如何清洗晶圓拋光后的顆粒？

來(lái)源：微納研究院

碳化硅有著卓越的物理、化學(xué)及電學(xué)性能，其高硬度、高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率以及低熱膨脹系數(shù)等物理特性，賦予了碳化硅在高溫、高壓、高頻等極端環(huán)境下工作的強(qiáng)大能力；而耐酸、耐堿、耐氧化、耐輻射的化學(xué)穩(wěn)定性，則進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。電學(xué)性質(zhì)上，碳化硅的寬禁帶、高擊穿電壓以及相對(duì)較高的電子遷移率（盡管低于硅但在特定應(yīng)用中依然優(yōu)勢(shì)顯著），為高效能電子器件的設(shè)計(jì)提供了無(wú)限可能。然而，卻在晶圓拋光后的顆粒清洗環(huán)節(jié)上遭遇了一些挑戰(zhàn)。

一、碳化硅晶圓拋光后的顆粒殘留問(wèn)題探析

顆粒殘留的根源

碳化硅晶圓在化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）過(guò)程中，盡管能夠?qū)崿F(xiàn)表面的超精密平整化，但隨之而來(lái)的磨料殘留物（如金剛石、二氧化硅微粒）以及CMP過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物（如金屬離子、有機(jī)物等），卻成為了污染表面的元兇。這些微小顆粒及化學(xué)物質(zhì)，在強(qiáng)大的機(jī)械力和復(fù)雜的化學(xué)環(huán)境下，可能被機(jī)械嵌入碳化硅襯底表面，或通過(guò)與表面化學(xué)基團(tuán)結(jié)合而牢固附著，形成難以去除的污染層。這不僅嚴(yán)重影響了SiC晶圓的表面質(zhì)量，還可能對(duì)后續(xù)工藝如薄膜沉積、光刻等造成不利影響，甚至直接威脅到最終器件的性能與可靠性。

二、改善碳化硅晶圓拋光后顆粒清洗的策略

1. CMP后精細(xì)化清洗技術(shù)

PVA刷洗結(jié)合超聲波清洗

利用聚乙烯醇（PVA）材質(zhì)的軟毛刷，結(jié)合超聲波的振動(dòng)能量，對(duì)SiC晶圓表面進(jìn)行精細(xì)化清洗。PVA刷子的柔軟性確保了清洗過(guò)程中不會(huì)對(duì)晶圓表面造成機(jī)械損傷，而超聲波的引入則顯著增強(qiáng)了清洗液的滲透力和顆粒的剝離效果。此外，根據(jù)SiC表面的具體污染情況，選擇合適的化學(xué)清洗劑也是關(guān)鍵。這些清洗劑需具備高效去除磨料殘留、化學(xué)副產(chǎn)物及有機(jī)污染物的能力，同時(shí)保持對(duì)SiC材料本身的低腐蝕性。

兩步或多步清洗流程

為進(jìn)一步提高清洗效率與效果，可以采用兩步或多步清洗流程。首先，使用初步清洗液去除大部分松散的顆粒和雜質(zhì)；隨后，采用更為精細(xì)的清洗液和工藝，針對(duì)頑固殘留的顆粒進(jìn)行深度清潔。這種分階段、多層次的清洗策略，能夠更有效地解決SiC晶圓表面的復(fù)雜污染問(wèn)題。

2. 優(yōu)化CMP工藝參數(shù)

降低拋光壓力和速度

適當(dāng)降低CMP過(guò)程中的拋光壓力和速度，可以減少磨料顆粒對(duì)SiC表面的沖擊力，從而降低顆粒嵌入表面的風(fēng)險(xiǎn)。這一策略需要綜合考慮拋光效率與表面質(zhì)量之間的平衡，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)找到最佳工藝參數(shù)組合。

改進(jìn)拋光墊與拋光液

拋光墊的材質(zhì)、硬度、表面形貌以及拋光液的成分、濃度、pH值等因素，均會(huì)對(duì)CMP過(guò)程中的顆粒殘留產(chǎn)生重要影響。因此，定期更換磨損嚴(yán)重的拋光墊，選用與SiC材料相匹配的拋光液，以及通過(guò)調(diào)整拋光液的配方來(lái)優(yōu)化CMP效果，都是減少顆粒殘留的有效手段。

3. 引入新型清洗技術(shù)與材料

等離子清洗技術(shù)

等離子清洗利用活性等離子體對(duì)晶圓表面進(jìn)行轟擊，能夠有效去除表面附著的微小顆粒和有機(jī)物污染。該技術(shù)具有清洗效率高、對(duì)晶圓表面損傷小等優(yōu)點(diǎn)，但成本相對(duì)較高且需要嚴(yán)格控制工藝條件。

納米材料輔助清洗

隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，一些具有特殊物理化學(xué)性質(zhì)的納米材料被應(yīng)用于晶圓清洗領(lǐng)域。例如，利用納米顆粒的強(qiáng)吸附性和高比表面積特性，可以開(kāi)發(fā)出新型的清洗劑或添加劑，提高清洗效果并減少化學(xué)藥品的使用量。

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審核編輯 黃宇