Piikiekot vs. lasikiekot: Mitä me oikeastaan ​​puhdistamme? Materiaalisesta olemuksesta prosessipohjaisiin puhdistusratkaisuihin

Vaikka sekä pii- että lasikiekoilla on yhteinen tavoite "puhdistua", puhdistuksen aikana kohtaamat haasteet ja vikaantumistyypit ovat hyvin erilaisia. Tämä ero johtuu piin ja lasin luontaisista materiaaliominaisuuksista ja spesifikaatiovaatimuksista sekä niiden loppukäyttökohteiden ohjaamasta erillisestä puhdistus"filosofiasta".

Selvennetään ensin: Mitä tarkalleen ottaen puhdistamme? Mitä epäpuhtauksia on kyseessä?

Saasteet voidaan luokitella neljään luokkaan:

1. Hiukkasten epäpuhtaudet

   • Pöly, metallihiukkaset, orgaaniset hiukkaset, hiomahiukkaset (CMP-prosessista) jne.

   • Nämä epäpuhtaudet voivat aiheuttaa kuviovirheitä, kuten oikosulkuja tai avoimia piirejä.

2. Orgaaniset epäpuhtaudet

   • Sisältää fotoresistijäämiä, hartsin lisäaineita, ihmisen iholta saatavia öljyjä, liuotinjäämiä jne.

   • Orgaaniset epäpuhtaudet voivat muodostaa maskeja, jotka estävät etsausta tai ionien istutusta ja vähentävät muiden ohuiden kalvojen tarttumista.

3. Metalli-ionien epäpuhtaudet

   • Rauta, kupari, natrium, kalium, kalsium jne., jotka ovat pääasiassa peräisin laitteista, kemikaaleista ja ihmisten välisestä kosketuksesta.

   • Puolijohteissa metalli-ionit ovat "tappaja"-kontaminaatioita, jotka tuovat kiellettyyn kaistaan ​​energiatasoja, mikä lisää vuotovirtaa, lyhentää varauksenkuljettajien elinikää ja vahingoittaa vakavasti sähköisiä ominaisuuksia. Lasissa ne voivat vaikuttaa seuraavien ohutkalvojen laatuun ja tarttuvuuteen.

4. Natiivioksidikerros

   • Piikiekkojen osalta: Ilman mukana pinnalle muodostuu luonnostaan ​​ohut piidioksidikerros (natiivioksidi). Tämän oksidikerroksen paksuutta ja tasaisuutta on vaikea hallita, ja se on poistettava kokonaan avainrakenteiden, kuten porttioksidien, valmistuksen aikana.

   • Lasikiekkojen osalta: Lasi itsessään on piidioksidiverkkorakenne, joten "natiivin oksidikerroksen poistamisesta" ei ole ongelmaa. Pinta on kuitenkin saattanut muuttua kontaminaation vuoksi, ja tämä kerros on poistettava.

I. Keskeiset tavoitteet: Sähköisen suorituskyvyn ja fyysisen täydellisyyden välinen ero

• Piikiekot

  • Puhdistuksen ydintavoitteena on varmistaa sähköinen suorituskyky. Tyypillisiin spesifikaatioihin kuuluvat tiukat hiukkasmäärät ja -koot (esim. ≥0,1 μm:n hiukkaset on poistettava tehokkaasti), metalli-ionipitoisuudet (esim. Fe ja Cu on pidettävä ≤10¹⁰ atomia/cm² tai alhaisempana) ja orgaanisten jäämien määrät. Jopa mikroskooppinen kontaminaatio voi johtaa oikosulkuun, vuotovirtoihin tai hilaoksidin eheyden pettämiseen.

• Lasikiekot

  • Substraatteina ydinvaatimukset ovat fyysinen täydellisyys ja kemiallinen stabiilius. Spesifikaatiot keskittyvät makrotason näkökohtiin, kuten naarmujen ja pysyvien tahrojen puuttumiseen sekä alkuperäisen pinnan karheuden ja geometrian säilyttämiseen. Puhdistuksen tavoitteena on ensisijaisesti varmistaa visuaalinen puhtaus ja hyvä tarttuvuus seuraavia prosesseja, kuten pinnoitusta, varten.

II. Aineellinen luonto: Kiteisen ja amorfisen muodon välinen perustavanlaatuinen ero

• Pii

  • Pii on kiteinen materiaali, ja sen pinnalle kasvaa luonnostaan ​​epätasainen piidioksidioksidikerros (SiO₂). Tämä oksidikerros vaarantaa sähköisen suorituskyvyn ja se on poistettava perusteellisesti ja tasaisesti.

• Lasi

  • Lasi on amorfinen piidioksidiverkko. Sen bulkkimateriaali on koostumukseltaan samanlainen kuin piin piioksidikerros, mikä tarkoittaa, että se voidaan syövyttää nopeasti fluorivetyhapolla (HF) ja se on myös altis voimakkaalle alkalikuluokselle, mikä johtaa pinnan karheuden tai muodonmuutoksen lisääntymiseen. Tämä perustavanlaatuinen ero sanelee, että piikiekkojen puhdistus kestää kevyttä, kontrolloitua syövytystä epäpuhtauksien poistamiseksi, kun taas lasikiekkojen puhdistus on tehtävä äärimmäisen varovasti, jotta perusmateriaali ei vahingoitu.

III. Puhdistusliuosten vertailu

Edellä mainittujen tavoitteiden ja materiaalien ominaisuuksien perusteella pii- ja lasikiekkojen puhdistusliuokset vaihtelevat:

• Lasikiekon puhdistusprosessi

  • Tällä hetkellä useimmat lasinjalostuslaitokset käyttävät lasin materiaaliominaisuuksiin perustuvia puhdistusmenetelmiä, jotka perustuvat pääasiassa heikosti emäksisiin puhdistusaineisiin.

  • Puhdistusaineen ominaisuudet:Nämä erikoispuhdistusaineet ovat tyypillisesti heikosti emäksisiä, pH-arvoltaan noin 8–9. Ne sisältävät yleensä pinta-aktiivisia aineita (esim. alkyylipolyoksietyleenieetteriä), metallikelaatinmuodostajia (esim. HEDP) ja orgaanisia puhdistusapuaineita, jotka on suunniteltu emulgoimaan ja hajottamaan orgaanisia epäpuhtauksia, kuten öljyjä ja sormenjälkiä, samalla kun ne syövyttävät lasimatriisia mahdollisimman vähän.

  • Prosessin kulku:Tyypillinen puhdistusprosessi sisältää tietyn pitoisuuden heikosti emäksisten puhdistusaineiden käytön huoneenlämmöstä 60 °C:seen ulottuvissa lämpötiloissa yhdistettynä ultraäänipuhdistukseen. Puhdistuksen jälkeen kiekot käyvät läpi useita huuhteluvaiheita puhtaalla vedellä ja hellävaraisen kuivauksen (esim. hitaasti nostava tai IPA-höyrykuivaus). Tämä prosessi täyttää tehokkaasti lasikiekkojen visuaalisen ja yleisen puhtauden vaatimukset.

• Piikiekkojen puhdistusprosessi

  • Puolijohteiden prosessoinnissa piikiekot käyvät tyypillisesti läpi standardin RCA-puhdistuksen, joka on erittäin tehokas puhdistusmenetelmä, jolla voidaan systemaattisesti käsitellä kaikenlaisia ​​epäpuhtauksia ja varmistaa, että puolijohdelaitteiden sähköiset suorituskykyvaatimukset täyttyvät.

IV. Kun lasi täyttää korkeammat "puhtausstandardit"

Kun lasikiekkoja käytetään sovelluksissa, jotka vaativat tiukkoja hiukkasmääriä ja metalli-ionitasoja (esim. puolijohdeprosessien substraatteina tai erinomaisten ohutkalvopintojen saamiseksi), pelkkä puhdistusprosessi ei välttämättä riitä. Tässä tapauksessa voidaan soveltaa puolijohdepuhdistusperiaatteita ja ottaa käyttöön muokattu RCA-puhdistusstrategia.

Tämän strategian ydin on laimentaa ja optimoida RCA-prosessin vakioparametreja lasin herkän luonteen huomioon ottamiseksi:

• Orgaanisten epäpuhtauksien poisto:SPM-liuoksia tai miedompaa otsonivettä voidaan käyttää orgaanisten epäpuhtauksien hajottamiseen voimakkaan hapettumisen avulla.

• Hiukkasten poisto:Erittäin laimennettua SC1-liuosta käytetään alhaisemmissa lämpötiloissa ja lyhyemmissä käsittelyajoissa, jotta voidaan hyödyntää sen sähköstaattista hylkimiskykyä ja mikroetsausvaikutuksia hiukkasten poistamiseksi ja samalla lasin korroosion minimoimiseksi.

• Metalli-ionien poisto:Laimennettua SC2-liuosta tai yksinkertaisia ​​laimennettua suolahappoa/laimennettua typpihappoa käytetään metallikontaminaattien poistamiseen kelaation avulla.

• Tiukat kiellot:DHF:ää (diammoniakkifluoridia) on ehdottomasti vältettävä lasialustan korroosion estämiseksi.

Koko muunnetussa prosessissa megasonic-teknologian yhdistäminen parantaa merkittävästi nanokokoisten hiukkasten poistotehokkuutta ja on hellävaraisempi pinnalle.

Johtopäätös

Pii- ja lasikiekkojen puhdistusprosessit ovat väistämätön seuraus käänteisestä suunnittelusta, joka perustuu niiden lopullisiin sovellusvaatimuksiin, materiaaliominaisuuksiin sekä fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin. Piikiekkojen puhdistuksessa pyritään "atomitason puhtauteen" sähköisen suorituskyvyn osalta, kun taas lasikiekkojen puhdistuksessa keskitytään "täydellisten, vahingoittumattomien" fyysisten pintojen saavuttamiseen. Koska lasikiekkoja käytetään yhä enemmän puolijohdesovelluksissa, niiden puhdistusprosessit kehittyvät väistämättä perinteisen heikosti emäksisen puhdistuksen ulkopuolelle, ja kehitetään hienostuneempia, räätälöityjä ratkaisuja, kuten modifioitu RCA-prosessi, korkeampien puhtausstandardien täyttämiseksi.