半導體FAB中的清洗工藝（WET）詳解
在半導體制造過程中，清洗工藝扮演著至關重要的角色。它旨在確保Wafer表面的純凈度，從而為后續工藝提供理想的基礎。通過清洗，可以有效地去除在制造過程中產生的Particle，進而提升Wafer的良率和性能。這一工藝在晶圓的加工環節中尤為關鍵，因為在此過程中，Wafer會經過諸如LITHO、ETCH、PVD、CVD等多道關鍵工序。每一步工序前后，都需要進行清洗，以確保Wafer表面的潔凈度，進而降低缺陷率。此外，在芯片的先進封裝過程中，也涉及到多種清洗工藝，如TSV清洗、UBM清洗以及RDL清洗等。總的來說，清洗工藝是半導體制造不可或缺的一環。
清洗工藝中濕法清洗占據主導地位
在半導體制造的清洗工藝中，濕法清洗是目前主流的選擇，占據了清洗步驟的90%以上。濕法清洗采用特定的化學藥液和去離子水等化學溶劑，針對不同的工藝需求對Wafer表面進行無損傷的清洗。它能夠有效地去除Wafer工藝過程中的顆粒、自然氧化層、有機物、金屬污染、犧牲層以及拋光殘留物等雜質。同時，還可以結合超聲波、加熱、真空等物理方法，進一步增強清洗效果。
相比之下，干法清洗則是一種不使用化學溶劑的清洗技術，包括等離子清洗、超臨界氣相清洗和束流清洗等。盡管如此，濕法清洗由于其高效性和廣泛適用性，在半導體制造中仍占據著不可或缺的地位。
SPM（SC3）清洗液，其配料為H2SO4與H2O按1:3的比例混合，是去除有機污染物的有效選擇。硫酸的脫水性使得有機物碳化，而雙氧水則進一步將碳化產物氧化為一氧化碳或二氧化碳。
稀釋氫氟酸溶液，包含HF、DHFl和H2O，以1:2:10的比例混合，主要用于從特定區域去除氧化物、蝕刻硅二氧化物及硅氧化物，同時減少表面金屬的殘留。
UPW（DI水）在清洗過程中扮演著重要角色，它經過臭氧處理后，不僅用于稀釋化學品，還是化學清洗后晶片沖洗的理想選擇。
通過化學稀釋法，如對SCSC2混合液的處理，可以顯著節約化學品及DI水的用量，同時確保SC2混合液中的H2O2被完全去除。此外，稀釋APM、HPM混合液以及HCI溶液，都能在清除金屬雜質時表現出與標準SC2液體相當的效果。特別是稀釋HCI溶液，即使在低濃度下也不會導致顆粒沉淀，從而優化了清洗效果。
采用RCA的化學稀釋法進行清洗，可以使化學品消耗量減少高達86%。通過稀釋SCSC2溶液并補充兆聲攪動，不僅降低了槽中溶液的使用溫度，還優化了清洗步驟的時間，延長了槽中溶液的壽命，進一步減少了化學品的消耗。同時，實驗證明用熱的UPW代替涼的UPW可以使UPW的消耗量減少75~80%。
另外，臭氧清洗作為一種簡單高效的清洗方法，通過在氫氟酸中加入臭氧及雙氧水，可以有效去除金屬離子，提升清洗效果。
IMEC清洗技術：IMEC（Interuniversity Microelectronics Center）
在清洗工藝領域取得了顯著的研究成果。其核心貢獻在于成功應用了稀釋的RCA清洗技術，為行業帶來了革命性的變革。展望未來，IMEC更是描繪出清洗技術的發展藍圖：力求在減少化學液使用量及簡化清洗流程方面取得更大突破。
IMEC清洗技術路線圖展示了該領域的主要步驟。首先，通過硫酸混合物去除有機污染物，并生成一層化學氧化物以更有效地去除顆粒。接下來，利用HF溶液去除氧化層，同時清除顆粒和金屬氧化物，其中Cu、Ag等金屬離子會沉積到Si表面，這一過程是電化學的，并在光照條件下加速。最后，采用稀釋的HCL/O3混合物使硅表面親水，以防止干燥時產生斑點或水印，同時避免金屬污染，并在沖洗過程中增加HNO3濃度以減少Ca表面污染。
物理方法也常被用作輔助手段來增強清洗效果。
這些方法包括機械刷洗、超聲波/兆聲波清洗、二流體清洗和旋轉噴淋等。在當前的半導體清洗工藝中，化學藥液的選擇基本一致，而物理清洗方法則成為不同工藝間的關鍵差異。
機械刷洗法通過專用刷洗器與去離子水的結合，利用刷頭與晶圓表面的摩擦力去除顆粒雜質。超聲波/兆聲波清洗則利用超聲波的能量強化清洗效果，通過液體中的氣泡在聲波驅動下產生沖擊力，從而驅動顆粒脫離硅片表面。但需注意，當振幅過大時，氣泡可能會破裂產生局部沖擊力。因此，在實際應用中，需要根據特征尺寸選擇適當的超聲波頻率，以保持足夠的沖擊力同時避免圖形倒塌。
超聲波技術的核心在于如何實現能量的均勻分布。盛美半導體設備有限公司的專利技術SAPS（Space Alternative Phase Shift，空間交替相移技術），通過巧妙地調整超聲波與硅片之間的距離，并配合間斷性開關的兆聲波發生器，確保在特定時間段內，傳遞給硅片的總能量保持一致。這一創新技術成功解決了超聲波能量均勻性的難題，為實際生產帶來了顯著的效果。
盛美股份的兆聲波清洗設備采用了獨特的技術原理。其中，旋轉噴淋法是一種基于噴嘴的清洗方式，通過不同的噴嘴噴出多樣化的藥液，如水柱、水霧等，借助這些液體顆粒的沖擊力來清除硅片上的顆粒。這種方法的清洗效果與液體顆粒的大小和速度密切相關。
該技術經歷了兩個主要的發展階段。在早期，Jet工藝直接將水柱噴射到旋轉的硅片上，雖然沖擊力強大，清洗效果顯著，但有時會導致圖形坍塌的問題。為了解決這一問題，后來推出了Nano Spray技術。該技術通過將N2引入去離子水中，形成細小的水霧，并以高速噴射到硅片表面，從而有效去除顆粒，同時避免了圖形坍塌的風險。在此技術中，水珠顆粒的大小對沖擊力有著直接影響，而噴嘴孔徑和N2的調節則是控制水珠大小和沖擊力的關鍵。
二流體清洗方法采用一種精細化的水氣二流體霧化噴嘴，通過在噴嘴兩端分別引入液體介質和高純氮氣來實現清洗。高純氮氣作為動力，輔助液體微霧化成極微細的液體粒子，這些粒子被噴射至晶圓表面，從而有效去除顆粒。這種方法產生的流體兼具液體和氣體的優點，適用于高深寬比結構或不能沾水的表面清洗。
干法清洗則主要依賴于氣相學法來去除晶片表面的污染物。其中，熱氧化法和等離子清洗法是氣相化學法的主要代表。在清洗過程中，熱化學氣體或等離子態反應氣體被導入反應室，與晶片表面發生化學反應，生成易揮發的反應產物被真空抽走。
干法清洗的優點包括無廢液產生和可選擇性的局部處理。此外，其蝕刻的各向異性特性有助于細線條和幾何特征的形成。然而，氣相化學法在清洗過程中不可避免地會與硅表面發生反應，且無法僅與表面金屬污染物反應。由于各種揮發性金屬混合物的蒸發壓力和揮發性在不同溫度下有所差異，因此在特定的溫度和時間條件下，可能無法完全去除所有金屬污染物。因此，干法清洗通常需要與濕法清洗相結合才能達到理想的清洗效果。
在實驗中，氣相化學法已被證明能有效減少鐵、銅、鋁、鋅、鎳等金屬污染物。同時，對于鈣的低溫去除，則可以采用基于CL離子的化學法實現有效揮發。在實際工藝過程中，通常會結合使用干法和濕法清洗方式來確保晶圓表面的清潔度。
