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CMP后清洗技术进展

摩尔定律的一个重大副作用就是从不明确地确定半导体产业中的技术问题。对目前制造节点完全适用的材料和工艺可能几年后就不够了。问题出自特征尺寸的不断缩小。极细线条中的性能与大块材料的性质能有极大的差别。

根据下式,减少粗导线的截面积电阻就增加:
R=(l*ρ)/A
式中,l=导线长度,ρ=电阻率=常数,A=截面积。但是,当线宽在100nm以下时,界面处的散射和晶粒边界比块状材料性能更为重要,电阻率呈指数增加。任何铜截面的减少都有双重影响:方块电阻增加和电阻率成倍上升。对于长线,电阻比较重要;对于较短线的性能,电容的影响较大。尽管电阻仍然与截面有关,但较长导线受尺寸效应的双重影响并不太大。其它的电路限制因数使简单地增加导线尺寸不实际。为此,制造商希望采用比较薄的阻挡层,允许在给定的光刻特征图形中容纳更多的铜。

新阻挡层新集成挑战
为了减少阻挡层厚度,要考虑二个重要因素:a)防止铜扩散进入介质,b)确保铜层的牢固粘附。上述二个要求中工艺的优先考虑存在竞争性。为了防止铜扩散进入介质,阻挡层必须足够厚、保形且没有孔洞。而对于许多32nm及以上节点的应用来说,现在已普遍采用多孔低k介质层。厚阻挡层还增加纯电阻。

为了改善界面处的粘附强度,阻挡层必须一方面要与铜有牢固的界面键合,另一方面要与低k介质层形成牢固的界面键合。若单一介质层达不到目的,目前的趋势是用双层,如在Cu下Ru或Co或Mn的组合(称为胶粘层),然后在胶粘层下用另一层TaN。与单一阻挡层比较,采用双层某种程度上允许减少阻挡层的厚度。

用于Cu工艺的CMP后新清洗方法
因此,为Cu工艺开发CMP后清洗配方的复杂性就在于,有图形晶圆中存在多个堆叠在一起的不同界面,当CMP工艺后在清洗机中清洗晶圆时,这些界面均暴露在CMP后清洗溶液内。溶液中不同的电耦合产生了不同的腐蚀问题,这也许难以用光晶圆的研究预计。对于Co籽晶增强层(SEL)和Ru阻挡层,发现一种碱性的CMP后清洗溶液是非常理想的选择(见图1)。

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在各种CMP后清洗中,有图形晶圆的高密度铜线条区清洗后有可能形成树突的问题。采用合适的配方可以避免树突的形成,如图2所示。

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除了引入不同的金属作为阻挡层或籽晶增强层外,暴露在CMP后清洗配方中时,用作介质层的多孔低k薄膜也易受k值变化的影响。若这种变化是由介质薄膜化学性质的改变引起,那么,就认为工艺是不稳定的,需要改变清洗液配方。如表1所示,CoppeReady? CP98证明适用于多孔低k薄膜。

Cu互连工艺中与疏

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水性超低k介质薄膜集成有关的另一问题是,CMP后清洗工艺以后出现水迹。为了在清洗及干燥后消除晶圆表面的水迹,优化配方无疑是达到该目标的重要一步。但是,这也要求开发优化工艺。优化工艺包括采用基于Marangoni原理的IPA蒸汽干燥器。

由于几乎所有的阻挡层CMP研磨液都包含某种类型的薄膜形成Cu腐蚀抑制剂。有必要配方一种清洗溶液,它能在清洗机清洗工艺后从Cu表

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