半导体制造中湿处理的研究

引言

从表面上去除小颗粒是一个具有重大技术意义的领域。在集成电路（IC）制造中，由于晶片上特征的制造尺寸减小到20 nm以下，小于这个尺寸的粒子可能是缺陷，对制造器件的产率和可靠性产生不利影响。由于在制造过程中使用了大量的湿式化学处理步骤，来自液体化学品和去离子化（DI）水的颗粒污染是主要关注的问题。在某些情况下，粒子也可能在原地产生。

有趣的是，一种广泛使用的过程被称为化学机械平面化（CMP），使用颗粒浆来平面化晶圆。虽然这一过程违背了在制造过程中避免颗粒的概念，但由于cmp后的颗粒去除策略，这一过程已经成为一种可行的技术。本文的目的是回顾粒子沉积和去除半导体加工的原理和方法。在讨论了范德瓦尔斯（vdW）和电双层相互作用力之后，本文讨论了粒子去除的方法。（江苏英思特半导体科技有限公司）

实验

在这种技术中，感兴趣的粒子被安装在一个无顶的AFM悬臂上，然后同时测量力，使悬臂与感兴趣的基底接触。图1显示了AFM测量过程中典型的力与距离曲线（Kappl和Butt 2002）。在探针接近感兴趣的表面时，胶体探针远离表面（阶段1），悬臂梁没有发生偏转，因此没有检测到相互作用力，这段被认为是零线。当探头靠近表面时，如果相互作用力是吸引的，悬臂梁可能会向表面向下弯曲（阶段2）。当这个吸引力超过悬臂的弹簧常数时，当探针继续接近表面时，探针将跳到表面并与表面一起移动（第三阶段）。在收缩过程中，探头由于粘附力（第4阶段）而与表面保持接触，直到它跳回原来的无偏转位置（第5阶段）。

硅颗粒和硅板之间的vdW、EDL和总相互作用能（以kBT单位表示）图如图1 (a)和(b).所示在交互能量的计算，粒子和板假定表面势30 mV和溶液离子强度已固定在0.1 M。半径10纳米的硅粒子，存在一个弱的能垒一些kBT单位0.5纳米的分离距离。对于半径为80 nm的较大粒子，能垒增加到约25 kBT；这是因为vdW和EDL的相互作用能量随粒子半径呈线性变化。（江苏英思特半导体科技有限公司）

结果和讨论

我们模拟了在扩散边界层厚度为28 mm的条件下，二氧化质颗粒（0.6 mm）从电解质溶液（10 5mm）沉积到晶片表面（表面电位： 10 mV）。存在吸引相互作用情况下扩散层的浓度分布如图2a所示在这种情况下，在表面附近的扩散边界层中的粒子浓度会随距离呈线性减小。

图1 二氧化硅粒子与二氧化硅板浸没在0.1 M氯化钾溶液中的相互作用能

图2 在晶片从水中抽出之前，接近晶片表面的浓度

从表面上去除颗粒的效率通常取决于沉积粒子的方法。在晶圆片上沉积粒子有几种方法。它们是浸渍、旋转涂层和气溶胶沉积（干燥法）。浸渍是通过将晶片浸在含有颗粒的溶液中一段时间，然后进行温和的冲洗和干燥。可以提高液体介质的离子强度，以抑制电双层力，增强沉积。在旋转涂层中，污染是通过分配非常稀的泥浆，同时以预定的转速旋转晶圆，从而产生更均匀的污染轮廓。

去除粒子需要“减弱”粒子对表面的附着力，并将其移动到吸引力较弱的距离。可以通过控制蚀刻来打破粘着力。“分离的”粒子，可以通过多种方式运输出液体边界层。在超电子清洗中，所诱导的靠近表面的液体流动（<1 mm）能够将颗粒输送到大块液体中。这些颗粒可以用一种与表面接触的多孔刷子“挤压出来”。也可以制造一种含有清洗配方的液滴喷雾来撞击表面，并利用液滴的动量在颗粒被分离时去除颗粒。在所有情况下，重要的是要确保该公式在粒子和表面上产生了一个具有相同符号的表面电荷。（江苏英思特半导体科技有限公司）

结论

在潮湿条件下被颗粒污染的表面老化会显著影响颗粒的粘附。在潮湿的条件下，在颗粒和表面之间形成的液体桥会产生毛细管力。颗粒污染在半导体湿法加工中是不可避免的。通过理解控制粒子与表面相互作用的胶体化学原理，就有可能开发和改进化学配方和技术，以帮助去除粒子。在当前一代的设备制造中，挑战是在不造成小颗粒损伤的情况下去除颗粒表面上的特征。无损伤颗粒去除将在未来几年主导半导体湿处理。

江苏英思特半导体科技有限公司主要从事湿法制程设备，晶圆清洁设备，RCA清洗机，KOH腐殖清洗机等设备的设计、生产和维护。