半導體清洗技術

　　中心議題：

　　半導體清洗技術的進展

　　當前與未來的挑戰

　　解決方案：

　　濕法清洗

　　廣泛使用臭氧水

　　晶圓清洗是半導體制造典型工序中最常應用的加工步驟。就硅來說，清洗操作的化學制品和工具已非常成熟，有多年廣泛深入的研究以及重要的工業設備的支持。所以，硅清洗技術在所有具實際重要性的半導體技術中是最為成熟的。第一個完整的、基于科學意義上的清洗程序在1970年就提出了，這是專門設計用于清除Si表面的微粒、金屬和有機污染物。

　　此后，硅清洗技術經歷了持續的發展改進，包括早期用氣相等效物替代在濕化學品中進行的部分清洗操作。難以置信的是，現代先進的Si清洗仍然依賴于大體上同一組化學溶液，不過它們的制備和送至晶圓的方法與最初提出的已大不相同。此外，傳統上用濕清洗化學品做的表面選擇清洗/修整功能現在是在氣相中做的。

　　引入半導體器件技術的一系列新材料以及各種非平面新器件結構對清洗技術提出了重大挑戰。各種硅清洗方法雖然已較為成熟，但它們不能滿足正在出現的新興需求。本文簡要綜述了半導體晶圓清洗技術的過去發展情況、當前趨勢和未來需求。

　　半導體清洗技術的進展

　　第一個完整的、基于科學意義上的Si表面清洗方法幾乎在40年前就已提出。此后，半導體清洗方法就從實驗技術積累進展到對制造良率和半導體產業持續發展有極端重要意義的科學技術領域。

　　半導體清洗技術的關注點隨時間而改變。早年關注的是大微粒和金屬污染物，實際上，當時半導體器件故障常常是由于襯底晶圓中的高缺陷密度引起，而不是表面污染引起的。隨著微粒和金屬污染的數量級逐漸減小，以及對這方面的污染控制非常有效，現在更多注意的是有機污染和表面狀態相關問題。如圖1指出的，用簡單的燈清洗法可以把有機污染從Si表面除去。此外，應特別注意溶解在水內和氣相的臭氧在控制有機污染中的作用。另一問題是對清洗方法目標監察的多樣性，因為FEOL和BEOL清洗要求不同，后者關注的是CMP后清洗。

　　就清洗媒介來說，濕法清洗仍然是現代先進晶圓清洗工藝的主力。雖然Si技術中的清洗化學材料與最初RCA的配方相差不大，但整體工藝最明顯的改變包括：采用了非常稀釋的溶液;簡化工藝;廣泛使用臭氧水。

　　基于APM(NH4OH:H2O2:H2O)的化學材料在微粒去除方面仍占主宰地位，但如果沒有兆頻超聲波強化，其作用就不是很有效。基于最初RCA(HPM：HCl:H2O2:H2O)配方的去除金屬的化學材料差不多都放棄了。與潔凈得多的抗蝕劑和化學材料結合在一起的創新化學是在這一領域成功的關鍵。此外，幾何圖形非常密集的器件制造的污染控制也推動了各種創新技術的研發，例如包括超臨界CO2(SCCO2)清洗。