摘要　　介电堆叠由铜/低k到铜/超低k的转变需要能够保持或恢复k值的清洗化学物质。成功的清洗，包括灰化残留/牺牲性ARC的一步清除，已经得到了验证。

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　　随着纳米电子器件尺寸的不断缩小， 在300毫米晶圆上，铜和低k材料已经成功地被集成并制造出可靠的产品。不过，这些改变也带来了许多挑战，包括在90纳米和65纳米节点出现的制造上的良率的问题。当制造工艺降低到45纳米甚至更低的节点后，保持铜/低k和铜/超低k的优势将会更加困难。

　　在90纳米和更低节点的工艺中，人们已经开发了不同的晶圆清洗的化学物质和技术。其中许多都是采用湿式和超临界清洗。终端用户通过实践和对方法的全面分析，发展出对铜和超低k集成非常可靠和耐用的晶圆清洗解决方案，进而达到最高良率。

　　剥离和清除残留

　　光刻胶剥离和刻蚀/灰化残留清除的主要技术可以被归为一下四类：
　　● 干式清洗
　　● 超临界清洗
　　● 湿式清洗
　　● 其他技术（例如，低温气胶，激光清洗）

　　干式清洗在某些均匀材料的清洗上有着稳定的进展。不幸的是，它们在清洗非均匀残留和颗粒时有不少困难。另外，基于等离子的高能量干式清洗一般需要硬掩膜来防止敏感的低k介电材料受到过多损伤。

　　在刻蚀/灰化残留清除、金属离子清除和多孔低k修复方面比较成功的超临界清洗，需要新的设备而且在抗蚀剂和BARC（底部防反射涂层）清洗方面的效率更低。因为新设备的成本投入不能保证良率的明显增长，它们在生产中的应用已经被推迟。

　　湿式清洗已经被证明在90纳米和65纳米节点有良好的性能。它们包括基于有机溶剂的光刻胶剥离剂、基于水或半基于水的光刻胶剥离剂以及刻蚀/灰化残留清洗剂。湿式清洗与新的工艺设备（例如单晶圆处理机）的集成以及与某些干式清洗的结合，进一步增强了湿式清洗的能力。湿式和/或干式清洗被预期将使用到32纳米及更低的节点。

　　湿式和超临界清洗相比其他技术，例如低温气雾和激光清洗，得到更广泛地使用并获得了证明。通过精确混合氩气和氮气产生的低温气胶以很高的速度到达晶圆表面。从理论上说，气体通过碰撞移走颗粒物，然后一层气流把颗粒运走。激光清洗技术可以减少晶圆表面的颗粒，不需要水和化学物质，也没有湿式的限制和有害废弃物。

　　保持k值

　　敏感低k介电材料损伤的一个主要原因来自于高能量的灰化工艺。与刻蚀工艺（其中光刻胶作为保护层）不同，采用高频等离子的光刻胶干式灰化和牺牲性ARC常常导致k值的显著提高，抵消了低k材料的优势。为保护低k材料而引入的硬掩膜会增加工艺步骤并增大了有效的介电常数。化学反应例如利用HMDS硅烷化作用的硅烷醇加封，已经被用于“修复”低k材料^［1］;不过，这些修复后的材料的结构和性能与原始低k材料的并不相同。其他使用软灰化或减少灰化的方法，能够部分缓解问题，但在保持低k材料完整性和达到性能要求方面仍存在相当的问题。

　　在铜/低k集成中使用现代湿式清洗技术可以获得大量的好处。首先，现代湿式清洗一般使用低能量的工艺，限制了表面附近的化学效应和它带来的变化。而且，大量的化学物质可以用于开发适合剥离/清洗光刻胶和ARC的湿式技术，并对互连线结构的损伤很小甚至没有。与超低k介质和铜兼容的湿式清洗化学物质代表了当前及未来技术最有希望的选择之一。

　　最近，比较可行的湿式清洗化学物质已经被开发出来。这些化学物质满足了铜/超低k集成中三个关键的要求：
　　● 与高敏感多孔超低k介电材料的严格兼容;
　　● SARC（用于帮助光刻和形成图案）的高效清除;
　　● 与某些方案中的特殊金属堆叠兼容，例如为了减少电迁移的铜/CoWP和铜/CoWB^［2］。商业产品覆盖范围的溶剂平台。

　　成功的清洗已经在很多应用中得到证明，包括光刻胶/硬化光刻胶壳/刻蚀残留/SARC的一步清洗以及灰化残留/SARC的一步清除（见图）。

　　恢复超低k值

　　超低k材料集成的一个主要挑战是在光刻胶剥离和残留清洗后如何保持或恢复有效k值。清洗工艺常常导致k值的显著升高。

　　从低k材料向超低k材料转变时，多孔度一般会明显地增加。不幸的是，超低k因此更容易吸附潮气和化学物质。这样，不仅要求清洗过程能够保持介电材料基本的物理化学性质，而且要能有效地清除被吸附的潮气和化学物质。

　　最近的研究表明，基于水的湿式清洗和基于有机溶剂的湿式清洗都有良好的衬底兼容性并能保持或恢复至关重要的有效k值（参见表）。把多孔的低k薄膜浸入到简单的有机溶剂中，例如1-methyl-2-pyrrolidinone (NMP)，可以相当程度地提升它的电容。目前已经开发了多种恢复方案（RP），用于在湿式清洗后恢复电容（电容正比于k，因而也恢复了k）。一些恢复方案花费的时间较长，主要包括交替的冲洗和烘焙。一般来说，基于水的湿式清洗的k值恢复比基于有机溶剂的化学工艺的k值恢复要容易。

　　超临界清洗

　　基于超临界流体（SCCO₂）的晶圆清洗技术显示出众多优势，包括良好的质量转移现象（没有表面张力）和增强的超低k兼容性。有机溶剂或专利化学混合物经常被作为修饰物来增强清洗性能。

　　90纳米和65纳米晶圆的后段工艺超临界清洗已经获得了成功，它使用工作台和300毫米设备。尽管这项新技术的实施被预计会推迟，但它的独特性能和兼容性将继续在未来技术节点的清洗应用将继续被予以关注。

　　结论

　　在晶圆清洗技术方面，包括湿式清洗、干式清洗和超临界流体清洗，人们已经获得重大进步。

　　随着新化学物质开发与先进工艺设备的结合，湿式清洗在把已经得到证明的优异性能扩展到亚65纳米节点上具有很大的优势。在满足衬底兼容性要求的同时，它们可以有效地清洗光刻胶、硬化壳、刻蚀/灰化残留和ARC。而且，在保持敏感的多孔低k介电材料的有效k值方面也取得了良好的进展。湿式清洗预期可以满足45纳米及更低节点的清洗要求。

作者信息
Sherman Hsu博士是Mallinckrodt Baker公司高级研究人员。
E-mail: sherman.hsu@tycohealthcare.com

参考文献
1. P.G. Clark, B.D. Schwab, J.W. Butterbaugh, H.J. Martinez and P. J. Wolf, "Cleaning and Restoring k Value of Porous MSQ Films ," Semiconductor International , August 2003.
2. P. Singer, "Copper Challenges for the 45 nm Node ," Semiconductor International , May 2004.