摘要

接觸層是器件與鋁或銅互連之間的第一個金屬(通常是鎢)連接層。根據器件類型(CMOS、存儲器、光子器件)和技術節點，觸點圖案化正在不斷發展以提高性能。在接觸清潔步驟中，由于金屬或敏感材料暴露于清潔化學品、標稱尺寸的減小和縱橫比的增加，我們面臨著許多新的挑戰。特別是，為 CMOS 器件(28 nm 和 14 nm 節點)和光子器件開發了新的接觸清潔工藝，以便與金屬柵極或鍺光電二極管兼容。

在本研究中，我們將比較這些新清洗工藝與以前用于 90 nm 到 45 nm 節點的 CMOS 器件的標準接觸清洗的效率。我們還將重點介紹高深寬比結構的清潔效率，以及在單個晶片清潔工具上優化 IPA 干燥能力。

介紹

接觸層，通常 用鎢制成，是設備和鋁或銅互連件之間的第一個金屬連接層。然而，根據器件類型(CMOS、存儲器、光子器件)和技術節點，接觸圖案正在不斷發展。接觸孔蝕刻后，由于接觸孔標稱直徑的減小、結構縱橫比的增加以及金屬或其他敏感材料暴露在清潔過程中，我們在后續的接觸清潔步驟中面臨許多新的挑戰。化學。接觸孔通常位于硅化物結上，以最大限度地減少結寄生電阻對器件性能(柵極和有源區域)的影響。接觸清潔優化首先與后續技術節點的金屬硅化物的開發有關。在本文中，接觸清潔優化是由架構和集成變化驅動的，導致金屬或“敏感材料”暴露于清潔化學品。例如，我們可以舉出在 28 nm 和 14 nm 節點 CMOS 器件的柵極堆疊中使用金屬的例子。在這種情況下，柵極金屬應由周圍的介電隔離物保護，但如果某些缺陷為化學滲透創造了通路，則它可能會暴露出來。另一個例子是 20 nm/14 nm 技術，引入了局部互連結構，也稱為填充鎢的“硅化物溝槽。

體驗式

在這項工作中評估的接觸清潔過程報告在 表格1. 參考過程“SPM_SC1”是三個步驟的序列：硫酸和過氧化氫混合物 (SPM)，然后是氨和過氧化氫 (SC1) 的稀釋混合物，溫度為 65°C，最后冷卻 SC1 噴霧以去除表面顆粒。名為“SC1”的清潔過程與之前的相同，沒有第一個 SPM 步驟。還測試了通常用于銅互連清潔的兩種稀釋 HF 溶液，并包括去離子水噴霧 (DIW) 作為最后一步去除表面顆粒。第一種 HF 溶液“HF02”是 20 °C 下 0.2 wt.% HF 的溶液。第二種 HF 溶液“GLYHF”是 HF0.05 wt.% 和乙醇酸 1%wt 的混合物，溫度為 60 °C。所有過程均在來自 SCREEN Semiconductor Solutions Co., Ltd. 的工業單晶片清洗平臺 SU-3100 上進行。對于稀釋的 HF 清洗，晶片在混合多工藝室 (HMP) 中進行處理。HMP 配備了屏蔽板，通過用氮氣吹掃晶片和屏蔽板之間的空間，可以實現無水印處理并減少金屬腐蝕。

結果

硅化物和 SiO2 濕蝕刻，CD 變化

與硅化物的化學兼容性首先在覆蓋晶片上進行評估，如圖所示 圖 3 用于 NiSi (10% Pt)。我們可以看到，與參考 SPM_SC1 工藝相比，所有測試工藝的硅化物厚度變化都在 [?2, +2] ? 范圍內。因此，與參考過程相比，這些非常小的變化預計可以忽略不計。在新的清潔工藝之后，還記錄了針對 28 nm 和 40 nm 技術節點測量的接觸直徑變化 (CD)，并報告在圖 4 相對于參考 SPM_SC1 后獲得的 CD。有趣的是，僅 SC1 和“低 HF 預算”的工藝(GLYHF 40 秒，高稀釋度和短工藝時間)允許獲得低于參考工藝(低至 -2 nm)的 CD。

接觸式清潔工藝比較 “高產” 技術

接下來對與所有選定解決方案完全兼容的高產量技術進行接觸清潔工藝比較。為此，我們使用帶有嵌入式存儲器結構的 40 nm CMOS 流程作為測試工具。所有選定的工藝都獲得了非常好的產量，與參考品一樣好或更好，如上圖所示(僅 SC1 結果未顯示)，即使對于具有延長處理時間(80 秒)的 GLYHF 工藝也是如此。清潔效率的另一個證據是接觸鏈電阻值與參考過程相似或低于參考值。

結論

在這項研究中，我們介紹了針對落在硅化物、金屬或敏感材料上的觸點的特定架構的各種觸點清潔工藝的優化。與所有清潔工藝兼容的高產量技術讓我們有機會將這些新工藝的效率與以前使用的 90 納米到 45 納米節點的標準接觸清潔進行比較。特別是，進一步研究了僅 SC1 和稀釋的 HF 溶液的效率。GLYHF 清潔效率需要 80 秒的最短處理時間，但 30 到 50 秒的 0.2 wt.% HF 足以獲得非常好的產量。然而，在生產中實施稀釋 HF 工藝之前，必須注意 CD 變化，這取決于技術節點和成熟度。在早期研發階段通常可以通過光刻和蝕刻工藝調整進行 CD 補償，但對于已經投入生產的技術而言，CD 更改變得更具挑戰性。在研究了 SC1 和 HF02 之后，使用 IPA 作為附加步驟的干燥性能。在這項工作中使用測試載體，IPA 干燥沒有增加任何顯著值，但與標準干燥序列性能相匹配。對于未來的技術節點或不同的架構，IPA dry 提供了一個有前途且風險低的流程改進。

審核編輯：湯梓紅