半导体清洗设备行业报告：国产替代（29页）

清洗步骤数量是芯片制造工艺步骤占比最大的工序，约占所有芯片制造工序步骤的 30% 以上。伴随半导体制造技术节点的进步，清洗工序的数量和重要性将继续提高。在半导体 芯片工艺技术节点进入 28nm、14nm 以及更先进等级后，工艺流程的延长且越趋复杂，产 线成品率也会随之下降。造成这种现象的一个原因就是先进制程对杂质的敏感度更高，小 尺寸污染物的高效清洗更困难。解决的方法主要是增加清洗步骤。每个晶片在整个制造过 程中需要甚至超过 200 道清洗步骤，晶圆清洗变得更加复杂、重要及富有挑战性。根据清洗的介质不同，清洗技术可以分为湿法清洗和干法清洗两种。湿法清洗是指利 用溶液、酸碱、表面活性剂、水及其混合物，通过腐蚀、溶解、化学反应等方法，使硅片 表面的杂质与溶剂发生化学反应生成可溶性物质、气体或直接脱落，以获得满足洁净度要 求的硅片。干法清洗是指不依赖化学试剂的清洗技术，包括等离子体清洗、气象清洗等。 晶圆制造产线上通常以湿法清洗为主，是目前市场上的主流清洗方法。 1.2.1 湿法清洗 湿法清洗采用液体化学试剂和 DI 水氧化、蚀刻和溶解晶片表面污染物、有机物及金属 离子污染。通常采用的湿法清洗有 RCA 清洗法、稀释化学法、IMEC 清洗法和单晶片清洗 等。 1) RCA 通用清洗法：RCA 清洗法依靠溶剂、酸、表面活性剂和水，在不破坏晶圆表面特 征的情况下通过喷射、净化、氧化、蚀刻和溶解晶片表面污染物、有机物及金属离子污 染。

在每次使用化学品后都要在超纯水（UPW）中彻底清洗。化学稀释法：在 RCA 清洗的基础上，对 SC1、SC2 混合物采用稀释化学法可以大量节 约化学品及 DI 水的消耗量。并且 SC2 混合物中的 H2O2 可以完全去掉。稀释 APM  SC2 混合物（1:1:50）可以有效地从晶片表面去除颗粒和碳氢化合物。强烈稀释 HPM 混合物（1:1:60）和稀释 HCI（1:100）在清除金属时可以像标准 SC2 液体一样有效。 采用稀释 HCI 溶液的另外一个优点是，在低 HCI 浓度下颗粒不会沉淀。采用稀释 RCA 清洗法可以使全部化学品消耗减少 86%。稀释 SC1,SC2 溶液及 HF 补充兆声搅动后， 可以降低槽中溶液使用温度，并优化了各种清洗步骤的时间，因此导致槽中溶液寿命加 长，使化学品消耗量减少 80-90%。实验证明采用热的 UPW 代替凉的 UPW 可以使 UPW 消耗量减少 75-80%。此外，多种稀释化学液体由于低流速或清洗时间的要求可 大大节约冲洗用水。 3) IMEC 清洗法： ① 第一步，去除有机污染物，生成一薄层化学氧化物以便有效去除颗粒。通常采用硫 酸混合物。 ② 第二步，去除氧化层，同时去除颗粒和金属氧化物。Cu, Ag 等金属离子存在于 HF 溶液时会沉积到 Si 表面。其沉积过程是一个电化学过程，在光照条件下，铜的表 面沉积速度加快。 ③ 第三步，在硅表面产生亲水性，以保证干燥时不产生干燥斑点或水印。通常采用稀 释 HCL/O3 混合物，在低 pH 值下使硅表面产生亲水性，同时避免再发生金属污染， 并且在最后冲洗过程中增加 HNO3的浓度以减少 Ca 表面污染。