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मटेरियल फंडामेंटल्स से प्रोसेस-संचालित सफाई रणनीतियों तक

हालांकि सिलिकॉन और ग्लास वेफर्स दोनों का एक सामान्य लक्ष्य है “सफाई,” उनके सामने आने वाली चुनौतियाँ और विफलता के तरीके मौलिक रूप से भिन्न हैं। ये अंतर इस कारण से उत्पन्न होते हैं:

• सिलिकॉन और ग्लास के आंतरिक भौतिक गुण

• उनकी विशिष्ट विनिर्देश आवश्यकताएँ

• उनके अंतिम अनुप्रयोगों द्वारा संचालित सफाई के बहुत अलग “दर्शन”

प्रक्रियाओं की तुलना करने से पहले, हमें पूछने की आवश्यकता है:हम वास्तव में क्या साफ कर रहे हैं, और इसमें कौन से संदूषक शामिल हैं?

हम क्या साफ कर रहे हैं? संदूषकों की चार प्रमुख श्रेणियां

वेफर सतहों पर मौजूद संदूषकों को मोटे तौर पर चार श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:

1. कण संदूषक

उदाहरण: धूल, धातु के कण, कार्बनिक कण, CMP से अपघर्षक कण, आदि।

प्रभाव:

• पैटर्न दोष पैदा कर सकते हैं

• अर्धचालक संरचनाओं में शॉर्ट या ओपन सर्किट का कारण बनते हैं

2. कार्बनिक संदूषक

उदाहरण: फोटोरेसिस्ट अवशेष, राल योजक, त्वचा के तेल, विलायक अवशेष, आदि।

प्रभाव:

• उत्कीर्णन या आयन प्रत्यारोपण में बाधा डालते हुए “मास्क,” के रूप में कार्य कर सकते हैं

• बाद की पतली फिल्मों के आसंजन को कम करें

3. धातु आयन संदूषक

उदाहरण: Fe, Cu, Na, K, Ca, आदि, मुख्य रूप से उपकरण, रसायनों और मानव संपर्क से उत्पन्न होते हैं।

प्रभाव:

• अर्धचालकों में: धातु आयन “किलर” संदूषक हैं। वे बैंडगैप में ऊर्जा स्तर पेश करते हैं, जिससे रिसाव धारा बढ़ती है, वाहक जीवनकाल कम होता है, और विद्युत प्रदर्शन गंभीर रूप से घटता है।

• कांच पर: वे पतली-फिल्म की गुणवत्ता और आसंजन को खराब कर सकते हैं।

4. मूल ऑक्साइड या सतह-संशोधित परत

• सिलिकॉन वेफर्समेगासोनिक तकनीक का उपयोग
  एक पतली सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO₂) परत (मूल ऑक्साइड) स्वाभाविक रूप से हवा में बनती है। इसकी मोटाई और एकरूपता को नियंत्रित करना मुश्किल है, और महत्वपूर्ण संरचनाओं जैसे गेट ऑक्साइड के निर्माण के समय इसे पूरी तरह से हटा दिया जाना चाहिए।

• ग्लास वेफर्समेगासोनिक तकनीक का उपयोग
  ग्लास स्वयं एक सिलिका नेटवर्क है, इसलिए अलग से कोई “मूल ऑक्साइड परत” नहीं है जिसे हटाया जा सके। हालाँकि, सतह को संशोधित या दूषित किया जा सकता है, जिससे एक ऐसी परत बनती है जिसे अभी भी हटाने या ताज़ा करने की आवश्यकता होती है।

I. मुख्य लक्ष्य: विद्युत प्रदर्शन बनाम भौतिक पूर्णता

सिलिकॉन वेफर्स

सफाई का प्राथमिक लक्ष्य विद्युत प्रदर्शनसंशोधित RCA-प्रकार की रणनीति

विशिष्ट विशिष्टताओं में शामिल हैं:

• अत्यधिक कम कण गणना और आकार (उदाहरण के लिए, कणों को प्रभावी ढंग से हटाना ≥ 0.1 μm)

• अति-निम्न धातु आयन सांद्रता (उदाहरण के लिए, Fe, Cu ≤ 10¹⁰ परमाणु/cm² या उससे कम)

• बहुत कम कार्बनिक अवशेष स्तर

यहां तक कि ट्रेस संदूषण भी हो सकता है:

• सर्किट शॉर्ट या ओपन सर्किट

• बढ़ी हुई रिसाव धाराएँ

• गेट ऑक्साइड अखंडता विफलताएँ

ग्लास वेफर्स

सब्सट्रेट के रूप में, ग्लास वेफर्स भौतिक अखंडता और रासायनिक स्थिरतासंशोधित RCA-प्रकार की रणनीति

मुख्य विशिष्टताओं में शामिल हैं:

• कोई खरोंच या गैर-हटाने योग्य दाग नहीं

• मूल सतह खुरदरापन और ज्यामिति का संरक्षण

• दृश्यमान सफाई और बाद की प्रक्रियाओं के लिए स्थिर सतहें (उदाहरण के लिए, कोटिंग, पतली-फिल्म जमाव)

दूसरे शब्दों में, सिलिकॉन सफाई प्रदर्शन-संचालित है, जबकि ग्लास सफाई उपस्थिति- और अखंडता-संचालित है—जब तक ग्लास को अर्धचालक-ग्रेड उपयोग में धकेला नहीं जाता है।

II. सामग्री की प्रकृति: क्रिस्टलीय बनाम अनाकार

सिलिकॉन

• एक क्रिस्टलीय सामग्री

• स्वाभाविक रूप से एक गैर-समान SiO₂ मूल ऑक्साइड परत विकसित करता है

• यह ऑक्साइड विद्युत प्रदर्शन को खतरे में डाल सकता है और अक्सर महत्वपूर्ण प्रक्रिया चरणों में समान रूप से और पूरी तरह से हटा दिया जाना चाहिए।

ग्लास

• एक अनाकार सिलिका नेटवर्क

• बल्क संरचना सिलिकॉन पर सिलिकॉन ऑक्साइड परत के समान है

• के लिए अत्यधिक संवेदनशील:

  • HF में तेजी से नक़्क़ाशी

  • मजबूत क्षार द्वारा क्षरण, जो सतह खुरदरापन बढ़ा सकता है या ज्यामिति को विकृत कर सकता है

परिणाम:

• सिलिकॉन वेफर सफाई संदूषकों और मूल ऑक्साइड को हटाने के लिए नियंत्रित, हल्की नक़्क़ाशी को सहन कर सकती है।

• ग्लास वेफर सफाई को बहुत कोमल होना चाहिए, सब्सट्रेट पर ही हमले को कम करना।

III. प्रक्रिया दर्शन: सफाई रणनीतियाँ कैसे अलग होती हैं

उच्च-स्तरीय तुलना

IV. विशिष्ट सफाई समाधानों की तुलना

सिलिकॉन वेफर सफाई

सफाई का उद्देश्य:
की पूरी तरह से हटाने:

• कार्बनिक संदूषक

• कण

• धातु आयन

• मूल ऑक्साइड (जहां प्रक्रिया द्वारा आवश्यक हो)

विशिष्ट प्रक्रिया: मानक RCA क्लीन

• SPM (H₂SO₄/H₂O₂)
  मजबूत ऑक्सीकरण के माध्यम से भारी कार्बनिक पदार्थों और फोटोरेसिस्ट अवशेषों को हटाता है।

• SC1 (NH₄OH/H₂O₂/H₂O)
  क्षारीय घोल जो लिफ्ट-ऑफ, माइक्रो-एचिंग और इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभावों के संयोजन के माध्यम से कणों को हटाता है।

• DHF (घुलित HF)
  मूल ऑक्साइड और कुछ धातु संदूषकों को हटाता है।

• SC2 (HCl/H₂O₂/H₂O)
  कॉम्प्लेक्सेशन और ऑक्सीकरण के माध्यम से धातु आयनों को हटाता है।

मुख्य रसायन:

• मजबूत एसिड (H₂SO₄, HCl)

• मजबूत ऑक्सीकारक (H₂O₂, ओजोन)

• क्षारीय घोल (NH₄OH, आदि)

भौतिक सहायता और सुखाने:

• कुशल, कोमल कण हटाने के लिए मेगासोनिक सफाई

• उच्च-शुद्धता DI पानी से धोना

• वाटरमार्क निर्माण को कम करने के लिए मारंगोनी / IPA वाष्प सुखाने

ग्लास वेफर सफाई

सफाई का उद्देश्य:
संदूषकों का चयनात्मक निष्कासन ग्लास सब्सट्रेट की रक्षा करते हुए और बनाए रखना:

• सतह खुरदरापन

• ज्यामिति और सपाटता

• ऑप्टिकल या कार्यात्मक सतह गुणवत्ता

विशिष्ट सफाई प्रवाह:

1. सर्फैक्टेंट के साथ हल्का-क्षारीय क्लीनर

   • इमल्सीकरण और फैलाव द्वारा कार्बनिक पदार्थों (तेल, उंगलियों के निशान) और कणों को हटाता है।

2. अम्लीय या तटस्थ क्लीनर (यदि आवश्यक हो)

   • धातु आयनों और विशिष्ट अकार्बनिक संदूषकों को लक्षित करता है, चेलटिंग एजेंट और हल्के एसिड का उपयोग करता है।

3. HF को सख्ती से टाला जाता है सब्सट्रेट क्षति को रोकने के लिए पूरी प्रक्रिया में।

मुख्य रसायन:

• के साथ कमजोर-क्षारीय सफाई एजेंट:

  • सर्फैक्टेंट (उदाहरण के लिए, एल्काइल पॉलीऑक्सीएथिलीन ईथर)

  • धातु चेलटिंग एजेंट (उदाहरण के लिए, HEDP)

  • कार्बनिक सफाई सहायता

भौतिक सहायता और सुखाने:

• अल्ट्रासोनिक और/या मेगासोनिक सफाई

• एकाधिक शुद्ध-पानी से धोना

• कोमल सुखाने (धीमी लिफ्ट-आउट, IPA वाष्प सुखाने, आदि)

V. व्यवहार में ग्लास वेफर सफाई

आजकल अधिकांश ग्लास प्रोसेसिंग प्लांट में, सफाई प्रक्रियाओं को ग्लास की नाजुकता और रसायन विज्ञान के आसपास डिज़ाइन किया गया है और इसलिए विशेष कमजोर-क्षारीय क्लीनर पर बहुत अधिक निर्भर करते हैं।

सफाई एजेंट की विशेषताएं

• pH आमतौर पर 8–9

• के आसपास

  • शामिल हैं:

  • सर्फैक्टेंट तेलों और उंगलियों के निशान को पायसीकृत और अलग करने के लिए

  • धातु आयनों को बांधने के लिए चेलटिंग एजेंट

• सफाई शक्ति को बढ़ावा देने के लिए कार्बनिक योजकके लिए तैयार किया गया है ग्लास मैट्रिक्स के लिए न्यूनतम संक्षारक

।

1. प्रक्रिया प्रवाहएक कमजोर-क्षारीय स्नान

2. में साफ करें (नियंत्रित सांद्रता)

3. धातु आयन निष्कासनका प्रयोग करें अल्ट्रासोनिक उत्तेजना

4. संदूषक हटाने को बढ़ाने के लिएएकाधिक प्रदर्शन करें

5. शुद्ध-पानी से धोना

कोमल सुखाने लागू करें (उदाहरण के लिए, स्नान से धीमी गति से उठाना, IPA वाष्प सुखाने)यह प्रवाह विश्वसनीय रूप से दृश्यमान सफाई और सामान्य सतह सफाई

मानक ग्लास वेफर अनुप्रयोगों के लिए आवश्यकताएं।

VI. अर्धचालक प्रसंस्करण में सिलिकॉन वेफर सफाईअर्धचालक निर्माण के लिए, सिलिकॉन वेफर्स आमतौर पर मानक RCA सफाई

• को बैकबोन प्रक्रिया के रूप में उपयोग करते हैं।को संबोधित करने में सक्षम सभी चार संदूषक प्रकार

• व्यवस्थित रूप सेप्रदान करता है अति-निम्न कण, कार्बनिक, और धातु आयन स्तर

• उन्नत डिवाइस प्रदर्शन के लिए आवश्यक

जटिल प्रक्रिया प्रवाह (गेट स्टैक निर्माण, उच्च-k/धातु गेट, आदि) में एकीकरण के साथ संगत

VII. जब ग्लास को अर्धचालक-स्तर की सफाई को पूरा करना चाहिएजैसे-जैसे ग्लास वेफर्स उच्च-अंत अनुप्रयोगों

• —उदाहरण के लिए:

• अर्धचालक प्रक्रियाओं में सब्सट्रेट के रूप में

उच्च-गुणवत्ता वाले पतली-फिल्म जमाव के लिए प्लेटफॉर्म के रूप में—पारंपरिक कमजोर-क्षारीय सफाई दृष्टिकोण अब पर्याप्त नहीं हो सकता है। ऐसे मामलों में, अर्धचालक सफाई अवधारणाओं को अपनाया जाता है ग्लास के लिए, जिससे एक संशोधित RCA-प्रकार की रणनीति

मिलती है।

• मुख्य रणनीति: ग्लास के लिए पतला और अनुकूलित RCA
  कार्बनिक निष्कासन

• कार्बनिक संदूषकों को विघटित करने के लिए SPM या ओजोन युक्त पानी जैसे हल्के ऑक्सीकरण समाधान का उपयोग करें।
  कण निष्कासनका प्रयोग करें अत्यधिक पतला SC1 कम तापमान और छोटे उपचार समय

  • , लाभ उठाना:

  • इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण
    कोमल माइक्रो-एचिंग

• ग्लास सब्सट्रेट पर हमले को कम करते हुए।
  धातु आयन निष्कासनका प्रयोग करें घुलित SC2

• या सरल पतला HCl/HNO₃ फॉर्मूलेशन धातु आयनों को चेलट और हटाने के लिए।
  HF/DHF का सख्त निषेध

ग्लास संक्षारण और सतह खुरदरापन को रोकने के लिए HF-आधारित चरणों से पूरी तरह से बचना चाहिए।इस संशोधित प्रक्रिया के दौरान, मेगासोनिक तकनीक का उपयोग

• :

• नैनोस्केल कणों को हटाने को काफी बढ़ाता है

ग्लास सतह की रक्षा करने के लिए पर्याप्त कोमल रहता है

निष्कर्षसिलिकॉन और ग्लास वेफर्स के लिए सफाई प्रक्रियाएं अनिवार्य रूप से उनके अंतिम-उपयोग आवश्यकताओं, सामग्री गुणों और भौतिक रासायनिक व्यवहार से रिवर्स-इंजीनियर हैं।

• सिलिकॉन वेफर सफाई विद्युत प्रदर्शन के समर्थन में “परमाणु-स्तर की सफाई” का पीछा करती है।

• ग्लास वेफर सफाई स्थिर भौतिक और ऑप्टिकल गुणों के साथ “सही, बिना क्षतिग्रस्त सतहों” को प्राथमिकता देती है।

जैसे-जैसे ग्लास वेफर्स को अर्धचालक और उन्नत पैकेजिंग अनुप्रयोगों में तेजी से शामिल किया जा रहा है, उनकी सफाई आवश्यकताओं में अनिवार्य रूप से वृद्धि होगी। पारंपरिक कमजोर-क्षारीय ग्लास सफाई अधिक परिष्कृत, अनुकूलित समाधानों की ओर विकसित होगी, जैसे संशोधित RCA-आधारित प्रक्रियाएं, ग्लास सब्सट्रेट की अखंडता का त्याग किए बिना उच्च स्तर की सफाई प्राप्त करने के लिए।