更大的“鬼影”,出现在工艺贯通之后。
当第一片经过光刻、刻蚀、扩散、镀铝的硅片被送到简易探针台下进行电学测试时,所有人都屏住了呼吸。
电压加上去,电流波形却杂乱无章,该导通的地方电阻巨大,该绝缘的地方却又微微漏电。
失败了。
没有意外,只有沉重。
大家默默地看着那片承载了无数希望的硅片,它表面闪烁着金属光泽的图形,此刻仿佛成了一种嘲讽。
宋颜教授主持了第一次失效分析会。
没有责难,只有冷静的追问。
“图形转移完整吗?显微镜检查。”
“检查了,线条清晰,边缘陡直,未见明显钻蚀或残留。”
“掺杂浓度呢?四探针测薄层电阻。”
“数据在这里,符合设计范围,但……均匀性似乎有点波动,边缘偏高。”
“铝硅接触呢?合金化温度和时间是否严格执行?”
“严格执行了,但……接触电阻测试数据离散性很大。”
问题像一团迷雾,笼罩在各个环节。
似乎每个步骤都勉强及格,但叠加起来,就是不及格。
“我们需要‘看见’问题。”宋颜说,“看不见界面,看不见缺陷,我们就是瞎子。”
真正的转机,来自一次“违规操作”。
上海感光厂提供的试验性光刻胶,有一批被现在特定显影条件下,会在图形边缘留下极细微的、显微镜下都难以察觉的“须状”残留。
负责涂胶显影区域的技术员柳青,是个心细如的人。
他没有简单地报废这批胶,而是尝试调整了显影液的浓度、温度和摇晃方式。
在一次近乎直觉的尝试中,他用了更稀的显影液,并延长了显影时间,同时非常缓慢地晃动硅片。
结果出来后,他在高倍显微镜下观察了整整一个小时。
然后,他找到了宋颜和吕辰。
“宋教授,吕工,你们看。”他指着显微镜目镜,“不是胶残留,是硅片表面本身……在图形边缘,有一些非常细微的、像水渍一样的痕迹,但又不是水渍。我怀疑,是清洗后表面残留的某种污染物,或者……是硅片表面的自然氧化层不均匀,在显影液作用下产生了差异腐蚀。”
这个现如一道闪电!
原来问题可能出在最前端,硅片清洗!或者硅片本身的表面状态!
他们立刻调整方向。
纯水系统的沈工被再次推到风口浪尖。
他们对每一道清洗步骤(sc-,sc-,dhf)的溶液纯度、温度、时间进行了最严格的标定和复核。
同时,紧急协调半导体所,要求提供表面状态更均匀、更清洁的硅片。
与此同时,另一个“鬼影”在金属化环节浮现。
蒸镀铝的电极,时好时坏。
好的时候电阻正常,坏的时候干脆断路。
负责真空镀膜的老师傅,凭几十年的经验感觉是“真空度不够,铝膜纯度有问题”或者“蒸率太快,膜层应力大”。
但他没有证据。
这时,那台还在北京电子管厂攻关的“扫描电子显微镜原型机”传来了一个阶段性进展,他们终于能够稳定地获得低分辨率的表面形貌图像了,虽然还不如高级光学显微镜清楚,但能看到一些光学显微镜看不到的细节。
一块镀铝后断路的芯片被紧急送去。
几天后,模糊但足以说明问题的照片回来了。
在铝线的某些部位,分布着细小的“孔洞”和“晶须”!
“是铝膜质量问题!蒸源钨丝篮可能不干净,或者铝料纯度不够!”老师傅一看照片就激动了。
又是一轮紧急排查和物料溯源。
最终,问题锁定在一批国产高纯铝粒上,其微量元素含量标,在蒸过程中形成了杂质偏聚。
一个个“鬼影”被这样揪出。
可能是空气中一道不经意的气流,可能是水中一个ppb级的离子,可能是材料中一个pp级的杂质,可能是操作中一秒的温差……