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引言
? ? ? 為了使器件動作高速化，盡可能地抑制布線延遲變得很重要。為此，需要使用布線電阻低的Cu布線和降低布線間容量的低介電常數(shù)層間膜。最近，Cu布線搭載的器件相繼發(fā)表，層間膜使用通常的氧化膜的結構的產(chǎn)品已經(jīng)上市，全世界Cu布線的開發(fā)急速加速。而且，Cu布線被認為只有與低介電常數(shù)層間膜（Low―K）相結合才有高速化的意義，關于Cu/Low―K的發(fā)表也在增加。
? ? ? 為了實現(xiàn)Cu布線，必須使用Cu―CMP來形成溝槽布線結構，并且在CMP之后，由于大量的顆粒和金屬污染殘留在晶片上，因此需要在CMP之后進行清洗。在Cu膜和Low―K膜中被認為是有希望的HSQ膜的英特化結構的CMP中，由于Cu膜和HSQ膜的耐藥液性低，因此很難用傳統(tǒng)上在硅工藝中使用的清洗液進行清洗。此外，在使用清洗液時，必須考慮環(huán)境負荷。因此，在不損壞金屬布線和Low―K膜的情況下，作為環(huán)境負荷低的清洗液，進行電解離子水和有機酸的研究。
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Cu/HSQ-CMP后清洗的課題
? ? ? Cu―CMP之后的Cu/HSQ溝接線構造如圖1所示。不僅是氧化鋁和二氧化硅等的研磨粒子，Cu等的金屬污染也大量殘留在晶圓的表面。一直以來用于CMP后清洗的利用氨水的粒子除去和利用稀釋氫氟酸的金屬污染除去，難以用于蝕刻或損傷Cu膜和HSQ膜。因此，在CMP后清洗中，不會損傷表面露出的Cu配線和HSQ膜。
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開發(fā)的Cu/HSQ-CMP后清洗
? ? ? 如圖2所示，這次開發(fā)的清洗程序是為了除去殘留顆粒，在第1階段用純水電解陰極水進行刷擦洗清洗，在第2階段用草酸進行除去金屬污染的自旋清洗。
為了除去殘留在晶圓表面的粒子，需要用刷子擦洗使粒子從表面脫離，為了不使脫離的粒子再附著，將粒子除去到晶圓外的過程。為了抑制粒子的再附著，起表面電位的排斥作用的堿性溶液是有效的，W―CMP后清洗，氨但是氨水如表1所示蝕刻Cu膜，使HSQ膜劣化。由于Cu膜容易與氨水形成氨絡合物，因此容易被蝕刻，而對于HSQ膜，由于氨水的OH基，膜中的Si―H鍵變化為Si―OH鍵，因此即使是稀釋氨水（3×10―5%），相對介電常數(shù)也從2.9增加到4.2。因此，這些洗滌液很難作為Cu/HSQ―CMP后的洗滌液使用。因此開發(fā)出的清洗液是用圖3所示的裝置電解超純水，從陰極側得到的純水電解陰極水。純水電解陰極水如圖4所示，pH為中性，是具有還原電位的清洗液。
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圖4 電解水的PH-電位圖
? ? ? 一般用于CMP后去除金屬污染的稀釋氫氟酸(DHF)，由于對HSQ膜的蝕刻速度極快（DHF:0.5%時250nm/min以上），不能使用。此外，DHF還存在對布線和插頭上的金屬污染的去除性低的問題。此外，純水電解陰極水在去除顆粒方面很有效，但對金屬污染的去除能力不高。因此，開發(fā)了使用草酸(COOH)2的清洗方法，該草酸(COOH)2可以蝕刻HSQ膜和Cu膜，并在不劣化的情況下去除Cu等污染。圖8顯示了各種有機酸洗凈對Cu及Fe污染的去除性。評價樣品是將Si基板浸泡在含有Cu或Fe的氨過氧化氫水溶液中進行強制污染，因此表面呈親水性。將被污染的基板在各種有機酸水溶液（5w%）中進行3分鐘的浸泡洗凈處理的結果，如圖8所示，在各種有機酸中草酸去除Cu及Fe的金屬污染的效果很高。這是因為草酸的化學結構與其他有機酸相比較簡單，可以容易地與Cu及Fe形成螯合絡合物。
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圖8 通過各種有機酸清洗的Cu、Fe污染去除效果
? ? ? 眾所周知，Cu在Si中的擴散速度非?？?，但也有報告指出，等離子氧化膜中也是通過熱處理和電場擴散的11）。HSQ膜等Low―K膜與等離子氧化膜相比，由于結構疏松，因此更擔心Cu在膜中的擴散。在此，調查了Cu污染對HSQ膜的漏電流的影響。
? ? ? 清洗藥液的開發(fā)，不僅能夠在不損傷構成裝置的材料的情況下進行有效的清洗，而且能夠降低對環(huán)境的負荷，近年來也變得非常重要。純水電解陰極水的基本組成是純水，廢液處理非常容易。另外，由于草酸是具有螯合效果的有機酸中結構最簡單的，每分子的碳數(shù)最少，只有2個（檸檬酸為6個）。因此，與其他有機酸相比，可以降低廢液中所含的碳濃度。像這樣，這次開發(fā)的清洗水，無論哪一種都容易進行廢液處理，降低了對環(huán)境的負荷。
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總結
? ? ? 作為Cu/HSQ―CMP后清洗工藝，開發(fā)了使用純水電解陰極水和草酸水溶液的清洗技術，能夠在不損壞Cu膜和HSQ膜的情況下有效地去除殘留的顆粒污染和金屬污染。今后，在使用Cu布線和低介電常數(shù)層間膜的高速邏輯器件的實用化上，像這樣不損壞器件構成材料的清洗方法將變得越來越重要。此外，還需要環(huán)境負荷小的清洗方法。