晶圓表面清洗及晶圓級封裝清洗劑知識介紹

晶圓清洗在半導體行業有著悠久的發展歷史，在硅晶圓進入CMOS制造工藝之前，必須清潔其表面粘附顆粒和有機/無機雜質，還需要去除硅的天然氧化物。不斷微縮的芯片設計使得清洗技術對于實現可接受的產品良率變得越來越重要。在現代半導體器件制造中，晶圓清洗工藝可以占整個制造過程中步驟的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

顆粒污染可能來源于空氣中的粉塵，其源頭包括生產設備、工藝化學品、氣體管線的內表面、晶圓運輸、薄膜沉積系統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生“致命”缺陷，要么通過物理遮擋器件中關鍵特征的形成（產生圖案、特征和注入缺陷），要么通過在絕緣薄膜中產生局部電弱點。

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

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

二、金屬污染

半導體器件對金屬污染物特別敏感，因為金屬在硅晶格中具有高度的流動性（尤其是金等金屬），因此它們很容易從表面遷移到體硅中。一旦進入體硅，適度的工藝溫度會導致金屬通過晶格迅速擴散，直到它們被固定在晶體缺陷部位。這種“裝飾”的晶體缺陷會降低器件性能，從而產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，產生可溶的離子化金屬鹽并被沖洗掉。金屬污染物一個主要來源是前面的SC-1，因此，SC-2是SC-1的后續步驟。

三、化學污染

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

3.1 有機化合物

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

有機化合物的嚴重污染，例如光刻膠未被完全去除時發生的污染，會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碳殘留物需要使用SPM清洗去除。

無處不在的揮發性空氣污染物引起的有機污染也需要從晶圓表面去除。這些污染物的存在會阻礙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生定義不清的界面。較差的界面質量會嚴重降低柵極氧化物的完整性。此外，表面有機化合物的存在會影響熱氧化和CVD過程的初始速率，從而在薄膜厚度中引入不希望的未知變化。

SC-1清洗是通過雙氧水和氨水進行氧化及溶劑化來去除這些有機化合物。SC-1清洗會緩慢去除天然氧化物，雙氧水的氧化作用則會產生新的氧化物取代該層。

近年來，溶解在去離子水中的臭氧（DIO3）越來越多地被用作SPM和SC-1清洗液的替代品，去除有機污染物更綠色和更安全。根據有機污染的性質，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清洗方法的重要參數。

3.2 無機化合物

含硼、磷等摻雜元素的無機化合物可能由于含磷阻燃劑或生產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有將它們從晶圓表面去除，這些元素可能會遷移到襯底中，從而改變電阻率。

其他種類的揮發性無機化合物，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，也會在半導體器件中產生缺陷。酸、堿會導致化學放大的光刻膠的酸堿度發生意外變化，從而導致圖案生成和光刻膠去除問題。這些化合物具有高度反應性，由于在晶圓表面形成化學鹽，很容易與其他揮發性環境化學物質結合產生顆粒和霧霾。通過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。

3.3天然氧化物

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

硅表面存在這種天然氧化物會給半導體器件制造帶來問題，因為它可能增加非常薄的熱氧化物厚度形成的困難度。在薄柵極氧化物形成過程中存在于晶圓上的任何天然氧化物都會通過摻入羥基而導致柵極絕緣體電特性弱化。此外，如果接觸焊盤的硅表面存在天然氧化物，則會增加接觸電阻。

晶圓級封裝清洗劑W3210介紹

晶圓級封裝清洗劑W3210是合明自主開發的PH中性配方的電子產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 等封裝形式的半導體器件焊劑殘留。由于其PH中性，對敏感金屬和聚合物材料有絕佳的材料兼容性。

晶圓級封裝清洗劑W3210的產品特點：

1、PH值呈中性，對鋁、銅、鎳、塑料、標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，材料環保；氣味清淡，使用液無閃點，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，也可應用于超聲清洗工藝。

晶圓級封裝清洗劑W3210產品應用：

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

具體應用效果如下列表中所列：