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, lâminas 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 atuam 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 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