在ULSI工艺中,硅晶片的清洗主要是去除晶片表面的污染,如微粒、有机物、无机金属离子污染等。传统RCA清洗及改良式RCA清洗,已能有效地达到去除各种污染的清洗效果并且符合微粗糙度的清洗要求。使晶片表面达到非常高的洁净度,使制作出来的半导体元件达到所设计的电气特性,尤其以栅极氧化层的完整性(gate oxide integrity)及品质,是直接影响产品成品率(yield)、品质(reliability)。影响栅极氧化层品质及完整性的主要因素及相互关系;如微粒的污染、金属杂质及微粗糙度,主要是由于清洗工艺技术所引用的诱发的,及化学品的纯度及浓度,DI超纯水的纯度,脱水干燥的气体纯度及旋干技术,清洗程序及程式,清洗设备等。
未来ULSI工艺上,单位晶片面积的电子元件数目,趋向高密度化,工艺技术朝向更精细化,晶片直径去朝向更大型化,在这样大的晶片面积上,要制作超精密细微的电子元件,需要超洁净的晶片表面,才能达到工艺上的需求。因此如何将这么大的硅晶片清洗是未来工艺上的一大挑战。庞大复杂而昂贵的自动化湿式化学清洗、化学品、纯水、排气、废水处理等到的清洗成本及对环境污染冲击是未来清洗最大的挑战。目前16 M DRAM工艺清洗一片200 mm晶片约需耗用4.5(吨)的纯水及10(kg)的化学品,因此节省化学清洗的纯水和化学品用量,以及对环境保护,是未来清洗技术发展的挑战及考虑。为了要达到21世纪更先进的ULSI工艺技术的需求,期待能开发更有效的省时、省力、省物、省电无污染的一贯整合的清洗技术。
1.清洗设备——精简、多功能化
未来晶片的清洗设备,将由复杂多槽式的清洗演进到密闭单槽式的清洗,配合大直径晶片清洗技术,化学酸槽结构及功能的精简化,大大地缩小清洗机台占用昂贵洁净室的面积及机台造价成本,优点如下:
①机台精简、巧小、占用面积少;
②结构简单、多功能、维修容易、信赖度高;
③无晶舟(cassetteless)清洗槽小,节省纯水、化学品用量,提高清洗及洗濯效率;
④减少废水、废气及对环境污染;
⑤准静态清洗——无活动机械手臂传动减少微粒、金属杂质的污染;(www.xing528.com)
⑥清洗功能及程式转换快、互换性高;
⑦密闭式清洗不接触空气、减少污染;
⑧每批晶片均以新鲜洁净化学溶液清洗,相同的纯度及浓度,清洗工艺稳定。
2.清洗材料——高纯度、低杂质、无污染
超纯度的化学品、低微粒及低金属杂质。无氧超纯水(oxygen-free ultrapure water)洗濯。以臭氧(O3)冷冻纯水(O3Chilled DI)取代SPM(H2SO4+H2O2),减少化学品用量及化学废液,降低清洗成本及保护环境。开发单一清洗配方,取代RCA不同化学溶液清洗效果达到超洁净、无微粒污染、无金属离子污染,无表面微粗糙的晶片表面,如美国J.T.Baker开发的“Dublin”单一清洗配方,尚在实验阶段验证中,可望将来能取代复杂的RCA清洗。
3.清洗工艺——快速简洁清洗配方及程式
清洗循环短,清洗效率高清洗产能大。无化学品晶片清洗工艺技术的开发。图9-80为美国RSC公司的光子惰性气体清洗工艺技术,能达到无化学污染、无水干式清洗低成本、无环境污染的超洁净的清洗。
图9-80 美国RSC公司未来光子惰性气体清洗技术
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