Silikon lövhələr və şüşə lövhələr: Əslində nəyi təmizləyirik? Material Esnesindən Proses Əsaslı Təmizləmə Həllərinə

Həm silikon, həm də şüşə lövhələrin "təmizlənmə" kimi ortaq məqsədi olsa da, təmizləmə zamanı qarşılaşdıqları çətinliklər və nasazlıqlar çox fərqlidir. Bu uyğunsuzluq silikon və şüşənin daxili material xüsusiyyətlərindən və spesifikasiya tələblərindən, eləcə də onların son tətbiqləri ilə idarə olunan təmizlənmənin fərqli "fəlsəfəsindən" irəli gəlir.

Əvvəlcə aydınlaşdıraq: Biz dəqiq nəyi təmizləyirik? Hansı çirkləndiricilər var?

Çirkləndiriciləri dörd kateqoriyaya bölmək olar:

1. Hissəcik Çirkləndiriciləri

   • Toz, metal hissəcikləri, üzvi hissəciklər, aşındırıcı hissəciklər (CMP prosesindən) və s.

   • Bu çirkləndiricilər qısaqapanmalar və ya açıq dövrələr kimi naxış qüsurlarına səbəb ola bilər.

2. Üzvi çirkləndiricilər

   • Fotorezist qalıqları, qətran əlavələri, insan dərisi yağları, həlledici qalıqları və s. daxildir.

   • Üzvi çirkləndiricilər aşınmaya və ya ion implantasiyasına mane olan və digər nazik təbəqələrin yapışmasını azaldan maskalar əmələ gətirə bilər.

3. Metal İon Çirkləndiriciləri

   • Əsasən avadanlıqlardan, kimyəvi maddələrdən və insan təmasından qaynaqlanan dəmir, mis, natrium, kalium, kalsium və s.

   • Yarımkeçiricilərdə metal ionları "öldürücü" çirkləndiricilərdir və qadağan olunmuş zolaqda enerji səviyyələrini daxil edir, sızma cərəyanını artırır, daşıyıcının ömrünü qısaldır və elektrik xüsusiyyətlərinə ciddi zərər verir. Şüşədə onlar sonrakı nazik təbəqələrin keyfiyyətinə və yapışmasına təsir göstərə bilər.

4. Yerli Oksid Layer

   • Silisium lövhələri üçün: Havada səthdə təbii olaraq nazik bir silisium dioksid təbəqəsi (Yerli Oksid) əmələ gəlir. Bu oksid təbəqəsinin qalınlığını və vahidliyini idarə etmək çətindir və qapı oksidləri kimi əsas strukturların istehsalı zamanı tamamilə təmizlənməlidir.

   • Şüşə lövhələr üçün: Şüşənin özü silisium şəbəkə quruluşudur, buna görə də "doğma oksid təbəqəsinin çıxarılması" problemi yoxdur. Lakin, səth çirklənmə səbəbindən dəyişdirilmiş ola bilər və bu təbəqənin çıxarılması lazımdır.

I. Əsas Məqsədlər: Elektrik Performansı ilə Fiziki Mükəmməllik Arasındakı Fərq

• Silikon vaflilər

  • Təmizləmənin əsas məqsədi elektrik performansını təmin etməkdir. Spesifikasiyalara adətən ciddi hissəcik sayı və ölçüləri (məsələn, ≥0.1μm hissəciklər effektiv şəkildə çıxarılmalıdır), metal ion konsentrasiyaları (məsələn, Fe, Cu ≤10¹⁰ atom/sm² və ya daha aşağı səviyyədə idarə olunmalıdır) və üzvi qalıq səviyyələri daxildir. Hətta mikroskopik çirklənmə belə dövrə qısaqapanmalarına, sızma cərəyanlarına və ya qapı oksid bütövlüyünün pozulmasına səbəb ola bilər.

• Şüşə Vaflilər

  • Substratlar kimi əsas tələblər fiziki mükəmməllik və kimyəvi sabitlikdir. Spesifikasiyalar cızıqların, təmizlənməyən ləkələrin olmaması və orijinal səth pürüzlülüyünün və həndəsəsinin qorunması kimi makro səviyyəli aspektlərə yönəlmişdir. Təmizləmə məqsədi əsasən örtük kimi sonrakı proseslər üçün vizual təmizliyi və yaxşı yapışmanı təmin etməkdir.

II. Maddi Təbiət: Kristal və Amorf Arasındakı Əsas Fərq

• Silikon

  • Silisium kristal materialdır və onun səthində təbii olaraq qeyri-bərabər silisium dioksid (SiO₂) oksid təbəqəsi əmələ gəlir. Bu oksid təbəqəsi elektrik performansı üçün risk yaradır və tamamilə və bərabər şəkildə təmizlənməlidir.

• Şüşə

  • Şüşə amorf silisium şəbəkəsidir. Onun toplu materialı tərkibində silisiumun silisium oksid təbəqəsinə bənzəyir, yəni o, hidroflüor turşusu (HF) tərəfindən tez aşındırıla bilər və həmçinin güclü qələvi eroziyasına həssasdır ki, bu da səth pürüzlülüyünün və ya deformasiyanın artmasına səbəb olur. Bu fundamental fərq, silisium lövhələrin təmizlənməsinin çirkləndiriciləri təmizləmək üçün yüngül, nəzarətli aşındırmaya dözə biləcəyini, şüşə lövhələrin təmizlənməsinin isə əsas materiala zərər verməmək üçün son dərəcə diqqətlə aparılmalı olduğunu göstərir.

III. Təmizləmə Həllərinin Müqayisəsi

Yuxarıda qeyd olunan məqsədlərə və material xüsusiyyətlərinə əsasən, silikon və şüşə lövhələr üçün təmizləyici məhlullar fərqlənir:

• Şüşə lövhələrin təmizlənməsi prosesi

  • Hal-hazırda, şüşə emalı zavodlarının əksəriyyəti əsasən zəif qələvi təmizləyici maddələrə əsaslanaraq şüşənin material xüsusiyyətlərinə əsaslanan təmizləmə prosedurlarından istifadə edir.

  • Təmizləyici Maddənin Xüsusiyyətləri:Bu ixtisaslaşmış təmizləyici maddələr adətən zəif qələvidir və pH dəyəri 8-9 ətrafındadır. Onlar adətən səthi aktiv maddələrdən (məsələn, alkil polioksietilen efiri), metal xelatlayıcı maddələrdən (məsələn, HEDP) və şüşə matrisinə minimal dərəcədə korroziya təsir göstərərək yağlar və barmaq izləri kimi üzvi çirkləndiriciləri emulsiya etmək və parçalamaq üçün hazırlanmış üzvi təmizləyici vasitələrdən ibarətdir.

  • Proses Axını:Tipik təmizləmə prosesi, otaq temperaturundan 60°C-yə qədər olan temperaturda zəif qələvi təmizləyici maddələrin müəyyən bir konsentrasiyasında ultrasəs təmizləmə ilə birlikdə istifadəni əhatə edir. Təmizləndikdən sonra lövhələr təmiz su ilə bir neçə dəfə yaxalama mərhələsindən və yumşaq qurutmadan (məsələn, yavaş qaldırma və ya IPA buxar qurutma) keçir. Bu proses vizual təmizlik və ümumi təmizlik üçün şüşə lövhə tələblərinə effektiv şəkildə cavab verir.

• Silikon lövhənin təmizlənməsi prosesi

  • Yarımkeçirici emal üçün silikon lövhələr adətən standart RCA təmizlənməsindən keçir ki, bu da yarımkeçirici cihazların elektrik performans tələblərinin yerinə yetirilməsini təmin edən bütün növ çirkləndiriciləri sistematik şəkildə aradan qaldırmağa qadir olan yüksək effektiv təmizləmə üsuludur.

IV. Şüşə daha yüksək "Təmizlik" standartlarına cavab verdikdə

Şüşə lövhələr ciddi hissəcik sayı və metal ion səviyyələri tələb edən tətbiqlərdə (məsələn, yarımkeçirici proseslərdə substrat kimi və ya əla nazik təbəqə çökmə səthləri üçün) istifadə edildikdə, daxili təmizləmə prosesi artıq kifayət etməyə bilər. Bu halda, dəyişdirilmiş RCA təmizləmə strategiyasını tətbiq edərək yarımkeçirici təmizləmə prinsipləri tətbiq oluna bilər.

Bu strategiyanın əsas məqsədi şüşənin həssas təbiətinə uyğunlaşmaq üçün standart RCA proses parametrlərini seyreltmək və optimallaşdırmaqdır:

• Üzvi Çirkləndiricilərin Təmizlənməsi:SPM məhlulları və ya daha yumşaq ozon suyu güclü oksidləşmə yolu ilə üzvi çirkləndiriciləri parçalamaq üçün istifadə edilə bilər.

• Hissəciklərin çıxarılması:Yüksək dərəcədə durulaşdırılmış SC1 məhlulu, şüşədəki korroziyanı minimuma endirərkən, hissəcikləri təmizləmək üçün elektrostatik itələmə və mikro aşındırma təsirlərindən istifadə etmək məqsədilə daha aşağı temperaturlarda və daha qısa emal müddətlərində istifadə olunur.

• Metal İonlarının Təmizlənməsi:Metal çirkləndiricilərini xelatlaşdırma yolu ilə təmizləmək üçün seyreltilmiş SC2 məhlulu və ya sadə seyreltilmiş xlorid turşusu/seyreltilmiş nitrat turşusu məhlulları istifadə olunur.

• Qəti qadağalar:Şüşə substratın korroziyasının qarşısını almaq üçün DHF (di-ammonium florid) tamamilə qarşısını almaq lazımdır.

Bütün modifikasiya olunmuş prosesdə meqasəs texnologiyasının birləşdirilməsi nano ölçülü hissəciklərin təmizlənməsi səmərəliliyini əhəmiyyətli dərəcədə artırır və səthə daha yumşaq təsir göstərir.

Nəticə

Silikon və şüşə lövhələrin təmizlənməsi prosesləri, son tətbiq tələblərinə, material xüsusiyyətlərinə və fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlərinə əsaslanan tərs mühəndisliyin qaçılmaz nəticəsidir. Silikon lövhələrin təmizlənməsi elektrik performansı üçün "atom səviyyəli təmizlik" axtarır, şüşə lövhələrin təmizlənməsi isə "mükəmməl, zədələnməmiş" fiziki səthlərə nail olmağa yönəlib. Şüşə lövhələr yarımkeçirici tətbiqlərdə getdikcə daha çox istifadə olunduqca, onların təmizlənməsi prosesləri qaçılmaz olaraq ənənəvi zəif qələvi təmizləmədən kənara çıxacaq və daha yüksək təmizlik standartlarına cavab vermək üçün modifikasiya edilmiş RCA prosesi kimi daha zərif, fərdiləşdirilmiş həllər hazırlayacaq.