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?? 稀釋酸清洗工藝是在200mm和300mm晶圓的兩套不同的FSI ZETA?/SUP>噴霧清洗系統(tǒng)上進(jìn)行的。200mm系統(tǒng)如圖1所示。在PFA處理盒里，晶圓必須保持水平。200mm系統(tǒng)可處理4籃晶圓，每籃25片，而300mm系統(tǒng)可處理2籃，每籃25片。籃子放置在旋轉(zhuǎn)速度高達(dá)500rpm的PFA轉(zhuǎn)盤上。
旋轉(zhuǎn)的晶圓籃放在有密封塞的氮氣凈化腔內(nèi)?；瘜W(xué)試劑，清洗水和氮氣由附在腔蓋的中心噴灑柱噴出，液體從邊上的噴灑柱噴向凈化腔的墻壁?；瘜W(xué)試劑使用混合分管進(jìn)行混合和稀釋。混合比例由工藝配方確定，并由精確的流程控制器進(jìn)行嚴(yán)格控制。?
使用IR發(fā)熱器來控制試劑噴進(jìn)腔前的溫度。試劑流經(jīng)晶圓表面的溫度由安裝在腔內(nèi)的溫度計嚴(yán)格監(jiān)視。這種測量法可使工藝最優(yōu)化，或者在精密的刻蝕應(yīng)用中，可用來控制刻蝕時間以取得所需的刻蝕成度。
本文中，我們用稀釋的H2SO4, H2O2和HF混合物來去除鋁線條（M1和M2），氧化層通孔及鍵合焊盤窗口的殘留物。在所有情況下，無需進(jìn)行主動的溫度控制就可以取得良好效果?；瘜W(xué)試劑在混合后溫度達(dá)35℃, 在霧化發(fā)送進(jìn)腔內(nèi)的過程中降溫. 晶圓表面溫度經(jīng)過3分鐘的處理，慢慢地從室溫升至25℃左右。在M1和M2的清洗中，我們也檢測了在處理晶圓前先把混合物冷卻至25℃，如下所述。表1列示出用于本操作中的噴霧時間范圍，試劑的溫度及濃度的范圍。
M1金屬疊層包括一個位于Al-Cu-Si合金下的 Ti/TiN底層，及Ti/TiN復(fù)蓋層。M2金屬疊層情況類似，但復(fù)蓋層只是TiN的。兩種金屬層都位于等離子CVD形成的TEOS頂部。通孔是在等離子CVD處理過程中TEOS沉淀的7000埃硅電介質(zhì)中刻蝕的。鋁鍵合焊盤金屬層與M2棧極相似,下有一層離子淀積達(dá)12000埃的TEOS氧化硅層, 上有一層14000埃的鈍化層。鋁鍵合焊盤經(jīng)離子刻蝕后會從最終層中曝露出來。晶圓經(jīng)過光刻和灰化后，用稀釋酸對圓片進(jìn)行清洗。
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工藝控制
通過使用混合分管，很容易實現(xiàn)本文中的化學(xué)試劑。把流速保持在2000至3000ml/分范圍內(nèi)，可提供恰當(dāng)?shù)膰娏莒F化及統(tǒng)一晶圓復(fù)蓋。在本操作中，單個化學(xué)試劑流程流速可控制低至20ml/分，如HF的預(yù)稀釋，也可高達(dá)250ml/分，如H 2O2。DI水流也必須進(jìn)行控制，以確保恰當(dāng)?shù)南♂?。DI 水流速度為1750ml/分，但可調(diào)整保持整體流速在所需的2000至3000ml/分范圍之內(nèi)。?
溫度是稀釋礦物酸過程中的另一個可變參數(shù)，可控制殘留物去除及金屬損耗。因為H2SO 4與DI水混合時產(chǎn)生熱量的本性，試劑的溫度將會從環(huán)境溫度上升至將近35℃，這取決于試劑的濃度。噴灑至晶圓上時，所混合的試劑溫度將引起晶圓溫度從 20℃上升至25℃，如圖2所示。
本操作不必主動進(jìn)行溫度控制就可取得良好效果。但是，如果需要關(guān)閉精確溫度控制以擴大操作窗口，我們首先送稀釋酸試劑至已調(diào)整并控制溫度的餾分收集器，餾分收集器內(nèi)放置有加熱器和（或）冷卻器線圈。餾分收集器容納大概20公升及一個回收環(huán)，混合物可持續(xù)流經(jīng)過濾器，而其溫度被調(diào)整并被控制在所要求的控制點上，直至到噴灑至晶圓上時。?
稀釋試劑的使用可帶來高效的一次性處理，在一次性處理中，化學(xué)溶劑經(jīng)濺射后流入下水道。每個處理運行后，餾分收集器裝滿了在線混合的化學(xué)溶劑，并根據(jù)需要被加熱或冷卻，以達(dá)到所需的設(shè)置點的溫度。圖3顯示的是混合酸溶劑預(yù)先冷卻至 20℃后用于晶圓處理的實例。在這種情況下，晶圓起始溫度為22℃，在處理過程中逐漸降到21℃。
工藝窗
??? 表1所列示的參數(shù)范圍是經(jīng)研究后的可確定的工藝窗口及最佳處理條件。較寬的工藝窗不僅可以防止在清洗過程中參數(shù)的波動，還可防止上流過程的波動，上流過程的波動會影響殘留物的數(shù)量及去除的難度。在本操作中，工藝窗的大小由完全去除刻蝕殘留物的需要決定，清洗結(jié)果由目測和電測來橫量，同時工藝必需基本不影響或腐蝕金屬線條，并防止氧化物介質(zhì)刻蝕。另外，如果在灰化過程中初始灰化不完全，需要對晶圓進(jìn)行再處理。這步再處理也包括灰化后殘留物的去除。因此，處理程序的選擇性必須能夠允許二次清洗，而不會對金屬線或焊盤及氧化物介質(zhì)造成過多的影響。?
結(jié)論和討論?
M1和M2
??????? 腐蝕和灰化后的M1和M2晶圓先在~35℃的混合溶劑(無另加熱)中處理，混有H2SO4，50到150ppm的HF以及2％到20％的H2O2 。在殘留物去除前和去除后典型的M1線的SEM照片見圖4所示，處理時長為120秒。測試結(jié)果表明殘留物可以從M1線上去除，而不會造成任何侵蝕或明顯的線缺陷。在HF濃度最高時會對金屬線條產(chǎn)生影響。H2O2的濃度工藝窗沒有許多影響, 從2%上升到20％都實現(xiàn)了適度的殘留物去除，而不會產(chǎn)生蝕損斑或腐蝕。在最佳的稀釋的H2SO4, H2O2 和 HF的混合溶劑中，對M1線條的處理時間延長至150秒也不會產(chǎn)生任何蝕損斑或腐蝕。對M2線條處理的結(jié)果如圖5所示，使用的是與M1相同的最佳濃度溶劑，處理時間為 90秒，而且也是采用溶劑的混合溫度(-35℃)。在這些條件下，當(dāng)處理時間超過90秒時，M2線條開始顯現(xiàn)出某些蝕損斑。在晶圓處理之前，采用如上所說的餾分收集器，將化學(xué)溶劑冷卻至25℃時，處理時間可以延長至120秒而不會出現(xiàn)M2蝕損斑。如果處理前，將化學(xué)溶劑冷卻至20℃，處理時間則可以延長至150秒而不會產(chǎn)生M2蝕損斑。稀釋的H2 SO4 和 H2O2 而不含 HF的溶劑不會對金屬線條造成侵蝕，同時也不能去除腐蝕殘留物。
通孔
通孔腐蝕后去除殘留物工藝也是在同樣的最佳物學(xué)溶劑（與M1相同）下進(jìn)行的，同樣也是在混合溫度下(-35℃)。處理時間從60秒到150秒不等。結(jié)果發(fā)現(xiàn)處理時間起馬需120秒才能去除所有可見殘留物。延長至150秒時，也測不到氧化腐蝕，同時也沒有增大通孔直徑。圖6顯示的是通孔經(jīng)清洗前、后的SEM照片。
鍵合焊盤
對于鍵合焊盤清洗，采用的是在混合溫度下的溶劑。表1顯示的是這項實驗得到的參數(shù)范圍。清洗鍵合焊盤上的腐蝕殘留物比清洗M1,M2或通孔的都要復(fù)雜。腐蝕厚的氮化物鈍化層的條件會產(chǎn)生額外的腐蝕殘留物，繼而需要更多的時間徹底清除。我們用成功用于金屬線條和通孔的溶劑對鍵合焊盤進(jìn)行試驗，殘留物完全去除需要超過180秒的處理時間，這將會影響鈍化層邊緣的鍵合焊盤。重新調(diào)整溶劑濃度，避免了對鍵合焊盤的影響，但是至少需要420秒的時間才能完全去除殘留物。圖7顯示的是典型的用重新調(diào)整濃度的溶劑對鍵合焊盤進(jìn)行清洗的結(jié)果，處理時間為450秒，采用的溶劑溫度為混合溫度(-35℃)。
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