Силиконски плочки наспроти стаклени плочки: Што всушност чистиме? Од суштина на материјалот до решенија за чистење базирани на процес

Иако и силиконските и стаклените плочки ја делат заедничката цел да бидат „чистени“, предизвиците и начините на дефекти со кои се соочуваат за време на чистењето се многу различни. Ова несовпаѓање произлегува од вродените својства на материјалите и барањата за спецификација на силиконот и стаклото, како и од посебната „филозофија“ на чистењето водена од нивните финални примени.

Прво, да разјасниме: Што точно чистиме? За какви загадувачи станува збор?

Загадувачите можат да се поделат во четири категории:

1. Загадувачи на честички

   • Прашина, метални честички, органски честички, абразивни честички (од CMP процес) итн.

   • Овие загадувачи можат да предизвикаат дефекти на шемата, како што се кратки споеви или отворени кола.

2. Органски загадувачи

   • Вклучува остатоци од фоторезист, адитиви од смола, масла од човечка кожа, остатоци од растворувачи итн.

   • Органските загадувачи можат да формираат маски што го попречуваат јорганизирањето или имплантацијата на јони и го намалуваат адхезијата на други тенки филмови.

3. Загадувачи на метални јони

   • Железо, бакар, натриум, калиум, калциум итн., кои првенствено доаѓаат од опрема, хемикалии и контакт со луѓе.

   • Кај полупроводниците, металните јони се „убиствени“ загадувачи, воведувајќи нивоа на енергија во забранетиот опсег, што ја зголемува струјата на истекување, го скратува животниот век на носачот и сериозно ги оштетува електричните својства. Кај стаклото, тие можат да влијаат на квалитетот и адхезијата на последователните тенки филмови.

4. Нативен оксиден слој

   • За силициумски плочки: Тенок слој силициум диоксид (природен оксид) природно се формира на површината во воздухот. Дебелината и униформноста на овој оксиден слој се тешки за контрола и мора целосно да се отстранат за време на изработката на клучните структури како што се периферните оксиди.

   • За стаклени плочки: Самото стакло е структура од силициумска мрежа, така што нема проблем со „отстранување на слој од природен оксид“. Сепак, површината можеби е изменета поради контаминација и овој слој треба да се отстрани.

I. Основни цели: Разликата помеѓу електричните перформанси и физичкото совршенство

• Силиконски плочки

  • Основната цел на чистењето е да се обезбедат електрични перформанси. Спецификациите обично вклучуваат строг број и големини на честички (на пр., честичките ≥0,1μm мора ефикасно да се отстранат), концентрации на метални јони (на пр., Fe, Cu мора да се контролираат на ≤10¹⁰ атоми/cm² или помалку) и нивоа на органски остатоци. Дури и микроскопската контаминација може да доведе до кратки споеви на колото, струи на истекување или дефект на интегритетот на оксидот на портата.

• Стаклени вафли

  • Како подлоги, основните барања се физичка совршеност и хемиска стабилност. Спецификациите се фокусираат на аспекти на макро ниво, како што се отсуство на гребнатини, неотстранливи дамки и одржување на оригиналната грубост и геометрија на површината. Целта на чистењето е првенствено да се обезбеди визуелна чистота и добра адхезија за последователните процеси како што е премачкувањето.

II. Природа на материјалот: Фундаменталната разлика помеѓу кристалната и аморфната

• Силикон

  • Силициумот е кристален материјал, а на неговата површина природно расте нерамномерен слој од оксид на силициум диоксид (SiO₂). Овој слој од оксид претставува ризик за електричните перформанси и мора темелно и рамномерно да се отстрани.

• Стакло

  • Стаклото е аморфна мрежа од силициум диоксид. Неговиот материјал е сличен по состав на слојот од силициум оксид, што значи дека може брзо да се нагризе со флуороводородна киселина (HF) и е исто така подложен на силна алкална ерозија, што доведува до зголемување на површинската грубост или деформација. Оваа фундаментална разлика диктира дека чистењето на силициумските плочки може да толерира лесно, контролирано нагризување за отстранување на загадувачите, додека чистењето на стаклените плочки мора да се изврши со голема грижа за да се избегне оштетување на основниот материјал.

III. Споредба на раствори за чистење

Врз основа на горенаведените цели и карактеристики на материјалите, растворите за чистење на силиконски и стаклени плочки се разликуваат:

• Процес на чистење на стаклени плочки

  • Во моментов, повеќето постројки за преработка на стакло користат процедури за чистење базирани на карактеристиките на материјалот на стаклото, потпирајќи се првенствено на слабо алкални средства за чистење.

  • Карактеристики на средството за чистење:Овие специјализирани средства за чистење се обично слабо алкални, со pH вредност околу 8-9. Тие обично содржат сурфактанти (на пр., алкил полиоксиетилен етер), средства за хелатирање на метали (на пр., HEDP) и органски средства за чистење, дизајнирани да емулгираат и разградуваат органски загадувачи како што се масла и отпечатоци од прсти, а воедно се минимално корозивни за стаклената матрица.

  • Тек на процесот:Типичниот процес на чистење вклучува употреба на специфична концентрација на слабо алкални средства за чистење на температури кои се движат од собна температура до 60°C, во комбинација со ултразвучно чистење. По чистењето, плочките се подложени на повеќе чекори на плакнење со чиста вода и нежно сушење (на пр., бавно подигнување или сушење со IPA пареа). Овој процес ефикасно ги задоволува барањата на стаклените плочки за визуелна чистота и општа чистота.

• Процес на чистење на силиконски плочки

  • За обработка на полупроводници, силиконските плочки обично се подложуваат на стандардно RCA чистење, што е многу ефикасен метод на чистење способен систематски да се справи со сите видови загадувачи, осигурувајќи дека се исполнети барањата за електрични перформанси за полупроводнички уреди.

IV. Кога стаклото ги исполнува повисоките стандарди за „чистота“

Кога стаклените плочки се користат во апликации кои бараат строг број на честички и нивоа на метални јони (на пр., како подлоги во полупроводнички процеси или за одлични површини за таложење на тенок филм), процесот на внатрешно чистење може повеќе да не биде доволен. Во овој случај, може да се применат принципите за чистење на полупроводници, воведувајќи модифицирана стратегија за чистење со RCA.

Суштината на оваа стратегија е да се разредат и оптимизираат стандардните параметри на RCA процесот за да се прилагоди на чувствителната природа на стаклото:

• Отстранување на органски загадувачи:Растворите на SPM или поблагата озонска вода може да се користат за разградување на органските загадувачи преку силна оксидација.

• Отстранување на честички:Високо разредениот раствор SC1 се користи на пониски температури и пократко време на третман за да се искористи неговото електростатско одбивање и ефектите на микро-јадување за отстранување на честичките, а воедно да се минимизира корозијата на стаклото.

• Отстранување на метални јони:За отстранување на метални загадувачи преку хелација се користат разреден раствор на SC2 или едноставни раствори на разредена хлороводородна киселина/разредена азотна киселина.

• Строги забрани:DHF (диамониум флуорид) мора апсолутно да се избегнува за да се спречи корозија на стаклената подлога.

Во целиот модифициран процес, комбинирањето на мегасонична технологија значително ја подобрува ефикасноста на отстранување на наночестички и е понежно кон површината.

Заклучок

Процесите на чистење на силиконски и стаклени плочки се неизбежен резултат на обратен инженеринг врз основа на нивните крајни барања за примена, својства на материјалите и физичките и хемиските карактеристики. Чистењето на силиконски плочки бара „чистота на атомско ниво“ за електрични перформанси, додека чистењето на стаклени плочки се фокусира на постигнување „совршени, неоштетени“ физички површини. Бидејќи стаклените плочки се користат сè повеќе во полупроводнички апликации, нивните процеси на чистење неизбежно ќе еволуираат надвор од традиционалното слабо алкално чистење, развивајќи порафинирани, прилагодени решенија како што е модифицираниот RCA процес за да се исполнат повисоките стандарди за чистота.