当特征尺寸减小到32nm技术节点时，工艺窗口越来越窄，铜互连结构中CMP后的空洞缺陷愈发引起人们的广泛关注。通常来说，空洞结构并不是一个单独步骤的结果，而是由多个步骤相互作用造成的。影响空洞结构的铜金属化过程包括：liner/晶籽淀积、铜的电镀过程和化学性质以及CMP工艺等。尽管每个过程都是彼此相关，但每个过程都将被独立地评估并衡量其对CMP空洞的影响。本文将通过实验就CMP过程及其与liner/晶籽淀积、铜的电镀的相互作用进行讨论。
实验
实验1用来调整CMP空洞缺陷的水平，表1总结了第一组实验的过程参数。晶籽层的厚度在POR厚度和1.5倍POR厚度之间变化。实验使用了两种不同的电镀浸润化学试剂，其中一种的填充速率较低而另一种较高。CMP的清洗工艺也分为两种，第一种比第二种的作用更强烈。
表2概述了为调整CMP空洞缺陷级别而设计的实验2的参数。晶籽层厚度在实验1的基础上被固定为一个常数，并且使用其中的“thick”工艺。四片晶圆（第6-9枚）没有经过CMP工艺。厚的铜覆盖层通过聚焦离子束（FIB）显微镜去除并显示出明显的螺旋状铜线。这样就可以预先通过扫描电子显微镜（SEM）来检查缺陷，从而避免CMP过程可能造成的影响。
实验2的结果表明高填充速率的电镀试剂相对于慢速填充试剂的表现更好。同第一个实验相比，CMP后的清洗工艺对缺陷级别的影响并不是非常明显。
对一组随机的样品的每片晶圆上的50个缺陷进行SEM检测，发现CMP后的金属空洞仍是主要的缺陷机制。对于低速率的填充化学试剂（第4以及10到12枚），基本上所有已归类的缺陷都属于金属空洞类型。图3和图4表示了CMP后空洞的本质和严重程度。慢速化学试剂造成的空洞更多，几乎每一条金属线上都可以观察到。
结论
亮场缺陷检测对与金属化参数有关的缺陷率变化足够敏感，使得亮场缺陷检测成为工艺优化中的一个有用工具。当器件的特征尺寸由于使用厚的晶籽层而缩小时，缺陷率水平就会增长，这种缺陷率增长的趋势能够通过使用快速填充试剂来降低。铜覆盖层通过FIB技术而非CMP工艺去除显示了这些缺陷无论在形状上还是密度上都与经CMP抛光的缺陷相类似。由此可以推断，在这种情况下，CMP工艺步骤对最终所观察到的CMP后缺陷率水平影响不大。 |
