晶圆清洗用的都是超纯水吗？
在半导体制造领域，晶圆清洗是贯穿整个工艺流程的关键环节——从初始硅片到最终封装，超过30%的工艺步骤涉及清洗。而清洗的核心介质，正是水。
但这里有一个常见的疑问：晶圆清洗用的都是“超纯水”吗？答案是：不全是。超纯水是主力，但不是唯一。 不同类型的清洗工序，会根据污染物种类、工艺节点和成本考量，搭配使用不同的水品或化学品溶液。
本文带你拆解晶圆清洗用水的真实图谱。
一、超纯水：晶圆清洗的绝对主角
1.1 什么是半导体级超纯水？
半导体制造所用的超纯水（UPW，Ultra-Pure Water），其纯度远高于制药行业的纯化水和注射用水。典型指标如下：
|
参数 |
典型要求（先进制程） |
|
电阻率 |
≥18.2 MΩ·cm（25℃） |
|
TOC |
≤1~5 ppb |
|
颗粒（>0.05 μm） |
≤1 个/mL |
|
细菌 |
≤0.1 CFU/100 mL |
|
溶解氧 |
≤1 ppb |
|
二氧化硅 |
≤0.5 ppb |
|
金属离子 |
每种 ≤0.1~1 ppt |
这种极致纯度，是为了确保在纳米级的电路图案中，任何微小的颗粒、离子或有机物都不会造成短路、漏电或蚀刻缺陷。
1.2 超纯水用在哪些清洗环节？
-
预清洗（Pre-clean）：去除硅片表面的自然氧化层和有机沾污。
-
RCA标准清洗：SC-1（NH₄OH/H₂O₂/H₂O）和SC-2（HCl/H₂O₂/H₂O）之间的超纯水漂洗。
-
CMP后清洗：去除抛光液残留的研磨颗粒和化学试剂。
-
蚀刻后清洗：去除蚀刻副产物和残留气体。
-
最终漂洗（Final Rinse）：芯片出厂前的最后一道清洗，确保表面离子和颗粒达到极限要求。
在这些环节中，超纯水既是溶剂，也是载体——它承载化学品进入晶圆表面，再将污染物带离。
二、但“只用超纯水”是不够的
虽然超纯水纯度极高，但它对某些特定污染物的去除效率有限。因此在实际生产中，晶圆清洗往往采用 “超纯水 + 化学品 + 物理辅助” 的组合方案。
2.1 需要加入化学品的场景
|
污染物类型 |
超纯水单独清洗效果 |
常用化学品组合 |
|
颗粒（particles） |
一般（物理冲刷有限） |
SC-1（APM）：NH₄OH+H₂O₂+UPW |
|
金属离子 |
较差（水本身无法络合金属） |
SC-2（HPM）：HCl+H₂O₂+UPW |
|
有机物（光刻胶等） |
差（水无法溶解有机聚合物） |
SPM（H₂SO₄+H₂O₂）/ 臭氧水 |
|
自然氧化层 |
无法去除 |
DHF（稀HF）/ BOE（缓冲HF） |
2.2 物理辅助手段
-
兆声波清洗（Megasonic）：在超纯水中施加高频声波（0.8~2 MHz），产生空化效应和声流，高效去除亚微米级颗粒。
-
刷洗（Brush Scrub）：配合超纯水，用PVA刷头机械去除颗粒。
-
气刀干燥（Air Knife）：用超纯水漂洗后用高速氮气吹干，避免水痕残留。
三、不同工艺节点的用水差异
3.1 成熟制程（≥130 nm）
-
主要使用 电阻率≥18 MΩ·cm 的超纯水，TOC要求相对宽松（≤50 ppb）。
-
清洗步骤较少，化学品用量也相对保守。
3.2 先进制程（28 nm及以下）
-
超纯水纯度要求大幅提升：TOC从50 ppb收紧到1~5 ppb，颗粒尺寸控制从0.1 μm降至0.05 μm。
-
引入 电解离子水（Electrolyzed Water）：通过电解稀释HCl或NH₄OH，产生功能性清洗水（如酸性电解水、碱性电解水），减少化学品消耗。
-
臭氧水（Ozone Water） 广泛替代SPM进行有机清洗，减少硫酸用量和废液处理负担。
3.3 特殊工艺用水
-
无水乙醇/异丙醇（IPA）：用于最终干燥前的脱水置换，防止水痕。
-
超临界CO₂：在部分先进节点中用于无残留干燥。
-
氢氟酸蒸汽（HF Vapor）：气相清洗，避免液相残留。
四、超纯水制备系统：晶圆厂的“心脏”
晶圆厂通常建有独立的超纯水站，工艺如下：
这套系统投资动辄数万元，运行维护成本极高，但它是晶圆良率的生命线。任何一个环节的波动，都可能导致整批晶圆报废。
五、常见误区澄清
误区1：“超纯水就是去离子水”
不对。去离子水（DI Water）只去除了离子，TOC和颗粒控制较弱；半导体级超纯水在此基础上还要严格控制有机物、颗粒、细菌、溶解氧和二氧化硅。
误区2：“电阻率18.2 MΩ·cm就够了”
不够。电阻率只是门槛指标之一。先进制程中，TOC、颗粒、金属离子单项指标比电阻率更关键。一块电阻率达标的超纯水，可能因为TOC超标而导致光刻胶图案变形。
误区3：“清洗用水越纯越好”
不完全是。在某些清洗步骤中，极端纯度的水反而会腐蚀晶圆表面或带走必要的界面层。例如，纯水对铜互连层的腐蚀速率不容忽视，需要在清洗液中加入缓蚀剂或控制pH。
六、未来趋势
-
水回收与闭环：晶圆厂正在推广“浓水回用+中水回用”，将清洗废水分级处理后回用至非关键工序，整体水回收率目标达到90%以上。
-
干法清洗替代：部分工序正向气相清洗、等离子体清洗等无水工艺演进，从根本上减少超纯水消耗。
-
智能水质监控：在线颗粒计数、实时TOC、ICP-MS在线金属监测等技术逐步普及，实现从“定时取样”到“实时反馈”的转变。
七、结论
晶圆清洗的主力是超纯水，但不是所有的清洗都用超纯水。 超纯水承担了漂洗、稀释、载体的角色，而针对特定污染物的去除，需要化学品溶液、物理辅助和特种工艺用水的协同配合。
对于晶圆厂来说，超纯水系统是基础设施中的基础设施——它的质量直接决定了清洗效果，进而影响芯片良率和性能。而对于行业外的观察者来说，理解“超纯水≠万能水”这一点，有助于更准确地认识半导体制造的复杂性和精密性。
如果你正在规划或升级晶圆厂超纯水系统，欢迎联系我们获取技术方案咨询。