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制造工艺
针对高级技术节点中钨的 CMP 后清洗剂
录入时间:2017/6/14 17:37:05

针对术节点中 CMP 后清洗

作者:Ruben R. Lieten、Daniela White、Thomas Parson、鄭湘寧 - Entegris, Inc.
 

以下摘要来自 2016 年 9 月在比利时克诺克举行的第 13 届半导体表面超清洁处理 (UCPSS) 国际研讨会的研究演示稿。本摘要由演示稿作者之一 Ruben Lieten 提供,他是 Entegris 高级科学家 - IMEC 受让人。

目前,集成电路制造商高度依赖化学机械研磨 (CMP) 工艺来平整表面并去除导电金属层之间的多余绝缘层,以及与镶嵌工艺相关的金属互连(铜或钨)或钨插塞。

这些工艺中使用的研磨液通常是水溶液、含有研磨颗粒的低 pH 值或高 pH 值纳米分散剂、氧化剂、过氧化氢分解加速剂和/或钨防腐蚀添加剂。正因为如此,CMP 后表面被污染的概率非常高,制造商通常使用 CMP 后清洁配方来解决这一问题。随着钨被引入高级技术节点,CMP 后清洁化学品面临着下一个巨大挑战。

钨工艺中 CMP 后处理面临哪些挑战?

低 pH 值钨 CMP 研磨液中的粒子电荷通常是正极电荷。但是,钨表面在 pH 值大于 3 时始终带负电荷。这导致 CMP 后清洁过程中钨表面和残留颗粒之间产生强大的静电引力,从而造成 CMP 处理后表面被严重污染,例如研磨颗粒、有机残留物、抛光垫碎片、金属离子。

最佳清洁原理

利用 Entegris PlanarClean® AG CMP 后清洁技术,我们通过两种方法(图 1)来分解晶圆表面强大的 CMP 后颗粒静电相互作用,阻止颗粒分散并防止再沉淀。这包括:

1.使用可以吸收钨表面电荷并反转电荷的清洁添加剂,使钨表面发生电荷反转。
2.使用可以防止 CMP 后清洁完成后颗粒和有机残留物再沉淀的添加剂,在改性钨表面和研磨颗粒之间产生强大的排斥力。

 

1: 钨的CMP后清洗配方机械设计理念

 

方法 1 使用表面电荷反转和静电保护,看似可行。然而,方法 2 却提供了最佳解决方案,两个强负电荷表面相互排斥,实现最低附着力。

表 1 总结了方法 2 中 Entegris PlanarClean AG W-100 配方使用的主要添加剂及其作用。


1 - PlanarClean AG W-100 配方添加列表 - 功能与机理
 

总结

针对实验,我们观察了几种用于改进钨插塞的CMP后清洁的机械方法和实验数据,它们都使用 TiN 作为“阻挡层/衬垫”,以及用于 10 nm 技术节点(金属间距为 40 nm)的SiO2 和 Si3N4作为绝缘底层。我们选取了两种主要方法:一个使用可以吸收钨表面电荷并反转钨表面电荷的清洁添加剂,另一个使用有机添加剂来反转粒子电荷。后者产生了两个相互排斥的强负电荷表面,实现了最佳清洁效果。对于采用 TiN 阻挡层/衬垫的钨,PlanarClean AG W-100(及各种版本)显示出优异的材料兼容性以及 CMP 后残留物去除能力。与稀氨水清洁相比较,该方法大大降低了(20 倍以上)Si3N4 表面的缺陷水平(见图 2)。


2:在 Si3N4 表面使用 PlanarClean AG W-100 配方的缺陷帕累托分析


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