半導(dǎo)體、電子工業(yè)中的水基清洗

蔣惠亮

（江南大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122）

半導(dǎo)體、電子工業(yè)中的水基清洗

蔣惠亮

（江南大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122）

1.電子工業(yè)中清洗的重要性

電子工業(yè)的產(chǎn)品被廣泛用于各種儀器儀表、自動(dòng)控制、醫(yī)療器械以及航空航天、軍事等各行各業(yè)，包括許多重要的領(lǐng)域。其質(zhì)量、使用壽命、運(yùn)行的可靠性等是極其重要的，而這些都與生產(chǎn)過(guò)程中清洗工序的效果有著密切的關(guān)系。

在半導(dǎo)體、電子工業(yè)中，保證各種材料及其表面的清潔十分重要，因而清洗工作在整個(gè)生產(chǎn)中具有特殊的地位。清潔度直接影響到半導(dǎo)體器件、部件的性能、質(zhì)量、成品率、使用壽命和可靠性等諸多方面。例如，電真空器件會(huì)由于清潔度不高，在高真空、高電壓條件下，出現(xiàn)打火現(xiàn)象以及真空度下降、陰極中毒、電參數(shù)劣化、壽命降低等質(zhì)量問(wèn)題。如果電子線路板上的離子污染度過(guò)高，就會(huì)增加泄漏電流．降低表面絕緣電阻，甚至引起短路和電化學(xué)腐蝕，嚴(yán)重影響儀器儀表和電子裝備的可靠性。

微電子生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)η鍧嵍雀鼮槊舾?，要求更高。例如，集成電路（IC）被廣泛應(yīng)用于絕大多數(shù)電子產(chǎn)品中。對(duì)于微米級(jí)的半導(dǎo)體器件，必須控制大于0.1μm的粒子。而芯片線寬的1/4～1/2，和豎向柵極氧化層厚度的1/2的雜質(zhì)顆粒，將成為致廢粒子，會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題和成品率下降。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在光刻技術(shù)越來(lái)越高，集成電路的線寬不斷降低，目前已經(jīng)到了45納米左右。一個(gè)小到10納米的微小顆粒，就會(huì)導(dǎo)致集成電路產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題。因此，對(duì)清潔度的要求也越來(lái)越高。

在半導(dǎo)體、電子工業(yè)中，所謂清潔度，針對(duì)不同的產(chǎn)品、不同的工序，都有不同的定義和要求。例如，對(duì)印制線路板而言，其要除去的污染物是生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的助焊劑殘留物以及汗?jié)n、指紋、油污；從環(huán)境中沾污的灰塵、纖維、金屬或非金屬及其氧化物等。其中助焊劑殘留物往往是組分比較復(fù)雜的有機(jī)物、無(wú)機(jī)物混合物。對(duì)于半導(dǎo)體硅晶片而言，則要求就高得多。除了各種無(wú)機(jī)物、有機(jī)物外，包括吸附的表面活性劑分子、Na、K等金屬離子、水氣都是不允許存在的雜質(zhì)。在集成電路的制造過(guò)程中，幾乎每一道工序都連帶有清洗工序。當(dāng)然各道清洗針對(duì)的污染物和要求有所不同。

2.半導(dǎo)體、電子工業(yè)中的清洗

半導(dǎo)體、電子工業(yè)中涉及的清洗范圍很廣，種類(lèi)也很多。譬如，印制電路板的清洗、電解電容器鋁殼的清洗、筆記本電腦中的塑料框架的清洗，等等。其中有些還是用有機(jī)溶劑或無(wú)機(jī)酸、堿等清洗劑進(jìn)行清洗。但以表面活性劑為主要成分的水基清洗在上述清洗中已經(jīng)得到應(yīng)用，并且作為一種發(fā)展趨勢(shì)，水基清洗將會(huì)更多的在這一領(lǐng)域得到應(yīng)用。

在對(duì)潔凈度要求很高的半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)中，制造過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，有很多步驟。如：多晶硅→ 清洗 → 拉單晶 → 切片 → 清洗→ 磨片 → 清洗 → 拋光 → 清洗 →清洗 → 外延，然后經(jīng)過(guò)一系列反復(fù)的氧化 → 光刻 → 擴(kuò)散工序形成晶體管。然后再進(jìn)行腐蝕介質(zhì)層 → 生長(zhǎng)鈍化層 → 光刻引線孔→ 真空鍍膜……等多道工序。上述清洗以往多采用酸、堿、雙氧水、乙醇、異丙醇等有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗，現(xiàn)在有些已經(jīng)改為水基清洗。

在氧化、光刻、擴(kuò)散工序中，也同樣涉及多道的清洗工序，否則雜質(zhì)沾污對(duì)這些工序的質(zhì)量會(huì)造成影響。如雜質(zhì)對(duì)光刻質(zhì)量的影響：會(huì)導(dǎo)致浮膠、毛刺、鉆蝕、針孔、小島等；再如涂膠前硅片表面沾有水氣、油污、顆粒物或手汗、甚至呼出的廢氣，造成膠膜與硅片表面沾附不良，造成浮膠。還有，光刻后硅片處理不干凈，在發(fā)射區(qū)窗口邊緣有雜質(zhì)沾污，進(jìn)行磷擴(kuò)散時(shí)會(huì)引起局部的合金化，形成加強(qiáng)擴(kuò)散的液體源，最后在發(fā)射結(jié)的局部地區(qū)出現(xiàn)尖峰，造成分段擊穿。

歸納起來(lái)，半導(dǎo)體硅片表面的雜質(zhì)可以有三類(lèi)：1）固態(tài)雜質(zhì)，如灰塵、松香、蠟、金屬、氧化物、鹽類(lèi)、脂肪、樹(shù)脂、光刻膠等；2）液體雜質(zhì)，如水（或水氣）、酸、堿液、氧化劑、絡(luò)合劑、洗滌劑、有機(jī)溶劑、油類(lèi)、腐蝕劑等；3）氣態(tài)雜質(zhì)，主要有N2、O2、H2、CO2、有機(jī)溶劑的蒸氣等。其中，固態(tài)雜質(zhì)和液態(tài)有機(jī)物是清洗的重點(diǎn)。

在半導(dǎo)體工業(yè)中，除了對(duì)單晶硅片的清洗外，還需要對(duì)許多生產(chǎn)器具、輔助材料進(jìn)行清洗。如制作半導(dǎo)體器件要使用的金、銀、鋁、銻、錫、鎢、鉬、鉛等金屬材料，以及生產(chǎn)用的金屬器皿、石英器皿等等。

近年來(lái)，硅太陽(yáng)能電池的發(fā)展非常迅速，短短幾年現(xiàn)已發(fā)展成為一個(gè)很大的行業(yè)。2005～2010年間，全球太陽(yáng)能電池的平均年均增長(zhǎng)率超過(guò)50%。在我國(guó)更是如此。2009年我國(guó)硅太陽(yáng)能電池的產(chǎn)能已占全球的51%，硅片的產(chǎn)能已占65%。雖然硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)中對(duì)清洗的要求沒(méi)有半導(dǎo)體硅晶片的要求那么高，但也存在多道清洗工序。太陽(yáng)能電池生產(chǎn)過(guò)程中的清洗，都采用含表面活性劑的水基清洗劑。

近幾年發(fā)光二極管（LED）同樣備受重視，正在快速發(fā)展。生產(chǎn)LED的GaAs單晶也是制備可見(jiàn)光激光器、近紅外激光器、大功率激光器、紅外探測(cè)器、高效太陽(yáng)能電池以及微波器件的材料。LED的生產(chǎn)過(guò)程中也涉及到大量的清洗，如封裝前的清洗、電極的清洗、外延襯底材料表面的清洗等。該單晶拋光片由于采用低溫液體蠟粘片，在后續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程中也需要進(jìn)行清洗除蠟。目前有工廠采用異丙醇結(jié)合超聲波進(jìn)行清洗。該單晶經(jīng)外延生長(zhǎng)后，外延片需要清洗，然后才能采用真空蒸鍍的方法在半導(dǎo)體材料表面鍍上某種合金。鍍膜工藝中最常出現(xiàn)的問(wèn)題就是鍍膜前的半導(dǎo)體表面的氧化物、油污清洗不干凈，造成鍍膜不牢。

此外，液晶顯示器（LCD）也是大量被使用的電子產(chǎn)品。LCD的生產(chǎn)過(guò)程中也有多道清洗工序。以前多數(shù)工廠采用ODS清洗劑進(jìn)行清洗。隨著國(guó)家環(huán)保政策的實(shí)施，現(xiàn)在已經(jīng)或正在改為水基清洗或半水基清洗或非ODS的溶劑清洗。

3.清洗工藝

3.1 清洗劑

半導(dǎo)體、電子工業(yè)中使用的清洗劑有一些特殊要求：首先要求采用高純清洗劑，尤其是其中的二價(jià)及高價(jià)金屬離子的含量要低，一般在配方中加入螯合劑；其次，在滿(mǎn)足清洗要求的前提下，所采用的表面活性劑應(yīng)是親水性較強(qiáng)的表面活性劑，對(duì)固體表面的吸附不能太強(qiáng)，易于漂洗，沒(méi)有殘留；第三，一般用純水或去離子水配制；最后，對(duì)泡沫和氣味也要滿(mǎn)足一定的要求，尤其是當(dāng)采用噴洗方式時(shí)。

目前，常用的清洗劑主要是水基清洗劑，也有加有機(jī)溶劑的半水清洗劑和溶劑型的清洗劑。

3.2 清洗方法

所采用的清洗方法有：手工擦洗；多槽超聲浸洗和漂洗；多槽超聲清洗加流水漂洗（冷、熱水），噴洗；采用溶劑型清洗劑的氣相清洗和氣相漂洗等。漂洗所用的水一般為純水或去離子水。

硅片切割后的清洗一般采用六槽超聲清洗和漂洗或超聲清洗后用純水流水沖洗。清洗在一定的溫度下進(jìn)行。

印制線路板的清洗方式較多，有采用水基清洗的，也有采用半水清洗劑清洗以及氣相清洗的。當(dāng)采用水基清洗劑清洗時(shí)，可采用浸洗加冷、熱水漂洗（或噴洗）加熱風(fēng)干燥，或采用清洗劑噴洗加純水漂洗（或噴洗）加熱風(fēng)干燥。

4.結(jié)語(yǔ)

半導(dǎo)體、電子工業(yè)中的清洗是一項(xiàng)很重要的工作，要求十分嚴(yán)格。隨著微電子工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)清洗質(zhì)量的要求越來(lái)越高。國(guó)內(nèi)外對(duì)微電子工業(yè)中的清洗仍在不斷的研究、改進(jìn)中。新的技術(shù)還在不斷出現(xiàn)。譬如，兆聲波清洗、激光清洗、超臨界流體清洗等等。就我國(guó)目前的現(xiàn)狀看，在這一領(lǐng)域，對(duì)清洗技術(shù)進(jìn)步的需求還很大，水基清洗或半水基清洗有良好的發(fā)展前景，值得洗滌劑行業(yè)的同行去研究和努力。