使用單晶片自旋處理器的背面清潔研究

在這項(xiàng)研究中，我們?nèi)A林科納使用經(jīng)濟(jì)特區(qū)單晶片自旋處理器開發(fā)了一種單一背面清潔解決方案，能夠通過蝕刻晶片背面的幾埃來去除任何金屬或外來污染物，無論其涂層如何(無涂層、Si3N4或SiO2)。選擇H2O:H2O2:H2SO4:HF混合物是因?yàn)樗试S對3種感興趣的材料的蝕刻速率進(jìn)行獨(dú)立控制，而不會(huì)使硅表面變得粗糙，然后，在有意被各種金屬污染的晶片上，以及在外來材料沉積或傳統(tǒng)銅工藝過程中被污染的“生產(chǎn)晶片”上，檢查化學(xué)效率。

我們首先通過改變混合物中H2O2和H2SO4的比例來關(guān)注硅蝕刻速率，溫度設(shè)定為60℃以激活Si表面氧化反應(yīng)，HF濃度為0.5%。隨著H2O2含量的增加，硅蝕刻從5.8升至13.5/分鐘(圖1)，但體積比為5:5:1的混合物似乎達(dá)到了一個(gè)穩(wěn)定水平，該組合物被選擇用于最終的清潔測試；第二步，我們調(diào)整HF濃度以達(dá)到氮化硅和氧化硅上所需的蝕刻速率，在60°C時(shí)，HF濃度為0.1%至0.5%，Si3N4的蝕刻速率為5至25?/min，SiO2的蝕刻速率為10?至140?/min，對于具有最低硅蝕刻速率的混合物(比例為8:2:1，圖2)，硅蝕刻速率與HF濃度的獨(dú)立性得到了很好的驗(yàn)證。

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我們注意到在過氧化氫含量較高(比例5:5:1)的化學(xué)混合物中，0.1% HF的蝕刻速率略有下降，因?yàn)轭A(yù)期硅氧化速率隨著氧化劑濃度而增加，并且對于非常低的HF濃度，限制步驟可能是氧化硅蝕刻速率，最后，選擇0.2%的HF濃度以避免限制硅蝕刻，因?yàn)樵赟i3N4和熱SiO 2(60°C)上分別獲得10?/min和35?/min的合適蝕刻速率，還證實(shí)了在5次清洗序列后，AFM在Si晶片上沒有記錄到顯著的粗糙度增加。

我們開發(fā)的清洗溶液在處理過渡金屬和其他類型的污染物方面表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，接近at/cm2的初始金屬水平是通過硅晶片上的有意污染獲得的，然后通過用5∶5∶1/0.2的混合物蝕刻10?的硅(60秒，在60℃下)，甚至在退火的晶片上，獲得低于
at/cm2的殘留污染水平，在晶片背面發(fā)現(xiàn)了隨機(jī)的金屬污染物，清洗后，所有金屬的殘留污染低于，這使我們能夠在“真實(shí)”污染情況下驗(yàn)證背面清洗效率。

在沉積和清洗后特定元素(如銦、錫和釔)的污染情況下，我們觀察到晶片與晶片之間的初始污染水平差異很大(不是在同一批中沉積的)，范圍從到at/cm2，清洗后，最終污染水平低于at/cm2。

上圖中報(bào)告的結(jié)果說明了降低背面顆粒污染的難度，在封閉室中，來自污染氣流的顆粒獲得了非常高的初始污染水平(達(dá)到飽和水平，在晶片表面上均勻分布)，在1分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)了70%至95%的可接受PRE，打掃衛(wèi)生，然而從工具操作和卡盤接觸中去除顆粒要困難得多，在該測試中，初始粒子數(shù)要低得多(最多4500個(gè)粒子，局限于處理足跡)，但PRE幾乎可以忽略(0至20%)。

已經(jīng)證明，焦點(diǎn)更好地與由于處理系統(tǒng)引起的非常大的背面缺陷或粘在光刻工具卡盤上的大顆粒相關(guān)，而不是與晶片背面顆粒數(shù)相關(guān)，背面顆粒污染的規(guī)格仍需在工業(yè)環(huán)境中更完整的研究的基礎(chǔ)上確定，以顯示背面顆粒污染對產(chǎn)量的影響，如有必要可實(shí)施額外的擦洗步驟(刷子或非接觸式擦洗器)或使用兆頻超聲波活化來減少晶片背面的顆粒污染。

由于用于單晶片序列的短處理時(shí)間，金屬去除仍然存在，在SEZ spin處理器上研究了背面清潔，該處理器具有專門開發(fā)的易于使用的化學(xué)物質(zhì)，通過使用相同的配方來去除硅、氧化硅或氮化硅背面涂層上的金屬污染物，重點(diǎn)研究了過渡金屬和“外來”污染物，并表明無論采用何種基底，都可以獲得良好的金屬去除效率。

　　審核編輯：湯梓紅