مصادر تلوث رقائق أشباه الموصلات وتنظيفها

تتطلب صناعة أشباه الموصلات استخدام بعض المواد العضوية وغير العضوية. بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا لأن العملية تُجرى دائمًا في غرفة نظيفة بمشاركة بشرية، فإن أشباه الموصلاترقائق السيليكونتتلوث حتماً بشوائب مختلفة.

وفقًا لمصدر وطبيعة الملوثات، يمكن تقسيمها تقريبًا إلى أربع فئات: الجسيمات، والمواد العضوية، وأيونات المعادن، والأكاسيد.

 

1. الجسيمات:

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

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

تُزال هذه الملوثات بشكل رئيسي عن طريق تقليل مساحة تلامسها مع سطحرقاقةمن خلال الطرق الفيزيائية أو الكيميائية.

 

2. المواد العضوية:

تتنوع مصادر الشوائب العضوية بشكل كبير، مثل زيت جلد الإنسان، 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.

غالباً ما تتم إزالة هذه الملوثات في الخطوة الأولى من عملية التنظيف، وذلك باستخدام طرق كيميائية بشكل أساسي مثل حمض الكبريتيك وبيروكسيد الهيدروجين.

 

3. أيونات المعادن:

تشمل الشوائب المعدنية الشائعة الحديد والنحاس والألومنيوم والكروم والحديد الزهر والتيتانيوم والصوديوم والبوتاسيوم والليثيوم وما إلى ذلك. المصادر الرئيسية هي الأواني المختلفة والأنابيب والكواشف الكيميائية والتلوث المعدني الناتج عند تكوين الوصلات المعدنية أثناء المعالجة.

غالباً ما تتم إزالة هذا النوع من الشوائب بالطرق الكيميائية من خلال تكوين معقدات أيونية معدنية.

 

4. أكسيد:

عندما أشباه الموصلاترقائق السيليكونعند تعرض أشباه الموصلات لبيئة تحتوي على الأكسجين والماء، تتشكل طبقة أكسيد طبيعية على سطحها. تعيق هذه الطبقة العديد من عمليات تصنيع أشباه الموصلات، كما أنها تحتوي على شوائب معدنية معينة. وفي ظروف معينة، قد تُسبب هذه الشوائب عيوبًا كهربائية.

غالباً ما تتم إزالة طبقة الأكسيد هذه عن طريق النقع في حمض الهيدروفلوريك المخفف.

 

تسلسل التنظيف العام

الشوائب الممتصة على سطح أشباه الموصلاترقائق السيليكونيمكن تقسيمها إلى ثلاثة أنواع: جزيئية، أيونية، وذرية.

من بين هذه الشوائب، تكون قوة الامتزاز بين الشوائب الجزيئية وسطح الرقاقة ضعيفة، مما يجعل إزالة هذا النوع من الجسيمات أسهل نسبيًا. وهي في الغالب شوائب زيتية ذات خصائص كارهة للماء، والتي قد تحجب الشوائب الأيونية والذرية التي تلوث سطح رقائق أشباه الموصلات، مما يعيق إزالة هذين النوعين من الشوائب. لذلك، عند تنظيف رقائق أشباه الموصلات كيميائيًا، يجب إزالة الشوائب الجزيئية أولًا.

لذلك، فإن الإجراء العام لأشباه الموصلاترقاقةعملية التنظيف هي:

إزالة الجزيئات - إزالة الأيونات - إزالة الذرات - الشطف بالماء منزوع الأيونات.

بالإضافة إلى ذلك، ولإزالة طبقة الأكسيد الطبيعية على سطح الرقاقة، يلزم إضافة خطوة نقع في محلول مخفف من الأحماض الأمينية. لذا، تقوم فكرة التنظيف على إزالة التلوث العضوي من السطح أولاً، ثم إذابة طبقة الأكسيد، وأخيراً إزالة الجزيئات والتلوث المعدني، مع تخميل السطح في الوقت نفسه.

 

طرق التنظيف الشائعة

تُستخدم الطرق الكيميائية غالبًا 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 شطفها بكمية كبيرة من الماء الساخن والبارد عالي النقاء منزوع الأيونات للحصول على سطح نظيف.

يمكن تقسيم التنظيف الكيميائي إلى التنظيف الكيميائي الرطب والتنظيف الكيميائي الجاف، ولا يزال التنظيف الكيميائي الرطب هو السائد بينهما.

 

التنظيف الكيميائي الرطب

 

1. التنظيف الكيميائي الرطب:

يشمل التنظيف الكيميائي الرطب بشكل أساسي غمر المحلول، والفرك الميكانيكي، والتنظيف بالموجات فوق الصوتية، والتنظيف بالموجات فوق الصوتية العالية، والرش الدوراني، وما إلى ذلك.

 

2. غمر المحلول:

يُعدّ الغمر في المحلول طريقةً لإزالة التلوث السطحي عن طريق غمر الرقاقة في محلول كيميائي. وهي الطريقة الأكثر شيوعًا في التنظيف الكيميائي الرطب. ويمكن استخدام محاليل مختلفة لإزالة أنواع مختلفة من الملوثات على سطح الرقاقة.

عادة، لا تستطيع هذه الطريقة إزالة الشوائب تمامًا من سطح الرقاقة، لذلك غالبًا ما يتم استخدام التدابير الفيزيائية مثل التسخين والموجات فوق الصوتية والتحريك أثناء الغمر.

 

3. التنظيف الميكانيكي:

تُستخدم عملية التنظيف الميكانيكي غالبًا لإزالة الجزيئات أو البقايا العضوية من سطح الرقاقة. ويمكن تقسيمها عمومًا إلى طريقتين:التنظيف اليدوي والتنظيف بواسطة ماسحة.

التنظيف اليدويتُعدّ هذه الطريقة أبسط طرق التنظيف. تُستخدم فرشاة من الفولاذ المقاوم للصدأ لحمل كرة مغموسة في الإيثانول اللامائي أو مذيبات عضوية أخرى، وتُفرك بها سطح الرقاقة برفق في نفس الاتجاه لإزالة طبقة الشمع والغبار وبقايا الغراء أو أي جزيئات صلبة أخرى. إلا أن هذه الطريقة قد تُسبب خدوشًا وتلوثًا خطيرًا.

تستخدم الماسحة الدوران الميكانيكي لفرك سطح الرقاقة بفرشاة صوفية ناعمة أو فرشاة مختلطة. تقلل هذه الطريقة بشكل كبير من الخدوش على الرقاقة. أما الماسحة عالية الضغط، فلا تخدش الرقاقة لانعدام الاحتكاك الميكانيكي، ويمكنها إزالة الشوائب من الأخاديد.

 

4. التنظيف بالموجات فوق الصوتية:

يُعد التنظيف بالموجات فوق الصوتية طريقة تنظيف شائعة الاستخدام في صناعة أشباه الموصلات. ومن مزاياها فعالية التنظيف الجيدة، وسهولة التشغيل، وقدرتها على تنظيف الأجهزة والحاويات المعقدة.

تعتمد هذه الطريقة في التنظيف على الموجات فوق الصوتية القوية (يتراوح ترددها عادةً بين 20 و40 كيلوهرتز)، مما يُنتج مناطق متباعدة وأخرى كثيفة داخل الوسط السائل. تُشكل المناطق المتباعدة فقاعةً فراغيةً تقريبًا. وعندما تختفي هذه الفقاعة، يتولد ضغط موضعي قوي بالقرب منها، مما يؤدي إلى كسر الروابط الكيميائية في الجزيئات وإذابة الشوائب على سطح الرقاقة. يُعد التنظيف بالموجات فوق الصوتية فعالًا للغاية في إزالة الشوائب غير القابلة للذوبان أو بقايا التدفق غير القابلة للذوبان.

 

5. التنظيف بالموجات فوق الصوتية:

لا يقتصر التنظيف بتقنية ميغاسونيك على مزايا التنظيف بالموجات فوق الصوتية فحسب، بل يتغلب أيضًا على عيوبه.

التنظيف بالموجات فوق الصوتية هو أسلوب لتنظيف الرقاقات باستخدام تأثير الاهتزاز عالي الطاقة (850 كيلوهرتز) مع التفاعل الكيميائي لعوامل التنظيف. أثناء التنظيف، تتسارع جزيئات المحلول بفعل الموجات فوق الصوتية (تصل سرعتها القصوى إلى 30 سم/ث)، وتصطدم هذه الموجات باستمرار بسطح الرقاقة، مما يؤدي إلى إزالة الملوثات والجسيمات الدقيقة العالقة به ودخولها إلى محلول التنظيف. إضافة مواد فعالة سطحية حمضية إلى محلول التنظيف، من جهة، تُزيل الجسيمات والمواد العضوية من سطح الصقل عن طريق امتصاص هذه المواد؛ ومن جهة أخرى، من خلال دمج المواد الفعالة سطحية مع البيئة الحمضية، تُزيل التلوث المعدني من سطح الصقل. يجمع هذا الأسلوب بين التنظيف الميكانيكي والكيميائي في آن واحد.

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

 

6. طريقة الرش الدوار:

طريقة الرش الدوراني هي طريقة تستخدم الأساليب الميكانيكية لتدوير الرقاقة بسرعة عالية، وتقوم برش السائل باستمرار (ماء منزوع الأيونات عالي النقاء أو سائل تنظيف آخر) على سطح الرقاقة أثناء عملية الدوران لإزالة الشوائب من سطح الرقاقة.

تستخدم هذه الطريقة التلوث الموجود على سطح الرقاقة ليذوب في السائل المرشوش (أو يتفاعل معه كيميائياً ليذوب)، وتستخدم التأثير الطارد المركزي للدوران عالي السرعة لجعل السائل الذي يحتوي على الشوائب منفصلاً عن سطح الرقاقة في الوقت المناسب.

تتميز طريقة الرش الدوراني بمزايا التنظيف الكيميائي، والتنظيف باستخدام ميكانيكا السوائل، والتنظيف بالضغط العالي. كما يمكن دمج هذه الطريقة مع عملية التجفيف. فبعد فترة من التنظيف بالرش بالماء منزوع الأيونات، يُوقف الرش ويُستخدم غاز الرش. وفي الوقت نفسه، يمكن زيادة سرعة الدوران لزيادة قوة الطرد المركزي وتجفيف سطح الرقاقة بسرعة.

 

7.التنظيف الكيميائي الجاف

يشير التنظيف الجاف إلى تقنية التنظيف التي لا تستخدم المحاليل.

تشمل تقنيات التنظيف الجاف المستخدمة حاليًا ما يلي: تقنية التنظيف بالبلازما، وتقنية التنظيف بالطور الغازي، وتقنية التنظيف بالشعاع، وما إلى ذلك.

تتمثل مزايا التنظيف الجاف في سهولة العملية وعدم وجود تلوث بيئي، لكن التكلفة مرتفعة ونطاق الاستخدام ليس واسعًا في الوقت الحالي.

 

1. تقنية التنظيف بالبلازما:

تُستخدم عملية التنظيف بالبلازما بشكل شائع في إزالة طبقة المقاوم الضوئي. يتم إدخال كمية صغيرة من الأكسجين إلى نظام تفاعل البلازما. تحت تأثير مجال كهربائي قوي، يُولّد الأكسجين بلازما، والتي بدورها تُؤكسد طبقة المقاوم الضوئي بسرعة إلى حالة غازية متطايرة، ثم تُستخلص.

تتميز تقنية التنظيف هذه بسهولة التشغيل، وكفاءتها العالية، ونظافة سطحها، وعدم تسببها بالخدوش، كما أنها تُسهم في ضمان جودة المنتج أثناء عملية إزالة الصمغ. علاوة على ذلك، فهي لا تستخدم الأحماض أو القلويات أو المذيبات العضوية، ولا تُسبب أي مشاكل تتعلق بالتخلص من النفايات أو التلوث البيئي. لذلك، تحظى هذه التقنية بتقدير متزايد من قِبل المستخدمين. مع ذلك، فهي لا تستطيع إزالة الكربون والشوائب الأخرى غير المتطايرة من المعادن أو أكاسيد المعادن.

 

2. تقنية التنظيف بالطور الغازي:

يشير التنظيف بالطور الغازي إلى طريقة تنظيف تستخدم المكافئ الغازي للمادة المقابلة في العملية السائلة للتفاعل مع المادة الملوثة على سطح الرقاقة لتحقيق الغرض من إزالة الشوائب.

على سبيل المثال، في عملية CMOS، تستخدم عملية تنظيف الرقاقة تفاعل غاز حمض الهيدروفلوريك مع بخار الماء لإزالة الأكاسيد. عادةً، تتطلب عملية حمض الهيدروفلوريك التي تحتوي على الماء عملية إزالة للجسيمات، بينما لا تتطلب تقنية التنظيف بغاز حمض الهيدروفلوريك عملية إزالة لاحقة للجسيمات.

تتمثل أهم المزايا مقارنة بعملية حمض الهيدروفلوريك المائي في انخفاض استهلاك المواد الكيميائية لحمض الهيدروفلوريك بشكل كبير وزيادة كفاءة التنظيف.

 

نرحب بجميع العملاء من جميع أنحاء العالم لزيارتنا لمزيد من النقاش!

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