रासायनिक सफाई और सुरक्षा संबंधी ज्ञान

1 रासायनिक सफाई

अर्धचालक में-उपकरण प्रक्रिया प्रयोगों में, रासायनिक सफाई का तात्पर्य अर्धचालकों, धात्विक पदार्थों और प्रयोगशाला उपकरणों की सतहों पर अधिशोषित विभिन्न हानिकारक अशुद्धियों या तेल संदूषकों को हटाने से है। सफाई में रासायनिक अभिकर्मकों और कार्बनिक विलायकों का उपयोग किया जाता है ताकि वर्कपीस की सतहों पर अधिशोषित अशुद्धियों और तेल संदूषकों के साथ रासायनिक प्रतिक्रियाएं और विघटन प्रभाव उत्पन्न हो सकें। वर्कपीस की सतहों से अशुद्धियों को हटाने के लिए अल्ट्रासोनिकेशन, हीटिंग और वैक्यूम पंपिंग जैसे भौतिक उपायों का भी उपयोग किया जा सकता है। इसके बाद वर्कपीस को उच्च सांद्रता वाले बड़ी मात्रा में पानी से धोया जाता है।-शुद्धता गर्म-और-सतहों को साफ करने के लिए ठंडे विआयनीकृत पानी का उपयोग किया जाता है।

1.1 रासायनिक सफाई का महत्व

प्रक्रिया परीक्षण में प्रत्येक प्रयोग के लिए रासायनिक सफाई आवश्यक है। रासायनिक सफाई की गुणवत्ता प्रयोगात्मक परिणामों पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है। अनुचित सफाई से प्रयोग विफल या खराब हो सकते हैं।-उच्च गुणवत्ता वाले प्रायोगिक परिणाम। इसलिए, सफल प्रक्रिया प्रयोगों के लिए रासायनिक सफाई के कार्यों और सिद्धांतों को समझना आवश्यक है।

जैसा कि सर्वविदित है, अर्धचालकों का एक प्रमुख गुण अशुद्धियों के प्रति उनकी उच्च संवेदनशीलता है। यहां तक ​​कि घटकों में मौजूद थोड़ी सी भी अशुद्धियाँ भी उन्हें प्रभावित कर सकती हैं।-प्रति-मिलियन स्तर पर डोपिंग अर्धचालकों के भौतिक गुणों को बदल सकती है। इस गुण का उपयोग डोपिंग के माध्यम से विभिन्न कार्यों वाले अर्धचालक उपकरणों के निर्माण में किया जाता है। हालांकि, यही गुण अर्धचालक निर्माण के लिए चुनौतियां भी पैदा करता है।-डिवाइस प्रक्रिया प्रयोगों में, रासायनिक अभिकर्मक, प्रसंस्करण उपकरण और सफाई का पानी हानिकारक अशुद्धियों के संदूषण के स्रोत बन सकते हैं। यहां तक ​​कि एकदम साफ सेमीकंडक्टर वेफर्स भी लंबे समय तक परिवेशी हवा के संपर्क में रहने के बाद स्पष्ट अशुद्धियों से दूषित हो जाते हैं। रासायनिक सफाई हानिकारक अशुद्धियों को दूर करती है और स्वच्छ सिलिकॉन को बनाए रखती है।-वेफर की सतहें।

1.2 रासायनिक सफाई का दायरा

रासायनिक सफाई मुख्य रूप से तीन श्रेणियों में आती है:

सिलिकॉन की सफाई-वेफर की सतहें;

धात्विक सामग्रियों की सफाई (उदाहरण के लिए, वाष्पीकरण इलेक्ट्रोड के लिए टंगस्टन फिलामेंट्स, वाष्पीकरण सपोर्ट के लिए मोलिब्डेनम शीट, वाष्पीकरण स्रोतों के लिए एल्यूमीनियम मिश्र धातु, क्रोमियम के लिए क्रोमियम)-मास्क निर्माण);

औजारों और बर्तनों की सफाई (जैसे, धातु की चिमटी, क्वार्ट्ज ट्यूब, कांच के बर्तन, ग्रेफाइट के सांचे, प्लास्टिक और रबर के उत्पाद)।

1.3 सिलिकॉन पर संदूषक अशुद्धियों के प्रकार-वेफर सतहें

(1) आणविक-प्रकार अशुद्धता अधिशोषण

विशिष्ट आणविक-सिलिकॉन पर अधिशोषित संदूषकों का निर्माण-वेफर की सतहों में प्राकृतिक या कृत्रिम ग्रीस, रेजिन और तेल शामिल होते हैं। सबस्ट्रेट की कटिंग, ग्राइंडिंग और पॉलिशिंग के दौरान उत्पन्न अशुद्धियाँ अधिकतर इसी श्रेणी में आती हैं। अन्य स्रोतों में उंगलियों के निशान, फोटोरेसिस्ट के अवशेष और बचा हुआ कार्बनिक पदार्थ शामिल हैं।-विलायक निक्षेप।

मोलेकुलर-इस प्रकार की अशुद्धियाँ अधिकतर भौतिक रूप से अधिशोषित होती हैं और सिलिकॉन से बंधी होती हैं।-वेफर की सतहें विद्युतस्थैतिक आकर्षण द्वारा प्रभावित होती हैं। ग्रीस, रेजिन और तेल के अणु आमतौर पर प्रभावित नहीं होते हैं।-ध्रुवीय। बंधन उदासीन अशुद्धता अणुओं और सतह सिलिकॉन परमाणुओं के असंतुष्ट अवशिष्ट बलों के बीच आकर्षण से उत्पन्न होता है। यह अंतःक्रिया आणविक क्रिस्टलों में अणुओं के बीच वैन डेर वाल्स बलों के समतुल्य है। ऐसे आकर्षक बल अपेक्षाकृत कमजोर होते हैं और अंतर-आणविक दूरी बढ़ने के साथ तेजी से क्षीण होते जाते हैं। प्रभावी अंतःक्रिया सीमा लगभग 2 है।-3×10⁻⁸सेमी (2-3 Å), आणविक व्यास के तुलनीय। इसलिए आणविक-इस प्रकार की अशुद्धियों को अपेक्षाकृत आसानी से दूर किया जा सकता है।

एक अन्य प्रमुख विशेषता यह है कि अधिकांश आणविक-संदूषकों के प्रकार पानी हैं-अघुलनशील कार्बनिक यौगिक। इनके अधिशोषण से सिलिकॉन-वेफर की सतहें जलरोधी होती हैं, जो विआयनीकृत जल/अम्ल के बीच प्रभावी संपर्क में बाधा डालती हैं।-क्षार विलयन और वेफर सतहों पर। यह अभिकर्मकों को सतह के कणों के साथ परस्पर क्रिया करने से रोकता है और प्रभावी रासायनिक सफाई में बाधा डालता है।

(2) आयनिक-प्रकार अशुद्धता अधिशोषण

सामान्य आयन-सिलिकॉन पर अधिशोषित अशुद्धियाँ बनती हैं-वेफर सतहों में K शामिल है⁺, ना⁺, सीए²⁺, एमजी²⁺, फे²⁺, एच⁺, ओह⁻, एफ⁻, सीएल⁻, एस²⁻, सीओ₃²⁻और इसी प्रकार। ये अशुद्धियाँ विभिन्न स्रोतों से उत्पन्न होती हैं: परिवेशी वायु, बर्तन और उपकरण, रासायनिक पदार्थ, निम्न-शुद्ध विआयनीकृत जल, नल का पानी, साँस से निकली हुई हवा और ऑपरेटर का पसीना।

ईओण का-यह अधिशोषण मुख्यतः रासायनिक अधिशोषण के अंतर्गत आता है। अशुद्धता आयन रासायनिक बंधन के माध्यम से वेफर सतहों से जुड़ जाते हैं।-बंध बल। अशुद्ध आयनों और सतह परमाणुओं के बीच संतुलन दूरी अत्यंत कम होती है, जिससे अधिशोषित आयनों को सिलिकॉन जालक का हिस्सा माना जा सकता है। रासायनिक रूप से अधिशोषित आयनिक अशुद्धियाँ ट्रैपिंग केंद्रों के रूप में कार्य कर सकती हैं: कुछ मुक्त जालक इलेक्ट्रॉनों को बांधकर स्वीकर्ता के रूप में कार्य करती हैं; अन्य मुक्त छिद्रों को फंसाकर दाता के रूप में कार्य करती हैं। प्रबल रासायनिक अधिशोषण बलों के कारण, आयनिक अशुद्धियों को हटाना आणविक संदूषकों को हटाने की तुलना में कहीं अधिक कठिन है।

(3) परमाणु-प्रकार अशुद्धता अधिशोषण

परमाणु-सतह पर मौजूद संदूषक मुख्य रूप से सोने, चांदी, तांबे, लोहे और निकल जैसे धात्विक परमाणु होते हैं। ये धातु परमाणु आमतौर पर अम्लीय अपचायकों में अपचायक विस्थापन अभिक्रियाओं द्वारा उत्पन्न होते हैं और सिलिकॉन पर जमा हो जाते हैं।-वेफर की सतहें।

परमाणु-इस प्रकार का अधिशोषण सबसे मजबूत बंधन बल प्रदर्शित करता है और इसे समाप्त करना सबसे कठिन होता है। भारी-सोना और प्लैटिनम जैसे धातु परमाणु सामान्य अम्लों और क्षारों के साथ मुश्किल से ही प्रतिक्रिया करते हैं। इसलिए घुलनशील संकुल बनाने के लिए एक्वा रेजिया जैसे विशेष अभिकर्मकों की आवश्यकता होती है। संकुलित धात्विक प्रजातियों को बाद में उच्च सांद्रता वाले जल से धोकर अलग कर दिया जाता है।-शुद्ध डीआयनीकृत जल।

1.4 सामान्य सिलिकॉन-वेफर सफाई प्रक्रिया

जैसा कि ऊपर विश्लेषण किया गया है, आणविक-इस प्रकार की अशुद्धियों को हटाना अपेक्षाकृत आसान है। शेष आणविक संदूषक आयनिक गुणों को छिपा सकते हैं।-और परमाणु-ये अशुद्धियाँ उत्पन्न करते हैं और उनके निष्कासन में बाधा डालते हैं। इसलिए, सिलिकॉन प्रक्रिया के दौरान आणविक संदूषकों को पहले पूरी तरह से समाप्त करना आवश्यक है।-वेफर की रासायनिक सफाई।

ईओण का-और परमाणु-इस प्रकार की अशुद्धियाँ प्रबल सतही आकर्षण के साथ रासायनिक रूप से अधिशोषित होती हैं। परमाणु संदूषक सामान्यतः कम मात्रा में मौजूद होते हैं और सामान्य अम्लों और क्षारों के प्रति निष्क्रिय होते हैं; इन्हें केवल एक्वा रेजिया या अम्लीय हाइड्रोजन द्वारा ही घोला जा सकता है।-पेरोक्साइड विलयन। एक्वा रेजिया और अम्लीय हाइड्रोजन पेरोक्साइड भी आयनिक अशुद्धियों को घोलते हैं। मानक कार्यप्रणाली में अम्ल का उपयोग किया जाता है।-आयनिक अशुद्धियों को दूर करने के लिए पहले क्षार विलयन या क्षारीय हाइड्रोजन पेरोक्साइड का उपयोग करें। फिर एक्वा रेजिया या अम्लीय हाइड्रोजन पेरोक्साइड का उपयोग करके अवशिष्ट आयनिक संदूषकों और परमाणु अशुद्धियों को हटा दें। अंत में उच्च गुणवत्ता वाले घोल से धो लें।-शुद्ध विआयनीकृत जल इस प्रक्रिया को पूरा करता है।

संक्षेप में, सामान्य सिलिकॉन-वेफर सफाई का क्रम इस प्रकार है: डीग्रीसिंग→आयन निष्कासन→परमाणु-अशुद्धता निवारण→विआयनीकृत-पानी से धोना।

प्रत्येक प्रयोग से पहले सिलिकॉन वेफर्स की रासायनिक सफाई आवश्यक है। हालांकि, सतह की स्थितियां प्रत्येक प्रयोग में भिन्न होती हैं। इसलिए, सफाई रसायन और प्राथमिकता वाले लक्ष्य तदनुसार बदलते रहते हैं। व्यावहारिक सफाई प्रक्रियाएं लचीली होती हैं। ठोस विधियां और चरण प्रत्येक प्रयोग के आधार पर निर्धारित किए जाएंगे।-by-वास्तविक सफाई के आधार पर मामले के अनुसार-प्रभाव संबंधी आवश्यकताएँ।

1.5 सामान्य धातुओं और बर्तनों के लिए सफाई उपचार

धात्विक पदार्थ और प्रयोगशाला उपकरण सिलिकॉन के प्रमुख स्रोत हैं।-वेफर संदूषण। वेफर की सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए धातुओं और बर्तनों की पूरी तरह से सफाई अनिवार्य है।-सतह की सफाई। धातुओं और बर्तनों की सफाई का सामान्य सिद्धांत यह है: सबसे पहले चिकनाई के दाग-धब्बे हटाएँ; फिर एसिड, क्षार, धुलाई के घोल या एक्वा रेजिया से खुरचन या धुलाई करें; और अंत में उच्च गुणवत्ता वाले पानी से अच्छी तरह धोकर सफाई पूरी करें।-शुद्ध डीआयनीकृत जल।

2 सुरक्षा ज्ञान

प्रयोगों में अक्सर ज्वलनशील, विस्फोटक, विषैले और संक्षारक अम्ल सहित विभिन्न प्रकार के रसायनों और गैसों का उपयोग किया जाता है।-क्षारीय पदार्थ। अनुचित संचालन से दुर्घटनाएं हो सकती हैं। निवारक उपायों को प्राथमिकता दी जानी चाहिए। दुर्घटना होने पर शांत रहें और तुरंत उचित सुधारात्मक कार्रवाई करें।

2.1 कार्बनिक विलायकों का सुरक्षित संचालन

सामान्य कार्बनिक विलायकों में टोल्यून, एसीटोन, इथेनॉल, मिथाइल एथिल कीटोन, ट्राइक्लोरोएथिलीन और कार्बन टेट्राक्लोराइड शामिल हैं। अधिकांश कार्बनिक विलायक ज्वलनशील होते हैं और उच्च तापमान पर प्रज्वलित हो जाते हैं।-कम तापमान या खुली आग के पास न रखें। इन्हें ठंडी जगह पर, ज्वलनशील स्रोतों से दूर रखें। विलायक के कंटेनरों को सीधे बिजली के स्टोव पर गर्म न करें; पानी-जब गर्म करना आवश्यक हो, तो स्नानघर को गर्म करना बेहतर होता है। आग लगने की स्थिति में, नम कपड़े, बारीक रेत या कार्बन से आग बुझाएं।-डाइऑक्साइड अग्निशामक, कार्बन-टेट्राक्लोराइड अग्निशामक यंत्रों या फोम अग्निशामक यंत्रों का प्रयोग न करें। पानी या अन्य तरल पदार्थों का प्रयोग कभी न करें।-आधारित अम्ल-क्षार अग्निशामक पदार्थ।

कार्बनिक विलायक वाष्पशील होते हैं और इनमें विषाक्तता की मात्रा भिन्न-भिन्न होती है। सभी कार्य पर्याप्त वेंटिलेशन वाले फ्यूम हुड के अंदर ही किए जाने चाहिए।

2.2 अम्लों और क्षारों का सुरक्षित संचालन

प्रयोगों में मजबूत का उपयोग किया जाता है-सल्फ्यूरिक एसिड, नाइट्रिक एसिड, हाइड्रोक्लोरिक एसिड, हाइड्रोफ्लोरिक एसिड और एक्वा रेजिया जैसे अम्लीय विलयन, साथ ही साथ मजबूत-सोडियम हाइड्रॉक्साइड और पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड सहित क्षार विलयन। ये पदार्थ मानव त्वचा और कपड़ों के लिए अत्यधिक संक्षारक होते हैं, इसलिए संचालन के दौरान सुरक्षा नियंत्रण का विशेष ध्यान रखना आवश्यक है।

उन क्षेत्रों में प्रभावी वेंटिलेशन और निकास प्रणाली स्थापित करें जहां एसिड या क्षार वाष्प जमा हो सकती है।

संचालकों को रबर के दस्ताने और रेस्पिरेटर जैसे उपयुक्त सुरक्षात्मक उपकरण पहनने चाहिए।

एसिड या क्षार के घोल को कभी भी मुंह से पिपेट न करें; रबर बल्ब लगे पिपेट का ही प्रयोग करें।

परिवहन के दौरान सावधानी बरतें ताकि बोतलें पलटें या टूटें नहीं। डिब्बे खोलते समय बोतलों का मुंह कर्मचारियों से दूर रखें।

सल्फ्यूरिक एसिड को पतला करने के लिए हमेशा धीरे-धीरे पानी में मिलाएं। कभी भी सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड में पानी न डालें।

उदासीनीकरण से पहले, सांद्र अम्लों या क्षारों को पानी से पतला करें, फिर संबंधित क्षार या अम्ल विलयनों का उपयोग करके उदासीनीकरण करें।

जिन बर्तनों में पहले सांद्र अम्ल या क्षार रखे गए थे, उन्हें पूरी तरह से खाली कर दिया जाएगा, बार-बार पानी से धोया जाएगा और फिर नियमित सफाई प्रक्रियाओं से गुजारा जाएगा।

एसिड की स्थिति में-क्षार से जलने पर, प्रभावित ऊतकों को तुरंत खूब सारे बहते पानी से धोएँ। यदि छींटे आँखों में चले जाएँ, तो आँखों को नल के पानी की भरपूर मात्रा से तुरंत धोएँ। धोने के बाद, जलन की गंभीरता या आँखों पर इसके प्रभाव की परवाह किए बिना, तुरंत चिकित्सा उपचार लें।

2.3 गैसों का सुरक्षित संचालन

प्रायोगिक गैसों की आपूर्ति उच्च स्तर के माध्यम से की जाती है।-दबाव सिलेंडर या गैस पाइपलाइन। कुछ गैसों को मिलाने से दहन या विस्फोट हो सकता है।

गैस सिलेंडर रंगीन होते हैं-सिलेंडरों में मौजूद गैसों की पहचान के लिए उन्हें कोडित और लेबल किया जाता है। सिलेंडरों में गैस उच्च दबाव पर भरी जाती है; नए भरे गए सिलेंडरों का दबाव लगभग 150 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच जाता है। किलोग्राम/सेमी²भंडारण और उपयोग के दौरान विशेष सुरक्षा सावधानियां बरतनी आवश्यक हैं।

गर्मी के मौसम में गैस सिलेंडरों को सीधी धूप से बचाएं। ज्वलनशील पदार्थों और आग के स्रोतों को सिलेंडर से दूर रखें।-भंडारण क्षेत्र।

गैसों के ऐसे युग्मों को, जो संपर्क में आने पर ज्वलनशील या विस्फोटक प्रतिक्रिया करते हैं (जैसे हाइड्रोजन और ऑक्सीजन सिलेंडर), अलग-अलग पृथक कमरों में संग्रहित करें ताकि गैस रिसाव के कारण होने वाली दुर्घटनाओं से बचा जा सके।

सिलेंडर की गैस को पूरी तरह से खाली न करें; सिलेंडर के अंदर एक निश्चित अवशिष्ट दबाव बनाए रखें।

सिलेंडर वाल्व और रिंच पर ग्रीस के संक्रमण को रोकें।

हाइड्रोजन का उपयोग करते समय, उपकरण से अक्रिय गैस का उपयोग करके हवा को बाहर निकालें, पूरे सिस्टम में रिसाव की जांच करें और फ्लैशबैक अरेस्टर्स स्थापित करें।

2.4 विषैले पदार्थों का सुरक्षित संचालन

प्रयोगों में विषैले रासायनिक अभिकर्मकों और यौगिकों के साथ काम करते समय विषाक्तता से बचाव करें। सुरक्षा के मुख्य सिद्धांत निम्नलिखित हैं:

धुआंरोधी आवरण वाले हुड के अंदर ही संचालन करें। अपशिष्ट अवशेषों और अपशिष्ट तरल पदार्थों को निर्दिष्ट सुरक्षित स्थानों पर निपटाने से पहले उनका उपचार करें।

श्वसन यंत्र और सुरक्षात्मक दस्ताने पहनें। किसी भी कीमत पर विषैले पदार्थों के त्वचा के संपर्क और मौखिक सेवन से बचें।

प्रयोग समाप्त होने के बाद दस्तानों को उतारने से पहले उन्हें पानी से अच्छी तरह धो लें।