مصادر تلوث رقاقة أشباه الموصلات وتنظيفها

تتطلب صناعة أشباه الموصلات استخدام بعض المواد العضوية وغير العضوية. بالإضافة إلى ذلك، ولأن العملية تُجرى دائمًا في غرفة نظيفة بمشاركة بشرية، فإن أشباه الموصلاترقائقملوثة حتما بشوائب مختلفة.

وفقا لمصدر وطبيعة الملوثات، يمكن تقسيمها تقريبًا إلى أربع فئات: الجسيمات، والمواد العضوية، والأيونات المعدنية والأكاسيد.

 

1. الجسيمات:

تتكون الجسيمات بشكل أساسي من بعض البوليمرات والمواد المقاومة للضوء وشوائب الحفر.

تعتمد هذه الملوثات عادة على القوى بين الجزيئات للامتصاص على سطح الرقاقة، مما يؤثر على تكوين الأشكال الهندسية والمعلمات الكهربائية لعملية الطباعة الضوئية للجهاز.

تتم إزالة هذه الملوثات بشكل أساسي عن طريق تقليل مساحة تلامسها مع سطح المنتج تدريجيًا.رقاقةمن خلال الطرق الفيزيائية أو الكيميائية.

 

2. المادة العضوية:

مصادر الشوائب العضوية واسعة نسبيا، مثل زيت الجلد البشري، والبكتيريا، وزيت الآلات، وشحوم الفراغ، ومقاوم الضوء، ومذيبات التنظيف، وما إلى ذلك.

عادة ما تشكل هذه الملوثات طبقة عضوية على سطح الرقاقة لمنع سائل التنظيف من الوصول إلى سطح الرقاقة، مما يؤدي إلى تنظيف غير كامل لسطح الرقاقة.

تتم إزالة هذه الملوثات في كثير من الأحيان في الخطوة الأولى من عملية التنظيف، وذلك باستخدام الطرق الكيميائية بشكل أساسي مثل حمض الكبريتيك وبيروكسيد الهيدروجين.

 

3. أيونات المعادن:

تشمل الشوائب المعدنية الشائعة الحديد والنحاس والألمنيوم والكروم والحديد الزهر والتيتانيوم والصوديوم والبوتاسيوم والليثيوم وما إلى ذلك. المصادر الرئيسية هي الأدوات المختلفة والأنابيب والكواشف الكيميائية والتلوث المعدني الناتج عن تشكيل الترابطات المعدنية أثناء المعالجة.

يتم إزالة هذا النوع من الشوائب في كثير من الأحيان بالطرق الكيميائية من خلال تكوين معقدات أيونية معدنية.

 

4. أكسيد:

عندما تكون أشباه الموصلاترقائقعند تعرضها لبيئة تحتوي على الأكسجين والماء، تتشكل طبقة أكسيد طبيعية على سطحها. تُعيق هذه الطبقة الأكسيدية العديد من عمليات تصنيع أشباه الموصلات، كما تحتوي على شوائب معدنية معينة. وفي ظل ظروف معينة، تُسبب عيوبًا كهربائية.

تتم إزالة هذا الفيلم الأكسيدي في كثير من الأحيان عن طريق النقع في حمض الهيدروفلوريك المخفف.

 

تسلسل التنظيف العام

الشوائب الممتصة على سطح أشباه الموصلاترقائقيمكن تقسيمها إلى ثلاثة أنواع: الجزيئية والأيونية والذرية.

من بينها، قوة الامتصاص بين الشوائب الجزيئية وسطح الرقاقة ضعيفة، وهذا النوع من جزيئات الشوائب سهل الإزالة نسبيًا. وهي في الغالب شوائب زيتية ذات خصائص كارهة للماء، مما يُغطي الشوائب الأيونية والذرية التي تُلوث سطح رقائق أشباه الموصلات، مما لا يُساعد على إزالة هذين النوعين من الشوائب. لذلك، عند التنظيف الكيميائي لرقائق أشباه الموصلات، يجب إزالة الشوائب الجزيئية أولًا.

لذلك، فإن الإجراء العام لأشباه الموصلاترقاقةعملية التنظيف هي:

إزالة الجزيئات - إزالة الأيونات - إزالة الذرات - شطف الماء منزوع الأيونات.

بالإضافة إلى ذلك، لإزالة طبقة الأكسيد الطبيعية عن سطح الرقاقة، يلزم نقعها بحمض أميني مخفف. لذلك، تتمثل فكرة التنظيف في إزالة الشوائب العضوية عن السطح أولًا، ثم إذابة طبقة الأكسيد، وأخيرًا إزالة الجسيمات والشوائب المعدنية، ثم تعقيم السطح.

 

طرق التنظيف الشائعة

تُستخدم الطرق الكيميائية في كثير من الأحيان لتنظيف رقائق أشباه الموصلات.

يشير التنظيف الكيميائي إلى عملية استخدام الكواشف الكيميائية المختلفة والمذيبات العضوية للتفاعل أو إذابة الشوائب وبقع الزيت على سطح الرقاقة لإزالة الشوائب، ثم الشطف بكمية كبيرة من الماء منزوع الأيونات الساخن والبارد عالي النقاء للحصول على سطح نظيف.

يمكن تقسيم التنظيف الكيميائي إلى التنظيف الكيميائي الرطب والتنظيف الكيميائي الجاف، حيث لا يزال التنظيف الكيميائي الرطب هو السائد.

 

التنظيف الكيميائي الرطب

 

1. التنظيف الكيميائي الرطب:

يتضمن التنظيف الكيميائي الرطب بشكل أساسي غمر المحلول، والفرك الميكانيكي، والتنظيف بالموجات فوق الصوتية، والتنظيف بالموجات فوق الصوتية، والرش الدوار، وما إلى ذلك.

 

2. غمر المحلول:

الغمر بالمحلول هو طريقة لإزالة تلوث السطح بغمر الرقاقة في محلول كيميائي. وهي الطريقة الأكثر شيوعًا في التنظيف الكيميائي الرطب. يمكن استخدام محاليل مختلفة لإزالة أنواع مختلفة من الملوثات على سطح الرقاقة.

عادةً، لا تتمكن هذه الطريقة من إزالة الشوائب تمامًا من سطح الرقاقة، لذا غالبًا ما تُستخدم التدابير الفيزيائية مثل التسخين والموجات فوق الصوتية والتحريك أثناء الغمر.

 

3. التنظيف الميكانيكي:

يُستخدم التنظيف الميكانيكي عادةً لإزالة الجسيمات أو البقايا العضوية من سطح الرقاقة. ويمكن تقسيمه عمومًا إلى طريقتين:التنظيف اليدوي والتنظيف باستخدام ممسحة.

التنظيف اليدويأبسط طريقة للفرك هي استخدام فرشاة من الفولاذ المقاوم للصدأ، حيث تُمسك كرة مُشبعة بالإيثانول اللامائي أو مذيبات عضوية أخرى، ثم تُفرك برفق سطح الرقاقة في نفس الاتجاه لإزالة طبقة الشمع والغبار وبقايا الغراء أو أي جزيئات صلبة أخرى. هذه الطريقة قد تُسبب خدوشًا وتلوثًا خطيرًا.

تستخدم الماسحة دورانًا ميكانيكيًا لفرك سطح الرقاقة بفرشاة صوف ناعمة أو فرشاة مختلطة. هذه الطريقة تقلل بشكل كبير من خدوش الرقاقة. بفضل قلة الاحتكاك الميكانيكي، لا تخدش الماسحة عالية الضغط الرقاقة، ويمكنها إزالة الأوساخ من الأخدود.

 

4. التنظيف بالموجات فوق الصوتية:

التنظيف بالموجات فوق الصوتية هو طريقة تنظيف شائعة الاستخدام في صناعة أشباه الموصلات. يتميز بفعاليته العالية في التنظيف، وسهولة استخدامه، وقدرته على تنظيف الأجهزة والحاويات المعقدة.

تعتمد طريقة التنظيف هذه على موجات فوق صوتية قوية (التردد الشائع هو 20 ثانية و40 كيلوهرتز)، وتتكون أجزاء متفرقة وكثيفة داخل الوسط السائل. تُنتج هذه الأجزاء المتفرقة فقاعة تجويف شبه مفرغة. عندما تختفي فقاعة التجويف، يتولد ضغط موضعي قوي بالقرب منها، مما يُكسر الروابط الكيميائية في الجزيئات ويُذيب الشوائب على سطح الرقاقة. يُعد التنظيف بالموجات فوق الصوتية أكثر فعالية في إزالة بقايا التدفق غير القابلة للذوبان أو غير القابلة للذوبان.

 

5. التنظيف بالموجات فوق الصوتية:

لا تتمتع تقنية التنظيف بالموجات فوق الصوتية بمزايا التنظيف بالموجات فوق الصوتية فحسب، بل تتغلب أيضًا على عيوبها.

التنظيف بالموجات فوق الصوتية هو طريقة لتنظيف الرقاقات من خلال الجمع بين تأثير الاهتزاز عالي الطاقة (850 كيلوهرتز) والتفاعل الكيميائي لمواد التنظيف الكيميائية. أثناء التنظيف، تُسرّع الموجة فوق الصوتية جزيئات المحلول (تصل أقصى سرعة لحظية لها إلى 30 سم فولت في الثانية)، وتؤثر موجة السائل عالية السرعة باستمرار على سطح الرقاقة، مما يُزيل الملوثات والجسيمات الدقيقة الملتصقة بسطح الرقاقة بالقوة ويدخل محلول التنظيف. من جهة، تُحقق إضافة مواد خافضة للتوتر السطحي حمضية إلى محلول التنظيف غرض إزالة الجسيمات والمواد العضوية على سطح التلميع من خلال امتصاص المواد الخافضة للتوتر السطحي؛ ومن جهة أخرى، من خلال دمج المواد الخافضة للتوتر السطحي والبيئة الحمضية، يُمكن تحقيق غرض إزالة التلوث المعدني على سطح صفيحة التلميع. يمكن لهذه الطريقة أن تلعب دور المسح الميكانيكي والتنظيف الكيميائي في آن واحد.

في الوقت الحاضر، أصبحت طريقة التنظيف بالموجات فوق الصوتية طريقة فعالة لتنظيف صفائح التلميع.

 

6. طريقة الرش الدوارة:

طريقة الرش الدوراني هي طريقة تستخدم الطرق الميكانيكية لتدوير الرقاقة بسرعة عالية، وترش بشكل مستمر السائل (ماء منزوع الأيونات عالي النقاء أو سائل تنظيف آخر) على سطح الرقاقة أثناء عملية الدوران لإزالة الشوائب الموجودة على سطح الرقاقة.

تعتمد هذه الطريقة على استخدام التلوث الموجود على سطح الرقاقة لإذابته في السائل المرشوش (أو التفاعل معه كيميائيًا لإذابته)، وتستخدم التأثير الطرد المركزي للدوران عالي السرعة لجعل السائل المحتوي على الشوائب منفصلاً عن سطح الرقاقة في الوقت المناسب.

تتميز طريقة الرش الدوار بمزايا التنظيف الكيميائي، وتنظيف ميكانيكا الموائع، والفرك عالي الضغط. وفي الوقت نفسه، يمكن دمج هذه الطريقة مع عملية التجفيف. بعد فترة من التنظيف برش الماء منزوع الأيونات، يتوقف رذاذ الماء ويُستخدم غاز الرش. وفي الوقت نفسه، يمكن زيادة سرعة الدوران لزيادة قوة الطرد المركزي لتجفيف سطح الرقاقة بسرعة.

 

7.التنظيف الكيميائي الجاف

يشير التنظيف الجاف إلى تقنية التنظيف التي لا تستخدم المحاليل.

تتضمن تقنيات التنظيف الجاف المستخدمة حاليًا ما يلي: تقنية تنظيف البلازما، وتقنية تنظيف الطور الغازي، وتقنية تنظيف الشعاع، وما إلى ذلك.

تتمثل مزايا التنظيف الجاف في سهولة العملية وعدم التلوث البيئي، ولكن التكلفة مرتفعة ونطاق الاستخدام ليس كبيرًا في الوقت الحالي.

 

1. تقنية تنظيف البلازما:

يُستخدم تنظيف البلازما غالبًا في عملية إزالة المقاوم الضوئي. تُدخل كمية صغيرة من الأكسجين إلى نظام تفاعل البلازما. تحت تأثير مجال كهربائي قوي، يُولّد الأكسجين بلازما، مما يُؤكسد المقاوم الضوئي بسرعة ويحوّله إلى حالة غازية متطايرة، ثم يُستخرج.

تتميز تقنية التنظيف هذه بسهولة التشغيل، والكفاءة العالية، ونظافة السطح، وعدم وجود خدوش، مما يضمن جودة المنتج في عملية إزالة الصمغ. علاوة على ذلك، لا تستخدم الأحماض والقلويات والمذيبات العضوية، ولا تسبب مشاكل مثل التخلص من النفايات والتلوث البيئي. لذلك، تزداد شعبيتها بين الناس. ومع ذلك، لا يمكنها إزالة الكربون وغيره من شوائب المعادن غير المتطايرة أو أكاسيد المعادن.

 

2. تقنية تنظيف الطور الغازي:

يشير تنظيف الطور الغازي إلى طريقة تنظيف تستخدم ما يعادل الطور الغازي للمادة المقابلة في عملية السائل للتفاعل مع المادة الملوثة على سطح الرقاقة لتحقيق غرض إزالة الشوائب.

على سبيل المثال، في عملية CMOS، يستخدم تنظيف الرقاقة التفاعل بين HF في الطور الغازي وبخار الماء لإزالة الأكاسيد. عادةً، يجب أن تصاحب عملية HF التي تحتوي على الماء عملية إزالة للجسيمات، بينما لا يتطلب استخدام تقنية تنظيف HF في الطور الغازي عملية إزالة لاحقة للجسيمات.

إن أهم المزايا مقارنة بعملية HF المائية هي استهلاك أقل بكثير من المواد الكيميائية HF وكفاءة تنظيف أعلى.

 

نرحب بأي عملاء من جميع أنحاء العالم لزيارتنا لمناقشة أخرى!

https://www.vet-china.com/

https://www.facebook.com/people/Ningbo-Miami-Advanced-Material-Technology-Co-Ltd/100085673110923/

https://www.linkedin.com/company/100890232/admin/page-posts/published/

https://www.youtube.com/@user-oo9nl2qp6j