جزئیات وبلاگ

از مبانی مواد تا راهبردهای تمیزکاری مبتنی بر فرآیند

اگرچه ویفرهای سیلیکونی و شیشه‌ای هر دو هدف مشترک «تمیز شدن» را دنبال می‌کنند، اما چالش‌ها و حالت‌های خرابی که با آن مواجه می‌شوند اساساً متفاوت هستند. این تفاوت‌ها ناشی از موارد زیر است:

• خواص ذاتی مواد سیلیکون و شیشه

• الزامات مشخصات متمایز آنها

• «فلسفه‌های» بسیار متفاوت تمیزکاری که توسط کاربردهای نهایی آنها هدایت می‌شود

قبل از مقایسه فرآیندها، باید بپرسیم:دقیقاً چه چیزی را تمیز می‌کنیم و چه آلاینده‌هایی درگیر هستند؟

چه چیزی را تمیز می‌کنیم؟ چهار دسته اصلی آلاینده‌ها

آلاینده‌های روی سطوح ویفر را می‌توان به طور کلی به چهار دسته تقسیم کرد:

1. آلاینده‌های ذرات

نمونه‌ها: گرد و غبار، ذرات فلزی، ذرات آلی، ذرات ساینده از CMP و غیره.

تاثیر:

• می‌تواند باعث ایجاد نقص در الگو شود

• منجر به اتصال کوتاه یا مدار باز در ساختارهای نیمه‌رسانا می‌شود

2. آلاینده‌های آلی

نمونه‌ها: باقیمانده‌های فتو رزیست، افزودنی‌های رزین، روغن‌های پوست، باقیمانده‌های حلال و غیره.

تاثیر:

• می‌تواند به عنوان «ماسک» عمل کند و مانع از اچ کردن یا کاشت یون شود

• کاهش چسبندگی لایه‌های نازک بعدی

3. آلاینده‌های یون فلزی

نمونه‌ها: Fe، Cu، Na، K، Ca و غیره که عمدتاً از تجهیزات، مواد شیمیایی و تماس انسانی منشا می‌گیرند.

تاثیر:

• در نیمه‌رساناها:یون‌های فلزی آلاینده‌های «کُشنده» هستند. آنها سطوح انرژی را در شکاف باند معرفی می‌کنند، جریان نشتی را افزایش می‌دهند، طول عمر حامل را کوتاه می‌کنند و عملکرد الکتریکی را به شدت کاهش می‌دهند.

• روی شیشه:آنها می‌توانند کیفیت و چسبندگی لایه نازک را مختل کنند.

4. لایه اکسید بومی یا سطح اصلاح شده

• ویفرهای سیلیکونی:
  ویفرهای شیشه‌ای:

• خود شیشه یک شبکه سیلیس است، بنابراین هیچ «لایه اکسید بومی» جداگانه‌ای برای حذف وجود ندارد. با این حال، سطح می‌تواند اصلاح یا آلوده شود و لایه‌ای را تشکیل دهد که هنوز نیاز به حذف یا تازه‌سازی دارد.
  ویفرهای سیلیکونی

هدف اصلی تمیزکاری، اطمینان از عملکرد الکتریکی است.

مشخصات معمولی شامل موارد زیر است:

تعداد و اندازه‌های ذرات بسیار کم (به عنوان مثال، حذف موثر ذرات ≥ 0.1 میکرومتر)غلظت‌های یون فلزی فوق‌العاده کم (به عنوان مثال، Fe، Cu ≤ 10¹⁰ اتم/سانتی‌متر مربع یا کمتر)سطوح باقیمانده آلی بسیار کمحتی آلودگی‌های ردیابی می‌تواند منجر به موارد زیر شود:

افزایش جریان‌های نشتی

• خرابی یکپارچگی اکسید گیت

• ویفرهای شیشه‌ای

• ویفرهای شیشه‌ای به عنوان زیرلایه، بر یکپارچگی فیزیکی و پایداری شیمیایی تمرکز دارند.

مشخصات کلیدی بر موارد زیر تاکید دارند:

• بدون خراش یا لکه‌های غیرقابل حذف

• حفظ زبری و هندسه سطح اصلی

• تمیزی بصری و سطوح پایدار برای فرآیندهای بعدی (به عنوان مثال، پوشش، رسوب لایه نازک)

به عبارت دیگر، تمیزکاری سیلیکون عملکرد محور است، در حالی که تمیزکاری شیشه ظاهر و یکپارچگی محور است - مگر اینکه شیشه به استفاده درجه نیمه‌رسانا سوق داده شود.

II. ماهیت مواد: کریستالی در مقابل آمورفسیلیکون

به طور طبیعی یک لایه اکسید بومی SiO₂ غیر یکنواخت رشد می‌دهد

• این اکسید می‌تواند عملکرد الکتریکی را تهدید کند و اغلب باید به طور یکنواخت و کامل در مراحل فرآیند بحرانی حذف شود

• شیشه

• یک شبکه سیلیس آمورف

ترکیب حجمی مشابه لایه اکسید سیلیکون روی سیلیکون استبسیار مستعد:اچینگ سریع در HFفرسایش توسط قلیاهای قویکه می‌تواند زبری سطح را افزایش دهد یا هندسه را تحریف کند

پیامد:

تمیزکاری ویفر سیلیکونی می‌تواند اچینگ کنترل شده و سبک را برای حذف آلاینده‌ها و اکسید بومی تحمل کند.

• تمیزکاری ویفر شیشه‌ای باید بسیار ملایم‌تر باشد و حمله به خود زیرلایه را به حداقل برساند.

• III. فلسفه فرآیند: چگونه راهبردهای تمیزکاری واگرا می‌شوند

• مقایسه سطح بالامورد تمیزکاریتمیزکاری ویفر سیلیکونی

تمیزکاری ویفر شیشه‌ای

• هدف تمیزکاری

• شامل حذف لایه اکسید بومی و تمام آلاینده‌های حیاتی برای عملکرد

• حذف انتخابی: حذف آلاینده‌ها در حالی که زیرلایه شیشه و مورفولوژی سطح آن حفظ می‌شود

  • رویکرد استاندارد

  • تمیزکننده‌های نوع RCA با اسیدها/قلیاهای قوی و اکسیدکننده‌هاتمیزکننده‌های ضعیف قلیایی و ایمن برای شیشه با شرایط کنترل شده با دقت

مواد شیمیایی کلیدی

• اسیدهای قوی، قلیاهای قوی، محلول‌های اکسید کننده (SPM، SC1، DHF، SC2)عوامل تمیزکننده ضعیف قلیایی، فرمولاسیون‌های خنثی یا کمی اسیدی تخصصیکمک فیزیکی

• تمیزکاری مگاسونیک؛ آب DI با خلوص بالاتمیزکاری اولتراسونیک یا مگاسونیک، با جابجایی ملایمفناوری خشک کردن

خشک کردن با بخار Marangoni / IPA

خارج کردن آهسته، خشک کردن با بخار IPA و سایر روش‌های خشک کردن با استرس کم

اسیدهای قوی (H₂SO₄، HCl)

اکسیدکننده‌های قوی (H₂O₂، ازن)

شستشوی چندگانه با آب خالص
کمک فیزیکی و خشک کردن:

• تمیزکاری مگاسونیک برای حذف ذرات کارآمد و ملایم

• آب DI با خلوص بالا

• خشک کردن با بخار Marangoni / IPA برای به حداقل رساندن تشکیل علامت آب

• تمیزکاری ویفر شیشه‌ای

هدف تمیزکاری:

• حذف انتخابی آلاینده‌ها در حالی که از زیرلایه شیشه محافظت می‌شود و حفظ:
  زبری سطح

• هندسه و صافی
  کیفیت سطح نوری یا عملکردی

• جریان تمیزکاری مشخصه:
  تمیزکننده ضعیف قلیایی با سورفکتانت‌ها

• مواد آلی (روغن‌ها، اثر انگشت‌ها) و ذرات را با امولسیون‌سازی و پراکندگی حذف می‌کند.
  تمیزکننده اسیدی یا خنثی (در صورت نیاز)

از هم زدن اولتراسونیک برای افزایش حذف آلاینده‌ها استفاده کنید

• HF در سراسر فرآیند برای جلوگیری از آسیب به زیرلایه اکیداً اجتناب می‌شود.

• مواد شیمیایی کلیدی:

• عوامل تمیزکننده ضعیف قلیایی با:

برای تولید نیمه‌رسانا، ویفرهای سیلیکونی معمولاً از تمیزکاری استاندارد RCA به عنوان فرآیند اصلی استفاده می‌کنند.

• عوامل شلاته‌کننده فلز (به عنوان مثال، HEDP)

• مواد کمکی تمیزکننده آلی

• کمک فیزیکی و خشک کردن:

تمیزکاری اولتراسونیک و/یا مگاسونیک

شستشوی چندگانه با آب خالص
خشک کردن ملایم (خارج کردن آهسته، خشک کردن با بخار IPA و غیره)V. تمیزکاری ویفر شیشه‌ای در عملامروزه در اکثر کارخانه‌های فرآوری شیشه، فرآیندهای تمیزکاری بر اساس شکنندگی و شیمی شیشه طراحی شده‌اند و بنابراین به شدت به تمیزکننده‌های ضعیف قلیایی تخصصی متکی هستند.

• ویژگی‌های عامل تمیزکننده

• pH معمولاً حدود 8 تا 9 است

• شامل:

سورفکتانت‌ها برای امولسیون‌سازی و جدا کردن روغن‌ها و اثر انگشت‌ها

1. عوامل شلاته‌کننده برای اتصال یون‌های فلزی

   • افزودنی‌های آلی برای افزایش قدرت تمیزکاری

2. به گونه‌ای فرموله شده‌اند که حداقل خورنده برای ماتریس شیشه باشند

   • جریان فرآیند

3. تمیز کردن در یک حمام ضعیف قلیایی (غلظت کنترل شده)از دمای اتاق تا حدود 60 درجه سانتی‌گراد کار کنید

از هم زدن اولتراسونیک برای افزایش حذف آلاینده‌ها استفاده کنید

• شستشوی چندگانه با آب خالص را انجام دهید

  • خشک کردن ملایم (به عنوان مثال، بلند کردن آهسته از حمام، خشک کردن با بخار IPA) را اعمال کنید

  • این جریان به طور قابل اطمینانی الزامات تمیزی بصری و تمیزی سطح عمومی را برای کاربردهای استاندارد ویفر شیشه‌ای برآورده می‌کند.

  • VI. تمیزکاری ویفر سیلیکونی در فرآوری نیمه‌رسانا

برای تولید نیمه‌رسانا، ویفرهای سیلیکونی معمولاً از تمیزکاری استاندارد RCA به عنوان فرآیند اصلی استفاده می‌کنند.

• قادر به رسیدگی به هر چهار نوع آلاینده به طور سیستماتیک

• سطوح فوق‌العاده کم ذرات، آلی و یون‌های فلزی را که برای عملکرد دستگاه پیشرفته مورد نیاز است، ارائه می‌دهد

• سازگار با ادغام در جریان‌های فرآیند پیچیده (تشکیل پشته گیت، گیت فلزی/k بالا و غیره)

VII. هنگامی که شیشه باید تمیزی سطح نیمه‌رسانا را برآورده کند

همانطور که ویفرهای شیشه‌ای وارد کاربردهای سطح بالا می‌شوند - به عنوان مثال:به عنوان زیرلایه در فرآیندهای نیمه‌رسانابه عنوان پلتفرم برای رسوب لایه نازک با کیفیت بالا

رویکرد تمیزکاری ضعیف قلیایی سنتی ممکن است دیگر کافی نباشد. در چنین مواردی، مفاهیم تمیزکاری نیمه‌رسانا با شیشه سازگار می‌شوند که منجر به یک استراتژی اصلاح شده از نوع RCA می‌شود.

• استراتژی اصلی: RCA رقیق شده و بهینه شده برای شیشهحذف مواد آلی

• از SPM یا محلول‌های اکسید کننده ملایم‌تر مانند آب حاوی ازن برای تجزیه آلاینده‌های آلی استفاده کنید.

  • حذف ذرات

  • از SC1 بسیار رقیق شده در دماهای پایین‌تر و زمان‌های درمان کوتاه‌تر استفاده کنید و از:

  • دفع الکترواستاتیک

• میکرو اچینگ ملایمدر حالی که حمله به زیرلایه شیشه را به حداقل می‌رسانید.حذف یون فلزی

از SC2 رقیق شده یا فرمولاسیون‌های ساده‌تر HCl/HNO₃ رقیق شده برای شلاته‌کردن و حذف یون‌های فلزی استفاده کنید.

1. ممنوعیت اکید HF/DHFمراحل مبتنی بر HF باید کاملاً اجتناب شود تا از خوردگی شیشه و زبری سطح جلوگیری شود.در سراسر این فرآیند اصلاح شده، استفاده از فناوری مگاسونیک:

2. حذف ذرات نانومقیاس را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد

3. نتیجه‌گیریفرآیندهای تمیزکاری برای ویفرهای سیلیکونی و شیشه‌ای اساساً از الزامات استفاده نهایی، خواص مواد و رفتار فیزیکوشیمیایی آنها مهندسی معکوس شده‌اند.

4. تمیزکاری ویفر سیلیکونی به دنبال «تمیزی در سطح اتمی» در حمایت از عملکرد الکتریکی است.تمیزکاری ویفر شیشه‌ای اولویت را به «سطوح بی‌نقص و آسیب‌دیده» با خواص فیزیکی و نوری پایدار می‌دهد.

5. از آنجایی که ویفرهای شیشه‌ای به طور فزاینده‌ای در کاربردهای نیمه‌رسانا و بسته‌بندی پیشرفته گنجانده می‌شوند، الزامات تمیزکاری آنها به ناچار تشدید خواهد شد. تمیزکاری سنتی شیشه ضعیف قلیایی به سمت راه‌حل‌های سفارشی‌تر و اصلاح‌شده‌تر، مانند فرآیندهای مبتنی بر RCA اصلاح‌شده، تکامل خواهد یافت تا به سطوح بالاتری از تمیزی بدون قربانی کردن یکپارچگی زیرلایه شیشه دست یابد.