Кремний мен шыны пластиналардың екеуі де «тазалану» деген ортақ мақсатын бөліссе де, тазалау кезінде кездесетін қиындықтар мен ақаулық түрлері айтарлықтай ерекшеленеді. Бұл сәйкессіздік кремний мен шынының материалдық қасиеттері мен техникалық сипаттамаларына қойылатын талаптардан, сондай-ақ олардың соңғы қолданылуына негізделген тазалаудың ерекше «философиясынан» туындайды.
Алдымен, нақтылап алайық: біз нені тазалап жатырмыз? Қандай ластаушы заттар бар?
Ластану факторларын төрт санатқа бөлуге болады:
-
Бөлшектерді ластаушы заттар
-
Шаң, металл бөлшектері, органикалық бөлшектер, абразивті бөлшектер (CMP процесінен) және т.б.
-
Бұл ластаушылар қысқа тұйықталу немесе ашық тізбектер сияқты өрнек ақауларын тудыруы мүмкін.
-
-
Органикалық ластаушылар
-
Фоторезист қалдықтарын, шайыр қоспаларын, адам терісінің майларын, еріткіш қалдықтарын және т.б. қамтиды.
-
Органикалық ластаушылар оюға немесе ион имплантациясына кедергі келтіретін және басқа жұқа қабықшалардың адгезиясын төмендететін маскалар түзуі мүмкін.
-
-
Металл иондарының ластаушы заттары
-
Темір, мыс, натрий, калий, кальций және т.б., олар негізінен жабдықтардан, химиялық заттардан және адамдармен байланыстан пайда болады.
-
Жартылай өткізгіштерде металл иондары «өлтіргіш» ластаушы заттар болып табылады, тыйым салынған диапазонда энергия деңгейлерін енгізеді, бұл ағып кету тогын арттырады, тасымалдағыштың қызмет ету мерзімін қысқартады және электрлік қасиеттерге айтарлықтай зиян келтіреді. Шыныда олар кейінгі жұқа қабықшалардың сапасы мен адгезиясына әсер етуі мүмкін.
-
-
Табиғи оксид қабаты
-
Кремний пластиналары үшін: ауадағы бетінде табиғи түрде кремний диоксидінің (Native Oxide) жұқа қабаты пайда болады. Бұл оксид қабатының қалыңдығы мен біркелкілігін бақылау қиын, және оны қақпа оксидтері сияқты негізгі құрылымдарды жасау кезінде толығымен алып тастау керек.
-
Шыны пластиналар үшін: Шынының өзі кремний диоксиді торының құрылымы болып табылады, сондықтан «жергілікті оксид қабатын алып тастау» мәселесі туындамайды. Дегенмен, беті ластануға байланысты өзгертілген болуы мүмкін және бұл қабатты алып тастау қажет.
-
I. Негізгі мақсаттар: Электрлік өнімділік пен физикалық жетілдіру арасындағы алшақтық
-
Кремний пластиналары
-
Тазалаудың негізгі мақсаты - электрлік өнімділікті қамтамасыз ету. Техникалық сипаттамаларға әдетте бөлшектердің қатаң саны мен өлшемдері (мысалы, ≥0,1 мкм бөлшектер тиімді түрде жойылуы керек), металл иондарының концентрациясы (мысалы, Fe, Cu ≤10¹⁰ атом/см² немесе одан төмен деңгейде бақылануы керек) және органикалық қалдық деңгейлері кіреді. Тіпті микроскопиялық ластану тізбектің қысқа тұйықталуына, ағып кету токтарына немесе қақпа оксидінің тұтастығының бұзылуына әкелуі мүмкін.
-
-
Шыны пластиналар
-
Негіздер ретінде негізгі талаптар физикалық жетілдіру және химиялық тұрақтылық болып табылады. Техникалық сипаттамалар сызаттардың болмауы, кетірілмейтін дақтардың болмауы және бастапқы бетінің кедір-бұдырлығы мен геометриясын сақтау сияқты макродеңгейдегі аспектілерге бағытталған. Тазалау мақсаты, ең алдымен, жабын жабу сияқты кейінгі процестер үшін көрнекі тазалықты және жақсы адгезияны қамтамасыз ету болып табылады.
-
II. Материалдық табиғат: Кристалдық және аморфтық арасындағы негізгі айырмашылық
-
Кремний
-
Кремний - кристалды материал, және оның бетінде табиғи түрде біркелкі емес кремний диоксиді (SiO₂) оксиді қабаты өседі. Бұл оксид қабаты электрлік өнімділікке қауіп төндіреді және оны мұқият және біркелкі алып тастау керек.
-
-
Шыны
-
Шыны - аморфты кремний диоксиді желісі. Оның көлемдік материалы құрамы бойынша кремнийдің кремний оксиді қабатына ұқсас, яғни ол фторсутек қышқылымен (HF) тез өңделеді және сонымен қатар күшті сілтілік эрозияға ұшырайды, бұл бетінің кедір-бұдырлығының немесе деформациясының артуына әкеледі. Бұл негізгі айырмашылық кремний пластиналарын тазалау ластаушы заттарды кетіру үшін жеңіл, бақыланатын өңдеуге төтеп бере алатынын, ал шыны пластиналарды тазалау негізгі материалға зақым келтірмеу үшін өте мұқият жүргізілуі керек екенін көрсетеді.
-
| Тазалау құралы | Кремний пластинасын тазалау | Шыны пластиналарды тазалау |
|---|---|---|
| Тазалау мақсаты | Өзінің табиғи оксид қабатын қамтиды | Тазалау әдісін таңдаңыз: Негізгі материалды қорғай отырып, ластаушы заттарды кетіріңіз |
| Стандартты RCA тазалау | - SPM(H₂SO₄/H₂O₂): Органикалық/фоторезист қалдықтарын кетіреді | Негізгі тазалау ағыны: |
| - SC1(NH₄OH/H₂O₂/H₂O): Беткі бөлшектерді кетіреді | Әлсіз сілтілі тазартқыш затҚұрамында органикалық ластаушылар мен бөлшектерді кетіруге арналған белсенді беттік агенттер бар | |
| - DHF(Фторсутек қышқылы): Табиғи оксид қабатын және басқа ластаушы заттарды кетіреді | Күшті сілтілі немесе орташа сілтілі тазартқыш затМеталл немесе ұшпа емес ластаушы заттарды кетіру үшін қолданылады | |
| - SC2(HCl/H₂O₂/H₂O): Металл ластаушы заттарды кетіреді | HF-тен аулақ болыңыз | |
| Негізгі химиялық заттар | Күшті қышқылдар, күшті сілтілер, тотықтырғыш еріткіштер | Әлсіз сілтілі тазартқыш зат, жеңіл ластануды кетіру үшін арнайы жасалған |
| Физикалық көмек құралдары | Деионизацияланған су (жоғары тазалықтағы шаю үшін) | Ультрадыбыстық, мегадыбыстық жуу |
| Кептіру технологиясы | Megasonic, IPA бумен кептіру | Жұмсақ кептіру: Баяу көтеру, IPA бумен кептіру |
III. Тазалау ерітінділерін салыстыру
Жоғарыда аталған мақсаттар мен материалдық сипаттамаларға сүйене отырып, кремний мен шыны пластиналарды тазалау ерітінділері әртүрлі:
| Кремний пластинасын тазалау | Шыны пластиналарды тазалау | |
|---|---|---|
| Тазалау мақсаты | Вафлидің табиғи оксид қабатын қоса алғанда, мұқият алып тастау. | Таңдамалы жою: субстратты қорғай отырып, ластаушы заттарды жою. |
| Әдеттегі процесс | Стандартты RCA тазалау:•SPM(H₂SO₄/H₂O₂): ауыр органикалық заттарды/фоторезистті жояды •SC1(NH₄OH/H₂O₂/H₂O): сілтілі бөлшектерді кетіру •DHF(сұйылтылған HF): табиғи оксид қабатын және металдарды жояды •SC2(HCl/H₂O₂/H₂O): металл иондарын жояды | Тазалау ағынының сипаттамасы:•Жұмсақ сілтілі тазартқышорганикалық заттар мен бөлшектерді кетіру үшін беттік белсенді заттармен •Қышқыл немесе бейтарап тазартқышметалл иондарын және басқа да арнайы ластаушы заттарды кетіру үшін •Процесс барысында HF-тен аулақ болыңыз |
| Негізгі химиялық заттар | Күшті қышқылдар, күшті тотықтырғыштар, сілтілік ерітінділер | Жұмсақ сілтілі тазартқыштар; бейтарап немесе аздап қышқылды арнайы тазартқыштар |
| Физикалық көмек | Megasonic (жоғары тиімді, бөлшектерді жұмсақ кетіру) | Ультрадыбыстық, мегадыбыстық |
| Кептіру | Марангонды кептіру; IPA буымен кептіру | Баяу кептіру; IPA бумен кептіру |
-
Шыны пластиналарды тазалау процесі
-
Қазіргі уақытта әйнек өңдеу зауыттарының көпшілігі әйнектің материалдық сипаттамаларына негізделген тазалау процедураларын қолданады, негізінен әлсіз сілтілі тазартқыш заттарға сүйенеді.
-
Тазартқыш агенттің сипаттамалары:Бұл арнайы тазартқыш заттар әдетте әлсіз сілтілі болып табылады, рН мәні шамамен 8-9 құрайды. Олардың құрамында әдетте беттік белсенді заттар (мысалы, алкил полиоксиэтилен эфирі), металл хелаттаушы заттар (мысалы, HEDP) және майлар мен саусақ іздері сияқты органикалық ластаушы заттарды эмульсиялауға және ыдыратуға арналған органикалық тазартқыш құралдар бар, сонымен қатар шыны матрицаға минималды коррозия тудырады.
-
Процесс ағыны:Әдеттегі тазалау процесі бөлме температурасынан 60°C-қа дейінгі температурада әлсіз сілтілі тазалау құралдарының белгілі бір концентрациясын ультрадыбыстық тазалаумен бірге қолдануды қамтиды. Тазалағаннан кейін пластиналар таза сумен бірнеше рет шаю кезеңінен және ақырын кептіруден өтеді (мысалы, баяу көтеру немесе IPA бумен кептіру). Бұл процесс визуалды тазалық пен жалпы тазалық үшін шыны пластина талаптарына тиімді түрде сәйкес келеді.
-
-
Кремний пластинасын тазалау процесі
-
Жартылай өткізгіштерді өңдеу үшін кремний пластиналары әдетте стандартты RCA тазалауынан өтеді, бұл жартылай өткізгіш құрылғылардың электрлік өнімділік талаптарының орындалуын қамтамасыз ететін барлық ластаушы заттарды жүйелі түрде жоюға қабілетті өте тиімді тазалау әдісі.
-
IV. Әйнек жоғары «тазалық» стандарттарына сай келгенде
Шыны пластиналар бөлшектердің қатаң санын және металл иондарының деңгейін талап ететін қолданбаларда (мысалы, жартылай өткізгіш процестерде субстраттар ретінде немесе тамаша жұқа қабықшалы тұндыру беттері үшін) қолданылған кезде, ішкі тазалау процесі жеткіліксіз болуы мүмкін. Бұл жағдайда жартылай өткізгіштерді тазалау принциптерін қолдануға болады, бұл өзгертілген RCA тазалау стратегиясын енгізеді.
Бұл стратегияның негізгі мақсаты - әйнектің сезімтал табиғатына бейімделу үшін стандартты RCA процесінің параметрлерін сұйылту және оңтайландыру:
-
Органикалық ластаушы заттарды кетіру:SPM ерітінділерін немесе жұмсақ озон суын күшті тотығу арқылы органикалық ластаушы заттарды ыдырату үшін пайдалануға болады.
-
Бөлшектерді жою:Жоғары сұйылтылған SC1 ерітіндісі төмен температурада және қысқа өңдеу уақытында қолданылады, бұл шыныдағы коррозияны азайта отырып, бөлшектерді кетіру үшін электростатикалық итеру және микроөңдеу әсерін пайдаланады.
-
Металл иондарын кетіру:Металл ластаушы заттарды хелаттау арқылы кетіру үшін сұйылтылған SC2 ерітіндісі немесе қарапайым сұйылтылған тұз қышқылы/сұйылтылған азот қышқылы ерітінділері қолданылады.
-
Қатаң тыйымдар:Шыны негіздің коррозиясын болдырмау үшін DHF (диаммоний фториді) мүлдем болдырмау керек.
Барлық модификацияланған процесте мегадыбыстық технологияны біріктіру наноөлшемді бөлшектерді жою тиімділігін айтарлықтай арттырады және бетіне жұмсақ әсер етеді.
Қорытынды
Кремний мен шыны пластиналарды тазалау процестері олардың соңғы қолдану талаптарына, материалдық қасиеттеріне және физикалық және химиялық сипаттамаларына негізделген кері инженерияның сөзсіз нәтижесі болып табылады. Кремний пластиналарын тазалау электрлік өнімділік үшін «атомдық деңгейдегі тазалықты» іздейді, ал шыны пластиналарды тазалау «мінсіз, зақымдалмаған» физикалық беттерге қол жеткізуге бағытталған. Шыны пластиналар жартылай өткізгіш қолданбаларда барған сайын қолданылып келе жатқандықтан, оларды тазалау процестері сөзсіз дәстүрлі әлсіз сілтілі тазалаудан тыс дамиды, жоғары тазалық стандарттарына сәйкес келетін модификацияланған RCA процесі сияқты жетілдірілген, бейімделген шешімдерді әзірлейді.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 29 қазан