利多星智投：洁净即竞争力，半导体清洗的现状与国产替代新征程

我们每天离不开的手机、电脑、智能手表，其核心是指甲盖大小的半导体芯片。鲜为人知的是，一颗合格芯片的诞生，要经历上百道复杂工序，而“清洗”就是贯穿始终的“隐形守护者”——它不直接赋予芯片运算能力，却能决定芯片能否正常工作、性能好坏，甚至左右整条产线的成败。据统计，芯片制造中75%的良率下降都源于表面污染，半导体清洗，就是芯片的“洗澡”必修课，更是半导体产业的“洁净基石”。今天利多星智投就和大家聊聊半导体清洗相关的知识吧！

一、为什么芯片必须“洗澡”？——毫米之间，差之毫厘谬以千里

半导体芯片的核心是晶圆，通常由高纯度硅制成，而芯片的运算依赖于晶圆表面极其精细的电路结构。随着芯片制程不断升级，从几十纳米缩小到3纳米、2纳米，电路线宽已细至头发丝的万分之一，此时哪怕是一颗纳米级的杂质、一丝微弱的氧化痕迹，都可能导致电路短路、信号紊乱，让整颗芯片报废。

更关键的是，半导体制造的每一道工序——光刻、刻蚀、沉积、抛光，都会在晶圆表面留下污染物。就像我们化妆后需要卸妆才能进行后续护肤，晶圆完成一道工艺后，必须彻底清洗干净，才能进入下一道工序，否则污染物会不断累积，最终导致芯片失效。因此，半导体清洗不仅是“辅助工序”，更是决定芯片良率和性能的“关键环节”，被业界称为芯片良率的“保镖”。

随着芯片工艺进入14纳米、7纳米乃至更先进等级，对杂质的敏感度大幅提升，清洗步骤也随之激增：在80-60纳米制程中，清洗工艺约100多个步骤，而到了10纳米制程，已增至200多个，清洗的精细度和难度也呈指数级上升。

二、芯片在“洗”什么？——四大“隐形杀手”必须清零

半导体清洗的核心的是“靶向除污”，针对的是晶圆表面四类肉眼看不见的“隐形杀手”，它们看似微小，却能直接摧毁芯片的功能，具体可分为以下四种：

1.颗粒杂质：芯片电路的“绊脚石”

这类杂质主要由聚合物、光刻胶残渣、刻蚀碎屑构成，尺寸多在微米或纳米级，通过范德华力附着在晶圆表面。就像马路上的小石子会阻碍车辆通行，这些颗粒会干扰光刻图案的精度，导致电路布线错误，甚至划破晶圆表面的薄膜结构，造成芯片短路。

2.有机污染物：晶圆表面的“油腻层”

涵盖人体皮肤油脂、洁净室空气杂质、机械油、光刻胶残留等，它们会在晶圆表面形成一层薄薄的有机膜，阻碍清洗溶液与晶圆的有效接触，就像油污会隔绝水分一样，这类污染物会阻止蚀刻液对特定区域的蚀刻，降低制程精度，还可能影响后续薄膜的沉积效果。

3.金属污染物：芯片性能的“破坏者”

主要产生于金属互连工艺，比如铝硅、铜等薄膜刻蚀及化学机械抛光过程中，常见的有铜、铁、铝等金属离子。这些金属离子虽然含量极低，但会改变半导体器件的电学性能，比如铜离子的迁移可能导致芯片内部短路，铁离子会降低芯片的开关速度和稳定性，严重时会直接导致芯片失效。

4.氧化层：电路连接的“隔离墙”

硅原子在含氧水环境中会自然形成氧化层，此外，部分清洗工艺也会产生化学氧化层。氧化层的存在会影响栅极氧化物质量，改变栅极的电学特性，阻碍电路之间的有效连接，就像一道隔离墙，让芯片的电信号无法正常传输，因此必须精准去除。

三、怎么给芯片“洗澡”？——两大技术路线，各有专攻

半导体清洗可不是用清水冲一冲那么简单，而是一套高度精密的工程技术，核心要满足两个要求：一是“彻底除污”，二是“无损伤清洗”——既要把污染物完全清除，又不能划伤晶圆表面、破坏精细电路。根据清洗介质的不同，目前主流的清洗技术主要分为“湿法清洗”和“干法清洗”两大路线，两者协同配合，覆盖芯片制造的全流程。

1.湿法清洗：当前主流，化学主导的“精准除污术”

湿法清洗是目前半导体制造中的主流技术，核心原理是利用特定的化学药液与污染物发生反应，结合物理作用将其从晶圆表面剥离并带走，就像用清洁剂去除污渍一样，只不过所用的“清洁剂”是高纯度的化学试剂，“清洗工具”也更为精密。

目前湿法清洗占据了芯片制造清洗步骤的90%以上，其中最经典、最常用的是RCA清洗工艺，通过多步化学浸泡组合，实现各类污染物的精准去除：

• APM（SC-1）：由氢氧化铵、过氧化氢和去离子水按特定比例混合而成，在75-80℃下，通过氧化和微刻蚀去除表面颗粒，还能清除轻度有机物污染和部分金属污染，常用于光刻前清洗；
• HPM（SC-2）：由盐酸、过氧化氢和去离子水混合而成，能溶解碱金属离子和铝、铁、镁的氢氧化物，并与残留金属离子络合，专门去除晶圆表面的金属污染物，适用于蚀刻后或薄膜沉积前清洗；
• SPM：由硫酸和过氧化氢按4:1比例混合，在100-130℃下，通过硫酸脱水碳化有机物，过氧化氢氧化碳化产物为气体，用于去除光刻胶剥离后的重度有机污染物；
• DHF：由氢氟酸和去离子水稀释而成，专门用于去除晶圆表面的自然氧化层和化学氧化层，使硅片表面形成疏水表面，避免二次污染。

除了化学浸泡，湿法清洗还会配合超声波、兆声波、旋转喷淋等物理手段：超声波利用高频声波产生的空化效应，剥离顽固颗粒；兆声波则将频率提升至兆赫兹级别，可实现纳米级污染物的高效去除；旋转喷淋通过高速旋转晶圆并喷淋清洗液，利用离心力实现高效清洗和快速脱水，常用于晶圆的最终清洗环节。

根据清洗方式的不同，湿法清洗设备主要分为四类：单片清洗设备（每次清洗1片晶圆，精度高、无交叉污染，是先进制程的主流）、槽式清洗设备（溶液浸泡，产能高但交叉污染风险大）、组合式清洗设备（浸泡+喷淋结合，产能与精度兼顾）、批式旋转喷淋清洗设备（可实现高温工艺，参数控制难度大）。其中，单片清洗设备凭借卓越的工艺控制能力，在先进制程中占据主导地位，2019年其市场占比已达到75%。

2.干法清洗：绿色未来，无化学残留的“精细清洁术”

随着全球绿色制造的要求日益严格，湿法清洗面临着化学试剂消耗量大、废水处理成本高的问题，因此干法清洗技术近年来快速发展。干法清洗的核心优势是“不使用化学溶剂”，主要利用物理或化学气相作用去除污染物，具有环保、无二次污染、无损伤的特点，是先进制程的重要补充。

目前主流的干法清洗技术主要有三种：

• 等离子体清洗：利用高能等离子体中的活性自由基与污染物发生化学反应，将其转化为挥发性气体抽离系统，操作简单、无二次污染，尤其擅长去除碳基污染物和非挥发性金属氧化物，广泛应用于纳米级污染物控制；
• 汽相清洗：利用清洗液的蒸汽与晶圆表面污染物发生反应，比如采用HF蒸汽与水汽的混合汽相去除氧化层，相比传统湿法HF清洗，化学品消耗量减少90%以上，清洗效果更均匀；
• 微射流清洗：利用高压高速的液滴或射流的动能直接冲击并去除表面杂质，包括激光束清洗、冷凝喷雾清洗等，清洗液用量极少，可显著降低二次污染风险，特别适合对清洁度要求极高的先进制程。

实际生产中，通常会采用“湿法+干法”相结合的方式，互补长短：湿法清洗负责大规模、高效去除各类污染物，干法清洗则负责精细去除残留杂质、避免化学残留，构建全方位的清洗方案。

四、半导体清洗的现状与未来：精密化、绿色化、国产替代正当时

如今，半导体清洗行业正迎来快速发展的黄金时期，一方面，芯片制程不断微缩，3DNAND堆叠层数向500层以上迈进、GAA晶体管等新架构的出现，使得清洗步骤数量与难度呈指数级增长，对原子级洁净度的需求日益迫切；另一方面，全球晶圆厂建设潮兴起，供应链安全考虑正加速清洗设备及服务的“国产替代”进程。

从市场规模来看，全球半导体清洗设备市场保持稳健增长，2025年预计将达到约95亿美元，2026年突破百亿大关，至2030年复合年增长率预计维持在接近8%的水平。其中，先进封装相关的清洗设备需求成为新的增长点，预计到2030年将占据整体市场的近四分之一。

在技术发展趋势上，半导体清洗正朝着“精密化、绿色化、智能化”三大方向迈进：

• 精密化：追求原子级洁净度，开发更精准的清洗技术，适配2纳米及以下先进制程，解决超高深宽比结构的清洗难题；
• 绿色化：开发低毒、可生物降解的清洗液配方，集成化学品回收及废水处理系统，推广干法清洗、汽相清洗等环保技术，降低能耗和环境污染；
• 智能化：将人工智能、大数据技术应用于工艺优化和实时监控，构建“数字孪生”模型，实现工艺参数的自适应调整，提升良率并降低运营成本。

在市场格局上，目前全球半导体清洗设备市场仍由海外巨头主导，SCREEN、东京电子（TEL）、泛林（LamResearch）等企业凭借先发优势占据主要市场份额。但国内企业正快速崛起，盛美上海、北方华创、芯源微、至纯科技等企业已实现部分产品的国产替代与技术创新，在设备端打破海外垄断；服务端则涌现出富乐德、高芯众科等本土企业，逐步构建起完整的本土产业链。

五、结语：隐形的清洗，支撑看得见的科技

半导体清洗，是半导体制造中“润物细无声”的关键环节——它没有光刻、刻蚀那样引人关注，却贯穿芯片诞生的每一步，守护着芯片的良率和性能。从我们手中的智能手机，到航天航空、人工智能、新能源汽车等高端领域的核心芯片，背后都离不开半导体清洗技术的支撑。

随着半导体产业的不断升级，芯片会越来越小、性能越来越强，对清洗技术的要求也会越来越高。未来，半导体清洗技术将继续朝着更精密、更环保、更智能的方向发展，国产替代也将持续突破，为我国半导体产业的自主可控筑牢“洁净防线”，支撑更多看得见的科技进步，赋能我们的智能生活。

股市有风险，入市需谨慎