半导体制造过程中的新一代清洗技术

引言

 

VLSI制造过程中，晶圆清洗球定义的重要性日益突出。这是当晶片表面存在的金属、粒子等污染物对设备的性能和产量(yield)产生深远影响时的门。在典型的半导体制造工艺中，清洁工艺在工艺前后反复进行。半导体清洗过程主要使用化学溶剂和超纯水(deionized water)的湿清洗房间法以及等离子体、高压气溶胶(aerosol)和激光。在本文中，我将了解半导体设备制造过程变迁中晶片清洗过程的重要性和热点问题，概述目前半导体设备制造企业使用的清洗技术和新一代清洗技术，并对每种方法进行比较考察。

晶片清洗问题

近年来，随着电路线宽的精细化、铜和低介电膜等新材料的招聘、图案的大长宽比等半导体制造工艺的变迁，清洗工艺的重要性日益突出。现实是，应对的清洗步骤数的增加、先进的清洁技术的开发、集成清洗解决方案等各种技术需求都在面临。最近，作为半导体布线材料，铜正在取代现有的铝，现有的绝缘材料硅氧化膜(SiO2)正在被低介电材料取代。铜提高布线速度“I”，但对腐蚀相当敏感，使用强化学液的传统湿洗方法难以清洁表面，急需开发新的化学液。另外，低介电膜的情况也是由于膜质的多孔性和延展性特性，容易对现有化学液造成损伤的缺点，因此，尽管有优秀的绝缘特性，但其使用受到限制。

当代清洁技术

RCA清洗：目前，半导体制造厂广泛使用的湿式清洗是RCA清洗。RCA清洗主要包括APM、HPM、SPM和dhh。APM具有很好的颗粒去除性能，HPM易于去除金属污染物，SPM是油基污染物，DHF具有超越自然氧化膜去除的性能。大部分半导体制造公司都有这4种混合液的独立含量和处理顺序，正在执行清洗过程。表2显示了用于RCA清洗的化学液的标准组成、去除污染物和工艺上的副作用等。使用RAC清洗的传统湿清洗方法的优点是，通过批处理类型处理可以进行大量处理，具有较高的处理能力(throughput约为300 wph)，缺点是大量有毒化学液和水的使用，以及大设备尺寸(footprint)造成的环境、成本和空间问题。

表1 RCA清洗过程及副作用

新一代清洗技术

单张式湿洗：随着晶片密度的增加和大邱硬化，清洗过程的控制成为了一个非常重要的问题，为此，传统的放置方式(batch -type)湿清洗方法正试图向枯叶式清洗方式转变。枯叶方式是一次处理一张晶片，可以控制以确保目标良品率和工艺再现性，大大减少使用化学液和水的量，减少污水，回收利用不足的环境优势，是最近大幅度突出的清洗技术。

低温粒子喷射清洗：以低温粒子源为代表的物质是二氧化碳(CQ)和氩(Ar)，在低温高压下，通过特定结构的喷嘴将储存为液体状态的上述气体喷射到大气中时，压力和温度的热量。图2展示了低温粒子喷射方法的基本原理。通过调节喷嘴上的喷射压力，可以轻松地调节清洗能力。但是，二氧化碳由于物质本身的高纯度问题和颗粒大小的控制问题等原因，半导体清洗目的使用受到限制。

图2 低温动力学清洗过程示意图

激光清洗：半导体表面清洁的激光技术通常使用IV激光，通过使用适当的光束形态控制和扫描装置，将激光束直接照射到晶片表面，从而分解或解吸污染物。清洁方法尤其在清除有机污染物方面发挥了卓越的能力，被誉为可应用于蚀刻或离子注入共精后的感光膜及感光膜残留物(PR residue)清除的工艺。

结论

目前为止，对半导体制造过程中清洗工艺的重要性和最近出现的问题，以及目前使用的清洗技术和新一代清洗技术进行了讨论。每种技术都有自己的优点和缺点，根据晶片的形状、出炉材料和去除污染物的种类，适当的清洁方法的选择很重要。另外，未来半导体清洁技术与传统的湿清洗与干清洗、LIGO放置方式与MELEID方式的激烈竞争将成为例证。特别是激光清洗技术具有光能这种清洁清洗方法和优秀的有机污染物清除性能等优点，但由于处理速度低和武器污染物清除性能差等缺点，实际应用需要更多的研究和努力。另外，随着密度的增加，电路线宽度的持续感也会增加쓰기在新半导体材料的引进和Weiper的大邱硬化等最近趋势中，清洁工艺的位置在以后的半导体制造工艺中变得更加重要，因此，对与此相适应的新清洁技术和设备的研究开发是一个非常重要的课题。

　　审核编辑：汤梓红