引言

銅是超大規(guī)模集成ULSI的金屬化選擇。在先進(jìn)的微處理器中，銅布線現(xiàn)在被用于所有具有多達(dá)12個(gè)金屬化層的互連層。原則上，互連是由金屬線制成的電路徑或電荷載體，并且被絕緣的層間電介質(zhì)ILD材料分隔開。用銅代替鋁合金要求在集成、金屬化和圖案化工藝技術(shù)方面進(jìn)行顯著的變革。為了獲得最佳的器件性能、可靠性和壽命，必須避免薄膜腐蝕。這也要求采用與銅兼容的濕法蝕刻清潔化學(xué)物質(zhì)來集成銅互連的雙鑲嵌DD圖案化。對(duì)于濕法蝕刻清洗步驟來說，最關(guān)鍵的是在聚合物、殘余物以及金屬和非金屬顆粒去除方面要堅(jiān)固，并且在濕法蝕刻清洗過程中與暴露的襯底材料表現(xiàn)出高度的兼容性。

本文的目的是研究銅薄膜在含氟化氫、有機(jī)化合物和過氧化氫的水溶液中的腐蝕/溶解及其與銅互連的半導(dǎo)體DD圖案化的相關(guān)性。這種溶液通常用于半導(dǎo)體工業(yè)中的等離子體蝕刻后清洗。此外，我們從機(jī)械和動(dòng)力學(xué)的角度關(guān)注過氧化氫對(duì)銅腐蝕的影響。過氧化氫是集成電路器件制造過程中用于去除顆粒和殘留物的許多清洗配方中的常見成分。

實(shí)驗(yàn)

基底—使用銅在覆蓋硅晶片銅/硅襯底上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。使用典型的工業(yè)電鍍?cè)O(shè)備21、22均勻沉積銅膜，隨后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平坦化步驟，以在DD工藝期間緊密模擬實(shí)際的銅表面。銅膜的厚度約為400納米，由四點(diǎn)探針法表面電阻率儀測(cè)定，。SRM-232型和橫截面掃描電子顯微鏡SEM。

表面處理?！谶M(jìn)行電化學(xué)或溶解實(shí)驗(yàn)之前，用0.49重量%的氟化氫進(jìn)行表面處理，以確保表面清潔。進(jìn)行了一組篩選實(shí)驗(yàn)來研究用于表面清潔的HF溶液中的最佳浸泡時(shí)間。1分鐘的HF是合適的。這種預(yù)處理提供了清潔的表面，在該表面上天然氧化銅被部分去除，以暴露出清潔的元素銅表面。晶片長(zhǎng)時(shí)間暴露在氟化氫中5分鐘沒有改變x光電子能譜的XPS光譜，該光譜由于CuI和Cu0而呈現(xiàn)峰值.

結(jié)果和討論

電化學(xué)腐蝕測(cè)量-OCP測(cè)量。-以銅膜為工作電極的含H2O2、非脫氧和部分脫氧清潔溶液的OCP測(cè)量值如圖所示。分別為3a-c。在所有情況下，OCP呈指數(shù)衰減到最終的平衡值，這表明銅薄膜在這些溶液中變得更加活躍。在含有強(qiáng)氧化劑過氧化氫的清洗溶液中，OCP值從0.301V開始穩(wěn)定為0.291V，即超過5min變化約10mV。穩(wěn)定性表明銅的腐蝕處于活化極化。OCP在勢(shì)動(dòng)力學(xué)曲線上的截面如圖所示。4a表示銅處于活性腐蝕。

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本研究的局限性之一是，它使用了無圖案的覆蓋晶片，而不是銅損傷的無圖案晶片。納米尺度的圖案可能表現(xiàn)出更高的腐蝕速率，因?yàn)轭A(yù)計(jì)溶解速率取決于幾個(gè)物理因素和膜特性，例如曲率開爾文效應(yīng)、晶粒尺寸、紋理、幾何形狀和微觀結(jié)構(gòu).此外，隨著晶片表面特征尺寸的不斷減小，這些特征為異質(zhì)成核提供了過多的位置。即使考慮到這種增強(qiáng)的沉積機(jī)制，降低溶液中的銅濃度也會(huì)降低過飽和程度，從而降低成核事件的概率。

結(jié)論

隨著半導(dǎo)體工業(yè)中的多步驟、多層處理變得更加復(fù)雜，清洗溶液/化學(xué)品在提高產(chǎn)量和減少缺陷方面的作用變得越來越重要。出現(xiàn)在包含銅互連線的ILD或金屬表面上的不需要的殘留物或沉積物富含銅。我們將這些殘留物中銅的來源歸因于清洗過程中發(fā)生的腐蝕過程。在清洗溶液中進(jìn)行的電動(dòng)力學(xué)極化實(shí)驗(yàn)顯示了主動(dòng)、主動(dòng)-被動(dòng)、被動(dòng)和跨被動(dòng)區(qū)域。使用除氧溶液和可能使用過氧化氫提供了一種有效的方法來降低清潔溶液中的腐蝕率和銅濃度。過氧化氫添加到清潔溶液似乎是非常有益的，通過創(chuàng)建一個(gè)氧化銅膜，降低銅的腐蝕率。此外，過氧化氫的摻入提供了一個(gè)額外的優(yōu)勢(shì)，通過提高清除溶液清除顆粒和容易氧化的有機(jī)殘留物的能力。
審核編輯：湯梓紅