المبادئ والعمليات والأساليب والمعدات لتنظيف الرقاقة

الشكل: مقارنة بين التنظيف بالدفعات والتنظيف باستخدام رقاقة واحدة

تتضمن عملية تنظيف الرقاقة النموذجية الخطوات الرئيسية التالية:

1. التنظيف المسبق (التنظيف المسبق)

الغرض من التنظيف المسبق هو إزالة الملوثات السائبة والجسيمات الكبيرة من سطح الرقاقة، ويتم ذلك عادةً من خلال الشطف بالماء منزوع الأيونات (DI Water) والتنظيف بالموجات فوق الصوتية. يزيل الماء منزوع الأيونات الجسيمات والشوائب المذابة من سطح الرقاقة في البداية، بينما يستخدم التنظيف بالموجات فوق الصوتية تأثيرات التجويف لكسر الرابطة بين الجسيمات وسطح الرقاقة، مما يسهل إزالتها.

2. التنظيف الكيميائي

يعد التنظيف الكيميائي أحد الخطوات الأساسية في عملية تنظيف الرقاقة، باستخدام المحاليل الكيميائية لإزالة المواد العضوية، والأيونات المعدنية، والأكاسيد من سطح الرقاقة.

إزالة المواد العضوية: عادةً ما يُستخدم الأسيتون أو خليط الأمونيا/بيروكسيد (SC-1) لإذابة وأكسدة الملوثات العضوية. النسبة النموذجية لمحلول SC-1 هي NH₄OH.

₂O₂

₂O = 1:1:5، مع درجة حرارة عمل تبلغ حوالي 20 درجة مئوية.

إزالة أيونات المعادن: تُستخدم خلائط حمض النيتريك أو حمض الهيدروكلوريك/بيروكسيد (SC-2) لإزالة أيونات المعادن من سطح الرقاقة. النسبة النموذجية لمحلول SC-2 هي حمض الهيدروكلوريك.

₂O₂

₂O = 1:1:6، مع الحفاظ على درجة الحرارة عند حوالي 80 درجة مئوية.

إزالة الأكسيد: في بعض العمليات، يلزم إزالة طبقة الأكسيد الأصلية من سطح الرقاقة، ويُستخدم محلول حمض الهيدروفلوريك (HF). النسبة النموذجية لمحلول حمض الهيدروفلوريك هي HF.

₂O = 1:50، ويمكن استخدامه في درجة حرارة الغرفة.

3. التنظيف النهائي

بعد التنظيف الكيميائي، تخضع الرقاقات عادةً لمرحلة تنظيف نهائية لضمان عدم وجود أي بقايا كيميائية على سطحها. يستخدم التنظيف النهائي بشكل أساسي الماء منزوع الأيونات للشطف الشامل. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم التنظيف بماء الأوزون (O₃/H₂O) لإزالة أي ملوثات متبقية من سطح الرقاقة.

4. التجفيف

يجب تجفيف الرقاقات المُنظَّفة بسرعة لمنع ظهور علامات الماء أو إعادة التصاق الملوثات. تشمل طرق التجفيف الشائعة التجفيف بالدوران والتطهير بالنيتروجين. يزيل الأول الرطوبة من سطح الرقاقة بالدوران بسرعات عالية، بينما يضمن الثاني التجفيف الكامل بنفخ غاز النيتروجين الجاف على سطح الرقاقة.

الملوث

اسم إجراء التنظيف

وصف الخليط الكيميائي

المواد الكيميائية

الجسيمات	سمكة البيرانا (SPM)	حمض الكبريتيك/بيروكسيد الهيدروجين/ماء ثنائي الهيدرات	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1؛ 90 درجة مئوية
	SC-1 (APM)	هيدروكسيد الأمونيوم/بيروكسيد الهيدروجين/ماء ثنائي الهيدرات	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20؛ 80 درجة مئوية
المعادن (ليس النحاس)	SC-2 (HPM)	حمض الهيدروكلوريك/بيروكسيد الهيدروجين/ماء ثنائي الهيدروكسيد	حمض الهيدروكلوريك/H2O2/H2O1:1:6؛ 85 درجة مئوية
	سمكة البيرانا (SPM)	حمض الكبريتيك/بيروكسيد الهيدروجين/ماء ثنائي الهيدرات	H2SO4/H2O2/H2O3-4:1؛ 90 درجة مئوية
	حمى الضنك النزفية	حمض الهيدروفلوريك المخفف/ماء DI (لن يزيل النحاس)	HF/H2O1:50
المواد العضوية	سمكة البيرانا (SPM)	حمض الكبريتيك/بيروكسيد الهيدروجين/ماء ثنائي الهيدرات	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1؛ 90 درجة مئوية
	SC-1 (APM)	هيدروكسيد الأمونيوم/بيروكسيد الهيدروجين/ماء ثنائي الهيدرات	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20؛ 80 درجة مئوية
	دي او 3	الأوزون في الماء منزوع الأيونات	مخاليط مُحسَّنة لـ O3/H2O
أكسيد أصلي	حمى الضنك النزفية	حمض الهيدروفلوريك المخفف/ماء ثنائي التكافؤ	HF/H2O 1:100
	بي اتش اف	حمض الهيدروفلوريك المخزن	NH4F/HF/H2O

3. طرق تنظيف الرقاقة الشائعة

1. طريقة تنظيف RCA

تُعد طريقة تنظيف RCA من أكثر تقنيات تنظيف الرقائق شيوعًا في صناعة أشباه الموصلات، وقد طورتها شركة RCA منذ أكثر من 40 عامًا. تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي لإزالة الملوثات العضوية وشوائب الأيونات المعدنية، ويمكن إتمامها على خطوتين: SC-1 (التنظيف القياسي 1) وSC-2 (التنظيف القياسي 2).

تنظيف SC-1: تُستخدم هذه الخطوة بشكل رئيسي لإزالة الملوثات والجزيئات العضوية. المحلول عبارة عن خليط من الأمونيا وبيروكسيد الهيدروجين والماء، مما يُشكّل طبقة رقيقة من أكسيد السيليكون على سطح الرقاقة.

تنظيف SC-2: تُستخدم هذه الخطوة أساسًا لإزالة ملوثات الأيونات المعدنية، باستخدام مزيج من حمض الهيدروكلوريك وبيروكسيد الهيدروجين والماء. يترك هذا المزيج طبقة رقيقة من التخميل على سطح الرقاقة لمنع إعادة التلوث.