二氧化碳的临界点在31.1摄氏度和7.38MPa，超过这个温度压力组合后，它进入超临界态，兼具气体的扩散性和液体的溶解性，表面张力降为零。半导体制造利用这一特性清洗晶圆，尤其适合FinFET、GAA和3D-NAND这类高深宽比结构。
传统水基清洗依靠表面活性剂和机械力去除颗粒，但高深宽比沟槽的开口宽度已缩小到十几纳米，液体表面张力会在干燥阶段把纤细的结构拉倒变形。超临界二氧化碳没有表面张力，能深入纳米级沟槽内部，溶解污染物后随减压排出，不会对微结构施加任何机械应力。
超临界清洗的工艺流程分三步推进。先用异丙醇等有机溶剂置换晶圆表面的水分，再将晶圆送入高压腔，充入超临界二氧化碳置换异丙醇，最后缓慢减压使二氧化碳气化，晶圆从腔体内取出时已经完全干燥。整个过程没有液气相变的弯月面，避免了传统干燥中毛细力导致的图案坍塌。
超临界二氧化碳还可配置微乳液体系，添加少量表面活性剂后能去除光刻胶残留和金属颗粒。微乳液在超临界流体中形成纳米级胶束，将极性污染物包裹其中带出腔体。美国环保署2002年将绿色化学奖授予SCORR技术，正是因为超临界二氧化碳替代了大量有害有机溶剂，降低了半导体清洗的环境负荷。
用于晶圆清洗的二氧化碳必须是电子级。普通工业级二氧化碳含有微量金属离子、油分和颗粒，直接进入清洗腔会在晶圆表面造成二次污染。电子级二氧化碳对铁铜镍钠等金属离子的控制要求在ppb级别，0.1μm以上颗粒数量严格限制，水分和油分也需深度脱除。5N级纯度可满足一般清洗和干燥需求，7nm以下先进制程和EUV掩模清洗则需要6N级。
与传统的自旋冲洗干燥相比，超临界二氧化碳干燥没有高速旋转带来的离心力，也没有液体挥发过程中的毛细力，对高深宽比结构的保护优势明显。自旋冲洗干燥在90nm以上节点尚可使用，进入28nm以下后图案坍塌率显著上升，超临界干燥逐渐成为标准方案。部分产线将超临界清洗与兆声波清洗组合，先以兆声波松动颗粒，再用超临界二氧化碳带走，清洗效率进一步提升。
选型时需根据制程节点和清洗对象确定纯度等级。成熟制程的常规清洗干燥，5N电子级二氧化碳配合在线纯化器即可满足要求。先进制程中，清洗后残留的金属离子会影响器件电学性能，颗粒则导致良率损失，必须选用6N级产品并在使用点增设终端过滤器。二氧化碳供应系统的管路材质需采用316L电解抛光管，接头处使用金属垫片，避免有机物析出。
实操中需注意高压系统安全。超临界清洗腔体工作压力在7.38MPa以上，属于压力容器范畴，需定期检验并配置安全阀和压力联锁。二氧化碳纯度需在线监测，重点关注水分和总烃指标，气源切换时要防止空气渗入。减压排放阶段二氧化碳快速气化吸热，管路和阀门会出现结霜，需做好防冻处理。使用后的二氧化碳可回收压缩循环利用，降低用气成本。
从临界点到晶圆表面，超临界二氧化碳把清洗和干燥合二为一。选对电子级纯度，管好高压安全和管路材质，先进制程的清洗良率才有支撑。
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