半导体工艺之单晶圆清洁工艺

摘要

接触层是器件与铝或铜互连之间的第一个金属(通常是钨)连接层。根据器件类型(CMOS、存储器、光子器件)和技术节点，触点图案化正在不断发展以提高性能。在接触清洁步骤中，由于金属或敏感材料暴露于清洁化学品、标称尺寸的减小和纵横比的增加，我们面临着许多新的挑战。特别是，为 CMOS 器件(28 nm 和 14 nm 节点)和光子器件开发了新的接触清洁工艺，以便与金属栅极或锗光电二极管兼容。

在本研究中，我们将比较这些新清洗工艺与以前用于 90 nm 到 45 nm 节点的 CMOS 器件的标准接触清洗的效率。我们还将重点介绍高深宽比结构的清洁效率，以及在单个晶片清洁工具上优化 IPA 干燥能力。

介绍

接触层，通常 用钨制成，是设备和铝或铜互连件之间的第一个金属连接层。然而，根据器件类型(CMOS、存储器、光子器件)和技术节点，接触图案正在不断发展。接触孔蚀刻后，由于接触孔标称直径的减小、结构纵横比的增加以及金属或其他敏感材料暴露在清洁过程中，我们在后续的接触清洁步骤中面临许多新的挑战。化学。接触孔通常位于硅化物结上，以最大限度地减少结寄生电阻对器件性能(栅极和有源区域)的影响。接触清洁优化首先与后续技术节点的金属硅化物的开发有关。在本文中，接触清洁优化是由架构和集成变化驱动的，导致金属或“敏感材料”暴露于清洁化学品。例如，我们可以举出在 28 nm 和 14 nm 节点 CMOS 器件的栅极堆叠中使用金属的例子。在这种情况下，栅极金属应由周围的介电隔离物保护，但如果某些缺陷为化学渗透创造了通路，则它可能会暴露出来。另一个例子是 20 nm/14 nm 技术，引入了局部互连结构，也称为填充钨的“硅化物沟槽。

体验式

在这项工作中评估的接触清洁过程报告在 表格1. 参考过程“SPM_SC1”是三个步骤的序列：硫酸和过氧化氢混合物 (SPM)，然后是氨和过氧化氢 (SC1) 的稀释混合物，温度为 65°C，最后冷却 SC1 喷雾以去除表面颗粒。名为“SC1”的清洁过程与之前的相同，没有第一个 SPM 步骤。还测试了通常用于铜互连清洁的两种稀释 HF 溶液，并包括去离子水喷雾 (DIW) 作为最后一步去除表面颗粒。第一种 HF 溶液“HF02”是 20 °C 下 0.2 wt.% HF 的溶液。第二种 HF 溶液“GLYHF”是 HF0.05 wt.% 和乙醇酸 1%wt 的混合物，温度为 60 °C。所有过程均在来自 SCREEN Semiconductor Solutions Co., Ltd. 的工业单晶片清洗平台 SU-3100 上进行。对于稀释的 HF 清洗，晶片在混合多工艺室 (HMP) 中进行处理。HMP 配备了屏蔽板，通过用氮气吹扫晶片和屏蔽板之间的空间，可以实现无水印处理并减少金属腐蚀。

结果

硅化物和 SiO2 湿蚀刻，CD 变化

与硅化物的化学兼容性首先在覆盖晶片上进行评估，如图所示 图 3 用于 NiSi (10% Pt)。我们可以看到，与参考 SPM_SC1 工艺相比，所有测试工艺的硅化物厚度变化都在 [−2, +2] Å 范围内。因此，与参考过程相比，这些非常小的变化预计可以忽略不计。在新的清洁工艺之后，还记录了针对 28 nm 和 40 nm 技术节点测量的接触直径变化 (CD)，并报告在图 4 相对于参考 SPM_SC1 后获得的 CD。有趣的是，仅 SC1 和“低 HF 预算”的工艺(GLYHF 40 秒，高稀释度和短工艺时间)允许获得低于参考工艺(低至 -2 nm)的 CD。

接触式清洁工艺比较 “高产” 技术

接下来对与所有选定解决方案完全兼容的高产量技术进行接触清洁工艺比较。为此，我们使用带有嵌入式存储器结构的 40 nm CMOS 流程作为测试工具。所有选定的工艺都获得了非常好的产量，与参考品一样好或更好，如上图所示(仅 SC1 结果未显示)，即使对于具有延长处理时间(80 秒)的 GLYHF 工艺也是如此。清洁效率的另一个证据是接触链电阻值与参考过程相似或低于参考值。

结论

在这项研究中，我们介绍了针对落在硅化物、金属或敏感材料上的触点的特定架构的各种触点清洁工艺的优化。与所有清洁工艺兼容的高产量技术让我们有机会将这些新工艺的效率与以前使用的 90 纳米到 45 纳米节点的标准接触清洁进行比较。特别是，进一步研究了仅 SC1 和稀释的 HF 溶液的效率。GLYHF 清洁效率需要 80 秒的最短处理时间，但 30 到 50 秒的 0.2 wt.% HF 足以获得非常好的产量。然而，在生产中实施稀释 HF 工艺之前，必须注意 CD 变化，这取决于技术节点和成熟度。在早期研发阶段通常可以通过光刻和蚀刻工艺调整进行 CD 补偿，但对于已经投入生产的技术而言，CD 更改变得更具挑战性。在研究了 SC1 和 HF02 之后，使用 IPA 作为附加步骤的干燥性能。在这项工作中使用测试载体，IPA 干燥没有增加任何显着值，但与标准干燥序列性能相匹配。对于未来的技术节点或不同的架构，IPA dry 提供了一个有前途且风险低的流程改进。

审核编辑：汤梓红