《炬丰科技-半导体工艺》CMP后清洗对花纹晶片中铜、钛电化学特性的影响

　　原标题：《炬丰科技-半导体工艺》CMP后清洗对花纹晶片中铜、钛电化学特性的影响

　　研究了图案硅晶片中铜和钛化学腐蚀和镀锌腐蚀的影响。首先，研究了腐蚀速率的变化作为CMP浆液和CMP后溶液中柠檬酸浓度的函数，铜的开路电位(OCP)随着柠檬酸浓度的增加而降低，与铜相比，钛的OCP值随着该浓度的增加而增加，随着柠檬酸浓度的增加，铜和钛之间的OCP间隙增大，从而增加了铜和钛之间的电偶腐蚀速率，铜的腐蚀速率与柠檬酸的浓度呈线性关系。

　　CMP是一种用研磨颗粒代替传统的酸溶液的平面化方法，在CMP过程中，铜侧壁是安全的，不受化学攻击的，另一方面，CMP浆液中含有一些具有化学活性的泥浆和磨料颗粒，因此在CMP后的晶片上存在残留颗粒。因此，必须引入cmp后的清洗，以去除从浆液中产生的残留物，为了研究清洗溶液中所含的有机酸对晶片的影响，采用电化学分析仪测定了不同浓度柠檬酸溶液中铜、钛和图案晶片的腐蚀速率，根据实验结果，详细讨论了晶圆片后清洗过程中铜的腐蚀机理。

　　使用射频溅射在钛/硅晶片上沉积铜层，钛层沉积在裸硅片上，两个晶片都被切成

　　10 × 15毫米的尺寸使用低速金刚石锯，除了与电极接触并与CMP后溶液反应的区域之外，它们都覆盖有室温硫化硅橡胶，设计并制作了一个图形掩模，用于在二氧化硅衬底上制作尺寸为10×15000米的铜线条，线条间距与铜线条厚度相等，在氧化物蚀刻到0.4微米的深度后，形成钛阻挡层，层和随后的铜籽晶层沉积在沟槽中，通过电沉积用铜填充沟槽，并通过CMP工艺去除多余的铜，图案化的晶片也被切片并用RTV硅橡胶覆盖，该硅橡胶与上述沉积了铜和钛的晶片相同，银电极覆盖在图案化的每一片上用于铜线完全接触的晶片。

　　由于去除空气中自然产生的氧化膜，不同浓度的柠檬酸中样品的每个OCP变化缓慢，300秒后几乎保持不变，然后采用这些值作为每个样本的OCP，铜的OCP值随着柠檬酸浓度的增加而降低，相比之下，钛的OCP值随着柠檬酸浓度的增加而增加。图1(a)显示了铜和钛的OCPs随柠檬酸浓度的变化，这两个数据之间的差异也被绘制出来，两种金属之间的OCP值差随着柠檬酸浓度的增加而增加，这可能导致电偶腐蚀速率的增加。

　　通过电位动力学极化实验测量了腐蚀参数，并采用Tafel计算10)来确定每个样品表面发生的腐蚀速率，图1(b)显示了腐蚀速率与柠檬酸和浓度之间的关系，整体腐蚀反应可以描述如下，随着柠檬酸浓度的增加，氢离子更容易扩散到晶片表面。因此，酸浓度的增加导致了金属的腐蚀速率的增加，如图1(b)所示，铜的腐蚀速率与柠檬酸的浓度呈线性关系，与铜相比，钛几乎不受柠檬酸的影响，由于其极被动和紧凑的天然二氧化钛层，它保持了极低的腐蚀速率。

　　另一方面，如果除二氧化硅区域外，反应面积为99.4%铜和0.6%钛的图案晶片仅发生化学腐蚀，则腐蚀行为将与图1(b)，所示的铜图相同然而，图案晶片与铜样品的结果不同，这可以用电流效应来解释，由于钛的电化学势低于铜，电子转移到铜，而电子转移降低了铜的氧化速率降低，由于铜和钛之间的电位差随着柠檬酸浓度的增加而增大，如图1(a)所示，且电效应与电位差成正比，因此电效应随着柠檬酸浓度的增加而增大，这可能是铜的腐蚀速率与图案化晶片的腐蚀速率不同的原因。

　　因此，这些单体作为保护层，防止每个晶片中铜的腐蚀，钛的腐蚀速率极低，似乎不受表面活性剂浓度的严重影响，在浓度超过2.0CMC时开始形成球形胶束结构，这些结构具有亲水的外层，因此它们不能与以前附着在晶片上的各向异性胶束结构结合，部分聚光体与晶片结合，参与了球形胶束结构的形成，导致表面钝化效果降低。

　　下图(a)显示，晶片上的黄色铜线被随机腐蚀，说明化学腐蚀主要以柠檬酸为主。由于表面活性剂形成钝化层，钛容易被腐蚀而不是铜，因此在图案晶片上部分留下了黄色的铜线。

　　在本研究中，研究了CMP后清洗对图案化晶片中铜和钛的电化学特性的影响，随着柠檬酸浓度的增加，铜的OCP减少，而钛的OCP增加，铜的化学腐蚀速率与柠檬酸浓度呈线性关系，并对腐蚀机理进行了详细讨论，因为铜之间的OCP的差异和钛随柠檬酸的增加而增加，电偶腐蚀速率增加，所提出的机理将有助于深入理解在CMP后清洗期间发生的铜腐蚀，并且这种理解将有助于半导体工业控制腐蚀和增加器件产量。返回搜狐，查看更多