晶圓背面二氧化硅邊緣腐蝕的原因

老虎說芯|Tiger Chip|

2024-08-15 08:53:29 990

在集成電路生產(chǎn)過程中，晶圓背面二氧化硅邊緣腐蝕現(xiàn)象是一個(gè)常見但復(fù)雜的問題。每個(gè)環(huán)節(jié)都有可能成為晶圓背面二氧化硅邊緣腐蝕的誘因，因此需要在生產(chǎn)中嚴(yán)格控制每個(gè)工藝參數(shù)，尤其是對(duì)邊緣區(qū)域的處理，以減少這種現(xiàn)象的發(fā)生。

圖：晶圓氧化工藝

1. 晶圓氧化工藝

氧化工藝主要用于在晶圓表面生長一層二氧化硅（SiO2）薄膜，常用的氧化方法包括熱氧化法、濕氧化法和干氧化法。

邊緣效應(yīng)。在氧化過程中，晶圓邊緣的氧化速率可能與晶圓表面中央有所不同。由于晶圓邊緣暴露在氧化氣氛中的面積相對(duì)較大，邊緣氧化速率往往更快。這種不均勻的氧化速率可能導(dǎo)致邊緣氧化層厚度不均。

2. 邊緣刻蝕問題

刻蝕工藝用于去除指定區(qū)域的材料，以實(shí)現(xiàn)圖形化。在集成電路制造中，常見的刻蝕方法有濕法刻蝕和干法刻蝕。

邊緣刻蝕問題。在濕法刻蝕中，刻蝕液可能會(huì)由于毛細(xì)作用沿晶圓背面流動(dòng)，造成背面氧化層的刻蝕。在干法刻蝕中，刻蝕氣體可能會(huì)擴(kuò)散到晶圓邊緣，導(dǎo)致背面氧化層受到腐蝕。

3. 邊緣腐蝕問題

清洗工藝用于去除晶圓表面的有機(jī)物、金屬雜質(zhì)和顆粒物，常用的清洗液有氫氟酸（HF）、硝酸（HNO3）等。

邊緣腐蝕問題。在使用氫氟酸清洗時(shí)，氫氟酸對(duì)二氧化硅有很強(qiáng)的刻蝕能力。如果清洗不均勻或者清洗液在晶圓背面殘留，可能會(huì)造成晶圓背面氧化層的腐蝕。另外，清洗過程中如果控制不當(dāng)，清洗液可能會(huì)沿晶圓邊緣滲透，導(dǎo)致邊緣腐蝕。

4. 邊緣光刻問題

光刻工藝用于將圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，再通過刻蝕工藝將圖形轉(zhuǎn)移到晶圓上。

邊緣光刻問題。在光刻過程中，光刻膠的涂布和顯影可能在晶圓邊緣產(chǎn)生不均勻性，導(dǎo)致邊緣區(qū)域的圖形轉(zhuǎn)移和刻蝕精度下降。這種不均勻性可能進(jìn)一步導(dǎo)致后續(xù)工藝中的邊緣腐蝕問題。

5. 物理和化學(xué)因素

晶圓處理過程中的機(jī)械應(yīng)力。在晶圓搬運(yùn)和處理過程中，邊緣可能受到機(jī)械應(yīng)力，這些應(yīng)力可能導(dǎo)致氧化層的微裂紋，增加腐蝕的可能性。

化學(xué)反應(yīng)不均勻性。在各種化學(xué)工藝中（如清洗、刻蝕），邊緣區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)速率可能與中心區(qū)域不同，這種不均勻性也會(huì)導(dǎo)致邊緣腐蝕。

綜上所述，晶圓背面二氧化硅邊緣腐蝕現(xiàn)象主要由以下幾個(gè)原因引起：氧化工藝中晶圓邊緣的氧化速率較高，導(dǎo)致厚度不均。刻蝕工藝中刻蝕液或刻蝕氣體沿晶圓邊緣的滲透和擴(kuò)散。清洗工藝中清洗液在晶圓邊緣的殘留或不均勻分布。光刻工藝中光刻膠涂布和顯影的不均勻性。晶圓處理過程中的機(jī)械應(yīng)力和化學(xué)反應(yīng)不均勻性。

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