引言

不同的微電子工藝需要非常干凈的表面以防止顆粒污染。其中，晶圓直接鍵合對(duì)顆粒清潔度的要求非常嚴(yán)格。直接晶圓鍵合包括通過簡(jiǎn)單地將兩種材料的光滑且干凈的表面接觸來將兩種材料連接在一起（圖1）。在室溫和壓力下，兩種材料表面的分子/原子之間形成的范德華力會(huì)產(chǎn)生粘附力。

由于接觸的兩個(gè)表面是剛性的，被困在表面之間的顆粒會(huì)產(chǎn)生不接觸的區(qū)域（未粘合區(qū)域或空隙），從而降低產(chǎn)量。已知直徑為 1 μm的顆粒會(huì)產(chǎn)生鍵合缺陷（空隙）直徑約1厘米！為了防止這種情況發(fā)生，集成了由單個(gè)晶圓清潔工藝組成的典型工藝步驟。

圖1：直接晶圓鍵合工藝流程示意圖

由于上述原因，晶圓鍵合對(duì)基板清潔度要求非常嚴(yán)格。如果對(duì)于 CMP 后清潔工藝，傳入的晶圓將顯示數(shù)千或數(shù)十個(gè)顆粒水平通過清潔過程去除的顆粒數(shù)量減少到每個(gè)晶圓數(shù)百或數(shù)十個(gè)，在直接鍵合的情況下，成功可靠的晶圓鍵合所需的顆粒水平在每200毫米或300 毫米直徑晶圓少于10個(gè)顆粒的范圍內(nèi)（粒徑>0.12 μm）。

有了這樣的成功標(biāo)準(zhǔn)，這種新型清潔方法的效率還必須通過顆粒中性來鑒定。這里作為直接晶圓鍵合的應(yīng)用進(jìn)行研究，MegPie工藝也可以進(jìn)行微調(diào)，以滿足其他關(guān)鍵應(yīng)用（熱壓鍵合、外延、層沉積、光刻）的清潔和吞吐量要求。

實(shí)驗(yàn)

英思特在實(shí)驗(yàn)中使用了兩種不同型號(hào)的徑向均勻面積兆聲波換能器 MegPie（圖 2）。該換能器將聲能耦合到由基板和換能器面形成的流體填充間隙中。形狀和諧振器設(shè)計(jì)確保在旋轉(zhuǎn)基底的整個(gè)表面上均勻的聲學(xué)劑量，而無需掃描運(yùn)動(dòng)。持續(xù)監(jiān)控前向和反射射頻功率以及 PZT 晶體溫度，確保一致且可重復(fù)的聲學(xué)處理?xiàng)l件。

a b

圖2：基于MegPie換能器的單晶圓清洗系統(tǒng):a.原理圖設(shè)置b.集成在生產(chǎn)晶圓鍵合機(jī)上的V3 MegPie模型示例

結(jié)論

在許多關(guān)鍵的清潔步驟中，晶圓級(jí)鍵合需要無顆粒的表面以實(shí)現(xiàn)無缺陷的鍵合。這一要求要求在鍵合工藝步驟之前進(jìn)行單晶片清潔步驟，該步驟能夠去除剩余的少量顆粒，同時(shí)不添加任何額外的顆?；蚪饘匐x子污染物。

過去，清潔步驟是通過刷子擦洗、兆頻超聲波噴嘴或矩形兆頻超聲波區(qū)域換能器進(jìn)行的。使用這些標(biāo)準(zhǔn)清潔方法可能不足以滿足鍵合應(yīng)用的要求，因?yàn)榇嬖诰A間交叉污染或接觸活性表面的風(fēng)險(xiǎn)，均勻性相對(duì)較差（噴嘴清潔涉及使用幾毫米的水流掃描晶圓），甚至由于不均勻地暴露于聲波（例如對(duì)于矩形換能器）而引起表面下缺陷。

帶有單晶藍(lán)寶石諧振器的大面積 V3 MegPie在單晶圓預(yù)鍵合清潔站中實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)高顆粒去除效率，并且不添加顆粒（顆粒中性）。該換能器的專有設(shè)計(jì)確保了非接觸式清潔，并且整個(gè)晶圓上的聲能徑向均勻性非常高。

使用清潔化學(xué)品（例如稀釋的 NH4OH）可以增強(qiáng)清潔效果。MegPie傳感器已被證明是顆粒中性的，并且能夠顯示出高PRE結(jié)果。

審核編輯：湯梓紅