半导体、电子工业中的水基清洗

蒋惠亮

（江南大学化工学院，江苏 无锡 214122）

半导体、电子工业中的水基清洗

蒋惠亮

（江南大学化工学院，江苏 无锡 214122）

1.电子工业中清洗的重要性

电子工业的产品被广泛用于各种仪器仪表、自动控制、医疗器械以及航空航天、军事等各行各业，包括许多重要的领域。其质量、使用寿命、运行的可靠性等是极其重要的，而这些都与生产过程中清洗工序的效果有着密切的关系。

在半导体、电子工业中，保证各种材料及其表面的清洁十分重要，因而清洗工作在整个生产中具有特殊的地位。清洁度直接影响到半导体器件、部件的性能、质量、成品率、使用寿命和可靠性等诸多方面。例如，电真空器件会由于清洁度不高，在高真空、高电压条件下，出现打火现象以及真空度下降、阴极中毒、电参数劣化、寿命降低等质量问题。如果电子线路板上的离子污染度过高，就会增加泄漏电流．降低表面绝缘电阻，甚至引起短路和电化学腐蚀，严重影响仪器仪表和电子装备的可靠性。

微电子生产领域对清洁度更为敏感，要求更高。例如，集成电路（IC）被广泛应用于绝大多数电子产品中。对于微米级的半导体器件，必须控制大于0.1µm的粒子。而芯片线宽的1/4～1/2，和竖向栅极氧化层厚度的1/2的杂质颗粒，将成为致废粒子，会导致质量问题和成品率下降。随着技术的不断进步，现在光刻技术越来越高，集成电路的线宽不断降低，目前已经到了45纳米左右。一个小到10纳米的微小颗粒，就会导致集成电路产品的质量问题。因此，对清洁度的要求也越来越高。

在半导体、电子工业中，所谓清洁度，针对不同的产品、不同的工序，都有不同的定义和要求。例如，对印制线路板而言，其要除去的污染物是生产过程中产生的助焊剂残留物以及汗渍、指纹、油污；从环境中沾污的灰尘、纤维、金属或非金属及其氧化物等。其中助焊剂残留物往往是组分比较复杂的有机物、无机物混合物。对于半导体硅晶片而言，则要求就高得多。除了各种无机物、有机物外，包括吸附的表面活性剂分子、Na、K等金属离子、水气都是不允许存在的杂质。在集成电路的制造过程中，几乎每一道工序都连带有清洗工序。当然各道清洗针对的污染物和要求有所不同。

2.半导体、电子工业中的清洗

半导体、电子工业中涉及的清洗范围很广，种类也很多。譬如，印制电路板的清洗、电解电容器铝壳的清洗、笔记本电脑中的塑料框架的清洗，等等。其中有些还是用有机溶剂或无机酸、碱等清洗剂进行清洗。但以表面活性剂为主要成分的水基清洗在上述清洗中已经得到应用，并且作为一种发展趋势，水基清洗将会更多的在这一领域得到应用。

在对洁净度要求很高的半导体集成电路生产中，制造过程相当复杂，有很多步骤。如：多晶硅→ 清洗 → 拉单晶 → 切片 → 清洗→ 磨片 → 清洗 → 抛光 → 清洗 →清洗 → 外延，然后经过一系列反复的氧化 → 光刻 → 扩散工序形成晶体管。然后再进行腐蚀介质层 → 生长钝化层 → 光刻引线孔→ 真空镀膜……等多道工序。上述清洗以往多采用酸、碱、双氧水、乙醇、异丙醇等有机溶剂进行清洗，现在有些已经改为水基清洗。

在氧化、光刻、扩散工序中，也同样涉及多道的清洗工序，否则杂质沾污对这些工序的质量会造成影响。如杂质对光刻质量的影响：会导致浮胶、毛刺、钻蚀、针孔、小岛等；再如涂胶前硅片表面沾有水气、油污、颗粒物或手汗、甚至呼出的废气，造成胶膜与硅片表面沾附不良，造成浮胶。还有，光刻后硅片处理不干净，在发射区窗口边缘有杂质沾污，进行磷扩散时会引起局部的合金化，形成加强扩散的液体源，最后在发射结的局部地区出现尖峰，造成分段击穿。

归纳起来，半导体硅片表面的杂质可以有三类：1）固态杂质，如灰尘、松香、蜡、金属、氧化物、盐类、脂肪、树脂、光刻胶等；2）液体杂质，如水（或水气）、酸、碱液、氧化剂、络合剂、洗涤剂、有机溶剂、油类、腐蚀剂等；3）气态杂质，主要有N2、O2、H2、CO2、有机溶剂的蒸气等。其中，固态杂质和液态有机物是清洗的重点。

在半导体工业中，除了对单晶硅片的清洗外，还需要对许多生产器具、辅助材料进行清洗。如制作半导体器件要使用的金、银、铝、锑、锡、钨、钼、铅等金属材料，以及生产用的金属器皿、石英器皿等等。

近年来，硅太阳能电池的发展非常迅速，短短几年现已发展成为一个很大的行业。2005～2010年间，全球太阳能电池的平均年均增长率超过50%。在我国更是如此。2009年我国硅太阳能电池的产能已占全球的51%，硅片的产能已占65%。虽然硅太阳能电池的生产中对清洗的要求没有半导体硅晶片的要求那么高，但也存在多道清洗工序。太阳能电池生产过程中的清洗，都采用含表面活性剂的水基清洗剂。

近几年发光二极管（LED）同样备受重视，正在快速发展。生产LED的GaAs单晶也是制备可见光激光器、近红外激光器、大功率激光器、红外探测器、高效太阳能电池以及微波器件的材料。LED的生产过程中也涉及到大量的清洗，如封装前的清洗、电极的清洗、外延衬底材料表面的清洗等。该单晶抛光片由于采用低温液体蜡粘片，在后续的生产过程中也需要进行清洗除蜡。目前有工厂采用异丙醇结合超声波进行清洗。该单晶经外延生长后，外延片需要清洗，然后才能采用真空蒸镀的方法在半导体材料表面镀上某种合金。镀膜工艺中最常出现的问题就是镀膜前的半导体表面的氧化物、油污清洗不干净，造成镀膜不牢。

此外，液晶显示器（LCD）也是大量被使用的电子产品。LCD的生产过程中也有多道清洗工序。以前多数工厂采用ODS清洗剂进行清洗。随着国家环保政策的实施，现在已经或正在改为水基清洗或半水基清洗或非ODS的溶剂清洗。

3.清洗工艺

3.1 清洗剂

半导体、电子工业中使用的清洗剂有一些特殊要求：首先要求采用高纯清洗剂，尤其是其中的二价及高价金属离子的含量要低，一般在配方中加入螯合剂；其次，在满足清洗要求的前提下，所采用的表面活性剂应是亲水性较强的表面活性剂，对固体表面的吸附不能太强，易于漂洗，没有残留；第三，一般用纯水或去离子水配制；最后，对泡沫和气味也要满足一定的要求，尤其是当采用喷洗方式时。

目前，常用的清洗剂主要是水基清洗剂，也有加有机溶剂的半水清洗剂和溶剂型的清洗剂。

3.2 清洗方法

所采用的清洗方法有：手工擦洗；多槽超声浸洗和漂洗；多槽超声清洗加流水漂洗（冷、热水），喷洗；采用溶剂型清洗剂的气相清洗和气相漂洗等。漂洗所用的水一般为纯水或去离子水。

硅片切割后的清洗一般采用六槽超声清洗和漂洗或超声清洗后用纯水流水冲洗。清洗在一定的温度下进行。

印制线路板的清洗方式较多，有采用水基清洗的，也有采用半水清洗剂清洗以及气相清洗的。当采用水基清洗剂清洗时，可采用浸洗加冷、热水漂洗（或喷洗）加热风干燥，或采用清洗剂喷洗加纯水漂洗（或喷洗）加热风干燥。

4.结语

半导体、电子工业中的清洗是一项很重要的工作，要求十分严格。随着微电子工业技术的不断进步，对清洗质量的要求越来越高。国内外对微电子工业中的清洗仍在不断的研究、改进中。新的技术还在不断出现。譬如，兆声波清洗、激光清洗、超临界流体清洗等等。就我国目前的现状看，在这一领域，对清洗技术进步的需求还很大，水基清洗或半水基清洗有良好的发展前景，值得洗涤剂行业的同行去研究和努力。