Силицијумске плочице у односу на стаклене плочице: Шта заправо чистимо? Од суштине материјала до решења за чишћење заснованих на процесу

Иако и силицијумске и стаклене плочице деле заједнички циљ „чишћења“, изазови и начини кварова са којима се суочавају током чишћења су знатно различити. Ова разлика произилази из својстава материјала и захтева спецификација силицијума и стакла, као и из посебне „филозофије“ чишћења вођене њиховом коначном применом.

Прво, хајде да разјаснимо: Шта тачно чистимо? Који су загађивачи у питању?

Загађивачи се могу поделити у четири категорије:

1. Загађивачи честицама

   • Прашина, металне честице, органске честице, абразивне честице (из CMP процеса), итд.

   • Ови загађивачи могу изазвати дефекте у шаблону, као што су кратки спојеви или отворени струјни кругови.

2. Органски загађивачи

   • Укључује остатке фоторезиста, адитиве од смоле, уља људске коже, остатке растварача итд.

   • Органски загађивачи могу формирати маске које ометају нагризање или имплантацију јона и смањују адхезију других танких филмова.

3. Загађивачи металних јона

   • Гвожђе, бакар, натријум, калијум, калцијум итд., који првенствено потичу из опреме, хемикалија и људског контакта.

   • У полупроводницима, метални јони су „убитни“ загађивачи, уводећи енергетске нивое у забрањену зону, што повећава струју цурења, скраћује век трајања носилаца и озбиљно оштећује електрична својства. У стаклу могу утицати на квалитет и адхезију накнадних танких филмова.

4. Природни оксидни слој

   • За силицијумске плочице: Танки слој силицијум диоксида (природни оксид) се природно формира на површини у ваздуху. Дебљину и једноликост овог оксидног слоја је тешко контролисати и он се мора потпуно уклонити током израде кључних структура као што су капијски оксиди.

   • За стаклене плочице: Само стакло је мрежаста структура силицијум диоксида, тако да нема проблема са „уклањањем природног оксидног слоја“. Међутим, површина је можда модификована због контаминације и овај слој треба уклонити.

I. Основни циљеви: Разлика између електричних перформанси и физичког савршенства

• Силицијумске плочице

  • Основни циљ чишћења је осигурање електричних перформанси. Спецификације обично укључују строге бројеве и величине честица (нпр. честице ≥0,1 μm морају бити ефикасно уклоњене), концентрације металних јона (нпр. Fe, Cu морају бити контролисане на ≤10¹⁰ атома/cm² или мање) и нивое органских остатака. Чак и микроскопска контаминација може довести до кратких спојева у колу, струја цурења или квара интегритета оксида капије.

• Стаклене вафле

  • Као подлоге, основни захтеви су физичка савршеност и хемијска стабилност. Спецификације се фокусирају на аспекте макро нивоа као што су одсуство огреботина, неуклоњивих мрља и одржавање оригиналне храпавости и геометрије површине. Циљ чишћења је првенствено осигурање визуелне чистоће и доброг пријањања за наредне процесе као што је премазивање.

II. Материјална природа: Фундаментална разлика између кристалног и аморфног

• Силицијум

  • Силицијум је кристални материјал, а на његовој површини природно расте неуједначен слој силицијум диоксида (SiO₂). Овај слој оксида представља ризик за електричне перформансе и мора се темељно и равномерно уклонити.

• Стакло

  • Стакло је аморфна мрежа силицијум диоксида. Његов главни материјал је сличан по саставу слоју силицијум оксида силицијума, што значи да се може брзо нагризати флуороводоничном киселином (HF) и такође је подложан јакој алкалној ерозији, што доводи до повећања храпавости површине или деформације. Ова фундаментална разлика налаже да чишћење силицијумских плочица може толерисати лагано, контролисано нагризање ради уклањања загађивача, док се чишћење стаклених плочица мора обављати са изузетном пажњом како би се избегло оштећење основног материјала.

III. Поређење раствора за чишћење

На основу горе наведених циљева и карактеристика материјала, раствори за чишћење силицијумских и стаклених плочица се разликују:

• Процес чишћења стаклених плочица

  • Тренутно, већина постројења за прераду стакла користи поступке чишћења засноване на материјалним карактеристикама стакла, ослањајући се првенствено на слаба алкална средства за чишћење.

  • Карактеристике средства за чишћење:Ова специјализована средства за чишћење су обично слабо алкална, са pH вредношћу око 8-9. Обично садрже сурфактанте (нпр. алкил полиоксиетилен етар), хелатне агенсе за метале (нпр. HEDP) и органска средства за чишћење, дизајнирана да емулгују и разлажу органске загађиваче као што су уља и отисци прстију, уз минимално корозивно дејство на стаклену матрицу.

  • Ток процеса:Типичан процес чишћења подразумева употребу специфичне концентрације слабих алкалних средстава за чишћење на температурама у распону од собне температуре до 60°C, у комбинацији са ултразвучним чишћењем. Након чишћења, плочице се подвргавају вишеструким корацима испирања чистом водом и нежном сушењу (нпр. споро подизање или сушење IPA паром). Овај процес ефикасно испуњава захтеве стаклених плочица за визуелну чистоћу и општу чистоћу.

• Процес чишћења силицијумских плочица

  • За обраду полупроводника, силицијумске плочице се обично подвргавају стандардном RCA чишћењу, што је веома ефикасна метода чишћења способна да систематски реши све врсте загађивача, осигуравајући да су испуњени захтеви за електричне перформансе полупроводничких уређаја.

IV. Када стакло испуњава више стандарде „чистоће“

Када се стаклене плочице користе у применама које захтевају строг број честица и нивое металних јона (нпр. као подлоге у полупроводничким процесима или за одличне површине за таложење танких филмова), процес суштинског чишћења можда више није довољан. У овом случају, могу се применити принципи чишћења полупроводника, уводећи модификовану стратегију чишћења RCA.

Суштина ове стратегије је разблаживање и оптимизација стандардних параметара RCA процеса како би се прилагодила осетљивој природи стакла:

• Уклањање органских загађивача:SPM раствори или блажа озонска вода могу се користити за разградњу органских загађивача путем јаке оксидације.

• Уклањање честица:Високо разблажени раствор SC1 се користи на нижим температурама и краћим временима обраде како би се искористило његово електростатичко одбијање и ефекти микро-нагризања за уклањање честица, уз минимизирање корозије стакла.

• Уклањање металних јона:Разблажени раствор SC2 или једноставни раствори разблажене хлороводоничне киселине/разблажене азотне киселине користе се за уклањање металних загађивача путем хелације.

• Строге забране:ДХФ (диамонијум флуорид) се мора апсолутно избегавати како би се спречила корозија стаклене подлоге.

У целом модификованом процесу, комбиновање мегасоник технологије значајно побољшава ефикасност уклањања наночестица и нежније је према површини.

Закључак

Процеси чишћења силицијумских и стаклених плочица су неизбежан резултат реверзног инжењеринга на основу њихових коначних захтева за примену, својстава материјала и физичких и хемијских карактеристика. Чишћење силицијумских плочица тежи „чистоћи на атомском нивоу“ за електричне перформансе, док се чишћење стаклених плочица фокусира на постизање „савршених, неоштећених“ физичких површина. Како се стаклене плочице све више користе у полупроводничким применама, њихови процеси чишћења ће се неизбежно развијати изван традиционалног слабо алкалног чишћења, развијајући префињенија, прилагођенија решења попут модификованог RCA процеса како би се испунили виши стандарди чистоће.