સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં વેફર ક્લિનિંગ ટેકનોલોજી

સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં વેફર ક્લિનિંગ ટેકનોલોજી

સમગ્ર સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં વેફર સફાઈ એક મહત્વપૂર્ણ પગલું છે અને ઉપકરણના પ્રદર્શન અને ઉત્પાદન ઉપજને સીધી અસર કરતા મુખ્ય પરિબળોમાંનું એક છે. ચિપ ફેબ્રિકેશન દરમિયાન, સહેજ પણ દૂષણ ઉપકરણની લાક્ષણિકતાઓને બગાડી શકે છે અથવા સંપૂર્ણ નિષ્ફળતાનું કારણ બની શકે છે. પરિણામે, સપાટીના દૂષકોને દૂર કરવા અને વેફર સ્વચ્છતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે લગભગ દરેક ઉત્પાદન પગલા પહેલા અને પછી સફાઈ પ્રક્રિયાઓ લાગુ કરવામાં આવે છે. સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં સફાઈ એ સૌથી વારંવાર થતી કામગીરી પણ છે, જે લગભગપ્રક્રિયાના તમામ પગલાંના 30%.

ખૂબ જ મોટા પાયે એકીકરણ (VLSI) ના સતત સ્કેલિંગ સાથે, પ્રક્રિયા ગાંઠો આગળ વધ્યા છે૨૮ એનએમ, ૧૪ એનએમ, અને તેથી વધુ, ઉચ્ચ ઉપકરણ ઘનતા, સાંકડી લાઇનવિડ્થ અને વધુને વધુ જટિલ પ્રક્રિયા પ્રવાહને ચલાવે છે. અદ્યતન નોડ્સ દૂષણ પ્રત્યે નોંધપાત્ર રીતે વધુ સંવેદનશીલ હોય છે, જ્યારે નાના ફીચર કદ સફાઈને વધુ મુશ્કેલ બનાવે છે. પરિણામે, સફાઈ પગલાંઓની સંખ્યા વધતી રહે છે, અને સફાઈ વધુ જટિલ, વધુ મહત્વપૂર્ણ અને વધુ પડકારજનક બની છે. ઉદાહરણ તરીકે, 90 nm ચિપ માટે સામાન્ય રીતે લગભગ90 સફાઈ પગલાં, જ્યારે 20 nm ચિપ માટે લગભગ જરૂરી છે215 સફાઈ પગલાં. જેમ જેમ ઉત્પાદન ૧૪ એનએમ, ૧૦ એનએમ અને નાના નોડ્સ સુધી આગળ વધશે, તેમ તેમ સફાઈ કામગીરીની સંખ્યા વધતી રહેશે.

સારમાં,વેફર સફાઈ એ એવી પ્રક્રિયાઓનો ઉલ્લેખ કરે છે જે વેફર સપાટી પરથી અશુદ્ધિઓ દૂર કરવા માટે રાસાયણિક સારવાર, વાયુઓ અથવા ભૌતિક પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરે છે.. કણો, ધાતુઓ, કાર્બનિક અવશેષો અને મૂળ ઓક્સાઇડ જેવા દૂષકો ઉપકરણની કામગીરી, વિશ્વસનીયતા અને ઉપજ પર પ્રતિકૂળ અસર કરી શકે છે. સફાઈ સળંગ ફેબ્રિકેશન પગલાંઓ વચ્ચે "પુલ" તરીકે કામ કરે છે - ઉદાહરણ તરીકે, ડિપોઝિશન અને લિથોગ્રાફી પહેલાં, અથવા એચિંગ પછી, CMP (રાસાયણિક યાંત્રિક પોલિશિંગ), અને આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન. વ્યાપક રીતે, વેફર સફાઈને વિભાજિત કરી શકાય છેભીની સફાઈઅનેડ્રાય ક્લિનિંગ.

ભીની સફાઈ

વેફર્સ સાફ કરવા માટે વેટ ક્લિનિંગ રાસાયણિક દ્રાવકો અથવા ડીયોનાઇઝ્ડ વોટર (DIW) નો ઉપયોગ કરે છે. બે મુખ્ય અભિગમો લાગુ કરવામાં આવે છે:

• નિમજ્જન પદ્ધતિ: વેફર્સને સોલવન્ટ્સ અથવા DIW થી ભરેલા ટાંકીઓમાં ડૂબાડવામાં આવે છે. આ સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિ છે, ખાસ કરીને પરિપક્વ ટેકનોલોજી નોડ્સ માટે.

• છંટકાવ પદ્ધતિ: અશુદ્ધિઓ દૂર કરવા માટે ફરતા વેફર્સ પર સોલવન્ટ અથવા DIW છાંટવામાં આવે છે. જ્યારે નિમજ્જન બહુવિધ વેફર્સની બેચ પ્રોસેસિંગને મંજૂરી આપે છે, ત્યારે સ્પ્રે ક્લિનિંગ પ્રતિ ચેમ્બર માત્ર એક વેફરને હેન્ડલ કરે છે પરંતુ વધુ સારું નિયંત્રણ પૂરું પાડે છે, જે તેને અદ્યતન નોડ્સમાં વધુને વધુ સામાન્ય બનાવે છે.

ડ્રાય ક્લીનિંગ

નામ સૂચવે છે તેમ, ડ્રાય ક્લિનિંગ સોલવન્ટ્સ અથવા DIW ને ટાળે છે, તેના બદલે દૂષકોને દૂર કરવા માટે ગેસ અથવા પ્લાઝ્માનો ઉપયોગ કરે છે. અદ્યતન ગાંઠો તરફ આગળ વધવાની સાથે, ડ્રાય ક્લિનિંગ તેના કારણે મહત્વપૂર્ણ બની રહ્યું છેઉચ્ચ ચોકસાઇઅને કાર્બનિક પદાર્થો, નાઇટ્રાઇડ્સ અને ઓક્સાઇડ સામે અસરકારકતા. જોકે, તે જરૂરી છેસાધનોનું વધુ રોકાણ, વધુ જટિલ કામગીરી અને કડક પ્રક્રિયા નિયંત્રણબીજો ફાયદો એ છે કે ડ્રાય ક્લિનિંગ ભીની પદ્ધતિઓ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા ગંદા પાણીના મોટા જથ્થાને ઘટાડે છે.

સામાન્ય ભીની સફાઈ તકનીકો

1. DIW (ડીયોનાઇઝ્ડ વોટર) સફાઈ

ભીની સફાઈમાં DIW એ સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતું સફાઈ એજન્ટ છે. શુદ્ધ ન કરાયેલ પાણીથી વિપરીત, DIW માં લગભગ કોઈ વાહક આયનો હોતા નથી, જે કાટ, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ અથવા ઉપકરણના અધોગતિને અટકાવે છે. DIW નો ઉપયોગ મુખ્યત્વે બે રીતે થાય છે:

1. વેફર સપાટીની સીધી સફાઈ- સામાન્ય રીતે વેફર રોટેશન દરમિયાન રોલર્સ, બ્રશ અથવા સ્પ્રે નોઝલ સાથે સિંગલ-વેફર મોડમાં કરવામાં આવે છે. એક પડકાર ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ચાર્જ બિલ્ડઅપ છે, જે ખામીઓને પ્રેરિત કરી શકે છે. આને ઘટાડવા માટે, વેફરને દૂષિત કર્યા વિના વાહકતા સુધારવા માટે CO₂ (અને ક્યારેક NH₃) ને DIW માં ઓગાળી દેવામાં આવે છે.

2. રાસાયણિક સફાઈ પછી કોગળા- DIW અવશેષ સફાઈ ઉકેલોને દૂર કરે છે જે અન્યથા વેફરને કાટ કરી શકે છે અથવા સપાટી પર છોડી દેવાથી ઉપકરણની કામગીરીમાં ઘટાડો કરી શકે છે.

2. HF (હાઇડ્રોફ્લોરિક એસિડ) સફાઈ

HF એ દૂર કરવા માટે સૌથી અસરકારક રસાયણ છેમૂળ ઓક્સાઇડ સ્તરો (SiO₂)સિલિકોન વેફર્સ પર અને મહત્વમાં DIW પછી બીજા ક્રમે છે. તે જોડાયેલ ધાતુઓને પણ ઓગાળી દે છે અને પુનઃઓક્સિડેશનને દબાવી દે છે. જો કે, HF એચિંગ વેફર સપાટીઓને ખરબચડી બનાવી શકે છે અને અનિચ્છનીય રીતે ચોક્કસ ધાતુઓ પર હુમલો કરી શકે છે. આ સમસ્યાઓને ઉકેલવા માટે, સુધારેલી પદ્ધતિઓ HF ને પાતળું કરે છે, પસંદગી વધારવા અને દૂષણ ઘટાડવા માટે ઓક્સિડાઇઝર્સ, સર્ફેક્ટન્ટ્સ અથવા જટિલ એજન્ટો ઉમેરે છે.

3. SC1 સફાઈ (માનક સફાઈ 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 એ દૂર કરવા માટે એક ખર્ચ-અસરકારક અને અત્યંત કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ છેકાર્બનિક અવશેષો, કણો અને કેટલીક ધાતુઓ. આ મિકેનિઝમ H₂O₂ ની ઓક્સિડાઇઝિંગ ક્રિયા અને NH₄OH ની ઓગળવાની અસરને જોડે છે. તે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક બળો દ્વારા કણોને પણ દૂર કરે છે, અને અલ્ટ્રાસોનિક/મેગાસોનિક સહાય કાર્યક્ષમતામાં વધુ સુધારો કરે છે. જો કે, SC1 વેફર સપાટીઓને રફ કરી શકે છે, જેને રાસાયણિક ગુણોત્તરનું કાળજીપૂર્વક ઑપ્ટિમાઇઝેશન, સપાટી તણાવ નિયંત્રણ (સર્ફેક્ટન્ટ્સ દ્વારા) અને ધાતુના પુનઃસ્થાપનને દબાવવા માટે ચેલેટીંગ એજન્ટોની જરૂર પડે છે.

4. SC2 સફાઈ (સ્ટાન્ડર્ડ ક્લીન 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2 દૂર કરીને SC1 ને પૂરક બનાવે છેધાતુના દૂષકો. તેની મજબૂત જટિલતા ક્ષમતા ઓક્સિડાઇઝ્ડ ધાતુઓને દ્રાવ્ય ક્ષાર અથવા સંકુલમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જેને ધોઈ નાખવામાં આવે છે. જ્યારે SC1 કાર્બનિક પદાર્થો અને કણો માટે અસરકારક છે, ત્યારે SC2 ખાસ કરીને ધાતુના શોષણને રોકવા અને ઓછા ધાતુ દૂષણને સુનિશ્ચિત કરવા માટે મૂલ્યવાન છે.

5. O₃ (ઓઝોન) સફાઈ

ઓઝોન સફાઈ મુખ્યત્વે માટે વપરાય છેકાર્બનિક પદાર્થો દૂર કરવાઅનેDIW ને જંતુમુક્ત કરવું. O₃ એક મજબૂત ઓક્સિડન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે, પરંતુ તે ફરીથી જમા થવાનું કારણ બની શકે છે, તેથી તેને ઘણીવાર HF સાથે જોડવામાં આવે છે. તાપમાન ઑપ્ટિમાઇઝેશન મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે ઊંચા તાપમાને પાણીમાં O₃ દ્રાવ્યતા ઘટે છે. ક્લોરિન-આધારિત જંતુનાશકો (સેમિકન્ડક્ટર ફેક્ટરીઓમાં અસ્વીકાર્ય) થી વિપરીત, O₃ DIW સિસ્ટમોને દૂષિત કર્યા વિના ઓક્સિજનમાં વિઘટિત થાય છે.

6. ઓર્ગેનિક સોલવન્ટ સફાઈ

અમુક વિશિષ્ટ પ્રક્રિયાઓમાં, જ્યાં પ્રમાણભૂત સફાઈ પદ્ધતિઓ અપૂરતી અથવા અયોગ્ય હોય ત્યાં કાર્બનિક દ્રાવકોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે (દા.ત., જ્યારે ઓક્સાઇડનું નિર્માણ ટાળવું જોઈએ).

નિષ્કર્ષ

વેફર સફાઈ એ છેસૌથી વધુ વારંવાર પુનરાવર્તિત પગલુંસેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં અને ઉપજ અને ઉપકરણ વિશ્વસનીયતાને સીધી અસર કરે છે. તરફ આગળ વધવા સાથેમોટા વેફર્સ અને નાના ઉપકરણ ભૂમિતિઓ, વેફર સપાટીની સ્વચ્છતા, રાસાયણિક સ્થિતિ, ખરબચડીપણું અને ઓક્સાઇડ જાડાઈ માટેની આવશ્યકતાઓ વધુને વધુ કડક બની રહી છે.

આ લેખમાં DIW, HF, SC1, SC2, O₃ અને કાર્બનિક દ્રાવક પદ્ધતિઓ સહિત પરિપક્વ અને અદ્યતન વેફર સફાઈ તકનીકોની સમીક્ષા કરવામાં આવી છે, તેમની પદ્ધતિઓ, ફાયદા અને મર્યાદાઓ સાથે. બંને તરફથીઆર્થિક અને પર્યાવરણીય દ્રષ્ટિકોણ, અદ્યતન સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનની માંગને પહોંચી વળવા માટે વેફર ક્લિનિંગ ટેકનોલોજીમાં સતત સુધારા જરૂરી છે.