引言

就微粒污染而言，不同的微電子工藝需要非常干凈的表面。其中，直接晶片粘接在顆粒清潔度方面有非常積極的要求。直接晶圓鍵合是將兩種材料結合在一起，只需將它們光滑干凈的表面接觸即可(圖1)。在常溫常壓下，兩種材料表面的分子/原子之間形成的范德華力會產生附著力。

由于接觸的兩個表面是剛性的，因此表面之間捕獲的顆粒產生不接觸的區(qū)域(未結合區(qū)域或空隙),從而降低產量。已知直徑為1 m的顆粒會產生直徑約為1 cm的粘結缺陷(空隙)，為了防止這種情況發(fā)生，集成了由單個晶片清洗工藝組成的典型工藝步驟。

圖1：示意性的直接晶片鍵合工藝流程

實驗與討論

英思特公司使用了兩種不同型號的徑向均勻面積兆頻超聲波換能器MegPie(圖2)實驗。該換能器將聲能耦合到由基底和換能器面形成的充滿流體的間隙中。這種形式和諧振器設計確保了在沒有掃描運動的情況下，在旋轉基底的整個表面上均勻的聲學劑量。持續(xù)監(jiān)控正向和反射RF功率以及PZT晶體溫度，確保一致和可重復的聲學處理條件。

圖2：基于MegPie傳感器的單晶片清洗系統(tǒng)

為了滿足直接晶片鍵合清洗要求，我們研究了替代的諧振器材料。由于受限的化學兼容性和有限的壽命(腐蝕和點蝕)，石英被排除在鄰近系統(tǒng)之外。由于出色的物理堅固性和耐化學性，單晶藍寶石最終被選為V3型號MegPie的諧振器。

通過控制諧振器厚度和晶體取向，單晶藍寶石也是高效聲波導體。藍寶石還與共晶PZT與諧振器的結合方法兼容，不需要環(huán)氧樹脂/粘合劑結合。MegPie大面積兆頻超聲波傳感器(圖2b)集成在自動焊接系統(tǒng)(EVG 850LT)的預焊接清洗站中。

結論

在許多關鍵的清潔步驟中，晶圓級鍵合需要無顆粒的表面以實現無缺陷的鍵合。這一要求規(guī)定了直接在鍵合工藝步驟之前的最終單晶片清洗步驟，該步驟能夠去除剩余的少量顆粒，同時不會增加任何額外的顆粒或金屬離子污染。

最后的清洗步驟在過去是通過刷洗、兆頻超聲波噴嘴或矩形兆頻超聲波面積換能器來進行的。由于存在晶片間交叉污染或接觸活性表面的風險、相對較差的均勻性(噴嘴清潔涉及用幾毫米直徑的水流掃描晶片)或甚至由于不均勻暴露于聲波(例如，對于矩形換能器)而導致表面下缺陷，這些標準清潔方法的使用可能不足以用于結合應用。

具有單晶藍寶石諧振器的大面積V3 MegPie在單晶片預結合清潔站中實施，提供了高的顆粒去除效率，結合了無顆粒添加(顆粒中性)。英思特公司這種換能器的設計確保了非接觸式清洗，在整個晶片上具有非常高的聲能徑向均勻性。

江蘇英思特半導體科技有限公司主要從事濕法制程設備，晶圓清潔設備，RCA清洗機，KOH腐殖清洗機等設備的設計、生產和維護。

審核編輯：湯梓紅