Tại sao CO₂ được đưa vào trong quá trình cắt miếng wafer?

Đưa CO₂ vào nước thái hạt lựu trong quá trìnhbánh xốpcắt là một biện pháp quy trình hiệu quả để ngăn chặn sự tích tụ điện tích tĩnh và giảm nguy cơ ô nhiễm, từ đó cải thiện năng suất thái hạt lựu và độ tin cậy của chip lâu dài.

1. Ngăn chặn sự tích tụ tĩnh điện

Trong lúccắt miếngbánh xốp, một lưỡi kim cương quay tốc độ cao hoạt động cùng với các tia nước khử ion (DI) áp suất cao để thực hiện cắt, làm mát và làm sạch. Ma sát mạnh giữa lưỡi dao và tấm bán dẫn tạo ra một lượng tĩnh điện lớn; đồng thời, nước DI trải qua quá trình ion hóa nhẹ dưới tác động và phun tốc độ cao, tạo ra một lượng nhỏ ion. Vì bản thân silicon có xu hướng tích tụ điện tích nên nếu điện tích này không được xả kịp thời, điện áp có thể tăng lên 500 V trở lên và gây ra hiện tượng phóng tĩnh điện (ESD).

ESD không chỉ có thể phá vỡ các liên kết kim loại hoặc làm hỏng chất điện môi giữa các lớp mà còn khiến bụi silicon bám vào bề mặt wafer thông qua lực hút tĩnh điện, dẫn đến khuyết tật hạt. Trong những trường hợp nghiêm trọng hơn, nó có thể gây ra các vấn đề về miếng đệm liên kết như liên kết dây kém hoặc bong tróc liên kết.

Khi carbon dioxide (CO₂) hòa tan trong nước, nó tạo thành axit carbonic (H₂CO₃), axit này tiếp tục phân ly thành các ion hydro (H⁺) và ion bicarbonate (HCO₃⁻). Điều này làm tăng đáng kể độ dẫn của nước thái hạt lựu và làm giảm điện trở suất của nó. Độ dẫn điện cao hơn cho phép điện tích tĩnh nhanh chóng được dẫn đi qua dòng nước xuống đất, khiến điện tích khó tích tụ trên tấm bán dẫn hoặc bề mặt thiết bị.

Ngoài ra, CO₂ là chất khí có độ âm điện yếu. Trong môi trường năng lượng cao, nó có thể bị ion hóa để tạo thành các loại tích điện như CO₂⁺ và O⁻. Các ion này có thể trung hòa điện tích trên bề mặt wafer và trên các hạt trong không khí, làm giảm hơn nữa nguy cơ hút tĩnh điện và các hiện tượng ESD.

2. Giảm ô nhiễm và bảo vệ bề mặtbánh xốp

Việc cắt wafer tạo ra một lượng lớn bụi silicon. Những hạt mịn này dễ dàng tích điện và bám vào bề mặt tấm bán dẫn hoặc thiết bị, gây ra ô nhiễm hạt. Nếu nước làm mát có tính kiềm nhẹ, nó cũng có thể thúc đẩy các ion kim loại (như Fe, Ni và Cr thoát ra từ bộ lọc hoặc đường ống bằng thép không gỉ) tạo thành kết tủa hydroxit kim loại. Những kết tủa này có thể đọng lại trên bề mặt wafer hoặc trong các đường cắt hạt, ảnh hưởng xấu đến chất lượng chip.

Sau khi đưa CO₂ vào, một mặt, quá trình trung hòa điện tích làm suy yếu lực hút tĩnh điện giữa bụi và bề mặt tấm bán dẫn; mặt khác, luồng khí CO₂ giúp phân tán các hạt ra khỏi vùng thái hạt lựu, giảm khả năng chúng tái lắng đọng ở những khu vực quan trọng.

Môi trường axit yếu được hình thành bởi CO₂ hòa tan cũng ngăn chặn quá trình chuyển đổi các ion kim loại thành kết tủa hydroxit, giữ cho kim loại ở trạng thái hòa tan để chúng dễ dàng bị dòng nước cuốn đi hơn, giúp giảm cặn bám trên tấm bán dẫn và thiết bị.

Đồng thời, CO₂ trơ. Bằng cách hình thành một bầu không khí bảo vệ nhất định trong khu vực thái hạt lựu, nó có thể làm giảm sự tiếp xúc trực tiếp giữa bụi silicon và oxy, giảm nguy cơ oxy hóa bụi, kết tụ và bám dính sau đó trên các bề mặt. Điều này giúp duy trì môi trường cắt sạch hơn và điều kiện quy trình ổn định hơn.

Đưa CO₂ vào nước thái trong quá trình cắt wafer không chỉ kiểm soát hiệu quả nguy cơ tĩnh điện và ESD mà còn giảm đáng kể ô nhiễm bụi và kim loại, khiến đây trở thành một phương tiện quan trọng để cải thiện năng suất thái và độ tin cậy của chip.