مبادئ وعمليات وأساليب ومعدات تنظيف الرقائق

الشكل: مقارنة بين التنظيف الدفعي والتنظيف أحادي الرقاقة

تتضمن عملية تنظيف الرقاقات النموذجية الخطوات الرئيسية التالية:

1. التنظيف المسبق (Pre-Clean)

تهدف عملية التنظيف المسبق إلى إزالة الملوثات السائبة والجسيمات الكبيرة من سطح الرقاقة، ويتم ذلك عادةً عن طريق الشطف بالماء منزوع الأيونات والتنظيف بالموجات فوق الصوتية. يُمكن للماء منزوع الأيونات إزالة الجسيمات والشوائب الذائبة من سطح الرقاقة في البداية، بينما يستخدم التنظيف بالموجات فوق الصوتية ظاهرة التجويف لكسر الروابط بين الجسيمات وسطح الرقاقة، مما يُسهّل إزالتها.

2. التنظيف الكيميائي

يُعد التنظيف الكيميائي أحد الخطوات الأساسية في عملية تنظيف الرقاقات، حيث يتم استخدام المحاليل الكيميائية لإزالة المواد العضوية وأيونات المعادن والأكاسيد من سطح الرقاقة.

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

202

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

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

202

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 في ذلك محلول حمض الهيدروفلوريك (HF). النسبة النموذجية لمحلول HF هي HF

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

3. التنظيف النهائي

بعد التنظيف الكيميائي، تخضع الرقاقات عادةً لخطوة تنظيف نهائية لضمان عدم وجود أي بقايا كيميائية على سطحها. يُستخدم في 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 المنظفة بسرعة لمنع ظهور علامات الماء أو إعادة التصاق الملوثات. تشمل طرق التجفيف الشائعة التجفيف بالدوران والتجفيف بالنيتروجين. يزيل الأول الرطوبة من سطح الرقاقة عن طريق الدوران بسرعات عالية، بينما يضمن الثاني التجفيف الكامل عن طريق نفخ غاز النيتروجين الجاف على سطح الرقاقة.

ملوث

اسم إجراء التنظيف

وصف الخليط الكيميائي

المواد الكيميائية

الجسيمات	سمكة البيرانا (SPM)	حمض الكبريتيك/بيروكسيد الهيدروجين/ماء منزوع الأيونات	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1؛ 90 درجة مئوية
	SC-1 (APM)	هيدروكسيد الأمونيوم/بيروكسيد الهيدروجين/ماء منزوع الأيونات	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20؛ 80 درجة مئوية
المعادن (باستثناء النحاس)	SC-2 (HPM)	حمض الهيدروكلوريك/بيروكسيد الهيدروجين/ماء منزوع الأيونات	HCl/H2O2/H2O1:1:6؛ 85 درجة مئوية
	سمكة البيرانا (SPM)	حمض الكبريتيك/بيروكسيد الهيدروجين/ماء منزوع الأيونات	H2SO4/H2O2/H2O3-4:1؛ 90 درجة مئوية
	DHF	حمض الهيدروفلوريك المخفف/الماء منزوع الأيونات (لن يزيل النحاس)	HF/H2O1:50
المواد العضوية	سمكة البيرانا (SPM)	حمض الكبريتيك/بيروكسيد الهيدروجين/ماء منزوع الأيونات	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1؛ 90 درجة مئوية
	SC-1 (APM)	هيدروكسيد الأمونيوم/بيروكسيد الهيدروجين/ماء منزوع الأيونات	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20؛ 80 درجة مئوية
	DIO3	الأوزون في الماء منزوع الأيونات	مخاليط محسّنة من الأوزون/الماء
أكسيد أصلي	DHF	حمض الهيدروفلوريك المخفف / الماء منزوع الأيونات	HF/H2O 1:100
	مؤسسة القلب البريطانية	حمض الهيدروفلوريك المخفف	NH4F/HF/H2O

3. طرق تنظيف الرقائق الشائعة

1. طريقة تنظيف RCA

تُعدّ طريقة تنظيف RCA من أقدم تقنيات تنظيف الرقائق في صناعة أشباه الموصلات، وقد طوّرتها شركة RCA منذ أكثر من 40 عامًا. تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي لإزالة الملوثات العضوية وشوائب أيونات المعادن، ويمكن إتمامها على مرحلتين: SC-1 (التنظيف القياسي 1) وSC-2 (التنظيف القياسي 2).

التنظيف SC-1: تُستخدم هذه الخطوة بشكل أساسي لإزالة الملوثات العضوية والجسيمات. يتكون المحلول من مزيج من الأمونيا وبيروكسيد الهيدروجين والماء، والذي يُشكّل طبقة رقيقة من أكسيد السيليكون على سطح الرقاقة.

التنظيف SC-2: تُستخدم هذه الخطوة بشكل أساسي لإزالة الملوثات الأيونية المعدنية، باستخدام خليط من حمض الهيدروكلوريك وبيروكسيد الهيدروجين والماء. تُخلّف هذه العملية طبقة تخميل رقيقة على سطح الرقاقة لمنع إعادة التلوث.