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为什么兆声波清洗对于芯片制造至关重要？

2024-08-16 08:47

我们知道晶圆表面任何一点颗粒污染都会影响到后续的芯片性能，随着半导体元件越来越紧密、导电路径越来越细、结构越来越小，晶圆表面的微小污染颗粒会阻碍蚀刻并导致元件缺陷。而兆声波清洗对于硅晶圆清洗特别有用。该工艺使用高频声波清洁晶圆表面，可集成到湿式工作台处理站中。随着产品复杂性的增加，兆声波清洗对于硅晶圆加工变得越来越重要。而在晶圆清洗里，在去除晶圆表面颗粒时，会经常见到超声波清洗和兆声波清洗。超声波清洗我们在《芯片制造和芯片封装里为什么常用超声波清洗》已经进行介绍，超声波清洗仅能清洗大颗粒。 
而对于更小的颗粒就需要兆声波清洗了。如图1所示，频率越大清洗的颗粒越小。
图1 频率与清洗颗粒尺寸的关系
然而，通过化学溶液配合声场（在MHz范围内），通常可以有效去除颗粒。兆声波清洗是一种更温和的清洗机制，广泛应用于器件制造过程中的晶圆表面清洗。例如，兆声波清洗通常在RCA 清洗之后使用，以产生最佳清洗效果并减少额外的化学品使用。与传统清洗方法结合使用时，兆声波清洗可使晶圆更洁净，从而减少颗粒数量。
1.如何清洗晶圆颗粒
通过换能器产生高频声波是兆声波清洗处理产品清洗的关键方式。压电换能器产生的声波在低压和高压之间产生交替的压力。微空化气泡在声波的作用下出现，并去除暴露表面上的颗粒和污染物。 兆声波清洗技术高度依赖兆赫频率来有效清洗，因为较小的高能空化气泡可以去除亚微米颗粒，同时保持产品完好无损。相反，较低超声波频率产生的较大空化气泡可能会损坏敏感器件（所以这也是为什么会被宇航用产品列入限用工艺的原因）。频率越高，空化气泡就越小，因此清洁越顺畅，对要清洁的结构的损坏就越小甚至没有损坏。微小气泡会在小的表面积、缝隙和不寻常的形状中移动，起到了有效地清洁作用。
图2 超声波低频清洗造成的微损伤 
图3 兆声波清洗无损伤
在兆声波清洗过程中，高频发生器产生兆赫范围内的电信号。浸入清洗液中的换能器将电信号转换为声波。当声波穿过清洗槽时，它们会产生微小的空化气泡。气泡在低压声波波谷中形成，并在声波高压峰处破裂。气泡破裂时，会释放出高能清洗液射流，撞击晶圆表面并清除污染物。射流的威力足以去除晶圆上的异物，但不会损坏硅片。
化学清洗方法可以有效去除污染物，但由于静电和表面张力的影响，颗粒通常会残留在晶圆表面。化学作用和冲洗不足以去除许多超小的颗粒。兆声清洗和微观气泡和喷射作用可以去除这些颗粒，从而可以将它们冲洗掉，清洁后的晶圆几乎完全没有污染颗粒。

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