基于晶圓鍵合的高效單晶圓清洗

引言

就微粒污染而言，不同的微電子工藝需要非常干凈的表面。其中，直接晶片粘接在顆粒清潔度方面有非常積極的要求。直接晶圓鍵合是將兩種材料結(jié)合在一起，只需將它們光滑干凈的表面接觸即可(圖1)。在常溫常壓下，兩種材料表面的分子/原子之間形成的范德華力會(huì)產(chǎn)生附著力。

由于接觸的兩個(gè)表面是剛性的，因此表面之間捕獲的顆粒產(chǎn)生不接觸的區(qū)域(未結(jié)合區(qū)域或空隙),從而降低產(chǎn)量。已知直徑為1 m的顆粒會(huì)產(chǎn)生直徑約為1 cm的粘結(jié)缺陷(空隙)，為了防止這種情況發(fā)生，集成了由單個(gè)晶片清洗工藝組成的典型工藝步驟。

圖1：示意性的直接晶片鍵合工藝流程

實(shí)驗(yàn)與討論

英思特公司使用了兩種不同型號(hào)的徑向均勻面積兆頻超聲波換能器MegPie(圖2)實(shí)驗(yàn)。該換能器將聲能耦合到由基底和換能器面形成的充滿流體的間隙中。這種形式和諧振器設(shè)計(jì)確保了在沒(méi)有掃描運(yùn)動(dòng)的情況下，在旋轉(zhuǎn)基底的整個(gè)表面上均勻的聲學(xué)劑量。持續(xù)監(jiān)控正向和反射RF功率以及PZT晶體溫度，確保一致和可重復(fù)的聲學(xué)處理?xiàng)l件。

圖2：基于MegPie傳感器的單晶片清洗系統(tǒng)

為了滿足直接晶片鍵合清洗要求，我們研究了替代的諧振器材料。由于受限的化學(xué)兼容性和有限的壽命(腐蝕和點(diǎn)蝕)，石英被排除在鄰近系統(tǒng)之外。由于出色的物理堅(jiān)固性和耐化學(xué)性，單晶藍(lán)寶石最終被選為V3型號(hào)MegPie的諧振器。

通過(guò)控制諧振器厚度和晶體取向，單晶藍(lán)寶石也是高效聲波導(dǎo)體。藍(lán)寶石還與共晶PZT與諧振器的結(jié)合方法兼容，不需要環(huán)氧樹脂/粘合劑結(jié)合。MegPie大面積兆頻超聲波傳感器(圖2b)集成在自動(dòng)焊接系統(tǒng)(EVG 850LT)的預(yù)焊接清洗站中。

結(jié)論

在許多關(guān)鍵的清潔步驟中，晶圓級(jí)鍵合需要無(wú)顆粒的表面以實(shí)現(xiàn)無(wú)缺陷的鍵合。這一要求規(guī)定了直接在鍵合工藝步驟之前的最終單晶片清洗步驟，該步驟能夠去除剩余的少量顆粒，同時(shí)不會(huì)增加任何額外的顆?；蚪饘匐x子污染。

最后的清洗步驟在過(guò)去是通過(guò)刷洗、兆頻超聲波噴嘴或矩形兆頻超聲波面積換能器來(lái)進(jìn)行的。由于存在晶片間交叉污染或接觸活性表面的風(fēng)險(xiǎn)、相對(duì)較差的均勻性(噴嘴清潔涉及用幾毫米直徑的水流掃描晶片)或甚至由于不均勻暴露于聲波(例如，對(duì)于矩形換能器)而導(dǎo)致表面下缺陷，這些標(biāo)準(zhǔn)清潔方法的使用可能不足以用于結(jié)合應(yīng)用。

具有單晶藍(lán)寶石諧振器的大面積V3 MegPie在單晶片預(yù)結(jié)合清潔站中實(shí)施，提供了高的顆粒去除效率，結(jié)合了無(wú)顆粒添加(顆粒中性)。英思特公司這種換能器的設(shè)計(jì)確保了非接觸式清洗，在整個(gè)晶片上具有非常高的聲能徑向均勻性。

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：湯梓紅