Silicon Wafers kumpara sa Glass Wafers: Ano Ang Talagang Nililinis Namin? Mula sa Material Essence hanggang sa Process-Based Cleaning Solutions

Bagama't pareho ang mga silicon at glass wafer na may iisang layunin na "malinis," ang mga hamon at mga mode ng pagkabigo na kinakaharap nila sa panahon ng paglilinis ay ibang-iba. Ang pagkakaibang ito ay nagmumula sa mga likas na katangian ng materyal at mga kinakailangan sa pagtutukoy ng silikon at salamin, pati na rin ang natatanging "pilosopiya" ng paglilinis na hinihimok ng kanilang mga huling aplikasyon.

Una, linawin natin: Ano nga ba ang nililinis natin? Anong mga kontaminant ang nasasangkot?

Ang mga contaminant ay maaaring maiuri sa apat na kategorya:

1. Mga Contaminant ng Particle

   • Alikabok, metal particle, organic particle, abrasive particle (mula sa proseso ng CMP), atbp.

   • Ang mga contaminant na ito ay maaaring magdulot ng mga depekto sa pattern, tulad ng shorts o open circuit.

2. Mga Organikong Contaminant

   • May kasamang photoresist residues, resin additives, human skin oils, solvent residues, atbp.

   • Ang mga organikong kontaminant ay maaaring bumuo ng mga maskara na humahadlang sa pag-ukit o pagtatanim ng ion at binabawasan ang pagdirikit ng iba pang manipis na pelikula.

3. Mga Contaminant ng Metal Ion

   • Iron, copper, sodium, potassium, calcium, atbp., na pangunahing nagmumula sa mga kagamitan, kemikal, at pakikipag-ugnayan ng tao.

   • Sa mga semiconductor, ang mga metal ions ay "pamatay" na mga contaminant, na nagpapakilala ng mga antas ng enerhiya sa ipinagbabawal na banda, na nagpapataas ng leakage current, nagpapaikli sa buhay ng carrier, at lubhang nakakasira ng mga electrical properties. Sa salamin, maaari nilang maapektuhan ang kalidad at pagdirikit ng mga kasunod na manipis na pelikula.

4. Native Oxide Layer

   • Para sa mga silicon na wafer: Isang manipis na layer ng silicon dioxide (Native Oxide) ang natural na nabubuo sa ibabaw ng hangin. Ang kapal at pagkakapareho ng layer ng oxide na ito ay mahirap kontrolin, at dapat itong ganap na alisin sa panahon ng paggawa ng mga pangunahing istruktura tulad ng mga gate oxide.

   • Para sa mga glass wafer: Ang salamin mismo ay isang silica network structure, kaya walang isyu sa "pag-alis ng isang native na layer ng oxide." Gayunpaman, maaaring nabago ang ibabaw dahil sa kontaminasyon, at kailangang alisin ang layer na ito.

I. Mga Pangunahing Layunin: Ang Pagkakaiba sa pagitan ng Electrical Performance at Physical Perfection

• Mga Silicon Wafer

  • Ang pangunahing layunin ng paglilinis ay upang matiyak ang pagganap ng kuryente. Karaniwang kasama sa mga pagtutukoy ang mahigpit na bilang at laki ng particle (hal., ang mga particle na ≥0.1μm ay dapat mabisang alisin), ang mga konsentrasyon ng metal ion (hal., Fe, Cu ay dapat na kontrolado sa ≤10¹⁰ atoms/cm² o mas mababa), at mga antas ng organic residue. Kahit na ang microscopic na kontaminasyon ay maaaring humantong sa mga circuit shorts, pagtagas ng mga alon, o pagkabigo ng integridad ng gate oxide.

• Mga Glass Wafer

  • Bilang mga substrate, ang mga pangunahing kinakailangan ay pisikal na pagiging perpekto at katatagan ng kemikal. Nakatuon ang mga pagtutukoy sa mga aspeto sa antas ng macro gaya ng kawalan ng mga gasgas, hindi naaalis na mantsa, at pagpapanatili ng orihinal na pagkamagaspang sa ibabaw at geometry. Ang layunin ng paglilinis ay pangunahing tiyakin ang kalinisan sa paningin at mahusay na pagdirikit para sa mga kasunod na proseso tulad ng patong.

II. Kalikasan ng Materyal: Ang Pangunahing Pagkakaiba sa pagitan ng Crystalline at Amorphous

• Silicon

  • Ang silikon ay isang mala-kristal na materyal, at ang ibabaw nito ay natural na lumalaki ng isang hindi pare-parehong layer ng silicon dioxide (SiO₂) oxide. Ang oxide layer na ito ay nagdudulot ng panganib sa electrical performance at dapat na lubusan at pantay na alisin.

• Salamin

  • Ang salamin ay isang amorphous na network ng silica. Ang bulk material nito ay katulad ng komposisyon sa silicon oxide layer ng silicon, na nangangahulugang maaari itong mabilis na maukit ng hydrofluoric acid (HF) at madaling kapitan din sa malakas na pagguho ng alkali, na humahantong sa pagtaas ng pagkamagaspang sa ibabaw o pagpapapangit. Ang pangunahing pagkakaiba na ito ay nagdidikta na ang paglilinis ng silicon na wafer ay maaaring magparaya sa liwanag, kontroladong pag-ukit upang alisin ang mga kontaminant, habang ang paglilinis ng glass wafer ay dapat gawin nang may matinding pag-iingat upang maiwasan ang pagkasira ng base material.

III. Paghahambing ng Mga Solusyon sa Paglilinis

Batay sa mga nabanggit na layunin at materyal na katangian, ang mga solusyon sa paglilinis para sa mga wafer ng silikon at salamin ay naiiba:

• Proseso ng Paglilinis ng Glass Wafer

  • Sa kasalukuyan, ang karamihan sa mga halaman sa pagpoproseso ng salamin ay gumagamit ng mga pamamaraan sa paglilinis batay sa mga materyal na katangian ng salamin, pangunahing umaasa sa mahinang mga ahente ng paglilinis ng alkalina.

  • Mga Katangian ng Ahente ng Paglilinis:Ang mga espesyal na ahente ng paglilinis na ito ay karaniwang mahina alkaline, na may pH sa paligid ng 8-9. Karaniwang naglalaman ang mga ito ng mga surfactant (hal., alkyl polyoxyethylene ether), mga metal chelating agent (hal., HEDP), at mga organikong pantulong sa paglilinis, na idinisenyo upang i-emulsify at mabulok ang mga organikong contaminant gaya ng mga langis at fingerprint, habang hindi gaanong nakakasira sa glass matrix.

  • Daloy ng Proseso:Ang karaniwang proseso ng paglilinis ay kinabibilangan ng paggamit ng isang partikular na konsentrasyon ng mahinang alkaline na mga ahente sa paglilinis sa mga temperatura mula sa temperatura ng silid hanggang 60°C, na sinamahan ng ultrasonic na paglilinis. Pagkatapos ng paglilinis, ang mga wafer ay sumasailalim sa maraming hakbang sa pagbanlaw ng purong tubig at banayad na pagpapatuyo (hal., mabagal na pag-angat o pagpapatuyo ng singaw ng IPA). Ang prosesong ito ay epektibong nakakatugon sa mga kinakailangan sa glass wafer para sa visual na kalinisan at pangkalahatang kalinisan.

• Proseso ng Paglilinis ng Silicon Wafer

  • Para sa pagproseso ng semiconductor, ang mga silicon na wafer ay karaniwang sumasailalim sa karaniwang paglilinis ng RCA, na isang napakabisang paraan ng paglilinis na may kakayahang sistematikong tumugon sa lahat ng uri ng mga contaminant, na tinitiyak na natutugunan ang mga kinakailangan sa pagganap ng kuryente para sa mga semiconductor device.

IV. Kapag Naabot ng Salamin ang Mas Matataas na Pamantayan sa "Kalinisan."

Kapag ang mga glass wafer ay ginagamit sa mga application na nangangailangan ng mahigpit na bilang ng particle at mga antas ng metal ion (hal., bilang mga substrate sa mga proseso ng semiconductor o para sa mahusay na manipis na mga ibabaw ng deposition ng film), ang proseso ng intrinsic na paglilinis ay maaaring hindi na sapat. Sa kasong ito, maaaring ilapat ang mga prinsipyo ng paglilinis ng semiconductor, na nagpapakilala ng binagong diskarte sa paglilinis ng RCA.

Ang ubod ng diskarteng ito ay upang palabnawin at i-optimize ang karaniwang mga parameter ng proseso ng RCA upang ma-accommodate ang sensitibong katangian ng salamin:

• Pag-alis ng Organic Contaminant:Ang mga solusyon sa SPM o mas banayad na tubig ng ozone ay maaaring gamitin upang mabulok ang mga organikong kontaminado sa pamamagitan ng malakas na oksihenasyon.

• Pag-alis ng Particle:Ang mataas na diluted na solusyon sa SC1 ay ginagamit sa mas mababang temperatura at mas maiikling oras ng paggamot upang magamit ang electrostatic repulsion at micro-etching effect nito upang alisin ang mga particle, habang pinapaliit ang corrosion sa salamin.

• Pag-alis ng Metal Ion:Ang isang diluted na SC2 solution o simpleng dilute hydrochloric acid/dilute nitric acid solution ay ginagamit upang alisin ang mga metal contaminants sa pamamagitan ng chelation.

• Mahigpit na Pagbabawal:Ang DHF (di-ammonium fluoride) ay dapat na ganap na iwasan upang maiwasan ang kaagnasan ng glass substrate.

Sa buong binagong proseso, ang pagsasama-sama ng teknolohiyang megasonic ay makabuluhang pinahuhusay ang kahusayan sa pag-alis ng mga particle na may sukat na nano at mas banayad sa ibabaw.

Konklusyon

Ang mga proseso ng paglilinis para sa mga silicon at glass wafer ay ang hindi maiiwasang resulta ng reverse engineering batay sa kanilang panghuling mga kinakailangan sa aplikasyon, materyal na katangian, at pisikal at kemikal na mga katangian. Ang paglilinis ng silicone wafer ay naghahanap ng "kalinisan sa antas ng atom" para sa pagganap ng kuryente, habang ang paglilinis ng glass wafer ay nakatuon sa pagkamit ng "perpekto, hindi nasisira" na mga pisikal na ibabaw. Habang ang mga glass wafer ay lalong ginagamit sa mga semiconductor application, ang kanilang mga proseso sa paglilinis ay hindi maiiwasang mag-evolve nang higit pa sa tradisyonal na mahinang alkaline na paglilinis, na bumubuo ng mas pino, naka-customize na mga solusyon tulad ng binagong proseso ng RCA upang matugunan ang mas mataas na pamantayan sa kalinisan.