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引言
? ? ? 近年來，由于以移動性為中心的生活方式，將其處理的大數(shù)據(jù)作為云，物聯(lián)網(wǎng)、機器人領(lǐng)域開始顯示出活躍的面貌。這種新的技術(shù)創(chuàng)新也對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)業(yè)務(wù)產(chǎn)生了巨大的影響，因此需要符合目的的產(chǎn)品。因此，作為電子介質(zhì)的半導(dǎo)體芯片的結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜，包括從微粉化一邊倒到三維化，半導(dǎo)體制造工藝也變得多樣化。其中使用的材料也被迫發(fā)生變化，用于制造的半導(dǎo)體器件和材料的技術(shù)革新還沒有停止。為了解決作為半導(dǎo)體制造工藝之一的CMP技術(shù)需要更嚴格地管理半導(dǎo)體芯片中使用的材料的變化、平坦度和缺陷的問題，盡管用于嵌入和平坦化的基本工藝保持不變。在此，從CMP裝置的基本變遷，特別闡述CMP清洗的基本技術(shù)。
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各CMP的清洗目的和技術(shù)
? ? ? 將CMP設(shè)備和清洗設(shè)備集成在一起的Dry-in/Dry-out技術(shù)不僅有助于考慮下一工藝的晶圓，而且有助于考慮潔凈室。此外，可以穩(wěn)定地縮短從拋光到清潔裝置的時間，并且增加了容易粘附的漿料的去除效果，從而改善了晶片表面的清潔度。本文描述了從基本作用到設(shè)備的發(fā)展，以考慮在第二代中對每個CMP要執(zhí)行的清潔方法和設(shè)備中的機制。
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藥液和裝置的基本
? ? ? 圖2對拋光后晶圓的表面狀態(tài)和后續(xù)清洗，用一個簡單的圖展示了比較復(fù)雜的Cu-CMP工藝。CMP后的表面狀態(tài)是從漿料中的磨粒開始的刮擦行為產(chǎn)生的與其他工藝無法比較的各種異物如拋光碎屑、有機殘渣等附著在其上（見圖2左上圖）。為了使該表面處于下一工序所需的表面狀態(tài)，除了CMP的輪廓之外，還必須熟悉CMP中使用的漿料和耗材所改變的表面狀態(tài)。在洗滌側(cè)，需要掌握各個工序的表面狀態(tài)，包括選擇與該表面狀態(tài)相對應(yīng)的化學(xué)液體、化學(xué)液體的處理方法、與物理洗滌的組合方法、用純水替換化學(xué)液體的方法、純水沖洗方法和干燥方法。
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圖2 CMP后的清洗流程和藥液和裝置的定位
粒子去除技術(shù)
? ? ? 使粘附在晶片表面上的顆粒漂浮，并使顆粒從該位置流到晶片的外部。為了使顆粒漂浮，通常通過用化學(xué)液體蝕刻晶片表面的微小部分的剝離動作和物理移動顆粒的物理動作的組合來執(zhí)行。由于近年來半導(dǎo)體器件具有非常精細的結(jié)構(gòu)，因此蝕刻受到限制，并且在許多情況下依賴于物理作用，并且化學(xué)液體起到輔助作用。關(guān)于藥液的作用，將委托給專業(yè)的藥液制造者，并描述在洗滌裝置中使用的顆粒去除方法。圖3顯示了去除粒子所需的作用。物理清洗一般根據(jù)表面狀態(tài)，選擇接觸式、非接觸式，并配合藥液的輔助作用。
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防止顆粒再粘附技術(shù)
? ? ? 通過剝離作用或物理清洗從晶片上分離的顆粒需要從晶片上排出。在圖4所示的內(nèi)容中，顆粒在化學(xué)液體中幾乎不粘附，但是在隨后的純水沖洗中，ζ電位的相對電位改變，并且不粘附的作用減弱。因此，在化學(xué)處理之后的純水沖洗中，需要增加純水的流速，以便具有將顆粒盡可能地與晶片分離的作用。
? ? ? 雖然說清洗技術(shù)的目的是制造下一工序所要求的表面狀態(tài)，但即使清洗裝置的環(huán)境、使用的耗材、藥液和純水得到完全管理，也會發(fā)生缺陷。圖5是清洗技術(shù)人員經(jīng)常經(jīng)歷的晶圓表面狀態(tài)。不僅是清洗工序的問題，還有可能是前一道工序造成的缺陷，需要充分把握前后一道工序。
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圖5 清洗工程師經(jīng)歷的晶圓表面狀況
? ? ? 圖6-1、2、3顯示了在CMP后的主要表面狀態(tài)下去除待清潔物體的方法和機制。盡管有絕緣膜-CMP（STI，ILD-CMP），W-CMP，Cu-CMP等工藝，但必須在每一工藝中考慮要去除的目標物質(zhì)的性質(zhì)，并考慮化學(xué)溶液的化學(xué)作用，以及刷子和液流等物理作用的機理的情況下制定配方。在半導(dǎo)體FEOL工藝的CMP后清洗中，使用諸如氨水，過氧化氫溶液和氫氟酸的化學(xué)液體的混合或稀釋（SC-1:氨水+過氧化氫溶液+水，稀釋的氨水，DHF:稀釋的HF等）。 為了解決在W-CMP之后的清潔中需要化學(xué)溶液的問題，其中對布線材料的損壞非常小，并且開始引入化學(xué)溶液制造商開發(fā)的產(chǎn)品。
? ? ? 在BEOL工藝中，由于進一步的微細化和阻擋金屬材料的改變，以電偶腐蝕為中心的腐蝕對策變得重要。 在FEOL工藝中，到目前為止使用的是對藥液具有相對耐受性的材料，但近年來由于越來越微細化和結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，材料開始多樣化，與BEOL工藝一樣，面臨著困難的應(yīng)對。 特別地，在裝置側(cè)，需要去除化學(xué)成分，并且需要干燥而不產(chǎn)生諸如水印的產(chǎn)物。 例如，即使用漂洗劑稀釋，也需要保持防止顆粒再粘附和防腐蝕作用的功能而不降低性能。 在藥液制造商中，主要是成分和添加劑的開發(fā)變得很重要，但能夠最大限度地利用藥液性能的環(huán)境始終在設(shè)備方面，今后在處理環(huán)境方面也需要合作。
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總結(jié)
? ? ? CMP后的清潔技術(shù)是用于清潔被污染的晶片的技術(shù)，這與其他清潔工藝相比是不可比擬的。 今后從越來越微細化的器件結(jié)構(gòu)出發(fā)，對清洗的要求必然會越來越嚴格。 再次，漿料制造商，消耗構(gòu)件制造商，化學(xué)品制造商和設(shè)備制造商之間的協(xié)作對于掌握每個過程中的表面狀態(tài)是重要的。