新型碱性清洗剂对BTA去除的研究

为了有效去除化学机械抛光(CMP)后清洗中的苯并三氮唑(BTA)沾污,分析了碱性清洗剂中FA/OⅡ型螯合剂和FA/OⅠ型表面活性剂对BTA去除的影响规律。铜光片上的单因素实验中,通过测试铜光片清洗前后铜表面与去离子水的接触角得出:FA/OⅡ型螯合剂是影响铜光片上BTA去除的主要因素,FA/OⅠ型表面活性剂对铜光片上BTA的去除有一定的作用。利用扫描电镜测试采用不同体积分数和不同配比的清洗液清洗后的图形片上的BTA沾污,通过对比清洗后铜光片上残留的BTA沾污数量可知,清洗剂中FA/OⅡ型螯合剂体积分数为0.01%和FA/O I型表面活性剂体积分数为0.25%时,清洗剂清洗BTA沾污效果最好,基本上无BTA沾污残留,并且清洗后未发现氧化铜颗粒和硅溶胶颗粒沾污。     

不同体积分数螯合剂对Cu-BTA去除的影响

化学机械抛光(CMP)过程中苯并三氮唑(BTA)与金属铜反应生成表面难溶、难以去除的Cu-BTA钝化膜,是抛光后清洗过程中主要去除的对象。采用自主研发的FA/OⅡ型碱性螯合剂作为清洗液的主要成分,并对清洗过程中有效去除Cu-BTA的螯合剂体积分数进行了研究。通过Cu-BTA膜厚生长实验,确定Cu-BTA的生长方式。根据BTA在不同FA/O型螯合剂中溶解度对比实验,确定FA/OⅡ型螯合剂为清洗液的主要成分。通过大量实验得到,FA/OⅡ型螯合剂体积分数为0.007 5%~0.015%时,能有效去除Cu-BTA钝化膜及表面其他残留物,接触角下降到29°,表面粗糙度得到改善约为3.91 nm。此外,静态腐蚀速率实验进一步验证接触角的测试结果,确定有效去除Cu-BTA的螯合剂体积分数。     

FA/O碱性清洗液对GLSI多层Cu布线粗糙度的优化

采用自主研发的FA/O碱性清洗液对多层Cu布线表面粗糙度进行优化。通过改变清洗液中螯合剂与活性剂的体积分数,做单因素实验,得到最佳配比。利用原子力显微镜观察布线片表面清洗前后粗糙度的变化,电化学测试仪测试各种清洗液对晶圆表面的腐蚀情况。通过对比实验得出当FA/O碱性清洗液中FA/O II螯合剂体积分数为0.015%,O-20活性剂体积分数为0.15%时,表面粗糙度值最小为1.39 nm,而且表面和界面均没有腐蚀。     

一种对铜抛光后去除苯并三氮唑的新型清洗剂的研究

在化学机械平坦化(CMP)后,铜表面会残留一些颗粒污染(如二氧化硅)和有机物(如苯并三氮唑),这些杂质都会对集成电路造成很大的危害,因此CMP后清洗是必比不可少的过程。尤其是苯并三唑(BTA),它会和铜在其表面生成一层致密的Cu-BTA膜,使铜的表面疏水。这就要求有一种可以有效去除铜表面BTA的清洗剂。本次研究中提出的新型复合清洗剂主要来解决两个问题：一个是BTA的去除问题,另一个是清洗液对铜表面腐蚀的问题。清洗剂的主要成分有两种,一种是FA / OⅡ型碱性螯合剂,它主要用来去除BTA,另一种是FA / O I型表面活性剂,它主要用来解决铜表面的腐蚀问题。通过接触角和电化学的手段来表征BTA的去除情况。表面活性剂的抗腐蚀能力主要通过电化学实验来反映。本文提出的复合清洗剂在不腐蚀铜表面的前提下对于BTA的去除很有优势。关键词： 去除苯并三氮唑;碱性螯合剂;表面活性剂; 腐蚀抑制剂     

无氧化剂条件下铜钴CMP去除速率的控制北大核心

利用不含氧化剂的碱性抛光液对铜和钴进行化学机械抛光,深入分析了抛光液组分包括硅溶胶磨料、FA/O螯合剂以及非离子表面活性剂对两种金属去除速率的影响规律及作用机理。实验结果表明,铜和钴的去除速率随着磨料质量分数的增加而升高,并且在磨料质量分数低于5%时钴的去除速率为20~30 nm/min,而铜的去除速率几乎为零;加入FA/O螯合剂可增强其与金属离子的络合,从而加快铜和钴的去除速率;非离子表面活性剂可以有效降低铜和钴的表面粗糙度。在抛光液各组分的协同作用下,可以达到两种材料的低表面粗糙度和高去除速率选择性。     

硅衬底清洗液中FA/O螯合剂的应用研究

FA/O螯合剂是一种具有1 3个螯合环的新型螯合剂,不含钠离子,并且易溶于水,稳定性好。通过对FA/O螯合剂在RCA标准清洗SC1、SC2溶液中的应用,对XPS的测试结果分析表明,FA/O螯合剂对Fe和Cu的络合能力比NH4OH的络合能力强,RCA标准清洗液中加入少量FA/O螯合剂就可使硅片表面微量铜、铁等金属污染物的去除效果显著增加。对清洗工艺的研究表明,在有螯合剂存在下,清洗温度控制在7 0℃,清洗时间为5 min.2次,效果更好。     

GLSI多层铜布线CMP后BTA去除研究

本文通过静态腐蚀速率的方法分析确立了碱性清洗剂中FA/OⅡ型螯合剂和FA/OⅠ型表面活性剂对BTA的去除规律。通过单因素实验和复合清洗剂的实验优化,确定了去除BTA的清洗剂配方,并通过接触角实验进一步证实实验结果的有效性。最后,将优化后的清洗剂配方在实际生产线上做试验,结果表明能有效去除BTA、CuO晶粒及磨料SiO2,且基本无界面腐蚀。解决了一直难以解决的多层铜布线CMP后有效去除BTA的难题,且该清洗剂成分简单,成本低而且环保。     

关于FA/O螯合剂降低铜布线片漏电流的研究

简要论述了互连工艺中铜布线取代铝布线的必然趋势,以及铜布线片化学机械抛光(CMP)后进行清洗的必要性。在集成电路制造的过程中,漏电流的危害已经引起了广泛关注。在CMP过程中产生的三种主要表面缺陷对漏电流都有一定的影响,但其中重金属离子对漏电流的影响是最大的。通过使用不同浓度的FA/O螯合剂对铜布线片进行清洗,从而得出最佳的去除金属离子降低漏电流的清洗浓度。为了防止FA/O螯合剂对铜线条造成腐蚀,采用在清洗液中加入缓蚀剂苯并三氮唑(BTA)来有效控制铜线条的表面腐蚀,从而得到理想的清洗结果。25℃时,加入20 mmol/L BTA的体积分数为0.4%的FA/O螯合剂降低漏电流的效果最佳。     

碱性铜抛光液在CMP工艺中的性能评估

研究了一种碱性铜抛光液,其基本组分是硅溶胶磨料、新型FA/O V型螯合剂、非离子表面活性剂和氧化剂(H2O2)。在压力为2 psi(1 psi=6.895 kPa)、抛头转速与抛盘转速分别为97和103 r/min、流量为300 mL/min的条件下,分析了铜膜去除速率随着螯合剂和氧化剂体积分数增加的作用规律。结果表明,加入体积分数2%的螯合剂和体积分数3%的氧化剂时,抛光液具有较好的自钝化能力和较高的铜膜去除速率。同时,研究了工艺参数在抛光过程中对去除速率和片内非均匀性(WIWNU)的影响,平坦化实验的抛光工艺选择压力1.5 psi、抛头和抛盘转速分别为87和93 r/min、流量300 mL/min。实验结果表明:此种抛光液在上述工艺条件下,抛光结束时剩余高低差为63.7 nm,具有较好的平坦化效果,对抛光液商业化提供了参考价值。     

各组分体积分数对碱性抛光液存储时间的影响

主要研究了碱性抛光液各组分体积分数对其有效存储时间的影响。实验中每隔两个月测试了抛光液的pH值、平均粒径和Cu膜去除速率等参数随存储时间的变化值。研究表明:FA/O螯合剂体积分数是影响抛光液有效存储时间的主要因素,螯合剂体积分数越高抛光液的有效存储时间越短。在FA/O螯合剂体积分数较低时(8%),Cu布线碱性抛光液的有效存储时间在半年以上,基本能够符合产业化要求。SiO2磨料体积分数和非离子型表面活性剂体积分数是影响碱性抛光液有效存储时间的次要因素,对其有效存储时间影响不明显。     

CMP碱性抛光液中的各组成成分对抛光速率影响程度的量化研究

本文结合神经网络和人工蜂群算法提出了CMP铜抛光速率预测模型,根据该模型,采用敏感性分析方法定量研究了碱性铜抛光液中的各成分（螯合剂、氧化剂、磨料和活性剂）及其交互作用对抛光速率的影响。结果表明：螯合剂、氧化剂、磨料和活性剂对抛光速率的相对影响系数分别为0.78、0.53、0.29、0.19;当抛光液中螯合剂和氧化剂含量的比例在2-7之间时,其交互作用对速率的影响最大,其敏感性系数在5-9之间;当磨料和氧化剂含量的比例>=5时,其交互作用对速率的影响比较大,其敏感性系数在2.5-6之间;活性剂和氧化剂的交互作用对抛光速率的影响不大,其敏感性系数小于3。因此,通过对神经网络和人工蜂群算法的改进,提出的CMP铜抛光速率预测模型可量化分析铜CMP抛光液的性能。     

不同压力下螯合剂浓度在碱性Cu CMP中的影响

We propose the action mechanism of Cu chemical mechanical planarization(CMP) in an alkaline solution.Meanwhile,the effect of abrasive mass fraction on the copper removal rate and within wafer non-uniformity(WIWNU) have been researched.In addition,we have also investigated the synergistic effect between the applied pressure and the FA/O chelating agent on the copper removal rate and WIWNU in the CMP process.Based on the experimental results,we chose several concentrations of the FA/O chelating agent,which added in the slurry can obtain a relatively high removal rate and a low WIWNU after polishing,to investigate the planarization performance of the copper slurry under different applied pressure conditions.The results demonstrate that the copper removal rate can reach 6125 °/min when the abrasive concentration is 3 wt.%.From the planarization experimental results,we can see that the residual step height is 562 ° after excessive copper of the wafer surface is eliminated.It denotes that a good polishing result is acquired when the FA/O chelating agent concentration and applied pressure are fixed at 3 vol% and 1 psi,respectively.All the results set forth here are very valuable for the research and development of alkaline slurry.     

Synergetic effect of chelating agent and nonionic surfactant for benzotriazoleremoval on post Cu-CMP cleaning

The cleaning of copper interconnects after chemical mechanical planarization (CMP) process is a critical step in integrated circuits (ICs) fabrication. Benzotriazole (BTA), which is used as corrosion inhibitor in the copper CMP slurry, is the primary source for the formation of organic contaminants. The presence of BTA can degrade the electrical properties and reliability of ICs which needs to be removed by using an effective cleaning solution. In this paper, an alkaline cleaning solution was proposed. The alkaline cleaning solution studied in this work consists of a chelating agent and a nonionic surfactant. The removal of BTA was characterized by contact angle measurements and potentiodynamic polarization studies. The cleaning properties of the proposed cleaning solution on a 300 mm copper patterned wafer were also quantified, total defect counts after cleaning was studied, scanning electron microscopy (SEM) review was used to identify types of BTA to confirm the ability of cleaning solution for BTA removal. All the results reveal that the chelating agent can effectively remove the BTA residual, nonionic surfactant can further improve the performance.     

新型碱性抛光液各组分对铜化学机械平坦化性能的影响

随着集成电路特征尺寸的减小、晶圆尺寸的增大以及布线层的逐渐增多,加工晶圆过程中实现较高的材料去除速率、较小的片内非一致性(WIWNU)及较小的表面粗糙度已经成为铜化学机械抛光工艺的几大难点.采用正交实验法选取5组抛光液进行Cu CMP实验,系统研究了含有双氧水、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、FA/O Ⅰ型螯合剂与苯骈三氮唑(BTA)的碱性抛光液化学组分对铜去除速率、WIWNU的影响,并对铜CMP的各种变化规律做出机理分析.结果表明:采用pH值约为8.6,体积分数为3％的H202,质量分数为0.08％的非离子表面活性剂AEO与体积分数为1.5％的螯合剂的碱性抛光液,在12英寸(1英寸=2.54 cm)铜镀膜片抛光后有助于去除速率达到629.1 nm/min,片内非一致性达到4.7％,粗糙度达到1.88 nm.     

Novel cleaning solutions for polysilicon film post chemicalmechanical polishing

Novel cleaning solutions were developed for post-CMP process, surfactant tetra methyl ammonium hydroxide (TMAH) and/or chelating agent ethylene diamine tetra acetic acid (EDTA) were added into the diluted ammonium hydroxide (NH₄OH+H₂O) alkaline aqueous solution to enhance removal of metallic and organic contamination. From the experimental result, it is found that the particle and metal removal efficiency and the electrical characteristics are significantly improved for post-CMP cleaning     

新型碱性阻挡层抛光液对铜布线化学机械平坦化的评估研究

化学机械平坦化(CMP)是铜互连制备过程中唯一的全局平坦化技术。但是由于互连线铜与扩散阻挡层物理及化学性质上的差异,在阻挡层的化学机械平坦化过程中将加剧导致碟形坑的产生。目前,国际上抛光液以酸性为主,但是其存在固有的问题,如酸性气体挥发,腐蚀严重等。本论文研发出一种新型碱性阻挡层抛光液,与商用的阻挡层抛光液做对比,评估了其抛光性能。实验结果表明,新型碱性阻挡层抛光液抛光后表面状态好,粗糙度较低。另外,碟形坑及电阻测试结果表明,新型碱性阻挡层抛光后铜布线的表面形貌好,碟形坑小,能够应用于铜布线阻挡层的CMP中。     

碱性条件下铝CMP的机理分析及实验优化

依据铝的电化学腐蚀特性,阐明了碱性条件下铝化学机械抛光(CMP)的机理。由于铝的硬度较低,在抛光过程中容易产生微划伤等缺陷,因此首先探索出适宜铝化学机械抛光的低压条件(4 psi,1 psi=6.895 kPa)。此外,提出两步抛光的方法,在抛光初期采用压力4 psi,抛光液由质量分数为40%的纳米级硅溶胶与去离子水(DIW)以体积比1∶1配制,氧化剂(H2O2)体积分数为1.5%,FA/O I型表面活性剂体积分数为1%,调节FA/OⅡ型螯合剂pH值为11.0,获得了较高的铝去除速率(341 nm/min)。在抛光后期采用低压1.45 psi,抛光液主要成分为体积分数5%的FA/O表面活性剂,并在较大体积流量(300 mL/min)的条件下进行抛光,充分利用表面活性剂的作用,对实验方案进行优化。采用优化后的实验方案,铝表面的划伤和缺陷显著减少。