晶圓尺寸從300毫米過(guò)渡到450毫米的技術(shù)挑戰(zhàn)

隨著技術(shù)復(fù)雜性在亞20nm節(jié)點(diǎn)上的加速，半導(dǎo)體制造成本已經(jīng)快速增加，晶圓尺寸從300毫米過(guò)渡到450毫米將是解決這一問(wèn)題的方法之一，平均而言，采用300毫米晶圓的成本比之前的200毫米晶圓降低了30%，300毫米設(shè)備的開(kāi)發(fā)只是簡(jiǎn)單地縮放200毫米工具，這不足以實(shí)現(xiàn)450毫米的成功，工藝技術(shù)、襯底處理/運(yùn)輸和工藝靈活性方面的創(chuàng)新是必要的，主要挑戰(zhàn)如下:先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的清潔度、圖案塌陷和損壞、濕法蝕刻均勻性、降低擁有成本、通過(guò)單晶片工具回收晶片、Si3N4選擇性蝕刻。

對(duì)先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的清潔性：

根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線(xiàn)圖(ITRS ),可以肯定的是，半導(dǎo)體制造的未來(lái)將繼續(xù)面臨表面準(zhǔn)備和關(guān)鍵清洗步驟的重大挑戰(zhàn)，例如對(duì)顆粒和金屬污染的嚴(yán)格要求等，從硬件的角度來(lái)看，它可以從三個(gè)方面來(lái)解決，即室氣氛、流體的質(zhì)量控制以及部件清潔和老化，如表1所示，采用新的室氣氛控制設(shè)計(jì)理念，即使不考慮更大的晶片表面面積(x2.25)，450毫米alpha工具的顆粒性能也與300毫米生產(chǎn)工具相當(dāng)或略好。

模式崩潰和損壞：

隨著尺寸和間距的縮小，在濕法清洗步驟中圖案坍塌和損壞的風(fēng)險(xiǎn)增加，使用20納米以下的FinFET使其更加脆弱，300毫米工具的可行解決方案，例如IPA干燥、低表面張力流體和先進(jìn)的分配方法，將全部轉(zhuǎn)移到450毫米工具，450毫米濕法清洗工具需要?jiǎng)?chuàng)新的解決方案，目標(biāo)應(yīng)用于14納米以上的節(jié)點(diǎn)。

濕蝕刻均勻性：

對(duì)于較大的晶片，均勻性(晶片內(nèi))對(duì)于許多工藝來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)，包括濕法蝕刻、干法蝕刻、薄膜沉積和CMP等，從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，如果使用相同的300毫米化學(xué)分配方法，450毫米上的均勻性會(huì)降低，然而與300毫米相比，采用新方法可以獲得更好的均勻性。

氧化亞鈷減少：

450毫米轉(zhuǎn)換的主要原因之一是降低成本，關(guān)鍵領(lǐng)域包括使用新的分配系統(tǒng)和循環(huán)減少化學(xué)品和DIW的使用，使用新的泵系統(tǒng)降低N2的使用，使用智能閑置和新硬件降低功耗，以及通過(guò)緊湊的腔室減少占地面積等。

使用單一晶片工具回收晶片：

主要濕式工具供應(yīng)商沒(méi)有預(yù)期開(kāi)發(fā)用于450毫米的濕式工作臺(tái)系統(tǒng)，該系統(tǒng)曾經(jīng)是回收200毫米和300毫米晶片的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于450毫米，晶圓回收必須通過(guò)單晶圓工具完成，成本和產(chǎn)量是主要關(guān)注的問(wèn)題，在短加工時(shí)間和低表面粗糙度方面，在SiO2和Si3N4上獲得了良好的結(jié)果，回收晶圓如表2和圖2所示，但是由于薄膜剝離后的表面粗糙度，需要對(duì)多晶硅晶片的回收進(jìn)行進(jìn)一步的研究，例如研究新的化學(xué)品、多步驟配方等。