Silikonske rezine v primerjavi s steklenimi rezinami: Kaj pravzaprav čistimo? Od bistva materiala do čistilnih rešitev, ki temeljijo na procesih

Čeprav imata tako silicijeve kot steklene rezine skupni cilj »čiščenja«, se izzivi in ​​načini napak, s katerimi se soočajo med čiščenjem, zelo razlikujejo. To neskladje izhaja iz lastnosti materiala in specifikacij silicija in stekla, pa tudi iz različne »filozofije« čiščenja, ki jo določajo njune končne uporabe.

Najprej razjasnimo: Kaj točno čistimo? Kateri onesnaževalci so vključeni?

Onesnaževalce lahko razdelimo v štiri kategorije:

1. Onesnaževalci v delcih

   • Prah, kovinski delci, organski delci, abrazivni delci (iz postopka CMP) itd.

   • Ti onesnaževalci lahko povzročijo napake v vzorcu, kot so kratki stiki ali odprti tokokrogi.

2. Organski onesnaževalci

   • Vključuje ostanke fotorezista, dodatke smole, olja človeške kože, ostanke topil itd.

   • Organski onesnaževalci lahko tvorijo maske, ki ovirajo jedkanje ali implantacijo ionov in zmanjšujejo oprijem drugih tankih filmov.

3. Onesnaževalci kovinskih ionov

   • Železo, baker, natrij, kalij, kalcij itd., ki prihajajo predvsem iz opreme, kemikalij in stika s človekom.

   • V polprevodnikih so kovinski ioni "ubijalski" onesnaževalci, ki v prepovedanem pasu vnašajo energijske nivoje, kar poveča uhajalni tok, skrajša življenjsko dobo nosilcev naboja in močno poškoduje električne lastnosti. V steklu lahko vplivajo na kakovost in oprijem poznejših tankih filmov.

4. Naravna oksidna plast

   • Za silicijeve rezine: Na površini se v zraku naravno tvori tanka plast silicijevega dioksida (naravnega oksida). Debelino in enakomernost te oksidne plasti je težko nadzorovati in jo je treba med izdelavo ključnih struktur, kot so oksidi vrat, popolnoma odstraniti.

   • Za steklene rezine: Steklo samo po sebi ima silicijev dioksid kot mrežno strukturo, zato ni problema "odstranitve naravne oksidne plasti". Vendar pa je bila površina morda spremenjena zaradi kontaminacije in je treba to plast odstraniti.

I. Temeljni cilji: Razlika med električno zmogljivostjo in fizično popolnostjo

• Silikonske rezine

  • Glavni cilj čiščenja je zagotoviti električno delovanje. Specifikacije običajno vključujejo stroge nastavitve števila in velikosti delcev (npr. delce ≥0,1 μm je treba učinkovito odstraniti), koncentracije kovinskih ionov (npr. Fe, Cu je treba nadzorovati na ≤10¹⁰ atomov/cm² ali manj) in ravni organskih ostankov. Tudi mikroskopska kontaminacija lahko povzroči kratke stike v tokokrogu, uhajanje tokov ali okvaro integritete oksida vrat.

• Steklene rezine

  • Kot substrati so temeljne zahteve fizična popolnost in kemijska stabilnost. Specifikacije se osredotočajo na makro vidike, kot so odsotnost prask, neodstranljivih madežev ter ohranjanje prvotne hrapavosti in geometrije površine. Cilj čiščenja je predvsem zagotoviti vizualno čistočo in dober oprijem za nadaljnje postopke, kot je nanašanje premazov.

II. Materialna narava: Temeljna razlika med kristalnim in amorfnim

• Silicij

  • Silicij je kristaliničen material, na njegovi površini pa naravno raste neenakomerna plast silicijevega dioksida (SiO₂). Ta oksidna plast predstavlja tveganje za električne lastnosti in jo je treba temeljito in enakomerno odstraniti.

• Steklo

  • Steklo je amorfna mreža silicijevega dioksida. Njegova osnovna snov je po sestavi podobna plasti silicijevega oksida, kar pomeni, da ga je mogoče hitro jedkati s fluorovodikovo kislino (HF) in je tudi dovzetno za močno alkalno erozijo, kar vodi do povečanja hrapavosti ali deformacije površine. Ta temeljna razlika narekuje, da čiščenje silicijevih rezin prenese lahko, nadzorovano jedkanje za odstranitev onesnaževalcev, medtem ko je treba čiščenje steklenih rezin izvajati izjemno previdno, da se ne poškoduje osnovni material.

III. Primerjava čistilnih raztopin

Glede na zgoraj omenjene cilje in lastnosti materiala se čistilne raztopine za silicijeve in steklene rezine razlikujejo:

• Postopek čiščenja steklenih rezin

  • Trenutno večina steklarskih obratov uporablja postopke čiščenja, ki temeljijo na lastnostih materiala stekla, pri čemer se zanašajo predvsem na šibka alkalna čistila.

  • Značilnosti čistilnega sredstva:Ta specializirana čistilna sredstva so običajno šibko alkalna, s pH okoli 8-9. Običajno vsebujejo površinsko aktivne snovi (npr. alkil polioksietilen eter), kelacijske snovi za kovine (npr. HEDP) in organska čistilna sredstva, namenjena emulgiranju in razgradnji organskih onesnaževalcev, kot so olja in prstni odtisi, hkrati pa minimalno korozivno vplivajo na stekleno matrico.

  • Potek procesa:Tipičen postopek čiščenja vključuje uporabo specifične koncentracije šibko alkalnih čistilnih sredstev pri temperaturah od sobne temperature do 60 °C, v kombinaciji z ultrazvočnim čiščenjem. Po čiščenju se rezine večkrat izperejo s čisto vodo in nežno posušijo (npr. počasno dvigovanje ali sušenje z IPA paro). Ta postopek učinkovito izpolnjuje zahteve steklenih rezin glede vizualne in splošne čistoče.

• Postopek čiščenja silicijevih rezin

  • Za obdelavo polprevodnikov se silicijeve rezine običajno podvržejo standardnemu čiščenju RCA, ki je zelo učinkovita metoda čiščenja, ki lahko sistematično obravnava vse vrste onesnaževalcev in zagotavlja izpolnjevanje zahtev glede električnih lastnosti polprevodniških naprav.

IV. Ko steklo izpolnjuje višje standarde "čistoče"

Kadar se steklene rezine uporabljajo v aplikacijah, ki zahtevajo stroge vrednosti števila delcev in ravni kovinskih ionov (npr. kot substrati v polprevodniških procesih ali za odlične površine za nanašanje tankih filmov), intrinzični postopek čiščenja morda ne bo več zadosten. V tem primeru se lahko uporabijo načela čiščenja polprevodnikov, s čimer se uvede spremenjena strategija čiščenja RCA.

Jedro te strategije je razredčiti in optimizirati standardne parametre procesa RCA, da se prilagodi občutljivi naravi stekla:

• Odstranjevanje organskih onesnaževalcev:Za razgradnjo organskih onesnaževalcev z močno oksidacijo se lahko uporabijo raztopine SPM ali blažja ozonska voda.

• Odstranjevanje delcev:Visoko razredčena raztopina SC1 se uporablja pri nižjih temperaturah in krajših časih obdelave, da se izkoristijo njeni elektrostatični odbojni in mikrojedkalni učinki za odstranjevanje delcev, hkrati pa se zmanjša korozija stekla.

• Odstranjevanje kovinskih ionov:Za odstranjevanje kovinskih onesnaževalcev s kelacijo se uporablja razredčena raztopina SC2 ali preprosta razredčena raztopina klorovodikove kisline/razredčene dušikove kisline.

• Stroge prepovedi:DHF (diamonijev fluorid) se je treba absolutno izogibati, da preprečimo korozijo steklene podlage.

V celotnem spremenjenem postopku kombinacija megasonične tehnologije znatno izboljša učinkovitost odstranjevanja nanodelcev in je nežnejša do površine.

Zaključek

Postopki čiščenja silicijevih in steklenih rezin so neizogiben rezultat obratnega inženiringa, ki temelji na njihovih končnih zahtevah glede uporabe, lastnostih materiala ter fizikalnih in kemijskih lastnostih. Čiščenje silicijevih rezin si prizadeva za "atomsko čistočo" za električno delovanje, medtem ko se čiščenje steklenih rezin osredotoča na doseganje "popolnih, nepoškodovanih" fizikalnih površin. Ker se steklene rezine vse pogosteje uporabljajo v polprevodniških aplikacijah, se bodo njihovi postopki čiščenja neizogibno razvijali onkraj tradicionalnega šibko alkalnega čiščenja in razvijali bolj izpopolnjene, prilagojene rešitve, kot je spremenjen postopek RCA, da bi dosegli višje standarde čistoče.