Teknologi Pembersihan Wafer dalam Pembuatan Semikonduktor

Teknologi Pembersihan Wafer dalam Pembuatan Semikonduktor

Pembersihan wafer merupakan langkah kritikal sepanjang keseluruhan proses pembuatan semikonduktor dan salah satu faktor utama yang secara langsung mempengaruhi prestasi peranti dan hasil pengeluaran. Semasa fabrikasi cip, pencemaran yang paling sedikit pun boleh merosakkan ciri-ciri peranti atau menyebabkan kegagalan sepenuhnya. Akibatnya, proses pembersihan digunakan sebelum dan selepas hampir setiap langkah pembuatan untuk membuang bahan cemar permukaan dan memastikan kebersihan wafer. Pembersihan juga merupakan operasi yang paling kerap dalam pengeluaran semikonduktor, merangkumi kira-kira30% daripada semua langkah proses.

Dengan penskalaan berterusan bagi integrasi berskala sangat besar (VLSI), nod proses telah maju ke28 nm, 14 nm, dan seterusnya, memacu ketumpatan peranti yang lebih tinggi, lebar garis yang lebih sempit dan aliran proses yang semakin kompleks. Nod lanjutan jauh lebih sensitif terhadap pencemaran, manakala saiz ciri yang lebih kecil menjadikan pembersihan lebih sukar. Akibatnya, bilangan langkah pembersihan terus meningkat dan pembersihan menjadi lebih kompleks, lebih kritikal dan lebih mencabar. Contohnya, cip 90 nm biasanya memerlukan kira-kira90 langkah pembersihan, manakala cip 20 nm memerlukan sekitar215 langkah pembersihanApabila pembuatan berkembang kepada 14 nm, 10 nm dan nod yang lebih kecil, bilangan operasi pembersihan akan terus meningkat.

Pada dasarnya,Pembersihan wafer merujuk kepada proses yang menggunakan rawatan kimia, gas atau kaedah fizikal untuk membuang bendasing dari permukaan waferBahan pencemar seperti zarah, logam, sisa organik dan oksida asli semuanya boleh menjejaskan prestasi, kebolehpercayaan dan hasil peranti secara negatif. Pembersihan berfungsi sebagai "jambatan" antara langkah fabrikasi berturut-turut—contohnya, sebelum pemendapan dan litografi, atau selepas pengetsaan, CMP (penggilapan mekanikal kimia) dan implantasi ion. Secara amnya, pembersihan wafer boleh dibahagikan kepadapembersihan basahdancucian kering.

Pembersihan Basah

Pembersihan basah menggunakan pelarut kimia atau air ternyahion (DIW) untuk membersihkan wafer. Dua pendekatan utama digunakan:

• Kaedah rendaman: wafer direndam dalam tangki yang diisi dengan pelarut atau DIW. Ini adalah kaedah yang paling banyak digunakan, terutamanya untuk nod teknologi matang.

• Kaedah semburan: pelarut atau DIW disembur ke atas wafer berputar untuk membuang bendasing. Walaupun rendaman membolehkan pemprosesan kelompok berbilang wafer, pembersihan semburan hanya mengendalikan satu wafer setiap ruang tetapi memberikan kawalan yang lebih baik, menjadikannya semakin biasa dalam nod lanjutan.

Cucian Kering

Seperti namanya, cucian kering mengelakkan pelarut atau DIW, sebaliknya menggunakan gas atau plasma untuk membuang bahan cemar. Dengan desakan ke arah nod canggih, cucian kering semakin penting keranaketepatan tinggidan keberkesanan terhadap bahan organik, nitrida dan oksida. Walau bagaimanapun, ia memerlukanpelaburan peralatan yang lebih tinggi, operasi yang lebih kompleks dan kawalan proses yang lebih ketatSatu lagi kelebihan ialah cucian kering mengurangkan jumlah air sisa yang besar yang dihasilkan oleh kaedah basah.

Teknik Pembersihan Basah Biasa

1. Pembersihan DIW (Air Ternyahion)

DIW ialah agen pembersih yang paling banyak digunakan dalam pembersihan basah. Tidak seperti air yang tidak dirawat, DIW hampir tidak mengandungi ion konduktif, yang menghalang kakisan, tindak balas elektrokimia atau degradasi peranti. DIW digunakan terutamanya dalam dua cara:

1. Pembersihan permukaan wafer secara langsung– Biasanya dilakukan dalam mod wafer tunggal dengan penggelek, berus atau muncung semburan semasa putaran wafer. Cabarannya ialah pengumpulan cas elektrostatik, yang boleh menyebabkan kecacatan. Untuk mengurangkannya, CO₂ (dan kadangkala NH₃) dilarutkan ke dalam DIW untuk meningkatkan kekonduksian tanpa mencemarkan wafer.

2. Membilas selepas pembersihan kimia– DIW menyingkirkan sisa larutan pembersih yang mungkin menghakis wafer atau merendahkan prestasi peranti jika dibiarkan di permukaan.

2. Pembersihan HF (Asid Hidrofluorik)

HF merupakan bahan kimia yang paling berkesan untuk menyingkirkanlapisan oksida asli (SiO₂)pada wafer silikon dan kedua selepas DIW dari segi kepentingan. Ia juga melarutkan logam yang melekat dan menyekat pengoksidaan semula. Walau bagaimanapun, pengetsaan HF boleh mengasarkan permukaan wafer dan menyerang logam tertentu secara tidak diingini. Untuk menangani isu-isu ini, kaedah yang dipertingkatkan mencairkan HF, menambah pengoksida, surfaktan atau agen pengkompleks untuk meningkatkan selektiviti dan mengurangkan pencemaran.

3. Pembersihan SC1 (Pembersihan Standard 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 merupakan kaedah yang kos efektif dan sangat cekap untuk menghapuskansisa organik, zarah, dan beberapa logamMekanisme ini menggabungkan tindakan pengoksidaan H₂O₂ dan kesan pelarutan NH₄OH. Ia juga menolak zarah melalui daya elektrostatik, dan bantuan ultrasonik/megasonik meningkatkan lagi kecekapan. Walau bagaimanapun, SC1 boleh mengasarkan permukaan wafer, yang memerlukan pengoptimuman nisbah kimia yang teliti, kawalan tegangan permukaan (melalui surfaktan), dan agen pengkelat untuk menyekat pemendapan semula logam.

4. Pembersihan SC2 (Pembersihan Standard 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 melengkapi SC1 dengan membuangbahan cemar logamKeupayaan kompleksasinya yang kuat menukarkan logam teroksida menjadi garam atau kompleks larut, yang kemudiannya dibilas. Walaupun SC1 berkesan untuk bahan organik dan zarah, SC2 amat berharga untuk mencegah penjerapan logam dan memastikan pencemaran logam yang rendah.

5. Pembersihan O₃ (Ozon)

Pembersihan ozon terutamanya digunakan untukmembuang bahan organikdanmembasmi kuman DIW. O₃ bertindak sebagai pengoksida yang kuat, tetapi boleh menyebabkan pemendapan semula, jadi ia sering digabungkan dengan HF. Pengoptimuman suhu adalah penting kerana keterlarutan O₃ dalam air berkurangan pada suhu yang lebih tinggi. Tidak seperti disinfektan berasaskan klorin (tidak boleh diterima dalam fabrik semikonduktor), O₃ terurai menjadi oksigen tanpa mencemari sistem DIW.

6. Pembersihan Pelarut Organik

Dalam proses khusus tertentu, pelarut organik digunakan apabila kaedah pembersihan standard tidak mencukupi atau tidak sesuai (contohnya, apabila pembentukan oksida mesti dielakkan).

Kesimpulan

Pembersihan wafer adalahlangkah yang paling kerap diulangdalam pembuatan semikonduktor dan memberi kesan langsung kepada hasil dan kebolehpercayaan peranti. Dengan langkah ke arahwafer yang lebih besar dan geometri peranti yang lebih kecil, keperluan untuk kebersihan permukaan wafer, keadaan kimia, kekasaran dan ketebalan oksida menjadi semakin ketat.

Artikel ini mengulas kedua-dua teknologi pembersihan wafer yang matang dan canggih, termasuk kaedah DIW, HF, SC1, SC2, O₃ dan pelarut organik, berserta mekanisme, kelebihan dan batasannya. Daripada kedua-duanyaperspektif ekonomi dan alam sekitar, penambahbaikan berterusan dalam teknologi pembersihan wafer adalah penting untuk memenuhi permintaan pembuatan semikonduktor termaju.