Szczegóły bloga

Od fundamentów materiałowych do strategii czyszczenia sterowanych procesem

Chociaż zarówno wafle krzemowe, jak i szklane mają wspólny cel, jakim jest „czyszczenie”, wyzwania i tryby awarii, z którymi się borykają, są zasadniczo różne. Różnice te wynikają z:

• Właściwości materiałowych krzemu i szkła

• Ich odmiennych wymagań specyfikacyjnych

• Bardzo różnych „filozofii” czyszczenia, wynikających z ich zastosowań końcowych

Przed porównaniem procesów musimy zapytać:Co dokładnie czyścimy i jakie zanieczyszczenia są zaangażowane?

Co czyścimy? Cztery główne kategorie zanieczyszczeń

Zanieczyszczenia na powierzchniach wafli można ogólnie podzielić na cztery kategorie:

1. Zanieczyszczenia cząsteczkowe

Przykłady: pył, cząstki metali, cząstki organiczne, cząstki ścierne z CMP itp.

Wpływ:

• Może powodować wady wzoru

• Prowadzi do zwarć lub przerw w obwodach w strukturach półprzewodnikowych

2. Zanieczyszczenia organiczne

Przykłady: pozostałości fotorezystu, dodatki żywiczne, oleje ze skóry, pozostałości rozpuszczalników itp.

Wpływ:

• Mogą działać jako „maski”, utrudniając trawienie lub implantację jonów

• Zmniejszają przyczepność kolejnych cienkich warstw

3. Zanieczyszczenia jonami metali

Przykłady: Fe, Cu, Na, K, Ca itp., pochodzące głównie ze sprzętu, chemikaliów i kontaktu z ludźmi.

Wpływ:

• W półprzewodnikach: jony metali są zanieczyszczeniami „zabójczymi”. Wprowadzają poziomy energii w paśmie wzbronionym, zwiększając prąd upływu, skracając czas życia nośników i poważnie pogarszając parametry elektryczne.

• Na szkle: mogą pogorszyć jakość i przyczepność cienkich warstw.

4. Warstwa tlenku rodzimego lub zmodyfikowana powierzchnia

• Wafle krzemowePozostaje wystarczająco delikatny, aby chronić powierzchnię szkła
  Cienka warstwa dwutlenku krzemu (SiO₂) (tlenek rodzimy) naturalnie tworzy się w powietrzu. Jej grubość i jednorodność są trudne do kontrolowania i musi zostać całkowicie usunięta podczas wytwarzania krytycznych struktur, takich jak tlenki bramki.

• Wafle szklanePozostaje wystarczająco delikatny, aby chronić powierzchnię szkła
  Szkło jest samo w sobie siecią krzemionkową, więc nie ma oddzielnej „warstwy tlenku rodzimego” do usunięcia. Jednak powierzchnia może być modyfikowana lub zanieczyszczona, tworząc warstwę, którą nadal należy usunąć lub odświeżyć.

I. Główne cele: wydajność elektryczna vs. doskonałość fizyczna

Wafle krzemowe

Głównym celem czyszczenia jest zapewnienie wydajności elektrycznej.Typowe specyfikacje obejmują:Usuwanie związków organicznych

Bardzo niskie stężenia jonów metali (np. Fe, Cu ≤ 10¹⁰ atomów/cm² lub mniej)

• Bardzo niskie poziomy pozostałości organicznych

• Nawet śladowe zanieczyszczenia mogą prowadzić do:

• Zwarć lub przerw w obwodach

Zwiększonych prądów upływu

• Awarii integralności tlenku bramki

• Wafle szklane

• Jako podłoża, wafle szklane koncentrują się na

integralności fizycznej i stabilności chemicznej

.Kluczowe specyfikacje podkreślają:Usuwanie związków organicznych

Zachowanie pierwotnej chropowatości powierzchni i geometrii

• Czystość wizualna i stabilne powierzchnie do kolejnych procesów (np. powlekanie, osadzanie cienkich warstw)

• Innymi słowy,

• czyszczenie krzemu jest napędzane wydajnością

, podczas gdy czyszczenie szkła jest napędzane wyglądem i integralnością—chyba że szkło jest wykorzystywane w jakości półprzewodnikowej.II. Natura materiału: krystaliczna vs. amorficznaKrzem

Materiał krystaliczny

Naturalnie tworzy nieregularną warstwę tlenku rodzimego SiO₂

• Ten tlenek może zagrażać wydajności elektrycznej i musi być często

• jednorodnie i całkowicie usunięty

• w krytycznych etapach procesuSzkłoAmorficzna sieć krzemionkowa

Skład masowy jest podobny do warstwy tlenku krzemu na krzemie

• Wysoce podatne na:

• Szybkie trawienie w HF

• Erozję przez silne zasady

  • , co może zwiększyć chropowatość powierzchni lub zniekształcić geometrię

  • Konsekwencja:Czyszczenie wafli krzemowych może tolerować

kontrolowane, lekkie trawienie

• w celu usunięcia zanieczyszczeń i tlenku rodzimego.Czyszczenie wafli szklanych musi być dużo delikatniejsze

• , minimalizując atak na samo podłoże.III. Filozofia procesu: jak strategie czyszczenia się różniąPorównanie wysokiego poziomu

Element czyszczący

Czyszczenie wafli krzemowych

Cel czyszczenia:

Dokładne usunięcie:

ochronie podłoża szklanego
Cząstek

• Jonów metali

• Tlenku rodzimego (jeśli wymagane przez proces)

• Typowy proces: Standardowe czyszczenie RCA

• SPM (H₂SO₄/H₂O₂)

Usuwa ciężkie związki organiczne i pozostałości fotorezystu poprzez silne utlenianie.

• SC1 (NH₄OH/H₂O₂/H₂O)
  Roztwór alkaliczny, który usuwa cząstki poprzez połączenie podnoszenia, mikro-trawienia i efektów elektrostatycznych.

• DHF (rozcieńczony HF)
  Usuwa tlenek rodzimy i niektóre zanieczyszczenia metalami.

• SC2 (HCl/H₂O₂/H₂O)
  Usuwa jony metali poprzez kompleksowanie i utlenianie.

• Kluczowe chemikalia:
  Silne kwasy (H₂SO₄, HCl)

Surfaktantami (np. etery alkilopolietylenowe)

• Roztwory alkaliczne (NH₄OH itp.)

• Pomoc fizyczna i suszenie:

• Czyszczenie megadźwiękowe dla wydajnego, delikatnego usuwania cząstek

Wielokrotne płukanie czystą wodą

• Suszenie parą Marangoni / IPA w celu zminimalizowania tworzenia się śladów po wodzie

• Czyszczenie wafli szklanych

• Cel czyszczenia:

Selektywne usuwanie zanieczyszczeń przy

ochronie podłoża szklanego
i utrzymaniu:Chropowatości powierzchniGeometrii i płaskości

• Jakości powierzchni optycznej lub funkcjonalnej

• Charakterystyczny przepływ czyszczenia:

• Słabo alkaliczny środek czyszczący z surfaktantami

Usuwa związki organiczne (oleje, odciski palców) i cząstki poprzez emulgowanie i dyspersję.

1. Kwaśny lub neutralny środek czyszczący (jeśli wymagany)

   • Celuje w jony metali i specyficzne zanieczyszczenia nieorganiczne, stosując środki chelatujące i łagodne kwasy.

2. HF jest ściśle unikany

   • w całym procesie, aby zapobiec uszkodzeniu podłoża.

3. Kluczowe chemikalia:Słabo alkaliczne środki czyszczące z:

Surfaktantami (np. etery alkilopolietylenowe)

• Środkami chelatującymi metale (np. HEDP)

  • Organiczne środki czyszczące

  • Pomoc fizyczna i suszenie:

  • Czyszczenie ultradźwiękowe i/lub megadźwiękowe

Wielokrotne płukanie czystą wodą

• Delikatne suszenie (powolne wyjmowanie, suszenie parą IPA itp.)

• V. Czyszczenie wafli szklanych w praktyce

• W większości zakładów przetwarzania szkła procesy czyszczenia są dziś

zaprojektowane wokół kruchości i chemii szkła

i dlatego w dużej mierze opierają się na specjalistycznych słabo alkalicznych środkach czyszczących.Charakterystyka środka czyszczącegopH zwykle w okolicach

8–9

• Zawierają:Surfaktanty do emulgowania i odrywania olejów i odcisków palców

• Środki chelatujące do wiązania jonów metali

  • Dodatki organiczne w celu zwiększenia mocy czyszczenia

  • Opracowane tak, aby były

  • minimalnie korozyjne

• dla matrycy szklanejPrzebieg procesuCzyszczenie w

słabo alkalicznej kąpieli

1. (kontrolowane stężenie)Pracuj w temperaturze pokojowej do ~60 °CUżywaj

2. agitacji ultradźwiękowej

3. lub prostszych rozcieńczonych preparatów HCl/HNO₃ do chelatowania i usuwania jonów metali.Wykonaj wiele płukań czystą wodą

4. Zastosuj delikatne suszenie (np. powolne podnoszenie z kąpieli, suszenie parą IPA)Ten przepływ niezawodnie spełnia

5. czystość wizualną

i ogólne wymagania dotyczące czystości powierzchni dla standardowych zastosowań wafli szklanych.VI. Czyszczenie wafli krzemowych w procesie półprzewodnikowymW przypadku produkcji półprzewodników, wafle krzemowe zwykle używają

standardowego czyszczenia RCA

jako podstawowego procesu.Zdolny do adresowania wszystkich czterech typów zanieczyszczeń

• systematycznieDostarcza ultra-niskie poziomy cząstek, związków organicznych i jonów metali

• wymagane dla zaawansowanej wydajności urządzeniaKompatybilny z integracją ze złożonymi przepływami procesów (formowanie stosu bramki, brama metalowa o wysokiej k/metalowej itp.)VII. Kiedy szkło musi spełniać czystość na poziomie półprzewodników

• Gdy wafle szklane przechodzą do

zastosowań wysokiej klasy

—na przykład:Jako podłoża w procesach półprzewodnikowychJako platformy do wysokiej jakości osadzania cienkich warstw

• —tradycyjne słabo alkaliczne podejście do czyszczenia może nie być już wystarczające. W takich przypadkach,

• koncepcje czyszczenia półprzewodników są adaptowane

do szkła, prowadząc do zmodyfikowanej strategii typu RCA.Główna strategia: rozcieńczone i zoptymalizowane RCA dla szkłaUsuwanie związków organicznych

Użyj SPM lub łagodniejszych roztworów utleniających, takich jak woda zawierająca ozon, aby rozłożyć zanieczyszczenia organiczne.

• Usuwanie cząstek
  Zastosuj

• silnie rozcieńczony SC1
  w niższych temperaturach i krótszych czasach obróbki, wykorzystując:Odrzucanie elektrostatyczneDelikatne mikro-trawienie

  • przy jednoczesnej minimalizacji ataku na podłoże szklane.

  • Usuwanie jonów metali
    Użyj

• rozcieńczonego SC2
  lub prostszych rozcieńczonych preparatów HCl/HNO₃ do chelatowania i usuwania jonów metali.Ścisły zakaz HF/DHFKroki oparte na HF muszą być bezwzględnie unikane, aby zapobiec korozji szkła i chropowatości powierzchni.

• W całym tym zmodyfikowanym procesie stosowanie
  technologii megadźwiękowej

:Znacząco zwiększa usuwanie nanocząstekPozostaje wystarczająco delikatny, aby chronić powierzchnię szkła

• Wniosek

• Procesy czyszczenia wafli krzemowych i szklanych są zasadniczo

odwrotnie zaprojektowane z ich wymagań końcowych

, właściwości materiałowych i zachowania fizykochemicznego.Czyszczenie wafli krzemowych dąży do

• „czystości na poziomie atomowym” w celu wsparcia wydajności elektrycznej.Czyszczenie wafli szklanych priorytetowo traktuje

• „idealne, nieuszkodzone powierzchnie” ze stabilnymi właściwościami fizycznymi i optycznymi.Ponieważ wafle szklane są coraz częściej włączane do zastosowań półprzewodnikowych i zaawansowanych opakowań, ich wymagania dotyczące czyszczenia nieuchronnie się zaostrzą. Tradycyjne słabo alkaliczne czyszczenie szkła ewoluuje w kierunku bardziej dopracowanych, niestandardowych rozwiązań

, takich jak zmodyfikowane procesy oparte na RCA, aby osiągnąć wyższe poziomy czystości bez poświęcania integralności podłoża szklanego.