TW201825665A - 自化學機械平坦化基板移除殘留物之組合物及方法 - Google Patents

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Abstract

本文闡述CMP後清洗溶液，及可用於自CMP基板移除殘留物或防止殘留物在CMP基板表面上形成之方法。

Description

自化學機械平坦化基板移除殘留物之組合物及方法
本發明係關於化學機械平坦化(CMP)技術及相關組合物，尤其係關於在CMP製程步驟期間可用於防止殘留物在CMP基板表面上形成或自CMP基板移除殘留物之CMP組合物及方法。
在微電子裝置之領域中，包括積體電路、光學裝置、記憶體裝置、磁電組件及電子、記憶體、光學及類似應用中所用之其他微裝置或微裝置組件之領域中，微電子裝置係藉由在基板上沈積及移除材料組合之多個步驟來製備。在處理期間所施加之層之材料可係導電材料(例如，金屬)、半導體材料(例如，基於矽之材料(例如，氧化矽))或聚合材料。微電子裝置係以將微電子結構層構建至基板上之方式，藉由選擇性施加及選擇性移除基板表面上之該等材料來製備。在該等步驟之間，許多所施加之材料層係藉由平坦化或拋光基板最上部(表面)層之步驟來處理。在製造期間需要平面表面之微電子裝置基板之實例包括用於產生積體電路之基板、記憶體磁碟、磁電微裝置及諸如此類。置於微電子裝置基板之表面上並自其移除之金屬及半導體材料之實例尤其包括鎢、鈷、鎳、銅、金屬合金(例如，Al2 O3 、NiC、TiC)、氧化物(例如，二氧化矽)。在多種情況下，將導電材料(例如，金屬，例如鎢、銅或鈷)置於基板上，以覆蓋或填充先前在基板表面上製備之下伏結構。放置導電材料層後，必須將該材料之過量部分(例如，「過載」)移除，以留下形成微電子裝置之導電特徵之剩餘量導電材料。 處理微電子裝置基板表面之常用技術係藉由化學機械平坦化(CMP)。儘管術語「平坦化」及「拋光」以及該等詞語之其他形式具有不同內涵，但其經常互換使用，其中意指之含義係藉由使用術語之上下文來表達。為便於說明，在本文中將遵循此常見用法，且將使用術語「化學機械平坦化」及其縮寫「CMP」來表達「化學機械處理」及「化學機械拋光」之更明確術語中之任一者。 在化學機械平坦化中，基板係藉由承載頭或「載體」來保持，且基板之表面通常係在磨料材料(例如，磨料漿液)之存在下經壓靠在CMP墊之表面上。將墊安裝在與基板表面相對之平臺上，並藉由使載體及基板、平臺或二者處於運動中，使藉由載體保持之基板表面相對於墊表面移動。如有效且高效地自基板移除材料所期望的，漿液可含有化學材料及磨料顆粒之組合，使得基板表面與墊之間之運動在磨料顆粒、化學材料或二者之存在下引起期望量及類型之材料自基板表面移除，以理想地產生平面表面或拋光表面。用於自基板表面移除金屬之典型漿液可包括大量液體載劑，化學材料及磨料顆粒溶解或分散於其中。磨料顆粒可具有用於自基板移除特定材料之大小及組合物特徵；實例顆粒可由氧化鋁、氧化鈰、二氧化矽(多種形式)或其他金屬或金屬氧化物材料構成或包含其。選擇漿液之化學材料以達成期望之移除率及製成基板表面之最終形貌(例如，光滑度)，且漿液中化學材料之類型及量可端視存在於基板表面上之材料之類型而定。化學材料之實例包括有機化學材料，其用作表面活性劑、氧化劑、有機抑制劑(控制移除率)、螯合試劑及含有有機基團之其他化學材料中之一或多種。其他可能的化學材料包括pH調節劑(鹼、酸)及殺生物劑(作為防腐劑)。 自基板表面移除導電金屬之許多CMP製程使用兩個步驟製程。第一步驟用於侵襲性移除金屬「過載」層，且其實施實現相對高之移除率；此步驟通常稱為「大量移除」步驟。在大量移除步驟後實施後續步驟以精製或「拋光」表面，此步驟通常稱為「拋光」步驟。大量移除步驟係利用漿液來實施，該漿液包括磨料顆粒及經選擇以產生高移除率之化學品。可不需要或強調在大量移除步驟期間相對於其他材料(例如，氧化矽)移除金屬之高選擇性。與大量移除步驟中所用之漿液相比，後續拋光步驟通常係利用包括不同(例如，較小侵襲性)磨料顆粒及不同化學材料之漿液實施。在拋光步驟期間，相對於一類材料(例如，氧化矽)更具選擇性地移除不同材料(例如，金屬)可甚為重要，而材料之高移除率重要性較低。而且，兩個不同類型之步驟可使用不同處理參數，例如基板與墊之間相對運動之不同速度、基板與墊之間之不同壓力及不同處理時間。期望地且藉由當前習用實踐，大量移除步驟係在不自載體移除基板之情形下實施；即，將基板置於載體中以藉由大量移除步驟進行處理，並將基板保持在同一載體中以在拋光步驟中進行處理。 拋光步驟之後通常係「CMP後」清洗步驟，在此期間以物理方式自載體移除基板，並將其轉移至藉由可包括刷洗台之構件進一步清洗基板表面之清洗設備中，基板在該刷洗臺上亦在CMP清洗溶液之存在下以機械方式經洗滌及沖洗。 在許多CMP製程中，殘留物在基板表面累積且可在處理步驟期間及之後存在於基板表面上。作出重大努力以防止殘留物之形成或一旦存在殘留物將其移除，此乃因將基板高效地處理為無缺陷之製成裝置依賴於在後續沈積及移除步驟期間高度精製且清潔之處理用基板表面之存在。尤其必須移除含有磨料顆粒之殘留物材料，此乃因該等可產生表面缺陷(例如，劃痕)以及呈包埋顆粒形式之裝置缺陷。 在平坦化或拋光步驟之後，基板表面上可存在多種可能的殘留物類型。殘留物可單獨或以組合形式包括構成漿液之材料中之一者，例如化學材料或磨料顆粒。殘留物亦可包括在CMP製程步驟期間納入漿液中之材料，例如在處理期間自基板表面移除之材料(例如，金屬離子)或在藉由使漿液之化學材料反應或化學改質(例如，氧化或還原)處理期間生成之材料。若兩種某固體(例如，顆粒類型)殘留物以導致該兩者產生固體之方式組合或相互作用，例如藉由自溶液中沈澱出、藉由聚結或藉由凝結以形成固體殘留物顆粒(亦簡稱為「殘留物顆粒」)，則此等材料在處理步驟期間形成。當漿液中之有機化學材料與金屬材料以兩種材料形成固體(例如，聚結物、凝結物或沈澱物)之方式相互作用時，可形成該等類型之殘留物顆粒之實例。金屬材料可係金屬磨料顆粒、含金屬磨料顆粒(例如，金屬氧化物)、金屬離子或漿液中之另一含金屬材料，其可與有機化學材料組合以藉由沈澱、聚結或凝結形成固體殘留物顆粒。許多漿液含有可(以化學方式、以離子方式等)經吸引至金屬材料之有機化學品。 若固體殘留物顆粒經吸引至CMP基板表面之程度使顆粒將牢固黏附至表面，則該等顆粒存在問題。當此等殘留物顆粒存在於CMP基板表面上時，可需要額外處理步驟以溶解殘留物顆粒或以物理方式自表面移除該等顆粒。此等步驟之實例包括在CMP製程步驟(例如，大量移除步驟、拋光步驟或諸如此類)結束時實施之附加清洗或沖洗步驟(「原位清洗」)，而不自用於實施該CMP製程步驟之載體移除基板。清洗或沖洗步驟通常可使用與先前步驟(或後續CMP步驟)相同之載體、平臺及墊，但涉及不含有磨料顆粒之清洗溶液。清洗溶液可代之以僅含有去離子水或具有可選有機溶劑、pH調節劑(酸或鹼)、表面活性劑或螯合試劑之去離子水，以溶解或沖去固體殘留物顆粒。 在CMP製程步驟期間，藉由組合漿液中所存在之兩種或更多種材料所形成之殘留物顆粒之問題可因污染系列中較早與較晚處理步驟之間之材料而加劇，尤其若步驟係在對於較早及較晚步驟二者而言皆保持在同一載體中之基板上實施亦如此。在一系列CMP步驟期間，在第一或較早步驟結束時，化學材料或磨料顆粒可保留在基板表面上或基板載體之表面上。該等材料可經攜載至基板表面或載體上之後續步驟。若一或多種來自先前步驟之材料與後續步驟漿液之材料不相容(例如，可與在後續步驟期間存在或變為存在之材料組合以凝結、沈澱或聚結)，則殘留物顆粒在後續步驟期間產生。 包括多個步驟且在較晚步驟中易受較早步驟材料污染影響之實例CMP處理方法包括自基板移除金屬之多步驟(例如，兩步)製程，其包括第一大量移除步驟，隨後在同一基板上進行後續拋光步驟。設計可用於實施大量移除步驟之漿液之磨料顆粒及化學材料，以提供期望之大量移除步驟結果，包括所移除金屬材料之高移除率。用於後續(拋光)步驟之漿液之化學不需要高移除率，但意欲提供較緩和之材料移除及(通常)相對於亦存在於基板表面上之一類材料自基板移除不同類材料之高選擇性。出於效率，該等多步驟製程較佳使用不同平臺及墊實施，但其中對於每一步驟皆使用同一載體保持基板。將使用載體來保持基板，以在使用第一「大量移除」漿液時使基板與第一平臺接合。然後載體將將基板運輸至第二平臺，其將使用具有不同磨料顆粒及化學材料之第二(拋光)漿液來實施拋光步驟。載體、基板或二者可以物理方式將第一漿液之化學材料、磨料顆粒或在第一步驟期間所產生之化學材料轉移至第二步驟，即可用第一步驟之材料污染第二步驟。 在CMP製程期間自CMP基板之表面移除殘留物之現有技術(例如，「原位清洗」技術)可對某些基板上之某些類型之殘留物有效。有效性可取決於殘留物之類型(化學品、粒狀物、聚結物、凝結物、沈澱物等)、其化學及物理組成及結構、基板類型及殘留物與基板表面之間之吸引程度，以及清洗溶液是否有效分解或溶解殘留物顆粒或將殘留物顆粒自基板表面解離。現有技術通常或完全有效移除所有類型之殘留物顆粒，尤其含有有機材料及無機材料二者之殘留物顆粒，該有機材料及無機材料組合以形成殘留物顆粒結構。仍然顯著需要新型且更高效之清洗溶液及原位清洗步驟用於自CMP基板表面移除該等類型之殘留物顆粒。
本發明係關於新穎及本發明之CMP組合物(例如，CMP後清洗溶液或化學擦光溶液)及CMP製程步驟，該等CMP製程步驟涉及以一定方式使用環糊精化合物作為CMP組合物(例如，CMP後清洗溶液或化學擦光溶液)或CMP製程步驟中之試劑，以此方式環糊精化合物在化學機械處理期間防止殘留物顆粒之形成，或以此方式環糊精化合物有效促進自基板表面移除殘留物、尤其有機材料殘留物或含有有機材料之殘留物顆粒。實例CMP後清洗溶液含有環糊精並可用於清洗或沖洗步驟，以藉由使CMP基板與含有環糊精化合物之清洗溶液接觸並運動並與CMP墊接觸而自CMP基板之表面移除化學或粒狀殘留物。環糊精化合物可與漿液中或基板表面上之有機材料殘留物形成複合物，其中有機材料殘留物視情況但未必係較大聚結物、粒狀物或凝結物(即殘留物顆粒)之部分。方法包括在一或多個平坦化或拋光步驟期間、之後或之間「原位」清洗(包括沖洗) CMP基板，其中清洗步驟係藉由將CMP基板保持在載體中來實施，該載體係平坦化步驟、拋光步驟或二者中所使用之同一載體。 根據本發明，已發現環糊精化合物有效防止此等殘留物顆粒之形成，或分解此等殘留物顆粒，或以其他方式有效自基板表面移除有機材料殘留物或顆粒殘留物。可將含有水及環糊精之清洗溶液分配至基板表面上，該基板具有存在於在基板表面上之化學殘留物、殘留物顆粒或二者。不期望受限於理論，據信環糊精將殘留物或殘留物顆粒之有機材料吸引至其疏水內部並形成複合物。藉由與有機材料形成複合物，環糊精有效移除、隔絕或隔離有機材料，並防止其存在於基板或載體之表面上，或防止其變為或保持為基板或載體表面上殘留物顆粒之部分。因此，在清洗步驟中，含有環糊精之清洗溶液有效自基板或載體之表面移除化學殘留物或殘留物顆粒。 在較佳實施例中，螯合試劑亦可包括在清洗溶液中，以進一步改良殘留物及殘留物顆粒之防止或移除。再次不期望受限於理論，可將螯合試劑吸引至殘留物顆粒之無機(例如，金屬)部分，從而容許無機部分自殘留物顆粒之結構分散，容許殘留物顆粒溶解、分解或以其他方式自基板或載體之表面移除。 在一態樣中，本發明係關於自CMP基板移除殘留物之方法。方法包括：(a)在載體中提供CMP基板，(b)提供包括墊之平臺，(c)提供包含液體載劑及環糊精化合物之清洗溶液，及(d)使墊及清洗溶液與基板之表面接觸並運動，以自表面移除殘留物。 在另一態樣中，本發明係關於用於處理CMP基板之清洗溶液。該溶液包括：液體載劑及基於清洗溶液之總重量10百萬分率至50,000百萬分率(基於清洗溶液之總重量，0.0010重量%至5重量%)之環糊精化合物。
本發明係關於新穎及本發明之CMP組合物、CMP後清洗溶液(化學擦光溶液)及涉及使用環糊精化合物作為試劑之CMP製程步驟，該試劑在化學機械處理期間防止殘留物及殘留物顆粒之形成或在CMP沖洗或清洗步驟期間促進殘留物顆粒分解或自CMP基板表面移除。所述組合物含有環糊精化合物及其他成分，其容許環糊精化合物在製程步驟期間(包括但不限於清洗或沖洗步驟)有效防止形成或溶解、分解化學殘留物(例如，有機材料)或殘留物顆粒或以物理方式或以機械方式將其自CMP基板或保持基板之載體之表面移除。較佳的CMP組合物可含有溶解於液體載劑中之環糊精化合物、可選螯合劑、可選殺生物劑及可選pH調節劑，以及極少(例如，完全沒有)其他固體(例如，磨料顆粒)或化學材料，例如實質上或完全排除用於導致或促進自基板表面化學或機械移除材料(除顆粒殘留物以外)之類型之其他材料。 在化學機械處理步驟(例如，平坦化或拋光步驟)期間，固體殘留物之顆粒可自步驟期間存在於基板表面上之兩種不同材料之組合在基板表面上形成。有問題之殘留物可自多種固體或溶解材料形成，該等固體或溶解材料在漿液經添加至CMP製程步驟時在漿液中最初發現，或在處理步驟期間變為存在。兩種或更多種材料(例如，有機材料及無機材料(例如，金屬材料))可具有化學、物理或靜電性質，其導致材料當在CMP製程步驟之同一漿液中存在時組合，並藉由自溶液中沈澱出、藉由形成聚結物或凝結物或諸如此類形成固體殘留物顆粒。由基板表面、漿液材料及CMP墊之間之運動提供之剪力及能量可使該等顆粒形成之可能性增加。某些此等殘留物顆粒當在CMP基板之表面上形成時存在問題且必須防止或移除。該等殘留物顆粒一旦形成並存在於基板表面上，即可牢固吸引至表面且難以分解或移除。 難以移除之殘留物顆粒之實例包括自金屬或含金屬顆粒(例如，金屬磨料顆粒或金屬氧化物磨料顆粒(例如，氧化鋁磨料顆粒))與有機材料之組合形成之顆粒。金屬材料及有機材料具有物理、靜電或化學性質，當二者在CMP製程步驟期間存在於漿液中時，該等性質導致兩種材料彼此吸引並黏附，且形成由多種磨料顆粒及有機材料分子之集合構成之聚結或凝聚殘留物顆粒結構。同樣難以移除之某些其他殘留物顆粒可藉由將金屬離子(例如，溶解於漿液中)與經吸引至金屬離子之有機材料組合形成，使得當有機材料及金屬離子相互作用時，其自溶液中沈澱出並變為經吸引至所處理基板表面之殘留物顆粒。若任何來源之殘留物顆粒以充足黏性經吸引至CMP基板表面，且利用主要用水之沖洗及基板表面與CMP墊之間之接觸(並運動)無法溶解、分解或以其他方式容易地經移除，則該等殘留物顆粒將在基板表面上聚集並保留在表面上以進行後續處理。為防止該等顆粒在彼等後處理步驟中產生困難，並容許基板進一步經處理為高品質、低缺陷處理裝置，必須自基板表面移除該等殘留物顆粒。 能夠形成如所述之殘留物顆粒之有機材料可係任何有機材料，其在CMP製程步驟期間存在於漿液中且可以化學方式、以靜電方式或以物理方式與亦存在於漿液中之金屬材料(其可經溶解、為固體、帶電、不帶電等)聯合並組合，以形成固體殘留物顆粒(例如，沈澱物、聚結物或凝結物)。已知許多類型之有機材料在用於CMP處理之漿液中使用。實例尤其包括在CMP業內已知並稱為表面活性劑、聚合物、有機氧化劑、抑制劑及穩定劑之成分或該等成分之組合。 根據本發明，殘留物或殘留物顆粒之有機材料亦具有以下類型：其能經吸引至環糊精化合物之環形分子，以形成環糊精化合物與有機材料之複合物。環糊精具有環形結構，該環形結構具有疏水之內部空間(在環形結構內)。不受限於理論，據信漿液中或顆粒殘留物中某些類型之有機材料可以環糊精化合物與有機材料可形成複合物之方式與環糊精化合物分子之疏水內部聯合，該等類型之有機材料尤其包括具有疏水基團(即疏水化學部分)之分子，該疏水基團可在空間上經吸引至並然後保持在環糊精化合物之環形內部部分。因此，尤其可用本文所述方法自基板或載體表面移除之有機材料殘留物之類型包括因可位於環糊精化合物之疏水內部之內並保持在其內之分子結構而與環糊精化合物形成複合物之類型，例如包括疏水基團之有機材料。類似地，藉由CMP清洗步驟使用含有環糊精化合物之CMP溶液可在CMP步驟期間防止形成或可溶解、分裂或自基板表面或載體表面移除之殘留物顆粒包括可自一或多種有機材料形成之彼等顆粒，該等有機材料具有或包括可位於並保持在環糊精化合物之疏水內部之內之分子結構，例如包括疏水基團之有機材料。 有機材料之疏水基團可具有如下化學結構，其容許基團位於環糊精分子之開放疏水內部空間之內，以與環糊精分子形成「複合物」。為形成此類複合物，疏水基團較佳可為相對較直或非高度支化，使得疏水基團在空間上及熱力學上能位於環形環糊精化合物之疏水內部。當定位於環糊精分子之內部空間時，據信疏水基團與疏水內部在有機材料分子與環糊精化合物分子之間無共價或離子化學鍵之情形下聯合。實例疏水基團包括直鏈及具支鏈烷基，其可含有少量分支、可選不飽和度及可選雜原子(例如，帶電之氮或磷原子)。 可與有機材料組合以形成殘留物顆粒之實例金屬材料包括金屬或含金屬(例如，金屬氧化物)磨料顆粒(例如，氧化鋁磨料顆粒)，及已知可用於CMP製程步驟(例如，平坦化步驟或拋光步驟)中之其他金屬、金屬氧化物或含金屬顆粒。含金屬磨料顆粒包括來自：氧化鋁、氧化鋯、稀土金屬氧化物(例如，氧化釔(yttrium oxide或yttria))。其他實例包括金屬離子，其在納入(例如，分配至) CMP製程步驟時最初不存在於CMP漿液中，但在實施CMP製程步驟以自基板表面移除一定量之金屬材料期間生成。該等之實例包括金屬離子(陽離子或陰離子)，例如之銅、鎢、銀、鎳或鈷離子，其自包括該金屬之基板表面移除並以離子形式溶解於漿液中。 可使有機材料及無機材料不帶電或帶電，例如可展現相反之化學電荷。在如所述本發明之特定CMP製程步驟及相關方法中，實例殘留物顆粒呈聚結物形式，其含有可帶正電荷或負電荷之含金屬磨料顆粒(例如，氧化鋁)且其經吸引至具有相反電荷之有機材料。許多表面活性劑帶正電荷或負電荷。實例殘留物顆粒可包括具有正電荷之含金屬磨料顆粒，其經吸引至具有負電荷之有機材料(例如，表面活性劑)並與其聚結。替代殘留物顆粒可包括具有負電荷之含金屬磨料顆粒，其經吸引至具有正電荷之有機材料(例如，表面活性劑)並與其聚結。 根據本發明，已發現環糊精化合物可用於在處理期間有效防止如所述殘留物顆粒之形成，或使該等顆粒分裂，或自CMP基板之表面移除該等顆粒。或者，環糊精化合物可在有機材料溶解於漿液中時與有機材料複合並防止殘留物顆粒之形成。因此，實例CMP後清洗溶液或「化學擦光溶液」或「CMP溶液」或「清洗溶液」係含有液體載劑、環糊精及一或多種可選化學材料(例如，pH調節劑、有機溶劑、殺生物劑及螯合試劑)之液體溶液。 根據環糊精化合物用於此目的之用途之特定實例，可將含有液體載劑(例如，水)及環糊精化合物(以及一或多種其他可選成分(例如，螯合劑、pH調節劑或殺生物劑)且不存在或實質上不存在磨料顆粒及可用於CMP步驟中之多種其他類型之化學材料)之CMP後清洗溶液分配至基板表面上，該基板具有存在於基板表面上且視情況亦存在於基板之載體表面上之殘留物(例如，有機材料)、殘留物顆粒或二者。基板表面與墊(例如，CMP墊(例如，拋光墊))之間之機械運動可在清洗溶液存在下促進殘留物或殘留物顆粒之移除。不期望受限於理論，據信環糊精化合物吸引有機材料殘留物或為殘留物顆粒之部分之有機材料。有機材料經吸至環糊精化合物之疏水內部以形成複合物，由此容許：自基板或載體表面移除有機材料；自殘留物顆粒移除有機材料，以導致殘留物顆粒之結構分裂、溶解或分解；或以任何其他方式導致有機材料殘留物、殘留物顆粒或二者自基板或基板載體之表面之量減少。 實例CMP後清洗溶液可用於移除殘留物顆粒或粒狀物，該等殘留物顆粒或粒狀物係在一步驟中停留在基板表面(或載體)上，該步驟藉助CMP製程不實質上移除構成表面層之材料(即該材料係表面層之部分)，即不引起材料自構成基板表面之材料層研磨或化學移除，如CMP拋光、大量移除或平坦化步驟一般。因此，所述清洗溶液不需要且較佳可排除任何實質量之可用於其他類型CMP漿液中之化學材料或磨料材料，該等CMP漿液適用於藉由CMP製程進行材料移除，例如通常稱為大量移除漿液、拋光漿液及諸如此類之彼等類型之漿液，其含有適用於以機械方式(藉由研磨)或以化學方式移除構成基板表面之材料(如與停留於表面上之殘留物相對)之磨料顆粒及化學材料，該等材料之實例包括金屬(例如，來自基板表面之銅、鈷、銀、鎢或另一金屬)或基於矽之材料(例如，氧化矽)，其通常係在大量移除、平坦化或拋光步驟期間以機械方式或以化學方式自基板表面移除。 具體而言，如所述之清洗溶液可排除磨料顆粒(例如，二氧化矽顆粒、氧化鈰顆粒、氧化鋯顆粒、氧化鋁顆粒及任何其他金屬及金屬氧化物磨料顆粒等)，該等顆粒以固體(非溶解)形式存在於漿液中且從而起作用以在CMP製程步驟(例如，平坦化或拋光步驟)期間以機械方式研磨並自基板表面移除材料。本說明書之較佳清洗溶液(例如，CMP後清洗溶液)基於清洗溶液之總重量，含有不超過0.1重量%、0.01重量%或0.001重量%之固體磨料顆粒。用於本發明CMP組合物(例如，清洗溶液)之該等量之磨料顆粒在使用點時代表組合物，且代表以濃縮形式出售以經稀釋從而用於CMP處理之CMP濃縮組合物。 類似地，如所述之較佳清洗溶液不需要且可視情況排除如下化學材料，其藉由與構成CMP基板之表面層之材料或與漿液之另一材料之化學相互作用起作用，以促進有效自基板表面移除表面層材料，例如藉由使移除率增加或改良構成基板表面之一種材料相對於構成基板表面之另一材料之選擇性。此等化學材料之實例尤其包括表面活性劑(包括其以用作移除率抑制劑)、觸媒(包括觸媒穩定劑)、氧化劑。實例清洗溶液基於CMP溶液之總重量，可含有不超過1重量%、0.1重量%、0.01重量%或0.001重量%之表面活性劑、抑制劑、觸媒、或氧化劑中之任一種或其組合。該等濃度意欲用於使用點時；較高濃度之磨料顆粒將存在於濃縮組合物中，其在使用前經稀釋。 出於自如所述之CMP後清洗溶液排除作為成分之金屬離子加速劑、氧化劑及表面活性劑之目的，該等術語係以與其在CMP技術內之含義一致之方式使用，且如下所述。「表面活性劑」係降低兩種液體之間或液體與固體之間之表面張力(或界面張力)之有機化合物，通常為含有疏水基團(例如，烴(例如，烷基)「尾」)及親水基團之有機兩親性化合物。表面活性劑可具有任何HLB (親水-親脂性平衡)值且可帶電、不帶電等，表面活性劑許多種類之實例為化學及CMP業內所熟知。 實例性氧化劑(亦稱氧化試劑)包括無機及有機過化合物。如由霍利簡明化學辭典(Hawley’s Condensed Chemical Dictionary)所定義之過化合物係含有至少一個過氧基團(-O--O-)之化合物或含有呈最高氧化態之元素之化合物。含有至少一個過氧基團之化合物之實例包括過氧化氫及其加合物(例如，過氧化氫脲及過碳酸鹽)、有機過氧化物(例如，過氧化苯甲醯、過乙酸及二-第三丁基過氧化物)、單過硫酸鹽(SO5 = )、二過硫酸鹽(S2 O8 = )及過氧化鈉。含有呈最高氧化態之元素之化合物之實例包括過碘酸、過碘酸鹽、過溴酸、過溴酸鹽、過氯酸、過氯酸鹽、過硼酸及過硼酸鹽及過錳酸鹽。通常較佳之用於CMP漿液之氧化試劑係過氧化氫。 一些實例CMP後清洗溶液可含有液體載劑及環糊精化合物，以及不超過非實質量之任何其他材料。此等組合物可由水(較佳去離子水)及環糊精化合物組成或基本上由其組成。基本上由水(較佳去離子水)及環糊精化合物組成之組合物係含有水、環糊精化合物及基於CMP組合物之總重量不超過0.5重量%、0.1重量%、0.01重量%或0.001重量%之任何其他材料之組合物。 視情況，該等及其他如所述之實例CMP後清洗溶液可含有水、環糊精化合物及螯合劑、pH調節劑中及殺生物劑之一或多種連同不超過非實質量之其他材料，其意指清洗溶液將由水(較佳去離子水)、環糊精化合物及螯合劑、pH調節劑及殺生物劑中之一或多種組成或基本上由其組成。基本上由水(較佳去離子水)、環糊精以及螯合劑、pH調節劑及殺生物劑中之一或多種組成之組合物係含有水、環糊精化合物及一或多種螯合劑、pH調節劑及殺生物劑，以及基於CMP組合物之總重量不超過0.05重量%、0.1重量%、0.01重量%或0.001重量%之任何其他材料之組合物。 CMP後清洗溶液包含環糊精化合物，該化合物包括非衍生之環糊精化合物以及經衍生之化合物。環糊精化合物係由多個糖分子構成並形成三維管形或環形環結構之眾所周知化合物之家族，且有時稱為環狀寡醣。環糊精係由α-D-葡萄吡喃醣苷分子單元構成，該等單元藉由介於單元之間之1-4鍵聯(參加下文結構)連接。可用於如所述之CMP組合物中之環糊精之形式包括α環糊精，其係6員環；β (beta)-環糊精，其係7員環；及γ (gamma)-環糊精，其係8員環：根據本發明，已發現存在於CMP後清洗溶液中之環糊精可有效自基板(或基板載體)移除有機殘留物，防止殘留物顆粒在基板表面上之形成，或分解或溶解存在於CMP基板或基板載體之表面上之殘留物顆粒。不受限於理論，據信環糊精化合物吸引並在其環形內部空間含有有機材料，尤其包括具有能在環形環糊精化合物分子之內部空間含有之結構之疏水部分之有機材料。環糊精化合物可與有機材料形成複合物，使得環糊精化合物有效隔絕有機材料，並防止有機材料作為殘留物安置在基板或基板載體之表面上，或防止其變為基板或載體表面上殘留物顆粒之部分或剩餘部分。當環糊精化合物存在於清洗溶液中時，在清洗在表面上含有殘留物之基板表面之步驟中，環糊精化合物有效自表面移除有機材料或與殘留物顆粒之有機材料相互作用，以溶解或以其他方式分解殘留物顆粒。 如所述之CMP後清洗溶液中環糊精化合物之量可在很大程度上取決於環糊精在液體載劑中之溶解度，此意指通常期望較高之濃度，但該等濃度值通常受環糊精化合物在液體載劑中之溶解度限值限制。環糊精化合物之某些衍生形式相對於非衍生環糊精可在液體載劑中展現較高之溶解度，且因此，展現增加溶解度值之衍生環糊精化合物在清洗溶液中可係較佳的。一般而言，環糊精化合物可以一定量存在於清洗溶液中，該量在清洗步驟中使用時有效：自基板或基板載體之表面移除有機材料殘留物：在CMP製程步驟期間防止漿液中殘留物顆粒之形成或導致其形成減少；或移除已形成並經吸引至CMP基板(及載體)之表面之殘留物顆粒。在某些有用之實施例中，環糊精可以基於清洗溶液之總重量約10百萬分率至約50,000百萬分率環糊精(例如，約0.01重量%至約5重量%、約0.02重量%至約1.5重量%)範圍內之量存在於漿液中。該等量係用於使用點，且對於濃縮組合物將係較高的。 應注意濃度可以百萬分率(ppm)基礎來表述，且該ppm意欲為重量基比率。舉例而言，0.01重量%等效於100 ppm。實例清洗溶液之組分之濃度可以重量%形式或以ppm形式來表述。 如所述之清洗溶液可視情況且較佳含有螯合劑(螯合試劑)，其可起作用以與無機材料(例如，漿液或殘留物顆粒之金屬材料)聯合(例如，以離子方式)。螯合劑可與金屬材料聯合，例如，在CMP製程期間隔絕金屬材料或以其他方式防止金屬材料在漿液中或在CMP基板之表面形成殘留物顆粒。或者或此外，螯合劑可藉由與殘留物顆粒之金屬材料相互作用及干擾金屬材料與殘留物顆粒之有機材料之相互作用來促進殘留物顆粒之分解或移除。 清洗特定基板用之特定清洗溶液中將可用之螯合劑之化學結構及性質(包括電荷)可取決於多種因素，尤其地在清洗步驟期間存在之無機材料之類型。此等無機材料之類型將取決於處理基板之先前步驟之性質，包括已自基板表面移除之無機材料之類型及已用於移除彼等無機材料之無機材料(例如，磨料顆粒)之類型。較佳螯合劑可能以靜電方式與磨料顆粒(例如，氧化鋁顆粒)之表面聯合，以容許或導致顆粒自殘留物顆粒之有機材料解聚結。螯合劑藉由與磨料顆粒聯合可容許磨料顆粒在溶液中穩定，自聚結之殘留物顆粒分離，且因此在與螯合劑接觸時自殘留物顆粒分離。在如所述之實例清洗溶液中，當施加至具有含有磨料顆粒(藉由有機材料保持在一起)之殘留物顆粒之基板時，螯合劑可以靜電方式經吸引至構成殘留物顆粒之磨料顆粒之表面。基於此吸引，螯合劑與為殘留物顆粒之部分之磨料顆粒之表面聯合，結果為使殘留物顆粒破裂或以其他方式容許磨料顆粒自顆粒所存在之CMP基板或載體之表面移除。 螯合劑可係能作為如所述螯合劑起作用之任何化學化合物。螯合劑可係單齒、多齒的且具有任何化學結構。已知螯合劑之某些實例包括含有酸之有機分子，尤其含有羧酸之有機分子，例如直鏈或具支鏈C1-C6羧酸化合物，其包括苯二甲酸、琥珀酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、葡萄糖酸、天冬胺酸或其組合以及甘胺酸、胺基酸及諸如此類。 其他實例包括衍生自單體之含有羧酸基團之聚合物，該等單體可包括丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、琥珀酸、天冬胺酸、2-丙烯醯胺基-2-甲基-1-丙磺酸、丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺基丙基膦酸酯三甲基氯化銨、烷基鹵或其組合中之一或多種。聚合物可具有任何可用分子量，例如120道爾頓至10,000道爾頓。 如所述之CMP溶液中螯合劑之量可取決於諸如以下之因素：螯合劑之化學性質及漿液中其他材料之類型及量，包括漿液中或所處理基板(或其載體)表面上之殘留物(例如，殘留物顆粒)之類型及量或更一般而言將與螯合劑聯合之材料之類型及量。一般而言，螯合劑可以一定量存在於CMP組合物中，該量有效導致在清洗步驟期間存在於基板(或載體)表面上之顆粒殘留物減少，例如在清洗步驟中使用CMP組合物來清洗基板表面時促進存在於CMP基板(或載體)之表面上之殘留物顆粒之移除。在某些有用實施例中，螯合劑可以基於組合物之總重量約0.01重量%至約5重量%螯合劑範圍內之量存在於漿液中，例如約0.02重量%至約1.5重量%。該等量係用於使用CMP組合物時，且對於CMP濃縮組合物將更高。 殺生物劑亦可包括在如本文所述之CMP組合物中，以延長組合物(例如，CMP濃縮溶液)之儲放壽命。有用殺生物劑之實例眾所周知，其尤其包括過氧化氫、異噻唑酮、戊二醛，且可以任何有效量包括在如所述之CMP溶液(例如，濃縮溶液)中，該量基於CMP溶液之重量在(例如) 10- 1000 ppm之範圍內。 呈濃縮形式或在用於CMP製程步驟中期間之CMP組合物可具有任何pH，例如酸性、中性或鹼性。組合物可包含實質上任一適宜pH調節劑或緩衝系統。舉例而言，適宜pH調節劑包括有效降低pH之有機及無機酸，例如(尤其)硝酸、硫酸、磷酸、苯二甲酸、檸檬酸、己二酸、草酸、丙二酸、馬來酸。或者，為增加pH，可包括鹼，例如KOH、NaOH、NH4 OH、四甲基氫氧化銨或有機鹼(例如，乙醇胺及二乙醇胺等)。 即使氧化劑對於本發明之作用並非必要，但清洗溶液可含有以重量計100-50,000 ppm之氧化化學品(例如，過氧化氫)。 另外，某些實例清洗溶液不需要且可實質上不含有含金屬觸媒，此意指(舉例而言)基於清洗溶液之總重量，清洗溶液含有小於0.01重量%之含金屬觸媒，例如小於0.005重量%之金屬離子加速劑。 此外，某些實例清洗溶液不需要且可實質上不含有表面活性劑，此意指(舉例而言)基於清洗溶液之總重量，清洗溶液含有小於1重量%、0.5重量%或0.01重量%之表面活性劑。 根據使用含有環糊精化合物之如所述CMP溶液之方法之多個實例，此一CMP溶液可用於CMP清洗步驟中，以在清洗步驟期間自CMP基板表面(且視情況自其載體)移除殘留物，例如有機材料殘留物、殘留物顆粒或二者。 CMP基板可係包括基底及多個材料層之微電子裝置基板、通常平坦晶圓，該等材料已選擇性沈積至基板上並自其選擇性移除，以產生具有微電子特徵之層，包括表面層。表面層可由此等沈積材料構成，包括一或多種金屬(例如，銅、鎢、銀、鈷、鎳等)、絕緣材料及半導體材料。在表面，但非構成基板表面層之沈積材料之部分處，可存在如所述之殘留物，該殘留物包括有機材料殘留物、殘留物顆粒或二者。 根據清洗步驟，使在表面上具有殘留物之CMP基板與墊(例如，CMP拋光墊)接觸，並將CMP清洗溶液分配至拋光墊、基板表面或二者上。在期望量之壓力下提供墊與基板表面之間之相對運動。在清洗步驟期間不將磨料顆粒作為清洗溶液之部分或藉助任何其他來源分配至表面上，且需要分配至墊或基板表面之唯一CMP溶液係CMP清洗溶液。使用含有環糊精化合物及可選螯合劑等之CMP溶液之清洗步驟有效減少存在於基板表面上而且視情況且較佳地存在於載體表面上之殘留物(有機材料殘留物、殘留物顆粒或二者)之量，該載體在清洗步驟期間保持基板且可能已在一或多個先前CMP製程步驟期間用於保持基板。亦即，清洗步驟之結果係基板表面上殘留物之量(例如，殘留物顆粒之數目)相對於在清洗步驟之前存在於表面上之量減少。 依據有用方法之多個實例，CMP基板可係藉由多步驟CMP處理方法處理之基板，該方法包括至少兩個步驟，視情況多於兩個步驟，其中步驟包括稱為第一(先前或較早)步驟及第二(後續或較晚)步驟者。根據有用方法之某些特定實例，CMP基板可係藉由多步驟CMP處理方法處理之基板，該方法包括至少兩個步驟，視情況多於兩個步驟，其中步驟包括在具有由載體保持之基板之第一平臺上實施之稱為第一(先前或較早)步驟者及在具有仍由同一載體保持之基板之不同(即，第二)平臺上實施之第二(後續或較晚)步驟。在基板保持由同一載體保持的同時將基板自第一(較早)平臺移動至第二(後續)平臺納入後續步驟受較早步驟之材料污染之可能性，此乃因當將載體與基板一起移動至不同(後續，例如第二)平臺時，第一步驟之材料將保留在CMP基板之表面上或載體之表面上。若自較早CMP製程步驟攜載之材料與一或多種存在於後續CMP製程步驟之材料不相容，即若自較早CMP製程步驟攜載之材料能與存在於後續CMP製程步驟之材料以形成殘留物顆粒之方式組合，則來自較早步驟之材料對後續步驟之污染將容許在後續步驟期間在CMP基板之表面上形成此等殘留物顆粒。 此一多步驟製程之較早步驟之實例係以相對高之移除率自CMP基板之表面層移除金屬之大量移除(或「平坦化」)步驟。用於大量移除步驟之漿液可包括磨料顆粒及化學品，其經設計以產生金屬自表面層之相對高之移除率。實例批量漿液可含有氧化鋁顆粒及表面活性劑(其包括疏水部分)連同觸媒、氧化劑及其他可選化學材料。大量移除步驟後之後續步驟之實例係拋光步驟，其將需要具有不同組合物之漿液(即，「拋光漿液」)。拋光漿液可包括磨料顆粒及化學材料，其經設計以對基板之表面具有較緩和之效應，將基板表面拋光以具有低缺陷程度之期望形貌，且不需要金屬自表面層之高移除率。拋光漿液較佳可含有較軟磨料顆粒(若存在)，與大量移除步驟中所用之相對較硬之氧化鋁顆粒相反。拋光漿液可含有(例如)二氧化矽顆粒且實質上不存在氧化鋁顆粒。 包括如所述沖洗步驟之一系列步驟之特定實施例可包括至少兩個平臺，例如三個平臺(P1、P2及P3)，隨後係CMP後清洗步驟；單個載體在第一平臺、然後第二平臺，然後可選第三平臺之處理期間保持基板。在第一步驟期間，在第一平臺使CMP基板係由載體保持並與與第一平臺聯合之CMP墊接觸。將運動及壓力施加在墊與基板表面之間，以自基板表面移除材料，例如自基板之表面層移除金屬(例如，連續鎢層)材料。第一步驟可係稱為「大量移除步驟」者，其涉及將第一漿液(例如，用於移除金屬材料之大量移除漿液)分配至基板表面(或CMP墊)上，以促進自表面層移除金屬材料。實例大量移除漿液可含有以下一或多種：磨料顆粒(例如，氧化鋁顆粒)、表面活性劑(其包括疏水基團)、氧化劑(例如，有機氧化劑或過氧化氫)、含金屬觸媒(例如，具有可選有機穩定劑之含鐵觸媒)或大量移除步驟中通常所用之其他化學品或磨料材料。實例大量移除步驟可在基板上實施，以移除鎢、鈷、鎳或先前沈積至基板上之另一金屬表面層之一部分。 在第二平臺上實施之第二步驟可包括相對於第一步驟不同(例如，第二)之CMP墊及不同漿液。第一漿液(若經攜載至第二平臺)與第二漿液之材料之間之不相容性可導致在第二(或後續)步驟期間形成殘留物顆粒。通常，可設計第二步驟以對於自基板表面層所移除之材料之量具較少侵襲性。第二步驟可涉及含有磨料顆粒之漿液，但一些或所有磨料顆粒可與第一步驟中所用之磨料顆粒不同(例如，較軟或具有不同的平均粒徑)。在處理含鎢表面之一系列步驟中，大量移除步驟可包括含有(例如)氧化鋁顆粒之漿液，且第二(例如，拋光)步驟可使用含有二氧化矽顆粒連同減少量之氧化鋁顆粒或無氧化鋁顆粒之漿液。第二步驟之漿液基於第二漿液中磨料顆粒之總重量，可含有(例如)小於1重量%、0.5重量%、0.1重量%、0.05重量%或0.001重量%之氧化鋁顆粒。第二步驟可使用與第一步驟相比相同或不同之處理參數實施，包括平臺或基板在載體中之旋轉速度、載體與墊之間之壓力及用於實施步驟之時間量，即基板與墊在運動及壓力下接觸期間之時間量。或者，且如對於處理某些類型之含金屬基板(例如，含鎢基板表面)可為典型的，第二步驟可使用以下一或多種來實施：平臺或基板之較慢旋轉速度、基板與墊之間減少量之壓力及墊與基板之間減少量之接觸時間。 作為本發明清洗步驟之一個實施例，在第二平臺之CMP處理步驟(例如，拋光步驟)之後，可實施沖洗步驟以沖洗基板表面並移除殘留物。若殘留物(例如，有機材料殘留物、殘留物顆粒或二者)在拋光步驟之後存在，則沖洗步驟可用於自基板表面移除該殘留物。沖洗步驟可在第二平臺上實施，其中在用於實施第二平臺之拋光步驟之同一載體中保持基板。 具體而言，第二(拋光)步驟可藉由以下在第二平臺上實施：將拋光漿液分配至墊或基板表面，並在基板與墊之間之運動及壓力下拋光基板表面。在拋光步驟之終點時，具有磨料顆粒之漿液之分配已結束。使用同一墊且在不自載體移除基板之情形下，然後可在同一平臺上實施使用CMP後清洗溶液之清洗步驟。對於此清洗步驟，將含有環糊精化合物且如本文所另外闡述之CMP後清洗溶液分配至墊或基板表面。在相對的墊與基板表面之間之壓力及運動下，且在存在於墊及基板表面上之CMP清洗溶液下，使基板與墊接觸。在運動、壓力及CMP清洗溶液下，可移除基板表面上之殘留物。有機材料殘留物可與環糊精化合物形成複合物並經移除。另外或另一選擇為，藉由環糊精與可選螯合劑之作用，基板表面上之殘留物顆粒可經溶解、分解或自如本文所述之基板表面移除。 視情況，第三CMP製程步驟可在第二步驟後於第三平臺上實施。第三步驟可與第二步驟相似或相同，且可包括與第二步驟之彼等相似或相同之漿液、墊及製程參數。在其他實施例中，第三步驟之漿液可包括與第一或第二漿液之一或多種材料不相容之一或多種材料，其可導致在第三步驟期間形成殘留物顆粒。在第二步驟之後在(例如)第二平臺上實施之清洗步驟可有效移除呈金屬材料或有機材料形式之殘留物，該殘留物在第二步驟結束時存在於載體或基板表面上。若金屬材料或有機材料未經移除且與第三步驟漿液之材料不相容，則殘留物顆粒將在第三步驟期間潛在地形成。在第二步驟之後實施之清洗步驟自載體或基板表面移除不相容之材料，並防止殘留物顆粒在第三步驟期間形成。 在一系列CMP製程步驟之後，例如在平臺1、2及3之一系列步驟或另一系列隨後，可視需要處理基板。藉由多種處理方法，在拋光步驟或沖洗步驟後立即之下一步驟可在CMP後清洗步驟中清洗。此等步驟在CMP處理業內已知，且包括在CMP處理步驟期間自用於保持基板之載體移除基板，及視情況使用另一類保持物或載體將基板置於CMP後清洗設備中。CMP後清洗設備之多種變化形式、模型及來源眾所周知且可購得。該等設備使用液體、刷子、升高溫度或該等之組合來自基板表面移除殘留物，有時借助於超音波處理。通常液體係可包括酸(HF)、鹼(NH4OH+ )、表面活性劑、氧化劑或其他化學試劑之水溶液。另外或另一選擇為，方法亦可包括利用CMP後清洗設備，使用包括環糊精化合物之如本文所述之CMP清洗溶液以在CMP後清洗步驟中清洗基板。

Claims (18)

  1. 一種自CMP基板移除殘留物之方法，該方法包含： (a) 提供CMP基板， (b) 提供包括墊之平臺， (c) 提供包含以下之清洗溶液： 液體載劑，及 環糊精化合物，及 (d) 使該墊及該清洗溶液與該基板之表面接觸並運動，以自該表面移除該殘留物。
  2. 如請求項1之方法，其中基於清洗溶液之總重量，該清洗溶液包含10百萬分率至50,000百萬分率之環糊精化合物。
  3. 如請求項1之方法，其中該清洗溶液基本上由水及環糊精化合物組成。
  4. 如請求項1之方法，其中該清洗溶液基本上由水、環糊精化合物及一或多種螯合劑、pH調節劑及殺生物劑組成。
  5. 如請求項1之方法，其中該清洗溶液實質上不含磨料顆粒。
  6. 如請求項1之方法，其中該清洗溶液進一步含有螯合劑。
  7. 如請求項1之方法，其中該表面包含選自以下之殘留物：有機材料以及包含有機材料及無機材料之沈澱、聚結或凝聚組合之殘留物顆粒。
  8. 如請求項1之方法，其中該殘留物包含包括有機材料及含金屬磨料顆粒之殘留物顆粒。
  9. 如請求項8之方法，其中該等磨料顆粒係氧化鋁顆粒。
  10. 如請求項1之方法，其中該基板包含包括鎢、銅或鈷之表面層。
  11. 一種用於處理CMP後基板之清洗溶液，該溶液包含： 液體載劑，及 基於清洗溶液之總重量，10百萬分率至50,000百萬分率之環糊精化合物。
  12. 如請求項11之清洗溶液，其基本上由水及環糊精化合物組成。
  13. 如請求項11之清洗溶液，其進一步包含螯合劑。
  14. 如請求項11之清洗溶液，其中該清洗溶液實質上不含磨料顆粒。
  15. 如請求項13之清洗溶液，其中該螯合劑係含有羧酸基團之螯合劑。
  16. 如請求項13之清洗溶液，其中該螯合劑係選自以下之化合物：丙二酸、馬來酸、直鏈或具支鏈C1-C6羧酸化合物、苯二甲酸、琥珀酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、葡萄糖酸或其組合。
  17. 如請求項13之清洗溶液，其中該螯合劑係含有羧酸基團之聚合物。
  18. 如請求項11之清洗溶液，其中該溶液實質上不含表面活性劑。
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