સિલિકોન વેફર્સ વિરુદ્ધ ગ્લાસ વેફર્સ: આપણે ખરેખર શું સાફ કરી રહ્યા છીએ? મટીરીયલ એસેન્સથી લઈને પ્રોસેસ-આધારિત સફાઈ સોલ્યુશન્સ સુધી

જોકે સિલિકોન અને ગ્લાસ વેફર્સ બંને "સાફ" થવાનો સામાન્ય ધ્યેય ધરાવે છે, સફાઈ દરમિયાન તેઓ જે પડકારોનો સામનો કરે છે અને નિષ્ફળતાનો સામનો કરે છે તે ખૂબ જ અલગ છે. આ વિસંગતતા સિલિકોન અને ગ્લાસની અંતર્ગત સામગ્રી ગુણધર્મો અને સ્પષ્ટીકરણ આવશ્યકતાઓ તેમજ તેમના અંતિમ ઉપયોગો દ્વારા સંચાલિત સફાઈના વિશિષ્ટ "ફિલોસોફી" ને કારણે ઉદ્ભવે છે.

પહેલા, ચાલો સ્પષ્ટ કરીએ: આપણે ખરેખર શું સાફ કરી રહ્યા છીએ? તેમાં કયા દૂષકોનો સમાવેશ થાય છે?

પ્રદૂષકોને ચાર શ્રેણીઓમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે:

1. કણ દૂષકો

   • ધૂળ, ધાતુના કણો, કાર્બનિક કણો, ઘર્ષક કણો (CMP પ્રક્રિયામાંથી), વગેરે.

   • આ દૂષકો પેટર્ન ખામીઓનું કારણ બની શકે છે, જેમ કે શોર્ટ્સ અથવા ઓપન સર્કિટ.

2. કાર્બનિક દૂષકો

   • ફોટોરેઝિસ્ટ અવશેષો, રેઝિન ઉમેરણો, માનવ ત્વચા તેલ, દ્રાવક અવશેષો વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.

   • કાર્બનિક દૂષકો માસ્ક બનાવી શકે છે જે એચિંગ અથવા આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશનને અવરોધે છે અને અન્ય પાતળા ફિલ્મના સંલગ્નતાને ઘટાડે છે.

3. ધાતુ આયન દૂષકો

   • આયર્ન, કોપર, સોડિયમ, પોટેશિયમ, કેલ્શિયમ, વગેરે, જે મુખ્યત્વે સાધનો, રસાયણો અને માનવ સંપર્કથી આવે છે.

   • સેમિકન્ડક્ટર્સમાં, ધાતુના આયનો "કિલર" દૂષકો છે, જે પ્રતિબંધિત બેન્ડમાં ઉર્જા સ્તર દાખલ કરે છે, જે લિકેજ પ્રવાહમાં વધારો કરે છે, વાહક જીવનકાળ ટૂંકાવે છે અને વિદ્યુત ગુણધર્મોને ગંભીર નુકસાન પહોંચાડે છે. કાચમાં, તેઓ અનુગામી પાતળી ફિલ્મોની ગુણવત્તા અને સંલગ્નતાને અસર કરી શકે છે.

4. મૂળ ઓક્સાઇડ સ્તર

   • સિલિકોન વેફર્સ માટે: સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ (નેટિવ ઓક્સાઇડ) નું પાતળું પડ કુદરતી રીતે હવામાં સપાટી પર બને છે. આ ઓક્સાઇડ સ્તરની જાડાઈ અને એકરૂપતાને નિયંત્રિત કરવી મુશ્કેલ છે, અને ગેટ ઓક્સાઇડ જેવા મુખ્ય માળખાના નિર્માણ દરમિયાન તેને સંપૂર્ણપણે દૂર કરવું આવશ્યક છે.

   • ગ્લાસ વેફર્સ માટે: ગ્લાસ પોતે સિલિકા નેટવર્ક માળખું છે, તેથી "નેટિવ ઓક્સાઇડ સ્તર દૂર કરવાનો" કોઈ મુદ્દો નથી. જો કે, દૂષણને કારણે સપાટીમાં ફેરફાર થયો હશે, અને આ સ્તરને દૂર કરવાની જરૂર છે.

I. મુખ્ય ધ્યેયો: વિદ્યુત કામગીરી અને ભૌતિક સંપૂર્ણતા વચ્ચેનો તફાવત

• સિલિકોન વેફર્સ

  • સફાઈનો મુખ્ય ધ્યેય વિદ્યુત કામગીરી સુનિશ્ચિત કરવાનો છે. સ્પષ્ટીકરણોમાં સામાન્ય રીતે કડક કણોની ગણતરી અને કદ (દા.ત., ≥0.1μm કણો અસરકારક રીતે દૂર કરવા જોઈએ), ધાતુના આયન સાંદ્રતા (દા.ત., Fe, Cu ને ≤10¹⁰ અણુ/cm² અથવા તેનાથી ઓછા સુધી નિયંત્રિત કરવા જોઈએ), અને કાર્બનિક અવશેષ સ્તરનો સમાવેશ થાય છે. સૂક્ષ્મ દૂષણ પણ સર્કિટ શોર્ટ્સ, લિકેજ કરંટ અથવા ગેટ ઓક્સાઇડ અખંડિતતાની નિષ્ફળતા તરફ દોરી શકે છે.

• ગ્લાસ વેફર્સ

  • સબસ્ટ્રેટ તરીકે, મુખ્ય આવશ્યકતાઓ ભૌતિક સંપૂર્ણતા અને રાસાયણિક સ્થિરતા છે. સ્પષ્ટીકરણો સ્ક્રેચમુદ્દેની ગેરહાજરી, દૂર ન કરી શકાય તેવા ડાઘ અને મૂળ સપાટીની ખરબચડી અને ભૂમિતિની જાળવણી જેવા મેક્રો-લેવલ પાસાઓ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. સફાઈનો ધ્યેય મુખ્યત્વે કોટિંગ જેવી અનુગામી પ્રક્રિયાઓ માટે દ્રશ્ય સ્વચ્છતા અને સારી સંલગ્નતા સુનિશ્ચિત કરવાનો છે.

II. ભૌતિક પ્રકૃતિ: સ્ફટિકીય અને આકારહીન વચ્ચેનો મૂળભૂત તફાવત

• સિલિકોન

  • સિલિકોન એક સ્ફટિકીય પદાર્થ છે, અને તેની સપાટી કુદરતી રીતે બિન-સમાન સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ (SiO₂) ઓક્સાઇડ સ્તર ઉગે છે. આ ઓક્સાઇડ સ્તર વિદ્યુત કામગીરી માટે જોખમ ઊભું કરે છે અને તેને સંપૂર્ણપણે અને એકસરખી રીતે દૂર કરવું આવશ્યક છે.

• કાચ

  • કાચ એક આકારહીન સિલિકા નેટવર્ક છે. તેનું બલ્ક મટીરીયલ સિલિકોનના સિલિકોન ઓક્સાઇડ સ્તર જેવું જ છે, જેનો અર્થ એ છે કે તેને હાઇડ્રોફ્લોરિક એસિડ (HF) દ્વારા ઝડપથી કોતરવામાં આવી શકે છે અને તે મજબૂત આલ્કલી ધોવાણ માટે પણ સંવેદનશીલ છે, જેના કારણે સપાટીની ખરબચડી અથવા વિકૃતિમાં વધારો થાય છે. આ મૂળભૂત તફાવત સૂચવે છે કે સિલિકોન વેફર સફાઈ દૂષકોને દૂર કરવા માટે પ્રકાશ, નિયંત્રિત કોતરણીને સહન કરી શકે છે, જ્યારે કાચ વેફર સફાઈ બેઝ મટીરીયલને નુકસાન ન થાય તે માટે અત્યંત કાળજી સાથે કરવી જોઈએ.

III. સફાઈ ઉકેલોની સરખામણી

ઉપરોક્ત ધ્યેયો અને સામગ્રીની લાક્ષણિકતાઓના આધારે, સિલિકોન અને ગ્લાસ વેફર માટેના સફાઈ ઉકેલો અલગ પડે છે:

• ગ્લાસ વેફર સફાઈ પ્રક્રિયા

  • હાલમાં, મોટાભાગના કાચ પ્રોસેસિંગ પ્લાન્ટ કાચની સામગ્રીની લાક્ષણિકતાઓના આધારે સફાઈ પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરે છે, જે મુખ્યત્વે નબળા આલ્કલાઇન સફાઈ એજન્ટો પર આધાર રાખે છે.

  • સફાઈ એજન્ટ લાક્ષણિકતાઓ:આ વિશિષ્ટ સફાઈ એજન્ટો સામાન્ય રીતે નબળા આલ્કલાઇન હોય છે, જેનો pH 8-9 ની આસપાસ હોય છે. તેમાં સામાન્ય રીતે સર્ફેક્ટન્ટ્સ (દા.ત., આલ્કિલ પોલીઓક્સીથિલીન ઈથર), મેટલ ચેલેટીંગ એજન્ટ્સ (દા.ત., HEDP), અને કાર્બનિક સફાઈ સહાયકો હોય છે, જે તેલ અને ફિંગરપ્રિન્ટ્સ જેવા કાર્બનિક દૂષકોને પ્રવાહી બનાવવા અને વિઘટિત કરવા માટે રચાયેલ છે, જ્યારે કાચ મેટ્રિક્સ માટે ઓછામાં ઓછા કાટ લાગતા હોય છે.

  • પ્રક્રિયા પ્રવાહ:લાક્ષણિક સફાઈ પ્રક્રિયામાં ઓરડાના તાપમાનથી લઈને 60°C સુધીના તાપમાને નબળા આલ્કલાઇન સફાઈ એજન્ટોની ચોક્કસ સાંદ્રતાનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાસોનિક સફાઈ સાથે કરવામાં આવે છે. સફાઈ કર્યા પછી, વેફર્સ શુદ્ધ પાણી અને હળવા સૂકવણી (દા.ત., ધીમી ઉપાડ અથવા IPA વરાળ સૂકવણી) સાથે અનેક ધોવાના પગલાંમાંથી પસાર થાય છે. આ પ્રક્રિયા દ્રશ્ય સ્વચ્છતા અને સામાન્ય સ્વચ્છતા માટે ગ્લાસ વેફરની આવશ્યકતાઓને અસરકારક રીતે પૂર્ણ કરે છે.

• સિલિકોન વેફર સફાઈ પ્રક્રિયા

  • સેમિકન્ડક્ટર પ્રોસેસિંગ માટે, સિલિકોન વેફર્સ સામાન્ય રીતે પ્રમાણભૂત RCA સફાઈમાંથી પસાર થાય છે, જે એક અત્યંત અસરકારક સફાઈ પદ્ધતિ છે જે તમામ પ્રકારના દૂષકોને વ્યવસ્થિત રીતે સંબોધવામાં સક્ષમ છે, જે ખાતરી કરે છે કે સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણો માટે વિદ્યુત કામગીરી આવશ્યકતાઓ પૂર્ણ થાય છે.

IV. જ્યારે કાચ ઉચ્ચ "સ્વચ્છતા" ધોરણોને પૂર્ણ કરે છે

જ્યારે કાચના વેફરનો ઉપયોગ કડક કણોની ગણતરી અને ધાતુના આયન સ્તરની જરૂર હોય તેવા કાર્યક્રમોમાં થાય છે (દા.ત., સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયાઓમાં સબસ્ટ્રેટ તરીકે અથવા ઉત્તમ પાતળા ફિલ્મ ડિપોઝિશન સપાટીઓ માટે), ત્યારે આંતરિક સફાઈ પ્રક્રિયા હવે પૂરતી ન હોઈ શકે. આ કિસ્સામાં, સેમિકન્ડક્ટર સફાઈ સિદ્ધાંતો લાગુ કરી શકાય છે, જેમાં સુધારેલી RCA સફાઈ વ્યૂહરચના રજૂ કરવામાં આવે છે.

આ વ્યૂહરચનાનો મુખ્ય હેતુ કાચની સંવેદનશીલ પ્રકૃતિને સમાયોજિત કરવા માટે પ્રમાણભૂત RCA પ્રક્રિયા પરિમાણોને પાતળું અને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવાનો છે:

• કાર્બનિક દૂષકો દૂર કરવા:SPM સોલ્યુશન્સ અથવા હળવા ઓઝોન પાણીનો ઉપયોગ મજબૂત ઓક્સિડેશન દ્વારા કાર્બનિક દૂષકોને વિઘટિત કરવા માટે કરી શકાય છે.

• કણ દૂર કરવું:કાચ પર કાટ ઓછો કરીને, કણો દૂર કરવા માટે તેના ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક રિપલ્શન અને માઇક્રો-એચિંગ અસરોનો ઉપયોગ કરવા માટે, ખૂબ જ પાતળું SC1 સોલ્યુશન ઓછા તાપમાને અને ટૂંકા ટ્રીટમેન્ટ સમયમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.

• મેટલ આયન દૂર કરવું:ચીલેશન દ્વારા ધાતુના દૂષકોને દૂર કરવા માટે પાતળું SC2 દ્રાવણ અથવા સરળ પાતળું હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ/પાતળું નાઇટ્રિક એસિડ દ્રાવણનો ઉપયોગ થાય છે.

• કડક પ્રતિબંધો:કાચના સબસ્ટ્રેટના કાટને રોકવા માટે DHF (ડાય-એમોનિયમ ફ્લોરાઇડ) ને સંપૂર્ણપણે ટાળવું જોઈએ.

સમગ્ર સંશોધિત પ્રક્રિયામાં, મેગાસોનિક ટેકનોલોજીનું સંયોજન નેનો-કદના કણોને દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતામાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે અને સપાટી પર નરમ પડે છે.

નિષ્કર્ષ

સિલિકોન અને ગ્લાસ વેફર્સ માટેની સફાઈ પ્રક્રિયાઓ તેમની અંતિમ એપ્લિકેશન આવશ્યકતાઓ, સામગ્રી ગુણધર્મો અને ભૌતિક અને રાસાયણિક લાક્ષણિકતાઓના આધારે રિવર્સ એન્જિનિયરિંગનું અનિવાર્ય પરિણામ છે. સિલિકોન વેફર્સ સફાઈ વિદ્યુત કામગીરી માટે "પરમાણુ-સ્તરની સ્વચ્છતા" શોધે છે, જ્યારે ગ્લાસ વેફર્સ સફાઈ "સંપૂર્ણ, અક્ષતિગ્રસ્ત" ભૌતિક સપાટીઓ પ્રાપ્ત કરવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. જેમ જેમ ગ્લાસ વેફર્સનો ઉપયોગ સેમિકન્ડક્ટર એપ્લિકેશન્સમાં વધુને વધુ થઈ રહ્યો છે, તેમ તેમ તેમની સફાઈ પ્રક્રિયાઓ અનિવાર્યપણે પરંપરાગત નબળા આલ્કલાઇન સફાઈથી આગળ વધશે, ઉચ્ચ સ્વચ્છતા ધોરણોને પૂર્ણ કરવા માટે સંશોધિત RCA પ્રક્રિયા જેવા વધુ શુદ્ધ, કસ્ટમાઇઝ્ડ ઉકેલો વિકસાવશે.