सेमीकंडक्टर निर्माण में वेफर सफाई प्रौद्योगिकी

सेमीकंडक्टर निर्माण में वेफर सफाई प्रौद्योगिकी

वेफर की सफाई संपूर्ण सेमीकंडक्टर निर्माण प्रक्रिया का एक महत्वपूर्ण चरण है और यह उन प्रमुख कारकों में से एक है जो सीधे डिवाइस के प्रदर्शन और उत्पादन क्षमता को प्रभावित करते हैं। चिप निर्माण के दौरान, थोड़ी सी भी गंदगी डिवाइस की विशेषताओं को खराब कर सकती है या पूरी तरह से विफलता का कारण बन सकती है। इसलिए, सतह की गंदगी को हटाने और वेफर की स्वच्छता सुनिश्चित करने के लिए लगभग हर निर्माण चरण से पहले और बाद में सफाई प्रक्रियाएं लागू की जाती हैं। सफाई सेमीकंडक्टर उत्पादन में सबसे अधिक बार की जाने वाली प्रक्रिया भी है, जो लगभग कुल उत्पादन लागत का एक बड़ा हिस्सा है।सभी प्रक्रिया चरणों का 30%.

वेरी-लार्ज-स्केल इंटीग्रेशन (VLSI) के निरंतर विस्तार के साथ, प्रोसेस नोड्स उन्नत हो गए हैं।28 एनएम, 14 एनएम और उससे आगेइसके चलते डिवाइस घनत्व बढ़ रहा है, लाइनविड्थ कम हो रही है और प्रोसेस फ्लो अधिक जटिल होता जा रहा है। उन्नत नोड्स संदूषण के प्रति काफी अधिक संवेदनशील होते हैं, जबकि छोटे फीचर आकार सफाई को और भी कठिन बना देते हैं। परिणामस्वरूप, सफाई चरणों की संख्या लगातार बढ़ रही है और सफाई अधिक जटिल, अधिक महत्वपूर्ण और अधिक चुनौतीपूर्ण हो गई है। उदाहरण के लिए, एक 90 एनएम चिप के लिए आमतौर पर लगभगसफाई के 90 चरणजबकि 20 एनएम चिप के लिए लगभग215 सफाई के चरणजैसे-जैसे विनिर्माण 14 एनएम, 10 एनएम और छोटे नोड्स की ओर बढ़ता है, सफाई कार्यों की संख्या बढ़ती रहेगी।

संक्षेप में,वेफर की सफाई से तात्पर्य उन प्रक्रियाओं से है जिनमें रासायनिक उपचार, गैसों या भौतिक विधियों का उपयोग करके वेफर की सतह से अशुद्धियों को हटाया जाता है।कण, धातु, कार्बनिक अवशेष और प्राकृतिक ऑक्साइड जैसे संदूषक उपकरण के प्रदर्शन, विश्वसनीयता और उत्पादन पर प्रतिकूल प्रभाव डाल सकते हैं। सफाई क्रमिक निर्माण चरणों के बीच "पुल" का काम करती है—उदाहरण के लिए, जमाव और लिथोग्राफी से पहले, या नक़्क़ाशी, सीएमपी (रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग) और आयन प्रत्यारोपण के बाद। मोटे तौर पर, वेफर सफाई को निम्नलिखित भागों में विभाजित किया जा सकता है:गीली सफाईऔरशुष्क सफाई.

गीली सफाई

गीली सफाई में वेफर्स को साफ करने के लिए रासायनिक सॉल्वैंट्स या डीआयनीकृत जल (डीआईडब्ल्यू) का उपयोग किया जाता है। इसमें दो मुख्य तरीके अपनाए जाते हैं:

• विसर्जन विधिवेफर्स को सॉल्वैंट्स या डीआईडब्ल्यू से भरे टैंकों में डुबोया जाता है। यह सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली विधि है, विशेष रूप से परिपक्व प्रौद्योगिकी नोड्स के लिए।

• स्प्रे विधिअशुद्धियों को दूर करने के लिए घूमते हुए वेफर्स पर सॉल्वैंट्स या डीआईडब्ल्यू का छिड़काव किया जाता है। जहां इमर्शन विधि से कई वेफर्स की बैच प्रोसेसिंग की जा सकती है, वहीं स्प्रे क्लीनिंग में प्रति चैम्बर केवल एक वेफर को ही साफ किया जा सकता है, लेकिन इससे बेहतर नियंत्रण मिलता है, जिसके कारण उन्नत नोड्स में इसका उपयोग तेजी से आम होता जा रहा है।

शुष्क सफाई

जैसा कि नाम से ही स्पष्ट है, ड्राई क्लीनिंग में सॉल्वैंट्स या डीआईडब्ल्यू का उपयोग नहीं किया जाता है, बल्कि इसके बजाय गैसों या प्लाज्मा का उपयोग करके संदूषकों को हटाया जाता है। उन्नत तकनीकों की ओर बढ़ते रुझान के कारण ड्राई क्लीनिंग का महत्व बढ़ता जा रहा है।उच्चा परिशुद्धिऔर कार्बनिक पदार्थों, नाइट्राइडों और ऑक्साइडों के विरुद्ध प्रभावशीलता। हालाँकि, इसके लिए आवश्यकता होती हैउपकरणों में अधिक निवेश, अधिक जटिल संचालन और सख्त प्रक्रिया नियंत्रणइसका एक और फायदा यह है कि ड्राई क्लीनिंग से गीली विधियों द्वारा उत्पन्न होने वाले अपशिष्ट जल की भारी मात्रा में कमी आती है।

सामान्य गीली सफाई तकनीकें

1. डीआईडब्ल्यू (डीआयनीकृत जल) से सफाई

गीली सफाई में डीआईडब्ल्यू सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला सफाई एजेंट है। बिना उपचारित पानी के विपरीत, डीआईडब्ल्यू में लगभग कोई चालक आयन नहीं होते हैं, जो जंग, विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं या उपकरण के क्षरण को रोकता है। डीआईडब्ल्यू का मुख्य रूप से दो तरीकों से उपयोग किया जाता है:

1. वेफर की सतह की सीधी सफाई– यह प्रक्रिया आम तौर पर वेफर रोटेशन के दौरान रोलर्स, ब्रश या स्प्रे नोजल का उपयोग करके सिंगल-वेफर मोड में की जाती है। इसमें एक चुनौती इलेक्ट्रोस्टैटिक चार्ज का जमाव है, जिससे दोष उत्पन्न हो सकते हैं। इसे कम करने के लिए, वेफर को दूषित किए बिना चालकता में सुधार करने के लिए DIW में CO₂ (और कभी-कभी NH₃) घोला जाता है।

2. रासायनिक सफाई के बाद कुल्ला करना– डीआईडब्ल्यू उन अवशिष्ट सफाई घोलों को हटा देता है जो सतह पर रह जाने पर वेफर को खराब कर सकते हैं या डिवाइस के प्रदर्शन को कम कर सकते हैं।

2. एचएफ (हाइड्रोफ्लोरिक एसिड) सफाई

एचएफ हटाने के लिए सबसे प्रभावी रसायन है।प्राकृतिक ऑक्साइड परतें (SiO₂)सिलिकॉन वेफर्स पर एचएफ एचिंग का उपयोग किया जाता है और महत्व के मामले में यह डीआईडब्ल्यू के बाद दूसरे स्थान पर है। यह संलग्न धातुओं को भी घोल देता है और पुनः ऑक्सीकरण को रोकता है। हालांकि, एचएफ एचिंग से वेफर की सतह खुरदरी हो सकती है और कुछ धातुओं पर अवांछित रूप से हमला हो सकता है। इन समस्याओं को दूर करने के लिए, बेहतर विधियों में एचएफ को पतला किया जाता है, ऑक्सीकारक, सर्फेक्टेंट या कॉम्प्लेक्सिंग एजेंट मिलाए जाते हैं ताकि चयनात्मकता बढ़ाई जा सके और संदूषण को कम किया जा सके।

3. SC1 सफाई (मानक सफाई 1: NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)

SC1 हटाने की एक किफायती और अत्यधिक कुशल विधि है।कार्बनिक अवशेष, कण और कुछ धातुएँयह क्रियाविधि H₂O₂ की ऑक्सीकरण क्रिया और NH₄OH के विघटनकारी प्रभाव को संयोजित करती है। यह विद्युतस्थैतिक बलों के माध्यम से कणों को प्रतिकर्षित भी करती है, और अल्ट्रासोनिक/मेगासोनिक सहायता से इसकी दक्षता में और सुधार होता है। हालांकि, SC1 वेफर सतहों को खुरदरा बना सकता है, जिसके लिए रासायनिक अनुपातों का सावधानीपूर्वक अनुकूलन, सतह तनाव नियंत्रण (सरफेक्टेंट के माध्यम से), और धातु के पुनः निक्षेपण को रोकने के लिए चेलेटिंग एजेंटों की आवश्यकता होती है।

4. SC2 सफाई (स्टैंडर्ड क्लीन 2: HCl + H₂O₂ + H₂O)

SC2, SC1 को हटाकर उसका पूरक बनता है।धात्विक संदूषकइसकी प्रबल संकुलन क्षमता ऑक्सीकृत धातुओं को घुलनशील लवणों या संकुलों में परिवर्तित कर देती है, जिन्हें धोकर हटाया जा सकता है। जबकि SC1 कार्बनिक पदार्थों और कणों के लिए प्रभावी है, SC2 धातु अधिशोषण को रोकने और कम धात्विक संदूषण सुनिश्चित करने में विशेष रूप से उपयोगी है।

5. O₃ (ओजोन) सफाई

ओजोन सफाई का मुख्य रूप से उपयोग किया जाता हैकार्बनिक पदार्थों को हटानाऔरडीआईडब्ल्यू को कीटाणुरहित करनाऑक्सीजन एक प्रबल ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करती है, लेकिन इससे पुनः निक्षेपण हो सकता है, इसलिए इसे अक्सर हेमोनियम ऑक्साइड (HF) के साथ मिलाया जाता है। तापमान का अनुकूलन अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि उच्च तापमान पर पानी में ऑक्सीजन की घुलनशीलता कम हो जाती है। क्लोरीन-आधारित कीटाणुनाशकों (जो अर्धचालक संयंत्रों में अस्वीकार्य हैं) के विपरीत, ऑक्सीजन डीआईडब्ल्यू प्रणालियों को दूषित किए बिना ऑक्सीजन में विघटित हो जाती है।

6. कार्बनिक विलायक सफाई

कुछ विशिष्ट प्रक्रियाओं में, कार्बनिक विलायकों का उपयोग वहां किया जाता है जहां मानक सफाई विधियां अपर्याप्त या अनुपयुक्त होती हैं (उदाहरण के लिए, जब ऑक्साइड निर्माण से बचना आवश्यक हो)।

निष्कर्ष

वेफर की सफाईसबसे अधिक बार दोहराया जाने वाला चरणसेमीकंडक्टर निर्माण में और सीधे तौर पर उत्पादन और उपकरण की विश्वसनीयता को प्रभावित करता है। इस ओर बढ़ते कदम के साथबड़े वेफर्स और छोटे डिवाइस ज्यामितिवेफर की सतह की स्वच्छता, रासायनिक स्थिति, खुरदरापन और ऑक्साइड की मोटाई के लिए आवश्यकताएं लगातार सख्त होती जा रही हैं।

इस लेख में परिपक्व और उन्नत वेफर सफाई प्रौद्योगिकियों की समीक्षा की गई है, जिनमें डीआईडब्ल्यू, एचएफ, एससी1, एससी2, ओ₃ और कार्बनिक विलायक विधियाँ शामिल हैं, साथ ही उनकी कार्यप्रणाली, लाभ और सीमाओं का भी वर्णन किया गया है।आर्थिक और पर्यावरणीय दृष्टिकोणउन्नत सेमीकंडक्टर विनिर्माण की मांगों को पूरा करने के लिए वेफर सफाई प्रौद्योगिकी में निरंतर सुधार आवश्यक है।