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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(pán)上。
旋轉(zhuǎn)的晶圓籃放在有密封塞的氮?dú)鈨艋粌?nèi)。化學(xué)試劑，清洗水和氮?dú)庥筛皆谇簧w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(lái)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(jì)嚴(yán)格監(jiān)視。這種測(cè)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(lái)控制刻蝕時(shí)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(lái)去除鋁線條（M1和M2），氧化層通孔及鍵合焊盤(pán)窗口的殘留物。在所有情況下，無(wú)需進(jìn)行主動(dòng)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(guò)程中降溫. 晶圓表面溫度經(jīng)過(guò)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(cè)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(shí)間范圍，試劑的溫度及濃度的范圍。
M1金屬疊層包括一個(gè)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(guò)程中TEOS沉淀的7000埃硅電介質(zhì)中刻蝕的。鋁鍵合焊盤(pán)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(pán)經(jīng)離子刻蝕后會(huì)從最終層中曝露出來(lái)。晶圓經(jīng)過(guò)光刻和灰化后，用稀釋酸對(duì)圓片進(jìn)行清洗。
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工藝控制
通過(guò)使用混合分管，很容易實(shí)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(gè)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(guò)程中的另一個(gè)可變參數(shù)，可控制殘留物去除及金屬損耗。因?yàn)镠2SO 4與DI水混合時(shí)產(chǎn)生熱量的本性，試劑的溫度將會(huì)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(shí)，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(dòng)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(kuò)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(gè)回收環(huán)，混合物可持續(xù)流經(jīng)過(guò)濾器，而其溫度被調(diào)整并被控制在所要求的控制點(diǎn)上，直至到噴灑至晶圓上時(shí)。?
稀釋試劑的使用可帶來(lái)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(gè)處理運(yùn)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(diǎn)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(shí)例。在這種情況下，晶圓起始溫度為22℃，在處理過(guò)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?xiàng)l件。較寬的工藝窗不僅可以防止在清洗過(guò)程中參數(shù)的波動(dòng)，還可防止上流過(guò)程的波動(dòng)，上流過(guò)程的波動(dòng)會(huì)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(cè)和電測(cè)來(lái)橫量，同時(shí)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(guò)程中初始灰化不完全，需要對(duì)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(huì)對(duì)金屬線或焊盤(pán)及氧化物介質(zhì)造成過(guò)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(wú)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(jiàn)圖4所示，處理時(shí)長(zhǎng)為120秒。測(cè)試結(jié)果表明殘留物可以從M1線上去除，而不會(huì)造成任何侵蝕或明顯的線缺陷。在HF濃度最高時(shí)會(huì)對(duì)金屬線條產(chǎn)生影響。H2O2的濃度工藝窗沒(méi)有許多影響, 從2%上升到20％都實(shí)現(xiàn)了適度的殘留物去除，而不會(huì)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(duì)M1線條的處理時(shí)間延長(zhǎng)至150秒也不會(huì)產(chǎn)生任何蝕損斑或腐蝕。對(duì)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(shí)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(shí)間超過(guò)90秒時(shí)，M2線條開(kāi)始顯現(xiàn)出某些蝕損斑。在晶圓處理之前，采用如上所說(shuō)的餾分收集器，將化學(xué)溶劑冷卻至25℃時(shí)，處理時(shí)間可以延長(zhǎng)至120秒而不會(huì)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(shí)間則可以延長(zhǎng)至150秒而不會(huì)產(chǎn)生M2蝕損斑。稀釋的H2 SO4 和 H2O2 而不含 HF的溶劑不會(huì)對(duì)金屬線條造成侵蝕，同時(shí)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(shí)間從60秒到150秒不等。結(jié)果發(fā)現(xiàn)處理時(shí)間起馬需120秒才能去除所有可見(jiàn)殘留物。延長(zhǎng)至150秒時(shí)，也測(cè)不到氧化腐蝕，同時(shí)也沒(méi)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(pán)
對(duì)于鍵合焊盤(pán)清洗，采用的是在混合溫度下的溶劑。表1顯示的是這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)得到的參數(shù)范圍。清洗鍵合焊盤(pán)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(huì)產(chǎn)生額外的腐蝕殘留物，繼而需要更多的時(shí)間徹底清除。我們用成功用于金屬線條和通孔的溶劑對(duì)鍵合焊盤(pán)進(jìn)行試驗(yàn)，殘留物完全去除需要超過(guò)180秒的處理時(shí)間，這將會(huì)影響鈍化層邊緣的鍵合焊盤(pán)。重新調(diào)整溶劑濃度，避免了對(duì)鍵合焊盤(pán)的影響，但是至少需要420秒的時(shí)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(duì)鍵合焊盤(pán)進(jìn)行清洗的結(jié)果，處理時(shí)間為450秒，采用的溶劑溫度為混合溫度(-35℃)。
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