Walaupun kedua-dua silikon dan wafer kaca berkongsi matlamat yang sama untuk "dibersihkan", cabaran dan mod kegagalan yang mereka hadapi semasa pembersihan adalah jauh berbeza. Percanggahan ini timbul daripada sifat bahan yang wujud dan keperluan spesifikasi silikon dan kaca, serta "falsafah" pembersihan yang berbeza yang didorong oleh aplikasi akhir mereka.
Mula-mula, mari kita jelaskan: Apakah sebenarnya yang kita bersihkan? Apakah bahan cemar yang terlibat?
Bahan cemar boleh dikelaskan kepada empat kategori:
-
Bahan Pencemar Zarah
-
Habuk, zarah logam, zarah organik, zarah kasar (dari proses CMP), dsb.
-
Bahan cemar ini boleh menyebabkan kecacatan corak, seperti seluar pendek atau litar terbuka.
-
-
Bahan Pencemar Organik
-
Termasuk sisa fotoresist, aditif resin, minyak kulit manusia, sisa pelarut, dsb.
-
Bahan cemar organik boleh membentuk topeng yang menghalang etsa atau implantasi ion dan mengurangkan lekatan filem nipis lain.
-
-
Bahan Pencemar Ion Logam
-
Besi, kuprum, natrium, kalium, kalsium, dsb., yang kebanyakannya datang daripada peralatan, bahan kimia dan sentuhan manusia.
-
Dalam semikonduktor, ion logam adalah bahan cemar "pembunuh", memperkenalkan tahap tenaga dalam jalur terlarang, yang meningkatkan arus bocor, memendekkan jangka hayat pembawa dan merosakkan sifat elektrik dengan teruk. Dalam kaca, ia boleh menjejaskan kualiti dan lekatan filem nipis berikutnya.
-
-
Lapisan Oksida Asli
-
Untuk wafer silikon: Lapisan nipis silikon dioksida (Oksida Asli) secara semula jadi terbentuk di permukaan di udara. Ketebalan dan keseragaman lapisan oksida ini sukar dikawal, dan ia mesti dikeluarkan sepenuhnya semasa fabrikasi struktur utama seperti oksida pintu.
-
Untuk wafer kaca: Kaca itu sendiri ialah struktur rangkaian silika, jadi tiada isu "mengalihkan lapisan oksida asli." Walau bagaimanapun, permukaan mungkin telah diubah suai kerana pencemaran, dan lapisan ini perlu dialihkan.
-
I. Matlamat Teras: Perbezaan Antara Prestasi Elektrik dan Kesempurnaan Fizikal
-
Wafer Silikon
-
Matlamat teras pembersihan adalah untuk memastikan prestasi elektrik. Spesifikasi biasanya termasuk kiraan dan saiz zarah yang ketat (cth, zarah ≥0.1μm mesti dikeluarkan dengan berkesan), kepekatan ion logam (cth, Fe, Cu mesti dikawal kepada ≤10¹⁰ atom/cm² atau lebih rendah), dan tahap sisa organik. Malah pencemaran mikroskopik boleh menyebabkan pintasan litar, arus bocor, atau kegagalan integriti pintu oksida.
-
-
Wafer Kaca
-
Sebagai substrat, keperluan teras adalah kesempurnaan fizikal dan kestabilan kimia. Spesifikasi menumpukan pada aspek peringkat makro seperti ketiadaan calar, kotoran tidak boleh tanggal dan penyelenggaraan kekasaran permukaan asal dan geometri. Matlamat pembersihan adalah terutamanya untuk memastikan kebersihan visual dan lekatan yang baik untuk proses seterusnya seperti salutan.
-
II. Sifat Bahan: Perbezaan Asas Antara Kristal dan Amorf
-
silikon
-
Silikon ialah bahan kristal, dan permukaannya secara semula jadi menumbuhkan lapisan silikon dioksida (SiO₂) oksida yang tidak seragam. Lapisan oksida ini menimbulkan risiko kepada prestasi elektrik dan mesti dikeluarkan secara menyeluruh dan seragam.
-
-
kaca
-
Kaca ialah rangkaian silika amorfus. Bahan pukalnya adalah serupa dalam komposisi dengan lapisan silikon oksida silikon, yang bermaksud ia boleh terukir dengan cepat oleh asid hidrofluorik (HF) dan juga terdedah kepada hakisan alkali yang kuat, yang membawa kepada peningkatan kekasaran permukaan atau ubah bentuk. Perbezaan asas ini menentukan bahawa pembersihan wafer silikon boleh bertolak ansur dengan cahaya, goresan terkawal untuk membuang bahan cemar, manakala pembersihan wafer kaca mesti dilakukan dengan berhati-hati untuk mengelakkan kerosakan bahan asas.
-
| Item Pembersihan | Pembersihan Wafer Silikon | Pembersihan Wafer Kaca |
|---|---|---|
| Matlamat Pembersihan | Termasuk lapisan oksida aslinya sendiri | Pilih kaedah pembersihan: Buang bahan cemar sambil melindungi bahan asas |
| Pembersihan RCA Standard | - SPM(H₂SO₄/H₂O₂): Mengeluarkan sisa organik/fotoresist | Aliran Pembersihan Utama: |
| - SC1(NH₄OH/H₂O₂/H₂O): Mengeluarkan zarah permukaan | Agen Pencuci Beralkali Lemah: Mengandungi agen permukaan aktif untuk membuang bahan cemar dan zarah organik | |
| - DHF(Asid hidrofluorik): Menanggalkan lapisan oksida semula jadi dan bahan cemar lain | Ejen Pembersih Alkali Kuat atau Alkali Tengah: Digunakan untuk membuang bahan cemar logam atau tidak meruap | |
| - SC2(HCl/H₂O₂/H₂O): Membuang bahan cemar logam | Elakkan HF sepanjang masa | |
| Bahan Kimia Utama | Asid kuat, alkali kuat, pelarut pengoksidaan | Agen pembersih alkali lemah, dirumus khusus untuk penyingkiran pencemaran ringan |
| Alat Bantu Fizikal | Air ternyahion (untuk pembilasan ketulenan tinggi) | Ultrasonik, basuhan megasonik |
| Teknologi Pengeringan | Pengeringan wap megasonik, IPA | Pengeringan lembut: Angkat perlahan, pengeringan wap IPA |
III. Perbandingan Penyelesaian Pembersihan
Berdasarkan matlamat dan ciri bahan yang disebutkan di atas, penyelesaian pembersihan untuk wafer silikon dan kaca berbeza:
| Pembersihan Wafer Silikon | Pembersihan Wafer Kaca | |
|---|---|---|
| Objektif pembersihan | Penyingkiran menyeluruh, termasuk lapisan oksida asli wafer. | Pembuangan terpilih: menghapuskan bahan cemar sambil melindungi substrat. |
| Proses biasa | Standard RCA bersih:•SPM(H₂SO₄/H₂O₂): membuang organik berat/photoresist •SC1(NH₄OH/H₂O₂/H₂O): penyingkiran zarah alkali •DHF(cairkan HF): menghilangkan lapisan oksida asli dan logam •SC2(HCl/H₂O₂/H₂O): menyingkirkan ion logam | Aliran pembersihan ciri:•Pembersih beralkali ringandengan surfaktan untuk membuang organik dan zarah •Pembersih berasid atau neutraluntuk membuang ion logam dan bahan cemar khusus lain •Elakkan HF sepanjang proses |
| Bahan kimia utama | Asid kuat, pengoksida kuat, larutan alkali | Pembersih beralkali ringan; pembersih neutral atau sedikit berasid khusus |
| Bantuan fizikal | Megasonik (kecekapan tinggi, penyingkiran zarah lembut) | Ultrasonik, megasonik |
| Pengeringan | pengeringan Marangoni; Pengeringan wap IPA | Pengeringan perlahan-lahan; Pengeringan wap IPA |
-
Proses Pembersihan Wafer Kaca
-
Pada masa ini, kebanyakan loji pemprosesan kaca menggunakan prosedur pembersihan berdasarkan ciri-ciri bahan kaca, bergantung terutamanya pada agen pembersih alkali yang lemah.
-
Ciri-ciri Agen Pembersih:Ejen pembersih khusus ini biasanya beralkali lemah, dengan pH sekitar 8-9. Ia biasanya mengandungi surfaktan (cth, alkil polioksietilena eter), agen pengkelat logam (cth, HEDP), dan alat bantu pembersihan organik, direka untuk mengemulsi dan menguraikan bahan cemar organik seperti minyak dan cap jari, sambil menghakis minimum kepada matriks kaca.
-
Aliran Proses:Proses pembersihan biasa melibatkan penggunaan kepekatan khusus agen pembersih beralkali lemah pada suhu antara suhu bilik hingga 60°C, digabungkan dengan pembersihan ultrasonik. Selepas pembersihan, wafer menjalani beberapa langkah pembilasan dengan air tulen dan pengeringan lembut (cth, angkat perlahan atau pengeringan wap IPA). Proses ini secara berkesan memenuhi keperluan wafer kaca untuk kebersihan visual dan kebersihan am.
-
-
Proses Pembersihan Wafer Silikon
-
Untuk pemprosesan semikonduktor, wafer silikon biasanya menjalani pembersihan RCA standard, yang merupakan kaedah pembersihan yang sangat berkesan yang mampu menangani semua jenis bahan cemar secara sistematik, memastikan keperluan prestasi elektrik untuk peranti semikonduktor dipenuhi.
-
IV. Apabila Kaca Memenuhi Piawaian "Kebersihan" yang Lebih Tinggi
Apabila wafer kaca digunakan dalam aplikasi yang memerlukan kiraan zarah yang ketat dan paras ion logam (cth, sebagai substrat dalam proses semikonduktor atau untuk permukaan pemendapan filem nipis yang sangat baik), proses pembersihan intrinsik mungkin tidak lagi mencukupi. Dalam kes ini, prinsip pembersihan semikonduktor boleh digunakan, memperkenalkan strategi pembersihan RCA yang diubah suai.
Teras strategi ini adalah untuk mencairkan dan mengoptimumkan parameter proses RCA standard untuk menampung sifat sensitif kaca:
-
Pembuangan Bahan Pencemar Organik:Larutan SPM atau air ozon yang lebih lembut boleh digunakan untuk menguraikan bahan cemar organik melalui pengoksidaan yang kuat.
-
Penyingkiran Zarah:Larutan SC1 yang sangat dicairkan digunakan pada suhu yang lebih rendah dan masa rawatan yang lebih singkat untuk menggunakan tolakan elektrostatik dan kesan goresan mikro untuk mengeluarkan zarah, sambil meminimumkan kakisan pada kaca.
-
Penyingkiran Ion Logam:Larutan SC2 cair atau larutan asid hidroklorik cair/asid nitrik cair mudah digunakan untuk membuang bahan cemar logam melalui pengkelasi.
-
Larangan Ketat:DHF (di-ammonium fluoride) mesti dielakkan sama sekali untuk mengelakkan hakisan substrat kaca.
Dalam keseluruhan proses yang diubah suai, menggabungkan teknologi megasonik dengan ketara meningkatkan kecekapan penyingkiran zarah bersaiz nano dan lebih lembut pada permukaan.
Kesimpulan
Proses pembersihan untuk wafer silikon dan kaca adalah hasil kejuruteraan terbalik yang tidak dapat dielakkan berdasarkan keperluan aplikasi akhir, sifat bahan dan ciri fizikal dan kimianya. Pembersihan wafer silikon mencari "kebersihan tahap atom" untuk prestasi elektrik, manakala pembersihan wafer kaca memfokuskan pada mencapai permukaan fizikal "sempurna, tidak rosak". Memandangkan wafer kaca semakin digunakan dalam aplikasi semikonduktor, proses pembersihannya pasti akan berkembang melangkaui pembersihan beralkali lemah tradisional, membangunkan penyelesaian yang lebih halus dan tersuai seperti proses RCA yang diubah suai untuk memenuhi piawaian kebersihan yang lebih tinggi.
Masa siaran: 29-Okt-2025