半導體制造中的晶圓廠廠務端化學品是確保半導體器件高性能和高産量不可或缺的關鍵要素。這些化學品廣泛應用于清洗、刻蝕、沈積、光刻等多個核心工藝環節，對晶圓的表面狀態、純淨度及最終器件的性能産生深遠影響。
晶圓清洗是半導體制造中最頻繁且關鍵的步驟之壹，其目的是去除晶圓表面的顆粒、金屬離子和有機汙染物。RCA清洗（Radio Corporation of America cleaning）是行業內廣泛采用的濕法化學清洗技術36。RCA清洗通常涉及多種化學試劑的組合，例如：
SC-1清洗液：
由氨水（NH₄OH）、過氧化氫（H₂O₂）和去離子水（DIW）組成。SC-1主要用于去除顆粒物和有機殘留。其作用機制是通過NH₄OH的腐蝕作用去除氧化層，同時H₂O₂將有機物氧化分解，並通過超聲波等物理作用去除顆粒。
SC-2清洗液：
由鹽酸（HCl）、過氧化氫（H₂O₂）和去離子水（DIW）組成。SC-2主要用于去除金屬離子汙染物，特別是常見的鐵（Fe）、鎳（Ni）和銅（Cu）等。
稀釋氫氟酸（dHF）：
用于去除晶圓表面的原生氧化層。
硫酸/過氧化氫混合物（SPM）：
壹種強氧化性溶液，用于去除頑固的有機汙染物。
除了RCA清洗，業界也在探索更環保和高效的清洗方法，例如使用活性氣體和去離子水替代傳統濕化學品進行RCA清洗，可以在晶圓表面直接生成所需的清洗化學物質，從而縮短工藝時間並降低化學品消耗。單晶圓清洗技術也在300毫米晶圓廠中得到應用，通過優化清洗液配方和工藝參數，顯著減少了工藝時間，並降低了對矽襯底表面粗糙度的影響。
半導體制造流程圖
刻蝕是將光刻膠圖形轉移到晶圓基底或薄膜上的關鍵步驟，分爲濕法刻蝕和幹法刻蝕。
濕法刻蝕：
使用化學溶液選擇性地腐蝕未被光刻膠保護的材料。例如，氫氟酸/硝酸（HF/HNO₃）混合物常用于矽的濕法刻蝕。濕法刻蝕雖然成本較低，但在精細圖形刻蝕方面存在局限性。銅輔助化學刻蝕（CuCCE）是壹種快速、低溫的矽微倒金字塔結構刻蝕方法，通過銅納米顆粒作爲催化劑，結合HF和H₂O₂溶液實現。
幹法刻蝕：
利用等離子體或反應性氣體進行刻蝕，提供更好的刻蝕控制和精度，適用于制造複雜和精細的納米級圖案。例如，在制造氮化矽（SiNx）硬掩膜時，通常使用CHF₃/O₂等離子體進行幹法刻蝕，這可以同時實現垂直側壁和光滑的刻蝕表面。
在特定的半導體器件制造中，如氮化镓（GaN）功率半導體器件，盡管其在能效方面有顯著優勢，但在制造過程中對原材料的稀缺性、毒性和環境影響仍需深入研究。
化學機械抛光（CMP）是半導體制造中實現晶圓表面平坦化的重要技術。CMP漿料通常包含磨料顆粒和化學試劑，通過化學作用和機械研磨的協同效應去除材料。
漿料組成：
CMP漿料的核心成分包括磨料（如二氧化铈、二氧化矽）、氧化劑（如過氧化氫）、pH調節劑和分散劑等。例如，在矽晶圓抛光中，漿料中的磨料顆粒和離子與矽表面的Si-Si鍵發生化學反應，形成更易于機械去除的矽氧鍵，最終實現超光滑表面。
化學機械抛光 (CMP) 矽晶圓過程
環保CMP漿料：
爲了應對傳統CMP漿料中可能存在的毒性或腐蝕性成分，研究人員正在開發新型環保漿料。例如，針對鋁合金的CMP，開發了由二氧化铈、二氧化矽、碳酸鈉、過氧化氫、甘氨酸和去離子水組成的綠色CMP漿料，既能提高抛光效率又減少環境汙染。石英玻璃的原子級平坦化也通過使用包含二氧化铈、海藻酸鈉和次氯酸鈉的三種綠色成分的新型CMP漿料實現。
後CMP清洗：
CMP之後需要進行精細清洗以去除殘留的漿料顆粒和金屬汙染物，確保表面潔淨。
化學氣相沈積（CVD）是壹種在晶圓表面生長薄膜的關鍵技術。它利用反應氣體在晶圓表面發生化學反應形成所需薄膜，例如介電層或導電層。例如，在高壓空間化學氣相沈積（HPS-CVD）反應器中，通過控制氣體流量和溫度，可以精確控制薄膜的生長。原子層沈積（ALD）是另壹種精確控制薄膜厚度和成分的技術，其沈積過程基于自飽和表面反應，可實現高度均勻和共形的薄膜。
光刻是半導體制造中將電路圖案轉移到晶圓上的核心步驟。
光刻膠（Photoresist）：
壹種光敏聚合物，塗覆在晶圓表面後，通過紫外光曝光和顯影，形成保護層或刻蝕掩膜。例如，在制造超導量子比特時，就使用了光刻技術來制備約瑟夫森結。
剝離劑：
用于去除光刻膠，以便進行後續工藝。
旋塗碳（Spin-on-Carbon, SOC）膜：
作爲光刻中的硬掩膜材料，其高表面形貌需要通過CMP進行平坦化，以實現小于10納米的設計規則。
半導體制造過程消耗大量化學品和超純水，導致廢液量大且成分複雜。
白色煙霧排放：
半導體制造廠的濕法洗滌器煙囪常排放白色煙霧，這些煙霧包含約0.1微米的顆粒物，會因水蒸氣凝結而進壹步生長到0.1-1.0微米範圍。
職業健康風險：
電子行業（包括半導體制造）的化學品使用可能導致職業健康風險，需要有效的風險評估和管理措施。
事故風險：
濕法化學清洗過程中可能發生火災等事故，通常由加熱器故障引起。
水資源優化：
優化清洗過程中的用水量對環境可持續發展至關重要。例如，通過生産計劃調整，化學工業中反應器和容器清洗的用水量可分別減少60%和90%。
稀土回收：
玻璃抛光廢液中含有稀土元素（如铈），回收這些稀土資源有助于提高資源利用效率。
【總結】
晶圓廠廠務端化學品涵蓋了從晶圓准備到最終器件形成的全過程，包括清洗、刻蝕、沈積、光刻以及抛光等多個環節。隨著半導體技術向更小尺寸和更高集成度發展，對化學品的純度、選擇性、環保性以及廢液處理和回收利用的要求也越來越高。這促使行業不斷開發新的、更環保、更高效的化學品和工藝，以滿足未來半導體制造的需求。此外，智能制造執行系統（SMES）的引入，通過整合生産管理和質量控制，有助于提高良率並減少不必要的生産浪費。
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