為什么晶圓清洗在芯片設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中很重要

半導(dǎo)體徹底改變了電子行業(yè)，并成為現(xiàn)代技術(shù)的重要組成部分。從計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)到心臟起搏器和軍事通信系統(tǒng)，半導(dǎo)體為各種設(shè)備提供動(dòng)力。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，確保其可靠性變得越來(lái)越重要。

當(dāng)今電子設(shè)備的復(fù)雜性和密度，包含復(fù)雜的電路、小型化的PCB和精密的半導(dǎo)體晶圓，需要在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中對(duì)細(xì)節(jié)一絲不茍。在眾多考慮因素中，清潔對(duì)于實(shí)現(xiàn)這一前沿技術(shù)的端到端設(shè)計(jì)和制造能力起著重要的作用。

我們應(yīng)在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)過(guò)程的早期就考慮清潔，因?yàn)樗鼤?huì)影響所使用的材料、組件架構(gòu)和制造工藝。我們需要在不損壞或改變晶圓的情況下去除半導(dǎo)體表面的污染物。即使留在表面的微小雜質(zhì)也會(huì)導(dǎo)致蝕刻、腐蝕或點(diǎn)蝕，最終損害半導(dǎo)體的可操作性和一致性。

污染風(fēng)險(xiǎn)

雖然半導(dǎo)體制造通常在潔凈室中進(jìn)行，以保護(hù)復(fù)雜芯片免受污染，但污染風(fēng)險(xiǎn)仍然存在。芯片生產(chǎn)、儲(chǔ)存、搬運(yùn)和運(yùn)輸過(guò)程中可能會(huì)轉(zhuǎn)移水、油和指紋。

半導(dǎo)體上最常見(jiàn)的污染物是顆粒物，包括灰塵顆粒、皮片、纖維和工藝碎片。這些顆?？赡軄?lái)自空氣、運(yùn)動(dòng)部件的磨損、衣服或臟的、未經(jīng)過(guò)濾的蝕刻液。顆?？梢造o電結(jié)合到基底上或被捕獲在晶片基底幾何形狀中。

如果顆粒積聚在晶圓表面，它會(huì)干擾沉積薄膜并隨后降解。顆粒物還會(huì)在光刻過(guò)程中造成陰影，降低接觸曝光分辨率，或產(chǎn)生不平坦的表面，從而導(dǎo)致曝光過(guò)程中破裂。

此外，在用于晶圓傳輸?shù)那伴_(kāi)式統(tǒng)一晶圓盒(FOUP)上經(jīng)常發(fā)現(xiàn)顆粒物，這凸顯了清潔以防止FOUP到晶圓污染的重要性。

蒸汽除油器是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，具有兩個(gè)隔室：煮沸槽和沖洗槽。在沸騰槽中，F(xiàn)OUP部件和MOSFET等半導(dǎo)體元件浸入加熱的液體中進(jìn)行清洗?？梢越Y(jié)合攪拌以增強(qiáng)清潔液的有效性。通過(guò)沸騰作用、振動(dòng)超聲波能量或噴霧棒的組合，顆粒通常被從部件表面升起。

圖2：蒸汽脫脂是一種可重復(fù)、一致且節(jié)能的晶圓清潔方法

蒸汽脫脂優(yōu)點(diǎn)

蒸汽脫脂工藝一旦建立并經(jīng)過(guò)測(cè)試，就會(huì)保持恒定，并且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化以提高效率。清潔結(jié)果保持可重復(fù)且一致。溶劑型清潔液在蒸汽脫脂機(jī)內(nèi)保持穩(wěn)定，可使用數(shù)千次，并且不需要日常監(jiān)控，使?jié)崈羰也僮鬟^(guò)程控制更簡(jiǎn)單、成本更低。

此外，現(xiàn)代清潔液通過(guò)蒸汽脫脂器不斷循環(huán)利用。它們無(wú)需對(duì)配方進(jìn)行微調(diào)即可被純化、回收和重復(fù)使用數(shù)百次。這確保了一致性，而無(wú)需管理任何意外差異。此外，蒸汽除油劑可以濃縮土壤，更大限度地減少?gòu)U物處理的數(shù)量和頻率。

蒸汽脫脂可以節(jié)省資源和能源。與水清洗不同，蒸汽脫脂不使用水，因此節(jié)省了這一重要的不可再生資源。此外，現(xiàn)代蒸汽除油器不需要?dú)獾痘蚬娘L(fēng)機(jī)等額外設(shè)備來(lái)干燥半導(dǎo)體，從而減少了有效清潔所需的能源，并減少了總碳排放和溫室氣體排放。

測(cè)試最佳結(jié)果

為了達(dá)到最佳的清潔效果，建議在大規(guī)模生產(chǎn)之前小批量測(cè)試清潔半導(dǎo)體。這使得設(shè)計(jì)人員能夠深入了解他們選擇的清潔液的性能，以及它是否能有效地去除難以去除的顆粒并溶解晶圓上的其他污染物。

通過(guò)在設(shè)計(jì)過(guò)程的早期選擇和測(cè)試兼容的清潔液，可以減少生產(chǎn)過(guò)程中的意外和困難。清潔度是半導(dǎo)體設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵因素，可確保長(zhǎng)期功能和可靠性。顆粒污染可能會(huì)對(duì)復(fù)雜的半導(dǎo)體和硅晶圓產(chǎn)生不利影響，這凸顯了去除任何污染物以獲得最佳性能的重要性。

在設(shè)計(jì)過(guò)程的早期選擇清潔液和方法可以在制造開(kāi)始之前解決清潔問(wèn)題，從而減少返工和報(bào)廢零件等不可預(yù)見(jiàn)的問(wèn)題。

江蘇英思特半導(dǎo)體科技有限公司主要從事濕法制程設(shè)備，晶圓清潔設(shè)備，RCA清洗機(jī)，KOH腐殖清洗機(jī)等設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和維護(hù)。

審核編輯 黃宇