CN106536668A - 使用二烷基羟胺来对抗分解以使三(2‑羟乙基)甲基氢氧化铵稳定化 - Google Patents

使用二烷基羟胺来对抗分解以使三(2‑羟乙基)甲基氢氧化铵稳定化 Download PDF

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Abstract

本发明提供了在各种应用中用作原料的经稳定化的溶液以及使用包含一种或多种二烷基羟胺或者其无机或有机酸盐的稳定剂来使这样的水性溶液稳定化的方法。经稳定化的溶液以及用于使其水性溶液稳定化的方法包括，例如，三(2‑羟乙基)甲基氢氧化铵(THEMAH)和/或碳酰肼(CHZ)的那些。

Description

使用二烷基羟胺来对抗分解以使三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵 稳定化
背景技术
常见的是，将许多种化学成分放入溶液中以形成原料，然后将其用于各种应用中的任一者中。然而，在呈溶液形式时，所述原料有时具有变得不稳定的趋势。具有不稳定的原料溶液是不期望的，因为其可导致各种问题，例如，较短的贮藏寿命、化学分解以及对原料溶液的功效和性能的不利影响。
举例而言，三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵(THEMAH)的溶液是用于各种应用的原料，包括在已经进行半导体晶片的化学机械抛光(CMP)后使用的清洗组合物。
就此而言，半导体晶片典型地由其上形成多个晶体管的基板(例如硅晶片)组成。晶体管以化学及物理方式连接至基板中且经由使用公知的多级共面互连(multilevelcoplanar interconnect)进行互相连接以形成功能电路。典型的多级互连由叠层式薄膜组成，所述叠层式薄膜由(例如)以下物质中的一种或多种构成：钛(Ti)、硝酸钛(TiN)、铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)、钽(Ta)或者它们的任意组合。
用于形成功能多级共面互连的传统技术涉及经由化学机械抛光(CMP)来对所述互连的表面进行平坦化。CMP涉及上覆第一层的同时发生的化学及机械抛光，从而暴露出其上形成有第一层的非平坦的第二层的表面(参见，例如，美国专利4,671,851、4,910,155、4,944,836、6,592,776、7,524,347及8,518,135)。
由于CMP制程往往在晶片表面上留下不期望的污染物，因此，使用清洗组合物。具体而言，经抛光的晶片的非金属基板(例如，二氧化硅)经常被抛光组合物的残留物(例如氧化硅(硅石，silica)或氧化铝(alumina)研磨剂颗粒)以及被来自抛光组合物及来自所抛光的材料的金属离子污染。这样的污染物可对半导体晶片性能具有不良影响。因此，在将抛光组合物施加至半导体表面后，典型地在完成CMP后利用水性清洗溶液从晶片表面洗去抛光组合物(参见，例如，美国专利4,051,057、5,334,332、5,837,662、5,981,454、6,395,693和6,541,434以及美国专利公开2009/0130849)。
然而，THEMAH(其可在后CMP清洗组合物(post-CMP cleaning composition)中作为碱使用)易于氧化降解。该氧化降解通过组合物的物理及化学性质的变化而显示。这样的变化包括变色、经由生成气体而开始鼓泡、和/或不利的pH漂移。这些变化尤其可在储存期间(例如在环境条件下的储存期间)发生。在升高的温度下，分解速率会增大。
典型地，为了使溶液免于发生氧化降解，利用氮气流从容器中置换出氧气。尽管该方法减缓了分解过程，但是，溶解氧在水性溶液中的存在使得其最终无效。可选择地，可添加稳定剂以在化学上防止氧化降解。举例而言，THEMAH典型地供应有数百ppm的自由基清除剂——氢醌单甲醚(MEHQ)；但是，MEHQ具有有限的水溶性且在低浓度下是无效的。另外，额外的有机组分的存在可影响溶液(例如，后CMP清洗组合物)的性能。
因此，仍然需要用于使包含THEMAH或其它化合物的水性溶液稳定化的方法以及相关的经稳定化的溶液。
发明内容
在一个方面中，本发明提供用于使三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵(THEMAH)的水性溶液稳定化的方法。该方法包括以下步骤、由以下步骤组成、或者基本上由以下步骤组成：向THEMAH的水性溶液中添加稳定剂，所述稳定剂包含一种或多种二烷基羟胺或者其无机或有机酸盐。
在另一个方面中，本发明提供经稳定化的THEMAH溶液。该溶液包含以下物质、由以下物质组成、或者基本上由以下物质组成：THEMAH；水；以及包含一种或多种二烷基羟胺或者其无机或有机酸盐的稳定剂。
在另一个方面中，本发明提供用于使碳酰肼(CHZ)的水性溶液稳定化的方法。该方法包括以下步骤、由以下步骤组成、或者基本上由以下步骤组成：向CHZ的水性溶液中添加稳定剂，所述稳定剂包含一种或多种二烷基羟胺或者其无机或有机酸盐。
在另一个方面中，本发明提供经稳定化的CHZ溶液。该溶液包含以下物质、由以下物质组成、或者基本上由以下物质组成：CHZ；水；以及包含一种或多种二烷基羟胺或者其无机或有机酸盐的稳定剂。
附图说明
尽管不希望受限于任何特定理论，但图1是据信图示出三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵(THEMAH)的生物氧化降解机理的示意图。
图2是绘制出两种清洗组合物(一种具有二乙基羟胺(DEHA)且一种不具有二乙基羟胺(DEHA))的随时间(单位为秒，x轴)的铜损失(单位为埃，y轴)的图，其中，两次向铜检查片(copper-coupon)(4.1cm×4.1cm)施加所述两种组合物，一次是在制备时且再一次是在4个月后，如实施例2中所述的。
具体实施方式
本发明的实施方式提供了可在各种应用中用作原料的经稳定化的溶液以及用于使这样的水性溶液稳定化的方法。经稳定化的溶液以及用于使其水性溶液稳定化的方法包括(例如)三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵(THEMAH)和/或碳酰肼(CHZ)的那些。
具体而言，已发现，可有利地将包含一种或多种二烷基羟胺或者其无机或有机酸盐的稳定剂添加至THEMAH和/或CHZ的水性溶液中。所述无机或有机盐可为硝酸盐、磷酸盐、乙酸盐、硫酸盐、盐酸盐、乳酸盐及甘醇酸盐中的一种或多种。在优选的实施方式中，所述二烷基羟胺为二乙基羟胺(DEHA)。为了便于论述，DEHA有时是下文所提及的稳定剂，但应理解，除非另有说明，否则该论述适用于上文所提及的任何其它稳定剂。
原料的应用
本发明的实施方式可用于任何适宜的应用中。一个这样的实例是在清洗组合物中，其用于在已经进行化学机械抛光(CMP)后移除基板上的一些或所有污染物。关于用于制作集成电路及其它微器件的各种各样的半导体晶片，这样的实施方式(其中经稳定化的原料(即溶液)用作清洗组合物)具有适用性。典型地，半导体晶片包括绝缘体及导电剂。根据本发明实施方式的经稳定化的原料可用于清洗含有各种这样的绝缘体及导电剂的基板。
举例而言，采用根据本发明实施方式的一些应用，铜可为适宜的导电剂且硅氧化物(例如，掺杂有碳的硅氧化物)可用作绝缘体。可包括其它层以包括氮化钛、氮化钽或活性金属(例如钴金属)，以增强铜与(例如)具有与二氧化硅或其它材料相比相对低的介电常数的材料之间的界面。应理解，可通过任何适宜的方法(例如化学气相沉积(CVD))施加所述层。在CMP后，使用根据本发明实施方式制备的经稳定化的清洗组合物通过移除原本将干扰并妨碍导电性的污染物来合乎期望地增强导电性。
尽管常规的CMP制程适用于进行抛光，但是，它们往往在晶片表面上留下不期望的污染物。来自抛光组合物及抛光工艺的残留物可产生碎片(debris)，所述碎片可呈现以下的形式：有机化合物例如苯并三唑(BTA)、氧化硅(silica)、或其它研磨剂颗粒、表面活性剂、金属离子、抛光垫碎片、CMP副产物(例如，具有有机配体的金属加合物离子)、或者类似物。本发明的经稳定化的实施方式可适用于移除这些不期望的污染物。
稳定剂
根据本发明的实施方式，利用一种或多种二烷基羟胺或者其无机或有机酸盐(例如DEHA)来使原料稳定化。在一些实施方式中，这样的二烷基羟胺或者其无机或有机酸盐令人惊讶且出人意料地在原料溶液中提供稳定效应，由此延长其贮藏寿命。在一些实施方式中，具体而言，已发现DEHA展现出稳定效应，这是因为：与无DEHA的原料溶液或具有较少量DEHA的原料溶液相比，其显著地降低了原料(例如THEMAH)的分解，如可例如通过降低不利的pH漂移(negative pH drift)所看到的。
该稳定效应可在各种应用(例如，CMP后的清洗、光刻胶的移除和/或未加工的化学品的产生及储存)中看到。在本发明的一些实施方式(例如，其中经稳定化的原料(即溶液)用作清洗组合物的那些实施方式)中，DEHA可(例如)在清洗组合物中用作有机抑制剂，其合乎期望地改善抗腐蚀性和/或从过渡金属表面清除活性氧。
DEHA可以任何适宜的量存在于原料溶液中。在一些实施方式中，DEHA可以约0.002重量％至约10重量％、例如，约0.003重量％至约5重量％，诸如约0.003重量％至约4重量％、约0.005重量％至约5重量％、约0.2重量％至约4重量％、约1重量％至约3.5重量％、或者约2重量％至约3重量％的量存在。举例而言，在一些实施方式中，当呈稀释形式时，DEHA的量为约0.001重量％至约0.2重量％(0.002重量％至约0.06重量％)。另外，在一些实施方式中，当呈浓缩形式时，DEHA的量为约0.05重量％至约20重量％(例如约0.1重量％至约10重量％)。
在包含作为稳定剂的DEHA的一些实施方式中，DEHA是以稀释形式以如下量存在：约0.001重量％至约0.2重量％，例如，约0.001重量％至约0.01重量％、约0.001重量％至约0.02重量％、约0.001重量％至约0.03重量％、约0.001重量％至约0.04重量％、约0.001重量％至约0.05重量％、约0.001重量％至约0.06重量％、约0.001重量％至约0.08重量％、约0.001重量％至约0.1重量％、约0.001重量％至约0.12重量％、约0.001重量％至约0.14重量％、约0.001重量％至约0.16重量％、约0.001重量％至约0.18重量％、约0.002重量％至约0.01重量％、约0.002重量％至约0.02重量％、约0.002重量％至约0.03重量％、约0.002重量％至约0.04重量％、约0.002重量％至约0.05重量％、约0.002重量％至约0.06重量％、约0.002重量％至约0.08重量％、约0.002重量％至约0.1重量％、约0.002重量％至约0.12重量％、约0.002重量％至约0.14重量％、约0.002重量％至约0.16重量％、约0.002重量％至约0.18重量％、约0.002重量％至约0.2重量％、约0.003重量％至约0.02重量％、约0.003重量％至约0.03重量％、约0.003重量％至约0.04重量％、约0.003重量％至约0.05重量％、约0.003重量％至约0.06重量％、约0.003重量％至约0.08重量％、约0.003重量％至约0.1重量％、约0.003重量％至约0.12重量％、约0.003重量％至约0.14重量％、约0.003重量％至约0.16重量％、约0.003重量％至约0.18重量％、约0.003重量％至约0.2重量％、约0.005重量％至约0.01重量％、约0.005重量％至约0.02重量％、约0.005重量％至约0.03重量％、约0.005重量％至约0.04重量％、约0.005重量％至约0.05重量％、约0.005重量％至约0.06重量％、约0.005重量％至约0.08重量％、约0.005重量％至约0.1重量％、约0.005重量％至约0.12重量％、约0.005重量％至约0.14重量％、约0.005重量％至约0.16重量％、约0.005重量％至约0.18重量％、或者约0.005重量％至约0.2重量％。
在包含作为稳定剂的DEHA的一些实施方式中，DEHA是以浓缩形式以如下量存在：约0.05重量％至约20重量％，例如，0.05重量％至约0.5重量％、约0.05重量％至约1重量％、约0.05重量％至约2重量％、约0.05重量％至约4重量％、约0.05重量％至约8重量％、约0.05重量％至约12重量％、约0.05重量％至约16重量％、约0.1重量％至约0.5重量％、约0.1重量％至约1重量％、约0.1重量％至约2重量％、约0.1重量％至约4重量％、0.1重量％至约8重量％、约0.1重量％至约12重量％、约0.1重量％至约16重量％、约0.1重量％至约20重量％、约0.5重量％至约1重量％、约0.5重量％至约2重量％、约0.5重量％至约4重量％、约0.5重量％至约8重量％、约0.5重量％至约12重量％、约0.5重量％至约16重量％、约0.5重量％至约20重量％、约1重量％至约2重量％、约1重量％至约4重量％、约1重量％至约12重量％、约1重量％至约16重量％、约1重量％至约20重量％、约2重量％至约4重量％、2重量％至约8重量％、约2重量％至约12重量％、约2重量％至约16重量％、或者约2重量％至约20重量％。
应理解，通常地，在各种应用以及用于使根据本发明实施方式制备的这样的水性溶液稳定化的方法中用作原料的经稳定化的溶液中，一种或多种成分(例如，THEMAH、CHZ和/或一种或多种二烷基羟胺或者其无机或有机酸盐，例如DEHA)的实际量可根据所需的稀释或浓缩程度而变化。就此而言，一些实施方式能够以浓缩物的形式包装，其中，可稍后添加水以稀释溶液，例如在使用点处(例如，由最终用户)，或者，溶液能够以已包括水的稀释形式包装。举例而言，在一些实施方式中，各成分的浓缩形式和/或作为整体的溶液可促进运输、分发及销售的便利。然而，在其它实施方式中，各成分和/或作为整体的溶液可呈稀释形式，从而例如使最终的使用简化。因此，如在此以及在全文中针对上文所提及的成分所描述的，重量范围可指经稀释的范围或者经浓缩的范围。
因此，各成分(例如DEHA)可以适用于最终使用的稀释形式或以浓缩且随后稀释(例如，2倍、5倍、10倍、25倍、40倍、50倍、60倍、70倍、100倍、125倍、150倍、175倍、200倍等至稀释形式)的形式存在。在利用等体积的水(例如，相应地，1等体积的水、4等体积的水、9等体积的水、24等体积的水、39等体积的水、49等体积的水、59等体积的水、69等体积的水、99等体积的水、124等体积的水、149等体积的水、174等体积的水或199等体积的水)稀释浓缩物时，在本发明实施方式中，各成分将以在下文中针对各组分所述的稀释范围内的量存在。此外，如由本领域普通技术人员所理解的，浓缩物可含有适当分数的存在于最终溶液中的水。举例而言，在一些应用(例如清洗组合物)中，浓缩物可含有适当分数的存在于最终清洗组合物中的水，以便确保提高了生成低最终金属表面粗糙度、腐蚀和/或污染物(例如研磨剂颗粒、金属离子以及如本文中所论述的其它残余物)的有效移除的一种或多种化合物至少部分或完全地溶解于浓缩物中。
THEMAH的经稳定化的溶液以及用于使其溶液稳定化的方法
DEHA可用于(例如)稳定THEMAH(一种用于各种应用(例如清洗组合物)中的碱)。THEMAH被期望用于清洗组合物中，因为其为容易获得的原料且已发现具有螯合性质。在清洗组合物中，THEMAH(一种氢氧化季铵)可用作大体积保护配体，其合乎期望地生成低的最终金属表面粗糙度和/或有效地移除污染物，所述污染物包括抛光组合物的残留物(例如氧化硅(silica)或氧化铝(alumina)研磨剂颗粒等)、来自抛光组合物以及来自所抛光的材料的金属离子、抛光垫碎片、CMP副产物、表面活性剂及其它残余物(例如有机残余物，如BTA)。THEMAH可单独使用或者与其它大体积保护配体组合使用。不期望受限于任何特定理论，相信，DEHA能够防止THEMAH中的氧化降解。举例而言，已发现，根据本发明实施方式，DEHA防止在含有THEMAH的溶液中的不利(negative)的pH漂移。
在其中THEMAH用作待被稳定化的原料的实施方式中，其可以任何适宜的量存在。举例而言，THEMAH可以约0.01重量％至约48重量％、例如，约0.2重量％至约35重量％，诸如约1重量％至约25重量％、约1.5重量％至约15重量％、约2重量％至约10重量％、约2.5重量％至约7重量％、或者约3重量％至约6重量％的量存在。举例而言，在一些实施方式中，当呈稀释形式时，THEMAH的量为约0.01重量％至约0.8重量％。另外，在一些实施方式中，当呈浓缩形式时，THEMAH的量为约1重量％至约30重量％。
在其中THEMAH用作待被稳定化的原料的一些实施方式中，THEMAH是以稀释形式以如下量存在：约0.01重量％至约0.8重量％，例如，约0.01重量％至约0.3重量％、约0.01重量％至约0.5重量％、约0.05重量％至约0.3重量％、约0.05重量％至约0.8重量％、约0.1重量％至约0.3重量％、约0.1重量％至约0.5重量％、约0.1重量％至约0.8重量％、约0.2重量％至约0.3重量％、约0.2重量％至约0.5重量％、或者约0.2重量％至约0.8重量％。
在其中THEMAH用作待被稳定化的原料的一些实施方式中，THEMAH是以浓缩形式以如下量存在：约1重量％至约30重量％，例如，约1重量％至约10重量％、约1重量％至约15重量％、约1重量％至约20重量％、约1重量％至约25重量％、约3重量％至约10重量％、约3重量％至约15重量％、约3重量％至约20重量％、约3重量％至约25重量％、约3重量％至约30重量％、约5重量％至约10重量％、约5重量％至约15重量％、约5重量％至约20重量％、约5重量％至约25重量％、约5重量％至约30重量％、约7重量％至约10重量％、约7重量％至约15重量％、约7重量％至约20重量％、约7重量％至约25重量％、或者约7重量％至约30重量％。
CHZ的经稳定化的溶液以及用于使其溶液稳定化的方法
DEHA可用于(例如)稳定CHZ(一种用于各种应用(例如清洗组合物)中的抗氧化剂氧清除剂(antioxidant oxygen scavenger))。CHZ可单独使用或者与其它大体积保护配体(例如，THEMAH)组合使用。不期望受限于任何特定理论，相信，DEHA能够防止CHZ中的氧化降解。举例而言，已发现，根据本发明的实施方式，DEHA防止在含有CHZ的溶液中发生变色以及形成气泡，这意味着氧化。
在其中CHZ用作待被稳定化的原料的一些实施方式中，CHZ可以约0.01重量％至约18.0重量％、例如，约0.02重量％至约12重量％，诸如约0.05重量％至约6重量％、约0.1重量％至约4重量％、约1重量％至约3.5重量％、或者约2重量％至约3重量％的量存在。举例而言，在一些实施方式中，当呈稀释形式时，CHZ的量为约0.01重量％至约0.04重量％。另外，在一些实施方式中，当呈浓缩形式时，CHZ的量为约0.5重量％至约12重量％。
在其中CHZ用作待被稳定化的原料的一些实施方式中，CHZ是以稀释形式以如下量存在：约0.01重量％至约0.04重量％，例如，约0.01重量％至约0.02重量％、约0.01重量％至约0.03重量％、约0.02重量％至约0.03重量％、约0.02重量％至约0.04重量％、或者约0.03重量％至约0.04重量％。
在其中CHZ用作待被稳定化的原料的一些实施方式中，CHZ是以浓缩形式以如下量存在：约0.5重量％至约12重量％，例如，约0.5重量％至约3重量％、约0.5重量％至约5重量％、约0.5重量％至约8重量％、约0.5重量％至约10重量％、约1重量％至约3重量％、约1重量％至约5重量％、约1重量％至约8重量％、约1重量％至约10重量％、约1重量％至约12重量％、约2重量％至约3重量％、约2重量％至约5重量％、约2重量％至约8重量％、约2重量％至约10重量％、或者约2重量％至约12重量％。
CHZ可单独地被稳定化或与THEMAH一起被稳定化。同样地，上述重量百分比适用于具有或不具有THEMAH或其它原料活性成分的CHZ溶液。
重量比
稳定剂可与待被稳定化的原料活性成分以任何适宜的重量比提供。为了举例说明，稳定剂与活性成分的适宜的重量比可自下文针对下面所提供的THEMAH对DEHA以及CHZ对DEHA的比率所提供的重量比看出。然而，应理解，类似的比率也可容易地适用于根据本发明实施方式的其它原料活性成分与稳定剂的组合。
在一些实施方式中，THEMAH对DEHA的重量比可为约0.5:1至约50:1，例如，约0.5:1至约40:1，诸如约0.5:1至约33:1、约0.5:1至约30:1、约0.5:1至约25:1、约0.5:1至约20:1、约0.5:1至约15:1、约0.5:1至约10:1、约0.5:1至约8:1、约0.5:1至约6:1、约0.5:1至约5:1、约0.5:1至约4.5:1、约0.5:1至约4:1、约0.5:1至约3:1、约0.5:1至约2:1、约0.5:1至约1:1、约0.5:1至约1:1、约1:1至约50:1、约1:1至约40:1、约1:1至约33:1、约1:1至约30:1、约1:1至约25:1、约1:1至约20:1、约1:1至约15:1、约1:1至约10:1、约1:1至约8:1、约1:1至约6:1、约1:1至约5:1、约1:1至约4.5:1、约1:1至约4:1、约1:1至约3:1、约1:1至约2:1、约1:1至约1.7:1、约1.7:1至约50:1、约1.7:1至约40:1、约1.7:1至约33:1、约1.7:1至约30:1、约1.7:1至约25:1、约1.7:1至约20:1、约1.7:1至约15:1、约1.7:1至约10:1、约1.7:1至约8:1、约1.7:1至约6:1、约1.7:1至约5:1、约1.7:1至约4.5:1、约1.7:1至约4:1、约1.7:1至约3:1、约1.7:1至约2:1、约3:1至约50:1、约3:1至约40:1、约3:1至约33:1、约3:1至约30:1、约3:1至约25:1、约3:1至约20:1、约3:1至约15:1、约3:1至约10:1、约3:1至约9:1、约3:1至约8:1、约3:1至约7:1、约3:1至约6:1、约3:1至约5:1、约3:1至约4.5:1、约3:1至约4:1、或者约3:1至约3.5:1。
在一些实施方式中，CHZ对DEHA的重量比可为约3:1至约10:1，例如，约3:1至约9:1，诸如约3:1至约8:1、约3:1至约7:1、约3:1至约6:1、约3:1至约5:1、约3:1至约4:1、约3:1至约3.5:1、约3.5:1至约10:1、约3.5:1至约9:1，例如约3.5:1至约8:1、约3.5:1至约7:1、约3.5:1至约6:1、约3.5:1至约5:1、约3.5:1至约4:1、约4:1至约10:1、约4:1至约9:1、约4:1至约8:1、约4:1至约7:1、约4:1至约9:1、约4:1至约8:1、约4:1至约7:1、约4:1至约6:1、或者约4:1至约5:1。
水
本发明的经稳定化的溶液含有水，其可以任何适宜的量存在。举例而言，当用于适宜的应用(例如用于在已经发生CMP后对基板进行清洗)时，水可以如下量存在于经稳定化的溶液中：约50.0重量％至约99.99重量％，例如，约50重量％至约40重量％、约40重量％至约5重量％、约5重量％至约0.1重量％、或者约0.1重量％至约0.01重量％，所有的量均基于经稳定化的溶液的总重量。
在经稳定化的溶液的浓缩形式中，在本发明的经稳定化的溶液的一些实施方式中，可包括一些量的水，举例来说，该量为约45重量％至约99重量％，例如，约50重量％至约95重量％、约60重量％至约90重量％、约70重量％至约85重量％、或者约75重量％至约80重量％。
性质
令人惊讶且出人意料地，本发明实施方式提供原料的经稳定化的溶液，其具有相对长的贮藏寿命且避免了氧化降解。举例而言，在各实施方式中，本发明的经稳定化的溶液抵制了物理及化学性质的变化，例如，变色、经由生成气体而开始鼓泡和/或不利的pH漂移(例如，在环境温度或甚至升高的温度下)。
在一些实施方式中，本发明的经稳定化的溶液稳定至少约一个月，例如，至少约两个月或更长，诸如至少约三个月或更长、至少约四个月或更长、至少约五个月或更长、至少约六个月或更长、至少约七个月或更长、至少约八个月或更长、至少约九个月或更长、至少约十个月或更长、至少约十一个月或更长、至少约十二个月或更长、至少约十三个月或更长、至少约十四个月或更长、至少约十五个月或更长、至少约十六个月或更长、至少约十七个月或更长、至少约十八个月或更长、至少约十九个月或更长、至少约二十个月或更长、至少约二十一个月或更长、至少约二十二个月或更长、至少约二十三个月或更长、或者至少约二十四个月或更长。
令人惊讶且出人意料地，本发明的一些实施方式还合乎期望地避免了不利(negative)的pH漂移。就此而言，不利的pH漂移是指逆向地(adversely)改变溶液的碱浓度的分解。举例而言，一些实施方式的pH漂移为约0.5或更小，例如，约0.45或更小，诸如约0.4或更小、约0.35或更小、约0.3或更小、约0.25或更小、约0.2或更小、约0.15或更小、约0.1或更小、约0.05或更小、约0.01或更小、或者无pH漂移。
氮气保护
在一些实施方式中，已令人惊讶且出人意料地发现，对于溶液中所需的稳定剂的量而言，增添氮气保护有利地影响了稳定性的持续时间。尚未知晓，氮气保护在使本发明实施方式的THEMAH和/或CHZ缺乏稳定剂的溶液稳定化方面极其有效。根据本发明的实施方式，本发明表明，当除了呈现二烷基羟胺(例如DEHA)形式的稳定剂以外还增添氮气保护时，需要较少量的稳定剂以达到与无氮气保护且较大量的稳定剂的溶液相当的稳定性持续时间。在一些实施方式中，在容器中以氮气如“枕状物”或“毯状物”的形式覆盖于经稳定化的溶液上的氮气保护有利地且协同地使原料溶液得到进一步稳定。
不稳定性的机理
现参考图1。尽管不希望受限于任何特定理论，但是，示意图1-3图示出据信与THEMAH原料的溶液的不稳定性相关的机理。
示意图1图示出THEMAH分子。THEMAH分子接触假丝酵母(念珠菌，Candidabacteria)(“Candida B”)，在示意图2中示出了其可能的结果。相信，常见的细菌(例如Candida B)可通过酶机理氧化-OH基团(x)并将其转变成醛基团。进一步地，相信，通过第二酶机理，Candida B可使氮与醛基之间的键裂开并且使醛基氧化，如示意图3中所示出的。从而，THEMAH分子变成具有两个-H基团的不带电的胺(其不再为碱)。相信，醛基被转变成乙醛，其立即发生氧化，产生具有高pH的乙酸。乙酸与所述不带电的胺发生反应，使其中和并且产生盐。这样的反应的一种可能的结果是碱度的损失。
进一步地，相信，在一些实施方式中，THEMAH分解的副产物进一步与CHZ发生反应，这使得溶液呈粉色。CHZ的氧化分解产生CO2及N2气泡以及较低浓度的CHZ，这是因为显著量的CHZ发生分解(指示氧化分解)。
为了反对并克服该不稳定性，相信，二烷基羟胺(例如DEHA)或者其无机或有机酸盐通过如下来使含有THEMAH的溶液稳定化：清除活化氧或者阻断(blocking)细菌酶，从而防止该引起不利的pH漂移的氧化分解。尽管不希望受限于任何特定理论，但是，相信，举例而言，DEHA可抑制用于使THEMAH中的羟烷基(例如羟乙基)取代基氧化成相应的醛所需的细菌酶，使得，在一些实施方式中，已发现，DEHA展现出稳定效应。
清洗方法
用于在已经进行CMP后使用的用作清洗组合物(即溶液)的本发明实施方式可通过任何适宜的方法实施。举例而言，一种这样的清洗方法包括以下步骤、由以下步骤组成、或者基本上由以下步骤组成：(a)提供具有由半导体晶片的化学机械抛光产生的污染物的半导体晶片；以及(b)使半导体晶片表面与如本文所述的清洗组合物接触，以便从半导体晶片表面移除至少一些所述污染物。如本文所述的，污染物可包括，例如，研磨剂颗粒、有机残余物、金属离子、垫碎片以及CMP副产物、或者它们的任意组合。所述晶片可包括低-k介电材料和/或金属导体。.
此外，用于抛光和清洗半导体晶片表面的方法包括以下步骤、由以下步骤组成、或者基本上由以下步骤组成：(a)提供抛光垫、化学机械抛光组合物及半导体晶片；(b)使半导体晶片与抛光垫及抛光组合物接触；(c)使抛光垫相对于半导体晶片表面移动(其间具有抛光组合物)，从而研磨半导体晶片表面并由此抛光所述晶片的表面，使得所述晶片的经抛光的表面含有来自于化学机械抛光组合物的污染物；以及(d)使所述含有污染物的半导体晶片的经抛光的表面与如本文所述的清洗组合物接触，以便从所述半导体晶片的经抛光的表面移除至少一些所述污染物。
典型地，化学机械抛光组合物用于使用抛光垫抛光半导体晶片，使得所述抛光和清洗半导体晶片的方法进一步包括：在抛光垫与半导体晶片之间提供化学机械抛光组合物；使半导体晶片与抛光垫接触(其间具有抛光组合物)；以及使抛光垫相对于半导体晶片移动(其间具有抛光组合物)，从而研磨半导体晶片并由此抛光所述半导体晶片。本发明的实施方式不受抛光组合物的限制，其可为本领域中已知的任何适宜的抛光组合物。此外，本发明的实施方式不受抛光期间所用的CMP装置和抛光垫的限制，其可为任何适宜的CMP装置和抛光垫，其中的许多是本领域中已知的。
通常，化学机械抛光装置包含：(a)旋转的平台；(b)置于该平台上的抛光垫；以及(c)载体，其固持待通过接触所述旋转的抛光垫而进行抛光的半导体晶片。在一些实施方式中，该装置进一步包含(d)用于在抛光垫与半导体晶片之间输送化学机械抛光组合物的部件(means)。举例而言，所述用于输送化学机械抛光组合物的部件可包括，例如，泵以及流量计量系统。
以下实施例进一步阐释本发明，但当然不应理解为以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
该实施例表明了在包含三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵(THEMAH)及碳酰肼(CHZ)的后CMP清洗组合物(post-CMP cleaning composition)中使用二烷基羟胺(在此情形下为二乙基羟胺(DEHA))的益处。每个试样均是以3.5升的量在一加仑(3.589升)塑料容器中制备。水性溶液包含20重量％THEMAH、6重量％CHZ、以及0.6重量％至6重量％DEHA。根据试样而定，使剩余的0.089升填充氧气或氮气。
表1阐释了DEHA作为稳定剂的效能。表1注释了所添加的DEHA的重量％(无论是否增添氮气保护)、观察试样的天数、试样在变色程度及气泡存在方面的外观、以及pH的变化。在表1中，若其指示氮气保护，则应理解，氮气被加入以置换氧气。
表1.由DEHA稳定化的基于THEMAH的组合物的变色及pH漂移
试样 DEHA的重量％ 氮气保护 经过的时间 外观 pH的变化
1A 0.6重量％ 否 4天 粉色，许多气泡 0.5
1B 0.6重量％ 是 4天 浅粉色，几个气泡 0.2
1C 2.0重量％ 否 4天 无色，无气泡 <0.2
1D 2.0重量％ 是 4天 无色 <0.2
1E 6.0重量％ 否 4天 无色 <0.2
1F 6.0重量％ 是 4天 无色 <0.2
1G 0.6重量％ 否 7天 深粉色，许多气泡 0.7
1H 0.6重量％ 是 7天 粉色，许多气泡 0.4
1I 2.0重量％ 否 7天 无色 <0.2
1J 2.0重量％ 是 7天 无色 <0.2
1K 6.0重量％ 否 7天 无色 <0.2
1L 6.0重量％ 是 7天 无色 <0.2
1M 0.6重量％ 否 1个月 深粉色，许多气泡 1.1
1N 0.6重量％ 是 1个月 深粉色，许多气泡 0.8
1O 2.0重量％ 否 1个月 浅粉色，几个气泡 0.3
1P 2.0重量％ 是 1个月 无色 <0.2
1Q 6.0重量％ 否 1个月 无色 <0.2
1R 6.0重量％ 是 1个月 无色 <0.2
外观的任何变化或相当大的pH漂移表明了THEMAH碱及CHZ的分解。当pH漂移可忽略(即为0.5或更小)且试样外观未发生变化时，THEMAH碱及CHZ是稳定的。试样1G、1M及1N显示出显著的变色和许多气泡的累积以及不可接受的不利的pH漂移。试样1A-1F、1H-1L及1O-1R显示出最小的变色或无变色、极少的气泡累积或无气泡累积、以及可忽略的不利的pH漂移。
实施例2
该实施例表明了，在由CMP后的清洗期间移除的铜量(铜损失)量度的清洗能力方面，在包含三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵(THEMAH)及碳酰肼(CHZ)的后CMP清洗组合物中使用二烷基羟胺(在此情形下为二乙基羟胺(DEHA))的益处。通过施加清洗溶液从抛光的基板移除的铜越多，则清洗溶液的腐蚀性越大。较高的腐蚀性可在所抛光的基板上导致不期望的缺陷，包括坑(pit)缺陷(即，局部侵蚀)、腐蚀缺陷(即，普遍侵蚀)、以及较高的粗糙度。
后CMP清洗溶液(post-CMP cleaning solution)的两个试样均是利用5重量％THEMAH、2重量％有机胺、单乙醇胺(MEA)及1.5重量％CHZ制备的。试样2A包括0.5重量％DEHA，而试样2B是在无DEHA的情况下制备的。对两个试样增添氮气保护。每个试样的组成阐释于下表2中。
表2.基于THEMAH的后CMP清洗组合物的实例
试样 THEMAH的重量％ MEA的重量％ CHZ的重量％ DEHA的重量％
2A 5重量％ 2重量％ 1.5重量％ 0.5重量％
2B 5重量％ 2重量％ 1.5重量％ -
通过处理铜检查片(copper-coupon)(4.1cm×4.1cm)来对试样2A和2B进行测试。针对每个试样，对于在一定时间段(以秒量测)内的铜移除量(以埃量测)进行两次量测，一次是在制备时(“新鲜的”)且再一次是在4个月之后。图2图示出测试的结果。
如从图2可观察到的，当在刚一制备清洗溶液就进行测试的时候，试样2A和2B在60秒的过程中展现出相似的铜损失。然而，当在4个月后进行第二次测试的时候，与不包括DEHA的试样2B相比，包括DEHA的试样2A展现出显著较小的铜损失。实际上，试样2A在4个月后展现出很小的性能变化。
将本文中引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)特此通过参考引入，其参考程度如同每一篇参考文献被单独地和具体地说明以通过参考引入且在本文中被全部地阐述一样。
在描述本发明的范围中(尤其是在下列权利要求的范围中)使用术语“一个(种)(a,an)”和“所述(该，the)”和“至少一个(种)”以及类似指示物将被解释为涵盖单数和复数两者，除非在本文中另外说明或与上下文明显矛盾。术语“至少一个(种)”+一个或多个项目的列表(例如，“A和B中的至少一个(种)”)的使用应解释为意指选自所列示的项目的一个项目(A或B)或者所列示的项目中的两个或更多个的任意组合(A和B)，除非在本文中另外说明或与上下文明显矛盾。术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”将被解释为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另外说明。本文中数值范围的列举仅仅意图用作单独提及落在该范围内的每个独立值的简写方法，除非在本文中另外说明，且在说明书中引入每个独立的值，就如同其在本文中被单独地列举一样。本文中描述的所有方法可以任何合适的顺序进行，除非在本文中另外说明或与上下文明显矛盾。本文中提供的任何和所有实施方式、或示例性语言(如，“例如”)的使用仅用来更好地说明本发明，而不是对本发明的范围加以限制，除非另外说明。本说明书中没有语言应被解释为将任何非要求保护的要素指明为对于本发明的实践所必需的。
本文中描述了本发明的优选实施方式，包括本发明人已知的用于实施本发明的最佳模式。在阅读上述描述后，那些优选实施方式的变型对于本领域普通技术人员可变得明晰。本发明人希望熟练技术人员在适当时采用这样的变型，且本发明人意图让本发明用不同于本文中具体描述的方式进行实践。因此，本发明包括如由适用的法律所允许的附于此的权利要求书中所叙述的主题的所有变型和等同物。此外，上述要素的以其所有可能的变型的任何组合被本发明所涵盖，除非在本文中另外说明或相反与上下文明显矛盾。

Claims (42)

1.用于使三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵(THEMAH)的水性溶液稳定化的方法，包括：向THEMAH的水性溶液中添加稳定剂，所述稳定剂包含一种或多种二烷基羟胺或者其无机或有机酸盐。
2.权利要求1的方法，其中，所述二烷基羟胺为二乙基羟胺(DEHA)。
3.权利要求2的方法，其中，THEMAH对DEHA的重量比为约0.5:1至约50:1。
4.权利要求2的方法，其中，THEMAH对DEHA的重量比为约1:1至约33:1。
5.权利要求2的方法，其中，THEMAH对DEHA的重量比为约1.7:1至约25:1。
6.权利要求2的方法，其中，THEMAH对DEHA的重量比为约3:1至约10:1。
7.权利要求1-6中任一项的方法，其中，所述无机或有机盐为硝酸盐、磷酸盐、乙酸盐、硫酸盐、盐酸盐、乳酸盐及甘醇酸盐中的一种或多种。
8.权利要求1-7中任一项的方法，其中，THEMAH的量为约0.01重量％至约48重量％。
9.权利要求1-8中任一项的方法，其中，DEHA的量为约0.003重量％至约5重量％。
10.权利要求1-9中任一项的方法，其中，所述溶液进一步包含碳酰肼(CHZ)。
11.权利要求10的方法，其中，CHZ的量为约0.02重量％至约12重量％。
12.权利要求1-11中任一项的方法，其中，所述溶液具有约0.5或更小的pH漂移。
13.权利要求1-12中任一项的方法，其中，所述溶液稳定至少约四个月。
14.权利要求13的方法，其中，所述溶液稳定至少约六个月。
15.经稳定化的三(2-羟乙基)甲基氢氧化铵(THEMAH)溶液，包含：
THEMAH；
水；以及
稳定剂，其包含一种或多种二烷基羟胺或者其无机或有机酸盐。
16.权利要求15的经稳定化的溶液，其中，所述二烷基羟胺为二乙基羟胺(DEHA)。
17.权利要求16的经稳定化的溶液，其中，THEMAH对DEHA的重量比为约0.5:1至约50:1。
18.权利要求16的经稳定化的溶液，其中，THEMAH对DEHA的重量比为约1:1至约33:1。
19.权利要求16的经稳定化的溶液，其中，THEMAH对DEHA的重量比为约1.7:1至约25:1。
20.权利要求16的经稳定化的溶液，其中，THEMAH对DEHA的重量比为约3:1至约10:1。
21.权利要求15-20中任一项的经稳定化的溶液，其中，所述无机或有机盐为硝酸盐、磷酸盐、乙酸盐、硫酸盐、盐酸盐、乳酸盐及甘醇酸盐中的一种或多种。
22.权利要求15-21中任一项的经稳定化的溶液，其中，THEMAH的量为约0.01重量％至约48重量％。
23.权利要求15-22中任一项的经稳定化的溶液，其中，DEHA的量为约0.003重量％至约5重量％。
24.权利要求15-23中任一项的经稳定化的溶液，其中，所述溶液进一步包含碳酰肼(CHZ)。
25.权利要求24的经稳定化的溶液，其中，CHZ的量为约0.02重量％至约12重量％。
26.权利要求15-25中任一项的经稳定化的溶液，其中，所述溶液具有约0.5或更小的pH漂移。
27.权利要求15-26中任一项的经稳定化的溶液，其中，所述溶液稳定至少约四个月。
28.权利要求27的经稳定化的溶液，其中，所述溶液稳定至少约六个月。
29.用于使碳酰肼(CHZ)的水性溶液稳定化的方法，包括：向CHZ的水性溶液中添加稳定剂，所述稳定剂包含一种或多种二烷基羟胺或者其无机或有机酸盐。
30.权利要求29的方法，其中，所述二烷基羟胺为二乙基羟胺(DEHA)。
31.权利要求29的方法，其中，CHZ对DEHA的重量比为约3:1至约10:1。
32.权利要求29-31中任一项的方法，其中，所述无机或有机酸盐为硝酸盐、磷酸盐、乙酸盐、硫酸盐、盐酸盐、乳酸盐及甘醇酸盐中的一种或多种。
33.权利要求29-32中任一项的方法，其中，DEHA的量为约0.003重量％至约4重量％且CHZ的量为约0.02重量％至约12重量％。
34.权利要求29-33中任一项的方法，其中，所述溶液具有约0.3或更小的pH漂移。
35.权利要求29-34中任一项的方法，其中，所述溶液稳定至少约四个月。
36.经稳定化的碳酰肼(CHZ)溶液，包含：
CHZ；
水；以及
稳定剂，其包含一种或多种二烷基羟胺或者其无机或有机酸盐。
37.权利要求36的经稳定化的溶液，其中，所述二烷基羟胺为二乙基羟胺(DEHA)。
38.权利要求36的经稳定化的溶液，其中，CHZ对DEHA的重量比为约3:1至约10:1。
39.权利要求36-38中任一项的经稳定化的溶液，其中，所述无机或有机酸盐为硝酸盐、磷酸盐、乙酸盐、硫酸盐、盐酸盐、乳酸盐及甘醇酸盐中的一种或多种。
40.权利要求36-39中任一项的经稳定化的溶液，其中，DEHA的量为约0.003重量％至约4重量％且CHZ的量为约0.02重量％至约12重量％。
41.权利要求36-40中任一项的经稳定化的溶液，其中，所述溶液具有约0.3或更小的pH漂移。
42.权利要求36-41中任一项的经稳定化的溶液，其中，所述溶液稳定至少约四个月。
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