晶圆制造中的电子级氨水

中国科学院半导体研究所 2025年06月14日 18:03 北京

文章来源：老虎说芯

原文作者：老虎说芯

本文主要讲述晶圆制造中的电子级氨水是什么。

一、什么是电子级氨水？

电子级氨水，本质上是高度纯化的氢氧化铵溶液（NH₄OH），也叫超高纯氨水，是一种呈强碱性的透明液体。它由氨气（NH₃）和超纯水按一定比例溶解混合而成。与普通工业氨水最大的区别在于其超高纯度、极低金属离子杂质和有机残留，专门应用于半导体、显示面板、光伏等高科技领域。

二、电子级氨水的作用与应用场景

电子级氨水的作用不是“单一清洁剂”，它在多个关键工艺中都承担了核心功能：

1. 晶圆清洗（主要作用）

在集成电路制造中，晶圆表面在每一道工序后都需要极为彻底的清洗，以去除粒子、金属离子、有机残留、微粒等污染物。

电子级氨水通常和双氧水（H₂O₂）、超纯水（UPW）混合，形成SC-1（标准清洗液）**配方：

SC-1 = NH₄OH + H₂O₂ + H₂O

用途：

去除无机颗粒、金属离子等

在不伤害晶圆表面的情况下“剥离”污染

2. 蚀刻工艺

氨水具有一定的化学活性，可参与对部分金属氧化物的选择性刻蚀，尤其是在清洗后的微刻蚀阶段发挥辅助作用。

3. 显示面板、光伏制造中的表面处理

电子级氨水也被广泛应用于TFT-LCD、OLED面板制程，以及硅片光伏制造的清洗与表面改性。

三、为什么电子级氨水门槛高？

1. 超高纯度要求（重点）

在IC制造中，哪怕1 ppb（十亿分之一）级的金属杂质都可能影响器件性能或可靠性。因此，电子级氨水必须满足：

杂质金属离子（Fe、Na、K、Ca、Cu等） ≤ ppt ~ ppb级

有机碳（TOC） ≤ 50 ppb

微粒数密度 D50 ≤ 0.1 μm，< 数百个/ml

电导率、电阻率控制精密（通常在18MΩ·cm左右）

2. 配制和储存过程必须洁净

设备需为无金属离子污染材质

制程环境要求达到Class 100或更高洁净等级

运输必须采用专用内衬包装，避免二次污染

四、技术等级与摩尔定律的关系

在先进制程中（如7nm以下），芯片结构更精细、工艺更复杂，清洗要求也随之提升。以G等级划分纯度：

五、工艺核心：物理纯化 + 混配工艺

物理纯化方式主要包括：

多级反渗透（RO）

脱气、脱CO₂

超滤（Ultrafiltration）

离子交换（IX）

蒸馏（高精度分离）

这些工艺结合使用，才能制得符合电子级标准的氨水。

六、运输半径短的重要性

由于氨水属于腐蚀性强碱且纯度极高，其在存储和运输过程中容易吸收杂质和CO₂：

产品稳定性差，有效期短（通常1~3个月）

强腐蚀性，运输需特殊包装与车辆

就近供货可降低运输成本、减少品质波动

这就是为何很多电子化学品厂商会在芯片制造厂附近设立“工厂型供应点”或化学品配送中心。

七、总结

电子级氨水是半导体行业中不可替代的基础清洗化学品，它的质量和纯度直接影响芯片的良率和可靠性。面对先进制程的技术需求，电子级氨水的升级不仅是材料企业的挑战，也是国产半导体产业链自主可控的关键一环。

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