Pembersihan basah (Wet Clean) adalah salah satu langkah kritikal dalam proses pembuatan semikonduktor, bertujuan untuk membuang pelbagai bahan cemar dari permukaan wafer untuk memastikan langkah proses seterusnya dapat dilakukan pada permukaan yang bersih.
Apabila saiz peranti semikonduktor terus mengecil dan keperluan ketepatan meningkat, permintaan teknikal proses pembersihan wafer telah menjadi semakin ketat. Malah zarah terkecil, bahan organik, ion logam atau sisa oksida pada permukaan wafer boleh memberi kesan ketara kepada prestasi peranti, sekali gus menjejaskan hasil dan kebolehpercayaan peranti semikonduktor.
Prinsip Teras Pembersihan Wafer
Teras pembersihan wafer terletak pada penyingkiran pelbagai bahan cemar dari permukaan wafer dengan berkesan melalui kaedah fizikal, kimia dan lain-lain untuk memastikan wafer mempunyai permukaan bersih yang sesuai untuk pemprosesan seterusnya.
Jenis Pencemaran
Pengaruh Utama pada Ciri Peranti
| kontaminasi artikel | Kecacatan corak
Kecacatan implantasi ion
Kecacatan pecahan filem penebat
| |
| Pencemaran Logam | Logam Alkali | Ketidakstabilan transistor MOS
Pecahan/degradasi filem oksida pintu
|
| Logam Berat | Peningkatan arus bocor terbalik simpang PN
Kecacatan pecahan filem oksida pintu
Kemerosotan seumur hidup pembawa minoriti
Penjanaan kecacatan lapisan pengujaan oksida
| |
| Pencemaran Kimia | Bahan Organik | Kecacatan pecahan filem oksida pintu
Variasi filem CVD (masa inkubasi)
Variasi ketebalan filem oksida haba (pengoksidaan dipercepatkan)
Kejadian jerebu (wafer, kanta, cermin, topeng, reticle)
|
| Dopan Tak Organik (B, P) | Transistor MOS beralih Vth
substrat Si dan variasi rintangan kepingan poli-silikon rintangan tinggi
| |
| Bes Bukan Organik (amina, ammonia) & Asid (SOx) | Degradasi resolusi rintangan yang dikuatkan secara kimia
Berlakunya pencemaran zarah dan jerebu akibat penjanaan garam
| |
| Filem Oksida Asli dan Kimia Disebabkan Kelembapan, Udara | Peningkatan rintangan sentuhan
Pecahan/degradasi filem oksida pintu
| |
Secara khusus, objektif proses pembersihan wafer termasuk:
Penyingkiran Zarah: Menggunakan kaedah fizikal atau kimia untuk mengeluarkan zarah kecil yang melekat pada permukaan wafer. Zarah yang lebih kecil lebih sukar untuk dikeluarkan kerana daya elektrostatik yang kuat antara mereka dan permukaan wafer, memerlukan rawatan khas.
Penyingkiran Bahan Organik: Bahan cemar organik seperti gris dan sisa fotoresist 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 seterusnya. Oleh itu, larutan kimia khusus digunakan untuk membuang 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 dikeluarkan semasa langkah pembersihan tertentu.
Cabaran teknologi pembersihan wafer terletak pada penyingkiran bahan cemar dengan cekap tanpa menjejaskan permukaan wafer, seperti mencegah kekasaran permukaan, kakisan atau kerosakan fizikal yang lain.
2. Aliran Proses Pembersihan Wafer
Proses pembersihan wafer biasanya melibatkan beberapa langkah untuk memastikan penyingkiran bahan cemar sepenuhnya dan mencapai permukaan bersih sepenuhnya.
Rajah: Perbandingan Antara Jenis Batch dan Pembersihan Wafer Tunggal
Proses pembersihan wafer biasa termasuk langkah utama berikut:
1. Pra-Pembersihan (Pra-Pembersihan)
Tujuan pra-pembersihan adalah untuk membuang bahan cemar yang longgar dan zarah besar dari permukaan wafer, yang biasanya dicapai melalui pembilasan air ternyahion (DI Water) dan pembersihan ultrasonik. Air ternyahion pada mulanya boleh mengeluarkan zarah dan kekotoran terlarut dari permukaan wafer, manakala pembersihan ultrasonik menggunakan kesan peronggaan untuk memutuskan ikatan antara zarah dan permukaan wafer, menjadikannya lebih mudah untuk dislodge.
2. Pembersihan Kimia
Pembersihan kimia adalah salah satu langkah teras dalam proses pembersihan wafer, menggunakan larutan kimia untuk mengeluarkan bahan organik, ion logam dan oksida dari permukaan wafer.
Penyingkiran Bahan Organik: Biasanya, aseton atau campuran ammonia/peroksida (SC-1) digunakan untuk melarutkan dan mengoksidakan bahan cemar organik. Nisbah biasa 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 mengeluarkan ion logam dari permukaan wafer. Nisbah biasa 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 dari permukaan wafer diperlukan, yang mana larutan asid hidrofluorik (HF) digunakan. Nisbah biasa untuk penyelesaian 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 kekal di permukaan. Pembersihan akhir terutamanya menggunakan air ternyahion untuk pembilasan menyeluruh. Selain itu, pembersihan air ozon (O₃/H₂O) digunakan untuk terus membuang sebarang bahan cemar yang tertinggal daripada permukaan wafer.
4. Pengeringan
Wafer yang telah dibersihkan mesti dikeringkan dengan cepat untuk mengelakkan tera air atau melekat semula bahan cemar. Kaedah pengeringan biasa termasuk pengeringan putaran dan pembersihan nitrogen. Yang pertama menghilangkan lembapan dari permukaan wafer dengan berputar pada kelajuan tinggi, manakala yang kedua memastikan pengeringan lengkap dengan meniup gas nitrogen kering ke seluruh permukaan wafer.
bahan cemar
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) | Ammonium hidroksida/hidrogen peroksida/air DI | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| Logam (bukan tembaga) | 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 mengeluarkan kuprum) | HF/H2O1:50 | |
| organik | Piranha (SPM) | Asid sulfurik/hidrogen peroksida/air DI | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
| SC-1 (APM) | Ammonium hidroksida/hidrogen peroksida/air DI | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
| DIO3 | Ozon dalam air nyah-ion | Campuran Dioptimumkan O3/H2O | |
| Oksida asli | DHF | Cairkan asid hidrofluorik/air DI | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Asid hidrofluorik terbuffer | NH4F/HF/H2O |
3. Kaedah Pembersihan Wafer Biasa
1. Kaedah Pembersihan RCA
Kaedah pembersihan RCA ialah 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 kekotoran ion logam dan boleh diselesaikan dalam dua langkah: SC-1 (Standard Clean 1) dan SC-2 (Standard Clean 2).
Pembersihan SC-1: Langkah ini digunakan terutamanya untuk membuang bahan cemar dan zarah organik. Penyelesaiannya ialah 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 pempasifan nipis pada permukaan wafer untuk mengelakkan pencemaran semula.
2. Kaedah Pembersihan Piranha (Pembersih Etch Piranha)
Kaedah pembersihan Piranha ialah teknik yang sangat berkesan untuk mengeluarkan bahan organik, menggunakan campuran asid sulfurik dan hidrogen peroksida, biasanya dalam nisbah 3:1 atau 4:1. Oleh kerana sifat oksidatif yang sangat kuat bagi larutan ini, ia boleh mengeluarkan sejumlah besar bahan organik dan bahan cemar yang degil. Kaedah ini memerlukan kawalan ketat terhadap keadaan, terutamanya dari segi suhu dan kepekatan, untuk mengelakkan kerosakan wafer.
Pembersihan ultrasonik menggunakan kesan peronggaan yang dihasilkan oleh gelombang bunyi frekuensi tinggi dalam cecair untuk membuang bahan cemar dari 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 kuat ozon untuk mengurai dan membuang bahan cemar organik dari permukaan wafer, akhirnya menukarkannya kepada karbon dioksida dan air yang tidak berbahaya. Kaedah ini tidak memerlukan penggunaan reagen kimia yang mahal dan menyebabkan pencemaran alam sekitar yang kurang, menjadikannya teknologi baru 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 termasuk pelbagai tangki rendaman, tangki pembersihan ultrasonik dan pengering putaran. Peranti ini menggabungkan daya mekanikal dan reagen kimia untuk membuang bahan cemar dari permukaan wafer. Tangki rendaman biasanya dilengkapi dengan sistem kawalan suhu untuk memastikan kestabilan dan keberkesanan penyelesaian kimia.
2. Peralatan Cucian Kering
Peralatan cucian kering terutamanya termasuk pembersih plasma, yang menggunakan zarah tenaga tinggi dalam plasma untuk bertindak balas dengan dan mengeluarkan sisa dari permukaan wafer. Pembersihan plasma amat sesuai untuk proses yang memerlukan mengekalkan integriti permukaan tanpa memasukkan sisa kimia.
3. Sistem Pembersihan Automatik
Dengan pengembangan berterusan pengeluaran semikonduktor, sistem pembersihan automatik telah menjadi pilihan utama untuk pembersihan wafer berskala besar. Sistem ini selalunya termasuk mekanisme pemindahan automatik, sistem pembersihan berbilang tangki dan sistem kawalan ketepatan untuk memastikan hasil pembersihan yang konsisten untuk setiap wafer.
5. Trend Masa Depan
Apabila peranti semikonduktor terus mengecut, teknologi pembersihan wafer berkembang ke arah penyelesaian yang lebih cekap dan mesra alam. Teknologi pembersihan masa depan akan memberi tumpuan kepada:
Penyingkiran Zarah Sub-nanometer: Teknologi pembersihan sedia ada boleh mengendalikan zarah berskala nanometer, tetapi dengan pengurangan selanjutnya dalam saiz peranti, mengalih keluar zarah sub-nanometer akan menjadi cabaran baharu.
Pembersihan Hijau dan Mesra Alam: Mengurangkan penggunaan bahan kimia 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 Kepintaran yang Lebih Tinggi: Sistem pintar akan membolehkan pemantauan masa nyata dan pelarasan pelbagai parameter semasa proses pembersihan, meningkatkan lagi 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 membuang bahan cemar, menyediakan permukaan substrat yang bersih untuk langkah seterusnya. 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: Okt-08-2024