Սիլիկոնային վաֆլիներն ընդդեմ ապակե վաֆլիների. Ի՞նչ ենք մենք իրականում մաքրում: Նյութական էությունից մինչև գործընթացային մաքրման լուծումներ:

Չնայած սիլիցիումային և ապակե թիթեղները ունեն «մաքրվելու» ընդհանուր նպատակ, մաքրման ընթացքում դրանց առջև ծառացած մարտահրավերներն ու խափանումների ռեժիմները խիստ տարբեր են։ Այս անհամապատասխանությունը բխում է սիլիկոնի և ապակու բնածին նյութական հատկություններից և տեխնիկական պահանջներից, ինչպես նաև մաքրման առանձնահատուկ «փիլիսոփայությունից», որը պայմանավորված է դրանց վերջնական կիրառմամբ։

Նախ, եկեք պարզաբանենք. ի՞նչ ենք մենք ճիշտ մաքրում: Ի՞նչ աղտոտիչներ են դրանք ներառում:

Աղտոտիչները կարելի է բաժանել չորս կատեգորիայի.

1. Մասնիկային աղտոտիչներ

   • Փոշի, մետաղական մասնիկներ, օրգանական մասնիկներ, հղկող մասնիկներ (CMP գործընթացից) և այլն։

   • Այս աղտոտիչները կարող են առաջացնել սխեմայի թերություններ, ինչպիսիք են կարճ միացումները կամ բաց միացումները։

2. Օրգանական աղտոտիչներ

   • Ներառում է լուսառեզիստի մնացորդներ, խեժի հավելանյութեր, մարդու մաշկի յուղեր, լուծիչների մնացորդներ և այլն։

   • Օրգանական աղտոտիչները կարող են դիմակներ առաջացնել, որոնք խոչընդոտում են փորագրմանը կամ իոնային իմպլանտացիային և նվազեցնում են այլ բարակ թաղանթների կպչունությունը։

3. Մետաղական իոնային աղտոտիչներ

   • Երկաթ, պղինձ, նատրիում, կալիում, կալցիում և այլն, որոնք հիմնականում ստացվում են սարքավորումներից, քիմիական նյութերից և մարդկանց հետ շփումից։

   • Կիսահաղորդիչներում մետաղական իոնները «սպանող» աղտոտիչներ են, որոնք արգելված գոտում ներմուծում են էներգիայի մակարդակներ, որոնք մեծացնում են արտահոսքի հոսանքը, կրճատում կրիչի կյանքի տևողությունը և լրջորեն վնասում էլեկտրական հատկությունները: Ապակու մեջ դրանք կարող են ազդել հետագա բարակ թաղանթների որակի և կպչունության վրա:

4. Բնիկ օքսիդային շերտ

   • Սիլիցիումային վաֆլիների համար. օդի մակերեսին բնականաբար ձևավորվում է սիլիցիումի երկօքսիդի (բնիկ օքսիդ) բարակ շերտ: Այս օքսիդային շերտի հաստությունն ու միատարրությունը դժվար է վերահսկել, և այն պետք է ամբողջությամբ հեռացվի հիմնական կառուցվածքների, ինչպիսիք են դարպասային օքսիդները, արտադրության ընթացքում:

   • Ապակե վաֆլիների համար. ապակին ինքնին սիլիցիումային ցանցային կառուցվածք է, ուստի «բնիկ օքսիդային շերտը հեռացնելու» խնդիր չկա: Այնուամենայնիվ, մակերեսը կարող է փոփոխված լինել աղտոտման պատճառով, և այս շերտը պետք է հեռացվի:

I. Հիմնական նպատակներ. Էլեկտրական կատարողականի և ֆիզիկական կատարելության միջև տարբերությունը

• Սիլիկոնային վաֆլիներ

  • Մաքրման հիմնական նպատակը էլեկտրական աշխատանքի ապահովումն է: Սպեցիֆիկացիաները սովորաբար ներառում են մասնիկների խիստ հաշվարկ և չափսեր (օրինակ՝ ≥0.1 մկմ մասնիկները պետք է արդյունավետորեն հեռացվեն), մետաղական իոնների կոնցենտրացիաները (օրինակ՝ Fe, Cu պետք է վերահսկվեն մինչև ≤10¹⁰ ատոմներ/սմ² կամ ավելի ցածր) և օրգանական մնացորդների մակարդակը: Նույնիսկ մանրադիտակային աղտոտումը կարող է հանգեցնել շղթայի կարճ միացումների, արտահոսքի հոսանքների կամ դարպասի օքսիդային ամբողջականության խափանման:

• Ապակե վաֆլիներ

  • Որպես հիմքեր, հիմնական պահանջները ֆիզիկական կատարելությունն ու քիմիական կայունությունն են: Տեխնիկական բնութագրերը կենտրոնանում են մակրո մակարդակի ասպեկտների վրա, ինչպիսիք են քերծվածքների բացակայությունը, չհեռացվող բծերը և մակերեսի սկզբնական կոպտության ու երկրաչափության պահպանումը: Մաքրման նպատակը հիմնականում տեսողական մաքրության և լավ կպչունության ապահովումն է հետագա գործընթացների, ինչպիսին է ծածկույթը, համար:

II. Նյութական բնույթ. Բյուրեղային և ամորֆային նյութերի միջև հիմնարար տարբերությունը

• Սիլիկոն

  • Սիլիցիումը բյուրեղային նյութ է, և դրա մակերեսին բնականաբար առաջանում է ոչ միատարր սիլիցիումի երկօքսիդի (SiO₂) օքսիդի շերտ: Այս օքսիդային շերտը վտանգ է ներկայացնում էլեկտրական աշխատանքի համար և պետք է մանրակրկիտ և միատարր հեռացվի:

• Ապակի

  • Ապակին ամորֆ սիլիցիումային ցանց է: Դրա հիմնական նյութը բաղադրությամբ նման է սիլիցիումի սիլիցիումի օքսիդային շերտին, ինչը նշանակում է, որ այն կարող է արագ փորագրվել ֆտորաջրածնային թթվով (HF) և նաև ենթակա է ուժեղ ալկալային էրոզիայի, ինչը հանգեցնում է մակերեսի կոպտության կամ դեֆորմացիայի աճի: Այս հիմնարար տարբերությունը թելադրում է, որ սիլիցիումային թիթեղների մաքրումը կարող է դիմանալ թեթև, վերահսկվող փորագրմանը՝ աղտոտիչները հեռացնելու համար, մինչդեռ ապակե թիթեղների մաքրումը պետք է իրականացվի ծայրահեղ զգուշությամբ՝ հիմնական նյութը վնասելուց խուսափելու համար:

III. Մաքրող լուծույթների համեմատություն

Վերոնշյալ նպատակների և նյութական բնութագրերի հիման վրա, սիլիկոնային և ապակե վաֆլիների մաքրող լուծույթները տարբերվում են.

• Ապակե վաֆլի մաքրման գործընթաց

  • Ներկայումս ապակու վերամշակման գործարանների մեծ մասը օգտագործում է մաքրման ընթացակարգեր, որոնք հիմնված են ապակու նյութական բնութագրերի վրա՝ հիմնականում հենվելով թույլ ալկալային մաքրող միջոցների վրա:

  • Մաքրող միջոցի բնութագրերը.Այս մասնագիտացված մաքրող միջոցները սովորաբար թույլ ալկալային են՝ մոտ 8-9 pH-ով: Դրանք սովորաբար պարունակում են մակերևութային ակտիվ նյութեր (օրինակ՝ ալկիլ պոլիօքսիէթիլենային եթեր), մետաղական քելատացնող նյութեր (օրինակ՝ HEDP) և օրգանական մաքրող միջոցներ, որոնք նախատեսված են յուղերի և մատնահետքերի նման օրգանական աղտոտիչները էմուլգացնելու և քայքայելու համար՝ միաժամանակ նվազագույն քայքայիչ ազդեցությամբ ապակե մատրիցայի վրա:

  • Գործընթացի հոսքը.Մաքրման բնորոշ գործընթացը ներառում է թույլ ալկալային մաքրող միջոցների որոշակի կոնցենտրացիայով օգտագործում սենյակային ջերմաստիճանից մինչև 60°C ջերմաստիճաններում, զուգորդված ուլտրաձայնային մաքրման հետ: Մաքրումից հետո վաֆլիները ենթարկվում են մաքուր ջրով մի քանի լվացման և մեղմ չորացման (օրինակ՝ դանդաղ բարձրացում կամ IPA գոլորշու չորացում): Այս գործընթացը արդյունավետորեն բավարարում է ապակե վաֆլիի տեսողական և ընդհանուր մաքրության պահանջները:

• Սիլիկոնային վաֆլի մաքրման գործընթաց

  • Կիսահաղորդչային մշակման համար սիլիցիումային թիթեղները սովորաբար ենթարկվում են ստանդարտ RCA մաքրման, որը բարձր արդյունավետ մաքրման մեթոդ է, որը կարող է համակարգված կերպով վերացնել բոլոր տեսակի աղտոտիչները՝ ապահովելով, որ կիսահաղորդչային սարքերի էլեկտրական կատարողականության պահանջները բավարարվեն։

IV. Երբ ապակին համապատասխանում է «մաքրության» ավելի բարձր չափանիշներին

Երբ ապակե թիթեղները օգտագործվում են մասնիկների խիստ հաշվարկ և մետաղական իոնների մակարդակ պահանջող կիրառություններում (օրինակ՝ որպես կիսահաղորդչային գործընթացներում հիմքեր կամ բարակ թաղանթային նստեցման գերազանց մակերեսների համար), ներքին մաքրման գործընթացը կարող է այլևս բավարար չլինել: Այս դեպքում կարող են կիրառվել կիսահաղորդչային մաքրման սկզբունքները՝ ներդնելով RCA մաքրման փոփոխված ռազմավարություն:

Այս ռազմավարության միջուկը ստանդարտ RCA գործընթացի պարամետրերը նոսրացնելն ու օպտիմալացնելն է՝ ապակու զգայուն բնույթին համապատասխանեցնելու համար։

• Օրգանական աղտոտիչների հեռացում.SPM լուծույթները կամ ավելի մեղմ օզոնային ջուրը կարող են օգտագործվել օրգանական աղտոտիչները ուժեղ օքսիդացման միջոցով քայքայելու համար։

• Մասնիկների հեռացում.Բարձր նոսրացված SC1 լուծույթն օգտագործվում է ցածր ջերմաստիճաններում և ավելի կարճ մշակման ժամանակ՝ օգտագործելով դրա էլեկտրաստատիկ վանողականությունը և միկրոփորագրման ազդեցությունները՝ մասնիկները հեռացնելու համար, միաժամանակ նվազագույնի հասցնելով ապակու վրա կոռոզիան։

• Մետաղական իոնների հեռացում.Մետաղական աղտոտիչները քելացման միջոցով հեռացնելու համար օգտագործվում է SC2-ի նոսրացված լուծույթ կամ պարզ նոսրացված աղաթթվի/նոսրացված ազոտական ​​թթվի լուծույթներ։

• Խիստ արգելքներ.Ապակե հիմքի կոռոզիան կանխելու համար պետք է բացարձակապես խուսափել դիամոնիումի ֆտորիդից (DHF):

Ամբողջ փոփոխված գործընթացում մեգասոնիկ տեխնոլոգիայի համադրությունը զգալիորեն բարձրացնում է նանոչափի մասնիկների հեռացման արդյունավետությունը և ավելի մեղմ է մակերեսի նկատմամբ։

Եզրակացություն

Սիլիկոնային և ապակե վաֆլիների մաքրման գործընթացները հակադարձ ինժեներիայի անխուսափելի արդյունք են՝ հիմնված դրանց վերջնական կիրառման պահանջների, նյութական հատկությունների և ֆիզիկական ու քիմիական բնութագրերի վրա: Սիլիկոնային վաֆլիների մաքրումը ձգտում է «ատոմային մակարդակի մաքրության» էլեկտրական կատարողականության համար, մինչդեռ ապակե վաֆլիների մաքրումը կենտրոնանում է «կատարյալ, անվնաս» ֆիզիկական մակերեսների հասնելու վրա: Քանի որ ապակե վաֆլիները ավելի ու ավելի հաճախ են օգտագործվում կիսահաղորդչային կիրառություններում, դրանց մաքրման գործընթացները անխուսափելիորեն կզարգանան ավանդական թույլ ալկալային մաքրումից այն կողմ՝ մշակելով ավելի նուրբ, անհատականացված լուծումներ, ինչպիսին է փոփոխված RCA գործընթացը՝ մաքրության ավելի բարձր չափանիշներին համապատասխանելու համար: