上世紀(jì)50年代以后，隨著離子注入、擴(kuò)散、外延生長(zhǎng)和光刻四種基本工藝的發(fā)明，半導(dǎo)體工藝逐漸發(fā)展起來(lái)。芯片被顆粒和金屬污染，容易導(dǎo)致短路或開路等失效，因此除了在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中避免外部污染外，在制造過(guò)程中（如高溫?cái)U(kuò)散和離子注入等）都需要濕法或干法清洗。這些清洗工作涉及使用化學(xué)溶液或氣體去除殘留在晶圓上的顆粒物、金屬離子和有機(jī)雜質(zhì)，同時(shí)保持晶圓表面潔凈和良好的電性能。

清洗方法分類

1 濕法清洗

濕法清洗使用液體化學(xué)品和去離子水通過(guò)氧化、腐蝕和溶解硅表面污染物、有機(jī)碎屑和金屬離子污染。通常采用RCA清洗、稀釋化學(xué)品清洗、IMEC清洗和單晶圓清洗方法。

1.1 RCA 清洗

起初人們沒(méi)有固定或系統(tǒng)的清洗方法。用于晶圓清洗的RCA工藝是由美國(guó)無(wú)線電公司于1965年發(fā)明的，并用于元器件的制造。這一清洗方法從此成為許多清洗工藝的基礎(chǔ)，如今大多數(shù)制造商的清洗工藝都源自RCA清洗。

為了在不損害晶圓表面特性的情況下噴涂、清洗、氧化、刻蝕和溶解晶圓表面污染物、有機(jī)物和金屬離子污染，RCA清洗使用溶劑、酸、表面活性劑和水。每次使用化學(xué)品后，都需要用去離子水徹底沖洗。下面列出了一些最常用清洗液的用途。

APM（NH4OH/H2O2/H2O at 75~80℃）是一種由氫氧化銨、過(guò)氧化氫和去離子水組成的混合溶液。APM配方為NH4OH:H2O2:H2O=1:1:5。通過(guò)氧化和微刻蝕去除表面顆粒；還可以去除輕度有機(jī)物污染和部分金屬污染。另外表面粗糙度與硅氧化和刻蝕同步發(fā)展。

HPM（HCl/H2O2/H2O at 75~80℃）是一種由鹽酸、過(guò)氧化氫和去離子水組成的混合溶液。HPM配方為H2O2:H2O=1:1:6。HCl能夠溶解堿金屬離子和鋁、鐵、鎂的氫氧化物，此外HCl中的氯離子與殘留的金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)形成絡(luò)合物，硅中金屬污染物被去除。

SPM（H2SO4/H2O2 at 100~130℃）是一種由硫酸和過(guò)氧化氫組成的混合溶液。SPM配方為H2SO4:H2O2 =4:1。這是一種去除有機(jī)污染物的常用清洗液。有機(jī)物可以用H2SO4脫水碳化，而碳化產(chǎn)物可以用H2O2氧化產(chǎn)生一氧化碳或二氧化碳?xì)怏w。

DHF（HF/H2O at 20-25℃）是一種由氫氟酸和去離子水組成的混合溶液。DHF配方為HF:H2O=1:50。它用于去除氧化物，減少表面金屬污染。在APM和HPM溶液清洗后，利用DHF去除晶圓表面的天然氧化層和H2O2氧化產(chǎn)生的化學(xué)氧化層。除去氧化層后，在硅片表面產(chǎn)生硅氫，結(jié)合在一起形成疏水表面。RCA清洗配合兆聲波可以最大限度地減少化學(xué)品和去離子水的消耗，縮短晶圓在清洗液中的刻蝕時(shí)間，減少濕法清洗同向性的影響，提高清洗液的使用壽命。‘

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1.2 稀釋化學(xué)品清洗

當(dāng)稀釋與RCA清洗結(jié)合使用時(shí)，可以節(jié)省化學(xué)品和去離子水用量。稀釋APM（1:1:50）可以去除晶圓表面的顆粒和碳?xì)浠衔?。在去除金屬污染物時(shí)，稀釋HPM（1:1:60）和稀釋HCl（1:100）與傳統(tǒng)HPM一樣有效。

顆粒物在低HCl濃度下不沉降是采用稀釋液的一大優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)pH值在2~2.5時(shí)，硅和氧化硅的電位相等。若pH高于此值，則硅表面帶負(fù)電荷；若pH低于此值，則硅表面帶正電荷。當(dāng)溶液的pH值高于2.5時(shí)，顆粒具有與硅表面相同的負(fù)電荷，在兩者之間會(huì)形成靜電屏蔽。該屏障可以防止刻蝕期間顆粒從溶液中析出并沉積在硅表面。但當(dāng)硅表面帶正電，顆粒在pH值低于2時(shí)帶負(fù)電，此時(shí)沒(méi)有屏蔽作用，導(dǎo)致顆粒在刻蝕時(shí)沉積在硅表面。因此需要通過(guò)控制HCl濃度，避免溶液中的顆粒物積聚在硅表面。

使用稀釋化學(xué)品清洗方法時(shí)，總化學(xué)品消耗量減少14%。稀釋APM、稀釋HPM和DHF輔以兆聲波后，可以降低罐中溶液溫度并優(yōu)化各種清洗步驟時(shí)間，從而延長(zhǎng)溶液在罐中的使用壽命。實(shí)驗(yàn)表明，使用熱超純水而不是冷超純水可以節(jié)省75~80%的超純水用量。此外由于流速低和清洗時(shí)間要求，多種稀釋化學(xué)品可以節(jié)省大量沖洗水。

1.3 IMEC 清洗

基于使用稀釋化學(xué)品的成功經(jīng)驗(yàn)，IMEC（比利時(shí)微電子中心）提出了一種簡(jiǎn)化的臭氧化和稀釋化學(xué)品清洗方法，以節(jié)省化學(xué)品和去離子水使用。第一步消除有機(jī)污染物，并形成一層薄薄的化學(xué)氧化物，以確保有效去除顆粒。通常采用硫酸，但出于環(huán)境原因，使用臭氧化去離子水。這樣既可以減少化學(xué)品和去離子水的使用，也可以避免硫酸浴后復(fù)雜的沖洗步驟。使用臭氧化去離子水（嚴(yán)格控制溫度和濃度參數(shù)）完全去除HMDS（六甲基二硅氮烷）比較困難，因?yàn)槌粞蹩梢栽诃h(huán)境溫度下以高濃度溶解在溶液中，反應(yīng)時(shí)間較慢將導(dǎo)致HDMS去除不完全。較高溫度下反應(yīng)速度加快，但溶解臭氧濃度降低，又會(huì)影響HMDS去除效果。因此必須調(diào)整溫度和濃度參數(shù)，以便更加有效地去除有機(jī)物。

第二步使用HF和HCl混合稀釋液。在去除氧化層和顆粒的同時(shí)，可以抑制Cu和Ag等金屬離子的沉積。由于Cu和Ag等金屬離子在HF中存在時(shí)會(huì)沉積在硅表面，此沉積過(guò)程是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程。使用HF/HCl溶液去除氧化物涂層和顆粒時(shí)，金屬離子通常被抑制。由于Cu2+/Cu+過(guò)程中的催化作用，少量的氯離子增加了Cu的沉積，但大量的氯離子以生成可溶性高亞銅氯化物，Cu不會(huì)再沉積。優(yōu)化后的HF/HCl稀釋液可以成功防止了生成金屬鍍層，同時(shí)也可延長(zhǎng)溶液的使用壽命。

為了避免干斑或水印，第三步是在硅表面產(chǎn)生親水性。為了使硅表面在低pH下具有親水性而不再重復(fù)出現(xiàn)金屬污染，通常使用稀HCl/O3溶液，并在最后沖洗時(shí)提高HNO3的濃度以降低Ca表面污染。

1.4 單晶圓清洗

隨著設(shè)備工藝技術(shù)關(guān)鍵尺寸的不斷縮小和新材料的引入，前端工序（FEOL）的表面處理變得越來(lái)越重要。關(guān)鍵尺寸的減小縮小了清潔過(guò)程窗口，使其很難在滿足清潔效率的同時(shí)最大限度地減少表面損壞和結(jié)構(gòu)損壞。上述傳統(tǒng)的批處理清洗方法越來(lái)越不能適應(yīng)濕法清洗的實(shí)際應(yīng)用。制造工藝需要其它新的清洗方法，以確保重要的設(shè)備規(guī)格、性能和可靠性不會(huì)因污染而受到很大影響。因此，業(yè)界正逐漸趨向于采用單晶圓清洗，以降低重要清洗過(guò)程中交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高產(chǎn)品良率并降低成本。

在室溫下重復(fù)使用DI-O3/DHF清洗液是清洗主要步驟。DHF刻蝕氧化硅，同時(shí)消除顆粒物和金屬污染物，而去離子水（DI-O3）產(chǎn)生氧化硅。根據(jù)刻蝕和氧化要求，短暫的噴涂周期可以達(dá)到令人滿意的清洗效果，而不會(huì)出現(xiàn)交叉污染。最后的沖洗使用去離子水或臭氧化去離子水。使用異丙醇與大量氮?dú)饣旌细稍?，以避免水漬。

2 干法清洗

干法清洗是使用化學(xué)氣相技術(shù)從晶圓表面去除雜質(zhì)。熱氧化和等離子清洗是最常見的兩種化學(xué)氣相技術(shù)。清洗過(guò)程包括將熱化學(xué)氣體或等離子反應(yīng)氣體引入反應(yīng)室，反應(yīng)氣體與晶圓表面化學(xué)結(jié)合，產(chǎn)生揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物，被真空泵抽走。在氧化爐中，在密閉環(huán)境中退火是一種常見的熱氧化過(guò)程，在濺射沉積之前，通常在原位進(jìn)行氬濺射。

等離子清洗包括使用激光、微波、熱電離和其它方法將無(wú)機(jī)氣體轉(zhuǎn)化為等離子體活性粒子，然后與表面分子結(jié)合產(chǎn)生產(chǎn)物分子，然后檢查形成與表面分離的氣相殘留物。

干洗的優(yōu)點(diǎn)是在清洗后不會(huì)留下廢液，并允許選定的局部處理。異向性的干刻蝕也使其更容易創(chuàng)建精致的線條和幾何圖形。另一方面，化學(xué)氣相技術(shù)不能選擇性地單獨(dú)與表面金屬雜質(zhì)反應(yīng)，因此只能與硅表面反應(yīng)。不同的揮發(fā)性金屬成分具有不同的蒸氣壓，不同的金屬具有不同的低溫?fù)]發(fā)性。因此，在特定的溫度和時(shí)間條件下，不能完全消除所有的金屬污染物，因此干法清洗不能完全取代濕法清洗。實(shí)驗(yàn)表明，金屬污染物，如Fe、Cu、Al、Zn和Ni等可以使用氣相化學(xué)技術(shù)，以滿足必要的標(biāo)準(zhǔn)。利用基于Cl離子的化學(xué)技術(shù)，Ca也可以在低溫下成功揮發(fā)。通常，在該過(guò)程中采用干法和濕法清洗的組合。

3.先進(jìn)芯片封裝清洗：

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來(lái)而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國(guó)外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

推薦使用合明科技水基清洗劑產(chǎn)品。