引言

銅是超大規(guī)模集成ULSI的金屬化選擇。在先進的微處理器中，銅布線現在被用于所有具有多達12個金屬化層的互連層。原則上，互連是由金屬線制成的電路徑或電荷載體，并且被絕緣的層間電介質ILD材料分隔開。用銅代替鋁合金要求在集成、金屬化和圖案化工藝技術方面進行顯著的變革。為了獲得最佳的器件性能、可靠性和壽命，必須避免薄膜腐蝕。這也要求采用與銅兼容的濕法蝕刻清潔化學物質來集成銅互連的雙鑲嵌DD圖案化。對于濕法蝕刻清洗步驟來說，最關鍵的是在聚合物、殘余物以及金屬和非金屬顆粒去除方面要堅固，并且在濕法蝕刻清洗過程中與暴露的襯底材料表現出高度的兼容性。

本文的目的是研究銅薄膜在含氟化氫、有機化合物和過氧化氫的水溶液中的腐蝕/溶解及其與銅互連的半導體DD圖案化的相關性。這種溶液通常用于半導體工業(yè)中的等離子體蝕刻后清洗。此外，我們從機械和動力學的角度關注過氧化氫對銅腐蝕的影響。過氧化氫是集成電路器件制造過程中用于去除顆粒和殘留物的許多清洗配方中的常見成分。

實驗

基底—使用銅在覆蓋硅晶片銅/硅襯底上進行實驗。使用典型的工業(yè)電鍍設備21、22均勻沉積銅膜，隨后進行化學機械平坦化步驟，以在DD工藝期間緊密模擬實際的銅表面。銅膜的厚度約為400納米，由四點探針法表面電阻率儀測定，。SRM-232型和橫截面掃描電子顯微鏡SEM。

表面處理。—在進行電化學或溶解實驗之前，用0.49重量%的氟化氫進行表面處理，以確保表面清潔。進行了一組篩選實驗來研究用于表面清潔的HF溶液中的最佳浸泡時間。1分鐘的HF是合適的。這種預處理提供了清潔的表面，在該表面上天然氧化銅被部分去除，以暴露出清潔的元素銅表面。晶片長時間暴露在氟化氫中5分鐘沒有改變x光電子能譜的XPS光譜，該光譜由于CuI和Cu0而呈現峰值.

結果和討論

電化學腐蝕測量-OCP測量。-以銅膜為工作電極的含H2O2、非脫氧和部分脫氧清潔溶液的OCP測量值如圖所示。分別為3a-c。在所有情況下，OCP呈指數衰減到最終的平衡值，這表明銅薄膜在這些溶液中變得更加活躍。在含有強氧化劑過氧化氫的清洗溶液中，OCP值從0.301V開始穩(wěn)定為0.291V，即超過5min變化約10mV。穩(wěn)定性表明銅的腐蝕處于活化極化。OCP在勢動力學曲線上的截面如圖所示。4a表示銅處于活性腐蝕。

在無脫氣溶液中，建立OCP的時間尺度更長，這意味著擴散控制過程。未脫氣溶液中的OCP電位變化為30毫伏，持續(xù)時間為25分鐘。此外，將OCP值與圖2的極化曲線中的有效電位值進行比較。4表示銅在OCP很活躍。OCP值取決于溶解氧的濃度。氧濃度的任何降低都會導致的極限電流密度和電位值降低導致開路衰減的陰極反應。這表明銅的腐蝕處于濃差極化狀態(tài)。

本研究的局限性之一是，它使用了無圖案的覆蓋晶片，而不是銅損傷的無圖案晶片。納米尺度的圖案可能表現出更高的腐蝕速率，因為預計溶解速率取決于幾個物理因素和膜特性，例如曲率開爾文效應、晶粒尺寸、紋理、幾何形狀和微觀結構.此外，隨著晶片表面特征尺寸的不斷減小，這些特征為異質成核提供了過多的位置。即使考慮到這種增強的沉積機制，降低溶液中的銅濃度也會降低過飽和程度，從而降低成核事件的概率。

結論

隨著半導體工業(yè)中的多步驟、多層處理變得更加復雜，清洗溶液/化學品在提高產量和減少缺陷方面的作用變得越來越重要。出現在包含銅互連線的ILD或金屬表面上的不需要的殘留物或沉積物富含銅。我們將這些殘留物中銅的來源歸因于清洗過程中發(fā)生的腐蝕過程。在清洗溶液中進行的電動力學極化實驗顯示了主動、主動-被動、被動和跨被動區(qū)域。使用除氧溶液和可能使用過氧化氫提供了一種有效的方法來降低清潔溶液中的腐蝕率和銅濃度。過氧化氫添加到清潔溶液似乎是非常有益的，通過創(chuàng)建一個氧化銅膜，降低銅的腐蝕率。此外，過氧化氫的摻入提供了一個額外的優(yōu)勢，通過提高清除溶液清除顆粒和容易氧化的有機殘留物的能力。

審核編輯：符乾江