Bloggegevens

Van materiële basisprincipes tot procesgestuurde reinigingsstrategieën

Hoewel zowel silicium- als glaswafels het gemeenschappelijke doel delen om ‘schoongemaakt’ te worden, zijn de uitdagingen en faalwijzen waarmee ze worden geconfronteerd fundamenteel verschillend. Deze verschillen komen voort uit:

• De intrinsieke materiaaleigenschappen van silicium en glas

• Hun verschillende specificatie-eisen

• De zeer verschillende ‘filosofieën’ van schoonmaken, gedreven door hun eindtoepassingen

Voordat we processen vergelijken, moeten we ons afvragen:Wat maken we precies schoon en om welke verontreinigingen gaat het?

Wat maken wij schoon? Vier belangrijke categorieën verontreinigende stoffen

Verontreinigingen op waferoppervlakken kunnen grofweg in vier categorieën worden verdeeld:

1. Deeltjesverontreinigingen

Voorbeelden: stof, metaaldeeltjes, organische deeltjes, schurende deeltjes van CMP, etc.

Invloed:

• Kan patroonfouten veroorzaken

• Leidt tot kortsluiting of open circuits in halfgeleiderstructuren

2. Organische verontreinigingen

Voorbeelden: fotoresistresten, harsadditieven, huidoliën, oplosmiddelresten, enz.

Invloed:

• Kunnen fungeren als ‘maskers’, waardoor etsen of ionenimplantatie worden belemmerd

• Verminder de hechting van daaropvolgende dunne films

3. Metaalionenverontreinigingen

Voorbeelden: Fe, Cu, Na, K, Ca, enz., voornamelijk afkomstig van apparatuur, chemicaliën en menselijk contact.

Invloed:

• Bij halfgeleiders: metaalionen zijn “dodende” verontreinigingen. Ze introduceren energieniveaus in de bandgap, waardoor de lekstroom toeneemt, de levensduur van de drager wordt verkort en de elektrische prestaties ernstig worden verslechterd.

• Op glas: ze kunnen de kwaliteit en hechting van dunne films aantasten.

4. Native oxidelaag of oppervlaktegemodificeerde laag

• Siliciumwafels:
  In de lucht vormt zich van nature een dunne laag siliciumdioxide (SiO₂) (natief oxide). De dikte en uniformiteit ervan zijn moeilijk te controleren en moeten volledig worden verwijderd bij het vervaardigen van kritische structuren zoals poortoxides.

• Glazen wafels:
  Glas is zelf een silicanetwerk, dus er is geen afzonderlijke “natieve oxidelaag” die moet worden gestript. Het oppervlak kan echter gewijzigd of vervuild zijn, waardoor er een laag ontstaat die alsnog verwijderd of vernieuwd moet worden.

I. Kerndoelen: elektrische prestaties versus fysieke perfectie

Siliciumwafeltjes

Deprimaire doelvan de schoonmaak is om ervoor te zorgenelektrische prestaties.

Typische specificaties zijn onder meer:

• Extreem lage deeltjesaantallen en -groottes (bijv. effectieve verwijdering van deeltjes ≥ 0,1 μm)

• Ultra-lage metaalionconcentraties (bijv. Fe, Cu ≤ 10¹⁰ atomen/cm² of lager)

• Zeer laag organisch residugehalte

Zelfs sporenverontreiniging kan leiden tot:

• Kortsluiting of open circuits

• Verhoogde lekstromen

• Poortoxide-integriteitsfouten

Glazen wafeltjes

Als substraten richten glazen wafels zich opfysieke integriteit en chemische stabiliteit.

De belangrijkste specificaties benadrukken:

• Geen krassen of niet verwijderbare vlekken

• Behoud van de oorspronkelijke oppervlakteruwheid en geometrie

• Visuele zuiverheid en stabiele oppervlakken voor daaropvolgende processen (bijv. coating, dunnefilmafzetting)

Met andere woorden,Siliciumreiniging is prestatiegericht, terwijlglasreiniging is gericht op uiterlijk en integriteit– tenzij glas wordt gebruikt voor gebruik op halfgeleiderniveau.

II. Materiaalaard: kristallijn versus amorf

Silicium

• Een kristallijn materiaal

• Er ontstaat op natuurlijke wijze een niet-uniforme SiO₂-native oxidelaag

• Dit oxide kan de elektrische prestaties bedreigen en dat moet vaak ook zo zijngelijkmatig en volledig verwijderdin kritische processtappen

Glas

• Een amorf silicanetwerk

• De bulksamenstelling is vergelijkbaar met de siliciumoxidelaag op silicium

• Zeer vatbaar voor:

  • Sneletsen in HF

  • Erosie door sterke alkaliën, wat de oppervlakteruwheid kan vergroten of de geometrie kan vervormen

Gevolg:

• Reiniging met siliciumwafels kan dit verdragengecontroleerde, lichte etsom verontreinigingen en natuurlijk oxide te verwijderen.

• Het reinigen van glaswafels moet zijnveel zachter, waardoor de aanval op het substraat zelf wordt geminimaliseerd.

III. Procesfilosofie: hoe reinigingsstrategieën uiteenlopen

Vergelijking op hoog niveau

IV. Vergelijking van typische reinigingsoplossingen

Reiniging van siliciumwafels

Reinigingsdoelstelling:
Grondige verwijdering van:

• Organische verontreinigingen

• Deeltjes

• Metaalionen

• Native oxide (waar vereist door het proces)

Typisch proces: Standaard RCA Clean

• SPM (H₂SO₄/H₂O₂)
  Verwijdert zware organische stoffen en fotoresistresten via sterke oxidatie.

• SC1 (NH₄OH/H₂O₂/H₂O)
  Alkalische oplossing die deeltjes verwijdert door een combinatie van lift-off, micro-etsen en elektrostatische effecten.

• DHF (verdund HF)
  Verwijdert natuurlijk oxide en bepaalde metaalverontreinigingen.

• SC2 (HCl/H₂O₂/H₂O)
  Verwijdert metaalionen via complexering en oxidatie.

Belangrijkste chemicaliën:

• Sterke zuren (H₂SO₄, HCl)

• Sterke oxidatiemiddelen (H₂O₂, ozon)

• Alkalische oplossingen (NH₄OH, enz.)

Fysieke hulp en drogen:

• Megasonische reiniging voor efficiënte, zachte verwijdering van deeltjes

• Spoeling met DI-water met hoge zuiverheid

• Marangoni / IPA dampdroging om watermerkvorming te minimaliseren

Reiniging van glazen wafels

Reinigingsdoelstelling:
Selectieve verwijdering van verontreinigingen tijdensbescherming van het glazen substraaten onderhouden:

• Oppervlakteruwheid

• Geometrie en vlakheid

• Optische of functionele oppervlaktekwaliteit

Karakteristieke reinigingsstroom:

1. Mild-alkalische reiniger met oppervlakteactieve stoffen

   • Verwijdert organische stoffen (oliën, vingerafdrukken) en deeltjes door emulgering en dispersie.

2. Zure of neutrale reiniger (indien nodig)

   • Richt zich op metaalionen en specifieke anorganische verontreinigingen, met behulp van chelaatvormers en milde zuren.

3. HF wordt strikt vermedengedurende het hele proces om substraatschade te voorkomen.

Belangrijkste chemicaliën:

• Zwak-alkalische reinigingsmiddelen met:

  • Oppervlakteactieve stoffen (bijv. alkylpolyoxyethyleenethers)

  • Metaalchelaatvormers (bijv. HEDP)

  • Biologische schoonmaakhulpmiddelen

Fysieke hulp en drogen:

• Ultrasoon en/of megasoon reinigen

• Meerdere spoelbeurten met zuiver water

• Behoedzaam drogen (langzaam uittrekken, IPA-dampdrogen, enz.)

V. Glaswafelreiniging in de praktijk

In de meeste glasverwerkingsfabrieken zijn dat tegenwoordig reinigingsprocessenontworpen rond de kwetsbaarheid en chemie van glasen zijn daarom sterk afhankelijk van gespecialiseerde zwak-alkalische reinigingsmiddelen.

Kenmerken van schoonmaakmiddelen

• pH meestal rond8–9

• Bevatten:

  • Oppervlakteactieve stoffen om oliën en vingerafdrukken te emulgeren en los te maken

  • Chelaatvormers om metaalionen te binden

  • Organische additieven om de reinigingskracht te vergroten

• Geformuleerd om te zijnminimaal corrosiefnaar de glasmatrix

Processtroom

1. Schoon in eenzwak-alkalisch bad(gecontroleerde concentratie)

2. Gebruik bij kamertemperatuur tot ~60 °C

3. Gebruikultrasoon roerenom de verwijdering van verontreinigingen te verbeteren

4. Voer meerdere uitspoelingen met zuiver water

5. Voorzichtig drogen (bijvoorbeeld langzaam uit het bad tillen, IPA-dampdrogen)

Deze stroom voldoet op betrouwbare wijze aan devisuele reinheiden algemeenoppervlaktereinheidvereisten voor standaard glaswafeltoepassingen.

VI. Siliciumwafelreiniging bij halfgeleiderverwerking

Voor de productie van halfgeleiders worden doorgaans siliciumwafels gebruiktstandaard RCA-reinigingals het ruggengraatproces.

• In staat tot adresserenalle vier soorten verontreinigende stoffensystematisch

• Levert deultra-lage deeltjes-, organische en metaalionniveausvereist voor geavanceerde apparaatprestaties

• Compatibel met integratie in complexe processtromen (gate stack-vorming, high-k/metal gate, etc.)

VII. Wanneer glas moet voldoen aan zuiverheid op halfgeleiderniveau

Terwijl glazen wafels erin bewegenhoogwaardige toepassingen-Bijvoorbeeld:

• Als substraten in halfgeleiderprocessen

• Als platforms voor hoogwaardige dunnefilmdepositie

—de traditionele, zwak-alkalische reinigingsaanpak is mogelijk niet langer voldoende. In dergelijke gevallenhalfgeleiderreinigingsconcepten worden aangepastnaar glas, wat leidt tot eengewijzigde strategie van het RCA-type.

Kernstrategie: verdunde en geoptimaliseerde RCA voor glas

• Organische verwijdering
  Gebruik SPM of mildere oxiderende oplossingen zoals ozonhoudend water om organische verontreinigingen af ​​te breken.

• Verwijdering van deeltjes
  Dienststerk verdunde SC1bijlagere temperaturenEnkortere behandeltijden, gebruik makend van:

  • Elektrostatische afstoting

  • Zachte micro-etsen
    terwijl de aanval op het glassubstraat wordt geminimaliseerd.

• Verwijdering van metaalionen
  Gebruikverdunde SC2of eenvoudigere verdunde HCl/HNO3-formuleringen om metaalionen te cheleren en te verwijderen.

• Strikt verbod op HF/DHF
  HF-gebaseerde stappen moeten absoluut worden vermeden om glascorrosie en oppervlakteruwheid te voorkomen.

Gedurende dit gewijzigde proces wordt het gebruik vanmegasonische technologie:

• Verbetert de verwijdering van deeltjes op nanoschaal aanzienlijk

• Blijft zacht genoeg om het glasoppervlak te beschermen

Conclusie

De reinigingsprocessen voor silicium- en glaswafels zijn in essentiereverse-engineering op basis van hun eindgebruiksvereisten, materiaaleigenschappen en fysisch-chemisch gedrag.

• Reiniging van siliciumwafelsachtervolgt“reinheid op atomair niveau”ter ondersteuning van de elektrische prestaties.

• Reiniging van glazen wafelsgeeft prioriteit“perfecte, onbeschadigde oppervlakken”met stabiele fysieke en optische eigenschappen.

Naarmate glaswafels steeds vaker worden opgenomen in halfgeleider- en geavanceerde verpakkingstoepassingen, zullen hun reinigingseisen onvermijdelijk strenger worden. Traditionele zwak-alkalische glasreiniging zal evolueren naarmeer verfijnde, op maat gemaakte oplossingen, zoalsgewijzigde RCA-gebaseerde processenom hogere zuiverheidsniveaus te bereiken zonder de integriteit van het glazen substraat op te offeren.