晶圆基板清洗方法

晶圆基板清洗是半导体制造中关键环节，目的是去除表面污染物（颗粒、有机物、金属离子、氧化物等），确保后续工艺（光刻、沉积、刻蚀）的良率和器件性能。以下是主要清洗方法及特点：

一、物理清洗法

原理：利用高频声波在液体中产生空化效应，通过气泡破裂时的冲击力剥离表面附着物。

适用场景：去除大尺寸颗粒和松散污染物，常用于预处理阶段。

局限性：对纳米级间隙中的污染物清除效果有限，可能引起微裂纹扩展。

升级优势：采用更高频率(>800kHz)，生成更密集的微射流，可深入亚微米级结构内部。

典型应用：3D NAND闪存沟槽清洁、高深宽比TSV通孔去残渣。

动态接触式清洁：软质尼龙刷以低速旋转物理摩擦表面,配合DI水高压喷射冲洗。

工艺创新：部分设备集成静电吸附装置增强颗粒捕捉效率，适用于背面金属层粗糙化处理。

经典配方体系：SC-1液(NH₄OH:H₂O₂:H₂O=1:1:5)去除有机污染物及轻金属杂质; SC-2液(HCl:H₂O₂:H₂O=1:1:6)溶解重金属离子并钝化硅表面。

反应机制：过氧化氢分解产生自由基氧化有机物，铵根离子络合过渡金属元素。

功能特性：低浓度HF溶液(0.1%~1%)选择性去除天然氧化层而不造成显著蚀坑。

工艺窗口：需严格控制温度(25±2℃)和时间(<30秒)，避免氢终止键过度引入影响疏水性。

环保替代方案：紫外线照射分解水生成臭氧自由基，高效降解光刻胶残留物。

协同效应：与紫外灯联用可实现低温下(<60℃)快速氧化碳氢化合物。

活性粒子作用：氧气/氩气辉光放电产生的离子轰击表面，打断分子链实现原子级洁净。

工艺分类：包括反应型等离子体(Reactive Ion Etching, RIE)用于去除顽固聚合物和非反应型溅射清洗(Sputter Etching)适合金属互连后的残渣清理。

原理：利用化学试剂蒸汽(如HMDS蒸汽)与污染物反应，或通过冷凝吸附去除杂质。

适用场景：去除光刻胶残留(如HMDS蒸汽溶解未曝光胶)；替代湿法清洗，避免水分引入(如干燥环境下的金属层清洗)。

湿法+干法组合：例如槽式清洗(去颗粒)→等离子体清洗(去有机物)→兆声波清洗(去残留)，结合湿法的高去除效率和干法的无残留特性，满足先进制程对洁净度的严苛要求。

化学机械抛光后清洗：需避免CMP后的表面粗糙度被二次污染，通常采用表面活化处理与球形缺陷清除技术提升洁净度。

总的来说，随着半导体器件尺寸不断缩小和精度要求提高，晶圆清洗技术面临更大挑战。未来趋势将是开发更低缺陷密度的清洗工艺，如等离子体增强湿法清洗，以及推动绿色清洗技术，减少化学品用量或回收废液，以实现更高洁净度、更低损伤和更环保的目标。