市场 | 半导体制造这一关键步骤会如何发展和变化？

平头叔

2021年6月29日 10:07

作为半导体晶圆清洗技术国际会议，由美国电化学会（ECS）主办的"International Synmposium on Semiconductor Cleaning Science and technology （SCST）"和比利时imec主办的"International Symposium on Ultra Clean Processing of Semiconductor Surfaces （UCPSS）是著名的半导体清洗技术的正式学术活动。

相比之下，由美国私人技术咨询公司Linx Consulting主办的Surface Preparation and Cleaning Conference（SPCC）每年在美国俄勒冈州举行。此前，Sematech 是美国半导体制造强化研究机构的一部分，是半导体行业信息收集活动的一部分，但随着该研究机构的解散，该机构由 Linx Consulting 接管和运营，不是学术活动。今年，该活动照常举行了。

清洁过程的数量和未来的预测数量

SPCC 2021 的主旨演讲由半导体技术趋势研究公司 IC Knowledge 就高级 DRAM、NAND 和逻辑器件的未来小型化趋势发表演讲。图 1 是这三种器件制造过程中清洗步骤数的过去和未来趋势。

图1：DRAM（上图）、3D NAND（中）和高级逻辑器件（下图）中清洗过程数的工艺细分趋势和未来预测。清洗工序的细目（ABC顺序）为BEOL清洗（金属配线后及蚀刻后）、BSB清洗（背面和斜面清洗）、CMP后清洗、Etch（湿蚀刻）、FEOL清洗（投入时清洗、浇口前清洗等）、SCCO2（超临界二氧化碳清洗）、Strip（光致抗蚀剂剥离）（来源：IC Knowledge）

关于DRAM清洗（图1上），随着微细化进行到1x-nm（可能19/18-nm）、1y-nm（同17/16-nm）、1z-nm（同15nm），清洗工序数增加超过200个，1+-nm（14-nm）及以后，代替使用浸没ArF光刻（光刻 - 蚀刻 - 重复清洗）的多图案化，由于采用EUV光刻的单图案化，清洗步骤减少。然而，在1μ-nm及更高版本，由于必须采用EUV光刻的双图案，清洗步骤的数量预计将增加。

在DRAM清洗中，晶圆背面和斜面清洗的步骤数量最大，电阻剥离后清洗，CMP后清洗是仅次于此的。值得一提的是，从1x-nm开始，SCCO2（超临界二氧化碳）用于高纵横比圆柱形电容器的清洗和干燥。为了防止图案坍塌，使用不产生表面张力的超临界流体。

3D NAND 的清洗，以三星的 V-NAND 工艺为例，清洗步骤直到 128 层，160 层为80 层两级重叠结构，276 层为 96 层三级重叠结构，清洗步骤不断增加。368层为96层4级，512层为128层4级重叠结构，清洗步骤数超过250步。在 NAND 清洗步骤中，未来，背面、斜面和 CMP 后清洁呈上升趋势。

以台积电的技术节点为例，逻辑器件的清洗，但随着小型化的进展，清洗次数增加，从5nm的EUV光刻全面引入，ArF多图案化在关键层被更改为EUV单图案化，清洗步骤减少。然而，在1.5nm及更高版本，由于EUV被迫采用双图案，清洗过程增加。在逻辑器件的清洗中，与其他器件一样，背面和斜面清洗最为多，但多层布线结构的BEOL清洗次数明显多于内存过程。

清洗过程是所有工艺中出现最多的过程，今后将进一步增加。这是防止半导体器件产量下降的关键过程。

在SPCC 2021中，日本进行了三次在线演讲。