Pembersihan basah (Wet Clean) merupakan salah satu langkah penting dalam proses pembuatan semikonduktor, yang bertujuan untuk menghilangkan berbagai kontaminan dari permukaan wafer untuk memastikan bahwa langkah proses selanjutnya dapat dilakukan pada permukaan yang bersih.
Karena ukuran perangkat semikonduktor terus menyusut dan persyaratan presisi meningkat, tuntutan teknis proses pembersihan wafer menjadi semakin ketat. Bahkan partikel terkecil, bahan organik, ion logam, atau residu oksida pada permukaan wafer dapat berdampak signifikan terhadap kinerja perangkat, sehingga memengaruhi hasil dan keandalan perangkat semikonduktor.
Prinsip Inti Pembersihan Wafer
Inti dari pembersihan wafer terletak pada penghilangan berbagai kontaminan secara efektif dari permukaan wafer melalui metode fisik, kimia, dan lainnya untuk memastikan bahwa wafer memiliki permukaan bersih yang sesuai untuk pemrosesan selanjutnya.
Jenis Kontaminasi
Pengaruh Utama pada Karakteristik Perangkat
artikel Kontaminasi | Cacat pola
Cacat implantasi ion
Cacat kerusakan film isolasi
| |
Kontaminasi Logam | Logam Alkali | ketidakstabilan transistor MOS
Kerusakan/degradasi film oksida gerbang
|
Logam Berat | Peningkatan arus bocor balik sambungan PN
Cacat kerusakan film oksida gerbang
Degradasi seumur hidup pembawa minoritas
Generasi cacat lapisan eksitasi oksida
| |
Kontaminasi Kimia | Bahan Organik | Cacat kerusakan film oksida gerbang
Variasi film CVD (waktu inkubasi)
Variasi ketebalan film oksida termal (oksidasi yang dipercepat)
Kejadian kabut (wafer, lensa, cermin, masker, reticle)
|
Dopan Anorganik (B, P) | Transistor MOS Vth bergeser
Si substrat dan variasi ketahanan lembaran poli-silikon resistansi tinggi
| |
Basa Anorganik (amina, amonia) & Asam (SOx) | Degradasi resolusi resistensi yang diperkuat secara kimia
Terjadinya kontaminasi partikel dan kabut akibat pembentukan garam
| |
Film Oksida Asli dan Kimia Karena Kelembaban, Udara | Peningkatan resistensi kontak
Kerusakan/degradasi film oksida gerbang
|
Secara khusus, tujuan dari proses pembersihan wafer meliputi:
Penghapusan Partikel: Menggunakan metode fisik atau kimia untuk menghilangkan partikel kecil yang menempel pada permukaan wafer. Partikel yang lebih kecil lebih sulit dihilangkan karena gaya elektrostatis yang kuat antara partikel tersebut dan permukaan wafer, sehingga memerlukan perlakuan khusus.
Penghapusan Bahan Organik: Kontaminan organik seperti lemak dan residu photoresist dapat menempel pada permukaan wafer. Kontaminan ini biasanya dihilangkan dengan menggunakan zat pengoksidasi kuat atau pelarut.
Penghapusan Ion Logam: Residu ion logam pada permukaan wafer dapat menurunkan kinerja listrik dan bahkan mempengaruhi langkah pemrosesan selanjutnya. Oleh karena itu, larutan kimia tertentu digunakan untuk menghilangkan ion-ion ini.
Penghapusan Oksida: Beberapa proses mengharuskan permukaan wafer bebas dari lapisan oksida, seperti silikon oksida. Dalam kasus seperti itu, lapisan oksida alami perlu dihilangkan selama langkah pembersihan tertentu.
Tantangan teknologi pembersihan wafer terletak pada menghilangkan kontaminan secara efisien tanpa berdampak buruk pada permukaan wafer, seperti mencegah permukaan menjadi kasar, korosi, atau kerusakan fisik lainnya.
2. Alur Proses Pembersihan Wafer
Proses pembersihan wafer biasanya melibatkan beberapa langkah untuk memastikan penghilangan kontaminan secara menyeluruh dan mencapai permukaan yang bersih sepenuhnya.
Gambar: Perbandingan Antara Pembersihan Tipe Batch dan Wafer Tunggal
Proses pembersihan wafer pada umumnya mencakup langkah-langkah utama berikut:
1. Pra-Pembersihan (Pra-Pembersihan)
Tujuan pra-pembersihan adalah untuk menghilangkan kontaminan lepas dan partikel besar dari permukaan wafer, yang biasanya dicapai melalui pembilasan air deionisasi (DI Water) dan pembersihan ultrasonik. Air deionisasi pada awalnya dapat menghilangkan partikel dan kotoran terlarut dari permukaan wafer, sedangkan pembersihan ultrasonik menggunakan efek kavitasi untuk memutus ikatan antara partikel dan permukaan wafer, sehingga lebih mudah untuk dikeluarkan.
2. Pembersihan Kimia
Pembersihan kimia adalah salah satu langkah inti dalam proses pembersihan wafer, menggunakan larutan kimia untuk menghilangkan bahan organik, ion logam, dan oksida dari permukaan wafer.
Penghapusan Bahan Organik: Biasanya, aseton atau campuran amonia/peroksida (SC-1) digunakan untuk melarutkan dan mengoksidasi kontaminan organik. Rasio tipikal untuk larutan SC-1 adalah NH₄OH
₂O₂
₂O = 1:1:5, dengan suhu kerja sekitar 20°C.
Penghilang Ion Logam: Campuran asam nitrat atau asam klorida/peroksida (SC-2) digunakan untuk menghilangkan ion logam dari permukaan wafer. Rasio tipikal untuk larutan SC-2 adalah HCl
₂O₂
₂O = 1:1:6, dengan suhu dipertahankan sekitar 80°C.
Penghapusan Oksida: Dalam beberapa proses, penghilangan lapisan oksida asli dari permukaan wafer diperlukan, yang mana larutan asam fluorida (HF) digunakan. Rasio khas untuk solusi HF adalah HF
₂O = 1:50, dan dapat digunakan pada suhu kamar.
3. Pembersihan Akhir
Setelah pembersihan kimia, wafer biasanya menjalani langkah pembersihan akhir untuk memastikan tidak ada residu kimia yang tertinggal di permukaan. Pembersihan akhir terutama menggunakan air deionisasi untuk pembilasan menyeluruh. Selain itu, pembersihan air ozon (O₃/H₂O) digunakan untuk menghilangkan sisa kontaminan dari permukaan wafer.
4. Pengeringan
Wafer yang sudah dibersihkan harus segera dikeringkan untuk mencegah timbulnya tanda air atau menempelnya kembali kontaminan. Metode pengeringan yang umum meliputi pengeringan putaran dan pembersihan nitrogen. Yang pertama menghilangkan kelembapan dari permukaan wafer dengan memutar pada kecepatan tinggi, sedangkan yang terakhir memastikan pengeringan sempurna dengan meniupkan gas nitrogen kering ke seluruh permukaan wafer.
Kontaminan
Nama Prosedur Pembersihan
Deskripsi Campuran Kimia
Bahan kimia
Partikel | Piranha (SPM) | Asam sulfat/hidrogen peroksida/air DI | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
SC-1 (APM) | Amonium hidroksida/hidrogen peroksida/air DI | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
Logam (bukan tembaga) | SC-2 (HPM) | Asam klorida/hidrogen peroksida/air DI | HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C |
Piranha (SPM) | Asam sulfat/hidrogen peroksida/air DI | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
DBD | Encerkan asam fluorida/air DI (tidak akan menghilangkan tembaga) | HF/H2O1:50 | |
Organik | Piranha (SPM) | Asam sulfat/hidrogen peroksida/air DI | H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C |
SC-1 (APM) | Amonium hidroksida/hidrogen peroksida/air DI | NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C | |
DIO3 | Ozon dalam air deionisasi | Campuran yang Dioptimalkan O3/H2O | |
Oksida Asli | DBD | Encerkan asam fluorida/DI air | HF/H2O 1:100 |
BHF | Asam fluorida buffer | NH4F/HF/H2O |
3. Metode Pembersihan Wafer yang Umum
1. Metode Pembersihan RCA
Metode pembersihan RCA adalah salah satu teknik pembersihan wafer paling klasik di industri semikonduktor, yang dikembangkan oleh RCA Corporation lebih dari 40 tahun yang lalu. Metode ini terutama digunakan untuk menghilangkan kontaminan organik dan pengotor ion logam dan dapat diselesaikan dalam dua langkah: SC-1 (Standard Clean 1) dan SC-2 (Standard Clean 2).
Pembersihan SC-1: Langkah ini terutama digunakan untuk menghilangkan kontaminan dan partikel organik. Larutannya merupakan campuran amonia, hidrogen peroksida, dan air, yang membentuk lapisan tipis silikon oksida pada permukaan wafer.
Pembersihan SC-2: Langkah ini terutama digunakan untuk menghilangkan kontaminan ion logam, menggunakan campuran asam klorida, hidrogen peroksida, dan air. Ia meninggalkan lapisan pasivasi tipis pada permukaan wafer untuk mencegah kontaminasi ulang.
2. Cara Membersihkan Piranha (Piranha Etch Clean)
Metode pembersihan Piranha adalah teknik yang sangat efektif untuk menghilangkan bahan organik, menggunakan campuran asam sulfat dan hidrogen peroksida, biasanya dengan perbandingan 3:1 atau 4:1. Karena sifat oksidatif yang sangat kuat dari larutan ini, larutan ini dapat menghilangkan sejumlah besar bahan organik dan kontaminan yang membandel. Metode ini memerlukan pengendalian kondisi yang ketat, khususnya dalam hal suhu dan konsentrasi, untuk menghindari kerusakan wafer.
Pembersihan ultrasonik menggunakan efek kavitasi yang dihasilkan oleh gelombang suara frekuensi tinggi dalam cairan untuk menghilangkan kontaminan dari permukaan wafer. Dibandingkan dengan pembersihan ultrasonik tradisional, pembersihan megasonik beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi, memungkinkan penghilangan partikel berukuran sub-mikron secara lebih efisien tanpa menyebabkan kerusakan pada permukaan wafer.
4. Pembersihan Ozon
Teknologi pembersihan ozon memanfaatkan sifat oksidasi ozon yang kuat untuk menguraikan dan menghilangkan kontaminan organik dari permukaan wafer, yang pada akhirnya mengubahnya menjadi karbon dioksida dan air yang tidak berbahaya. Metode ini tidak memerlukan penggunaan reagen kimia yang mahal dan mengurangi pencemaran lingkungan, menjadikannya teknologi baru di bidang pembersihan wafer.
4. Peralatan Proses Pembersihan Wafer
Untuk menjamin efisiensi dan keamanan proses pembersihan wafer, berbagai peralatan pembersih canggih digunakan dalam produksi semikonduktor. Jenis utamanya meliputi:
1. Peralatan Pembersih Basah
Peralatan pembersih basah mencakup berbagai tangki perendaman, tangki pembersih ultrasonik, dan pengering putaran. Perangkat ini menggabungkan kekuatan mekanik dan reagen kimia untuk menghilangkan kontaminan dari permukaan wafer. Tangki perendaman biasanya dilengkapi dengan sistem pengatur suhu untuk memastikan stabilitas dan efektivitas larutan kimia.
2. Peralatan Pembersih Kering
Peralatan dry cleaning terutama mencakup pembersih plasma, yang menggunakan partikel berenergi tinggi dalam plasma untuk bereaksi dan menghilangkan residu dari permukaan wafer. Pembersihan plasma sangat cocok untuk proses yang memerlukan pemeliharaan integritas permukaan tanpa menimbulkan residu bahan kimia.
3. Sistem Pembersihan Otomatis
Dengan perluasan produksi semikonduktor yang berkelanjutan, sistem pembersihan otomatis telah menjadi pilihan utama untuk pembersihan wafer skala besar. Sistem ini sering kali mencakup mekanisme transfer otomatis, sistem pembersihan multi-tangki, dan sistem kontrol presisi untuk memastikan hasil pembersihan yang konsisten untuk setiap wafer.
5. Tren Masa Depan
Ketika perangkat semikonduktor terus menyusut, teknologi pembersihan wafer berkembang menuju solusi yang lebih efisien dan ramah lingkungan. Teknologi pembersihan masa depan akan fokus pada:
Penghapusan Partikel Sub-nanometer: Teknologi pembersihan yang ada dapat menangani partikel berskala nanometer, namun dengan semakin berkurangnya ukuran perangkat, menghilangkan partikel sub-nanometer akan menjadi tantangan baru.
Pembersihan Ramah Lingkungan dan Ramah Lingkungan: Mengurangi penggunaan bahan kimia berbahaya bagi lingkungan dan mengembangkan metode pembersihan yang lebih ramah lingkungan, seperti pembersihan ozon dan pembersihan megasonik, akan menjadi semakin penting.
Otomatisasi dan Kecerdasan Tingkat Tinggi: Sistem cerdas akan memungkinkan pemantauan dan penyesuaian berbagai parameter secara real-time selama proses pembersihan, sehingga semakin meningkatkan efektivitas pembersihan dan efisiensi produksi.
Teknologi pembersihan wafer, sebagai langkah penting dalam manufaktur semikonduktor, memainkan peran penting dalam memastikan permukaan wafer bersih untuk proses selanjutnya. Kombinasi berbagai metode pembersihan secara efektif menghilangkan kontaminan, sehingga menghasilkan permukaan media yang bersih untuk langkah selanjutnya. Seiring kemajuan teknologi, proses pembersihan akan terus dioptimalkan untuk memenuhi tuntutan presisi yang lebih tinggi dan tingkat kerusakan yang lebih rendah dalam manufaktur semikonduktor.
Waktu posting: 08-Okt-2024