Em semicondutores-Em experimentos de processamento de dispositivos, a limpeza química refere-se à remoção de diversas impurezas nocivas ou contaminantes oleosos adsorvidos nas superfícies de semicondutores, materiais metálicos e utensílios de laboratório. A limpeza emprega reagentes químicos e solventes orgânicos para desencadear reações químicas e efeitos de dissolução com as impurezas e contaminantes oleosos adsorvidos nas superfícies das peças. Medidas físicas como ultrassom, aquecimento e bombeamento a vácuo também podem ser aplicadas para dessorver impurezas das superfícies das peças. As peças são então enxaguadas com grandes volumes de água de alta pressão.-pureza quente-e-Água fria deionizada para obter superfícies limpas.
1.1 Importância da limpeza química
A limpeza química é necessária em todos os experimentos de teste de processo. A qualidade da limpeza química exerce uma influência crítica nos resultados experimentais. Uma limpeza inadequada pode levar a resultados falhos ou insatisfatórios.-resultados experimentais de qualidade. Portanto, compreender as funções e os princípios da limpeza química é essencial para o sucesso dos experimentos de processo.
Como é sabido, uma propriedade fundamental dos semicondutores é a sua alta sensibilidade a impurezas. Mesmo traços de impurezas nos componentes podem ser detectados.-por-A dopagem em nível de milhões pode alterar as propriedades físicas dos semicondutores. Essa propriedade é utilizada para fabricar dispositivos semicondutores com diversas funções por meio da dopagem. No entanto, essa mesma propriedade cria desafios para os semicondutores.-Experimentos de processamento de dispositivos. Reagentes químicos, ferramentas de processamento e água de limpeza podem atuar como fontes de contaminação por impurezas nocivas. Mesmo wafers semicondutores impecáveis sofrerão contaminação perceptível por impurezas após exposição prolongada ao ar ambiente. A limpeza química elimina a contaminação por impurezas nocivas e mantém o silício limpo.-superfícies de wafer.
1.2 Âmbito da Limpeza Química
A limpeza química abrange principalmente três categorias:
Limpeza de silicone-superfícies de wafer;
Limpeza de materiais metálicos (ex.: filamentos de tungstênio para eletrodos de evaporação, chapas de molibdênio para suportes de evaporação, ligas de alumínio para fontes de evaporação, cromo para revestimento de cromo).-fabricação de máscaras);
Limpeza de ferramentas e recipientes (ex.: pinças de metal, tubos de quartzo, recipientes de vidro, moldes de grafite, produtos de plástico e borracha).
1.3 Tipos de impurezas contaminantes no silício-Superfícies de wafers
(1) Molecular-Tipo de adsorção de impurezas
Molécula típica-formam contaminantes adsorvidos no silício-As superfícies dos wafers incluem graxas, resinas e óleos naturais ou sintéticos. As impurezas introduzidas durante o corte, retificação e polimento do substrato geralmente se enquadram nessa categoria. Outras fontes incluem impressões digitais, resíduos de fotorresistente e resíduos orgânicos.-depósitos de solventes.
Molecular-As impurezas do tipo silício são, em sua maioria, adsorvidas fisicamente e ligadas a ele.-As superfícies dos wafers aderem por atração eletrostática. As moléculas de graxas, resinas e óleos geralmente não são aderentes.-A ligação polar surge da atração entre moléculas de impurezas neutras e forças residuais não satisfeitas dos átomos de silício da superfície. Essa interação é equivalente às forças de van der Waals entre moléculas em cristais moleculares. Tais forças atrativas são relativamente fracas e decaem rapidamente com o aumento da distância intermolecular. O alcance efetivo da interação é de aproximadamente 2-3×10⁻⁸cm (2-3 Å), comparável aos diâmetros moleculares. Portanto, molecular-As impurezas desse tipo podem ser removidas com relativa facilidade.
Outra característica importante é que a maioria das moléculas-Os contaminantes do tipo água são da família dos contaminantes.-compostos orgânicos insolúveis. Sua adsorção produz silício.-A superfície hidrofóbica do wafer dificulta o contato eficaz entre a água deionizada e o ácido.-soluções alcalinas e superfícies de wafers. Isso impede que os reagentes interajam com as partículas da superfície e inibe a limpeza química eficaz.
(2) Iônico-Tipo de adsorção de impurezas
Íon comum-formam impurezas adsorvidas no silício-As superfícies do wafer incluem K⁺, N / D⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, H⁺, OH⁻, F⁻, Cl⁻, S²⁻, CO₃²⁻e assim por diante. Essas impurezas têm origem em diversas fontes: ar ambiente, utensílios e equipamentos, agentes químicos, baixa pressão.-Água deionizada pura, água da torneira, ar expirado e suor do operador.
Iônico-A adsorção do tipo [tipo de adsorção] pertence em grande parte à quimissorção. Os íons de impureza se ligam às superfícies do wafer por meio de ligações químicas.-forças de ligação. As distâncias de equilíbrio entre os íons de impureza e os átomos da superfície são extremamente curtas, de modo que os íons adsorvidos podem ser considerados parte da rede de silício. Impurezas iônicas quimissorvidas podem atuar como centros de aprisionamento: algumas se ligam a elétrons livres da rede e servem como aceptores; outras aprisionam lacunas livres e funcionam como doadoras. Devido às fortes forças de quimissorção, a remoção de impurezas iônicas é muito mais difícil do que a eliminação de contaminantes moleculares.
(3) Atômico-Tipo de adsorção de impurezas
Atômico-Os contaminantes superficiais são principalmente átomos metálicos, como ouro, prata, cobre, ferro e níquel. Esses átomos metálicos são geralmente gerados por reações de deslocamento redutivo em soluções de corrosão ácidas, depositando-se sobre o silício.-superfícies de wafer.
Atômico-A adsorção do tipo pesado apresenta a força de ligação mais forte e é a mais difícil de eliminar.-Átomos de metais como ouro e platina praticamente não reagem com ácidos e bases comuns. Portanto, reagentes especiais como a água régia são necessários para formar complexos solúveis. As espécies metálicas complexadas são posteriormente removidas por lavagem com alto teor de ácido.-Água deionizada de pureza elevada.
1.4 Silício Geral-Procedimento de limpeza de wafers
Conforme analisado acima, molecular-Impurezas do tipo iônico são comparativamente fáceis de remover. Contaminantes moleculares remanescentes podem mascarar impurezas iônicas.-e atômico-impurezas do tipo e dificultam sua remoção. Consequentemente, os contaminantes moleculares devem ser completamente eliminados primeiro durante a fabricação do silício.-Limpeza química de wafers.
Iônico-e atômico-As impurezas do tipo atômico são quimicamente adsorvidas com forte afinidade superficial. Os contaminantes atômicos normalmente estão presentes em baixas quantidades e são inertes a ácidos e álcalis comuns; eles só podem ser dissolvidos por água régia ou hidrogênio ácido.-Soluções de peróxido. Água régia e peróxido de hidrogênio ácido também dissolvem impurezas iônicas. O fluxo de trabalho padrão utiliza ácido.-Soluções alcalinas ou peróxido de hidrogênio alcalino são usados inicialmente para remover impurezas iônicas. Contaminantes iônicos residuais e impurezas atômicas são então removidos com água régia ou peróxido de hidrogênio ácido. Um enxágue final com água oxigenada é realizado.-Água deionizada de alta pureza completa o processo.
Em resumo, o silício em geral-A sequência de limpeza do wafer é: Desengorduramento→remoção de íons→Atômico-remoção de impurezas→Desionizado-Enxágue com água.
As lâminas de silício devem ser submetidas a limpeza química antes de cada experimento. No entanto, as condições da superfície variam de um experimento para outro. Consequentemente, os produtos químicos de limpeza e os alvos prioritários também variam. Os fluxos de trabalho de limpeza são flexíveis. Os métodos e etapas específicos devem ser determinados para cada caso.-by-caso a caso, de acordo com a limpeza real.-requisitos de efeito.
1.5 Tratamento de limpeza para metais e utensílios comuns
Materiais metálicos e ferramentas de laboratório são as principais fontes de silício.-Contaminação do wafer. A limpeza completa de metais e utensílios é obrigatória para garantir a qualidade do wafer.-Limpeza da superfície. O princípio geral de limpeza para metais e utensílios é: primeiro, remover contaminantes de gordura; em seguida, realizar decapagem ou lavagem com ácidos, álcalis, soluções de limpeza ou água régia; e, por fim, enxaguar abundantemente com água destilada.-Água deionizada de pureza elevada.
2 Conhecimento de segurança
Os experimentos frequentemente empregam diversos produtos químicos e gases, incluindo ácidos inflamáveis, explosivos, tóxicos e corrosivos.-Substâncias alcalinas. O manuseio inadequado pode causar acidentes. As medidas preventivas devem ser priorizadas. Em caso de acidente, mantenha a calma e implemente as ações corretivas apropriadas imediatamente.
2.1 Manuseio seguro de solventes orgânicos
Solventes orgânicos comuns incluem tolueno, acetona, etanol, metil etil cetona, tricloroetileno e tetracloreto de carbono. A maioria dos solventes orgânicos é inflamável e entra em combustão sob altas temperaturas.-Armazene-os em locais frescos, longe de fontes de ignição. Não aqueça recipientes de solventes diretamente em fogões elétricos; água-O aquecimento da banheira é preferível quando o aquecimento for necessário. Em caso de incêndio, extinga as chamas com um pano úmido, areia fina ou carvão.-extintores de dióxido de carbono-Não utilize extintores de tetracloreto de carbono ou extintores de espuma. Nunca utilize água ou outros produtos químicos.-ácido à base de-agentes extintores alcalinos.
Os solventes orgânicos são voláteis e possuem graus variáveis de toxicidade. Todas as operações devem ser realizadas em capelas de exaustão com ventilação adequada.
2.2 Manuseio seguro de ácidos e álcalis
Os experimentos utilizam forte-Soluções ácidas como ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido clorídrico, ácido fluorídrico e água régia, bem como ácidos fortes.-Soluções alcalinas, incluindo hidróxido de sódio e hidróxido de potássio, são altamente corrosivas para a pele e as roupas humanas, exigindo um rigoroso controle de segurança operacional.
Instale sistemas eficazes de ventilação e exaustão em áreas onde vapores ácidos ou alcalinos possam se acumular.
Os operadores devem usar equipamentos de proteção individual adequados, como luvas de borracha e respiradores.
Nunca pipete soluções ácidas ou alcalinas com a boca; use pipetas com bulbo de borracha.
Durante o transporte, tome cuidado para evitar que as garrafas tombem ou quebrem. Ao abrir as garrafas, aponte a abertura para longe das pessoas.
Sempre adicione o ácido sulfúrico lentamente à água para diluição. Nunca despeje água em ácido sulfúrico concentrado.
Antes da neutralização, dilua os ácidos ou álcalis concentrados com água e, em seguida, realize a neutralização usando as soluções ácidas ou alcalinas correspondentes.
Os recipientes vazios que anteriormente continham ácidos ou álcalis concentrados devem ser completamente drenados, lavados repetidamente com água e, em seguida, submetidos a procedimentos de limpeza de rotina.
Em caso de ácido-Em caso de queimaduras por álcalis, lave imediatamente o tecido afetado com água corrente em abundância. Se o produto entrar em contato com os olhos, lave-os rapidamente com bastante água da torneira. Procure atendimento médico imediato após o enxágue, independentemente da gravidade da queimadura ou da exposição ocular.
2.3 Manuseio seguro de gases
Os gases experimentais são fornecidos através de alta pressão.-Cilindros de pressão ou gasodutos. A mistura de certos gases pode resultar em combustão ou explosão.
Os cilindros de gás são coloridos.-Codificados e etiquetados para identificar os gases contidos. Os cilindros armazenam gás a alta pressão; cilindros recém-cheios atingem aproximadamente 150 kg/cm²Precauções especiais de segurança devem ser tomadas durante o armazenamento e uso.
Evite a exposição direta dos cilindros de gás à luz solar durante o verão. Mantenha materiais inflamáveis e fontes de ignição afastados do cilindro.-zonas de armazenamento.
Armazene pares de gases que reagem de forma combustiva ou explosiva ao contato (por exemplo, cilindros de hidrogênio e oxigênio) em salas isoladas separadas para evitar acidentes causados por vazamento de gás.
Não esgote completamente o gás do cilindro; mantenha uma certa pressão residual dentro dos cilindros.
Evite a contaminação por graxa nas válvulas dos cilindros e nas chaves.
Ao utilizar hidrogênio, remova o ar do equipamento com gás inerte, inspecione todo o sistema em busca de vazamentos e instale dispositivos de segurança contra retrocesso de chama.
2.4 Manuseio seguro de substâncias tóxicas
Previna o envenenamento ao trabalhar com reagentes e compostos químicos tóxicos em experimentos. Os princípios básicos de segurança são os seguintes:
Realizar operações dentro de capelas de exaustão. Tratar resíduos e líquidos residuais antes de descartá-los em locais seguros designados.
Use respiradores e luvas de proteção. Evite a todo custo o contato com a pele e a ingestão oral de materiais tóxicos.
Lave bem as luvas com água antes de retirá-las após o término dos experimentos.
Data da publicação: 30 de julho de 2026