半導(dǎo)體晶圓的雙流體清洗技術(shù)

一直以來(lái)，對(duì)于粒子的洗滌效果，以去除率(PRE:Particle Removal Efficiency)為指標(biāo)進(jìn)行討論。通過(guò)使用由顆粒測(cè)量?jī)x器測(cè)量的晶片上的顆粒數(shù)量、柱(清潔后)值和初始(清潔前)值來(lái)描述PRE。本指標(biāo)對(duì)于討論洗滌方法之間的差異是有效的，但是為了調(diào)查相同洗滌條件下的微粒子去除效果的粒徑依賴(lài)性，需要在樣品上下功夫。我們采用了一種方法，即使用微粒涂覆裝置改變粒徑，在同一晶片上只涂覆已知量的顆粒。 圖1顯示了2300 NPT-1器件示意圖和在300mm晶圓上涂覆40、60、80、100、200nm的PSL(聚苯乙烯膠乳)顆粒，用SP2測(cè)量的結(jié)果。圖2顯示了使用SURF monitor的同一晶圓的PRE計(jì)算方法的概念圖?？紤]到SP2測(cè)量環(huán)境和洗滌效率，設(shè)定了顆粒直徑和顆粒數(shù)量(密度)的條件。此外，雖然這次采用了PSL球，但是該涂覆裝置具有可以引入其他顆粒(例如二氧化硅和氮化硅)的優(yōu)點(diǎn)。

雙流體清洗：

圖1顯示了PRE對(duì)40nm和200nm兩個(gè)PSL粒子的氮流量依賴(lài)性。200nm PSL顆粒表現(xiàn)出高PRE而沒(méi)有極端的流速依賴(lài)性。當(dāng)?shù)牧魉俚蜁r(shí)，40nm PSL顆粒表現(xiàn)出低PRE，但是當(dāng)?shù)牧魉俑邥r(shí)，可以改善PRE。然而，通常，在雙流體清潔的氮?dú)飧吡魉贄l件下，物理力變大，因此圖案損壞的發(fā)生概率增加。

圖1PRE的N2流量依賴(lài)性(40nm/200nm PSL)

單張超聲波清洗：

為了將超聲波清洗應(yīng)用于下一代精細(xì)圖案清洗，有必要定量地掌握施加超聲波時(shí)形成的空化的物理強(qiáng)度，并研究空化本身是否可控。

為了解決從通常使用的器件圖案的缺陷存在評(píng)估到施加超聲波時(shí)產(chǎn)生的空化的功率分析的困難。此外，在使用聲諾發(fā)光(當(dāng)液體中的氣泡被超聲波壓碎時(shí)發(fā)生的光發(fā)射)的空化存在評(píng)估中，由于原始三維信息被CCD相機(jī)等作為二維信息獲取，因此不可能分離和分析空化的每個(gè)信號(hào)。此外，該技術(shù)不能直接監(jiān)測(cè)晶片清洗處理期間器件圖案形成區(qū)域附近的狀態(tài)。

圖2列舉了Single及Twin的孔缺陷的數(shù)例。從該SEM照片可以看出，即使在單個(gè)孔缺陷的情況下，也存在可以完全看到下面的硅襯底的表面的孔和可以?xún)H看到凹坑形狀的中心的下面的表面的孔缺陷。在Twin缺陷中，存在兩個(gè)孔缺陷在2μm框架內(nèi)略微分開(kāi)地形成的情況，以及兩個(gè)孔作為一個(gè)孔缺陷連接的情況。這些孔缺陷被認(rèn)為是由空化引起的損壞。如果不減少損壞，則認(rèn)為不可能實(shí)現(xiàn)對(duì)其上形成有精細(xì)圖案的晶片進(jìn)行抑制圖案缺陷的超聲波清潔。

圖2空化損傷的示例(a)Single，(b)Twin

為了降低空化功率，我們考慮了將超聲波振動(dòng)器的頻率移動(dòng)到更高的頻率。采用高頻振動(dòng)可以降低空化功率，但同時(shí)也引起PRE的降低。此外，可以減少柵極損壞的發(fā)生，但不可能完全消除。因此，超聲波清洗的主要問(wèn)題是如何避免(遠(yuǎn)離)形成器件的晶片的最外表面產(chǎn)生空化。。圖12顯示的是空化損傷的發(fā)生模型。在該模型中，由空化對(duì)晶片造成的損壞由距晶片的空化產(chǎn)生距離決定?？栈叽缱畛跏怯沙曊駝?dòng)器的頻率唯一確定的尺寸，并且空化的能量由頻率確定。

因此，當(dāng)在晶片正上方發(fā)生空化時(shí)，在基底晶片上引起強(qiáng)烈的損壞。相反，當(dāng)在遠(yuǎn)離晶片太遠(yuǎn)的位置處發(fā)生空化時(shí)，基底晶片不會(huì)損壞，但同時(shí)不能去除顆粒?？紤]到這種空化損傷發(fā)生模型，考慮到通過(guò)超聲波清洗去除下一代器件的顆粒，首先要明確降低微粉化器件的空化功率。此外，認(rèn)為需要用于在遠(yuǎn)離形成微制造裝置的晶片表面的位置處產(chǎn)生空化的空化控制技術(shù)。

總結(jié)

本文中介紹的清潔過(guò)程中的所有問(wèn)題都是由于器件小型化的進(jìn)展而需要考慮的新問(wèn)題。此外，該問(wèn)題被認(rèn)為是一個(gè)技術(shù)困難程度高的問(wèn)題，使得僅對(duì)現(xiàn)有的清潔工藝配方進(jìn)行局部?jī)?yōu)化工作不能克服該問(wèn)題，以防止對(duì)新的器件結(jié)構(gòu)和進(jìn)一步小型化的器件尺寸的不便(過(guò)蝕刻、襯底挖掘等)。因此，為了建立最小尺寸為30 nm或更小的下一代器件的清潔過(guò)程，不僅需要傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，而且需要引入新的有效參數(shù)來(lái)理解和控制物理現(xiàn)象的新清潔技術(shù)。

然而，有必要重新考慮原則上是否可以去除大于圖案尺寸的顆粒，而不會(huì)導(dǎo)致30nm或更小的精細(xì)器件圖案的缺陷(損壞)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，有必要促進(jìn)對(duì)顆粒粘附形式(干法和濕法)的理解，同時(shí)建立對(duì)晶片(每種基膜)的顆粒粘附力測(cè)量技術(shù)，并確定是否存在圖案無(wú)損傷清潔的解決方案。在這種情況下，在沒(méi)有解決方案的情況下，即使探索先進(jìn)的洗滌技術(shù)也是沒(méi)有意義的。因此，除了尋找新的清潔技術(shù)外，清潔各種工藝(工藝和硬件)以防止顆粒粘附到晶片上，以及開(kāi)發(fā)過(guò)濾工藝材料(抗蝕劑，涂膜，化學(xué)品等)中顆粒的技術(shù)似乎變得越來(lái)越重要。

審核編輯：湯梓紅