Детали блога

От фундаментальных свойств материала к процесс-ориентированным стратегиям очистки

Хотя кремниевые и стеклянные пластины преследуют общую цель – быть «очищенными», проблемы и виды отказов, с которыми они сталкиваются, принципиально различаются. Эти различия возникают из:

• Внутренних свойств материалов кремния и стекла

• Их различных требований к спецификациям

• Совершенно разных «философий» очистки, обусловленных их конечным применением

Прежде чем сравнивать процессы, необходимо спросить:Что именно мы очищаем и какие загрязнители участвуют?

Что мы очищаем? Четыре основные категории загрязнителей

Загрязнители на поверхности пластин можно условно разделить на четыре категории:

1. Загрязнители в виде частиц

Примеры: пыль, металлические частицы, органические частицы, абразивные частицы от CMP и т. д.

Влияние:

• Могут вызывать дефекты рисунка

• Приводить к коротким замыканиям или обрывам цепей в полупроводниковых структурах

2. Органические загрязнители

Примеры: остатки фоторезиста, добавки смолы, кожные масла, остатки растворителей и т. д.

Влияние:

• Могут действовать как «маски», препятствуя травлению или ионной имплантации

• Снижать адгезию последующих тонких пленок

3. Загрязнители в виде ионов металлов

Примеры: Fe, Cu, Na, K, Ca и т. д., происходящие в основном от оборудования, химикатов и контакта с человеком.

Влияние:

• В полупроводниках: ионы металлов являются «убийственными» загрязнителями. Они вводят уровни энергии в запрещенную зону, увеличивая ток утечки, сокращая время жизни носителей и серьезно ухудшая электрические характеристики.

• На стекле: они могут ухудшить качество и адгезию тонких пленок.

4. Собственный оксид или модифицированный поверхностный слой

• Кремниевые пластиныПроцессы очистки кремниевых и стеклянных пластин по сути
  Тонкий слой диоксида кремния (SiO₂) (собственный оксид) естественным образом образуется в воздухе. Его толщину и однородность трудно контролировать, и его необходимо полностью удалить при изготовлении критических структур, таких как оксиды затвора.

• Стеклянные пластиныПроцессы очистки кремниевых и стеклянных пластин по сути
  Само по себе стекло представляет собой кремнеземную сеть, поэтому нет отдельного «слоя собственного оксида», который нужно удалять. Однако поверхность может быть модифицирована или загрязнена, образуя слой, который все равно необходимо удалить или обновить.

I. Основные цели: электрические характеристики против физического совершенства

Кремниевые пластины

Основная цель очистки – обеспечитьэлектрические характеристики. Типичные спецификации включают:Удаление частиц

Сверхнизкие концентрации ионов металлов (например, Fe, Cu ≤ 10¹⁰ атомов/см² или ниже)

• Очень низкие уровни органических остатков

• Даже следовые загрязнения могут привести к:

• Коротким замыканиям или обрывам цепей

Увеличению токов утечки

• Сбоям целостности оксида затвора

• Стеклянные пластины

• Как подложки, стеклянные пластины ориентированы на

физическую целостность и химическую стабильность

. Основные спецификации подчеркивают:Отсутствие царапин или не удаляемых пятенУдаление частиц

Визуальную чистоту и стабильные поверхности для последующих процессов (например, нанесение покрытий, осаждение тонких пленок)

• Другими словами,

• очистка кремния ориентирована на производительность

• , в то время как

очистка стекла ориентирована на внешний вид и целостность — если только стекло не используется в полупроводниковом классе.II. Природа материала: кристаллическая против аморфнойКремнийКристаллический материал

Естественным образом выращивает неоднородный слой собственного оксида SiO₂

Этот оксид может угрожать электрическим характеристикам и часто должен быть

• равномерно и полностью удален

• на критических этапах процесса

• СтеклоАморфная кремнеземная сетьОбъемный состав аналогичен слою оксида кремния на кремнии

Высокая восприимчивость к:

• Быстрому травлению в HF

• Эрозии сильными щелочами

• , что может увеличить шероховатость поверхности или исказить геометрию

  • Последствие:

  • Очистка кремниевых пластин может допускатьконтролируемое, легкое травление

для удаления загрязнителей и собственного оксида.

• Очистка стеклянных пластин должна бытьнамного более щадящей, сводя к минимуму воздействие на саму подложку.

• III. Философия процесса: как расходятся стратегии очисткиСравнение высокого уровняЭлемент очистки

Очистка кремниевых пластин

Очистка стеклянных пластин

Тщательное удаление:

Органических загрязнителей

и поддержании:
Ионов металлов

• Собственного оксида (если требуется процессом)

• Типичный процесс: стандартная очистка RCA

• SPM (H₂SO₄/H₂O₂)

• Удаляет тяжелые органические вещества и остатки фоторезиста путем сильного окисления.

SC1 (NH₄OH/H₂O₂/H₂O)

• Щелочной раствор, который удаляет частицы путем сочетания отрыва, микротравления и электростатических эффектов.
  DHF (разбавленный HF)

• Удаляет собственный оксид и определенные металлические загрязнители.
  SC2 (HCl/H₂O₂/H₂O)

• Удаляет ионы металлов путем комплексообразования и окисления.
  Основные химикаты:

• Сильные кислоты (H₂SO₄, HCl)
  Сильные окислители (H₂O₂, озон)

Хелатирующими агентами для связывания ионов металлов (например, HEDP)

• Физическая помощь и сушка:

• Мегазвуковая очистка для эффективного, бережного удаления частиц

• Промывка высокочистой деионизированной водой

Бережная сушка (медленный подъем, сушка паром IPA и т. д.)

• Очистка стеклянных пластин

• Цель очистки:

• Селективное удаление загрязнителей при

защите стеклянной подложки

и поддержании:
Шероховатости поверхностиГеометрии и плоскостностиОптического или функционального качества поверхности

• Характерный поток очистки:

• Слабощелочной очиститель с поверхностно-активными веществами

• Удаляет органические вещества (масла, отпечатки пальцев) и частицы путем эмульгирования и диспергирования.

Кислотный или нейтральный очиститель (если требуется)

1. Нацелен на ионы металлов и конкретные неорганические загрязнители, используя хелатирующие агенты и слабые кислоты.

   • HF строго избегается

2. на протяжении всего процесса, чтобы предотвратить повреждение подложки.

   • Основные химикаты:

3. Слабощелочные чистящие средства с:Поверхностно-активными веществами (например, алкилполиоксиэтиленовыми эфирами)

Хелатирующими агентами для связывания ионов металлов (например, HEDP)

• Органическими добавками для повышения очищающей способности

  • Физическая помощь и сушка:

  • Ультразвуковая и/или мегазвуковая очистка

  • Многократная промывка чистой водой

Бережная сушка (медленный подъем, сушка паром IPA и т. д.)

• V. Очистка стеклянных пластин на практике

• На большинстве современных стекольных заводах процессы очистки

• разработаны с учетом хрупкости и химии стекла

и поэтому в значительной степени полагаются на специализированные слабощелочные очистители.

Характеристики чистящего средстваpH обычно около8–9

Содержат:

• Поверхностно-активные вещества для эмульгирования и удаления масел и отпечатков пальцевХелатирующие агенты для связывания ионов металлов

• Органические добавки для повышения очищающей способности

  • Разработаны так, чтобы быть

  • минимально коррозионными

  • к стеклянной матрице

• Поток процессаОчистка вслабощелочной ванне

(контролируемая концентрация)

1. Работа при комнатной температуре до ~60 °CИспользоватьультразвуковую обработку

2. для усиления удаления загрязнителей

3. Этапы на основе HF должны быть абсолютно исключены, чтобы предотвратить коррозию стекла и шероховатость поверхности.промывок чистой водойПрименять бережную сушку (например, медленное извлечение из ванны, сушка паром IPA)

4. Этот поток надежно соответствуетвизуальной чистоте

5. и общим

требованиям к чистоте поверхности для стандартных применений стеклянных пластин.VI. Очистка кремниевых пластин в полупроводниковом производствеДля производства полупроводников кремниевые пластины обычно используютстандартную очистку RCA

в качестве основного процесса.

Способен систематически обрабатыватьвсе четыре типа загрязнителейОбеспечивает

• сверхнизкие уровни частиц, органических веществ и ионов металлов , необходимые для работы передовых устройствСовместим с интеграцией в сложные технологические процессы (формирование стека затвора, затвор с высоким k/металлическим затвором и т. д.)

• VII. Когда стекло должно соответствовать чистоте полупроводникового уровняПо мере того, как стеклянные пластины переходят ввысококлассные приложения

• — например:

В качестве подложек в полупроводниковых процессах

В качестве платформ для высококачественного осаждения тонких пленок — традиционный слабощелочной подход к очистке может быть недостаточным. В таких случаяхконцепции очистки полупроводников адаптируются

• к стеклу, что приводит к

• модифицированной стратегии типа RCA

.Основная стратегия: разбавленная и оптимизированная RCA для стеклаУдаление органических веществИспользуйте SPM или более мягкие окислительные растворы, такие как вода, содержащая озон, для разложения органических загрязнителей.Удаление частиц

Использовать

• сильно разбавленный SC1
  при

• более низких температурах
  иболее коротком времени обработки, используя:Электростатическое отталкиваниеМягкое микротравлениепри минимизации воздействия на стеклянную подложку.Удаление ионов металлов

  • Использовать

  • разбавленный SC2
    или более простые разбавленные составы HCl/HNO₃ для хелатирования и удаления ионов металлов.

• Строгий запрет на HF/DHF
  Этапы на основе HF должны быть абсолютно исключены, чтобы предотвратить коррозию стекла и шероховатость поверхности.На протяжении всего этого модифицированного процесса использованиемегазвуковой технологии

• :
  Значительно улучшает удаление наноразмерных частиц

Остается достаточно щадящим, чтобы защитить стеклянную поверхностьЗаключениеПроцессы очистки кремниевых и стеклянных пластин по сути

• обратно спроектированы с учетом требований конечного использования

• , свойств материала и физико-химического поведения.

Очистка кремниевых пластин

преследует«чистоту на атомном уровне» в поддержку электрических характеристик.

• Очистка стеклянных пластин отдает приоритет«идеальным, неповрежденным поверхностям» со стабильными физическими и оптическими свойствами.

• Поскольку стеклянные пластины все чаще включаются в полупроводниковые и передовые упаковочные приложения, их требования к очистке неизбежно ужесточатся. Традиционная слабощелочная очистка стекла будет развиваться в направленииболее совершенных, индивидуальных решений, таких какпроцессы на основе модифицированной RCA

, для достижения более высоких уровней чистоты без ущерба для целостности стеклянной подложки.