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

晶圓清洗是半導體製造典型工序中最常應用的加工步驟。就矽來說，清洗操作的化學製品和工具已(yi)非(fei)常(chang)成(cheng)熟(shu)
，有(you)多(duo)年(nian)廣(guang)泛(fan)深(shen)入(ru)的(de)研(yan)究(jiu)以(yi)及(ji)重(zhong)要(yao)的(de)工(gong)業(ye)設(she)備(bei)的(de)支(zhi)持(chi)。所(suo)以(yi)
，矽(gui)清(qing)洗(xi)技(ji)術(shu)在(zai)所(suo)有(you)具(ju)實(shi)際(ji)重(zhong)要(yao)性(xing)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)技(ji)術(shu)中(zhong)是(shi)最(zui)為(wei)成(cheng)熟(shu)的(de)。第(di)一(yi)個(ge)完(wan)整(zheng)的(de)
、基於科學意義上的清洗程序在1970年就提出了，這是專門設計用於清除Si表麵的微粒
、金屬和有機汙染物。

此後
，矽清洗技術經曆了持續的發展改進
，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Siqingxirengranyilaiyudatishangtongyizuhuaxuerongye，buguotamendezhibeihesongzhijingyuandefangfayuzuichutichudeyidabuxiangtong。ciwai，chuantongshangyongshiqingxihuaxuepinzuodebiaomianxuanzeqingxi/修整功能現在是在氣相中做的。

引(yin)入(ru)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)技(ji)術(shu)的(de)一(yi)係(xi)列(lie)新(xin)材(cai)料(liao)以(yi)及(ji)各(ge)種(zhong)非(fei)平(ping)麵(mian)新(xin)器(qi)件(jian)結(jie)構(gou)對(dui)清(qing)洗(xi)技(ji)術(shu)提(ti)出(chu)了(le)重(zhong)大(da)挑(tiao)戰(zhan)。各(ge)種(zhong)矽(gui)清(qing)洗(xi)方(fang)法(fa)雖(sui)然(ran)已(yi)較(jiao)為(wei)成(cheng)熟(shu)
，但(dan)它(ta)們(men)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)正(zheng)在(zai)出(chu)現(xian)的(de)新(xin)興(xing)需(xu)求(qiu)。本(ben)文(wen)簡(jian)要(yao)綜(zong)述(shu)了(le)半(ban)導(dao)體(ti)晶(jing)圓(yuan)清(qing)洗(xi)技(ji)術(shu)的(de)過(guo)去(qu)發(fa)展(zhan)情(qing)況(kuang)、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、基於科學意義上的Si表麵清洗方法幾乎在40年前就已提出。此後
，半導體清洗方法就從實驗技術積累進展到對製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ban導dao體ti清qing洗xi技ji術shu的de關guan注zhu點dian隨sui時shi間jian而er改gai變bian。早zao年nian關guan注zhu的de是shi大da微wei粒li和he金jin屬shu汙wu染ran物wu，實shi際ji上shang
，當dang時shi半ban導dao體ti器qi件jian故gu障zhang常chang常chang是shi由you於yu襯chen底di晶jing圓yuan中zhong的de高gao缺que陷xian密mi度du引yin起qi
，而er不bu是shi表biao麵mian汙wu染ran引yin起qi的de。隨sui著zhe微wei粒li和he金jin屬shu汙wu染ran的de數shu量liang級ji逐zhu漸jian減jian小xiao
，以yi及ji對dui這zhe方fang麵mian的de汙wu染ran控kong製zhi非fei常chang有you效xiao
，現xian在zai更geng多duo注zhu意yi的de是shi有you機ji汙wu染ran和he表biao麵mian狀zhuang態tai相xiang關guan問wen題ti。如ru圖tu1指出的，用簡單的燈清洗法可以把有機汙染從Si表麵除去。此外，應特別注意溶解在水內和氣相的臭氧在控製有機汙染中的作用。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
，後者關注的是CMP後清洗。


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。

基於APM（NH4OH:H2O2:H2O）的化學材料在微粒去除方麵仍占主宰地位
，但如果沒有兆頻超聲波強化，其作用就不是很有效。基於最初RCA（HPM：HCl:H2O2:H2O）peifangdequchujinshudehuaxuecailiaochabuduodoufangqile。yujiejingdeduodekangshijihehuaxuecailiaojiehezaiyiqidechuangxinhuaxueshizaizheyilingyuchenggongdeguanjian。ciwai，jihetuxingfeichangmijideqijianzhizaodewurankongzhiyetuidonglegezhongchuangxinjishudeyanfa，lirubaokuochaolinjieCO2（SCCO2）清洗。

就幹法清洗來說，它正用於有選擇的、大多是表麵清理的步驟。例子之一是無水HF（AHF）/乙醇溶解工藝，它在多種應用中能有效地從Si表麵除去本來有的或化學生成的氧化物。圖2是各種表麵加工運作中執行AHF/乙醇溶解工藝的25片晶圓和3片晶圓商品反應器的示意圖。圖3中的AFM結果說明，執行工藝沒有損傷Si表麵。


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幹燥晶圓是任何濕法清洗程序的組成部分。廣泛認可的基於IPA的晶圓幹燥方法使清洗工藝的這一關鍵部分有了很大的進步，這些方法采用Marangoni幹燥及其衍生方法。

無wu論lun在zai批pi次ci清qing洗xi工gong藝yi還hai是shi在zai單dan晶jing圓yuan清qing洗xi工gong藝yi中zhong，傳chuan統tong的de浸jin沒mei清qing洗xi仍reng起qi主zhu導dao作zuo用yong。在zai單dan晶jing圓yuan清qing洗xi工gong藝yi時shi
，這zhe一yi趨qu勢shi由you於yu太tai陽yang電dian池chi清qing洗xi技ji術shu的de需xu求qiu而er強qiang化hua。該gai技ji術shu中zhong
，由you於yu被bei加jia工gong襯chen底di的de剪jian切qie數shu目mu(shearnumber)，可選用批次加工方法。圖2所示反應器說明
，可以使選擇氣相清洗化學過程與批次加工兼容。但同時，單晶圓清洗方法（如旋轉清洗）正推進到高端應用領域。

當前與未來的挑戰

為(wei)了(le)半(ban)導(dao)體(ti)清(qing)洗(xi)技(ji)術(shu)能(neng)滿(man)足(zu)不(bu)斷(duan)出(chu)現(xian)的(de)新(xin)需(xu)求(qiu)
，必(bi)須(xu)對(dui)現(xian)有(you)工(gong)藝(yi)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)和(he)修(xiu)改(gai)。隨(sui)著(zhe)縱(zong)向(xiang)尺(chi)寸(cun)持(chi)續(xu)縮(suo)小(xiao)

，清(qing)洗(xi)操(cao)作(zuo)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)材(cai)料(liao)損(sun)失(shi)和(he)表(biao)麵(mian)粗(cu)糙(cao)就(jiu)會(hui)成(cheng)為(wei)必(bi)須(xu)關(guan)注(zhu)的(de)領(ling)域(yu)。將(jiang)微(wei)粒(li)去(qu)除(chu)而(er)又(you)沒(mei)有(you)材(cai)料(liao)損(sun)失(shi)和(he)圖(tu)形(xing)損(sun)傷(shang)是(shi)最(zui)基(ji)本(ben)的(de)要(yao)求(qiu)
，因(yin)此(ci)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)周(zhou)全(quan)並(bing)有(you)所(suo)折(zhe)衷(zhong)。像(xiang)兆(zhao)頻(pin)超(chao)聲(sheng)攪(jiao)動(dong)這(zhe)樣(yang)的(de)物(wu)理(li)輔(fu)助(zhu)手(shou)段(duan)對(dui)結(jie)構(gou)損(sun)傷(shang)和(he)圖(tu)形(xing)坍(tan)塌(ta)等(deng)有(you)潛(qian)在(zai)影(ying)響(xiang)

，正(zheng)在(zai)對(dui)其(qi)改(gai)進(jin)，以(yi)便(bian)在(zai)保(bao)持(chi)微(wei)粒(li)去(qu)除(chu)工(gong)藝(yi)效(xiao)率(lv)的(de)同(tong)時(shi)不(bu)對(dui)圖(tu)形(xing)完(wan)整(zheng)性(xing)產(chan)生(sheng)有(you)害(hai)影(ying)響(xiang)。考(kao)慮(lv)到(dao)表(biao)麵(mian)形(xing)態(tai)的(de)原(yuan)子(zi)級(ji)惡(e)化(hua)都(dou)可(ke)能(neng)對(dui)器(qi)件(jian)性(xing)能(neng)會(hui)有(you)致(zhi)命(ming)影(ying)響(xiang)，即(ji)使(shi)像(xiang)DI水清洗等這些看起來最良性的清洗程序元素也必須重新評估。

為了減少某些器件機構中的圖形坍塌及相關損傷，氣相化學作用（例如前麵談到的與有機溶劑蒸汽混合的無水HF（AHF））可望越來越有用。

為了應對矽表麵的非平麵性問題，晶圓清洗技術至少受到三個不同前沿加工技術的挑戰。首先涉及的是CMOS加工。在器件幾何形狀不斷減小時，尖端數字CMOS技術方麵的挑戰是保持柵結構有足夠的電容密度
，這是在柵長度減小時維持足夠高驅動電流所需要的。一個途徑是采用比SiO2介電常數高的柵電介質，另一途徑是通過三維結構MOS柵極以增加柵麵積又不增加單元電路麵積，再一個途徑就是二者的結合。

不管哪一種解決方案成為標準
，柵氧化前清洗和RIE後密集分布刻蝕在SOI矽中的垂直“鰭”（圖4a）的清理都將成為重要的工藝元素。圖4b顯示了圍繞“鰭”製作的MOSFET例子。



MEMS加工提出了另一些不同的挑戰。MEMS製造的特點是
，它含有3D精(jing)細(xi)圖(tu)形(xing)的(de)深(shen)刻(ke)蝕(shi)，並(bing)要(yao)求(qiu)橫(heng)向(xiang)深(shen)刻(ke)蝕(shi)埋(mai)層(ceng)氧(yang)化(hua)物(wu)的(de)釋(shi)放(fang)加(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)。用(yong)常(chang)規(gui)的(de)濕(shi)法(fa)刻(ke)蝕(shi)和(he)清(qing)洗(xi)技(ji)術(shu)是(shi)不(bu)能(neng)完(wan)成(cheng)從(cong)這(zhe)種(zhong)非(fei)常(chang)緊(jin)密(mi)的(de)幾(ji)何(he)圖(tu)形(xing)除(chu)去(qu)可(ke)能(neng)的(de)刻(ke)蝕(shi)殘(can)留(liu)物(wu)，並(bing)確(que)保(bao)懸(xuan)臂(bi)梁(liang)和(he)膜(mo)片(pian)的(de)無(wu)靜(jing)摩(mo)擦(ca)操(cao)作(zuo)的(de)。已(yi)經(jing)研(yan)究(jiu)用(yong)無(wu)水(shui)HF/甲醇（AHF/MeOH）（圖2）犧牲層氧化物刻蝕工藝作為後者的可行解決方法。

特殊的電應用（如高溫、大功率以及超高速）和光應用（如藍光發射或UV檢測）中有不斷增長的提高性能的需求，這要求大大地改進矽以外的許多半導體的製造技術。這些材料的例子包括鍺，因為它有高於Si的電子遷移率，有可能與高-k柵介質集成；加工應力溝道SiMOSFET所需的SiGe
；以及碳化矽SiC，其帶隙很寬。除了最先進的GaAs外
，像GaN、InAs、InSb
、ZnO等等一些Ⅲ-Ⅴ族半導體也越來越引起人們的興趣。

表麵清洗正成為此類半導體加工中不斷出現的問題。這是因為襯底晶體的低劣質量（而不是其表麵潔淨度）不bu再zai是shi限xian定ding與yu那na些xie材cai料liao有you關guan的de製zhi造zao良liang率lv的de主zhu導dao因yin素su。隨sui著zhe各ge種zhong半ban導dao體ti材cai料liao襯chen底di單dan晶jing質zhi量liang的de提ti高gao，考kao慮lv因yin素su就jiu會hui變bian化hua，會hui對dui清qing洗xi技ji術shu給gei予yu更geng加jia密mi切qie的de關guan注zhu。

半導體器件技術飛速地擴展進入主流矽邏輯和模擬應用以外的領域。在顯示技術、太陽電池板技術和一些其它大麵積光電係統中
，其表麵需要加工的材料可能包括玻璃、ITO（銦錫氧化物）或柔性塑料襯底等等。即使在主流矽IC和Ⅲ-Ⅴ族光學應用中
，非半導體襯底也有明顯的優點，因此得到大力的追蹤研究。例如，藍寶石（單晶Al2O3）是半導體器件製造中重要性越來越大的一種襯底。所有這些材料的清洗均具有重要意義。

多年來開發的矽清洗技術是解決其它半導體材料表麵加工挑戰的基礎。各種新材料的出現必將推動半導體清洗技術的發展。