CN101787335A - 用于化学机械抛光后清洗的组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种用于化学机械抛光后清洗(post CMPcleaning)的组合物。本发明的组合物为碱性，其可于化学机械抛光制程后移除晶片表面上的唑类腐蚀抑制剂。本发明的组合物能有效移除唑类化合物、增加铜表面的湿润性且可明显改善化学机械抛光后的缺陷移除率。
Description
技术领域
本发明关于一种用于集成电路化学机械抛光后清洗(postCMP cleaning；PCC)的组合物。
背景技术
现今的半导体组件正朝向小线宽、高积体密度的方向发展。随着集成电路堆栈层数的增加以及线宽的缩小，由金属导线本身的电阻及介电层寄生电容所引起的时间延迟(RC-delay)日趋重要。为减少RC-delay的问题以及增加讯号传递速度，铜金属化(铜导线)制程已逐渐取代传统的铝金属化(铝导线)制程以降低金属线路本身的电阻。因此，铜化学机械抛光(CuCMP)的发展也成了采用铜制程的先进次微米半导体制程中最重要的技术之一。在目前的先进半导体制程中，铜导线层已达到十层之多且预计在未来还会持续增加。此亦表示于整个制造流程中已包含数个化学机械抛光及化学机械抛光后清洗步骤，且在将来仍可能会增加。
在铜化学机械抛光制程中，晶片会受到铜离子、化学机械抛光浆料颗粒舆残留在晶片表面(包含铜层及介电层)的铜与氧化硅团块所污染。因此通常在化学机械抛光步骤后，需要有一个清洗步骤来去除上述污染物。
基本上，化学机械抛光后清洗为化学机械抛光流程的最后一个步骤，其目的是提供干净的晶片表面以利后续制程。
为减少良率的损失，化学机械抛光和化学机械抛光后清洗需注意以下几点：
(1)需有效移除唑类腐蚀抑制剂，
(2)需有效控制制程应力的累积，
(3)需选择合适的低介电常数(low-k)材料以符合化学机械
抛光制程和后清洗的要求，以及
(4)需避免刮伤问题。
先前技术中有许多文献提供用于化学机械抛光后清洗制程的组合物。例如Wang的美国专利第US 6,541,434号揭示一种包含羧酸、含胺化合物、膦酸以及水的清洗组合物，其适合用于移除化学机械抛光后残留的研磨剂以及金属污染。Kneer的美国专利第US 6,627,546号揭示一种不含氟的水性组合物，其包含双羧酸和/或其盐、羟基羧酸和/或其盐或含有胺基的酸。Aoyama等人的美国专利公开案第US 2005/0014667号揭示一种包含含氟化合物(界面活性剂)、水、醯胺和醚溶剂以及选自胺基磺酸、膦酸、可溶性膦酸衍生物或其组合的酸的稀释水性清洁剂。Misra等人的美国专利第US 7,297,670号揭示一种包含清洁剂、腐蚀抑制剂以及巯基丙酸(mercaptopropionic)的组合物。Abe等人的美国专利公开案第US 2004/0204329号揭示一种清洁液态组合物，其包含特定醚类有机溶剂的液态清洗组合物，且对于疏水性基材具有较佳的湿润性(wettability)。Zhang等人的美国专利第US 7,208,409号揭示一种用于化学机械抛光后处理的溶液，其包含非离子性的乙炔二醇衍生物界面活性剂。
由于化学机械抛光后清洗溶液的污染物移除率与其pH值及界达电位(zeta potential)有直接的关连性，通常较低的界达电位可提供较佳的污染物移除率。此外，由于碱性的组合物通常具有较低的界达电位，其较适合作为化学机械抛光后清洗组合物。
此外，除了污染物移除率的考量外，良好的化学机械抛光后清洗液还需具备下列特性：
(1)所述的清洗液不会攻击或蚀刻金属，其包括作为金属连接的铜层或作为阻障层的金属氮化物，如TaN或TiN；
(2)所述的清洗液不会攻击或蚀刻介电层，其包括氧化硅、高密度low-k材料或多孔low-k材料。
因此，尽管已有许多先前技术提供各种不同的化学机械抛光后清洗液，产业界仍需一更能有效去除残留于晶片表面的污染物、降低晶片表面缺陷数并且不会破坏或蚀刻基材结构的后清洗组合物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于化学机械抛光后清洗组合物，其包含至少一种水溶性胺类、至少一种水溶性有机溶剂及去离子水。以本发明的组合物与含铜半导体晶片接触一段有效时间，可有效地去除抛光后残留于晶片表面上的污染物并降低晶片表面的缺陷数。
本发明的另一目的為提供一种化学机械抛光后清洗方法，其于化学机械抛光后将晶片与包含至少一种水溶性胺类、至少一种水溶性有机溶剂及去离子水的组合物接触一段有效时间，以自晶片上移除化学机械抛光后的残留污染物。
附图说明
图1是清洗完成后以KLA-Tencor surfscan AIT观察测试晶片表面缺陷数的结果。
具体实施方式
本发明适用于化学机械抛光后清洗的组合物包含至少一种水溶性胺类、至少一种水溶性有机溶剂及去离子水。
本发明清洗组合物藉由其中包含的水溶性胺类与污染物的氧化还原反应将污染物，特别是唑类腐蚀抑制剂，自晶片表面移除。所述的唑类腐蚀抑制常见的为三唑类腐蚀抑制剂，例如苯并三唑(BTA)、1，2，4-三氮唑。
本发明清洗组合物中的水溶性胺类可为重氮或偶氮化合物，例如：联胺、联胺水合物、叠氮酸或叠氮钠。
在本发明的一个实施例中，清洗组合物中的水溶性胺类是选自联胺、联胺水合物或其组合。在本发明的一较佳实施例中，清洗组合物中的水溶性胺类为联胺。
水溶性胺类于本发明的清洗组合物中，以组合物总重量计，可占约1至约30重量％，较佳为约1至约25重量％，更佳为约1至约10重量％。
本发明清洗组合物中包含水溶性有机溶剂，所述的有机溶剂可降低清洗组合物的表面张力而增加晶片表面的湿润性。
本发明清洗组合物中的水溶性有机溶剂可为有机醚类、有机醇类、有机酮类、有机醯胺类，较佳选自二甲基亚砜(DMSO)、二醇化合物、N-甲基咯烷酮(NMP)、二甲基乙醯胺(DMAC)、二甲基甲醯胺(DMF)或其混合物。其中所述的二醇化合物较佳为二乙二醇单丁醚(BDG)、乙二醇单乙醚、乙二醇二甲醚、乙二醇正丁醚、乙二醇单丁醚醋酸或其混合物。
水溶性有机溶剂于本发明的清洗组合物中，以组合物总重量计，可占约10至约59重量％，较佳为约10至约50重量％，更佳为约10至约25重量％。
本发明清洗组合物中包含去离子水，去离子水的含量以组合物总重量计可占约30至约89重量％，较佳为约50至约85重量％，更佳为约65至约85重量％。
本发明的化学机械抛光后清洗方法可于任何习知适用的清洗机台上进行，所述的机台可与化学机械抛光制程所使用的机台为同一机台或不同机台，所述的方法包含将经化学机械抛光的晶片与包含至少一种水溶性胺类、至少一种水溶性有机溶剂及去离子水的组合物于清洗机台上接触一段有效时间以移除晶片上残留污染物的步骤。
实施例
以下实施例将对本发明作进一步的说明，唯非用以限制本发明的范围，任何于此项技艺中具有通常知识者可轻易达成的修饰及改变，均涵盖于本发明的范围内。
实施例1
以7重量％的联胺、20重量％的BDG及73重量％的去离子水配制本发明的清洗组合物(组合物C)。组合物C的表面张力经测定为30.46mN/m。另使用市售的柠檬酸为主要成份的清洗液作为对照组。使用组合物A与组合物C分别于AppliedMaterials，Inc.的Mesa机台上对经化学机械抛光后的铜测试晶片及空白晶片进行清洗测试，历时20秒，清洗剂流量为每分钟2000毫升。并以相同清洗条件测试市售的柠檬酸为主要成份的清洗液，其表面张力为72mN/m(对照组，清洗组合物A)。
清洗完成后以KLA-Tencor surfscan AIT观察测试晶片表面的缺陷数，其结果如图1所示。
结果显示本发明的清洗组合物C的清洗效果较清洗组合物A佳。使用清洗组合物C清洗铜测试晶片(Cu wafer)和空白晶片(blank wafer)的结果显示，缺陷总数(total count)比使用清洗组合物A少。此外，以Candela CS10测定组合物C清洗后的铜测试晶片和空白晶片，结果显示清洗前后晶片表层厚度不变，亦即本发明的组合物C不会蚀刻晶片的表面。
实施例2及3
以类似实施例1的方法配制並测试本发明的清洗组合物如下：
| 联胺(重量％) | BDG(重量％) | 去离子水(重量％) | 表面张力(mN/m) | |
| 实施例2 | 3 | 20 | 77 | 30.85 |
| 实施例3 | 8 | 20 | 72 | 29.5 |
经测试结果发现使用以上组合物，其清洗效果均较市售的清洗组合物佳。由于本发明的清洁组合物具有较小的表面张力，可增加晶片表面的湿润性，因此有较好的清洗效果。
Claims (11)
1.一种用于化学机械抛光后清洗的组合物，其包含以组合物总重计约1至约30重量％的水溶性胺类，约10至约59重量％的水溶性有机溶液，及约30至约89重量％的去离子水。
2.如权利要求1所述的组合物，其中所述的水溶性胺类选自联胺、联胺水合物或其组合。
3.如权利要求1所述的组合物，其中所述的水溶性有机溶剂选自二甲基亚砜(DMSO)、二醇化合物、N-甲基咯烷酮(NMP)、二甲基乙醯胺(DMAC)、二甲基甲醯胺(DMF)或其混合物。
4.如权利要求3所述的组合物，其中所述的二醇化合物选自二乙二醇单丁醚(BDG)、乙二醇单乙醚、乙二醇二甲醚、乙二醇正丁醚、乙二醇单丁醚醋酸或其混合物。
5.如权利要求1所述的组合物，其中所述的水溶性胺类占约1至约25重量％。
6.如权利要求5所述的组合物，其中所述的水溶性胺类占约1至约10重量％。
7.如权利要求1所述的组合物，其中所述的水溶性有机溶剂占约10至约50重量％。
8.如权利要求7所述的组合物，其中所述的水溶性有机溶剂占约10至约25重量％。
9.如权利要求1所述的组合物，其中所述的去离子水占约50至约85重量％。
10.如权利要求9所述的组合物，其中所述的去离子水占约65至约85重量％。
11.一种化学机械抛光后清洗方法，其包含将经化学机械抛光的晶片与权利要求1至10中任一项所述的组合物接触一段有效时间以移除晶片上的残留污染物的步骤。
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| US6319885B1 (en) * | 1990-11-05 | 2001-11-20 | Ekc Technologies, Inc. | Cleaning solutions including nucleophilic amine compound having reduction and oxidation potentials |
| WO2007021085A1 (en) * | 2005-08-13 | 2007-02-22 | Techno Semichem Co., Ltd. | Photoresist stripper composition for semiconductor manufacturing |
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- 2009-01-22 CN CN200910005276A patent/CN101787335A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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