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引言
? ? ? VLSI制造過程中，晶圓清洗球定義的重要性日益突出。這是當(dāng)晶片表面存在的金屬、粒子等污染物對設(shè)備的性能和產(chǎn)量(yield)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響時(shí)的門。在典型的半導(dǎo)體制造工藝中，清潔工藝在工藝前后反復(fù)進(jìn)行。半導(dǎo)體清洗過程主要使用化學(xué)溶劑和超純水(deionized water)的濕清洗房間法以及等離子體、高壓氣溶膠(aerosol)和激光。在本文中，我將了解半導(dǎo)體設(shè)備制造過程變遷中晶片清洗過程的重要性和熱點(diǎn)問題，概述目前半導(dǎo)體設(shè)備制造企業(yè)使用的清洗技術(shù)和新一代清洗技術(shù)，并對每種方法進(jìn)行比較考察。
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晶片清洗問題
? ? ? 近年來，隨著電路線寬的精細(xì)化、銅和低介電膜等新材料的招聘、圖案的大長寬比等半導(dǎo)體制造工藝的變遷，清洗工藝的重要性日益突出?，F(xiàn)實(shí)是，應(yīng)對的清洗步驟數(shù)的增加、先進(jìn)的清潔技術(shù)的開發(fā)、集成清洗解決方案等各種技術(shù)需求都在面臨。最近，作為半導(dǎo)體布線材料，銅正在取代現(xiàn)有的鋁，現(xiàn)有的絕緣材料硅氧化膜(SiO2)正在被低介電材料取代。銅提高布線速度“I”，但對腐蝕相當(dāng)敏感，使用強(qiáng)化學(xué)液的傳統(tǒng)濕洗方法難以清潔表面，急需開發(fā)新的化學(xué)液。另外，低介電膜的情況也是由于膜質(zhì)的多孔性和延展性特性，容易對現(xiàn)有化學(xué)液造成損傷的缺點(diǎn)，因此，盡管有優(yōu)秀的絕緣特性，但其使用受到限制。
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當(dāng)代清潔技術(shù)
? ? ? RCA清洗：目前，半導(dǎo)體制造廠廣泛使用的濕式清洗是RCA清洗。RCA清洗主要包括APM、HPM、SPM和dhh。APM具有很好的顆粒去除性能，HPM易于去除金屬污染物，SPM是油基污染物，DHF具有超越自然氧化膜去除的性能。大部分半導(dǎo)體制造公司都有這4種混合液的獨(dú)立含量和處理順序，正在執(zhí)行清洗過程。表2顯示了用于RCA清洗的化學(xué)液的標(biāo)準(zhǔn)組成、去除污染物和工藝上的副作用等。使用RAC清洗的傳統(tǒng)濕清洗方法的優(yōu)點(diǎn)是，通過批處理類型處理可以進(jìn)行大量處理，具有較高的處理能力(throughput約為300 wph)，缺點(diǎn)是大量有毒化學(xué)液和水的使用，以及大設(shè)備尺寸(footprint)造成的環(huán)境、成本和空間問題。
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表2 RCA清洗過程及副作用
? ? ? 等離子清洗：圖3顯示了遠(yuǎn)程等離子清洗晶片時(shí)系統(tǒng)的示意圖。傳統(tǒng)的感光膜去除使用硫酸的濕法方法，但現(xiàn)在利用等離子體在真空室內(nèi)進(jìn)行清洗，從而縮短了工藝時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了有效的下一步工藝處理。等離子清洗方法對有機(jī)物的去除有很好的性能，但無機(jī)粒子和雙面清洗不可行，Weiper遮光等問題被提出。
? ? ? 洗滌器清潔：擦洗方法的優(yōu)點(diǎn)是，根據(jù)機(jī)械接觸式方法可以獲得強(qiáng)大的顆粒清除性能，但缺點(diǎn)是，接觸式下表面損傷的可能性很大，因此僅限于清除CMP工藝等平坦堅(jiān)硬膜質(zhì)表面上的污染顆粒。圖4顯示了使用DSS(雙側(cè)結(jié)構(gòu)層)系統(tǒng)清洗硅片的樣子。
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新一代清洗技術(shù)
? ? ? 單張式濕洗：隨著晶片密度的增加和大邱硬化，清洗過程的控制成為了一個(gè)非常重要的問題，為此，傳統(tǒng)的放置方式(batch -type)濕清洗方法正試圖向枯葉式清洗方式轉(zhuǎn)變?？萑~方式是一次處理一張晶片，可以控制以確保目標(biāo)良品率和工藝再現(xiàn)性，大大減少使用化學(xué)液和水的量，減少污水，回收利用不足的環(huán)境優(yōu)勢，是最近大幅度突出的清洗技術(shù)。
? ? ? 低溫粒子噴射清洗：以低溫粒子源為代表的物質(zhì)是二氧化碳(CQ)和氬(Ar)，在低溫高壓下，通過特定結(jié)構(gòu)的噴嘴將儲存為液體狀態(tài)的上述氣體噴射到大氣中時(shí)，壓力和溫度的熱量。 圖6展示了低溫粒子噴射方法的基本原理。通過調(diào)節(jié)噴嘴上的噴射壓力，可以輕松地調(diào)節(jié)清洗能力。但是，二氧化碳由于物質(zhì)本身的高純度問題和顆粒大小的控制問題等原因，半導(dǎo)體清洗目的使用受到限制。
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圖6 低溫動力學(xué)清洗過程示意圖
? ? ? 激光清洗：半導(dǎo)體表面清潔的激光技術(shù)通常使用IV激光，通過使用適當(dāng)?shù)墓馐螒B(tài)控制和掃描裝置，將激光束直接照射到晶片表面，從而分解或解吸污染物。清潔方法尤其在清除有機(jī)污染物方面發(fā)揮了卓越的能力，被譽(yù)為可應(yīng)用于蝕刻或離子注入共精后的感光膜及感光膜殘留物(PR residue)清除的工藝。
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結(jié)論
? ? ? 目前為止，對半導(dǎo)體制造過程中清洗工藝的重要性和最近出現(xiàn)的問題，以及目前使用的清洗技術(shù)和新一代清洗技術(shù)進(jìn)行了討論。每種技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，根據(jù)晶片的形狀、出爐材料和去除污染物的種類，適當(dāng)?shù)那鍧嵎椒ǖ倪x擇很重要。另外，未來半導(dǎo)體清潔技術(shù)與傳統(tǒng)的濕清洗與干清洗、LIGO放置方式與MELEID方式的激烈競爭將成為例證。特別是激光清洗技術(shù)具有光能這種清潔清洗方法和優(yōu)秀的有機(jī)污染物清除性能等優(yōu)點(diǎn)，但由于處理速度低和武器污染物清除性能差等缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用需要更多的研究和努力。另外，隨著密度的增加，電路線寬度的持續(xù)感也會增加??在新半導(dǎo)體材料的引進(jìn)和Weiper的大邱硬化等最近趨勢中，清潔工藝的位置在以后的半導(dǎo)體制造工藝中變得更加重要，因此，對與此相適應(yīng)的新清潔技術(shù)和設(shè)備的研究開發(fā)是一個(gè)非常重要的課題。