В области физики полупроводников, микроэлектроники и материаловедения точность экспериментальных данных и производительность изготовления устройств сильно зависят от чистоты поверхности полупроводниковых пластин. Остаточные органические загрязнители, загрязнение металлическими ионами или адгезия частиц могут привести к неравномерному росту тонкоплёнки, аномальной плотности интерфейсного состояния или даже к неудачам экспериментов.
Как профессиональный поставщик полупроводниковых материалов, Power Wafertech Group (PWG) предоставляет кремниевые пластины, адаптированные к исследовательским требованиям. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нашей командой продаж. В этой статье описывается отраслевый стандарт очистки RCA, предоставляя пример для лабораторного персонала по достижению атомарно чистых поверхностей кремниевых пластин в экспериментальных работах.
1. Определение и необходимость очистки
В производстве интегральных схем этапы очистки составляют примерно четверть общего потока процесса. Для исследовательских целей очистки является удаление загрязнителей и получение химически однородной, безопасной поверхности.
Загрязнители на поверхностях кремниевых пластин делятся на четыре категории:
Органические загрязнители: включая остатки фоторезистов, масла и кожные выделения, затрудняющие химические реакции и осаждание тонкоплёнки.
Частицы: пыль или неорганические частицы, которые вызывают локальные короткие замыкания или увеличивают шероховатость поверхности.
Металлические примеси: включая ионы тяжёлых металлов, такие как Fe, Cu и Al, которые могут создавать глубокоуровневые ловушки в кремнии и влиять на срок службы носителей.
Нативный оксидный слой: слой SiO ₂, образующийся в воздухе, изменяющий химическую активность поверхности и электрические свойства кремниевых пластин.
2. Стандартные процедуры очистки RCA и критические параметры процесса
Процесс очистки RCA является стандартным методом, используемым в настоящее время для удаления поверхностных загрязнений с кремниевых пластин. Процесс состоит из шести этапов: очистка SPM, очистка SC-1, промывка перелива деионизированной воды, очистка DHF, очистка SC-2 и сушка. Каждый этап направлен на определённые типы загрязнителей. Формулировки, условия процесса и функции каждого шага изложены в таблице ниже:
| Шаг | Название | Типичное отношение (коэффициент объёма) | Температура | Время | Основная функция | Последующее лечение |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Очистка SPM | H₂SO₄:H₂O₂ = 2:1 – 5:1 | 120–150°C | 10–20 мин | Окисляющее разложение органических веществ и остатков фоторезиста | Промывка DIW overflow 5–10 минут |
| 2 | Очистка SC-1 | NH₄OH:H₂O₂:H₂O = 1:1:5 | 70–80°C | 5–15 мин | Удаление частиц (электростатическое отталкивание), сапонификация органических веществ, образование гидрофильного оксидного слоя | Промывка DIW overflow 5–10 минут |
| 3 | Промывка DIW overflow | Деионизированная вода высокой чистоты | Комнатная температура | 5–10 мин | Удалить остаточные химические реагенты прекурсоров для предотвращения вторичного загрязнения, вызванного реакциями кислотно-щелочной нейтрализации | — |
| 4 | Очистка DHF | HF:H₂O = 1:50 – 1:100 | Комнатная температура | 30–60-е годы | Удаление нативного оксидного слоя и металлов (Al, Fe и др.), адсорбированных на оксиде; Пассивация поверхности кремния водородом | Промывка DIW overflow 3–5 минут |
| 5 | Очистка SC-2 | HCl:H₂O₂:H₂O = 1:1:6 | 70–80°C | 5–10 мин | Преобразование ионов металлов (Fe, Al, Cu, Zn и др.) в растворимые хлоридные комплексы для удаления с поверхности | Промывка DIW overflow 5–10 минут |
| 6 | Сушка | IPA паровая сушка/N₂ спин-сушка/сушка Marangoni | — | — | Обеспечьте поверхность без пятен воды и частиц | — |
Примечания к процессу:
SPM-очистка: это экзотермическая реакция, которую необходимо проводить в выхлопной вытяжке. После этого этапа на поверхности кремния образуется химический оксидный слой.
Очистка SC-1: В щелочной среде как кремниевая поверхность, так и частицы несут отрицательные заряды, создавая электростатическое отталкивание, которое отделяет частицы от поверхности; H₂O₂ одновременно окисляет и разлагает органические вещества.
Промывка перелива DIW: Необходимо провести промывку перед переходом между кислой и щелочной средой, чтобы предотвратить нейтрализационные реакции остатков химикатов, которые могут вызвать повторное осаждение загрязнителей.
Очистка DHF: Этот этап эффективно удаляет металлические примеси, адсорбированные на нативном оксидном слое, и приводит к пассивации кремниевой поверхности водородом.
Очистка SC-2: В кислой среде H₂O₂ действует как окислилитель, тогда как соляная кислота обеспечивает хлоридные ионы для превращения металлов в растворимые хлоридные комплексы.
Сушка: Распространённые методы включают сушку на паре изопропиловым спиртом (IPA), спин-сушку с N₂ или технику сушки Marangoni.
Оперативные меры предосторожности:
Конкретные сроки обработки следует корректировать в зависимости от степени загрязнения и размера пластины.
H₂O₂ подвержена разложению; Все растворы, используемые на каждом этапе, должны быть приготовлены свежими непосредственно перед использованием.
Контейнеры, используемые в процессе, должны быть изготовлены из кварца или PTFE, чтобы избежать металлического загрязнения.
Все химические операции должны выполняться в вытяжном вытяжке, а операторы обязаны носить химически устойчивые перчатки и защитные очки.
3. Продукты и услуги
PWG предлагает следующие продукты и поддержку:
Поставка материалов: предлагают кремниевые пластины из прайм-класса, исследовательского / фиктивного класса, соответствующие стандартам SEMI, охватывающие различные ориентации кристаллов (например, , ), типы легирования (P-тип, N-тип) и диапазоны сопротивления, размеры от 2 до 12 дюймов. Также доступны окисленные кремниевые пластины.
Техническая поддержка: консультации по адаптации процесса очистки и рекомендации по выбору материала подложки для специальных спецификаций.
Упаковка для чистых помещений: вакуумная или азотная герметичная упаковка, выполненная в чистых помещениях ISO класса 4 (эквивалент класса 10) для предотвращения вторичного загрязнения во время транспортировки. Каждая партия сопровождается отчётом по анализу качества.
Обсудите требования к субстрату с нашей командой
Power Wafertech предоставляет высококачественные полупроводниковые пластины и эпитаксиальные решения, адаптированные к спецификациям вашего устройства. Свяжитесь с ними, чтобы узнать варианты субстрата и эпиваферов для вашего следующего проекта.
Свяжитесь с нашей командой