晶圆尺寸从300毫米过渡到450毫米的技术挑战

随着技术复杂性在亚20nm节点上的加速，半导体制造成本已经快速增加，晶圆尺寸从300毫米过渡到450毫米将是解决这一问题的方法之一，平均而言，采用300毫米晶圆的成本比之前的200毫米晶圆降低了30%，300毫米设备的开发只是简单地缩放200毫米工具，这不足以实现450毫米的成功，工艺技术、衬底处理/运输和工艺灵活性方面的创新是必要的，主要挑战如下:先进技术节点的清洁度、图案塌陷和损坏、湿法蚀刻均匀性、降低拥有成本、通过单晶片工具回收晶片、Si3N4选择性蚀刻。

对先进技术节点的清洁性：

根据国际半导体技术路线图(ITRS ),可以肯定的是，半导体制造的未来将继续面临表面准备和关键清洗步骤的重大挑战，例如对颗粒和金属污染的严格要求等，从硬件的角度来看，它可以从三个方面来解决，即室气氛、流体的质量控制以及部件清洁和老化，如表1所示，采用新的室气氛控制设计理念，即使不考虑更大的晶片表面面积(x2.25)，450毫米alpha工具的颗粒性能也与300毫米生产工具相当或略好。

模式崩溃和损坏：

随着尺寸和间距的缩小，在湿法清洗步骤中图案坍塌和损坏的风险增加，使用20纳米以下的FinFET使其更加脆弱，300毫米工具的可行解决方案，例如IPA干燥、低表面张力流体和先进的分配方法，将全部转移到450毫米工具，450毫米湿法清洗工具需要创新的解决方案，目标应用于14纳米以上的节点。

湿蚀刻均匀性：

对于较大的晶片，均匀性(晶片内)对于许多工艺来说是一个挑战，包括湿法蚀刻、干法蚀刻、薄膜沉积和CMP等，从图1中可以发现，如果使用相同的300毫米化学分配方法，450毫米上的均匀性会降低，然而与300毫米相比，采用新方法可以获得更好的均匀性。

氧化亚钴减少：

450毫米转换的主要原因之一是降低成本，关键领域包括使用新的分配系统和循环减少化学品和DIW的使用，使用新的泵系统降低N2的使用，使用智能闲置和新硬件降低功耗，以及通过紧凑的腔室减少占地面积等。

使用单一晶片工具回收晶片：

主要湿式工具供应商没有预期开发用于450毫米的湿式工作台系统，该系统曾经是回收200毫米和300毫米晶片的标准，对于450毫米，晶圆回收必须通过单晶圆工具完成，成本和产量是主要关注的问题，在短加工时间和低表面粗糙度方面，在SiO2和Si3N4上获得了良好的结果，回收晶圆如表2和图2所示，但是由于薄膜剥离后的表面粗糙度，需要对多晶硅晶片的回收进行进一步的研究，例如研究新的化学品、多步骤配方等。

　　审核编辑：汤梓红