Kísilþynnur vs. glerþynnur: Hvað erum við í raun að þrífa? Frá efnislegum kjarna til ferlabundinna hreinsilausna

Þó að bæði kísill- og glerþynnur eigi það sameiginlegt markmið að vera „hreinsaðar“, eru áskoranirnar og bilunaraðferðirnar sem þær standa frammi fyrir við hreinsun mjög ólíkar. Þessi mismunur stafar af eðlislægum efniseiginleikum og forskriftarkröfum kísils og gler, sem og af sérstakri „heimspeki“ hreinsunar sem knúin er áfram af lokanotkun þeirra.

Fyrst skulum við skýra þetta: Hvað nákvæmlega erum við að þrífa? Hvaða mengunarefni eru um að ræða?

Hægt er að flokka mengunarefni í fjóra flokka:

1. Mengunarefni agna

   • Ryk, málmagnir, lífrænar agnir, slípiefni (úr CMP-ferlinu) o.s.frv.

   • Þessi mengunarefni geta valdið mynsturgöllum, svo sem skammhlaupum eða opnum rafrásum.

2. Lífræn mengunarefni

   • Inniheldur leifar af ljósþoli, aukefni í plastefni, húðolíur manna, leifar af leysiefnum o.s.frv.

   • Lífræn mengunarefni geta myndað grímur sem hindra etsingu eða jónaígræðslu og draga úr viðloðun annarra þunnra filma.

3. Mengun málmjóna

   • Járn, kopar, natríum, kalíum, kalsíum o.s.frv., sem aðallega koma frá búnaði, efnum og snertingu við menn.

   • Í hálfleiðurum eru málmjónir „dráps“ mengunarefni, sem valda orkuþörfum í bönnuðu bandi, sem auka lekastraum, stytta líftíma flutningsaðila og skaða rafmagnseiginleika alvarlega. Í gleri geta þær haft áhrif á gæði og viðloðun síðari þunnra filma.

4. Náttúrlegt oxíðlag

   • Fyrir kísilþynnur: Þunnt lag af kísildíoxíði (náttúrulegt oxíð) myndast náttúrulega á yfirborði loftsins. Þykkt og einsleitni þessa oxíðlags er erfitt að stjórna og það verður að fjarlægja alveg við smíði lykilbygginga eins og hliðoxíða.

   • Fyrir glerþynnur: Glerið sjálft er kísilnetbygging, þannig að það er ekkert mál að „fjarlægja innfædd oxíðlag“. Hins vegar gæti yfirborðið hafa breyst vegna mengunar og þetta lag þarf að fjarlægja.

I. Meginmarkmið: Munurinn á rafmagnsafköstum og líkamlegri fullkomnun

• Kísillplötur

  • Meginmarkmið hreinsunar er að tryggja rafmagnsafköst. Forskriftir fela yfirleitt í sér strangar kröfur um fjölda og stærð agna (t.d. agnir ≥0,1μm verða að vera fjarlægðar á áhrifaríkan hátt), styrk málmjóna (t.d. Fe, Cu verður að vera stjórnað við ≤10¹⁰ atóm/cm² eða lægra) og magn lífrænna leifa. Jafnvel smásjármengun getur leitt til skammhlaupa, lekastrauma eða bilunar í heilleika hliðoxíðs.

• Glervöfflur

  • Sem undirlag eru kjarnakröfurnar fullkomnun á yfirborði og efnafræðilegur stöðugleiki. Forskriftirnar beinast að þáttum á stóru stigi eins og fjarveru rispa, ófjarlægjanlegum blettum og viðhaldi upprunalegs yfirborðsgrófleika og rúmfræði. Markmið hreinsunarinnar er fyrst og fremst að tryggja sjónræna hreinleika og góða viðloðun fyrir síðari ferli eins og húðun.

II. Efnisleg eðli: Grundvallarmunurinn á kristalla og ókristalla

• Sílikon

  • Kísill er kristallað efni og á yfirborði þess myndast náttúrulega ójafnt kísildíoxíð (SiO₂) oxíðlag. Þetta oxíðlag hefur í för með sér hættu fyrir rafmagnsafköst og verður að fjarlægja það vandlega og jafnt.

• Gler

  • Gler er ókristallað kísilnet. Efni þess er svipað að samsetningu og kísilloxíðlag kísils, sem þýðir að það er hægt að etsa það fljótt með flúorsýru (HF) og er einnig viðkvæmt fyrir sterkri basaeyðingu, sem leiðir til aukinnar yfirborðsgrófleika eða aflögunar. Þessi grundvallarmunur gerir það að verkum að hreinsun kísilþynna þolir létt, stýrða etsun til að fjarlægja mengunarefni, en hreinsun glerþynna verður að framkvæma með mikilli varúð til að forðast að skemma grunnefnið.

III. Samanburður á hreinsiefnum

Byggt á áðurnefndum markmiðum og efniseiginleikum eru hreinsilausnir fyrir kísil- og glerplötur mismunandi:

• Hreinsunarferli glerplötu

  • Eins og er nota flestar glervinnslustöðvar hreinsunaraðferðir sem byggjast á efniseiginleikum glersins og reiða sig aðallega á veik basísk hreinsiefni.

  • Einkenni hreinsiefna:Þessi sérhæfðu hreinsiefni eru yfirleitt veikt basísk, með pH gildi í kringum 8-9. Þau innihalda venjulega yfirborðsvirk efni (t.d. alkýlpólýoxýetýleneter), málmklóbindiefni (t.d. HEDP) og lífræn hreinsiefni, sem eru hönnuð til að fleyta saman og brjóta niður lífræn mengunarefni eins og olíur og fingraför, en hafa samt sem áður lágmarks tærandi áhrif á glergrunnefnið.

  • Ferliflæði:Algengt hreinsunarferli felur í sér notkun ákveðins styrks af veikum basískum hreinsiefnum við hitastig frá stofuhita upp í 60°C, ásamt ómskoðunarhreinsun. Eftir hreinsun skola skífurnar ítrekað með hreinu vatni og þurrka þær varlega (t.d. hægt lyftingu eða IPA gufuþurrkun). Þetta ferli uppfyllir á áhrifaríkan hátt kröfur glerskífna um sjónræna hreinleika og almenna hreinleika.

• Hreinsunarferli kísillplötu

  • Fyrir vinnslu á hálfleiðurum gangast kísilskífur venjulega undir hefðbundna RCA-hreinsun, sem er mjög áhrifarík hreinsunaraðferð sem getur kerfisbundið tekið á öllum gerðir mengunarefna og tryggt að rafmagnskröfur hálfleiðara séu uppfylltar.

IV. Þegar gler uppfyllir strangari „hreinlætis“ staðla

Þegar glerþynnur eru notaðar í forritum sem krefjast strangra agnatalninga og málmjónamagns (t.d. sem undirlag í hálfleiðaraferlum eða fyrir framúrskarandi þunnfilmuútfellingarflöt), gæti innri hreinsunarferlið ekki lengur verið nægjanlegt. Í þessu tilviki er hægt að beita meginreglum um hreinsun hálfleiðara og kynna breytta RCA hreinsunaraðferð.

Kjarni þessarar stefnu er að þynna út og hámarka staðlaða RCA ferlisbreyturnar til að mæta viðkvæmni glersins:

• Fjarlæging lífrænna mengunarefna:SPM lausnir eða mildara ósonvatn má nota til að brjóta niður lífræn mengunarefni með sterkri oxun.

• Fjarlæging agna:Mjög þynnt SC1 lausn er notuð við lægra hitastig og styttri meðhöndlunartíma til að nýta rafstöðuvirkni sína og öretsunaráhrif til að fjarlægja agnir, en lágmarka tæringu á glerinu.

• Fjarlæging málmjóna:Þynnt SC2-lausn eða einfaldar þynntar saltsýru-/þynntar saltpéturssýrulausnir eru notaðar til að fjarlægja málmmengunarefni með keleringu.

• Ströng bönn:Forðast verður algerlega DHF (díammoníumflúoríð) til að koma í veg fyrir tæringu á glerundirlaginu.

Í öllu breytta ferlinu eykur samsetning megasonic tækni verulega fjarlægingu nanóstórra agna og er mildari fyrir yfirborðið.

Niðurstaða

Hreinsunarferli kísill- og glerskífa eru óhjákvæmileg afleiðing öfugrar verkfræði sem byggir á endanlegum notkunarkröfum þeirra, efniseiginleikum og eðlis- og efnafræðilegum eiginleikum. Hreinsun kísillskífa leitast við að „hreinleika á frumeindastigi“ fyrir rafmagnsafköst, en hreinsun glerskífa beinist að því að ná „fullkomnum, óskemmdum“ efnislegum yfirborðum. Þar sem glerskífur eru sífellt meira notaðar í hálfleiðaraforritum munu hreinsunarferli þeirra óhjákvæmilega þróast út fyrir hefðbundna veikburða basíska hreinsun, og þróa betri, sérsniðnari lausnir eins og breytta RCA-ferlið til að uppfylla strangari hreinlætisstaðla.