Yarı İletken Endüstrisi için SEMI Grade Kimyasallar

Bir silikon wafer, fab’a girdiği andan paketlemeye kadar 100’den fazla temizlik adımından geçer; yaş kimya, toplam proses adımlarının kabaca %30’unu oluşturur. Bu adımların her birinde kullanılan asit, baz ve solventin saflığı doğrudan verim (yield) demektir — 12 sektör içinde en sıkı saflık şartını yarı iletken koyar. Gerekçe basittir: milyarlarca transistör taşıyan bir çipte, çözeltiden yüzeye geçen tek bir metalik iyon kümesi veya 0,1 µm’lik tek bir partikül cihazı bozabilir. Bu yüzden ileri düğümlerde kimyasallar element başına ppt düzeyinde metal limitiyle, yani SEMI üst kademeleriyle (Tier C–E) alınır.

Bu sayfa fab ve pilot hatların ıslak proses akışını, adım adım kullanılan kimyasalları ve saflık şartının teknik gerekçelerini bir arada verir. Saflık sınıflandırmasının temeli için elektronik grade nedir ve SEMI C-serisi standartları sayfalarına bakabilirsiniz.

Çip Üretiminde Islak Proses Akışı

Tipik bir CMOS akışında yaş kimyanın devreye girdiği adımlar şöyle sıralanır:

1. Wafer hazırlığı ve son temizlik. Dilimleme ve parlatma sonrası wafer, fab’a girmeden önce tam bir temizlik dizisinden geçer. Standart yöntem SC-1/SC-2 dizisidir; ayrıntılı reçete ve mekanizma RCA temizleme prosedürü sayfasındadır.
2. Oksidasyon öncesi temizlik. Termal oksit fırınına giren her wafer öncesinde zorunlu RCA temizliği yapılır — fırına taşınan kontaminasyon yüksek sıcaklıkta silisyumun içine sürülür ve tüm partiyi bozar.
3. Fotolitografi. HMDS yüzey hazırlığı, rezist kaplama (çözücüsü PGMEA), pozlama ve %2,38 TMAH ile geliştirme. Adımların tamamı ve kimyasal rolleri fotolitografi kimyasalları sayfasında işlenmiştir.
4. Yaş aşındırma. SiO₂ katmanları dilüe HF veya tamponlanmış oksit aşındırıcıyla (BOE — Buffered Oxide Etch) desenlenir; oranlar ve aşındırma hızları HF/BOE ile oksit aşındırma sayfasındadır.
5. Rezist sıyırma ve organik temizlik. Sertleşmiş rezist ve organik filmler, sülfürik asit-peroksit karışımıyla oksitlenerek kaldırılır; hazırlama ve kullanım için piranha temizleme sayfasına bakın. Solvent bazlı sıyırmada NMP ve amin bazlı stripper’lar kullanılır.
6. Nitrür ve metal aşındırma. Si₃N₄ katmanları 150–180 °C’de %85 fosforik asitle SiO₂’ye seçici olarak aşındırılır. Alüminyum interconnect’ler ise PAN etchant (H₃PO₄ + asetik asit + HNO₃) ile desenlenir; bu kimya özellikle eski düğüm ve analog fablarda hâlâ standarttır.
7. CMP ve post-CMP temizlik. Kimyasal-mekanik planarizasyon sonrası slurry partikülleri dilüe SC-1 ve sitrik asit bazlı temizleyicilerle giderilir.
8. Metalizasyon. Cu damascene elektrokaplama banyoları yüksek saflık H₂SO₄ ile hazırlanır.
9. Durulama ve kurutma. Kritik yüzeylerde su lekesi (watermark) kusur sayıldığından, son kurutma düşük su içerikli IPA ile — Marangoni prensibiyle — yapılır; yüzey gerilimi gradyanı suyu wafer’dan sıyırır.

Fab veya pilot hattınızın bu akıştaki kimyasal kalemlerini tek teklifte toplayabiliriz: SEMI grade kimyasal teklifi alın.

Adım Adım Kullanılan Elektronik Grade Kimyasallar

Tablo 1 — Yarı iletken ıslak proses kimyasalları

Kaynak: UBC Nanofab — Cleaning Processes — bkz. Kaynaklar

Yarı İletkende Saflık Neden ppt Düzeyinde?

Metalik iyonlar cihaz parametrelerini bozar. Fe, Cu, Ni, Ca ve Al gibi geçiş metalleri gate oksit içinde tuzak ve kırılma noktası oluşturur, azınlık taşıyıcı ömrünü düşürür, eşik gerilimini kaydırır. Na⁺ ve K⁺ ise mobil iyon olarak MOS yapısının kararlılığını bozar — TMAH developer’ın “metal-ion-free” sınıfında olmasının ve NaOH/KOH bazlı developer’ların fab içinde yasak olmasının nedeni budur. İleri düğümlerde HF, H₂O₂, NH₄OH ve HCl için element başına ≤ 10–100 ppt limit istenmesinin işlevsel karşılığı bu mekanizmalardır.

Tek partikül, tek transistör demektir. 0,1 µm’lik bir partikül, nm sınıfı bir transistörü doğrudan öldürür. Bu yüzden kimyasallarda ≥ 0,2 µm partikül sayısı mL başına sayılı adetle sınırlandırılır ve fablar kimyasal dağıtım hatlarında nokta-kullanım filtrasyonu uygular.

En kritik adımlar geri alınamaz. Gate oksit öncesi son temizlik (pre-gate clean) ve fırın öncesi RCA, kontaminasyonun kalıcılaştığı adımlardır: yüzeyde kalan metal, yüksek sıcaklıkta silisyumun içine difüze olur. HF adımı ayrıca ayrışır — oksit kalktığı anda ortaya çıkan çıplak silikon yüzeyi, çözeltideki soy metalleri (özellikle bakırı) doğrudan üzerine toplar. HF spesifikasyonunda Cu limitinin ppt düzeyinde aranması bu elektrokimyasal mekanizmadan gelir.

ppm/ppb/ppt birimlerinin ölçeği için saflık birimleri sayfasına, bu limitlerin ICP-MS ve partikül sayımıyla nasıl doğrulandığına dair analiz yöntemleri sayfasına bakabilirsiniz.

Tablo 2 — Safsızlık türü ve cihaz etkisi

Fotomask Üretimi ve Temizliği

Yarı iletken ıslak kimyasının en saf ucu fotomask üretimidir: maskede kalan tek bir kusur, o maskeyle pozlanan her wafer’a kopyalanır. Krom katmanın ıslak aşındırılmasında seryum amonyum nitrat + perklorik asit karışımı kullanılır (katalogumuz dışındadır; bilgi amaçlı belirtiyoruz). Rezist sıyırma 85–100 °C’de piranha ile, kuvars blank temizliği SC-1 ve megasonik destekle yapılır. Mask üreticilerinin bilinen baş ağrısı, sülfat kalıntısının zamanla kristalleşerek oluşturduğu “haze” (ilerleyen kusur) sorunudur — durulama kimyası ve kimyasal saflık bu yüzden wafer üretiminden bile kritiktir.

Türkiye’de ticari fotomask üreticisi yoktur; ODTÜ MEMS, UNAM ve SUNUM kendi maske yazıcılarıyla araştırma ölçeğinde maske üretir. Bu ölçekteki ihtiyaç profili Ar-Ge temiz odaları sayfasında ayrıntılı işlenmiştir.

Tüketim Profili — Hangi Kimyasal Ne Kadar?

Hacim şampiyonları H₂SO₄ ve H₂O₂’dir: SPM her rezist sıyırmada kullanılır ve banyolar sık yenilenir; H₂O₂ ise SPM, SC-1 ve SC-2’nin ortak bileşenidir ve sıcak banyolarda hızla bozunduğu için sürekli takviye ister. Tipik bir 300 mm fab yılda binlerce ton H₂SO₄ tüketir. İkinci kuşağı IPA (kurutma), NH₄OH, HCl, dilüe HF ve litografi yoğun fablarda PGMEA oluşturur. BOE, sıcak H₃PO₄ ve özel stripper formülasyonları düşük hacimli ama yüksek değerli kalemlerdir. Ultra saf su (UPW) tüketimi ise kimyasalların hepsini aşar — tüm seyreltmeler UPW ile yapılır.

Türkiye’de Yarı İletken Üretimi ve Kimyasal İhtiyacı

Türkiye’nin tek silikon fab’ı TÜBİTAK YİTAL’dir (Gebze): 0,25–0,7 µm CMOS hattı, YİTAL Mikroelektronik A.Ş. ortaklık yapısıyla (ASELSAN, TÜBİTAK, SSB) ticarileştirme yolundadır. ASELSAN–Bilkent ortaklığı AB-MikroNano, GaN transistör ve MMIC üretimiyle bileşik yarı iletken tarafını temsil eder; Ermaksan (Bursa) fotonik/lazer diyot temiz odası işletir.

Bu tesislerin ortak profili şudur: hacimler küresel fablara göre küçüktür, ama saflık kademesi en üsttedir — RCA kimyasalları, HF/BOE, developer ve solventlerin tamamı elektronik grade alınır. Savunma projeleriyle iç içe çalışan bu ekosistemin tedarik dinamikleri savunma ve havacılık elektroniği sayfasında, üniversite temiz odalarının ihtiyaç haritası ise Ar-Ge sayfasında anlatılmıştır. Bileşik yarı iletken (GaN/SiC) proseslerinin ayrı profili güç elektroniği sayfasında, fab sonrası paketleme-test zincirininki ise ileri paketleme / OSAT sayfasında işlenmiştir.

Güvenlik Notları

Bu sayfada anılan kimyasalların bir kısmı ciddi maruziyet riski taşır. HF, seyreltik haliyle bile derin doku hasarı yapar ve ağrı gecikmeli başlayabilir — HF çalışılan her bankoda %2,5 kalsiyum glukonat jel hazır bulundurulmalı, temas halinde bölge bol suyla yıkanıp tıbbi yardım alınmalıdır. Piranha karışımı hazırlanırken şiddetli ekzoterm oluşur; H₂O₂ daima asidin üzerine yavaş eklenir ve karışım asla kapalı kapta saklanmaz. TMAH cilt yoluyla emilebilen sistemik bir zehirdir; dermal temas tek başına tıbbi acil durumdur. Tüm çalışmalar çekişli banko altında, uygun KKD ile yapılmalıdır.

Sıkça Sorulan Sorular

SoleChem Kimya, yarı iletken ıslak proses akışının kimyasallarını — RCA seti, HF/BOE, litografi kimyasalları ve solventler — SEMI grade spesifikasyonla, üretici COA + SDS eşliğinde tedarik eder. Fab veya pilot hattınız için teklif talep edin.