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2025-01-07 39 电子行业报告
清洗步骤数量是芯片制造工艺步骤占比最大的工序,约占所有芯片制造工序步骤的 30% 以上。伴随半导体制造技术节点的进步,清洗工序的数量和重要性将继续提高。在半导体 芯片工艺技术节点进入 28nm、14nm 以及更先进等级后,工艺流程的延长且越趋复杂,产 线成品率也会随之下降。造成这种现象的一个原因就是先进制程对杂质的敏感度更高,小 尺寸污染物的高效清洗更困难。解决的方法主要是增加清洗步骤。每个晶片在整个制造过 程中需要甚至超过 200 道清洗步骤,晶圆清洗变得更加复杂、重要及富有挑战性。根据清洗的介质不同,清洗技术可以分为湿法清洗和干法清洗两种。湿法清洗是指利 用溶液、酸碱、表面活性剂、水及其混合物,通过腐蚀、溶解、化学反应等方法,使硅片 表面的杂质与溶剂发生化学反应生成可溶性物质、气体或直接脱落,以获得满足洁净度要 求的硅片。干法清洗是指不依赖化学试剂的清洗技术,包括等离子体清洗、气象清洗等。 晶圆制造产线上通常以湿法清洗为主,是目前市场上的主流清洗方法。 1.2.1 湿法清洗 湿法清洗采用液体化学试剂和 DI 水氧化、蚀刻和溶解晶片表面污染物、有机物及金属 离子污染。通常采用的湿法清洗有 RCA 清洗法、稀释化学法、IMEC 清洗法和单晶片清洗 等。 1) RCA 通用清洗法:RCA 清洗法依靠溶剂、酸、表面活性剂和水,在不破坏晶圆表面特 征的情况下通过喷射、净化、氧化、蚀刻和溶解晶片表面污染物、有机物及金属离子污 染。
在每次使用化学品后都要在超纯水(UPW)中彻底清洗。化学稀释法:在 RCA 清洗的基础上,对 SC1、SC2 混合物采用稀释化学法可以大量节 约化学品及 DI 水的消耗量。并且 SC2 混合物中的 H2O2 可以完全去掉。稀释 APM SC2 混合物(1:1:50)可以有效地从晶片表面去除颗粒和碳氢化合物。强烈稀释 HPM 混合物(1:1:60)和稀释 HCI(1:100)在清除金属时可以像标准 SC2 液体一样有效。 采用稀释 HCI 溶液的另外一个优点是,在低 HCI 浓度下颗粒不会沉淀。采用稀释 RCA 清洗法可以使全部化学品消耗减少 86%。稀释 SC1,SC2 溶液及 HF 补充兆声搅动后, 可以降低槽中溶液使用温度,并优化了各种清洗步骤的时间,因此导致槽中溶液寿命加 长,使化学品消耗量减少 80-90%。实验证明采用热的 UPW 代替凉的 UPW 可以使 UPW 消耗量减少 75-80%。此外,多种稀释化学液体由于低流速或清洗时间的要求可 大大节约冲洗用水。 3) IMEC 清洗法: ① 第一步,去除有机污染物,生成一薄层化学氧化物以便有效去除颗粒。通常采用硫 酸混合物。 ② 第二步,去除氧化层,同时去除颗粒和金属氧化物。Cu, Ag 等金属离子存在于 HF 溶液时会沉积到 Si 表面。其沉积过程是一个电化学过程,在光照条件下,铜的表 面沉积速度加快。 ③ 第三步,在硅表面产生亲水性,以保证干燥时不产生干燥斑点或水印。通常采用稀 释 HCL/O3 混合物,在低 pH 值下使硅表面产生亲水性,同时避免再发生金属污染, 并且在最后冲洗过程中增加 HNO3的浓度以减少 Ca 表面污染。
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