探究半导体制造中清洗技术的新动向

云南工业技师学院 李 建

探究半导体制造中清洗技术的新动向

云南工业技师学院 李 建

【摘要】近年来，电子工业发展速度惊人，半导体器件和大规模集成电路的需求量也越来越大，相应的电能性与可靠性要求也越来越高。这样一来，如何使半导体材料抛光片表面洁净度尽可能提高成为了加工生产过程中要解决的重要问题。在生产过程中我们不难发现仅仅去除表面的污垢已经难以达到技术上的要求指标。抛光片表面化学态、氧化膜厚度、表面粗糙度都已经成为了技术上重要的考察参数。所以，在清洗技术方面，更需要我们不断的改进与革新，已适应要求日益严格的生产需求。

【关键词】半导体；清洗；机械；有机物

一、半导体清洗技术的前世今生

四十年前，处于生产方面的需要，第一完整的、具有实际意义的SI（硅）表面清洗方法正式被提出。在实际生产中，通过对技术的改良和相关设备的更新，结合大量的实验技术积累，正式形成了一个严谨完备的全新科学领域。对于优化生产质量、促进半导体产业持续良性发展具有极其重要的意义。

半导体清洗技术，随着不同时期对半导体生产的要求不同相应的进行工艺的改进。早期因衬底晶圆中高缺陷密度引起的大微粒和金属污染物。但是这种问题并不是因为表面污染引起的。随着加工技术的发展，微粒和金属污染的数量级也越来越小。所以到现在为止，半导体生产中人们对于有机污染和表面状态相关问题更加重视。

在实际生产过程中，常用简单的等清洗法用来清楚硅板表面的有机污染物。还有应该特别注意的是，臭氧，溶解在水和气相中的臭氧，在一定程度上可以起到控制污染的作用。同时，还有一项应该注意的是，在清洗过程中，应该注意清洗方法目标的监察，充分考虑到其多样性的影响。

图1 硅表面接触角改变与灯清洗时间的函数关系

还有要注意的，就是清洗媒介。

首先，湿法清洗已经沿用很久了，但仍然是是现代现金晶圆清洗工艺的主力。如今采用的Si技术，与原始的RCA技术相比，主要包括：溶液稀释度大大增加；工艺更加假话；广泛使用臭氧水。

起初，通过APM（NH4OH：H2O2：H2O）化学材料，结合兆频超声波强化用于进行微粒的去除；同时，通过RCA（HPM：HCl：H2O2：H2O）的配方进行金属杂质的去除。但是这些方法都存在有一定的局限性。所以，通过技术的突破，将更加洁净的抗蚀剂和化学材料结合，在化学领域取得了一定的创新，并且成为了这一领域的关键。同时，通过几何图形非常密集的器件制造的污染控制也在技术领域推动了技术的创新与研发。其中的代表，就是超临界CO2（SCCO2）清洗。

另外，干燥晶圆作为湿法清洗的重要组成部分，通过IPA的晶圆干燥方法在清洗工艺上获得了更新的突破。当然，这些方法采用Marangoni干燥及其衍生方，对现有工艺加以改良。

在目前任何的清洗工艺中，传统的浸没清洗仍然占据主导地位。以单晶圆清洗为例，这一技术只要用于太阳能电池板清洗。在这项工艺中，被加工衬底的剪切数目（shearnumber），通常采用批次加工的加工方式。

二、清洗技术面临的发展方向

为满足半导体材料清洗不断更新的技术要求，必须针对目前生产中出现的问题对清洗工艺进行改良和修正。在清洗过程中，兼顾纵向尺寸缩小等原因，清洗过程出现的表面粗糙和材料损失等因素都成为我们必须注意的要点。在清洗中，不伤害零件表面或者造成图形损伤，这是清洗工作最起码的标准，因此，清洗工作中必须对各种情况进行周全的考虑与折衷，避免出现不必要的损耗。类似于兆频超声搅动这样的会对结构造成损伤和图形坍塌等诸多物理辅助手段，必须在加以改进之后，才能保证在去除微粒等加工目的完成之后，不会造成多余的损伤。在半导体器件生产过程中，工件表面原子级恶化都有可能导致整个器件都会产生破坏性的致命影响。即使是最良性的清洗乘除元素，也应该在投入使用前进行重新评估。

同时，对于气相化学作用的研究，应当加以更深入的研究，以便在清洗加工中更好的减少耨写器件的图形坍塌及相关损伤。例如与有机溶剂蒸汽混合的无水HF（AHF）。

硅板表面的非平面行问题是一项难以解决的技术难关。从晶圆清洗技术层面上来说，主要面林问题就是涉及CMOS加工。随着器件的集合形状不断减小，保持栅结构有足够的电容密度，是尖端数字CMOS技术方面最直接的挑战。解决这一问题的第一个途径，是采用比二氧化硅介电常熟高的栅电介质；另一个途径便是通过三维结构MOS栅极以增加栅面积又不增加单元电路面积；第三途径，是将上述两种方法的结合。

另外，MEMS加工也为把道题清洗技术带来了新的挑战。根据MEMS制造的特点：对3D精细图形的深刻蚀，要求横向深刻蚀埋层氧化物释放的特殊加工工艺。对于这些要求，传统的常规方法湿法刻蚀和清洗技术已经不能满足紧密几何图形的刻蚀残留物去除。在此前提下，为确保膜片和悬臂梁的无晶摩擦操作，采用了无水氟化氢/甲醇（AHF/MeOH）牺牲层氧化物刻蚀工艺作为可行的解决方法。

还有，就是特殊电应用和光应用。随着技术的发展，对于高温、大功率以及超高速电应用和蓝光发射、UV检测的光应用，的性能的要求越来越高。这样以来，必然对于硅以外的的半导体制造技术有更新更高的要求。以锗为例，这种材料的拥有高于硅的电子迁移率，与高-k栅介质有集成的可能。主要用于加工应力沟道SiMOSFET所需的锗化硅以及碳化硅。除了最先进的砷化镓外，氮化镓、砷化铟、锑化铟、氧化锌等，Ⅲ-Ⅴ族元素半导体越来越多的投入到相关技术的研发与生产中。

在此类半导体加工中，表面清洗产生的问题日益凸显。一方面，因为衬底晶体的质量问题（非表面洁净度因素）已经不会在对相关材料的制造良率造成影响。所以，对于清洗技术的重视程度越来越高。

如今，半导体器件技术发展迅猛，已经拓展到了主流硅逻辑和模拟应用以外的领域。表面需要清洗加工的材料包括玻璃、ITO或柔性衬底等等。除了主流材料技术之外，非半导体底衬的优点也日益凸显。有一种单晶A1203的蓝宝石半导体衬底是在现在使用越来越广泛的一种彻底。因为使用率的提升，相关的清洗技术的实用意义也越来越大。

随着各种新材料的问世与投入使用，半导体清洗技术也在不断的推进和发展，对于整个半导体器件制造业和电子科技产业，将有重要的意义。

参考文献

［1］柳滨，杨元元，王东辉，詹阳.第三代半导体材料应用及制造工艺概况［J］.电子工业专用设备，2016，01∶1-9+14.

［2］杨洪星，陈晨，王云彪，何远东，耿莉.一种高效的锗单晶抛光片清洗液［J］.半导体技术，2016，02∶129-132.

［3］关于泛林半导体［J］.电子工业专用设备，2016，Z1∶60.

作者简介：

李建（1984—），男，云南宣威人，云南工业技师学院二级实习指导教师讲师，主要研究方向：半导体器件生产制作过程中的清洗工艺流程发展。