تُشكّل رقائق السيليكون أساس الإلكترونيات الحديثة، حيث تُشكّل قاعدةً للدوائر المتكاملة (ICS)، والخلايا الشمسية، والأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS). ومع ذلك، حتى الملوثات المجهرية - كالغبار، والبقايا العضوية، أو الشوائب المعدنية - قد تُلحق الضرر بأداء الرقاقة. لذا، يُعدّ تنظيف رقائق السيليكون خطوةً بالغة الأهمية في تصنيع أشباه الموصلات.

لماذا التنظيف مهم

• الملوثات تعطل الدوائر:يمكن للجسيمات الصغيرة التي يصل حجمها إلى 0.1 ميكرومتر أن تسبب دوائر قصيرة أو عيوبًا.

• نقاء السطح يؤثر على الأداء:تتطلب طبقات الأكسيد والمواد المضافة أسطحًا نظيفة ذريًا.

• تحسين العائد:تعمل الرقائق النظيفة على تقليل معدلات الخردة في التصنيع.

طرق التنظيف الشائعة

1. تنظيف RCA (التنظيف الرطب القياسي)

تم تطوير هذه العملية المكونة من خطوتين بواسطة شركة RCA Corporation، وهي المعيار الصناعي:

• sc-1 (تنظيف قياسي-1): خليط من الأمونيا (nh₄oh)، بيروكسيد الهيدروجين (h₂o₂)، والماء (h₂o) يزيل البقايا والجزيئات العضوية.

• sc-2 (تنظيف قياسي-2): حمض الهيدروكلوريك (hcl)، وh₂o₂، وh₂o يزيل الشوائب المعدنية.

pros: effective for most contaminants.
cons: uses hazardous chemicals; generates waste.

2. حفر سمكة البيرانا

مزيج عدواني من حمض الكبريتيك (h₂so₄) وh₂o₂ الذي يؤكسد البقايا العضوية.

• use case: stubborn organic contamination.

• caution: highly exothermic and dangerous.

3. التنظيف الجاف (التنظيف بالبلازما)

• يستخدم الغازات التفاعلية (مثل الأكسجين أو بلازما الأرجون) لتبخير الملوثات.

• advantage: no liquid waste; suitable for nanostructures.

• limitation: may cause surface damage if overused.

4. التنظيف بالموجات فوق الصوتية

• تؤدي الموجات الصوتية عالية التردد (حوالي 1 ميجا هرتز) في حمام سائل إلى إزاحة الجسيمات النانوية.

• ideal for: post-polishing particle removal.

الاتجاهات الناشئة

• تنظيف ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج:بديل صديق للبيئة وخالٍ من المخلفات.

• التنظيف الكهروستاتيكي: لإزالة الغبار دون تلامس.

التحديات

• الملوثات النانوية:الطرق التقليدية تواجه صعوبة في التعامل مع الجسيمات التي يقل حجمها عن 10 نانومتر.

• اللوائح البيئية:الدفع نحو تقليل استخدام المواد الكيميائية (على سبيل المثال، المذيبات "الخضراء").

خاتمة

تمزج عملية تنظيف رقائق السيليكون بين الكيمياء والفيزياء والهندسة لتحقيق نقاء على المستوى الذري. ومع انكماش الرقائق إلى عقد 2 نانومتر، ستظل الابتكارات في تقنية التنظيف محورية لقانون مور.