IC制造中清洗技术发展的分析解析

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1、IC制造中清洗技术发展的分析盛金龙（北京七星华创电子股份有限公司北京100016）摘要：概述了半导体制造中清洗技术所面临的挑战及生产中存在的问题，分析了解决问题的途径，讨论了当前IC制造中关键清洗技术的发展方向。对于国产清洗设备制造业的发展提出了自己的看法。关键词：IC制造，清洗技术，挑战中图分类号：TN305.97文献标识码：A文章编号：1003－353X（2006）03－0166－041引言以集成电路为核心的电子信息产业已成为我国第一大产业，成为改造和拉动传统产业的强大引擎和技术基础。当今世界经济竞争中，拥有

2、自主知识产权的IC已成为经济发展的命脉、国际竞争的筹码和国家安全的保障。集成电路制造过程中清洗硅片表面的污染和杂质是清洗的主要目的，在制造过程中，几乎每道工序都涉及到清洗，而且集成电路的集成度越高，制造工序越多，所需的清洗工序也越多[1]。在诸多的清洗工序中，只要其中某一工序达不到要求，则将前功尽弃，导致整批芯片的报废，所以可以毫不夸张地说，没有有效的清洗技术，便没有集成电路和超大规模集成电路的今天。传统清洗技术主要使用酸、碱、双氧水、甲苯、三氯乙烯、氟利昂等化学试剂，成本高，而且有毒，有腐蚀性，危害安全与健康并

3、污染环境，特别是氟利昂等ODS物质研究破坏地球臭氧层，危及人类生态环境，是国际上限期禁止生产和使用的物质。多年来，国内外科学家就致力于研究无毒，无腐蚀性的清洗工艺，但尚未取得突破。随着芯片尺寸加大，工艺线宽减小，从90nm工艺开始，以往在清洗过程中使用的超声波清洗遇到一些问题，如造成半导体器件结构损伤，在65nm及以下工艺，其损伤程度可能会加剧。芯片中的深沟槽结构清洗时清洗液和漂洗去离子水很难进入结构内部，难以达到清洗目的。高堆叠式和深沟槽式结构清洗后的干燥过程也是很关键的技术问题。一般小于130nm工艺中，要求

4、必须去除所有大于或等于100nm的颗粒，而由于表面边界层的限制，现行清洗技术，如液体或高压（液体）喷射清洗已无法洗去100nm的颗粒。还有如何在后段有效去除光刻胶，同时保证不腐蚀铜导线和不改变低k电介质的电介常数等都是当前清洗技术面临的问题。2现代清洗技术中的关键要求在未来90～65nm节点技术工艺中，除了要考虑清洗后的硅片表面的微粗糙度及自然氧化物清除率等技术指标外，也要考虑对环境的污染以及清洗的效率其经济效益等。硅片清洗技术评价的主要指标可以归纳为：（1）微粗糙度（RMS）；（2）自然氧化物清除率；（3）金属

5、沾污、表面颗粒度以及有机物沾污，其他指标还包括：（4）芯片的破损率；（5）清洗中的再沾污；（6）对环境的污染；（7）经济的可接受性（包括设备与运行成本、清洗效率）等。金属沾污在硅片上是以范德华引力、共价键以及电子转移等三种表面形式存在的[2]。这种沾污会破坏薄氧化层的完整性，增加漏电流密度，影响MOS器件的稳定性，重金属离子会增加暗电流，情况为结构缺陷或雾状缺陷。何良恩等人对300mm硅片表面清洗要求的演变做了总结（表1）[3]表面颗粒度会引起图形缺陷、外延前线、影响布线的完整性以及键合强度和表层质量。颗粒的去除

6、与静电排斥作用有关，所以硅片表面呈正电时，容易降低颗粒去除效率，甚至出现再沉淀[3]。传统的湿法化学清洗中所需要解决的主要问题有：化学片的纯度、微粒的产生、金属杂质的污染、干燥技术的困难、废水废气的处理等。寻求解决上述问题的过程中，发现改用气相清洗技术是一个有效途径。随着微电子新材料的使用和微器件特征尺寸的进一步减小，迫切需要一种更具选择性、更环保、更容易控制的清洁清洗技术，在后道工序中铜引线、焊盘、键合等都需要进行有机污染物的清洗，用湿法清洗也很难达到目的。在执行晶圆的前、后段工艺过程时，晶圆需要经过无数次的清

7、洗步骤，其次数取决于晶圆的设计和互连的层数。此外，由于清洗工艺过程不仅要剥离晶圆表面的光刻胶，同时还必须去除复杂的腐蚀残余物质，金属颗粒以及其他污染物等，所以清洗过程是及其复杂的过程。3清洗介质的选择从湿法清洗的实践中，越来越多出现难于解决的问题时，迫使科技人员探索和寻找替代的技术，除了如增加超声频率（采用MHz技术）等补救方法之外，首选的途径就是选择气相清洗技术来替代（热氧化法、等离子清洗法等）[4]。选择清洗介质，即清洗剂是设备设计、清洗流程、工艺的前提，根据现代清洗技术中的关键要求，结合当前材料科技发展中出

8、现的新观念、新成果，把目光集中到超临界、超凝态，常压低温等离子体等介于气、液相的临界状态物质是顺理成章的事。3.1超临界清洗剂[5]气相清洗方法，使晶圆在气相加工过程中可以一直保持在真空是内，避免污染，因而增加了成品率，并降低了成本，气相清洗方法采用了非常重要的CO2，超临界CO2技术是使CO2成为液态，用高压压缩成一种介于液体和气体之间的流体物质，"超临界"状态。这种流