先進的清洗技術(shù)如何助力先進節(jié)點實現(xiàn)最佳晶圓良率

來源：《半導體芯科技》期刊

半導體制造商如今擁有的新設(shè)備可達到最佳晶圓良率，這種新設(shè)備的兆聲波系統(tǒng)應用了空間交變相位移（SAPS）和時序能激氣穴震蕩（TEBO）技術(shù)。

半導體芯片的特征尺寸正快速縮小。動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）制造商現(xiàn)在正在生產(chǎn)12納米級16GB芯片，電容器縱橫比為60:1。NAND結(jié)構(gòu)達到232層，蝕刻縱橫比更大。而邏輯電路正向3納米節(jié)點全環(huán)繞柵極（GAA）晶體管的第一階段邁進。

隨著結(jié)構(gòu)尺寸越來越小，工藝技術(shù)變得更具挑戰(zhàn)性，去除污染和隨機缺陷變得極其困難。當特征尺寸和薄膜厚度達到10納米（100埃）級時，即使是1納米（10埃）微粒也可能成為導致晶體管失效的致命缺陷。隨著芯片特征尺寸不斷降低至10納米以下，如何去除微粒及其它污染物質(zhì)以獲得理想良率，將是半導體制造商所面臨的一項重大技術(shù)挑戰(zhàn)。

隨著結(jié)構(gòu)尺寸越來越小，工藝技術(shù)變得更具挑戰(zhàn)性，去除污染和隨機缺陷變得極其困難。當特征尺寸和薄膜厚度達到10納米（100埃）級時，即使是1納米（10埃）微粒也可能成為導致晶體管失效的致命缺陷。隨著芯片特征尺寸不斷降低至10納米以下，如何去除微粒及其它污染物質(zhì)以獲得理想良率，將是半導體制造商所面臨的一項重大技術(shù)挑戰(zhàn)。

當今的先進技術(shù)使得特征尺寸更小更精細，傳統(tǒng)的顆粒去除清洗技術(shù)因此面臨著挑戰(zhàn)。具體來說，噴淋清洗技術(shù)的壓力水平太強；物理力會損壞晶體管和電容器結(jié)構(gòu)的表面特征，有可能使其脫離晶圓。噴淋技術(shù)也無法深入到縱橫比很高的溝槽中。

由于能量不能均勻傳遞到深層結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)兆聲波清洗很難處理小型深溝槽。傳統(tǒng)的兆聲波技術(shù)不能保證整個晶圓的均勻表面覆蓋，這往往會導致某些晶圓區(qū)域的清洗不足。這會導致良率下降。這些工藝還會造成表面粗糙、材料損耗等問題，當1埃對芯片性能至關(guān)重要時，這些問題就會極大地影響這些先進器件的性能。本質(zhì)上，兆聲波晶圓清洗方法和傳統(tǒng)清洗方法的水平都已達到極限，在不損壞芯片上的特征的情況下，不再能夠去除極其微小的致命缺陷。

目前，從圖形化半導體中去除顆粒的方法正逐步成為一門重點科學。隨著芯片特征尺寸不斷縮小，并向立體化發(fā)展，使用刷洗設(shè)備、噴淋設(shè)備、超聲波和兆聲波進行強力清洗的方式逐漸得以改良，以免損壞芯片結(jié)構(gòu)。新的單晶圓清洗工藝技術(shù)解決了清洗目前和下一代半導體芯片上圖案結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問題。

新一代清洗技術(shù)

為了解決半導體設(shè)備制造商面臨的清洗挑戰(zhàn)，盛美開發(fā)了Smart Megasonix?——一套更具智能和創(chuàng)新性的單晶圓濕法清洗技術(shù)，可以應用于現(xiàn)有或未來工藝節(jié)點，在不影響器件特性的情況下，通過一系列工藝步驟，達到更加徹底、全面的清洗。這些專有技術(shù)可以控制兆聲波清洗的功率強度和分布范圍。

公司已經(jīng)開發(fā)了兩項關(guān)鍵技術(shù)，以增強兆聲波清洗系統(tǒng)的清洗能力。第一項是空間交變相位移（SAPS?）晶圓清洗技術(shù)。SAPS技術(shù)是一種先進的兆聲波工藝，這種工藝利用兆聲波傳感器與晶圓間的空隙，使兆聲波相位發(fā)生變化。SAPS技術(shù)可以在晶圓旋轉(zhuǎn)的同時移動或傾斜傳感器，即使晶圓翹曲，也能在晶圓的每一點上均勻提供兆聲波能量。

這確保了最佳的能量輸送，當與適當?shù)南♂尰瘜W成分相結(jié)合時，為去除晶圓缺陷創(chuàng)造了合適的環(huán)境。SAPS技術(shù)精確度高，可有效地提高顆粒去除過程中的傳質(zhì)速率，及系統(tǒng)中顆粒去除效率。應用SAPS技術(shù)可以提高生產(chǎn)效率，及顆粒去除效率，從而提高產(chǎn)能，降低晶圓生產(chǎn)成本。

兆聲波技術(shù)的第二項創(chuàng)新技術(shù)是時序能激氣穴震蕩（TEBO?）技術(shù)。傳統(tǒng)兆聲波技術(shù)通過空化效應來產(chǎn)生氣泡，這些氣泡能夠有效進行清洗。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，這些氣泡可能發(fā)生內(nèi)爆或破裂，進而破壞精細圖形。采用TEBO技術(shù)后，空化效應更加穩(wěn)定，不會產(chǎn)生氣泡內(nèi)爆或破裂。從而能夠在不損壞DRAM的高縱橫比電容器和3D NAND的高縱橫比溝槽和孔洞等精細圖形的前提下，成功地去除缺陷。該技術(shù)還能去除先進的鰭式場效晶體管（FinFET）和GAA結(jié)構(gòu)的缺陷。隨著芯片特征尺寸不斷變小，縱橫比不斷增大，去除蝕刻、光刻膠的殘余物和化學機械研磨顆粒的挑戰(zhàn)變得更大。晶圓特征更易被破壞，原子作用力更大，這導致晶圓表面的瑕疵更難去除。對于先進節(jié)點的加工而言，需要采用不會損壞關(guān)鍵特征的新型清潔化學成分和機械方法來去除缺陷。隨著SAPS和TEBO技術(shù)被引入兆聲波系統(tǒng)，半導體制造商如今在力爭實現(xiàn)最佳的晶圓良率方面擁有了新的工具。

審核編輯：湯梓紅