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在化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)拋光工藝之后去除晶片上的殘留物是非常重要的，因?yàn)檫@些殘留物會(huì)對(duì)晶片造成各種缺陷。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，在拋光處理之后，氫氧化銨溶液或其混合物已經(jīng)被用于去除顆粒和污染物。通過(guò)混合水、過(guò)氧化氫和氫氧化銨制備的被稱為標(biāo)準(zhǔn)清潔(SC)溶液的RCA化學(xué)品被稱為SC1，而水、過(guò)氧化氫和鹽酸的混合物被稱為SC2。
使用兆頻超聲波和SC溶液對(duì)CMP工藝進(jìn)行的研究得出結(jié)論，SC化學(xué)品的濃度越低，[的清洗效率越高至今仍被廣泛用作清潔劑用于去除硅基表面有機(jī)和金屬污染物的試劑，因?yàn)樗鼈兙哂袚]發(fā)性且與硅化合物的反應(yīng)性低。
除了SC溶液之外，通過(guò)使用稀釋的氫氧化銨產(chǎn)生電排斥的方法去除顆粒在半導(dǎo)體工業(yè)中普遍采用本文介紹了對(duì)非氨基替代解決方案進(jìn)行的研究。鑒于新的受控參數(shù)，本研究將氨態(tài)氮納入符合表1工業(yè)廢水限值的參數(shù)中。對(duì)于位于集水區(qū)下游的標(biāo)準(zhǔn)B設(shè)施，工業(yè)廢水的允許限值設(shè)定為百萬(wàn)分之20(ppm)。
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圖?1
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圖2 化學(xué)機(jī)械拋光氧化物機(jī)理
CMP氧化物機(jī)理如圖2所示。拋光墊擠壓這些磨粒以拋光晶片表面，拋光過(guò)程將均勻地發(fā)生在晶片的整個(gè)表面上。由于拋光液富含鉀離子和顆粒，拋光后有效去除這些殘留物至關(guān)重要。拋光站和OnTrack清潔器集成在一起，確保從拋光的晶片上有效去除污染物。SFI工具采用了三個(gè)步驟的CMP工藝流程，從拋光開(kāi)始，接著是稱為拋光和清洗的兩個(gè)階段的CMP后清洗
在CMP氧化工藝中，使用鎢漿料通過(guò)緩沖站處理晶片。晶片表面與柔軟的PVA(聚乙烯醇)墊直接接觸，當(dāng)旋轉(zhuǎn)發(fā)生時(shí)，PVA墊通過(guò)旋轉(zhuǎn)扭矩去除污染物。拋光過(guò)程的效率會(huì)受到流速類型、拋光墊順應(yīng)性、拋光墊和晶片之間的壓力、轉(zhuǎn)速和拋光時(shí)間[4].的影響緩沖站的照片如下圖3所示。
拋光過(guò)程完成后，晶片應(yīng)使用OnTrack Cleaner進(jìn)入清洗過(guò)程。該清潔器由位于晶片頂部和底部的一對(duì)滾刷組成，在清潔步驟中，滾刷隨著超純水(UPW)、化學(xué)溶液或兩種溶液的組合的連續(xù)流動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。圖4顯示了這些溶液如何流過(guò)刷子。拋光和清潔過(guò)程都是在清潔過(guò)程中結(jié)合使用機(jī)械力和化學(xué)反應(yīng)。
在對(duì)25個(gè)晶片進(jìn)行拋光效率測(cè)試的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)拋光處理前后晶片表面上顆粒數(shù)量的差異，發(fā)現(xiàn)99.1%的顆粒被去除。這意味著拋光步驟是去除顆粒的有效步驟。下面的圖6顯示了從該實(shí)驗(yàn)中獲得的一個(gè)晶片圖。很明顯，單獨(dú)的拋光已經(jīng)成功地去除了拋光過(guò)程后留在晶片表面上的幾乎所有顆粒。研究表明，不使用任何化學(xué)物質(zhì)也可以完全清除顆粒然而，在他的實(shí)驗(yàn)中使用的工具配備了兆頻超聲波清洗功能。
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圖6拋光前(左)和拋光后(右)的晶圓圖
接下來(lái)，評(píng)估使用三種不同介質(zhì)溶液的清潔效率；UPW、2%氫氧化銨溶液和SCS。在該試驗(yàn)中，UPW和SCS與作為清潔器標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)的氫氧化銨進(jìn)行比較。拋光步驟完成后，晶片直接用于清洗步驟，無(wú)需拋光過(guò)程。這種跳過(guò)拋光過(guò)程是因?yàn)閽伖庠谌コw粒方面具有出色的能力。圖7所示的結(jié)果表明，所有這些溶液的顆粒去除效率相當(dāng)，平均去除率在96.6%至97.2%之間。
從圖8所示的ANNOVA試驗(yàn)可以看出拋光技術(shù)在去除顆粒方面的優(yōu)勢(shì)。在清潔步驟中其它類似研究發(fā)現(xiàn)，氫氧化四甲銨(TMAH)和螯合劑乙二胺四乙酸(EDTA)的組合導(dǎo)致良好的顆粒和污染物清潔。TMAH起表面活性劑的作用，而EDTA增強(qiáng)了金屬污染物的顆粒和晶片表面之間的雙電層排斥然而，TMAH是一種基于氨的化學(xué)物質(zhì)，可能導(dǎo)致工業(yè)廢水中氨態(tài)氮含量高。
當(dāng)氨、SCS和UPW用作促進(jìn)刷子清潔的介質(zhì)時(shí)，陽(yáng)離子去除效率沒(méi)有差異。然而，氫氧化銨和SCS溶液能更好地去除氯和硫，如圖9和圖10所示。
顯然，拋光過(guò)程有效地去除了拋光過(guò)程后晶片表面上的顆粒。拋光階段后進(jìn)行的清洗過(guò)程表明，SCS在去除晶片表面雜質(zhì)方面可以與氫氧化銨相媲美。依靠UPW來(lái)消除化學(xué)品使用的努力導(dǎo)致殘留物的不完全清除。了解各種情況下的清潔能力工藝步驟對(duì)于確定CMP工藝優(yōu)化的最佳清洗配方至關(guān)重要。這對(duì)于決定在不損害CMP后處理的清洗質(zhì)量的情況下替換氫氧化銨的最佳介質(zhì)非常重要。