Im Halbleiter‑Bei Geräteprozessversuchen bezeichnet die chemische Reinigung die Entfernung verschiedener schädlicher Verunreinigungen oder Ölrückstände, die an den Oberflächen von Halbleitern, metallischen Werkstoffen und Laborgeräten adsorbiert sind. Die Reinigung erfolgt mithilfe chemischer Reagenzien und organischer Lösungsmittel, um chemische Reaktionen und Auflösungsprozesse mit den an den Werkstückoberflächen adsorbierten Verunreinigungen und Ölrückständen auszulösen. Physikalische Verfahren wie Ultraschallbehandlung, Erhitzen und Vakuumpumpen können ebenfalls zur Desorption von Verunreinigungen von den Werkstückoberflächen eingesetzt werden. Anschließend werden die Werkstücke mit großen Mengen hochkonzentrierter Flüssigkeit gespült.‑Reinheit heiß‑Und‑Zur Reinigung der Oberflächen wird kaltes, deionisiertes Wasser verwendet.
1.1 Bedeutung der chemischen Reinigung
Für jedes Experiment im Rahmen der Prozessprüfung ist eine chemische Reinigung erforderlich. Die Qualität der chemischen Reinigung hat entscheidenden Einfluss auf die Versuchsergebnisse. Eine unsachgemäße Reinigung kann zu Fehlschlägen oder unzureichenden Ergebnissen führen.‑Qualitativ hochwertige experimentelle Ergebnisse. Daher ist das Verständnis der Funktionen und Prinzipien der chemischen Reinigung für erfolgreiche Prozessversuche unerlässlich.
Bekanntermaßen ist eine Schlüsseleigenschaft von Halbleitern ihre hohe Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen. Selbst Spuren von Verunreinigungen an den Bauteilen können zu Problemen führen.‑pro‑Dotierungen im Millionenbereich können die physikalischen Eigenschaften von Halbleitern verändern. Diese Eigenschaft wird genutzt, um durch Dotierung Halbleiterbauelemente mit vielfältigen Funktionen herzustellen. Gleichzeitig stellt diese Eigenschaft die Halbleiterindustrie jedoch vor Herausforderungen.‑Bei Geräteprozessversuchen können chemische Reagenzien, Prozesswerkzeuge und Reinigungswasser schädliche Verunreinigungen verursachen. Selbst makellose Halbleiterwafer weisen nach längerem Kontakt mit der Umgebungsluft deutliche Verunreinigungen auf. Chemische Reinigung beseitigt diese schädlichen Verunreinigungen und sorgt für sauberes Silizium.‑Waferoberflächen.
1.2 Anwendungsbereich der chemischen Reinigung
Die chemische Reinigung lässt sich im Wesentlichen in drei Kategorien einteilen:
Reinigung von Silikon‑Waferoberflächen;
Reinigung metallischer Werkstoffe (z. B. Wolframdrähte für Verdampfungselektroden, Molybdänbleche für Verdampfungsträger, Aluminiumlegierungen für Verdampfungsquellen, Chrom für Chrom‑Maskenherstellung);
Reinigung von Werkzeugen und Gefäßen (z. B. Metallpinzetten, Quarzrohre, Glasbehälter, Graphitformen, Kunststoff- und Gummiprodukte).
1.3 Arten von Verunreinigungen auf Silizium‑Waferoberflächen
(1) Molekular‑Art der Verunreinigungsadsorption
Typische Moleküle‑auf Silizium adsorbierten Verunreinigungen bilden sich‑Waferoberflächen enthalten natürliche oder synthetische Fette, Harze und Öle. Verunreinigungen, die beim Schneiden, Schleifen und Polieren des Substrats entstehen, fallen größtenteils in diese Kategorie. Weitere Quellen sind Fingerabdrücke, Fotolackreste und organische Rückstände.‑Lösungsmittelrückstände.
Molekular‑Typische Verunreinigungen werden meist physikalisch an Silizium adsorbiert und gebunden.‑Waferoberflächen haften durch elektrostatische Anziehung. Moleküle von Fetten, Harzen und Ölen sind im Allgemeinen nicht‑Polare Bindungen entstehen durch die Anziehung zwischen neutralen Fremdmolekülen und ungesättigten Restkräften der Siliziumatome an der Oberfläche. Diese Wechselwirkung entspricht den Van-der-Waals-Kräften zwischen Molekülen in Molekülkristallen. Solche Anziehungskräfte sind relativ schwach und nehmen mit zunehmendem intermolekularen Abstand rasch ab. Die effektive Wechselwirkungsreichweite beträgt etwa 2‑3×10⁻⁸cm (2‑3 Å), vergleichbar mit Moleküldurchmessern. Daher molekular‑Typische Verunreinigungen lassen sich vergleichsweise leicht entfernen.
Ein weiteres wichtiges Merkmal ist, dass die meisten Moleküle‑Zu den Verunreinigungen zählen Wasser‑unlösliche organische Verbindungen. Ihre Adsorption führt zu Silizium‑Die Waferoberflächen sind hydrophob, was einen effektiven Kontakt zwischen deionisiertem Wasser und Säure behindert.‑Alkalilösungen und Waferoberflächen. Dies verhindert die Wechselwirkung von Reagenzien mit Oberflächenpartikeln und behindert eine effektive chemische Reinigung.
(2) Ionisch‑Art der Verunreinigungsadsorption
Gemeinsames Ion‑bilden Verunreinigungen, die auf Silizium adsorbiert sind‑Waferoberflächen enthalten K⁺, N / A⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, H⁺, OH⁻, F⁻, Cl⁻, S²⁻, CO₃²⁻und so weiter. Diese Verunreinigungen stammen aus verschiedenen Quellen: Umgebungsluft, Utensilien und Geräten, chemischen Substanzen, niedrigem Wassergehalt‑Reinheit: deionisiertes Wasser, Leitungswasser, Ausatemluft und Schweiß des Bedieners.
Ionisch‑Die Adsorption vom Typ A zählt größtenteils zur Chemisorption. Verunreinigungsionen binden über chemische Bindungen an Waferoberflächen.‑Bindungskräfte. Die Gleichgewichtsabstände zwischen Fremdionen und Oberflächenatomen sind extrem kurz, sodass adsorbierte Ionen als Bestandteil des Siliziumgitters betrachtet werden können. Chemisorbierte ionische Verunreinigungen können als Haftstellen wirken: Einige binden freie Gitterelektronen und fungieren als Akzeptoren; andere fangen freie Löcher ein und wirken als Donatoren. Aufgrund starker Chemisorptionskräfte ist die Entfernung ionischer Verunreinigungen weitaus schwieriger als die Beseitigung molekularer Verunreinigungen.
(3) Atomar‑Art der Verunreinigungsadsorption
Atomar‑Bei den Oberflächenverunreinigungen handelt es sich hauptsächlich um Metallatome wie Gold, Silber, Kupfer, Eisen und Nickel. Diese Metallatome entstehen üblicherweise durch reduktive Verdrängungsreaktionen in sauren Ätzmitteln und lagern sich auf Silizium ab.‑Waferoberflächen.
Atomar‑Die Adsorption vom Typ A weist die stärkste Bindungskraft auf und ist am schwersten zu entfernen. Schwere Adsorption‑Metallatome wie Gold und Platin reagieren kaum mit gewöhnlichen Säuren und Laugen. Daher sind spezielle Reagenzien wie Königswasser erforderlich, um lösliche Komplexe zu bilden. Die komplexierten Metallspezies werden anschließend mit hohem Wassergehalt abgewaschen.‑Reinheit deionisiertes Wasser.
1.4 Allgemeines Silizium‑Wafer-Reinigungsverfahren
Wie oben analysiert, molekular‑Typische Verunreinigungen lassen sich vergleichsweise leicht entfernen. Verbleibende molekulare Verunreinigungen können ionische Verunreinigungen maskieren.‑und Atom‑Verunreinigungen vom Typ können deren Entfernung behindern. Daher müssen molekulare Verunreinigungen während der Siliziumherstellung zunächst vollständig eliminiert werden.‑Chemische Reinigung der Wafer.
Ionisch‑und Atom‑Verunreinigungen vom Typ werden mit starker Oberflächenaffinität chemisorbiert. Atomare Verunreinigungen sind normalerweise in geringen Mengen vorhanden und gegenüber gängigen Säuren und Laugen inert; sie können nur mit Königswasser oder saurem Wasserstoff gelöst werden.‑Peroxidlösungen. Königswasser und saures Wasserstoffperoxid lösen ebenfalls ionische Verunreinigungen. Im Standardverfahren wird Säure verwendet.‑Zunächst werden ionische Verunreinigungen mit alkalischen Lösungen oder alkalischem Wasserstoffperoxid entfernt. Anschließend werden verbleibende ionische Verunreinigungen und atomare Verunreinigungen mit Königswasser oder saurem Wasserstoffperoxid beseitigt. Zum Schluss erfolgt eine Spülung mit hochkonzentriertem Wasser.‑Reines, deionisiertes Wasser rundet den Prozess ab.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das allgemeine Silizium‑Die Reinigungssequenz für Wafer lautet: Entfetten→Ionenentfernung→Atomar‑Entfernung von Verunreinigungen→Deionisiert‑Wasserspülung.
Siliziumwafer müssen vor jedem Experiment chemisch gereinigt werden. Da sich die Oberflächenbeschaffenheit jedoch von Lauf zu Lauf ändert, variieren die Reinigungschemikalien und die Prioritäten entsprechend. Die praktischen Reinigungsabläufe sind flexibel. Konkrete Methoden und Schritte werden fallbezogen festgelegt.‑by‑fallweise nach tatsächlicher Reinigung‑Wirkungsanforderungen.
1.5 Reinigungsbehandlung für gängige Metalle und Utensilien
Metallische Werkstoffe und Laborgeräte sind wichtige Siliziumquellen.‑Verunreinigungen der Waffeln. Gründliche Reinigung von Metallen und Utensilien ist unerlässlich, um die Waffelqualität zu gewährleisten.‑Oberflächenreinheit. Das allgemeine Reinigungsprinzip für Metalle und Küchenutensilien lautet: Zuerst Fettablagerungen entfernen; anschließend mit Säuren, Laugen, Waschlösungen oder Königswasser ätzen oder waschen; und zum Schluss gründlich mit klarem Wasser abspülen.‑Reinheit deionisiertes Wasser.
2. Sicherheitskenntnisse
Bei Experimenten werden häufig verschiedene Chemikalien und Gase verwendet, darunter brennbare, explosive, giftige und ätzende Säuren.‑Alkalische Substanzen. Unsachgemäße Handhabung kann Unfälle verursachen. Vorbeugende Maßnahmen haben höchste Priorität. Im Falle eines Unfalls Ruhe bewahren und unverzüglich geeignete Korrekturmaßnahmen einleiten.
2.1 Sicherer Umgang mit organischen Lösungsmitteln
Gängige organische Lösungsmittel sind Toluol, Aceton, Ethanol, Methylethylketon, Trichlorethylen und Tetrachlorkohlenstoff. Die meisten organischen Lösungsmittel sind entzündlich und entzünden sich unter hohen Temperaturen.‑Bei hohen Temperaturen oder in der Nähe von offenen Flammen lagern. Kühl und fern von Zündquellen aufbewahren. Lösungsmittelbehälter nicht direkt auf Elektroherden erhitzen; Wasser‑Die Badewannenheizung ist vorzuziehen, wenn eine Erwärmung erforderlich ist. Im Brandfall die Flammen mit einem feuchten Tuch, feinem Sand oder Kohle löschen.‑Kohlendioxid-Feuerlöscher, Kohlenstoff‑Tetrachlorkohlenstoff- oder Schaumlöscher verwenden. Niemals Wasser oder Wasser verwenden.‑Säure‑alkalische Löschmittel.
Organische Lösungsmittel sind flüchtig und weisen unterschiedliche Toxizitätsgrade auf. Alle Arbeiten sind in Abzügen mit ausreichender Belüftung durchzuführen.
2.2 Sicherer Umgang mit Säuren und Laugen
Experimente nutzen starke‑Säurelösungen wie Schwefelsäure, Salpetersäure, Salzsäure, Fluorwasserstoffsäure und Königswasser sowie starke‑Alkalische Lösungen, darunter Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid, sind stark ätzend für Haut und Kleidung und erfordern daher sorgfältige Sicherheitsvorkehrungen im Betrieb.
Installieren Sie wirksame Belüftungs- und Abluftsysteme in Bereichen, in denen sich Säure- oder Laugendämpfe ansammeln können.
Die Bediener müssen geeignete Schutzausrüstung wie Gummihandschuhe und Atemschutzmasken tragen.
Säure- oder Laugenlösungen dürfen niemals mit dem Mund pipettiert werden; verwenden Sie Pipetten mit Gummiballons.
Beim Transport ist Vorsicht geboten, um ein Umkippen oder Zerbrechen der Flaschen zu verhindern. Beim Öffnen der Behälter die Flaschenöffnungen von Personen wegrichten.
Schwefelsäure immer langsam in Wasser einrühren, um sie zu verdünnen. Niemals Wasser in konzentrierte Schwefelsäure gießen.
Vor der Neutralisation müssen konzentrierte Säuren oder Laugen mit Wasser verdünnt werden. Anschließend erfolgt die Neutralisation mit entsprechenden Laugen- oder Säurelösungen.
Leere Behälter, die zuvor konzentrierte Säuren oder Laugen enthielten, müssen vollständig entleert, wiederholt mit Wasser gespült und anschließend routinemäßigen Reinigungsverfahren unterzogen werden.
Im Falle von Säure‑Bei Verätzungen mit Laugen das betroffene Gewebe sofort mit reichlich fließendem Wasser spülen. Falls Spritzer in die Augen gelangen, diese rasch mit großen Mengen Leitungswasser ausspülen. Nach dem Spülen umgehend einen Arzt aufsuchen, unabhängig vom Schweregrad der Verätzung oder ob die Augen betroffen waren.
2.3 Sicherer Umgang mit Gasen
Die Versuchsgase werden über Hochgeschwindigkeitsleitungen zugeführt.‑Druckzylinder oder Gasleitungen. Das Mischen bestimmter Gase kann zu Verbrennung oder Explosion führen.
Gasflaschen sind farbig‑Die Zylinder sind codiert und beschriftet, um die enthaltenen Gase zu identifizieren. Sie enthalten Gas unter hohem Druck; neu befüllte Zylinder erreichen einen Druck von ca. 150 psi. kg/cm²Bei Lagerung und Verwendung sind besondere Sicherheitsvorkehrungen zu treffen.
Vermeiden Sie im Sommer direkte Sonneneinstrahlung auf Gasflaschen. Halten Sie brennbare Materialien und Zündquellen von der Gasflasche fern.‑Lagerzonen.
Gaspaare, die bei Kontakt brennbar oder explosiv reagieren (z. B. Wasserstoff- und Sauerstoffflaschen), müssen in getrennten, isolierten Räumen gelagert werden, um Unfälle durch Gasaustritt zu vermeiden.
Das Gas in den Zylindern darf nicht vollständig abgelassen werden; ein gewisser Restdruck muss in den Zylindern aufrechterhalten werden.
Verhindern Sie Fettverschmutzungen an Zylinderventilen und Schraubenschlüsseln.
Bei der Verwendung von Wasserstoff muss die Luft mit Inertgas aus den Geräten gespült, das gesamte System auf Lecks überprüft und Flammenrückschlagsicherungen installiert werden.
2.4 Sicherer Umgang mit giftigen Stoffen
Bei der Arbeit mit toxischen chemischen Reagenzien und Verbindungen in Experimenten muss eine Vergiftung vermieden werden. Die wichtigsten Sicherheitsprinzipien sind folgende:
Arbeiten Sie innerhalb von Abzügen. Behandeln Sie Abfallreste und Abfallflüssigkeiten, bevor Sie diese an dafür vorgesehenen sicheren Entsorgungsstellen entsorgen.
Tragen Sie Atemschutzmasken und Schutzhandschuhe. Vermeiden Sie unbedingt den Hautkontakt und die orale Aufnahme giftiger Stoffe.
Nach Abschluss der Experimente die Handschuhe gründlich mit Wasser abspülen, bevor sie ausgezogen werden.
Veröffentlichungsdatum: 30. Juli 2026