Silicio plokštelės ir stiklo plokštelės: ką mes iš tikrųjų valome? Nuo medžiagos esmės iki procesų pagrindu veikiančių valymo sprendimų

Nors ir silicio, ir stiklo plokštelių tikslas yra „valyti“, valymo metu kylantys iššūkiai ir gedimų režimai labai skiriasi. Šis neatitikimas kyla dėl silicio ir stiklo būdingų medžiagų savybių ir specifikacijų reikalavimų, taip pat dėl ​​skirtingos valymo „filosofijos“, kurią lemia jų galutinis pritaikymas.

Pirmiausia, patikslinkime: ką tiksliai valome? Kokie teršalai yra valomi?

Teršalus galima suskirstyti į keturias kategorijas:

1. Dalelių teršalai

   • Dulkės, metalo dalelės, organinės dalelės, abrazyvinės dalelės (iš CMP proceso) ir kt.

   • Šie teršalai gali sukelti rašto defektus, tokius kaip trumpieji jungimai ar nutrūkusios grandinės.

2. Organiniai teršalai

   • Apima fotorezisto likučius, dervos priedus, žmogaus odos aliejus, tirpiklių likučius ir kt.

   • Organiniai teršalai gali sudaryti kaukes, kurios trukdo ėsdinimui arba jonų implantacijai ir sumažina kitų plonų plėvelių sukibimą.

3. Metalo jonų teršalai

   • Geležis, varis, natris, kalis, kalcis ir kt., kurie daugiausia gaunami iš įrangos, cheminių medžiagų ir sąlyčio su žmonėmis.

   • Puslaidininkiuose metalo jonai yra „žudikai“ teršalai, įnešantys energijos lygius į draudžiamąją juostą, o tai padidina nuotėkio srovę, sutrumpina krūvininkų gyvavimo trukmę ir smarkiai pažeidžia elektrines savybes. Stikle jie gali paveikti vėliau susidarančių plonų plėvelių kokybę ir sukibimą.

4. Natūralus oksido sluoksnis

   • Silicio plokštelėms: ore ant paviršiaus natūraliai susidaro plonas silicio dioksido (natūralaus oksido) sluoksnis. Šio oksido sluoksnio storį ir vienodumą sunku kontroliuoti, todėl gaminant pagrindines struktūras, tokias kaip vartų oksidai, jis turi būti visiškai pašalintas.

   • Stiklo plokštelėms: pats stiklas yra silicio dioksido tinklinė struktūra, todėl nėra problemos dėl „natūralaus oksido sluoksnio pašalinimo“. Tačiau paviršius galėjo būti pakitęs dėl užteršimo, ir šį sluoksnį reikia pašalinti.

I. Pagrindiniai tikslai: skirtumai tarp elektrinių savybių ir fizinio tobulumo

• Silicio plokštelės

  • Pagrindinis valymo tikslas – užtikrinti elektrinį veikimą. Specifikacijose paprastai nurodomas griežtas dalelių skaičius ir dydis (pvz., dalelės, kurių dydis ≥0,1 μm, turi būti veiksmingai pašalintos), metalo jonų koncentracija (pvz., Fe, Cu turi būti kontroliuojama iki ≤10¹⁰ atomų/cm² arba mažesnė) ir organinių likučių kiekis. Net mikroskopinis užterštumas gali sukelti grandinės trumpuosius jungimus, nuotėkio sroves arba užtūros oksido vientisumo pažeidimus.

• Stiklinės plokštelės

  • Pagrindiniai reikalavimai, keliami pagrindams, yra fizinis tobulumas ir cheminis stabilumas. Specifikacijos sutelktos į makro lygmens aspektus, tokius kaip įbrėžimų nebuvimas, nepašalinamos dėmės ir pirminio paviršiaus šiurkštumo bei geometrijos išlaikymas. Valymo tikslas – pirmiausia užtikrinti vizualinį švarumą ir gerą sukibimą su paviršiumi vėlesniems procesams, pavyzdžiui, dengimui.

II. Materialinė prigimtis: esminis skirtumas tarp kristalinės ir amorfinės prigimties

• Silicis

  • Silicis yra kristalinė medžiaga, kurios paviršiuje natūraliai susidaro netolygus silicio dioksido (SiO₂) oksido sluoksnis. Šis oksido sluoksnis kelia pavojų elektros veikimui ir turi būti kruopščiai ir tolygiai pašalintas.

• Stiklas

  • Stiklas yra amorfinis silicio dioksido tinklas. Jo pagrindinė medžiaga savo sudėtimi panaši į silicio oksido sluoksnį, o tai reiškia, kad jį galima greitai ėsdinti vandenilio fluorido rūgštimi (HF) ir jis taip pat yra jautrus stipriai šarmų erozijai, dėl kurios padidėja paviršiaus šiurkštumas arba deformacija. Šis esminis skirtumas lemia, kad silicio plokštelių valymas gali toleruoti lengvą, kontroliuojamą ėsdinimą, skirtą teršalams pašalinti, o stiklo plokštelių valymas turi būti atliekamas itin atsargiai, kad nebūtų pažeista pagrindinė medžiaga.

III. Valymo priemonių palyginimas

Remiantis minėtais tikslais ir medžiagų savybėmis, silicio ir stiklo plokštelių valymo tirpalai skiriasi:

• Stiklinių plokštelių valymo procesas

  • Šiuo metu dauguma stiklo apdirbimo gamyklų naudoja valymo procedūras, pagrįstas stiklo medžiagų savybėmis, daugiausia remdamosi silpnais šarminiais valymo produktais.

  • Valymo priemonės charakteristikos:Šios specializuotos valymo priemonės paprastai yra silpnai šarminės, jų pH yra apie 8–9. Jose paprastai yra paviršinio aktyvumo medžiagų (pvz., alkilpolioksietileno eterio), metalų chelatų (pvz., HEDP) ir organinių valymo priemonių, skirtų emulsinti ir skaidyti organinius teršalus, tokius kaip aliejai ir pirštų atspaudai, tuo pačiu minimaliai koroziškai veikiant stiklo matricą.

  • Proceso srautas:Įprastas valymo procesas apima tam tikros koncentracijos silpnų šarminių valymo priemonių naudojimą esant temperatūrai nuo kambario temperatūros iki 60 °C, kartu su ultragarsiniu valymu. Po valymo plokštelės kelis kartus nuplaunamos grynu vandeniu ir švelniai išdžiovinamos (pvz., lėtai pakeliant arba džiovinant IPA garais). Šis procesas veiksmingai atitinka stiklinių plokštelių vizualinio ir bendro švarumo reikalavimus.

• Silicio plokštelių valymo procesas

  • Puslaidininkių apdirbimui silicio plokštelės paprastai valomos standartiniu RCA metodu – tai labai efektyvus valymo metodas, galintis sistemingai pašalinti visų tipų teršalus, užtikrinant, kad būtų laikomasi puslaidininkinių įtaisų elektrinių charakteristikų reikalavimų.

IV. Kai stiklas atitinka aukštesnius „švaros“ standartus

Kai stiklo plokštelės naudojamos tais atvejais, kai reikalaujama griežtų dalelių skaičiaus ir metalo jonų lygių reikalavimų (pvz., kaip substratai puslaidininkių procesuose arba siekiant puikių plonų plėvelių nusodinimo paviršių), vidinio valymo proceso gali nebepakakti. Tokiu atveju galima taikyti puslaidininkių valymo principus, įdiegiant modifikuotą RCA valymo strategiją.

Šios strategijos esmė – praskiesti ir optimizuoti standartinius RCA proceso parametrus, kad būtų atsižvelgta į jautrų stiklo pobūdį:

• Organinių teršalų šalinimas:SPM tirpalai arba švelnesnis ozono vanduo gali būti naudojami organiniams teršalams skaidyti stiprios oksidacijos būdu.

• Dalelių šalinimas:Labai praskiestas SC1 tirpalas naudojamas žemesnėje temperatūroje ir trumpesniu apdorojimo laiku, siekiant išnaudoti elektrostatinę stūmą ir mikroėsdinimo efektus dalelėms pašalinti ir tuo pačiu sumažinti stiklo koroziją.

• Metalo jonų šalinimas:Metalų teršalams pašalinti chelatacijos būdu naudojamas praskiestas SC2 tirpalas arba paprasti praskiestos druskos rūgšties / praskiestos azoto rūgšties tirpalai.

• Griežti draudimai:Siekiant išvengti stiklo pagrindo korozijos, būtina vengti DHF (diamonio fluorido).

Visame modifikuotame procese megagarsinės technologijos derinimas žymiai padidina nano dydžio dalelių šalinimo efektyvumą ir yra švelnesnis paviršiui.

Išvada

Silicio ir stiklo plokštelių valymo procesai yra neišvengiamas atvirkštinės inžinerijos rezultatas, pagrįstas jų galutiniais pritaikymo reikalavimais, medžiagų savybėmis ir fizinėmis bei cheminėmis savybėmis. Silicio plokštelių valymas siekia „atominio lygio švaros“ elektrinių savybių atžvilgiu, o stiklo plokštelių valymas orientuotas į „tobulų, nepažeistų“ fizinių paviršių pasiekimą. Stiklo plokštelėms vis dažniau naudojant puslaidininkių įrenginiuose, jų valymo procesai neišvengiamai vystysis toliau nei tradicinis silpnai šarminis valymas, kuriant rafinuotesnius, pritaikytus sprendimus, tokius kaip modifikuotas RCA procesas, siekiant atitikti aukštesnius švaros standartus.