導讀：近幾年，全球半導體技術(shù)不斷更新迭代，對工藝技術(shù)的要求也日漸提高，尤其是對晶圓表面質(zhì)量要求愈發(fā)嚴格。在半導體芯片制造過程中，空氣、人體、廠房、生產(chǎn)設(shè)備、化學藥劑、輔助材料等，都會攜帶各種微塵、有機物、無機物和金屬離子等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)會影響芯片良率、電學性能以及可靠性。人類經(jīng)常洗澡，以防止有害病菌和細菌的感染。同樣，納米級的晶圓需要反復清洗才能制造出完美的芯片。

隨著特征尺寸的不斷縮小，半導體對雜質(zhì)含量越來越敏感，制造和封裝中不可避免會引入污染物。

對于微觀尺度的半導體工藝，晶片表面上的任何顆粒、金屬碎片、有機物、自然形成的氧化層和痕量雜質(zhì)都會導致圖案缺陷和電性能的惡化。

而小顆粒可能難以去除，因為顆粒和晶片襯底之間存在強靜電力。這些問題會損害半導體產(chǎn)量和可靠性。在目前的集成電路生產(chǎn)中，由于晶圓片表面沾污問題，導致50%以上的材料被損耗掉和80%的芯片電學失效。

因此，清洗技術(shù)是貫穿芯片制造的重要工藝環(huán)節(jié)。

何為“清洗”

清洗是通過化學處理、氣體或物理方法去除晶片表面雜質(zhì)的過程。通常在工藝之間進行，用于去除芯片制造中上一道工序所遺留的超微細顆粒污染物、金屬殘留、有機物殘留物，去除光阻掩膜或殘留，也可根據(jù)需要進行硅氧化膜、氮化硅或金屬等薄膜材料的濕法腐蝕，為下一步工序準備好良好的表面條件。

清洗是重復進行的，使其進行的次數(shù)大約是其他過程的兩倍甚或更多，并作為過程之間的橋梁。

▲清洗工藝

晶圓清洗步驟數(shù)量約占所有芯片制造工序步驟30%以上，而且隨著節(jié)點的推進，清洗工序的數(shù)量和重要性會繼續(xù)提升，清洗設(shè)備的需求量也將相應增加。在80~60nm的工藝制程中，清洗工藝約有100個步驟，而當工藝節(jié)點來到20nm以下時，清洗步驟增加至200道以上。而越往下走，要得到較高的良率，幾乎每步工序都離不開清洗。據(jù)盛美公司估計，每月十萬片的DRAM工廠，1%的良率提升可為客戶每年提高利潤3000-5000萬美元。

根據(jù)清洗介質(zhì)的不同，目前半導體清洗技術(shù)主要分為濕法清洗和干法清洗兩種工藝路線。

濕法清洗是針對不同的工藝需求，采用特定的化學藥液和去離子水，對晶圓表面進行無損傷清洗，以去除晶圓制造過程中的顆粒、自然氧化層、有機物、金屬污染、犧牲層、拋光殘留物等物質(zhì)，可同時采用超聲波、加熱、真空等輔助技術(shù)手段。

干法清洗是指不使用化學溶劑的清洗技術(shù)，主要包括等離子清洗、超臨界氣相清洗、束流清洗等技術(shù)。干法清洗主要是采用氣態(tài)的氫氟酸刻蝕不規(guī)則分布的有結(jié)構(gòu)的晶圓二氧化硅層，雖然具有對不同薄膜有高選擇比的優(yōu)點，但可清洗污染物比較單一，目前在28nm及以下技術(shù)節(jié)點的邏輯產(chǎn)品和存儲產(chǎn)品有應用。

▲濕法&干法清洗對比

晶圓制造產(chǎn)線上通常以濕法清洗為主，少量特定步驟采用濕法和干法清洗相結(jié)合的方式互補所短，構(gòu)建清洗方案。未來清洗設(shè)備的濕法工藝與干法工藝仍將并存發(fā)展，均在各自領(lǐng)域內(nèi)向技術(shù)節(jié)點更先進、功能多樣化、體積小、效率高、能耗低等方向發(fā)展，在短期內(nèi)濕法工藝和干法工藝無相互替代的趨勢。目前濕法清洗是主流的清洗技術(shù)路線，占芯片制造清洗步驟數(shù)量的90%以上。

批量清洗&單硅片清洗