GLSI多层铜布线CMP后清洗铜污染去除的研究

摘要

在极大规模集成电路(GLSI)中，由于特征尺寸的不断减小，杂质对于器件的危害显得异常突出，因此晶圆表面洁净度成为了影响器件成品率的重要因素。随着铜取代铝成为最有效的金属互连层材料，化学机械抛光(CMP)技术成为目前最有效实现芯片全局平坦化的手段。但是在抛光后，铜表面会有大量的磨料、金属、有机物等污染，它们会对器件的性能和稳定性产生很大的影响，其中铜污染的影响最为关键。因此，在CMP后清洗过程中去除铜等污染至关重要。 本论文系统地分析了目前CMP后清洗技术与工艺的优缺点，针对目前对铜污染去除中工艺复杂，效率不高，腐蚀设备等缺点，在理论上提出了一种新型碱性清洗液来有效去除铜污染。利用碱性螯合剂对铜离子的强螯合能力来去除铜污染，利用表面活性剂优先吸附特性，使其在铜表面形成保护膜，抑制清洗剂对铜表面的腐蚀。二者组成的复合清洗剂能在不腐蚀铜表面的前提下，有效去除铜污染。 本课题研究过程中，首先通过单因素实验，研究了FA/OⅡ型螯合剂对铜表面氧化铜膜和Cu-BTA膜的去除能力，发现螯合剂浓度越大，对氧化铜和Cu-BTA去除能力越强，其浓度在150ppm-200ppm范围内，能够彻底去除铜污染，但是单一的螯合剂会腐蚀铜表面，造成新的缺陷。通过固定螯合剂的浓度，利用电化学实验研究了FA/OⅠ型非离子表面活性剂对铜表面的保护作用，发现活性剂浓度越高，保护能力越强，当浓度达到一定大时，保护膜趋于饱和。 最后，将对应浓度的螯合剂和活性剂混合组成复合清洗剂，检验发现其对铜表面的氧化铜膜和Cu-BTA膜去除效果很好，而且不腐蚀铜表面。选取清洗效果好的配比，清洗CMP后的12inch多层铜布线表面，利用扫描电镜对清洗后的表面缺陷进行详细分析。结果表明，150ppm螯合剂和400ppm活性剂组成的复合清洗剂能够有效去除铜污染，而且对于残留的硅溶胶颗粒（SiO2）和有机物有很好的清洗效果，使表面总缺陷数基本满足工业要求。

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