本文描述了我們?nèi)A林科納單晶片超電子清洗方法的開(kāi)發(fā)、測(cè)試和驗(yàn)證，該傳感器設(shè)計(jì)滿足極端顆粒中性、顆粒去除效率(PRE)和生產(chǎn)規(guī)模晶片粘合的可重復(fù)性要求，以及其他需要極低顆粒水平的應(yīng)用。不同的微電子過(guò)程需要在顆粒污染方面進(jìn)行非常清潔的表面處理，其中，直接晶片粘接在顆粒清潔度方面有非常積極的要求，直接的晶片鍵合包括通過(guò)簡(jiǎn)單地使兩種材料光滑和干凈的表面接觸而將它們連接在一起（圖1）。

在室溫壓力和溫度下，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，由于接觸的兩個(gè)表面是剛性的，被困在表面之間的粒子產(chǎn)生不接觸的區(qū)域（未粘合的區(qū)域或空隙），從而降低了產(chǎn)率，已知直徑為1微米的粒子會(huì)產(chǎn)生直徑為1cm的粘合缺陷，為了防止這種情況發(fā)生，集成了一個(gè)由單個(gè)晶片清洗過(guò)程組成的典型工藝步驟。

晶片粘接在襯底清潔度方面非常嚴(yán)格，如果對(duì)于CMP后清洗過(guò)程，傳入晶片將顯示數(shù)千或數(shù)萬(wàn)的顆粒水平，通過(guò)清洗過(guò)程去除數(shù)百或數(shù)十個(gè)顆粒，如果直接粘合，成功和可靠的晶片粘合所需的顆粒水平范圍為200毫米/以下10個(gè)顆粒或300毫米直徑晶片（顆粒尺寸>0.12微米），有了這樣的成功標(biāo)準(zhǔn)，這種新型清潔方法的效率也必須通過(guò)粒子中性來(lái)確定。

在這些實(shí)驗(yàn)中使用了兩種不同的徑向均勻面積元電子傳感器模型（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，該形狀和諧振器的設(shè)計(jì)保證了在旋轉(zhuǎn)基板的整個(gè)表面上的均勻的聲學(xué)劑量，而沒(méi)有掃描運(yùn)動(dòng)，持續(xù)監(jiān)測(cè)前向和反射射頻功率以及PZT晶體溫度，確保一致和可重復(fù)的聲學(xué)處理?xiàng)l件。

PFA涂層旨在提供一個(gè)無(wú)金屬的表面，同時(shí)確保與晶片清洗和蝕刻中使用的各種化學(xué)溶液的兼容性。當(dāng)應(yīng)用大電子能量時(shí)，PFA材料不是顆粒中性的，而PFA涂層本身實(shí)際上可以產(chǎn)生亞于100納米的顆粒，因此不能用于這種預(yù)結(jié)合清洗應(yīng)用，PFA涂層諧振器也被證明是非常敏感的，因?yàn)樗梢酝ㄟ^(guò)接觸硬物質(zhì)，例如一個(gè)破碎的晶圓碎片，在最好的情況下，材料的分?jǐn)?shù)或破壞將提供額外的顆粒來(lái)源，在最壞的情況下，將下面的金屬諧振器暴露在工藝流體中。

為了滿足直接晶片鍵合清洗的要求，研究了替代諧振器材料，由于石英的化學(xué)相容性有限和鄰近系統(tǒng)的壽命有限（侵蝕和點(diǎn)蝕），由于優(yōu)異的物理魯棒性和抗化學(xué)性，最終選擇了單晶藍(lán)寶石作為V3模型的諧振器，單晶藍(lán)寶石具有可控的諧振器厚度和晶體取向，也是一種高效的聲波導(dǎo)體，藍(lán)寶石也兼容共晶PZT到諧振器鍵的方法，消除了環(huán)氧/粘接的需要。

雖然顆粒去除效率(PRE)結(jié)果顯示了良好的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用價(jià)值，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示產(chǎn)生了在100納米以下的顆粒，采用單晶藍(lán)寶石諧振器，并重新啟動(dòng)測(cè)試。清潔的晶片被大小在50納米到200nm之間的氮化物顆粒污染，然后將晶圓加載到單個(gè)晶圓清洗站，本實(shí)驗(yàn)測(cè)量的最小粒徑為0.09微米，隨后的SP2分析顯示均勻去除，PRE值>為95%，通常>為100%。

在許多關(guān)鍵的清洗步驟中，晶片尺度鍵合需要一個(gè)無(wú)粒子表面來(lái)形成無(wú)缺陷鍵，這一要求規(guī)定了在結(jié)合工藝步驟之前的最后一個(gè)單晶片清洗步驟，該步驟能夠去除剩余的少數(shù)顆粒，同時(shí)不添加任何額外的顆粒或金屬離子污染。

最后的清洗步驟是在過(guò)去通過(guò)刷洗、大型噴嘴或矩形大型區(qū)域傳感器來(lái)完成的，由于晶片間存在交叉污染或接觸活性表面的風(fēng)險(xiǎn)，均勻性相對(duì)較差的風(fēng)險(xiǎn)（噴嘴清洗涉及直徑為幾毫米的水流掃描晶片），甚至由于聲波（例如矩形換能器）而導(dǎo)致地下缺陷，在單晶片預(yù)鍵清洗站中實(shí)現(xiàn)，提供了高顆粒去除效率，并不加顆粒添加（顆粒中性），這種傳感器的專有設(shè)計(jì)確保了跨晶片的徑向均勻性的非接觸清洗，使用清洗化學(xué)物質(zhì)（例如稀釋的氫氧化銨）可以提高清洗效果。

審核編輯：符乾江