晶圓表面清洗及晶圓級(jí)封裝清洗劑知識(shí)介紹

晶圓清洗在半導(dǎo)體行業(yè)有著悠久的發(fā)展歷史，在硅晶圓進(jìn)入CMOS制造工藝之前，必須清潔其表面粘附顆粒和有機(jī)/無(wú)機(jī)雜質(zhì)，還需要去除硅的天然氧化物。不斷微縮的芯片設(shè)計(jì)使得清洗技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)可接受的產(chǎn)品良率變得越來(lái)越重要。在現(xiàn)代半導(dǎo)體器件制造中，晶圓清洗工藝可以占整個(gè)制造過(guò)程中步驟的30%~40%。

晶圓表面污染物可能以吸附離子、元素、薄膜、離散顆粒、和吸附氣體的形式存在。晶圓表面污染物主要包括以下幾種：

一、顆粒污染

顆粒污染可能來(lái)源于空氣中的粉塵，其源頭包括生產(chǎn)設(shè)備、工藝化學(xué)品、氣體管線的內(nèi)表面、晶圓運(yùn)輸、薄膜沉積系統(tǒng)中的氣相成核和操作人員。即使是低納米尺寸的顆粒也有可能產(chǎn)生“致命”缺陷，要么通過(guò)物理遮擋器件中關(guān)鍵特征的形成（產(chǎn)生圖案、特征和注入缺陷），要么通過(guò)在絕緣薄膜中產(chǎn)生局部電弱點(diǎn)。

顆粒的大小需要為特征尺寸的1/5才能導(dǎo)致致命缺陷。顆粒污染的清洗方案包括針對(duì)總顆粒物（含有機(jī)物）污染的piranha清洗和針對(duì)小而強(qiáng)粘附的顆粒的SC-1清洗。piranha溶液是強(qiáng)酸，可氧化許多表面污染物，產(chǎn)生可在溶液中去除的可溶性物質(zhì)。SC-1溶液則是通過(guò)氧化晶圓表面的一層薄薄的硅來(lái)去除不溶性顆粒，然后將其溶解到溶液中，并帶走吸附的顆粒。SC-1溶液通過(guò)在顆粒和晶圓表面上誘導(dǎo)相同的zeta電位（靜電排斥的量度）來(lái)防止顆粒再吸附。

所有含有過(guò)氧化氫的清洗溶液（SPM、SC-1、SC-2、SPOM）都會(huì)在硅晶圓表面留下一層薄薄的氧化層，可以通過(guò)HF最后一步將其去除。作為替代方案，可以使用DIO與HF結(jié)合使用。

二、金屬污染

半導(dǎo)體器件對(duì)金屬污染物特別敏感，因?yàn)榻饘僭诠杈Ц裰芯哂懈叨鹊牧鲃?dòng)性（尤其是金等金屬），因此它們很容易從表面遷移到體硅中。一旦進(jìn)入體硅，適度的工藝溫度會(huì)導(dǎo)致金屬通過(guò)晶格迅速擴(kuò)散，直到它們被固定在晶體缺陷部位。這種“裝飾”的晶體缺陷會(huì)降低器件性能，從而產(chǎn)生更大的漏電流并降低擊穿電壓。

可以使用酸性清洗劑（如SC-2、SPM、稀氫氟酸、稀鹽酸及其混合物）從晶圓表面去除金屬污染物。這些溶液與金屬反應(yīng)，產(chǎn)生可溶的離子化金屬鹽并被沖洗掉。金屬污染物一個(gè)主要來(lái)源是前面的SC-1，因此，SC-2是SC-1的后續(xù)步驟。

三、化學(xué)污染

晶圓表面的化學(xué)污染可分為三種類型：有機(jī)化合物的表面吸附、無(wú)機(jī)化合物的表面吸附以及由硅的氧化物或氫氧化物共價(jià)結(jié)合形成的薄薄的（約1~2nm）天然氧化物。

3.1 有機(jī)化合物

由于揮發(fā)性的有機(jī)溶劑或清洗劑的存在以及含聚合物建筑材料的釋氣，有機(jī)化合物通過(guò)空氣污染或光刻膠（PR）的殘留物對(duì)潔凈室的表面污染無(wú)處不在。

有機(jī)化合物的嚴(yán)重污染，例如光刻膠未被完全去除時(shí)發(fā)生的污染，會(huì)在高溫工藝中形成碳的殘留物，從而影響良率。這些碳基可以形成原子核，表現(xiàn)為顆粒污染物，光刻膠中的少量殘余金屬可以被捕獲在殘留物表面。因此PR碳?xì)埩粑镄枰褂肧PM清洗去除。

無(wú)處不在的揮發(fā)性空氣污染物引起的有機(jī)污染也需要從晶圓表面去除。這些污染物的存在會(huì)阻礙DHF溶液去除天然氧化物，從而在柵極氧化物與襯底和柵極之間產(chǎn)生定義不清的界面。較差的界面質(zhì)量會(huì)嚴(yán)重降低柵極氧化物的完整性。此外，表面有機(jī)化合物的存在會(huì)影響熱氧化和CVD過(guò)程的初始速率，從而在薄膜厚度中引入不希望的未知變化。

SC-1清洗是通過(guò)雙氧水和氨水進(jìn)行氧化及溶劑化來(lái)去除這些有機(jī)化合物。SC-1清洗會(huì)緩慢去除天然氧化物，雙氧水的氧化作用則會(huì)產(chǎn)生新的氧化物取代該層。

近年來(lái)，溶解在去離子水中的臭氧（DIO3）越來(lái)越多地被用作SPM和SC-1清洗液的替代品，去除有機(jī)污染物更綠色和更安全。根據(jù)有機(jī)污染的性質(zhì)，還使用SPM與臭氧（SPOM）或SOM（硫臭氧混合物）的組合。所允許的材料損失和表面粗糙度是選擇適當(dāng)清洗方法的重要參數(shù)。

3.2 無(wú)機(jī)化合物

含硼、磷等摻雜元素的無(wú)機(jī)化合物可能由于含磷阻燃劑或生產(chǎn)工具中摻雜劑殘留物的脫氣等影響而存在于晶圓表面。如果在高溫加工之前沒(méi)有將它們從晶圓表面去除，這些元素可能會(huì)遷移到襯底中，從而改變電阻率。

其他種類的揮發(fā)性無(wú)機(jī)化合物，如胺和氨等堿性化合物以及硫氧化物（SOx）等酸性化合物，如果存在于晶圓表面，也會(huì)在半導(dǎo)體器件中產(chǎn)生缺陷。酸、堿會(huì)導(dǎo)致化學(xué)放大的光刻膠的酸堿度發(fā)生意外變化，從而導(dǎo)致圖案生成和光刻膠去除問(wèn)題。這些化合物具有高度反應(yīng)性，由于在晶圓表面形成化學(xué)鹽，很容易與其他揮發(fā)性環(huán)境化學(xué)物質(zhì)結(jié)合產(chǎn)生顆粒和霧霾。通過(guò)SC-1和SC-2清洗的共同作用，可以從晶圓表面去除吸附的酸性和堿性物質(zhì)。

3.3天然氧化物

與許多元素固體一樣，硅通過(guò)與環(huán)境空氣中的氧氣和水分反應(yīng)，在其表面自然形成一層薄薄的氧化物質(zhì)。該層的化學(xué)組成不明確，是Si-O-Si、Si-H和 Si-OH或多或少的隨機(jī)聚集。

硅表面存在這種天然氧化物會(huì)給半導(dǎo)體器件制造帶來(lái)問(wèn)題，因?yàn)樗赡茉黾臃浅１〉臒嵫趸锖穸刃纬傻睦щy度。在薄柵極氧化物形成過(guò)程中存在于晶圓上的任何天然氧化物都會(huì)通過(guò)摻入羥基而導(dǎo)致柵極絕緣體電特性弱化。此外，如果接觸焊盤(pán)的硅表面存在天然氧化物，則會(huì)增加接觸電阻。

晶圓級(jí)封裝清洗劑W3210介紹

晶圓級(jí)封裝清洗劑W3210是合明自主開(kāi)發(fā)的PH中性配方的電子產(chǎn)品焊后殘留水基清洗劑。適用于清洗PCBA等不同類型的電子組裝件上的焊劑、錫膏殘留，包括 SIP、WLP 等封裝形式的半導(dǎo)體器件焊劑殘留。由于其PH中性，對(duì)敏感金屬和聚合物材料有絕佳的材料兼容性。

晶圓級(jí)封裝清洗劑W3210的產(chǎn)品特點(diǎn)：

1、PH值呈中性，對(duì)鋁、銅、鎳、塑料、標(biāo)簽等敏感材料上顯示出絕佳的材料兼容性。

2、用去離子水按一定比例稀釋后不易起泡，可適用于噴淋、超聲工藝。

3、不含鹵素，材料環(huán)保；氣味清淡，使用液無(wú)閃點(diǎn)，使用安全，不需要額外的防爆措施。

4、由于PH中性，減輕污水處理難度。

晶圓級(jí)封裝清洗劑W3210的適用工藝：

W3210水基清洗劑適用于在線式或批量式噴淋清洗工藝，也可應(yīng)用于超聲清洗工藝。

晶圓級(jí)封裝清洗劑W3210產(chǎn)品應(yīng)用：

W3210可以應(yīng)用于不同類型的焊劑殘留的水基清洗劑。產(chǎn)品為濃縮液，清洗時(shí)可根據(jù)殘留物的清洗難易程度，用去離子水稀釋后再進(jìn)行使用，安全環(huán)保使用方便，是電子精密清洗高端應(yīng)用的理想之選。

具體應(yīng)用效果如下列表中所列：