探究半導(dǎo)體制造中清洗技術(shù)的新動(dòng)向

云南工業(yè)技師學(xué)院 李 建

探究半導(dǎo)體制造中清洗技術(shù)的新動(dòng)向

云南工業(yè)技師學(xué)院 李 建

【摘要】近年來(lái)，電子工業(yè)發(fā)展速度驚人，半導(dǎo)體器件和大規(guī)模集成電路的需求量也越來(lái)越大，相應(yīng)的電能性與可靠性要求也越來(lái)越高。這樣一來(lái)，如何使半導(dǎo)體材料拋光片表面潔凈度盡可能提高成為了加工生產(chǎn)過(guò)程中要解決的重要問(wèn)題。在生產(chǎn)過(guò)程中我們不難發(fā)現(xiàn)僅僅去除表面的污垢已經(jīng)難以達(dá)到技術(shù)上的要求指標(biāo)。拋光片表面化學(xué)態(tài)、氧化膜厚度、表面粗糙度都已經(jīng)成為了技術(shù)上重要的考察參數(shù)。所以，在清洗技術(shù)方面，更需要我們不斷的改進(jìn)與革新，已適應(yīng)要求日益嚴(yán)格的生產(chǎn)需求。

【關(guān)鍵詞】半導(dǎo)體；清洗；機(jī)械；有機(jī)物

一、半導(dǎo)體清洗技術(shù)的前世今生

四十年前，處于生產(chǎn)方面的需要，第一完整的、具有實(shí)際意義的SI（硅）表面清洗方法正式被提出。在實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)對(duì)技術(shù)的改良和相關(guān)設(shè)備的更新，結(jié)合大量的實(shí)驗(yàn)技術(shù)積累，正式形成了一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)完備的全新科學(xué)領(lǐng)域。對(duì)于優(yōu)化生產(chǎn)質(zhì)量、促進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)良性發(fā)展具有極其重要的意義。

半導(dǎo)體清洗技術(shù)，隨著不同時(shí)期對(duì)半導(dǎo)體生產(chǎn)的要求不同相應(yīng)的進(jìn)行工藝的改進(jìn)。早期因襯底晶圓中高缺陷密度引起的大微粒和金屬污染物。但是這種問(wèn)題并不是因?yàn)楸砻嫖廴疽鸬摹ｋS著加工技術(shù)的發(fā)展，微粒和金屬污染的數(shù)量級(jí)也越來(lái)越小。所以到現(xiàn)在為止，半導(dǎo)體生產(chǎn)中人們對(duì)于有機(jī)污染和表面狀態(tài)相關(guān)問(wèn)題更加重視。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，常用簡(jiǎn)單的等清洗法用來(lái)清楚硅板表面的有機(jī)污染物。還有應(yīng)該特別注意的是，臭氧，溶解在水和氣相中的臭氧，在一定程度上可以起到控制污染的作用。同時(shí)，還有一項(xiàng)應(yīng)該注意的是，在清洗過(guò)程中，應(yīng)該注意清洗方法目標(biāo)的監(jiān)察，充分考慮到其多樣性的影響。

圖1 硅表面接觸角改變與燈清洗時(shí)間的函數(shù)關(guān)系

還有要注意的，就是清洗媒介。

首先，濕法清洗已經(jīng)沿用很久了，但仍然是是現(xiàn)代現(xiàn)金晶圓清洗工藝的主力。如今采用的Si技術(shù)，與原始的RCA技術(shù)相比，主要包括：溶液稀釋度大大增加；工藝更加假話(huà)；廣泛使用臭氧水。

起初，通過(guò)APM（NH4OH：H2O2：H2O）化學(xué)材料，結(jié)合兆頻超聲波強(qiáng)化用于進(jìn)行微粒的去除；同時(shí)，通過(guò)RCA（HPM：HCl：H2O2：H2O）的配方進(jìn)行金屬雜質(zhì)的去除。但是這些方法都存在有一定的局限性。所以，通過(guò)技術(shù)的突破，將更加潔凈的抗蝕劑和化學(xué)材料結(jié)合，在化學(xué)領(lǐng)域取得了一定的創(chuàng)新，并且成為了這一領(lǐng)域的關(guān)鍵。同時(shí)，通過(guò)幾何圖形非常密集的器件制造的污染控制也在技術(shù)領(lǐng)域推動(dòng)了技術(shù)的創(chuàng)新與研發(fā)。其中的代表，就是超臨界CO2（SCCO2）清洗。

另外，干燥晶圓作為濕法清洗的重要組成部分，通過(guò)IPA的晶圓干燥方法在清洗工藝上獲得了更新的突破。當(dāng)然，這些方法采用Marangoni干燥及其衍生方，對(duì)現(xiàn)有工藝加以改良。

在目前任何的清洗工藝中，傳統(tǒng)的浸沒(méi)清洗仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。以單晶圓清洗為例，這一技術(shù)只要用于太陽(yáng)能電池板清洗。在這項(xiàng)工藝中，被加工襯底的剪切數(shù)目（shearnumber），通常采用批次加工的加工方式。

二、清洗技術(shù)面臨的發(fā)展方向

為滿(mǎn)足半導(dǎo)體材料清洗不斷更新的技術(shù)要求，必須針對(duì)目前生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題對(duì)清洗工藝進(jìn)行改良和修正。在清洗過(guò)程中，兼顧縱向尺寸縮小等原因，清洗過(guò)程出現(xiàn)的表面粗糙和材料損失等因素都成為我們必須注意的要點(diǎn)。在清洗中，不傷害零件表面或者造成圖形損傷，這是清洗工作最起碼的標(biāo)準(zhǔn)，因此，清洗工作中必須對(duì)各種情況進(jìn)行周全的考慮與折衷，避免出現(xiàn)不必要的損耗。類(lèi)似于兆頻超聲攪動(dòng)這樣的會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成損傷和圖形坍塌等諸多物理輔助手段，必須在加以改進(jìn)之后，才能保證在去除微粒等加工目的完成之后，不會(huì)造成多余的損傷。在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)過(guò)程中，工件表面原子級(jí)惡化都有可能導(dǎo)致整個(gè)器件都會(huì)產(chǎn)生破壞性的致命影響。即使是最良性的清洗乘除元素，也應(yīng)該在投入使用前進(jìn)行重新評(píng)估。

同時(shí)，對(duì)于氣相化學(xué)作用的研究，應(yīng)當(dāng)加以更深入的研究，以便在清洗加工中更好的減少耨寫(xiě)器件的圖形坍塌及相關(guān)損傷。例如與有機(jī)溶劑蒸汽混合的無(wú)水HF（AHF）。

硅板表面的非平面行問(wèn)題是一項(xiàng)難以解決的技術(shù)難關(guān)。從晶圓清洗技術(shù)層面上來(lái)說(shuō)，主要面林問(wèn)題就是涉及CMOS加工。隨著器件的集合形狀不斷減小，保持柵結(jié)構(gòu)有足夠的電容密度，是尖端數(shù)字CMOS技術(shù)方面最直接的挑戰(zhàn)。解決這一問(wèn)題的第一個(gè)途徑，是采用比二氧化硅介電常熟高的柵電介質(zhì)；另一個(gè)途徑便是通過(guò)三維結(jié)構(gòu)MOS柵極以增加?xùn)琶娣e又不增加單元電路面積；第三途徑，是將上述兩種方法的結(jié)合。

另外，MEMS加工也為把道題清洗技術(shù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。根據(jù)MEMS制造的特點(diǎn)：對(duì)3D精細(xì)圖形的深刻蝕，要求橫向深刻蝕埋層氧化物釋放的特殊加工工藝。對(duì)于這些要求，傳統(tǒng)的常規(guī)方法濕法刻蝕和清洗技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足緊密幾何圖形的刻蝕殘留物去除。在此前提下，為確保膜片和懸臂梁的無(wú)晶摩擦操作，采用了無(wú)水氟化氫/甲醇（AHF/MeOH）犧牲層氧化物刻蝕工藝作為可行的解決方法。

還有，就是特殊電應(yīng)用和光應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于高溫、大功率以及超高速電應(yīng)用和藍(lán)光發(fā)射、UV檢測(cè)的光應(yīng)用，的性能的要求越來(lái)越高。這樣以來(lái)，必然對(duì)于硅以外的的半導(dǎo)體制造技術(shù)有更新更高的要求。以鍺為例，這種材料的擁有高于硅的電子遷移率，與高-k柵介質(zhì)有集成的可能。主要用于加工應(yīng)力溝道SiMOSFET所需的鍺化硅以及碳化硅。除了最先進(jìn)的砷化鎵外，氮化鎵、砷化銦、銻化銦、氧化鋅等，Ⅲ-Ⅴ族元素半導(dǎo)體越來(lái)越多的投入到相關(guān)技術(shù)的研發(fā)與生產(chǎn)中。

在此類(lèi)半導(dǎo)體加工中，表面清洗產(chǎn)生的問(wèn)題日益凸顯。一方面，因?yàn)橐r底晶體的質(zhì)量問(wèn)題（非表面潔凈度因素）已經(jīng)不會(huì)在對(duì)相關(guān)材料的制造良率造成影響。所以，對(duì)于清洗技術(shù)的重視程度越來(lái)越高。

如今，半導(dǎo)體器件技術(shù)發(fā)展迅猛，已經(jīng)拓展到了主流硅邏輯和模擬應(yīng)用以外的領(lǐng)域。表面需要清洗加工的材料包括玻璃、ITO或柔性襯底等等。除了主流材料技術(shù)之外，非半導(dǎo)體底襯的優(yōu)點(diǎn)也日益凸顯。有一種單晶A1203的藍(lán)寶石半導(dǎo)體襯底是在現(xiàn)在使用越來(lái)越廣泛的一種徹底。因?yàn)槭褂寐实奶嵘?，相關(guān)的清洗技術(shù)的實(shí)用意義也越來(lái)越大。

隨著各種新材料的問(wèn)世與投入使用，半導(dǎo)體清洗技術(shù)也在不斷的推進(jìn)和發(fā)展，對(duì)于整個(gè)半導(dǎo)體器件制造業(yè)和電子科技產(chǎn)業(yè)，將有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

李建（1984—），男，云南宣威人，云南工業(yè)技師學(xué)院二級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師講師，主要研究方向：半導(dǎo)體器件生產(chǎn)制作過(guò)程中的清洗工藝流程發(fā)展。