书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：旋涂玻璃材料的旋涂及烘烤

编号：JFKJ-21-

作者：炬丰科技

我们有效利用旋涂玻璃材料来平面化集成电路，需要应用适当的旋涂/烘烤/固化程序，以获得高质量的薄膜。旋涂玻璃(SOG)材料与集成电路制造技术中使用的其他旋涂材料有很大不同，例如光致抗蚀剂或聚酰亚胺。与典型的光致抗蚀剂相比，这些溶液通常具有低得多的粘度(1至3cP)，更易挥发的溶剂，有时是酸性的。当溶剂(主要是醇和酮)在旋涂过程中蒸发时，会产生不溶性残留物(通常是细小的硅酸盐粉尘)。这种残留物可能是晶片表面颗粒的主要来源。使用适当设计的旋涂玻璃涂布机可以消除或大大减少这些颗粒。为了减少微粒和其他与SOG沉积相关的问题，选择专门为SOG设计的旋涂设备非常重要。

我们已经发现，某些特征对于生产高质量的SOG膜是重要的：

1.持续和可测量的杯排气。建议在所有工艺步骤中打开排气装置。排气必须足够高，以排出溶剂蒸汽，并保持旋转过程中形成的雾低于晶片表面的平面。推荐的废气流量为20毫米-40毫米H2O(25毫米是典型的)。不同的涂布机可以使用不同的单位来测量废气(即毫米汞柱，或每分钟升数)。无论仪表上的单位是什么，都需要一个仪表来显示相对的排气变化。排气必须保持恒定，以确保过程控制和可重复性，因为排气会影响旋杯环境温度，进而影响膜厚。较暖的系统会导致膜厚增加。

2.机柜排气。机柜排气必须足够高，以适当地排出机柜和SOG输送系统。机柜排气必须足够高，以便当机器预热时，机柜和杯子保持相同的温度。

3.可编程旋杯溶剂冲洗能力。旋转杯冲洗是必需的，以防止SOG在杯内干燥并成为颗粒来源。杯子应该由聚氯乙烯或聚氯乙烯制成，因为这些材料可以用杯子清洗溶剂很好地润湿；良好的润湿确保了残余SOG的完全冲洗，这降低了颗粒水平。

4.可调溶剂喷嘴能力。溶剂喷嘴头应可根据分配的距离(垂直和水平)和方向/角度进行调节。有效的溶剂清洗有助于防止颗粒形成。

5.SOG处理系统。5.SOG输送系统的推荐材料是聚四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚四氟乙烯或聚丙烯，它们与高极性有机溶剂如醇类、酮类和酯类相容。输送系统组件包括盖适配器、系统管线、O形圈和SOG瓶。旋转杯和压力瓶盖适配器需要与用于去除残留物和颗粒的氟化氢兼容。注意:金属部件不应直接接触SOG。

6.加压分配。建议使用氦气而不是氮气对SOG进行加压分配。在压力下，氦分子在SOG中的溶解度较低。因此，它解吸较少，在分配和旋转过程中形成的气泡比氮气少。通过使用精度为0-5磅/平方英寸的调节器，可以实现对分配的最佳控制。不建议使用压力罐。

7.盖帽适配器。建议使用特殊SOG帽适配器(见图1)。适配器允许直接从SOG瓶中分配加压氦气，因此降低了溶液蒸发、污染和颗粒形成的可能性。

8.卡盘材料。卡盘应由聚丙烯、德尔林、聚醚醚酮或高氟聚醚醚酮制成，并设计成在SOG沉积后卡盘的记忆不会在晶片上留下印记。

9.旋转环境。旋涂SOG的推荐温度和湿度为70±2°F，旋杯内的相对湿度为35±3%。最理想的是，纺纱机的制造区域也应控制在这些条件下。如果工厂区域不能很好地控制，商业上可获得的(即SEMIFAB)旋转杯上的温度和湿度控制室已被证明能成功工作。

10.边缘珠的去除。理想的边缘焊道去除(EBR)能力应包括背面冲洗和顶部EBR特征。顶侧电子束曝光机在包含后SOG工艺的工艺流程中可能是必要的，其中机械系统夹紧晶片边缘的前部和后部。边缘的厚SOG在被夹住时是潜在的粒子源。很多SOG用户只用背面冲洗就有不错的效果。传统的EBR漂洗溶剂是异丙醇(IPA)。许多硅氧烷用户正在体验其他溶胶如乳酸乙酯的优异性能。

在SOG旋转/烘烤/固化步骤之间应至少间隔一段时间。大多数SOG用户“指定”在SOG沉积、烘烤和最终固化后不超过两个小时。与大多数晶圆厂加工一样，建议将晶圆储存在干燥的环境中(湿度40%)、干燥箱或氮气吹扫的机柜中。如果较长的等待时间不可避免，可以使用旋涂时使用的标准烘焙方法(没有分配步骤)重新烘焙晶片。这种重新烘焙将赶走晶圆闲置时可能吸收的任何水分。在下一个工艺顺序之前，应该让晶圆冷却。不建议使用冷却板，因为它可能会导致开裂。如果必须使用冷板，它应该处于室温。

沉积的SOG薄膜缓慢地进入和离开高温固化炉是至关重要的。这防止了当彼此接触的具有不同热膨胀系数的材料发生快速热变化时可能发生的破裂。建议从℃开始逐渐固化。SOG以比推荐值低得多的转速旋转，或者一个SOG的多个涂层可以产生超过推荐厚度的薄膜，并且在固化过程中容易破裂。这种趋势随着晶片表面形貌变得更加严重而增加。通常，当需要更厚的膜时，可以找到替代的SOG来满足需要。在最热的烘烤之后，冷却晶片可以被放置在冷却板上，该冷却板不工作或者被设置在室温。设定为“冷”的真正冷却板会过快冷却晶圆，导致应力和开裂。

当需要更厚的膜时(通常通过扫描电镜检查确定)，可以采取两种方法:1)沉积多层(通常是双层)SOG，或(2)使用同一产品系列的较厚SOG。较低的第一烘烤板温度(推荐温度为80℃)允许溶剂更缓慢地离开SOG，允许SOG更大的流动，并因此提供更好的平面化。较长的扩散周期会导致仍然含有溶剂的SOG向边缘移动，降低平面度，并产生边缘珠。更短的传播周期（2-6或甚至低至1秒）。在0转/分钟时，随后停止(即10秒钟)导致一些形貌上更好的平面化。虽然SOG被设计成在0转/分或接近0转/分时具有高旋转周期，但是旋转过快会降低平面化，因为离心力不允许SOG均匀地填充间隙。

在圆满完成目视检查和顺序检查后，应在SOG线上安装一瓶IPA。

1.从SOG管线中分配IPA，其数量应确保管线和分配头冲洗良好。根据需要清洁分配头。

2.使用标准旋涂烘焙配方(在分配步骤中关闭SOG分配)，使用新移液器手动分配新打开的SOG。对测试晶片进行颗粒计数。规格范围内的计数表明颗粒不是来自SOG材料。

3.使用生产配方，用异丙醇(而不是SOG)旋涂测试晶片。通过对晶片进行颗粒计数来确定涂布机的清洁度。

4.如果颗粒计数高，再次用异丙醇冲洗涂布机更长时间，并重复测试晶片颗粒计数。

5.如果颗粒数极高(几百个)，则更换新的SOG线。冲洗新管路并重复步骤4。

6.当系统清洁时，使用SOG进行第一次颗粒计数。

在旋转涂布机上安装一个新的SOG瓶，并用SOG冲洗生产线。使用标准旋转烘烤涂层配方旋转涂覆测试晶片并进行颗粒计数。这将表明一个成功冲洗的系统、清洁的SOG和一个准备进行生产鉴定的系统。