DHF在氧化后CMP清洗工藝中的應用

引言

晶圓-機械聚晶(CMP)過程中產(chǎn)生的漿體顆粒對硅晶片表面的污染對設備工藝中收率（Yield）的下降有著極大的影響。

為了去除氧化后CMP晶片表面的顆粒，通過與DHF（稀釋高頻）、非離子表面活性劑PAAE（聚氧乙烯烷氧芳基醚）、DMSO（二甲基亞砜）和D.I.W.混合制備了新的清洗溶液。硅酮晶片故意被硅、氧化鋁和PSL（聚苯乙烯乳膠）污染。與傳統(tǒng)的AMP(氫氧化銨、過氧化氫和D.LW的混合物)相比，這種大氣輻照下的清洗溶液可以在室溫下同時去除顆粒和金屬，而不會增加微粗糙度、金屬線腐蝕和有機污染物沉積等副作用。這表明這種清洗溶液在銅刷清洗工藝和傳統(tǒng)的銅刷后清洗工藝中具有廣闊的應用價值。

實驗

本方法采用直徑在0.1 nm~0.5 im之間的二氧化硅顆粒、鋁礬土顆粒和polystylene latex(PSL)顆粒。在人為污染的清潔槽中加入晶片，吸附量調(diào)整到表面約30000個左右，該數(shù)值在本實驗期間保持恒定使用。所用超聲波采用的是間接方式的1000 KHz/600 W，本方法研究的清潔液A-HF（DHF，Polyoxyethylene Alkyl Aryl Ether和Dimethylsulfoxide的混合物）的組合物采用了如下提純: 表面活性劑（Polyoxyethylene Alkyl Aryl Ether:非離子表面活性劑）和DMSO（KANTO Chemical）通過微粒顆粒過濾后使用，顆粒尺寸為0.05。另外，用于配合它們的超純水是電阻為18.3 MQ的超純水，經(jīng)過0.02 er。表1是表面活性劑PAAE的數(shù)據(jù)。

表1 PAAE表面活性劑的HLB數(shù)和云點

其他用于本實驗的分析設備包括:Dynamic contact angle analyzer（Cahn DCA-312）用于測量添加了MAE的A-HF的接觸角和表面張力；ElHpsometer用于測量氧化膜的厚度；用Wafer-T進行最小載波生命周期分析，用Perkin-Elmer Autosystem XL-Turbomass（GC-MS）進行晶片表面吸附的PAAE分析。

結(jié)果和討論

顆粒去除效率：

A-HF如圖1所示，它有效地消除了晶片表面存在的二氧化硅、鋁礬土和PSL顆粒。此時，顆粒去除效率受HF濃度影響不大，取而代之的是表面活性劑和溶劑的濃度。此時使用的非離子表面活性劑(RXAE)與非質(zhì)子性溶劑(DMSO)一起提高了清潔劑對晶片表面的潤濕能力，從而提高了已吸附顆粒的脫附能力，使脫附顆粒不再被吸附。把它看成是一種避免的方式。

圖1 A-HF溶液的顆粒去除效率
?

其作用也可以看做是降低A-HF清潔劑的表面張力，使晶片從清潔劑中取出時可能產(chǎn)生的顆粒吸附降到最低，這是最容易吸附顆粒的過程。表3是對添加AE后硅烷晶片的濕滑能力和清潔液表面張力的調(diào)查結(jié)果。人們普遍認為陰離子表面活性劑比非離子表面活性劑更能防止顆粒的再吸附。但在表面活性劑的選擇過程中，我們已經(jīng)證實了這一點。在對吸附粒子進行脫附反應的情況下，反而發(fā)現(xiàn)陰離子表面活性劑的應用比非離子表面活性劑差很多。

這可能是因為陰離子表面活性劑將陰離子涂在晶片表面，從而阻礙SiO2表面受到蝕刻用最重要的化學種類離子的攻擊，增加邊界層的厚度，從而導致超聲波對粒子的脫附?？梢哉J為是因為降低了能力。另外，對于晶片中以氧化膜存在的SiO2表面相同的SiO和A12O3>以及PSL粒子，在pH小于5的情況下，其絕對值雖然差異較大，但具有相同符號的Zeta勢壘，因此僅非離子表面活性劑的使用就可以。

金屬離子的去除效果：

在傳統(tǒng)的RCA洗脫工藝中，對金屬離子的去除機理是HPM（HC1， HQ和D.I.W.的混合物）內(nèi)由金屬離子和過氧化氫起因的活性氧Grego HC1間的氧化還原電位差所描述的復雜化學反應或最基本反應是由金屬離子和HC1。這是金屬氯化物形成的反應。另一方面，A-HF清潔劑通過F蝕刻去除含有金屬離子的氧化膜，從而去除存在于晶片表面的金屬離子。使用這種清潔劑的優(yōu)勢在于排除了過氧化氫的使用，使用了實際濃度0.1%以下的極低濃度HF，并在常溫下使用。

總結(jié)

為了提高CMP洗脫過程中漿體顆粒的去除效率，本方法在DHF上制備了非離子性表面活性劑PAAE、非質(zhì)子性溶劑DMSO和超純水的混合物新型洗脫液A-HJ。超聲下A-HF的性能評價結(jié)果表明：本洗脫技術可以顯著降低含有超純水的化學藥品的用量，并能有效應用于Post Oxide CMP洗脫的顆粒的洗脫能力和對金屬離子的洗脫。顯示了清潔能力，即與傳統(tǒng)的APM不同，在常溫下可以清潔，清潔過程縮短，通過使用低濃度的HI，可以通過最小的蝕刻來防止表面粗糙。同時，對主流CMP金屬布線材料的低腐蝕力，不僅適用于傳統(tǒng)的CMP后清潔工藝，更成為新一代CMP工藝備受矚目的Brush清潔工藝的E調(diào)清潔工藝。確認本洗滌劑有適用的可能性。

　　審核編輯：湯梓紅