集成电路铜制程常见缺陷的分析

当集成电路芯片持续往轻、薄、短、小及高密度方向发展时，对缺陷的容忍度也相对降低，随着集成电路器件密集度的提高，单位芯片的面积也越来越小，原本不会影响良率的缺陷却变成了良率的致命杀手．因此，要得到较高的良率必须设法降低缺陷的密度．

当技术节点达到0.13μm及以下时，铜以其具有较小的电阻及较好的电迁移性质逐渐取代铝作为连线材料引．由于铜的难蚀刻，所以不能采用传统的铝制程的刻蚀工艺，而是采用“大马士革”工艺，采用先挖槽后填孔的方法制备互连线．这种方法是采用电化学沉积的方法，在导电的沟槽基底上填铜．虽然铜的电镀工艺已经有几百年的历史，但电化学沉积用于芯片制造业的时间并不太长，其中的难点之一是缺陷的控制．本文首先简单介绍缺陷的常识和集成电路铜制程后道工艺流程及电镀过程步骤，然后对电镀铜工艺流程中的典型缺陷做一下分析，并对缺陷产生的原因和解决方法进行讨论．

芯片制造过程缺陷基本常识

缺陷的含义

凡是晶圆上存在的有形污染与不完美 ，统称为缺陷，包括 ：

（1） 晶圆上 的物理性异物 ：一般指机械掉落的微尘 ，工艺残留物 ，不正常反应生成物等．可能来 自化学品、环境 、操作人员 、设备部件老化及工艺副产物等．

（2） 化学性沾污 ：残 留化学药品 ，有机溶剂 ，光阻残 留等．

（3） 图形缺陷 ：如光刻或刻蚀造成 的异常成像 ，机械性刮伤变形等．

（4） 晶圆本身或制造过程中引起 的晶格缺陷．现代化的车间中 759／6～9O 的微粒污染来 自于设备与丁艺本身 ，而洁净室与操作人员约各 占 5 ～1O ．因此在缺陷改善工程 的组织与工作定位上，是 以如何有效降低设备与工艺所造成的缺陷为重点．

缺陷的分布

（1） 随机缺陷，缺陷分布图显示散乱，无特殊图形或集中出现．

（2） 团、簇缺陷，缺陷集中分布在晶圆上某一区域并呈现特殊图形．

（3） 重复缺陷，缺陷重复出现在不同晶圆上的同一区域，或在同一片晶圆上不同的区域周期性的出现，通常与光刻相关

缺陷的影响

根据缺陷对良率的影响分为：

（1） 杀伤缺陷：通常和图形相关的缺陷都是杀伤缺陷，对良率有影响．

（2） 非杀伤缺陷：通常指空白区域的表面颗粒等缺陷，不会造成良率的损失．

（3） 干扰缺陷：因为晶粒或色差被误以为是缺陷的正常情况．

缺陷的监控：

（1）监控方式：分为在线和离线。在线是通过直接监控生产片离线是通过监控控片（用来监控机台和工艺的晶圆。不会随工艺流程往下走。只在当站使用）

（2）监控设备：包括检查手机缺陷分布的设备和观察缺陷具体形貌的设备。

铜电镀过程典型缺陷及其成因

漩涡缺陷：是铜电镀常见的种缺陷，典型的分布如图所示。在光学品微镜下看到的是一串的小圆点，对应的电子显微镜下可以看到是一排小圆坑。如果种子层表面的亲水性不好。当晶圆浸没入电镀液时在晶圆的表面会形成小气泡。因为晶圆在电镀时是旋转的因此形成的图形是董涡形的，故称为“漩涡缺陷”。这种缺陷在钢电镀工艺后就可以看到，经化学机械研磨后有两种情况，深的坑（延伸到下层金属》会变成金属损伤，造成良率损失，浅的（只在表面）。经研磨后不再显现，对良率无影响。

产生缺陷的原因是种子层的亲水性不好。造成亲水性不好的主要原因是种子层表面被有机物玷污，当环境中的易挥发有机物增多。比如光阻挥发，油漆时溶剂挥发（有实验证明甲苯对种子层的表面影响很大），设备保养时润滑剂的使用或者制药厂的废气排放。都会导致种了层表面被玷污，因此铜制程的车间要特别往意这些污染源的控制。

控制环境玷污的有效措施之一： 在车间新风入口处安装高效过滤器并定期更换。

措施之二：定期监控车间VOC含量，一旦发现异常立即寻找源头并采取有效方法整改。

措施之三：电镀机台上端安装高效过滤器。

措施之四： 淀积种子层的机台和电镀机台的装、卸片区域严禁使用润滑剂，在装卸台开降时有机物会挥发出来。

措施之五; 控制从种子层到电镀之的等待时间，存放晶圆的盒了是有机材料，存放时间过长也会有有机物慢慢挥发出来，因此铜制程的车间一般都会控制种子层的等待时间。

措施之六： 适当减少种子层在扫描电镜下检查，有人发现经过电镜扫描过的晶圆比未经扫描的晶圆更容易产生缺陷，原因是电子枪将空气中的碳给分离出来吸附到种子层表面，APPLIED Materials公司研发人员通过在晶圆上涂油脂验证了有机物沾污种子层可以导致电镀层产生缺陷进而在化学机械研磨之后造成金属线的损伤影响良率。Novellus公司研究人员J.P.Lu等人专门研究了晶圆在片匣里存放时间与晶圆表面与水接触角的关系，验证了种子层表面的亲水性受有机物的影响，并提出采用预先润洗的方法可以消除漩涡缺陷，而种子层的沾污无法在当站被抓到只能在电镀之后和化学机械研磨后抓到，因此只能靠预防。