Crynodeb: Wrth i faint y transistorau barhau i grebachu, mae'r broses weithgynhyrchu wafer yn dod yn fwyfwy cymhleth, ac mae'r gofynion ar gyfer technoleg glanhau gwlyb lled-ddargludyddion yn dod yn uwch ac yn uwch. Yn seiliedig ar dechnoleg glanhau lled-ddargludyddion traddodiadol, mae'r papur hwn yn cyflwyno'r dechnoleg glanhau wafferi mewn gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion uwch ac egwyddorion glanhau prosesau glanhau amrywiol. O safbwynt yr economi a diogelu'r amgylchedd, gall gwella technoleg proses glanhau wafferi ddiwallu anghenion gweithgynhyrchu wafferi uwch yn well.
0 Cyflwyniad Mae'r broses lanhau yn ddolen bwysig trwy gydol y broses weithgynhyrchu lled-ddargludyddion gyfan ac mae'n un o'r ffactorau pwysig sy'n effeithio ar berfformiad a chynnyrch dyfeisiau lled-ddargludyddion. Yn y broses gweithgynhyrchu sglodion, gall unrhyw halogiad effeithio ar berfformiad dyfeisiau lled-ddargludyddion a hyd yn oed achosi methiant [1-2]. Felly, mae angen proses lanhau cyn ac ar ôl bron pob proses mewn gweithgynhyrchu sglodion i gael gwared ar halogion wyneb a sicrhau glendid wyneb y wafer, fel y dangosir yn Ffigur 1. Y broses lanhau yw'r broses sydd â'r gyfran uchaf yn y broses weithgynhyrchu sglodion , yn cyfrif am tua 30% o'r holl brosesau gweithgynhyrchu sglodion.
Gyda datblygiad cylchedau integredig ar raddfa fawr iawn, mae nodau proses sglodion wedi mynd i mewn i nodau 28nm, 14nm a hyd yn oed yn fwy datblygedig, mae'r integreiddio wedi parhau i gynyddu, mae lled y llinell wedi parhau i ostwng, ac mae llif y broses wedi dod yn fwy cymhleth [ 3]. Mae gweithgynhyrchu sglodion nod uwch yn fwy sensitif i halogiad, ac mae glanhau halogiad o dan amodau maint bach yn fwy anodd, sy'n arwain at gynnydd yn y camau proses glanhau, gan wneud y broses lanhau yn fwy cymhleth, yn bwysicach ac yn fwy heriol [4-5] . Mae'r broses lanhau ar gyfer sglodion 90nm tua 90 cam, ac mae'r broses lanhau ar gyfer sglodion 20nm wedi cyrraedd 215 cam. Wrth i weithgynhyrchu sglodion gyrraedd nodau 14nm, 10nm a hyd yn oed yn uwch, bydd nifer y prosesau glanhau yn parhau i gynyddu, fel y dangosir yn Ffigur 2.
1 Cyflwyniad i broses glanhau lled-ddargludyddion
Mae'r broses lanhau yn cyfeirio at y broses o gael gwared ar amhureddau ar wyneb y wafer trwy driniaeth gemegol, nwy a dulliau ffisegol. Yn y broses weithgynhyrchu lled-ddargludyddion, gall amhureddau megis gronynnau, metelau, deunydd organig, a haen ocsid naturiol ar wyneb y wafer effeithio ar berfformiad, dibynadwyedd a hyd yn oed cynnyrch y ddyfais lled-ddargludyddion [6-8].
Gellir dweud bod y broses lanhau yn bont rhwng y gwahanol brosesau gweithgynhyrchu wafferi. Er enghraifft, defnyddir y broses lanhau cyn y broses gorchuddio, cyn y broses ffotolithograffeg, ar ôl y broses ysgythru, ar ôl y broses malu mecanyddol, a hyd yn oed ar ôl y broses mewnblannu ïon. Gellir rhannu'r broses lanhau yn fras yn ddau fath, sef glanhau gwlyb a glanhau sych.
1.1 Glanhau gwlyb
Glanhau gwlyb yw defnyddio toddyddion cemegol neu ddŵr deionized i lanhau'r wafer. Yn ôl y dull proses, gellir rhannu glanhau gwlyb yn ddau fath: dull trochi a dull chwistrellu, fel y dangosir yn Ffigur 3. Y dull trochi yw trochi'r wafer mewn tanc cynhwysydd wedi'i lenwi â thoddyddion cemegol neu ddŵr deionized. Mae'r dull trochi yn ddull a ddefnyddir yn eang, yn enwedig ar gyfer rhai nodau cymharol aeddfed. Y dull chwistrellu yw chwistrellu toddyddion cemegol neu ddŵr wedi'i ddad-ïoneiddio ar y wafer cylchdroi i gael gwared ar amhureddau. Gall y dull trochi brosesu wafferi lluosog ar yr un pryd, tra bod y dull chwistrellu yn gallu prosesu un wafer ar y tro yn unig mewn un siambr weithredu. Gyda datblygiad technoleg, mae'r gofynion ar gyfer technoleg glanhau yn mynd yn uwch ac yn uwch, ac mae'r defnydd o'r dull chwistrellu yn dod yn fwy a mwy eang.
1.2 Glanhau sych
Fel y mae'r enw'n awgrymu, mae sychlanhau yn broses nad yw'n defnyddio toddyddion cemegol na dŵr wedi'i ddad-ïoneiddio, ond sy'n defnyddio nwy neu blasma ar gyfer glanhau. Gyda datblygiad parhaus nodau technoleg, mae'r gofynion ar gyfer prosesau glanhau yn mynd yn uwch ac yn uwch [9-10], ac mae cyfran y defnydd hefyd yn cynyddu. Mae'r hylif gwastraff a gynhyrchir gan lanhau gwlyb hefyd yn cynyddu. O'i gymharu â glanhau gwlyb, mae gan lanhau sych gostau buddsoddi uchel, gweithrediad offer cymhleth, ac amodau glanhau mwy llym. Fodd bynnag, ar gyfer cael gwared ar rywfaint o ddeunydd organig a nitridau ac ocsidau, mae gan sychlanhau drachywiredd uwch a chanlyniadau rhagorol.
2 Technoleg glanhau gwlyb mewn gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion Yn ôl gwahanol gydrannau'r hylif glanhau, dangosir y dechnoleg glanhau gwlyb a ddefnyddir yn gyffredin mewn gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion yn Nhabl 1.
2.1 Technoleg glanhau DIW
Yn y broses glanhau gwlyb o weithgynhyrchu lled-ddargludyddion, yr hylif glanhau a ddefnyddir amlaf yw dŵr deionized (DIW). Mae dŵr yn cynnwys anionau dargludol a catïonau. Mae dŵr deionized yn tynnu'r ïonau dargludol mewn dŵr, gan wneud y dŵr yn y bôn yn an-ddargludol. Mewn gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion, ni chaniateir defnyddio dŵr crai yn uniongyrchol o gwbl. Ar y naill law, bydd y cationau a'r ïonau yn y dŵr crai yn halogi strwythur dyfais y wafer, ac ar y llaw arall, gall achosi i berfformiad y ddyfais wyro. Er enghraifft, gall y dŵr crai adweithio â'r deunydd ar wyneb y wafer i gyrydu, neu ffurfio cyrydiad batri gyda rhai metelau ar y wafer, a gall hefyd achosi newid uniongyrchol yng ngwrthedd wyneb y wafer, gan arwain at effaith sylweddol. gostyngiad yng nghynnyrch y wafer neu hyd yn oed sgrapio uniongyrchol. Yn y broses glanhau gwlyb o weithgynhyrchu lled-ddargludyddion, mae dau brif gymhwysiad o DIW.
(1) Defnyddiwch DIW yn unig i lanhau'r wyneb wafferi. Mae yna wahanol ffurfiau fel rholeri, brwsys neu nozzles, a'r prif bwrpas yw glanhau rhai amhureddau ar wyneb y wafer. Yn y broses weithgynhyrchu lled-ddargludyddion uwch, mae'r dull glanhau bron bob amser yn ddull wafer sengl, hynny yw, dim ond un wafer y gellir ei lanhau mewn siambr ar yr un pryd. Mae'r dull o lanhau un wafer hefyd yn cael ei gyflwyno uchod. Y dull glanhau a ddefnyddir yw'r dull chwistrellu troellog. Yn ystod cylchdroi'r wafer, mae wyneb y wafer yn cael ei lanhau gan rholeri, brwsys, nozzles, ac ati. Yn y broses hon, bydd y wafer yn rhwbio yn erbyn yr aer, a thrwy hynny yn cynhyrchu trydan statig. Gall trydan statig achosi diffygion ar wyneb y wafer neu achosi methiant dyfais yn uniongyrchol. Po uchaf yw'r nod technoleg lled-ddargludyddion, yr uchaf yw'r gofynion ar gyfer trin diffygion. Felly, ym mhroses glanhau gwlyb DIW o weithgynhyrchu lled-ddargludyddion uwch, mae ei ofynion proses yn uwch. Yn y bôn, nid yw DIW yn ddargludol, ac ni ellir rhyddhau'r trydan statig a gynhyrchir yn ystod y broses lanhau yn dda. Felly, mewn nodau proses gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion datblygedig, er mwyn cynyddu dargludedd heb halogi'r wafer, mae nwy carbon deuocsid (CO2) fel arfer yn cael ei gymysgu i mewn i DIW. Oherwydd gwahanol ofynion proses, mae nwy amonia (NH3) yn cael ei gymysgu i DIW mewn rhai achosion.
(2) Glanhewch yr hylif glanhau gweddilliol ar yr wyneb wafer. Wrth ddefnyddio hylifau glanhau eraill i lanhau'r wyneb wafer, ar ôl i'r hylif glanhau gael ei ddefnyddio, wrth i'r wafer gylchdroi, er bod y rhan fwyaf o'r hylif glanhau wedi'i daflu allan, bydd ychydig bach o hylif glanhau yn weddill ar wyneb y wafer, ac mae angen DIW i lanhau'r wyneb wafferi. Prif swyddogaeth DIW yma yw glanhau'r hylif glanhau gweddilliol ar wyneb y wafer. Nid yw defnyddio hylif glanhau i lanhau wyneb y wafer yn golygu na fydd yr hylifau glanhau hyn byth yn cyrydu'r wafer, ond mae eu cyfradd ysgythru yn eithaf isel, ac ni fydd glanhau tymor byr yn effeithio ar y wafer. Fodd bynnag, os na ellir tynnu'r hylif glanhau gweddilliol yn effeithiol a bod yr hylif glanhau gweddilliol yn cael aros ar yr wyneb wafer am amser hir, bydd yn dal i gyrydu wyneb y wafer. Yn ogystal, hyd yn oed os yw'r ateb glanhau yn cyrydu ychydig iawn, mae'r ateb glanhau gweddilliol yn y wafer yn dal i fod yn ddiangen, sy'n debygol o effeithio ar berfformiad terfynol y ddyfais. Felly, ar ôl glanhau'r wafer gyda'r ateb glanhau, gofalwch eich bod yn defnyddio DIW i lanhau'r ateb glanhau gweddilliol mewn pryd.
2.2 Technoleg glanhau HF
Fel y gwyddom i gyd, mae tywod yn cael ei fireinio'n graidd. Mae'r sglodion yn cael ei ffurfio gan gerfiadau di-ri ar wafer silicon grisial sengl. Y brif gydran ar y sglodion yw silicon grisial sengl. Y ffordd fwyaf uniongyrchol ac effeithiol o lanhau'r haen ocsid naturiol (SiO2) a ffurfiwyd ar wyneb silicon grisial sengl yw defnyddio HF (asid hydrofluorig) i lanhau. Felly, gellir dweud mai glanhau HF yw'r dechnoleg glanhau yn ail yn unig i DIW. Gall glanhau HF gael gwared ar yr haen ocsid naturiol ar wyneb silicon grisial sengl yn effeithiol, a bydd y metel sydd ynghlwm wrth wyneb yr haen ocsid naturiol hefyd yn hydoddi i'r ateb glanhau. Ar yr un pryd, gall HF hefyd atal ffurfio ffilm ocsid naturiol yn effeithiol. Felly, gall technoleg glanhau HF gael gwared ar rai ïonau metel, haen ocsid naturiol a rhai gronynnau amhuredd. Fodd bynnag, mae gan dechnoleg glanhau HF rai problemau na ellir eu hosgoi hefyd. Er enghraifft, wrth gael gwared ar yr haen ocsid naturiol ar wyneb y wafer silicon, bydd rhai pyllau bach yn cael eu gadael ar wyneb y wafer silicon ar ôl cael eu cyrydu, sy'n effeithio'n uniongyrchol ar garwedd wyneb y wafer. Yn ogystal, wrth gael gwared ar y ffilm ocsid arwyneb, bydd HF hefyd yn cael gwared ar rai metelau, ond nid yw rhai metelau am gael eu cyrydu gan HF. Gyda datblygiad parhaus nodau technoleg lled-ddargludyddion, mae'r gofynion i beidio â chyrydu'r metelau hyn gan HF yn mynd yn uwch ac yn uwch, gan arwain at fethu â defnyddio technoleg glanhau HF mewn mannau lle y gellid bod wedi'i defnyddio. Ar yr un pryd, nid yw rhai metelau sy'n mynd i mewn i'r toddiant glanhau ac yn cadw at wyneb y wafer silicon wrth i'r ffilm ocsid naturiol hydoddi yn cael eu tynnu'n hawdd gan HF, gan arwain at eu bod yn weddill ar wyneb y wafer silicon. Mewn ymateb i'r problemau uchod, mae rhai dulliau gwell wedi'u cynnig. Er enghraifft, gwanhau HF gymaint â phosibl i leihau'r crynodiad o HF; ychwanegu ocsidydd i HF, gall y dull hwn gael gwared ar y metel sydd ynghlwm wrth wyneb yr haen ocsid naturiol yn effeithiol, a bydd yr ocsidydd yn ocsideiddio'r metel ar yr wyneb i ffurfio ocsidau, sy'n haws eu tynnu o dan amodau asidig. Ar yr un pryd, bydd HF yn cael gwared ar yr haen ocsid naturiol blaenorol, a bydd yr ocsidydd yn ocsideiddio'r silicon grisial sengl ar yr wyneb i ffurfio haen ocsid newydd i atal y metel rhag glynu wrth wyneb y silicon grisial sengl; ychwanegu syrffactydd anionig i HF, fel bod wyneb y silicon grisial sengl yn yr ateb glanhau HF yn botensial negyddol, ac mae wyneb y gronyn yn botensial cadarnhaol. Gall ychwanegu syrffactydd anionig wneud i botensial yr wyneb silicon ac arwyneb y gronynnau gael yr un arwydd, hynny yw, mae potensial wyneb y gronyn yn newid o bositif i negyddol, sef yr un arwydd â photensial negyddol arwyneb y wafer silicon, fel bod y gwrthyriad trydanol yn cael ei gynhyrchu rhwng wyneb y wafer silicon ac arwyneb y gronynnau, a thrwy hynny atal ymlyniad gronynnau; ychwanegu asiant cymhlethu i'r ateb glanhau HF i ffurfio cymhleth ag amhureddau, sy'n cael ei hydoddi'n uniongyrchol yn yr ateb glanhau ac ni fydd yn glynu wrth yr wyneb wafer silicon.
2.3 Technoleg glanhau SC1
Technoleg glanhau SC1 yw'r dull glanhau mwyaf cyffredin, cost isel ac effeithlonrwydd uchel ar gyfer tynnu halogiad oddi ar wyneb y wafer. Gall technoleg glanhau SC1 gael gwared ar fater organig, rhai ïonau metel a rhai gronynnau wyneb ar yr un pryd. Egwyddor SC1 i gael gwared ar ddeunydd organig yw defnyddio effaith ocsideiddio hydrogen perocsid ac effaith hydoddi NH4OH i droi halogiad organig yn gyfansoddion sy'n hydoddi mewn dŵr, ac yna eu gollwng gyda'r hydoddiant. Oherwydd ei briodweddau ocsideiddio a chymhlethu, gall hydoddiant SC1 ocsideiddio rhai ïonau metel, gan droi'r ïonau metel hyn yn ïonau uchel-falent, ac yna adweithio ymhellach ag alcali i ffurfio cyfadeiladau hydawdd sy'n cael eu gollwng gyda'r hydoddiant. Fodd bynnag, mae gan rai metelau egni rhad ac am ddim uchel o ocsidau a gynhyrchir ar ôl ocsidiad, sy'n hawdd cadw at y ffilm ocsid ar wyneb y wafer (oherwydd bod gan hydoddiant SC1 briodweddau ocsideiddio penodol a byddant yn ffurfio ffilm ocsid ar wyneb y wafer), felly maen nhw nid yw'n hawdd ei dynnu, fel metelau fel Al a Fe. Wrth gael gwared ar ïonau metel, bydd cyfradd arsugniad metel a dadsugniad ar wyneb y wafer yn cyrraedd cydbwysedd yn y pen draw. Felly, mewn prosesau gweithgynhyrchu uwch, defnyddir yr hylif glanhau unwaith ar gyfer prosesau sydd â gofynion uchel ar gyfer ïonau metel. Caiff ei ollwng yn uniongyrchol ar ôl ei ddefnyddio ac ni chaiff ei ddefnyddio eto. Y pwrpas yw lleihau'r cynnwys metel yn yr hylif glanhau i olchi'r metel ar wyneb y wafer i ffwrdd gymaint â phosibl. Gall technoleg glanhau SC1 hefyd gael gwared ar halogiad gronynnau arwyneb yn effeithiol, a'r prif fecanwaith yw gwrthyriad trydanol. Yn y broses hon, gellir cynnal glanhau ultrasonic a megasonig i gael effeithiau glanhau gwell. Bydd technoleg glanhau SC1 yn cael effaith sylweddol ar garwedd wyneb y wafer. Er mwyn lleihau effaith technoleg glanhau SC1 ar garwedd wyneb y wafer, mae angen llunio cymhareb cydran hylif glanhau addas. Ar yr un pryd, gall defnyddio hylif glanhau â thensiwn arwyneb isel sefydlogi'r gyfradd tynnu gronynnau, cynnal effeithlonrwydd tynnu uchel, a lleihau'r effaith ar garwedd wyneb y wafer. Gall ychwanegu syrffactyddion at hylif glanhau SC1 leihau tensiwn wyneb yr hylif glanhau. Yn ogystal, gall ychwanegu cyfryngau chelating at hylif glanhau SC1 achosi i'r metel yn yr hylif glanhau ffurfio chelates yn barhaus, sy'n fuddiol i atal adlyniad arwyneb metelau.
2.4 Technoleg glanhau SC2
Mae technoleg glanhau SC2 hefyd yn dechnoleg glanhau gwlyb cost isel gyda gallu symud halogiad da. Mae gan SC2 briodweddau cymhlethu hynod o gryf a gall adweithio â metelau cyn ocsideiddio i ffurfio halwynau, sy'n cael eu tynnu gyda'r toddiant glanhau. Bydd y cyfadeiladau hydawdd a ffurfiwyd gan adwaith ïonau metel ocsidiedig ag ïonau clorid hefyd yn cael eu tynnu gyda'r toddiant glanhau. Gellir dweud, o dan yr amod o beidio ag effeithio ar y wafer, bod technoleg glanhau SC1 a thechnoleg glanhau SC2 yn ategu ei gilydd. Mae'r ffenomen adlyniad metel yn yr ateb glanhau yn hawdd i ddigwydd mewn datrysiad glanhau alcalïaidd (hynny yw, datrysiad glanhau SC1), ac nid yw'n hawdd digwydd mewn hydoddiant asidig (ateb glanhau SC2), ac mae ganddo allu cryf i gael gwared â metelau ar wyneb y wafer. Fodd bynnag, er y gellir tynnu metelau fel Cu ar ôl glanhau SC1, nid yw rhai problemau adlyniad metel o'r ffilm ocsid naturiol a ffurfiwyd ar wyneb y wafer wedi'u datrys, ac nid yw'n addas ar gyfer technoleg glanhau SC2.
2.5 Technoleg glanhau O3
Yn y broses gweithgynhyrchu sglodion, defnyddir technoleg glanhau O3 yn bennaf i gael gwared ar ddeunydd organig a diheintio DIW. Mae glanhau O3 bob amser yn cynnwys ocsidiad. A siarad yn gyffredinol, gellir defnyddio O3 i gael gwared ar rywfaint o ddeunydd organig, ond oherwydd ocsidiad O3, bydd ail-leoli yn digwydd ar wyneb y wafer. Felly, defnyddir HF yn gyffredinol yn y broses o ddefnyddio O3. Yn ogystal, gall y broses o ddefnyddio HF gydag O3 hefyd gael gwared ar rai ïonau metel. Dylid nodi, yn gyffredinol, bod tymereddau uwch yn fuddiol i gael gwared ar fater organig, gronynnau a hyd yn oed ïonau metel. Fodd bynnag, wrth ddefnyddio technoleg glanhau O3, bydd y swm o O3 toddi yn DIW yn gostwng wrth i'r tymheredd gynyddu. Mewn geiriau eraill, bydd y crynodiad o O3 hydoddi yn DIW yn gostwng wrth i'r tymheredd gynyddu. Felly, mae angen gwneud y gorau o fanylion y broses O3 i wneud y mwyaf o'r effeithlonrwydd glanhau. Mewn gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion, gellir defnyddio O3 hefyd i ddiheintio DIW, yn bennaf oherwydd bod y sylweddau a ddefnyddir i buro dŵr yfed yn gyffredinol yn cynnwys clorin, sy'n annerbyniol ym maes gweithgynhyrchu sglodion. Rheswm arall yw y bydd O3 yn dadelfennu i ocsigen ac na fydd yn llygru'r system DIW. Fodd bynnag, mae angen rheoli'r cynnwys ocsigen yn DIW, na all fod yn uwch na'r gofynion ar gyfer defnydd mewn gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion. 2.6 Technoleg glanhau toddyddion organig Yn y broses weithgynhyrchu lled-ddargludyddion, mae rhai prosesau arbennig yn aml yn gysylltiedig. Mewn llawer o achosion, ni ellir defnyddio'r dulliau a gyflwynwyd uchod oherwydd nad yw'r effeithlonrwydd glanhau yn ddigon, mae rhai cydrannau na ellir eu golchi i ffwrdd yn cael eu hysgythru, ac ni ellir cynhyrchu ffilmiau ocsid. Felly, defnyddir rhai toddyddion organig hefyd i gyflawni pwrpas glanhau.
3 Casgliad
Yn y broses weithgynhyrchu lled-ddargludyddion, y broses lanhau yw'r broses sydd â'r nifer fwyaf o ailadroddiadau. Gall defnyddio technoleg glanhau priodol wella cynnyrch gweithgynhyrchu sglodion yn fawr. Gyda maint mawr wafferi silicon a miniaturization strwythurau dyfais, mae'r mynegai dwysedd pentyrru yn cynyddu, ac mae'r gofynion ar gyfer technoleg glanhau wafferi yn mynd yn uwch ac yn uwch. Mae gofynion llymach ar gyfer glendid wyneb y wafer, cyflwr cemegol yr wyneb, garwedd a thrwch y ffilm ocsid. Yn seiliedig ar dechnoleg proses aeddfed, mae'r erthygl hon yn cyflwyno'r dechnoleg glanhau wafferi mewn gweithgynhyrchu wafferi uwch ac egwyddorion glanhau amrywiol brosesau glanhau. O safbwynt yr economi a diogelu'r amgylchedd, gall gwella technoleg proses glanhau wafferi ddiwallu anghenion gweithgynhyrchu wafferi uwch yn well.
