Silicijumske pločice u odnosu na staklene pločice: Šta zapravo čistimo? Od suštine materijala do rješenja za čišćenje zasnovanih na procesu

Iako i silicijumske i staklene pločice dijele zajednički cilj "čišćenja", izazovi i načini kvarova s ​​kojima se suočavaju tokom čišćenja su znatno različiti. Ova razlika proizilazi iz inherentnih svojstava materijala i zahtjeva specifikacija silicija i stakla, kao i iz različite "filozofije" čišćenja vođene njihovim konačnim primjenama.

Prvo, da razjasnimo: Šta tačno čistimo? Koji su zagađivači uključeni?

Kontaminanti se mogu podijeliti u četiri kategorije:

1. Čestice zagađivača

   • Prašina, metalne čestice, organske čestice, abrazivne čestice (iz CMP procesa), itd.

   • Ovi zagađivači mogu uzrokovati defekte u uzorku, kao što su kratki spojevi ili otvoreni krugovi.

2. Organski zagađivači

   • Uključuje ostatke fotorezista, aditive smole, ulja ljudske kože, ostatke rastvarača itd.

   • Organski zagađivači mogu formirati maske koje ometaju nagrizanje ili implantaciju iona i smanjuju prianjanje drugih tankih filmova.

3. Kontaminanti metalnih iona

   • Željezo, bakar, natrij, kalij, kalcij itd., koji prvenstveno potiču iz opreme, hemikalija i ljudskog kontakta.

   • U poluprovodnicima, metalni ioni su "smrtonosni" zagađivači, uvodeći energetske nivoe u zabranjenu zonu, što povećava struju curenja, skraćuje vijek trajanja nosioca naboja i ozbiljno oštećuje električna svojstva. U staklu mogu uticati na kvalitet i prianjanje narednih tankih filmova.

4. Prirodni oksidni sloj

   • Za silicijumske pločice: Tanak sloj silicijum dioksida (prirodni oksid) prirodno se formira na površini u zraku. Debljinu i ujednačenost ovog oksidnog sloja teško je kontrolirati i mora se potpuno ukloniti tokom izrade ključnih struktura kao što su gejt oksidi.

   • Za staklene pločice: Samo staklo je mrežasta struktura silicijevog dioksida, tako da ne postoji problem "uklanjanja izvornog oksidnog sloja". Međutim, površina je možda modificirana zbog kontaminacije i taj sloj treba ukloniti.

I. Osnovni ciljevi: Razlika između električnih performansi i fizičkog savršenstva

• Silicijumske pločice

  • Osnovni cilj čišćenja je osiguranje električnih performansi. Specifikacije obično uključuju stroge brojeve i veličine čestica (npr. čestice ≥0,1 μm moraju se efikasno ukloniti), koncentracije metalnih iona (npr. Fe, Cu moraju se kontrolirati na ≤10¹⁰ atoma/cm² ili manje) i nivoe organskih ostataka. Čak i mikroskopska kontaminacija može dovesti do kratkih spojeva u strujnom krugu, struja curenja ili kvara integriteta oksida gejta.

• Staklene oblatne

  • Kao podloge, osnovni zahtjevi su fizička savršenost i hemijska stabilnost. Specifikacije se fokusiraju na aspekte makro nivoa kao što su odsustvo ogrebotina, neuklonjivih mrlja i održavanje originalne hrapavosti i geometrije površine. Cilj čišćenja je prvenstveno osigurati vizualnu čistoću i dobro prianjanje za naknadne procese kao što je premazivanje.

II. Materijalna priroda: Fundamentalna razlika između kristalnog i amorfnog

• Silicijum

  • Silicij je kristalni materijal, a na njegovoj površini prirodno raste neujednačen sloj silicijum dioksida (SiO₂). Ovaj sloj oksida predstavlja rizik za električne performanse i mora se temeljito i ujednačeno ukloniti.

• Staklo

  • Staklo je amorfna mreža silicijevog dioksida. Njegov glavni materijal je po sastavu sličan sloju silicijum oksida silicija, što znači da se može brzo nagrizati fluorovodoničnom kiselinom (HF) i također je podložno jakoj alkalnoj eroziji, što dovodi do povećanja hrapavosti ili deformacije površine. Ova fundamentalna razlika diktira da čišćenje silicijumskih pločica može tolerirati lagano, kontrolirano nagrizanje radi uklanjanja nečistoća, dok se čišćenje staklenih pločica mora izvoditi s izuzetnom pažnjom kako bi se izbjeglo oštećenje osnovnog materijala.

III. Poređenje sredstava za čišćenje

Na osnovu gore navedenih ciljeva i karakteristika materijala, rastvori za čišćenje silicijumskih i staklenih pločica se razlikuju:

• Proces čišćenja staklenih pločica

  • Trenutno, većina pogona za preradu stakla koristi postupke čišćenja zasnovane na materijalnim karakteristikama stakla, oslanjajući se prvenstveno na slaba alkalna sredstva za čišćenje.

  • Karakteristike sredstva za čišćenje:Ova specijalizirana sredstva za čišćenje su obično slabo alkalna, s pH vrijednošću oko 8-9. Obično sadrže surfaktante (npr. alkil polioksietilen eter), kelirajuće agense za metale (npr. HEDP) i organska sredstva za čišćenje, dizajnirana za emulgiranje i razgradnju organskih zagađivača poput ulja i otisaka prstiju, a pritom minimalno korozivna za staklenu matricu.

  • Tok procesa:Tipičan proces čišćenja uključuje korištenje specifične koncentracije slabih alkalnih sredstava za čišćenje na temperaturama u rasponu od sobne temperature do 60°C, u kombinaciji s ultrazvučnim čišćenjem. Nakon čišćenja, pločice se podvrgavaju višestrukim koracima ispiranja čistom vodom i blagog sušenja (npr. sporo podizanje ili sušenje IPA parom). Ovaj proces efikasno ispunjava zahtjeve staklenih pločica za vizualnu čistoću i opću čistoću.

• Proces čišćenja silikonskih pločica

  • Za obradu poluprovodnika, silicijumske pločice se obično podvrgavaju standardnom RCA čišćenju, što je veoma efikasna metoda čišćenja sposobna da sistematski uklanja sve vrste zagađivača, osiguravajući da su ispunjeni zahtjevi električnih performansi za poluprovodničke uređaje.

IV. Kada staklo zadovoljava više standarde "čistoće"

Kada se staklene pločice koriste u primjenama koje zahtijevaju strog broj čestica i nivoe metalnih iona (npr. kao supstrati u poluprovodničkim procesima ili za odlične površine za taloženje tankih filmova), intrinzični proces čišćenja možda više nije dovoljan. U ovom slučaju, mogu se primijeniti principi čišćenja poluprovodnika, uvodeći modificiranu strategiju čišćenja RCA.

Suština ove strategije je razrjeđivanje i optimizacija standardnih parametara RCA procesa kako bi se prilagodili osjetljivoj prirodi stakla:

• Uklanjanje organskih zagađivača:SPM rastvori ili blaža ozonska voda mogu se koristiti za razgradnju organskih zagađivača putem jake oksidacije.

• Uklanjanje čestica:Visoko razrijeđena SC1 otopina se koristi na nižim temperaturama i kraćim vremenima obrade kako bi se iskoristilo njeno elektrostatičko odbijanje i efekti mikronagrizanja za uklanjanje čestica, a istovremeno se minimizira korozija stakla.

• Uklanjanje metalnih iona:Razrijeđeni rastvor SC2 ili jednostavni rastvori razrijeđene hlorovodonične kiseline/razrijeđene azotne kiseline koriste se za uklanjanje metalnih zagađivača putem helacije.

• Stroge zabrane:DHF (diamonijum fluorid) se mora apsolutno izbjegavati kako bi se spriječila korozija staklene podloge.

U cijelom modificiranom procesu, kombinovanje megasonične tehnologije značajno poboljšava efikasnost uklanjanja nanočestica i nježnije je prema površini.

Zaključak

Procesi čišćenja silicijumskih i staklenih pločica su neizbježan rezultat reverznog inženjeringa zasnovanog na njihovim konačnim zahtjevima primjene, svojstvima materijala i fizičkim i hemijskim karakteristikama. Čišćenje silicijumskih pločica teži "čistoći na atomskom nivou" za električne performanse, dok se čišćenje staklenih pločica fokusira na postizanje "savršenih, neoštećenih" fizičkih površina. Kako se staklene pločice sve više koriste u poluprovodničkim primjenama, njihovi procesi čišćenja će se neizbježno razvijati izvan tradicionalnog slabo alkalnog čišćenja, razvijajući rafiniranija, prilagođenija rješenja poput modificiranog RCA procesa kako bi se zadovoljili viši standardi čistoće.