Комплексное руководство по химической очистке полупроводников и поверхностно-активным веществам

1. Что такое химическая очистка полупроводников?

В производстве полупроводников химическая очистка означает удаление вредных примесей и масел с поверхностей полупроводников, металлов и инструментов. В этом процессе используются химические реагенты и органические растворители для растворения или реакции с загрязнителями. Часто для достижения идеально чистой поверхности используются физические средства, такие как ультразвуковая очистка , нагрев или очистка пылесосом.

1.1 Важность химической очистки

Полупроводники чрезвычайно чувствительны к примесям. Даже одна часть на миллион (ppm) загрязняющего вещества может изменить физические свойства устройства. Хотя мы используем контролируемое допинг для создания функциональности, непреднамеренное загрязнение инструментами, химикатами или воздухом может испортить эксперимент. Химическая очистка необходима для поддержания целостности кремниевой пластины.

1.2 Объем очистки

Химическая очистка охватывает три основных направления:

1. Кремниевые пластины: сама подложка.

2. Металлические материалы: вольфрамовая проволока, молибденовые листы и алюминиевые сплавы, используемые при испарении.

3. Инструменты и посуда: пинцеты, кварцевые трубки, стеклянная посуда и графитовые формы.

2. Виды загрязнений на кремниевых поверхностях

Молекулярные примеси (физическая адсорбция)

К ним относятся натуральные или синтетические масла, смолы и воски. Они часто возникают из-за смазочных материалов для резки/полировки, отпечатков пальцев или остатков фоторезиста.

• Механизм: они прилипают за счет сил Ван-дер-Ваальса и электростатического притяжения.

• Проблема с очисткой: большинство из них нерастворимы в воде и создают гидрофобную поверхность. Это предотвращает попадание чистящих кислот или оснований на поверхность пластины. Поэтому удаление их с помощью растворителей или поверхностно-активных веществ всегда является первым шагом.

Ионные примеси (химическая адсорбция)

Общие ионы включают K+, Na+, Ga2+, Fe2+, Cl- и F-. Они происходят из воздуха, воды, химикатов и человеческого пота.

• Механизм: эти ионы связываются с поверхностью кремния посредством химических сил. Они действуют как «ловушки» для электронов и дырок, серьезно влияя на электрические характеристики. Поскольку связь прочная, их гораздо труднее удалить, чем молекулярные примеси.

Атомные примеси (атомы металлов)

Тяжелые металлы, такие как золото (Au), серебро (Ag) и медь (Cu), часто адсорбируются на поверхности в результате реакций замещения в кислотных травителях.

• Механизм: Они обладают самой сильной адсорбционной силой. Поскольку благородные металлы, такие как золото, не реагируют со стандартными кислотами, для их комплексообразования и растворения требуются реагенты, такие как царская водка (смесь азотной и соляной кислот).

3. Стандартная последовательность очистки.

В зависимости от типа примесей стандартная процедура следует следующей логике:

1. Обезжиривание: используйте поверхностно-активные вещества или органические растворители для удаления молекулярных масел. Это «демаскирует» поверхность для следующих шагов.

2. Удаление ионов: используйте кислотные или щелочные растворы (часто с перекисью водорода) для удаления химических ионов.

3. Атомное удаление: используйте царскую водку или кислотную перекись для растворения остаточных атомов металла.

4. Промывка высокой степени очистки: окончательная промывка деионизированной водой.

4. Знания о химической безопасности

Работа с промышленными чистящими средствами требует строгих протоколов безопасности.

4.1 Органические растворители

Растворители, такие как толуол, ацетон и этанол, легко воспламеняются и токсичны.

• Хранение: Хранить в прохладных местах, вдали от огня.

• Отопление: используйте водяные бани; никогда не используйте прямой огонь.

• Чрезвычайная ситуация: при пожаре используйте углекислотные или пенные огнетушители. Всегда работайте в вытяжном шкафу, чтобы избежать токсичных паров.

4.2 Кислоты и основания

Сильные кислоты (серная, плавиковая, царская водка) и основания (NaOH, КОН) обладают высокой коррозионной активностью.

• Защита: Всегда надевайте резиновые перчатки и маски.

• Правило разбавления: Всегда наливайте кислоту в воду , но не воду в кислоту, чтобы предотвратить взрывоопасные разбрызгивания.

• Контакт с кожей: При попадании на кожу немедленно промыть большим количеством воды и обратиться за медицинской помощью.

4.3 Газовая безопасность

Газовые баллоны (Водород, Кислород) находятся под высоким давлением (около 150 кг/см²).

• Хранение: Храните баллоны вдали от прямых солнечных лучей и тепла.

• Загрязнение: Во избежание самовозгорания убедитесь, что клапаны и ключи не содержат масла и смазки.

• Водород: Всегда продувайте системы инертным газом перед подачей водорода, чтобы предотвратить взрывы.

4.4 Обращение с токсичными веществами

• Все операции проводите в вытяжном шкафу.

• Обработайте все отработанные жидкости перед утилизацией.

• Тщательно вымойте перчатки перед их снятием, чтобы избежать попадания остатков на кожу.