原创 晶片清洗工艺中颗粒去除效率的评价

引言

最近，新的非化学性质的粒子去除技术已经被发展出来。其中一种技术是冷冻动力学清洗，它已被纳入集成电路生产线，以减少缺陷和提高产率。在这种技术中，一组低温气溶胶喷流被定向到被污染的晶圆上。这些喷流由氩气和氮气的低温混合物的冻结簇组成。这些团簇会影响污染物颗粒，并将其从晶圆表面排出。脱落的颗粒被水流从腔室带走。去除机制是纯粹的机械的，而湿清洗依赖于化学作用来执行清洗功能。冷冻动力学技术可以在集成电路制造的任何阶段受益。（江苏英思特半导体科技有限公司）

颗粒去除是晶圆表面制备过程中的一个主要问题。随着具有0.18-µm（和更小）特征尺寸的集成电路的发展，即使是器件上非常小的（sub-0.1-µm）粒子也会对器件的整体产量产生不利影响。颗粒去除不仅是一个必要的过程，也是一个复杂的过程。例如，在敏感的线后端应用程序中，它必须使用在消除粒子缺陷的同时，保持表面的其余部分完整和未损坏的技术来执行。最常用的颗粒去除过程是湿化学清洗，这是典型的原始rca清洁的变体。湿清洗通常不是用于去除颗粒，而是用于去除各种残留物，包括有机物和氧化物。

实验

使用MSP-2300在裸硅晶片上沉积了尺寸为0.064~0.3µm的氮化硅颗粒。选择氮化硅作为测试颗粒材料，因为由于它在水和SC1溶液中的负电位较小，因此在湿清洗中通常难以去除。在沉积前，使用FSI b-清洁工艺清洗晶片。制备了两套相同的晶片：一组用于湿法清洗，另一组用于低温动力学清洗。在每一组中，粒子以两种不同的方式沉积：要么是特定斑点区域内的单分散粒子（图1a），要么是整个晶圆表面上的多分散粒子（图1b）。多个点的沉积尽量减少了清洗试验所需的晶片总数。每组由6个晶圆组成：3个具有相同的斑点沉积，3个具有相同的全晶圆沉积，以获得具有统计意义的数据。（江苏英思特半导体科技有限公司）

图1.(a)单分散的斑点沉积颗粒和(b)多分散的全晶片沉积颗粒的图像。

湿清洁配方，其主要功能是去除颗粒。在这项研究中使用的配方是一种改良的（且侵略性较弱的）b型清洁剂，主要用于去除颗粒。它涉及以下化学序列： SC1（NH4OH/H2O2/H2O）、二水冲洗、水hf、去离子水漂洗、SC1、热去离子水冲洗，然后再漂洗和n2干燥。最初的SC1步骤攻击并去除光有机物，如果有的话，HF蚀刻现有的薄的化学氧化物层并去除它。第二步SC1生长出一个非常薄的（= 10A厚）的二氧化硅钝化层。冲洗步骤去除所有残留的化学物质和化学反应产物，n2干燥去除晶片表面残留的漂洗水。清洗是在汞喷雾处理器中进行的（图2）。（江苏英思特半导体科技有限公司）

图2。水银喷雾处理器系统显示中心柱（深蓝色）、晶圆（青色）、转盘和磁带（灰色）和碗（赭色）。

结果和讨论

湿洗结果（图4）显示，在0.064-0.3µm尺寸范围内，对于单分散和多分散沉积晶片，所有颗粒的颗粒去除效率都很高。除单分散情况下最小（0.064µm）颗粒效率略低（94%）外，去除效率值几乎均在99%以上。效率值的一般均匀性表明，颗粒尺寸和数量不会显著影响清洗结果，至少在考虑的尺寸范围内。这一观察结果与预期是一致的。颗粒去除是通过化学攻击和去除下面的氧化物层（图5），这不受颗粒尺寸的影响。在目前的情况下，晶片在严格意义上没有裸露的硅表面。由于在颗粒沉积之前进行了B-Clean，因此存在一个非常薄的氧化物钝化层（~ 10A厚）。正是这一氧化层在目前的湿清洁中被HF攻击，从而去除沉积在其上的颗粒。值得注意的是，目前的结果不同于超电子清洗，后者的去除效率已被观察到依赖于大小。（江苏英思特半导体科技有限公司）

图4 汞喷雾处理器湿式清洗过程的清洗效率结果

图5 湿洗过程中颗粒去除机理

江苏英思特半导体科技有限公司主要从事湿法制程设备，晶圆清洁设备，RCA清洗机，KOH腐殖清洗机等设备的设计、生产和维护