摘要

我們華林科納開發并實施了一種依次結合酸性和堿性清洗方法的“混合”后CuCMP清洗過程。新工藝展示了相對于全堿性刷子清潔工藝，證明了酸性和堿性清潔的優點，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。它還消除了在輥子刷清潔過程中間歇性發生的圓環缺陷。TXRF掃描確認在使用混合清潔過程時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。通過使用新的清潔工藝，可以提高短期和開放的產量。討論了巨大的缺陷減少效益的潛在機制。

介紹

對于具有銅互連的半導體制造，與銅化學機械平面化(CMP)過程相關的缺陷往往是主要的屈服分離器。由于CMP是在完全定義一個銅互聯之前的最終啟用工藝，它不僅可以在過程中產生缺陷(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期間產生的缺陷，還需要與之前的過程兼容，以防止進入CMP的缺陷加劇。

在本文中，我們研究了酸性和堿性清潔化學物質的優點，并通過實施兩種不同的清潔化學物質開發混合清潔過程3，以滿足銅CMP清潔的挑戰。

實驗的結果

實驗采用了基于32nm和22nm設計規則的銅金屬化葉片。所有的晶片都用酸性鋁化銅漿和基礎化學的硅基屏障漿進行拋光。在清潔模塊中對各種cmp后的清潔化學品進行了測試。其中，化學A是酸性的，而化學B是堿性的。這些化學物質在不同順序的各種清洗過程中進行評估，如表i所示。BR1和BR2指的是使用化學噴霧的滾子刷1和2中的清洗步驟。“沖洗”步驟是在一個充滿干凈化學物質的水箱中進行的，在一個預先設定的出血和飼料循環中不斷補充。在沖洗過程中，晶圓以恒定的轉速旋轉，不與刷或其他部件機械接觸。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。

全酸性和全堿性cmp后清洗過程：圖中P1和P2清洗過程產生的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道，必須實施廣泛的隊列時間控制，以減少這些腐蝕相關的缺陷。

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等腐蝕相關缺陷。酸性化學物質(即化學物質A)在防止腐蝕缺陷方面的缺陷似乎遠遠被堿性化學物質B的最后清洗步驟所彌補。

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上沒有明顯的差異。結果表明，混合清潔過程實現的大量HM缺陷還原不能歸因于化學反應對銅進行更好的鈍化。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。

討論

混合清潔工藝的工作機制：在目前的研究中，我們利用化學物質的性質來在不改變化學物質本身的情況下解決CMP缺陷產生的根本原因。一般來說，金屬氧化物往往會在酸性環境中溶解。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，使用酸性化學物質作為清洗的第一階段，也是去除環狀缺陷的關鍵。在刷清潔過程中，CuOx和AlOx顆粒與酸性化學溶解，消除了刷中產生環缺陷的來源。

基本化學沖洗劑在混合清洗過程中的作用：在基本化學環境(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電位是負的。因此，銅晶片表面與堿性化學物質中的殘留磨料之間存在內置的排斥勢，有助于消除這些PR/FM缺陷。基本的化學沖洗步驟需要鈍化銅表面，以防止HM和DE缺陷的形成。同樣，根據普爾貝克斯圖，基本的清潔化學物質是一個更好的選擇，因為銅表面在高pH狀態下是鈍化和保護的。

cmp后的清潔和缺陷特征：CMP相關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量，而且也有幫助在下一級減少與CMP不直接相關的其他缺陷。

結論

本文開發并實現了一種針對先進BEOL技術的后銅cmp混合清潔工藝。該工藝依次結合了酸性和基本清潔，相對于所有基本清潔工藝，將所有CMP相關的缺陷減少了60%以上，包括拋光殘留物、異物、泥漿磨料、劃痕和中空金屬。它還消除了在輥子刷清洗過程中產生的圓環缺陷的發生。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物質溶解金屬氧化物是減少PR/FM/AL和消除環狀缺陷的關鍵。基本化學沖洗步驟的應用可以進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前水平的短期產量和下一個金屬水平的開放產量。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。

審核編輯：湯梓紅