सेमीकंडक्टर उत्पादनात वेफर क्लीनिंग तंत्रज्ञान

सेमीकंडक्टर उत्पादनात वेफर क्लीनिंग तंत्रज्ञान

संपूर्ण सेमीकंडक्टर उत्पादन प्रक्रियेत वेफर क्लीनिंग हा एक महत्त्वाचा टप्पा आहे आणि डिव्हाइसच्या कामगिरीवर आणि उत्पादन उत्पन्नावर थेट परिणाम करणाऱ्या प्रमुख घटकांपैकी एक आहे. चिप फॅब्रिकेशन दरम्यान, अगदी कमी दूषितता देखील डिव्हाइसची वैशिष्ट्ये खराब करू शकते किंवा पूर्ण बिघाड होऊ शकते. परिणामी, पृष्ठभागावरील दूषित घटक काढून टाकण्यासाठी आणि वेफर स्वच्छता सुनिश्चित करण्यासाठी जवळजवळ प्रत्येक उत्पादन चरणापूर्वी आणि नंतर साफसफाई प्रक्रिया लागू केल्या जातात. सेमीकंडक्टर उत्पादनात स्वच्छता ही सर्वात वारंवार होणारी प्रक्रिया आहे, जी अंदाजेसर्व प्रक्रियेच्या पायऱ्यांपैकी ३०%.

खूप मोठ्या प्रमाणात एकत्रीकरण (VLSI) च्या सतत स्केलिंगसह, प्रक्रिया नोड्स पुढे गेले आहेत२८ नॅनोमीटर, १४ नॅनोमीटर आणि त्याहून अधिक, उच्च उपकरण घनता, अरुंद रेषेची रुंदी आणि वाढत्या प्रमाणात जटिल प्रक्रिया प्रवाहांना चालना देते. प्रगत नोड्स दूषिततेसाठी लक्षणीयरीत्या अधिक संवेदनशील असतात, तर लहान वैशिष्ट्य आकारांमुळे साफसफाई करणे अधिक कठीण होते. परिणामी, साफसफाईच्या चरणांची संख्या वाढतच आहे आणि साफसफाई अधिक जटिल, अधिक गंभीर आणि अधिक आव्हानात्मक बनली आहे. उदाहरणार्थ, 90 एनएम चिपला सामान्यतः सुमारे आवश्यक असते९० स्वच्छता पायऱ्या, तर २० एनएम चिपसाठी सुमारे आवश्यक आहे२१५ साफसफाईच्या पायऱ्या. उत्पादन १४ नॅनोमीटर, १० नॅनोमीटर आणि लहान नोड्सपर्यंत वाढत असताना, साफसफाईच्या कामांची संख्या वाढतच जाईल.

थोडक्यात,वेफर क्लीनिंग म्हणजे अशा प्रक्रिया ज्या वेफरच्या पृष्ठभागावरील अशुद्धता काढून टाकण्यासाठी रासायनिक उपचार, वायू किंवा भौतिक पद्धती वापरतात.. कण, धातू, सेंद्रिय अवशेष आणि मूळ ऑक्साईड यांसारखे दूषित घटक उपकरणाच्या कामगिरीवर, विश्वासार्हतेवर आणि उत्पन्नावर प्रतिकूल परिणाम करू शकतात. स्वच्छता हे सलग फॅब्रिकेशन पायऱ्यांमधील "पुल" म्हणून काम करते—उदाहरणार्थ, डिपॉझिशन आणि लिथोग्राफीपूर्वी, किंवा एचिंग नंतर, सीएमपी (रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग) आणि आयन इम्प्लांटेशन. व्यापकपणे, वेफर क्लीनिंगमध्ये विभागले जाऊ शकतेओले स्वच्छताआणिड्राय क्लीनिंग.

ओले स्वच्छता

वेफर्स स्वच्छ करण्यासाठी ओल्या स्वच्छतेमध्ये रासायनिक सॉल्व्हेंट्स किंवा डीआयोनाइज्ड वॉटर (DIW) वापरला जातो. दोन मुख्य पद्धती वापरल्या जातात:

• विसर्जन पद्धत: वेफर्स सॉल्व्हेंट्स किंवा DIW ने भरलेल्या टाक्यांमध्ये बुडवले जातात. ही पद्धत सर्वात जास्त वापरली जाते, विशेषतः प्रौढ तंत्रज्ञान नोड्ससाठी.

• फवारणी पद्धत: अशुद्धता काढून टाकण्यासाठी फिरत्या वेफर्सवर सॉल्व्हेंट्स किंवा DIW फवारले जातात. विसर्जनामुळे अनेक वेफर्सची बॅच प्रक्रिया करणे शक्य होते, तर स्प्रे क्लीनिंग प्रति चेंबर फक्त एक वेफर हाताळते परंतु चांगले नियंत्रण प्रदान करते, ज्यामुळे प्रगत नोड्समध्ये ते अधिक सामान्य होत जाते.

ड्राय क्लीनिंग

नावाप्रमाणेच, ड्राय क्लीनिंगमध्ये सॉल्व्हेंट्स किंवा DIW टाळले जातात, त्याऐवजी दूषित पदार्थ काढून टाकण्यासाठी वायू किंवा प्लाझ्मा वापरला जातो. प्रगत नोड्सकडे वाटचाल करत असताना, ड्राय क्लीनिंगला महत्त्व प्राप्त होत आहे कारण त्याचेउच्च अचूकताआणि सेंद्रिय पदार्थ, नायट्राइड आणि ऑक्साईड्स विरुद्ध प्रभावीपणा. तथापि, त्यासाठी आवश्यक आहेजास्त उपकरणे गुंतवणूक, अधिक जटिल ऑपरेशन आणि कठोर प्रक्रिया नियंत्रणआणखी एक फायदा म्हणजे ड्राय क्लीनिंगमुळे ओल्या पद्धतींमुळे निर्माण होणारे मोठ्या प्रमाणात सांडपाणी कमी होते.

सामान्य ओले स्वच्छता तंत्रे

1. DIW (डीआयोनाइज्ड वॉटर) स्वच्छता

ओल्या स्वच्छतेमध्ये DIW हा सर्वात जास्त वापरला जाणारा क्लिनिंग एजंट आहे. प्रक्रिया न केलेल्या पाण्याप्रमाणे, DIW मध्ये जवळजवळ कोणतेही वाहक आयन नसतात, जे गंज, इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रिया किंवा उपकरणाचा क्षय रोखतात. DIW प्रामुख्याने दोन प्रकारे वापरला जातो:

1. थेट वेफर पृष्ठभागाची स्वच्छता– वेफर रोटेशन दरम्यान सामान्यतः रोलर्स, ब्रशेस किंवा स्प्रे नोझल्ससह सिंगल-वेफर मोडमध्ये केले जाते. एक आव्हान म्हणजे इलेक्ट्रोस्टॅटिक चार्ज बिल्डअप, ज्यामुळे दोष निर्माण होऊ शकतात. हे कमी करण्यासाठी, वेफर दूषित न करता चालकता सुधारण्यासाठी CO₂ (आणि कधीकधी NH₃) DIW मध्ये विरघळवले जाते.

2. रासायनिक साफसफाईनंतर धुणे- पृष्ठभागावर सोडल्यास वेफर खराब होऊ शकणारे किंवा डिव्हाइसची कार्यक्षमता खराब करणारे अवशिष्ट क्लिनिंग सोल्यूशन्स DIW काढून टाकते.

2. एचएफ (हायड्रोफ्लोरिक अॅसिड) स्वच्छता

एचएफ हे काढून टाकण्यासाठी सर्वात प्रभावी रसायन आहेमूळ ऑक्साईड थर (SiO₂)सिलिकॉन वेफर्सवर आणि महत्त्वाच्या बाबतीत DIW नंतर दुसऱ्या क्रमांकावर आहे. ते जोडलेले धातू विरघळवते आणि पुनर्ऑक्सिडेशन दाबते. तथापि, HF एचिंग वेफर पृष्ठभागांना खडबडीत करू शकते आणि काही धातूंवर अवांछितपणे हल्ला करू शकते. या समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी, सुधारित पद्धती HF सौम्य करतात, निवडकता वाढविण्यासाठी आणि दूषितता कमी करण्यासाठी ऑक्सिडायझर्स, सर्फॅक्टंट्स किंवा कॉम्प्लेक्सिंग एजंट्स जोडतात.

3. SC1 स्वच्छता (मानक स्वच्छता 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 ही काढण्यासाठी एक किफायतशीर आणि अत्यंत कार्यक्षम पद्धत आहेसेंद्रिय अवशेष, कण आणि काही धातू. ही यंत्रणा H₂O₂ ची ऑक्सिडायझिंग क्रिया आणि NH₄OH चा विरघळणारा परिणाम एकत्र करते. ते इलेक्ट्रोस्टॅटिक बलांद्वारे कणांना देखील दूर करते आणि अल्ट्रासोनिक/मेगासॉनिक सहाय्य कार्यक्षमता आणखी सुधारते. तथापि, SC1 वेफर पृष्ठभागांना खडबडीत करू शकते, ज्यासाठी रासायनिक गुणोत्तरांचे काळजीपूर्वक ऑप्टिमायझेशन, पृष्ठभाग ताण नियंत्रण (सर्फॅक्टंट्सद्वारे) आणि धातूचे पुनर्नियोजन दाबण्यासाठी चेलेटिंग एजंट्सची आवश्यकता असते.

4. SC2 स्वच्छता (मानक स्वच्छता 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 काढून SC1 ला पूरक आहेधातूचे दूषित घटक. त्याची मजबूत कॉम्प्लेक्सेशन क्षमता ऑक्सिडाइज्ड धातूंना विरघळणारे क्षार किंवा कॉम्प्लेक्समध्ये रूपांतरित करते, जे धुवून काढले जातात. SC1 हे सेंद्रिय पदार्थ आणि कणांसाठी प्रभावी आहे, तर SC2 हे धातूंचे शोषण रोखण्यासाठी आणि कमी धातूचे दूषितीकरण सुनिश्चित करण्यासाठी विशेषतः मौल्यवान आहे.

5. O₃ (ओझोन) स्वच्छता

ओझोन स्वच्छता प्रामुख्याने वापरली जातेसेंद्रिय पदार्थ काढून टाकणेआणिDIW निर्जंतुक करणे. O₃ एक मजबूत ऑक्सिडंट म्हणून काम करते, परंतु ते पुन्हा जमा होऊ शकते, म्हणून ते बहुतेकदा HF सोबत एकत्र केले जाते. तापमान ऑप्टिमायझेशन महत्वाचे आहे कारण जास्त तापमानात पाण्यात O₃ ची विद्राव्यता कमी होते. क्लोरीन-आधारित जंतुनाशकांप्रमाणे (सेमीकंडक्टर फॅब्रिकमध्ये अस्वीकार्य), O₃ DIW प्रणालींना दूषित न करता ऑक्सिजनमध्ये विघटित होते.

6. सेंद्रिय द्रावक स्वच्छता

काही विशिष्ट प्रक्रियांमध्ये, जिथे मानक स्वच्छता पद्धती अपुरी किंवा अनुपयुक्त असतात (उदा., जेव्हा ऑक्साईड तयार होणे टाळले पाहिजे) तिथे सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्स वापरले जातात.

निष्कर्ष

वेफर स्वच्छता म्हणजेसर्वात जास्त वेळा पुनरावृत्ती होणारी पायरीसेमीकंडक्टर उत्पादनात आणि त्याचा थेट परिणाम उत्पादन आणि उपकरणाच्या विश्वासार्हतेवर होतो. दिशेने वाटचाल करतानामोठे वेफर्स आणि लहान डिव्हाइस भूमिती, वेफर पृष्ठभागाची स्वच्छता, रासायनिक स्थिती, खडबडीतपणा आणि ऑक्साईड जाडीसाठी आवश्यकता अधिकाधिक कठोर होत आहेत.

या लेखात DIW, HF, SC1, SC2, O₃ आणि सेंद्रिय सॉल्व्हेंट पद्धतींसह परिपक्व आणि प्रगत वेफर क्लीनिंग तंत्रज्ञानाचा आढावा घेण्यात आला आहे, तसेच त्यांच्या यंत्रणा, फायदे आणि मर्यादांचाही समावेश आहे. दोन्हीकडूनआर्थिक आणि पर्यावरणीय दृष्टिकोनप्रगत सेमीकंडक्टर उत्पादनाच्या मागण्या पूर्ण करण्यासाठी वेफर क्लीनिंग तंत्रज्ञानात सतत सुधारणा करणे आवश्यक आहे.