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摘要
? ? ? 本文開發(fā)并實(shí)施了一種依次結(jié)合酸性和堿性清洗方法的“混合”后CuCMP清洗過程。新工藝展示了相對(duì)于全堿性刷子清潔工藝，證明了酸性和堿性清潔的優(yōu)點(diǎn)，并使CMP缺陷減少超過60%，如拋光殘留物、異物、泥漿磨料、劃痕和中空金屬工藝。它還消除了在輥?zhàn)铀⑶鍧嵾^程中間歇性發(fā)生的圓環(huán)缺陷。TXRF掃描確認(rèn)在使用混合清潔過程時(shí)AlOx缺陷的減少。XPS光譜顯示了堿性和雜化清潔過程之間相似的銅表面氧化態(tài)。通過使用新的清潔工藝，可以提高短期和開放的產(chǎn)量。討論了巨大的缺陷減少效益的潛在機(jī)制。
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介紹
? ? ? 對(duì)于具有銅互連的半導(dǎo)體制造，與銅化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)過程相關(guān)的缺陷往往是主要的屈服分離器。由于CMP是在完全定義一個(gè)銅互聯(lián)之前的最終啟用工藝，它不僅可以在過程中產(chǎn)生缺陷（例如劃痕和拋光殘留物），還可以揭示或裝飾之前工藝步驟產(chǎn)生的缺陷，如rie后清洗、襯里沉積和銅鍍。因此，銅CMP后的清洗過程不僅必須消除CMP期間產(chǎn)生的缺陷，還需要與之前的過程兼容，以防止進(jìn)入CMP的缺陷加劇。
在本文中，我們研究了酸性和堿性清潔化學(xué)物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，并通過實(shí)施兩種不同的清潔化學(xué)物質(zhì)開發(fā)混合清潔過程3，以滿足銅CMP清潔的挑戰(zhàn)。
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實(shí)驗(yàn)
? ? ? 實(shí)驗(yàn)采用了基于32nm和22nm設(shè)計(jì)規(guī)則的銅金屬化葉片。所有的晶片都用酸性鋁化銅漿和基礎(chǔ)化學(xué)的硅基屏障漿進(jìn)行拋光。在清潔模塊中對(duì)各種cmp后的清潔化學(xué)品進(jìn)行了測(cè)試。其中，化學(xué)A是酸性的，而化學(xué)B是堿性的。這些化學(xué)物質(zhì)在不同順序的各種清洗過程中進(jìn)行評(píng)估，如表i所示。BR1和BR2指的是使用化學(xué)噴霧的滾子刷1和2中的清洗步驟?！皼_洗”步驟是在一個(gè)充滿干凈化學(xué)物質(zhì)的水箱中進(jìn)行的，在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的出血和飼料循環(huán)中不斷補(bǔ)充。在沖洗過程中，晶圓以恒定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，不與刷或其他部件機(jī)械接觸。無論清洗過程如何，墊片、滾子刷和漿液批次的消耗壽命都保持不變，即P1、P2和混合工藝具有相同的消耗壽命。
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結(jié)果
? ? ? 全酸性和全堿性cmp后清洗過程：圖中P1和P2清洗過程產(chǎn)生的CMP缺陷如圖3所示。 在酸性P1過程中，PR/FM缺陷較低，而HM和DE缺陷較高。因此，正如我們之前的研究報(bào)道，必須實(shí)施廣泛的隊(duì)列時(shí)間控制，以減少這些腐蝕相關(guān)的缺陷。
? ? ? 混合清潔工藝：如圖所示。5(c)，采用混合清潔工藝，也能顯著減少了HM、LE（線端中空金屬）、DE等腐蝕相關(guān)缺陷。酸性化學(xué)物質(zhì)(即化學(xué)物質(zhì)A)在防止腐蝕缺陷方面的缺陷似乎遠(yuǎn)遠(yuǎn)被堿性化學(xué)物質(zhì)B的最后清洗步驟所彌補(bǔ)。?
? ? ? 表面特征：用p2和混合清潔工藝處理的晶片上的x射線光電子能譜(XPS)光譜如圖11所示。P2和混合清潔過程在銅表面狀態(tài)上沒有明顯的差異。結(jié)果表明，混合清潔過程實(shí)現(xiàn)的大量HM缺陷還原不能歸因于化學(xué)反應(yīng)對(duì)銅進(jìn)行更好的鈍化。相反，它可能源于表面缺陷(如PR/FM/SH/AL)的去除，這可以加速HM缺陷的形成。
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圖?3: CMP來自兩種不同的后清洗過程的缺陷，P1和P2，如表1所示
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圖5: P2和混合清潔過程中主要cmp相關(guān)缺陷的加權(quán)缺陷密度(WTDD)。x軸上的數(shù)字表示樣本量。(a)AL缺陷；(b)SH（硅磨料）、FM和PR缺陷；(c)線端中空金屬(LE)、中空金屬(HM)和樹突(DE)；以及(d)拋光劃痕(PS)、處理劃痕(HS)和輕劃痕(LS)
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討論
? ? ? 混合清潔工藝的工作機(jī)制：在目前的研究中，我們利用化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)來在不改變化學(xué)物質(zhì)本身的情況下解決CMP缺陷產(chǎn)生的根本原因。一般來說，金屬氧化物往往會(huì)在酸性環(huán)境中溶解。因此，使用酸性清潔劑是去除PR/FM/AL/SH的有利選擇。在混合清潔過程中，使用酸性化學(xué)物質(zhì)作為清洗的第一階段，也是去除環(huán)狀缺陷的關(guān)鍵。在刷清潔過程中，CuOx和AlOx顆粒與酸性化學(xué)溶解，消除了刷中產(chǎn)生環(huán)缺陷的來源。
? ? ?基本化學(xué)沖洗劑在混合清洗過程中的作用：在基本化學(xué)環(huán)境(pH>10)中，CuOx（即銅晶片表面）以及氧化鋁和二氧化硅磨料上的zeta電位是負(fù)的。因此，銅晶片表面與堿性化學(xué)物質(zhì)中的殘留磨料之間存在內(nèi)置的排斥勢(shì)，有助于消除這些PR/FM缺陷?；镜幕瘜W(xué)沖洗步驟需要鈍化銅表面，以防止HM和DE缺陷的形成。同樣，根據(jù)普爾貝克斯圖，基本的清潔化學(xué)物質(zhì)是一個(gè)更好的選擇，因?yàn)殂~表面在高pH狀態(tài)下是鈍化和保護(hù)的。?
? ? ? CMP后的清潔和缺陷特征：CMP相關(guān)缺陷的大幅減少不僅提高了本研究所證明的水平的短期和開放產(chǎn)量，而且也有幫助在下一級(jí)減少與CMP不直接相關(guān)的其他缺陷。
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結(jié)論
? ? ? 本文開發(fā)并實(shí)現(xiàn)了一種針對(duì)先進(jìn)BEOL技術(shù)的后銅cmp混合清潔工藝。該工藝依次結(jié)合了酸性和基本清潔，相對(duì)于所有基本清潔工藝，將所有CMP相關(guān)的缺陷減少了60%以上，包括拋光殘留物、異物、泥漿磨料、劃痕和中空金屬。它還消除了在輥?zhàn)铀⑶逑催^程中產(chǎn)生的圓環(huán)缺陷的發(fā)生。TXRF掃描顯示，混合清潔工藝大大降低了晶片邊緣殘留的AlOx磨料的濃度。在刷中使用酸性清潔化學(xué)物質(zhì)溶解金屬氧化物是減少PR/FM/AL和消除環(huán)狀缺陷的關(guān)鍵?；净瘜W(xué)沖洗步驟的應(yīng)用可以進(jìn)一步減少表面缺陷和銅表面的鈍化，以防止HM和DE缺陷的形成。新的清潔工藝有助于提高當(dāng)前水平的短期產(chǎn)量和下一個(gè)金屬水平的開放產(chǎn)量。它還減少了其他缺陷，如缺失的模式和非視覺效果，以更好地表征和表示其他缺陷。
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