المبادئ والعمليات والأساليب والمعدات لتنظيف الرقاقات

الشكل: مقارنة بين تنظيف النوع الدفعي والرقاقة المفردة

تتضمن عملية تنظيف الرقاقة النموذجية الخطوات الرئيسية التالية:

1. التنظيف المسبق (التنظيف المسبق)

الغرض من التنظيف المسبق هو إزالة الملوثات السائبة والجزيئات الكبيرة من سطح الرقاقة، والذي يتم تحقيقه عادةً من خلال الشطف بالماء منزوع الأيونات (DI Water) والتنظيف بالموجات فوق الصوتية. يمكن للمياه منزوعة الأيونات في البداية إزالة الجزيئات والشوائب الذائبة من سطح الرقاقة، بينما يستخدم التنظيف بالموجات فوق الصوتية تأثيرات التجويف لكسر الرابطة بين الجزيئات وسطح الرقاقة، مما يسهل إزاحتها.

2. التنظيف الكيميائي

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

إزالة المواد العضوية: عادة، يتم استخدام 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 الأيونات المعدنية: يتم استخدام حمض النيتريك أو حمض الهيدروكلوريك/مخاليط البيروكسيد (SC-2) لإزالة الأيونات المعدنية 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 الأصلي من سطح الرقاقة، حيث يتم استخدام محلول حمض الهيدروفلوريك (HF). النسبة النموذجية لمحلول HF هي HF

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

3. التنظيف النهائي

بعد التنظيف الكيميائي، تخضع الرقائق عادة لخطوة التنظيف النهائية لضمان عدم بقاء أي بقايا كيميائية على السطح. يستخدم التنظيف النهائي بشكل أساسي الماء منزوع الأيونات للشطف الشامل. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام تنظيف ماء الأوزون (O₃/H₂O) لإزالة أي ملوثات متبقية من سطح الرقاقة.

4. التجفيف

يجب تجفيف الرقائق المنظفة بسرعة لمنع ظهور العلامات المائية أو إعادة التصاق الملوثات. تشمل طرق التجفيف الشائعة التجفيف بالدوران وتطهير النيتروجين. يقوم الأول بإزالة الرطوبة من سطح الرقاقة عن طريق الدوران بسرعات عالية، بينما يضمن الأخير التجفيف الكامل عن طريق نفخ غاز النيتروجين الجاف عبر سطح الرقاقة.

ملوث

اسم إجراء التنظيف

وصف الخليط الكيميائي

المواد الكيميائية

الجسيمات	سمكة البيرانا (SPM)	حامض الكبريتيك / بيروكسيد الهيدروجين / ماء DI	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1؛ 90 درجة مئوية
	SC-1 (APM)	هيدروكسيد الأمونيوم / بيروكسيد الهيدروجين / ماء DI	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20؛ 80 درجة مئوية
المعادن (وليس النحاس)	SC-2 (HPM)	حمض الهيدروكلوريك / بيروكسيد الهيدروجين / ماء DI	حمض الهيدروكلوريك/H2O2/H2O1:1:6؛ 85 درجة مئوية
	سمكة البيرانا (SPM)	حامض الكبريتيك / بيروكسيد الهيدروجين / ماء DI	H2SO4/H2O2/H2O3-4:1؛ 90 درجة مئوية
	DHF	حمض الهيدروفلوريك المخفف/ماء DI (لن يزيل النحاس)	التردد العالي/H2O1:50
المواد العضوية	سمكة البيرانا (SPM)	حامض الكبريتيك / بيروكسيد الهيدروجين / ماء DI	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1؛ 90 درجة مئوية
	SC-1 (APM)	هيدروكسيد الأمونيوم / بيروكسيد الهيدروجين / ماء DI	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20؛ 80 درجة مئوية
	ديو3	الأوزون في الماء منزوع الأيونات	مخاليط محسنة O3/H2O
أكسيد الأصلي	DHF	تمييع حمض الهيدروفلوريك/ماء DI	عالية التردد/H2O 1:100
	بي اتش اف	حمض الهيدروفلوريك المخزن	NH4F/HF/H2O

3. طرق تنظيف الرقائق الشائعة

1. طريقة تنظيف RCA

تعد طريقة تنظيف RCA واحدة من أكثر تقنيات تنظيف الرقاقات كلاسيكية في صناعة أشباه الموصلات، والتي طورتها شركة RCA منذ أكثر من 40 عامًا. تُستخدم هذه الطريقة في المقام الأول لإزالة الملوثات العضوية وشوائب الأيونات المعدنية ويمكن إكمالها في خطوتين: SC-1 (التنظيف القياسي 1) وSC-2 (التنظيف القياسي 2).

تنظيف SC-1: تستخدم هذه الخطوة بشكل أساسي لإزالة الملوثات العضوية والجسيمات. المحلول عبارة عن خليط من الأمونيا وبيروكسيد الهيدروجين والماء، والذي يشكل طبقة رقيقة من أكسيد السيليكون على سطح الرقاقة.

تنظيف SC-2: تستخدم هذه الخطوة بشكل أساسي لإزالة الملوثات الأيونية المعدنية باستخدام خليط من حمض الهيدروكلوريك وبيروكسيد الهيدروجين والماء. إنه يترك طبقة تخميل رقيقة على سطح الرقاقة لمنع إعادة التلوث.