Technical News ●XPS による Cu-CMP 後洗浄したウェーハ表面評価 TN148 Surface analysis of wafer after post Cu-CMP cleaning by X-ray Photoelectron Spectroscopy（XPS) [概 要] Cu-CMP(Chemical Mechanical Polishing)とは、層間絶縁膜の配線溝に成膜された Cu を研磨して、埋め込みを 完成させるプロセスです。Cu-CMP 後の洗浄液には、Cu 膜の酸化を抑えるために保護膜剤（防錆剤）が添加さ れることがあります。この添加剤や Cu 酸化物が Cu 膜表面に残留すると、配線抵抗の増加や電流リークの原因 になります。そこで、添加剤の残留レベルや Cu 膜の酸化状態を把握することが重要となります。この評価に XPS が威力を発揮します。 例] 18000 14000 8000 C(1s) Cu(3p) 4000 この例では、Cu、C、O、N が検出されました。 O(2s) Cu(3d) 6000 Cu(3s) ピークが現われます。 10000 N(1s) 元素固有の結合エネルギー値のところに 12000 Cu(Auger) の強度（counts）を示します。 E lectron C ounts ンモードによる定性分析結果を図 1 に示します。 横軸は結合エネルギー値（eV）を、縦軸は光電子 O(Auger) Cu(2p1) Cu(2p3) 16000 Cu-CMP 後洗浄した Cu 表面のサーベイスキャ O(1s) 1.定性分析 Cu(Auger) [事 2000 0 図1 1000 800 600 400 200 Cu-CMP 後洗浄した Cu 表面のサーベイスキャンスペクトル B inding E nerg y (eV) 8000 ２．化学結合状態分析 ① 7000 Cu(2p)の化学結合状態分析を行った結果を ０価、＋１価の Cu 由来のピーク、②は CuO、 Cu(OH)２など＋２価の Cu 由来のピークと推定 されます。 ③は、CuO の電荷移動サテライトピークです。 このようなサテライトピークを利用して＋１価 と＋２価の Cu を区別することもできます。 E lectron C ounts 6000 図 2 に示します。①は、金属 Cu、Cu２O など 5000 ② 4000 ③ 3000 2000 1000 0 975 970 965 960 955 950 945 940 935 B inding E nerg y (eV) 図2 Cu-CMP 後洗浄した Cu 表面の Cu(2p)ナロースキャンスペクトル 930 925 0 ３．Cu－CMP 後洗浄した Cu 膜表面状態の経時変化 Cu－CMP 後洗浄した Cu 膜表面の Cu(2p)ナロー 10000 スキャンスペクトルの経時変化を図 3 に示します。 9000 洗浄からの日数が経つにつれ CuO など＋２価の 8000 洗浄直後 ていることがわかります。同様に、CuO の電荷移 動サテライトピーク(図 2 ピーク③)も増加してい ７日後 7000 E lectron C ounts Cu に由来するピーク強度(図 2 ピーク②)が増加し ３日後 6000 5000 4000 3000 ます。 2000 これは、洗浄後の時間経過により、徐々に Cu 1000 膜表面で酸化が進行し、＋２価の Cu の存在比が高 0 975 くなったと考えられます。 970 図3 965 960 955 950 945 940 935 930 B inding E nerg y (eV) Cu(2p)ナロースキャンスペクトルの経時変化 ４．Cu 状態比率の経時変化 図 4 は、洗浄液別の Cu 状態比率の経時変化をグラフで表わしたものです。洗浄液には、保護膜剤として それぞれ異なる添加剤 A、B、C、D が含まれています。 Cu(Oxide)は＋２価の Cu の、Cu(Metal)は０価、＋１価の Cu 状態比率で表わされます。添加剤 A や B は日数 が経つにつれ Cu(Oxide)/Cu(Metal)値が大きく増加し、Cu 表面での酸化の進行が著しいことがわかります。そ れに対して添加剤 D では洗浄から１週間経過後も、酸化が比較的進んでいません。この結果から、添加剤 D が Cu 膜の酸化防止に最も有効であることがわかります。 Cu(Oxide)/Cu(Metal) 2.00 添加剤Ａ 1.50 添加剤Ｂ 1.00 添加剤Ｃ 0.50 0.00 洗浄直後 ３日後 ７日後 添加剤Ｄ 図 4 Cu(Oxide)/Cu(Metal)値の経時変化 [キーワード] デバイス、銅配線、スラリー、ベンゾトリアゾール、BTA 作成：筑波事業所（TM0003） 2-B0-(25) 改訂(1404) 当社ホームページはこちらから： http://www.scas.co.jp/ その他技術資料も用意致しております： http://www.scas.co.jp/analysis/ 925
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