuai untuk proses yang memerlukan pengekalan integriti permukaan tanpa memperkenalkan sisa kimia.
3. Sistem Pembersihan Automatik
Dengan perkembangan berterusan pengeluaran semikonduktor, sistem pembersihan automatik telah menjadi pilihan utama untuk pembersihan wafer berskala besar. Sistem ini selalunya merangkumi mekanisme pemindahan automatik, sistem pembersihan berbilang tangki dan sistem kawalan ketepatan untuk memastikan hasil pembersihan yang konsisten untuk setiap wafer.
5. Trend Masa Depan
Memandangkan peranti semikonduktor terus mengecut, teknologi pembersihan wafer sedang berkembang ke arah penyelesaian yang lebih cekap dan mesra alam. Teknologi pembersihan masa hadapan akan memberi tumpuan kepada:
Penyingkiran Zarah Sub-nanometer: Teknologi pembersihan sedia ada boleh mengendalikan zarah berskala nanometer, tetapi dengan pengurangan saiz peranti selanjutnya, penyingkiran zarah sub-nanometer akan menjadi satu cabaran baharu.
Pembersihan Hijau dan Mesra Alam: Mengurangkan penggunaan bahan kimia yang berbahaya kepada alam sekitar dan membangunkan kaedah pembersihan yang lebih mesra alam, seperti pembersihan ozon dan pembersihan megasonik, akan menjadi semakin penting.
Tahap Automasi dan Kecerdasan yang Lebih Tinggi: Sistem pintar akan membolehkan pemantauan dan pelarasan masa nyata pelbagai parameter semasa proses pembersihan, seterusnya meningkatkan keberkesanan pembersihan dan kecekapan pengeluaran.
Teknologi pembersihan wafer, sebagai langkah kritikal dalam pembuatan semikonduktor, memainkan peranan penting dalam memastikan permukaan wafer bersih untuk proses seterusnya. Gabungan pelbagai kaedah pembersihan berkesan menghilangkan bahan cemar, memberikan permukaan substrat yang bersih untuk langkah seterusnya. Seiring dengan kemajuan teknologi, proses pembersihan akan terus dioptimumkan untuk memenuhi permintaan untuk ketepatan yang lebih tinggi dan kadar kecacatan yang lebih rendah dalam pembuatan semikonduktor.
Masa siaran: 8 Okt-2024