導(dǎo)讀：近幾年，全球半導(dǎo)體技術(shù)不斷更新迭代，對(duì)工藝技術(shù)的要求也日漸提高，尤其是對(duì)晶圓表面質(zhì)量要求愈發(fā)嚴(yán)格。在半導(dǎo)體芯片制造過(guò)程中，空氣、人體、廠房、生產(chǎn)設(shè)備、化學(xué)藥劑、輔助材料等，都會(huì)攜帶各種微塵、有機(jī)物、無(wú)機(jī)物和金屬離子等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)會(huì)影響芯片良率、電學(xué)性能以及可靠性。人類經(jīng)常洗澡，以防止有害病菌和細(xì)菌的感染。同樣，納米級(jí)的晶圓需要反復(fù)清洗才能制造出完美的芯片。

隨著特征尺寸的不斷縮小，半導(dǎo)體對(duì)雜質(zhì)含量越來(lái)越敏感，制造和封裝中不可避免會(huì)引入污染物。

對(duì)于微觀尺度的半導(dǎo)體工藝，晶片表面上的任何顆粒、金屬碎片、有機(jī)物、自然形成的氧化層和痕量雜質(zhì)都會(huì)導(dǎo)致圖案缺陷和電性能的惡化。

而小顆粒可能難以去除，因?yàn)轭w粒和晶片襯底之間存在強(qiáng)靜電力。這些問(wèn)題會(huì)損害半導(dǎo)體產(chǎn)量和可靠性。在目前的集成電路生產(chǎn)中，由于晶圓片表面沾污問(wèn)題，導(dǎo)致50%以上的材料被損耗掉和80%的芯片電學(xué)失效。

因此，清洗技術(shù)是貫穿芯片制造的重要工藝環(huán)節(jié)。

何為“清洗”

清洗是通過(guò)化學(xué)處理、氣體或物理方法去除晶片表面雜質(zhì)的過(guò)程。通常在工藝之間進(jìn)行，用于去除芯片制造中上一道工序所遺留的超微細(xì)顆粒污染物、金屬殘留、有機(jī)物殘留物，去除光阻掩膜或殘留，也可根據(jù)需要進(jìn)行硅氧化膜、氮化硅或金屬等薄膜材料的濕法腐蝕，為下一步工序準(zhǔn)備好良好的表面條件。

清洗是重復(fù)進(jìn)行的，使其進(jìn)行的次數(shù)大約是其他過(guò)程的兩倍甚或更多，并作為過(guò)程之間的橋梁。

▲清洗工藝

晶圓清洗步驟數(shù)量約占所有芯片制造工序步驟30%以上，而且隨著節(jié)點(diǎn)的推進(jìn)，清洗工序的數(shù)量和重要性會(huì)繼續(xù)提升，清洗設(shè)備的需求量也將相應(yīng)增加。在80~60nm的工藝制程中，清洗工藝約有100個(gè)步驟，而當(dāng)工藝節(jié)點(diǎn)來(lái)到20nm以下時(shí)，清洗步驟增加至200道以上。而越往下走，要得到較高的良率，幾乎每步工序都離不開(kāi)清洗。據(jù)盛美公司估計(jì)，每月十萬(wàn)片的DRAM工廠，1%的良率提升可為客戶每年提高利潤(rùn)3000-5000萬(wàn)美元。

根據(jù)清洗介質(zhì)的不同，目前半導(dǎo)體清洗技術(shù)主要分為濕法清洗和干法清洗兩種工藝路線。

濕法清洗是針對(duì)不同的工藝需求，采用特定的化學(xué)藥液和去離子水，對(duì)晶圓表面進(jìn)行無(wú)損傷清洗，以去除晶圓制造過(guò)程中的顆粒、自然氧化層、有機(jī)物、金屬污染、犧牲層、拋光殘留物等物質(zhì)，可同時(shí)采用超聲波、加熱、真空等輔助技術(shù)手段。

干法清洗是指不使用化學(xué)溶劑的清洗技術(shù)，主要包括等離子清洗、超臨界氣相清洗、束流清洗等技術(shù)。干法清洗主要是采用氣態(tài)的氫氟酸刻蝕不規(guī)則分布的有結(jié)構(gòu)的晶圓二氧化硅層，雖然具有對(duì)不同薄膜有高選擇比的優(yōu)點(diǎn)，但可清洗污染物比較單一，目前在28nm及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的邏輯產(chǎn)品和存儲(chǔ)產(chǎn)品有應(yīng)用。

▲濕法&干法清洗對(duì)比

晶圓制造產(chǎn)線上通常以濕法清洗為主，少量特定步驟采用濕法和干法清洗相結(jié)合的方式互補(bǔ)所短，構(gòu)建清洗方案。未來(lái)清洗設(shè)備的濕法工藝與干法工藝仍將并存發(fā)展，均在各自領(lǐng)域內(nèi)向技術(shù)節(jié)點(diǎn)更先進(jìn)、功能多樣化、體積小、效率高、能耗低等方向發(fā)展，在短期內(nèi)濕法工藝和干法工藝無(wú)相互替代的趨勢(shì)。目前濕法清洗是主流的清洗技術(shù)路線，占芯片制造清洗步驟數(shù)量的90%以上。

批量清洗&單硅片清洗