刘玉岭 (中国天津市红桥区光荣道8号, Tianjin 0, 300130, CN)
HUANG, Yanyan (No.8, Guangrong RoadHongqiao District, Tianjin 0, 300130, CN)
黄妍妍 (中国天津市红桥区光荣道8号, Tianjin 0, 300130, CN)
TAN, Baimei (No.8, Guangrong RoadHongqiao District, Tianjin 0, 300130, CN)
河北工业大学 (中国天津市红桥区光荣道8号, Tianjin 0, 300130, CN)
LIU, Yuling (No.8, Guangrong RoadHongqiao District, Tianjin 0, 300130, CN)
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HUANG, Yanyan (No.8, Guangrong RoadHongqiao District, Tianjin 0, 300130, CN)
黄妍妍 (中国天津市红桥区光荣道8号, Tianjin 0, 300130, CN)
| 权利要求书 1. 一种超大规模集成电路多层铜布线化学机械抛光后的洁净方法， 具体清洗方 法步骤如下： ( 1 ) 制备水抛液， 按重量份数计 （份） 非离子表面活性剂 0.1-5 阻蚀剂 0.1-7 螯合剂 0.1-0.6 余量为去离子水； (2) 用三乙醇胺调节水抛清洗液的 pH值等于 7-8; ( 3 ) 在多层铜布线化学机械抛光后立即使用 (1)制成的水抛液进行水抛， 流量 500ml/min-5000ml/min, 时间 0.5-1分钟； (4) 使用 TCQ-250超声波清洗机， 在去离子水中对抛光后的 Cu布线晶圆超声 清洗,超声频率为 60Hz, 温度均控制在 50°C， 超声时间 0.5-1分钟； ( 5 ) 取出后干燥。 |
本发明属于清洗技术， 尤其涉及一种超大规模集成电路多层铜布线化 学 机械抛光后的洁净方法。 说
背景技术
化学机械抛光技术（CMP )已成为全局平整化的主流技术之一。化学机 抛光后的颗粒、 有机物、 金属离子等污染物会对集成器件造成致命影响 。 因 此， 去除化学机械抛光后污染成为半导体书工业发 展的重要问题。
随着微电子器件集成度进一步提高，超大规模 集成电路 ( GLS I )布线层不 断增加，低电阻 Cu代替 A1成为新的金属互连线已成为新的发展趋势。 着化 学机械抛光技术的不断发展，为了提高产品的 良品率，业界对化学机械抛光工 艺提出了更高的要求，其中最重要的就是要保 持抛光后表面的清洁，尽可能地 减少沾污颗粒。 这对化学机械抛光后的清洗技术，尤其是对 Cu布线抛光后的 清洗提出了很高的要求。同时，随着芯片集成 度的增加（每隔 3年翻两番)和半 导体器件特征尺寸的不断缩小（每隔 3年缩小 1 / 3)，半导体技术对于芯片表面 吸附颗粒的数量和尺寸方面的要求也越来越苛 刻，例如， 200mm S i片、 0. 07 μ m集成电路工艺要求粒径不大于 20nm的颗粒小于 10个 /片。 目前的研究目标 就是去除吸附性很强的纳米级颗粒。要用传统 的商用清洗试剂或 HF为主的清 洗试剂去除污染物，会造成介质材料的损失， 这在 Cu 大马士革互连结构间会 导致不必要的感应串扰效应。 同时，化学机械抛光后，由于残留抛光液导致 新 加工表面的非均匀氧化腐蚀是目前清洗中一个 亟待解决的问题。因此，研究去 除 CMP后芯片表面的沾污颗粒又不损伤 Cu线的清洗方法，已经成为半导体工 业发展的一个十分重要的方向。
在多层 Cu布线化学机械抛光过程中，表面污染主要来 抛光垫、 Cu颗粒 和 S i 0 2 颗粒等。 多层 Cu布线 CMP后新生表面能量高，急待吸附一层物质达到 稳态，其吸附过程首先是周围物质粒子以范德 华力物理吸附在表面，作用力弱， 易去除；随着距离接近，很快放出能量形成难 清洗的化学吸附，直至和主体键 合成为一体，传统清洗方法难以去除。
目前， 釆用非离子表面活性剂去除 CMP后表面吸附颗粒的方法已经取得 了一定的进展。 然而，在多层 Cu布线化学机械抛光后残留的抛光液和吸附颗 粒严重影响 C u表面的洁净度，颗粒周围的表面继续化学反 ，形成的腐蚀圈， 且 Cu表面缺陷处能量高，腐蚀速率快，出现腐蚀 ，同时暴露在空气中快速非 均化氧化，从而造成电阻率增大，出现发热、 电迁移等，导致器件可靠性降低。
GLSI多层铜布线 CMP后的这一发明对解决原有方法非均化腐蚀 和颗粒 难以去除问题尤其重要。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的不足， 提供一种简便易行、 无污染、 洁 净的超大规模集成电路多层铜布线化学机械抛 光后的洁净方法， 解决了目前 清洗方法不能完全解决的非均化腐蚀氧化问题 ， 即解决了原有清洗方法所造 成残留抛光液和吸附颗粒严重影响 Cu表面的洁净度，颗粒周围的表面继续化 学反应，形成的腐蚀圈， 且 Cu表面缺陷处能量高，腐蚀速率快，出现腐蚀 和 表面快速非均化氧化，导致其电阻率增大，出 现发热、电迁移等，致使器件可靠 性降低的问题。
本发明为实现上述目的， 通过以下技术方案实现， 一种超大规模集成电 路多层铜布线化学机械抛光后的洁净方法， 具体清洗方法步骤如下：
( 1 )制备水抛液， 按重量份数计 （份）
非离子表面活性剂 0. 1-5
阻蚀剂 0. 1-7
螯合剂 0. 1-0. 6
余量为去离子水；
( 2 )用三乙醇胺调节水抛清洗液的 pH值等于 7-8;
( 3 )在多层铜布线化学机械抛光后立即使用（1)制 成的水抛液进行水抛， 流 量 500ml/min-5000ml/min, 时间 0. 5-1分钟；
( 4 )使用 TCQ-250超声波清洗机， 在去离子水中对抛光后的 Cu布线晶圓超 声清洗，超声频率为 60Hz， 温度均控制在 50°C , 超声时间 0. 5-1分钟； ( 5 )取出后干燥。
所述阻蚀剂成分为六四曱基四胺和苯丙三唑。
有益效果： 活性剂分子在 Cu表面和颗粒表面形成致密的保护层， 不仅能 有效地去除多层 Cu布线化学机械抛光后表面沾污颗粒，而且防 Cu布线表面 非均化腐蚀或进一步被氧化和腐蚀， 可有效降低金属离子的污染， 以及表面 颗粒难以去除的化学吸附与键和的表面状态， 使之转化为易于清洗的物理吸 附。 清洗效果明显优于使用单一的非离子表面活性 剂的清洗效果。
具体实施方式
以下结合较佳实施例， 对依据本发明提供的具体实施方式佯述如下： 一 种超大规模集成电路多层铜布线化学机械抛光 后的洁净方法， 具体清洗方法 步骤如下：
( 1 )制备水抛清洗液， 按重量份数计 （份）
非离子表面活性剂 0. 1-5
阻蚀剂 0. 1-7
螯合剂 0. 1-0. 6
余量为去离子水；
( 2 )用三乙醇胺调节水抛清洗液的 pH值等于 8;
( 3 )在多层铜布线化学机械抛光后立即使用（1)制 成的水抛液进行水抛， 流 量 500ml/min-5000ml/min, 时间 0. 5-1分钟；
( 4 )使用 TCQ-250超声波清洗机， 在去离子水中对抛光后的 Cu布线晶圓超 声清洗，超声频率为 60Hz， 温度均控制在 50°C , 超声时间 0. 5-1分钟；
( 5 )取出后干燥。
所述阻蚀剂为市售商品，其成分为六四曱基四 胺和苯丙三唑。清洗后在有 效去除多层 Cu布线化学机械抛光后表面沾污颗粒同时减少 Cu表面非均化腐 蚀与氧化， 可使清洗效果达到最佳。
所述的表面活性剂为天津晶冷微电子材料有限 公司市售 FA/0 I型表面 活性剂、 On- 7 ( (C 10 H 21 -C 6 H 4 -0-CH 2 CH 2 0) 7 - H)、 0 Π - 10 ( (C 1() H 2 「C 6 H 4 - 0- CH 2 CH 2 0) 10 -H)、
0-20 (C 12 - 18 H 25 - 37 -C 6 H 4 -0-CH 2 CH 2 0) 7 。-H)或 JFC的一种。表面活性剂可使抛光后晶 片表面高的表面张力迅速降低， 渗透作用使表面状态转化为易清洗的物理吸 附， 减少损伤层， 提高质量传递的均匀性； 所述的螯合剂为天津晶冷微电子材料有限公司 市售 FA/0 II型螯合剂。 成分为乙二胺四乙酸四 （四羟乙基乙二胺） 。
所述步骤 ( 3 )超声时间仅用 0. 5-1分钟， 效率得到提高。
实施例一
所述制备的水抛液由下列化合物组成， 按重量份数计（份） 非离子表面活性剂 0. 1 , 阻蚀剂 7 , 螯合剂 0. 4 , 余量为去离子水。
实施例二
所述制备的水抛液由下列化合物组成， 按重量份数计（份） 非离子表面活性剂 5 , 阻蚀剂 0. 1 , 螯合剂 0. 6 , 余量为去离子水。
实施例三
所述制备的水抛液由下列化合物组成， 按重量份数计（份） 非离子表面活性剂 3, 阻蚀剂 5 , 螯合剂 0. 1 , 余量为去离子水。
使用上述实施例中的参数配置的水抛液分别按 照本文所述步骤进行操 作， 其结果经检测：
1、 釆用本文所述步骤操作后， 经检测 Cu布线晶圓表面不出现氧化。
2、 在 100倍显微镜下观察发现， Cu布线晶圓表面未出现非均化腐蚀、 腐蚀圈、 腐蚀坑。
3、 Cu布线晶圓表面 Cu 2+ 、 Fe 3+ 、 Ni 2+ 等金属离子形成极稳定的鳌合物 离子和络合物离子。 用 "石墨炉原子吸收" 进行检测发现介质表面 Cu 2+ 、 Fe 3+ 、 Ni 2+ 等金属离子均降到 ppb级以下。
工作原理： 清洗液中釆用非离子表面活性剂控制颗粒的吸 附状态， 优先吸 附在 Cu表面，形成物理吸附大分子层。这样，就可 吸附颗粒长期处于易清洗 的物理吸附状态。 当颗粒以物理吸附的形式吸附于 Cu表面时，随着溶液分子 的热运动，会在 Cu表面作微小位移， Cu表面的断裂键会与颗粒不断地吸引和 拉开， 此时加入非离子表面活性剂的活性分子会借助 于润湿渗透作用迅速在 Cu表面和颗粒表面铺展开，形成一层致密的保 层。 由于活性剂分子亲水基 会与 Cu表面形成多点吸附，颗粒在 Cu表面移动时，渗透压使溶液中自由的活 性剂分子以及已经吸附的活性剂分子的亲水基 上未吸附的自由部分，向 Cu表 面和颗粒的接触缝隙间渗入，随时与 Cu表面和颗粒上出现的剩余自由键相吸 引、 结合，促使 Cu表面与颗粒间作用力键越来越少，最后使颗 与 Cu表面分 离。活性剂分子在 Cu表面和颗粒表面形成致密的质点保护层，防 颗粒与 Cu 表面形成二次吸附，完成颗粒从 Cu表面的解吸；
同时釆用添加阻蚀剂（成分为六四曱基四胺和 苯丙三唑）的方法来解决 CMP后 Cu线继续被氧化腐蚀不均匀的问题。 阻蚀剂可以与 Cu表面形成一种 链状的半永久性聚合络合物 Cu-BTA表面膜。厚度为 5nm的单分子化学吸附膜 具有较好的附着性和较高的热稳定性，在 340 °C下不分解。因此， BTA有较好的 抗氧化和防蚀作用，从而提高清洗后 Cu表面的平整度；
清洗液 pH值等于 7-8。 实验证明， 在弱碱性条件下，非离子表面活性剂 使渗透性作用更强，更加有利于颗粒解析。
以上所述， 仅是本发明的较佳实施例而已， 并非对本发明的结构作任何 改、 等同变化与修饰， 均仍属于本发明的技术方案的范围内。