半導體、電子工業中的水基清洗

蔣惠亮

（江南大學化工學院，江蘇 無錫 214122）

半導體、電子工業中的水基清洗

蔣惠亮

（江南大學化工學院，江蘇 無錫 214122）

1.電子工業中清洗的重要性

電子工業的產品被廣泛用于各種儀器儀表、自動控制、醫療器械以及航空航天、軍事等各行各業，包括許多重要的領域。其質量、使用壽命、運行的可靠性等是極其重要的，而這些都與生產過程中清洗工序的效果有著密切的關系。

在半導體、電子工業中，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生產中具有特殊的地位。清潔度直接影響到半導體器件、部件的性能、質量、成品率、使用壽命和可靠性等諸多方面。例如，電真空器件會由于清潔度不高，在高真空、高電壓條件下，出現打火現象以及真空度下降、陰極中毒、電參數劣化、壽命降低等質量問題。如果電子線路板上的離子污染度過高，就會增加泄漏電流．降低表面絕緣電阻，甚至引起短路和電化學腐蝕，嚴重影響儀器儀表和電子裝備的可靠性。

微電子生產領域對清潔度更為敏感，要求更高。例如，集成電路（IC）被廣泛應用于絕大多數電子產品中。對于微米級的半導體器件，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的雜質顆粒，將成為致廢粒子，會導致質量問題和成品率下降。隨著技術的不斷進步，現在光刻技術越來越高，集成電路的線寬不斷降低，目前已經到了45納米左右。一個小到10納米的微小顆粒，就會導致集成電路產品的質量問題。因此，對清潔度的要求也越來越高。

在半導體、電子工業中，所謂清潔度，針對不同的產品、不同的工序，都有不同的定義和要求。例如，對印制線路板而言，其要除去的污染物是生產過程中產生的助焊劑殘留物以及汗漬、指紋、油污；從環境中沾污的灰塵、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雜的有機物、無機物混合物。對于半導體硅晶片而言，則要求就高得多。除了各種無機物、有機物外，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。在集成電路的制造過程中，幾乎每一道工序都連帶有清洗工序。當然各道清洗針對的污染物和要求有所不同。

2.半導體、電子工業中的清洗

半導體、電子工業中涉及的清洗范圍很廣，種類也很多。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溶劑或無機酸、堿等清洗劑進行清洗。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得到應用，并且作為一種發展趨勢，水基清洗將會更多的在這一領域得到應用。

在對潔凈度要求很高的半導體集成電路生產中，制造過程相當復雜，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，然后經過一系列反復的氧化 → 光刻 → 擴散工序形成晶體管。然后再進行腐蝕介質層 → 生長鈍化層 → 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、異丙醇等有機溶劑進行清洗，現在有些已經改為水基清洗。

在氧化、光刻、擴散工序中，也同樣涉及多道的清洗工序，否則雜質沾污對這些工序的質量會造成影響。如雜質對光刻質量的影響：會導致浮膠、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，在發射區窗口邊緣有雜質沾污，進行磷擴散時會引起局部的合金化，形成加強擴散的液體源，最后在發射結的局部地區出現尖峰，造成分段擊穿。

歸納起來，半導體硅片表面的雜質可以有三類：1）固態雜質，如灰塵、松香、蠟、金屬、氧化物、鹽類、脂肪、樹脂、光刻膠等；2）液體雜質，如水（或水氣）、酸、堿液、氧化劑、絡合劑、洗滌劑、有機溶劑、油類、腐蝕劑等；3）氣態雜質，主要有N2、O2、H2、CO2、有機溶劑的蒸氣等。其中，固態雜質和液態有機物是清洗的重點。

在半導體工業中，除了對單晶硅片的清洗外，還需要對許多生產器具、輔助材料進行清洗。如制作半導體器件要使用的金、銀、鋁、銻、錫、鎢、鉬、鉛等金屬材料，以及生產用的金屬器皿、石英器皿等等。

近年來，硅太陽能電池的發展非常迅速，短短幾年現已發展成為一個很大的行業。2005～2010年間，全球太陽能電池的平均年均增長率超過50%。在我國更是如此。2009年我國硅太陽能電池的產能已占全球的51%，硅片的產能已占65%。雖然硅太陽能電池的生產中對清洗的要求沒有半導體硅晶片的要求那么高，但也存在多道清洗工序。太陽能電池生產過程中的清洗，都采用含表面活性劑的水基清洗劑。

近幾年發光二極管（LED）同樣備受重視，正在快速發展。生產LED的GaAs單晶也是制備可見光激光器、近紅外激光器、大功率激光器、紅外探測器、高效太陽能電池以及微波器件的材料。LED的生產過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，在后續的生產過程中也需要進行清洗除蠟。目前有工廠采用異丙醇結合超聲波進行清洗。該單晶經外延生長后，外延片需要清洗，然后才能采用真空蒸鍍的方法在半導體材料表面鍍上某種合金。鍍膜工藝中最常出現的問題就是鍍膜前的半導體表面的氧化物、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品。LCD的生產過程中也有多道清洗工序。以前多數工廠采用ODS清洗劑進行清洗。隨著國家環保政策的實施，現在已經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

半導體、電子工業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，尤其是其中的二價及高價金屬離子的含量要低，一般在配方中加入螯合劑；其次，在滿足清洗要求的前提下，所采用的表面活性劑應是親水性較強的表面活性劑，對固體表面的吸附不能太強，易于漂洗，沒有殘留；第三，一般用純水或去離子水配制；最后，對泡沫和氣味也要滿足一定的要求，尤其是當采用噴洗方式時。

目前，常用的清洗劑主要是水基清洗劑，也有加有機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。當采用水基清洗劑清洗時，可采用浸洗加冷、熱水漂洗（或噴洗）加熱風干燥，或采用清洗劑噴洗加純水漂洗（或噴洗）加熱風干燥。

4.結語

半導體、電子工業中的清洗是一項很重要的工作，要求十分嚴格。隨著微電子工業技術的不斷進步，對清洗質量的要求越來越高。國內外對微電子工業中的清洗仍在不斷的研究、改進中。新的技術還在不斷出現。譬如，兆聲波清洗、激光清洗、超臨界流體清洗等等。就我國目前的現狀看，在這一領域，對清洗技術進步的需求還很大，水基清洗或半水基清洗有良好的發展前景，值得洗滌劑行業的同行去研究和努力。