蓝宝石衬底清洗工艺
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1、引言
2、污染物杂质分类
3、清洗的设备仪器
4、清洗的工艺流程
5、清洗间的操作规范
6、硫酸溶液的安全使用
付星星
2011-7-14
1，引言
近二十年来，氮化镓基发光二极管（GaN-based LEDs）取得了飞跃式发展，并实现了大规模的产业化生产。GaN-based LEDs 由于其高效、节能、环保等优越性能，将取代现有的白炽灯、荧光灯、卤化灯等而成为主流的固态照明工具。
然而，同质外延生长所用的高质量GaN衬底的价格昂贵且远不能满足大规模生产的需求。现有的外延衬底大部分仍是蓝宝石，由于蓝宝石与GaN材料存在晶格失配和热失配等缺点，这阻碍了GaN晶体质量的提高，从而导致了GaN发光器件性能的进一步提高。大量研究表明，图形化蓝宝石衬底（Patterned Sapphire Substrate, PSS）有利于降低晶体的位错密度和应力释放，从而大大改善GaN晶体的质量和GaN基发光器件的性能。
目前，世界各国在图形化蓝宝石衬底（PSS）的制备工艺上还没有一个相对成熟和标准化的清洗方法。中镓半导体科技有限公司在蓝宝石衬底的清洗方法上进行了大量的研究和改进。在此，我们对蓝宝石衬底清洗工艺中的仪器设备、工艺流程、操作规范及注意事项等进行了规范和总结。
2，污染物杂质分类
蓝宝石制备需要有一些有机物和无机物参与完成，另外，在PSS 的制备过程中总是在人的参与下在超净间进行，这样就不可避免的产生各种环境对蓝宝石及PSS污染的情况发生。根据污染物发生的情况，大致可将污染物分为颗粒、有机物、金属污染物及其他。
(1)颗粒
颗粒主要是一些聚合物，光刻胶及刻蚀杂质等。通常的颗粒粘附在晶片表面，根据颗粒与表面的粘附情况分析，其粘附力主要是范德瓦尔斯吸引力，所以，对颗粒只要采取物理或化学的方面进行清除，逐渐减少颗粒与晶片的接触面积，最终将其去除。
(2) 有机物
有机物杂质在PSS制备中以多种形式存在，如人的皮肤油脂，净化室的空气、机械油、机硅树脂真空脂、光刻胶残余物、清洗溶剂等。每种污染物都对PSS的制备过程有不同程度的影响，通常在晶片表面形成有机薄膜阻止清洗液到达晶片表面，因此，有机物的去除常常在清洗工序的第一步进行。
(3) 金属污染物
蓝宝石本身的化学机械抛光过程会潜在引入金属污染源。
(4) 其他污染物
在清洗过程中，也可能会引入污染物，如，SPM具有强氧化性，会使有机残余物被氧化、碳化、硫化等，生成物粘附在晶片表面，不易去除。
3，清洗的设备仪器
主要以湿法清洗为主，以下是与湿法清洗相关的设备仪器。
[1] 有机溶剂清洗机【苏州华林科纳公司】
【用途】循环去离子(DI)水，对蓝宝石进行冲洗；形成局部通风区域，对清洗过程产生的有毒腐蚀性气体进行及时排除。
【操作流程】流程操作相对简单，在此不再强调。
【注意事项】
（1）在清洗机内作业时，打开机器的通风设备，关闭外窗门，以防止有机溶剂气体扩散到清洗间，污染样品，损害操作人员健康；
（2）保持清洗机内的清洁卫生，不摆放除超声设备、烧杯、花篮以外的其他设备。
[2] 超声波/兆声波设备
【用途】超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。
（1）空化作用：空化作用就是超声波以每秒两万次以上的压缩力和减压力交互性的高频变换方式向液体进行透射。在减压力作用时，液体中产生真空核群泡的现象，在压缩力作用时，真空核群泡受压力压碎时产生强大的冲击力，由此剥离被清洗物表面的污垢，从而达到精密洗净目的。
（2）直进流作用：超声波在液体中沿声的传播方向产生流动的现象称为直进流。声波强度在0.5W/cm2时，肉眼能看到直进流，垂直于振动面产生流动，流速约为10cm/s。通过此直进流使被清洗物表面的微油污垢被搅拌，污垢表面的清洗液也产生对流，溶解污物的溶解液与新液混合，使溶解速度加快，对污物的搬运起着很大的作用。
（3）加速度：液体粒子推动产生的加速度。对于频率较高的超声波清洗机，空化作用就很不显著了，这时的清洗主要靠液体粒子超声作用下的加速度撞击粒子对污物进行超精密清洗。
【超声频率】
通常选择从20kHz到30kHz范围内的清洗频率
【清洗温度】
一般来说,超声波在50℃-85℃时,效果最好。
[3] 甩干机
【用途】对清洗干净后的蓝宝石样品进行旋转吹干处理。
【操作流程】基本工艺流程如下：
【注意事项】
(1) 设备运行时，腔体内必须放卡塞,否则由于平衡破坏造成设备损
坏或精度降低；
(2)晶片必须均匀放置在卡塞内，尽量保证首尾重力平衡；
(3)卡塞放置在腔体内时，片子正面应朝向观察窗一侧；
(4)设备运行中不得试图打开密封门盖，否则会造成人体伤害或机器
损坏；
(5)关机重启后，时间间隔1分钟以上，否则可能会造成电气损坏；
(6)设备运行中，注意去离子水流量不得超过允许值，否则可能由于
排放受阻而造成机器损坏；
(7)每次运行完毕后取出片子时，注意卡塞口是否朝上，纠正后再取
出，否则片子会掉出来；
(8)一旦发现水路的关联件出现“漏水”、“滴水”现象应立即关机，检修后再运行
[4] 烧杯、花篮、样品盒
【用途】清洗蓝宝石衬底的辅助工具
【注意事项】
(1)每天需要在使用超声波的前提下，依次用丙酮、异丙醇、DI水清
洗烧杯和花篮，各5 min;
(2)样品盒均需依次用异丙醇、DI水超声清洗，各10 min，然后用氮
气抢吹干；
[5] DI水电阻监测计
【用途】监测DI水的纯度
4，清洗的工艺流程
[1] 清洗常用的化学试剂
?丙酮（ACE）
【用途】除去有机残余物，有机颗粒；除去光刻胶。
?异丙醇（IPA）
【用途】溶解丙酮，将有机残余物溶解。
?DI水
【用途】溶解异丙醇，带走残余物。
?SPM: (H2SO4 : H2O2 : H2O）
【用途】具有很强的氧化能力，可将金属氧化后溶于溶液中，并能把有机物氧化生成CO2和水。SPM可去除表面的重有机沾污和部分金属，但是当有机物沾污较重时会使有机物碳化而难以去除。
?DHF: (HF: (H2O2): H2O)
【用途】腐蚀表面氧化层，去除金属沾污
?APM(SC-1) : (NH4OH : H2O2 : H2O)
【用途】能除去粒子、部分有机物及部分金属
?HPM(SC-2): (HCl : H2O2 : H2O)
【用途】主要用于去除金属沾污
[2] 清洗的工艺流程示意图
(A) 新投片：
新丙酮【超声波，60°C/ 10 min】DI水【冲洗，5 min】
异丙醇【超声波，60°C/ 10 min DI水【冲洗，5 min
SPM【90°C，10 min】DI水【冲洗，5 min
DI水【兆声波，60°C/ 10 min水【冲洗，10 min
(B) 返工品1【涂胶前返工片清洗】：
SPM【90°C，10 min】DI水【冲洗，5 min】
DI水【兆声波，60°C/ 10 min】DI水【冲洗，10 min】
甩干
(C) 返工品2【残余光刻胶返工片清洗】：
旧丙酮【超声波，60°C/ 10 min】新丙酮【超声波，60°C/ 10 min】
DI水【冲洗，5 min异丙醇【超声波，60°C/ 10 min】
DI水【冲洗，5 min】SPM【90°C，10 min
DI水【冲洗，5 min DI水【兆声波，60°C/10min
DI水【冲洗，10 min】甩干
[3] 清洗流程的操作规范
(A) 新投片的清洗
(1) 用丙酮(ACE)、异丙醇(IPA)、去离子(DI)水依次进行超声清洗超
声设备内槽、烧杯、花篮、卡塞及样品盒；
(2) 在二个超声设备的内槽分布倒入 2000 - 4000 ml的丙酮和异丙
醇溶液，具体的溶液体积由内槽的容积来定，保证溶液水平面在花篮上平面以上；在一个烧杯中倒入2000 ml丙酮溶液；记录溶液更换日期，按每2000 ml溶液清洗250片晶片的要求规划溶液的清洗次数；
(3) 将晶片用花篮盛放并将其置于丙酮的内槽中，设置超声的温度
60°C，并计时超声清洗晶片10分钟，用盖将内槽封闭，并记录溶液累计使用片数
(4) 将放有晶片的花篮取出冲水5分钟；
(5) 将花篮置于异丙醇中,设置溶液温度60°C，记时超声清洗晶片10
分钟，用盖将内槽封闭，记录溶液累计使用片数；
(5) 将放有晶片的花篮取出冲水5分钟；
(6) 将放有晶片的花篮置于已配制好的硫酸和双氧水(共1200 ml,
H2SO4 : H2O2=3:1 ？)溶液中，计时10分钟，并记录溶液使用累计片数；保持溶液的温度为90°C。如果溶液不是新配溶液，
需向溶液中按溶液的1/3加入双氧水溶液；
(7) 将放有晶片的花篮取出冲水5分钟；
(8) 将晶片从花篮中取出,放置到特制的卡塞中，将放有晶片的卡塞
置于兆声波设备内槽中，在60°C兆声清洗10分钟；
(9) 将放有晶片的卡塞取出冲水10分钟；
(10) 将放有晶片的卡塞放入甩干机中，烘干。
(B) 返工品1【涂胶前返工片清洗】清洗
步骤仅为(A)流程中的(6) — (10)。
(C) 返工品2【残余光刻胶返工片清洗】清洗
步骤是在进行(A)之前，将返工品放置于盛有费丙酮的烧杯中10分钟，其他步骤与(A)相同。
【注意事项】
(1)如有顽固污渍可用棉签蘸丙酮拭擦晶片后再进行清洗作业；晶片
冲水前需将水槽注满水；
(2)将花篮和卡塞放置特定的位置，如清洗机的通风橱中，尽量不要
手接触花篮或卡塞的边缘，防止样品被污染；
(3)丙酮、异丙醇均为有毒物质，操作前的准备工作一定要做好。操
作时一定要戴好口罩和手套；
(4)溶液的配置一定要按相应的比例和容量，保证晶片完全浸泡在溶
液中，清洗机的外窗门一定要关闭；
(5)清洗后的晶片倒入清洗过的样品盒前，也需要用氮气枪进行吹净
样品盒；
(6) 在样品盒上贴标签时，注意防止标签上的胶水污染晶片；
(7)未经培训，不得进行硫酸溶液配制作业；硫酸溶液使用及废液回
收需遵循《硫酸溶液安全使用规范》
5，清洗间的操作规范
【目的】规范清洗间作业事项便于安全生产
【操作前的心理准备】
操作前一定要先确定个人情绪是否稳定、精神状态是否良好。如有异常，应立即向负责人报告，进行调整。
【安全操作规范】
(1)操作前，一定要检查工作台通风是否良好，如有异常，向上级汇
报或向动力保障部门说明情况，请求调整；
(2)在通风橱里开启药品，并一定要戴上口罩、塑胶手套和防酸手套；
(3)试剂开启前,都必须将外面的塑料袋、橡皮筋取下并扔进垃圾桶；
(4)拧开药品盖后，取下瓶口的塑封膜并扔进垃圾桶，在倾倒药品时，
一定要确定塑封膜是否在瓶上；
(5)药品使用完后，必须把瓶盖拧紧并放到安全处；
(6)工作台前的外窗门，在使用时和使用后，均应拉下封闭，防止试
剂污染晶片和超净间，危害员工健康；
(7)废液回收时一定要两人同时在场；
(8)有机废液和无机废液要回收严格分开，放入不同密封箱里；
(9)丙酮、异丙醇和去胶液的温度已经固定，不得随意更改。如确有
需要，向领班汇报，等待上级批准；
(10)硫酸和双氧水混合溶液一定要等到冷却到30°C以下才能回收。
(11)溶液配制或回收时，溅到操作台上的溶液一定要用水冲干净，
再用氮气枪吹干，保持工作台的清洁、干净。
【注意事项】
(1)当有酸性或强腐蚀性溶液（硫酸、双氧水）不小心溅到皮肤上时，
应立即用无尘布（或无尘纸）轻轻擦掉。然后用清水冲洗。(2)当吸入过量有机物（丙酮、异丙醇），感到头晕、恶心时。一定
要向班报告，情形严重的立即就医。
6，硫酸溶液的安全使用规范
【目的】安全正确操作硫酸溶液，确保操作者和设备生产的安全。【安全操作服装规定】
使用高度危险性之化学药品时（如硫酸等），必须穿戴防护面具、抗酸碱防护长袍与抗酸碱手套等
【安全规定】
(1)领取
领取硫酸溶液前需先到仓库开具《危险化学品领料单》，填写物料名称、规格、型号及数量等相关信息，由经理签字副总以上审核后方可到仓库领取物料；用专用手推车搬运物料过程中需轻拿轻放，不可碰撞、倒置或横放物料，包装纸箱不可随物料进入无尘车间；(2)存储
硫酸溶液的存储应专柜存放，且有通风设备，移动或更换溶液后，应放回原处并扣上门栓。
(3)使用
[1] 所有使用者一律先培训和考核，通过合格后方可自行使用；
[2] 使用化学防护器着装必须齐全，应全程穿戴防酸围裙、防酸
手套及防酸面罩，以维护作业时的人身安全；
[3] 使用化学槽前应先确定排气抽风系统正常运行；无机区设备
所使用的药品为无机化学药品，切不可将有机类药品（如：
丙酮、异丙醇等)拿至该设备区操作与配制；
[4] 配制新溶液时需再三确认标识，以免发生误配之危险，除会
造成制程之损失外，严重易造成工伤事故。另需注意其化学
特性及使用期限；
[5] 使用完毕的空瓶，需先经冲洗后方可放置于空瓶回收柜中；
[6] 若要暂时离开，对遗留下来无人管理的化学药品，要加以标
签标识使用者名称，化学药品名称，配制日期。绝对不能将
任何未贴标签的溶液或尚未清洗的器具放在一旁；
[7] 在化学槽工作时英养成良好的工作姿势，上身应避免前倾至
化学清洗槽上方，一方面可防止危险发生，另一方面也可减
少被污染的机会；
[8] 不使用化学槽时，应将盖子盖妥，清洗水槽之水和氮气关闭；
[9] 使用完毕的药品、烧杯、晶片，务必物归原位，并做适当处
理，时刻保持清洗台面整齐干净。
(4)作业规范：
[1] 烧杯使用前要先清洗(丙酮、异丙醇、DI water超声冲洗)，配
置溶液前亦然；
[2] 拿烧杯时需用双手，以两手抱紧烧杯外侧拿起；不可单手抓，
因为容易滑落甚至摔破。拿烧杯或水杯时，手指不可碰触到杯缘或烧杯内部；
[3] 配置溶液时，化学药瓶不可放于清洗台上，因为药瓶的底部跟
外侧都很脏，倒酸时，注意不能让药瓶瓶口接触到杯缘。使用完毕应立刻将药瓶放回柜中；
[4] 酸碱溶液不可与有机溶液混合使用，因为混合时会产生高热、
燃烧甚至剧烈爆炸反应。而有机溶液都是易燃物，而不宜放
在同一个槽中；
[5] 溶液不慎倾倒到地面时，若面积很大，可先用无尘纸围住，
再以吸液棉覆盖，最后置入垃圾桶胶袋内封好。作业时戴厚
的防酸手套，小面积的酸碱泼洒可用滤纸、无尘纸吸附。勿
在无尘室内使用中和粉末(会有导致颗粒污染)；
[6] 操作本区设备时所使用之防护器具若有污损，需进行清洁并放
回原处；
[7] 抗酸碱面罩、围裙之清洗：以擦拭纸沾清水，将沾附之殘酸废
碱清除后归回原位；
[8] 在作业过程中发生化学品危害时，应先脱去衣物，请就近使用
急救药品及设施。
(5)配制硫酸+双氧水顺序：(?)
[1] 先量取400 ml双氧水倒入烧杯中，将量筒用水枪洗净；
[2] 再量取1200 ml浓硫酸，沿着烧杯壁缓缓倒入烧杯中；若要降
温，可先将烧杯置于水槽中，开启鼓泡功能；
[3] 清洗用具,打扫台面，将溶液瓶放回至溶液柜中。
(6)排放
[1] 排放废液前，先检查溶液温度是否过热，要等其冷却至低于
30℃以下才方可倾倒，以避免水槽管路提早劣化；
[2] 在倒酸碱溶液时要先将DI水开启，目的是加速稀释进入管路
内的酸碱溶液，且拿一水杯承接，防水四处溅洒，待水杯中的水溢满并流入水槽之后，将酸碱溶液沿槽璧倒入，最后要将杯子清洗干净归位；(?)
[3] 务必依排放规定进行排放，严禁任意倒入任何非指定排放口。
(7)酸碱防护服的标准穿戴，如下图：
2018年半导体清洗设备行业分析报告 2018年5月
目录 一、半导体清洗工艺重要且复杂，贯穿半导体产业始终 (4) 1、清洗工艺重要且步骤繁多，全球市场规模迅速扩大 (4) 2、湿法干法清洗工艺相互补充，设备多样化 (7) 3、多工艺节点并存，清洗设备要求渐高 (15) 二、迪恩士：清洗设备技术引领者与市场增长点最先受益者 (19) 1、多行业龙头，引领最先进的清洗设备市场 (19) 2、工艺节点收缩形成清洗设备新增长点，技术引领者最先受益于市场蓝海 (25) 三、国内清洗设备需求旺盛，国产设备有望异军突起 (29) 1、中国越来越成为半导体的重要主场，清洗设备需求旺盛 (29) 2、国产清洗设备正布局，有望异军突起 (31) （1）盛美半导体 (32) （2）北方华创 (34) （3）至纯科技 (36)
半导体清洗工艺重要且复杂，贯穿半导体产业始终。半导体清洗工艺贯穿半导体产业始终，步骤占总生产流程的30%以上，对于提升成品良率有着至关重要的作用。根据SEMI 数据，2017 年全球半导体清洗设备市场空间为32.3 亿美元，预计2020 年达到37 亿美元。半导体清洗工艺主要有湿法和干法两种，两种工艺相互补充，形成目前半导体工艺的基本工艺，并由此发展出多样化的设备，主要包括单晶圆清洗设备、自动清洗台、洗刷机等。其中，随着工艺节点的缩小，清洗要求渐高，单晶圆清洗设备将是未来清洗设备的主流。 迪恩士：清洗设备技术引领者与市场增长点最先受益者。迪恩士是全球清洗设备的龙头，立足日本、面向全球提供半导体清洗设备，在单晶圆清洗设备、自动清洗台、洗刷机三个最主要的清洗设备领域均占据世界首位的市场份额，是清洗设备技术的引领者。工艺节点不断收缩促使半导体商不断扩展最新技术的产线，从而带来对于先进清洗设备的不断需求，形成强有力的增长点。从迪恩士近两年的收入结构来看，迪恩士作为技术引领者直接受益于此新增长点。 国内清洗设备需求旺盛，国产设备有望异军突起。随着半导体产业向中国大陆的转移，中国大陆有着强劲的半导体设备需求，经过测算，国内未来五年的清洗设备市场空间达到400 亿元以上，其中单晶圆清洗设备市场空间为278 亿元。国内半导体设备企业如盛美半导体、北方华创已经在清洗设备上有所积累，另外高纯系统龙头至纯科技也有所布局，有望乘行业红利之舟，行创新赶超之道，迎来加速成长。
半导体IC清洗技术 李仁 （中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京 101601） 摘要：介绍了半导体IC制程中存在的各种污染物类型及其对IC制程的影响和各种污染物的去除方法, 并对湿法和干法清洗的特点及去除效果进行了分析比较。 关键词：湿法清洗；RCA清洗；稀释化学法；IMEC清洗法；单晶片清洗；干法清洗 中图分类号：TN305.97 文献标识码：B 文章编号：1003-353X(2003)09-0044-04 1前言 半导体IC制程主要以20世纪50年代以后发明的四项基础工艺（离子注入、扩散、外延生长及光刻）为基础逐渐发展起来，由于集成电路内各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如果遭到尘粒、金属的污染，很容易造成晶片内电路功能的损坏，形成短路或断路等，导致集成电路的失效以及影响几何特征的形成。因此在制作过程中除了要排除外界的污染源外，集成电路制造步骤如高温扩散、离子植入前等均需要进行湿法清洗或干法清洗工作。干、湿法清洗工作是在不破坏晶圆表面特性及电特性的前提下，有效地使用化学溶液或气体清除残留在晶圆上之微尘、金属离子及有机物之杂质。 2污染物杂质的分类 IC制程中需要一些有机物和无机物参与完成，另外，制作过程总是在人的参与下在净化室中进行，这样就不可避免的产生各种环境对硅片污染的情况发生。根据污染物发生的情况，大致可将污染物分为颗粒、有机物、金属污染物及氧化物。 2.1 颗粒 颗粒主要是一些聚合物、光致抗蚀剂和蚀刻杂质等。通常颗粒粘附在硅表面，影响下一工序几何特征的形成及电特性。根据颗粒与表面的粘附情况分析，其粘附力虽然表现出多样化，但主要是范德瓦尔斯吸引力，所以对颗粒的去除方法主要以物理或化学的方法对颗粒进行底切，逐渐减小颗粒与硅表面的接触面积，最终将其去除。
半导体清洗设备制程技术与设备市场分析 （台湾）自?動?化?產?業?技?術?與?市?場?資?訊?專?輯 关键词 ?多槽全自动清洗设备Wet station ?单槽清洗设备Single bath ?单晶圆清洗设备Single wafer ?微粒particle 目前在半导体湿式清洗制程中，主要应用项目包含晶圆清洗与湿式蚀刻两项，晶圆(湿式) 清洗制程主要是希望藉由化学药品与清洗设备，清除来自周遭环境所附着在晶圆表面的脏污，以达到半导体组件电气特性的要求与可靠度。至于脏污的来源，不外乎设备本身材料产生、现场作业员或制程工程师人体自身与动作的影响、化学材料或制程药剂残留或不纯度的发生，以及制程反应产生物的结果，尤其是制程反应产生物一项，更成为制程污染主要来源，因此如何改善制程中所产生污染，便成为清洗制程中研究主要的课题。 过去RCA 多槽湿式清洗一直是晶圆清洗的主要技术，不过随着近年来制程与清洗设备的演进，不但在清洗制程中不断产生新的技术，也随着半导体后段封装技术的演进，清洗设备也逐渐进入封装厂的生产线中。以下本文即针对清洗设备与技术作一深入介绍，并分析清洗设备发展的关键机会及未来的发展趋势。 晶圆表面所残留脏污的种类非常多，约略可分成微粒、金属离子、有机物与自然氧化物。而这些污染物中，以金属离子对半导体组件的
电气特性有相当的影响力，其中尤其是重金属离子所引发的不纯度，将严重影响闸氧化层的临界崩溃电压、起始电压漂移与P-N 接合电压，进而造成制程良率的降低。所以，针对制程所使用的化学品与纯水，必须进行严格的纯度控制以有效降低生产过程所产生的污染源。由于集成电路随着制作集积度更高的电路，其化学品、气体与纯水所需的纯度也将越高，为提升化学品的纯度与操作良率，各家厂商无不积极改善循环过滤与回收系统，如FSI 公司提出point-of-generation （点产生）与point-of-use （点使用）相结合，比起传统化学瓶的供应方式，有着更佳的纯度。（注：POUCG点再生） 在半导体制程中，无论是在去光阻、化学气相沈淀、氧化扩散、晶圆研磨以后等各阶段制程都需反复清洗步骤，而在晶圆清洗部分也概略分为前后段清洗两部分(在晶圆生产处理过程中大致可区分为 前段与后段制程，前后段以金属制作蒸镀、溅镀为分界)，在前段制程清洗方面，如Preclean、扩散、氧化层与氮化层的去除、复晶硅蚀刻与去除。后制程段清洗方面，包含金属间介电层与金属蚀刻后之清洗、光阻去除前后的清洗、CMP 制程后之清洗等。 由于晶圆污染来源除一般微粒(particle) 附着于晶圆表面上，并可能是污染物与晶圆表面之间产生连接，包含如多种化学键结，甚至于脏污被氧化层或有机物薄膜所深埋，即使经过多次的物理力洗濯或冲刷，均无法彻底去除此脏污，并有可能产生回污或交互污染。因此，清洗的方法除了物理力或溶解的洗净外，对于晶圆表面施予微量蚀刻(Micro-etching) 的化学清洗方式(如下表一)，便成了不可或缺的关键
清洗机超音波清洗机是现代工厂工业零件表面清洗的新技术,目前已广泛应用于半导体硅片的清洗。超声波清洗机“声音也可以清洗污垢”——超声波清洗机又名超声波清洗器，以其洁净的清洗效果给清洗界带来了一股强劲的清洗风暴。超声波清洗机（超声波清洗器）利用空化效应，短时间内将传统清洗方式难以洗到的狭缝、空隙、盲孔彻底清洗干净，超声波清洗机对清洗器件的养护，提高寿命起到了重要作用。CSQ系列超声波清洗机采用内置式加热系统、温控系统，有效提高了清洗效率；设置时间控制装置，清洗方便；具有频率自动跟踪功能，清洗效果稳定；多种机型、结构设计，适应不同清洗要求。CSQ系列超声波清洗机适用于珠宝首饰、眼镜、钟表零部件、汽车零部件，医疗设备、精密偶件、化纤行业（喷丝板过滤芯）等的清洗；对除油、除锈、除研磨膏、除焊渣、除蜡，涂装前、电镀前的清洗有传统清洗方式难以达到的效果。恒威公司生产CSQ系列超声波清洗机具有以下特点：不锈钢加强结构，耐酸耐碱；特种胶工艺连接，运行安全；使用IGBT模块，性能稳定；专业电源设计，性价比高。反渗透纯水机去离子水生产设备之一，通过反渗透原理来实现净水。 纯水机清洗半导体硅片用的去离子水生产设备，去离子水有毒，不可食用。 净化设备主要产品：水处理设备、灌装设备、空气净化设备、净化工程、反渗透、超滤、电渗析设备、EDI装置、离子交换设备、机械过滤器、精密过滤器、UV紫外线杀菌器、臭氧发生器、装配式洁净室、空气吹淋室、传递窗、工作台、高校送风口、空气自净室、亚高、高效过滤器等及各种配件。 风淋室：运用国外先进技术和进口电器控制系统,组装成的一种使用新型的自动吹淋室.它广泛用于微电子医院\制药\生化制品\食品卫生\精细化工\精密机械和航空航天等生产和科研单位,用于吹除进入洁净室的人体和携带物品的表面附着的尘埃,同时风淋室也起气的作用,防止未净化的空气进入洁净区域,是进行人体净化和防止室外空气污染洁净的有效设备. 抛光机整个系统是由一个旋转的硅片夹持器、承载抛光垫的工作台和抛光浆料供给装置三大部分组成。化学机械抛光时，旋转的工件以一定的压力压在旋转的抛光垫上，而由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在工件与抛光垫之间流动，并产生化学反应，工件表面形成的化学反应物由磨粒的机械作用去除，即在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现超精密表面加工，人们称这种CMP为游离磨料CMP。 电解抛光电化学抛光是利用金属电化学阳极溶解原理进行修磨抛光。将电化学预抛光和机械精抛光有机的结合在一起，发挥了电化学和机构两类抛光特长。它不受材料硬度和韧性的限制，可抛光各种复杂形状的工件。其方法与电解磨削类似。导电抛光工具使用金钢石导电锉或石墨油石，接到电源的阴极，被抛光的工件（如模具）接到电源的阳极。 光刻胶又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂（见光谱增感染料）和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像（见图光致抗蚀剂成像制版过程）。光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。①光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。②光分解型，采用含有叠氮醌类化合
硅片的化学清洗总结 硅片清洗的一般原则是首先去除表面的有机沾污；然后溶解氧化层(因为氧化层是“沾污陷阱”，也会引入外延缺陷)；最后再去除颗粒、金属沾污，同时使表面钝化。 清洗硅片的清洗溶液必须具备以下两种功能:(1)去除硅片表面的污染物。溶液应具有高氧化能力，可将金属氧化后溶解于清洗液中，同时可将有机物氧化为CO2和H2O；(2)防止被除去的污染物再向硅片表面吸附。这就要求硅片表面和颗粒之间的Z电势具有相同的极性，使二者存在相斥的作用。在碱性溶液中，硅片表面和多数的微粒子是以负的Z电势存在，有利于去除颗粒；在酸性溶液中，硅片表面以负的Z电势存在，而多数的微粒子是以正的Z电势存在，不利于颗粒的去除。 1 传统的RCA清洗法 1.1 主要清洗液 1.1.1 SPM（三号液）（H2SO4∶H2O2∶H2O） 在120～150℃清洗10min左右，SPM具有很高的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液中，并能把有机物氧化生成CO2和H2O。用SPM清洗硅片可去除硅片表面的重有机沾污和部分金属，但是当有机物沾污特别严重时会使有机物碳化而难以去除。经SPM清洗后，硅片表面会残留有硫化物，这些硫化物很难用去粒子水冲洗掉。由Ohnishi提出的SPFM(H2SO4/H2O2/HF)溶液，可使表面的硫化物转化为氟化物而有效地冲洗掉。由于臭氧的氧化性比H2O2的氧化性强，可用臭氧来取代H2O2(H2SO4/O3/H2O称为SOM溶液)，以降低H2SO4的用量和反应温度。H2SO4(98%):H2O2(30%)=4:1 1.1.2 DHF（HF(H2O2)∶H2O） 在20～25℃清洗30s 腐蚀表面氧化层，去除金属沾污，DHF清洗可去除表面氧化层，使其上附着的金属连同氧化层一起落入清洗液中，可以很容易地去除硅片表面的Al，Fe，Zn，Ni等金属，但不能充分地去除Cu。HF：H2O2=1：50。 1.1.3 APM(SC-1)（一号液）（NH4OH∶H2O2∶H2O） 在65～80℃清洗约10min 主要去除粒子、部分有机物及部分金属。由于H2O2的作用，硅片表面有一层自然氧化膜(Si02)，呈亲水性，硅片表面和粒子之间可被清洗液浸透。由于硅片表面的自然氧化层与硅片表面的Si被NH4OH腐蚀，因此附着在硅片表面的颗粒便落入清洗液中，从而达到去除粒子的目的。此溶液会增加硅片表面的粗糙度。Fe，Zn，Ni等金属会以离子性和非离子性的金属氢氧化物的形式附着在硅片表面，能降低硅片表面的Cu的附着。体积比为(1∶1∶5)~(1∶2∶7)的NH4OH (27 %)、H2O2(30%)和H2O组成的热溶液。稀释化学试剂中把水所占的比例由1∶5增至1∶50，配合超声清洗，可在更短时间内达到相当或更好的清洗效果。 SC-1清洗后再用很稀的酸(HCl∶H2O为1∶104)处理，在去除金属杂质和颗粒上可收到良好的效果，也可以用稀释的HF溶液短时间浸渍，以去除在SC-1形成的水合氧化物膜。最后，常常用SC-1原始溶液浓度1/10的稀释溶液清洗，以避免表面粗糙，降低产品成本，以及减少对环境的影响。 1.1.4 HPM(SC-2)（二号液）（HCl∶H2O2∶H2O） 在65～85℃清洗约10min用于去除硅片表面的钠、铁、镁等金属沾污，。在室温下HPM就能除去Fe和Zn。H2O2会使硅片表面氧化，但是HCl不会腐蚀硅片表面，所以不会使硅片表面的微粗糙度发生变化。(1∶1∶6)~ (2∶1∶8)的H2O2(30%)、HCl(37%)和水组成的热混合溶液。对含有可见残渣的严重沾污的晶片，可用热H2SO4-H2O(2∶1)混合物进行预清洗。 1.2 传统的RCA清洗流程
半导体的生产工艺流程 -------------------------------------------------------------------------------- 一、洁净室 一般的机械加工是不需要洁净室(clean room)的，因为加工分辨率在数十微米以上，远比日常环境的微尘颗粒为大。但进入半导体组件或微细加工的世界，空间单位都是以微米计算，因此微尘颗粒沾附在制作半导体组件的晶圆上，便有可能影响到其上精密导线布局的样式，造成电性短路或断路的严重后果。 为此，所有半导体制程设备，都必须安置在隔绝粉尘进入的密闭空间中，这就是洁净室的来由。洁净室的洁净等级，有一公认的标准，以class 10为例，意谓在单位立方英呎的洁净室空间内，平均只有粒径0.5微米以上的粉尘10粒。所以class后头数字越小，洁净度越佳，当然其造价也越昂贵。 为营造洁净室的环境，有专业的建造厂家，及其相关的技术与使用管理办法如下： 1、内部要保持大于一大气压的环境，以确保粉尘只出不进。所以需要大型鼓风机，将经滤网的空气源源不绝地打入洁净室中。 2、为保持温度与湿度的恒定，大型空调设备须搭配于前述之鼓风加压系统中。换言之，鼓风机加压多久，冷气空调也开多久。 3、所有气流方向均由上往下为主，尽量减少突兀之室内空间设计或机台摆放调配，使粉尘在洁净室内回旋停滞的机会与时间减至最低程度。 4、所有建材均以不易产生静电吸附的材质为主。 5、所有人事物进出，都必须经过空气吹浴(air shower) 的程序，将表面粉尘先行去除。 6、人体及衣物的毛屑是一项主要粉尘来源，为此务必严格要求进出使用人员穿戴无尘衣，除了眼睛部位外，均需与外界隔绝接触(在次微米制程技术的工厂内，工作人员几乎穿戴得像航天员一样。) 当然，化妆是在禁绝之内，铅笔等也禁止使用。 7、除了空气外，水的使用也只能限用去离子水(DI water, de-ionized water)。一则防止水中粉粒污染晶圆，二则防止水中重金属离子，如钾、钠离子污染金氧半(MOS) 晶体管结构之带电载子信道(carrier channel)，影响半导体组件的工作特性。去离子水以电阻率(resistivity) 来定义好坏，一般要求至17.5MΩ-cm以上才算合格；为此需动用多重离子交换树脂、RO逆渗透、与UV紫外线杀菌等重重关卡，才能放行使用。由于去离子水是最佳的溶剂与清洁剂，其在半导体工业之使用量极为惊人！ 8、洁净室所有用得到的气源，包括吹干晶圆及机台空压所需要的，都得使用氮气(98%)，吹干晶圆的氮气甚至要求99.8%以上的高纯氮！以上八点说明是最基本的要求，另还有污水处理、废气排放的环保问题，再再需要大笔大笔的建造与维护费用! 二、晶圆制作 硅晶圆(silicon wafer) 是一切集成电路芯片的制作母材。既然说到晶体，显然是经过纯炼与结晶的程序。目前晶体化的制程，大多是采「柴可拉斯基」(Czycrasky) 拉晶法(CZ 法)。拉晶时，将特定晶向(orientation) 的晶种(seed)，浸入过饱和的纯硅熔汤(Melt) 中，并同时旋转拉出，硅原子便依照晶种晶向，乖乖地一层层成长上去，而得出所谓的晶棒(ingot)。晶棒的阻值如果太低，代表其中导电杂质(impurity dopant) 太多，还需经过FZ悬浮区熔法法(floating-zone) 的再结晶(re-crystallization)，将杂质逐出，提高纯度与阻值。
化学清洗总结 1.3各洗液的清洗说明；1.3.1SC-1洗液；1.3.1.1去除颗粒；硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜(约6mm；①自然氧化膜约0.6nm厚，其与NH4OH、H2；②SiO2的腐蚀速度随NH4OH的浓度升高而加快；③Si的腐蚀速度，随NH4OH的浓度升高而快当，；④NH4OH促进腐蚀，H2O2阻碍腐蚀；⑤若H2O2的浓度一定，NH4OH浓度越低，颗粒 1.3 各洗液的清洗说明 1.3.1 SC-1洗液 1.3.1.1 去除颗粒 硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜(约6mm呈亲水性)，该氧化膜又被NH4OH 腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒也随腐蚀层而落入清洗液内。 ①自然氧化膜约0.6nm厚，其与NH4OH、H2O2浓度及清洗液温度无关。 ②SiO2的腐蚀速度随NH4OH的浓度升高而加快，其与H2O2的浓度无关。 ③Si的腐蚀速度，随NH4OH的浓度升高而快当，到达某一浓度后为一定值，H202浓度越高这一值越小。 ④NH4OH促进腐蚀，H2O2阻碍腐蚀。 ⑤若H2O2的浓度一定，NH4OH浓度越低，颗粒去除率也越低，如果同时降低H2O2浓度可抑制颗粒的去除率的下降。 ⑥随着清洗液温度升高，颗粒去除率也提高在一定温度下可达最大值。 ⑦颗粒去除率与硅片表面腐蚀量有关为确保颗粒的去除要有一定量以上的腐蚀。 ⑧超声波清洗时由于空化现象只能去除≥0.4μm颗粒。兆声清洗时由于0.8Mhz的加速度作用能去除≥0.2μm颗粒，即使液温下降到40℃也能得到与80℃超声清洗去除颗粒的效果，而且又可避免超声清洗对晶片产生损伤。
电子资讯时报/2007年/4月/30日/第B06版 半导体技术专辑 工艺环境日趋细微化 半导体清洗技术面临变革 FSI International市场副总裁Scott Becker博士专访 台文 在晶圆制造的过程中，包括蚀刻、氧化、淀积、去光刻胶以及化学机械研磨等每一个步骤，都是造成晶圆表面污染的来源，因此需要反复地进行清洗。 伴随着工艺的细微化发展，不仅仅是晶圆制造、芯片设计企业，包括晶圆生产相关设备产业也都面临了严苛的考验，因为栅极氧化厚度缩小之后，更对晶圆表面的洁净要求严苛。所以在晶圆的蚀刻清洗方面，如何满足客户在技术与工艺上的支持更是重要的课题。不可否认的是，接下来面对45纳米的工艺，更是一项巨大的挑战，而且关心的是更新的技术已经陆续现身，为此带来革命性的影响。居于半导体洁净相关设备技术领先地位的FSI International的市场副总裁Scott Becker博士分析了此变化，Becker认为确实是如此，想要达到令人满意的成果已经是越来越困难了，因为越小的晶体管线宽就意味着对其残留物越敏感，同时不断被开发出来的新型材料会更难适应目前现有的晶圆洁净技术，对于半导体洁净相关设备来说，也是必须不断地改善，或者研发出更新一代的技术来因应此发展。举例来说，面对被光刻胶遮盖的部分，传统的等离子灰洗(Plasma Ash)技术应用在高浓度离子注入层时，普遍上会造成6－8A不等的硅材料损耗，因此面向客户的需求下，FSI In－ternational便开发出了全新免等离子灰化的光刻胶去除技术——ViPRTM湿式光刻胶去除技术以期达到最少的硅材料损耗，此外为了不损坏和蚀刻到脆弱的逻辑门聚集，FSI International也针对微粒清洗技术进行了相当程度的改进。 利用稀酸清洗来取代传统工艺 就晶圆洁净的层面而言，传统以来都是采取强酸材料作为清洗的溶剂，但是强酸及强碱极易伤害铜导线及低介电材料，但随着晶圆厂降低灰化后清洗应用成本，半导体制造企业也被开始寻找其它的溶剂做为替代品，所以在溶剂的使用上，已经有企业陆续开发出稀酸清洗的工艺，稀酸混合溶液最近已被证明能在有效去除灰化后残留物，并且能够将氧化蚀刻减至最少，以及不太会造成金属导线腐蚀，所以目前许多晶圆的生产企业成功地导入了稀酸清洗工艺。 传统的前段工艺清洗技术使用1份过氧化氢、1份盐酸(或氢氧化氨)和5份水。Becket表示，目前FSI International有很多的顾客，把水从5份加到甚至超过100份的，根据FSI的经验，这样的作法会严重地减弱化学功效，因而出现微尘粒子去除功效会下降到20倍之多。此外还一些顾客，会除去SC-2清洗液中的过氧化氢。当然，我们希望所采用的稀酸清洗液，可以在45纳米技术工艺中成为标准，但是另一方面，用于FEOL(前段工艺)清洗的稀硫酸液，无论是现在还是不远的将来都无法实现，虽然利用臭氧水代替这种溶液也有成功地例子，但是由于稳定性极差，相信应用将会受到约束。不过，FSIInternational已经提供一些顾客，在后段工艺中应用了稀酸清洗的技术，在成果的部分，显示出可以大幅度地降低成本，因此，致力于稀酸清洗的这一方面所代表的意义是，将会有着巨大的成本节约和减少对环境的影响。 企业对于臭氧技术的期待 相比于有机及金属污染物，微粒的去除比较困难。就如前述，由于臭氧的redox potential比H2SO4、HCl、能及H2O2都高，因此用O3－UPW去除有机物及金属的效率比SPM、HPM等传统
2020年半导体清洗设备行业分析报告 2020年9月
目录 一、半导体清洗，芯片制造的重要环节 (5) 1、污染源：颗粒、金属、有机物等沾污，芯片良率下降的罪魁 (5) 2、清洗方法：湿法清洗占据主导，物理方法决定工艺难度 (8) （1）湿法清洗：化学方法 (8) （2）湿法清洗：物理方法 (10) （3）干法清洗 (12) 二、清洗设备：全球市场超30亿美元，DNS是绝对龙头 (14) 1、清洗设备：芯片良率的重要保障，单片设备成为主流 (14) 2、全球市场规模超30亿美元，DNS是绝对龙头 (16) 三、国产替代：差异化路线追赶，国内份额快速提升 (21) 1、差异化路线研发，国产单片、槽式清洗设备全方位追赶 (21) 2、大陆芯片厂开启扩建大潮，清洗设备加速国产替代 (23) （1）全球半导体设备市场空间庞大 (23) （2）中国大陆半导体设备连续多年景气向上 (23) （3）半导体设备国产化率提升空间巨大 (24) （4）半导体设备国产替代机会来自于国内晶圆厂的扩产 (24) 四、相关企业 (27) 五、主要风险 (27) 1、全球半导体周期向下风险 (27) 2、国内晶圆厂投资不及预期风险 (27) 3、国内设备公司技术进步不及预期风险 (28) 4、竞争加剧的风险 (28)
半导体清洗，用于去除芯片生产中产生的各种沾污杂质，是芯片制造中步骤最多的工艺。每一步光刻、刻蚀、沉积、离子注入、CMP （化学机械抛光）后均需要清洗。长久以来，半导体清洗设备没有光刻机、刻蚀机、沉积设备的耀眼光芒，常常被人们所忽视，甚至有人认为，芯片生产中所用的清洗设备，并不具有很高的技术门槛。事实真的如此吗？半导体清洗设备是好的投资赛道吗？国产替代进度又 如何？本文将从半导体清洗工艺、清洗设备技术难度、市场空间、竞争格局等角度，来探讨上述问题。 半导体清洗：芯片制造的重要环节，物理辅助方法是工艺难点。半导体清洗对于芯片制造意义重大，如果清洗不达要求，残留的沾污杂质将导致芯片失效。半导体清洗贯穿硅片制造、晶圆制造、封装三大环节。半导体清洗方法分为湿法清洗和干法清洗，目前湿法清洗占据90%以上的份额。湿法清洗可选用化学药液清洗，同时辅以物理方法辅助，如洗刷器、超/兆声波、旋转喷淋、二流体等方法。清洗过程中，化学药液基本相同，辅助方法往往成为不同工艺的主要差别，也成为半导体清洗工艺的主要难点。 清洗设备：高价值、高毛利，芯片良率的重要保障。半导体清洗设备是芯片制造良率的重要保障，主要分为单片设备和槽式设备两类。在40nm及以下的先进工艺中，单片清洗设备凭借无交叉污染和良率优势，已替代槽式设备成为主流。不同的清洗方法往往构成不同设备厂家的核心竞争力，相关厂家通过专利对各自的技术路线进行保护。对于同一类型、相同清洗方法的设备而言，不同的硬件组合和工艺方
蓝宝石衬底清洗工艺 店店旺营销软件站 https://www.doczj.com/doc/f711992079.html, 1、引言 2、污染物杂质分类 3、清洗的设备仪器 4、清洗的工艺流程 5、清洗间的操作规范 6、硫酸溶液的安全使用 付星星 2011-7-14
1，引言 近二十年来，氮化镓基发光二极管（GaN-based LEDs）取得了飞跃式发展，并实现了大规模的产业化生产。GaN-based LEDs 由于其高效、节能、环保等优越性能，将取代现有的白炽灯、荧光灯、卤化灯等而成为主流的固态照明工具。 然而，同质外延生长所用的高质量GaN衬底的价格昂贵且远不能满足大规模生产的需求。现有的外延衬底大部分仍是蓝宝石，由于蓝宝石与GaN材料存在晶格失配和热失配等缺点，这阻碍了GaN晶体质量的提高，从而导致了GaN发光器件性能的进一步提高。大量研究表明，图形化蓝宝石衬底（Patterned Sapphire Substrate, PSS）有利于降低晶体的位错密度和应力释放，从而大大改善GaN晶体的质量和GaN基发光器件的性能。 目前，世界各国在图形化蓝宝石衬底（PSS）的制备工艺上还没有一个相对成熟和标准化的清洗方法。中镓半导体科技有限公司在蓝宝石衬底的清洗方法上进行了大量的研究和改进。在此，我们对蓝宝石衬底清洗工艺中的仪器设备、工艺流程、操作规范及注意事项等进行了规范和总结。 2，污染物杂质分类
蓝宝石制备需要有一些有机物和无机物参与完成，另外，在PSS 的制备过程中总是在人的参与下在超净间进行，这样就不可避免的产生各种环境对蓝宝石及PSS污染的情况发生。根据污染物发生的情况，大致可将污染物分为颗粒、有机物、金属污染物及其他。 (1)颗粒 颗粒主要是一些聚合物，光刻胶及刻蚀杂质等。通常的颗粒粘附在晶片表面，根据颗粒与表面的粘附情况分析，其粘附力主要是范德瓦尔斯吸引力，所以，对颗粒只要采取物理或化学的方面进行清除，逐渐减少颗粒与晶片的接触面积，最终将其去除。 (2) 有机物 有机物杂质在PSS制备中以多种形式存在，如人的皮肤油脂，净化室的空气、机械油、机硅树脂真空脂、光刻胶残余物、清洗溶剂等。每种污染物都对PSS的制备过程有不同程度的影响，通常在晶片表面形成有机薄膜阻止清洗液到达晶片表面，因此，有机物的去除常常在清洗工序的第一步进行。 (3) 金属污染物 蓝宝石本身的化学机械抛光过程会潜在引入金属污染源。 (4) 其他污染物 在清洗过程中，也可能会引入污染物，如，SPM具有强氧化性，会使有机残余物被氧化、碳化、硫化等，生成物粘附在晶片表面，不易去除。 3，清洗的设备仪器
半导体工艺-晶圆清洗 (精)
晶圆清洗 摘要：介绍了半导体IC制程中存在的各种污染物类型及其对IC制程的影响和各种污染物的去除方法, 并对湿法和干法清洗的特点及去除效果进行了分析比较。 关键词：湿法清洗；RCA清洗；稀释化学法；IMEC清洗法；单晶片清洗；干法清洗 中图分类号：TN305.97 文献标识码：B 文章编号：1003-353X(2003)09-0044-04 1前言 半导体IC制程主要以20世纪50年代以后发明的四项基础工艺（离子注入、扩散、外延生长及光刻）为基础逐渐发展起来，由于集成电路内各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如果遭到尘粒、金属的污染，很容易造成晶片内电路功能的损坏，形成短路或断路等，导致集成电路的失效以及影响几何特征的形成。因此在制作过程中除了要排除外界的污染源外，集成电路制造步骤如高温扩散、离子植入前等均需要进行湿法清洗或干法清洗工作。干、湿法清洗工作是在不破坏晶圆表面特性及电特性的前提下，有效地使用化学溶液或气体清除残留在晶圆上之微尘、金属离子及有机物之杂质。 2污染物杂质的分类 IC制程中需要一些有机物和无机物参与完成，另外，制作过程总是在人的参与下在净化室中进行，这样就不可避免的产生各种环境对硅片污染的情况发生。根据污染物发生的情况，大致可将污染物分为颗粒、有机物、金属污染物及氧化物。
2.1 颗粒 颗粒主要是一些聚合物、光致抗蚀剂和蚀刻杂质等。通常颗粒粘附在硅表面，影响下一工序几何特征的形成及电特性。根据颗粒与表面的粘附情况分析，其粘附力虽然表现出多样化，但主要是范德瓦尔斯吸引力，所以对颗粒的去除方法主要以物理或化学的方法对颗粒进行底切，逐渐减小颗粒与硅表面的接触面积，最终将其去除。 2.2 有机物 有机物杂质在IC制程中以多种形式存在，如人的皮肤油脂、净化室空气、机械油、硅树脂真空脂、光致抗蚀剂、清洗溶剂等。每种污染物对IC 制程都有不同程度的影响，通常在晶片表面形成有机物薄膜阻止清洗液到达晶片表面。因此有机物的去除常常在清洗工序的第一步进行。 2.3 金属污染物 IC电路制造过程中采用金属互连材料将各个独立的器件连接起来，首先采用光刻、蚀刻的方法在绝缘层上制作接触窗口，再利用蒸发、溅射或化学汽相沉积（CVD）形成金属互连膜，如Al-Si，Cu等，通过蚀刻产生互连线，然后对沉积介质层进行化学机械抛光（CMP）。这个过程对IC制程也是一个潜在的污染过程，在形成金属互连的同时，也产生各种金属污染。必须采取相应的措施去除金属污染物。 2.4 原生氧化物及化学氧化物 硅原子非常容易在含氧气及水的环境下氧化形成氧化层，称为原生氧化层。硅晶圆经过SC-1和SC-2溶液清洗后，由于双氧水的强氧化力，在晶圆表面上会生成一层化学氧化层。为了确保闸极氧化层的品质，此表面氧化层必须
()半导体硅片的化学清洗技术 对太阳能级硅片有借鉴作用 一. 硅片的化学清洗工艺原理 硅片经过不同工序加工后，其表面已受到严重沾污，一般讲硅片表面沾污大致可分在三类：A. 有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合超声波清洗技术来去除。 B. 颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或超声波清洗技术来去除粒径≥ 0.4 μm颗粒，利用兆声波可去除≥ 0.2 μm颗粒。 C. 金属离子沾污：必须采用化学的方法才能清洗其沾污，硅片表面金属杂质沾污有两大类： a. 一类是沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。 b. 另一类是带正电的金属离子得到电子后面附着（尤如“电镀”）到硅片表面。 硅抛光片的化学清洗目的就在于要去除这种沾污，一般可按下述办法进行清洗去除沾污。 a. 使用强氧化剂使“电镀”附着到硅表面的金属离子、氧化成金属，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。 b. 用无害的小直径强正离子（如H+）来替代吸附在硅片表面的金属离子，使之溶解于清洗液中。 c. 用大量去离水进行超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。自1970年美国RCA实验室提出的浸泡式RCA化学清洗工艺得到了广泛应用，1978年RCA实验室又推出兆声清洗工艺，近几年来以RCA
清洗理论为基础的各种清洗技术不断被开发出来，例如： ⑴美国FSI公司推出离心喷淋式化学清洗技术。 ⑵美国原CFM公司推出的Full-Flow systems封闭式溢流型清洗技术。 ⑶美国VERTEQ公司推出的介于浸泡与封闭式之间的化学清洗技术（例Goldfinger Mach2清洗系统）。 ⑷美国SSEC公司的双面檫洗技术（例M3304 DSS清洗系统）。 ⑸曰本提出无药液的电介离子水清洗技术（用电介超纯离子水清洗）使抛光片表面洁净技术达到了新的水平。 ⑹以HF / O3为基础的硅片化学清洗技术。 目前常用H2O2作强氧化剂，选用HCL作为H+的来源用于清除金属离子。 SC-1是H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH 的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除。 由于溶液具有强氧化性和络合性，能氧化Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等使其变成高价离子，然后进一步与碱作用，生成可溶性络合物而随去离子水的冲洗而被去除。 为此用SC-1液清洗抛光片既能去除有机沾污，亦能去除某些金属沾污。 SC-2是H2O2和HCL的酸性溶液，它具有极强的氧化性和络合性，
集成电路芯片生产的清洗包括硅片的清洗和工器具的清洗。由于半导体生产污染要求非常严格，清洗工艺需要消耗大量的高纯水；且为进行特殊过滤和纯化广泛使用化学试剂和有机溶剂。 在硅片的加工工艺中，硅片先按各自的要求放入各种药液槽进行表面化学处理，再送入清洗槽，将其表面粘附的药液清洗干净后进入下一道工序。常用的清洗方式是将硅片沉浸在液体槽内或使用液体喷雾清洗，同时为有更好的清洗效果，通常使用超声波激励和擦片措施，一般在有机溶剂清洗后立即采用无机酸将其氧化去除，最后用超纯水进行清洗，如图1－6所示。 图1－6硅片清洗工艺示意图 工具的清洗基本采用硅片清洗同样的方法。 2、热氧化 热氧化是在800~1250℃高温的氧气氛围和惰性携带气体（N2）下使硅片表面的硅氧化生成二氧化硅膜的过程，产生的二氧化硅用以作为扩散、离子注入的阻挡层，或介质隔离层。典型的热氧化化学反应为： Si + O2→SiO2
扩散是在硅表面掺入纯杂质原子的过程。通常是使用乙硼烷（B 2H 6）作为N －源和磷烷（PH 3）作为P +源。工艺生产过程中通常分为沉积源和驱赶两步，典型的化学反应为： 2PH 3 → 2P + 3H 2 4、离子注入 离子注入也是一种给硅片掺杂的过程。它的基本原理是把掺杂物质（原子）离子化后，在数千到数百万伏特电压的电场下得到加速，以较高的能量注入到硅片表面或其它薄膜中。经高温退火后，注入离子活化，起施主或受主的作用。 5、光刻 光刻包括涂胶、曝光、显影等过程。涂胶是通过硅片高速旋转在硅片表面均匀涂上光刻胶的过程；曝光是使用光刻机，并透过光掩膜版对涂胶的硅片进行光照，使部分光刻胶得到光照，另外，部分光刻胶得不到光照，从而改变光刻胶性质；显影是对曝光后的光刻胶进行去除，由于光照后的光刻胶和未被光照的光刻胶将分别溶于显影液和不溶于显影液，这样就使光刻胶上形成了沟槽。 6、湿法腐蚀和等离子刻蚀 通过光刻显影后，光刻胶下面的材料要被选择性地去除，使用的基片 涂胶后基片 光刻胶 阻挡层
半导体硅片的化学清洗技术 一. 硅片的化学清洗工艺原理 硅片经过不同工序加工后，其表面已受到严重沾污，一般讲硅片表面沾污大致可分在三类： A. 有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合超声波清洗技术来 去除。 B. 颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或超声波清洗技术来去除粒径≥ 0.4 μm颗粒，利用兆声波可去除≥ 0.2 μm颗粒。 C. 金属离子沾污：必须采用化学的方法才能清洗其沾污，硅片表面金属杂质沾污有两大类： a. 一类是沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。 b. 另一类是带正电的金属离子得到电子后面附着（尤如“电镀”）到硅片表面。 硅抛光片的化学清洗目的就在于要去除这种沾污，一般可按下述办法进行清洗去除沾污。 a. 使用强氧化剂使“电镀”附着到硅表面的金属离子、氧化成金属，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。 b. 用无害的小直径强正离子（如H+）来替代吸附在硅片表面的金 属离子，使之溶解于清洗液中。 c. 用大量去离水进行超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。 自1970年美国RCA实验室提出的浸泡式RCA化学清洗工艺得到了广泛应用，1978年RCA实验室又推出兆声清洗工艺，近几年来以RCA清洗理论为基础的各种清洗技术不断被开发出来，例如： ⑴美国FSI公司推出离心喷淋式化学清洗技术。 ⑵美国原CFM公司推出的Full-Flow systems封闭式溢流型清洗技术。 ⑶美国VERTEQ公司推出的介于浸泡与封闭式之间的化学清洗技术（例Goldfinger Mach2清洗系统）。 ⑷美国SSEC公司的双面檫洗技术（例M3304 DSS清洗系统）。 ⑸日本提出无药液的电介离子水清洗技术（用电介超纯离子水清洗）使抛光片表面洁净技术达到了新的水平。 ⑹以HF / O3为基础的硅片化学清洗技术。 目前常用H2O2作强氧化剂，选用HCL作为H+的来源用于清除金属离子。 SC-1是H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除。 由于溶液具有强氧化性和络合性，能氧化Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等使其变成高价离子，然后进一步与碱作用，生成可溶性络合物而随去离子水的冲洗而被去除。 为此用SC-1液清洗抛光片既能去除有机沾污，亦能去除某些金属沾污。 SC-2是H2O2和HCL的酸性溶液，它具有极强的氧化性和络合性，能与氧以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。被氧化的金属离子与CL-作用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除。 在使用SC-1液时结合使用兆声波来清洗可获得更好的效果。
实用标准文档 文案大全化学清洗总结 1.3各洗液的清洗说明；1.3.1SC-1洗液；1.3.1.1去除颗粒；硅片 表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜(约6mm；①自然氧化膜约0.6nm 厚，其与NH4OH、H2；②SiO2的腐蚀速度随NH4OH的浓度升高而加快； ③Si的腐蚀速度，随NH4OH的浓度升高而快当，；④NH4OH促进腐蚀，H2O2阻碍腐蚀；⑤若H2O2的浓度一定，NH4OH浓度越低，颗粒 1.3 各洗液的清洗说明 1.3.1 SC-1洗液 1.3.1.1 去除颗粒 硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜(约6mm呈亲水性)，该氧化 膜又被NH4OH腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒也随腐蚀层而落入清洗液内。 ①自然氧化膜约0.6nm厚，其与NH4OH、H2O2浓度及清洗液温度无关。 ②SiO2的腐蚀速度随NH4OH的浓度升高而加快，其与H2O2的浓度无关。 ③Si的腐蚀速度，随NH4OH的浓度升高而快当，到达某一浓度后为 一定值，H202浓度越高这一值越小。 ④NH4OH促进腐蚀，H2O2阻碍腐蚀。 ⑤若H2O2的浓度一定，NH4OH浓度越低，颗粒去除率也越低，如果 同时降低H2O2浓度可抑制颗粒的去除率的下降。 ⑥随着清洗液温度升高，颗粒去除率也提高在一定温度下可达最大值。
⑦颗粒去除率与硅片表面腐蚀量有关为确保颗粒的去除要有一定量 以上的腐蚀。 ⑧超声波清洗时由于空化现象只能去除≥0.4μm颗粒。兆声清洗时 由于0.8Mhz的加速度作用能去除≥0.2μm颗粒，即使液温下降到40℃也能得到与80℃超声清洗去除颗粒的效果，而且又可避免超声清洗 对晶片产生损伤。 ⑨在清洗液中硅表面为负电位有些颗粒也为负电位，由于两者的电的排斥力作用可防 实用标准文档 文案大全止粒子向晶片表面吸附，但也有部分粒子表面是正电位，由于两者电的吸引力作用，粒子易向晶片表面吸附。 1.3.1.2 去除金属杂质 ①由于硅表面氧化和腐蚀，硅片表面的金属杂质，随腐蚀层而进入清洗液中。 ②由于清洗液中存在氧化膜或清洗时发生氧化反应，生成氧化物的自由能的绝对值大的金属容易附着在氧化膜上。如:Al、Fe、Zn等便易附着在自然氧化膜上而Ni、Cu则不易附着。③Fe、Zn、Ni、Cu的 氢氧化物在高pH值清洗液中是不可溶的有时会附着在自然氧化膜上。 ④清洗后硅表面的金属浓度取决于清洗液中的金属浓度。其吸附速度与清洗液中的金属络合离子的形态无关。 ⑤清洗时，硅表面的金属的脱附速度与吸附速度因各金属元素的不同而不同。特别是对Al、Fe、Zn。若清洗液中这些元素浓度不是非常 低的话清洗后的硅片表面的金属浓度便不能下降。对此在选用化学试
2018年半导体清洗设备行 业分析报告
正文目录 半导体清洗工艺重要且复杂，贯穿半导体产业始终 (5) 清洗工艺重要且步骤繁多，全球市场规模迅速扩大 (5) 湿法干法清洗工艺相互补充，设备多样化 (7) 多工艺节点并存，清洗设备要求渐高 (14) 迪恩士：清洗设备技术引领者与市场增长点最先受益者 (18) 多行业龙头，引领最先进的清洗设备市场 (18) 工艺节点收缩形成清洗设备新增长点，技术引领者最先受益于市场蓝海.. 24 国内清洗设备需求旺盛，国产设备有望异军突起 (28) 中国越来越成为半导体的重要主场，清洗设备需求旺盛 (28) 国产清洗设备正布局，有望异军突起 (31) 相关建议 (38) 风险提示 (38) 图目录 图1：清洗工艺在集成电路全过程中的应用 (5) 图2：不同工艺节点要求的工艺步骤与清洗步骤数量（次） (6) 图3：全球清洗设备市场规模（单位：百万美元） (7) 图4：全球半导体设备分类占比 (7) 图5：清洁硅片与受微量铁/铜污染的硅片表面形貌 (8) 图6：清洗步骤中湿法与干法清洗技术占比 (9) 图7：O2/Ar等离子体清洗系统原理 (11) 图8：光刻与刻蚀原理 (11) 图9：三种主要清洗设备结构图 (13) 图10：清洗设备市场规模（百万美元） (13) 图11：21世纪以来工艺节点演变路径图 (14) 图12：不同工艺节点下的设计成本（单位：百万美元） (15) 图13：代工厂/逻辑芯片晶圆合计月产能结构 (16)
图14：DRAM晶圆合计月产能结构 (16) 图15：2016年前十强半导体企业收入 (17) 图16：随着工艺节点缩小，名义通过率显著下降 (18) 图17：迪恩士业务结构 (19) 图18：迪恩士营业收入结构（亿日元） (19) 图19：迪恩士FY2016半导体业务收入结构 (20) 图20：迪恩士脱机直接印版设备市场占有率 (21) 图21：迪恩士液晶涂布机市场占有率 (21) 图22：迪恩士半导体业务部门全球布局 (22) 图23：迪恩士（上海）国内客户分布 (22) 图24：单晶圆清洗设备市场份额（单位：百万美元） (23) 图25：自动清洗台市场份额（单位：百万美元） (23) 图26：自动清洗台市场份额（单位：百万美元） (24) 图27：半导体行业资本开支（亿美元） (25) 图28：半导体行业资本开支增速 (25) 图29：公司半导体设备收入与订单情况 (26) 图30：迪恩士最新单晶圆清洗设备SU-3300 (27) 图31：迪恩士半导体制造设备季度收入结构 (28) 图32：全球半导体销售额地区结构 (29) 图33：2016年全球半导体消费市场分布 (29) 图34：中国半导体设备销售额 (30) 图35：2017年全球半导体设备消费市场分布 (30) 图36：国内晶圆厂统计 (31) 图37：国内清洗设备市场空间测算 (31) 图38：盛美半导体营业收入与研发费用 (32) 图39：盛美SAPS设备 (33) 图40：盛美TEBO设备 (33) 图41：盛美2016年客户结构 (34) 图42：盛美2017年上半年客户结构 (34) 图43：北方华创2017年上半年营收结构 (35) 图44：北方华创2017年上半年毛利结构 (35)