硅片濕法清洗工藝概述.docx

濕法的設(shè)備是最簡(jiǎn)單的，但工藝我個(gè)人認(rèn)為是最少有理論支持的，稱之玄妙不為過(guò)。隨著線寬的急劇縮小，對(duì)清洗的工藝也就越來(lái)越高。0.13u寬的feature,如果線和線之間的距離也是0.13u，那么任何一個(gè)顆粒大于0.13都可能造成兩條線之間的短路，所以清洗工藝的要求也會(huì)越來(lái)越高，0.20u到0.16u，到0.10u大小的顆粒去除。個(gè)人感覺(jué)現(xiàn)有濕法工藝需要一個(gè)很大的理論上的提高才能適應(yīng)現(xiàn)在的急速發(fā)展，也就是說(shuō)濕法工藝可能會(huì)成為下一個(gè)工藝的瓶頸。 下面的內(nèi)容都是普及性的資料，不含有任何商業(yè)機(jī)密。 清洗工藝 最初由RCA實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了SC1(Standard Clean 1, APM (Ammonia Peroxide Mixture), NH4OH,+H2O2+H2O)和SC2 (HPM, Hydrochloric Peroxide Mixture, HCl+H2O2+H2O)的組合。理論上SC1是去除顆粒，SC2是去除重金屬沾污。最初的SC1比例是1：1：5，但隨著對(duì)NH4OH對(duì)硅基板刻蝕的擔(dān)心，使用越來(lái)越稀釋的比例。還有使用DHF(Diluted HF)去除自然氧化層。有不同的順序衍生成不同的工藝，如A clean, B clean, HF last等，但最核心的還是RCA洗凈。隨之設(shè)備的配置中就要使用多個(gè)藥液槽，藥液槽之間還要使用水洗槽，避免上一步藥液混入下一個(gè)藥液槽，最后是干燥。這種長(zhǎng)長(zhǎng)的，有多個(gè)槽的設(shè)備被稱為Wet Station或Wet Bench。每個(gè)藥液槽都有包含泵和過(guò)濾器的循環(huán)系統(tǒng)，延長(zhǎng)藥液的使用壽命，還有補(bǔ)充系統(tǒng)，定時(shí)補(bǔ)充新鮮藥液，可以保持藥液成分穩(wěn)定。由于濕法步驟多，需要最大的產(chǎn)量，所以Wet Station都是50枚處理，即槽可以容納50枚片子。槽的配置每個(gè)公司都不一樣。 清洗工藝要使用在所有高溫工藝之前，因?yàn)橐坏┏赡ず?，顆粒被蓋在下層就不能被去除，更重要的是表面的金屬離子在高溫時(shí)會(huì)非?；钴S，滲入底層器件結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致器件失效。 主要的廠商有日本的DNS(DAI NIPPON SCREEN)，TEL(TOKYO ELECTRONICS), SUGAI, KAIJO,德國(guó)的STEAG HAMATECH,美國(guó)的SCP(SANTA CLARA PLASTIC), FSI, VERTEQ。 美國(guó)的SEMITOOL和奧地利的SEZ最近異軍突起。SEMITOOL是Spray Tool，在密閉的金屬Chamber中處理，有Nozzle噴出藥液，水（洗凈），氮?dú)猓ǜ稍铮＿@樣片子就不用從一個(gè)槽移到另外一個(gè)槽。這種設(shè)計(jì)不是出于偶然，因?yàn)镾EMITOOL本來(lái)是用同樣的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)甩干機(jī)（就像滾筒洗衣機(jī)），而且也受到了FSI MERCURY的啟發(fā)。SEZ更是發(fā)展了單片處理的設(shè)備，可以解決關(guān)鍵洗凈工藝的高要求不能被Wet Station達(dá)到的問(wèn)題。一個(gè)重要應(yīng)用是背面的刻蝕。沒(méi)有SEZ前都是采用光刻膠保護(hù)正面，然后浸入Wet Station刻蝕背面，然后再去除正面的光刻膠的辦法。但有SEZ可以簡(jiǎn)單的把片子翻過(guò)來(lái)，正面有氮?dú)獯蹈”Ｗo(hù)。處理時(shí)片子高速旋轉(zhuǎn)，有nozzle可以在片子上方移動(dòng)提供藥液和水。解決使用多鐘藥液的辦法是，有多個(gè)專用Nozzle提供不同藥液，而且整個(gè)結(jié)構(gòu)有多個(gè)豎直疊加的喇叭結(jié)構(gòu)，在一層使用一種藥液，垂直移動(dòng)到另一層使用另外的藥液或水或甩干。FSI發(fā)展了一種單片干法洗凈結(jié)構(gòu)，也是很有特色。 金屬化后的洗凈Cu,W, Al金屬布線生成后，就不能使用RCA洗凈，因?yàn)锳PM,HPM都會(huì)腐蝕金屬，要使用有機(jī)藥液或純機(jī)械方式（刷子）。最近有使用干冰的工藝出現(xiàn)。干燥的方法常規(guī)都使用機(jī)械甩干，即高速旋轉(zhuǎn)，可以選擇同時(shí)吹熱氮?dú)?。但有Water Mark (其實(shí)就是水殘留，因?yàn)樗泻醒鯕猓凸璺磻?yīng)生成很薄的氧化層）。在深的Contact結(jié)構(gòu)，考離心力是無(wú)法甩出在底部的水殘留的。解決這只有使用Maragoni IPA干燥，運(yùn)用Maragoni表面張力原理和范德華分子力。有很多公司都提供產(chǎn)品，名字雖然不一樣，但都是同一個(gè)原理。具體的步驟是，片子進(jìn)入，加水漫過(guò)片子，密閉Chamber，向Chamber內(nèi)噴IPA蒸汽，在水面形成IPA薄層，緩慢提起片子（或排水降低水平面），Maragoni表面張力原理作用去除片子上的水，同時(shí)繼續(xù)提供IPA蒸汽，片子提到水面上（或水排完）然后排水，最后加熱氮?dú)饣蛲瑫r(shí)減壓干燥。 濕法的其他運(yùn)用 刻蝕，雖然干法刻蝕占主要作用，但濕法還是多用于全面的刻蝕，背面的刻蝕，假片的再利用等方面。不同的膜使用不同的化學(xué)藥液。濃度高，溫度高，刻蝕速度就高?；瘜W(xué)藥劑都是可以買到的，主要提供商有：General Chemical, Ashland, EKC等。 氧化膜使用含HF的藥劑，加有NH4F緩沖劑的被稱為BHF(Buffered HF)或BOE(Buffer of Etchant)，還可以加界面活性劑可以減小表面張力，深入Contact。 氮化膜使用熱磷酸。 Poly使用硝酸和HF的混合液。最后想談?wù)劃穹üに嚥季值膯?wèn)題。通常有兩種解決方法：1就近安排在各個(gè)工藝的附近，這樣可以避免過(guò)多搬運(yùn)的問(wèn)題，而且可以就近最快到濕法的下一步。但這只是理論，實(shí)際大生產(chǎn)中絕大多數(shù)制品都不能享受到這個(gè)優(yōu)勢(shì)，搬運(yùn)是少，但往往WIP(Wafer In Progress)都很高，所以不可能馬上到Furnace或CVD設(shè)備里。再者在越來(lái)越多使用自動(dòng)搬運(yùn)的廠里，搬運(yùn)不再是一個(gè)問(wèn)題。2采取集中放置。這樣動(dòng)力（下層部管，如Drain, Supply)可以集中