Micro-Nano Processing | Introduction au nettoyage par voie humide

Le processus de fabrication des circuits intégrés nécessite la participation de certains réactifs organiques et inorganiques. En outre, le processus de production est toujours réalisé dans une salle blanche avec la participation de l'homme, de sorte qu'il est inévitable que divers contaminants environnementaux se produisent sur les plaquettes de silicium. En fonction de l'occurrence des contaminants, ceux-ci peuvent être grossièrement classés en particules, substances organiques, contaminants métalliques et oxydes. Le nettoyage des plaquettes est l'étape la plus importante et la plus fréquente dans la fabrication des dispositifs semi-conducteurs, et son efficacité aura une incidence directe sur le rendement, les performances et la fiabilité du dispositif. Le nettoyage par voie humide fait référence à l'utilisation d'une variété de réactifs chimiques adsorbés sur la surface de l'objet à nettoyer - impuretés et réaction chimique ou dissolution de l'huile - ou accompagnés d'ultrasons, de chauffage, de vide et d'autres mesures physiques, de sorte que les impuretés de la surface de l'objet soient éliminées de l'adsorption (désorption), puis d'un grand nombre de rinçages à l'eau déionisée de haute pureté, afin d'obtenir le processus de nettoyage de la surface. La première étape du nettoyage chimique par voie humide consiste à sélectionner les réactifs et la solution de nettoyage appropriés en fonction de l'objectif et des exigences du nettoyage des plaquettes de silicium.

  1. Propriétés et fonctions des réactifs couramment utilisés
formulaireRéactifs courantsNature ou rôle
acides et bases inorganiquesAcide chlorhydrique, acide sulfurique, acide nitrique, acide fluorhydrique, eau régale, ammoniaque, hydroxyde de potassium, hydroxyde de sodium, etc.Élimination du photopolymère ou des impuretés par réaction chimique
agent oxydantAcide nitrique, acide sulfurique concentré, bichromate de potassium, peroxyde d'hydrogène, etc.oxydation
agent complexantAcide chlorhydrique, acide fluorhydrique, chlorure d'ammonium, ammoniac, etc.la complexation, qui facilite l'élimination des impuretés métalliques
solvant organiqueEthanol anhydre, acétone, alcool isopropyliqueÉlimination des impuretés organiques ou du photopolymère par le principe de similitude et de solubilité
détergent synthétiqueL'ingrédient principal est le surfactantÉmulsification tensioactive
  1. Nettoyage inorganique de plaquettes de silicium
solution (chimie)tempobjectif
Acide sulfurique : peroxyde d'hydrogène (3:1)120°C-140°CÉlimination de la matière organique
Ammoniaque : peroxyde d'hydrogène : eau (1:1:5)75°CÉlimination des particules
Acide chlorhydrique : peroxyde d'hydrogène : eau (1:1:7)75°CÉlimination des impuretés métalliques
BHF ou BOEtempératures ordinairesÉlimination de la couche d'oxyde naturel des plaquettes de silicium
  1. Nettoyage organique des plaquettes de silicium :
solution (chimie)tempPropriétés de dissolution
acétonetempératures ordinairesle plus fort
isopropanoltempératures ordinairesrelativement forte
éthanol anhydretempératures ordinairesplus faible
  1. RCAnettoyer

La méthode de nettoyage RCA s'appuie sur des solvants, des acides, des surfactants et de l'eau pour pulvériser, purifier, oxyder, graver et dissoudre les contaminants de la surface des plaquettes, les contaminants organiques et les ions métalliques, sans détruire les caractéristiques de la surface des plaquettes. Les produits chimiques sont soigneusement nettoyés dans de l'eau ultrapure après chaque utilisation. Les solutions de nettoyage couramment utilisées et leurs fonctions sont présentées ci-dessous.

(1) Mélange d'hydroxyde d'ammonium (ammoniac)/peroxyde d'hydrogène (peroxyde d'hydrogène)/eauDI (eau déminéralisée) (APM ; NH4OH/H2O2/ H2O à 65 ~ 80 ℃).APM est souvent appelé la solution de nettoyage SC1, qui est formulée comme suit : NH4OH:H2O2:H2O = 1:1:5 ~ 1:2:7, pour oxyder et micrograver afin de découper et d'éliminer les particules de surface ; elle peut également éliminer les contaminants organiques mineurs et certains contaminants métallisés. 1:1:5 à 1:2:7, avec oxydation et microgravure pour découper et éliminer les particules de surface ; il élimine également les contaminants organiques mineurs et certains contaminants métallisés. Cependant, l'oxydation et la gravure simultanées du silicium augmentent la rugosité de la surface.

L'ajout de l'énergie mégasonique au nettoyage APM permet de réduire la consommation de produits chimiques et d'eau DI, de raccourcir le temps de gravure des plaquettes dans la solution de nettoyage, d'atténuer l'effet de l'anisotropie sur les caractéristiques des circuits intégrés lors du nettoyage humide et d'augmenter la durée de vie de la solution de nettoyage.

(2) Mélange d'acide chlorhydrique (acide chlorhydrique)/peroxyde d'hydrogène (peroxyde d'hydrogène)/eau déminéralisée (HPM ; HCI/ H2O2/ H2O à 65 ~ 80 ℃). Le HPM est généralement connu sous le nom de solution de nettoyage SC2, la formule est : HCI : H2O2:H2O =1:1:6. ~Sa formule est : HCI : H2O2:H2O=1:1:6~1:2:8, qui peut dissoudre les ions métalliques alcalins et les hydroxydes d'aluminium, de fer et de magnésium. En outre, les ions chlorure de l'acide chlorhydrique réagissent avec les ions métalliques résiduels pour former un complexe facilement soluble dans une solution aqueuse, de sorte que les contaminants métalliques peuvent être éliminés de la couche inférieure du silicium.

(3) Mélange d'acide sulfurique et de peroxyde d'hydrogène (SPM ; H2SO4/ H2O2 à 100~130°C) Le SPM est souvent appelé solution de nettoyage SC3, avec un rapport 3:1 d'acide sulfurique et de peroxyde d'hydrogène en volume, et est généralement utilisé pour l'élimination des contaminants organiques. L'acide sulfurique déshydrate et carbonise la matière organique, tandis que le peroxyde d'hydrogène oxyde les produits de carbonisation en monoxyde ou dioxyde de carbone.

(4) Gravure à l'acide fluorhydrique ou à l'acide fluorhydrique dilué (HF ou DHF à 20~25℃). La formule est : HF:H2O = 1:20 ou 1:50, principalement utilisé pour enlever les oxydes des zones spéciales, graver le dioxyde de silicium et les oxydes de silicium, réduire le métal de surface. Une solution aqueuse d'acide fluorhydrique dilué a été utilisée pour éliminer la couche d'oxyde primaire et une couche d'oxyde chimique générée par l'oxydation du peroxyde d'hydrogène sur la surface de la plaquette après le nettoyage par les solutions SC1 et SC2, et tout en éliminant la couche d'oxyde, elle a également formé une liaison hydrogène de silicium sur la surface de la plaquette de silicium, qui présente une surface hydrophobe.

(5) L'eau ultra-pure (UPW), souvent appelée eau DI, utilise de l'eau ozonée pour diluer les produits chimiques résiduels et les rinçages des plaquettes nettoyées chimiquement.

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