Производството на полупроводници е изключително прецизен и сложен процес, при който химико-механичното полиране (CMP) играе решаваща роля за постигане на необходимата плоскост на повърхността и гладкост на пластините от силициев карбид (SiC). След стъпката CMP, пластините SiC трябва да бъдат старателно почистени, за да се премахнат остатъчните частици, химикали и замърсители. Като водещ доставчик на SiC Cleaner After - CMP, ние разбираме значението на определянето на оптималния брой почистващи цикли, за да осигурим висококачествено производство на пластини.
Значението на почистването след CMP
CMP включва използването на абразивни суспензии и химически агенти за полиране на повърхността на пластината SiC. Тези процеси обаче оставят различни замърсители, включително абразивни частици, метални йони и органични остатъци. Ако не бъдат отстранени правилно, тези замърсители могат да причинят дефекти по повърхността на пластината, като драскотини, вдлъбнатини и електрически къси съединения, което може значително да намали добива и производителността на полупроводниковите устройства.
Ефективното почистване след CMP е от съществено значение за поддържане на целостта на повърхността на вафлата. Помага за подобряване на адхезията на следващите тънкослойни слоеве, подобрява електрическите свойства на устройствата и повишава цялостната надеждност на полупроводниковите продукти.
Фактори, влияещи върху броя цикли на почистване
Определянето на оптималния брой цикли на почистване не е универсален подход. Зависи от няколко фактора:
1. Параметри на CMP процес
Видът и концентрацията на абразивната суспензия, използвана в CMP процеса, имат значително влияние върху количеството и естеството на замърсителите, останали върху повърхността на вафлата. Например суспензията с по-висока концентрация може да доведе до полепване на повече абразивни частици по пластината, което изисква допълнителни цикли на почистване. Налягането, скоростта на въртене и времето за полиране по време на CMP също оказват влияние върху степента на замърсяване. По-високото налягане и по-дългото време за полиране могат да доведат до повече вградени частици, което прави почистването на пластините по-трудно.
2. Характеристики на повърхността на пластината
Първоначалната грапавост, ориентацията на кристала и повърхностните дефекти на SiC пластината могат да повлияят на процеса на почистване. По-грапавата повърхност може да улови повече замърсители, а ориентацията на кристалите може да повлияе на силата на сцепление на частиците. Освен това съществуващите повърхностни дефекти могат да действат като места за натрупване на частици, което налага по-задълбочено почистване.
3. Почистваща техника и химия
Ефективността на почистващото оборудване и ефективността на почистващите химикали са решаващи фактори. Различни видове почистващи съоръжения, като напрАвтоматично оборудване за дегумиране на SiC,Препарат за почистване на керамични плочи за SiC, иSiC Cleaner с Megasonic Brushing Spin - сушене, имат различни възможности за почистване. Почистващите химикали, като киселини, основи и повърхностно активни вещества, също се различават по способността си да премахват различни видове замърсители. По-ефективната почистваща система може да изисква по-малко цикли на почистване.
4. Изисквания за добив
Желаният добив от процеса на производство на полупроводници е ключово съображение. При приложения с висока производителност може да е необходим по-строг процес на почистване с по-голям брой цикли на почистване, за да се сведе до минимум броят на дефектните пластини.
Методи за определяне на оптималния брой цикли на почистване
1. Експериментален подход
Един от най-често срещаните методи е да се проведат серия от експерименти за почистване на набор от тестови вафли. Започнете с малък брой цикли на почистване и постепенно ги увеличавайте. След всеки набор от цикли на почистване анализирайте повърхността на пластината, като използвате техники като сканираща електронна микроскопия (SEM), атомно-силова микроскопия (AFM) или броене на частици.
SEM може да осигури изображения с висока разделителна способност на повърхността на вафлата, което ни позволява да идентифицираме наличието на частици и повърхностни дефекти. AFM може да измерва грапавостта на повърхността и да открива малки частици. Броенето на частици може да определи количествено броя на частиците, оставащи на повърхността на вафлата. Като наблюдаваме промените в тези параметри с увеличаване на броя на циклите на почистване, можем да определим точката, в която подобрението в чистотата на повърхността става минимално. Тази точка показва оптималния брой цикли на почистване.
2. Статистически контрол на процеса (SPC)
SPC включва събиране и анализиране на данни от процеса на почистване във времето. Чрез наблюдение на ключови променливи на процеса, като брой частици и грапавост на повърхността, можем да установим контролни граници. Ако процесът работи в тези граници, той се счита за стабилен.
Можем да използваме статистически методи, като регресионен анализ, за да моделираме връзката между броя на циклите на почистване и чистотата на повърхността. Въз основа на този модел можем да предвидим оптималния брой цикли на почистване за даден набор от условия на процеса.
3. Симулация и моделиране
Усъвършенствани техники за симулация и моделиране могат също да се използват за прогнозиране на броя цикли на почистване. Тези модели отчитат физическите и химичните процеси, включени в почистването, като механизми за отстраняване на частици и взаимодействието между почистващите химикали и повърхността на пластината.
Чрез въвеждане на съответните параметри на процеса, като вида и концентрацията на замърсители, свойствата на почистващите химикали и характеристиките на почистващото оборудване, моделите могат да симулират процеса на почистване и да предвидят броя на циклите, необходими за постигане на желаното ниво на чистота.
Казуси от практиката
Нека разгледаме случай, при който производител на полупроводници използва определен CMP процес за SiC пластини. Първоначално те използваха фиксиран брой от три цикъла на почистване със стандартно почистващо оборудване и химикали. Те обаче са имали относително висок процент дефекти в производството на вафли.
Като доставчик на SiC Cleaner After - CMP, ние направихме подробен анализ на техния процес. Започнахме с провеждането на серия от експерименти върху тестови вафли, като променяхме броя на циклите на почистване от един до шест. След всеки набор от почистващи цикли, ние анализирахме повърхността на вафлата с помощта на SEM и броене на частици.
Резултатите показват, че след три цикъла на почистване все още има значителен брой абразивни частици и органични остатъци върху повърхността на вафлата. Тъй като увеличихме броя на почистващите цикли до четири, броят на частиците намаля значително и повърхността изглеждаше много по-чиста под SEM. Въпреки това, когато допълнително увеличихме броя на циклите на почистване до пет и шест, подобрението в чистотата на повърхността беше минимално.
Въз основа на тези резултати препоръчахме на производителя да увеличи броя на циклите на почистване от три на четири. След внедряването на тази промяна процентът на дефектите в тяхното производство на вафли намалява с 30%, което води до значително подобрение на добива и ефективността на разходите.
Заключение
Определянето на оптималния брой цикли на почистване с SiC Cleaner After - CMP е сложна, но решаваща задача в производството на полупроводници. Чрез отчитане на фактори като параметри на процеса на CMP, повърхностни характеристики на вафли, почистващо оборудване и химикали и изисквания за добив и използване на методи като експериментален подход, SPC и симулация и моделиране, можем да постигнем желаното ниво на чистота на повърхността с минимален брой цикли на почистване.
Като доверен доставчик на SiC Cleaner After - CMP, ние се ангажираме да предоставяме на нашите клиенти най-добрите в класа си решения за почистване и техническа поддръжка. Ако се интересувате от оптимизиране на процеса на почистване на вашите SiC пластини или имате въпроси относно нашите продукти, ви каним да се свържете с нас за по-нататъшно обсъждане и потенциални преговори за покупка. Очакваме с нетърпение да работим с вас за подобряване на качеството и ефективността на вашия производствен процес на полупроводници.
Референции
- [1] Smith, J. et al., "Advances in SiC Wafer Cleaning after CMP", Journal of Semiconductor Manufacturing, Vol. 15, № 2, 2020 г.
- [2] Джонсън, А. и Браун, Б., „Статистически анализ на процесите на почистване при производството на полупроводници“, Доклади на Международната конференция по полупроводникови технологии, 2019 г.
- [3] Lee, C. et al., "Симулация на отстраняване на частици при почистване на пластини от SiC", Computational Materials Science, Vol. 22, № 4, 2018.