Silīcija plāksnes salīdzinājumā ar stikla plāksnēm: ko mēs īsti tīrām? No materiāla būtības līdz uz procesu balstītiem tīrīšanas risinājumiem

Lai gan gan silīcija, gan stikla plāksnēm ir kopīgs mērķis — tikt “tīrītām”, tīrīšanas laikā sastopamās problēmas un atteices veidi ievērojami atšķiras. Šī neatbilstība rodas silīcija un stikla raksturīgo materiālu īpašību un specifikāciju prasību dēļ, kā arī atšķirīgās tīrīšanas “filozofijas” dēļ, ko nosaka to galīgais pielietojums.

Vispirms precizēsim: ko tieši mēs tīrām? Kādi piesārņotāji ir iesaistīti?

Piesārņotājus var iedalīt četrās kategorijās:

1. Daļiņu piesārņotāji

   • Putekļi, metāla daļiņas, organiskās daļiņas, abrazīvās daļiņas (no CMP procesa) utt.

   • Šie piesārņotāji var izraisīt rakstu defektus, piemēram, īssavienojumus vai pārtrauktas ķēdes.

2. Organiskie piesārņotāji

   • Ietver fotorezista atlikumus, sveķu piedevas, cilvēka ādas eļļas, šķīdinātāju atlikumus utt.

   • Organiskie piesārņotāji var veidot maskas, kas kavē kodināšanu vai jonu implantāciju un samazina citu plāno plēvju adhēziju.

3. Metāla jonu piesārņotāji

   • Dzelzs, varš, nātrijs, kālijs, kalcijs utt., kas galvenokārt rodas no iekārtām, ķīmiskām vielām un cilvēku saskares.

   • Pusvadītājos metāla joni ir "iznīcinoši" piesārņotāji, kas ievieš enerģijas līmeņus aizliegtajā joslā, tādējādi palielinot noplūdes strāvu, saīsinot nesēja kalpošanas laiku un nopietni bojājot elektriskās īpašības. Stiklā tie var ietekmēt nākamo plāno plēvju kvalitāti un saķeri.

4. Vietējais oksīda slānis

   • Silīcija plāksnēm: gaisā uz virsmas dabiski veidojas plāns silīcija dioksīda (dabīgā oksīda) slānis. Šī oksīda slāņa biezumu un vienmērīgumu ir grūti kontrolēt, un tas ir pilnībā jānoņem, ražojot galvenās struktūras, piemēram, vārtu oksīdus.

   • Stikla plāksnēm: pats stikls ir silīcija dioksīda tīkla struktūra, tāpēc nav problēmu ar "dabīgā oksīda slāņa noņemšanu". Tomēr virsma var būt modificēta piesārņojuma dēļ, un šis slānis ir jānoņem.

I. Galvenie mērķi: atšķirība starp elektrisko veiktspēju un fizisko pilnību

• Silīcija plāksnes

  • Tīrīšanas galvenais mērķis ir nodrošināt elektrisko veiktspēju. Specifikācijās parasti ir iekļauts stingrs daļiņu skaits un izmēri (piemēram, daļiņas ≥0,1 μm ir efektīvi jānoņem), metālu jonu koncentrācija (piemēram, Fe, Cu ir jākontrolē līdz ≤10¹⁰ atomiem/cm² vai zemāk) un organisko atlieku līmeņi. Pat mikroskopisks piesārņojums var izraisīt ķēdes īssavienojumus, noplūdes strāvas vai vārtu oksīda integritātes bojājumus.

• Stikla vafeles

  • Kā substrātiem, pamatprasības ir fizikālā pilnība un ķīmiskā stabilitāte. Specifikācijas koncentrējas uz makro līmeņa aspektiem, piemēram, skrāpējumu neesamību, nenoņemamiem traipiem un sākotnējās virsmas raupjuma un ģeometrijas saglabāšanu. Tīrīšanas mērķis galvenokārt ir nodrošināt vizuālu tīrību un labu saķeri turpmākajiem procesiem, piemēram, pārklāšanai.

II. Materiālā daba: fundamentālā atšķirība starp kristālisku un amorfu dabu

• Silīcijs

  • Silīcijs ir kristālisks materiāls, un uz tā virsmas dabiski veidojas nevienmērīgs silīcija dioksīda (SiO₂) oksīda slānis. Šis oksīda slānis rada risku elektriskajai veiktspējai un ir rūpīgi un vienmērīgi jānoņem.

• Stikls

  • Stikls ir amorfs silīcija tīkls. Tā pamatmateriāls pēc sastāva ir līdzīgs silīcija oksīda slānim, kas nozīmē, ka to var ātri kodināt ar fluorūdeņražskābi (HF) un tas ir arī uzņēmīgs pret spēcīgu sārmu eroziju, kas izraisa virsmas raupjuma vai deformācijas palielināšanos. Šī fundamentālā atšķirība nosaka, ka silīcija plākšņu tīrīšana var izturēt vieglu, kontrolētu kodināšanu, lai noņemtu piesārņotājus, savukārt stikla plākšņu tīrīšana jāveic ļoti uzmanīgi, lai nesabojātu pamatmateriālu.

III. Tīrīšanas līdzekļu salīdzinājums

Pamatojoties uz iepriekšminētajiem mērķiem un materiālu īpašībām, silīcija un stikla plākšņu tīrīšanas šķīdumi atšķiras:

• Stikla vafeļu tīrīšanas process

  • Pašlaik lielākā daļa stikla pārstrādes rūpnīcu izmanto tīrīšanas procedūras, kuru pamatā ir stikla materiāla īpašības, galvenokārt paļaujoties uz vāji sārmainiem tīrīšanas līdzekļiem.

  • Tīrīšanas līdzekļa īpašības:Šie specializētie tīrīšanas līdzekļi parasti ir vāji sārmaini, ar pH aptuveni 8–9. Tie parasti satur virsmaktīvās vielas (piemēram, alkilpolioksietilēna ēteri), metālu helātus veidojošus līdzekļus (piemēram, HEDP) un organiskos tīrīšanas līdzekļus, kas paredzēti organisko piesārņotāju, piemēram, eļļu un pirkstu nospiedumu, emulģēšanai un sadalīšanai, vienlaikus minimāli kodīgi iedarbojoties uz stikla matricu.

  • Procesa plūsma:Tipisks tīrīšanas process ietver noteiktas koncentrācijas vāji sārmainu tīrīšanas līdzekļu izmantošanu temperatūrā no istabas temperatūras līdz 60 °C, apvienojumā ar ultraskaņas tīrīšanu. Pēc tīrīšanas plāksnes tiek vairākkārt skalotas ar tīru ūdeni un maigi žāvētas (piemēram, lēni paceļot vai izmantojot IPA tvaiku). Šis process efektīvi atbilst stikla plākšņu prasībām attiecībā uz vizuālo un vispārējo tīrību.

• Silīcija vafeļu tīrīšanas process

  • Pusvadītāju apstrādei silīcija plāksnes parasti tiek pakļautas standarta RCA tīrīšanai, kas ir ļoti efektīva tīrīšanas metode, kas spēj sistemātiski novērst visu veidu piesārņotājus, nodrošinot, ka tiek izpildītas pusvadītāju ierīču elektriskās veiktspējas prasības.

IV. Kad stikls atbilst augstākiem "tīrības" standartiem

Ja stikla plāksnes tiek izmantotas lietojumos, kuros nepieciešams stingrs daļiņu skaita un metāla jonu līmeņa noteikums (piemēram, kā substrāti pusvadītāju procesos vai izcilām plāno kārtiņu uzklāšanas virsmām), iekšējais tīrīšanas process var vairs nebūt pietiekams. Šajā gadījumā var piemērot pusvadītāju tīrīšanas principus, ieviešot modificētu RCA tīrīšanas stratēģiju.

Šīs stratēģijas pamatā ir standarta RCA procesa parametru atšķaidīšana un optimizācija, lai pielāgotos stikla jutīgajam raksturam:

• Organisko piesārņotāju noņemšana:SPM šķīdumus vai maigāku ozona ūdeni var izmantot, lai sadalītu organiskos piesārņotājus, izmantojot spēcīgu oksidāciju.

• Daļiņu noņemšana:Ļoti atšķaidīts SC1 šķīdums tiek izmantots zemākā temperatūrā un īsākā apstrādes laikā, lai izmantotu tā elektrostatisko atgrūšanu un mikrokodināšanas efektus daļiņu noņemšanai, vienlaikus samazinot koroziju uz stikla.

• Metāla jonu noņemšana:Metālu piesārņotāju noņemšanai, izmantojot helātu veidošanos, izmanto atšķaidītu SC2 šķīdumu vai vienkāršus atšķaidītas sālsskābes/atšķaidītas slāpekļskābes šķīdumus.

• Stingri aizliegumi:Lai novērstu stikla pamatnes koroziju, absolūti jāizvairās no DHF (diamonija fluorīda).

Visā modificētajā procesā megazoniskās tehnoloģijas apvienošana ievērojami uzlabo nanodaļiņu noņemšanas efektivitāti un ir saudzīgāka pret virsmu.

Secinājums

Silīcija un stikla plākšņu tīrīšanas procesi ir neizbēgams reversās inženierijas rezultāts, pamatojoties uz to galīgajām pielietojuma prasībām, materiāla īpašībām un fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām. Silīcija plākšņu tīrīšanas mērķis ir "atomu līmeņa tīrība" elektriskajai veiktspējai, savukārt stikla plākšņu tīrīšanas mērķis ir panākt "perfektas, nebojātas" fiziskās virsmas. Tā kā stikla plāksnītes arvien vairāk tiek izmantotas pusvadītāju lietojumos, to tīrīšanas procesi neizbēgami attīstīsies tālāk par tradicionālo vāji sārmaino tīrīšanu, izstrādājot rafinētākus, pielāgotus risinājumus, piemēram, modificēto RCA procesu, lai atbilstu augstākiem tīrības standartiem.