你平時(shí)在家洗碗、洗菜、洗水果或者洗衣服嗎？你是屬于強(qiáng)迫癥的那種，非要把東西洗得一塵不染嗎？如果你是的話，歡迎你來(lái)我們這兒洗芯片。那么芯片應(yīng)該怎么洗呢？要洗得特別干凈嗎？

我們平時(shí)用的芯片是密封在殼子里的，灰一般落不進(jìn)去，但是芯片制造的過(guò)程中是裸露的。那有朋友說(shuō)，落點(diǎn)灰就落點(diǎn)唄，別太臟就行了唄。但實(shí)際上，一個(gè)灰塵要比芯片上的電學(xué)器件大很多。

比如今年6月，有某個(gè)著名的手機(jī)廠商宣布說(shuō)，要開(kāi)發(fā)2nm的芯片。什么是2nm的芯片？是芯片長(zhǎng)寬或者厚度是2nm嗎？不是。2nm指的叫“特征尺寸”，簡(jiǎn)單理解，可以理解成類似于上面電路和器件的線條寬度是2nm。那灰塵多大呢？我們常說(shuō)pm2.5、pm10，這都是直徑2.5微米、10微米的顆粒，1微米等于1000納米，這灰塵一砸進(jìn)來(lái)，很可能就把原來(lái)不導(dǎo)電的地方給弄導(dǎo)電了，這芯片就不能用了。所以都說(shuō)眼睛里不揉沙子，其實(shí)芯片里更不揉沙子，當(dāng)然，芯片的硅材料本身也算是來(lái)源于沙子。但是芯片做好了之后就不能再往里摻沙子了，不能讓它上面落灰塵了。

既然芯片這么嬌氣，做芯片就有很多講究了。首先是這地方講究，不能在大街上做，風(fēng)一吹全都刮跑了。芯片加工的地方，叫做“超凈間”，我們平時(shí)做實(shí)驗(yàn)測(cè)試的叫“超凈實(shí)驗(yàn)室”。超凈實(shí)驗(yàn)室有不同的級(jí)別，有百級(jí)、千級(jí)、萬(wàn)級(jí)。什么意思？百級(jí)就是每立方米直徑大于或者等于0.1微米的顆粒不超過(guò)100個(gè)。還有更高的標(biāo)準(zhǔn)，十級(jí)，不超過(guò)十個(gè)。那除了環(huán)境以外，清洗也很重要，芯片不能被沾染。另外如果是在芯片研發(fā)的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，很多都是人工去洗。做芯片用的是硅片，在硅片買(mǎi)回來(lái)要用之前，就得先進(jìn)行各種清洗。

配圖來(lái)自圖蟲(chóng)網(wǎng)

清洗有不同的方法，比較一個(gè)簡(jiǎn)單的方法叫做沖水清洗，在實(shí)驗(yàn)室的話就是把芯片放在容器里，先沖幾次，把水倒掉，然后再把它放在水龍頭下面，打開(kāi)水龍頭用水在那里一直沖。當(dāng)然用的水也要很干凈，要用去離子水。所以這挺費(fèi)水的，很多科研機(jī)構(gòu)的超凈實(shí)驗(yàn)室一天水電費(fèi)幾千塊錢(qián)是很常見(jiàn)的，當(dāng)然芯片生產(chǎn)廠家就比這個(gè)更要多得多了，更多的是用自動(dòng)噴淋沖洗。

還有一個(gè)清洗叫“有機(jī)清洗”，能洗掉大多數(shù)的有機(jī)物污染。這個(gè)有點(diǎn)像咱們平時(shí)洗眼鏡，用超聲清洗機(jī)，當(dāng)然比咱們洗眼鏡的功率大，把芯片放到丙酮溶液里用超聲清洗機(jī)振蕩，再用乙醇也就是酒精把丙酮溶解掉。然后再進(jìn)行沖水清洗，把乙醇沖洗掉。當(dāng)然用的這個(gè)乙醇要求純度比較高，叫MOS級(jí)乙醇，不能拿二鍋頭去洗。

還有一個(gè)叫煮酸清洗，因?yàn)樗容^常用，所以我們也叫它“常規(guī)清洗”。就是用硫酸和雙氧水來(lái)煮芯片，這個(gè)煮酸清洗英文叫piranha clean，piranha英文是食人魚(yú)的意思，可以想象，這個(gè)清洗方法就像食人魚(yú)一樣把各種東西都吃掉了，能清洗掉大部分的常規(guī)污染物。不過(guò)雖然能去掉大部分的常規(guī)污染物，對(duì)鉀離子去的并不徹底，而在芯片當(dāng)中鉀離子的影響是比較大的。所以還專門(mén)有一個(gè)清洗方法，叫做去鉀離子清洗。實(shí)驗(yàn)室里用鹽酸和雙氧水加熱來(lái)清洗，而工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中還有很多去各種離子的清洗方法。

煮酸清洗和去鉀離子清洗之后，都要用再進(jìn)行沖水清洗，洗過(guò)之后要用氮?dú)鈽尨蹈伞＿@個(gè)過(guò)程要戴著口罩進(jìn)行，否則你對(duì)著芯片咳嗽一下，就全都白洗了。當(dāng)然，芯片上如果有的材料會(huì)和清洗劑反應(yīng)，就不能用這種清洗了，比如有的材料會(huì)被酸腐蝕，就不能用煮酸清洗了。所以，這些清洗步驟往往是硅片在用之前清洗。

其實(shí)提到的這些方法，平時(shí)生活一般是用不上的，比如平時(shí)洗菜不可能用濃硫酸雙氧水煮一下。不過(guò)有機(jī)清洗洗眼鏡還是可以用一下的，但不要用丙酮，丙酮有一定的毒性，搞不好還把你眼睛上的塑料給溶掉了。我們用洗滌劑就行了。而沖水清洗就是比較常見(jiàn)的方法了，平時(shí)洗水果確實(shí)可以放在水龍頭下面一直沖著來(lái)清洗，不過(guò)也確實(shí)比較費(fèi)水。

畢竟平時(shí)對(duì)潔凈度沒(méi)有要求那么高，所以如果是強(qiáng)迫癥非要洗得特別干凈的話，歡迎來(lái)學(xué)芯片相關(guān)專業(yè)。不過(guò)如果你不是強(qiáng)迫癥的話，學(xué)了這個(gè)專業(yè)，沒(méi)準(zhǔn)也會(huì)變成強(qiáng)迫癥，比如我。不過(guò)其實(shí)這些人工操作都是實(shí)驗(yàn)室的方法，而在里面流汗鈉離子都可能影響性能，所以現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)芯片都是機(jī)器來(lái)操作。

本文為科普中國(guó)·星空計(jì)劃扶持作品

作者：田埂

審核：黃永光（中科院半導(dǎo)體所 副研究員）

出品：中國(guó)科協(xié)科普部

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