La production de circuits intégrés (IC) implique des processus méticuleux, mais les plaquettes de silicium sont souvent confrontées à la présence de divers contaminants dans des environnements de salle propre.Ces polluants, tels que les particules, les résidus organiques, les métaux et les oxydes, peuvent perturber la qualité structurelle des plaquettes, une préoccupation qui se tient à l'intersection de la technologie et de la science des matériaux.
Originaires de matériaux tels que les polymères, les photorésistaires et les résidus de gravure, les particules adhèrent aux surfaces de la plaquette principalement par le biais des forces de van der Waals, ce qui remet en question les stades de traitement ultérieurs.La résolution de ce problème peut impliquer des interventions physiques comme le nettoyage à ultrasons ou les techniques chimiques, telles que les lavages de solvants, pour détacher les particules tout en préservant l'intégrité des plaquettes.La réduction efficace de ce type de contamination nécessite une compréhension nuancée des interactions des matériaux et des solutions sur mesure qui réduisent l'adhésion, lissant le chemin pour l'élimination.De plus, l'intégration des systèmes de filtration sophistiqués et des stratégies de flux d'air dans les installations de production peut réduire considérablement le dépôt de particules.
Les résidus organiques persistants des huiles cutanées, de l'air ambiant et des lubrifiants de la machine forment des barrières qui entravent l'efficacité des agents de nettoyage.Ces résidus compromettent à la fois la pureté et la fonctionnalité en interférant avec les couches de traitement essentielles.Par conséquent, les étapes de nettoyage initiales se concentrent donc sur l'extraction de ces couches organiques, en préparant le stade pour les phases de nettoyage ultérieures.Des techniques comme le nettoyage des solvants et le traitement UV à basse pression sont essentiels, soulignant la nécessité de maintenir des environnements rigoureusement contrôlés pour éviter la recontamination.
Bien que les interconnexions métalliques soient intégrées dans les processus semi-conducteurs, ils posent également des défis de contamination.Les métaux tels que l'aluminium et le cuivre peuvent provenir pendant la photolithographie et le dépôt chimique de vapeur (CVD), compliquant le maintien de la pureté des plaquettes.L'atténuation de ces risques consiste à déployer des barrières de dépôt ou des techniques de gravure avancées, mettant l'accent sur la surveillance continue pour garantir que les contaminants restent en dessous des niveaux de seuil.La mise en œuvre de processus de nettoyage à double mode, qui séparent et éliminent les impuretés métalliques sans dommage sans endommager d'autres structures critiques, est également fondamentale.
Les couches d'oxyde se développent généralement à partir de l'oxydation des atomes de silicium dans des conditions riches en oxygène, entraînant des oxydes indigènes ou chimiques.Un équilibre délicat doit être trouvé entre l'élimination de ces oxydes et la préservation de l'intégrité structurelle de l'oxyde de porte.Les méthodes de gravure sélectives et les graves d'oxyde tamponnés sont cruciaux pour gérer cet équilibre.Les innovations dans ces techniques continuent d'évoluer, tirées par une compréhension approfondie des propriétés matérielles et de la dynamique des réactions.Un tel équilibre délicat facilite les progrès de la précision pendant la fabrication, guidés par une compréhension profonde des interactions microscopiques impliquées.
Cette approche de nettoyage utilise des solvants chimiques liquides et de l'eau déionisée (DI) pour effectuer des tâches de nettoyage telles que l'oxydation, la gravure et la dissolution des contaminants présents sur la surface de la tranche.Cela comprend la matière organique et les ions métalliques.Les techniques couramment appliquées comprennent le nettoyage RCA, le nettoyage des produits chimiques de dilution, le nettoyage IMEC et le nettoyage de la plaquette unique.
Initialement, l'approche du nettoyage de la plaquette de silicium manquait de procédures systématiques.Développé par la Radio Corporation of America (RCA) en 1965, la méthode de nettoyage RCA a établi un processus complet pour le nettoyage de la plaquette de silicium pendant la fabrication des composants.Cette technique continue d'être un élément fondamental pour de nombreux processus de nettoyage contemporains.
En utilisant des solvants, des acides, des tensioactifs et de l'eau, le nettoyage RCA vise à éliminer efficacement les contaminants de surface, tout en préservant les caractéristiques de la tranche.Le rinçage complet avec de l'eau ultrapure (UPW) suit chaque application chimique.Vous trouverez ci-dessous plusieurs solutions de nettoyage fréquemment utilisées:
- APM (NH4OH / H2O2 / H2O à 65–80 ° C): Cette solution se compose d'hydroxyde d'ammonium, de peroxyde d'hydrogène et d'eau Di, oxydant efficacement et gravure des particules de surface, en éliminant certains contaminants organiques et métalliques.Alors que la surface du silicium s'oxyde et les gravures, la rugosité de la surface augmente.
- HPM (HCL / H2O2 / H2O à 65–80 ° C): Connu sous le nom de SC-2, cette solution de nettoyage dissout les ions métalliques alcalins et les hydroxydes de métaux comme l'aluminium et le magnésium.Les ions de chlorure dans le HCL réagissent avec les ions métalliques résiduels, formant des complexes solubles dans l'eau.
- SPM (H2SO4 / H2O2 / H2O à 100 ° C): appelé SC-3, cette solution élimine efficacement les contaminants organiques.L'acide sulfurique se déshydrate et carbonise les matières organiques, qui hydrogène peroxyde s'oxyde ensuite en sous-produits gazeux.
- HF ou DHF (HF: H2O = 1: 2: 10 à 20–25 ° C): utilisé pour l'élimination de l'oxyde dans les zones difficiles d'accès, cette solution grave les oxydes de silicium tout en diminuant le métal de surface.Après le nettoyage SC1 et SC2, il élimine les couches d'oxyde natives de la tranche de silicium, formant une surface hydrophobe en silicium.
- Eau ultrapure: L'eau post-nettoyage et ozonée sert à diluer les produits chimiques résiduels et à rincer les tranches.
L'intégration de l'énergie mégasonique dans le nettoyage RCA réduit l'utilisation chimique et de l'eau, raccourcit le temps de gravure de la tranche et, par conséquent, prolonge la durée de vie de la solution de nettoyage.
L'approche de dilution pour les mélanges SC1 et SC2, lorsqu'il est combiné avec le nettoyage RCA, conserve les produits chimiques et l'eau DI.Il est possible d'omettre entièrement H2O2 de la solution SC2.Le mélange APM SC2, dilué à un rapport 1: 1: 50, élimine efficacement les particules de surface de la plaquette et les hydrocarbures.
Pour l'élimination des métaux, les mélanges fortement dilués (HPM 1: 1: 60 et HCL 1: 100) sont aussi efficaces que les fluides SC2 traditionnels.Le maintien de faibles concentrations de HCL offre l'avantage de prévenir le décantation de particules, et le pH de la solution, qui varie de 2 à 2,5, influence la charge de surface de la tranche de silicium.Au-dessus de ce pH, les surfaces chargées des particules de silicium et de solution forment une barrière électrostatique, inhibant le dépôt de particules.En dessous de ce pH, les particules se déposent sur la tranche en raison d'un manque de blindage.
Des réductions significatives, plus de 86%, dans la consommation chimique se produisent avec un nettoyage RCA dilué.Les étapes de nettoyage optimisées, qui incluent une agitation mégasonique avec des solutions diluées SC1, SC2 et HF, améliorent la longévité de la solution et réduisent l'utilisation des produits chimiques de 80 à 90%.Les expériences suggèrent que l'utilisation de l'UPW HOT peut réduire la consommation de l'UPW de 75 à 80%, et diverses chimies de dilution peuvent conserver de grandes quantités d'eau de rinçage en raison des débits plus faibles et des exigences temporelles.
Cette méthode se concentre sur la réduction de l'utilisation des produits chimiques et de l'eau dans le nettoyage humide, visant à aborder efficacement les polluants organiques dans sa phase initiale.Souvent, des combinaisons d'acide sulfurique sont utilisées;Cependant, l'eau DI ozonée est une alternative viable pour les avantages environnementaux et la réduction des phases de nettoyage difficiles.Le réglage de la température et de la concentration facilite l'élimination organique efficace.
La deuxième phase cible les couches d'oxyde, les particules et les oxydes métalliques.Les processus de dépôt électrochimique deviennent une préoccupation avec les ions métalliques dans les solutions HF.Les solutions HF / HCl suppriment généralement le dépôt de métaux tout en éliminant efficacement les revêtements d'oxyde.L'ajout de chlorure de stratégie peut empêcher le placage métallique et améliorer la durabilité de la solution.
Dans le stade final, l'objectif est de transmettre l'hydrophilie à la surface du silicium, en minimisant les taches de séchage ou les filigranes.Les solutions HCL / O3 diluées à faible pH font de la surface hydrophile sans recontamination des métaux, tandis que l'utilisation de HNO3 pendant le rinçage diminue la contamination par le CA.
L'analyse comparative montre que la méthode IMEC restreint efficacement la contamination des métaux tout en étant économiquement sensible en raison d'une utilisation chimique réduite.
Pour les tranches de grand diamètre, les procédures établies échouent souvent.Nettoyage simple de plaquette, utilisant des solutions Di-O3 / DHF à température ambiante, offre une approche ciblée.En gravant de l'oxyde de silicium et en éliminant les particules et les métaux avec HF, et la formation d'oxyde de silicium avec DI-O3, des résultats satisfaisants peuvent être obtenus sans contamination croisée.Rincer avec de l'eau DI ou de l'eau ozonée et éviter les taches en séchant avec de l'isopropyl éthanol (IPA) et de l'azote.Le nettoyage RCA amélioré montre l'efficacité des techniques de la vague unique, avec l'eau DI et le recyclage HF pendant le processus d'optimisation des dépenses chimiques et des coûts de la plaquette.
Le nettoyage à sec, par des moyens chimiques en phase de vapeur, s'attaque aux impuretés de surface de la plaquette.Généralement, l'oxydation thermique et le nettoyage du plasma sont utilisés.Les procédures impliquent d'introduire des gaz réactifs chauds ou plasmatiques dans une chambre de réaction, conduisant à la formation de produits de réaction volatils qui sont ensuite évacués.Un four à oxydation permet un recuit de confinement CI et la pulvérisation AR est effectuée avant le dépôt.Le nettoyage du plasma consiste à convertir le gaz inorganique en particules actives plasmatiques, qui interagissent avec les molécules de surface pour former des résidus en phase gazeuse.
Les avantages du nettoyage à sec comprennent un traitement localisé et aucun liquide de déchets restants.Son anisotropie de gravure aide à produire des motifs fins.Cependant, en raison des réactions non sélectives avec les métaux de surface et les conditions spécifiques nécessaires à la volatilisation complète des métaux, le nettoyage à sec seul ne remplace pas entièrement le nettoyage humide.Des études révèlent des réductions notables des contaminants métallisés utilisant des techniques en phase gazeuse, complétés par un nettoyage humide dans la pratique.
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