化学机械研磨工艺中的铜腐蚀研究

摘要

铜作为新的互连材料被引入集成电路的制造之后,以及大马士革工艺的采用,带来了新的工艺挑战。铜在化学机械研磨面临的铜腐蚀问题使得产品良率和可靠性都受到威胁。本文通过实验,量化研究了生产过程中的防腐蚀问题,并通过实验得到了局部的腐蚀防止办法,研磨前的晶圆预处理,避免水与研磨液的溅湿,正确的研磨液和清洗剂选取,晶片保护液的正确使用,适当的干燥时间选择以及之后晶圆环境的保护,这些都在批量生产中得到了可行性验证,在一定程度上减少了生产时铜腐蚀的发生几率。
　　 研究表明,CMP工艺中铜腐蚀发生的必要条件是有腐蚀性的溶液或者湿润的环境溶入其他离子后形成的电解质溶液。而能够防止铜在CMP制程被腐蚀的理论性研磨环境主要取决于:1)保证良好的研磨前处理,使晶圆在被研磨前避免受到腐蚀性气体或者液体的接触。2)选择好的研磨液和正确使用保护液,以保证其在研磨各步骤间以及从研磨至清洗阶段得到很好的保护。3)确保彻底的清洗和干燥能力,避免研磨液或者是清洗液,水等残留在晶圆表面。4)晶圆研磨后到下一站点间的保护措施。
　　 本文实验结果证实铜研磨液的抗腐蚀效果较好,而阻挡层研磨液稍显不足。晶圆完成铜化学机械研磨步骤之后,会被放入晶舟而送至下一个站点,由于生产线上机器的产能安排或者产品紧急程度不同,晶圆等待下一个制程的时间长短也有很大差别。此时发生的电化学腐蚀同样给晶圆带来表面缺陷。研究表明,随着时间的增长腐蚀会越来越严重;在不活泼气体N2的环境之下,腐蚀发生的较为缓慢。
　　 本文在批量生产中做了防腐蚀优化方案的重复性验证设计工艺优化的条件。结果表明,采用了优化条件的批次T03、T04,其产品良率略高于未采用优化条件的批次T01、T02。原因在于采用优化条件的批次在晶圆研磨前、研磨中、清洗干燥以及之后的保护中都尽可能的减少了腐蚀发生的几率,为这一良率的提高起了显著的作用。