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Von Materialgrundlagen bis hin zu prozessgesteuerten Reinigungsstrategien

Obwohl sowohl Silizium- als auch Glaswafer das gemeinsame Ziel haben, „gereinigt“ zu werden, sind die Herausforderungen und Fehlerarten, mit denen sie konfrontiert sind, grundlegend unterschiedlich. Diese Unterschiede ergeben sich aus:

• Die intrinsischen Materialeigenschaften von Silizium und Glas

• Ihre unterschiedlichen Spezifikationsanforderungen

• Die sehr unterschiedlichen „Philosophien“ der Reinigung, die durch ihre Endanwendungen bestimmt werden

Bevor wir Prozesse vergleichen, müssen wir fragen:Was genau reinigen wir und um welche Schadstoffe handelt es sich dabei?

Was reinigen wir? Vier Hauptkategorien von Schadstoffen

Verunreinigungen auf Waferoberflächen lassen sich grob in vier Kategorien einteilen:

1. Partikelverunreinigungen

Beispiele: Staub, Metallpartikel, organische Partikel, abrasive Partikel aus CMP usw.

Auswirkungen:

• Kann Musterfehler verursachen

• Führen zu Kurzschlüssen oder Unterbrechungen in Halbleiterstrukturen

2. Organische Verunreinigungen

Beispiele: Fotolackrückstände, Harzzusätze, Hautfette, Lösungsmittelrückstände usw.

Auswirkungen:

• Kann als „Maske“ wirken und das Ätzen oder die Ionenimplantation verhindern

• Reduzieren Sie die Haftung nachfolgender dünner Filme

3. Metallionen-Verunreinigungen

Beispiele: Fe, Cu, Na, K, Ca usw., die hauptsächlich aus Geräten, Chemikalien und menschlichem Kontakt stammen.

Auswirkungen:

• Bei Halbleitern: Metallionen sind „Killer“-Verunreinigungen. Sie führen zu Energieniveaus in der Bandlücke, erhöhen den Leckstrom, verkürzen die Trägerlebensdauer und verschlechtern die elektrische Leistung erheblich.

• Auf Glas: Sie können die Qualität und Haftung des Dünnfilms beeinträchtigen.

4. Natives Oxid oder oberflächenmodifizierte Schicht

• Siliziumwafer:
  An der Luft bildet sich auf natürliche Weise eine dünne Siliziumdioxidschicht (SiO₂) (natives Oxid). Seine Dicke und Gleichmäßigkeit sind schwer zu kontrollieren und bei der Herstellung kritischer Strukturen wie Gate-Oxide muss es vollständig entfernt werden.

• Glaswafer:
  Glas ist selbst ein Siliciumdioxid-Netzwerk, daher gibt es keine separate „native Oxidschicht“, die entfernt werden muss. Allerdings kann die Oberfläche verändert oder verunreinigt sein und eine Schicht bilden, die noch entfernt oder aufgefrischt werden muss.

I. Kernziele: Elektrische Leistung vs. körperliche Perfektion

Siliziumwafer

Derprimäres Zielder Reinigung ist zu gewährleistenelektrische Leistung.

Zu den typischen Spezifikationen gehören:

• Extrem niedrige Partikelanzahl und -größe (z. B. effektive Entfernung von Partikeln ≥ 0,1 μm)

• Extrem niedrige Metallionenkonzentrationen (z. B. Fe, Cu ≤ 10¹⁰ Atome/cm² oder weniger)

• Sehr geringer Gehalt an organischen Rückständen

Selbst eine Spurenkontamination kann zu Folgendem führen:

• Kurzschlüsse oder offene Stromkreise

• Erhöhte Leckströme

• Fehler in der Gate-Oxid-Integrität

Glaswaffeln

Als Substrate stehen Glaswafer im Vordergrundphysikalische Integrität und chemische Stabilität.

Die wichtigsten Spezifikationen betonen:

• Keine Kratzer oder nicht entfernbare Flecken

• Erhaltung der ursprünglichen Oberflächenrauheit und -geometrie

• Optische Sauberkeit und stabile Oberflächen für Folgeprozesse (z. B. Beschichten, Dünnschichtabscheidung)

Mit anderen Worten,Die Silikonreinigung ist leistungsorientiert, währendBei der Glasreinigung kommt es auf das Erscheinungsbild und die Integrität an– es sei denn, Glas wird in die Halbleiterindustrie gedrängt.

II. Materialbeschaffenheit: kristallin vs. amorph

Silizium

• Ein kristallines Material

• Auf natürliche Weise wächst eine ungleichmäßige native SiO₂-Oxidschicht

• Dieses Oxid kann die elektrische Leistung gefährden und muss es oft auch seingleichmäßig und vollständig entferntin kritischen Prozessschritten

Glas

• Ein amorphes Silica-Netzwerk

• Die Massenzusammensetzung ähnelt der Siliziumoxidschicht auf Silizium

• Sehr anfällig für:

  • Schnelles Ätzen in HF

  • Erosion durch starke Alkalien, was die Oberflächenrauheit erhöhen oder die Geometrie verzerren kann

Folge:

• Die Reinigung von Siliziumwafern kann toleriert werdenkontrollierte, leichte Ätzungum Verunreinigungen und natives Oxid zu entfernen.

• Die Reinigung von Glaswafern muss erfolgenviel sanfter, wodurch der Angriff auf das Substrat selbst minimiert wird.

III. Prozessphilosophie: Wie Reinigungsstrategien voneinander abweichen

Vergleich auf hohem Niveau

IV. Vergleich typischer Reinigungslösungen

Reinigung von Siliziumwafern

Reinigungsziel:
Gründliche Entfernung von:

• Organische Verunreinigungen

• Partikel

• Metallionen

• Natives Oxid (wo für den Prozess erforderlich)

Typischer Prozess: Standard RCA Clean

• SPM (H₂SO₄/H₂O₂)
  Entfernt schwere organische Stoffe und Fotolackrückstände durch starke Oxidation.

• SC1 (NH₄OH/H₂O₂/H₂O)
  Alkalische Lösung, die Partikel durch eine Kombination aus Abhebe-, Mikroätz- und elektrostatischen Effekten entfernt.

• DHF (verdünntes HF)
  Entfernt natürliche Oxide und bestimmte Metallverunreinigungen.

• SC2 (HCl/H₂O₂/H₂O)
  Entfernt Metallionen durch Komplexierung und Oxidation.

Wichtige Chemikalien:

• Starke Säuren (H₂SO₄, HCl)

• Starke Oxidationsmittel (H₂O₂, Ozon)

• Alkalische Lösungen (NH₄OH usw.)

Körperliche Hilfe und Trocknung:

• Megaschallreinigung zur effizienten und schonenden Partikelentfernung

• Spülung mit hochreinem DI-Wasser

• Marangoni/IPA-Dampftrocknung zur Minimierung der Wasserzeichenbildung

Reinigung von Glaswafern

Reinigungsziel:
Selektive Entfernung von Schadstoffen währendSchutz des Glassubstratsund Aufrechterhaltung:

• Oberflächenrauheit

• Geometrie und Ebenheit

• Optische oder funktionale Oberflächenqualität

Charakteristischer Reinigungsablauf:

1. Mild-alkalischer Reiniger mit Tensiden

   • Entfernt organische Stoffe (Öle, Fingerabdrücke) und Partikel durch Emulgieren und Dispergieren.

2. Saurer oder neutraler Reiniger (falls erforderlich)

   • Bekämpft Metallionen und spezifische anorganische Verunreinigungen mithilfe von Chelatbildnern und milden Säuren.

3. HF wird strikt vermiedenwährend des gesamten Prozesses, um eine Beschädigung des Substrats zu verhindern.

Wichtige Chemikalien:

• Schwachalkalische Reinigungsmittel mit:

  • Tenside (z. B. Alkylpolyoxyethylenether)

  • Metallchelatbildner (z. B. HEDP)

  • Organische Reinigungshilfsmittel

Körperliche Hilfe und Trocknung:

• Ultraschall- und/oder Megaschallreinigung

• Mehrere Spülungen mit reinem Wasser

• Schonende Trocknung (langsames Ausheben, IPA-Dampftrocknung etc.)

V. Reinigung von Glaswafern in der Praxis

In den meisten Glasverarbeitungsbetrieben finden heutzutage Reinigungsprozesse stattEntwickelt rund um die Zerbrechlichkeit und Chemie von Glasund sind daher stark auf spezialisierte schwachalkalische Reiniger angewiesen.

Eigenschaften des Reinigungsmittels

• Der pH-Wert liegt normalerweise bei ca8–9

• Enthalten:

  • Tenside zum Emulgieren und Entfernen von Ölen und Fingerabdrücken

  • Chelatbildner zur Bindung von Metallionen

  • Organische Zusätze zur Steigerung der Reinigungskraft

• Formuliert, um zu seinminimal ätzendzur Glasmatrix

Prozessablauf

1. Reinigen Sie in einemschwach alkalisches Bad(kontrollierte Konzentration)

2. Betrieb bei Raumtemperatur bis ~60 °C

3. VerwendenUltraschallbewegungum die Schadstoffentfernung zu verbessern

4. Führen Sie mehrere durchReinwasserspülungen

5. Sanftes Trocknen anwenden (z. B. langsames Anheben aus dem Bad, IPA-Dampftrocknung)

Diese Strömung erfüllt zuverlässig dieoptische Sauberkeitund allgemeinOberflächenreinheitAnforderungen für Standard-Glaswafer-Anwendungen.

VI. Reinigung von Siliziumwafern in der Halbleiterverarbeitung

Für die Halbleiterfertigung werden typischerweise Siliziumwafer verwendetStandard-RCA-Reinigungals Rückgratprozess.

• Adressierbaralle vier Schadstoffartensystematisch

• Liefert dieextrem niedrige Partikel-, organische und Metallionenwertefür eine erweiterte Geräteleistung erforderlich

• Kompatibel mit der Integration in komplexe Prozessabläufe (Gate-Stapelbildung, High-K/Metall-Gate usw.)

VII. Wenn Glas eine Reinheit auf Halbleiterniveau erfüllen muss

Als Glaswafer einziehenHigh-End-Anwendungen-Zum Beispiel:

• Als Substrate in Halbleiterprozessen

• Als Plattformen für hochwertige Dünnschichtabscheidung

– Der herkömmliche Reinigungsansatz mit schwach alkalischer Lösung reicht möglicherweise nicht mehr aus. In solchen FällenHalbleiterreinigungskonzepte werden angepasstzu Glas, was zu a führtmodifizierte RCA-Strategie.

Kernstrategie: Verdünntes und optimiertes RCA für Glas

• Organische Entfernung
  Verwenden Sie SPM oder mildere oxidierende Lösungen wie ozonhaltiges Wasser, um organische Verunreinigungen zu zersetzen.

• Partikelentfernung
  Beschäftigenstark verdünntes SC1beiniedrigere TemperaturenUndkürzere Behandlungszeiten, Nutzung:

  • Elektrostatische Abstoßung

  • Sanfte Mikroätzung
    und minimiert gleichzeitig den Angriff auf das Glassubstrat.

• Entfernung von Metallionen
  Verwendenverdünntes SC2oder einfacher verdünnte HCl/HNO₃-Formulierungen, um Metallionen zu chelatisieren und zu entfernen.

• Strenges Verbot von HF/DHF
  HF-basierte Schritte müssen unbedingt vermieden werden, um Glaskorrosion und Oberflächenaufrauhungen zu verhindern.

Während dieses modifizierten Prozesses ist die Verwendung vonMegaschall-Technologie:

• Verbessert die Entfernung nanoskaliger Partikel erheblich

• Bleibt sanft genug, um die Glasoberfläche zu schützen

Abschluss

Die Reinigungsverfahren für Silizium- und Glaswafer sind im Wesentlichenvon ihren Endverwendungsanforderungen abgeleitet sind, Materialeigenschaften und physikalisch-chemisches Verhalten.

• Reinigung von Siliziumwafernverfolgt„Sauberkeit auf atomarer Ebene“zur Unterstützung der elektrischen Leistung.

• Reinigung von Glaswafernpriorisiert„perfekte, unbeschädigte Oberflächen“mit stabilen physikalischen und optischen Eigenschaften.

Da Glaswafer zunehmend in Halbleiter- und fortschrittlichen Verpackungsanwendungen eingesetzt werden, werden ihre Reinigungsanforderungen zwangsläufig zunehmen. Die traditionelle schwachalkalische Glasreinigung wird sich weiterentwickelnausgefeiltere, maßgeschneiderte Lösungen, wie zum Beispielmodifizierte RCA-basierte Prozesse, um ein höheres Maß an Sauberkeit zu erreichen, ohne die Integrität des Glassubstrats zu beeinträchtigen.