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引言

      为了使器件动作高速化，尽可能地抑制布线延迟变得很重要。为此，需要使用布线电阻低的Cu布线和降低布线间容量的低介电常数层间膜。最近，Cu布线搭载的器件相继发表，层间膜使用通常的氧化膜的结构的产品已经上市，全世界Cu布线的开发急速加速。而且，Cu布线被认为只有与低介电常数层间膜（Low―K）相结合才有高速化的意义，关于Cu/Low―K的发表也在增加。

      为了实现Cu布线，必须使用Cu―CMP来形成沟槽布线结构，并且在CMP之后，由于大量的颗粒和金属污染残留在晶片上，因此需要在CMP之后进行清洗。在Cu膜和Low―K膜中被认为是有希望的HSQ膜的英特化结构的CMP中，由于Cu膜和HSQ膜的耐药液性低，因此很难用传统上在硅工艺中使用的清洗液进行清洗。此外，在使用清洗液时，必须考虑环境负荷。因此，在不损坏金属布线和Low―K膜的情况下，作为环境负荷低的清洗液，进行电解离子水和有机酸的研究。

Cu/HSQ-CMP后清洗的课题

      Cu―CMP之后的Cu/HSQ沟接线构造如图1所示。不仅是氧化铝和二氧化硅等的研磨粒子，Cu等的金属污染也大量残留在晶圆的表面。一直以来用于CMP后清洗的利用氨水的粒子除去和利用稀释氢氟酸的金属污染除去，难以用于蚀刻或损伤Cu膜和HSQ膜。因此，在CMP后清洗中，不会损伤表面露出的Cu配线和HSQ膜。

开发的Cu/HSQ-CMP后清洗

      如图2所示，这次开发的清洗程序是为了除去残留颗粒，在第1阶段用纯水电解阴极水进行刷擦洗清洗，在第2阶段用草酸进行除去金属污染的自旋清洗。

为了除去残留在晶圆表面的粒子，需要用刷子擦洗使粒子从表面脱离，为了不使脱离的粒子再附着，将粒子除去到晶圆外的过程。为了抑制粒子的再附着，起表面电位的排斥作用的碱性溶液是有效的，W―CMP后清洗，氨但是氨水如表1所示蚀刻Cu膜，使HSQ膜劣化。由于Cu膜容易与氨水形成氨络合物，因此容易被蚀刻，而对于HSQ膜，由于氨水的OH基，膜中的Si―H键变化为Si―OH键，因此即使是稀释氨水（3×10―5%），相对介电常数也从2.9增加到4.2。因此，这些洗涤液很难作为Cu/HSQ―CMP后的洗涤液使用。因此开发出的清洗液是用图3所示的装置电解超纯水，从阴极侧得到的纯水电解阴极水。纯水电解阴极水如图4所示，pH为中性，是具有还原电位的清洗液。

图4 电解水的PH-电位图

      一般用于CMP后去除金属污染的稀释氢氟酸(DHF)，由于对HSQ膜的蚀刻速度极快（DHF:0.5%时250nm/min以上），不能使用。此外，DHF还存在对布线和插头上的金属污染的去除性低的问题。此外，纯水电解阴极水在去除颗粒方面很有效，但对金属污染的去除能力不高。因此，开发了使用草酸(COOH)2的清洗方法，该草酸(COOH)2可以蚀刻HSQ膜和Cu膜，并在不劣化的情况下去除Cu等污染。图8显示了各种有机酸洗净对Cu及Fe污染的去除性。评价样品是将Si基板浸泡在含有Cu或Fe的氨过氧化氢水溶液中进行强制污染，因此表面呈亲水性。将被污染的基板在各种有机酸水溶液（5w%）中进行3分钟的浸泡洗净处理的结果，如图8所示，在各种有机酸中草酸去除Cu及Fe的金属污染的效果很高。这是因为草酸的化学结构与其他有机酸相比较简单，可以容易地与Cu及Fe形成螯合络合物。

图8 通过各种有机酸清洗的Cu、Fe污染去除效果

      众所周知，Cu在Si中的扩散速度非常快，但也有报告指出，等离子氧化膜中也是通过热处理和电场扩散的11）。HSQ膜等Low―K膜与等离子氧化膜相比，由于结构疏松，因此更担心Cu在膜中的扩散。在此，调查了Cu污染对HSQ膜的漏电流的影响。

      清洗药液的开发，不仅能够在不损伤构成装置的材料的情况下进行有效的清洗，而且能够降低对环境的负荷，近年来也变得非常重要。纯水电解阴极水的基本组成是纯水，废液处理非常容易。另外，由于草酸是具有螯合效果的有机酸中结构最简单的，每分子的碳数最少，只有2个（柠檬酸为6个）。因此，与其他有机酸相比，可以降低废液中所含的碳浓度。像这样，这次开发的清洗水，无论哪一种都容易进行废液处理，降低了对环境的负荷。

总结

      作为Cu/HSQ―CMP后清洗工艺，开发了使用纯水电解阴极水和草酸水溶液的清洗技术，能够在不损坏Cu膜和HSQ膜的情况下有效地去除残留的颗粒污染和金属污染。今后，在使用Cu布线和低介电常数层间膜的高速逻辑器件的实用化上，像这样不损坏器件构成材料的清洗方法将变得越来越重要。此外，还需要环境负荷小的清洗方法。