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引言
? ? ? 為了使器件動(dòng)作高速化，盡可能地抑制布線延遲變得很重要。為此，需要使用布線電阻低的Cu布線和降低布線間容量的低介電常數(shù)層間膜。最近，Cu布線搭載的器件相繼發(fā)表，層間膜使用通常的氧化膜的結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品已經(jīng)上市，全世界Cu布線的開發(fā)急速加速。而且，Cu布線被認(rèn)為只有與低介電常數(shù)層間膜（Low―K）相結(jié)合才有高速化的意義，關(guān)于Cu/Low―K的發(fā)表也在增加。
? ? ? 為了實(shí)現(xiàn)Cu布線，必須使用Cu―CMP來(lái)形成溝槽布線結(jié)構(gòu)，并且在CMP之后，由于大量的顆粒和金屬污染殘留在晶片上，因此需要在CMP之后進(jìn)行清洗。在Cu膜和Low―K膜中被認(rèn)為是有希望的HSQ膜的英特化結(jié)構(gòu)的CMP中，由于Cu膜和HSQ膜的耐藥液性低，因此很難用傳統(tǒng)上在硅工藝中使用的清洗液進(jìn)行清洗。此外，在使用清洗液時(shí)，必須考慮環(huán)境負(fù)荷。因此，在不損壞金屬布線和Low―K膜的情況下，作為環(huán)境負(fù)荷低的清洗液，進(jìn)行電解離子水和有機(jī)酸的研究。
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Cu/HSQ-CMP后清洗的課題
? ? ? Cu―CMP之后的Cu/HSQ溝接線構(gòu)造如圖1所示。不僅是氧化鋁和二氧化硅等的研磨粒子，Cu等的金屬污染也大量殘留在晶圓的表面。一直以來(lái)用于CMP后清洗的利用氨水的粒子除去和利用稀釋氫氟酸的金屬污染除去，難以用于蝕刻或損傷Cu膜和HSQ膜。因此，在CMP后清洗中，不會(huì)損傷表面露出的Cu配線和HSQ膜。
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開發(fā)的Cu/HSQ-CMP后清洗
? ? ? 如圖2所示，這次開發(fā)的清洗程序是為了除去殘留顆粒，在第1階段用純水電解陰極水進(jìn)行刷擦洗清洗，在第2階段用草酸進(jìn)行除去金屬污染的自旋清洗。
為了除去殘留在晶圓表面的粒子，需要用刷子擦洗使粒子從表面脫離，為了不使脫離的粒子再附著，將粒子除去到晶圓外的過(guò)程。為了抑制粒子的再附著，起表面電位的排斥作用的堿性溶液是有效的，W―CMP后清洗，氨但是氨水如表1所示蝕刻Cu膜，使HSQ膜劣化。由于Cu膜容易與氨水形成氨絡(luò)合物，因此容易被蝕刻，而對(duì)于HSQ膜，由于氨水的OH基，膜中的Si―H鍵變化為Si―OH鍵，因此即使是稀釋氨水（3×10―5%），相對(duì)介電常數(shù)也從2.9增加到4.2。因此，這些洗滌液很難作為Cu/HSQ―CMP后的洗滌液使用。因此開發(fā)出的清洗液是用圖3所示的裝置電解超純水，從陰極側(cè)得到的純水電解陰極水。純水電解陰極水如圖4所示，pH為中性，是具有還原電位的清洗液。
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圖4 電解水的PH-電位圖
? ? ? 一般用于CMP后去除金屬污染的稀釋氫氟酸(DHF)，由于對(duì)HSQ膜的蝕刻速度極快（DHF:0.5%時(shí)250nm/min以上），不能使用。此外，DHF還存在對(duì)布線和插頭上的金屬污染的去除性低的問(wèn)題。此外，純水電解陰極水在去除顆粒方面很有效，但對(duì)金屬污染的去除能力不高。因此，開發(fā)了使用草酸(COOH)2的清洗方法，該草酸(COOH)2可以蝕刻HSQ膜和Cu膜，并在不劣化的情況下去除Cu等污染。圖8顯示了各種有機(jī)酸洗凈對(duì)Cu及Fe污染的去除性。評(píng)價(jià)樣品是將Si基板浸泡在含有Cu或Fe的氨過(guò)氧化氫水溶液中進(jìn)行強(qiáng)制污染，因此表面呈親水性。將被污染的基板在各種有機(jī)酸水溶液（5w%）中進(jìn)行3分鐘的浸泡洗凈處理的結(jié)果，如圖8所示，在各種有機(jī)酸中草酸去除Cu及Fe的金屬污染的效果很高。這是因?yàn)椴菟岬幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)與其他有機(jī)酸相比較簡(jiǎn)單，可以容易地與Cu及Fe形成螯合絡(luò)合物。
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圖8 通過(guò)各種有機(jī)酸清洗的Cu、Fe污染去除效果
? ? ? 眾所周知，Cu在Si中的擴(kuò)散速度非常快，但也有報(bào)告指出，等離子氧化膜中也是通過(guò)熱處理和電場(chǎng)擴(kuò)散的11）。HSQ膜等Low―K膜與等離子氧化膜相比，由于結(jié)構(gòu)疏松，因此更擔(dān)心Cu在膜中的擴(kuò)散。在此，調(diào)查了Cu污染對(duì)HSQ膜的漏電流的影響。
? ? ? 清洗藥液的開發(fā)，不僅能夠在不損傷構(gòu)成裝置的材料的情況下進(jìn)行有效的清洗，而且能夠降低對(duì)環(huán)境的負(fù)荷，近年來(lái)也變得非常重要。純水電解陰極水的基本組成是純水，廢液處理非常容易。另外，由于草酸是具有螯合效果的有機(jī)酸中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的，每分子的碳數(shù)最少，只有2個(gè)（檸檬酸為6個(gè)）。因此，與其他有機(jī)酸相比，可以降低廢液中所含的碳濃度。像這樣，這次開發(fā)的清洗水，無(wú)論哪一種都容易進(jìn)行廢液處理，降低了對(duì)環(huán)境的負(fù)荷。
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總結(jié)
? ? ? 作為Cu/HSQ―CMP后清洗工藝，開發(fā)了使用純水電解陰極水和草酸水溶液的清洗技術(shù)，能夠在不損壞Cu膜和HSQ膜的情況下有效地去除殘留的顆粒污染和金屬污染。今后，在使用Cu布線和低介電常數(shù)層間膜的高速邏輯器件的實(shí)用化上，像這樣不損壞器件構(gòu)成材料的清洗方法將變得越來(lái)越重要。此外，還需要環(huán)境負(fù)荷小的清洗方法。