CMP后晶片表面金屬污染物的清洗方法解析

引言

如今，雙鑲嵌工藝在半導體工業中被廣泛使用。在這一過程中，銅逐漸取代鋁用于制造集成電路中的互連。這種開關的出現是由于銅的有利特性，例如低電阻率和對電遷移的高抗擾性，這反過來導致更高的電路可靠性和明顯更高的時鐘頻率?；瘜W機械拋光有許多優點，包括表面平坦化、減少工藝步驟和熱預算.5 .?然而，它會在介電材料表面誘發金屬和有機污染物殘留。在先進互連中，化學機械拋光后金屬殘留物的控制越來越受到重視。清潔效率和金屬污染物的去除對生產率和可靠性有重大影響。一個主要的可靠性問題是由銅離子漂移引起的介電退化。由于銅在二氧化硅和硅中的快速擴散，以及在禁帶隙內受體和供體能級的形成，銅需要在化學機械拋光過程后清洗。

實驗

圖1顯示了制備焦磷酸鹽過氧化物的實驗裝置。是兩箱電解槽，由離子交換膜隔開，制備焦磷酸鹽過氧化物的陽極槽較大。陽極浴中的溶液是0.4摩爾/升磷酸二氫鉀，陰極浴中的溶液是氫氧化鉀，其酸堿度為12.0.所有的電解質都是用去離子水制備的。在這項工作中，我們為對比實驗準備了三個拋光晶片。所有三個晶片都用化學機械拋光技術拋光。為了獲得金屬離子污染的晶片，將拋光的晶片浸入0.01摩爾/升硫酸銅溶液中2 h，然后通過如下三種方法清洗。

圖1 BDD膜陽極電化學氧化裝置

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KPP清潔：

將拋光的晶片浸入焦磷酸鹽過氧化物溶液中10分鐘，然后用新鮮去離子水沖洗。此后，晶片以80千赫的頻率超聲清洗10分鐘。在最后一步中，晶片在氮氣氣氛中干燥。

傳統RCA清洗：

在80℃的溫度下，將第二個晶片浸入RCA (SC1)溶液中10分鐘。以80千赫的頻率超聲清洗10分鐘后，將晶片浸入70℃的RCA (SC2)溶液中10分鐘。然后用去離子水沖洗后，以80千赫的頻率對晶片進行10分鐘的超聲波清洗。在最后一步中，晶片在氮氣氣氛中干燥。

去離子水清洗：

將第三個晶片放入裝滿新鮮去離子水的容器中，然后將容器放入頻率為80千赫的超聲波清洗機中10分鐘。最后，在氮氣氣氛中干燥。

結果和討論

用x光電子能譜對表面進行了分析。N2干燥后，所有實驗樣品立即裝入XPS裝載鎖，然后轉移到主室。

XPS測量是觀察表面元素的一種重要而有效的方法，探測極限為百萬分之幾(ppm)是可能的。因此，XPS測量可用于觀察晶片表面的銅污染物。圖2–4顯示了三個晶片表面的典型全掃描光譜，圖5顯示了Cu2p3的局部掃描光譜.表面的XPS全掃描光譜顯示，硅表面的化學成分基本上是三種元素:氧、碳和硅。然而，銅不能在典型的全掃描光譜中顯示，因為它屬于微量元素的污染，所以它可以在局部掃描光譜中看到。XPS分析結果見圖5顯示只有沒有清洗的晶片有清晰的峰，而通過RCA清洗和KPP清洗的晶片在局部掃描光譜中沒有峰。因此，我們可以得出結論，在金屬污染物去除方面，KPP可以達到RCA清潔的水平，并且這兩種技術都提供了小于1 ppm的檢測限。

圖2?去離子水清洗晶片的XPS

圖3?用RCA清洗技術清洗晶片的XPS

圖4?用KPP清洗技術清洗晶片的XPS

圖5?用三種清洗技術清洗的XPS晶片對Cu2p3進行局部掃描

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元素相對原子百分比含量的結果如表1所示?？梢钥闯?，經過KPP和RCA清洗后，銅的相對原子百分比含量為0.00。這表明兩種技術都可以完全去除銅離子。然而，表1還顯示，用KPP清洗獲得的碳的相對原子百分比含量比RCA清洗低得多。因此，我們必須考慮到KPP在去除有機碳殘留物方面比RCA清潔更有效。KPP清洗更有效，因為焦磷酸鉀過氧化物氧化有機污染物，同時它被還原成焦磷酸鉀，形成金屬絡合物，以去除銅污染物。

表1?用不同技術清洗的晶片上元素的相對原子百分比含量

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總結

BDD膜陽極電化學氧化可以高效制備焦磷酸鹽過氧化物，焦磷酸鹽過氧化物可以氧化有機污染物s14，焦磷酸鹽過氧化物被還原成焦磷酸鹽。焦磷酸鹽是一種良好的絡合劑，能夠控制晶片表面的金屬離子污染物。因此，BDD膜陽極電化學氧化可用于微電子清洗，可一步有效去除有機污染物和金屬污染物，還實現了節能環保。