晶圆背面二氧化硅边缘腐蚀的原因

老虎说芯|Tiger Chip|

2024-08-15 08:53:29 995

在集成电路生产过程中，晶圆背面二氧化硅边缘腐蚀现象是一个常见但复杂的问题。每个环节都有可能成为晶圆背面二氧化硅边缘腐蚀的诱因，因此需要在生产中严格控制每个工艺参数，尤其是对边缘区域的处理，以减少这种现象的发生。

图：晶圆氧化工艺

1. 晶圆氧化工艺

氧化工艺主要用于在晶圆表面生长一层二氧化硅（SiO2）薄膜，常用的氧化方法包括热氧化法、湿氧化法和干氧化法。

边缘效应。在氧化过程中，晶圆边缘的氧化速率可能与晶圆表面中央有所不同。由于晶圆边缘暴露在氧化气氛中的面积相对较大，边缘氧化速率往往更快。这种不均匀的氧化速率可能导致边缘氧化层厚度不均。

2. 边缘刻蚀问题

刻蚀工艺用于去除指定区域的材料，以实现图形化。在集成电路制造中，常见的刻蚀方法有湿法刻蚀和干法刻蚀。

边缘刻蚀问题。在湿法刻蚀中，刻蚀液可能会由于毛细作用沿晶圆背面流动，造成背面氧化层的刻蚀。在干法刻蚀中，刻蚀气体可能会扩散到晶圆边缘，导致背面氧化层受到腐蚀。

3. 边缘腐蚀问题

清洗工艺用于去除晶圆表面的有机物、金属杂质和颗粒物，常用的清洗液有氢氟酸（HF）、硝酸（HNO3）等。

边缘腐蚀问题。在使用氢氟酸清洗时，氢氟酸对二氧化硅有很强的刻蚀能力。如果清洗不均匀或者清洗液在晶圆背面残留，可能会造成晶圆背面氧化层的腐蚀。另外，清洗过程中如果控制不当，清洗液可能会沿晶圆边缘渗透，导致边缘腐蚀。

4. 边缘光刻问题

光刻工艺用于将图形转移到光刻胶上，再通过刻蚀工艺将图形转移到晶圆上。

边缘光刻问题。在光刻过程中，光刻胶的涂布和显影可能在晶圆边缘产生不均匀性，导致边缘区域的图形转移和刻蚀精度下降。这种不均匀性可能进一步导致后续工艺中的边缘腐蚀问题。

5. 物理和化学因素

晶圆处理过程中的机械应力。在晶圆搬运和处理过程中，边缘可能受到机械应力，这些应力可能导致氧化层的微裂纹，增加腐蚀的可能性。

化学反应不均匀性。在各种化学工艺中（如清洗、刻蚀），边缘区域的化学反应速率可能与中心区域不同，这种不均匀性也会导致边缘腐蚀。

综上所述，晶圆背面二氧化硅边缘腐蚀现象主要由以下几个原因引起：氧化工艺中晶圆边缘的氧化速率较高，导致厚度不均。刻蚀工艺中刻蚀液或刻蚀气体沿晶圆边缘的渗透和扩散。清洗工艺中清洗液在晶圆边缘的残留或不均匀分布。光刻工艺中光刻胶涂布和显影的不均匀性。晶圆处理过程中的机械应力和化学反应不均匀性。

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