晶圆清洗 | 芯片制造中最重要最频繁的工序

中国是半导体最大的消费国，占全球芯片需求的45%，有90%以上的芯片需要进口，国内高速发展的智能手机、人工智能、物联网、云计算、大数据各个领域都对芯片有根本性的依赖。目前芯片是中国举国之力发展的行业，但最核心是要有独立自主生产能力的“中国芯“，就要取决于半导体生产设备的国产化工艺。

晶圆上的45纳米芯片图像

随着半导体技术的不断发展，对工艺技术的要求越来越高，特别是对晶圆片的表面质量要求越来越严。晶圆制造环节的清洗步骤最多，清洗设备运用也最多，光刻、刻蚀、沉积、 离子注入、CMP均需要经历清洗工艺。

前道晶圆生产过程的七大工序：

氧化/扩散-光刻-刻蚀-离子注入-薄膜沉积-CMP-金属化

晶圆片清洗质量的好坏对器件性能有严重的影响，其主要原因是圆片表面沾污造成的，这些沾污包括：超细微的颗粒、有机残留物、无机残留物和需要去除的氧化层;颗粒和金属杂质沾污会严重影响器件的质量和成品率。在目前的集成电路生产中,由于晶圆片表面沾污问题，导致50% 以上的材料被损耗掉和80%的芯片电学失效。

正是由于晶圆清洗是半导体制造工艺中最重要、最频繁的工序，而且随着尺寸缩小、结构复杂化，芯片对杂质含量的敏感度也相应提高，将直接影响到器件的成品率、性能和可靠性，所以国内外各大公司、研究机构等对清洗工艺的研究一直在不断地增强。据盛美公司估计，每月十万片的DRAM工厂，1%的良率提升可为客户每年提高利润3000-5000 万美元。晶圆清洗步骤数量约占所有芯片制造工序步骤30%以上，而且随着节点的推进，清洗工序的数量和重要性会继续提升，清洗设备的需求量也将相应增加。

半导体晶圆清洗工艺细分为RCA清洗法、稀释化学法、IMEC清洗法、超声波清洗法、气相清洗法、等离子清洗法等，可归纳为湿法和干法两种，湿法清洗是目前主流技术路线，占芯片制造清洗步骤数量的90%以上。

湿法清洗采用特定的化学药液和去离子水，对晶圆表面进行无损伤清洗——氧化、蚀刻和溶解晶片表面污染物、有机物及金属离子污染。湿法清洗主要包括RCA清洗法、超声波清洗等，效率高、成本较低，但由于化学试剂使用多，会造成化学交叉污染、图形损伤。

干法清洗是指不使用化学溶剂的清洗技术。包括气相清洗法、等离子体清洗等，优点有清洗环境友好、低磨损等，但受限于成本高、控制精度要求等，目前无法大量应用于全部产线，在少量特定步骤会采用干法清洗。

除去晶圆清洗，等离子清洗也常用于光刻胶的去除工艺中,在等离子体反应系统中通入少量的氧气,在强电场作用下,使氧气产生等离子体,迅速使光刻胶氧化成为可挥发性气体状态物质被抽走。这种清洗技术在去胶工艺中具有操作方便、效率高、表面干净、无划伤、有利于确保产品的质量等优点。

晶圆清洗技术随着工艺节点推进而发生变化。在工艺节点不断推进的前提下，为了降低颗粒物污染、提高良率，需要继续增加清洗步骤。在80~60nm的工艺制程中，清洗工艺约有100个步骤，而当工艺节点来到20nm以下时，清洗步骤增加至200道以上。而越往下走，要得到较高的良率，几乎每步工序都离不开清洗。在湿法清洗工艺路线下，目前主流的清洗设备主要包括单片清洗设备、槽式清洗设备、组合式清洗设备和批式旋转喷淋清洗设备等。

先进制程中，单片清洗逐渐取代槽式批量清洗，并且占据最高的市场份额。单片清洗技术是盛美半导体突破兆声波气泡内爆破坏理论，自主研制的颠覆性的TEBO无损伤单片清洗技术。单晶圆清洗可以减少材料损伤，孔洞的清洗能力，防止晶片结构损伤，清除交叉污染 ，改善晶圆可靠性;槽式清洗具备良好的设备稳定性、高处理性能和批量生产的高生产率，可以清除金属、材料及微粒子的交叉污染 ，但是设备产能较低，污染风险较大。在90-65nm工艺中，为节约成本、提高效率，通常以槽式设备清洗为主; 而在更低线宽nm级工艺中，对杂质的容忍度较低，工艺越先进，单片清洗技术的占比往往越高。

ACM的薄晶圆清洗系统。采用TEBO(时序能激气穴震荡)兆声波清洗技术。在进行机械研磨/抛光以达到所需的厚度之后，ACM的处理系统将在随后的关键工艺中支持这些超薄、高翘曲的晶圆，包括使用湿法蚀刻来减薄硅以消除微裂纹。此外，通过实施不同的化学组合，该工具可用于清洁，光刻胶去除，薄膜去除和金属蚀刻。

纵观全球半导体清洗设备市场，主要由迪恩士、东京电子和拉姆研究等日美韩企业瓜分，合计占据约95%的市场份额，行业高度集中。国内清洗设备龙头盛美半导体市占率约2.3%，但未来有绝对潜力拓展发展空间。本土清洗设备市场国有化率约为20%，但是，今后几年随着国内芯片产业开始迎来井喷式爆发，国产清洗设备厂商将继续昂头挺进。盛美半导体、北方华创、芯源微、至纯科技等是国内半导体清洗的先行者，其中盛美半导体更是杀进欧美国家垄断的国际细分市场。

Gartner 预测，整体晶圆代工市场2019 年到 2023 年的复合年均成长率为 4.5%，市场营收可望于 2023 年达到 783 亿美元。而2018年至2020年之间建设的新工厂和线路将需要 2200 亿美元的晶圆厂设备。晶圆清洗作为半导体产业链中不可替代的一环，随着工艺节点的升级以及良率要求提高，清洗设备用量需求将持续增加，有着稳定而增长的市场空间，预计2020 年就将达到 35-40 亿美元。

集成电路是半导体产业的核心构成。据WSTS 统计，2019 年集成电路销售额达 3,304 亿美元，占全球半导体产业销售额的 80.77%，是当之无愧的半导体支柱型产品。

前道晶圆生产流程所需设备

半导体中，手机芯片占据最大需求。在美国霸道制裁下，中芯国际扑向国产替代部件，华为、联发科入局芯片设计与制造。北方华创、中微公司、盛美股份、华峰测控、上海微电子在芯片材料、设计到生产制备的各大核心环节上均实现从0到1的突破，逐个占山为王，合纵突破美帝围剿。在外部压力刺激下，半导体设备受到国内政策、产业、资金全方位的支持，国产替代有序推进。随着全球晶圆产能向大陆转移，大陆半导体设备市场将继续维持高位增长，半导体清洗公司将大大受益。

而未来，新一代的碳基电子及其信息器件具有更优异的性能，在包括数字电路、射频/模拟电路、传感器件、光电器件等所有半导体应用领域都具备革命性的应用前景。中国有望主导芯片技术的‘直道’超车。

关于ICLEAN工业清洗展：

随着现代加工对精度要求的不断提高，超精密清洗已经是加工过程中核心的工作程序，是创造更高价值的环节，现代制造的趋势如循环经济、工业 4.0、微型化生产、超高精密、轻量化等都给工业部件和表面的清洁度以及清洗的高效和可持续提出了新的挑战!

ICLEAN 作为亚洲地区唯一的专业工业清洗展览会，为工业部件清洗和表面清洗提供了一个精准的专业平台，迎合现在和未来市场的需求。ICLEAN 是一个绝佳的超精密清洗技术的舞台，通过展览和专业技术论坛等多种形式为行业提供贸易、展示、交流、学习的机会。

关注ICLEAN工业清洗展，掌握一手行业快讯：icleanexpo

展会网站：http://www.icleanexpo.com/contactus.html

联系方式：

电话：+86 10 5867 7299

邮箱：ming.ouyang@icleanexpo.com