[发明专利]用于去除铜的氧化物蚀刻残余物和防止铜电沉积的含水酸性制剂

说明书

技术领域

本发明涉及适用于去除铜的氧化物蚀刻残余物和防止铜电沉积的微电子清洁组合物，且涉及使用该组合物清洁微电子衬底的方法。该组合物和方法特别有用于清洁光致抗蚀剂灰化后、蚀刻后的Cu-双大马士革(Cu-dual damascene)微电子结构。

背景技术

现有的微电子结构使用具有二氧化硅电介质的铝合金用于集成电路中的互连系统。多种清洁组合物被开发且可在后道(BEOL)令人满意地从该微电子衬底清洁蚀刻后残余物。然而，由于需要越来越小的几何形状以满足增加的速度和集成密度的需要，这些铝/二氧化硅互连系统已显示不适宜了。因此，已经开发出具有低-k电介质的铜-双大马士革结构代替铝/二氧化硅互连件。

然而，这些Cu-双大马士革互连结构对BEOL清洁步骤提出了整套新的参数和问题。例如，当使用非常稀的基于HF的酸性水溶液在硅衬底上产生蚀刻后Cu-双大马士革结构时，表面的任何CuO_x和Cu(OH)₂膜或残余物溶于酸性氟化物环境，从而根据以下反应式在溶液中产生大量的铜(Cu²⁺)离子。

由于结构中的铜通孔(通过硅衬底中装配的P-N接头进行电连接)，会出现明显不期望的再沉积(也称为铜挤出)，其中铜通孔(via)连接至富含电子的N掺杂区域，其通过以下还原反应反应式表示的电化学反应。

Cu²⁺+2e^-→Cu

这种铜的阴极再沉积是非常不希望的，且导致大的铜特征(其从特定的通孔延伸)，这将导致在随后的加工步骤中的缺陷。还预期Cu再沉积会在其他情况下发生(其中高度带电荷的阴极表面暴露于清洁溶液，在该溶液中Cu²⁺由于清洁过程的原因而存在)。

因此非常需要能提供用于去除铜的氧化物蚀刻残余物的酸性组合物，且其中该组合物防止或基本消除在Cu-双大马士革微电子结构上铜再沉积。

随着铜互连件的使用，该互连件的钝化也已改变。取代用电介质如SiN或SiCN电介质钝化铜和解决该钝化的所得问题，工业上已经开始通过使用自排列的金属覆盖(metal cap)避免那些问题，其通过使用例如CoWP金属覆盖层用于铜互连件而产生改善的电磁寿命和应力寿命。然而，重要的是在蚀刻和剥离过程中保持覆盖层的耐久性。因此，在本发明的另一实施方案，有利的是在铜的氧化物蚀刻残余物去除中用来在Cu-双大马士革微电子结构上防止或基本消除铜再沉积的酸性组合物还能在蚀刻和剥离过程中保持金属覆盖层的耐久性。

发明内容

根据本发明，提供用于从Cu-双大马士革微电子结构去除铜的氧化物蚀刻残余物的高含水酸性清洁组合物(highly aqueous acidic cleaningcomposition)，且其中该组合物防止或基本消除铜在Cu-双大马士革微电子结构上再沉积。本发明还提供用于从光致抗蚀剂灰化后、蚀刻后的Cu-双大马士革微电子结构(post photoresist ash，post etch Cu-dual damascene microelectronic stucture)清洁铜蚀刻残余物的方法，其中该方法包括(1)提供具有至少一种光致抗蚀剂灰化后、蚀刻后的Cu-双大马士革结构的微电子硅衬底晶片，该光致抗蚀剂灰化后、蚀刻后Cu-双大马士革结构具有与硅衬底的N⁺扩散区域电连接的通孔结构，和(2)将该光致抗蚀剂灰化后、蚀刻后的Cu-双大马士革微电子结构暴露于本发明的清洁组合物达清洁有效的时间和温度以清洁光致抗蚀剂灰化后、蚀刻后的Cu-双大马士革微电子结构。在本发明另一方面，提供用于从具有金属覆盖层的Cu-双大马士革微电子结构去除铜的氧化物蚀刻残余物的高含水酸性清洁组合物，其中该组合物不仅在清洁步骤中防止或基本消除铜在Cu-双大马士革微电子结构上再沉积，而且当该金属覆盖层存在于微电子结构中时在清洁过程中防止或基本消除对金属覆盖层(如CoWP金属覆盖层)的腐蚀(etch)。