Pembersihan basah (Wet Clean) adalah salah satu langkah penting dalam proses manufaktur semikonduktor, yang bertujuan 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 memengaruhi kinerja perangkat secara signifikan, sehingga memengaruhi hasil dan keandalan perangkat semikonduktor.
Prinsip Inti Pembersihan Wafer
Inti dari pembersihan wafer terletak pada penghilangan efektif berbagai kontaminan dari permukaan wafer melalui metode fisik, kimia, dan metode lainnya untuk memastikan bahwa wafer memiliki permukaan bersih yang cocok 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 lapisan oksida gerbang
Penurunan masa pakai pembawa minoritas
Pembentukan cacat lapisan eksitasi oksida
| |
| Kontaminasi Kimia | Bahan Organik | Cacat kerusakan lapisan oksida gerbang
Variasi film CVD (waktu inkubasi)
Variasi ketebalan lapisan oksida termal (oksidasi yang dipercepat)
Kejadian kabut (wafer, lensa, cermin, topeng, reticle)
|
| Dopan Anorganik (B, P) | Pergeseran Vth transistor MOS
Variasi resistansi substrat Si dan lembaran poli-silikon resistansi tinggi
| |
| Basa Anorganik (amina, amonia) & Asam (SOx) | Degradasi resolusi resist yang diperkuat secara kimia
Terjadinya kontaminasi partikel dan kabut akibat pembentukan garam
| |
| Film Oksida Asli dan Kimiawi Akibat Kelembaban, Udara | Peningkatan resistensi kontak
Kerusakan/degradasi film oksida gerbang
| |
Secara khusus, tujuan dari proses pembersihan wafer meliputi:
Pembersihan Partikel: Menggunakan metode fisik atau kimia untuk menghilangkan partikel kecil yang menempel pada permukaan wafer. Partikel yang lebih kecil lebih sulit dihilangkan karena gaya elektrostatik yang kuat antara partikel dan permukaan wafer, sehingga memerlukan penanganan khusus.
Pembersihan Material Organik: Kontaminan organik seperti lemak dan residu photoresist dapat menempel pada permukaan wafer. Kontaminan ini biasanya dibersihkan menggunakan agen pengoksidasi atau pelarut yang kuat.
Penghilangan Ion Logam: Residu ion logam pada permukaan wafer dapat menurunkan kinerja listrik dan bahkan memengaruhi langkah pemrosesan berikutnya. Oleh karena itu, larutan kimia khusus digunakan untuk menghilangkan ion-ion ini.
Penghilangan Oksida: Beberapa proses mengharuskan permukaan wafer terbebas 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 penghilangan kontaminan secara efisien tanpa memberikan pengaruh buruk pada permukaan wafer, seperti mencegah permukaan menjadi kasar, korosi, atau kerusakan fisik lainnya.
2. Aliran Proses Pembersihan Wafer
Proses pembersihan wafer biasanya melibatkan beberapa langkah untuk memastikan penghilangan kontaminan secara menyeluruh dan mencapai permukaan yang benar-benar bersih.
Gambar: Perbandingan Antara Pembersihan Tipe Batch dan Pembersihan Wafer Tunggal
Proses pembersihan wafer yang umum mencakup langkah-langkah utama berikut:
1. Pra-Pembersihan (Pre-Clean)
Tujuan dari 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, sementara pembersihan ultrasonik memanfaatkan efek kavitasi untuk memutus ikatan antara partikel dan permukaan wafer, sehingga lebih mudah terlepas.
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.
Penghilangan 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, penghapusan lapisan oksida asli dari permukaan wafer diperlukan, yang mana larutan asam hidrofluorida (HF) digunakan. Rasio tipikal untuk larutan HF adalah HF
₂O = 1:50, dan dapat digunakan pada suhu ruangan.
3. Pembersihan Akhir
Setelah pembersihan kimia, wafer biasanya menjalani langkah pembersihan akhir untuk memastikan tidak ada residu kimia yang tersisa di permukaan. Pembersihan akhir terutama menggunakan air deionisasi untuk pembilasan menyeluruh. Selain itu, pembersihan air ozon (O₃/H₂O) digunakan untuk menghilangkan kontaminan yang tersisa dari permukaan wafer.
4. Pengeringan
Wafer yang sudah dibersihkan harus segera dikeringkan untuk mencegah noda air atau menempelnya kembali kontaminan. Metode pengeringan yang umum meliputi pengeringan putar dan pembersihan nitrogen. Yang pertama menghilangkan kelembapan dari permukaan wafer dengan memutarnya pada kecepatan tinggi, sedangkan yang kedua memastikan pengeringan menyeluruh dengan meniupkan gas nitrogen kering ke seluruh permukaan wafer.
Kontaminan
Nama Prosedur Pembersihan
Deskripsi Campuran Kimia
Bahan kimia
| Partikel | Ikan 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 |
| Ikan Piranha (SPM) | Asam sulfat/hidrogen peroksida/air DI | H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C | |
| Demam Berdarah Dengue | Asam hidrofluorida encer/air DI (tidak akan menghilangkan tembaga) | HF/H2O1:50 | |
| Organik | Ikan 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 de-ionisasi | Campuran O3/H2O yang Dioptimalkan | |
| Oksida Asli | Demam Berdarah Dengue | Asam hidrofluorida encer/air DI | HF/H2O 1:100 |
| BHF | Asam hidrofluorida penyangga | NH4F/HF/H2O |
3. Metode Pembersihan Wafer Umum
1. Metode Pembersihan RCA
Metode pembersihan RCA merupakan salah satu teknik pembersihan wafer paling klasik dalam 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 (Pembersihan Standar 1) dan SC-2 (Pembersihan Standar 2).
Pembersihan SC-1: Langkah ini terutama digunakan untuk menghilangkan kontaminan dan partikel organik. Larutannya adalah 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. Ini meninggalkan lapisan pasivasi tipis pada permukaan wafer untuk mencegah kontaminasi ulang.
2. Metode Pembersihan Piranha (Piranha Etch Clean)
Metode pembersihan Piranha merupakan teknik yang sangat efektif untuk menghilangkan bahan organik, menggunakan campuran asam sulfat dan hidrogen peroksida, biasanya dalam rasio 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 kontrol kondisi yang ketat, terutama dalam hal suhu dan konsentrasi, untuk menghindari kerusakan pada 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, sehingga memungkinkan penghilangan partikel berukuran sub-mikron secara lebih efisien tanpa menyebabkan kerusakan pada permukaan wafer.
4. Pembersihan Ozon
Teknologi pembersihan ozon memanfaatkan sifat pengoksidasi kuat ozon 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 menyebabkan lebih sedikit polusi lingkungan, menjadikannya teknologi yang sedang berkembang di bidang pembersihan wafer.
4. Peralatan Proses Pembersihan Wafer
Untuk memastikan efisiensi dan keamanan proses pembersihan wafer, berbagai peralatan pembersih canggih digunakan dalam produksi semikonduktor. Jenis-jenis utamanya meliputi:
1. Peralatan Pembersih Basah
Peralatan pembersih basah mencakup berbagai tangki perendaman, tangki pembersih ultrasonik, dan pengering putar. Perangkat ini menggabungkan gaya mekanis dan reagen kimia untuk menghilangkan kontaminan dari permukaan wafer. Tangki perendaman biasanya dilengkapi dengan sistem kontrol suhu untuk memastikan stabilitas dan efektivitas larutan kimia.
2. Peralatan Dry Cleaning
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 kimia.
3. Sistem Pembersihan Otomatis
Dengan terus berkembangnya produksi semikonduktor, 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
Karena perangkat semikonduktor terus menyusut, teknologi pembersihan wafer berkembang menuju solusi yang lebih efisien dan ramah lingkungan. Teknologi pembersihan masa depan akan berfokus pada:
Penghapusan Partikel Sub-nanometer: Teknologi pembersihan yang ada dapat menangani partikel berskala nanometer, tetapi dengan pengurangan lebih lanjut dalam ukuran perangkat, menghilangkan partikel sub-nanometer akan menjadi tantangan baru.
Pembersihan Hijau dan Ramah Lingkungan: Mengurangi penggunaan bahan kimia yang berbahaya bagi lingkungan dan mengembangkan metode pembersihan yang lebih ramah lingkungan, seperti pembersihan ozon dan pembersihan megasonik, akan menjadi semakin penting.
Tingkat Otomatisasi dan Kecerdasan yang Lebih Tinggi: Sistem yang cerdas akan memungkinkan pemantauan dan penyesuaian berbagai parameter secara real-time selama proses pembersihan, yang selanjutnya meningkatkan efektivitas pembersihan dan efisiensi produksi.
Teknologi pembersihan wafer, sebagai langkah penting dalam produksi semikonduktor, memainkan peran penting dalam memastikan permukaan wafer bersih untuk proses selanjutnya. Kombinasi berbagai metode pembersihan secara efektif menghilangkan kontaminan, menyediakan permukaan substrat yang bersih untuk langkah selanjutnya. Seiring kemajuan teknologi, proses pembersihan akan terus dioptimalkan untuk memenuhi tuntutan presisi yang lebih tinggi dan tingkat cacat yang lebih rendah dalam produksi semikonduktor.
Waktu posting: 08-Okt-2024